JP5955429B1 - 連続創成式歯車研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続創成式歯車研削において、水溶性研削液を用いて、不水溶性研削液に劣らない歯車の研削加工性が得られる連続創成式歯車研削方法を提供する。【解決手段】砥石は、気孔が砥粒の間に形成された状態で該砥粒がビトリファイドボンドにより結合されたビトリファイド砥石１２であり、砥粒の粒度は、Ｆ１２０乃至Ｆ１８０であり、水溶性研削液ＧＦを流量１５０〜２００Ｌ／ｍｉｎ、吐出圧０．６〜３ｋｇ／ｃｍ2で供給する。【選択図】図２

Description

本発明は、連続創成式歯車研削方法において、ビトリファイド砥石と水溶性研削液とを用いて、高精度の歯車を製造可能とする技術に関するものである。

特許文献１に示されるように、高精度の歯車を研削するに際して、ねじ状の研削砥石をその軸心まわりに回転させつつ軸心方向へ送りながら、歯車素材の軸心に平行な方向へ研削送りを行なうとともにその歯車素材を軸心まわりに順次回転させることで、砥粒が当たる位置を変化させて歯車の研削加工を行う連続創成式歯車研削が、提案されている。

この連続創成式歯車研削では、ねじ状の研削砥石と歯車素材との間の研削点に浸透し易く、研削砥石表面から切粉を除去する洗浄性に優れた不水溶性研削液が専ら採用されている。この不水溶性研削液は、研削点に浸透し易くするために連続創成式歯車研削ではたとえば動粘度で１０ｍ²／ｓｅｃ（４０℃）以下の低粘度のものが推奨されている。

しかし、このような不水溶性研削液に含まれる低粘度の鉱油は引火性が高く、特に研削点や切粉が高温となる研削条件下では引火のおそれが考えられる。このため、連続創成式歯車研削に用いる研削液は、不水溶性研削液から水溶性研削液へ切り換えることが望まれていた。

特許第４２０２３０６号公報

一般には、水溶性研削液は不水溶性研削液に比較して切粉の分散性が低いという性質と、研削点への浸透性が低いという性質とがあり、切粉が凝集して研削砥石の表面に目詰まりが発生したり、それに起因する研削焼けが発生するという傾向があるが、それだけではなく、不水溶性研削液から水溶性研削液へ切り換えるための困難性について、以下に示すように、連続創成式歯車研削における特有の事情があった。

第一に、上記連続創成式歯車研削では、通常の研削に比較して、ねじ状の研削砥石に対するワークの接触円弧長さが長く、長い切粉が発生する傾向があることである。このため、研削液を水溶性とすると、荷電の関係から切粉が凝集すると絡まり易くなり、加えて、切粉と水溶性研削液とのなじみが一般によくなく、空気を巻き込み易いため、絡み合った切粉が綿状の大きな塊になり易い。この綿状の切粉が、研削焼けを発生させたり歯車精度を低下させ、不水溶性研削液から水溶性研削液へ切り換えることを困難にしていた。

第二に、連続創成式歯車研削で行われるドレッシングの結果、鋭い切れ刃の再生は期待できず、ドレッシング直後のねじ状研削砥石の表面に露出する砥粒は目つぶれ気味となる特性があるため、これが研削焼けの他の原因となり、不水溶性研削液から水溶性研削液へ切り換えることを困難としていた。

連続創成式歯車研削では、螺旋溝を形成したねじ状の研削砥石を用い、その螺旋溝に歯車素材の歯形をかみ合わせて同期回転させることにより研削を行なうが、歯形圧力角を修正するためには、ねじ状研削砥石の砥石圧力角を修正しなければならず、ねじ状研削砥石の砥石圧力角の修正はロータリドレッシング装置によりねじ状研削砥石の歯形形状をドレッシングにより整形する。このドレッシングは、ねじ状研削砥石の歯形形状の修正だけでなく、表面の砥粒の切れ刃を再生させて切れ味を向上させる。

しかし、一般的なロータリドレッシングでは、たとえば円筒研削の場合では、ダウンドレス方向で研削砥石と円板状ロータリドレッサとの周速度比（ロータリドレッサの周速／研削砥石の周速）は１であるときに最も砥粒の切れ刃が再生して切れ味が向上し、１から離れるにしたがって切れ味が低下することが知られているが、連続創成式歯車研削では、円板状のロータリドレッサの送り速度を早くできないという機構的な理由およびねじ状研削砥石の圧力角の修正に主眼があるという理由により同じダウンドレス方向であっても周速比が１０〜２０が一般的である。

このため、連続創成式歯車研削でのドレッシングは、鋭い切れ刃の再生というよりは、ねじ状研削砥石の表面の砥粒は目が潰れた磨減面積の大きい砥石面となることが避けられないからである。

本発明は以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、連続創成式歯車研削において、従来不向きとされていた水溶性研削液を用いて、不水溶性研削液に劣らない歯車の研削加工性が得られる連続創成式歯車研削方法を提供することにある。

