JP7535962B2 - 超仕上加工方法 - Google Patents
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Description
本発明は、被加工物の表面の精密仕上加工やホーニング加工等、種々の加工物の表面研磨加工に用いられる、水溶性加工液剤を用いた超仕上加工方法に関する。
炭素鋼、特殊鋼などの被加工物の表面とそれに接触した超仕上砥石とを所定の研磨方向に相対移動させるとともに、超仕上砥石を研磨方向に交差する方向で揺動させることにより、被加工物の表面に精密な研磨加工を行なう超仕上加工方法が知られている。この超仕上加工方法は、被加工物の表面を鏡面のような非常に精度の高い品質に仕上げる加工であり、その特徴から潤滑性、洗浄性に優れた不水溶性加工液剤、例えば油性研削液が用いられている。
上記不水溶性加工液剤は、潤滑性、洗浄性に優れたものであるが、火災のリスクが皆無ではなく、作業環境を悪化させるという不都合もある。これに対し、近年、超仕上加工方法において、研削液の水溶性化に対する取り組みが行なわれている。例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている超仕上加工方法がそれである。
しかしながら、水溶性加工液剤を用いた超仕上加工は、不水溶性研削液剤を用いた場合よりも、切り屑の洗浄性や、砥粒の潤滑性が劣ることから、超仕上砥石が持つ本来の研削性能が充分に得られなかった。例えば、特許文献１に記載された水溶性加工液剤を用いた超仕上加工では、酸化アルミニウム、炭化珪素等の一般砥粒を用いた超仕上砥石を用いる場合には、水溶性加工液剤を用いると、超仕上砥石が持っている本来の研削性能が発揮できないという問題があった。また、特許文献２に記載された水溶性加工液剤を用いた超仕上加工では、目標の仕上性能を発揮するまでの加工時間が１０秒（粗加工が８秒＋超仕上加工が２秒）と長いため、サイクルタイムを重視する生産ラインには適していないという問題があった。
本発明は以上の事情を背景として為なされたものであり、その目的とするところは、超仕上加工において高い研削性能が得られる、水溶性加工液剤を用いた超仕上加工方法を提供することにある。
本発明者等は、以上の事情を背景として種々研究を重ねた結果、以下の知見を得た。超仕上げは、切削→目詰まり→仕上げ→新たなワーク面による目詰まりの除去→切削という超仕上サイクルにより行なわれると理論づけられているところ、不水溶性加工液剤から洗浄性に劣る水溶性加工液剤へ切り替られた場合には、砥粒による削除量が１／３程度に減少して目詰まりが顕著となるので、上記超仕上サイクルが充分に機能しない。このため、水溶性加工液剤を用いた超仕上加工を、粗加工用ビトリファイド砥石を用いた第１超仕上工程と、仕上加工用ビトリファイド砥石を用いた第２超仕上工程とに分割して役割分担させることで、第２超仕上工程における砥粒の削除量を軽減し、仕上加工用ビトリファイド砥石の砥粒を、高削除性能を有する材質で相対的に微粒子の＃４０００以上＃８０００以下の立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒をとし、且つ、砥石の洗浄性を高めるために仕上加工用ビトリファイド砥石の気孔率を６０体積％以上８１体積％以下の気孔率とすると、不水溶性加工液剤を用いた場合と変わらない被削材の表面粗さＲａが短時間で得られるという事実を見出した。本発明は、斯かる知見に基づいて為されたものである。
すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）水溶性加工液剤の供給下で、粗加工用ビトリファイド砥石を用いた第１超仕上工程を実行し、次いで、仕上加工用ビトリファイド砥石を用いた第２超仕上工程を実行して被削材の凹溝に超仕上加工を行なう超仕上加工方法であって、（ｂ）前記粗加工用ビトリファイド砥石及び前記仕上加工用ビトリファイド砥石は、長手状を成し、部分円筒面状の研磨面を長手方向の一方の端面に有し、（ｃ）前記仕上加工用ビトリファイド砥石の砥粒は、前記粗加工用ビトリファイド砥石の砥粒よりも細粒であって、＃４０００以上＃８０００以下の立方晶窒化ホウ素砥粒であり、（ｄ）前記仕上加工用ビトリファイド砥石の気孔率は、６０体積％以上８１体積％以下であり、（ｅ）前記第２超仕上工程において、前記仕上加工用ビトリファイド砥石は、０．６ＭＰａ以上２．０ＭＰａ未満の面圧力で前記研磨面が前記被削材の凹溝に押圧され、１００ｃｐｍ以上３００ｃｐｍ未満の揺動数で前記研磨面の曲率中心まわりに揺動させられることにある。
第２発明の要旨とするところは、第１発明において、前記第１超仕上工程に用いる前記粗加工用ビトリファイド砥石の砥粒は、＃２０００以上＃３０００以下の立方晶窒化ホウ素砥粒であることにある。
第３発明の要旨とするところは、第２発明において、前記被削材は、０．０３μｍ以下の表面粗さＲａとなるように超仕上げされることにある。
第４発明の要旨とするところは、第１発明から第３発明のいずれか１の発明において、前記水溶性加工液剤は、前記水溶性加工液剤の組成物の全量を基準として、１質量％以上４０質量％以下の無機塩と、６０質量％以上９０質量％以下の水とを含み、前記組成物の５％希釈液の２５℃におけるｐＨが１０以上１４以下である。
第５発明の要旨とするところは、第４発明において、前記無機塩は、リン酸、炭酸、ケイ酸、およびホウ酸のナトリウム塩とリン酸、炭酸、ケイ酸、およびホウ酸のカリウム塩とからなる群から選ばれる少なくとも２種類から構成されるものである。
第１発明の超仕上加工方法によれば、前記第２超仕上工程に用いられる前記仕上加工用ビトリファイド砥石の砥粒は、前記第１超仕上工程に用いられる前記粗加工用ビトリファイド砥石の砥粒よりも細粒であって、＃４０００以上＃８０００以下の立方晶窒化ホウ素砥粒であり、前記仕上加工用ビトリファイド砥石の気孔率は、６０体積％以上８１体積％以下である。このため、仕上加工用ビトリファイド砥石の砥粒を、高削除性能を有する立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒で相対的に微粒子とすることができるので、第２超仕上工程における砥粒の削除量の負担が軽減される。また、仕上加工用ビトリファイド砥石は６０体積％以上８１体積％以下の気孔率を有するので、仕上加工用ビトリファイド砥石に対する水溶性加工液剤の浸透が容易となって切り屑の排出性が高められる。これにより、高い研削性能が得られる。また、被削材において充分な表面粗さＲａが短時間で得られる。
