JP4794602B2 - 砥石チップおよびこの砥石チップを使用した研削砥石 - Google Patents
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例えば、特許文献1に記載の研削砥石は、工具本体に、作用面に対して垂直方向に任意の間隔で複数のチップ穴が設けられ、そのチップ穴の一部にはダイヤモンド砥粒を固定した硬質チップと、樹脂繊維を固めた軟質チップを差し込み、両チップとも前記チップ穴を摺動しながら上下動を可能にしたものであり、硬質チップのダイヤモンド砥粒で粗面加工を可能とし、軟質チップに遊離砥粒を保持することで鏡面加工を可能としている。これらのチップに対して、被削材の凹凸などにより強い抵抗力が生じた場合は、チップは工具本体のチップ穴に逃げ込むため、研磨面に深い傷を生じさせない。
本発明は、台金から突没可能なセグメント型の砥石チップを具備した研削砥石に使用される砥石チップにおいて、砥粒部の剛性を確保でき、摺動によるチップ穴の側面の摩耗を抑制することが可能な砥石チップ、およびこの砥石チップを使用した研削砥石を提供することを目的とする。
さらに、砥石チップは、研削砥石の台金に設けられたチップ穴に、作用面に垂直な方向に摺動可能に嵌合されているため、砥粒層にチップ穴の外部に突出した部分以外はチップ穴で保護される。そのため、砥粒部の幅が狭く細長い砥石など砥粒部の剛性が低い砥石チップを使用した場合においても、研削の際の砥粒部の欠損が起こりづらい。なお、上記「作用面」とは、砥粒部と被削材が接触する部分を指す。なお、被削材が曲面の場合には被削材と砥材部との接面が作用面に相当する。また、使用される砥粒としては、ダイヤモンド砥粒、CBN砥粒、WA砥粒、GC砥粒などが挙げられ、特にダイヤモンド砥粒、CBN砥粒が好適である。
また、前記チップ穴との当接面となる砥粒部の側面が金属めっきからなる保護層で被覆され、表面に砥粒が露出していないので、チップ穴が摩耗することが抑制される。特に、砥粒部の側面に設けられた金属めっきからなる保護層は薄く形成できるため、作用面となる砥粒部の幅を広く厚く設定することができる。その結果、幅が狭く細長い砥粒部においても砥粒部の作用面の面積が広くなるので、被削材の加工効率および砥石寿命を向上させることができる。なお、本明細書内で「幅が狭く細長い砥粒部」とは、具体的には、「長方形の長辺aと短辺bの比a/bが5以上の砥粒部」を指す。
さらに、砥粒部の側面と共に、チップ穴と当接する基台側面にも金属めっきからなる保護層を設けていることで、チップ穴における砥石チップの摺動がスムーズになるため、チップ穴および砥石チップ側面の摩耗が抑制される。
まず、発明の第1実施形態として、肉厚の薄い石英ガラス、サファイアなどの被削材の平面研磨に使用されるカップ型研削砥石の例を示す。
基台7の幅厚Aは1〜4mm程度で、長手方向の長さBは8〜20mm程度、高さCは3〜10mm程度の直方体形状の金属製台座である。なお、本実施形態では、直方体形状の基台7を使用したが、長手方向の形状をカップ型研削砥石1の円周に沿うように湾曲させてもよい。なお、基台7の構成材料としては、鉄系合金やブロンズ系合金やアルミニウムなどが挙げられる。
砥石チップ5は、チップ穴4に嵌合され、駆動機構6によって、矢印方向へ摺動することができる。本実施形態における駆動機構6は、チップ穴4の底部にバネを設置したものであり、砥石チップ5はこのバネの弾性力で上下動が可能となる。このようなカップ型研削砥石における研削部3では、被削材を研削する際に、強い抵抗力が生じた場合は、砥石チップ5はチップ穴4に逃げ込み、被削材に深い傷を生じさせない。また、被削材が非平面でもバネにより被削材面を押さえつけることができるという利点もある。また、加工圧力は、駆動機構6であるバネの弾性率を変えることで適宜制御可能である。