本発明者等は、上記事情を背景とし、連続創成式歯車研削のドレッシングでは、前述のように研削砥石と円板状ロータリドレッサとの周速度比が大きいために砥粒の磨減面積が大きくされて鋭い切れ刃の再生は期待できず、ドレッシング直後のねじ状研削砥石の表面に露出する砥粒は目つぶれ気味となる特性があることを前提として種々研究を重ねた結果、砥粒の粒度を粗くすると切れ味が向上するという従来の常識に反して従来よりも砥粒を細かくすると、切粉の長さが短くなって排出性が高くなり、切粉が研削砥石の表面のチップポケットに目詰まり難くなって、研削焼けが好適に改善されるという、意外な事実を見いだした。

すなわち、従来の連続創成式歯車研削では、たとえば、歯車のモジュールが１．５〜４であれば粒度がＦ１２０、歯車のモジュールが２．７５〜６であれば粒度がＦ９０、歯車のモジュールが６以上であれば粒度がＦ８０というように、歯車のモジュールに応じてＦ８０乃至Ｆ１２０の砥粒を用いることが常識的であったが、連続創成式歯車研削に用いる研削砥石の砥粒の粒度をＦ１２０乃至Ｆ１８０とすると、切粉の長さが短くなって排出性が高くなり、加えて研削焼けが改善されるという点を、見いだした。

また、研削切粉はそれ自体がカールしており、絡みやすい形状をしているので、切粉長さを短くするだけでは依然として絡みやすく、不水溶性研削液より切粉の分散性が劣る水溶性研削液ではその傾向が顕著である。研削切粉の大きさは研削条件によって変化し、潤滑性の違いによっても切粉形状が異なる。

そのため、水溶性研削液を用いて切粉を砥石から速やかに排出させるための性能を引き出すためには、不水溶性研削液に近い潤滑性と切粉の分散性を付与した水溶性研削液を用いる必要があり、界面活性剤の使用と極圧添加剤の使用により油剤面（研削液）からの改善を付与できることも発見した。本発明はこの知見に基づいて為されたものである。

すなわち、本発明の要旨とするところは、（ａ）ねじ状の砥石をその軸心まわりに回転させつつ軸心方向へ送りながら、該歯車素材の軸心に平行な方向へ研削送りを行なうとともに該歯車素材を軸心まわりに順次回転させることで、水溶性研削液の存在下で常に砥粒の当たる位置を変化させて歯車の研削加工を行う連続創成式歯車研削方法であって、（ｂ）前記砥石は、気孔が砥粒の間に形成された状態で該砥粒がビトリファイドボンドにより結合されたビトリファイド砥石であり、（ｃ）前記砥粒の粒度は、Ｆ１２０乃至Ｆ１８０であり、（ｄ）前記水溶性研削液を流量１５０〜２００Ｌ／ｍｉｎ、吐出圧０．６〜３ｋｇ／ｃｍ²で供給することを特徴とする。

本発明の連続創成式歯車研削方法によれば、気孔が砥粒の間に形成された状態でその砥粒がビトリファイドボンドにより結合されたビトリファイド砥石であって、その砥粒の粒度はＦ１２０乃至Ｆ１８０であることから、ねじ状の研削砥石に対するワークの接触円弧長さが長く、長い切粉が発生する傾向がある連続創成式歯車研削において、その切粉の長さが短縮されると共に、水溶性研削液を流量１５０〜２００Ｌ／ｍｉｎ、吐出圧０．６〜３ｋｇ／ｃｍ²で供給するので、水溶性研削液の泡立ちを抑制しながらも、切粉の排出性が高くなって切粉が研削砥石の表面のチップポケットに目詰まり難くなり、研削焼けが好適に改善される。このため、連続創成式歯車研削において水溶性研削液を用いても、不水溶性研削液に劣らない歯車の研削加工性が得られる。

ここで、好適には、前記ビトリファイド砥石は、４０〜４４体積％の砥粒体積率、より好ましくは４２〜４４体積％の砥粒体積率を備える高気孔率のビトリファイド砥石である。これにより、Ｆ１２０乃至Ｆ１８０という比較的細かな粒度の砥粒を用いるという条件下で、研削能率が維持されながら、砥石の研削抵抗の増加が防止される。砥粒体積率が４０体積％を下まわると砥石形状の維持および均質な砥石構造を得ることが難しい。反対に、砥粒体積率が４４体積％を超えると研削抵抗が高くなって焼けが発生し易くなる。

また、好適には、前記ビトリファイド砥石は、砥石断面における複数個所の単位面積当たりの前記砥粒を含む固形物の割合である砥粒面積率の度数分布図において、砥粒面積率度数の標準偏差を砥粒面積率度数の平均値で除算した変動係数が１７％以下の均質性を備える。また、これにより、高い均質性を有し、砥石の局所的な目詰まりおよび目つぶれと脱落、および被削材の焼けが好適に抑制される高気孔率のビトリファイド砥石が得られる。

また、好適には、前記砥粒は、Ａ系（アルミナ系）の多結晶砥粒である。このようにすれば、歯車の歯面である研削加工面の粗さが小さくなり、歯車の加工品質が高められる。

また、好適には、前記水溶性研削液は、金属加工液組成物中に非イオン界面活性剤およびポリアルキレングリコール類からなる群から選ばれる少なくとも１種、極圧添加剤から成る群から選ばれた少なくとも１種を含み、使用時の濃度が２．５質量％以上となるように水に希釈して使用するものである。さらに好適には、５〜２０質量％水溶液である。金属加工液組成物が２．５質量％を下まわる場合は、効果を得ることが困難となる。金属加工液組成物が２０質量％を上まわる場合はその効果が飽和する。

