JP5700682B2

JP5700682B2 - ロータリドレッサ

Info

Publication number: JP5700682B2
Application number: JP2011241038A
Authority: JP
Inventors: 邦仁稲森; 佐藤　学; 学佐藤
Original assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: JP2013094907A; WO2013065551A1; US9770802B2; US20140302757A1

Description

本発明は、回転することにより、ＷＡ砥石、ＧＣ砥石等の研削砥石あるいは超砥粒砥石の状態を整えるドレッシングに用いられるロータリドレッサ及びその製造方法に関する。

ロータリドレッサは、外周面にダイヤモンド砥粒を埋め込み固定した回転式のドレッサである。ロータリドレッサを回転させながらＷＡ砥石、ＧＣ砥石等の研削砥石や超砥粒砥石に押し当てることにより、これらの砥石にドレッサの形状を転写させながらドレッシングするためのものである。ロータリドレッサはドレッシング時間を大幅に短縮でき、ドレッシング精度の再現性が高く、高度な自動化が容易であり、研削コストを低減できるので、広く使用されるようになっている。

電鋳ロータリドレッサは、ダイヤモンド砥粒を電気メッキ法により金属で固着したものである。電鋳ロータリドレッサは、精密に仕上げた母型の形状をそのまま表面に反転できるので、精細な形状のものを高精度に製作できる。電鋳ロータリドレッサは、ダイヤモンド砥粒を母型内周面に充填し、電気メッキによりダイヤモンド砥粒の一層分を母型内周面に仮固定したのち余剰のダイヤモンド砥粒を除去し、さらに電気メッキにより電鋳してダイヤモンド砥粒を固着する。そのため、ダイヤモンド砥粒は一層分が密に充填し、集中度が非常に高くなる。これにより砥粒間隔は狭くなり、研削砥石への切り込みがかかりにくく、砥石表面の砥粒が切れ刃の少ない平らな状態となり、結果として研削抵抗が高くなるという問題があった。

そこで、ロータリドレッサのダイヤモンド砥粒の集中度を調整し、性能を向上するために、これまでにいくつかの方法が試みられている。特許文献１には、母型の壁面に接着剤を塗布し、ダイヤモンド砥粒の粒径よりもいくらか大きな網目を有するネットを母型に貼付し、このネットの網目にダイヤモンド砥粒を散布してその粒径相互間に適当な空隙を有する間隔でダイヤモンド砥粒を格子状に配列固定する技術が開示されている。この技術では、網目に入り込んだダイヤモンド砥粒のみが接着剤で接着保持され、その他のダイヤモンド砥粒は接着されないようにするものである。これにより、網目の１つにつき１個のダイヤモンド砥粒が規則的にかつ所望の分布密度で配列される。

特開昭５６−１６３８７９号公報

しかしながら、上記の技術では砥粒間隔が網目の線径程度しか広がらず、その結果、砥石への切り込み時、砥石との接触部分では同時に接触しているダイヤモンド砥粒の数が多くなり、切れ味の向上があまり望めない。また、同時に接触するダイヤモンド砥粒の数を減らすためには大きなダイヤモンド砥粒を使用し、更に砥粒間隔を広げることが考えられるが、そもそも大きなダイヤモンド砥粒は高価であるため、コスト高を招く。また、大きなダイヤモンド砥粒では一個の砥粒の接触面積が大きくなるため良好な切れ味が得られない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、切れ味が良好で、かつ精度良くドレッシングすることが可能なロータリドレッサを提供することを目的とする。

本発明は、回転軸周りに回転可能な芯金と、芯金の外周側のボンド層と、ボンド層の外周面に固着された複数の超砥粒とを備え、複数の超砥粒が集合した島領域がボンド層の外周面に間隔をおいて複数設けられたことを特徴とするロータリドレッサである。

この構成によれば、複数の超砥粒が集合した島領域がボンド層の外周面に間隔をおいて複数設けられている。このため、安価な小さな超砥粒を用いたとしても高価な大きな超砥粒を低密度で固着した場合と同様のドレッシング精度が得られ、且つ一個の超砥粒の接触面積は小さくできるので、良好な切れ味が得られる。また、同じ粒径の超砥粒を用いた場合において、外周面の面積に対して同じ砥粒数であっても、超砥粒が外周面に一様に分散して固着されている場合に比べて、ロータリドレッサの回転時に一個の島領域に属する超砥粒と次の島領域に属する超砥粒との間隔を広げることにより、砥粒のない領域を広くでき、切れ味を向上させることができる。