また、前記粗加工用ビトリファイド砥石及び仕上加工用ビトリファイド砥石は、長手状を成し、部分円筒面状の研磨面を長手方向の一方の端面に有するものであり、前記第２超仕上工程において、前記仕上加工用ビトリファイド砥石は、０．６ＭＰａ以上２．０ＭＰａ未満の面圧力で前記研磨面が前記被削材の凹溝に押圧され、１００ｃｐｍ以上３００ｃｐｍ未満の揺動数で前記研磨面の曲率中心まわりに揺動させられる。これにより、被削材において充分な表面粗さＲａが短時間で得られる。
また、前記粗加工用ビトリファイド砥石及び仕上加工用ビトリファイド砥石は、長手状を成し、部分円筒面状の研磨面を長手方向の一方の端面に有するものであり、前記第２超仕上工程において、前記仕上加工用ビトリファイド砥石は、０．６ＭＰａ以上２．０ＭＰａ未満の面圧力で前記研磨面が前記被削材の凹溝に押圧され、１００ｃｐｍ以上３００ｃｐｍ未満の揺動数で前記研磨面の曲率中心まわりに揺動させられる。これにより、被削材において充分な表面粗さＲａが短時間で得られる。
第２発明の超仕上加工方法によれば、前記第１超仕上工程に用いる前記粗加工用ビトリファイド砥石の砥粒は、＃２０００以上＃３０００以下の立方晶窒化ホウ素砥粒である。これにより、相対的に粗い粒度の砥粒による研削によって削除量が多くなるので、仕上加工用ビトリファイド砥石の砥粒による削除量が軽減され、被削材において充分な表面粗さＲａが短時間で得られる。また、砥石寿命が向上する。
第３発明の超仕上加工方法によれば、前記被削材は、０．０３μｍ以下の表面粗さＲａとなるように超仕上げされる。これにより、被削材において充分な表面粗さＲａが短時間で得られる。
第４発明の超仕上加工方向によれば、前記水溶性加工液剤は、前記水溶性加工液剤の組成物の全量を基準として、１質量％以上４０質量％以下の無機塩と、６０質量％以上９０質量％以下の水とを含み、前記組成物の５％希釈液の２５℃におけるｐＨが１０以上１４以下であり、アルコールおよびアルキルエーテルを含まない。このように、前記水溶性加工液剤は、アルコールおよびアルキルエーテルを用いないので、切り屑の排出性が高められ、優れた削除量が得られる。
第５発明の超仕上加工方法によれば、前記無機塩は、リン酸、炭酸、ケイ酸、およびホウ酸のナトリウム塩とリン酸、炭酸、ケイ酸、およびホウ酸のカリウム塩とからなる群から選ばれる少なくとも２種類から構成されるものである。これにより、滑らかな鏡面の超仕上加工が得られる。
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。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比及び形状等は必ずしも正確に描かれていない。
図１は、本発明の一実施例である超仕上砥石１０の外観を例示する斜視図である。本実施例の超仕上砥石１０は、例えば玉軸受の内輪の軌道面の鏡面仕上研磨加工や平面、円筒面、螺旋形状面、及びその他の形状面のホーニング加工乃至超仕上加工に専ら用いられる長手状のビトリファイド砥石である。例えば、図１に示す超仕上砥石１０は、長手方向の一方の端面が曲率中心Ｋ１を幅方向の中心線上に有する部分円筒面状の研磨面１２とされた直方体状（スティック状）に形成されたものであり、横方向寸法Ｗ１が５．５ｍｍ程度、縦方向寸法Ｈ１が５．５ｍｍ程度、長さ（長手）方向寸法Ｌ１が２５ｍｍから３０ｍｍとなるように形成されている。
図２は、図示しない超仕上研磨装置（超仕上盤）における超仕上研磨（超仕上加工方法）を説明する図である。超仕上砥石１０の研磨面１２は、図２に示すように、玉軸受のボール（鋼球）を受けるために形成された被加工物である内輪２０（被削材：ＳＵＪ－２、ＨＲＣ６０以上）の外周面に周方向に連続して形成された凹溝状の軌道面２２の形状に合わせて軌道面２２と同じ曲率の凸面に形成されている。図示しない超仕上研磨装置（超仕上盤）における超仕上研磨に際しては、その研磨面１２が軌道面２２に当接させられた状態で、内輪２０が軸心Ｃ１まわりに連続回転させられると同時に、所定の砥石面圧（Ｐａ）の付与下において、超仕上砥石１０が研磨面１２の曲率中心Ｋ１まわりに所定の揺動数（ｃｐｍ）で連続揺動させられる。これにより、軌道面２２では、研磨面１２が主研磨方向である周方向に摺接させられると同時に、その主研磨方向に交差する方向に往復移動させられて、軌道面２２に超仕上加工（研磨加工）、すなわち後述する図４の第１超仕上工程ＰＰ１及び第２超仕上工程ＰＰ２が行われる。
上記軌道面２２の超仕上加工は、図２に示すように、内輪２０の外周面に形成された軌道面２２とそれに摺接させられる超仕上砥石１０の研磨面１２との間に、例えばノズルＮからの水溶性加工液剤Ｆが十分に供給された湿式で行なわれる。
上記水溶性加工液剤Ｆは、例えば、その組成物の全量を基準として、１～４０質量％の塩と、６０～９９質量％の水とを含有し、前記塩が、リン酸ナトリウム塩、リン酸カリウム塩、炭酸ナトリウム塩、炭酸カリウム塩、ケイ酸ナトリウム塩、ケイ酸カリウム塩、ホウ酸ナトリウム塩、ホウ酸カリウム塩からなる群から選ばれる少なくとも２種から成る無機塩からなり、前記組成物の５％希釈液の２５℃におけるｐＨが１０～１４である。上記無機塩は、正塩、酸性塩（水素塩）、又は塩基性塩が用いられ、その無機塩は、無水物でも、水和物でもよい。被加工物である内輪２０に錆が発生しやすくなることを防止するため、水溶性加工液剤Ｆは、例えばアルコール及びアルキルエーテルや、塩酸塩、硝酸塩、硫酸塩などの他の無機塩を含まないし、アミン塩又はアンモニウム塩等の有機塩も含まない。
超仕上砥石１０ａ，１０ｂは、鋳込み成形法によっても製造され得るが、プレス成形法によっても製造され得る。図３は、プレス成形法を用いた超仕上砥石１０ａ，１０ｂの製造工程の一例を示す工程図である。本実施例の超仕上砥石１０は、超砥粒例えば立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒から成る研磨砥粒３２と、その研磨砥粒３２を互いに結合する無機質結合剤（ビトリファイドボンド）３４と、それら研磨砥粒３２及び無機質結合剤３４の間に形成された連通気孔と、その連通気孔内に含浸された例えば硫黄又は石蝋（石油系パラフィン）などの固体潤滑剤とを備え、６０～８１体積％の気孔率を有している、粗加工用ビトリファイド砥石１０ａ及び仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂである。粗加工用ビトリファイド砥石１０ａ及び仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂは、粗加工用ビトリファイド砥石１０ａの砥粒３２が＃２０００以上＃３０００以下の粒度であり、仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂの砥粒３２が＃４０００以上＃８０００以下の粒度である点で相違するが、他は同様に構成されている。
