WO2023190008A1 - ロータリードレッサおよびその製造方法 - Google Patents

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superabrasive grains
rotary dresser
grains
grain
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文也 末光
龍治 中山
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株式会社アライドマテリアル
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    • B24B53/06Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces of profiled abrasive wheels
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    • B24D5/00Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor

Definitions

  • the present disclosure relates to a rotary dresser.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-052113, which is a Japanese patent application filed on March 28, 2022. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 There is a device described in International Publication No. 2017/145491 (Patent Document 1) that lengthens the life of a rotary dresser and reduces variations in cutting quality and life.
  • the rotary dresser of the present disclosure is a rotary dresser having a base metal and a superabrasive grain layer in which superabrasive grains are bonded in one layer by a metal bonding material, wherein the superabrasive grains have a first average grain size.
  • the superabrasive grain is A working surface is formed on the multiple superabrasive grains exposed on the surface of the grain layer, and in the region where the concentration of superabrasive grains is highest, the area of the multiple working surfaces is calculated based on the area of the virtual surface that gently connects the working surfaces.
  • the total area ratio is 30% or more and 60% or less.
  • FIG. 1 is a photograph of a diamond rotary dresser 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a photograph of grooves 102 provided in superabrasive layer 101 of diamond rotary dresser 100 in the embodiment.
  • FIG. 3 is a photograph of the superabrasive layer 101 including the grooves 102, shown to explain the method of measuring the active area.
  • FIG. 4 is a photograph of the superabrasive layer 101 before being trimmed to include the grooves 102, shown to explain the method of measuring the active area.
  • FIG. 5 is a photograph showing the surface of the groove 102 after being trimmed to explain the method of measuring the active area.
  • FIG. 1 is a photograph of a diamond rotary dresser 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a photograph of grooves 102 provided in superabrasive layer 101 of diamond rotary dresser 100 in the embodiment.
  • FIG. 3 is a photograph of the superabrasive layer 101 including the grooves 102, shown
  • FIG. 6 is a graph showing the height (horizontal axis) and frequency (vertical axis) of each working surface 205 from the measurement starting point, obtained from a photograph of the flattened groove 102.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of the superabrasive layer 101 along the direction from the center to the outer circumference of the diamond rotary dresser 100.
  • FIG. 8 is a graph showing the grain size and frequency of the superabrasive grains 204 forming the grooves 102 whose area ratios were measured.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a method of grinding superabrasive grains 204 to form working surface 205.
  • a rotary dresser shapes the shape of the grinding surface of a grindstone (truing or dressing), and one typical example is a disc-shaped one used for truing or dressing a grindstone for gear processing.
  • working surfaces are formed on a plurality of abrasive grains, and the total area ratio of the working surfaces of the plurality of abrasive grains to the area of a virtual surface that smoothly connects these working surfaces is 5 to 30%. This has the effect of extending the life of the rotary dresser and reducing variations in cutting quality and life.
  • the rotary dresser with the above configuration can achieve the above effects as a disc-shaped rotary dresser for gears, even if the above characteristics are applied to a full-sized rotary dresser, etc., there still remains the problem that the life is short.
  • the working area of the diamond must be increased, and in order to do this, the amount of processing required to form the working surface of the diamond must be increased, and the abrasive grains can be densely packed by packing fine grains between the coarse grains. It is possible to do so.
  • the present disclosure relates to a rotary dresser having the following characteristics.
  • a rotary dresser having a superabrasive grain layer in which superabrasive grains are combined into one layer by a metal bonding material on a base metal, the superabrasive grains having first superabrasive grains having a first average grain size, It has second superabrasive grains having a second average grain size smaller than the first average grain diameter, and out of the first superabrasive grains and the second superabrasive grains, the superabrasive grains are present on the surface of the superabrasive grain layer.
  • a working surface is formed on the plurality of superabrasive grains, and in the region where the concentration of superabrasive grains is highest, the total area ratio of the plurality of working surfaces to the area of the virtual surface that gently connects the working surfaces is 30 to 60. %.
  • the total area ratio is less than 30%, the working surface will be too small and the life will be shortened. If the total area ratio exceeds 60%, there are too many working surfaces and the sharpness deteriorates.
  • the ratio of the total area of the multiple working surfaces to the area of the virtual surface can be increased to 30 to 60%. This also improves the lifespan of the rotary dresser.
  • Diamonds work during processing, so increasing the number of diamonds will improve the lifespan.
  • the degree of concentration greatly affects performance such as cutting quality, but in the case of rotary dressers, the area of action of the diamond part that acts has a large impact on performance, especially when the average grain size is about 300 to 800 ⁇ m. Since this type of abrasive grain is often used, the impact on performance is noticeable.
  • the working area ratio of the superabrasive grains is high, the cutting quality as a dresser is good and the life is also improved.
  • the second average particle size is 30% or more and 80% or less of the first average particle size. If the average grain size of the second superabrasive grains is 30 to 80% of the average grain size of the first superabrasive grains, the second superabrasive grains can easily enter between the first superabrasive grains. The density becomes higher, making it easier to increase the action area ratio of abrasive grains.