また、島領域は、ロータリドレッサの回転方向に対して傾斜した複数の列をなして配置されていることが好適である。

この構成によれば、島領域は、ロータリドレッサの回転方向に対して傾斜した複数の列をなして配置されている。このため、ロータリドレッサの回転時に一つの列に属する島領域の超砥粒が砥石に接触してから次の列に属する島領域の超砥粒が砥石に接触するまでの時間や距離が長くなり、切れ味を向上させることができる。

この場合、島領域の複数の列それぞれは、断続的に配置されていることが好適である。

この構成によれば、島領域の複数の列それぞれは、断続的に配置されている。そのため、それぞれの列に属する島領域の超砥粒が外周面の様々な箇所で砥石に作用し易くなり、精度よくドレッシングを行うことができる。

また、島領域は、回転方向と直交する方向に千鳥状に配置されていることが好適である。

この構成によれば、島領域は、回転方向と直交する方向に千鳥状に配置されている。このため、島領域の超砥粒が外周面の様々な箇所で砥石に作用し易くなり、精度よくドレッシングを行うことができる。

また、島領域には２〜１５個の超砥粒が集合していることが好適である。

この構成によれば、島領域には２個以上の超砥粒が集合しているため、安価な小さな超砥粒を複数用いて島領域を形成することができる。また島領域には１５個以下の超砥粒が集合しているため、島領域の超砥粒が多過ぎて砥石のドレッシング時に抵抗が大きくなり過ぎることを防止することができる。

また、島領域の全面積は、ボンド層の外周面の全面積の３０〜８０％であることが好適である。

この構成によれば、島領域の全面積はボンド層の外周面の全面積の３０％以上であるため、島領域に属する超砥粒が砥石に接触してから次の島領域に属する超砥粒が砥石に接触するまでの時間や距離が長くなるため、切れ味を向上させることができる。また島領域の全面積はボンド層の外周面の全面積の８０％以下であるため、島領域の面積が大き過ぎ、砥石のドレッシング時に抵抗が上昇することを防止することができる。

また、ボンド層の外周面は、ドレッシングを行う砥石の所望の形状に合わせた起伏を有することが好適である。

この構成によれば、ボンド層の外周面は、ドレッシングを行う砥石の所望の形状に合わせた起伏を有する。本発明ではボンド層の外周面を所望の形状とすることが容易であるため、このようなロータリドレッサにより砥石のドレッシングを行うことにより、砥石を高精度で所望の形状にドレッシングすることができる。

また、本発明は、母型の内周面に複数の超砥粒が集合した島領域が間隔をおいて複数設けられるように超砥粒を母型の内周面に１層分仮固着し、仮固着した超砥粒を電鋳又は焼結のいずれかにより母型の内周面に固着させることにより超砥粒層を形成し、母型の超砥粒層が形成された内周面の側に芯金を挿入し、超砥粒層と芯金との間を接合した後に母型を除去するロータリドレッサの製造方法である。

この構成によれば、超砥粒の粒径や形状にばらつきがある場合でも超砥粒の先端高さを高精度に揃えることができるため、精度よくドレッシングを行うことができるロータリドレッサを製造することができる。また、製造されるロータリドレッサは、複数の超砥粒が集合した島領域が間隔をおいて複数設けられるため、切れ味が良好で、かつ精度良くドレッシングを行なうことが可能なものとなる。

本発明のロータリドレッサによれば、切れ味が良好で、かつ精度良くドレッシングを行うことが可能となる。

第１実施形態のロータリドレッサを示す斜視図である。第１実施形態のロータリドレッサを示す正面図である。図２の部分Ｂの拡大視である。第１実施形態のロータリドレッサの周面近傍の縦断面視である。図４のロータリドレッサの石出し後を示す縦断面視である。（ａ）〜（ｆ）は、第１実施形態のロータリドレッサの製造方法を示す図である。第２実施形態の超砥粒の配置を示す図である。第３実施形態の超砥粒の配置を示す図である。第４実施形態の超砥粒の配置を示す図である。第５実施形態の超砥粒の配置を示す図である。第６実施形態の超砥粒の配置を示す図である。第７実施形態の超砥粒の配置を示す図である。第８実施形態の超砥粒の配置を示す図である。第９実施形態の超砥粒の配置を示す図である。実施例及び比較例の法線ドレス抵抗を示す表である。実施例及び比較例の法線ドレス抵抗を示すグラフである。実施例及び比較例の法線研削抵抗を示す表である。実施例及び比較例の法線研削抵抗を示すグラフである。

