JPH0366570A - 曲面研削用砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の１１１用分野」 本発明は、ホーニング砥石や超仕上げ用砥石等のように
、曲面の精密仕上げ加工に使用される曲面研削用砥石に
係わり、特に、砥石寿命を延長しかつ被削面に対する馴
染み性を向上するための改良に関する。

「従来の技術」 この種の曲面研削用砥石の代表例として、超仕上げ用砥
石とホーニング砥石を挙げて説明する。

超仕上げ研削は、第１１図に示すように被削材Ｗを軸回
りに回転し、その外周面に超仕上げ用砥石１を一定圧力
で押し当てつつ、砥石ｌを軸方向に数■の振幅・数百〜
数千サイクル／分の振動数で振動させることにより、鏡
面仕上げを行なう方法である。

従来、この種の超仕上げ用砥石では、砥粒として、被削
材が鋳鉄や非鉄金属の場合はＧＣ系砥拉、ｌｉ４類に対
してはＷＡ系砥粒、超硬合金にはダイヤモンド砥粒、軟
質金属には酸化クローム砥粒等が使用されていた。砥粒
粒径は通常＃６００ｆｕ度とされているか、二段仕上げ
の場合には荒加工で＃３００〜４００、仕上げで＃６０
０〜１５００が普通である。結合剤としては主にビトリ
ファイドボンドが用いられるが、軟質金属に対してはラ
バーボンド、レジノイドボンドが使用されることもある
。また、ダイヤモンド砥粒の場合には、メタルボンドか
レジノイドボンドが一般的である。

なお、図示したのは円筒外面仕上げの例であり、その他
にも、円筒内面仕上げ等の各種曲面仕上げが行なわれて
いる。

次に第１２図は、ホーニング加工の一例として内面ホー
ニングを示し、２はホーニングヘッド、３はヘッド２に
支持された複数の棒状砥石である。

そしてホーニングヘッド２に内蔵した押圧機構により、
各砥石３を研削すべき円筒Ｗの内面に面接触させ、ホー
ニングヘッド２を回転しつつ軸方向に往復運動させ、仕
上げ研削を行なう。

この種のホーニング砥石を構成する砥粒や結合層は超仕
上げと同様であるが、砥粒の粒径は超仕上げの場合より
も若干粗く、＃１２０〜６００程度が一般に使用されて
いる。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記の超仕上げやホーニングの場合には、他
の研削様式に比して砥粒径が小さいうえ、砥粒にかかる
力の向きが研削中に激しく変化するため、砥粒の脱落速
度が早く、砥石寿命が短いという問題があった。

そこで、砥石寿命を延長するために、ダイヤモンドやＣ
ＢＮ等の超砥粒を、金属めっき相によって砥石基体の表
面に固着した電着砥石の使用が考えられる。電着すれば
、超砥粒の保持力がメタルボンド砥石などに比して格段
に向上し、砥粒脱落が著しく減少するからである。

ところが、本発明者らが実際にこのような電着砥石を作
威し、研削試験を行なったところ、確かに砥粒脱落は減
少するものの、研削面の形状が研削につれて被削面の形
状に適合する性質、いわゆる馴染み性が悪く、局部的な
当接圧力の過剰が生じてその部分の砥粒が被削面に深く
食い込み、条痕を形成する欠点が見られた。このため、
研削面の形状が被削面の形状に適合するまでの馴らし運
転に長時間かかり、その間に規格を満たさない不良品を
大量に生じて、歩留まりが悪化する欠点を有していた。

「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題を解決するためになされたもので、砥
石基体上に弾性層を固定し、この弾性層で被削材の研削
面に対応する曲面を構成するとともに、金属めっき相中
に超砥粒を分散して薄板状に成形した電鋳砥粒層を前記
曲面に張り付けて固定したことを特徴としている。

「作　用］ この曲面研削用砥石によれば、可撓性を有する薄い電鋳
砥粒層を弾性層によって支持しているので、電鋳砥粒層
を被削面に押し当てると、その研削面が被削面の形状に
沿って変形し、研削面が全面に亙ってほぼ均等な圧力で
被削面に当接し、局部的な当接圧力の過剰が起こりにく
い。

したがって、当接圧力の過剰に起因する一部砥粒の食い
込み過ぎを防ぎ、条痕発生を防いで面粗さの向上が図れ
るとともに、超砥粒を金属めっき相で強固に支持した電
着砥粒層を用いているので超砥粒の脱落が少なく、砥石
寿命を大幅に延長できる。また、研削開始初期から被削
材に馴染むため、慣らし運転の時間が短くて済み、その
間の製品の歩留まり向上も図れる。

「実施例」 第１図は本発明に係わる曲面研削用砥石の第１実施例と
して、超仕上げ用砥石を示す正面図である。

符号ｌＯは砥石基体で、その−面１０Ａは被削材の研削
面に対応した曲面に形成され、この曲面１０Ａに一定厚
の弾性層ＩＩか接着等により固定されている。砥石基体
ＩＯの材質は金属など、従来使用されているいかなるも
のでもよく、超仕上げ盤に対応して適宜形状変更される
。

弾性層！ｌは、ウレタンゴム等の合成ゴムや、ポリエス
テル、アクリルなど各種の熱可塑性または熱硬化性エラ
ストマー等の弾性を有する材質のうち、超仕上げ用研削
液として一般に使用される軽油や灯油等に侵されない材
質が選択される。弾性層１１は多孔質構造、無孔質構造
のいずれでもよいが、その厚さおよび弾性率は、後述す
る電鋳砥粒層１２が被削材の曲面に十分適合しうるよう
に、かつ超仕上げの振動時にも電鋳砥粒層１２がぐらつ
いて研削むらが生じないように設定されるべきである。

