JPWO2018030120A1 - 研削加工物の製法及びカップ砥石 - Google Patents

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Abstract

以下の工程(a),(b)により、研削対象物10の側面を研削して研削対象物10よりも小径の研削加工物を製造する。工程(a)では、カップ型砥石30を、中心軸30aが研削対象物10の中心軸10aに直交した状態から中心軸30aを平行にオフセットするように配置する。工程(b)では、研削対象物10を軸回転させると共に軸方向に移動させながらカップ型砥石30が研削対象物10の側面を研削するようにカップ型砥石30を軸回転させる。こうすることにより、カップ型砥石30の側面砥石部36で研削対象物10を荒削りしながら底面砥石部38で研削対象物10の外周面を仕上げ削りして研削加工物を得る。

Description

本発明は、研削加工物の製法及びカップ砥石に関する。
多角柱状又は円柱状の研削対象物の側面を研削してその研削対象物よりも小径の円柱体を製造する円柱体の製法としては、例えば特許文献1に開示されている製法が知られている。この特許文献1では、図14に示すように、側面に砥石層を備えたホイール形状の砥石210を用いて多孔質セラミックスからなる多角柱状のハニカム構造体220の外周を加工して、円柱状のハニカム構造体230を製造する方法が開示されている。
特開2006−320806号公報
しかしながら、図14の方法では、砥石210の幅wが狭いため、砥石210を軸回転させる速度やハニカム構造体220を軸回転させる速度を高速にしなければハニカム構造体220の軸方向への移動速度を速くすることができなかった。また、砥石210やハニカム構造体220を高速で回転させるにしても限界があるため、作業時間を十分短縮することは困難であった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、研削対象物を研削して研削加工物にする作業時間を短縮することを主目的とする。
本発明の研削加工物の製法は、
多角柱状又は円柱状の研削対象物の側面を研削して前記研削対象物よりも小径の研削加工物を製造する方法であって、
(a)カップの側面に設けられた側面砥石部と前記カップの底面に設けられた底面砥石部とを備えたカップ型砥石を、前記カップ型砥石の中心軸が前記研削対象物の中心軸に直交するように配置するか、前記カップ型砥石の中心軸が前記研削対象物の中心軸に直交した状態から前記カップ型砥石の中心軸を平行にオフセットするように配置する工程と、
(b)前記研削対象物を軸回転させると共に軸方向に移動させながら前記カップ型砥石が前記研削対象物の側面を研削するように前記カップ型砥石を軸回転させることにより、前記側面砥石部で前記研削対象物を荒削りしながら前記底面砥石部で前記研削対象物の外周面を仕上げ削りして前記研削加工物を得る工程と、
を含むものである。
この製法では、側面砥石部で研削対象物を荒削りしながら底面砥石部で研削対象物の外周面を仕上げ削りして、研削対象物よりも小径の研削加工物を得る。つまり、この製法では、側面砥石部と底面砥石部の両方を用いて研削対象物を研削する。そのため、従来のように側面に砥石層を備えたホイール形状の砥石を用いて研削対象物を研削する場合に比べて、作業時間を短縮することができる。
本発明の製法において、前記工程(a)では、前記カップ型砥石として、前記底面砥石部が前記側面砥石部よりも砥粒の細かいものを用いることが好ましい。こうすれば、側面砥石部による研削対象物の荒削りを効率よく行ったり、底面砥石部による研削対象物の仕上げ削りを滑らかに行ったりすることができる。
本発明の製法において、前記工程(a)では、前記カップ型砥石として、前記側面砥石部と前記底面砥石部との境界がR形状になっているものを用いることが好ましい。こうすれば、側面砥石部による荒削り面と底面砥石部による仕上げ面との境界が角張らずにカーブ形状になるため、研削加工物に欠け等が生じにくい。
