JPH079347A - 超砥粒砥石及びその製造方法 - Google Patents

超砥粒砥石及びその製造方法

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JPH079347A
JPH079347A JP16118693A JP16118693A JPH079347A JP H079347 A JPH079347 A JP H079347A JP 16118693 A JP16118693 A JP 16118693A JP 16118693 A JP16118693 A JP 16118693A JP H079347 A JPH079347 A JP H079347A
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秀男 大下
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久美 別所
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 円板上の基台に超砥粒層を固着した超砥粒砥
石において、高速回転時における基台の内径側及び外径
側の変位を小さくし、安定した高速性能を確保する。 【構成】 基台2を、圧入嵌合される内径側部材4と外
径側部材5で形成し、内径側部材4を弾性率が大きい金
属材料とし、外径側部材5を比弾性率の高い炭素繊維強
化プラスチックで形成する。この構造では、高速回転時
において、内径側部材4の内径の変位が小さく、外径側
部材5の外径変位が小さくなり、基台2の内外径とも変
位が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、円板状の基台の表面
に、ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素(CBN)等の超
砥粒層を固着した超砥粒砥石に関し、特に、高速回転時
での基台の性能を向上させた構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の超砥粒砥石は、砥石周速度が8
0m/s以上の高速研削加工に使用されるが、このよう
な高速研削に耐え得るために、超砥粒層を保持する基台
には、次のような特性が要求される。
【0003】 高速回転により発生する応力に対して
充分な強度を持っていること 上記応力により生じる変形が小さいこと 変形が均一に生じる等方特性を持つこと 熱による変位が小さいこと 軽量であること 従来、超砥粒砥石の基台の材料としては、鋼に代表され
る金属材料が用いられてきたが、このような金属材料
は、弾性率に対して比重が大きく、回転場での回転変位
を決定する比弾性率(弾性率を密度で除した値)に限界
があり、高速回転での基台の変形量が大きい問題があ
る。
【0004】このため、最近では、比弾性率の高い炭素
繊維プラスチック(以下CFRPと略称)などの基台材
料への適用が試みられている。このようなCFRPは、
鋼に比べて繊維方向の比弾性率が数倍高く、熱膨張係数
も鋼より十分に小さく、しかも密度が鋼の1/5程度で
あるため軽量化の点からも優れた特性がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、CFRP製
の基台は、確かに比弾性率の高さにより鋼に比べて回転
時の変形量を小さくできるが、基台全体をCFRPで形
成した場合、基台の外周変位が増すにつれて基台の内周
変位も大きくなり、特にその傾向は、基台の外径に対し
て内径の寸法が大きくなるほど顕著になる。このため、
砥石全体の変位量や破壊などの観点から周速度を高くで
きたとしても、回転時に、変形する砥石の内径面と研削
盤の取付け軸との嵌合部に大きなすき間が生じ、これに
よる回転のアンバランスにより使用できる回転数の領域
が制限を受ける問題がある。
【0006】また、回転数が高くなり周速度が増加する
のに伴い、基台の外周に固着した超砥粒層がデッドウェ
イトとして基台を半径方向に引っ張る作用をするため、
その砥粒層による基台の変形量を考慮する必要があり、
上述した比弾性率だけで基台の性能を決定するのは問題
がある。
【0007】そこで、この発明は、上記の問題を解決
し、基台の内径側及び外径側の変位を小さくして高速回
転での安定した使用を可能とする超砥粒砥石とその製造
方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明の超砥粒砥石は、基台を、比弾性率の異な
る内径側部材と外径側部材とから形成し、その外径側部
材の比弾性率を内径側部材よりも高く設定したのであ
る。
【0009】また、この発明の超砥粒砥石の第2の手段
は、上記の構造において、基台の内径側部材の弾性率を
外径側部材の弾性率よりも高く設定したものである。
【0010】一方、この発明の超砥粒砥石の製造方法
は、内外に嵌合可能で比弾性率の異なる2つの部材を、
比弾性率の大きな部材を外径側とし、砥石の使用回転時
における外径側部材内径の変位と内径側部材外径の変位
の差以上の締め代で圧入嵌合させて円板状の基台を組立