また、好適には、前記金属加工液組成物は、０．５〜２０質量％の非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類を含む。さらに好適には、２〜１５質量％の非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類が含まれる。この非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類は、０．５質量％を下回るとその効果の発現が難しくなる。この非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類は、２０質量％以下であれば他の成分の適切な配合量を確保して潤滑性を確保できるが、２０質量％を超えると、そのような配合量を確保することが困難となり、潤滑性を得ることが困難となる。

また、非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類は、好適には、たとえば、多価アルコール型、エステル型、エステル・エーテル型など、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイドなどが付加されたものが挙げられ、たとえば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルやポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルなどのポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールブロックポリマー、ポリオキシフェニルエーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが、好適に用いられる。

また、好適には、前記金属加工液組成物は、５〜５０質量％の極圧添加剤を含む。この極圧添加剤は、５質量％未満ではその効果が発現し難い。また、５０質量％以下であれば、他の成分の適切な配合量を確保し、洗浄性を始めとした他の性能を確保することができるが、５０質量％を超えるとそのような配合量を確保することが困難となり、洗浄性などが得られ難くなる。

また、好適には、前記極圧添加剤は、硫黄系、たとえば、硫化鉱油、硫化油脂、硫化エステル、ポリスルフィドなどが用いられる。

本実施例の一実施例の連続創成式歯車研削盤の構成の要部を説明する斜視図である。 図１の連続創成式歯車研削盤において行なわれる連続創成式歯車研削を、ビトリファイド砥石および歯車素材を用いて説明する斜視図である。 図２のビトリファイド砥石の製造工程を説明する工程図である。 ビトリファイド砥石の均質性を評価する評価方法を説明する工程図である。 図４の度数分布図算出工程において、ビトリファイド砥石の断面画像から設定した分割画像（単位面積）をそれぞれ二値化したものから得られた度数分布を示す図表である。 連続創成式歯車研削加工試験のために、図３の工程に従って作成された実施例１乃至実施例３および比較例１の組織と、それを用いて行なった研削試験における焼け評価を示す図表である。 図３の工程に従って作成された実施例１乃至実施例３および比較例１を用いて行なった連続創成式歯車研削加工試験における砥石軸負荷を相対的に示す図表である。 図６の実施例１の試験砥石を用いて連続創成式歯車研削加工試験を行なったときの研削加工精度を説明する図である。 図３の工程に従って作成されたビトリファイド砥石を用いて図２に示す連続創成式歯車研削に用いた種々の水溶性研削液の組成と、それを用いて行なった切粉の分散性評価とを示す図表である。 図９と同様に、種々の水溶性研削液の組成と、それを用いて行なった切粉の分散性評価とを示す図表である。 図９，１０と同様に、種々の水溶性研削液の組成と、それを用いて行なった切粉の分散性評価とを示す図表である。 水溶性研削液の組成と、それを用いて行なった潤滑性評価とを示す図表である。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、所謂シフト研削やクリップフィード研削と称される連続創成式歯車研削を水溶性研削液ＧＦ（図２参照）を用いて行なう連続創成式歯車研削盤１０の一例の要部構成を説明する斜視図である。

連続創成式歯車研削盤１０は、歯車素材ＢＬに形成する外周歯と同じ断面形状を有する歯が螺旋状に連ねられたねじ状の高気孔率で多孔質のビトリファイド砥石１２を、たとえば水平方向のＹ軸に平行な軸心Ｃｙまわりに回転可能に、そのＹ軸に平行な軸心Ｃ方向すなわちシフト方向に歯車素材ＢＬに対して相対移動可能に、Ｙ軸に直交するＺ軸方向に平行なアキシャル送り方向に歯車素材ＢＬに対して相対移動可能に、且つ、Ｙ軸およびＺ軸に直交するＸ軸方向に平行な切込み方向に歯車素材ＢＬに対して相対移動可能に備えている。また、連続創成式歯車研削盤１０は、Ｚ軸に平行な軸心Ｃｚまわりに回転可能に歯車素材ＢＬを保持している。

具体的には、連続創成式歯車研削盤１０は、基台１４上に固定されたＸ軸方向案内部材１６によりＸ軸方向に案内され、Ｘ軸位置決めモータ１８によりＸ軸方向に位置決めされるＸ軸テーブル２０と、基台１４から立設された支持壁２２に固定されたＺ軸方向案内部材２４によりＺ軸方向に案内され、Ｚ軸位置決めモータ２６によりＺ軸方向に位置決めされるＺ軸テーブル２８と、Ｚ軸テーブル２８に形成されたＹ軸方向案内溝３０によりＹ軸方向に案内され、Ｙ軸位置決めモータ３２によりＹ軸方向に位置決めされるＹ軸テーブル３４と、上記Ｘ軸テーブル２０上に固設されて歯車素材ＢＬを回転可能に支持し、歯車素材ＢＬをその軸心Ｃｚまわりに回転駆動するワーク駆動モータ３６を有するワーク回転駆動装置３８と、上記Ｙ軸テーブル３４上に固設されてビトリファイド砥石１２を回転可能に支持し、ビトリファイド砥石１２をその軸心Ｃｙまわりに回転駆動する砥石駆動モータ４０を有する砥石回転駆動装置４２とを、備えている。

