WO2019031174A1

WO2019031174A1 - 超砥粒ホイールおよびマルチ超砥粒ホイール

Info

Publication number: WO2019031174A1
Application number: PCT/JP2018/026963
Authority: WO
Inventors: 義仁山本; 照之熊沢
Original assignee: 株式会社アライドマテリアル
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2019-02-14
Also published as: JP6305613B1; JP2019034348A

Abstract

超砥粒ホイールは、ヤング率が３００ＧＰａ以上の超硬合金で構成される硬質基板と、硬質基板の外周に設けられた環状の超砥粒層とを備える。超砥粒ホイールの回転軸を含み回転軸に平行な面で超砥粒層を切断したときに現れる超砥粒層の断面の形状は線対称であり、断面の工作物に作用する領域において、超砥粒ホイールの外径が最大の第一部分と、第一部分より超砥粒ホイールの外径が小さい第二部分とが設けられ、第一部分が対称軸上に存在し、超砥粒層の断面において超砥粒層の側面に隣接するように曲面部が形成されている。

Description

超砥粒ホイールおよびマルチ超砥粒ホイール

　本発明は、超砥粒ホイールおよびマルチ超砥粒ホイールに関する。本出願は、２０１７年８月１０日に出願した日本特許出願である特願２０１７－１５５３６７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。

　従来、超砥粒ホイールは、たとえば、特開２００１－１０５３３０号公報（特許文献１）、特開平１１－１８８６４１号公報（特許文献２）、特開平１０－１７５１７１号公報（特許文献３）、特開平１０－１７５１７２号公報（特許文献４）、特開２００７－２５３３２６号公報（特許文献５）、特開２０１３－１３６１４３号公報（特許文献６）に開示されている。

特開２００１－１０５３３０号公報特開平１１－１８８６４１号公報特開平１０－１７５１７１号公報特開平１０－１７５１７２号公報特開２００７－２５３３２６号公報特開２０１３－１３６１４３号公報

　本開示の超砥粒ホイールは、ヤング率が３００ＧＰａ以上の硬質基板と、硬質基板の外周に設けられた超砥粒層とを備え、超砥粒ホイールの回転軸を含み回転軸に平行な面で超砥粒層を切断したときに現れる超砥粒層の断面形状は線対称であり、断面の工作物に作用する領域において、超砥粒ホイールの外径が最大の第一部分と、第一部分より超砥粒ホイールの外径が小さい第二部分とが設けられ、第一部分が対称軸上に存在する。

図１Ａは、実施の形態１に従った超砥粒ホイールを備えたマルチ超砥粒ホイールの断面図である。図１Ｂは、図１Ａ中の矢印ＩＢで示す方向から見た超砥粒ホイールの側面図である。図２は、図１Ａ中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。図３は、実施の形態２に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図４は、実施の形態３に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図５は、実施の形態４に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図６は、実施の形態５に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図７は、実施の形態６に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図８は、実施の形態７に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図９は、実施の形態８に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図１０は、実施の形態９に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図１１は、比較例に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図１２は、実施の形態１に従った超砥粒ホイールを備えた実施の形態１０に従ったマルチ超砥粒ホイールの断面図である。図１３は、試料番号１－７の超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図１４は、超砥粒ホイールを用いた工作物の切断方法を示す断面図である。図１５は、工作物の切断面を示す図である。図１６は、図１５中のＸＶＩで囲んだ部分を拡大して示す図である。図１７は、試料番号１１－１７の超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図１８は、試料番号２１－２７の超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図１９は、試料番号３１－３６の超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図２０は、硬質基板の外周面と超砥粒層の内周面との係合形状を示す断面図である。図２１は、実施例の超硬基板を示す断面図である。図２２は、実施例の超硬基板を示す断面図である。図２３は、実施例の超硬基板を示す断面図である。図２４は、実施の形態１１に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図２５は、実施の形態１２に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図２６は、実施の形態１３に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図２７は、実施の形態１４に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図２８は、実施の形態１５に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。

［本開示が解決しようとする課題］
　しかしながら、従来の技術では、工作物を切断した場合に、欠けの少ない切断面を得ることができなかった。

　そこで、この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、欠けの少ない切断面を得ることができる超砥粒ホイールを提供することを目的とするものである。

　［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。

　超砥粒ホイールは、ヤング率が３００ＧＰａ以上の超硬合金で構成される硬質基板と、硬質基板の外周に設けられた環状の超砥粒層とを備えた超砥粒ホイールであって、超砥粒ホイールの回転軸を含み回転軸に平行な面で超砥粒層を切断したときに現れる超砥粒層の断面の形状は線対称であり、断面の工作物に作用する領域において、超砥粒ホイールの外径が最大の第一部分と、第一部分より超砥粒ホイールの外径が小さい第二部分とが設けられ、第一部分が対称軸上に存在し、超砥粒層の断面において超砥粒層の側面に隣接するように曲面部が形成されている。

　好ましくは、超砥粒層の断面形状において第一部分の厚みｔは、超砥粒層の厚みＴの８０％以下であり、残りの厚みＴ－ｔは曲面部の厚みである。この場合には、曲面部の厚みＴ－ｔがＴの２０％を超えるため、曲面部が十分確保される。その結果、曲面部においても工作物を加工することができるため、工作物の欠けを減少させることができる。

　好ましくは、超砥粒層の断面形状において第一部分の厚みｔは、超砥粒層の厚みＴの７０％以下であり、残りの厚みＴ－ｔは曲面部の厚みである。この場合には、曲面部の厚みＴ－ｔがＴの３０％を超えるため、工作物の欠けをより効果的に抑制できる。

