JP4756242B2 - 研削砥石 - Google Patents

Description

本発明は、ダイヤモンド砥粒を用いた研削砥石、とくに加工精度が良好な研削砥石に関する。

アルミダイキャスト合金や鋳鉄などの加工においては、ダイヤモンド工具が多く使用されている。このような加工においては、高い加工能率とスクラッチの少ない良好な加工面粗さが要求される。
高い加工能率を実現するために製作されたフライス工具の一例が、特許文献１記載されている。特許文献１に記載のフライス工具は、カップ状の台金の端面とその外周部にダイヤモンド砥粒をろう付けして刃先部としての砥粒層を構成したフライス工具であって、台金の端面の外周部寄りの部分に傾斜部または曲面部を形成し、台金の外周部と台金の端面の傾斜部または曲面部を粗研削用領域として粗研削に適した条件で砥粒を配設し、台金の端面の平坦部を研削用領域として研削に適した条件で砥粒を配設したフライス工具である。このフライス工具によると、砥粒層を粗研削用領域と研削用領域に分け、それぞれに適した条件で砥粒を配設したことにより、一つの工具で粗研削と研削の両方の加工を同時に行うことができるため、加工能率を向上することができる。

また、一つの工具で高能率な切削と高精度の研削を行うことを可能にしたフライス工具が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載のフライス工具は、端面の外周部と内周部との境界部に凹溝を設けており、切削時に発生した大きな切粉が研削用砥粒層に入り込むことがなく、研削時の加工精度を良好に維持することができる。さらに、端面の内周部の平坦面を外周部の平坦面よりも高く形成しており、外周部によって切削された後の被加工物の加工面に内周部の砥粒が充分に食い込み、効果的に研削に作用することができる。

特開２００１−７９７７２号公報 特開２００２−２６３９３７号公報

しかし、特許文献２に記載のように、端面の内周部の平坦面を外周部の平坦面よりも高く形成すると、内周部の砥粒の食い込みは良くなるものの、内周部の溝寄りの部分に固着された砥粒にかかる負荷が大きく、この部分の砥粒が不均一に劣化し、加工精度と砥石寿命が低下する。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、砥粒にかかる負荷を均等にして、加工精度と寿命を向上することができる研削砥石を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の研削砥石は、カップ状の台金の端面にダイヤモンド砥粒をろう付けして砥粒層を形成した研削砥石において、前記端面の外周寄りの部分である外周部と内周寄りの部分である内周部との境界部に周方向に連続し前記外周部及び前記内周部の幅より狭い幅で断面Ｖ字状の溝が設けられ、前記内周部の平坦面が前記外周部の平坦面よりも高く形成され、前記外周部の最外周側は傾斜面または曲面に形成され、前記内周部のうち溝寄りの部分は溝に近い側が低くなるような傾斜面が形成され、前記内周部のうち溝寄りの部分に形成された前記傾斜面の溝寄りの部分の高さと前記外周部の平坦面の溝寄りの部分の高さとが略同一であることを特徴とする。

端面の外周寄りの部分である外周部と内周寄りの部分である内周部との境界部に溝が設けられていることにより、切削時に発生した大きな切粉が研削用砥粒層に入り込むことがなく、研削時の加工精度を良好に維持することができる。また、内周部の平坦面が外周部の平坦面よりも高く形成され、外周部の最外周側は傾斜面または曲面に形成されことにより、外周部分によって切削された後の被加工物の加工面に内周寄りの部分の砥粒が充分に食い込み、効果的に研削に作用することができる。さらに、内周部のうち溝寄りの部分は、溝に近い側が低くなるような傾斜面が形成され、前記内周部の溝寄りの部分と前記外周部の溝寄りの部分との高さが略同一であるため、特に負荷が大きい内周部の溝寄りの部分に固着された砥粒への負荷を分散して、砥粒の摩耗を均等化することができる。

本発明においては、前記傾斜面は前記平坦面に対して２°以上５°以下の傾斜角を有していることを特徴とする。
平坦面に対する傾斜面の傾斜角が２°未満であると、平面度、工具寿命が低下して好ましくない。その一方、平坦面に対する傾斜面の傾斜角が５°を超えても、平面度、工具寿命が低下して好ましくない。

本発明においては、前記内周部の砥粒層には、前記外周部の砥粒層の砥粒より粒径の小さい砥粒が固着されていることを特徴とする。
外周部の砥粒層には粒径の大きい砥粒を用いて切削性能の高い砥粒層とし、内周部の砥粒層には粒径の小さい砥粒を用いて加工精度の高い砥粒層とすることができる。

本発明においては、前記内周部のうち溝寄りの部分では、砥粒はいくつかの砥粒列を形成し、ある砥粒列に位置する砥粒と、この砥粒列に隣接する砥粒列に位置する最近接砥粒とを結ぶ線がなす角度が、６０°以上１２０°以下となるように、各砥粒が配置されていることを特徴とする。
角度が６０°未満であると、面粗度、平面度、工具寿命、切れ味が低下して好ましくなく、また、１２０°を超えると、同じく、面粗度、平面度、工具寿命、切れ味が低下して好ましくない。

