JP7107512B1 - 軸付き砥石および研磨工具 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトが撓む場合でも砥石の偏摩耗を抑制できる軸付き砥石を提供すること。【解決手段】軸付き砥石１は、砥石２と、砥石２から延びるシャフト３を備える。砥石２は、複数本の無機長繊維２１を束ねた複数の繊維束２２を樹脂２３で結合したものである。シャフト３は、剛性をＳとした場合に条件式（Ａ）を満たす。シャフト３の剛性は、シャフト３の後端から３０ｍｍの領域をシャンク部４として固定し、砥石２の外周端２ａにおける後端を軸線Ｌと直交する方向からで押し込み、押し込み加重をＦ（Ｎ）、シャフト３の前端の変位量をδ（ｍｍ）とした場合に、以下の式（Ｂ）で求める。０．４≦ Ｓ ≦１００ ・・（Ａ）Ｓ＝Ｆ／δ ・・（Ｂ）【選択図】図５

Description

本発明は、手持ち式の回転工具にチャックされて使用される軸付き砥石、および、手持ち式の回転工具に軸付き砥石がチャックされた研磨工具に関する。

回転エアードリルなどの手持ち式の回転工具にチャックされて使用される軸付き砥石は、特許文献１に記載されている。同文献の軸付き砥石は、砥石と、砥石に連結されたシャフトと、を有する。砥石は、シャフトの軸線に対して回転対称の形状を備える。砥石は、無機長繊維強化樹脂体であり、複数本の無機長繊維を束ねた複数の砥材束と、複数の砥材束を結合する樹脂と、を備える。シャフトは、砥石に連結された支持部材と、支持部材に連結された丸棒状のシャンクと、を備える。シャンクは、回転工具にチャックされる部分である。シャフトは、支持部材が軸線方向と直交する方向に弾性変形可能である。軸付き砥石は、研磨加工に際して、砥石の外周面をワークの研磨対象部位に接触させる。

同文献の軸付き砥石は、シャフトが撓むので、砥石をワークに弾性をもって押し当てることができる。従って、回転工具を手で把持して研磨加工を行うときに、砥石をワークに接触させる際の位置精度が低くてよい。また、シャフトが撓むので、砥石に過大な力が加わったときに、このような力はシャフトの弾性変形によって吸収される。従って、砥石がワークを削り過ぎることがない。さらに、砥石をワークに弾性をもって押し当てることができるので、ワークの表面で砥石が跳ねることがない。これにより、砥材をワークの表面に均一に接触させることができるので、バリ取りや研磨を良好に行うことができる。

特開２００６－３５４１４号公報

しかし、シャフトが撓む軸付き砥石では、研磨加工中に砥石が偏摩耗することがある。砥石に偏摩耗が発生すると、砥石のワークへの接触が不均一となるので、バリ取りや研磨を良好に行うことができなくなることがある。また、砥石に偏摩耗が発生すると、研磨加工中に砥石の形状が元の回転対称の形状に戻ることはなく、砥石の変形が進む。これにより、研磨加工中に砥石がワークの表面で跳ねるなどの現象が発生する。砥石が跳ねると、砥石のワークへの接触が不均一となるので、バリ取りや研磨を良好に行うことができなくなる。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、シャフトが撓む場合でも、研磨加工中の砥石の偏摩耗を抑制できる軸付き砥石を提供することにある。また、かかる軸付き砥石を備えた研磨工具を提供することにある。

本発明者らは、鋭意検討の結果、砥石の偏摩耗が、研磨加工中の軸付き砥石の共振により発生する振動に起因するとの知見を得た。より具体的には、共振により砥石が振動すると、砥石がワークの表面に衝突することを繰り返すので、衝突時の衝撃によって砥石の一部分が脱落して偏摩耗となる、との知見を得た。本発明は、発明者らのかかる知見に基づくものである。

上記の課題を解決するために、本発明は、後端部にシャンク部を備えるシャフトと、前記シャフトの軸線回りで回転対称の形状を備え、前記シャフトの前端に固定されて外周端が前記シャフトよりも外周側に位置する砥石と、を有し、手持ち式の回転工具に前記シャンク部がチャックされて前記砥石の前記外周端でワークを研磨する軸付き砥石において、前記砥石は、複数本の無機長繊維を束ねた砥材束を複数備えるとともに、前記複数の砥材束を結合する樹脂を備え、固有振動数は、前記シャフトの剛性をＳとした場合に、以下の条件式を満たすことにより、研磨加工中に共振が発生しない値となっており、
０．４≦ Ｓ ≦１００
前記シャフトの剛性は、前記シャフトの後端から３０ｍｍの領域を前記シャンク部として治具に固定して前記砥石の前記外周端における後端を前記軸線と直交する方向からで押し込み、押し込み加重をＦ（Ｎ）、前記シャフトの前端の変位量をδ（ｍｍ）とした場合に、以下の式で求められることを特徴とする。
Ｓ＝Ｆ／δ

本発明の軸付き砥石では、シャフトの剛性を、条件式で定めた所定の範囲内の値とする。これにより、軸付き砥石の固有振動数が、研磨加工中に共振が発生しない値となる。従って、軸付き砥石の共振による砥石の振動に起因して、砥石が偏摩耗することを抑制できる。また、シャフトの剛性を、条件式で定めた所定の範囲内の値とすることにより、研磨加工時に、砥石がワークの表面で跳ねることを防止或いは抑制できる。これにより砥石のワークへの接触が均一となるので、バリ取りや研磨を良好に行うことができなくなることを防止或いは抑制できる。