図３において、先ず、攪拌工程ＰＢ１では、粗加工用ビトリファイド砥石１０ａとして予め用意された＃２０００以上＃３０００以下の粒度、または仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂとして予め用意された粒度の立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒３２と、無機質結合剤（ビトリファイドボンド）３４と、成形助剤３６と、必要に応じて混入される気孔形成剤３８とが所定の割合で調合された後攪拌されることにより、混練或いは混合される。
気孔形成剤３８は焼成後の超仕上砥石１０ａ，１０ｂ内に気孔を形成するためのスチロール、ポリエステル、エポキシ等の合成樹脂から成るレジンボールやクルミ粉等である。また、成形助剤３６は、混合性、成形性、保形性等を高めるためのものであり、デキストリン（合成澱粉）、水、フェノールレジン、ポリエチレングリコールなどが用いられる。
上記所定の割合は、超仕上砥石１０ａ，１０ｂの砥石硬度（ロックウェル硬度）ＨＲが目的とする硬度となるように調節される。また、粒度は、ＪＩＳ Ｒ６００１：１９８７に規定されたもの（精密研磨用微粉／電気抵抗法）であり、＃２０００は、最大粒子径が１９μｍ、累積高さの５０％の粒子径が６．７±０．６μｍを示し、＃３０００は、最大粒子径が１３μｍ、累積高さの５０％の粒子径が４．０±０．５μｍを示し、＃４０００は、最大粒子径が１１μｍ、累積高さ５０％の粒子径が３．０±０．４μｍ、＃８０００は、最大粒子径が６．０μｍ、累積高さ５０％の粒子径が１．２±０．３μｍを示す。
続く成形工程ＰＢ２では、上記攪拌工程ＰＢ１の攪拌により得られた混合材料から分割された予め設定された一定の分量に対して、プレス装置を用いて所定の密度となるように加圧成形され、所定の形状の成形品すなわち生砥石が作製される。この生砥石はブロック体である。
次いで、乾燥工程ＰＢ３では、その成形品（生砥石）が所定の乾燥温度例えば６０℃で２４時間乾燥された後、焼成工程ＰＢ４において、所定の焼成炉内において無機質結合剤３４が溶融させられる適当な温度で数時間保持する事によって成形品が焼成される。
そして、仕上工程ＰＢ５において所定寸法に切り出されるとともに、例えば１５０℃程度にて液化させられた硫黄が砥石組織の連通気孔内に含浸させられ、且つ検査工程ＰＢ６において所定の検査項目の検査が行われることにより、最終製品である超仕上砥石１０ａ，１０ｂが得られる。
図４は、第１超仕上工程ＰＰ１及び第２超仕上工程ＰＰ２に分割されている本実施例の超仕上加工を示している。粗加工を目的とした第１（粗）超仕上工程ＰＰ１では、前述の粗加工用ビトリファイド砥石１０ａを用いた図２に示す超仕上研磨が、１００ｃｐｍ以上３００ｃｐｍ未満の砥石揺動数で粗加工用ビトリファイド砥石１０ａが研磨面の曲率中心Ｋ１まわりに揺動させられ、０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ未満の砥石面圧下において、ノズルＮからの水溶性加工液剤Ｆが十分に供給された湿式状態で、例えば３秒間実行される。砥石面圧が０．５ＭＰａ未満となると、削除量が低下して表面粗さＲａ（算術平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）が悪化する可能性がある。また、砥石面圧が３．０ＭＰａ以上となると、砥石摩耗が増大する。
次いで、仕上加工を目的とした第２（仕上）超仕上工程ＰＰ２では、前述の仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂを用いた図２に示す超仕上研磨が、１００ｃｐｍ以上３００ｃｐｍ未満の砥石揺動数で仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂが研磨面の曲率中心Ｋ１まわりに揺動させられ、０．６ＭＰａ以上２．０ＭＰａ未満の砥石面圧下において、例えばノズルＮからの水溶性加工液剤Ｆが十分に供給された湿式状態で、例えば３秒間実行される。砥石面圧が０．６ＭＰａ未満では、圧力不足から削除量が減少する。また、砥石面圧が２．０ＭＰａ以上では、砥石面圧が高くなり過ぎて切り屑の凝着が顕著となり削除量が減少する。削除量が減少すると時間内に充分な表面粗さＲａが得られない。
上記第１超仕上工程ＰＰ１及び第２超仕上工程ＰＰ２による合計６秒の加工が施された内輪２０では、径方向の削除量が７．０φμｍ以上、表面粗さＲａが０．０２μｍ以下、及び１カット当たりの砥石摩耗量が第１超仕上工程ＰＰ１で０．７μｍ／ｃｕｔ、第２超仕上工程ＰＰ２で０．２μｍ／ｃｕｔが達成される。
（実験例１）
本発明者等は、先ず、不水研削液（不水溶性加工液剤）と水溶性研削液（水溶性加工液剤）との研磨性能の差異を確認するために、以下の試験条件（表１、表２）を用いて一般砥石とＣＢＮ砥石との研削試験を行なった。この研削試験では、玉軸受の内輪３０個（始めの１０個は捨て研削）を研削した。研削性能については、２０個の平均値から削除量（φμｍ）を決定し、２８、２９、３０個目の平均値から砥石摩耗量を決定し、１カット当たりの砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を加工前後の差から算出した。以後の実験例でも同様の評価を実施した。なお、表２等の結合材の「ビト」の記載は、ビトリファイドを示している。
本発明者等は、先ず、不水研削液（不水溶性加工液剤）と水溶性研削液（水溶性加工液剤）との研磨性能の差異を確認するために、以下の試験条件（表１、表２）を用いて一般砥石とＣＢＮ砥石との研削試験を行なった。この研削試験では、玉軸受の内輪３０個（始めの１０個は捨て研削）を研削した。研削性能については、２０個の平均値から削除量（φμｍ）を決定し、２８、２９、３０個目の平均値から砥石摩耗量を決定し、１カット当たりの砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を加工前後の差から算出した。以後の実験例でも同様の評価を実施した。なお、表２等の結合材の「ビト」の記載は、ビトリファイドを示している。
表１（一般砥石とＣＢＮ砥石との比較試験条件）
研削機械：超仕上研削盤
被削材：玉軸受の内輪（外径２５ｍｍ×内径１７ｍｍ×厚さ１２ｍｍ）
被削材の材質：ＳＵＪ－２
被削材の硬度：ＨＲＣ６０以上
砥石寸法：横５．５ｍｍ×縦５．５ｍｍ×長さ３５ｍｍ
研削液：水溶性研削油（ノリタケクールＣ’－３０Ｔ）
加工物回転数：５７００ｒｐｍ
砥石揺動数：粗７００ｃｐｍ、仕上げ２００ｃｐｍ
砥石揺動角：±１８°
加工面圧：粗１．９ＭＰａ、仕上げ０．６ＭＰａ
加工時間：粗３ｓｅｃ、仕上げ３ｓｅｃ