図２に詳しく示すように、連続創成式歯車研削盤１０は、ねじ状の高気孔率で多孔質のビトリファイド砥石１２を用いて、歯車素材ＢＬの外周面に連続創成式歯車研削を施す。すなわち、連続創成式歯車研削盤１０は、予め記憶されたプログラムに従ってＸ軸位置決めモータ１８、Ｚ軸位置決めモータ２６、Ｙ軸位置決めモータ３２によりＸ軸テーブル２０、Ｚ軸テーブル２８、Ｙ軸テーブル３４を駆動することにより、ビトリファイド砥石１２を軸心Ｃｙまわりに回転させつつ軸心Ｃｙ方向すなわちシフト方向へ送りながら、ワークである歯車素材ＢＬの軸心Ｃｚに平行なＺ軸方向すなわちアキシャル方向へ所定の研削ストロークで往復研削送りを行ないつつ、それに同期して歯車素材ＢＬをその軸心Ｃｚまわりに順次回転させることで、クーラントノズル５０から幅広く供給される水溶性研削液ＧＦの存在下で、常に新しい研削面すなわち常に新しい砥粒で歯車素材ＢＬの外周面に斜歯或いは直歯の研削加工を行うようにして、ビトリファイド砥石１２の砥石磨耗を抑制し、安定した精度且つ高い加工能率で、歯車素材ＢＬの外周面に連続創成式歯車研削を施す。

ビトリファイド砥石１２は、熔融アルミナ質砥粒（アランダム）などの比較的細かな一般砥粒がガラス質のビトリファイドボンドにより結合されて成る、多孔質のビトリファイド砥石組織を備えている。このビトリファイド砥石１２は、後述するように、４５体積％以下の砥粒率を有する高気孔率のビトリファイド砥石である。

上記砥粒は、日本工業規格（ＪＩＳ）「Ｒ ６００１」或いは国際標準化機構（ＩＳＯ）「８４８６−１」のマクログリッドでたとえばＦ１２０乃至Ｆ１８０の粒度、すなわち８０〜１２５μｍ程度の平均砥粒径を有するものであり、たとえば４０〜４４体積％の割合で上記多孔質のビトリファイド砥石組織を構成している。また、ビトリファイドボンドは、たとえば７〜１２体積％の割合で上記多孔質のビトリファイド砥石組織を構成している。そして、残部の気孔は、たとえば４７〜５０体積％の割合で上記多孔質のビトリファイド砥石組織内に形成されている。

ビトリファイドボンドは、たとえばよく知られた珪酸ガラス、棚珪酸ガラス或いは結晶化ガラスから構成される。上記ビトリファイドボンドとして好ましいガラス組成は、たとえば、ＳｉＯ₂が４０〜７０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が１０〜２０重量％、Ｂ₂Ｏ₃が０〜２０重量％、ＲＯやＲ₂Ｏなどのアルカリ土類金属の酸化物が２〜１０重量％である。

図３は、ビトリファイド砥石１２の製造工程を説明する工程図である。図３において、先ず、原料調合攪拌工程Ｐ１では、ビトリファイド砥石１２の砥石原料が用意される。たとえば、Ｆ１２０乃至Ｆ１８０（平均粒径Ｄが８０〜１２５μｍ）の粒度を有し、アルミナ砥粒として知られるＡｌ₂Ｏ₃系などの一般砥粒と、ＺｒＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系、Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系、Ｒ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系などのガラス質のビトリファイドボンド（無機結合剤）と、成形時においてある程度の相互粘結力を発生させるためのデキストリンやカルボキシルメチルセルロースなどの成形用有機バインダ（粘結剤或いは糊量）などの成形助剤と、平均粒径Ｐが砥粒の平均粒径Ｄの等倍よりも小さい径を有する気孔形成材とを、予め設定された割合で秤量して、それぞれ混合し、砥石原料を用意する。表１は、原料調合攪拌工程Ｐ１における砥石原料の調合割合の一例を示している。

上記気孔形成材は、後述の焼成工程Ｐ４における焼成処理後にビトリファイド砥石組織内で実質的に気孔（空間）を人工的或いは積極的に形成させる材質、たとえば中空或いは中実のナフタリン、ＤＭＴ、アルミナバルーン（アルミナ中空体）、胡桃の粉体、ポリスチレン、架橋アクリルなどである。

成型工程Ｐ２では、所定の成形金型の成形キャビティ内に上記混合された砥石原料を充填し、プレス装置でその砥石原料を加圧することにより、図２に示すビトリファイド砥石１２と同様の形状の成形体を形成する。次いで、成形体を乾燥する乾燥工程Ｐ３を経て、焼成工程Ｐ４では、上記成形体をたとえば９００〜１０５０℃の温度で２時間焼成することにより、図２に示すビトリファイド砥石１２が得られる。そして、仕上げ工程Ｐ５において寸法仕上げが行なわれ、検査工程Ｐ６において製品検査が行なわれる。