本発明の製法において、前記工程(a)では、前記カップ型砥石として、前記底面砥石部が前記カップの底面の外周に沿って環状に設けられているものを用いることが好ましい。底面砥石部はカップの底面全面に設けられていてもよいが、研削装置に取り付けたり取り外したりするときの利便性を考慮すると、底面全面ではなく環状に設けられている方が好ましい。
本発明の製法において、前記工程(a)では、前記カップ型砥石の中心軸が前記研削対象物の中心軸に直交した状態から前記カップ型砥石の中心軸を平行にオフセットするように配置し、前記カップ型砥石の中心軸をオフセットするにあたっては、前記研削対象物の中心軸を前記カップ型砥石の底面砥石部に投影したときに前記底面砥石部に1本の線分として現れ、且つ、前記線分の長さがLmax/2以上Lmax以下(但し、Lmaxは前記線分が前記底面砥石部の内周と接するようにオフセットしたときの前記線分の長さ)となるようにオフセットすることが好ましい。こうすれば、研削対象物の中心軸を底面砥石部に投影したときに底面砥石部に2本の線分が現れる場合に比べて、線分の長さ(底面砥石部のうち仕上げ削りに利用される部分、作用幅)が長くなる。そのため、研削対象物を軸方向に移動する速度を速めることができ、作業時間をより短縮化することができる。また、側面砥石部による荒削り面と底面砥石部による仕上げ面との境界がより緩やかなカーブ形状になるため、研削加工物に欠け等がより生じにくくなる。
本発明の製法において、前記研削対象物は、特に限定するものではないが、セラミックス製の構造体であることが好ましい。こうした構造体は、焼成体であってもよいし成形体(焼成前の構造体)であってもよく、内部に空洞を有する非中実体であってもよいし中実体であってもよい。非中実体としては、円筒体やハニカム構造体などが挙げられるが、ハニカム構造体が好ましい。ハニカム構造体の具体例としては、複数のセルが目封じされていないもの(例えば触媒担体)でもよいし、一端が目封じされ他端が開放されたセルと、一端が開放され他端が目封じされたセルとが交互に並べられたもの(例えばディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF))などが挙げられる。
本発明のカップ型砥石は、
カップの側面に設けられた側面砥石部と、
前記カップの底面に設けられ前記側面砥石部よりも砥粒の細かい底面砥石部と、
を備えたものである。
このカップ型砥石は、上述した製法、すなわち、側面砥石部で研削対象物を荒削りしながら底面砥石部で研削対象物の外周面を仕上げ削りする方法に用いるのに適している。
本発明のカップ型砥石において、前記側面砥石部と前記底面砥石部との境界は、R形状になっていることが好ましい。こうすれば、側面砥石部による荒削り面と底面砥石部による仕上げ面との境界が角張らずにカーブ形状となるため、研削対象物に欠け等が生じにくい。
本発明のカップ型砥石において、前記底面砥石部は、前記カップの底面の外周に沿って環状に設けられていることが好ましい。底面砥石部はカップの底面全面に設けられていてもよいが、研削装置に取り付けたり取り外したりするときの利便性を考慮すると、底面全面ではなく環状に設けられている方が好ましい。
研削対象物10から研削加工物20を製造する工程を示す説明図。 研削対象物10をカップ型砥石30で研削する様子を示す平面図。 図2のA−A断面図。 カップ型砥石30を基準状態からオフセットするときの説明図。 カップ型砥石30を基準状態からオフセットするときの説明図。 ハニカム構造体110からDPF120を製造する工程を示す説明図。 ハニカム部材50の斜視図。 図7のB−B断面図。 実験例1,2で用いたカップ型砥石30の寸法図。 実験例3の研削途中の様子を示す斜視図。 実験例3の研削途中の荒削り面と仕上げ面との境界を示す斜視図。 実験例4の研削途中の様子を示す斜視図。 実験例4の研削途中の荒削り面と仕上げ面との境界を示す斜視図。 円柱状のハニカム構造体230を製造する従来の工程を示す説明図。