加工数：３０個（捨研１０個）
研削機械：超仕上研削盤
被削材：玉軸受の内輪（外径２５ｍｍ×内径１７ｍｍ×厚さ１２ｍｍ）
被削材の材質：ＳＵＪ－２
被削材の硬度：ＨＲＣ６０以上
砥石寸法：横５．５ｍｍ×縦５．５ｍｍ×長さ３５ｍｍ
研削液：水溶性研削油（ノリタケクールＣ’－３０Ｔ）
加工物回転数：５７００ｒｐｍ
砥石揺動数：粗７００ｃｐｍ、仕上げ２００ｃｐｍ
砥石揺動角：±１８°
加工面圧：粗１．９ＭＰａ、仕上げ０．６ＭＰａ
加工時間：粗３ｓｅｃ、仕上げ３ｓｅｃ
加工数：３０個（捨研１０個）
表２（試験砥石）
砥粒 粒度 結合度 集中度 結合剤 備考
一般砥石 ＷＡ／ＧＣ ＃３０００ ＲＨ４０ － ビト 硫黄処理
ＣＢＮ砥石 ＣＢＮ ＃３５００ － ９０ ビト －
砥粒 粒度 結合度 集中度 結合剤 備考
一般砥石 ＷＡ／ＧＣ ＃３０００ ＲＨ４０ － ビト 硫黄処理
ＣＢＮ砥石 ＣＢＮ ＃３５００ － ９０ ビト －
図５は、一般砥石を用いて超仕上加工を行なったときの削除量（φμｍ）、砥石摩耗量（μｍ）、表面粗さＲａ（μｍ）を、不水（油性）研削液及び水溶性研削液毎に対比して示している。水溶性研削液で超仕上加工を行なったとき、超仕上用の一般砥石（＃３０００）の研削性能は、不水研削液と比較して削除量が減少し、砥石摩耗量が増加する傾向が確認された。
図６は、ＣＢＮ砥石を用いて超仕上加工を行なったときの削除量（φμｍ）、砥石摩耗量（μｍ）、表面粗さＲａ（μｍ）を、不水（油性）研削液及び水溶性研削液毎に対比して示している。水溶性研削液で超仕上加工を行なったとき、超仕上用のＣＢＮ砥石（＃３５００）の研削性能は、不水研削液と比較して削除量が殆ど同様で、砥石摩耗量が増加する傾向が確認された。
（実験例２）
本発明者等は、超仕上げの第１超仕上工程ＰＰ１に用いられる粗加工用ビトリファイド砥石１０ａ（粗加工用ＣＢＮ砥石）について、以下に示す粗（第１超仕上）加工試験条件（表３、表５、表６、表７）及び試験砥石（表４）を用いて、砥石面圧（ＭＰａ）、砥石揺動数（ｃｐｍ：１分当たりの揺動回数）、砥粒の粒度が異なる粗加工法毎に研削性能を、削除量（φμｍ）、表面粗さＲａ（μｍ）、砥石摩耗量（μｍ ／ｃｕｔ）を測定することで確認した。
本発明者等は、超仕上げの第１超仕上工程ＰＰ１に用いられる粗加工用ビトリファイド砥石１０ａ（粗加工用ＣＢＮ砥石）について、以下に示す粗（第１超仕上）加工試験条件（表３、表５、表６、表７）及び試験砥石（表４）を用いて、砥石面圧（ＭＰａ）、砥石揺動数（ｃｐｍ：１分当たりの揺動回数）、砥粒の粒度が異なる粗加工法毎に研削性能を、削除量（φμｍ）、表面粗さＲａ（μｍ）、砥石摩耗量（μｍ ／ｃｕｔ）を測定することで確認した。
表３（粗加工試験条件）
研削機械：超仕上研削盤
被削材：玉軸受の内輪（外径２５ｍｍ×内径１７ｍｍ×厚さ１２ｍｍ）
被削材の材質：ＳＵＪ－２
被削材の硬度：ＨＲＣ６０以上
砥石寸法：横５．５ｍｍ×縦５．５ｍｍ×長さ３５ｍｍ
研削液：水溶性研削液（ノリタケクールＣ’－３０Ｔ）
被削材回転数：５７００ｒｐｍ
砥石揺動数：粗３００～７００ｃｐｍ
砥石揺動角：±１８°
加工面圧：粗０．５～３．０ＭＰａ
加工時間：粗３ｓｅｃ
加工数：３０個（捨研１０個）
研削機械：超仕上研削盤
被削材：玉軸受の内輪（外径２５ｍｍ×内径１７ｍｍ×厚さ１２ｍｍ）
被削材の材質：ＳＵＪ－２
被削材の硬度：ＨＲＣ６０以上
砥石寸法：横５．５ｍｍ×縦５．５ｍｍ×長さ３５ｍｍ
研削液：水溶性研削液（ノリタケクールＣ’－３０Ｔ）
被削材回転数：５７００ｒｐｍ
砥石揺動数：粗３００～７００ｃｐｍ
砥石揺動角：±１８°
加工面圧：粗０．５～３．０ＭＰａ
加工時間：粗３ｓｅｃ
加工数：３０個（捨研１０個）
表４（粗加工試験に用いた試験砥石）
砥粒 粒度 結合度 集中度 結合剤
砥石１Ａ ＣＢＮ ＃３０００ Ｎ ９０ ビト
砥石１Ｂ ＣＢＮ ＃２０００ Ｎ ９０ ビト
砥粒 粒度 結合度 集中度 結合剤
砥石１Ａ ＣＢＮ ＃３０００ Ｎ ９０ ビト
砥石１Ｂ ＣＢＮ ＃２０００ Ｎ ９０ ビト
表５（砥石面圧が異なる粗加工試験に用いた粗加工法）
試験砥石 砥石揺動数 砥石面圧
粗加工法Ｍａ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ ０．５ＭＰａ
粗加工法Ｍｂ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
粗加工法Ｍｃ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ ３．０ＭＰａ
試験砥石 砥石揺動数 砥石面圧
粗加工法Ｍａ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ ０．５ＭＰａ
粗加工法Ｍｂ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
粗加工法Ｍｃ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ ３．０ＭＰａ
粗加工法Ｍａ、Ｍｂ、Ｍｃは、砥石面圧（ＭＰａ）が相違し、他は同様の粗加工条件である。図７及び図８は、粗加工法Ｍａ（砥石面圧０．５ＭＰａ）、粗加工法Ｍｂ（砥石面圧１．０ＭＰａ）、粗加工法Ｍｃ（砥石面圧３．０ＭＰａ）における削除量（φμｍ）及び被削材の表面粗さＲａ（μｍ）を、それぞれ示している。図９は、粗加工法Ｍａ（砥石面圧０．５ＭＰａ）、粗加工法Ｍｂ（砥石面圧１．０ＭＰａ）、粗加工法Ｍｃ（砥石面圧３．０ＭＰａ）における１カット当たりの砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を示している。
図７から図９に示されるように、粗加工法Ｍａ（砥石面圧０．５ＭＰａ）と粗加工法Ｍｂ（砥石面圧１．０ＭＰａ）とを比較すると、表面粗さＲａは同等であり、削除量は粗加工法Ｍｂ（砥石面圧１．０ＭＰａ）が有利な結果が得られた。粗加工法Ｍｃ（砥石面圧３．０ＭＰａ）では、図９に示されるように、砥石摩耗が異常に大きく、正常な粗加工ができていない。このような結果から、水溶性研削液下での粗加工は、粗加工法Ｍｂが好適であり、砥石面圧は好ましくは０．７以上１．５ＭＰａ以下、さらに１．０ＭＰａ付近において最適である。
表６（異なる砥石揺動数を粗加工試験に用いた粗加工法）
試験砥石 砥石揺動数 砥石面圧
粗加工法Ｍｄ 砥石１Ａ ３００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
粗加工法Ｍｂ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
試験砥石 砥石揺動数 砥石面圧