図４は、評価用コンピュータによるビトリファイド砥石１２の組織における均質性を砥粒面積率の度数分布の評価方法を説明する工程図である。図４において、断面撮像工程Ｐ１１では、ビトリファイド砥石１２の断面が、顕微鏡を通して拡大された状態で撮像された画像が入力される。

次いで、画像処理工程Ｐ１２では、断面撮像工程Ｐ１１で得られた顕微鏡写真にコンピュータによる画像処理を用いて、その所定の焦点深度位置での画像を二値化処理することにより、白黒の断面画像が生成される。この断面画像において、黒色部分は空間すなわち気孔を示し、白色部分は固形物たとえば砥粒とビトリファイドボンドを示す。

続く度数分布図算出工程Ｐ１３では、上記断面画像が、一辺をたとえば３００〜６００μｍとした桝目で分割される。続いて、各分割領域毎に、白色部分の固形物の面積割合（砥粒面積率）Ｓｇ（％）が算出され、その面積割合Ｓｇの大きさを横軸とし、分割領域の累計数を縦軸とする度数分布図が、図５に示すように作成される。

そして、変動係数算出工程Ｐ１４では、作成された上記度数分布図に示される砥粒面積率の度数分布からその砥粒面積率度数の標準偏差σおよび平均値が算出される。この標準偏差σを平均値で除算して百分率表示したものが変動係数であり、その変動係数が小さいほど、ビトリファイド砥石組織の均質性を評価する評価値が高くされる。

なお、上記分割領域の桝目の一辺が３００μｍより小さいと、Ｆ１２０では一つの桝目内に砥粒が５個以下となる可能性があり、６００μｍを超えると、Ｆ１５０より細かいものでは、一つの桝目内に３０個以上の砥粒が入り込んで標準偏差σが必要以上に小さくなってばらつきを正確に評価できなくなる。精度の高い度数分布図の作成のために断面画像は１００以上の分割数が必要であり、より好ましくは２００以上の分割が望ましい。

以下において、本発明者等が行なった実験例を説明する。まず、図６の実施例１〜３と比較例１に示す試験砥石を、前述の図３に示すように作成した。図６に示す実施例１〜３と比較例１とは、外径３００ｍｍ×内径１５０ｍｍ×長さ（厚み）１２５ｍｍ、螺旋溝が５条のねじ状の研削砥石であって、アルミナ砥粒、結合度Ｈ、組織１０を有し、変動係数が１７％以下であるビトリファイド砥石である点で、共通している。しかし、比較例１の砥粒の粒度がＦ８０であるのに対して、実施例１〜３の砥粒がＦ１２０，Ｆ１５０，Ｆ１８０である点で、相違している。

本発明者等は、図６に示されるように、砥粒の粒度を細かくすることで、変動係数が小さくなることを発見した。一粒あたりの磨減面積を小さくできる上、その発生頻度も均質にできる。次いで、それら実施例１〜３と比較例１の試験砥石を用いて、以下に示す試験条件で連続創成式歯車研削を実施した。

〈連続創成式歯車研削試験条件Ａ〉
・研削液：水溶性研削液（試料Ｎｏ．７）
・ワーク
モジュール：２．４
圧力角：１７．５
歯数：５３
材料：ＳＣＭ４２０
硬さ：５８（ＨＲＣ）
・連続創成式歯車研削盤：三菱重工業株式会社製 ＺＥ−２４Ｂ型

図６は、上記研削試験結果の焼けの評価も示している。上記実施例１〜３の試験砥石では、４０個／ドレスの連続研削において焼けの発生がなかったが、比較例１の試験砥石では、１６個目に焼けが発生した。

図７は、上記研削試験結果の砥石軸負荷を示している。この砥石軸負荷は、切れ味に対応するものであって砥石軸の駆動電力ＫＷ（定格電力に対する百分率で示す）であるが、比較例１を１００とした場合の相対値を示している。図７によれば、比較例１の試験砥石に対して、実施例１，２，３の試験砥石では、８〜１２％程度負荷が低くなり、切れ味が向上している。

図８は、実施例１の試験砥石による４０カットまでの加工精度の変化を示している。歯形圧力角誤差、歯形バイアス、歯形丸み、歯すじ角度誤差、クラウニングにおいて、それぞれ十分に規格内の数値が得られ、高精度の歯研加工が得られた。

さらに、以下において、本発明者等が行なった実験例を説明する。まず、以下に示す試験砥石を、前述の図３に示すように作成した。この試験砥石は、外径３００ｍｍ×内径１５０ｍｍ×長さ（厚み）１２５ｍｍ、螺旋溝が５条のねじ状の研削砥石であって、アルミナ砥粒、粒度Ｆ１２０、結合度Ｈ、組織１０を有し、変動係数が１７％であるビトリファイド砥石である。次いで、上記試験砥石を用いて、以下に示す試験条件で連続創成式歯車研削を実施した。

〈連続創成式歯車研削試験条件Ｂ〉
・研削液：水溶性研削液（試料Ｎｏ．７）
・ワーク
モジュール：２．１２
圧力角：２０
歯数：７７
材料：ＳＣＭ２０
硬さ：７２０〜８５０（ＨＶ）
個数：２個
・連続創成式歯車研削盤：三菱重工業株式会社製 ＺＥ−２４Ｂ型