次に、本発明の好適な一実施形態について、図面を用いて以下に説明する。図1は研削加工物20の製造工程を示す説明図、図2は研削対象物10をカップ型砥石30で研削する様子を示す平面図、図3は図2のA−A断面図である。なお、以下の説明において、「上」「下」「左」「右」「前」「後」を用いることがあるが、それらの向きは図2及び図3に示すとおりとする。
本実施形態では、図1に示すように、セラミックス製で八角柱状の研削対象物10の側面を研削して、研削対象物10よりも小径の円柱状の研削加工物20を製造する場合を例に挙げて説明する。
研削加工物20の製造に先立ち、図2及び図3に示すカップ型砥石30を用意する。カップ型砥石30は、中心軸30aに沿って貫通孔34が設けられた金属製のカップ32と、カップ32の側面に設けられた側面砥石部36と、カップ32の底面に設けられた底面砥石部38とを備えている。側面砥石部36と底面砥石部38との境界37は、R形状になっている。この境界37の曲率半径は特に限定するものでないが、例えば3〜10mmである。底面砥石部38は、カップ32の底面の外周に沿って環状に設けられている。側面砥石部36及び底面砥石部38は、いずれもダイヤモンド砥石であり、砥粒の粒度は同じサイズであってもよいが、底面砥石部38の方が側面砥石部36より細かい方が好ましい。砥粒の粒度は特に限定するものではないが、例えば、側面砥石部36及び底面砥石部38の砥粒の粒度を同じサイズにする場合には60/80〜270/325とするのが好ましく、底面砥石部38を側面砥石部36より細かくする場合には側面砥石部36を60/80〜100/120、底面砥石部38を120/140〜270/325とするのが好ましい。なお、本明細書中では砥粒の粒度はJIS B4130に基づいて示すものとする。
このカップ型砥石30は、中心軸30aが上下方向になるように、貫通孔34を介して図示しない研削装置(例えばマシニングセンタ)に軸回転可能に取り付けられている。研削対象物10は、中心軸10aが前後方向に水平になるように研削装置に取り付けられている。また、研削対象物10は、軸回転可能で且つ軸方向に移動可能なように取り付けられている。カップ型砥石30の回転速度、研削対象物10の回転速度及び移動速度は、調整可能である。
次に、以下の工程(a)及び工程(b)をこの順に実施して、研削対象物10から研削加工物20を製造する。
・工程(a)
まず、カップ型砥石30を、研削対象物10の側面を中心軸10aに向かって切り込むことが可能なように配置する。すなわち、カップ型砥石30の底面砥石部38の平面が、研削対象物10の中心軸10aから研削加工物20の半径長さだけ上方に位置するようにセットする。これと共に、カップ型砥石30の中心軸30aが研削対象物10の中心軸10aと所定の位置関係になるようにセットする。図2及び図3には、カップ型砥石30の中心軸30aが研削対象物10の中心軸10aに直交するようにカップ型砥石30を配置した状態(基準状態)を2点鎖線で示す。この基準状態から、カップ型砥石30の中心軸30aが左方へ所定距離だけ平行移動するようにカップ型砥石30をオフセットする。所定距離(オフセット量)は、図2において底面砥石部38と研削対象物10の中心軸10aとが交差する範囲で適宜設定すればよい。
・工程(b)
上述したように研削対象物10とカップ型砥石30とを配置した後、研削対象物10を軸回転させると共に軸方向に沿って前方へ移動させながら、カップ型砥石30が研削対象物10の側面を研削するようにカップ型砥石30を軸回転させる。これにより、側面砥石部36で研削対象物10を荒削りしながら底面砥石部38で研削対象物10の外周面を仕上げ削りして研削加工物20を得る。
ここで、工程(a)で説明したカップ型砥石30のオフセット量について説明する。図4及び図5はカップ型砥石30を基準状態からオフセットするときの説明図である。図4及び図5では、底面砥石部38(境界37は含まない)をハッチングで示した。図4は、基準状態(2点鎖線)からカップ型砥石30の中心軸30aが左方へ距離X1だけ平行移動するようにカップ型砥石30をオフセットした状態を示す。この状態では、研削対象物10の中心軸10aをカップ型砥石30の底面砥石部38に投影すると、底面砥石部38に2本の長さL1の線分(図4の太い実線)が現れる。一方、図5は、基準状態(2点鎖線)からカップ型砥石30の中心軸30aが左方へ距離X2(>X1)だけ平行移動するようにカップ型砥石30をオフセットした状態を示す。この状態では、研削対象物10の中心軸10aをカップ型砥石30の底面砥石部38に投影すると、底面砥石部38に1本の長さL2の線分(図5の太い実線)が現れる。図5では、この線分は底面砥石部38の内周に接している。
