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技術 超砥粒砥石及びその製造方法

出願人 大阪ダイヤモンド工業株式会社
発明者 古宇田由夫番匠恵市
出願日 1997年9月12日 (23年2ヶ月経過) 出願番号 1997-248249
公開日 1999年4月6日 (21年7ヶ月経過) 公開番号 1999-090834
状態 特許登録済
技術分野 研磨体及び研磨工具
主要キーワード 析出厚み 溶融ロウ材 研削体積 非鉄金属材料 硬質被覆 一定配列 隣接間隔 ロウ付
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年4月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

大量の切り粉が発生する、又は目づまりしやすい樹脂非鉄金属材料等の粗加工においても、早期の目づまりをなくす。

解決手段

台金1の外周面に超砥粒aをロウ材bにより一層だけ固着させた超砥粒砥石である。超砥粒aは、その平均粒径が100μm〜1000μmで、均一に規則配列されている。また、ロウ材b層の最大厚みが超砥粒aの平均粒径の25〜50%であり、かつチップポケット体積が超砥粒の体積の2〜20倍である。砥粒aが均一に規則配列され、十分なチップポケットがあることにより、目づまりは生じにくい。この超砥粒砥石は、台金1の外周面にペースト状ロウ材bを接着し、そのロウ材b内に超砥粒aを均一に規則配列し、その後、加熱処理してロウ材bを溶融し、その溶融ロウ材bにより、超砥粒aを台金1にロウ接することにより作る。

概要

背景

樹脂FRP、CFRP、木質系材料非鉄金属材料石膏ボードゴム、及び半焼成セラミックス等の研削加工には、従来、超砥粒メッキ単層に固着した電着超砥粒砥石が用いられている。この電着超砥粒砥石は、超砥粒を砥石台金メッキ技術を応用して固着したものであり、台金をメッキ液に浸して陰極とし、その台金に超砥粒を載せてメッキを行うものである。メッキは通常ニッケルメッキが用いられ、通電するとニッケルメッキは絶縁体である超砥粒(ダイヤモンド、CBN)を避けて台金上に析出し、超砥粒の隙間を埋めるように堆積してゆく。ニッケルメッキの析出厚みが超砥粒の粒径の50%以上になると、ニッケルメッキは超砥粒をしっかりと固定した状態になる。

したがって、このニッケルメッキの析出厚みが超砥粒の粒径の50%を超えた時点でニッケルメッキを終了し、台金をメッキ液から取り出せば、超砥粒が一層だけ強固に台金に固着された電着超砥粒砥石が完成する。この様にして出来上がった電着超砥粒砥石は、超砥粒を保持する力がレジンボンドメタルボンド、およびビトリファイドボンドの超砥粒砥石に比べて大きく、しかも、超砥粒の突出端の高さが高いため、チップポケット容積体積)が比較的大きく、切り粉の排出がスムーズで、目づまりすることが少ない特性を有する。

また、電着超砥粒砥石の製造方法は、メッキによって超砥粒を台金に固着するものなので、例えば、複雑形状の砥石でも台金さえ製作可能であれば、比較的容易に総型砥石が製作できるのが大きな特長のひとつである。この特長を活かして、フェライトサマリュウムコバルト、ネオジウム磁石、セラミックス、ガラス、ゴム等の総型研削用超砥粒砥石はそのほとんどが電着超砥粒砥石が用いられている。最近では、台金に超砥粒をメッキにて固着した後、超砥粒の突出端をダイヤモンド砥石研削して、超砥粒の突出端の高さを揃えることにより、歯車等を研削加工できる高精度な電着超砥粒砥石の製造技術も確立している。

さらに、別の種類の超砥粒砥石としては、特公昭55−22194号公報等に示されるように、金属基材(台金)1上にダイヤモンド砥粒aをロウ材bにて固着したものがある(図1、図6参照)。この超砥粒砥石もまたチップポケットの容積が比較的大きく、目づまりすることが少ない特性を有する。

