KR20180112032A - 지립 공구 - Google Patents

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KR20180112032A
KR20180112032A KR1020187026768A KR20187026768A KR20180112032A KR 20180112032 A KR20180112032 A KR 20180112032A KR 1020187026768 A KR1020187026768 A KR 1020187026768A KR 20187026768 A KR20187026768 A KR 20187026768A KR 20180112032 A KR20180112032 A KR 20180112032A
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사다테루 나카마츠
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가부시끼가이샤 아라이도 마테리아루
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Abstract

복수의 경질 지립이 결합재에 의해 결합된 지립층을 갖는 지립 공구로서, 복수의 경질 지립의 각각에는, 피가공물과 접촉하는 작용면이 형성되고, 복수의 작용면을 부드럽게 접속하는 가상면의 면적에 대한 복수의 작용면의 합계의 면적의 비율은 5％ 이상 30％ 이하이다.

Description

지립 공구
본 발명은 지립 공구에 관한 것이다. 본 출원은 2016년 2월 22일에 출원한 일본 특허 출원인 제2016-031032호에 기초하는 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허 출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해 본 명세서에 원용된다. 보다 특정적으로는, 복수의 지립이 결합재에 의해 결합된 지립 공구에 관한 것이다.
종래, 예컨대 다이아몬드 로터리 드레서(diamond rotary dresser)는, 「신머시닝·툴 사전」 가부시키가이샤 산교쵸사카이, 1991년 12월 5일자 발행(비특허문헌 1), 일본 특허공개 평성5-269666호 공보(특허문헌 1), 일본 특허공개 평성10-58231호 공보(특허문헌 2), 일본 특허공개 제2000-246636호 공보(특허문헌 3)에 개시되어 있다.
종래의 기어용 다이아몬드 로터리 드레서에서는 사용 조건 등에 따라 수명이 짧아지는 문제가 생기는 경우가 있었다.
그래서, 장수명의 기어용 다이아몬드 로터리 드레서를 제공하는 것이, 국제공개 제2007/000831호 공보(특허문헌 4)에 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성5-269666호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평성10-58231호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2000-246636호 공보 특허문헌 4: 국제 공개 제2007/000831호 공보
비특허문헌 1: 「신머시닝·툴 사전」 651-654 페이지, 가부시키가이샤 산교쵸사카이, 1991년 12월 5일자 발행
본 발명의 일 양태에 따른 지립 공구는, 복수의 경질 지립이 결합재에 의해 결합된 지립층을 갖는 지립 공구로서, 복수의 경질 지립의 각각에는, 피가공물과 접촉하는 작용면이 형성되고, 복수의 작용면을 부드럽게 접속하는 가상면의 면적에 대한 복수의 작용면의 합계의 면적의 비율은 5％ 이상 30％ 이하이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 지립 공구로서의 기어용 다이아몬드 로터리 드레서의 정면도이다.
도 2는 도 1 중 화살표(II)로 나타내는 방향에서 본 기어용 다이아몬드 로터리 드레서의 좌측면도이다.
도 3은 도 1 중 III-III선을 따르는 단면도이다.
도 4는 지립층의 구조를 나타내는 단면도이다.
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
종래의 로터리 드레서에서는, 절삭성이나 수명의 편차가 커지는 경우가 있어, 생산 로트(production lot)에 따라 조기에 절삭성이 나빠져 지석에 형상 전사를 정확하게 행할 수 없거나, 수명이 짧아지는 등의 문제가 발생하는 경우가 있었다. 특허문헌 4의 다이아몬드 로터리 드레서라도, 절삭성이나 수명의 편차가 발생할 우려가 있었다.
그래서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 장수명이며, 양호한 절삭성을 나타내는 다이아몬드 로터리 드레서 등의 지립 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[본 개시의 효과]
본 발명에 따르면, 장수명이며, 절삭성이나 수명의 편차가 적어 안정된 성능을 갖는 다이아몬드 로터리 드레서 등의 지립 공구를 제공할 수 있다.
[본 발명의 실시형태의 설명]
먼저 본 발명의 실시양태가, 열거되고 설명될 것이다.
지립 공구는, 복수의 경질 지립이 결합재에 의해 결합된 지립층을 갖는 지립 공구로서, 복수의 경질 지립의 각각에는, 피가공물과 접촉하는 작용면이 형성되고, 복수의 작용면을 부드럽게 접속하는 가상면의 면적에 대한 복수의 작용면의 합계의 면적의 비율은 5％ 이상 30％ 이하이다.
