JPWO2017145491A1

JPWO2017145491A1 - 砥粒工具

Info

Publication number: JPWO2017145491A1
Application number: JP2017513557A
Authority: JP
Inventors: 貞晃中松
Original assignee: ALMT Corp
Current assignee: ALMT Corp
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2036-12-07
Also published as: JP6165388B1

Abstract

複数の硬質砥粒が結合材により結合された砥粒層を有する砥粒工具であって、複数の硬質砥粒の各々には、被加工物と接触する作用面が形成されており、複数の作用面をなだらかに接続する仮想面の面積に対する複数の作用面の合計の面積の比率は５％以上３０％以下である。

Description

本発明は、砥粒工具に関する。本出願は、２０１６年２月２２日に出願した日本特許出願である特願２０１６−０３１０３２号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。より特定的には、複数の砥粒が結合材によって結合された砥粒工具に関するものである。

従来、たとえばダイヤモンドロータリードレッサは、「新マシニング・ツール事典」株式会社産業調査会、１９９１年１２月５日付発行（非特許文献１）、特開平５−２６９６６６号公報（特許文献１）、特開平１０−５８２３１号公報（特許文献２）、特開２０００−２４６６３６号公報（特許文献３）に開示されている。

従来の歯車用ダイヤモンドロータリードレッサでは使用条件などにより寿命が短かくなる問題が生じることがあった。

そこで、長寿命の歯車用ダイヤモンドロータリードレッサを提供するものとして、国際公開２００７／０００８３１号公報（特許文献４）に開示されている。

特開平５−２６９６６６号公報特開平１０−５８２３１号公報特開２０００−２４６６３６号公報国際公開２００７／０００８３１号公報

「新マシニング・ツール事典」６５１−６５４頁、株式会社産業調査会、１９９１年１２月５日付発行

本発明の一態様に係る砥粒工具は、複数の硬質砥粒が結合材により結合された砥粒層を有する砥粒工具であって、複数の硬質砥粒の各々には、被加工物と接触する作用面が形成されており、複数の作用面をなだらかに接続する仮想面の面積に対する複数の作用面の合計の面積の比率は５％以上３０％以下である。

図１は、この発明の実施の形態に従った砥粒工具としての歯車用ダイヤモンドロータリードレッサの正面図である。図２は、図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た歯車用ダイヤモンドロータリードレッサの左側面図である。図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、砥粒層の構造を示す断面図である。

[本開示が解決しようとする課題]
従来のロータリードレッサでは、切れ味や寿命のバラツキが大きくなることがあり、生産ロットにより早期に切れ味が悪くなって砥石に形状転写が正確に行えなかったり、寿命が短くなるなどの問題が発生することがあった。特許文献４のダイヤモンドロータリードレッサであっても、切れ味や寿命のバラツキが発生するおそれがあった。

そこで、本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、長寿命であるとともに、良好な切れ味を示すダイヤモンドロータリードレッサなどの砥粒工具を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
この発明によれば、長寿命であるとともに、切れ味や寿命のバラツキが少なく安定した性能を有するダイヤモンドロータリードレッサなどの砥粒工具を提供することができる。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

砥粒工具は、複数の硬質砥粒が結合材により結合された砥粒層を有する砥粒工具であって、複数の硬質砥粒の各々には、被加工物と接触する作用面が形成されており、複数の作用面をなだらかに接続する仮想面の面積に対する複数の作用面の合計の面積の比率は５％以上３０％以下である。

なお、砥粒層表面の仮想面の単位面積あたりに存在する各硬質砥粒の作用面の面積（硬質砥粒の作用面の合計の面積／仮想面の面積）の算出は、マイクロスコープを使い、砥粒層表面の法線方向より光を照射し、作用面以外からの散乱光を除去し、砥粒層表面の作用面からの反射画像のみを解析して抽出し、面積比を算出する方法で行う。

面積比率の測定を具体的に行うには、仮想面の任意の３箇所において２ｍｍ×２ｍｍの視野で観察し、作用面の面積を上記の方法で測定して、「作用面の合計値／仮想面の合計値」を面積比率とする。

このように構成された砥粒工具では、加工時に作用する砥粒面積が最適に制御されているので、切れ味のバラツキが少なく、寿命も安定して延ばすことができる。上記の比率が５％未満であれば、加工に作用する作用面の面積が小さすぎるため、砥粒工具の寿命が短くなる。上記の比率が３０％を超えると作用面の面積が大きすぎ、切れ味が悪化する。