底面砥石部38のうち仕上げ削りに利用される部分(作用幅)は、図4では長さL1の線分となり、図5では長さL2の線分となる。図4と図5を比べると、図5の方が作用幅が長いため、研削対象物10を軸方向に移動する速度を速めることができる。また、図5の方がオフセット量が大きい分、側面砥石部36による荒削り面と底面砥石部38による仕上げ面との境界がより緩やかなカーブ形状になるため、研削加工物20に欠け等がより生じにくくなる。
ところで、作用幅は、研削対象物10の中心軸10aを底面砥石部38に投影したときの線分が底面砥石部38の内周と接するときに最大長さLmaxとなる(図5参照)。すなわち、オフセット量がX2のときに作用幅は最大長さLmaxとなる。オフセット量がX2未満だと、研削対象物10の中心軸10aを底面砥石部38に投影したときに底面砥石部38に2本の線分が現れるため(図4参照)、線分の長さはLmax/2未満になる。一方、オフセット量がX2を超えて大きくなるにつれて、線分の長さはLmaxから徐々に短くなる。そのため、オフセット量を設定するにあたっては、研削対象物10の中心軸10aを底面砥石部38に投影したときに底面砥石部38に1本の線分が現れ、且つ、その線分の長さがLmax/2以上Lmax以下となるように設定するのが好ましい。
以上説明した製法では、側面砥石部36で研削対象物10を荒削りしながら底面砥石部38で研削対象物10の外周面を仕上げ削りして、研削対象物10よりも小径の研削加工物20を得る。つまり、この製法では、側面砥石部36と底面砥石部38の両方を用いて研削対象物10を研削する。そのため、従来に比べて、作業時間を短縮することができる。なお、カップ型砥石30のオフセット量がX2である図5の構成はもちろん、オフセット量がX1である図4の構成でも、側面砥石部36と底面砥石部38の両方を用いて研削するため、作業時間を短縮することができる。
また、カップ型砥石30として、側面砥石部36と底面砥石部38との境界37がR形状になっているものを用いているため、研削対象物10のうち側面砥石部36による荒削り面と底面砥石部38による仕上げ面との境界が角張らずにカーブ形状になる。そのため、研削加工物20に欠け等が生じにくい。
更に、カップ型砥石30として、底面砥石部38がカップ32の底面の外周に沿って環状に設けられているものを用いているため、研削装置に取り付けたり取り外したりするときの利便性に優れる。
更にまた、カップ型砥石30のオフセット量を、研削対象物10の中心軸10aを底面砥石部38に投影したときに底面砥石部38に1本の線分が現れ、且つ、その線分の長さがLmax/2以上Lmax以下となるように設定すれば、以下の効果が得られる。すなわち、研削対象物10の中心軸10aを底面砥石部38に投影したときに底面砥石部38に2本の線分が現れる場合に比べて作用幅が長くなるため、研削対象物10を軸方向に移動する速度を速めることができる。その結果、作業時間をより短縮化することができる。また、側面砥石部36による荒削り面と底面砥石部38による仕上げ面との境界がより緩やかなカーブ形状になるため、研削加工物20に欠け等がより生じにくくなる。
そしてまた、底面砥石部38の砥粒を側面砥石部36より細かいものを使用すれば、側面砥石部36による研削対象物10の荒削りを効率よく行ったり、底面砥石部による研削対象物の仕上げ削りを滑らかに行ったりすることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態において、研削対象物10として、軸方向に多数のセルを備えたハニカム構造体を採用してもよい。また、ハニカム構造体として、一端が目封じされ他端が開放されたセルと、一端が開放され他端が目封じされたセルとが交互に並べられたもの(例えばDPF)を採用してもよい。