  • the crystal plane of the diamond is clearly visible, so the crystal plane is nearly parallel to the bonding surface of the base metal.
  • the superabrasive grains are tightly bonded in a stable manner, and even if the amount of grinding required to form the working surface on the superabrasive grains is small, the working area ratio can be increased. As a result, the working surface can be easily formed, and the superabrasive grain layer becomes thicker, so that the life of the superabrasive grain layer is also improved.
  • the ratio of the maximum grain size and the minimum grain size of the first superabrasive grains and the second superabrasive grains is preferable.
  • the minimum particle size D3) is 1.3 to 4.
  • the first average particle size is 300 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less.
  • the grain size of the abrasive grains on the whetstone ranges from 100 ⁇ m to 200 ⁇ m, and the dressing performance of the rotary dresser requires that the abrasive grain size of the rotary dresser is not larger than the grain size of the abrasive grains of the whetstone.
  • the thickness is set to 300 ⁇ m or more.
  • the total shape of the superabrasive grain layer of a rotary dresser has an R of up to about 400 ⁇ m, and in order to accommodate this shape, the average grain size of the first abrasive grains is preferably 800 ⁇ m or less.
  • the superabrasive is synthetic diamond.
  • the average value of the distance between each of the first superabrasive grains and the base metal is the same as the distance between each of the second superabrasive grains and the base metal. Less than the average distance to gold.
  • Step (1) is a step in which an inverted mold with a predetermined shape formed on the inner surface of the mold is manufactured, and superabrasive grains are attached to the inner surface of this mold using a plating method.
  • Step (2) is a step in which overlay plating is further performed to embed the superabrasive grains in the plating metal and completely fix them.
  • Step (3) is a step of setting the core metal in the center of the inverted mold and joining the superabrasive grains and the core metal.
  • Step (4) is a step of removing the outer inverted mold. As described above, it is manufactured by the reversal method (or reversal plating method).
  • both the first superabrasive grains and the second superabrasive grains will be present on the surface side of the abrasive grain layer of the rotary dresser. It becomes easier to increase the total area ratio of the working surfaces formed on the superabrasive grains, and the life span is also improved. Further, when dressing with the rotary dresser of the present disclosure, the second superabrasive grains with a small average particle size can also be effectively used for dressing, so even if the total number of superabrasive grains is small, multiple superabrasive grains can be used. It becomes possible to increase the total area ratio of the working surfaces formed on the abrasive grains.
  • the distances from the bottom ends of the first superabrasive grains and the second superabrasive grains to the base metal vary randomly depending on the respective superabrasive grains and are not uniform.
  • This core metal may or may not be a base metal. If the core metal is not the base metal, the device further includes a configuration for joining the core metal and the base metal.
  • FIG. 1 is a photograph of a diamond rotary dresser 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the diamond rotary dresser 100 includes a base metal 103 and a superabrasive grain layer provided on the surface of the base metal 103.
  • the base metal 103 is made of stainless steel, for example.
  • the base metal 103 has a cylindrical shape, and the superabrasive grain layer 101 is provided on the outer peripheral surface of the base metal 103.
  • diamond as a superabrasive grain is fixed.
  • CBN cubic boron nitride
  • diamond and cubic boron nitride may be mixed.
  • a groove 102 extending in the circumferential direction is formed in the superabrasive layer 101. This groove 102 is formed along the shape of the workpiece.
  • Such a diamond rotary dresser 100 is for dressing a so-called full-form grindstone.
  • FIG. 2 is a photograph of the grooves 102 provided in the superabrasive layer 101 of the diamond rotary dresser 100 in the embodiment.
  • the working surface 205 of the superabrasive grain 204 is exposed.
  • the working surface 205 is a surface that contacts and dresses a mating material (grindstone).
  • the superabrasive grains 204 are held by the plating layer 203.
  • the two-digit numbers in FIG. 2 are numbers for identifying each superabrasive grain 204.
  • the concentration of superabrasive grains 204 is highest.
  • the action is performed in regions divided in the axial direction (direction perpendicular to the circumferential direction) in the superabrasive grain layer 101 so that the length in the circumferential direction is 10 mm or more and the number of abrasive grains is 50 or more.
  • select the location with the highest concentration select the location with the highest concentration.
  • the area ratio of the working surface 205 in such superabrasive grains 204 is measured by the following method.
  • Measuring device Keyence VR5000.
  • the measurement principle is "light cutting method.”
  • the analysis procedure is (1) three-dimensional measurement.
  • FIG. 3 is a photograph of the superabrasive layer 101 including the grooves 102, shown to explain the method of measuring the active area. As shown in FIG. 3, the focus is set at the deepest part of the groove 102, and the superabrasive grain layer including the groove 102 is photographed.
  • the X direction is the direction across the groove 102.
  • the Y direction is a circumferential direction along the direction in which the groove 102 extends.
  • the height of the superabrasive layer 101 along the X and Y directions is shown in FIG.