概要

大量の切り粉が発生する、又は目づまりしやすい樹脂、非鉄金属材料等の粗加工においても、早期の目づまりをなくす。

台金1の外周面に超砥粒aをロウ材bにより一層だけ固着させた超砥粒砥石である。超砥粒aは、その平均粒径が100μm〜1000μmで、均一に規則配列されている。また、ロウ材b層の最大厚みが超砥粒aの平均粒径の25〜50%であり、かつチップポケットの体積が超砥粒の体積の2〜20倍である。砥粒aが均一に規則配列され、十分なチップポケットがあることにより、目づまりは生じにくい。この超砥粒砥石は、台金1の外周面にペースト状ロウ材bを接着し、そのロウ材b内に超砥粒aを均一に規則配列し、その後、加熱処理してロウ材bを溶融し、その溶融ロウ材bにより、超砥粒aを台金1にロウ接することにより作る。

目的

この発明は、樹脂等の粗加工においても、早期の目づまりをなくすことを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
13件

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請求項1

台金1の外周面に、超砥粒aを、ロウ材b又は硬質粒子を含むロウ材bにより一層だけ固着させた超砥粒砥石であって、上記超砥粒aの平均粒径Lが100μm〜1000μmであり、かつ、各超砥粒aは均一に規則配列されていることを特徴とする超砥粒砥石。

請求項2

請求項1記載の超砥粒砥石において、上記超砥粒aの規則配列は、超砥粒aを等間隔に配置した列を、砥石の回転方向に対し傾けるとともに、隣接する一方の列の超砥粒aが他方の列の隣接する超砥粒aの中間にあって、その3個の超砥粒aが正三角形をなすようになっており、上記ロウ材b層の最大厚みlは上記超砥粒aの平均粒径Lの25〜50%であり、かつチップポケットcの体積が超砥粒aの体積の2〜20倍であることを特徴とする超砥粒砥石。

請求項3

上記ロウ材b層の表面にニッケルメッキクロムメッキなどの硬質被覆を施したことを特徴とする請求項1又は2に記載の超砥粒砥石。

請求項4

樹脂ゴム又はこれらを主成分とする複合材料非鉄金属材料研削加工に用いるものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の超砥粒砥石。

請求項5

請求項1乃至4のいずれか一つに記載の超砥粒砥石の製造方法であって、上記台金1の外周面にペースト状ロウ材bを塗布し、そのロウ材層内に超砥粒aを均一に規則配列し、その後、加熱処理して前記ロウ材bを溶融し、その溶融ロウ材bにより、超砥粒aを前記台金1にロウ接することを特徴とする超砥粒砥石の製造方法。

技術分野

0001

この発明は、樹脂FRP、CFRP、非鉄金属材料木質系材料天然木材合板積層材など)、石膏ボードゴム、及び半焼成セラミックス等の目づまりしやすい材料及び大量の切り粉が発生するものの研削加工超砥粒砥石及びその製作方法に関する。

背景技術

0002

樹脂、FRP、CFRP、木質系材料、非鉄金属材料、石膏ボード、ゴム、及び半焼成セラミックス等の研削加工には、従来、超砥粒メッキ単層に固着した電着超砥粒砥石が用いられている。この電着超砥粒砥石は、超砥粒を砥石台金メッキ技術を応用して固着したものであり、台金をメッキ液に浸して陰極とし、その台金に超砥粒を載せてメッキを行うものである。メッキは通常ニッケルメッキが用いられ、通電するとニッケルメッキは絶縁体である超砥粒(ダイヤモンド、CBN)を避けて台金上に析出し、超砥粒の隙間を埋めるように堆積してゆく。ニッケルメッキの析出厚みが超砥粒の粒径の50%以上になると、ニッケルメッキは超砥粒をしっかりと固定した状態になる。

0003

したがって、このニッケルメッキの析出厚みが超砥粒の粒径の50%を超えた時点でニッケルメッキを終了し、台金をメッキ液から取り出せば、超砥粒が一層だけ強固に台金に固着された電着超砥粒砥石が完成する。この様にして出来上がった電着超砥粒砥石は、超砥粒を保持する力がレジンボンドメタルボンド、およびビトリファイドボンドの超砥粒砥石に比べて大きく、しかも、超砥粒の突出端の高さが高いため、チップポケット容積体積)が比較的大きく、切り粉の排出がスムーズで、目づまりすることが少ない特性を有する。