すなわち、シャフトの剛性の値が条件式の下限値を下回る場合には、シャフトの剛性が低くなり、軸付き砥石の固有振動数が低下する。これにより、研磨加工中に共振が発生しやすくなるので、共振により発生する振動により、砥石に偏摩耗が発生しやすくなる。一方、シャフトの剛性の値が条件式の上限値を上回る場合には、シャフトの剛性が高くなり過ぎる。すなわち、シャフトの剛性が高ければ、軸付き砥石の固有振動数が高くなるので、研磨加工中に軸付き砥石に共振が発生することを防止できる。しかし、シャフトの剛性が高くなり過ぎると、研磨加工時にワークの側から軸付き砥石に伝わる振動をシャフトが十分に吸収することができず、研磨加工中に砥石がワークの表面で跳ねやすくなる。従って、シャフトの剛性の値を条件式の上限値以下として、研磨加工中の砥石の跳ねを抑制する。これにより、研磨対象部位のバリ取りや研磨を良好に行うことが容易となる。

また、砥石は、複数本の無機長繊維からなる砥材束を複数備えるとともに、これら複数の砥材束を結合する樹脂を備える。このような無機長繊維強化樹脂体からなる砥石は、砥粒を樹脂で結合した砥石と比較して、衝撃を受けたときに砥石の一部が崩落しにくい。すなわち、砥粒を樹脂で固めた砥石では、衝撃を受けたときに、砥粒毎に崩落するので偏摩耗が発生しやすいが、複数の砥材束を樹脂で固めた砥石では、このような砥粒毎の崩落が発生しない。従って、砥石の偏摩耗を抑制しやすい。

ここで、シャフトが撓む軸付き砥石を手持ち式の回転工具に装着して研磨加工を行うと、バリ取りの除去時などに発生する振動が、シャフトに吸収されてしまい、回転工具を把持する作業者まで届かないことがある。このような場合には、作業者は、研磨加工が良好に行われているか否かの感触を得ることができなくなる。従って、ワークに設けられた深い穴の内壁面の研磨加工など、目視が難しい研磨対象部位の加工にシャフトが撓む軸付き砥石を用いた場合には、作業者が研磨加工を効率的に行うことができず、その作業性が低下するという問題があった。かかる問題に対して、本発明者らの検証によれば、シャフトの剛性の値が条件式を満たす場合には、シャフトの剛性が低くなり過ぎることがなく、バリ取りの除去時などに発生する振動が、シャフトおよび回転工具を介して、作業者に届く。従って、作業者は、目視が難しい研磨対象部位の加工を行っている場合でも、感触によ
って求めている研磨加工が行われているか否かを判断できる。よって、研磨加工の作業性が低下することを抑制できる。

また、従来から、ワークに設けられた穴の内壁面の研磨加工する際には、砥石を穴の奥の研磨対象箇所に到達させるために、シャフトをより長くしたいという要求があった。しかし、一般的に、弾性を備えるシャフトを長くすると、それに伴って、シャフトの剛性が低下する。従って、シャフトを長くすると、研磨加工時に共振が発生して、砥石が偏摩耗しやすくなるという問題が発生していた。また、シャフトを長くすると、作業者は、求めている研磨加工が行われているか否かを感触によって判断できなくなる場合があった。よって、研磨加工の作業性の低下を抑制しながら、シャフトを長くすることは容易ではなかった。これに対して、本発明によれば、シャフトの剛性の値が条件式を満たす場合には、シャフトの長さにかかわらず、砥石の偏摩耗を抑制でき、作業者は求めている研磨加工が行われているか否かを感触によって判断できる。従って、本発明によれば、研磨加工の作業性が低下することを抑制しながら、シャフトを長くすることができる。

ここで、従来、シャフトが撓む軸付き砥石であって市場に流通している軸付き砥石は、シャフトの後端から砥石までの長さ寸法が５０ｍｍよりも短いものが一般的であった。これに対して、本発明では、前記シャフトの後端から前記砥石までの長さ寸法は、５０ｍｍ以上とすることができる。

本発明において、前記シャフトの外径寸法は、６ｍｍ未満であるものとすることができる。このようにすれば、シャフトが太くなり過ぎて、シャフトの剛性が条件式の上限値を超える値となることを防止或いは抑制できる。また、シャフトの外径寸法が６ｍｍ未満であれば、回転工具を把持する作業者が研磨対象部位を観察しようとするときに、研磨対象部位がシャフトの陰となって目視できなくなることを回避しやすい。

本発明において、前記砥石は、０．８ｇ以下とすることができる。このようにすれば、研磨加工中にワークの側から軸付き砥石に力が加わった場合などに、砥石がワークの表面で跳ねることを抑制しやすい。

本発明において、前記砥石を、前記シャフトの前記前端に着脱可能に固定する固定機構を有するものとすることができる。このような固定機構を備えれば、砥石が摩耗したときに、新たな砥石と交換できる。

本発明において、前記砥石は、前記軸線と直交する方向から見た場合に、正方形または円形であるものとすることができる。

本発明において、前記砥石の外径寸法は、３ｍｍ以上であり、前記シャンク部の外径寸法および前記砥石の前記軸線方向の厚みは、前記砥石の外径寸法よりも小さいものとすることができる。このようにすれば、砥石は、軸線方向よりも径方向が長い形状となり、砥石の外周端は、シャフトよりも外周側に位置する。これにより、砥石の外周端を、ワークにおけるバリの発生部位に接触させることが容易となる。

本発明において、前記砥石は、前記軸線と直交する方向から見た場合に、外周側に向かって先細りとなる形状を備えるものとすることができる。この場合、砥石を軸線と直交する方向から見た形状は、二等辺三角形、菱形、楕円形などである。