上述した実施形態では、カップ型砥石30の底面砥石部38を環状に設けた例を示したが、底面砥石部38をカップ32の底面全面に設けてもよい。
上述した実施形態では、研削対象物10の中心軸10aに対してカップ型砥石30の中心軸30aを左側にオフセットしたが、右側にオフセットしてもよい。
以下に、本発明の実施例である実験例1−4について説明する。図6はハニカム構造体110からDPF120を製造する工程を示す説明図、図7はハニカム部材50の斜視図、図8は図7のB−B断面図、図9は実験例1,2で用いたカップ型砥石30の寸法図である。なお、以下の実験例は本発明を何ら限定するものではない。
[実験例1,2]
研削対象物として、図6に示すように、SiCセラミックス製で八角柱状のハニカム構造体110を用意した。このハニカム構造体110は、直方体形状のハニカム部材50を横方向に5個、縦方向に5個並べて接合して縦185mm、横185mm、奥行き150mmの四角柱にした後、四隅のハニカム部材50を直方体から三角柱になるように研削し、全体を八角柱にしたものである。直方体形状のハニカム部材50は、図7及び図8に示すように、一端が開放され他端がプラグ52aで目封じされたセル52と、一端がプラグ54aで目封じされ他端が開放されたセル54とが交互に設けられた部品である。
この研削対象物10の側面を、図9に示す寸法のカップ型砥石30を用いて研削して、直径165mmのDPFである研削加工物20を製造した。研削は、研削対象物10を前方へ送ることにより行った。実験例1,2とも、オフセット量は図5に示すように作用幅が最大長さLmaxとなるように設定した。実験例1,2の研削条件を表1に示す。
実験例1,2とも、研削中にチッピングの発生は見られず、前方側のプラグ52aも後方側のプラグ54aも破損が見られなかった。また、研削対象物10の1個当たりの作業時間は、実験例1では30秒、実験例2では22.5秒であった。なお、図14に示すように側面に砥石層を備えたホイール形状の砥石210を用いて同じ研削対象物10の研削を行ったところ、1個当たりの作業時間は最短で40秒であった。
[実験例3,4]
実験例1,2と同様の研削対象物10を、カップ型砥石30を用いて研削して、直径165mmのDPFである研削加工物20を製造した。カップ型砥石30としては、砥石高さを35mmとした以外は、図9に示す寸法のものを用いた。研削は、研削対象物10を前方へ送ることにより行った。実験例3では、オフセット量をゼロに設定した(基準状態)。この場合、作用幅が短くなるため、研削対象物10の送り速度を低速にして研削を行った。実験例4では、オフセット量を図5に示すように作用幅が最大長さLmaxとなるように設定した。実験例4では、研削対象物10の送り速度を実験例1,2のように高速に設定することが可能であるが、実験例3と対比するため、実験例3と同じ条件で研削を行った。実験例3,4の研削条件を表2に示す。
実験例3,4とも、研削中にチッピングの発生は見られず、前方側のプラグ52aも後方側のプラグ54aも破損が見られなかった。図10は、実験例3の研削途中の様子を示す斜視図であり、図11は、実験例3の研削途中の荒削り面と仕上げ面との境界の曲面形状を示す斜視図である。図12は、実験例4の研削途中の様子を示す斜視図であり、図13は、実験例4の研削途中の荒削り面と仕上げ面との境界の曲面形状を示す斜視図である。これらの図面を用いて実験例3と実験例4を対比すると、実験例4の方が実験例3に比べて研削途中の荒削り面と仕上げ面との境界の曲面形状がより緩やか曲面(曲率半径の大きな曲面)になっているのがわかる。このことから、カップ型砥石30をオフセットさせて研削した方が、カップ型砥石30をオフセットさせずに研削する場合に比べて、より確実にチッピングの発生を防止したり目封じプラグの破損を防止したりすることができるといえる。
本出願は、2016年8月10日に出願された日本国特許出願第2016−157439号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