粗加工法Ｍｄ 砥石１Ａ ３００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
粗加工法Ｍｂ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
粗加工法Ｍｄ及び粗加工法Ｍｂは、砥石の揺動数（ｃｐｍ）が相違し、他は同様の粗加工条件である。図１０、図１１及び図１２は、粗加工法Ｍｄ（揺動数３００ｃｐｍ）及び粗加工法Ｍｂ（揺動数７００ｃｐｍ）における削除量（φμｍ）、被削材の表面粗さＲａ（μｍ）、及び砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を、それぞれ示している。図１０、図１１及び図１２に示すように、粗加工法Ｍｄ（揺動数３００ｃｐｍ）と粗加工法Ｍｂ（揺動数７００ｃｐｍ）との対比において、削除量（φμｍ）、被削材の表面粗さＲａ（μｍ）、及び砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）について僅かな差異しかなく、揺動数の差異に起因する研削性能の大きな差異を見出すことができなかった。しかし、傾向として、表面粗さについては粗加工法Ｍｄ（揺動数３００ｃｐｍ）が有利であり、削除量については粗加工法Ｍｂ（揺動数７００ｃｐｍ）が有利であった。
表７（粒度が異なる砥石を粗加工試験に用いた粗加工法）
試験砥石 粒度 加工条件
粗加工法Ｍｅ 砥石１Ａ ＃３０００ 不水研削液を用いた粗加工法Ｍｂ
粗加工法Ｍｆ 砥石１Ｂ ＃２０００ 砥石１Ｂを用いた粗加工法Ｍｂ
粗加工法Ｍｂ 砥石１Ａ ＃３０００ 砥石１Ａを用いた粗加工法Ｍｂ
試験砥石 粒度 加工条件
粗加工法Ｍｅ 砥石１Ａ ＃３０００ 不水研削液を用いた粗加工法Ｍｂ
粗加工法Ｍｆ 砥石１Ｂ ＃２０００ 砥石１Ｂを用いた粗加工法Ｍｂ
粗加工法Ｍｂ 砥石１Ａ ＃３０００ 砥石１Ａを用いた粗加工法Ｍｂ
粗加工法Ｍｅ、粗加工法Ｍｆ、粗加工法Ｍｂは、粗加工法Ｍｅは不水研削液が用いられている点、粗加工法Ｍｆ及び粗加工法Ｍｂは水溶性研削液がそれぞれ用いられるものの粒度が相違している点で相違し、他は同様の粗加工条件である。図１３、図１４、図１５は、粗加工法Ｍｅ（不水研削液、ＣＢＮ砥粒＃３０００）、粗加工法Ｍｆ（水溶性、ＣＢＮ砥粒＃２０００）、粗加工法Ｍｂ（水溶性、ＣＢＮ砥粒＃３０００）における削除量（φμｍ）、被削材の表面粗さＲａ（μｍ）、及び砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を、それぞれ示している。
図１３、図１４、図１５に示すように、粗加工法Ｍｆ（水溶性、ＣＢＮ砥粒＃２０００）、粗加工法Ｍｂ（水溶性、ＣＢＮ砥粒＃３０００）のいずれにも、水溶性化による研削性能の低下は確認されなかった。削除量が優先される加工では粗加工法Ｍｆ（水溶性、ＣＢＮ砥粒＃２０００）が適しており、表面粗さＲａが優先される加工では粗加工法Ｍｂ（水溶性、ＣＢＮ砥粒＃３０００）が適している。水溶性研削液下では、砥石面の切り屑の凝着が多くなる傾向となるが、粗加工法Ｍｂ（水溶性、ＣＢＮ砥粒＃３０００）では、図１６に示すように、正常な砥石面が得られた。図１６及び図２９は、縮尺を５０倍、光源を斜光として（株）キーエンス製のＶＨＸ－６００により撮影したデジタルマイクロスコープ画像である。
（実験例３）
本発明者等は、砥石１Ａを用いた粗加工法Ｍｂによる粗加工後に、仕上用の第２超仕上工程ＰＰ２に用いられる仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂ（仕上加工用ＣＢＮ砥石）について、以下に示す仕上（第２超仕上）加工試験条件（表８、表１０、表１１、表１２、表１３）及び試験砥石（表９）を用いて、砥石面圧（ＭＰａ）、砥石揺動数（ｃｐｍ：１分当たりの揺動回数）、砥粒の粒度、砥石の気孔率（体積％）が異なる仕上加工毎に研削性能を、削除量（φμｍ）、表面粗さＲａ（μｍ）、砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を測定することで確認した。
本発明者等は、砥石１Ａを用いた粗加工法Ｍｂによる粗加工後に、仕上用の第２超仕上工程ＰＰ２に用いられる仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂ（仕上加工用ＣＢＮ砥石）について、以下に示す仕上（第２超仕上）加工試験条件（表８、表１０、表１１、表１２、表１３）及び試験砥石（表９）を用いて、砥石面圧（ＭＰａ）、砥石揺動数（ｃｐｍ：１分当たりの揺動回数）、砥粒の粒度、砥石の気孔率（体積％）が異なる仕上加工毎に研削性能を、削除量（φμｍ）、表面粗さＲａ（μｍ）、砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を測定することで確認した。
表８（仕上加工試験条件）
研削機械：超仕上研削盤
被削材：玉軸受の内輪（外径２５ｍｍ×内径１７ｍｍ×厚さ１２ｍｍ）
被削材の材質：ＳＵＪ－２
被削材の硬度：ＨＲＣ６０以上
砥石寸法：横５．５ｍｍ×縦５．５ｍｍ×長さ３５ｍｍ
研削液：水溶性研削液（ノリタケクールＣ’－３０Ｔ）
被削材回転数：５７００ｒｐｍ
砥石揺動数：粗３００～５００ｃｐｍ
砥石揺動角：±１８°
加工面圧：仕上げ０．３～２．０ＭＰａ
加工時間：仕上げ３ｓｅｃ
加工数：３０個（捨研１０個）
研削機械：超仕上研削盤
被削材：玉軸受の内輪（外径２５ｍｍ×内径１７ｍｍ×厚さ１２ｍｍ）
被削材の材質：ＳＵＪ－２
被削材の硬度：ＨＲＣ６０以上
砥石寸法：横５．５ｍｍ×縦５．５ｍｍ×長さ３５ｍｍ
研削液：水溶性研削液（ノリタケクールＣ’－３０Ｔ）
被削材回転数：５７００ｒｐｍ
砥石揺動数：粗３００～５００ｃｐｍ
砥石揺動角：±１８°
加工面圧：仕上げ０．３～２．０ＭＰａ
加工時間：仕上げ３ｓｅｃ
加工数：３０個（捨研１０個）
表９（試験砥石）
砥粒 粒度 結合度 集中度 結合剤 気孔率
砥石２ａ ＣＢＮ ＃４０００ Ｎ ９０ ビト ５４．５体積％
砥石２ｂ ＣＢＮ ＃８０００ Ｎ ９０ ビト ５６体積％
砥石２ｃ ＣＢＮ ＃８０００ Ｑ １４０ ビト ３０体積％
砥石２ｄ ＣＢＮ ＃８０００ Ｎ ９０ ビト ６０体積％
砥石２ｅ ＣＢＮ ＃８０００ Ｉ ３８ ビト ８１体積％
砥粒 粒度 結合度 集中度 結合剤 気孔率
砥石２ａ ＣＢＮ ＃４０００ Ｎ ９０ ビト ５４．５体積％
砥石２ｂ ＣＢＮ ＃８０００ Ｎ ９０ ビト ５６体積％
砥石２ｃ ＣＢＮ ＃８０００ Ｑ １４０ ビト ３０体積％
砥石２ｄ ＣＢＮ ＃８０００ Ｎ ９０ ビト ６０体積％
砥石２ｅ ＣＢＮ ＃８０００ Ｉ ３８ ビト ８１体積％
表１０（砥石面圧が異なる仕上加工試験に用いた仕上加工法）
試験砥石 砥石揺動数 砥石面圧