  • FIG. 4 is a photograph of the superabrasive layer 101 before being trimmed to include the grooves 102, shown to explain the method of measuring the active area. Three locations with the highest concentration (areas where the concentration of abrasive grains is visually observed) are selected and used as measurement locations. Trim to include this part.
  • the size of the measurement range is such that the length in the Y direction is 10 mm or more, and approximately 50 to 200 abrasive grains can be accommodated.
  • FIG. 5 is a photograph showing the surface of the groove 102 after being trimmed to explain the method for measuring the active area.
  • trimming is performed by setting a trimming area 105 so that only the groove 102 is visible.
  • Plane correction includes waviness correction and quadratic curve correction.
  • the photograph of the groove 102 which was a curved surface, can be replaced with a photograph of a flat surface.
  • FIG. 6 is a graph showing the height (horizontal axis) and frequency (vertical axis) of each working surface 205 from the measurement starting point, obtained from a photograph of the flattened groove 102. There are variations in the height of the working surface 205 (diamond top) of each superabrasive grain 204 from the measurement starting point. The height with the highest frequency is set as the reference height. In FIG. 6, 1.320 mm is the reference height. A height 0.02 mm lower than this height is set as a threshold value.
  • the lower limit value for noise removal is set to [0.01 mm 2 ], and areas smaller than this are removed from the total area.
  • the total area of the working surface 205 and the area ratio (55.2%) of the working surface 205 to the area of the trimming region are calculated using the threshold value and the lower limit value of noise removal.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of the superabrasive layer 101 along the direction from the center to the outer circumference of the diamond rotary dresser 100.
  • a low melting point alloy 202 is laminated on the base metal 103.
  • a plating layer 203 is laminated on the low melting point alloy 202.
  • the superabrasive grains 204 are fixed by the plating layer.
  • the total area ratio of the plurality of working surfaces 205 to the area of the virtual surface 206 that gently connects the working surfaces 205 is calculated in the step of FIG.
  • the working surface 205 of the superabrasive grain 204 is formed by grinding or polishing the superabrasive grain 204. By changing the time during which the superabrasive grains 204 are ground or polished, the area of the working surface 205 can be adjusted.
  • FIG. 8 is a graph showing the particle size and frequency of the superabrasive grains 204 forming the grooves 102 whose area ratios were measured.
  • superabrasive grains 204 are removed from grooves 102. Specifically, the superabrasive grains 204 are removed by corrosion processing or electrolytic polishing using a chemical agent suitable for the metal bond holding the superabrasive grains 204. For example, if the metal holding the superabrasive grains 204 is nickel, the working surface 205 is immersed in an etching solution for nickel.
  • the particle size of the superabrasive grains 204 is measured using an image-based particle size distribution device Morphologi manufactured by Malvern. As a result of the measurement, there are at least two peaks P1 and P2. A boundary line 401 is drawn in the valley existing between the peaks P1 and P2, and the larger diameter side of the boundary line 401 is defined as a first superabrasive grain, and the smaller diameter side of the boundary line 401 is defined as a second superabrasive grain.
  • the maximum particle diameter D1 of the first superabrasive grain, the minimum particle diameter D2 of the first superabrasive grain, the maximum grain diameter D2 of the second superabrasive grain, and the minimum grain diameter D3 of the second superabrasive grain are the maximum particle diameter D1 of the first superabrasive grain, the minimum particle diameter D2 of the first superabrasive grain, the maximum grain diameter D2 of the second superabrasive grain, and the minimum grain diameter D3 of the second superabrasive grain.
  • the average particle size of the first superabrasive grain and the second superabrasive grain can be measured using an image-based particle size distribution device Morphologi manufactured by Malvern.
  • the area ratio of the superabrasive grains 204 in the grooves 102 was measured, but in the diamond rotary dresser 100, the grooves 102 do not exist and the height is constant in the X direction in FIG. Some exhibit a convex shape toward the outer periphery in the X direction. Even in these cases, the area ratio of the portion with the highest degree of concentration is measured using the method described above.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a method of grinding the superabrasive grains 204 to form the working surface 205.
  • coarse first superabrasive grains 1204 and fine second superabrasive grains 2204 constituting the superabrasive grains are fixed on the base metal 103.
  • the working surface 205 is formed by using the top surface of the first superabrasive grains 1204 as a reference surface 280 and cutting down from there by a cutting amount H. By increasing the cutting amount H, the ratio of the working surface 205 can be increased.
  • the average value of the distance between each first superabrasive grain 1204 and the base metal 103 is equal to the distance between each second superabrasive grain 2204 and the base metal 103. It is smaller than the average value of the distance to the base metal 103.
  • Example 1 In order to confirm the performance difference due to the difference in the working area ratio, a rotary dresser with the specifications shown in Table 1 was manufactured and a grindstone dressing test was conducted.
  • the unit of average particle size of coarse particles and fine particles is ⁇ m, which is the same in other tables.
