JP6193645B2 - 単層砥粒ホイールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールベースに単層の砥粒を配設した単層砥粒ホイールおよびその製造方法に関するものである。

一般に、単層の砥粒をメタルボンドによって結合した単層メタルボンド砥石においては、例えば、特許文献１に記載されているように、砥石ベースの表面に単層の砥粒を仮付けし、仮付けした砥粒をめっきによって砥石ベースに固定するようになっている。

ところで、鋳物からなるシリンダブロック等においては、鋳造欠陥によりシール面にひけ巣が発生する場合がある。シール面に発生したひけ巣を潰す方法として、砥粒の先端にフラット面を形成し、このフラット面により、シール面を擦るように研削して、シール面に塑性流動層を形成することにより、シール面から所定深さ内にあるひけ巣を潰すことができるようになる。これにより、鋳物からなるシリンダブロック等のシール面からの圧洩れを防止することが可能となる（特許文献２の記載参照）。

特開２００２−１７８２６６号公報 特開平１０−２０２４９２号公報

特許文献１に記載された構成の単層メタルボンド砥石においては、単層の砥粒が砥石ベースの表面に接触状態で保持されるようになっているので、如何に粒（粒径）の揃った砥粒を用いても、単層の砥粒の先端を正確に揃えることは至難である。

このために、上記したシール面に発生したひけ巣を潰すべく、砥粒の先端をラップ加工して砥粒の先端にフラット面を形成しても、ラップ加工された砥粒の先端のフラット面の断面積にばらつきが生じ、そのような単層メタルボンド砥石を用いて、鋳物工作物のシール面等を研削しても、シール面に発生したひけ巣を効果的に潰すことができない。

また、上記した構成の単層メタルボンド砥石を、工作物の平面研削に用いた場合においても、砥粒のフラット面の断面積がばらついていることにより、各砥粒による加工によって発生する切粉量に差が生じ、切粉の発生が多いところでは切粉が適切に排出されない現象が生ずる。このために、一部に溶着が発生したり、砥粒の切味が低下することにより、加工面の仕上げ状態にばらつきが発生しやすくなる。

本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなされたもので、砥粒の先端に断面積の均一なフラット面を形成できるようにした単層砥粒ホイールおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明の特徴は、単層のダイヤモンド砥粒の先端を揃えた状態で前記ダイヤモンド砥粒をホイールベースに一体的に取付け、前記ダイヤモンド砥粒は、砥粒高さを揃えた球状あるいは楕円状の砥粒からなり、前記ダイヤモンド砥粒の先端をラップ加工等により加工して、断面積の均一なフラット面を形成した単層砥粒ホイールである。

請求項２に係る発明の特徴は、前記ホイールベースをカップ形状とした鋳物平面加工に用いる請求項１に記載の単層砥粒ホイールである。

請求項３に係る発明の特徴は、型の内面に砥粒高さを揃えた球状あるいは楕円状のダイヤモンド砥粒を一層仮固定し、前記型内に結合剤を充填して焼結し、前記砥粒を前記結合剤とともにホイールベースに一体化させ、次いで、前記型より前記砥粒を固着したホイールベースを取り出し、しかる後、先端が揃えられた前記砥粒をドレッシングして前記結合剤より突出させ、次いで、前記砥粒の先端をラップ加工等により加工して断面積の均一なフラット面を形成する単層砥粒ホイールの製造方法である。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、基板上に砥粒高さを揃えた球状あるいは楕円状のダイヤモンド砥粒を一層仮固定し、該砥粒を電気めっきによるめっき層により結合し、次いで、前記砥粒を前記基板とともに型内に入れ、該型内にホイールベースを構成するメタルを流し込み、その後、前記型より前記砥粒を結合した前記ホイールベースを取り出し、しかる後、先端が揃えられた前記砥粒をドレッシングして前記めっき層より突出させ、次いで、前記砥粒の先端をラップ加工等により加工して断面積の均一なフラット面を形成する単層砥粒ホイールの製造方法である。

請求項１に係る発明によれば、単層の砥粒の先端が揃えられた状態で結合され、しかも、砥粒が砥粒高さを揃えた球状あるいは楕円状の砥粒からなっているので、砥粒の先端にフラット面を形成するために、砥粒の先端をラップ加工等によって加工した場合に、砥粒のフラット面の断面積を均一に保つことができる。

これにより、単層砥粒ホイールによって工作物を平面研削した場合に、各砥粒の工作物との接触面積を同じにすることができるので、工作物を凹凸の少ない面に仕上げることができる。また、単層砥粒ホイールを鋳物工作物の面加工に使用した場合には、砥粒のフラット面によって、鋳物工作物の面を擦るように研削することにより、鋳造時に面に生じたひけ巣を潰すことが可能となる。

