JPWO2018092361A1 - 歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に記載のドレッサは、ねじ状砥石のフランク面をドレッシングするための二つのテーパ状作用面とねじ状砥石のねじの谷底部をドレッシングするための外周作用面とを備えている。これらの作用面には、小粒径ダイヤモンド砥粒が設けられている。
ホイールの外周面は、取付溝が形成されていないとした場合の円盤状のホイールの外周面をいうものである。また、ホイールの外周面は、曲面であるため、平面である劈開面と平行であるとは、本来表現できない。しかし、ホイールの外周面に対して多面体単結晶ダイヤモンド砥粒の結晶面は、微小であるところから、ホイールの外周面は、多面体単結晶ダイヤモンド砥粒の結晶面との比較において、略平面と把握しうる。そのため、本件特許請求の範囲および明細書において、ホイールの外周面と多面体単結晶ダイヤモンド砥粒の劈開面とを、「平行」という表現を使って記載するものである。
本来は、溝内両壁面の中央に対向する位置において、ホイールの外周面に接する「仮想上の平面」に平行する面が、多面体単結晶ダイヤモンド砥粒の劈開面にならない結晶であることを意味するものである。
また、ホイールの外周面には、回転軸線と平行に、所定角度を成す溝内両壁面を有する複数の取付溝が形成され、多面体単結晶ダイヤモンド砥粒は、溝内両壁面の所定角度と等しい取付結晶面で、ホイールの外周面と平行になる面が劈開面とならないように溝内両壁面に鍍着される。そのため、多面体単結晶ダイヤモンド砥粒は、破砕しにくくかつ強固にホイールに固着されドレッサとしての寿命を延ばすことができる。
以下、本発明に係る歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサの実施形態について図面を参照して説明する。
成形用電着ダイヤモンドドレッサ1は、図1及び図2に示すように、ホイール2と、ホイール2に設けられたダイヤモンド砥粒層3と、ホイール2の外周面22に設けられた八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4とを備えている。
ホイール2は、図1および図2に示すように、例えば、鋼製部材で、外周に向って薄くなるテーパ面21を表裏二面(表テーパ面21f、裏テーパ面21b)備え円盤状に形成されている。調質鋼製部材として、例えば、焼入れ、焼戻し鋼(SUJ)などが用いられる。表テーパ面21fは、ホイール2の中央部分に設けられた肉厚円盤部23の表面から連続して外周面22まで延在している。裏テーパ面21bは、ホイール2の中央部分に肉厚に設けられた肉厚円盤部23の裏面より、肉厚が薄くなる方向に段差が形成された段部24の表面より連続して外周面22まで延在している。外周面22は、外周に向って薄くなるように設けられた表テーパ面21fおよび裏テーパ面21bにより、回転軸線CLに沿った方向の幅が狭小に形成されている(図3および図4参照)。
なお、ホイール2において、ダイヤモンド砥粒層3が所定幅で帯状に広く形成される表テーパ面21fが形成される側を表側といい、表テーパ面21fより狭い幅でダイヤモンド砥粒層3が帯状に形成される裏テーパ面21bが形成される側を裏側という。ホイール2の表テーパ面21fには、外周縁部26に所定の幅で帯状に表帯状部25fが形成されている。また、裏テーパ面21bには、外周縁部26に表帯状部25fより狭い幅で裏帯状部25bが形成されている。表帯状部25fおよび裏帯状部25bには複数の小粒径ダイヤモンド砥粒31が後述するめっき層で鍍着されたダイヤモンド砥粒層3が形成されている。
ダイヤモンド砥粒層3を構成する小粒径ダイヤモンド砥粒31は、例えば、粒度が♯60/80のものが使用される。小粒径ダイヤモンド砥粒31は、電気めっきにより形成される電気めっき層32によりホイール2に鍍着されてダイヤモンド砥粒層3を形成する。
ホイール2の外周面22には、図9に示すように、対向する溝内両壁面51a,51bが110°を成し、溝筋52がホイール2の回転軸線CL方向に平行に延在する取付溝5が複数(本実施形態では80箇所)設けられている。各取付溝5には、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4が各一個ずつ固着されている。八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、図7に示すように、オクタヘドロンタイプといわれる正八面体を成し、粒度として例えば♯16/18のものを使用する。図9に示す取付溝5の溝内両壁面51a,51bは、110°の所定角度を成して形成されている。溝内両壁面51a,51bには、図11に示すように、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4の110°の角度を成して隣接する二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面M1,M2を合せて取り付ける。(ここで、二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面とは、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4の八つのミラー指数{1,1,1}面のうち、ホイール2の回転軸線CL側(取付溝5側)に配置され、取付溝5の溝内両壁面51a,51bに接着される二つのミラー指数{1,1,1}面をいうものとする。また、二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面が、「取付結晶面」に対応する。)また、頭部側ミラー指数{1,1,1}面とは、取付結晶面として取付溝5側に位置された二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面に対向する取付溝5とは反対側に配置された二つのミラー指数{1,1,1}面をいうものとする。