0004

また、電着超砥粒砥石の製造方法は、メッキによって超砥粒を台金に固着するものなので、例えば、複雑形状の砥石でも台金さえ製作可能であれば、比較的容易に総型砥石が製作できるのが大きな特長のひとつである。この特長を活かして、フェライトサマリュウムコバルト、ネオジウム磁石、セラミックス、ガラス、ゴム等の総型研削用超砥粒砥石はそのほとんどが電着超砥粒砥石が用いられている。最近では、台金に超砥粒をメッキにて固着した後、超砥粒の突出端をダイヤモンド砥石研削して、超砥粒の突出端の高さを揃えることにより、歯車等を研削加工できる高精度な電着超砥粒砥石の製造技術も確立している。

0005

さらに、別の種類の超砥粒砥石としては、特公昭55−22194号公報等に示されるように、金属基材(台金)1上にダイヤモンド砥粒aをロウ材bにて固着したものがある(図1図6参照)。この超砥粒砥石もまたチップポケットの容積が比較的大きく、目づまりすることが少ない特性を有する。

発明が解決しようとする課題

0006

上述のように、電着超砥粒砥石は、超砥粒をその平均粒径の約50〜70%をニッケルメッキに埋め込んだもので、切れ味が良く、チップポケットが比較的大きいが、上述の樹脂などの材料の研削加工において、例えば、樹脂では、研削体積に対し切り粉の体積が10倍以上になるため、特に切り粉の発生する割合が大きい粗加工においては、目づまりを防止するにはチップポケットの体積が十分ではなく、目づまりがしばしば生じて、その除去を頻繁にしなければならず、作業性の点で問題がある。

0007

また、ニッケルメッキは超砥粒と化学的に結合しておらず、機械的に超砥粒を掴んでいるだけなので、超砥粒の保持力が十分ではなく、超砥粒が脱落し易い上に、研削加工中に発生する切り粉によりメッキ層摩耗により後退しやすく(薄くなり)、メッキが後退すると、超砥粒が次々と脱落して、切れ味が低下し、ついには研削する能力がまったく無くなるため、電着超砥粒砥石はその寿命が短いという問題もある。

0008

一方、ロウ付超砥粒砥石は、ロウ材bが超砥粒aの表面を容易にぬらすため、超砥粒aを台金1に極めて強固に結合させる。このため、超砥粒aの脱落も少なく、上記電着超砥粒砥石に対し寿命が長いという利点がある。

0009

しかしながら、従来のロウ付超砥粒砥石は、基台(台金)1の外周面ペースト状ロウ材bを接着し、その台金1を、ロウ材b層でもって、超砥粒aが撒かれた面上を転がすことにより、ロウ材b層に超砥粒aを転写し、その後、加熱処理してロウ材bを溶融し、その溶融ロウ材bにより超砥粒aを台金1にロウ接して製作している。

0010

このため、図6に示すように、その超砥粒aは、一個所に固まったり、逆に大きく離れた状態に配置されたものとなる。このような不均一な超砥粒aの配置状態であると、研削加工において、切り粉は固まった個所Aにおいて早期に目づまりを発生させ、その目づまりは周囲に成長して、砥石の研削能力の低下を招く。これは、上述の樹脂などの粗加工では激しく、改善が望まれている。

0011

この発明は、樹脂等の粗加工においても、早期の目づまりをなくすことを課題とする。

課題を解決するための手段

0012

上記課題を達成するために、この発明は、図4に示す、台金1の外周面に超砥粒aをロウ材bにより一層だけ固着させたロウ付超砥粒砥石において、その超砥粒aの平均粒径Lが100μm〜1000μmであり、かつ、各超砥粒aが均一に規則配列されているようにしたのである。

0013

超砥粒aの平均粒径Lが100μm未満であると、研削能率が著しく低下し、特に粗加工には適さず、逆に、1000μmを超えると、仕上げ精度に問題が生じるうえに超砥粒aの脱落が生じやすく、研削能率が低下する。また、各超砥粒aが均一に規則配列されていると、部分的な目づまりが生じず、仮に目づまりが生じても砥粒面全域に亘って均一となり、それゆえ、その間隔を適宜に設定することにより、目づまりを抑えた効率的な研削を行い得る。