　好ましくは、超砥粒層の断面形状において、曲面部は第一の半径の第一曲面部および第一の半径より大きい第二の半径の第二曲面部を有し、第一曲面部と第一部分との距離は、第二曲面部と第一部分との距離よりも小さい。この場合には第一部分の近くに半径の小さい第一曲面部が設けられるため工作物への食いつきが良好となる。その結果、工作物の切断面の欠け（チッピング）を小さくすることができる。

　マルチ超砥粒ホイールは、複数の上記超砥粒ホイールと、複数の超砥粒ホイールの間に設けられるスペーサとを備える。

　超砥粒ホイールは、ヤング率が３００ＧＰａ以上の硬質基板と、硬質基板の外周に設けられた超砥粒層とを備え、超砥粒ホイールの回転軸を含み回転軸に平行な面で超砥粒層を切断したときに現れる超砥粒層の断面形状は線対称であり、断面の工作物に作用する領域において、超砥粒ホイールの外径が最大の第一部分と、第一部分より超砥粒ホイールの外径が小さい第二部分とが設けられ、第一部分が対称軸上に存在する。

　本発明者は、工作物の切断面に欠けが生じるメカニズムについて調べた。超砥粒層の外周面（ラジアル面）が工作物に接触したときに、工作物から横方向（回転軸方向）の力が超砥粒層に加わることがある。硬質基板のヤング率が小さいと硬質基板が撓み、硬質基板が撓んだまま加工が進むため、ワ―クに欠けが生じることが少ないと考えられる。しかしながら、硬質基板のヤング率が３００ＧＰａ以上であれば、硬質基板が撓みにくい。硬質基板が撓みにくい場合には、超砥粒層が工作物と接触した場合に超砥粒層に回転軸方向の力が加わると硬質基板が反発して超砥粒層が工作物を横方向へ押す力が強くなる。その結果、切断面に欠けが生じやすくなる。超砥粒ホイールの回転軸を含み回転軸に平行な面で超砥粒層を切断したときに現れる超砥粒層の断面形状は線対称であり、超砥粒ホイールの外径の最も大きい部分が対称軸上に存在するため、超砥粒ホイールの外径の最も大きい部分がまず工作物に接触する。そのため、超砥粒層に工作物から横方向の力が加わることを防止できる。その結果、硬質基板のヤング率が３００ＧＰａ以上であったとしても工作物の切断面に欠けが生じることを抑制できる。

　超砥粒ホイールの外径はφ５０－２００ｍｍ、超砥粒層の厚み０．２ｍｍ以上で、超砥粒層は、ダイヤモンドおよびＣＢＮの少なくともいずれかを含んでいてもよい。

　硬質基板は、超硬合金またはサーメットのいずれかで構成されてもよい。この場合、硬質基板のヤング率が３００ＧＰａ以上となる。

　超砥粒層の断面形状において第一部分の厚みｔは、超砥粒層の厚みＴの７０％以下であってもよい。

　硬質基板が超砥粒層に埋め込まれており、硬質基板が埋め込まれていない超砥粒層の部分の径方向長さＸに対して、硬質基板が埋め込まれている超砥粒層の部分の径方向長さＤはＸの５％－４０％であってもよい。より好ましくは５％－３５％、最も好ましくは８％－３５％である。

　マルチ超砥粒ホイールは、上記のいずれかの複数の超砥粒ホイールと、複数の超砥粒ホイールの間に設けられるスペーサとを備え、スペーサの比重は、硬質基板の比重より小さい。

　スペーサの外周コーナー部丸みは、Ｒ０．０５ｍｍ以下であってもよい。スペーサの外周コーナー部丸みが小さいほどスペーサと硬質基板との間に切り屑が入らない。

　硬質基板においてスペーサと接触する面の表面粗さ（Ｒｚ　ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１）が５μｍ以下であり、スペーサにおいて硬質基板と接触する面の表面粗さ（Ｒｚ　ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１）が５μｍ以下であってもよい。硬質基板およびスペーサの表面粗さが小さいとスペーサと硬質基板との間に隙間が生じないため、スペーサと硬質基板との間に切り屑が入らない。

　（実施の形態１）
　図１Ａは、実施の形態１に従った超砥粒ホイールを備えたマルチ超砥粒ホイールの断面図である。図１Ｂは、図１Ａ中の矢印ＩＢで示す方向から見た超砥粒ホイールの側面図である。図２は、図１Ａ中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。

　超硬合金製の硬質基板１１を有する切断ホイールとしての超砥粒ホイール１０の外径はφ５０－２００ｍｍであってもよい。円盤状の硬質基板１１の外周に、環状の超砥粒層１２が設けられている。超砥粒層１２の回転軸方向の厚みは０．２ｍｍ以上であってもよい。硬質基板１１の回転軸方向の厚みは０．１５ｍｍ以上であってもよい。超砥粒層１２の先端にＲ形状が設けられている。

　超砥粒層１２は、超砥粒、超砥粒を保持するボンド（フェノール樹脂）、およびフィラー（銅、緑色炭化ケイ素（ＧＣ）、アルミナ）により構成されている。超砥粒の粒度は、各種の粒度を用いることができる。超砥粒を保持するボンド材としては、レジンボンドのみならず、メタルボンド、ロウ材、ニッケルなどを用いてもよい。

　硬質基板１１の材質は超硬合金である。硬質基板１１は、平均粒径が１μｍ未満のＷＣと、１５質量％のＣｏとを含む。硬質基板１１の表面粗さ（Ｒｚ　ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１）は３μｍである。

　各々の超砥粒ホイール１０の間にはスペーサ２０が設けられる。スペーサ２０の材質は、たとえば鋼Ｓ４５Ｃ、またはＳＵＳである。スペーサ２０の表面粗さ（Ｒｚ　ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１）は、たとえば３μｍである。スペーサ２０の角２１はほぼピン角である。角２１のＲは０．０５ｍｍ以下である。角２１のＲが小さいと、角２１と硬質基板１１との間に切り屑が入り込みにくい。さらに、スペーサ２０と硬質基板１１との接触面積が大きくなり、隣り合う超砥粒ホイール１０同士が一体的に回転する。

