JP5417014B2 - 砥石 - Google Patents

Description

本発明は、多面体形状の砥粒を母材に付着してなる砥石に関する。

多面体形状の砥粒を母材に付着させ、砥石が製造される（例えば、特許文献１（図４）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１５（ａ）に示すように、母材２０１の上面に砥粒２０２がめっき層２０３を介して付着される。
次に（ｂ）に示すように、砥粒２０２の先端を削ることで砥粒２０２の高さを整え、砥石２０５が製造される。

ところで、本発明者らは市販されている砥粒の大きさのばらつきについて検討した。この結果、最小の粒径の砥粒（例えば５０μｍ）に対して最大の粒径の砥粒（例えば２００μｍ）は粒径が２倍以上あることが分かった。
砥粒の高さを整えるためには、最小の粒径の砥粒に高さを合わせる必要がある。従って、高さを合わせるために最大の粒径の砥粒を半分以上削ることがある。
即ち、母材からの砥粒突出し量にばらつきがあることで、大きく削られる砥粒が必然的に発生し、無駄が多くなる。

砥粒を削る量が少なくて済む砥石の提供が望まれる。

特開２００５−２７９８４２公報

本発明は、砥粒を削る量が少なくて済む砥石の提供を課題とする。

請求項１に係る発明は、対向する面同士が平行であると共に、対向する面と面との距離が面によって異なっている切頂八面体形状の砥粒を母材に付着してなる砥石であって、
前記砥粒は、前記距離のうち最小距離が所定の距離であり、且つ大部分の砥粒は、前記最小距離が前記母材からの突出し高さとなるように配置されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、対向する面同士が平行であると共に、対向する面と面との距離が面によって異なっている切頂八面体形状の砥粒を母材に付着してなる砥石であって、
前記砥粒は、前記母材からの突出し高さが最小のものから最大のものまでが、この順に前記母材の表面に配置され、前記砥粒によって形成される包絡線がテーパ形状に形成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、対向する面同士が平行であると共に、対向する面と面との距離が面によって異なっている切頂八面体形状の砥粒を母材に付着してなる砥石であって、
前記砥粒は、前記距離のうち最小距離が所定の距離であり、前記最小距離が前記母材からの突出し高さとなるように配置されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、砥粒は、距離のうち最小距離が所定の距離である。即ち、精密に分級された砥粒を用いる。これにより、砥粒による大きさのばらつきを抑えることができ、砥粒を削る量が少なくて済む。

加えて、大部分の砥粒は、面と面との距離が最も短い最小距離が、母材からの突出し高さとなるように配置されている。砥粒の母材からの突出し高さを砥粒の最小高さとすることで、砥粒の突出し高さが揃えられ、砥粒が削られる量を減らすことができる。

請求項２に係る発明では、母材からの突出し高さが最小のものから最大のものまでが、この順に母材の表面に配置され、砥粒によって形成される包絡線がテーパ形状に形成されている。砥粒をテーパ状に削る必要がある場合に、予め砥粒の先端がテーパ状になるよう配置することで砥粒が削られる量を減らすことができる。

請求項３に係る発明では、砥粒は、面と面との距離が最も短い最小距離が、母材からの突出し高さとなるように配置されている。砥粒の母材からの突出し高さを砥粒の最小高さとすることで、砥粒の突出し高さが揃えられ、砥粒が削られる量を減らすことができる。

本発明に係る砥粒分級装置の斜視図である。 本発明に係る砥粒分級装置の平面図である。 図２の３−３線矢視図である。 本発明に係る砥粒分級装置の作用を説明する図である。 本発明に係る間隙部と砥粒の作用を説明する図である。 図４の別実施例図である。 図４の更なる別実施例図である。 本発明に係る付着装置の斜視図である。 本発明に係る付着装置の正面図である。 本発明に係る載置工程から振動工程を説明する図である。 本発明に係る検査工程及び修正工程を説明する図である。 本発明に係る電着工程を説明する図である。 本発明に係る砥石を説明する図である。 図１３の別実施例図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示されるように、砥粒分級装置１０は、前脚部１１、１１及びこれらの前脚部１１、１１よりも長い後脚部１２（奥側の後脚部は不図示）と、これらの長さの異なる脚部１１、１２に支持され水平軸に対して斜めに設けられる基台１３と、この基台１３に支持される縦壁１４、１４と、この縦壁１４上部に支持され砥粒の選別を行うための第１分級機構１６と、この第１分級機構１６の下方に配置され第１分級機構１６を通過した砥粒が更に選別される第２分級機構１７とからなる。