  • the grinding wheel diameter is 300 mm
  • the grinding wheel peripheral speed is 19.1 m/s
  • the grinding wheel rotation speed is 1216 rpm
  • the rotary dresser diameter is 70 mm
  • the rotary dresser peripheral speed is 8.8 m/s
  • the rotary dresser rotation speed is 2400 rpm
  • the peripheral speed ratio is 0. .46
  • the cutting speed was 0.3 um/rev
  • the dress-out was 3 seconds
  • the grinding wheel was a vitrified bond wheel using CBN abrasive grains.
  • the life index and the dressing resistance index indicate the ratio of the life and dressing resistance of each sample number when the life and dressing resistance of sample number 3 are set to 1.
  • the unit of "the amount of scraping of the surface of the superabrasive layer" is ⁇ m, which corresponds to H in FIG. 9. Samples with an active area ratio of less than 30% had significantly shorter lifespans than those with an active area ratio of 30% or more.
  • Example 2 Next, a test was conducted to determine the difference in the particle size ratio between the first abrasive grain and the second abrasive grain, and the difference in the ratio between the maximum and minimum abrasive grain diameter.
  • the average grain size of the first abrasive grain was set to 650 ⁇ m, and by changing the average grain size of the second abrasive grain, the difference in grain size ratio and the maximum and minimum abrasive grain size were determined. We confirmed the difference due to the difference in the ratio. Furthermore, the lifespan and dressing resistance of the obtained rotary dresser were evaluated.
  • FIG. 9 shows the process of cutting the surface of the superabrasive grain layer.
  • the average particle size ratio was outside the range of 30 to 80%, the area of action of the second superabrasive was 0% or very small at any stage.
  • the average grain size ratio was between 30% and 80%, the proportion of the working surface formed on the second superabrasive grains increased. Therefore, it can be seen that by adding the second superabrasive grains, it is easy to control the action area ratio to increase, and a high-quality rotary dresser can be easily manufactured.
  • the action area of the second abrasive grain is small at any stage. It was 0%. In the cases where the value of maximum particle size/minimum particle size was between 1.3 and 4, a working surface was also formed on the second abrasive grain. Therefore, it can be seen that by adding the second superabrasive grains, it is easy to control the action area ratio to increase, and a high-quality rotary dresser can be easily manufactured.