本発明において、前記砥石は、前記軸線と直交する方向から見た場合に、長方形であるものとすることができる。砥石を軸線と直交する方向から見た場合の形状が長方形であれば、砥石の研磨面である径方向の外周端は、軸線方向で一定の幅を備えるものとなる。

本発明において、前記シャフトの後端から前記砥石までの長さ寸法は、１５０ｍｍを超えるものとすることができる。このようにすれば、砥石を、ワークに設けられた穴の奥側の研磨対象箇所に到達させることが容易となる。

次に、本発明の研磨工具は、上記の軸付き砥石と、前記軸付き砥石の前記シャンク部をチャックした回転工具と、を有することを特徴とする。

本発明の軸付き砥石によれば、シャフトが弾性を備える場合でも、研磨加工中に、砥石が偏摩耗することを抑制できる。

軸付き砥石の斜視図である。 軸付き砥石の分解斜視図である。 軸付き砥石と回転工具とからなる研磨工具の説明図である。 砥石の説明図である。 軸付き砥石のシャフトの剛性を測定する測定方法の説明図である。 実施例および比較例の軸付き砥石のシャンクの剛性、全長、および研磨加工時の回転数をまとめた表である。 評価試験に用いるワークの説明図である。 評価試験の説明図である。 評価試験１の評価結果を示す表である。 評価試験２の評価結果を示す表である。 評価試験３の評価結果を示す表である。 変形例の軸付き砥石の説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態である軸付き砥石、および研磨工具を説明する。

図１は、軸付き砥石の側面図である。図２は、軸付き砥石の分解斜視図である。図３は、軸付き砥石と回転工具とからなる研磨工具の説明図である。図３では、作業者が研磨工具を把持している状態を示す。図４は、砥石の説明図である。図５は、軸付き砥石のシャフトの剛性を測定する測定方法の説明図である。以下の説明では、軸付き砥石１のシャフト３の軸線Ｌに沿った方向を軸線方向Ｘとする。また、軸線方向Ｘにおいて、砥石２が位置する側を軸付き砥石１の前方Ｘ１、その反対側を軸付き砥石１の後方Ｘ２とする。

軸付き砥石１は、砥石２と、砥石２から後方Ｘ２に延びるシャフト３と、を有する。シャフト３は、後端部にシャンク部４を備える。図３に示すように、シャンク部４は、シャフト３において、回転工具１０にチャックされる部分である。砥石２は、シャフト３の軸線Ｌ回りで回転対称の形状を備える。本例では、砥石２は、円盤形状である。砥石２がシャフト３の先端に固定された状態で、砥石２の外周端２ａは、シャフト３よりも外周側に位置する。

砥石２は、固定機構６を介して、シャフト３に固定されている。固定機構６は、シャフト３に対して砥石２を着脱可能に固定する。図２に示すように、固定機構６は、頭部７ａと頭部７ａから突出するねじ部７ｂとを備える有頭ねじ７を備える。また、固定機構６は、砥石２の中心を軸線方向Ｘに貫通する固定孔８と、シャフト３の前端面に設けられたねじ穴９と、を備える。有頭ねじ７は、ねじ部７ｂが固定孔８を介してねじ穴９に捩じ込ま
れ、頭部７ａが砥石２に当接する。なお、砥石２は、シャフト３に、直接、固定されていてもよい。この場合には、砥石２は、その中心にシャフト３の先端部が嵌合可能な固定穴を備える。固定穴は、後方Ｘ２に開口する。また、砥石２は、シャフト３の先端部が固定穴に挿入された状態で、シャフト３の先端部または固定穴の内周面に塗布された接着剤により、シャフト３に固定される。

図３に示すように、軸付き砥石１は、回転工具１０にチャックされて、研磨工具１５として使用される。本例において、回転工具１０は、手持ち式の電動グラインダーや、手持ち式の回転エアードリルなどである。すなわち、本例の研磨工具１５は、回転工具１０が、作業者が把持する把持部１１を有する。軸付き砥石１は、シャンク部４が回転工具１０のチャック機構１２に保持される。研磨加工時に、作業者は、回転工具１０を手で保持した状態で、砥石２をワークの研磨対象部位に接触させる。

（砥石）
砥石２は、回転体である。図１に示すように、砥石２の外径寸法Ｄは、３ｍｍ以上である。砥石２の外径寸法Ｄは、シャフト３の外径寸法Ｏよりも大きい。従って、砥石２の外周端２ａは、シャフト３よりも外周側に位置する。また、砥石２の外径寸法Ｄは、砥石２の軸線方向Ｘの厚みＥよりも大きい。従って、砥石２は、軸線方向Ｘよりも径方向が長い。砥石２の重量は、０．８ｇ以下である。

本例では、砥石２を軸線Ｌと直交する方向から見た場合の形状が、軸線方向Ｘよりも径方向が長い長方形である。従って、砥石２の加工面である径方向の外周端２ａは、軸線方向Ｘで一定の幅を備えるものとなる。本例において、砥石２の外径寸法Ｄは、１５ｍｍであり、砥石２の厚みは、２ｍｍである。砥石２の重量は、０．８ｇである。

砥石２は、所謂、無機長繊維強化樹脂体である。図４に示すように、砥石２は、複数本の無機長繊維２１を纏めた繊維束２２を複数備える。また、砥石２は、これら複数の繊維束２２を結合する樹脂２３を備える。樹脂２３は、複数の繊維束２２を固めるバインダーである。本例において、樹脂２３は、熱硬化性樹脂であり、複数の繊維束２２のそれぞれに含侵して、硬化している。砥石２の加工面である外周端２ａには、複数本の無機長繊維２１の先端が達している。