請求項２に係る発明によれば、ホイールベースをカップ形状とした鋳物平面加工に用いることにより、砥粒の先端のフラット面によって、鋳物工作物の面を擦るように研削することにより、鋳造時に面に生じたひけ巣を潰すことができ、鋳物工作物のシール面に生じた鋳造欠陥を容易に修正することが可能となる。

請求項３に係る発明によれば、型の内面に砥粒を一層仮固定し、型内に結合剤を充填して焼結し、砥粒を結合剤とともにホイールベースに一体化させ、次いで、型より砥粒を固着したホイールベースを取り出し、しかる後、先端が揃えられた砥粒をドレッシングして結合剤より突出させ、次いで、砥粒の先端をラップ加工等により加工して断面積の均一なフラット面を形成するので、単層の砥粒の先端を正確に揃えることができ、砥粒の先端に断面積の均一なフラット面を容易にかつ確実に形成することができる。

請求項４に係る発明によれば、基板上に砥粒を一層仮固定し、砥粒を電気めっきによるめっき層により結合し、次いで、砥粒を基板とともに型内に入れ、型内にホイールベースを構成するメタルを流し込み、その後、型より砥粒を結合したホイールベースを取り出し、しかる後、先端が揃えられた砥粒をドレッシングしてめっき層より突出させ、次いで、砥粒の先端をラップ加工等により加工して断面積の均一なフラット面を形成するので、請求項３に係る発明と同様に、単層の砥粒の先端を正確に揃えることができ、砥粒の先端に断面積の均一なフラット面を容易にかつ確実に形成することができる。

本発明の第１の実施の形態を示す単層砥粒ホイールの断面図である。 図１の一部を拡大した図である。 図２の３方向から見た図である。 第１の実施の形態に係る単層砥粒ホイールの製造方法を示す図である。 単層砥粒ホイールによって工作物を平面加工する状態を示す図である。 単層砥粒ホイールによって鋳物工作物のシール面を加工する状態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る単層砥粒ホイールの製造方法を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る単層砥粒ホイール１０を示すもので、当該単層砥粒ホイール１０は、カップ型のホイールベース１１を備え、ホイールベース１１の中心部に、研削盤の回転軸３０（図５参照）に嵌合する取付穴１１ａが設けられている。

ホイールベース１１の下面には、環状の平坦面１２が形成され、平坦面１２には、ダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒からなる単層の超砥粒１３が、メタルボンドからなる結合剤１４によって固着されている。これにより、ホイールベース１１に単層の超砥粒１３が一体的に取付けられる。

超砥粒１３は、砥粒高さを揃えた球状の砥粒、すなわち、粒径を可能な限り等しくした球状砥粒からなり、超砥粒１３の先端が揃えられた状態で結合剤１４によって結合され、超砥粒１３を下向きにして結合剤１４がホイールベース１１の平坦面１２に固着されている。先端が揃えられた超砥粒１３は、結合剤１４より所定量突出されている。また、超砥粒１３の先端は、図略のラップ加工機によりラップ加工され、フラット面１３ａが同一面上に形成されている。

この際、超砥粒１３は、先端が揃えられた状態で結合剤１４によって結合され、しかも、砥粒高さが揃えられた球状の砥粒からなっているので、図３に示すように、ラップ加工された超砥粒１３の各フラット面１３ａの断面積を均一化することができる。

図４は、上記した構成の単層砥粒ホイール１０を製造する方法を示すもので、まず、同図の（Ａ）に示すように、カップ型のホイールベース１１に補合する環状の溝２１ａを形成した型２１の下面に、砥粒高さを揃えた球状の超砥粒１３をランダムに配列し、めっき等によって仮固定する。次いで、図４（Ｂ）に示すように、型２１内にメタルボンドからなる結合剤１４を充填するとともに、充填した結合剤１４をホイールベース１１の平坦面１２によって加圧しつつ、ホイールベース１１と超砥粒１３を結合剤１４とともに焼結させて一体化し、ホイールベース１１の平坦面１２に結合剤１４を固着する。

次いで、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、型２１を分解し、先端に超砥粒１３を結合剤１４によって固着したホイールベース１１を取り出す。その後、図４（Ｅ）に示すように、ＷＡ砥石等を用いたドレッシングによって、結合剤１４を所定量削り取り、超砥粒１３を所定量Ｘだけ突出させる。しかる後、図４（Ｆ）に示すように、超砥粒１３の先端をラップ加工し、超砥粒１３の先端にフラット面１３ａを形成する。このようにして、単層砥粒ホイール１０が製造される。