第１分級機構１６は、左側の縦壁１４に支持され下面にフランジ１９が配置される軸受けブロック２１と、この軸受けブロック２１に軸が支持され本体がフランジ１９に支持される第１アクチュエータ２２と、この第１アクチュエータ２２により回転させられ端部に駆動ギア２３が配置される剛体としての第１ローラ２４と、この第１ローラ２４の先端の軸２５を回転可能に支持する軸受けブロック２６と、この軸受けブロック２６に支持される軸２５に対して所定の距離を離して配置される軸２７を回転可能に支持するための軸受けブロック２８と、駆動ギア２３に当接する従動ギア３１が配置され第１アクチュエータ２２が作動することで従動ギア３１と共に回転される第１ローラ３２と、この第１ローラ３２を支持するための軸受けブロック３３と、第１ローラ２４、３２の間に形成され砥粒が上面に送られる第１間隙部３５と、第１ローラ２４、３２の下流側下方に配置され第１間隙部３５を通過しなかった砥粒が送られる砥粒取出し箱３６とからなる。
第１間隙部３５を通過した砥粒については後述する。

第２分級機構１７も基本的に第１分級機構１６と同様の構造であり、同様に作動される。
即ち、フランジ４１と、軸受けブロック４２、４３、４４、４５と、第２アクチュエータ４６と、駆動ギア４７と、第２ローラ４８、４９と、軸５２、５３と、従動ギアと、第２間隙部５４と、砥粒取出し箱５６とからなる。

第２間隙部５４は、第１間隙部３５よりも間隙が狭く構成されている。また、第２ローラ４８、４９の下方には第２間隙部５４を通過した砥粒が落下される砥粒取出し箱５５が配置される。
砥粒の流れについて次図で説明する。

図２に示すように、想像線で示されるホッパ５８に砥粒を送り、ホッパ５８の砥粒送り口５９から第１間隙部３５に向かって砥粒が送られる。砥粒送り口５９は、第１間隙部３５の上流側へ配置することが望ましい。これにより砥粒が第１間隙部３５の上流（図面左）から下流（図面右）まで通ることができる。分級はこの第１間隙部３５を砥粒が通過することができるか否かによって行われるため、できるだけ長い距離を通すことで分級の正確性が増す。

第１アクチュエータ２２を駆動させると、軸２５が回転される。これにより、軸２５上に配置される第１ローラ２４及び駆動ギア２３も回転される。駆動ギア２３が回転されることにより従動ギア３１も回転される。従動ギア３１が回転されると、これに通される軸２７も回転され、軸２７上に配置される第１ローラ３２も回転される。
これに対して軸受けブロック２１、２６、２８、３３は軸２５、２７を回転させながら支持し、軸受けブロック２１、２６、２８、３３自体は縦壁１４に固定されたまま動かない。
第１アクチュエータ２２を作動させた上で、ホッパ５８から砥粒を送る。

第１間隙部３５の間隙は、軸２５、２７の距離Ｌ１を調節することで管理することができる。第１ローラ２４、３２は、断面視で円状に形成される。第１ローラ２４、３２の軸２５、２７同士の距離を調節すれば、第１間隙部３５の間隙を管理することができる。間隙の管理を容易に行うことができる。
次図で砥粒分級装置の駆動機構について説明する。

図３に示すように、駆動ギア２３を時計回り方向に駆動させることで、従動ギア３１は反時計回り方向に従動される。これらのギア２３、３１が接する接点Ｐの上方に第１間隙部３５が設けられている。従って、第１間隙部３５に送られる砥粒に対して、砥粒が持ち上げられるような方向に力がかかることで、砥粒が回転される。これにより、砥粒の噛込みを防止することができ、円滑な分級作業を行うことができる。
このような砥粒分級装置の作用を次図で説明する。