より詳細には、砥石２は、所定の間隔をあけて第１の方向に配向された複数本の第１の繊維束２２Ａと、所定の間隔をあけて第１の繊維束２２Ａと交差する第２の方向に配列された複数本の第２の繊維束２２Ｂとを有する。第１の繊維束２２Ａおよび第２の繊維束２２Ｂは、一方の繊維束２２Ａ、２２Ｂの間に他方の繊維束２２Ａ、２２Ｂが部分的に入り込んだ状態にある。繊維束２２Ａ、２２Ｂには、樹脂２３が含浸し、硬化している。樹脂２３は、複数の繊維束２２を結合させている。樹脂２３としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂などが用いられる。

無機長繊維２１は、ガラス長繊維、アルミナ長繊維、ボロン長繊維、あるいは炭化ケイ素長繊維が用いられる。本例では、無機長繊維２１として、アルミナ長繊維が用いられる。無機長繊維２１としては、単繊維の平均繊維径が３μｍ～４０μｍのものが用いられる。繊維束２２は、５００～３０００Ｔｅｘのものが用いられる。本例では、５００Ｔｅｘ程度の細い繊維束２２に樹脂２３を含浸させた後に、複数の砥材束を引き揃えて図４（ａ）、図４（ｂ）に示す状態に配列し、しかる後に、再度、樹脂２３を含浸して硬化させて砥石２の基材とする。

（シャフト）
シャフト３は、棒状であり、軸線Ｌと直交する方向に撓む弾性を備える。シャフト３は、軸線Ｌ回りで回転対称の形状を備える回転体である。図１に示すように、シャフト３は、後方Ｘ２から前方Ｘ１に向かって、シャンク部４と、ネック部５と、をこの順に備える。シャンク部４は、シャフト３の後端から３０ｍｍの領域である。ネック部５は、軸線方向Ｘでシャンク部４と砥石２との間に位置する領域である。ネック部５は、前端側に、シャフト３のそれよりも後側と比較して外径寸法が大きい大径部分５ａを備える。砥石２をシャフト３に固定するためのねじ穴９は、大径部分５ａの前端面に形成されている。本例において、シャフト３は、ステンレス鋼製である。

シャフト３は、その剛性をＳとした場合に、以下の条件式（Ａ）を満たす。
０．４≦ Ｓ ≦１００ ・・（Ａ）

シャフト３の剛性を測定する際には、図５に示すように、シャフト３の後端から３０ｍｍの領域をシャンク部４として治具３０に固定する。しかる後に、砥石２の外周端２ａにおける後端の荷重付与位置Ｐに、軸線Ｌと直交する方向から所定の押し込み荷重をかける。シャフト３の剛性は、押し込み加重をＦ（Ｎ）、シャフト３の前端の変位量をδ（ｍｍ）とした場合に、以下の式（Ｂ）で求められる。
Ｓ＝Ｆ／δ ・・（Ｂ）

ここで、シャフト３は、その剛性が条件式（Ａ）を満たせば、その材質、全長Ｍ、および外径寸法Ｏを問わない。ただし、シャフト３の全長Ｍは、５０ｍｍ以上であることが望ましい。なお、シャフト３の全長Ｍとは、シャフト３の後端から砥石２までの長さ寸法である。従って、砥石２の固定穴にシャフト３の先端部が挿入された状態で砥石２がシャフト３に固定されている軸付き砥石１では、シャフト３の全長Ｍは、シャフト３の後端から砥石２の固定穴の開口縁までの長さ寸法である。

また、シャフト３の外径寸法Ｏは、６ｍｍ未満であることが望ましい。このようにすれば、シャフト３が太くなり過ぎて、シャフト３の剛性が条件式（Ａ）の上限値を超える値となることを防止或いは抑制できる。ここで、シャフト３の外径寸法Ｏとは、シャフト３において最も太い部分の外径寸法である。従って、本例では、シャフト３の外径寸法Ｏは、大径部分５ａの外径寸法である。

（実施例および比較例）
以下では、砥石２および固定機構６を同一とし、シャフト３の剛性および全長Ｍを変化させた７つの軸付き砥石１（１）～１（７）を説明する。図６は、実施例および比較例の軸付き砥石について、シャフトの剛性、シャフトの全長、研磨加工時の回転数をまとめた表である。軸付き砥石１（１）～１（７）のうち、軸付き砥石１（２）～１（５）は本発明の実施例であり、シャフト３の剛性が条件式（Ａ）の範囲内にある。軸付き砥石１（１）、（６）、（７）は、比較例であり、シャフト３の剛性が条件式（Ａ）の範囲から外れている。

軸付き砥石１（１）～１（７）において、砥石２は、無機長繊維強化樹脂体からなる。砥石２の外径寸法Ｄは、１５ｍｍである。砥石２の軸線方向Ｘの厚みＥは、２ｍｍである。シャフト３の材質はステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）である。この一方で、軸付き砥石１（１）～１（７）は、シャフト３の剛性、および、シャフト３の全長Ｍがそれぞれ異なる。また、軸付き砥石１（１）～１（７）は、研磨加工を行う際に、回転工具１０が各軸付き砥石１を回転させる回転数が相違する。

軸付き砥石１（１）は、シャフト３の剛性が０．２Ｎ／ｍｍである。シャフト３の剛性は条件式（Ａ）の下限値を下回る。シャフト３の全長Ｍは２６１ｍｍである。回転工具１
０にチャックされるシャンク部４を除いたネック部５の長さ寸法Ｎは２３１ｍｍである。研磨加工時の回転数は２０００回／ｍｉｎである。