この際、超砥粒１３の先端が揃えられた状態でホイールベース１１に固着され、しかも、超砥粒１３が、砥粒高さを揃えた球状の砥粒によって構成されているので、図３に示すように、ラップ加工された超砥粒１３の各フラット面１３ａの断面積を均一に保つことができる。

従って、図５に示すように、本実施の形態に係る単層砥粒ホイール１０を取付けた回転軸３０を回転させながら、工作物Ｗ１に対し相対移動させて工作物Ｗ１を平面研削すると、工作物Ｗ１と各超砥粒１３との接触面積が同じになるため、工作物Ｗ１の研削面を凹凸の少ない面に仕上げることができる。しかも、超砥粒１３の先端のフラット面１３ａの断面積が均一化されているので、各超砥粒１３によって研削される切粉量も等しくなり、従来のような部分的に切粉が多くなることによる溶着の発生を抑制することができる。

図６は、本実施の形態に係る単層砥粒ホイール１０を、鋳物からなるシリンダブロックＷ２のシール面Ｗ２ａの加工に用いた例を示すものである。鋳物からなるシリンダブロックＷ２は、鋳造欠陥によりひけ巣が発生する場合があるが、単層砥粒ホイール１０の超砥粒１３の先端に形成したフラット面１３ａにより、シリンダブロックＷ２のシール面Ｗ２ａを擦るように研削することにより、シール面Ｗ２ａに塑性流動層が形成され、シール面Ｗ２ａから所定深さ内にあるひけ巣を潰すことができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は、第２の実施の形態に係る単層砥粒ホイールの製造方法を示すもので、第１の実施の形態と異なる点は、砥粒を電鋳方式によって製造するものである。

すなわち、図７（Ａ）に示すように、カーボンからなる円板状の基板３１の平坦面上に、砥粒高さを揃えた球状の超砥粒１３を、基板３１の中心部を除いて均等に配列し、のり等により仮固定する。次いで、図７（Ｂ）に示すように、基板３１上に仮固定した超砥粒１３を、電気めっきによるめっき層３２により相互に結合する。この際、めっき層３２の形成が不要な基板３１の中心部をマスキングするとよい。

次いで、図７（Ｃ）に示すように、カーボンからなる型３３内に、超砥粒１３をめっき層３２にて結合した基板３１を取付けるとともに、基板３１の中心部に金属からなる円柱状の芯金３４を取付ける。その状態で、型３３の周囲と芯金３４との間の環状空間に低融点メタル３５を流し込む。これにより、低融点メタル３５が固化することにより、低融点メタル３５と芯金３４とめっき層３２とが強固に結合されたホイールベース１１が完成する。

続いて、型３３を分解し、先端に超砥粒１３を一体的に取付けたホイールベース１１を取り出す（図７（Ｄ）参照）。この際、基板３１がカーボンにて構成されているので、基板３１より超砥粒１３を容易に剥がすことができる。

しかる後、図７（Ｅ）に示すように、ホイールベース１１の芯金３４の中心部に取付穴３４ａを加工するとともに、ホイールベース１１を所定形状に成形する。その後、ドレッシングによって、めっき層３２を所定量削り取り、超砥粒１３を突出させる。続いて、図示省略したが、超砥粒１３の先端をラップ加工することにより、超砥粒１３の先端に断面積が均一なフラット面１３ａ（図２参照）を有する単層砥粒ホイール１０（図１参照）が製造される。

図８は、本発明の変形例を示すもので、先に述べた第１および第２の実施の形態と異なる点は、球状砥粒に代えて、楕円形状をした超砥粒１１３を用いたことである。以下、先に述べた実施の形態と異なる部分を主に説明し、同一の構成部品については同一の参照番号を付し、説明を省略する。

超砥粒１１３は、図８（Ｂ）に示すように、砥粒高さおよび形状をほぼ同じくする楕円形状（ラグビーボールのような形状）をしたダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒からなっている。単層の超砥粒１１３は、図８（Ａ）に示すように、ホイールベース１１の平坦面１２に、メタルボンドからなる結合剤１４を介して固着される。超砥粒１１３は、図８（Ｂ）に示すように、型２１内に立てた状態でめっき等により仮固定され、その状態で、先に述べた実施の形態と同様に、結合剤１４を充填し、ホイールベース１１と超砥粒１１３を結合剤１４とともに焼結させ、一体化する。

