JP4898016B2 - 歯車用ホーニング砥石 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車の歯面を研磨するための歯車用ホーニング砥石に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、自動車のトランスミッション等に用いられる歯車は、ギアノイズを低減するために、焼き入れ処理した後にホーニング加工が施されて焼き入れ歪が除去されると共に歯面の精度が向上させられている。このような加工には、例えば酸化アルミナ、炭化ケイ素などの一般砥粒をフェノール、エポキシ等の熱硬化性樹脂から成る樹脂結合剤により結合し、内周面に高精度の内周歯を形成した内歯型砥石が用いられている。たとえば、歯車(ワーク)の外周歯と噛み合う複数の内周歯を備えた歯車用ホーニング砥石がそれである。このようなホーニング用内歯砥石は、そのホーニング加工に先立って、ダイヤモンド砥粒が電着などにより表面に固着されたドレスギヤを用いてドレッシングされた後、内歯が歯車状ワークと噛み合わせられ、そのワークが軸心方向に往復移動させられつつ軸心まわりに回転させられることにより、ワークの歯面が研磨される。
【0003】
【発明が解決すべき課題】
ところで、上記歯車用ホーニング砥石のドレッシング加工においては、砥粒を結合させるために樹脂結合剤が用いられるレジノイド砥石であることから構造的に気孔形成が少なく且つ切り込みに弾性があるために必ずしも十分な切れ味が得られておらず、研磨能率が得られない場合があった。また、樹脂結合剤による砥粒のグリップ力が必ずしも十分でなく、砥粒の脱落によって必ずしも十分な耐摩耗性が得られない場合があった。
【0004】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、高能率且つ耐摩耗性が得られる歯車用ホーニング砥石を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するため、本発明の要旨とするところは、歯車の歯面を研磨するために該歯車と噛み合うための複数の歯を有する歯車用ホーニング砥石であって、複数の砥粒を無機結合剤により結合させて該砥粒より大径とした塊状砥粒が、充填剤を含む樹脂結合剤によって結合され、前記塊状砥粒は前記樹脂結合剤よりも強度が低く軟質であり、前記塊状砥粒の強度S G は20〜60MPaであり、前記樹脂結合剤の強度S PB は70〜150MPaであり、前記塊状砥粒の強度S G と該樹脂結合剤の強度S PB との強度比(S G /S PB )が0.13〜0.86であることにある。
【0006】
【発明の効果】
このようにすれば、複数の砥粒が無機結合剤により結合されてその砥粒よりも大径とされた塊状砥粒が充填剤を含む樹脂結合剤によって結合されていることから、塊状砥粒が構造的に気孔を有するとともにその大きさが大きいために切り込み時に弾性により戻されることが少なくなるので、十分な切れ味が得られるようになって研磨能率が得られるようになる。また、上記塊状砥粒は複数の砥粒の結合体であるために大径であり且つ表面が複雑な凹凸形状を有しているために樹脂結合剤によるグリップ力が大きいので、砥粒の脱落が少なく十分な耐摩耗性が得られるようになる。前記塊状砥粒は前記樹脂結合剤よりも強度が低く軟質であることから、ダイヤモンド砥粒の脱落或いは剥離が好適に防止され、被研磨材のスクラッチが少なくその研磨面粗度が得られるとともに、ドレッシング工具の耐久性が高められる。また、前記塊状砥粒の強度S G は20〜60MPaであり、前記樹脂結合剤の強度S PB は70〜150MPaであり、その塊状砥粒の強度S G とその樹脂結合剤の強度S PB との強度比(S G /S PB )が0.13〜0.86であって、塊状砥粒の強度S G がその樹脂結合剤の強度S PB よりも低くされているので、一層、スクラッチが少なくワークの面粗度が得られるとともに、表面にダイアモンドが電着された歯車状の高価なドレッシング工具(ドレスギヤ)の耐久性が高められる。
【0009】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記歯車用ホーニング砥石においては、前記樹脂結合剤が15〜30重量%、前記塊状砥粒が5〜50重量%、前記充填剤は40〜75重量%含まれる。このようにすれば、高い研磨能率と耐久寿命が得られる。上記塊状砥粒が5重量%を下回るとその研磨能率改善効果などが得られ難くなり、50重量%を上まわるとその効果が飽和する。
【0010】
【発明の好適な実施の態様】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