　工作物の材質は、たとえば磁性材料、セラミックス、ガラス、フェライト等の各種材料である。

　各々の超砥粒ホイール１０には貫通孔が設けられている。その貫通孔にホイールフランジ３０が挿入される。ホイールフランジ３０にはエンドプレート４０が取り付けられる。エンドプレート４０はナット５０により超砥粒ホイール１０へ近づく方向に押される。

　超砥粒ホイール１０の硬質基板１１の軸方向厚みは、超砥粒層１２の軸方向厚みよりも小さい。露出した部分の硬質基板１１の厚みはほぼ一定である。超砥粒ホイール１０およびマルチ超砥粒ホイール１は、溝入れ加工および、切断加工に適している。

　超砥粒層１２は中心線１２ａを中心として線対称形状である。第一部分としての先端部１２０は中心線１２ａ上に位置している。先端部１２０から外側に向かって第二部分としての傾斜面１２１が延びている。超砥粒層１２に接合される硬質基板１１の表面粗さは粗い方が好ましい。硬質基板１１の表面粗さが粗くなることで超砥粒層１２と硬質基板１１との接合面積が増加する。その結果、接合強度が向上する。

　（実施の形態２）
　図３は、実施の形態２に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図３で示すように、実施の形態２に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２において、第一部分としての先端部１２２が平坦形状である点で、実施の形態１に従った超砥粒ホイールと異なる。

　（実施の形態３）
　図４は、実施の形態３に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図４で示すように、実施の形態３に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２において、平坦な第一部分としての先端部１２２の幅が実施の形態２の超砥粒層１２の幅よりも広い。先端部１２２の厚みはｔであり、超砥粒層１２の厚みはＴである。傾斜面１２１が中心線１２ａに対してなす角度はθである。

　（実施の形態４）
　図５は、実施の形態４に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図５で示すように、実施の形態４に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２において、第一部分としての先端部１２２はＲ形状である点で、実施の形態２および３に従った超砥粒ホイールと異なる。超砥粒層１２の外周面が第二部分としての曲面部１２３で形成されている。すなわち、超砥粒ホイール１０は、ヤング率が３００ＧＰａ以上の超硬合金で構成される硬質基板１１と、硬質基板１１の外周に設けられた環状の超砥粒層１２とを備えた超砥粒ホイール１０であって、超砥粒ホイール１０の回転軸を含み回転軸に平行な面で超砥粒層１２を切断したときに現れる超砥粒層１２の断面の形状は線対称であり、断面の工作物に作用する領域において、超砥粒ホイール１０の外径が最大の第一部分としての先端部１２２と、先端部１２２より超砥粒ホイール１０の外径が小さい第二部分としての曲面部１２３とが設けられ、先端部１２２が対称軸としての中心線１２ａ上に存在し、超砥粒層１２の断面において超砥粒層１２の側面１２ｓに隣接するように曲面部１２３が形成されている。

　（実施の形態５）
　図６は、実施の形態５に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図６で示すように、実施の形態５に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では、傾斜面１２１と曲面部１２３が組み合わされて外周面が構成されている点で、実施の形態４に従った超砥粒ホイールと異なる。超砥粒層１２において中心線１２ａから遠い部分に第二部分としての傾斜面１２１が設けられている。中心線１２ａから近い部分に曲面部１２３が設けられる。先端部１２２は平坦である。

　（実施の形態６）
　図７は、実施の形態６に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図７で示すように、実施の形態６に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では、実施の形態６に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２と比較して、先端部１２２の幅が狭くなっている。

　（実施の形態７）
　図８は、実施の形態７に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図８で示すように、実施の形態７に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では、傾斜面１２１と曲面部１２３との組み合わせにおいて超砥粒層１２のラジアル面が形成されている。第二部分としての傾斜面１２１は断面において直線形状である。傾斜面１２１に連続的に曲面部１２３が連なる。曲面部１２３と傾斜面１２１との境界部分において、傾きが連続的に変化してもよい。

　（実施の形態８）
　図９は、実施の形態８に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図９で示すように、実施の形態８に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では、傾斜面１２１と曲面部１２３との組み合わせにおいて超砥粒層１２のラジアル面が形成されており、傾斜面１２１と曲面部１２３との境界部分において傾きが不連続に変化する。

　（実施の形態９）
　図１０は、実施の形態９に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図１０で示すように、実施の形態９に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では、第一部分としての先端部１２２が断面において直線状であり、その先端部１２２に第二部分としての曲面部１２３が連続して設けられている。先端部１２２と曲面部１２３との境界部分において、表面の傾きが不連続に変化している。

　（比較例）
　図１１は、比較例に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。比較例に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では超砥粒層の厚み方向に沿って、超砥粒層１２の厚み方向の一方端から他方端まで平坦な先端部１２２が延びている。

　（実施の形態１０）
　図１２は、実施の形態１に従った超砥粒ホイールを備えた実施の形態１０に従ったマルチ超砥粒ホイールの断面図である。実施の形態１のマルチ超砥粒ホイールでは、片持ち構造であったのに対して、実施の形態１０のマルチ超砥粒ホイール１は両持ち構造である。シャフト３１が複数の超砥粒ホイール１０を貫通するように設けられている。シャフト３１の両側にベアリング（図示せず）が設けられる。