0014

超砥粒aの規則配列パターンとしては、例えば図3(a)乃至(d)などに示すものがあり、同図(a)、(b)において、正四角形をなす超砥粒aの隣接間隔Pを一定とし、隣り合う超砥粒aのなす角度θは直角(同図(b))、30度、45度、60度などと適宜に決定すればよく、また、同図(c)、(d)のごとく、0.3≦P1 /P2 ≦3の範囲であれば、正四角形でなくてもよく、その配列で良い結果が得られる。0.3未満では目づまりし易く、3を越えると、研削効率が低下するからである。さらに、図2及び図3(a)に示すように超砥粒aを等間隔に配置した列を、砥石の回転方向に対し傾けるとともに、隣接する一方の列の超砥粒aが他方の列の隣接する超砥粒aの中間にあって、その3個の超砥粒aがほぼ正三角形をなすようにすれば、切り残しが生じないなどの最良のものとなる。

0015

なお、超砥粒の規則配列は、砥粒面全域が一定配列、例えば図3(a)の配置である必要もなく、砥石回転方向などに、ある間隔で、図3の(a)乃至(d)などの配置が混在するものも含まれ、要は、超砥粒aが図6無秩序なものと異なり、均一で図6の砥石に比べて極めて目づまりが少なければよい。

0016

この超砥粒砥石において、上記ロウ材層最大厚みを上記超砥粒aの平均粒径Lの25〜50%とし、かつチップポケットcの体積を超砥粒の体積の2〜20倍であるものとするとよい。

0017

従来では、ロウ付超砥粒砥石においても、ロウ材層の最大厚みlは超砥粒の平均粒径の50%を超えるように形成しているが、上述のように、ロウ付けは、ロウ材bが超砥粒aの表面を円滑にぬらして、化学的な結合をともない、超砥粒aの台金1への強固な固着力を得ることができる。このため、ロウ材層の最大厚みlが超砥粒aの平均粒径Lの50%を越えなくても、十分な固着力を得ることができる。但し、25%未満では、超砥粒aの脱落が多くなるため好ましくない。

0018

また、ロウ材層が薄くなれば、チップポケットcも必然的に大きくなるが、超砥粒aの間隔Pを広げることでも、チップポケットcは大きくなる。このため、それらを適宜に設定して、チップポケットcの体積が超砥粒の体積の2〜20倍とする。2倍未満では、十分な量の切り粉の保持ができずに、目づまりが生じ、一方、20倍を超えると、工作物がロウ材層に直接に当たるようになって、研削能率が低下する。平均粒径200μm以上の粗粒超砥粒を用いる場合には、およそ5〜15倍の範囲で良好な結果が得られる。

0019

ロウ材b層の表面にはニッケルメッキ、クロムメッキなどの硬質被覆を施して、切り粉などによる摩耗を極力少なくするようにして、超砥粒aの保持力を維持するようにすることが好ましい。

0020

上述の超砥粒砥石は、切り粉の排出能力が高いため、大量の切り粉が発生する、樹脂、ゴム又はこれらを主成分とする複合材料、非鉄金属材料の研削加工に用いることが好ましい。非鉄金属材料としては、亜鉛合金アルミニウム合金等を挙げることができる。

0021

また、上記の超砥粒砥石の製造方法としては、上記台金1の外周面にペースト状ロウ材bを塗布し、そのロウ材b層内に超砥粒aを均一となるように規則配列し、その後、加熱処理して前記ロウ材bを溶融し、その溶融ロウ材bにより、超砥粒aを前記台金1にロウ接する方法を採用する。

0022

ここで、ペーストは、一般に、ロウ材bの粉末バインダーで練ったものであり、ある程度の粘性を有するため、超砥粒aをセッティングすることも容易であり、そのセッティングは、手によっても、機械によってもよい。また、加熱温度は、ロウ材bによって異なり、真空又は不活性雰囲気において、900〜1000℃程度とする。