て、その基台の表面に超砥粒層を固着して砥石を形成す
る方法としたのである。
【0011】また、この発明の製造方法の第2の手段
は、上記2つの部材の嵌合面に接着剤を塗布した状態で
その両部材を圧入嵌合し、基台を組立て後上記接着剤を
硬化させる方法を採用したのである。
【0012】
【作用】上記のように、基台の内径側部材に対して外径
側部材の比弾性率を高くすると、基台を内径側部材の単
一材料で形成した場合に比べて、外径の変位量を小さく
することができる。
【0013】このため、基台と砥粒層界面に発生する応
力を低減でき、より高回転でも砥粒層が剥離や破壊する
ことなく安全に運転することが可能となる。
【0014】また、基台の外径側部材に対して内径側部
材の弾性率を高くすると、基台を外径側部材の単一材料
で形成した場合に比べて、内径の変位量を小さくするこ
とができる。
【0015】従って、砥石の内径面と研削盤の取り付け
軸との嵌合精度が高速回転時でも悪化せず、アンバラン
スの発生を低くでき、結果としてより高速回転でも安全
に使用できる。すなわち、基台を本発明の構成とするこ
とにより、外径、内径変位ともより小さくすることが可
能となる。
【0016】一方、砥石の製造方法においては、内径側
部材と外径側部材を圧入嵌合して基台を組み立てる場
合、嵌合面の信頼性を向上させる点から、嵌合面に接着
剤を塗布した状態で両部材を圧入嵌合し、その後接着剤
を硬化させることにより、両部材のより強固な接合を得
ることができる。
【0017】
【実施例】図1は、実施例の超砥粒砥石を示している。
この砥石1は、円板上の基台2と、その基台2の外周に
配置される超砥粒層3とから構成される。
【0018】基台2は、リング形状をした内径側部材4
と外径側部材5とから形成され、内径側部材4は鋼で形
成され、外径側部材5は、CFRPで形成されている。
【0019】上記内径側部材4と外径側部材5は、それ
ぞれ外周面と内周面に接着剤を塗布した状態で、砥石の
使用回転時における外径側部材5の内径変位と内径側部
材4の外径変位の差以上の締め代を与えて互いに圧入嵌
合し、その嵌合後接着剤を硬化させて一体に固着してい
る。そして、この内径側部材4の固着した外径側部材5
の外周面に、ダイヤモンド又はCBNから成る超砥粒層
3を固着している。
【0020】一方、図2は他の実施例を示す。この例の
超砥粒砥石11は、内径側部材14をさらに2つのリン
グ状部品16、17で形成し、そのリング状部品16、
17の外側に、CFRPから成る外径側部材15を圧入
嵌合している。
【0021】上記リング状部品16、17は、内側の部
品16が鋼で形成され、外側の部品17がジュラルミン
系のアルミニウム合金で形成されており、外側部品17
の内径変位と内側部品16の外径変位の差以上の締め代
を与えた上、その嵌合面に接着剤を塗布した状態で圧入
嵌合している。
【0022】上記の各超砥粒砥石1、11において、内
径側部材4、14を形成する材料は、上記した鋼やアル
ミニウム合金の他に各種の金属材料を使用でき、金属で
あれば特に種類が限定されない。
【0023】一方、外径側部材5、15は、金属材料よ
りも比弾性率の高い材料が使用され、CFRPを使用す
る場合は、炭素繊維織物を円周方向に一定角度毎に積層
して樹脂で結合し、擬似の等方性を付与したもの(以下
擬似等方性CFRPとする)や、一方向の連続した炭素
繊維を円周方向(又はヘリカル方向)に巻き付けて樹脂
で結合したもの(以下円周巻きCFRPとする)、炭素
繊維の円周方向糸と半径方向糸を組み合せた円形クロス
型のCFRPなどを使用することができる。
【0024】次に、上記実施例の効果をみるために行な
った各種の実験例について説明する。
【0025】<実験例1>図1に示す超砥粒砥石1にお
いて、内径側部材4をS45C、外径側部材5を擬似等
方性CFRPとしたものと、内径側部材4をS45C、
外径側部材5を円形クロスCFRPとしたものをそれぞ
れ製作し、その両砥石を用いて高速回転テストを実施し
た。
【0026】外径側部材5に用いた擬似等方性CFRP
と円形クロスCFRPの物性値を次の表1に示す。
【0027】
【表1】
【0028】砥石の各寸法値は、基台2の内半径a=7
6.2mm、基台2の外半径b=212mm、内外径部材
4、5の境界半径c=100mm、砥石1の外周半径d=
220mmに設定した。
【0029】上記内径側部材4と外径側部材5は、表2
に示すような締め代を与えて圧入接着した後、その外径
側部材5の外周面に、砥粒層3としてビトリファイドボ
ンドCBN層を接着した。
【0030】
【表2】
【0031】テストは、試作した砥石を300m/sの
速度で回転させ、その時の外周変位の検出と、回転後の
砥石外観を観察した。
【0032】テストの結果、各砥石の外周変位は次の表
3に示すような値を示し、また回転後の砥石外観には何
ら異常が見られなかった。
【0033】
【表3】
【0034】<実験例2>図1に示す超砥粒砥石1にお
いて、内径側部材4をジュラルミン系のアルミニウム合
金、外径側部材5を、密度1.6g/cm3 で円周方向弾
性率19,000kg/mm2 の円周巻きCFRPとした砥
石を製作した。