　（実施例）
　（試料番号１－８）
　質量比率でＷＣが９０％、Ｃｏが１０％である超硬合金を直径９４ｍｍ、穴径３０ｍｍ、厚み０．３ｍｍを有するように加工して硬質基板とした。この硬質基板を金型にセットした。結合材としてのフェノール樹脂粉末と、平均粒径１００μｍのダイヤモンド砥粒とを、ダイヤモンドの体積比率が２５％（ダイヤモンド砥粒２５％、フェノール樹脂７５％）になるように混合した。硬質基板がセットされた金型に混合物を充填した後、硬質基板および混合物を加圧し、温度１８０℃で２時間、加熱硬化させて、冷却後に金型から抜き出した。硬質基板の外周面には超砥粒層が形成された。

　次の工程では、平面研削盤を使って超砥粒層の両側面をツルーイング・ドレッシングした。その結果、硬質基板の側面と超砥粒層の側面との逃げは、図１３で示すように片側側面において、０．０５ｍｍ、となった。さらに、次の工程では、プロファイル研削盤を用いて、超砥粒層の先端形状を図１３のように加工して試料番号１－７を作成した。試料番号１－７の外径は１００ｍｍ、超砥粒層の厚みＴは０．４ｍｍ、先端部のｔは０－０．３６ｍｍ、ｒは０．２ｍｍとした。試料番号８は試料番号１－７と同じ外径および組成であり、ｔ＝Ｔであり、図１１の形状である。

　次に、実験により上記試料の評価を行った。試料をスライシングマシンに取り付けて、図１４で示すように工作物１００を構成するガラスを超砥粒層１２で切断加工した。加工条件は、試料である超砥粒ホイールの回転数は毎分３５００回、送り速度は毎分１００ｍｍ、切り込み深さは２ｍｍ、水溶性研削液を供給して切断加工した。

　図１５で示す加工後の工作物１００の切断面１０２におけるチッピングの大きさにより、効果を確認した。チッピングの大きさの測定には測定顕微鏡（オリンパス製等）を用いた。測定方法は、図１６で示すように工作物１００の下面１０１の長さＬが３ｍｍの範囲を３か所任意に選択し、それぞれのチッピングの最大値をそれぞれ測定して、その平均値をチッピングの大きさとした。チッピングの大きさは工作物１００の下面１０１から最大のチッピングの終端までの距離ｈである。結果を表１に示す。

　「チッピング評価」の欄において、試料番号７のチッピングの測定値を基準値とし、チッピングが基準値の１．２倍以下の試料を評価Ａとし、基準値の１．２倍を超え１．５倍以下の試料を評価Ｂとし、基準値の１．５倍を超え２倍以下の試料を評価Ｃとし、基準値の２倍を超える試料を評価Ｄとした。ｔ／Ｔが０．７以下であれば優れたチッピング特性を示すことが分かる。

　（試料番号１１－１８）
　質量比率でＷＣが９０％、Ｃｏが１０％である超硬合金を直径１１９ｍｍ、穴径３０ｍｍ、厚み０．４ｍｍを有するように加工して硬質基板とした。この硬質基板を金型にセットした。結合材としてのフェノール樹脂粉末と、平均粒径１２０μｍのダイヤモンド砥粒とを、ダイヤモンドの体積比率が２０％（ダイヤモンド砥粒２０％、フェノール樹脂８０％）になるように混合した。硬質基板がセットされた金型に混合物を充填した後、硬質基板および混合物を加圧し、温度１８０℃で２時間、加熱硬化させて、冷却後に金型から抜き出した。硬質基板の外周面には超砥粒層が形成された。

　次の工程では、平面研削盤を使って超砥粒層の両側面をツルーイング・ドレッシングした。その結果、硬質基板の側面と超砥粒層の側面との逃げは、図１７で示すように片側側面において、０．０５ｍｍ、となった。さらに、次の工程では、プロファイル研削盤を用いて、超砥粒層の先端形状を図１７のように加工して試料番号１１－１７を作成した。試料番号１１－１７の外径は１２５ｍｍ、超砥粒層の厚みＴは０．５ｍｍ、先端部のｔは０－０．４５ｍｍ、とした。試料番号１８は試料番号１１－１７と同じ外径および組成であり、ｔ＝Ｔであり、図１１の形状である。

　次に、実験により上記試料の評価を行った。試料をスライシングマシンに取り付けて、図１４で示すように工作物１００を構成するガラスを超砥粒層１２で切断加工した。加工条件は、試料である超砥粒ホイールの回転数は毎分３２００回、送り速度は毎分１２０ｍｍ、切り込み深さは３ｍｍ、水溶性研削液を供給して切断加工した。

　図１５で示す加工後の工作物１００の切断面１０２におけるチッピングの大きさにより、効果を確認した。チッピングの大きさの測定には測定顕微鏡（オリンパス製等）を用いた。測定方法は、図１６で示すように工作物１００の下面１０１の長さＬが３ｍｍの範囲を３か所任意に選択し、それぞれのチッピングの最大値をそれぞれ測定して、その平均値をチッピングの大きさとした。チッピングの大きさは工作物１００の下面１０１から最大のチッピングの終端までの距離ｈである。結果を表２に示す。

　「チッピング評価」の欄において、試料番号１７のチッピングの測定値を基準値とし、チッピングの測定値が基準値の１．２倍以下の試料を評価Ａとし、基準値の１．２倍を超え１．５倍以下の試料を評価Ｂとし、基準値の１．５倍を超え２倍以下の試料を評価Ｃとし、基準値の２倍を超える試料を評価Ｄとした。ｔ／Ｔが０．７以下であれば優れたチッピング特性を示すことが分かる。

　（試料番号２１－２８）
　質量比率でＷＣが９０％、Ｃｏが１０％である超硬合金を直径１４４ｍｍ、穴径４０ｍｍ、厚み０．４ｍｍを有するように加工して硬質基板とした。この硬質基板を金型にセットした。結合材としてのブロンズ系のメタルボンド（銅９０質量％－錫１０質量％）と、平均粒径１６０μｍのダイヤモンド砥粒とを、ダイヤモンドの体積比率が２５％（ダイヤモンド砥粒２５％、メタルボンド７５％）になるように混合した。硬質基板がセットされた金型に混合物を充填した後、硬質基板および混合物を加圧し、温度７００℃で１時間、炉で焼結して、冷却後に金型から抜き出した。硬質基板の外周面には超砥粒層が形成された。