粗加工法Ｍｂ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ １．０ ＭＰａ
仕上加工法Ｆａ 砥石２ｂ ２００ｃｐｍ ０．３０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｂ 砥石２ｂ ２００ｃｐｍ ０．６０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｃ 砥石２ｂ ２００ｃｐｍ １．０ ＭＰａ
仕上加工法Ｆｄ 砥石２ｂ ２００ｃｐｍ ２．０ ＭＰａ
試験砥石 砥石揺動数 砥石面圧
粗加工法Ｍｂ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ １．０ ＭＰａ
仕上加工法Ｆａ 砥石２ｂ ２００ｃｐｍ ０．３０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｂ 砥石２ｂ ２００ｃｐｍ ０．６０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｃ 砥石２ｂ ２００ｃｐｍ １．０ ＭＰａ
仕上加工法Ｆｄ 砥石２ｂ ２００ｃｐｍ ２．０ ＭＰａ
図１７、図１８、図１９は、粗加工法Ｍｂに続いて行なわれた仕上加工法Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄにより得られた、削除量（φμｍ）、被削材の表面粗さＲａ（μｍ）、及び砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を、それぞれ示している。一般的に、砥石面圧と削除量との間には比例関係があるが、水溶性研削液下の仕上加工では、砥石面圧１．０ＭＰａにおいて削除量が最大であり、０．６ＭＰａにおいて削除量が次に大きく、２．０ＭＰａにおいて削除量が３番目となっている。このことは、砥石面圧を大きくしたことで目詰まり、凝着が顕著となり削除能力が低下したと考えられる。水溶性研削液は不水研削液よりも目詰まり、凝着が生じやすいこと、凝着が生じ易い仕上加工であったことが相乗して、上記の結果となったと推定される。本結果から、砥石面圧は、０．６ＭＰａ以上２．０ＭＰａ未満の範囲、さらに０．６ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下の範囲が好適であることが明確となった。
表１１（砥石揺動数が異なる仕上加工試験に用いた仕上加工法）
試験砥石 砥石揺動数 砥石面圧
粗加工法Ｍｂ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｅ 砥石２ｂ １００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｃ 砥石２ｂ ２００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｆ 砥石２ｂ ３００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｇ 砥石２ｂ ５００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
試験砥石 砥石揺動数 砥石面圧
粗加工法Ｍｂ 砥石１Ａ ７００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｅ 砥石２ｂ １００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｃ 砥石２ｂ ２００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｆ 砥石２ｂ ３００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
仕上加工法Ｆｇ 砥石２ｂ ５００ｃｐｍ １．０ＭＰａ
図２０、図２１、図２２は、粗加工法Ｍｂに続いて行なわれた仕上加工法Ｆｅ、Ｆｃ、Ｆｆ、Ｆｇにより得られた、削除量（φμｍ）、被削材の表面粗さＲａ（μｍ）、及び砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を、それぞれ示している。仕上加工では、砥石揺動数２００ｃｐｍが最も削除量が多く、砥石揺動数１００ｃｐｍ、砥石揺動数３００～５００ｃｐｍの順に削除量が減少する傾向が確認された。
この結果は、揺動数と削除量とに否定関係が見られた粗加工とは異なる傾向であった。この要因としては、面圧の変化の場合と同様に、砥石面の目詰まり、凝着が考えられる。目詰まりは被削材の切り屑が砥石の空隙に体積することで生じるため、切り屑の大きさを大きくすることで目詰まりを抑制することができる。砥石揺動数を減らすことで、砥石と被削材との接触時間が長くなり、切り屑の大きさが大きくなる。不水研削液と比較して水溶性研削液は洗浄性が低いため、切り屑のサイズが大きくなるような条件を設定することが重要である。本結果から、水溶性研削液下では、砥石揺動数が１００ｃｐｍ以上３００ｃｐｍ未満の範囲が好ましく、さらに１００ｃｐｍ以上２００ｃｐｍ以下の範囲が最適である。
表１２（粒度が異なる砥石を用いた仕上加工試験）
粒度 加工条件
砥石２ｂ（参考） ＃８０００ 不水研削液を用いた仕上加工法Ｆｃ
砥石２ａ ＃４０００ 砥石２ａを用いた仕上加工法Ｆｃ
砥石２ｂ ＃８０００ 砥石２ｂを用いた仕上加工法Ｆｃ
粒度 加工条件
砥石２ｂ（参考） ＃８０００ 不水研削液を用いた仕上加工法Ｆｃ
砥石２ａ ＃４０００ 砥石２ａを用いた仕上加工法Ｆｃ
砥石２ｂ ＃８０００ 砥石２ｂを用いた仕上加工法Ｆｃ
図２３、図２４、図２５は、粗加工法Ｍｂに続いて行なわれた、粒度＃８０００の砥石２ｂと不水研削液とを用いた仕上加工法Ｆｃ、粒度＃４０００の砥石２ａと水溶性研削液とを用いた仕上加工法Ｆｃ、粒度＃８０００の砥石２ｂと水溶性研削液とを用いた仕上加工法Ｆｃにより得られた、削除量（φμｍ）、被削材の表面粗さＲａ（μｍ）、及び砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を、それぞれ示している。粒度＃４０００、粒度＃８０００のいずれでも、水溶性化による研削性能の低下は確認されなかった。削除量を優先する加工の場合には粒度＃４０００の砥石２ａが適しており、表面粗さＲａを優先する加工の場合には粒度＃８０００の砥石２ｂが適している。
表１３（気孔率が異なる砥石を用いた仕上加工試験）
粒度 気孔率 加工条件
砥石１Ａ ＃３０００ 粗加工法Ｍｂ
砥石２ｂ（参考）＃８０００ ５６ 不水研削液を用いた仕上加工法Ｆｃ
砥石２ｂ ＃８０００ ５６ 仕上加工法Ｆｃ