【0035】また、図1において、基台の内半径a=7
6.2mm、外半径b=212mm、境界半径c=177mm
とし、内径側部材4と外径側部材5をφ0.1mmの締め
代をもって圧入接着した後、外径側部材5の外周面にビ
トリファイドボンドCBN層を接着し、砥石の外周半径
dを220mmに仕上げた。
【0036】上記のように製作した超砥粒砥石を300
m/sの周速度で高速回転テストをした結果、砥石の外
周変位は0.13mmの値を示し、回転テストの前後で砥
石の外観に何ら異常は認められなかった。
【0037】<実験例3>図2に示す4層構造の超砥粒
砥石11において、基台の内半径a=76.2mm、外半
径b=212mm、砥石の外周半径d=220mmとし、内
径側部材14の内側部品16をS55C、外側部品17
をジュラルミン系のアルミニウム合金で形成し、外径側
部材15を、密度1.6g/cm3 で円周方向弾性率1
9,000kg/mm2 の円周巻きCFRPで形成した砥石
を製作した。
【0038】また、内径側部材14の内側部品16と外
側部品17の境界径c1 を100mm、締め代をφ0.1
mmとし、外側部品17と外径側部材15の境界径c2
177mm、締め代をφ0.25mmとして、それぞれ各部
材を圧入接着した後、外径側部材15の外周面にビトリ
ファイドボンドCBN層を接着し、仕上げを施した。
【0039】一方、上記試作の砥石との比較として、図
3に示すように単一構造で形成した基台22の外周に超
砥粒層23を固着した従来構造の砥石21において、砥
粒層23にビトリファイドボンドCBN層を使用し、基
台22を、それぞれS45Cと擬似等方性CFRPの単
一材料で形成した2種類の比較用砥石を製作した。
【0040】この場合、従来構造の砥石21の寸法は、
基台の内半径a=76.2mm、外半径b=212mm、砥
石の外周半径d=220mmとした。
【0041】上記のように製作した試作砥石と比較用砥
石を用いて高速回転テストを行い、高速性能を比較し
た。
【0042】テストの結果、基材をS45Cの単一材料
とした比較用砥石は、200m/s以上で回転のアンバ
ランスにより速度上昇が不可となり、基材を擬似等方性
CFRPの単一材料とした比較用砥石は、250m/s
の時点でCBN層が剥離し、破壊された。
【0043】これに対して、実施例の試作砥石は、30
0m/sの周速度の時点でも外周変位が0.11mmに留
まり、回転テスト前後で砥石の外観に何ら異常が見られ
なかった。
【0044】
【効果】以上のように、この発明は、超砥粒砥石の基台
における内径側の変位と外径側の変位を共に小さくでき
るので、高速回転時における砥石と研削盤の取付け軸間
でのアンバランスの発生や、砥粒層に対する応力の発生
を防止することができ、超砥粒砥石の安定した加工性能
を発揮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の砥石を示す斜視図
【図2】他の実施例を示す斜視図
【図3】従来構造の砥石を示す斜視図
【符号の説明】
1、11 砥石 2、12 基台 3、13 超砥粒層 4、14 内径側部材 5、15 外径側部材 16 内側部品 17 外側部品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫻田 能弘 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 日 本複合材料株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円板状の基台の表面に超砥粒層を固着し
    て成る超砥粒砥石において、上記基台を、比弾性率の異
    なる内径側部材と外径側部材とから形成し、その外径側
    部材の比弾性率を内径側部材よりも高く設定したことを
    特徴とする超砥粒砥石。
  2. 【請求項2】 上記基台の内径側部材の弾性率を外径側
    部材の弾性率よりも高く設定したことを特徴とする請求
    項1に記載の超砥粒砥石。
  3. 【請求項3】 上記基台の内径側部材を金属材料で形成
    し、外径側部材を炭素繊維強化プラスチックで形成した
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超砥粒砥石。
  4. 【請求項4】 内外に嵌合可能で比弾性率の異なる2つ
    の部材を、比弾性率の大きな部材を外径側とし、砥石の
    使用回転時における外径側部材内径の変位と内径側部材
    外径の変位の差以上の締め代で圧入嵌合させて円板状の
    基台を組立て、その基台の表面に超砥粒層を固着して砥
    石を形成することを特徴とする超砥粒砥石の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記2つの部材を、嵌合面に接着剤を塗
    布した状態で圧入嵌合し、基台を組立てた後上記接着剤
    を硬化させることを特徴とする請求項4に記載の超砥粒
    砥石の製造方法。
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