図４に示すように、ホッパ５８に砥粒６０を投入する。投入された砥粒は、まず第１ローラ２４の上面に送られる。このとき第１ローラ２４は、水平軸６１に対して傾斜（例えば１０°）して設けられている。これにより、砥粒６０は第１ローラ２４上を自重で転がるようにして移動する。第１ローラ２４の間隙を通過しない砥粒６０ａ（ａは第１ローラ２４を通過しなかった砥粒を示す添え字。以下同じ。）は砥粒取出し箱３６に落下する。

第１ローラ２４の間隙を通過した砥粒６０は、第１ローラ２４の下方に配置されるホッパ６２に落下する。ホッパ６２の砥粒送り口６３は、上方に配置されているホッパ５８と同じように、第２ローラ４８の上流側上方に配置されている。

ホッパ６２に落下した砥粒６０は、第２ローラ４８上面に送られる。第２ローラ４８の間隙を通過しない砥粒６０ｂ（ｂは第２ローラ４８を通過しなかった砥粒を示す添え字。以下同じ。）は砥粒取出し箱５６に落下する。
第２ローラ４８の間隙を通過した砥粒６０ｃ（ｃは第２ローラ４８を通過した砥粒を示す添え字。以下同じ。）は砥粒取出し箱５５に落下する。

ローラ２４、４８は、水平軸６１に対して傾斜して設けられる。これにより、間隙部３５、５４を通過しない砥粒６０は、ローラ２４、４８上を自重で移動する。砥粒６０を１箇所に留まらせないことで、次の砥粒６０を送り込むことができ、分級作業を円滑に行うことができる。
分級作業の詳細について次図で説明する。

図５（ａ）に示すように、第１間隙部３５の長さは例えばＬ２（Ｌ２＝４７５μｍ）である。この幅よりも大きい砥粒６０ａは、第１ローラ２４、３２上を転がり砥粒取出し箱３６へ落下する。
一方、この幅よりも小さい砥粒６０ｂは、第１間隙部３５からホッパ６２へ落下する。

ホッパ６２へ落下した砥粒６０ｂは、（ｂ）に示すように第２ローラ４８、４９に送られる。第２ローラ４８、４９の間隙に形成される第２間隙部５４の長さは例えばＬ３（Ｌ３＝４６５μｍ）である。この幅よりも大きい砥粒６０ｂは、第２ローラ４８、４９上を転がり砥粒取出し箱５５へ落下する。
（ａ）及び（ｂ）から分かるとおり、砥粒６０ｂは、所定の大きさＬ２より小さく、所定の大きさＬ３より大きい砥粒である。

即ち、以下のことがいえる。ローラ２４、３２、４８、４９に間隔を設けることで第１間隙部３５及び第２間隙部５４が形成され、これらの間隙部３５、５４に砥粒６０を送る。間隙よりも大きな砥粒６０は間隙部３５、５４を通過せず、間隙よりも小さな砥粒６０は間隙部３５、５４を通過する。第１間隙部３５を通過し、第２間隙部５４を通過しなかった砥粒６０ｂは、所定の範囲の大きさにあるということができる。間隙部３５、５４は、ローラ２４、３２、４８、４９に間隔を設けることで形成され、ローラ２４、３２、４８、４９の間隔は高い精度で調節することができる。これにより、高い精度で砥粒の大きさを管理することができる。

（ｃ）に示すように、例えば切頂八面体の砥粒６０は、対向する面同士が六角形面である場合の面間距離Ｌ４と、対向する面同士が四角形面である場合の面間距離Ｌ５とが異なる。
仮にＬ４の方がＬ５よりも短いものとする。このＬ４が（ａ）に示したＬ２よりも短く、（ｂ）に示したＬ３よりも長い場合に、この砥粒６０は、（ｂ）の砥粒取出し箱５６に送られる。
即ち、砥粒６０は、対向する面と面との距離で定められる砥粒６０の大きさに応じて分級される。

本発明に係る砥石には、このように最小距離で精密に分級された砥粒６０を用いる。即ち、砥粒６０は、距離のうち最小距離（例えばＬ４）が所定の距離であるということができる。これにより、砥粒による大きさのばらつきを抑えることができ、砥粒を削る量が少なくて済む。

