JP5146647B2 - 研削砥石および研削砥石の重量バランス調整方法 - Google Patents

Description

この発明は、工具ホルダに取り付ける内周部と、研削を行う外周部とを有する研削砥石および該研削砥石の重量バランス調整方法に関するものである。

Ａ）マシニングセンタ、Ｂ）グラインディングセンタ、Ｃ）複合加工機、Ｄ）砥石多軸研削盤など、多くの切削／研削工具を用いて機械加工を行う加工装置において研削加工は以下のように行われる。
１）研削砥石は、工具ホルダに保持される。
２）工具ホルダは、工具自動交換装置（以後ＡＴＣ）を持つ加工装置（Ａ，Ｂ，Ｃ）の場合は、使用時のみ工具軸にセットされそれ以外は工具マガジンに保管される。
３）砥石多軸研削盤（Ｄ）の場合は、使用時のみタレット（刃物台）が旋回し加工を行い、それ以外は旋回し待機している。
４）ＡＴＣ有無に関わらず、加工時以外研削砥石は回転しない。

工具ホルダに研削砥石を保持した状態を図３に示す。研削砥石１０は、円盤状に製造され、その中央部に設けた取付穴１１を通して固定ボルト２１により工具ホルダ２０に固定される。工具ホルダ２０は、工作機械との結合部２０ａを介して工作機械に取り付けられる。
また、研削砥石は、図４に一部を拡大して示すように、砥粒１０ａを結合剤１０ｂに結合する際に、気孔１０ｃが形成されている。この気孔１０ｃは、工作物３０を研削する際に、砥粒１０ａが切りくず３０ａとともに容易に脱落して目つぶれを防止して研削性能を維持する効果がある。

１）Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、工具ホルダは一般的に切削加工用の比較的小径の工具を保持するように製作されている。研削加工は面粗さ、真円度に高い加工精度を求められるが、そのためには工具ホルダに装着された状態で砥石の重量バランスが取れていることが必要である。しかし、研削砥石は、気孔が全体に形成される際に、均等な気孔分布を得ることが難しく、重量分布にばらつきが生じて重量バランスに偏りが生じやすい。また、市販のホルダには重量バランスを調整する機構を具備していない。

２）気孔を持つ在来砥石（ＣＢＮやダイヤモンドではない砥石全面が研削に付与できる砥石）で研削液を用いて研削した場合、気孔部に研削液が不均等に浸透する。そこで砥石の重量バランスを維持するためには、加工終了後一定の時間、研削液を止めて研削砥石を空転させ、水切りを行う必要がある。しかし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ全ての場合において、工具主軸に装着されているときあるいはタレットが研削位置にあるとき以外は、研削砥石は回転できないため、加工サイクルタイムが水切りの時間だけ延長される。

気孔を有する研削砥石への研削液などの浸透を防止するために、気孔部に樹脂剤を含浸させる方法（特許文献１参照）や、研削作用面以外の面に樹脂によって防水皮膜を形成する方法（特許文献２参照）が提案されている。
特開２００２−２０５２７３号公報 特開２００６−１９８７３７号公報

しかし、上記特許文献１に示す方法は、気孔を塞ぐものではなく、研削液の浸透は量が減少するとしても依然として深部にまで生じてしまう。また、特許文献２に示す方法では、研削作用面以外の気孔部への研削液の浸透は回避されるものの、研削作用面を通して深部にまで研削液が浸透するのを回避することはできず、研削液浸透による問題点を十分に改善することができない。また、特許文献１、２に示される方法は、研削砥石自身が有する重量バランスの偏りなどを改善する効果はなく、工具ホルダに装着した研削砥石は、重量バランスが適切でない状態で研削に供せざるを得ないという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、工具ホルダに装着した際の研削砥石の重量バランスを適切に調整したものとして高い加工精度を得ることができる研削砥石および研削砥石の重量バランス調整方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の研削砥石のうち、第１の本発明は、研削作用面である外周部を除いて、該外周部と工具ホルダに固定される内周部との間の内層部に、周方向に亘って研削砥石の気孔部を塞ぐようにして熱硬化性合成樹脂が含浸固化されており、前記内層部に対する前記含浸固化は、前記内層部を周方向において任意の数に分割した区画毎に前記熱硬化性合成樹脂の含浸量が調整されていることを特徴とする。

第２の本発明の研削砥石は、前記第１の本発明において、前記内層部に対する前記含浸固化は、さらに内層部を厚さ方向において任意の数に分割した区画毎に前記熱硬化性合成樹脂の含浸量が調整されていることを特徴とする。

第３の本発明の研削砥石の重量バランス調整方法は、研削作用面である外周部と工具ホルダに固定される内周部との間の円周部分に研削砥石の気孔部を塞ぐようにして熱硬化性合成樹脂を含浸固化させる方法において、前記円周部分を周方向において任意の数に分割した複数の区画とし、該区画毎に前記熱硬化性合成樹脂の含浸量を調整して研削砥石の重量バランスを調整することを特徴とする。