表４は、上記研削試験結果の泡立ち及び焼けの評価も示している。なお、泡立ちは、上記条件でワークを実際に加工せずに空運転（１５分間）した後の研削液の貯留タンク内の泡立ち状態を目視して確認した。

表４に示したように、試験Ｎｏ．１，７，１３においては、研削液の貯留タンク内に泡立ちが発生しなかったものの、焼けを生じるようになってしまった（正確には、加工中に火花が多く発生し、焼けが生じる前に加工を中止）。他方、試験Ｎｏ．６，１２，１８においては、焼けを生じることがなかったものの、研削液の貯留タンク内に泡立ちを生じ、研削液の液面が低下して研削液の吐出量の低下を引き起こすおそれを生じてしまった。これに対し、試験Ｎｏ．２〜５，８〜１１，１３〜１７においては、泡立ち及び焼けが共に発生しなかった。よって、水溶性研削液を流量１５０〜２００Ｌ／ｍｉｎ、吐出圧０．６〜３ｋｇ／ｃｍ²で供給することにより、泡立ち及び焼けを抑制した研削加工が可能であることを確認できた。

前記水溶性研削液ＧＦは、金属加工液組成物の２．５質量％以上の水溶液である。この金属加工液組成物は、砥石表面の洗浄性を高めてビトリファイド砥石の研削面の溶着を防止するための非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類、および砥石表面の潤滑性を高めて砥石磨耗を低減させるための極圧添加剤を含むものである。

上記非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類は、好適には、たとえば、多価アルコール型、エステル型、エステル・エーテル型など、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイドなどが付加されたものが挙げられ、たとえば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルやポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルなどのポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールブロックポリマ、ポリオキシフェニルエーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが好適に用いられる。

また、上記極圧添加剤は、好適には硫黄系、たとえば、硫化鉱油、硫化油脂、硫化エステル、ポリスルフィドなどが用いられる。

以下に、本発明者等が行なった、上記金属加工液組成物ＧＦに含まれる非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類および極圧添加剤の含有率とその金属加工液組成物水溶液の分散性との関係を評価する評価試験を説明する。

先ず、図９〜１１に示す金属加工液組成物の試料Ｎｏ．１〜２４を作成した。試料Ｎｏ．１，９，１７には、３１質量％の濃度の鉱物油および／またはエステル化合物が含まれるが、非イオン界面活性剤またはポリアルキレングリコール類が含まれていない。試料Ｎｏ．２〜８には、３０．８〜６質量の濃度の鉱物油および／またはエステル化合物と、０．２〜２５質量％の濃度のポリオキシエチレンアルキルエーテル型界面活性剤とが含まれている。試料Ｎｏ．１０〜１６には、３０．８〜６質量％の濃度の鉱物油および／またはエステル化合物と、０．２〜２５質量％の濃度のポリオキシエチレンフェニルエーテル型界面活性剤とが含まれている。試料Ｎｏ．１８〜２４には、３０．８〜６質量％の濃度の鉱物油および／またはエステル化合物と、０．２〜２５質量％の濃度のポリオキシプロピレングリコール型界面活性剤とが含まれている。

次に、上記各金属加工液組成物の５質量％水溶液（水溶性研削液）を共栓付メスシリンダ内に１００ｍｌ採り、研削切粉を０．３ｇ添加して上下に軽く振とうし、１時間放置して切粉を試料液になじませる。次いで、上下に振とうして静置し、約１分後の切粉の分散状態を目視で観察する。分散状態は、×（切粉が分散せずに沈降、浮上および壁面に付着し、液が比較的透明）、△（切粉が沈降および浮上するがやや分散）、○（切粉が分散して液が不透明）の３段階で評価した。

図９〜１１に示すように、試料Ｎｏ．１，２，９，１０，１７，１８の５質量％水溶液は、切粉の分散性が低いが、試料Ｎｏ．３〜８，１１〜１６，１９〜２４は良好な分散性が得られた。すなわち、非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類の含有量が金属加工液組成物の０．５〜２０質量％の範囲においてその金属加工液組成物の５質量％水溶液である水溶性研削液の良好な分散性が得られた。

金属加工液組成物に含まれる非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類は、金属加工液組成物中に０．５〜２０質量％含まれ、さらに好適には２〜１５質量％含まれる。この非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類は、０．５質量％を下回るとその効果の発現が難しく、２０質量％以下であれば他の成分の適切な配合量を確保して潤滑性を確保できるが、２０質量％を超えると、そのような配合量を確保することが困難となり、潤滑性を得ることが困難となる。

次に、本発明者等は、極圧添加剤の濃度が異なる複数種類の金属加工液組成物につき、その２０質量％水溶液を用いて、以下の付着滑り試験条件で砥石の摩擦磨耗試験および付着滑り試験を行うために、先ず、図１２の表に示す金属加工液組成物の試料Ｎｏ．２５〜３０を作成した。

試料Ｎｏ．２５〜３０には、５１〜０質量％の６段階の濃度の鉱物油および／またはエステル化合物が含まれるが、試料Ｎｏ．２５には非イオン界面活性剤またはポリアルキレングリコール類および極圧添加剤が含まれていない。試料Ｎｏ．２６〜３０には、０〜５０質量％の５段階の濃度の硫黄系極圧添加剤が含まれている。