図面を参照して、本発明の実施形態に係るロータリドレッサの一例について説明する。図１及び図２に示すように本発明の第１実施形態のロータリドレッサ１０は、芯金１２、接合層１４及び電鋳層１６を備え、電鋳層の外周面にはダイヤモンド、ＣＢＮ等の複数の超砥粒２０が固着されている。本実施形態のロータリドレッサ１０は、回転方向Ｒに回転させられることにより、超砥粒２０がＷＡ砥石、ＧＣ砥石等の研削砥石や超砥粒砥石を所望の形状にドレッシングする。

芯金１２は、回転軸Ａを軸とする回転体であり、既存の動力工具の回転軸に固定され、回転軸Ａ周りに回転可能とされている。接合層１４は、低融点金属からなる層であり、後述するように芯金１２と電鋳層１６とを接合する。電鋳層１６は、後述するようにＮｉ等の金属が電気メッキにより形成されている層である。電鋳層１６の外周面には複数の超砥粒２０が固着されている。また、電鋳層１６の外周面には、ドレッシングを行う砥石の所望の形状に合わせた凹部１１等の起伏が設けられている。

図２のＢ部の拡大視である図３に示すように、電鋳層１６の外周面には、２〜１５個の超砥粒２０が集合した島領域２１が間隔をおいて複数設けられている。島領域２１は、回転方向Ｒに対して傾斜した複数の島領域配列線２２に沿った列をなしている。島領域配列線２２同士の間には所定の距離ｄの間隔が設けられている。複数の島領域２１それぞれを合計した面積は、電鋳層１６の外周面の３０〜８０％とされている。

図４の電鋳層１６の外周面近傍の断面視に示すように、本実施形態のロータリドレッサ１０は、芯金１２の外周側に接合層１４及び電鋳層１６が順次積層されて構成されている。図４は、後述する母型を外した直後の様子を示す。この状態では、全ての超砥粒２０は、超砥粒２０それぞれの回転軸Ａ（芯金１２、接合層１４）から最も遠方に位置する部位が電鋳層１６の外周面１７に接するように固定されている。本実施形態のロータリドレッサ１０により砥石のドレッシングを行う際には、電鋳層１６の外周面１７はわずかに研磨がなされ、図５に示すように、超砥粒２０の先端が電鋳層１６の外周面１７から突出した状態となる。

以下、本実施形態のロータリドレッサ１０の製造方法について説明する。図６（ａ）に示すような導電性の母型３０を用意する。母型３０は内周面３１を有する。図６（ｂ）に示すように内周面３１を総形加工し、製造するロータリドレッサ１０の凹部１１の形状に対応した凸部３２を形成する。

図６（ｃ）に示すように、超砥粒２０を２〜１５個ずつ集中させた島領域２１が形成されるように超砥粒２０を母型３０の内周面３１に仮固着する。この場合、島領域２１は図３に示す島領域配列線２２に沿うように形成される。

図６（ｄ）に示すように、電気メッキにより電鋳層１６を形成する。これにより、超砥粒２０は全て母型３０の内周面３１上に仮固着されていたため、それぞれの超砥粒２０の先端高さを高精度に揃えることができる。

図６（ｅ）に示すように、芯金１２が母型３０の内周面３１側に挿入され、芯金１２と電鋳層１６との間に低融点金属が溶融したものが流し込まれて冷却することにより、芯金１２と電鋳層１６との間が接合層１４により固定される。図６（ｆ）に示すように、母型３０が除去され、芯金１２を仕上げて、ロータリドレッサ１０が形成される。その後、図５に示すように電鋳層１６の外周面１７を研磨して超砥粒２０の先端を露出させることにより、ロータリドレッサ１０が完成する。