第４の本発明の研削砥石の重量バランス調整方法は、前記第３の本発明において、前記円周部分をさらに厚さ方向において任意の数に分割した複数の区画とし、該区画毎に前記熱硬化性合成樹脂の含浸量を調整して研削砥石の重量バランスを調整することを特徴とする。

すなわち、本発明によれば、研削作用面である外周部と工具ホルダに固定される内周部との間の内層部に、熱硬化性合成樹脂層が形成されており、研削砥石の重量を内周部側で増量することで、研削砥石自身が有する重量バランスの偏り作用を相対的に小さくして重量バランスを改善することができる。特に、周方向または、周方向および厚さ方向において任意の数に分割した区画毎に含浸量が調整されたものとすることにより、研削砥石自身が有する重量バランスの偏りを熱硬化性合成樹脂の重量の偏りによって相殺して重量バランスを適正なものに調整することができる。重量バランスは、静的なものでも、動的なものでもよく、また両者を共に考慮したものとすることもできる。
また、上記熱硬化性合成樹脂はさらに、気孔を塞ぐことにより、それよりも内層側に研削液が浸透するのを防止でき、研削液排除のための空転時間の短縮や空転工程の削除を可能にする。

熱硬化性合成樹脂は、低温（常温あるいは多少の加熱程度）で硬化する樹脂が望ましく、高速回転時に剥離や破壊が起こらないよう、結合力の大きいものがさらに望ましい。また、研削液による腐食が起こらないものが望ましい。例えばレジンボンド砥石用結合剤等は、これらの条件を満たす好適なものである。また、前記熱硬化性合成樹脂には、比重の大きい樹脂あるいは金属などの比重の大きな粉体を混入し、アンバランス量の修正範囲を大きくできるものが特に有効である。

熱硬化性合成樹脂層は、研削作用をなす外周部と工具ホルダに固定される内周部との間に形成されるが、その深さ位置は、研削砥石の研削作業に付与しない部分とする。なお、当該部分で、できるだけ研削作業に付与される部分に近いのが好適である。なお、熱硬化性合成樹脂層の深さ方向の厚さは本発明としては特に限定されるものではなく、重量バランスの調整に効果的に寄与する厚さや、研削液の浸透防止に効果的に寄与する厚さなどを考慮して定めることができる。

以上説明したように、本発明の研削砥石によれば、研削作用面である外周部を除いて、該外周部と工具ホルダに固定される内周部との間の内層部に、周方向に亘って研削砥石の気孔部を塞ぐようにして熱硬化性合成樹脂が含浸固化されており、前記内層部に対する前記含浸固化は、前記内層部を周方向または、周方向および厚さ方向において任意の数に分割した区画毎に前記熱硬化性合成樹脂の含浸量が調整されているので、重量バランスが適切に調整された研削砥石を得ることができ、また、研削に際し、研削液が深さ方向に浸透するのを防止して、水切り作業の軽減または削除を可能にする。

さらに、本発明の研削砥石の重量バランス調整方法によれば、研削作用面である外周部と工具ホルダに固定される内周部との間の円周部分に研削砥石の気孔部を塞ぐようにして熱硬化性合成樹脂を含浸固化させて研削砥石の重量バランスを調整するので、重量バランスを適切に調整した研削砥石を容易に得ることができる。

以下に、一参考形態を説明する。
図１は、図４に示すように砥粒が結合材で結合され、全体に気孔が分散している研削砥石１を示すものである。該研削砥石１は、円盤形状を有し、中央部に工具ホルダ取り付け用の取付穴２が形成されている。
外周部３は研削作用面に割り当てられており、取付穴２の内周面側が工具ホルダに固定される内周部４となっている。外周部３と内周部４との間の内層部は、周方向に沿って所定の厚さを有する熱硬化性合成樹脂層５を構成している。該熱硬化性合成樹脂層５は、研削砥石１の構成要素である前記気孔に熱硬化性樹脂が含浸されて、熱硬化したものであり、該熱硬化性合成樹脂層５では、気孔が塞がれている。なお、熱硬化性合成樹脂層５を除く前記外周部３や内周部４では、気孔は塞がれることなく存在している。
熱硬化性合成樹脂層５は、樹脂の含浸によって研削砥石自身よりも比重が大きくなっており、研削砥石１全体の重量バランスを調整する機能を有している。研削砥石自身によって重量の偏りがある場合にも、この比重が大きい熱硬化性合成樹脂層５によって、上記重量の偏りによる影響が緩和され、全体としての重量バランスが改善される。