〈付着滑り試験条件〉
試験機：神鋼造機株式会社製の付着滑り試験機
試験鋼：ＳＰＣＣ−ＳＢ
試験鋼球：ＳＵＪ−２（球径：３／１６インチ）
負荷：４ｋｇ
摺動速度：４ｍｍ／ｓ

次に、各試料の２０質量％水溶液（水溶性研削液）を用いて、上記付着滑り試験条件下で一対の試験片を一定の荷重および速度の下で摺動させ、このときの摩擦力を歪ゲージで測定し、摩擦係数を求めた。この摩擦係数が小さい程、水溶性研削液の潤滑性が高く、焼け防止効果が高いと評価される。

図１２の表に示すように、試料Ｎｏ．２５，２６の２０質量％水溶液（水溶性研削液）は、摩擦係数が高くて潤滑性が低いが、試料Ｎｏ．２７〜３０の２０質量％水溶液（水溶性研削液）は、摩擦係数が低く、高い潤滑性が得られた。すなわち、極圧添加剤の含有量が金属加工液組成物の５〜５０質量％の範囲においてその金属加工液組成物の２０質量％水溶液（水溶性研削液）では良好な潤滑性が得られた。

金属加工液組成物に含まれる極圧添加剤は、５質量％未満ではその効果が発現し難く、５０質量％以下であれば、他の成分の適切な配合量を確保し、洗浄性を始めとした他の性能を確保することができるが、５０質量％を超えるとそのような配合量を確保することが困難となり、洗浄性などが得られ難くなる。

上述のように、本実施例の連続創成式歯車研削方法によれば、気孔が砥粒の間に形成された状態でその砥粒がビトリファイドボンドにより結合されたビトリファイド砥石１２であって、その砥粒の粒度はＦ１２０乃至Ｆ１８０であることから、ねじ状のビトリファイド砥石１２に対する歯車素材（ワーク）ＢＬの接触円弧長さが長く、長い切粉が発生する傾向がある連続創成式歯車研削において、その切粉の長さが短縮されると共に、水溶性研削液を流量１５０〜２００Ｌ／ｍｉｎ、吐出圧０．６〜３ｋｇ／ｃｍ²で供給するので、水溶性研削液の泡立ちを抑制しながらも、切粉の排出性が高くなって切粉がビトリファイド砥石１２の表面のチップポケットに目詰まり難くなり、研削焼けが好適に改善される。このため、連続創成式歯車研削において水溶性研削液ＧＦを用いても、不水溶性研削液に劣らない歯車の研削加工性が得られる。

また、本実施形態のビトリファイド砥石１２は、４０〜４４体積％の砥粒体積率、より好ましくは４２〜４４体積％の砥粒体積率を備える高気孔率のビトリファイド砥石１２であることから、Ｆ１２０乃至Ｆ１８０という比較的細かな粒度の砥粒を用いるという条件下で、砥粒面積率が適切な値に維持されるので、研削能率が維持されながら、砥石の研削抵抗の増加が防止され、局所的な目詰まりおよび目つぶれと脱落、および被削材の焼けが好適に抑制される高気孔率のビトリファイド砥石１２が得られる。砥粒体積率が４０体積％を下まわると研削能率が低くなり、砥粒体積率が４４体積％を超えると研削抵抗が高くなって焼けが発生し易くなる。

また、本実施例のビトリファイド砥石１２は、砥石断面における複数個所の単位面積当たりの前記砥粒を含む固形物の割合である砥粒面積率の度数分布図において、その砥粒面積率の標準偏差を砥粒面積率の平均値で除算した変動係数が１７以下の値を有する均質性を備える。これにより、高い均質性を有し、砥石の局所的な目詰まりおよび目つぶれと脱落、および被削材の焼けが好適に抑制される高気孔率のビトリファイド砥石１２が得られる。

また、本実施例のビトリファイド砥石１２に含まれる砥粒は、Ａ系（アルミナ系）の多結晶砥粒であるので、歯車の歯面である研削加工面の粗さが小さくなり、歯車の加工品質が高められる。

また、本実施例の水溶性研削液ＧＦは、非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類および極圧添加剤を含む金属加工液組成物（水で希釈する前の「原液」、以下特に明記しない場合は同様）が、２．５質量％以上となるように水に希釈されたものである。好適には、２．５〜２０質量％水溶液である。水溶性研削液ＧＦはこのように希釈されるので、原液の取り扱いが容易となる。金属加工液組成物が２．５質量％を下まわる場合は、効果を得ることが困難となる。金属加工液組成物が２０質量％を上まわる場合はその効果が飽和する。

また、本実施例の水溶性研削液ＧＦに含まれる金属加工液組成物は、０．５〜２０質量％の非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類を含む。さらに好適には、２〜１５質量％の非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類が含まれる。この非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類は、０．５質量％を下回るとその効果の発現が難しくなる。この非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類は、２０質量％以下であれば他の成分の適切な配合量を確保して潤滑性を確保できるが、２０質量％を超えると、そのような配合量を確保することが困難となり、潤滑性を得ることが困難となる。