　次の工程では、平面研削盤を使って超砥粒層の両側面をツルーイング・ドレッシングした。その結果、硬質基板の側面と超砥粒層の側面との逃げは、片側側面において、図１８で示すように０．０５ｍｍ、となった。さらに、次の工程では、プロファイル研削盤を用いて、超砥粒層の先端形状を図１８のように加工して試料番号２１－２７を作成した。試料番号２１－２７の外径は１５０ｍｍ、超砥粒層の厚みＴは０．５ｍｍ、先端部のｔは０－０．４５ｍｍ、ｒは０．２５ｍｍとした。試料番号２８は試料番号２１－２７と同じ外径および組成であり、ｔ＝Ｔであり、図１１の形状である。

　次に、実験により上記試料の評価を行った。試料をスライシングマシンに取り付けて、図１４で示すように工作物１００を構成するガラスを超砥粒層１２で切断加工した。加工条件は、試料である超砥粒ホイールの回転数は毎分３５００回、送り速度は毎分１３０ｍｍ、切り込み深さは２ｍｍ、水溶性研削液を供給して切断加工した。

　図１５で示す加工後の工作物１００の切断面１０２におけるチッピングの大きさにより、効果を確認した。チッピングの大きさの測定には測定顕微鏡（オリンパス製等）を用いた。測定方法は、図１６で示すように工作物１００の下面１０１の長さＬが３ｍｍの範囲を３か所任意に選択し、それぞれのチッピングの最大値をそれぞれ測定して、その平均値をチッピングの大きさとした。チッピングの大きさは工作物１００の下面１０１から最大のチッピングの終端までの距離ｈである。結果を表３に示す。

　「チッピング評価」の欄において、試料番号３７のチッピングの測定値を基準値とし、基準値の１．２倍以下の試料を評価Ａとし、基準値の１．２倍を超え１．５倍以下の試料を評価Ｂとし、基準値の１．５倍を超え２倍以下の試料を評価Ｃとし、基準値の２倍を超える試料を評価Ｄとした。

　（試料番号３１－３７）
　質量比率でＷＣが８５％、Ｃｏが１５％である超硬合金を直径１００ｍｍ、穴径３０ｍｍ、厚み０．４ｍｍを有するように加工して硬質基板とした。この硬質基板に平均粒径５０μｍのダイヤモンド砥粒をニッケルめっきで固定して超砥粒層を形成した。硬質基板の側面と超砥粒層の側面との逃げは、片側側面において、図１９で示すように０．０５ｍｍ、とした。なお、硬質基板はダイヤモンド砥粒の平均粒径の大きさ分を、完成寸法から補正して小さく加工しておいた。

　次の工程では、平面研削盤を使って超砥粒層の両側面をツルーイング・ドレッシングした。その結果、硬質基板の側面と超砥粒層の側面との逃げは、片側側面において、図１９で示すように０．０５ｍｍ、となった。さらに、次の工程では、プロファイル研削盤を用いて、超砥粒層の先端形状を図１９のようにツルーイング・ドレッシングして試料番号３１－３６を作成した。試料番号３１－３６の外径は１００ｍｍ、超砥粒層の厚みＴは０．５ｍｍ、先端部のｔは０－０．４ｍｍ、とした。試料番号３７は試料番号３１－３６と同じ外径および組成であり、ｔ＝Ｔであり、図１１の形状である。

　次に、実験により上記試料の評価を行った。試料をスライシングマシンに取り付けて、工作物１００としてのアルミナ系セラミックスを、図１４で示すように超砥粒層１２で切断加工した。加工条件は、試料である超砥粒ホイールの回転数は毎分３５００回、送り速度は毎分５０ｍｍ、切り込み深さは２ｍｍ、水溶性研削液を供給して切断加工した。

　図１５で示す加工後の工作物１００の切断面１０２におけるチッピングの大きさにより、効果を確認した。チッピングの大きさの測定には測定顕微鏡（オリンパス製等）を用いた。測定方法は、図１６で示すように工作物１００の下面１０１の長さＬが３ｍｍの範囲を３か所任意に選択し、それぞれのチッピングの最大値をそれぞれ測定して、その平均値をチッピングの大きさとした。チッピングの大きさは工作物１００の下面１０１から最大のチッピングの終端までの距離ｈである。結果を表４に示す。

　「チッピング評価」の欄において、試料番号３６のチッピングの測定値を基準値とし、基準値の１．２倍以下の試料を評価Ａとし、基準値の１．２倍を超え１．５倍以下の試料を評価Ｂとし、基準値の１．５倍を超え２倍以下の試料を評価Ｃとし、基準値の２倍を超える試料を評価Ｄとした。

　図２０は、硬質基板の外周面と超砥粒層の内周面との係合形状を示す断面図である。硬質基板１１が超砥粒層１２に埋め込まれており、硬質基板１１が埋め込まれていない超砥粒層１２の部分の径方向長さＸに対して、硬質基板が埋め込まれている超砥粒層の部分の径方向長さＤがどの程度が好ましいかを調べた。ＤはＸの５％以上であれば、超砥粒層１２と硬質基板１１との接合強度がきわめて高いことが確認できた。Ｘが４０％以下であれば、加工に作用する超砥粒層１２の割合が大きくなり低コスト化できることが分かった。なお、超砥粒層１２に埋め込まれる。