  • the life index and the dressing resistance index indicate the ratio of the life and dressing resistance of each sample number when the life and dressing resistance in sample number 3 are set to 1. From Tables 4 and 5, it was found that the same tendency as Table 1 of Example 1 appeared.

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Abstract

ロータリードレッサは、台金に超砥粒がメッキ層により1層に結合された超砥粒層を有するロータリードレッサであって、超砥粒は、第1の平均粒径を有する第1の超砥粒と、第1の平均粒径より小さい第2の平均粒径を有する第2の超砥粒を有し、第1の超砥粒および第2の超砥粒のうち超砥粒層の表面に出ている複数の超砥粒には作用面が形成され、超砥粒の集中度が最も高い領域において、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面積比率が30%以上60%以下である。

Description

ロータリードレッサおよびその製造方法
 本開示は、ロータリードレッサに関する。本出願は、2022年3月28日に出願した日本特許出願である特願2022-052113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。
 ロータリードレッサの寿命を長くするとともに切味や寿命のバラツキを小さくするものとして、国際公開第2017/145491号(特許文献1)に記載のものがある。
国際公開第2017/145491号
 本開示のロータリードレッサは、台金に超砥粒が金属結合材により1層に結合された超砥粒層を有するロータリードレッサであって、超砥粒は、第1の平均粒径を有する第1の超砥粒と、第1の平均粒径より小さい第2の平均粒径を有する第2の超砥粒を有し、第1の超砥粒および第2の超砥粒のうち超砥粒層の表面に出ている複数の超砥粒には作用面が形成され、超砥粒の集中度が最も高い領域において、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面積比率が30%以上60%以下である。
図1は、本開示の実施の形態に従ったダイヤモンドロータリードレッサ100の写真である。 図2は、実施の形態におけるダイヤモンドロータリードレッサ100の超砥粒層101に設けられる溝102の写真である。 図3は、作用面積の測定方法を説明するために示す、溝102を含む超砥粒層101の写真である。 図4は、作用面積の測定方法を説明するために示す、溝102を含むようにトリミングされる前の超砥粒層101の写真である。 図5は、作用面積の測定方法を説明するために示す、トリミングされた後の溝102の表面を示す写真である。 図6は、平面処理された溝102の写真から得られた、測定開始点からの各作用面205の高さ(横軸)と頻度(縦軸)を示すグラフである。 図7は、ダイヤモンドロータリードレッサ100の中心から外周に向かう方向に沿った、超砥粒層101の断面構造を示す図である。 図8は、面積比が測定された溝102を構成する超砥粒204の粒径と頻度とを示すグラフである。 図9は、作用面205を形成するための超砥粒204の研削方法を説明するための図である。
[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は、寿命が短いという問題があった。
 ロータリードレッサは、砥石の砥面の形状を成形する(ツルーイングまたはドレッシング)ものであり、代表的なものの一つとして歯車加工用砥石のツルーイングまたはドレッシングに用いられるディスク形状のものがある。このロータリードレッサは、複数の砥粒に作用面が形成され、これらの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砥粒の作用面の合計面積比率を5~30%とし、ロータリードレッサの寿命を長くするとともに切味や寿命のバラツキを小さくするという効果を得るものである。
 上記構成のロータリードレッサは、歯車用のディスク形状のロータリードレッサとしては上記の効果が得られるが、総形ロータリードレッサなどに上記の特徴を適用しても、まだ寿命が短いという問題が残る。
 以上の問題を解決するためには、ダイヤの作用面積を増やす、そしてそのためには、ダイヤの作用面を形成するための加工量を増やす、粗粒間の間に微粒を詰めて砥粒を密にする、ことが考えられる。
 これらを実現するために、本開示は、以下の特徴を有するロータリードレッサに関する。
 台金に超砥粒が金属結合材により1層に結合された超砥粒層を有するロータリードレッサであって、超砥粒は、第1の平均粒径を有する第1の超砥粒と、第1の平均粒径より小さい第2の平均粒径を有する第2の超砥粒を有し、第1の超砥粒および第2の超砥粒のうち超砥粒層の表面に出ている複数の超砥粒には作用面が形成され、超砥粒の集中度が最も高い領域において、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面積比率が30~60%である。
 合計面積比率が30%未満であれば、作用面が少なすぎて寿命が低下する。合計面積比率が60%を超えると作用面が多すぎて切れ味が悪化する。
 合計面積比率を30%以上60%以下にするには、平均粒径が小さめの超砥粒を使えば実現しやすくなる。ロータリードレッサの切味や寿命を向上させるためには、たとえば、平均粒径が0.3~0.8mm程度の大きめの超砥粒を使う必要がある。大きめの超砥粒を使った場合、仮想面の面積に対する複数の作用面の合計面積比率が小さくなりやすい。合計面積比率を大きくするためには超砥粒に作用面を形成するために研削する量が多くなる。小径の第2の超砥粒を組み合わせることで、作用面を形成するための研削量が少なくても、仮想面の面積に対する複数の作用面の合計面積比率を30~60%のように大きくできる。これにより、ロータリードレッサとしての寿命も向上する。