その後、型２１を外して、超砥粒１１３を固定したホイールベース１１を取り出し、しかる後、結合剤１４をドレッシングして超砥粒１１３を突出させるとともに、超砥粒１１３の先端をラップ加工し、超砥粒１１３の先端にフラット面１１３ａを形成する。

かかる実施の形態においても、超砥粒１１３の先端が揃えられた状態でホイールベース１１に固着され、しかも、超砥粒１３が、砥粒高さおよび形状を揃えた楕円状の砥粒によって構成されているので、超砥粒１１３の各フラット面１１３ａの断面積を均一に保つことができる。

上記した実施の形態によれば、単層の超砥粒１３の先端が揃えられてメタルボンドからなる結合剤１４により結合され、しかも、超砥粒１３が砥粒高さを揃えた球状の砥粒からなっているので、超砥粒１３の先端にフラット面１３ａを形成するために、超砥粒１３の先端をラップ加工等によって加工した場合に、超砥粒１３のフラット面１３ａの断面積を均一に保つことができる。

これにより、単層砥粒ホイール１０によって工作物Ｗ１を平面研削した場合に、各超砥粒１３の工作物Ｗ１との接触面積を同じにすることができ、工作物Ｗ１を凹凸の少ない面に仕上げることができる。しかも、超砥粒１３をメタルボンドからなる結合剤１４によって結合保持するようにしたので、結合強度の優れた単層砥粒ホイール１０を得ることができる。

また、単層砥粒ホイール１０を鋳物からなるシリンダブロックＷ２のシール面Ｗ２ａの加工に使用した場合には、超砥粒１３のフラット面１３ａによって、シリンダブロックＷ２のシール面Ｗ２ａを擦るように研削することにより、鋳造時にシール面Ｗ２ａに生じたひけ巣を潰すことができ、鋳造欠陥を容易に修正することができる。

さらに、上記した第１および第２の実施の形態に係る製造方法によれば、単層の超砥粒１３の先端を正確に揃えることができ、超砥粒１３の先端に断面積の均一なフラット面１３ａを容易にかつ確実に形成することができる。

上記した実施の形態においては、ダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒からなる超砥粒１３を、メタルボンドからなる結合剤１４によって保持する例について述べたが、砥粒としてダイヤモンド砥粒あるいはＣＢＮ砥粒に限定されるものではなく、また、結合剤もメタルボンドに限定されるものではない。

また、上記した実施の形態においては、単層砥粒ホイール１０を鋳物からなるシリンダブロックＷ２のシール面Ｗ２ａの加工に使用した例について述べたが、鋳造時にひけ巣が発生する鋳物工作物の面加工全般に適用することができる。

以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採り得るものであることは勿論である。

１０…単層砥粒ホイール、１１…ホイールベース、１２…平坦面、１３、１１３…超砥粒、１３ａ、１１３ａ…フラット面、１４…結合剤、２１…型、３１…基板、３２…めっき層、３３…型。

Claims (4)

1. 単層のダイヤモンド砥粒の先端を揃えた状態で前記ダイヤモンド砥粒をホイールベースに一体的に取付け、
   前記ダイヤモンド砥粒は、砥粒高さを揃えた球状あるいは楕円状の砥粒からなり、
   前記ダイヤモンド砥粒の先端をラップ加工等により加工して、断面積の均一なフラット面を形成した、ことを特徴とする単層砥粒ホイール。
2. 前記ホイールベースをカップ形状とした鋳物平面加工に用いる請求項１に記載の単層砥粒ホイール。
3. 型の内面に砥粒高さを揃えた球状あるいは楕円状のダイヤモンド砥粒を一層仮固定し、前記型内に結合剤を充填して焼結し、前記砥粒を前記結合剤とともにホイールベースに一体化させ、次いで、前記型より前記砥粒を固着したホイールベースを取り出し、しかる後、先端が揃えられた前記砥粒をドレッシングして前記結合剤より突出させ、次いで、前記砥粒の先端をラップ加工等により加工して断面積の均一なフラット面を形成することを特徴とする単層砥粒ホイールの製造方法。
4. 基板上に砥粒高さを揃えた球状あるいは楕円状のダイヤモンド砥粒を一層仮固定し、該砥粒を電気めっきによるめっき層により結合し、次いで、前記砥粒を前記基板とともに型内に入れ、該型内にホイールベースを構成するメタルを流し込み、その後、前記型より前記砥粒を結合した前記ホイールベースを取り出し、しかる後、先端が揃えられた前記砥粒をドレッシングして前記めっき層より突出させ、次いで、前記砥粒の先端をラップ加工等により加工して断面積の均一なフラット面を形成することを特徴とする単層砥粒ホイールの製造方法。

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