　また、図２１から図２３で示すような硬質基板１１の先端１１ａに超砥粒層１２を係合させてもよいことが分かった。

　（実施の形態１１）
　図２４は、実施の形態１１に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図２４で示すように、実施の形態１１に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では、第一曲面部１２３ａが半径Ｒ１を有し、第二曲面部１２３ｂが半径Ｒ２を有する。半径Ｒ１は半径Ｒ２より小さい。超砥粒層１２は中心線１２ａに対して線対称に設けられる。第一曲面部１２３ａと第二曲面部１２３ｂの接続部では第一曲面部１２３ａが第二曲面部１２３ｂの接線となっており接続部で傾きが連続して変化する。第二曲面部１２３ｂと側面１２ｓとの接続部では第二曲面部１２３ｂが側面１２ｓの接線となっており、接続部で傾きが連続して変化する。第一曲面部１２３ａと先端部１２２との距離は、第二曲面部１２３ｂと先端部１２２との距離よりも小さい。

　（実施の形態１２）
　図２５は、実施の形態１２に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図２５で示すように、実施の形態１２に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では、第一曲面部１２３ａが半径Ｒ３を有し、第二曲面部１２３ｂが半径Ｒ４を有し、第三曲面部１２３ｃが半径Ｒ５を有する。半径Ｒ３は半径Ｒ４より小さい。半径Ｒ４は半径Ｒ５より小さい。超砥粒層１２は中心線１２ａに対して線対称に設けられる。第一曲面部１２３ａと第二曲面部１２３ｂの接続部では第一曲面部１２３ａが第二曲面部１２３ｂの接線となっており接続部で傾きが連続して変化する。第二曲面部１２３ｂと第三曲面部１２３ｃの接続部では第二曲面部１２３ｂが第三曲面部１２３ｃの接線となっており接続部で傾きが連続して変化する。第三曲面部１２３ｃと側面１２ｓとの接続部では第三曲面部１２３ｃが側面１２ｓの接線となっており、接続部で傾きが連続して変化する。第一曲面部１２３ａと先端部１２２との距離は、第二曲面部１２３ｂと先端部１２２との距離よりも小さい。

　（実施の形態１３）
　図２６は、実施の形態１３に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図２６で示すように、実施の形態１３に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では、第一曲面部１２３ａは平坦な先端部１２２に隣接している。第一曲面部１２３ａが半径Ｒ６を有し、第二曲面部１２３ｂが半径Ｒ７を有する。半径Ｒ６は半径Ｒ７より小さい。超砥粒層１２は中心線１２ａに対して線対称に設けられる。第一曲面部１２３ａと第二曲面部１２３ｂの接続部では第一曲面部１２３ａが第二曲面部１２３ｂの接線となっており接続部で傾きが連続して変化する。第二曲面部１２３ｂと側面１２ｓとの接続部では第二曲面部１２３ｂが側面１２ｓの接線となっており、接続部で傾きが連続して変化する。第一曲面部１２３ａと先端部１２２との距離は、第二曲面部１２３ｂと先端部１２２との距離よりも小さい。

　（実施の形態１４）
　図２７は、実施の形態１４に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図２７で示すように、実施の形態１４に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では、傾斜面１２１に連続して曲面部１２３が設けられている。両側の傾斜面１２１のなす角度はθ１である。曲面部１２３が半径Ｒ８を有する。超砥粒層１２は中心線１２ａに対して線対称に設けられる。傾斜面１２１と曲面部１２３の接続部では曲面部１２３が傾斜面１２１の接線となっており接続部で傾きが連続して変化する。曲面部１２３と側面１２ｓとの接続部では曲面部１２３が側面１２ｓの接線となっており、接続部で傾きが連続して変化する。

　（実施の形態１５）
　図２８は、実施の形態１５に従った超砥粒ホイールの超砥粒層の断面図である。図２８で示すように、実施の形態１５に従った超砥粒ホイールの超砥粒層１２では、傾斜面１２１に連続して第一曲面部１２３ａが設けられている。第一曲面部１２３ａに連続して第二曲面部１２３ｂが設けられている。両側の傾斜面１２１のなす角度はθ２である。第一曲面部１２３ａが半径Ｒ９を有する。第二曲面部１２３ｂが半径Ｒ１０を有する。超砥粒層１２は中心線１２ａに対して線対称に設けられる。傾斜面１２１と第一曲面部１２３ａの接続部では第一曲面部１２３ａが傾斜面１２１の接線となっており接続部で傾きが連続して変化する。第二曲面部１２３ｂと側面１２ｓとの接続部では曲面部１２３が側面１２ｓの接線となっており、接続部で傾きが連続して変化する。第一曲面部１２３ａと先端部１２２との距離は、第二曲面部１２３ｂと先端部１２２との距離よりも小さい。

　（実施例）
　（試料番号４１－４７）
　質量比率でＷＣが８５％、Ｃｏが１５％である超硬合金を直径１００ｍｍ、穴径３０ｍｍ、厚み０．４ｍｍを有するように加工して硬質基板１１とした。この硬質基板１１に平均粒径５０μｍのダイヤモンド砥粒をニッケルめっきで固定して超砥粒層１２を形成した。硬質基板１１の側面と超砥粒層１２の側面１２ｓとの逃げは、片側側面において、０．０５ｍｍ、とした。なお、硬質基板１１はダイヤモンド砥粒の平均粒径の大きさ分を、完成寸法から補正して小さく加工しておいた。

　次の工程では、平面研削盤を使って超砥粒層１２の両側面をツルーイング・ドレッシングした。その結果、硬質基板１１の側面と超砥粒層１２の側面１２ｓとの逃げは、片側側面において、０．０５ｍｍ、となった。さらに、次の工程では、プロファイル研削盤を用いて、超砥粒層の先端形状を図２６のようにツルーイング・ドレッシングして試料番号４１－４６を作成した。試料番号４１－４６の外径は１００ｍｍ、超砥粒層の厚みＴは０．６ｍｍ、先端部のｔは０－０．４８ｍｍ、とした。試料番号４７は試料番号４１－４６と同じ外径および組成であり、ｔ＝Ｔであり、図１１の形状である。

