JP4979555B2 - 研削砥石 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック、プラスチック複合材、カーボン型材、非鉄金属材料等の目詰まりしやすい材料の研削加工に用いる研削砥石に関する。

ダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒などの砥粒、いわゆる超砥粒をろう付け法により一層に固着した研削砥石がプラスチック、プラスチック複合材料、カーボン型材、非鉄金属材料などの研削加工に使用されている。このような研削砥石には、切れ味に優れ、しかもその切れ味が長期にわたって安定的に持続することが要求される。ところが、ダイヤモンド砥粒にしろ、ｃＢＮ砥粒にしろ、研削作業の進行に伴い切れ味と寿命が低下する。

その主な原因として、台金への砥粒の固着状態が不安定で砥粒が脱落しやすいこと、チップポケットが小さいこと、砥粒間隔のコントロールが不十分なために研削作業中に切粉によって目詰まりが生じることが挙げられる。とくにプラスチック類は研削によって発生する切粉の体積が大きくなることから目詰まりが生じやすい。このような目詰まりの生じやすい材料に使用する研削砥石として、特許文献１に記載の研削砥石がある。

この特許文献１に記載の研削砥石は、台金の外周面に砥粒をろう材により一層だけ固着させた砥石であって、砥粒を均一に規則配列した砥石である。規則配列パターンとして、たとえば砥粒を結ぶ線が四角形あるいは平行四辺形をなすように、各砥粒を均一に規則配列することにより、部分的な目詰まりが生じず、仮に目詰まりが生じても砥粒面全域に亘って均一となり、目詰まりを抑えた効率的な研削を行うことができる、とされている。

また本出願人も、砥粒を台金に一層配列してろう付けした研削砥石において、砥粒粒径の１／３〜１／２倍のろう材厚さで砥粒を保持するとともに、隣り合う砥粒との間に砥粒粒径の２／３〜２．５倍の幅で台金素地を露出させた部分を含むチップポケットを規則的に形成した砥石を開発し、特許文献２において開示した。

この研削砥石によれば、砥粒の保持力を確保したうえで、良好な切れ味を発揮するのに必要な砥粒の突出高さを確保することができる。とくに、砥粒粒径の２／３〜２．５倍の幅で台金素地を露出させた部分を含むチップポケットを規則的に形成することにより、砥粒層の全面にわたって砥粒の分布を均一にするとともに、研削液の供給と切粉の排出を良好にして目詰まりをなくし、切れ味を向上させることができる。

特許文献２に記載の砥石によれば、砥粒が所定の間隔をもって一様に分布していることから、部分的な目詰まりが生じず、良好な切れ味を維持することができる。しかし、これらの砥石は、砥粒間隔の設定を広くすると、切粉の排出は良くなるが削り残しが発生し、加工面粗さが悪くなる。また、一つの砥粒に加わる力が大きくなって砥粒が脱落しやすくなり、砥石の耐用が短くなる。砥粒間隔を小さくした場合は、砥粒個数が多くなりすぎて研削加工時に目詰まりを生じ、充分な切れ味と切粉の排出が得られない。

そこで、本願出願人はさらに、特許文献３において、研削加工時の目詰まりを抑制し、切粉の排出と十分な切れ味を得ることのできる研削砥石を開示した。これは、図５に示すように、ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒などの砥粒１３を台金１１に一層配列してろう付けにより固着した研削砥石であって、砥粒１３の平均粒径が７５〜３００μｍであり、砥粒平均粒径の２．２〜３．５倍の直径の円形の島状領域１２が規則的に配列され、各島状領域１２内に複数個の砥粒１３がろう材１４により固着され、かつ砥粒１３を固着したろう材１４の厚さが島状領域１２の外周側では砥粒平均粒径の０．１〜０．７倍の厚さであり、内部は外周側のろう材厚さの１．１〜１．２倍の厚さである研削砥石である。

このように、台金１１の砥粒量形成面に、砥粒１３の平均粒径（７５〜３００μｍ）の２．２〜３．５倍の直径の円形の島状領域１２を規則的に配列し、この島状領域１２内に複数個の砥粒１３をろう材１４により固着することによって、切粉の排出を良好にし、目詰まりや焼き付きの発生を抑制し、長期にわたって安定した加工精度と切れ味を得ることができ、砥石の寿命も延長することができる。

特開平１１−９０８３４号公報 特開２０００−３４３４３６号公報 特開２００３−１７５４６４号公報

しかしながら、特許文献３において開示された研削砥石では、図５に示すように、島状領域１２間に空間Ａがあるため、ワーク（被加工物）にスジが発生して面粗さが悪くなる。特に、プランジ研削（ワーク、台金を横方向に移動させず、ワークを研削砥石に押し当てて加工する。）で使用する際に、面粗さが悪くなる。さらに、プラスチックレンズの外周や靴底等の、加工中に溶着しやすい素材からなるワークの研削では、従来は、粗工程と、仕上げ工程の２工程に分けて加工しなければ、粗工程だけでは面粗さが粗く、仕上工程だけでは、密着して加工できないという問題があった。

