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技術 超砥粒ホイール

出願人 株式会社ノリタケスーパーアブレーシブ株式会社ノリタケカンパニーリミテド
発明者 笹栗史郎峠直樹
出願日 2000年9月20日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 2000-286053
公開日 2002年4月2日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2002-096265
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 圧縮試験法 揺動数 同接着剤 ショック吸収 揺動幅 高速研削 加工品位 抗折試験
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この項目の情報は公開日時点(2002年4月2日)のものです。
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図面 (7)

課題

ビトリファイド超砥粒ホイールにおいて、砥材層台金接着強度切れ味を維持したうえで、接着剤層弾性変形量を大きくして被加工物ホイールにかかる負荷を軽減させ、被加工物のチッピングスクラッチを抑制する。

解決手段

砥材層2が樹脂主剤とする接着剤により接着されたビトリファイド超砥粒ホイールの接着剤にヤング率が5〜20GPaであるフェノール樹脂ナイロンポリイミドポリアミドなどの合成樹脂からなるフィラーフェノール中空体4)を添加することにより、研削加工時の接着剤層3の弾性変形量が大きくなり、これによって被加工物と砥材層にかかる負荷、衝撃が接着剤層で吸収されることから、被加工物の稜線のチッピングやスクラッチの発生が抑制される。

概要

背景

ダイヤモンド焼結体(PCD)、立方晶窒化硼素焼結体(PCBN)、超硬合金セラミックスサーメットのような硬質材料からなる工具を加工する砥石として、カップ型台金の端面にビトリファイドボンドによって形成された砥材層接着された超砥粒ホイールが使用されている。

超砥粒ホイールによる研削加工の分野においては、研削能率を上げるためにホイールはますます高周速となり、高周速に耐えるホイールが求められている。高周速のホイールでは、極めて大きな遠心力が作用するため、台金と超砥材層の接着強度が十分にあることが重要な要件となり、また、耐衝撃性も重要な要件となる。

ビトリファイド超砥粒ホイールの台金と砥材層の接着には、従来一般にエポキシ樹脂またはアクリル樹脂が用いられている。そして、接着強度をより高めるために、接着剤中にフィラーを添加することが行われている。

たとえば特開平6−71568号公報には、セラミックスファイバーガラスファイバーカーボンファイバーケブラーなどの繊維中にエポキシ樹脂接着剤含浸させて硬化させて接着剤層を形成することが記載され、これにより、接着剤層に大きな気泡が発生せず、接着強度の不良を招かない、また、接着剤層の弾性が小さくなって変形量が抑制され、加工時の寸法精度を高めることができる、とされている。

また、特開平10−316952号公報には、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂を主体とした接着剤に、酸化物炭化物、窒化物ダイヤモンドの1種または2種以上を添加することが記載され、これにより、ビトリファイド砥材層が強固に台金に接着固定され、高速研削に十分耐えることができ、また研削液中における接着力劣化も少なく長寿命となる、とされている。

概要

ビトリファイド超砥粒ホイールにおいて、砥材層と台金の接着強度と切れ味を維持したうえで、接着剤層の弾性変形量を大きくして被加工物やホイールにかかる負荷を軽減させ、被加工物のチッピングスクラッチを抑制する。

砥材層2が樹脂主剤とする接着剤により接着されたビトリファイド超砥粒ホイールの接着剤にヤング率が5〜20GPaであるフェノール樹脂ナイロンポリイミドポリアミドなどの合成樹脂からなるフィラー(フェノール中空体4)を添加することにより、研削加工時の接着剤層3の弾性変形量が大きくなり、これによって被加工物と砥材層にかかる負荷、衝撃が接着剤層で吸収されることから、被加工物の稜線のチッピングやスクラッチの発生が抑制される。

目的

本発明が解決すべき課題は、PCD、PCBN、超硬合金、セラミックス、サーメットのような硬質材料からなる工具研削用のビトリファイド超砥粒ホイールにおいて、砥材層と台金の接着強度と切れ味を維持したうえで、接着剤層の弾性変形量を大きくして被加工物やホイールにかかる負荷を軽減させ、被加工物のチッピングやスクラッチを抑制することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