なお、本実施形態では駆動機構6としてバネを使用したが、ゴム、スポンジなどのその他の弾性体や、空気圧や油圧などの圧力駆動機構や、テーパーを利用した押し出し方式の駆動機構であってもよい。
図4に示すようにホーニング砥石20は、マンドレル21と、砥石拡張ロッド22と、砥石チップ23とからなる。マンドレル21には、その長手方向に貫通孔21aが設けられており、この貫通孔21aに一端側にテーパーが設けられた金属製の細長い棒からなる砥石拡張ロッド22が摺動自在に嵌合されている。さらにその長手方向端面に砥石チップ23が嵌合可能なチップ穴21bが設けられている。
本実施形態の砥石チップ23は、Cu−Sn系合金からなる基台24と、ダイヤモンド砥粒とCu−Sn系合金とからなる砥粒部25とを一体焼結したのちに、無電解めっきで、Niめっきと固体潤滑剤とからなる保護層26を砥石チップ23の全面に形成し、その後、作用面となる砥粒部25の前表面25aを研磨し、砥粒を表面で露出させることで形成している。このような製法で無電解めっきを行うと、全体に平坦でむらのない保護層26が形成されるため、摺動抵抗が大きく減少する。また、基台24と砥粒部25の固着は、上述の一体焼結ではなく、その他の固着方法でもよい。例えば、基台24と、砥粒部25は接着剤によって固着することができ、接着剤には、樹脂系接着剤、無機系接着剤、半田なども使用することができる。
上述の通り、砥石拡張ロッド22と、砥石チップ23の基台24には、テーパー面が設けられており、それぞれのテーパー面で当接している。砥石拡張ロッド22が所定位置にある場合には、砥石チップ23はチップ穴21bに収容されている(図6(a))。砥石拡張ロッド22を押し込むと、砥石拡張ロッド22のテーパーによって押し出され、砥石チップ23はチップ穴21bから突出する(図6(b))。砥石拡張ロッド22を元の位置に戻すと砥石チップ23をチップ穴21bに収容される(図6(a))。
以下に使用した砥石チップおよびカップ型研削砥石の詳細を示す。(符号は図2を参照)
「砥石チップ」
基台(材質:アルミニウム)
幅厚A :2mm(公差:0〜−0.03mm)
長手方向の長さB :15mm(公差:0〜−0.03mm)
高さC :5mm
砥粒部
幅厚A’ :1.5〜2mm(幅厚A’+保護層の厚みの合計2mm)
長手方向の長さB’ :14.5mm
高さD :5mm
砥粒 :ダイヤモンド(#1000) 砥粒部の5体積%
結合材:Cu−Sn系合金
保護層:Ni
保護層の厚み:
側面:3〜500μm
(3〜100μm Niめっき(作製方法:無電解めっき))
(100〜500μm Ni溶射法+Niめっき)
長手方向端面:1500μm(Ni溶射法+Niめっき)
固体潤滑剤:フッ素樹脂(平均粒径:0.8μm)
Niめっき部分のみ Niめっきの20体積%
砥石外径 :50mmφ
チップ穴
幅厚A :2mm(公差:+0.03〜0mm)
長手方向の長さB :15mm(公差:+0.03〜0mm)
砥石チップの駆動機構:バネ
加工方式:平面研削
砥石周速:1800m/min
砥石全体での切り込み荷重:2kgf
被削材:石英ガラス (63.5mmφ、厚さ:1.0mm)
研削液:水溶性
以下に使用したホーニング砥石に使用した砥石チップの詳細を示す。(符号は図5を参照)
「砥石チップ」
基台(材質:Cu−Sn系合金)
幅厚a :1.6mm
長手方向の長さb :40mm
高さc1 :1.8mm
高さc2 :0.8mm
平面部の長手方向長さb1 :39mm