八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、小粒径ダイヤモンド砥粒31とともに、電気めっき層32で、ホイール2の外周面22に鍍着されている(図5、図6および図15参照)。この場合、電気めっき層32は、二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面M1,M2と、二つの頭部側ミラー指数{1,1,1}面H1,H2とが、交差する頂部42,43を、覆って八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4を、外周面22に鍍着している(図5、図6、図7および図15参照)。このようにして、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、電気めっき層32により強固にホイール2の外周面22に鍍着されている。
なお、図3から図6に示される八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、八面体結晶のままの形状ではなく、ダイヤモンド砥粒層3に並んだ小粒径ダイヤモンド砥粒31の刃面に整合させて成形された形状となっている。劈開面CSとは、結晶が特定の方向に割れやすい場合にその方向の面をいい、八面体単結晶ダイヤモンド4の場合、{1,1,1}面に平行な面(この場合もミラー指数{1,1,1}面)となる。八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、図5および図6に示すように、外表面に劈開面CSに平行な面ミラー指数{1,1,1}面を有している。劈開面CS以外の箇所を加工する場合には、ダイヤモンド同士を摺り合わせて研磨する。ホイール2の外周面22に複数配置された八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4の間にも小粒径ダイヤモンド砥粒31が配置されている。八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、取付溝5が形成されなかったとした場合のホイール2の外周面22に、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4が取り付けられた中心位置において接する仮想上の平面と、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4の劈開面CSとが、平行ではなく35°の角度で交差するよう位置決めされている。
次に、歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサ1の製造方法を図8〜図15等に基づき以下に説明する。
ホイール2は、例えば、研削盤により円盤状に形成される(ホイール形成工程・ステップ101(以下、ステップを「S」で略記する。))(図8参照)。ホイール2は、調質鋼製部材により形成され、外周に向って薄くなるように、表テーパ面21fと裏テーパ面21bと外周部の表裏に夫々形成される。表テーパ面21fは、ホイール2の中央部分に設けられた肉厚円盤部23の表面から連続して外周面22まで延在するように形成される。ホイール2の裏側中央部分に肉厚に設けられる肉厚円盤部23が形成され、肉厚円盤部23の外周部には肉厚が薄くなる方向に段差が生じた段部24が形成される。裏テーパ面21bは、段部24の薄く形成された端部の表面より連続して外周面22まで延在するように形成される。
次に、本実施形態における歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサ1を使用して、歯車研削用ねじ状砥石(以下、ねじ状砥石という。)Wをドレッシングする場合について簡単に説明する。
まず、図16に示すように、同軸に並んだ二つの駆動軸SFr,SFlの対向する端部には夫々成形用電着ダイヤモンドドレッサ1がボルトB等によって相対回転不能に設けられている。二つの成形用電着ダイヤモンドドレッサ1(1R,1L)は、ダイヤモンド砥粒層3が設けられた表テーパ面21fを対向して配置されている。駆動軸SFr,SFlは、減速装置(図略)を介して駆動モータ(図略)により駆動トルクが伝達されて回転する。駆動軸SFr,SFlの回転速度は、減速装置におけるギヤ比を切替える機構によって任意の周速度に変更されるよう構成されている。二つの駆動軸SFr,SFlは、回転軸線CL方向に接近離間する接離移動機構(図示せず)に組み込まれている。