カップ型台金の端面にビトリファイドボンドによって形成された砥材層樹脂主剤とする接着剤により接着された超砥粒ホイールであって、前記接着剤に同接着剤よりもヤング率が小さい合成樹脂からなるフィラーを添加したことを特徴とする超砥粒ホイール。

請求項2

前記フィラーのヤング率が5〜20GPaである請求項1記載の超砥粒ホイール。

請求項3

前記フィラーがフェノール樹脂ナイロンポリイミドポリアミドの1種以上からなる請求項1または2記載の超砥粒ホイール。

請求項4

前記接着剤層中の前記フィラーの含有率が5〜30体積%である請求項2または3記載の超砥粒ホイール。

請求項5

前記接着剤層の厚みが0.1〜0.5mmの範囲である請求項1〜4のいずれかに記載の超砥粒ホイール。

技術分野

0001

本発明は、カップ型台金の端面にビトリファイドボンドによって形成された砥材層接着された超砥粒ホイールに関するものである。

背景技術

0002

ダイヤモンド焼結体(PCD)、立方晶窒化硼素焼結体(PCBN)、超硬合金セラミックスサーメットのような硬質材料からなる工具を加工する砥石として、カップ型の台金の端面にビトリファイドボンドによって形成された砥材層が接着された超砥粒ホイールが使用されている。

0003

超砥粒ホイールによる研削加工の分野においては、研削能率を上げるためにホイールはますます高周速となり、高周速に耐えるホイールが求められている。高周速のホイールでは、極めて大きな遠心力が作用するため、台金と超砥材層の接着強度が十分にあることが重要な要件となり、また、耐衝撃性も重要な要件となる。

0004

ビトリファイド超砥粒ホイールの台金と砥材層の接着には、従来一般にエポキシ樹脂またはアクリル樹脂が用いられている。そして、接着強度をより高めるために、接着剤中にフィラーを添加することが行われている。

0005

たとえば特開平6−71568号公報には、セラミックスファイバーガラスファイバーカーボンファイバーケブラーなどの繊維中にエポキシ樹脂接着剤含浸させて硬化させて接着剤層を形成することが記載され、これにより、接着剤層に大きな気泡が発生せず、接着強度の不良を招かない、また、接着剤層の弾性が小さくなって変形量が抑制され、加工時の寸法精度を高めることができる、とされている。

0006

また、特開平10−316952号公報には、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂を主体とした接着剤に、酸化物炭化物、窒化物ダイヤモンドの1種または2種以上を添加することが記載され、これにより、ビトリファイド砥材層が強固に台金に接着固定され、高速研削に十分耐えることができ、また研削液中における接着力劣化も少なく長寿命となる、とされている。

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、上記特開平6−71568号公報に記載のような、繊維中に樹脂接着剤を含浸させ硬化させて接着剤層を形成する方法では、接着強度の若干の改善があるものの、高い負荷がかかると衝撃が被加工物およびホイールに伝播し、被加工物の稜線に大きなチッピングスクラッチが出やすいという問題点がある。

0008

また特開平10−316952号公報に記載のような、樹脂接着剤に硬質無機物を添加する方法では、接着剤層の弾性が小さくなり、高負荷加工時に発生する衝撃が接着剤層によって吸収されずに被加工物およびホイールに与えられ、被加工物の稜線にチッピングやスクラッチが出やすいという問題がある。

0009

接着剤層の弾性が小さい(ヤング率が大きい)と接着剤層のクッション性が低くなるので、高負荷がかかる難削材加工時は衝撃が被加工物およびホイールにそのまま伝わり、被加工物の加工品位を悪化させ易い。弾性が大きい(ヤング率が小さい)と、接着剤層がショック吸収材として働くため、加工時の衝撃による被加工物の加工品位の悪化を招きにくい。接着剤層の弾性が小さいときの問題点は、砥材層の弾性変形が少ない(ヤング率が大きい)ビトリファイドボンドの場合にとくに顕著に表れやすい。

0010

本発明が解決すべき課題は、PCD、PCBN、超硬合金、セラミックス、サーメットのような硬質材料からなる工具研削用のビトリファイド超砥粒ホイールにおいて、砥材層と台金の接着強度と切れ味を維持したうえで、接着剤層の弾性変形量を大きくして被加工物やホイールにかかる負荷を軽減させ、被加工物のチッピングやスクラッチを抑制することにある。