本発明によると、特に負荷が大きい内周部に固着された砥粒への負荷を分散して、砥粒の摩耗を均等化することができるため、加工精度と寿命を向上することができる研削砥石を実現することができる。

以下、本発明の研削砥石を、その実施形態に基づいて説明する。
図１から図３に本発明の実施形態に係る研削砥石の構成を示す。
図１は本発明の実施形態に係る研削砥石を示す斜視図であり、図２はこの研削砥石の砥粒層の拡大図であり、図３は刃先部の拡大断面図である。

図１において、研削砥石１０は、円筒状の台金１１の端面に、ダイヤモンド砥粒１２をろう付けにより固着して刃先部を形成してなるものである。
台金１１は、全体形状が短い筒状をした鋼製の台金であり、底部中央部に加工機械の回転軸に取り付けるための取り付け用孔１１ａが設けられている。

図２、図３に示すように、台金１１の端面１１ｂには、砥粒１２が整列して固着され、端面１１ｂの略中央部には周方向に連続した断面Ｖ字状の溝１３が設けられている。溝１３を挟んで内周側を内周部１とし、外周側を外周部２とする。
溝１３を除く端面１１ｂの、内周端１４の近傍と外周端１５の近傍および溝１３との境界の近傍の各領域を除く端面部分に、すべての砥粒１２に対して砥粒１２を保持するろう材層１７の裾野の長さＬが砥粒平均粒径の１倍以上となる条件で、砥粒１２が固着されている。

この研削砥石１０において、とくに、砥粒脱落防止の観点から、端面１１ｂの内周端１４の近傍領域と外周端１５の近傍領域とを、砥粒１２は配置せずにろう材層１７のみを形成した領域１６とすることができる。端面の外周端の近傍と内周端の近傍にまで砥粒が配置されていると、この砥粒のろう材層による砥粒保持力が不十分となり、加工中に砥粒が脱落しやすいが、本実施形態の研削砥石１０では、溝１３の境界付近のみならず、端面１１ｂの内周端１４の近傍領域と外周端１５の近傍領域にも砥粒１２を配置しておらず、配置したすべての砥粒に対してはろう材層１７による十分な砥粒保持力が確保されているので、加工中に砥粒が脱落することが防止される。

図４に、刃先部の詳細を示す。図４（ａ）において、内周部１の平坦面１ａは外周部２の平坦面２ａよりも高く形成されている。外周部２の最外周側２ｂは傾斜面または曲面が形成されており、内周部１のうち溝寄りの部分１ｂは、溝１３に近い側が低くなるような傾斜面が形成されている。内周部１の溝寄りの部分１ｃと外周部２の溝寄りの部分２ｃとの高さは略同一となっている。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の丸印で示す部分の拡大図であり、平坦面１ａに対する溝寄りの部分１ｂの傾斜面の傾斜角αを、２°以上５°以下としている。
外周部２の砥粒層には、粒径が４２０〜８４０μｍの、粒径の大きい砥粒が固着され、内周部１の砥粒層には、粒径が２１０〜３５０μｍの、粒径の小さい砥粒が固着されている。

図４（ａ）に示すように、内周部１のうち溝寄りの部分１ｂは、溝１３に近い側が低くなるような傾斜面が形成され、内周部１の溝寄りの部分１ｃと外周部２の溝寄りの部分２ｃとの高さは略同一となっていることによる作用効果を、従来のものと比較して説明する。

図４（ｃ）は、従来の研削砥石の刃先部を示しており、内周部１において平坦面１ａが溝よりの位置まで形成されている。内周部１がこの形状であると、溝１３を挟んで、内周部１の溝寄りの部分１ｃと、外周部２の溝寄りの部分２ｃとの間に高さの差があり、内周部１において最も溝寄りに配置されている砥粒Ａが研削時に受けるダメージが大きく、他の砥粒と比べて摩耗激しく摩耗する。

これに対し、図４（ａ）に示す本発明の実施形態においては、内周部１のうち溝寄りの部分１ｂは、溝１３に近い側が低くなるような傾斜面が形成され、内周部１の溝寄りの部分１ｃと外周部２の溝寄りの部分２ｃとの高さは略同一となっているため、溝寄りの部分１ｂに配置された砥粒が均等に負荷を受ける。その結果、特定の砥粒のみがダメージを受けることなく、これらの砥粒が均等に摩耗するため、砥石寿命が向上する。

図５に、傾斜状に形成された、内周部１のうち溝１３寄りの部分１ｂにおける砥粒配置を示す。砥粒１２は、いくつかの砥粒列２０を形成し、隣接する砥粒列２０に位置する最近接砥粒とを結ぶ線がなす角度θが、６０°以上１２０°以下となるように、各砥粒が配置されている。