図17に示すように、従来のドレッサを使用してドレッシングした場合と、外周面に八面体単結晶ダイヤモンド砥粒を配置した本実施形態のドレッサとをドレッシングした場合、従来のものでは900回ドレッシングできたのに対し、本件成形用電着ダイヤモンドドレッサ1は、1600回以上ドレッシングすることができ、約1.8倍の耐久性が認められた。
また、ホイール2の外周面22には、回転軸線CLと平行に、所定角度110°を成す溝内両壁面51a,51bを有する複数の取付溝5が形成され、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、溝内両壁面51a,51bの所定角度110°と等しい二つの基端部側ミラー指数面M1,M2で、ホイール2の外周面22と平行になる面が劈開面CSとならないように溝内両壁面51a,51bに鍍着される。そのため、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、破砕しにくくかつ強固にホイール2に固着されドレッサとしての寿命を延ばすことができる。
八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、ミラー指数{1,1,1}面に対して平行に働く力に対しては、その劈開性より割れやすい傾向がある。しかし、本実施形態の八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、溝筋52が回転軸線CLに平行な取付溝5の溝内両壁面51a,51bに、二つの基端側ミラー指数{1,1,1}面M1,M2において、固定されている。そのため、大きいドレッシング負荷がかかるホイール2の周方向が、ドレッシングを行う頭部側ミラー指数{1,1,1}面H1,H2に対して35°の角度を成すため、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、割れにくくドレッサとしての寿命を長く保持することができる。
また、外周に向って薄くなるホイール2の外周部の両側に設けられた表テーパ面21f、裏テーパ面21bにより狭小となったホイール2の外周面22には、周方向に沿って配置された複数の八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4が設けられている。そのため、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4によってねじ状砥石Wの精工に形成されたフランク面WFや谷底部WBを、高い精度でドレッシングすることができる。
これによると、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4間に鍍着された小粒径ダイヤモンド砥粒31によって、ホイール2の外周面22が損傷するのを確実に防止することができる。
これによると、各八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面M1,M2と二つの頭部側ミラー指数{1,1,1}面H1,H2とが、交差する頂部42,43が、ホイール2の半径方向において外周面22よりも回転軸線CL側に近い位置に配置されている。そのため、各八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4は、各取付溝5内に半分以上が嵌まり込んだ状態で安定して固定することができ、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4がホイール2の外周面22より脱落しにくく、寿命の長いドレッサとすることができる。
これによると、ダイヤモンド砥粒層3を構成する小粒径ダイヤモンド砥粒31の保護に適合した粒度比となる粒度の八面体単結晶ダイヤモンド砥粒4を容易に設定して、寿命の長いドレッサとすることができる。
六面体単結晶ダイヤモンド砥粒(A)の取付けにおいて、図19に示すように、ホイール2に形成される取付溝5hは、対向する溝内両壁面51ha,51hbの角度が90°を成すように形成されている。そして、六面体単結晶ダイヤモンド砥粒(A)は、稜線を挟んで対向する取付結晶面としての二つの結晶面(ミラー指数{1,0,0}面・he)が角度90°に成す角部を取付溝5hの溝筋52に合せて接着し鍍着する。六面体単結晶ダイヤモンド砥粒(A)の劈開面CSは、結晶面heと平行な面である。六面体単結晶ダイヤモンド砥粒(A)は、ホイール2の外周面22に対して劈開面CSが45°の角度となるように保持されている。言い換えると、六面体単結晶ダイヤモンド砥粒(A)は、取付溝5hが形成されなかったとした場合のホイール2の外周面22に、六面体単結晶ダイヤモンド砥粒(A)が取り付けられた中心位置において接する仮想上の平面と、六面体単結晶ダイヤモンド砥粒(A)の劈開面CSとが、平行ではなく45°の角度で交差するよう位置決めされている。