また、本実施例の水溶性研削液ＧＦに含まれる金属加工液組成物は、５〜５０質量％の極圧添加剤を含む。この極圧添加剤は、５質量％未満ではその効果が発現し難い。また、５０質量％以下であれば、他の成分の適切な配合量を確保し、洗浄性を始めとした他の性能を確保することができるが、５０質量％を超えるとそのような配合量を確保することが困難となり、洗浄性などが得られ難くなる。

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、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。

たとえば、前述の実施例で用いられている連続創成式歯車研削盤１０は、基台１４上に固定されたＸ軸方向案内部材１６によりＸ軸方向に案内され、Ｘ軸位置決めモータ１８によりＸ軸方向に位置決めされるＸ軸テーブル２０と、基台１４から立設された支持壁２２に固定されたＺ軸方向案内部材２４によりＺ軸方向に案内され、Ｚ軸位置決めモータ２６によりＺ軸方向に位置決めされるＺ軸テーブル２８と、Ｚ軸テーブル２８に形成されたＹ軸方向案内溝３０によりＹ軸方向に案内され、Ｙ軸位置決めモータ３２によりＹ軸方向に位置決めされるＹ軸テーブル３４と、上記Ｘ軸テーブル２０上に固設されて歯車素材ＢＬを回転可能に支持し、歯車素材ＢＬをその軸心Ｃｚまわりに回転駆動するワーク駆動モータ３６を有するワーク回転駆動装置３８と、上記Ｙ軸テーブル３４上に固設されてビトリファイド砥石１２を回転可能に支持し、ビトリファイド砥石１２をその軸心Ｃｙまわりに回転駆動する砥石駆動モータ４０を有する砥石回転駆動装置４２とを、備えている。

しかし、ワーク回転駆動装置３８が載置されたＸ軸テーブル２０に替えて、支持壁２２をＸ軸方向に位置決めするＸ軸テーブルが設けられたり、ビトリファイド砥石１２をＹ軸方向に位置決めするＹ軸テーブル３４に替えて、ワーク回転駆動装置３８をＹ軸方向に位置決めするＹ軸テーブルが設けられたり、ビトリファイド砥石１２をＺ軸方向に位置決めするＺ軸テーブル２８に替えて、ワーク回転駆動装置３８をＺ軸方向に位置決めするＺ軸テーブルが設けられたりしてもよい。

要するに、ビトリファイド砥石１２を、たとえば水平方向のＹ軸に平行な軸心Ｃｙまわりに回転可能に、そのＹ軸に平行な軸心Ｃ方向すなわちシフト方向に歯車素材ＢＬに対して相対移動可能に、Ｙ軸に直交するＺ軸方向に平行なアキシャル送り方向に歯車素材ＢＬに対して相対移動可能に、且つ、Ｙ軸およびＺ軸に直交するＸ軸方向に平行な切込み方向に歯車素材ＢＬに対して相対移動可能に備えていればよいのである。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の連続創成式歯車研削方法は、連続創成式歯車研削において水溶性研削液を用いても、不水溶性研削液に劣らない歯車の研削加工性が得られるので、金属加工産業等において、極めて有益に利用することができる。

１０：連続創成式歯車研削盤
１２：ねじ状のビトリファイド砥石
ＧＦ：水溶性研削液

Claims (7)

1. ねじ状の砥石をその軸心まわりに回転させつつ軸心方向へ送りながら、該歯車素材の軸心に平行な方向へ研削送りを行なうとともに該歯車素材を軸心まわりに順次回転させることで、水溶性研削液の存在下で常に砥粒の当たる位置を変化させて歯車の研削加工を行う連続創成式歯車研削方法であって、
   前記砥石は、気孔が砥粒の間に形成された状態で該砥粒がビトリファイドボンドにより結合されたビトリファイド砥石であり、
   前記砥粒の粒度は、Ｆ１２０乃至Ｆ１８０であり、
   前記水溶性研削液を流量１５０〜２００Ｌ／ｍｉｎ、吐出圧０．６〜３ｋｇ／ｃｍ²で供給する
   ことを特徴とする連続創成式歯車研削方法。
2. 前記ビトリファイド砥石は、４０〜４４体積％の砥粒体積率を備える
   ことを特徴とする請求項１の連続創成式歯車研削方法。
3. 前記ビトリファイド砥石は、砥石断面における複数個所の単位面積当たりの前記砥粒を含む固形物の割合である砥粒面積率の度数分布図において、砥粒面積率の標準偏差を砥粒面積率の平均値で除算した変動係数が１７以下の均質性を備える
   ことを特徴とする請求項１または２の連続創成式歯車研削方法。
4. 前記砥粒は、Ａ系（アルミナ系）の多結晶砥粒である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の連続創成式歯車研削方法。
5. 前記水溶性研削液は、非イオン界面活性剤およびポリアルキレングリコール類からなる群から選ばれる少なくとも１種、極圧添加剤から成る群から選ばれた少なくとも１種を金属加工液組成物中に含み、使用時の濃度が２．５質量％以上となるように水に希釈して使用する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１の連続創成式歯車研削方法。
6. 前記金属加工液組成物は、０．５〜２０質量％の非イオン界面活性剤および／またはポリアルキレングリコール類を含む
   ことを特徴とする請求項５の連続創成式歯車研削方法。
7. 前記金属加工液組成物は、５〜５０質量％の極圧添加剤を含む
   ことを特徴とする請求項５または６の連続創成式歯車研削方法。

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