支持部の半径b2 :0.8mm
テーパー角度α:1.5°
砥粒部
幅厚a’ :1.6mm
長手方向の長さb1 :38.4mm
高さd :1.2mm
砥粒 :CBN(#140)砥粒部の12.5体積%
結合材:Cu−Sn系合金
保護層の厚み:側面 3〜200μm (Niめっき(作製方法:無電解めっき))
固体潤滑剤:フッ素樹脂(平均粒径:0.8μm)
Niめっきの20体積%
チップ穴:幅厚 :1.6mm(公差:0.05〜0mm)
長手方向の長さ :40mm(公差:0.05〜0mm)
砥石チップの駆動機構:テーパーを利用した押し出し方式
加工方式:ホーニング加工
砥石周速:95m/min
切り込み速度:1.0μm/s
被削材:SCM440 HRC60
(内径:φ8mm、外径:φ14mm、長さ80mm)
研削液:油性
2 台金
2a 中心部
3 研削部
4 チップ穴
5 砥石チップ
6 駆動機構
7 基台
8 砥粒部
8a 側面
8b 長手方向端面
8c 前表面
9 砥粒
9a 突出した砥粒
10 結合材
11,11a,11b 保護層
20 ホーニング砥石
21 マンドレル
21a 貫通孔
21b チップ穴
22 砥石拡張ロッド
23 砥石チップ
24 基台
24a テーパー面
24b 平坦部
24c 支持部
25 砥粒部
25a 前表面
26 保護層
Claims (6)
- 研削砥石の台金に設けられたチップ穴に、作用面に垂直な方向に摺動可能に嵌合される、砥粒を結合材で固着した砥粒部と、前記砥粒部が固着された基台とからなる砥石チップであって、
前記砥粒部における前記チップ穴との当接面全体に前記砥粒部の砥粒を露出させず、かつ、前記砥粒部より摺動抵抗が低い層(以下、「保護層」と称す。)を設け、
前記保護層が、金属めっきからなることを特徴とする砥石チップ。 - 研削砥石の台金に設けられたチップ穴に、作用面に垂直な方向に摺動可能に嵌合される、砥粒を結合材で固着した砥粒部と、前記砥粒部が固着された基台とからなる砥石チップであって、
前記砥粒部における前記チップ穴との当接面全体に前記砥粒部の砥粒を露出させず、かつ、前記砥粒部より摺動抵抗が低い層(以下、「保護層」と称す。)を設け、
前記保護層が、固体潤滑剤を含むことを特徴とする砥石チップ。 - 研削砥石の台金に設けられたチップ穴に、作用面に垂直な方向に摺動可能に嵌合される、砥粒を結合材で固着した砥粒部と、前記砥粒部が固着された基台とからなる砥石チップであって、
前記砥粒部における前記チップ穴との当接面全体に前記砥粒部の砥粒を露出させず、かつ、前記砥粒部より摺動抵抗が低い層(以下、「保護層」と称す。)を設け、
前記保護層が、金属めっきと固体潤滑剤とからなることを特徴とする砥石チップ。 - 前記基台には、作用面に平行な平坦部と、基台両端部に位置し作用面に垂直な対向する支持部とからなるコの字型構造の砥粒部固着部が設けられ、
この砥粒部固着部に、四角柱状の前記砥粒部が、その長手方向端面が前記対向する支持部間に嵌合するように固着され、
前記砥粒部の側面および基台側面には、前記保護層が形成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砥石チップ。 - 前記保護層の厚みが、5〜1500μmであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の砥石チップ。
- 請求項1から5のいずれかに記載の砥石チップと、前記砥石チップを作用面に垂直な方向に駆動して、前記チップ穴から突没させる駆動機構とからなる研削部を備えた研削砥石。
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