八面体の結晶面ocと六面体の結晶面heとが現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(B−2,B−3)は、図21に示すように、八面体の結晶面oc1,oc2を二つの基端部側結晶面として取付溝5ohの谷底面51ohab,51ohbbに合せ、六面体の結晶面heを垂直面51ohav,51ohbvに合せて固着する。二つの基端部側結晶面oc1,oc2に対向する二つの頭部側結晶面oc3,oc4と垂直となる結晶面he1,he2とが形成する二つの辺Si1,Si2は、外周面22よりも回転軸線CLに近い位置となるよう構成されている。八面体の結晶面ocと六面体の結晶面heとが現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(B−2,B−3)の場合、ドレッシングに使用される結晶面は、八面体の結晶面ocである。そのため、劈開面は、八面体の結晶面ocに平行な面であり、八面体の結晶面ocと六面体の結晶面heとが現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(B−2,B−3)は、ホイール2の外周面22に対して劈開面が傾斜した状態となるように保持されている。
また、ダイヤモンド単結晶の結晶面において八面体の結晶面ocを構成するミラー指数{1,1,1}面が、六面体の結晶面heを構成するミラー指数{1,0,0}面より硬度が高い。そのため、図21に示すように、八面体の結晶面ocを取付溝5oh側の反対側(ホイール2の径方向外側)に取り付けることで、硬度の高いミラー指数{1,1,1}面を使ってドレッシングすることができる。これによって、八面体の結晶面ocと六面体の結晶面heとが現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(B−2,B−3)の磨耗の進行を遅らせ、長寿命のドレッサとすることができる。
また、菱形十二面体の結晶面doと八面体の結晶面ocと六面体の結晶面heとが、現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(B−1)は、八面体の結晶面oc1,oc2を二つの基端部側結晶面として、取付溝5dohの谷底面51dohab,51dohbbに合せ、六面体の結晶面heを垂直面51dohav,51dohbvに合せて固着する。なお、中位斜面51doham,51dohbmには、二つの隣接する十二面体の結晶面doが形成する辺Si1,Si2を夫々合せるものとする。六面体の結晶面heと十二面体の結晶面doとが形成する二つの辺Shd1,Shd2(図22参照)は、外周面22よりも回転軸線CLに近い位置となるよう構成されている。菱形十二面体の結晶面doと八面体の結晶面ocと六面体の結晶面heとが、現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(B−1)は、ドレッシングに使用される結晶面が、主に十二面体の結晶面doと八面体の結晶面ocである。菱形十二面体の結晶面doと八面体の結晶面ocと六面体の結晶面heとが、現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(B−1)は、これらの結晶のいずれの劈開面も、ホイール2の外周面22に対して劈開面が傾斜した状態となるように保持されている。
また、ダイヤモンド単結晶の結晶面において八面体の結晶面ocを構成するミラー指数{1,1,1}面および十二面体の結晶面doを構成するミラー指数{1,1,0}面が、六面体の結晶面heを構成するミラー指数{1,0,0}面より硬度が高い。そのため、図22に示すように、八面体結晶面ocおよび十二面体結晶面doミラー指数{1,1,1}面を、取付溝5doh側の反対側(ホイール2の径方向外側)に取り付けることで、硬度の高い結晶面oc,doを使ってドレッシングすることができる。これによって、菱形十二面体の結晶面doと八面体の結晶面ocと六面体の結晶面heとが、現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(B−1)の磨耗の進行を遅らせ、長寿命のドレッサとすることができる。
菱形十二面体の結晶面doと八面体の結晶面ocとが、現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(B−4)は、八面体の結晶面oc1,oc2を二つの基端部側結晶面として、取付溝5doの谷底面51doab,51dobbに合せて固着する。なお、上部斜面51doau,51dobuには、二つの隣接する十二面体の結晶面doが形成する辺Si1,Si2を夫々合せるものとする。四つの十二面体の結晶面が形成する二つの頂部AP1,AP2は、(図23参照)は、外周面22よりも回転軸線CLに近い位置となるよう構成されている。菱形十二面体の結晶面doと八面体の結晶面ocとが、現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(B−4)は、これらの結晶のいずれの劈開面も、ホイール2の外周面22に対して傾斜した状態となるように保持されている。
なお、菱形十二面体の結晶面doと六面体の結晶面heとが、現れた単結晶ダイヤモンド砥粒(C−1)の取付けは、菱形十二面体単結晶ダイヤモンド砥粒(C)に準じるものであり、説明を省略する。
高い精度と長い寿命とが要求される歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサに利用される。
Claims (6)