砥石２ｃ ＃８０００ ３０ 仕上加工法Ｆｃ
砥石２ｄ ＃８０００ ６０ 仕上加工法Ｆｃ
砥石２ｅ ＃８０００ ８１ 仕上加工法Ｆｃ
粒度 気孔率 加工条件
砥石１Ａ ＃３０００ 粗加工法Ｍｂ
砥石２ｂ（参考）＃８０００ ５６ 不水研削液を用いた仕上加工法Ｆｃ
砥石２ｂ ＃８０００ ５６ 仕上加工法Ｆｃ
砥石２ｃ ＃８０００ ３０ 仕上加工法Ｆｃ
砥石２ｄ ＃８０００ ６０ 仕上加工法Ｆｃ
砥石２ｅ ＃８０００ ８１ 仕上加工法Ｆｃ
図２６、図２７、図２８は、粗加工法Ｍｂに続いて行なわれた、粒度＃８０００の砥石を用いた仕上加工法Ｆｃにおいて、気孔率が５６体積％の砥石２ｂ、気孔率が３０体積％の砥石２ｃ、気孔率が６０体積％の砥石２ｄ、気孔率が８１体積％の砥石２ｅを用いたときに得られた、削除量（φμｍ）、被削材の表面粗さＲａ（μｍ）、及び砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を、それぞれ示している。
気孔形成剤を用いた人工（強制）気孔のない気孔率３０％の砥石２ｃは、削除量が非常に少なく、砥石面に負荷がかかることで異常摩耗が生じた。気孔率を６０体積％まで増加させた砥石２ｄは、削除量が１．１φμｍと増加し、表面粗さＲａも０．０２μｍ以下となった。さらに、気孔率を８１体積％まで増加させた砥石２ｅは、削除量が１．８φμｍとさらに増加し、表面粗さＲａも０．０１９μｍとなった。
不水研削液と比較して洗浄性が低い水溶性研削液下では、目詰まり、凝着が発生し易いが、砥石の気孔率を高めることで水溶性研削液を浸透しやすくすると切り屑の排出性が高められる。削除量、表面粗さＲａ、砥石摩耗量に関して、気孔率が６０体積％以上８１体積％以下が好適である。図２９は、仕上加工法Ｆｃで用いられた表１３の砥石２ｄの研磨面を示すデジタルマイクロスコープ画像を示しており、凝着の少ない良好な研磨面を示している。
表１４（粗加工及び仕上加工の組合わせ）
研削液 粗砥石 粗加工条件 仕上砥石 仕上加工条件
組合せ１ 不水 砥石１Ｂ 粗加工法Ｍｂ 砥石２ｂ 仕上加工法Ｆｃ
組合せ２ 水溶性 砥石１Ｂ 粗加工法Ｍｂ 砥石２ｂ 仕上加工法Ｆｃ
組合せ３ 水溶性 砥石１Ｂ 粗加工法Ｍｂ 砥石２ｃ 仕上加工法Ｆｃ
組合せ４ 水溶性 砥石１Ｂ 粗加工法Ｍｂ 砥石２ｄ 仕上加工法Ｆｃ
組合せ５ 水溶性 砥石１Ｂ 粗加工法Ｍｂ 砥石２ｅ 仕上加工法Ｆｃ
研削液 粗砥石 粗加工条件 仕上砥石 仕上加工条件
組合せ１ 不水 砥石１Ｂ 粗加工法Ｍｂ 砥石２ｂ 仕上加工法Ｆｃ
組合せ２ 水溶性 砥石１Ｂ 粗加工法Ｍｂ 砥石２ｂ 仕上加工法Ｆｃ
組合せ３ 水溶性 砥石１Ｂ 粗加工法Ｍｂ 砥石２ｃ 仕上加工法Ｆｃ
組合せ４ 水溶性 砥石１Ｂ 粗加工法Ｍｂ 砥石２ｄ 仕上加工法Ｆｃ
組合せ５ 水溶性 砥石１Ｂ 粗加工法Ｍｂ 砥石２ｅ 仕上加工法Ｆｃ
図３０、図３１、図３２は、表１４に示す組合せ１～組合せ５を用いたときに得られた、削除量（φμｍ）、被削材の表面粗さＲａ（μｍ）、及び砥石摩耗量（μｍ／ｃｕｔ）を、それぞれ示している。組合せ２～組合せ５において、総削除量が６．４φμｍ以上、表面粗さＲａが０．０３μｍ以下、粗砥石（粗加工用ビトリファイド砥石１０ａ）及び仕上砥石（仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂ）共に１カット当たりの砥石摩耗量が１．０μｍ／ｃｕｔ以下の優れた研削性能が、水溶性研削液下において得られた。好適には、組合せ４及び組合せ５において、総削除量が７．０φμｍ以上、仕上加工後の表面粗さＲａが０．０２μｍ以下、粗砥石及び仕上砥石共に１カット当たりの砥石摩耗量が０．７μｍ／ｃｕｔ以下の優れた研削性能が、水溶性研削液下において得られた。これらの研削結果は、粗加工が３秒、仕上加工が３秒という総加工時間が６秒という短いサイクルタイムの加工により得られた。
上述のように、本実施例の第１超仕上工程ＰＰ１及び第２超仕上工程ＰＰ２を含む超仕上加工方法によれば、第２超仕上工程ＰＰ２に用いられる仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂのＣＢＮ砥粒３２は、第１超仕上工程ＰＰ１に用いられる粗加工用ビトリファイド砥石１０ａのＣＢＮ砥粒３２よりも細粒であって、＃４０００以上＃８０００以下の立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒であり、仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂの気孔率は、６０体積％以上８１体積％以下である。このため、仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂの砥粒３２を、高削除性能を有する立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒３２で相対的に微粒子とすることができるので、第２超仕上工程ＰＰ２における砥粒３２の削除量の負担が軽減される。また、仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂは６０体積％以上８１体積％以下の気孔率を有しているため、仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂに対する水溶性加工液剤Ｆの浸透が容易となって切り屑の排出性が高められる。これにより、不水溶性加工液剤を用いた場合と変わらない研削性能が得られ、不水溶性加工液剤を用いた場合と変わらない被削材の表面粗さＲａが短時間で得られる。
また、本実施襟の超仕上加工方法によれば、第２超仕上工程ＰＰ２に用いられる仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂは、０．６ＭＰａ以上２．０ＭＰａ未満の面圧力で玉軸受の内輪（被削材）２０の軌道面２２に押圧されることから、不水溶性加工液剤を用いた場合と変わらない軌道面２２の表面粗さＲａが短時間で得られる。
また、本実施例の超仕上加工方法によれば、第２超仕上工程ＰＰ２に用いられる仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂは、１００ｃｐｍ以上３００ｃｐｍ未満の揺動数で揺動しつつ、玉軸受の内輪（被削材）２０の軌道面２２に押圧されることから、不水溶性加工液剤を用いた場合と変わらない軌道面２２の表面粗さＲａが短時間で得られる。