軸付き砥石１（２）は、シャフト３の剛性が０．４Ｎ／ｍｍである。シャフト３の剛性は条件式（Ａ）を満たす。シャフト３の全長Ｍは２１３ｍｍである。ネック部５の長さ寸法Ｎは１８３ｍｍである。研磨加工時の回転数は３０００回／ｍｉｎである。軸付き砥石１（３）はシャフト３の剛性が５Ｎ／ｍｍである。シャフト３の剛性は条件式（Ａ）を満たす。シャフト３の全長Ｍは１０９ｍｍである。ネック部５の長さ寸法Ｎは７９ｍｍである。研磨加工時の回転数は５０００回／ｍｉｎである。軸付き砥石１（４）はシャフト３の剛性が１０Ｎ／ｍｍである。シャフト３の剛性は条件式（Ａ）を満たす。シャフト３の全長Ｍは９３ｍｍである。ネック部５の長さ寸法Ｎは６３ｍｍである。研磨加工時の回転数は８０００回／ｍｉｎである。軸付き砥石１（５）は、シャフト３の剛性が１００Ｎ／ｍｍである。シャフト３の剛性は条件式（Ａ）を満たす。シャフト３の全長Ｍは５９ｍｍである。ネック部５の長さ寸法Ｎは２９ｍｍである。研磨加工時の回転数は１００００回／ｍｉｎである。

軸付き砥石１（６）は、シャフト３の剛性が１１０Ｎ／ｍｍである。シャフト３の剛性は条件式（Ａ）の上限値を上回る。シャフト３の全長Ｍは５８ｍｍである。ネック部５の長さ寸法Ｎは２８ｍｍである。研磨加工時の回転数は１００００回／ｍｉｎである。軸付き砥石１（７）は、シャフト３の剛性が１２０Ｎ／ｍｍである。シャフト３の剛性は条件式（Ａ）の上限値を上回る。シャフト３の全長Ｍは５７ｍｍである。ネック部５の長さ寸法Ｎは２７ｍｍである。研磨加工時の回転数は１００００回／ｍｉｎである。

（評価試験）
軸付き砥石１（１）～１（７）について、評価試験１～３を行った。評価試験１～３では、軸付き砥石１（１）～１（７）のそれぞれを回転工具１０にチャックし、前述の回転数で回転させて、ワーク５０の研磨対象部位にあるバリを除去する。評価試験１では、研磨加工中に、砥石２、シャフト３、および回転工具１０を介して作業者に砥石２がワークを研磨する感触が伝わるか否かを評価した。評価試験２では、研磨加工中の砥石２の跳ねを評価した。評価試験３では、研磨加工中の砥石２の偏摩耗を評価した。図７は、評価試験１～３に用いたワークの斜視図である。図８は、評価試験１～３の説明図である。図８では、ワークを断面で示す。また、図８では、回転工具１０を省略して、ワークおよび軸付き砥石１を示す。

ワーク５０は、機械構造用炭素鋼製である。図７に示すように、ワーク５０は、筒状である。ワーク５０の外径寸法Ｒは３０ｍｍであり、内径寸法Ｔは２０ｍｍである。図８に示すように、ワーク５０の内周面５０ａには、ワーク５０の端からの距離Ｑが２０ｍｍの位置に、環状溝５１が設けられている。環状溝５１は、幅寸法Ｕが５ｍｍであり、深さ寸法Ｖが２．５ｍｍである。また、ワーク５０は、径方向から見た場合に環状溝５１と重なる位置に、直径Ｗが３ｍｍの穿孔５２を備える。穿孔５２は、ドリルを、ワーク５０の径方向外側から内側に貫通させることにより設けられている。環状溝５１の環状底面５１ａにおける穿孔５２の開口縁は研磨対象部位である。研磨対象部位には、バリが発生している。かかる研磨対象部位は、ワーク５０に設けられた深い穴の奥側に位置するものといえる。

評価試験１では、ワーク５０の内周面５０ａの穿孔５２の開口縁を狙い、回転させた砥石２をワーク５０に接触させてバリ取りを行う。また、評価試験１では、３名の評価者のそれぞれが、砥石２、シャフト３、回転工具１０を通して手に伝わる感触よってバリの除去が行えているか、否か、を判断する。

評価試験１の試験結果は、図９に示すとおりである。図９において、×は、評価者が手に伝わる感触よってバリの除去が行えているか判断することができなかったことを示し、〇は、評価者が手に伝わる感触よってバリの除去が行えているか判断することができたことを示す。図９に示すように、軸付き砥石１（１）を回転工具１０にチャックして研磨加工を行った場合には、３名の評価者のそれぞれが、砥石２、シャフト３、回転工具１０を通して手に伝わる感触よってバリの除去が行えているか判断することができなかった。すなわち、軸付き砥石１（１）は、シャフト３の剛性が低く、撓み易いので、バリの除去時に発生する振動などがシャフト３に吸収されてしまい、評価者まで届かなかった。軸付き砥石１（２）～（７）を回転工具１０にチャックして研磨加工を行う場合には、３名の評価者は、いずれも、研磨対象部位においてバリの除去を行うことができているという感触を得た。

なお、評価試験１は、研磨対象部位を直接的に目視で確認できない研磨加工に、軸付き砥石１（１）～１（７）を使用することができるか、否か、を確認するための試験である。試験結果によれば、軸付き砥石１（２）～１（７）は、研磨対象部位を直接的に目視で確認できない研磨加工に使用できる。

評価試験２では、ワーク５０の内周面５０ａの穿孔５２の開口縁を狙い、回転させた砥石２をワーク５０に接触させて、バリ取りを行う。また、評価試験２では、３名の評価者のそれぞれが、シャフト３、回転工具１０を通して手に伝わる感触よって、研磨加工中に砥石２が跳ねているかを判断する。