 このような構成のロータリードレッサとすることで、耐摩耗性が高くなり、切味・寿命ともに安定したものが実現できる。
 加工する際にはダイヤが作用するので、ダイヤを増やすと寿命が向上する。
 研削ホイールは集中度(砥粒数)が切味などの性能に大きく影響するが、ロータリードレッサの場合は作用するダイヤ部の作用面積が性能に大きく影響し、特に平均粒径が300~800μm程度の砥粒を使用することが多いため、性能への影響が顕著に出る。本開示においては、超砥粒の作用面積比率が高いため、ドレッサとしての切味が良好で、寿命も向上する。
 好ましくは、第2の平均粒径は、第1の平均粒径の30%以上80%以下である。第2の超砥粒の平均粒径を第1の超砥粒の平均粒径の30~80%とすれば、第1の超砥粒の間に第2の超砥粒が入りやすく砥粒密度がより高くなり、砥粒の作用面積比率を高めやすい。
 超砥粒として人工合成ダイヤモンドを使用すると、ダイヤの結晶面が明確に現れた形状のため、結晶面が台金の接合面と平行に近い状態で接合される。その結果、超砥粒が安定した形で密に接合され、超砥粒に作用面を形成するための研削量は少なくても作用面積比率を高くすることができる。その結果、作用面形成が容易になるとともに、超砥粒層の厚みが厚くなるので寿命も向上する。
 好ましくは、第1の超砥粒および第2の超砥粒のうちのの最大粒径と最小粒径との比(第1の超砥粒の最大粒径D1/第2の超砥粒の最小粒径D3)は、1.3~4である。
 好ましくは、第1の平均粒径は、300μm以上800μm以下である。ロータリードレッサで砥石をドレスするのに、砥石の砥粒の粒径は100μmから200μm程度のものがあり、ロータリードレッサの砥粒径は砥石の砥粒の粒径より大きくしないとロータリードレッサのドレス性能が低下するため、300μm以上とする。また、ロータリードレッサの超砥粒層の総形形状として、Rが400μm程度までのものがあり、この形状に対応できるようにするため、第1の砥粒の平均粒径は800μm以下が好ましい。
 好ましくは、超砥粒は、人工合成ダイヤモンドである。
 好ましくは、超砥粒層の断面を見たときに、一定の範囲内において、それぞれの第1の超砥粒と台金との距離の平均値は、それぞれの第2の超砥粒と台金との距離の平均値より小さい。
 好ましくは、本開示のロータリードレッサは、次の工程を含む工程により製作される。
 工程(1)として、型の内面に所定の形状を形成した反転型を製作し、めっき法を利用してこの型の内面に超砥粒を付着させる工程である。
 工程(2)として、さらに肉盛りめっきを行い、超砥粒をめっき金属により埋め込んで完全に固定する工程である。
 工程(3)として、反転型の中心に芯金をセットし、超砥粒と芯金とを接合する工程である。
 工程(4)として、外側の反転型を取り除く工程である。
 以上のように、反転法(または、反転めっき法)により、製作される。
 以上のように反転法で本開示のロータリードレッサを製作すれば、ロータリードレッサの砥粒層の表面側に第1の超砥粒と第2の超砥粒の双方が存在することになり、複数の超砥粒に形成された作用面の合計面積比率を高めやすくなり、寿命も向上する。また、本開示のロータリードレッサでドレッシングする場合に、平均粒径の小さい第2の超砥粒もドレッシングに有効に作用させることができるので、超砥粒全体の個数を少なめにしても複数の超砥粒に形成された作用面の合計面積比率を高めることが可能になる。
 この方法で製作されたロータリードレッサでは、第1の超砥粒および第2の超砥粒の最下端から台金までの距離は、それぞれの超砥粒によりランダムにばらついており揃っていない。この芯金は、台金であってもよく台金でなくてもよい。芯金が台金で無い場合には芯金と台金を接合する構成をさらに備える。
 作用面の測定方法について説明する。図1は、本開示の実施の形態に従ったダイヤモンドロータリードレッサ100の写真である。図1で示すように、ダイヤモンドロータリードレッサ100は、台金103と、台金103の表面に設けられた超砥粒層とを有する。
 台金103は、例えば、ステンレス鋼により構成される。台金103は円柱形状であり、台金103の外周面には超砥粒層101が設けられる。超砥粒層101においては、超砥粒としてのダイヤモンドが固定されている。なお、ダイヤモンドに換えてCBN(立方晶窒化ホウ素)を用いてもよい。さらに、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素が混在していてもよい。
 超砥粒層101には、円周方向に延びる溝102が形成されている。この溝102は、被加工物の形状に沿って形成されている。このようなダイヤモンドロータリードレッサ100は、いわゆる総形砥石をドレッシングするものである。
 図2は、実施の形態におけるダイヤモンドロータリードレッサ100の超砥粒層101に設けられる溝102の写真である。図2で示すように、溝102においては、超砥粒204の作用面205が露出している。作用面205は、相手材(砥石)に接触してドレッシングする面である。超砥粒204はメッキ層203により保持されている。図2における2桁の数字は、各超砥粒204を識別するための番号である。溝102では超砥粒204の集中度が最も高い。最も集中度が高い領域に関しては、超砥粒層101において、周方向の長さ10mm以上且つ砥粒数が50個以上含まれるよう軸方向(周方向と直交する方向)に分割した領域で作用面を測定した際、最も集中度が高い場所を選択する。このような超砥粒204における作用面205の面積率について以下の方法で測定する。
 測定機:キーエンス製VR5000。測定原理は「光切断法」。解析手順は、(1)3次元測定する。(2)下記A,Bの何れかもしくは両方で形状を平面化する。A:うねり除去(カットオフ処理)。ある波長以上のうねりを平面化する。B:2次曲線補正。2次曲線で形状全体をフィッティングして得られた円弧形状を平面化する。(3)閾値を設定し、作用面積を計算する。
 図3は、作用面積の測定方法を説明するために示す、溝102を含む超砥粒層101の写真である。図3で示すように、焦点を溝102の一番深いところにセットして、溝102を含む超砥粒層を撮影する。X方向は溝102を横切る方向である。Y方向は溝102の延びる方向に沿った円周方向である。X方向およびY方向に沿った超砥粒層101の高さを図3において示している。