課題を解決するための手段

0011

本発明の超砥粒ホイールは、カップ型の台金の端面にビトリファイドボンドによって形成された砥材層が樹脂主剤とする接着剤により接着された超砥粒ホイールであって、前記接着剤に同接着剤よりもヤング率が小さい合成樹脂からなるフィラーを添加したことを特徴とする。

0012

ビトリファイド超砥粒ホイールにおいて用いられるエポキシ系、アクリル系の接着剤は、硬化後のヤング率が20〜40GPa程度で、研削加工時の接着剤層の弾性変形量が小さく、そのため研削加工時の切り込みによる負荷、衝撃が被加工物と砥材層にそのまま伝わり、その結果、被加工物の稜線にチッピングやスクラッチが発生しやすいという難点があるが、これに接着剤よりもヤング率の小さい合成樹脂からなるフィラーを添加することによって、研削加工時の接着剤層の弾性変形量が大きくなり、これによって被加工物と砥材層にかかる負荷、衝撃が接着剤層で吸収されることから、被加工物の稜線のチッピングやスクラッチの発生が抑制される。

0013

接着剤よりもヤング率の小さい合成樹脂としては、フェノール樹脂ナイロンポリイミド、などを挙げることができるが、ヤング率が5〜10GPaのフェノール樹脂がとくに適している。

0014

フィラーの添加は、添加後の接着剤層のヤング率が10〜20GPaとなるように添加量を調整することが望ましい。接着剤層のヤング率が10GPa未満であると被加工物への食い込みが小さく、切れ味が低下する。また20GPaを超えて大きくなりすぎると、被加工物の稜線のチッピングやスクラッチの発生を抑制する効果が小さくなる。

0015

接着剤層のヤング率を上記の範囲とするには、フィラーの含有率は5体積%以上が必要である。フィラーの含有率が5体積%未満であると弾性変形量の増加が期待できない。ただし、フィラーの含有率が30体積%を超えて多くなりすぎると台金と砥材層の接着強度の低下を招くので、フィラーの含有率は5〜30体積%の範囲が望ましい。

0016

フィラーの形状はとくに限定されるものでなく、線状、板状、粒状の中実体または中空体などで、大きさは外径または厚さが10〜500μmの範囲が好ましい。大きさが10μm未満であると接着剤層の弾性変形量が小さく、500μmを超えて大きくなると弾性変形量が大きくなりすぎ、砥材層の研削能力が低下するので、上記の範囲が望ましい。

0017

接着剤層の厚さは0.1〜0.5mmの範囲とするのが好ましい。接着剤層の厚さがこの範囲であると、加工による負荷がかかったとき、接着剤層が研削能力を低下させない程度の弾性変形を起こすことにより、被加工物の稜線のチッピングやスクラッチの発生抑制効果が大きくなり、稜線における面粗さが小さくなる。この接着剤層の厚さは、フィラーを適切な外径、厚さに設定することより容易に調節することができる。従来は接着剤層の厚さが0.05mm程度であり、この程度の厚さでは絶対的な変形代が少ないので、フィラー添加の効果は期待できない。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下、試験例に基づいて本発明を詳細に説明する。図1は接着剤層のヤング率と弾性変形量との関係を調査した結果を示すグラフである。ヤング率は抗折試験法により、弾性変形量は圧縮試験法により測定した。図2は接着剤層のヤング率と加工品位の指標である被加工物の稜線の面粗さとの関係を調査した結果を示すグラフである。図1および図2からわかるように、接着剤層のヤング率を10〜20GPaの範囲とすることによって、加工品位を高めることができる。

0019

図3は本発明に係る超砥粒ホイールの台金、砥材層と接着剤層を模式的に示す図である。図において1は金属または樹脂製の円盤状台金、2はダイヤモンド砥粒とビトリファイドボンドとからなる砥材層、3はエポキシ樹脂を主剤とする接着剤にフィラーとしてのフェノール中空体4を添加した接着剤層である。ホイール寸法はφ125×31.75H×30T×20W×3Xmm、フェノール中空体4はヤング率7GPaである。接着剤層4の厚さは、フェノール中空体4の外径を変えることにより0.1〜0.5mmに調整する。