好ましくは、砥粒工具に使用する複数の硬質砥粒の粒径が最大径の砥粒と最小径の砥粒との粒径の比（最大径／最小径）は１．２以上１０以下である。上記比率が１．２以上であれば硬質砥粒の粒径を大きく保てるため、良好な切れ味を保つことができる。上記比率が１０以下であれば、砥粒分布のばらつきを小さく保つことができる。その結果、工具の精度を向上させることができる。粒径の測定方法の例として砥粒工具から硬質砥粒を取り外し、硬質砥粒の画像データを特定する方法があり、硬質砥粒の円相当径を粒径とする。硬質砥粒の最大径および最小径は、以下のようにして測定する。

まず砥粒工具を半分に切断し、片方の砥粒工具の砥粒層を溶解して硬質砥粒を取り出す。この取り出した硬質砥粒の内、質量割合で２０％の硬質砥粒を無作為に抽出する。この抽出した硬質砥粒を、光学顕微鏡を使って硬質砥粒の画像の電子データを作成する。この画像データを元に乾式粒子像分析装置により硬質砥粒の円相当径を測定し、この円相当径の直径を粒径として測定する。ここで、円相当径とは硬質砥粒の画像を元に乾式粒子像分析装置で測定し解析された硬質砥粒の直径であり、円ではない変形した形状の各砥粒の画像の面積を元に、同じ面積で円とした場合のその円の直径が円相当径であり、これを粒径としている。測定した粒径のデータの中の最大径ＤＭＡＸと最小径ＤＭＩＮを算出し、ＤＭＡＸ／ＤＭＩＮを最大径／最小径とする。

このように砥粒層に存在する硬質砥粒の粒径を均一に揃えるのではなくある程度の範囲内でバラツキを持たせることで、個々の硬質砥粒の摩耗の速度や状態を異ならせることができるので、砥粒層全体で見ると切れ味を長時間安定させることができる。

好ましくは、複数の硬質砥粒は砥粒層に５０〜１５００個／ｃｍ^２の密度で分布している。分布密度の測定は、以下のように行う。砥粒層の表面を顕微鏡で観察する。観察する視野の大きさは、視野内に２０〜５０ヶの硬質砥粒が見えるように倍率を設定し、任意の３箇所について硬質砥粒の個数を数える。そして、視野の大きさと硬質砥粒の個数を元に硬質砥粒分布の密度を算出する。

好ましくは、複数の硬質砥粒のビッカース硬度Ｈｖは１０００以上１６０００以下である。

このようなビッカース硬度の硬質砥粒の代表的な例として、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、ＳｉＣ、Ａｌ_２０_３などが挙げられる。硬質砥粒は、単結晶および多結晶のいずれであってもよい。

好ましくは、複数の硬質砥粒の粒度は、ＪＩＳＢ４１３０（１９９８）の「表１粒度の種類及び表示」の「１：ナローレンジ」に規定された粒度で９１以上１００１以下である。具体的には、以下の表１に記載のものである。

この粒度の測定方法は、硬質砥粒の最大径、最小径の測定方法と同様に、まず砥粒工具を半分に切断し、片方の砥粒工具の砥粒層を溶解して硬質砥粒を取り出す。そして、この取り出した砥粒を、ＪＩＳＢ４１３０（１９９８）の規定に基づき測定する。

好ましくは、砥粒層は単層である。
好ましくは、結合材はニッケルめっきである。

好ましくは、砥粒工具はロータリードレッサである。
好ましくは、ロータリードレッサはディスクドレッサである。

好ましくは、歯車加工用砥石のツルーイングまたはドレッシングまたはその両方に使用される。

［本発明の実施形態の詳細］
以下で示す砥粒工具は、工作物に接触する砥粒を最適な状態に制御することにより、安定した切れ味や長寿命を実現できる砥粒工具とする。すなわち、加工時に作用する砥粒の面積、砥粒の粒径、粒度分布、砥粒の分布密度を最適な状態に制御した砥粒工具である。

図１は、この発明の実施の形態に従った砥粒工具としての歯車用ダイヤモンドロータリードレッサの正面図である。図１を参照して、実施の形態に従った歯車用ダイヤモンドロータリードレッサ１０１は円板形状の台金１０５を有し、その台金１０５の外周に、円周方向に延在するようにダイヤモンド層としての砥粒層１２３が設けられる。砥粒層１２３はニッケルめっき層により構成される結合材１０３と、結合材１０３から露出するダイヤモンドにより構成される硬質砥粒１０２とにより構成されている。図１で示す正面図ではワークに作用する面１１２が表れており、面１１２と反対側にも図１では示されていない別の面が設けられる。図１では、砥粒層１２３の半径方向の幅は一定であるが、必ずしも幅を一定にする必要はなく、必要に応じて幅の広いところと狭いところを設けてもよい。