図５をまとめて以下のようにいうことができる。
ローラ２４、３２、４８、４９の間隙を通すことにより分級を行う。砥粒６０の最小高さ部分が間隙よりも短ければ、砥粒６０は間隙部３５、５４を通過する。これにより、砥粒６０の分級を砥粒６０の最小高さ部分で管理することができる。このような砥粒６０を砥石に用いる場合は、この砥粒６０の最小高さで砥粒の高さを整えればよい。これにより、砥粒を削る量を減らすことができる。

なお、切頂八面体を例に説明したが、切頂八面体以外の多面体形状の砥粒であっても、最小高さで管理することができる。
次図で砥粒分級装置の別実施例について説明する。

図６に示すように、白抜き矢印で示されるように作動されるベルトコンベヤ等の剛体６５の上方に、異なる２本の剛体６６、６７を配置することもできる。このとき、剛体６５と剛体６６の間で形成されるのが第１間隙部６８であり、剛体６５と剛体６７の間で第１間隙部６８よりも狭く形成されるのが第２間隙部６９である。

このように構成した場合であっても、高い精度で砥粒６０の大きさを管理することができる。
砥粒分級装置の更なる別実施例を次図で説明する。

図７に示すように、所定の大きさより大きい砥粒を取除く第１分級機構１６と所定の大きさより小さい砥粒を取除く第２分級機構１７との間に、第３分級機構７２、第４分級機構７３、第５分級機構７４を配置した。

これにより、第２分級機構１７〜第５分級機構７４を通過しなかった砥粒６０ｄ〜６０ｇに砥粒６０を分級することができる。
また、この場合であっても、高い精度で砥粒の大きさを管理することができる。
次図でこのように分級された砥粒を母材に付着させるための装置について説明する。

図８に示すように、付着装置８０は、ワーク昇降装置８１を電着槽（詳細は後述）内に配置してなる。
ワーク昇降装置８１は、基台８２と、この基台８２に支持される本体支柱８３と、この本体支柱８３の中央に取付けられガイド部８４、８４、８４（左奥のガイド部は不図示）が設けられる中央支持板８５と、本体支柱８３の上端に取付けられガイド部８７、８７及び雌ねじ穴８８が設けられる上部支持板８９と、この上部支持板８９の雌ねじ穴８８に雄ねじ部材９１が通され下板９２に載置される母材９３を昇降させる第１昇降機構９４と、この第１昇降機構９４の中板９５に支持され下端のテンプレート９７を昇降させる第２昇降機構９８とからなる。

第１昇降機構９４は、雄ねじ部材９１を回転可能に支持する上板１０１と、この上板１０１から下方に延ばされ下板９２を支持する第１支柱１０２、１０２と、この第１支柱１０２、１０２の中央で支持され第２昇降機構９８を雌ねじ穴１０３で支持しガイド部１０４、１０４が配置される中板９５とからなる。

雄ねじ部材９１の上部に配置されるハンドル１０６を回転させる。すると、雄ねじ部材９１が回転し、雌ねじ穴８８に対して雄ねじ部材９１とハンドル１０６が一緒に昇降する。これによって雄ねじ部材９１を回転可能に支持する上板１０１、上板１０１に支持される第１支柱１０２、１０２、これらの第１支柱１０２、１０２に支持される中板９５及び下板９２、中板９５で支持される第２昇降機構９８、下板９２に載置される母材９３が一体的に昇降する。
即ち、雄ねじ部材９１のハンドル１０６を回転させることで、基台８２、本体支柱８３、支持板８５、８９以外の部分が一体的に昇降される。

第２昇降機構９８は、雄ねじ部材１０７を回転可能に支持する上板１０８と、この上板１０８から下方に延ばされテンプレート９７を支持する第２支柱１０９、１０９とからなる。

雄ねじ部材１０７の上部に配置されるハンドル１１２を回転させる。すると、雄ねじ部材１０７が回転し、雌ねじ穴１０３に対して雄ねじ部材１０７とハンドル１１２が一緒に昇降する。これによって雄ねじ部材１０７を回転可能に支持する上板１０８、上板１０８に支持される第２支柱１０９、１０９、この第２支柱１０９、１０９に支持されるテンプレート９７が一体的に昇降される。
このとき、中央支持板８５及び中板９５は昇降しない。
次図で付着装置の詳細について説明する。