本発明は、例えば、ハニカム構造体を製造する際に利用可能である。ハニカム構造体の具体例としては、複数のセルが目封じされていないもの(例えば触媒担体)や、一端が目封じされ他端が開放されたセルと、一端が開放され他端が目封じされたセルとが交互に並べられたもの(例えばディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF))などが挙げられる。
10 研削対象物、10a 中心軸、20 研削加工物、30 カップ型砥石、30a 中心軸、32 カップ、34 貫通孔、36 側面砥石部、37 境界、38 底面砥石部、50 ハニカム部材、52a,54a プラグ、52,54 セル、110 ハニカム構造体、120 DPF、210 砥石、220,230 ハニカム構造体。

Claims (10)

  1. 多角柱状又は円柱状の研削対象物の側面を研削して前記研削対象物よりも小径の研削加工物を製造する方法であって、
    (a)カップの側面に設けられた側面砥石部と前記カップの底面に設けられた底面砥石部とを備えたカップ型砥石を、前記カップ型砥石の中心軸が前記研削対象物の中心軸に直交するように配置するか、前記カップ型砥石の中心軸が前記研削対象物の中心軸に直交した状態から前記カップ型砥石の中心軸を平行にオフセットするように配置する工程と、
    (b)前記研削対象物を軸回転させると共に軸方向に移動させながら前記カップ型砥石が前記研削対象物の側面を研削するように前記カップ型砥石を軸回転させることにより、前記側面砥石部で前記研削対象物を荒削りしながら前記底面砥石部で前記研削対象物の外周面を仕上げ削りして前記研削加工物を得る工程と、
    を含む研削加工物の製法。
  2. 前記工程(a)では、前記カップ型砥石として、前記底面砥石部が前記側面砥石部よりも砥粒の細かいものを用いる、
    請求項1に記載の研削加工物の製法。
  3. 前記工程(a)では、前記カップ型砥石として、前記側面砥石部と前記底面砥石部との境界がR形状になっているものを用いる、
    請求項1又は2に記載の研削加工物の製法。
  4. 前記工程(a)では、前記カップ型砥石として、前記底面砥石部が前記カップの底面の外周に沿って環状に設けられているものを用いる、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の研削加工物の製法。
  5. 前記工程(a)では、前記カップ型砥石の中心軸が前記研削対象物の中心軸に直交した状態から前記カップ型砥石の中心軸を平行にオフセットするように配置し、前記カップ型砥石の中心軸をオフセットするにあたっては、前記研削対象物の中心軸を前記カップ型砥石の底面砥石部に投影したときに前記底面砥石部に1本の線分として現れ、且つ、前記線分の長さがLmax/2以上Lmax以下(但し、Lmaxは前記線分が前記底面砥石部の内周と接するようにオフセットしたときの前記線分の長さ)となるようにオフセットする、
    請求項4に記載の研削加工物の製法。
  6. 前記研削対象物は、セラミックス製のハニカム構造体である、
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の研削加工物の製法。
  7. 前記ハニカム構造体は、一端が目封じされ他端が開放されたセルと一端が開放され他端が目封じされたセルとが交互に並べられたものである、
    請求項6に記載の研削加工物の製法。
  8. カップの側面に設けられた側面砥石部と、
    前記カップの底面に設けられ前記側面砥石部よりも砥粒の細かい底面砥石部と、
    を備えたカップ型砥石。
  9. 前記側面砥石部と前記底面砥石部との境界は、R形状になっている、
    請求項8に記載のカップ型砥石。
  10. 前記底面砥石部は、前記カップの底面の外周に沿って環状に設けられている、
    請求項8又は9に記載のカップ型砥石。
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