図２は、図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た歯車用ダイヤモンドロータリードレッサの左側面図である。図２を参照して、砥粒層１２３の上端部および下端部は「Ｖ」字状であり、２つの面１１１，１１２が互いにテーパ形状で所定の角度をなすように構成されている。

図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３を参照して、テーパ形状の面１１１，１１２は、硬質砥粒１０２と結合材１０３とにより構成される砥粒層１２３が構成している。砥粒層１２３は台金１０５に固着されている。

図４は、砥粒層の構造を示す断面図である。図４を参照して、砥粒工具としての歯車用ダイヤモンドロータリードレッサ１０１は、砥粒層１２３を有する。砥粒層１２３は台金１０５の上に形成されている。砥粒層１２３は、複数の硬質砥粒１０２と、ダイヤモンド砥粒を保持するための結合材１０３とを有する。結合材１０３は単層のニッケルメッキにより構成される。複数の硬質砥粒１０２が結合材１０３により結合されている。複数の硬質砥粒１０２の各々には、被加工物と接触する作用面１１９が形成されている。複数の作用面１１９をなだらかに接続する仮想面１１０の面積に対する複数の作用面１１９の合計の面積の比率は５％以上３０％以下である。この比率を５％以上３０％以下であるため、良好な切れ味を有し、長寿命の歯車用ダイヤモンドロータリードレッサ１０１を提供することができる。

複数の硬質砥粒１０２の最大径と最小径との比（最大径／最小径）は１．２以上１０以下であることが好ましい。ここで、硬質砥粒１０２は作用面１１９を有するものに限定される。図４では作用面を有さない硬質砥粒１０２も存在するが、その硬質砥粒１０２の粒度は考慮しない。この範囲であれば、超砥粒ホイールの性能のうち、切れ味および寿命がきわめて良好となる。

複数の硬質砥粒１０２は砥粒層１２３に５０〜１５００個／ｃｍ^２の密度で分布していることが好ましい。硬質砥粒１０２は作用面１１９を有するものに限定される。この範囲であれば、超砥粒ホイールの性能のうち、切れ味および寿命の少なくとも一方がきわめて良好となる。

複数の硬質砥粒１０２のビッカース硬度Ｈｖは１０００以上１６０００以下であることが好ましい。このような硬度の硬質砥粒とすることで、ホイールの切れ味や寿命を向上させることができる。

硬質砥粒１０２の粒径は９１以上１００１以下であることが好ましい。このように比較的大きい粒径の硬質砥粒を有するホイールでは、切れ味や寿命を向上させることができる効果が顕著に表われる。作用面１１９は、硬質砥粒１０２の表面を研削または研磨（硬質砥粒１０２の高さを揃えること）することで得られる。複数の作用面１１９の最大面積と最小面積との比（最大面積／最小面積）は１．５以上１０以下であることが好ましい。

（実施例）
（各サンプルの説明）
表２−４に示す、さまざまなホイールを作成した。ホイールの形状およびサイズは全てのホイールで同じである。ホイールの形状は、図１、図２に示す形状で、直径はφ１１０ｍｍである。砥粒層の構造が各々のサンプルで異なる。

表２−４における「作用面の面積比率」とは、複数の作用面１１９をなだらかに接続する仮想面１１０の面積に対する複数の作用面１１９の合計の面積の比率（％）である。

表２−４における「砥粒径最大／最小比」とは、複数の硬質砥粒１０２（作用面１１９を有するものに限る）の最大径と最小径との比（最大径／最小径）を意味する。

表２−４における「砥粒分布密度」とは、複数の硬質砥粒１０２（作用面１１９を有するものに限る）の分布密度（個／ｃｍ^２）を意味する。

（実施例の超砥粒ホイール製作の際の各数値の制御方法）
表２−４に記載したさまざまなホイールの作成にあたり、硬質砥粒の表面を研削あるいは研磨する時間や回数を調整することで作用面の大きさを制御し、作用面の面積比率を制御した。砥粒径の最大径／最小径の値は、この値を大きくする場合は、平均粒径の異なる複数の硬質砥粒を適宜混合した砥粒を用いることにより制御し、この値を小さくする場合は、使用する砥粒をふるいにかけて粒度分布の幅をより狭くすることにより制御した。砥粒分布密度は、１つのホイールに使用する砥粒の量を調整することにより制御した。