図９に示すように、基台８２は電着液で満たされる電着槽１１４内に配置される。雄ねじ部材１０７は軸受け１１５によって回転可能に支持されており、雄ねじ部材９１も同様である。
テンプレート９７の下面側は、母材９３の上面に合わせて円弧部１１６が形成され、この円弧部１１６に向かって砥粒を通すためのガイド孔１１７が設けられる。

酸化膜を除去した母材９３を下板９２の上面に載置し、第１昇降機構９４を降下させることで、母材９３をセットする。
次図でこのような付着装置の作用を説明する。

図１０（ａ）に示すように、第２昇降機構（図９符号９８）を降下させることで、矢印（１）に示すようにテンプレート９７を母材９３の上方に降下させる。このとき、母材９３に対して僅かに隙間が空くようテンプレート９７を降下させる。理由は後述する。

次に（ｂ）に示すように、砥粒６０をガイド孔１１７を通して母材９３上面に載置する。
テンプレート９７に開けられたガイド孔１１７に砥粒６０を通すことで砥粒６０の載置を行う。これにより砥粒６０を正確な位置に迅速に載置することができる。砥石の製造作業を短時間で行うことができる。

また、載置工程は、予め脱脂、酸化膜除去処理された母材９３が電着液につけられている状態で行う。電着槽外で砥粒載置後に母材を電着槽に搬送し、電着液に浸漬すると搬送や浸漬の過程で砥粒がずれたり転がったりする不具合があるが、電着液中で砥粒６０の載置を行うことで、これらの不具合が防止され、さらに、製造工程中の母材の酸化を抑制して砥粒６０の付着強度の低下を抑止することができる。

このとき（ｂ）のｃ部拡大図である（ｃ）に示すように、左側の砥粒６０のように六角形面が母材９３に接地しているものや、右側の砥粒６０のように四角形面が母材９３に接地しているものがある。このように載置されている砥粒６０に対して、振動を与える。振動は、テンプレート９７又は母材９３に繋げられた振動発生器により与えられる。

振動を与えると、ガイド孔１１７の径Ｄが砥粒６０よりも大きいため、砥粒６０が振動により転がる。転がった際に大部分の砥粒６０はより面積の広い面で、砥粒６０の高さが最小になるように接地する。

即ち、砥粒６０のより広い面を接地させることで、母材９３からの突出し量を最小とすることができる。大部分の砥粒６０の母材９３からの突出し高さが、砥粒６０の最小高さで整えられ、高さを整える際に砥粒６０が削られる量を減らすことができる。

なお、大部分とは、母材からの突出し高さが最小高さとなっている砥粒の割合が８０％以上存在することを意味する。

多面体形状の砥粒６０は、対向する面同士の距離が異なる場合がある。砥粒６０のより広い面を接地させることで、母材９３からの突出し量を最小とすることができる。大部分の砥粒６０の母材９３からの突出し高さが、砥粒６０の最小高さで整えられ、高さを整える際に砥粒６０が削られる量を減らすことができる。
このようにして載置された砥粒を、正確に最小高さで載置するための検査工程及び修正工程について次図で説明する。

図１１（ａ）に示すように、テンプレート９７の上面側からカメラ１１９を用いてガイド孔１１７を覗く。このとき、ガイド孔１１７から臨む砥粒６０が最小高さで接地されているかを検査する。
具体的には、砥粒６０の広い面が母材９３に接地しているかを検査する。

次に（ｂ）に示すように、ガイド孔１１７から臨む面が狭い面である砥粒６０ｉ（ｉはガイド孔１１７から臨む面が狭い面である砥粒を示す添え字。）をピン１２２で転がして、広い面が臨むようにする。

（ｃ）に示すように、ガイド孔１１７から臨む面が全て広い面になったら、修正工程は終了する。
検査工程及び修正工程を行うことで、全ての砥粒６０は母材９３からの突出し高さが、砥粒６０の最小高さで整えられる。これにより、高さを整える際に砥粒６０が削られる量をさらに減らすことができる。
次図で砥粒の電着について説明する。