또한, 지립층 표면의 가상면의 단위 면적당에 존재하는 각 경질 지립의 작용면의 면적(경질 지립의 작용면의 합계의 면적/가상면의 면적)의 산출은, 현미경을 사용하여, 지립층 표면의 법선 방향으로부터 광을 조사하여, 작용면 이외로부터의 산란광을 제거하고, 지립층 표면의 작용면으로부터의 반사 화상만을 해석하여 추출함으로써, 면적비를 산출하는 방법으로 행한다.
면적 비율의 측정을 구체적으로 행하기 위해서는, 가상면의 임의의 3부분에 있어서 2 ㎜×2 ㎜의 시야로 관찰하여, 작용면의 면적을 상기 방법으로 측정함으로써, 「작용면의 합계값/가상면의 합계값」을 면적 비율로 한다.
이와 같이 구성된 지립 공구에서는, 가공 시에 작용하는 지립 면적이 알맞게 제어되기 때문에, 절삭성의 편차가 적어, 수명도 안정적으로 늘일 수 있다. 상기 비율이 5％ 미만이면, 가공에 작용하는 작용면의 면적이 지나치게 작기 때문에, 지립 공구의 수명이 줄어든다. 상기 비율이 30％를 넘으면 작용면의 면적이 지나치게 커서, 절삭성이 악화한다.
바람직하게는, 지립 공구에 사용하는 복수의 경질 지립의 입경이 최대 직경의 지립과 최소 직경의 지립의 입경의 비(최대 직경/최소 직경)는 1.2 이상 10 이하이다. 상기 비율이 1.2 이상이면 경질 지립의 입경을 크게 유지할 수 있기 때문에, 양호한 절삭성을 유지할 수 있다. 상기 비율이 10 이하이면, 지립 분포의 편차를 작게 유지할 수 있다. 그 결과, 공구의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 입경의 측정 방법의 예로서, 지립 공구로부터 경질 지립을 제거하여, 경질 지립의 화상 데이터를 특정하는 방법이 있고, 경질 지립의 원상당 직경(equivalent circle diameter)을 입경으로 한다. 경질 지립의 최대 직경 및 최소 직경은, 이하와 같이 측정된다.
먼저, 지립 공구를 반으로 절단하고, 한쪽의 지립 공구의 지립층을 용해하여 경질 지립을 취출한다. 이 취출한 경질 지립 중, 질량 비율로 20％의 경질 지립을 무작위로 추출한다. 이 추출한 경질 지립을, 광학 현미경을 사용하여 경질 지립의 화상의 전자 데이터를 작성한다. 이 화상 데이터를 바탕으로, 건식 입자상 분석 장치에 의해 경질 지립의 원상당 직경을 측정하고, 이 원상당 직경의 직경을 입경으로서 측정한다. 여기서, 원상당 직경이란 경질 지립의 화상을 바탕으로 건식 입자상 분석 장치로 측정하여 해석된 경질 지립의 직경으로, 원이 아닌 변형된 형상의 각 지립의 화상의 면적을 바탕으로, 동일한 면적의 원으로 한 경우의 그 원의 직경이 원상당 직경이고, 이것을 입경으로 한다. 측정한 입경의 데이터 중 최대 직경(DMAX)과 최소 직경(DMIN)을 산출하여, DMAX/DMIN을 최대 직경/최소 직경으로 한다.
이와 같이 지립층에 존재하는 경질 지립의 입경을 균일하게 맞추는 것이 아니라 어느 정도의 범위 내에서 편차를 갖게 함으로써, 개개의 경질 지립의 마모의 속도나 상태를 다르게 할 수 있기 때문에, 지립층 전체에서 보면 절삭성을 장시간 안정시킬 수 있다.
바람직하게는, 복수의 경질 지립은, 지립층에 50∼1500개/㎠의 밀도로 분포한다. 분포 밀도의 측정은, 이하와 같이 행한다. 지립층의 표면을 현미경으로 관찰한다. 관찰하는 시야의 크기는, 시야 내에 20∼50개의 경질 지립이 보이도록 배율을 설정하고, 임의의 3부분에 대해서 경질 지립의 개수를 센다. 그리고, 시야의 크기와 경질 지립의 개수를 바탕으로 경질 지립 분포의 밀도를 산출한다.
바람직하게는, 복수의 경질 지립의 비커스 경도(Hv)는, 1000 이상 16000 이하이다.