評価試験２の試験結果は、図１０に示すとおりである。図１０において、×は、評価者が砥石２の跳ねを感じたことを示し、〇は、評価者が砥石２の跳ねを感じなかったことを示す。図１０に示すように、軸付き砥石１（１）～１（５）を回転工具１０にチャックして研磨加工を行った場合には、３名の評価者は、いずれも、研磨加工中の砥石２の跳ねを感じることがなかった。軸付き砥石１（６）を回転工具１０にチャックして研磨加工を行った場合には、３名の評価者のうちの１名が研磨加工中の砥石２の跳ねを感じた。軸付き砥石１（７）を回転工具１０にチャックして研磨加工を行った場合には、３名の評価者の全員が研磨加工中の砥石２の跳ねを感じた。なお、３名の評価者は、研磨加工中に砥石２が跳ねる場合には、研磨工具１５が使いづらくなるという印象を得た。また、３名の評価者は、砥石２が跳ねる場合には、作業者の手に伝わる振動によって、作業者に疲労が蓄積するという印象を得た。

評価試験３では、ワーク５０の内周面５０ａの穿孔５２の開口縁を狙い、回転させた砥石２をワーク５０に接触させて、バリ取りを開始する。その後、砥石２の最外径が１０ｍｍになった時点で、バリ取りを終了する。また、バリ取りの開始から終了までの間、１５秒毎に、バリ取り動作を中断して、砥石２およびワーク５０を観察する。このような観察を、３名の評価者が、各軸付き砥石１を新たなものに替えずに、複数のワーク５０に対して行う。

ここで、バリ取りを終了するまでの間に、評価者が、「砥材の輪郭が円形ではない」、「前回の観察時点と比較したときに砥石２の摩耗が急速に進展している」、「砥石２の跳ねを感じる」という３つの要素の全てを認めた場合であって、かつ、バリ取り終了後のワーク５０を評価者が観察したときに、「環状底面５１ａにおける穿孔５２の開口縁のエッジの仕上がりに不均一が認められる」と判断した場合には、砥石２に偏摩耗が発生していると評価する。

評価試験３の試験結果は、図１１に示すとおりである。図１１において、×は、砥石２に偏摩耗が発生したことを示し、〇は、砥石２に偏摩耗が発生しなかったことを示す。図
１１に示すように、軸付き砥石１（１）を回転工具１０にチャックして研磨加工を行った場合には、３名の評価者は、いずれも、砥石２に偏摩耗が発生していると評価した。軸付き砥石１（２）～１（７）を回転工具１０にチャックして研磨加工を行った場合には、３名の評価者は、いずれも、砥石２に偏摩耗が発生していないと評価した。

評価試験１～３によれば、シャフト３の剛性が条件式（Ａ）を満たす軸付き砥石１（２）～１（５）を回転工具１０にチャックして研磨加工を行えば、研磨加工中における砥材の偏摩耗を防止或いは抑制でき、かつ、研磨加工中における砥材の跳ねを防止或いは抑制できることが明らかである。また、シャフト３の剛性が条件式（Ａ）を満たす軸付き砥石１（２）～１（５）を回転工具１０にチャックして研磨加工を行えば、作業者は、手に伝わる感触によって研磨加工が行われていることを判断でき、かつ、作業者への疲労の蓄積が抑制されることが認められる。

（作用効果）
本例の軸付き砥石１（２）～１（５）では、シャフト３の剛性を、条件式（Ａ）で定めた所定の範囲内の値とする。これにより、軸付き砥石１の固有振動数が、研磨加工中に共振が発生しない値となる。従って、軸付き砥石１の共振による砥石２の振動に起因して、砥石２が偏摩耗することを抑制できる。また、本例の軸付き砥石１（２）～１（５）では、シャフト３の剛性を、条件式（Ａ）で定めた所定の範囲内の値としたので、研磨加工時に、砥石２がワーク５０の表面で跳ねることを防止或いは抑制できる。

すなわち、軸付き砥石１（１）のように、シャフト３の剛性の値が条件式（Ａ）の下限値を下回る場合には、シャフト３の剛性が低くなり、軸付き砥石１の固有振動数が低下する。これにより、研磨加工中に共振が発生しやすくなるので、共振により発生する振動により、砥石２に偏摩耗が発生しやすくなる。ここで、砥石２に偏摩耗が発生すると、砥石２のワーク５０への接触が不均一となるので、バリ取りや研磨を良好に行うことができなくなることがある。また、砥石２に偏摩耗が発生すると、研磨加工中に砥石２の形状が元の回転対称の形状に戻ることはなく、砥石２の変形が進む。これにより、研磨加工中に砥石２がワーク５０の表面で跳ねるなどの現象が発生する。砥石２が跳ねると、砥石２のワーク５０への接触が不均一となるので、バリ取りや研磨を良好に行うことができなくなる。従って、本例の軸付き砥石１（２）～１（５）では、シャフト３の剛性の値を条件式（Ａ）の下限値以上として、砥石２の偏摩耗を防止或いは抑制する。よって、これらの問題の発生を回避できる。

一方、軸付き砥石１（６）、軸付き砥石１（７）のように、シャフト３の剛性の値が条件式（Ａ）の上限値を上回る場合には、シャフト３の剛性が高くなり過ぎる。すなわち、シャフト３の剛性が高ければ、軸付き砥石１の固有振動数が高くなるので、研磨加工中に軸付き砥石１に共振が発生することを防止できる。しかし、シャフト３の剛性が高くなり過ぎると、研磨加工時にワーク５０の側から軸付き砥石１に伝わる振動をシャフト３が十分に吸収することができず、研磨加工中に砥石２がワーク５０の表面で跳ねやすくなる。ここで、砥石２が跳ねると、砥石２のワーク５０への接触が不均一となり、バリ取りや研磨を良好に行うことができなくなる。また、砥石２が跳ねると、砥石２がワーク５０の研磨対象部位とは異なる部位に接触して、ワーク５０を傷つけることがある。さらに、砥石２が跳ねると、作業者の手に伝わる振動によって、作業者に疲労が蓄積する。従って、本例の軸付き砥石１（２）～１（５）では、シャフト３の剛性の値を条件式（Ａ）の上限値以下として、研磨加工中の砥石２の跳ねを抑制する。よって、これらの問題の発生を回避できる。