本実施形態では、回転軸Ａ周りに回転可能な芯金１２と、芯金１２の外周側の電鋳層１６と、電鋳層１６の外周面に固着された複数の超砥粒２０とを備え、複数の超砥粒２０が集合した島領域２１が電鋳層１６の外周面１７に間隔をおいて複数設けられている。このため、安価な小さな超砥粒を用いたとしても高価な大きな超砥粒を低密度で固着した場合と同様のドレッシング精度が得られ、且つ一個の超砥粒の接触面積は小さくできるので、良好な切れ味が得られる。また、外周面の面積に対して同じ砥粒数であっても、超砥粒が外周面に一様に分散して固着されている場合に比べて、ロータリドレッサの回転時に一個の超砥粒が砥石に接触してから次の超砥粒が砥石に接触するまでの時間や距離が長くなるため、切れ味を向上させることができる。

また、島領域２１は、ロータリドレッサの回転方向に対して傾斜した複数の列をなして配置されている。このため、芯金１２の回転時に一つの列に属する島領域２１の超砥粒２０が砥石に接触してから次の列に属する島領域２１の超砥粒２０が砥石に接触するまでの時間や距離ｄが長くなるため、切れ味を向上させることができる。

また、島領域２１には２個以上の超砥粒２０が集合しているため、安価な小さな超砥粒２０を複数用いて島領域２１を形成することができる。また、島領域２１には１５個以下の超砥粒２０が集合しているため、島領域２１の超砥粒２０が多過ぎて砥石２０のドレッシング時に抵抗が大きくなり過ぎることを防止することができる。

また、島領域２１の全面積は電鋳層１６の外周面１７の全面積の３０％以上であるため、島領域２１に属する超砥粒２０が砥石に接触してから次の島領域２１に属する超砥粒２０が砥石に接触するまでの時間や距離ｄが長くなるため、切れ味を向上させることができる。また、島領域２１の全面積は電鋳層１６の外周面１７の全面積の８０％以下であるため、島領域２１の面積が大き過ぎて砥石のドレッシング時に抵抗が大きくなり過ぎることを防止することができる。

また、電鋳層１６の外周面１７は、ドレッシングを行う砥石の所望の形状に合わせた凹部１１等の起伏を有する。本実施形態では電鋳層１６の外周面１７を所望の形状とすることが容易であるため、このようなロータリドレッサ１０により砥石のドレッシングを行うことにより、砥石を高精度で所望の形状にドレッシングを行うことができる。

以下、本発明の他の実施形態について説明する。図７に示す本発明の第２実施形態では、島領域２１は、千鳥状に配置されている。このため、島領域２１の超砥粒２０が外周面１７の様々な箇所で砥石に作用し易くなり、精度よくドレッシングを行うことができる。

また、図８に示す本発明の第３実施形態では、島領域２１の複数の列それぞれは、電鋳層１６の外周面１７の一部を横切る長さである。すなわち、島領域２１の列は断続的に配置されている。そのため、それぞれの列に属する島領域２１の超砥粒２０が外周面１７の様々な箇所で砥石に作用し、精度よくドレッシングを行うことができる。

また、図９に示す本発明の第４実施形態では、島領域２１がＶ字状をなして配置されている。図１０に示す本発明の第５実施形態では、島領域２１が円形あるいは楕円形をなして配置されている。図１１に示す本発明の第６実施形態では、島領域２１が菱形に配置されている。図１２に示す本発明の第７実施形態では、島領域２１が十字型に配置されている。このように島領域２１の配置を変えることで、砥石への作用を適宜変更することができる。

また、図１３に示す本発明の第８実施形態では、島領域２１’と島領域２１”とで島領域２１’，２１”それぞれの面積と超砥粒２０の数が変更されている。また、図１４に示す本発明の第９実施形態では、島領域２１’と島領域２１”とで島領域２１’，２１”それぞれの面積は同じであるが、超砥粒２０の数が変更されている。このように島領域２１〜２１”の面積や超砥粒２０の数を変更することにより、電鋳層１６の外周面１７の各部位において選択的に砥石に対する作用を適宜変更することができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、上記実施形態では、電鋳層１６に電鋳により超砥粒２０を固着した態様を中心に説明した。しかし、本発明のロータリドレッサは、上記実施形態と同様に母型３０の内周面に超砥粒２０を島状に仮固定した後に、樹脂、金属粉等を流し込んで焼結させることによって超砥粒２０を固着した焼結ロータリドレッサにも適用可能である。