이러한 비커스 경도의 경질 지립의 대표적인 예로서, 다이아몬드, 입방정 질화 붕소(cBN), SiC, Al203 등을 들 수 있다. 경질 지립은, 단결정 및 다결정 중 어느 것이어도 좋다.
바람직하게는, 복수의 경질 지립의 입도는, JIS B 4130(1998)의 「표 1 입도의 종류 및 표시」의 「1: 좁은 범위(narrow range)」에 규정된 입도로 91 이상 1001 이하이다. 구체적으로는, 이하의 표 1에 기재된 것이다.
Figure pct00001
이 입도의 측정 방법은, 경질 지립의 최대 직경, 최소 직경의 측정 방법과 마찬가지로, 먼저 지립 공구를 반으로 절단하고, 한쪽의 지립 공구의 지립층을 용해하여 경질 지립을 취출한다. 그리고, 이 취출한 지립을, JIS B 4130(1998)의 규정에 기초하여 측정한다.
바람직하게는, 지립층은 단층이다.
바람직하게는, 결합재는 니켈 도금이다.
바람직하게는, 지립 공구는 로터리 드레서이다.
바람직하게는, 로터리 드레서는 디스크 드레서이다.
바람직하게는, 기어 가공용 지석의 트루잉(truing) 또는 드레싱 또는 그 양방에 사용된다.
[본 발명의 실시형태의 상세]
이하에 나타내는 지립 공구는, 공작물에 접촉하는 지립을 최적의 상태로 제어함으로써, 안정된 절삭성이나 장수명을 실현할 수 있는 지립 공구이다. 즉, 가공 시에 작용하는 지립의 면적, 지립의 입경, 입도 분포, 지립의 분포 밀도를 최적의 상태로 제어한 지립 공구이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 지립 공구로서의 기어용 다이아몬드 로터리 드레서의 정면도이다. 도 1을 참조하면, 실시형태에 따른 기어용 다이아몬드 로터리 드레서(101)는 원판 형상의 코어(core: 臺金)(105)을 가지고, 그 코어(105)의 외주에, 원주 방향으로 연장되도록 다이아몬드층으로서의 지립층(123)이 마련된다. 지립층(123)은 니켈 도금층에 의해 구성되는 결합재(103)와, 결합재(103)로부터 노출되는 다이아몬드에 의해 구성되는 경질 지립(102)에 의해 구성된다. 도 1에서 나타내는 정면도에는 가공물에 작용하는 면(112)이 나타나 있고, 면(112)과 반대측에도 도 1에서는 나타나 있지 않은 별도의 면이 마련된다. 도 1에서는, 지립층(123)의 반경 방향의 폭은 일정하지만, 반드시 폭을 일정하게 할 필요는 없고, 필요에 따라 폭이 넓은 곳과 좁은 곳을 마련하여도 좋다.
도 2는 도 1 중 화살표(II)로 나타내는 방향에서 본 기어용 다이아몬드 로터리 드레서의 좌측면도이다. 도 2를 참조하여, 지립층(123)의 상단부 및 하단부는 「V」자형이며, 2개의 면(111, 112)이 서로 테이퍼 형상으로 미리 정해진 각도를 이루도록 구성된다.
도 3은 도 1 중 III-III선을 따른 단면도이다. 도 3을 참조하면, 테이퍼 형상의 면(111, 112)은, 경질 지립(102)과 결합재(103)에 의해 구성되는 지립층(123)으로 구성된다. 지립층(123)은 코어(105)에 고착된다.
도 4는 지립층의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 지립 공구로서의 기어용 다이아몬드 로터리 드레서(101)는, 지립층(123)을 갖는다. 지립층(123)은 코어(105) 위에 형성된다. 지립층(123)은, 복수의 경질 지립(102)과, 다이아몬드 지립을 유지하기 위한 결합재(103)를 갖는다. 결합재(103)는 단층의 니켈 도금에 의해 구성된다. 복수의 경질 지립(102)이 결합재(103)에 의해 결합된다. 복수의 경질 지립(102)의 각각에는, 피가공물과 접촉하는 작용면(119)이 형성된다. 복수의 작용면(119)을 부드럽게 접속하는 가상면(110)의 면적에 대한 복수의 작용면(119)의 합계의 면적의 비율은 5％ 이상 30％ 이하이다. 이 비율이 5％ 이상 30％ 이하이기 때문에, 양호한 절삭성을 가지고, 장수명의 기어용 다이아몬드 로터리 드레서(101)를 제공할 수 있다.