0023

なお、ロウ材bとしては、Ag−Cu系が好ましいが、更に少量のTiを含有したロウ材は特にダイヤモンド砥粒の表面を良くぬらすので、より好ましい。また、そのロウ材bに混入する硬質粒子の種類は、ダイヤモンド砥粒、CBN砥粒、SiC砥粒、Al2 O3 等の酸化物粒子、WC等の炭化物粒子のいずれか一種類か又は2種類以上を適宜に選択して採用する。その平均粒径は、超砥粒の平均粒径の30%以下とすることが好ましい。30%を越えると、ロウ材の結合力の低下を招くからである。また、硬質粒子のロウ材に対する含有率は、5vol%〜50vol%とすることが好ましい。5vol%未満では、含有させた効果が十分に得られず、50vol%を越えると、ロウ材の結合力の低下を招くからである。

0024

図1図2に示すように、直径D:100m、厚さ(幅)T:15mm、取付穴径H:20mmの鋼製台金1の外周面に、ダイヤモンド砥粒a(♯50、平均粒径d:0.3mm)を、図3(a)において、P=2mm、θ=60度にて銀ロウb付で一層だけ固着した。この場合において、チップポケットcの体積は超砥粒aの体積のおよそ8倍になるようロウ材b層厚みlを設定した。その固着方法は、まず、台金1の外周面にペースト状のロウ材bを塗布し、そのロウ材b層にダイヤモンド砥粒aをハンドセットにより規則的に配列した。これを全面にわたって行った後、約1000度に加熱してロウ材bを溶融させダイヤモンド砥粒aを台金1に固着し、超砥粒砥石を製作した。

0025

この超砥粒砥石において、プラスチック眼鏡レンズ素材として良く用いられるポリカーボネイトWを下記の条件で、図1に示すように研削テストした。

0026

工作物寸法:Φ50mm
工作物材質:ポリカーボネイト
砥石周速度:1300m/min
研 削 液:JIS W2 2%水溶液

0027

上記の研削テストの結果、超砥粒砥石の目づまり発生はまったくなく、良好な切れ味が長時間にわたって持続し、高能率な研削加工が可能であった。

0028

一方、実施例のPだけを変更して、チップポケットcの体積が小さい場合の影響を調査した。ここでは、P=1mmとし、チップポケットcの体積は超砥粒aの体積のおよそ1倍になるようロウ材層厚みlを設定した。研削テストを上記条件で行ったところ、研削を開始後、すぐに目づまりが発生し、研削抵抗の上昇が認められた。

0029

また、実施例のPだけを変更して、チップポケットcの体積が大きい場合の影響を調査した。ここでは、P=3mmとし、チップポケットcの体積は超砥粒の体積のおよそ22倍になるようロウ材厚みlを設定した。同じく研削テストを上記条件で行ったところ、研削開始時からロウ材層に直接工作物Wが接触する傾向があり、研削加工を続けることができなかった。また、切れ味は実施例に比較し、かなり劣ることが認められた。

0030

以上の結果から、チップポケットcの体積は、小さすぎると目づまりが発生し、大きすぎると、ロウ材層と工作物が接触することがわかった。これにより、チップポケットcの体積は超砥粒aの体積のおよそ2〜20倍であることが好ましいといえる。

0031

さらに、直径D:150mm、厚さT:10mm、取付穴径H:31.7mmの電着砥石を製作し、その電着砥石と実施例の下記表1の条件下における切込み速度(mm/min)と負荷電流(A)の関係を図5に示す。

0032

0033

以上の結果から、実施例が従来例に比べて、各種の点で優れていることが理解できる。

0034

なお、実施例は、台金1が円盤状であったが、カップ状などの他の台金形状の砥石でも、この発明を採用し得ることは勿論である。

発明の効果

0035

この発明は、以上の説明から理解できるように、大量の切り粉が発生する、又は目づまりしやすい材料の研削を高能率で行い得る。

図面の簡単な説明

0036

図1一実施例の斜視図
図2同実施例の要部拡大平面図
図3超砥粒の配置図
図4超砥粒のロウ付け模式図
図5切り込み速度と負荷電流の関係図
図6従来例の要部拡大平面図

--

0037

a 超砥粒
bロウ材
cチップポケット
1 台金

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