 図4は、作用面積の測定方法を説明するために示す、溝102を含むようにトリミングされる前の超砥粒層101の写真である。最も集中度が高い箇所(目視で砥粒の集中度が高い部分)を3箇所選択し、測定箇所とする。この部分が含まれるようにトリミングする。測定範囲の大きさは、Y方向の長さを10mm以上として砥粒が50個~200個程度入る範囲とする。
 図5は、作用面積の測定方法を説明するために示す、トリミングされた後の溝102の表面を示す写真である。図5で示すように、溝102のみが写るようにトリミング領域105を設定してトリミングを実行する。そして、トリミング領域105の画像を平面補正する。平面補正は、うねり補正および二次曲線補正を含む。これにより、曲面であった溝102の写真を、平面の写真に置き換えることができる。
 図6は、平面処理された溝102の写真から得られた、測定開始点からの各作用面205の高さ(横軸)と頻度(縦軸)を示すグラフである。各超砥粒204の作用面205(ダイヤトップ)の測定開始点からの高さにはばらつきがある。最も頻度が大きい高さを基準の高さとする。図6では、1.320mmが基準の高さとなる。この高さから0.02mm低い高さを閾値とする。
 不要部を除外する設定を行う。微小領域除外設定において、ノイズ除去の下限値を[0.01mm]とし、これより面積の小さい領域は、合計の面積から除去する。
 閾値、およびノイズ除去の下限値を用いて、作用面205の総面積、およびトリミング領域の面積に対する作用面205の面積比(55.2%)を算出する。
 図7は、ダイヤモンドロータリードレッサ100の中心から外周に向かう方向に沿った、超砥粒層101の断面構造を示す図である。超砥粒層101において、台金103の上に低融点合金202が積層されている。低融点合金202上にメッキ層203が積層されている。メッキ層により超砥粒204が固定されている。
 すなわち、超砥粒204の集中度が最も高い領域において、作用面205をなだらかに接続する仮想面206の面積に対する複数の作用面205の合計面積比率が図6の工程において算出される。
 超砥粒204の作用面205は、超砥粒204を研削または研磨することにより形成される。超砥粒204を研削または研磨する時間を変更することにより、作用面205の面積を調整できる。
 図8は、面積比が測定された溝102を構成する超砥粒204の粒径と頻度とを示すグラフである。超砥粒204の粒径を測定するために、溝102から超砥粒204を取り除く。具体的には、超砥粒204を保持する金属結合材に適した化学薬品による腐食加工または電解研磨により、超砥粒204を取り除く。たとえば、超砥粒204を保持する金属がニッケルの場合、ニッケル用エッチング液に作用面205を浸す。
 超砥粒204の粒径をMalvern製画像式粒度分布装置モフォロギにより測定する。測定の結果、少なくとも2つのピークP1,P2が存在する。ピークP1,P2間に存在する谷に境界線401を引き、境界線401よりも大径側を第1の超砥粒、境界線401よりも小径側を第2の超砥粒とする。
 第1の超砥粒の最大粒径D1、第1の超砥粒の最小粒径D2、第2の超砥粒の最大粒径D2、第2の超砥粒の最小粒径D3である。
 第1の超砥粒および第2の超砥粒の平均粒径はMalvern製画像式粒度分布装置モフォロギにより測定できる。
 超砥粒204の突出が少ない場合、図6で示す負荷曲線の山がブロードになる。これにより最大頻度の高さを決定することが困難になる。このような場合には、エッチング処理で超砥粒204を保持するメッキ層203を溶かして超砥粒204を突出させることで測定可能になる。
 この実施の形態においては、溝102において超砥粒204の面積比を測定したが、ダイヤモンドロータリードレッサ100においては、溝102が存在せず図2のX方向において高さが一定であるもの、さらには、X方向において外周に向かって凸形状を示すものがある。これらの場合でも上記の方法で最も集中度が高い部分の面積比を測定する。
 図9は、作用面205を形成するための超砥粒204の研削方法を説明するための図である。図9で示すように、超砥粒を構成する粗粒の第1の超砥粒1204および微粒の第2の超砥粒2204が台金103上にて固定されている。第1の超砥粒1204の頂面を基準面280としてそこから削り込み量Hを削り込むことで作用面205を形成する。削り込み量Hを大きくすることで作用面205の割合を大きくすることができる。
 超砥粒層101の断面を見たときに、一定の範囲内において、それぞれの第1の超砥粒1204と台金103との距離の平均値は、それぞれの第2の超砥粒2204と台金103との距離の平均値より小さい。
 (実施例1)
 作用面積比率の違いによる性能差を確認するため、表1に示す仕様のロータリードレッサを製作し、砥石のドレス試験を行った。粗粒および微粒の平均粒径の単位はμmであり、他の表でも同じである。砥石径は300mm、砥石周速度は19.1m/s、砥石回転数は1216rpm、ロータリードレッサ径は70mm、ロータリードレッサ周速度は8.8m/s、ロータリードレッサ回転数は2400rpm、周速度比は0.46、切込み速度は0.3um/rev、ドレスアウトは3sec、砥石はCBN砥粒を用いたビトリファイドボンドホイールとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1において、寿命指数およびドレス時抵抗指数は、試料番号3における寿命およびドレス時抵抗を1とした場合の各試料番号の寿命およびドレス時抵抗の割合を示す。「超砥粒層表面の削り込み量」の単位はμmであり、図9のHに相当する量である。作用面積比率が30%よりも小さい試料では、作用面積比率が30%以上のものに比べても寿命が大幅に短くなる結果となった。
 また、作用面積比率が60%を超えるものは、このような作用面積比率のものを製造するのに非常に手間がかかり、歩留まりも悪い結果となった。すなわち、超砥粒層表面の削り込み量が大きく手間をかけて65%のものを製作して試験をしたが、ドレス時の抵抗が高く、ビビリ振動が発生する結果となった。