복수의 경질 지립(102)의 최대 직경과 최소 직경의 비(최대 직경/최소 직경)는 1.2 이상 10 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 경질 지립(102)은 작용면(119)을 갖는 것에 한정된다. 도 4에서는 작용면을 갖지 않는 경질 지립(102)도 존재하지만, 그 경질 지립(102)의 입도는 고려하지 않는다. 이 범위이면, 초지립 휠(superabrasive wheel)의 성능 중, 절삭성 및 수명이 매우 양호해진다.
복수의 경질 지립(102)은 지립층(123)에 50∼1500개/㎠의 밀도로 분포하는 것이 바람직하다. 경질 지립(102)은 작용면(119)을 갖는 것에 한정된다. 이 범위이면, 초지립 휠의 성능 중, 절삭성 및 수명 중 적어도 한쪽이 매우 양호해진다.
복수의 경질 지립(102)의 비커스 경도(Hv)는 1000 이상 16000 이하인 것이 바람직하다. 이러한 경도의 경질 지립으로 함으로써, 휠의 절삭성이나 수명을 향상시킬 수 있다.
경질 지립(102)의 입경은 91 이상 1001 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 비교적 큰 입경의 경질 지립을 갖는 휠로서는, 절삭성이나 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 현저하게 나타난다. 작용면(119)은, 경질 지립(102)의 표면을 연삭 또는 연마[경질 지립(102)의 높이를 맞추는 것]함으로써 얻어진다. 복수의 작용면(119)의 최대 면적과 최소 면적의 비(최대 면적/최소 면적)는 1.5 이상 10 이하인 것이 바람직하다.
(실시예)
(각 샘플의 설명)
표 2 내지 표 4에 나타나는, 여러 가지 휠을 작성하였다. 휠의 형상 및 사이즈는 모든 휠에서 같다. 휠의 형상은, 도 1, 도 2에 나타내는 형상이며, 직경은 φ110 ㎜이다. 지립층의 구조가 각각의 샘플에서 상이하다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
표 2 내지 표 4에 있어서의 「작용면의 면적 비율」이란, 복수의 작용면(119)을 부드럽게 접속하는 가상면(110)의 면적에 대한 복수의 작용면(119)의 합계의 면적의 비율(％)이다.
표 2 내지 표 4에 있어서의 「지립경 최대/최소비」란, 복수의 경질 지립(102)[작용면(119)을 갖는 것에 한함]의 최대 직경과 최소 직경의 비(최대 직경/최소 직경)를 의미한다.
표 2 내지 표 4에 있어서의 「지립 분포 밀도」란, 복수의 경질 지립(102)[작용면(119)을 갖는 것에 한함]의 분포 밀도(개/㎠)를 의미한다.
(실시예의 초지립 휠 제작 시의 각 수치의 제어 방법)
표 2 내지 표 4에 기재한 여러 가지 휠의 작성에 있어서, 경질 지립의 표면을 연삭 또는 연마하는 시간이나 횟수를 조정함으로써 작용면의 크기를 제어하여, 작용면의 면적 비율을 제어하였다. 지립경의 최대 직경/최소 직경의 값은, 이 값을 크게 하는 경우는, 평균 입경이 상이한 복수의 경질 지립을 적절하게 혼합한 지립을 이용함으로써 제어하고, 이 값을 작게 하는 경우는, 사용하는 지립을 체질(sieving)하여 입도 분포의 폭을 보다 좁게 함으로써 제어하였다. 지립 분포 밀도는, 하나의 휠에 사용하는 지립의 양을 조정함으로써 제어하였다.
이와 같이 하여 제작한 여러 가지 휠의, 작용면의 면적 비율, 지립경의 최대 직경/최소비, 지립 분포 밀도의 값을 표 2 내지 표 4에 나타낸다.
이들 기어용 다이아몬드 로터리 드레서를 이용하여, 기어 가공용 지석의 트루잉·드레싱을 행하였다.
드레싱 조건을 이하에 나타낸다.
드레싱의 대상: 기어 연삭용 지석(재질: A 지석)
드레싱 조건
지석 회전수: 60-80 rpm
로터리 드레서 회전수: 3000 rpm
절입량: 20 ㎛/pass(조가공 시)
절입량: 10 ㎛/pass(마무리 가공 시)
최초의 드레싱이 조가공이며, 그 후의 드레싱이 마무리 가공이다.
드레싱의 결과를 이하의 기준으로 평가하였다.