ここで、シャフト３の剛性の値を条件式（Ａ）の範囲内とすれば、シャフト３の材質や、全長Ｍおよび外径寸法Ｏに拘わらず、軸付き砥石１の固有振動数を、共振を防止できる
程度に高めることができる。また、軸付き砥石１の固有振動数は、研磨加工時の軸付き砥石１の回転数に依存する加振周波数よりも高い。従って、シャフト３の剛性の値を条件式（Ａ）の範囲内とすれば、研磨加工中の軸付き砥石１の回転数に拘わらず、軸付き砥石１の共振を防止或いは抑制できる。

また、軸付き砥石１の砥石２は、無機長繊維強化樹脂体であり、複数本の無機長繊維２１からなる繊維束２２を複数備えるとともに、これら複数の繊維束２２を結合する樹脂２３を備える。このような砥石２は、砥粒を樹脂で結合した砥石と比較して、衝撃を受けたときに砥石２の一部が崩落しにくい。すなわち、砥粒を樹脂で固めた砥石では、衝撃を受けたときに、砥粒毎に崩落するので偏摩耗が発生しやすいが、複数の繊維束２２を樹脂２３で固めた砥石２では、このような砥粒毎の崩落が発生しない。従って、研磨加工中の砥石２の偏摩耗を抑制しやすい。

本例において、シャフト３の全長Ｍは、５０ｍｍ以上である。ここで、従来から、ワークに設けられた深い穴の内壁面の研磨加工する際には、砥石２を穴の奥側の研磨対象箇所に到達させるために、シャフト３の全長Ｍを長くしたいという要求があった。しかし、一般的に、弾性を備えるシャフト３の全長Ｍを長くすると、それに伴って、シャフト３の剛性が低下する。従って、シャフト３の全長Ｍを長くすると、研磨加工時に共振が発生して、砥石が偏摩耗しやすくなるという問題が発生していた。また、シャフト３の全長Ｍを長くすると、作業者は、求めている研磨加工が行われているか否かを感触によって判断できなくなる場合があった。よって、研磨加工の作業性の低下を抑制しながら、シャフト３を長くすることは容易ではなかった。これに対して、本例の軸付き砥石１（２）～１（５）では、シャフト３の剛性の値が条件式（Ａ）を満たすので、シャフト３の全長Ｍにかかわらず、砥石２の偏摩耗を防止できる。また、作業者は、求めている研磨加工が行われているか否かを感触によって判断できる。従って、本例の軸付き砥石１（２）～１（５）では、研磨加工の作業性が低下することを抑制しながら、シャフト３の全長を、長くすることができている。

ここで、従来、シャフトが撓む軸付き砥石であって市場に流通している軸付き砥石は、シャフト３の後端から砥石までの長さ寸法が５０ｍｍよりも短いものが一般的であった。これに対して、本例の軸付き砥石１（２）～１（５）では、シャフト３の後端から前記砥石までの長さ寸法は、５０ｍｍ以上である。

また、シャンク部５が撓む軸付き砥石１として、シャフト３の全長が１５０ｍｍを超えるものは、提供されていないのが現状である。その理由は、シャンク３の全長が１５０ｍｍを超える軸付き砥石１を用いる必要がある深い穴の内周面の研磨加工では、作業者が研磨加工中にワークの研磨対象部位を目視で確認することが困難であるのに対して、作業者が把持している回転工具１０を介して研磨加工中に求めている加工ができているという感触を得ることが難しいという問題があるからである。このような問題に対して、シャンク３の全長が１５０ｍｍを超える本例の軸付き砥石１（２）では、シャフト３の剛性の値が条件式（Ａ）を満たすので、作業者がワークの研磨対象部位を目視で確認できない場合でも、作業者が研磨加工中に求めている加工ができているという感触を得ることができる。また、シャフト３の剛性を条件式（Ａ）の範囲を満たす値とすれば、砥石２に偏摩耗が発生することを防止或いは抑制でき、かつ、研磨加工中の砥石２の跳ねを防止或いは抑制できる。従って、シャフト３の全長が１５０ｍｍを超える軸付き砥石１（２）によって、バリ取りや研磨を良好に行うことができる。

本例では、シャフト３の外径寸法Ｏは６ｍｍ未満である。従って、シャフト３が太くなり過ぎて、シャフト３の剛性が条件式（Ａ）の上限値を超える値となることを防止或いは抑制しやすい。また、シャフト３の外径寸法Ｏが６ｍｍ未満であれば、回転工具１０を把
持する作業者が研磨対象部位を観察しようとするときに、研磨対象部位がシャフト３の陰となって目視できなくなることを回避しやすい。

本例において、砥石２は、０．８ｇ以下である。従って、研磨加工中にワーク５０の側から軸付き砥石１に力が加わった場合などに、砥石２がワーク５０の表面で跳ねることを抑制しやすい。

また、本例では、砥石２を、シャフト３の前端に着脱可能に固定する固定機構６を有する。従って、砥石２が摩耗したときに、摩耗した砥石２を新たな砥石２と交換できる。

（変形例）
図１２（ａ）～（ｆ）は、変形例１～６の軸付き砥石の説明図である。図１２（ａ）～（ｆ）に示す変形例１～６の軸付き砥石１Ａ～１Ｆは、いずれも、シャフト３の剛性が条件式（Ａ）を満たす。なお、図１２には、各変形例１～６の軸付き砥石１Ａ～１Ｆのシャフト３の剛性を計測する際の荷重付与位置Ｐを記入している。