　図１５で示す加工後の工作物１００の切断面１０２におけるチッピングの大きさにより、効果を確認した。チッピングの大きさの測定には測定顕微鏡（オリンパス製等）を用いた。測定方法は、図１６で示すように工作物１００の下面１０１の長さＬが３ｍｍの範囲を３か所任意に選択し、それぞれのチッピングの最大値をそれぞれ測定して、その平均値をチッピングの大きさとした。チッピングの大きさは工作物１００の下面１０１から最大のチッピングの終端までの距離ｈである。結果を表５に示す。

　１－（ｔ／Ｔ）が曲面部１２３の割合である。「チッピング評価」の欄において、試料番号４６のチッピングの測定値を基準値とし、基準値の１．２倍以下の試料を評価Ａとし、基準値の１．２倍を超え１．５倍以下の試料を評価Ｂとし、基準値の１．５倍を超え２倍以下の試料を評価Ｃとし、基準値の２倍を超える試料を評価Ｄとした。ｔ／Ｔが０．８以下であれば好ましいチッピング特性を示し、０．７以下であれば優れたチッピング特性を示すことが分かる。

　（試料番号５１と試料番号１７との対比）
　試料番号５１の図２４の超砥粒ホイールと、試料番号１７の図５の超砥粒ホイールとの切断性能とを比較した。

　試料番号５１の図２４の超砥粒ホイールの製造にあたって、質量比率でＷＣが９０％、Ｃｏが１０％である超硬合金を直径１１９ｍｍ、穴径３０ｍｍ、厚み０．４ｍｍを有するように加工して硬質基板とした。この硬質基板を金型にセットした。結合材としてのフェノール樹脂粉末と、平均粒径１２０μｍのダイヤモンド砥粒とを、ダイヤモンドの体積比率が２０％（ダイヤモンド砥粒２０％、フェノール樹脂８０％）になるように混合した。硬質基板がセットされた金型に混合物を充填した後、硬質基板および混合物を加圧し、温度１８０℃で２時間、加熱硬化させて、冷却後に金型から抜き出した。硬質基板の外周面には超砥粒層が形成された。

　次の工程では、平面研削盤を使って超砥粒層の両側面をツルーイング・ドレッシングした。その結果、硬質基板の側面と超砥粒層の側面との逃げは、図１７で示すように片側側面において、０．０５ｍｍ、となった。さらに、次の工程では、プロファイル研削盤を用いて、超砥粒層の先端形状を図２４のように加工して試料番号５１を作成した。試料番号５１の外径は１２５ｍｍ、超砥粒層の厚みＴは０．５ｍｍ、Ｒ１は０．１ｍｍ、Ｒ２は０．３５ｍｍとした。試料番号１７は図５の形状であり、Ｔは０．５ｍｍ、Ｒは０．２５ｍｍであり、試料番号５１と同じ外径および組成である。

　次に、実験により上記試料の評価を行った。試料をスライシングマシンに取り付けて、図１４で示すように工作物１００を構成するガラスを超砥粒層１２で切断加工した。加工条件は、試料である超砥粒ホイールの回転数は毎分３２００回、送り速度は毎分１５０ｍｍ、切り込み深さは３ｍｍ、水溶性研削液を供給して切断加工した。

　図１５で示す加工後の工作物１００の切断面１０２におけるチッピングの大きさにより、効果を確認した。チッピングの大きさの測定には測定顕微鏡（オリンパス製等）を用いた。測定方法は、図１６で示すように工作物１００の下面１０１の長さＬが３ｍｍの範囲を３か所任意に選択し、それぞれのチッピングの最大値をそれぞれ測定して、その平均値をチッピングの大きさとした。チッピングの大きさは工作物１００の下面１０１から最大のチッピングの終端までの距離ｈである。

　試料番号５１の図２４の超砥粒ホイールで切断時に発生したチッピングの大きさは、試料番号１７の図５の超砥粒ホイールで切断時に発生したチッピングの大きさの７０％以下であった。

　試料番号５１では、先端部１２２に設けられる第一曲面部１２３ａの半径を小さくできるので、加工に際して工作物への食いつきが良好である。その結果、送り速度を速くして過酷な条件で加工をした場合にチッピングの大きさを小さくできた。

　（試料番号５２と試料番号２７との対比）
　試料番号５２の図２５の超砥粒ホイールと、試料番号２７の図５の超砥粒ホイールとの切断性能とを比較した。

　試料番号５２の図２５の超砥粒ホイールの製造にあたって、質量比率でＷＣが９０％、Ｃｏが１０％である超硬合金を直径１４４ｍｍ、穴径４０ｍｍ、厚み０．４ｍｍを有するように加工して硬質基板とした。この硬質基板を金型にセットした。結合材としてのブロンズ系のメタルボンド（銅９０質量％－錫１０質量％）と、平均粒径１６０μｍのダイヤモンド砥粒とを、ダイヤモンドの体積比率が２５％（ダイヤモンド砥粒２５％、メタルボンド７５％）になるように混合した。硬質基板がセットされた金型に混合物を充填した後、硬質基板および混合物を加圧し、温度７００℃で１時間、炉で焼結して、冷却後に金型から抜き出した。硬質基板の外周面には超砥粒層が形成された。

　次の工程では、平面研削盤を使って超砥粒層の両側面をツルーイング・ドレッシングした。その結果、硬質基板の側面と超砥粒層の側面との逃げは、片側側面において、図１８で示すように０．０５ｍｍ、となった。さらに、次の工程では、プロファイル研削盤を用いて、超砥粒層の先端形状を図１８のように加工して試料番号５２を作成した。試料番号５２の外径は１５０ｍｍ、超砥粒層の厚みＴは０．５ｍｍ、Ｒ３は０．１ｍｍ、Ｒ３は０．３ｍｍ、Ｒ４は０．４ｍｍとした。試料番号２７は図５の形状であり、Ｔは０．５ｍｍ、Ｒは０．２５ｍｍであり、試料番号５２と同じ外径および組成である。