비교예 2의 휠의 절삭성·수명을 기준으로 하여, 본 발명의 휠의 성능을 평가하였다. 평가 기준은, 비교예 2의 부하 전류값 및 수명을 1.0으로 하여, 이하와 같이 A, B, C의 3단계로 평가하였다.
(절삭성 평가)
드레싱 장치의 드레서 구동축의 부하 전류값으로부터, 절삭성의 양부를 판단하였다.
A: 부하 전류값이 0.6 미만이며, 매우 안정된 드레싱이 가능하였다.
B: 부하 전류값이 0.6 이상 0.8 미만이며, 안정된 드레싱이 가능하였다.
C: 부하 전류값이 0.8 이상이며, 안정된 드레싱이 곤란하였다.
(수명 평가)
드레싱한 지석으로 가공한 공작물의 정밀도를 드레싱 정밀도로 하여, 드레싱 정밀도가 악화된 시점에서 드레서의 수명으로 판단하였다.
A: 드레싱 정밀도가 거의 변화하지 않고, 수명이 2 이상이었다.
B: 드레싱 정밀도가 서서히 악화되어, 그에 따라 공작물에 그을음이 약간 보였지만, 수명이 1.2 이상 2 미만이었다.
C: 드레싱 정밀도가 나빠, 공작물에 그을음이 보이고, 수명이 1.2 미만이었다.
표 2 내지 표 4로부터 분명한 바와 같이, 본 발명 1-19에서는, 절삭성 및 수명의 평가에 있어서, C의 평가가 첨부되지 않아, 양호한 특성을 나타내는 것이 확인되었다. 이에 대하여, 비교예 1-10에서는, 절삭성 및 수명 중 어느 하나의 평가에 있어서 C의 평가가 첨부되어 있어, 성능이 낮은 것이 확인되었다. 표 2에서 나타내는 바와 같이, 본 발명품 중 작용면의 면적 비율이 6∼25％이면 절삭성 및 수명의 평가가 A가 되기 때문에 특히 바람직한 것을 알 수 있었다.
표 3에서 나타내는 바와 같이, 본 발명품 중 지립경의 최대/최소비는, 1.2∼10이면 절삭성 및 수명의 평가가 A가 되기 때문에 특히 바람직한 것을 알 수 있었다.
표 4에서 나타내는 바와 같이, 본 발명품 중 지립 분포의 밀도는, 100∼600개/㎠이면 절삭성 및 수명의 평가가 A가 되기 때문에 특히 바람직한 것을 알 수 있었다.
본 발명은 지립 공구, 예컨대 공작물을 총체적 형상(總形)으로 연삭 가공하는 데 이용하는 초지립 연삭 휠 및 지석을 드레싱하는 데 이용하는 다이아몬드 로터리 드레서 등의 지립 공구의 분야에서 이용할 수 있다. 특히, 기어 가공용 지석을 트루잉, 또는 트루잉 및 드레싱하는 데 이용하는, 기어용 다이아몬드 로터리 드레서에 관한 것이다.
이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기 실시형태가 아니라 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
101: 기어용 다이아몬드 로터리 드레서, 102: 경질 지립, 103: 결합재, 105: 코어, 110: 가상면, 119: 작용면, 123: 지립층.

Claims (10)

  1. 복수의 경질 지립이 결합재에 의해 결합된 지립층을 갖는 지립 공구로서,
    복수의 상기 경질 지립의 각각에는, 피가공물과 접촉하는 작용면이 형성되고,
    복수의 상기 작용면을 부드럽게 접속하는 가상면의 면적에 대한 복수의 상기 작용면의 합계의 면적의 비율은 5％ 이상 30％ 이하인 것인, 지립 공구.
  2. 제 1항에 있어서,
    복수의 상기 경질 지립의 최대 직경과 최소 직경의 비(최대 직경/최소 직경)는 1.2 이상 10 이하인 것인, 지립 공구.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    복수의 상기 경질 지립은 상기 지립층에 50∼1500 개/㎠의 밀도로 분포하는 것인, 지립 공구.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 경질 지립의 비커스 경도(Hv)는 1000 이상 16000 이하인 것인, 지립 공구.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 경질 지립의 입도는 91 이상 1001 이하인 것인, 지립 공구.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지립층은 단층인 것인, 지립 공구.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합재는 니켈 도금인 것인, 지립 공구.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지립 공구는 로터리 드레서인 것인, 지립 공구.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 로터리 드레서는 디스크 드레서인 것인, 지립 공구.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    기어 가공용 지석의 트루잉(truing) 또는 드레싱에 사용되는 것인, 지립 공구.
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