このようにして作製した種々のホイールの、作用面の面積比率、砥粒径の最大径／最小比、砥粒分布密度の値を表２−４に示す。

これらの歯車用ダイヤモンドロータリードレッサを用いて、歯車加工用砥石のツルーイング・ドレッシングを行った。

ドレッシング条件を以下に示す。
ドレッシングの対象：歯車研削用砥石（材質：Ａ砥石）
ドレッシング条件
砥石回転数：６０−８０ｒｐｍ
ロータリードレッサ回転数：３０００ｒｐｍ
切り込み量：２０μｍ／ｐａｓｓ（粗加工時）
切り込み量：１０μｍ／ｐａｓｓ（仕上加工時）
最初のドレッシングが粗加工で、その後のドレッシングが仕上加工である。

ドレッシングの結果を以下の基準で評価した。
比較例２のホイールの切れ味・寿命を基準として、本発明のホイールの性能を評価した。評価基準は、比較例２の負荷電流値および寿命を１．０として、以下のようにＡ、Ｂ、Ｃの三段階で評価した。

（切れ味評価）
ドレッシング装置のドレッサ駆動軸の負荷電流値から、切れ味の良否を判断した。

Ａ：負荷電流値が０．６未満で、極めて安定したドレッシングが可能であった。
Ｂ：負荷電流値が０．６以上０．８未満であり、安定したドレッシングが可能であった。

Ｃ：負荷電流値が０．８以上であり、安定したドレッシングが困難であった。
（寿命評価）
ドレッシングした砥石で加工した工作物の精度をドレッシング精度とし、ドレッシング精度が悪化した時点でドレッサの寿命と判断した。

Ａ：ドレッシング精度がほとんど変化せず、寿命が２以上であった。
Ｂ：ドレッシング精度が徐々に悪化し、それに伴い工作物に焼けが僅かに見られたが、寿命が１．２以上２未満であった。

Ｃ：ドレッシング精度が悪く、工作物に焼けがかなり見られ、寿命が１．２未満であった。

表２−４から明らかなように、本発明１−１９では、切れ味および寿命の評価において、Ｃの評価が付されておらず、良好な特性を示すことが確認された。これに対して、比較例１−１０では、切れ味および寿命のいずれかの評価においてＣの評価が付されており、性能が低いことが確認された。表２で示されるように、本発明品のうち作用面の面積比率が６〜２５％であれば切れ味および寿命の評価がＡとなるため特にが好ましいことが分かった。

表３で示すように、本発明品のうち砥粒径の最大／最小比は、１．２〜１０であれば切れ味および寿命の評価がＡとなるため特に好ましいことが分かった。

表４で示すように、本発明品のうち砥粒分布の密度は、１００〜６００個／ｃｍ²であれば切れ味および寿命の評価がＡとなるため特に好ましいことが分かった。

この発明は砥粒工具、例えば工作物を総型に研削加工するのに用いる超砥粒研削ホイールおよび、砥石をドレッシングするのに用いるダイヤモンドロータリードレッサ等の砥粒工具の分野において用いることができる。特に、歯車加工用砥石をツルーイング、またはツルーイングとドレッシングするのに用いる、歯車用ダイヤモンドロータリードレッサに関するものである。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０１歯車用ダイヤモンドロータリードレッサ、１０２硬質砥粒、１０３結合材、１０５台金、１１０仮想面、１１９作用面、１２３砥粒層。

Claims

複数の硬質砥粒が結合材により結合された砥粒層を有する砥粒工具であって、
複数の前記硬質砥粒の各々には、被加工物と接触する作用面が形成されており、
複数の前記作用面をなだらかに接続する仮想面の面積に対する複数の前記作用面の合計の面積の比率は５％以上３０％以下である、砥粒工具。
複数の前記硬質砥粒の最大径と最小径との比（最大径／最小径）は１．２以上１０以下である、請求項１に記載の砥粒工具。
複数の前記硬質砥粒は前記砥粒層に５０〜１５００個／ｃｍ^２の密度で分布している、請求項１または請求項２に記載の砥粒工具。
複数の前記硬質砥粒のビッカース硬度Ｈｖは１０００以上１６０００以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の砥粒工具。
複数の前記硬質砥粒の粒度は９１以上１００１以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の砥粒工具。
前記砥粒層は単層である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の砥粒工具。
前記結合材はニッケルめっきである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の砥粒工具。
前記砥粒工具はロータリードレッサである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の砥粒工具。
前記ロータリードレッサはディスクドレッサである、請求項８に記載の砥粒工具。
歯車加工用砥石のツルーイングまたはドレッシングに使用される、請求項８または請求項９に記載の砥粒工具。