そこで本発明は、ワークの研削面におけるスジの発生を無くして面粗さを細かくでき、また加工中に溶着しやすい素材からなるワークに対しても１工程で加工することのできる研削砥石を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の研削砥石は、ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒などの砥粒を台金に一層配列してろう付けにより固着した研削砥石であって、前記砥粒の複数個を密接配置した島状領域の形状を、長方形の両短辺側に半円形が付いた両端半円長方形とし、その両端半円長方形の島状領域を、前記台金における研削方向に沿って所定間隔で複数個、および研削方向に対して直交する方向に沿って所定間隔で複数列配置し、かつ、前記島状領域の両端半円長方形を前記研削方向に投影したときに隣接する列の島状領域の両端半円長方形の端部が一部重なるようにし、その重なりの長さを、砥粒径の０．５〜１．０倍とし、前記島状領域の幅を砥粒径の１．５〜２．０倍にしたことを特徴とする。

このように構成することにより、研削砥石を研削方向に回転させてワークを研削するとき、両端半円長方形の島状領域に固着された砥粒がワークの研削面全体を隙間なく加工することになり、ワークの研削面におけるスジの発生が無く、そのため面粗さを細かくできる。また、切粉の排出性が良いため、溶着しやすい素材からなるワークに対しても１工程で加工することができる。なお、本発明において、両端半円長方形の島状領域を研削方向に沿って所定間隔で複数個配置したものを１列として、これを複数列、研削方向に対して直交する方向に所定間隔で配置しているが、各列間における近接する島状領域の位置関係は、必ずしも研削方向に対して直交する直線上にある必要はなく、斜め方向でも、ジグザグ状でも、ランダムでも構わない。

また、本発明の研削砥石は、前記島状領域の両端半円長方形の幅を砥粒径の１．５〜２．０倍にしたことを特徴とする。両端半円長方形の幅が砥粒径の１．５倍未満のときは砥粒が交差せず、面粗さが悪くなる。逆に２．０倍より大きいと、面粗さは良くなるが、極端に加工抵抗が大きくなる。

また、本発明の研削砥石は、前記島状領域の両端半円長方形の長さ方向の向きが、同じ列では同じ向きに傾くようにし、隣り合う列は逆向きの傾きとなるようにしたことを特徴とする。列の傾きの向きが隣り合う列同士で同じであると、加工が安定せず、面粗さが悪くなるため、逆向きの傾きとなるようにする。

また、本発明の研削砥石は、前記島状領域の両端半円長方形の傾きを、前記台金の研削方向に対して３０〜６０°としたことを特徴とする。両端半円長方形の傾きが３０°未満の場合は、断続的な研削になるため、加工が安定せず、面粗さが悪くなる。両端半円長方形の傾きが６０°を超えると、島状領域と島状領域の間隔が狭くなり、砥粒数が増えるため、加工抵抗が大きくなる。

また、本発明の研削砥石は、前記島状領域の両端半円長方形を前記研削方向に投影したときに隣接する列の島状領域の両端半円長方形の端部の重なりの長さを、砥粒径の０．５〜１．０倍としたことを特徴とする。隣り合う列の両端半円長方形の重なりが砥粒径の０．５未満の場合、スジが発生して面粗さが悪くなる。重なりが砥粒径の１．０倍より大きいと、加工抵抗が大きくなる。

本発明によれば、砥粒の複数個を密接配置した島状領域の形状を、長方形の両短辺側に半円形が付いた両端半円長方形とし、その両端半円長方形の島状領域を、台金における研削方向に沿って所定間隔で複数個、および研削方向に対して直交する方向に沿って所定間隔で複数列配置し、かつ、島状領域の両端半円長方形を研削方向に投影したときに隣接する列の島状領域の両端半円長方形の端部が一部重なるようにし、その重なりの長さを、砥粒径の０．５〜１．０倍とし、島状領域の幅を砥粒径の１．５〜２．０倍にしたことにより、ワークの研削面におけるスジの発生を無くして面粗さを細かくでき、また軟質の素材からなるワークに対しても１工程で加工することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る研削砥石の例を示すものであり、（ａ）は一部切欠正面図、（ｂ）は平面図である。また、図２は砥石表面の拡大図、図３は島状領域の形状を示す説明図、図４（ａ）〜（ｃ）は島状領域内の砥粒の配列状態を示す説明図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る研削砥石は、駆動軸に取り付けられるホイール１の外周である研削面１ａに、両端半円長方形の砥粒の島状領域２を配列したものである。島状領域２内には、図３に示すように、複数の砥粒３がろう材４により密接して固着されている。島状領域２を、長方形の両短辺側に半円形が付いた両端半円長方形にすることにより、円形の場合に比べて砥粒３の個数を節減できる。両端半円長方形の島状領域２のコーナーＲは、半円である。この半円部分の中に砥粒は１個だけ配列されることから、加工抵抗が低減できる。コーナーが半円ではなく方形の場合、砥粒が１個以上配列されることになり、加工抵抗が大きくなる。