【0011】
図1は、本発明の一実施例の歯車用ホーニング砥石10の全体を示す斜視図である。歯車用ホーニング砥石10は、ハスバ歯車、ピニオンなどの被研磨材(被削材)18の外周歯を研磨するための内周歯を有する内歯型ホーニング砥石であって、全体がリング状を成すものであり、例えば外径がφ300mm 程度、内径がφ250mm 程度、幅(軸心方向の長さ)が40mm程度の寸法に形成されている。この歯車用ホーニング砥石砥石10は、例えば図2に示すように、環状の本体部12と、その本体部12の内周面において周方向の複数箇所から径方向に突設された複数の内周歯部14とを一体に備えている。この内周歯部14は、例えば軸心方向に対して所定角度傾斜したハス歯状の複数個の内周歯である。この内周歯部14は、たとえばm(モジュール)が2.0、P(圧力角)が17.5、Z(歯数)が120となるように形成されている。なお、内歯型ホーニング砥石10の内径は、内周歯部14の歯先を通る円筒面の直径である。
【0012】
上記本体部12および内周歯部14は、たとえば#8程度の塊状砥粒G1と#100程度の溶融アルミナ系のホワイトアランダム(WA)などの砥粒から成る充填剤G2とがエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂結合剤PBにより結合度R、組織7となるように結合されて成るもの(たとえばWA/X 100 R 7 Y)であり、例えば、弾性率が10〜15GPa 程度、熱膨張係数が25×10-6/℃程度の特性を有するものである。
【0013】
上記塊状砥粒G1は、CBNなどの超砥粒或いはアランダム、炭化珪素などの一般砥粒がガラス質の無機結合剤であるビトリファイドボンドによって結合された砥粒よりも十分に大径の粒子である。この塊状砥粒G1は、たとえば,上記砥粒およびビトリファイドボンドを用いて通常のビトリファイド砥石製造工程を経たビトリファイド砥石が粒状に粉砕されたり,プレス成形後且つ未焼成の生砥石が粒状に粉砕された後に焼結されたり,砥粒およびビトリファイドボンドが粘結剤を用いて当初から所定の粒径に造粒した後に焼結されたりしたものなどであるので、溶融したビトリファイドボンドによって結合され砥粒間には比較的空間が形成されている、通常のビトリファイド砥石と同様の構成を備えており、複数の砥粒によってその外形が複雑な凹凸形状とされている。
【0014】
上記塊状砥粒G1はたとえば20〜60MPaの強度SG および15〜40GPaの弾性率を備えるとともに、充填剤G2を含む樹脂結合剤PBはたとえば70〜150MPaの強度SPBおよび10〜15GPaの弾性率を備えており、その塊状砥粒G1の強度SG とその充填剤G2を含む樹脂結合剤PBの強度SPBとの比(SG /SPB)が1.5以下となるように、さらに好適には1.0未満となるように、材質、調合比、および製造条件が設定されている。この強度には、たとえば図3に示すような全長(l)120mm以上×幅(w)20mm×厚み(t)10mmのテストピースを作成し、たとえば図4に示すように100mmの間隔で2点支持させた状態で、その中央を破壊するまで押圧したときの荷重Fすなわち抗折強度(MPa)が用いられる。
【0015】
上記歯車用ホーニング砥石10は、たとえば図5に示すよく知られたレジノイド砥石の製造工程に従って製造される。先ず、原料調整工程では、砥石原料が準備され且つ予め定められた混合比となるように秤量される。この段階において、5〜50重量%好適には5〜35重量%の塊状砥粒G1、40〜75重量%の充填剤G2、15〜30重量%の樹脂結合剤PBが用意される。次いで、それらの準備された材料は混練工程において混練された後、ホットプレス工程において、成形型に充填され、所定時間加圧および加熱されることにより、成形且つ結合される。次いで、熟成工程において所定温度で所定時間だけ熟成されて品質が安定化され、仕上げ工程において外径仕上げやドレッシングによる内周面形状の仕上げなどが行われる。
【0016】
上記のように構成された歯車用ホーニング砥石10は、例えば、図6(a) ,(b) に示されるように、焼き入れ後のワークである被研磨材18の所定の形状精度を得るために行われる研磨加工すなわちホーニング加工に用いられるものである。図6(a) において、たとえばハスバ歯車のような被研磨材18は、図示しない両端部において支持されている回転軸20に、軸心方向および周方向の相対回転不能に取り付けられている。そして、この回転軸20が、図示しない駆動機構により駆動されることにより、ハスバ歯車18は、その軸心回りに回転させられると共にその軸心方向に往復移動させられる。一方、歯車用ホーニング砥石10は、その内周歯部14が被削材18の外周歯と噛み合うように、図6(a) に示されるようにその軸心が回転軸20の軸心方向に対して所定角度傾斜し、且つ図6(b) に示されるようにその軸心が被研磨材18の軸心から所定距離離隔して配置されている。そして、外周面において図示しないホルダ等にその軸心回りの回転可能に取り付けられることにより、被研磨材18の回転に伴って噛合状態を維持したまま連れ回りさせられる。これにより、被研磨材18には歯車用ホーニング砥石10の内周歯部14の形状が転写されて形状精度が高められる。