 さらに従来のロータリードレッサと比較するため、砥粒の平均粒径が650μm1種類のものを製作した。試料番号10から16で示すように作用面積比率の異なるものを製作し、試料番号1から9と比較したら、寿命はドレス時の抵抗は大きな差が無かったが、ロータリードレッサを製作し、作用面積比率を調整するのに非常に手間がかかり、量産するには難しい状況であった。
 (実施例2)
 次に、第1の砥粒と第2の砥粒の粒径比の違い、および砥粒径の最大と最小の比の違いによる差について、試験を行った。
 これらの粒径比の好ましい範囲を設定しているのは、主にロータリードレッサの性能上の問題よりも高品質のロータリードレッサを製造する上での問題によるものである。
 この試験では、第1の砥粒の平均粒径は650μmのものにしておき、第2の砥粒の平均粒径を変えていくことで、粒径比の違いと砥粒径の最大と最小の比の違いによる差を確認した。さらに、得られたロータリードレッサを用いて寿命とドレス抵抗を評価した。
 この実施例2で製造した試料番号21から50を表2および3において示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 この試験では、ロータリードレッサを製作し、砥粒に作用面を形成するために超砥粒層の表面を砥石により削り込んでいく。「超砥粒層表面の削り込み量」の単位はμmであり、図9のHに相当する量である。この削り込む量を段階的に増やしていき、この時の作用面積比率の変化の仕方を見る。さらに、各段階で第1の超砥粒の作用面積比率と第2の超砥粒の作用面積比率も測定し、第2の砥粒がどの程度ドレスに作用する状態になっているかも確認した。超砥粒層の表面を削り込む時の工程を図9に示す。
 この結果、平均粒径比が30~80%の範囲を外れるものは、どの段階においても第2の超砥粒の作用面積が0%かあるいはごく僅かであった。これに対し、平均粒経比が30~80%に入っているものは第2の超砥粒にも作用面が形成されている割合が高まることが確認された。そのため、第2の超砥粒を入れることで作用面積比率を高める制御がしやすく、高品質のロータリードレッサを容易に製作できることが分かる。
 また、砥粒径の最大と最小の比の違いで見ると、最大粒径/最小粒径の値が1.3~4を外れるものは、どの段階においても第2の砥粒の作用面積が0%になっていた。最大粒径/最小粒径の値が1.3~4に入るものは、第2の砥粒にも作用面が形成されていた。そのため、第2の超砥粒を入れることで作用面積比率を高める制御がしやすく、高品質のロータリードレッサを容易に製作できることが分かる。
 そして、実施例1と同様の条件で試料番号21から50を用いて砥石のドレス試験を行った。その結果を表4および5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表4および5において、寿命指数およびドレス時抵抗指数は、試料番号3における寿命およびドレス時抵抗を1とした場合の各試料番号の寿命およびドレス時抵抗の割合を示す。表4および5から、実施例1の表1と同様の傾向が現れているのが分かった。
 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説明ではなくて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。
 100 ダイヤモンドロータリードレッサ、101 超砥粒層、102 溝、103 台金、105 トリミング領域、202 低融点合金、203 メッキ層、204 超砥粒、205 頂面、280 基準面、401 境界線、1204 第1の超砥粒、2204 第2の超砥粒。

Claims (7)

  1.  台金に超砥粒が金属結合材により1層に結合された超砥粒層を有するロータリードレッサであって、
     前記超砥粒は、第1の平均粒径を有する第1の超砥粒と、前記第1の平均粒径より小さい第2の平均粒径を有する第2の超砥粒を有し、
     前記第1の超砥粒および前記第2の超砥粒のうち前記超砥粒層の表面に出ている複数の前記超砥粒には作用面が形成され、
     前記超砥粒の集中度が最も高い領域において、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面積比率が30%以上60%以下であるロータリードレッサ。
  2.  前記第2の平均粒径は、前記第1の平均粒径の30%以上80%以下である、請求項1に記載のロータリードレッサ。
  3.  前記第1の超砥粒および前記第2の超砥粒のうち、の最大粒径と最小粒径との比(前記第1の超砥粒の最大粒径D1/前記第2の超砥粒の最小粒径D3)は、1.3以上4以下である、請求項1または2に記載のロータリードレッサ。
  4.  前記第1の平均粒径は、300μm以上800μm以下である、請求項1から3のいずれかに記載のロータリードレッサ。
  5.  前記超砥粒は、人工合成ダイヤモンドである、請求項1から4のいずれかに記載のロータリードレッサ。
  6.  前記超砥粒層の断面を見たときに、一定の範囲内において、それぞれの前記第1の超砥粒と前記台金との距離の平均値は、それぞれの前記第2の超砥粒と前記台金との距離の平均値より小さい、請求項1から5のいずれかに記載のロータリードレッサ。
  7.  請求項1から6のいずれか1項に記載のロータリードレッサを製造する方法であって、以下の工程を含むロータリードレッサの製造方法。
     工程(1):型の内面に所定の形状を形成した反転型を製作し、めっき法を利用してこの内面に前記第1および前記第2の超砥粒を付着させる工程。
     工程(2):さらに肉盛りめっきを行い、前記第1および前記第2の超砥粒をめっき金属により埋め込んで固定する工程。
     工程(3):前記反転型の中心に芯金をセットし、前記第1および前記第2の超砥粒と前記芯金とを接合する工程。
     工程(4):外側の前記反転型を取り除く工程。
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