上記研削砥石１を図３に示すように、工具ホルダに装着すると、研削砥石１の良好な重量バランスによって精度の高い加工を行うことが可能になる。また、研削液は、研削作用面である外周部３には浸透するものの、それ以上の深さでは、熱硬化性合成樹脂層５で浸透が防止され、研削砥石１全体の研削液浸透量を大幅に少なくすることができる。この研削砥石１の水切りも短時間で行うことができ、また、少量の浸透量であるため影響を無視できる場合には、水切り作業自体を削除することが可能になる。

上記熱硬化性合成樹脂層５は、図１（ｂ）に示すように、研削砥石１の平面側から、上記外周部３と内周部４との間で、円周部分に熱硬化性樹脂を注入し、これを加熱することで硬化させて得ることができる。なお、常温での硬化が可能な樹脂では加熱を省略することができる。上記熱硬化性合成樹脂の注入は、一平面側からの加圧注入や、他方平面側からの圧を行いつつ一平面側から注入により行うことができる。また、注入に際し、上記円周部分以外をマスキングして行うことも可能である。

なお、上記参考形態では、外周部３と内周部４との間に、均等な分布量で熱硬化性樹脂を含浸させて熱硬化性合成樹脂層５を設けたが、本発明としては、周方向または、周方向および厚さ方向で含浸量の分布を変えることで、研削砥石の重量バランスの調整を、より的確に行うことも可能である。
この実施形態では、上記円周部分を周方向において複数に区画し、区画毎に樹脂含浸量を調整するものとしており、この例では図２に示すように区画を９０度毎の４区画としている。各区画５ａ…５ｄでは、樹脂含浸量をそれぞれ設定して、研削砥石１の重量バランスを調整する。なお、区画５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄによって、熱硬化性合成樹脂層を構成する。上記調整は、以下の工程で行うことができる。

１）工具ホルダに研削砥石を装着する。
２）ホルダの重量バランスを測定する。測定は、静的バランス測定、動的バランス測定のどちらでもよい。
３）研削砥石および工具ホルダの重量のアンバランスを相殺するように、各区画毎に含浸量を定めて樹脂を含浸させる。
研削砥石は平置きになるように設置し、図２（ｂ）に示すように、円周を任意の数に分割したポケット６に樹脂を注入することで、含浸樹脂量を制御することができる。厚さ方向で含浸量を変える場合は、研削砥石の両平面側から異なる量で熱硬化性合成樹脂を含浸させることで厚さ方向に区画して含浸量を異なるものとすることができる。なお、周方向と厚さ方向でそれぞれ区画をして樹脂量の分布を変化させることも可能である。
４）再度重量バランスを測定し、アンバランス量が規定値以内である事を確認し、作業を終了する。
その後、研削作業を開始する。
上記により、研削砥石の重量バランスをより的確に調整して研削に供することが可能になる。

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明をしたが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、当然に本発明を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。

本発明に対する参考形態における研削砥石を示す平面図および熱硬化性樹脂の注入を示す側面図である。 本発明の一実施形態における研削砥石を示す平面図および熱硬化性樹脂の注入を示す平面図である。 工具ホルダに装着された研削砥石を示す側面図である。 研削砥石による研削状態を示す、一部を拡大した側面図である。

符号の説明

１ 研削砥石
２ 取付穴
３ 外周部
４ 内周部
５ 熱硬化性合成樹脂層
５ａ 区画
５ｂ 区画
５ｃ 区画
５ｄ 区画

Claims (4)

1. 研削作用面である外周部を除いて、該外周部と工具ホルダに固定される内周部との間の内層部に、周方向に亘って研削砥石の気孔部を塞ぐようにして熱硬化性合成樹脂が含浸固化されており、前記内層部に対する前記含浸固化は、前記内層部を周方向において任意の数に分割した区画毎に前記熱硬化性合成樹脂の含浸量が調整されていることを特徴とする研削砥石。
2. 前記内層部に対する前記含浸固化は、さらに内層部を厚さ方向において任意の数に分割した区画毎に前記熱硬化性合成樹脂の含浸量が調整されていることを特徴とする請求項１記載の研削砥石。
3. 研削作用面である外周部と工具ホルダに固定される内周部との間の円周部分に研削砥石の気孔部を塞ぐようにして熱硬化性合成樹脂を含浸固化させる方法において、前記円周部分を周方向において任意の数に分割した複数の区画とし、該区画毎に前記熱硬化性合成樹脂の含浸量を調整して研削砥石の重量バランスを調整することを特徴とする研削砥石の重量バランス調整方法。
4. 前記円周部分をさらに厚さ方向において任意の数に分割した複数の区画とし、該区画毎に前記熱硬化性合成樹脂の含浸量を調整して研削砥石の重量バランスを調整することを特徴とする請求項３記載の研削砥石の重量バランス調整方法。

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