【0017】
歯車用ホーニング砥石10のうち少なくとも研磨に関与する内周歯部14が塊状砥粒G1を含むものであることから、上記のホーニング加工では、一般砥粒を用いた従来の歯車用ホーニング砥石に比較して、塊状砥粒G1が大径であって切り込み時の弾性的な逃げが少なくなるので切り込み量を多くすることができ、しかも塊状砥粒G1自体に気孔が形成されてそれがチップポケットとして機能するので、持続的な切れ味が得られて高い研磨加工能率が得られる。また、上記塊状砥粒G1は充填材G2或いはその塊状砥粒G1に含まれる砥粒よりも十分に大径であって複雑な凹凸形状を備えているので、樹脂結合材PBによるグリップ力が十分に得られるので、砥粒脱落が少なくなって高い耐摩耗性が得られるとともに、砥粒脱落に起因するスクラッチにより面粗度が損なわれず、高品質な研磨加工面が得られる。
【0018】
ところで、上記のような歯車用ホーニング砥石10においても、本体部12の内周歯部14が摩耗した際には、研磨精度を維持するために定期的にドレッサを用いて目立ておよび形状修正をする必要があるが、そのドレッシング作業は、例えば、図6(a) ,(b) において被研磨材18に代えて同様な形状の表面にダイヤモンド砥粒が電着されたドレスギヤ(ドレッサ)を回転軸20に取り付けて行われるのが一般的である。このとき、ドレスギヤは適当な切込量を与えるために内歯型ホーニング砥石10の内周面を押圧するように作用させられ、その内周面および内周歯部14の歯溝16内においては外周側へ向かう比較的大きな応力が作用する。
【0019】
上記のドレッシング工程において、ハスバ歯車18と同様の外形状を備え且つ表面にダイヤモンド砥粒が電着されたドレスギヤの中で最も損傷を受け易い歯先は、それと摺接させられるドレスギヤの歯先に大きな加工負荷すなわち応力や摩擦熱が集中しても、塊状砥粒G1と充填材G2を含む樹脂結合剤PBとの間の硬さの差によって、すなわち強度比(SG /SPB)が1.5以下、好適には1.0未満であって相対的に充填剤G2を含む樹脂結合剤PBに対して強度が低く軟質な塊状砥粒G1の存在によって、その歯先のダイヤモンド砥粒の脱落或いは剥離が好適に防止され、スクラッチが少なく被研磨材18の研磨面粗度が得られるとともに、表面にダイヤモンドが電着された歯車状の高価なドレッシング工具(ドレスギヤ)の耐久性が高められる。
【0020】
また、本実施例によれば、歯車用ホーニング砥石10において、樹脂結合剤PBが15〜30重量%、塊状砥粒G1が5〜35重量%、充填剤G2が40〜75重量%含まれることから、高い研磨能率と耐久寿命が得られる。上記塊状砥粒が5重量%を下回るとその研磨能率改善効果などが得られ難くなり、35重量%を上まわるとその効果が飽和する。
【0021】
次に、本発明者等が以下に述べる実験方法および実験条件下で塊状砥粒を用いた試料1と塊状砥粒を用いない試料2とについて行った実験例を説明する。実験結果によれば、塊状砥粒を用いない試料2では、50μm程度の取り代であったのに対し、塊状砥粒を用いた試料1では、100μm程度の取り代が可能であった。また,ドレスインターバル(ドレッシング1回当たりの研磨加工可能個数)は上記試料2では15個/Dであったのに対し,試料1では30個/Dが可能となった。すなわち、本発明が適用された塊状砥粒を用いた試料1は、塊状砥粒を用いない試料2に比較して、切れ味の持続性がよく高い研磨能率が得られるとともに、ドレスインターバルが長く、ドレッサの耐久寿命が得られたことを示している。
【0022】
(試料1)
・砥石の組成表示:WA/X 100 R 7 Y
(WA100Iを粉砕して塊状砥粒を用意し、#8相当の塊状砥粒20%および#100相当のホワイトアランダム80%から成る混合砥粒とエポキシ樹脂結合剤とが、Vg=49、Vb=47という割合で、すなわち塊状砥粒(#8)が23.2重量%、WA砥粒が57.5重量%、エポキシ樹脂結合剤が19.3重量%という割合で混合され且つ結合されることにより、結合度R、集中度7とされたもの。)
・設計比重=2.37
【0023】
(試料2)
・砥石の組成表示:WA80 R 7 Y