　次に、実験により上記試料の評価を行った。試料をスライシングマシンに取り付けて、図１４で示すように工作物１００を構成するガラスを超砥粒層１２で切断加工した。加工条件は、試料である超砥粒ホイールの回転数は毎分３５００回、送り速度は毎分１６０ｍｍ、切り込み深さは２ｍｍ、水溶性研削液を供給して切断加工した。

　試料番号５２の図２４の超砥粒ホイールで切断時に発生したチッピングの大きさは、試料番号２７の図５の超砥粒ホイールで切断時に発生したチッピングの大きさの８０％以下であった。

　試料番号５２では、先端部１２２に設けられる第一曲面部１２３ａの半径を小さくできるので、加工に際して工作物への食いつきが良好である。その結果、送り速度を速くして過酷な条件で加工をした場合にチッピングの大きさを小さくできた。

　（試料番号５３と試料番号１７との対比）
　試料番号５３の図２８の超砥粒ホイールと、試料番号１７の図５の超砥粒ホイールとの切断性能とを比較した。

　試料番号５３の図２８の超砥粒ホイールの製造にあたって、質量比率でＷＣが９０％、Ｃｏが１０％である超硬合金を直径１１９ｍｍ、穴径３０ｍｍ、厚み０．４ｍｍを有するように加工して硬質基板とした。この硬質基板を金型にセットした。結合材としてのフェノール樹脂粉末と、平均粒径１２０μｍのダイヤモンド砥粒とを、ダイヤモンドの体積比率が２０％（ダイヤモンド砥粒２０％、フェノール樹脂８０％）になるように混合した。硬質基板がセットされた金型に混合物を充填した後、硬質基板および混合物を加圧し、温度１８０℃で２時間、加熱硬化させて、冷却後に金型から抜き出した。硬質基板の外周面には超砥粒層が形成された。

　次の工程では、平面研削盤を使って超砥粒層の両側面をツルーイング・ドレッシングした。その結果、硬質基板の側面と超砥粒層の側面との逃げは、図１７で示すように片側側面において、０．０５ｍｍ、となった。さらに、次の工程では、プロファイル研削盤を用いて、超砥粒層の先端形状を図２８のように加工して試料番号５３を作成した。試料番号５３の外径は１２５ｍｍ、超砥粒層の厚みＴは０．５ｍｍ、θ２は１２０°、Ｒ９は０．３ｍｍ、Ｒ１０は０．４ｍｍとした。試料番号１７は図５の形状であり、Ｔは０．５ｍｍ、Ｒは０．２５ｍｍであり、試料番号５３と同じ外径および組成である。

　試料番号５３の図２８の超砥粒ホイールで切断時に発生したチッピングの大きさは、試料番号１７の図５の超砥粒ホイールで切断時に発生したチッピングの大きさの６０％以下であった。

　試料番号５３では、先端部１２２がＶ字形状であるため、加工に際して工作物への食いつきが良好である。先端部１２２に設けられる第一曲面部１２３ａの半径を小さく、Ｖ字の曲線部分が第一曲面部１２３ａに滑らかに繋がっているので工作物のチッピングを小さくすることができる。その結果、送り速度を速くして過酷な条件で加工をした場合にチッピングの大きさを小さくできた。

　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。

　１　マルチ超砥粒ホイール、１０　超砥粒ホイール、１１　硬質基板、１１ａ　先端、１２　超砥粒層、１２ａ　中心線、２０　スペーサ、２１　角、３０　ホイールフランジ、３１　シャフト、４０　エンドプレート、５０　ナット、１００　工作物、１０１　下面、１０２　切断面、１２０，１２２　先端部、１２１　傾斜面、１２３　曲面部。

Claims

　ヤング率が３００ＧＰａ以上の超硬合金で構成される硬質基板と、
　前記硬質基板の外周に設けられた環状の超砥粒層とを備えた超砥粒ホイールであって、
　前記超砥粒ホイールの回転軸を含み前記回転軸に平行な面で前記超砥粒層を切断したときに現れる前記超砥粒層の断面の形状は線対称であり、前記断面の工作物に作用する領域において、前記超砥粒ホイールの外径が最大の第一部分と、前記第一部分より前記超砥粒ホイールの外径が小さい第二部分とが設けられ、前記第一部分が対称軸上に存在し、
　前記超砥粒層の前記断面において前記超砥粒層の側面に隣接するように曲面部が形成されている、超砥粒ホイール。
　前記超砥粒層の断面形状において前記第一部分の厚みｔは、前記超砥粒層の厚みＴの８０％以下であり、残りの厚みＴ－ｔは前記曲面部の厚みである、請求項１に記載の超砥粒ホイール。
　前記超砥粒層の断面形状において前記第一部分の厚みｔは、前記超砥粒層の厚みＴの７０％以下であり、残りの厚みＴ－ｔは前記曲面部の厚みである、請求項１または２に記載の超砥粒ホイール。
　前記超砥粒層の断面形状において、前記曲面部は第一の半径の第一曲面部および前記第一の半径より大きい第二の半径の第二曲面部を有し、前記第一曲面部と前記第一部分との距離は、前記第二曲面部と前記第一部分との距離よりも小さい、請求項１から３のいずれか１項に記載の超砥粒ホイール。
　請求項１から４のいずれか１項に記載の複数の前記超砥粒ホイールと、複数の前記超砥粒ホイールの間に設けられるスペーサとを備える、マルチ超砥粒ホイール。