内周部１のうち溝１３寄りの部分１ｂは、溝１３に近い側が低くなるような傾斜状に形成されていることにより、特に負荷が大きい内周部１に固着された砥粒への負荷を分散して、砥粒の摩耗を均等化することができる。
さらに、この領域において、１つの砥粒と、隣接する砥粒列２０に位置する最近接砥粒とを結ぶ線がなす角度θが、６０°以上１２０°以下となるように、各砥粒が配置されていることにより、せん断力を抑制することができる。

以下に、試験例を示す。
試験に用いたホイールの仕様を表１に示す。

加工条件を表２に示す。

以上の条件で、内周部１に傾斜面を設けたもの（発明品）と、傾斜面を設けないもの（従来品）とについて、研削試験を行い、その結果を表３に示す。なお、ここでは、発明品における傾斜面の傾斜角度αを３°としている。

表３において、工具寿命と消費電力については、従来品を１００とした指数で表示している。
表３の結果から、内周部１に傾斜面を設けることによって、負荷が大きい内周部１に固着された砥粒への負荷を分散して、砥粒の摩耗を均等化することが可能となり、研削性能が向上している。

次に、内周部１の傾斜面の傾斜角度を変化させたときの、研削性能を図６に示す。図６（ａ）が面粗さ、（ｂ）が平面度、（ｃ）が工具寿命、（ｄ）が消費電力である。
面粗さについての一般的な要求値はＲｚ３．０μｍ以下であり、傾斜面を設けないと、この要求水準を満たせないのに対して、傾斜角が１°以上６°以下のときには、この要求水準を満たし、また、傾斜角が２°以上５°以下のときはさらに面粗さが良好となる。
また、平面度についての一般的な要求値は３０μｍ以下であり、傾斜面を設けないと、この要求水準を満たせないのに対して、傾斜角が２°以上５°以下のときは平面度が良好となる。
工具寿命、消費電力についても、傾斜角が２°以上５°以下のときに良好な結果を示している。

次に、図５に示す、砥粒を結ぶ線がなす角度θを変化させたときの研削性能を図７に示す。図７（ａ）が面粗さ、（ｂ）が平面度、（ｃ）が工具寿命、（ｄ）が消費電力である。いずれについても、角度θが６０°以上１２０°以下のときに、良好な性能を有していることがわかる。

本発明は、砥粒にかかる負荷が均等であり、加工精度と寿命を向上することができる研削砥石として利用することができる。

本発明の実施形態に係る研削砥石を示す斜視図である。 研削砥石の刃先の砥粒層の拡大図である。 刃先部の拡大断面図である。 刃先部の詳細を示す図である。 内周部のうち溝寄りの部分における砥粒配置を示す図である。 内周部の傾斜面の傾斜角度を変化させたときの、研削性能を示す図である。 砥粒を結ぶ線がなす角度θを変化させたときの、研削性能を示す図である。

符号の説明

１ 内周部
１ａ 平坦面
１ｂ 溝寄りの部分
２ 外周部
２ａ 平坦面
２ｂ 最外周側
１０ 研削砥石
１１ 台金
１１ａ 取り付け用孔
１１ｂ 端面
１２ 砥粒
１３ 溝
１４ 内周端
１５ 外周端
１６ 領域
１７ ろう材層
２０ 砥粒列

Claims (4)

1. カップ状の台金の端面にダイヤモンド砥粒をろう付けして砥粒層を形成した研削砥石において、前記端面の外周寄りの部分である外周部と内周寄りの部分である内周部との境界部に周方向に連続し前記外周部及び前記内周部の幅より狭い幅で断面Ｖ字状の溝が設けられ、前記内周部の平坦面が前記外周部の平坦面よりも高く形成され、前記外周部の最外周側は傾斜面または曲面に形成され、前記内周部のうち溝寄りの部分は溝に近い側が低くなるような傾斜面が形成され、前記内周部のうち溝寄りの部分に形成された前記傾斜面の溝寄りの部分の高さと前記外周部の平坦面の溝寄りの部分の高さとが略同一であることを特徴とする研削砥石。
2. 前記内周部のうち溝寄りの部分に形成された前記傾斜面は前記平坦面に対して２°以上５°以下の傾斜角を有していることを特徴とする請求項１記載の研削砥石。
3. 前記内周部の砥粒層には、前記外周部の砥粒層の砥粒より粒径の小さい砥粒が固着されていることを特徴とする請求項１または２記載の研削砥石。
4. 前記内周部のうち溝寄りの部分では、砥粒はいくつかの砥粒列を形成し、ある砥粒列に位置する砥粒と、この砥粒列に隣接する砥粒列に位置する最近接砥粒とを結ぶ線がなす角度が、６０°以上１２０°以下となるように、各砥粒が配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の研削砥石。

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