(#80相当のホワイトアランダム(WA)から成る砥粒とエポキシ樹脂結合剤とが、Vg=49、Vb=47という割合で、すなわちWA砥粒が80.9重量%、エポキシ樹脂結合剤が19.1重量%という割合で混合され且つ結合されることにより、結合度R、集中度7とされたもの。)
・設計比重=2.41
【0024】
(実験方法)
実験の再現性,容易性を高めるために,本実験ではホーニング砥石10とは異なる形状の試料と被研磨材18とは異なる形状のワークとが作成されて用いられている。すなわち,試料として平板(盤)状砥石を鉄板などの基台に固定し,その上部から,ワークに見立てた円板状ワークをその平板状砥石の上面に平行な軸心まわりに回転させた状態で一定量切り込みをかけ,その円板状ワークの外周面に対する加工量(取り代)をそれぞれ測定した。試料である平板状砥石の切れ味の低下により,加工量が当初の30%を下回ったところで加工を停止し,平板状砥石の上面(加工面)のドレッシングを行った。各試料について,適切なドレッシングインターバルを設定した。
【0025】
(実験条件)
・平板状砥石寸法:長さ150mm×幅内130mm×厚み20mm
・円盤状ワーク寸法:外径100mmφ×厚み12mm×内径76.2mmφ
・ワーク材質:SCM420
・ドレッサ:上記ワークに#80のダイヤモンドを電着したもの
・ワーク回転速度:750rpm
・研削液 :不水溶性
・切込み:120μm
【0026】
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は他の態様においても適用される。
【0027】
例えば、前述の実施例においては、歯車用ホーニング砥石10は、内周歯部14を備えて被削材18の外周歯をホーニング加工するものであったが、反対に、被削材の内周歯をホーニング加工するための外周歯を備えたものであってもよい。
【0028】
また、前述の実施例の歯車用ホーニング砥石10において、樹脂結合剤PBにはホワイトアランダム(WA)から成る充填剤G2が混入されていたが、他の無機材料などの充填剤G2であってもよく、また必ずしも充填剤G2が含まれていなくてもよい。
【0029】
また、前述の実施例の歯車用ホーニング砥石10においては、図2に示すように、塊状砥粒G1が全体的に混入されていたが、研磨に関与する内周面の表層だけに局部的に混入されていてもよい。
【0030】
また、前述の実施例の歯車用ホーニング砥石10においては、塊状砥粒G1はWA砥粒がビトリファイド結合剤により結合されたものであったが、CBN砥粒、ダイヤモンド砥粒、炭化ケイ素砥粒などがビトリファイド結合剤により結合されたものであってもよい。要するに、塊状砥粒G1は、その他の部分の強度との強度比が1.5以下、好適には1.0未満であればよい。
【0031】
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の歯車用ホーニング砥石の全体を示す斜視図である。
【図2】図1の歯車用ホーニング砥石の一部すなわち内周歯を拡大して説明する図である。
【図3】図1の歯車用ホーニング砥石に含まれる塊状砥石G1と充填剤G2および樹脂結合剤との強度をそれぞれ測定するためテストピースを示す斜視図である。
【図4】図3のテストピースを用いて強度を測定する方法を説明する図である。
【図5】図1の歯車用ホーニング砥石の製造工程を説明する工程図である。
【図6】図1の内歯型砥石を用いて歯車のホーニング加工をする状態を説明する図であり、(a) は軸心方向に平行な(b) におけるa−a視断面を、(b) は軸心方向に垂直な断面をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
10:歯車用ホーニング砥石
12:本体部
14:内周歯部
18:被削材(歯車)
G1:塊状砥粒
G2:充填剤
PB:樹脂結合剤
Claims (2)
- 歯車の歯面を研磨するために該歯車と噛み合うための複数の歯を有する歯車用ホーニング砥石であって、
複数の砥粒を無機結合剤により結合させて該砥粒より大径とした塊状砥粒が、充填剤を含む樹脂結合剤によって結合され、
前記塊状砥粒は前記樹脂結合剤よりも強度が低く軟質であり、
前記塊状砥粒の強度S G は20〜60MPaであり、
前記樹脂結合剤の強度S PB は70〜150MPaであり、
前記塊状砥粒の強度S G と該樹脂結合剤の強度S PB との強度比(S G /S PB )が0.13〜0.86である
ことを特徴とする歯車用ホーニング砥石。 - 前記樹脂結合剤が15〜30重量%、前記塊状砥粒が5〜50重量%、前記充填剤が40〜75重量%含まれることを特徴とする請求項1の歯車用ホーニング砥石。
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