0020

〔試験例1〕接着剤層の厚さを0.1mmとし、フェノール中空体の含有率(体積%)を1%,5%,10%,20%,30%,40%,50%とした超砥粒ホイール(実施例1〜7)、および実施例と同じ形状寸法でフィラーとしてアルミナ粉末を20体積%含有させた超砥粒ホイール(従来例1,特開平10−316952号公報に記載の実施例に相当)、フィラーを添加しない超砥粒ホイール(従来例2)について接着剤層の弾性変形量と接着強度を測定した。測定結果図4に示す。
試験条件
試験機島津万能試験機
試験片寸法:直径12.7mm、長さ36mm
試験速度:1.5mm/min圧縮試験
フルスケール荷重:1kN

0021

図4からわかるように、実施例1〜7はフィラーを添加しない従来例2に比して弾性変形量が多く、またフィラーとしてアルミナ無機質)を添加した従来例1に比しても弾性変形量が多い。実施例1〜7のうち、フィラー含有率が5体積%未満の実施例1は接着剤層の弾性変形量が小さく、フィラー含有率が30体積%を超える実施例6,7は接着強度が低下することから、フィラー含有率の好ましい範囲は5〜30体積%であることが確認された。

0022

〔試験例2〕試験例1で製作した実施例1〜7、従来例1,2の超砥粒ホイールを用いて加工試験を行い、切れ味を示す指標である消費電力と加工品位を示す指標である被加工物の稜線の面粗さについて測定した結果を図5に示す。
加工条件
加工機械:マキノCN−25
ホイール周速:785m/min
ホイール揺動数:50回/min
ホイール揺動幅:20mm
切り込み:0.01mm
被加工物:ダイヤモンド焼結体
研削液:有り

0023

図5からわかるように、実施例1〜7は従来例1,2に比して加工品位、切れ味とも良好であった。実施例1〜7のうち、フィラー含有率が5体積%未満の実施例1は他の実施例に比して切れ味が劣り、実施例4,5が他の実施例に比して加工品位が最も良好であった。図4図5の結果を総合して、フィラー含有率の好ましい範囲は5〜30体積%であることが確認された。

0024

〔試験例3〕試験例1で製作した実施例5と、実施例5と同じフィラー含有率で接着剤層の厚さを0.05mmとした実施例8、0.2mm,0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.6mm,0.7mmとした実施例9〜14の超砥粒ホイールを用いて加工試験を行い、加工後の砥材層の磨耗量と被加工物の稜線の面粗さについて測定した結果を図6に示す。

0025

図6から、接着剤層の厚さが0.1〜0.5mmのときに加工品位がとくに良くなることが確認された。この理由は、接着剤層の厚みが0.1〜0.5mmのときに、適切な弾性変形が起こり、加工による負荷を吸収しているものと思われる。

発明の効果

0026

(1)台金と砥材層の間の接着剤よりもヤング率が小さい合成樹脂からなるフィラーを添加することにより、研削加工時の接着剤層の弾性変形量が大きくなり、これによって被加工物と砥材層にかかる負荷、衝撃が接着剤層で吸収されることから、被加工物の稜線のチッピングやスクラッチの発生が抑制される。

0027

(2)ヤング率が5〜20GPaのフィラーを接着剤層に5〜30体積%含有させることにより、接着強度の低下を招くことなく、衝撃吸収材となり加工品位が向上する。とくに添加するフィラーとしてフェノール樹脂を用いることにより、加工品位の向上に、より効果的な接着剤層が得られる。

0028

(3)接着剤層の厚みを0.1〜0.5mmとすることによって加工品位をさらに向上させることができる。

図面の簡単な説明

0029

図1接着剤層のヤング率と弾性変形量との関係を調査した結果を示すグラフである。
図2接着剤層のヤング率と加工品位の指標である被加工物の稜線の面粗さとの関係を調査した結果を示すグラフである。
図3本発明に係る超砥粒ホイールの台金、砥材層と接着剤層を模式的に示す図である。
図4試験結果を示す図である。
図5試験結果を示す図である。
図6試験結果を示す図である。

--

0030

1台金
2砥材層
3接着剤層
4フェノール中空体

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