本実施例の超仕上加工方法によれば、第１超仕上工程ＰＰ１に用いられる粗加工用ビトリファイド砥石１０ａの砥粒３２は、＃２０００以上＃３０００以下の立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒であることから、相対的に粗い粒度の砥粒３２による研削によって削除量が多くなるので、仕上加工用ビトリファイド砥石１０ｂの砥粒３２による削除量の負担が軽減され、不水溶性加工液剤を用いた場合と変わらない軌道面２２の表面粗さＲａが短時間で得られる。また、砥石寿命が向上する。
本実施例の超仕上加工方法によれば、玉軸受の内輪（被削材）２０の軌道面２２は、０．０３μｍ以下の表面粗さＲａとなるように超仕上げされることから、不水溶性加工液剤を用いた場合と変わらない鏡面を有する軌道面２２の表面粗さＲａが短時間で得られる。
本実施例の超仕上加工方法によれば、水溶性加工液剤Ｆは、その組成物の全量を基準として、１質量％以上４０質量％以下の無機塩と、６０以上９０質量％以下の水とを含み、前記組成物の５％希釈液の２５℃におけるｐＨが１０以上１４以下であり、アルコールおよびアルキルエーテルを含まない。このように、水溶性加工液剤Ｆは、アルコール及びアルキルエーテルを用いないので、切り屑の排出性が高められ、軌道面２２の優れた削除量が得られる。
本実施例の超仕上加工方法によれば、前記無機塩は、リン酸、炭酸、ケイ酸、及びホウ酸のナトリウム塩又はカリウム塩からなる群から選ばれる少なくとも２種類から成るものである。これにより、滑らかな鏡面を有する軌道面２２の超仕上加工が得られる。
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
例えば、前述の実施例において、超仕上砥石１０ａ，１０ｂの砥粒３２にはＣＢＮ砥粒が用いられていたが、その砥粒材質としては、ダイヤモンド、或いはそれら２種類の混合砥粒、それらの２種類の一方と一般砥粒の混合砥粒が用いられても差し支えない。
また、超仕上砥石１０ａ，１０ｂの砥石組織内には、気孔形成剤を用いて、平均径が１０μｍから１００μｍの人工気孔が意図的に形成されてもよい。
また、前述の実施例においては、長手直方体状の超仕上砥石１０ａ，１０ｂについて説明したが、超仕上砥石１０ａ，１０ｂは、円盤状や円筒状やブロック状等のその他の形状であっても差し支えない。
また、前述の実施例において、超仕上砥石１０ａ，１０ｂはその砥石組織の連通気孔内に蝋（ワックス）又は硫黄が含浸させられているが、それらの含浸処理が必須ではない。
また、水溶性加工液剤Ｆには、様々な物が用いられてもよいが、好適には、水溶性加工液剤Ｆにおける無機塩は、正塩、酸性塩（水素塩）、又は塩基性塩が用いられ得る。また、前記無機塩は、無水物でも、水和物でもよい。また、好適には、水溶性加工液剤Ｆの組成物は、被加工物に錆が発生しやすくなるため、例えばアルコール及びアルキルエーテルや、塩酸塩、硝酸塩、硫酸塩などの他の無機塩を含まない。さらに好適には、水溶性加工液剤Ｆの組成物は、アミン塩又はアンモニウム塩等の有機塩も含まない。
また、好適には、前記水溶性加工液剤の組成物中の無機塩の含有量は、組成物の全量を基準として、１～４０質量％、好ましくは１５～４０質量％がよい。４０質量％を超えると、無機塩の全量が水に溶解しない場合がある。１質量％未満では、加工精度が低下する。また、希釈しない場合や、希釈倍率が低い場合（例えば原液１に水１の割合）にも所定の加工精度が得られるように、１質量％以上がよい。また、一つの無機塩の含有量は０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がさらに好ましい。一つの無機塩の含有量が０．１質量％以上であることにより、加工精度が向上し、被加工物表面を鏡面に仕上げることができる。
また、前述の実施例では、特に玉軸受の内輪２０の軌道面２２の鏡面仕上げに本実施例の超仕上砥石１０ａ，１０ｂが用いられる例を説明したが、本発明の超仕上加工方法は、他の材質及び他の形状のワークの超仕上研磨加工乃至は研削加工に広く用いられ得るものである。好適には、本発明の超仕上加工方法に用いられる被加工物は、焼入れ鋼製であり、さらに、好適には、ボールベアリングの内輪又は外輪であり、超仕上砥石１０ａ，１０ｂは、ボールベアリングの内輪又は外輪の軌道面を研磨するものである。
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。
１０ａ：粗加工用ビトリファイド砥石
１０ｂ：仕上加工用ビトリファイド砥石
２０：玉軸受の内輪（被削材）
３２：砥粒
Ｆ：水溶性研削液（水溶性加工液剤）
ＰＰ１：第１超仕上工程
ＰＰ２：第２超仕上工程
１０ｂ：仕上加工用ビトリファイド砥石
２０：玉軸受の内輪（被削材）
３２：砥粒
Ｆ：水溶性研削液（水溶性加工液剤）
ＰＰ１：第１超仕上工程
ＰＰ２：第２超仕上工程
Claims (5)
- 水溶性加工液剤の供給下で、粗加工用ビトリファイド砥石を用いた第１超仕上工程を実行し、次いで、仕上加工用ビトリファイド砥石を用いた第２超仕上工程を実行して被削材の凹溝に超仕上加工を行なう超仕上加工方法であって、
前記粗加工用ビトリファイド砥石及び前記仕上加工用ビトリファイド砥石は、長手状を成し、部分円筒面状の研磨面を長手方向の一方の端面に有し、
前記仕上加工用ビトリファイド砥石の砥粒は、前記粗加工用ビトリファイド砥石の砥粒よりも細粒であって、＃４０００以上＃８０００以下の立方晶窒化ホウ素砥粒であり、
前記仕上加工用ビトリファイド砥石の気孔率は、６０体積％以上８１体積％以下であり、
前記第２超仕上工程において、前記仕上加工用ビトリファイド砥石は、０．６ＭＰａ以上２．０ＭＰａ未満の面圧力で前記研磨面が前記被削材の凹溝に押圧され、１００ｃｐｍ以上３００ｃｐｍ未満の揺動数で前記研磨面の曲率中心まわりに揺動させられる
ことを特徴とする超仕上加工方法。 - 前記第１超仕上工程に用いる前記粗加工用ビトリファイド砥石の砥粒は、＃２０００以上＃３０００以下の立方晶窒化ホウ素砥粒である
ことを特徴とする請求項１の超仕上加工方法。 - 前記被削材は、０．０３μｍ以下の表面粗さＲａとなるように超仕上げされる
ことを特徴とする請求項２の超仕上加工方法。 - 前記水溶性加工液剤は、前記水溶性加工液剤の組成物の全量を基準として、１質量％以上４０質量％以下の無機塩と、６０質量％以上９０質量％以下の水とを含み、前記組成物の５％希釈液の２５℃におけるｐＨが１０以上１４以下である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１の超仕上加工方法。 - 前記無機塩は、リン酸、炭酸、ケイ酸、およびホウ酸のナトリウム塩とリン酸、炭酸、ケイ酸、およびホウ酸のカリウム塩とからなる群から選ばれる少なくとも２種類から構成されるものである
ことを特徴とする請求項４の超仕上加工方法。
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