- 外周面に向って薄くなるように外周部の両側にテーパ面を備えた円盤状に形成され回転軸線の回りに回転駆動される調質鋼製のホイールと、
前記テーパ面の外周縁部に所定幅で帯状に延在し、複数の小粒径ダイヤモンド砥粒がめっき層で鍍着されたダイヤモンド砥粒層と、
前記ホイールの前記外周面に前記回転軸線と平行に形成され、所定角度を成す溝内両壁面を有する複数の取付溝と、
前記小粒径ダイヤモンド砥粒よりも大きい粒状に形成され、前記所定角度と等しい取付結晶面を有し、前記取付結晶面を前記溝内両壁面に取り付けたとき、前記ホイールの前記外周面と平行になる面が劈開面とならない結晶である多面体単結晶ダイヤモンド砥粒と、を備え、
前記各多面体単結晶ダイヤモンド砥粒は、前記取付結晶面が前記ホイールの前記取付溝の前記溝内両壁面に前記めっき層で鍍着されている歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサ。 - 前記複数の多面体単結晶ダイヤモンド砥粒は、複数の八面体単結晶ダイヤモンド砥粒であり、
前記取付結晶面は、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒における110°の角度を成して稜線で隣接する二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面であり、
前記ホイールは、前記回転軸線の方向に溝筋が延在し、対向する前記溝内両壁面が110°を成す前記取付溝が前記外周面に複数配置され、
前記各取付溝の前記溝内両壁面と、前記各八面体単結晶ダイヤモンド砥粒における前記二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面とは、接着剤で接着され、
前記めっき層は、前記二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面と、前記二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面と互いに対向する二つの頭部側ミラー指数{1,1,1}面とが、交差する頂部を覆って前記八面体単結晶ダイヤモンド砥粒を前記外周面に鍍着する請求項1に記載の歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサ。 - 前記ホイールの前記外周面において、前記複数の八面体単結晶ダイヤモンド砥粒間に、前記小粒径ダイヤモンド砥粒が前記めっき層で鍍着されている請求項2に記載の歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサ。
- 前記二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面と、前記二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面と互いに対向する前記二つの頭部側ミラー指数{1,1,1}面とが、交差する頂部が、前記ホイールの半径方向において前記外周面よりも前記回転軸線側に近い位置に配置されている請求項2または3に記載の歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサ。
- 前記小粒径ダイヤモンド砥粒の粒度は、♯20/30〜♯100/120であり、
前記多面体単結晶ダイヤモンド砥粒の粒度は、♯12/14〜♯60/80である請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサ。 - 外周に向って薄くなるように外周部の両側にテーパ面を備えた円盤状に調質鋼製のホイールを形成するホイール形成工程と、
前記ホイールの回転軸線の方向に沿って溝筋が延在し対向する溝内両壁面が110°の角度を成す取付溝を、前記ホイールの外周面に所定間隔で複数形成する取付溝形成工程と、
前記各取付溝の前記溝内両壁面に、八面体単結晶ダイヤモンド砥粒における110°の角度を成して稜線で隣接する二つの基端側ミラー指数{1,1,1}面において、前記八面体単結晶ダイヤモンド砥粒を接着剤により接着する八面体単結晶ダイヤモンド砥粒接着工程と、
前記ホイールの前記テーパ面における外周縁部に所定幅で帯状に延在する範囲および前記外周面に複数の小粒径ダイヤモンド砥粒を接触させるダイヤモンド砥粒接触工程と、
前記八面体単結晶ダイヤモンド砥粒が接着され前記小粒径ダイヤモンド砥粒が接触された前記外周面、および前記小粒径ダイヤモンド砥粒が接触された前記テーパ面の前記帯状に延在する範囲に、めっきにより形成されるめっき層を形成し、前記小粒径ダイヤモンド砥粒を前記外周面および前記帯状に延在する範囲に鍍着するとともに、前記八面体単結晶ダイヤモンド砥粒を、前記二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面と、前記二つの基端部側ミラー指数{1,1,1}面と互いに対向する二つの頭部側ミラー指数{1,1,1}面とが、交差する頂部を覆って前記外周面に鍍着するめっき工程と、を備えた歯車研削用ねじ状砥石の成形用電着ダイヤモンドドレッサの製造方法。
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