島状領域２の両端半円長方形の幅Ｗは、砥粒３の径の１．５〜２．０倍にすることが望ましい。図４は島状領域２内の砥粒３の配列状態を示すものであり、図４（ａ）は島状領域２の幅Ｗ_aの中に１個の砥粒３を配列した場合を示している。この場合、砥粒３を研削方向（研削面１ａの回転方向）に投影したプロフィールの間に隙間ａが発生し、研削面が粗くなる。図４（ｂ）のように、島状領域２の幅Ｗ_bの中に砥粒３が１．５個入った状態では、図４（ａ）に示したような隙間ａがなくなる。一方、図４（ｃ）に示すように、島状領域２の幅Ｗ_cの中に砥粒３が２．５個入った状態では砥粒数が多くなり、加工抵抗が大きくなり、好ましくない。従って、島状領域２の両端半円長方形の幅Ｗは、砥粒３の径の１．５〜２．０倍にすることが望ましい。

図２に示すように、島状領域２の両端半円長方形の長さＬの方向（図３参照）は、同じ列（例えばＡ列）では同じ向きに傾くように形成し、隣り合う列（例えばＢ列）は逆向きになるようにする。列の傾きの向きが隣り合う列同士で同じであると、加工が安定せず、面粗さが悪くなる。

図２に示すように、島状領域２の両端半円長方形の傾きθは、回転方向に対して３０〜６０°とする。両端半円長方形の傾きが３０°未満の場合、断続的な研削になるため、加工が安定せず、面粗さが悪くなる。６０°を超えると、島状領域と島状領域の間隔が狭くなり、砥粒数が増えるため、加工抵抗が大きくなる。

さらに、図２に示すように、島状領域２のＡ列とＢ列のように、隣り合う列同士で、両端半円長方形を回転方向に投影したプロフィールＤ_A，Ｄ_Bが、重なるように配置する。その重なりの長さＤ_Cは、砥粒径の０．５〜１．０倍とする。隣り合う列の両端半円長方形の重なりの長さＤ_Cが砥粒径の０．５未満の場合、スジが発生して面粗さが悪くなる。重なりの長さＤ_Cが砥粒径の１．０倍より大きいと、加工抵抗が大きくなる。

島状領域２の長さＬは、幅Ｗの２倍以上とする。２倍未満になると、砥粒３を配置したときに総砥粒数が増加して加工抵抗が大きくなる。

なお、ホイール１の回転方向に対する島状領域２の各列における間隔は、島状領域２の各列における間隔をｖとし、島状領域２を回転方向に投影した長さをｖ₁とすると、ｖの最適値はｖ₁／２≦ｖ≦ｖ₁である。ｖがｖ₁／２より短いと加工抵抗が大きくなり、ｖ₁より大きいと寿命が極端に短くなる。

以上の構成の研削砥石でワークを研削した実施例を以下に示す。
１．試験条件
ホイール周速：１，３００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：１，０００ｍ／ｍｉｎ
切り込み量：１ｍｍ
被削材：プラスチック

２．結果
下記に、研削能力を指数で示す。

この結果から、本発明品では、面粗さが、従来品に比べて２．５倍程度細かくなったことが判る。

本発明は、ワークの研削面におけるスジの発生を無くして面粗さを細かくでき、また軟質の素材からなるワークに対しても１工程で加工することのできる研削砥石として、プラスチック、プラスチック複合材、カーボン型材、非鉄金属材料等の目詰まりしやすい材料の研削加工に利用することができる。

本発明の実施の形態に係る研削砥石の例を示すものであり、（ａ）は一部切欠正面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の実施の形態に係る研削砥石の砥石表面の拡大図である。 本発明の実施の形態に係る研削砥石の島状領域の形状を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態に係る研削砥石の島状領域内の砥粒の配列状態を示す説明図である。 従来の研削砥石の説明図である。

符号の説明

１ ホイール
１ａ 研削面
２ 島状領域
３ 砥粒
４ ろう材

Claims (3)

1. ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒などの砥粒を台金に一層配列してろう付けにより固着した研削砥石であって、前記砥粒の複数個を密接配置した島状領域の形状を、長方形の両短辺側に半円形が付いた両端半円長方形とし、その両端半円長方形の島状領域を、前記台金における研削方向に沿って所定間隔で複数個、および研削方向に対して直交する方向に沿って所定間隔で複数列配置し、かつ、前記島状領域の両端半円長方形を前記研削方向に投影したときに隣接する列の島状領域の両端半円長方形の端部が一部重なるようにし、その重なりの長さを、砥粒径の０．５〜１．０倍とし、前記島状領域の幅を砥粒径の１．５〜２．０倍にしたことを特徴とする研削砥石。
2. 前記島状領域の両端半円長方形の長さ方向の向きが、同じ列では同じ向きに傾くようにし、隣り合う列は逆向きの傾きとなるようにしたことを特徴とする請求項１記載の研削砥石。
3. 前記島状領域の両端半円長方形の傾きを、前記台金の研削方向に対して３０〜６０°としたことを特徴とする請求項２記載の研削砥石。

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