図１２（ａ）に示すように、まず仮電着を行う。このとき、砥粒６０が母材９３から落下しないようテンプレート９７を配置したまま仮電着を行う。仮電着を行う際、テンプレート９７が母材９３に密着していると、砥粒６０を母材９３に電着させることができない。このため、母材９３に対して僅かに隙間を空けてテンプレート９７を配置する。

次に、（ｂ）に示すように、第２昇降機構（図９符号９８）を作動させてテンプレート９７を上昇させることでテンプレート９７を待避させ、本電着を行う。
このようにして砥石１２５が完成する。

図１２をまとめると以下のようにいうことができる。
電着工程は、仮電着工程後にテンプレート９７を待避させて、本電着工程を行う。仮電着工程で砥粒６０のずれを防止しつつ、テンプレート９７を待避させた本電着工程で砥粒６０を固定する。これにより、砥粒６０の付着強度が高まり、砥石の寿命が長くなる。
このように製造した砥石について次図で説明する。

図１３に示すように、砥粒６０が母材９３表面に付着されている。大部分の砥粒６０は、より面積の広い面で付着されることで、母材９３からの突出し量が最小とされている。砥粒の母材からの突出し高さが、砥粒の最小高さで整えられ、高さを整える際に砥粒が削られる量を減らすことができる。

即ち、面と面との距離が最も短い最小距離が、母材９３からの突出し高さとなるように大部分の砥粒６０が配置されている。これにより、線１２６で示すように砥粒６０の高さをそろえることができる。即ち、それぞれの砥粒６０の最小距離を形成する面の一方が母材９３に付着されている。このため砥粒の母材９３からの突出し高さが、砥粒６０の最小高さで整えられ、高さを整える際に砥粒が削られる量を減らすことができる。
図７で分級した砥粒を用いて製造した砥石を次図で説明する。

図１４に示すように、砥石１２８は、複数の大きさに分級した砥粒６０ｄ〜６０ｇを用いて、最小のものから最大のものまで順に母材に配置する。小さな砥粒６０ｇから大きな砥粒６０ｄを順に配置する。これにより線１２９で示すとおり砥粒６０の先端がテーパ状になるよう配置することができる。砥粒６０をテーパ状に削る必要がある場合に、予め砥粒６０の先端がテーパ状になるよう配置することで砥粒が削られる量を減らすことができる。

また、砥粒６０をテーパ状に並べる部分と直線状に並べる部分（図１３参照）とを組み合わせて台形状に構成することもできる。さらに、テーパ状に並べた砥粒６０を折り返すことで山形に構成することもできる。即ち、テーパ状とは、一部がテーパ状に形成される形状をも含む。

この他、砥粒６０は、母材からの突出し高さが最小６０ｇのものから最大６０ｄのものまで任意の形状に母材に配置することができる。砥粒が細かく分級されているため、任意の形状に配置することができる。加えて、必要な場所に必要な大きさの砥粒が配置されるため、これらの砥粒が削られる量も減らすことができる。

尚、本発明に係る砥粒は、切頂八面体を例に説明したが、その他の多面体であっても差し支えない。

本発明の砥石は、研削加工に最適である。

６０…砥粒、９３…母材、１２５、１２８…砥石。

Claims (3)

1. 対向する面同士が平行であると共に、対向する面と面との距離が面によって異なっている切頂八面体形状の砥粒を母材に付着してなる砥石であって、
   前記砥粒は、前記距離のうち最小距離が所定の距離であり、且つ大部分の砥粒は、前記最小距離が前記母材からの突出し高さとなるように配置されていることを特徴とする砥石。
2. 対向する面同士が平行であると共に、対向する面と面との距離が面によって異なっている切頂八面体形状の砥粒を母材に付着してなる砥石であって、
   前記砥粒は、前記母材からの突出し高さが最小のものから最大のものまでが、この順に前記母材の表面に配置され、前記砥粒によって形成される包絡線がテーパ形状に形成されていることを特徴とする砥石。
3. 対向する面同士が平行であると共に、対向する面と面との距離が面によって異なっている切頂八面体形状の砥粒を母材に付着してなる砥石であって、
   前記砥粒は、前記距離のうち最小距離が所定の距離であり、前記最小距離が前記母材からの突出し高さとなるように配置されていることを特徴とする砥石。

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