以下、本発明の実施例について説明する。図１〜６に示す本発明の第１実施形態のロータリドレッサを製造した。ロータリドレッサは、直径１００ｍｍ、外周面の幅３０ｍｍのものを製造した。また、比較例として、実施例と同様の直径１００ｍｍ、外周面の幅３０ｍｍのロータリドレッサであって、外周面に一様に超砥粒が固着されたロータリドレッサを用意した。

実施例及び比較例それぞれのロータリドレッサによりドレッシングされる研削ホイールとして、直径２００ｍｍ、外周面の幅７ｍｍのビトリファイドＣＢＮホイールをそれぞれ用意した。ドレス方式は湿式プランジドレスとし、ロータリドレッサ及びビトリファイドＣＢＮホイールの外周面が同じ方向に回転するダウンドレスとした。ドレッサの送り速度は２００μｍ／ｍｉｎであり、ロータリドレッサの周速は５０３ｍ／ｍｉｎとした。ビトリファイドＣＢＮホイールの周速は、以下の（１）〜（３）の３通りにした。このときの法線ドレス抵抗を圧電型動力計（日本キスラー株式会社製）にて測定した。
（１）２０００ｍ／ｍｉｎ，周速比（ロータリドレッサの周速／ビトリファイドＣＢＮホイールの周速）＝０．２５
（２）１０００ｍ／ｍｉｎ，周速比（ロータリドレッサの周速／ビトリファイドＣＢＮホイールの周速）＝０．５
（３）６６７ｍ／ｍｉｎ，周速比（ロータリドレッサの周速／ビトリファイドＣＢＮホイールの周速）＝０．７５

また、実施例及び比較例それぞれのロータリドレッサによりドレッシングされたビトリファイドＣＢＮホイールにより被削材の研削をそれぞれ行った。研削方式は湿式クリープフィード研削とした。ビトリファイドＣＢＮホイールの周速は２０００ｍ／ｍｉｎとした。被削材の送り速度は、５０ｍｍ／ｍｉｎとした。切り込み量は０．５ｍｍとした。被削材としては、高速度工具鋼であるＳＫＨ−５１（日本工業規格）であって、ＨＲＣ（焼入焼戻し硬度）が６０の物を用意した。このときの法線研削抵抗を圧電型動力計（日本キスラー株式会社製）にて測定した。

図１５及び図１６に示すように、ロータリドレッサとビトリファイドＣＢＮホイールとのいずれの周速比においても、実施例のロータリドレッサの法線ドレス抵抗は比較例よりも減少し、切れ味が向上していることが判る。また、図１７及び図１８に示すように、実施例のロータリドレッサによりドレッシングされたビトリファイドＣＢＮホイールの法線研削抵抗は比較例より減少し、ロータリドレッサによりドレッシングされたビトリファイドＣＢＮホイールの切れ味も向上していることが判る。

１０…ロータリドレッサ、１１…凹部、１２…芯金、１４…接合層、１６…電鋳層、１７…外周面、１８…仮想周面、２０…超砥粒、２１，２１’，２１”…島領域、２２…島領域配列線、３０…母型、３１…内周面、３２…凸部、Ａ…回転軸、Ｒ…回転方向、ｄ…距離。

Claims

回転軸周りに回転可能な芯金と、
前記芯金の外周側のボンド層と、
前記ボンド層の外周面に固着された複数の超砥粒と、
を備えたロータリドレッサであって、
複数の前記超砥粒が集合した島領域が前記ボンド層の前記外周面に異なる前記島領域の前記超砥粒同士が互いに接しないように間隔をおいて複数設けられており、
前記島領域は、前記ボンド層の前記外周面において前記ロータリドレッサの回転方向に対して傾斜した複数の島領域配列線に沿った列をなして配置されており、
前記島領域配列線同士の間には、異なる前記列に配置された前記島領域同士が互いに接しないように所定の距離の間隔が設けられている、ロータリドレッサ。
前記島領域の複数の前記島領域配列線に沿った列それぞれは、断続的に配置されている、請求項１に記載のロータリドレッサ。
前記島領域には２〜１５個の前記超砥粒が集合している、請求項１又は２に記載のロータリドレッサ。
前記ボンド層の前記外周面は、ドレッシングを行う砥石の所望の形状に合わせた起伏を有する、請求項１〜３いずれか１項に記載のロータリドレッサ。