図１２（ａ）に示す変形例１の軸付き砥石１Ａは、砥石２が軸線Ｌと直交する方向から見た場合の形状が正方形である。従って、砥石２は円柱形状である。図１２（ｂ）に示す変形例２の軸付き砥石１Ｂは、砥石２が軸線Ｌと直交する方向から見た場合の形状が円形である。従って、砥石２は球形である。

次に、砥石２は、軸線Ｌと直交する方向から見た場合に、外周側に向かって先細りとなる形状を備えていてもよい。この場合には、図１２（ｃ）に示す変形例３の軸付き砥石１Ｃ、および図１２（ｄ）に示す変形例４の軸付き砥石１Ｄのように、砥石２は、軸線Ｌと直交する方向から見た場合の形状を二等辺三角形とすることができる。変形例３の軸付き砥石１Ｃでは、砥石２は、頂点を前方Ｘ１に向けた円錐形である。変形例４の軸付き砥石１Ｄでは、砥石２は、全体として、頂点を後方Ｘ２に向けた円錐形である。また、この場合には、変形例５の軸付き砥石１Ｅのように、砥石２は、軸線Ｌと直交する方向から見た場合の形状を菱形とすることができる。また、この場合には、変形例６の軸付き砥石１Ｆのように、砥石２は、軸線Ｌと直交する方向から見た場合の形状を楕円形とすることができる。

これら変形例１～６の各軸付き砥石１Ａ～１Ｆでは、砥石２は、その中心にシャフト３の先端部が嵌合可能な嵌合穴２５を備える。嵌合穴２５は、後方Ｘ２に開口する。また、砥石２は、シャフト３の先端部が嵌合穴２５に挿入された状態で、シャフト３の先端部と嵌合穴２５の内周面に塗布された接着剤により、シャフト３に固定される。変形例１～６の各軸付き砥石１Ａ～１Ｆにおいても、研磨加工中の砥石２の偏摩耗および砥石２の跳ねを抑制できる。

１（１）～１（７）…軸付き砥石、２…砥石、２ａ…砥石の外周端、３…シャフト、４…シャンク部、５…ネック部、５ａ…大径部分、６…固定機構、７…有頭ねじ、８…固定孔、９…ねじ穴、１０…回転工具、１１…把持部、１２…チャック機構、１５…研磨工具、２１…無機長繊維、２２・２２Ａ・２２Ｂ…繊維束、２３…樹脂、２５…嵌合穴、３０…治具、５０…ワーク、５０ａ…内周面、５１…環状溝、５１ａ…環状底面、５２…穿孔、Ｍ…シャンクの全長、Ｎ…ネック部の長さ寸法、Ｏ…シャフトの外径寸法、Ｐ…荷重付与位置、Ｒ…ワークの外径寸法、Ｔ…ワークの内径寸法、Ｕ…環状溝の幅寸法、Ｖ…環状溝の深さ寸法、Ｗ…穿孔の直径、Ｘ…軸線方向

Claims (11)

1. 後端部にシャンク部を備えるシャフトと、前記シャフトの軸線回りで回転対称の形状を備え、前記シャフトの前端に固定されて外周端が前記シャフトよりも外周側に位置する砥石と、を有し、手持ち式の回転工具に前記シャンク部がチャックされて前記砥石の前記外周端でワークを研磨する軸付き砥石において、
   前記砥石は、複数本の無機長繊維を束ねた砥材束を複数備えるとともに、前記複数の砥材束を結合する樹脂を備え、
   固有振動数は、前記シャフトの剛性をＳとした場合に、以下の条件式を満たすことにより、研磨加工中に共振が発生しない値となっており、
   ０．４≦ Ｓ ≦１００
   前記シャフトの剛性は、前記シャフトの後端から３０ｍｍの領域を前記シャンク部として治具に固定して前記砥石の前記外周端における後端を前記軸線と直交する方向からで押し込み、押し込み加重をＦ（Ｎ）、前記シャフトの前端の変位量をδ（ｍｍ）とした場合に、以下の式で求められることを特徴とする軸付き砥石。
   Ｓ＝Ｆ／δ
2. 前記シャフトの後端から前記砥石までの長さ寸法は、５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の軸付き砥石。
3. 前記シャフトの外径寸法は、６ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の軸付き砥石。
4. 前記砥石は、０．８ｇ以下であることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に載の軸付き砥石。
5. 前記砥石を、前記シャフトの前記前端に着脱可能に固定する固定機構を有することを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の軸付き砥石。
6. 前記砥石は、前記軸線と直交する方向から見た場合に、正方形または円形であることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の軸付き砥石。
7. 前記砥石の外径寸法は、３ｍｍ以上であり、
   前記シャンク部の外径寸法および前記砥石の前記軸線方向の厚みは、前記砥石の外径寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の軸付き砥石。
8. 前記砥石は、前記軸線と直交する方向から見た場合に、外周側に向かって先細りとなる形状を備えることを特徴とする請求項７に記載の軸付き砥石。
9. 前記砥石は、前記軸線と直交する方向から見た場合に、長方形であることを特徴とする請求項７に記載の軸付き砥石。
10. 前記シャフトの後端から前記砥石までの長さ寸法は、１５０ｍｍを超えることを特徴とする請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の軸付き砥石。
11. 請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の軸付き砥石と、
    前記軸付き砥石の前記シャンク部をチャックした回転工具と、を有する研磨工具。
    

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