具体的には、弾性層１１の厚さが一定の場合、体積弾性
率が２０００〜６０００に９／■２、厚さが０．５〜５
　ｍｍ程度であることが好ま１．い。体積弾性率が１０
０未満、または厚さが５■より大であると、電鋳砥粒層
１２が研削中にぐらついて仕上げ面の精度低下を招くお
それがある。逆に、体積弾性率が６０００より大、また
は厚さが０．５■より小であると十分な馴染み性が得ら
れない。

弾性層１１の曲面１１Ａは被削面の曲率とほぼ等しくさ
れ、この曲面には、ＮｉやＣｏ等の金属めっき相中にダ
イヤモンドまたはＣＢＮ等の超砥粒を分散してなる電鋳
砥粒層１２が固定されている。

この電鋳砥粒層Ｉ２は全面に亙って肉厚が一定で、その
厚さは３０〜３００μｌ程度であることが望ましい。３
００μ度より厚いと剛性が高すぎて馴染み性の向上が図
れず、３０μｌより薄いと寿命が短く実用的でない。

超砥粒の粒径は＃４００〜１０００が望ましく、４１５
００未満の砥粒が混じると、研削刃の密度が低下して個
々の研削刃の当接圧力が高まり、面粗さを悪化させる。

また、＃４００より大きな砥粒が混入した場合には、こ
れらの突出量か大きいタメ食イ込みか深まり、やはり而
粗さを悪化させる。

超砥粒の含有率は２０〜４０ｖｏ１％であることが望ま
しい。２０ｖｏ１％未満では砥粒の露出密度が低下し、
個々の切刃にかかる圧力が増して切り込みが深くなり、
面粗さを低下させる。また４゜ｖｏ１％より大では目詰
まり等により切れ味が低下する。

上記構成からなる超仕上げ用砥石によれば、可撓性を有
する薄い電鋳砥粒層Ｉ２を、弾性層ＩＩによって支持し
ているので、電鋳砥粒層１２を被削面に押し当てると、
その研削面１２Ａが被削面の形状に沿って変形し、研削
面１２Ａが全面に亙ってほぼ一定の圧力で被削面に当接
し、局部的な当接圧力の過剰が起こりにくい。したがっ
て、当接圧力過剰に起因する一部砥粒の食い込み過ぎを
防ぎ、条痕形成を防いで面粗さの向上が図れる。

また、超砥粒を金属めっき相で強固に支持した電着砥粒
層１２を用いているので、超砥粒の脱落が少なく、従来
の超仕上げ用砥石に比して砥石寿命を大幅に延長できる
。また、研削開始初期から被削材に馴染む、ため、慣ら
し運転の時間が短くて済み、その間の製品の歩留まりも
向上できる。

さらに、電鋳砥粒層１２では、他の結合剤を使用した砥
石に比して高価な超砥粒の使用量が少なくて済むため、
製造コスＩ・低下が図れるうえ、砥石全体として軽量化
が可能なので、駆動力がその分小さくてよいという利点
も有する。

なお、前記実施例では弾性層１１の厚さが全面に亙って
一定であったが、第２図に示すように砥石基体ＩＯの弾
性層取付面１０Ａを平面または曲率が小さい面とし、こ
こに凹形状の弾性層１１を介して電鋳砥粒層１２を固定
してもよい。この場合、被削面への当接圧力が砥粒層！
２の中央部で若干高く、周辺部で若干低くなるが、馴染
み性の良好さは維持される。

また、第３図に示すように、砥石基体１０の弾性層取付
面１０Ａの曲率を被削材の被削面よりも大とし、ここに
凸形状の弾性層１１を介して電鋳砥粒層１２を固定して
もよい。この例では、第１図のものに比して、砥粒層１
２の中央部での当接圧力が相対的に小となる。

なお、弾性層および電鋳砥粒層を貫通して研削面に研削
液を供給する構成も可能である。例えば第４図の例では
、砥石基体１ｏに給液孔１３および給液溝１４を形成す
る一方、弾性層１１ど電鋳砥粒層１２には給液溝に連通
する貫通孔１５を形成している。

電鋳砥粒層１２に貫通孔１５を形成するには、レーザー
光線を用いるか、研削面側か与打ち抜き加工を行なうの
が好適である。レーザー光線を用いると、第５図に示す
ように貫通孔１５の周縁が溶けて面取りされた状態にな
る。また、打ら抜き加工によれば、第６図に示すように
研削面＋２Ａ側で面取りされた状態になり、いずれも被
削面に条痕を形成するおそれがない。

さらに第７図に示すように、電鋳砥粒層１２の曲率を積
極的に変更可能どすることも可能である。

砥石基体１６の曲面の中央部には、可撓性を有する一定
曲率に曲げられた金属製または樹η旨製の支持板１７の
中央部が固定され、この支持板１７の両端には、軸受・
１８を介して回動可能にロッド１９が連結されている。

これらロッド１９の先端には雄ネジが形成され、それぞ
れにナツト２０の一端が螺合されている。

また、各ナツト２０の他端には、砥石基体１６の側面に
形成された軸受部２１に回動可能に連結されたロッド２
２の先端の雄ネジが螺合され、各ナツト２０を回転する
と、支持板１７の曲率が所定の範囲で変更できる。また
、支持板１７の曲面１７Ａには一定厚の弾性層ｉｔを介
して電鋳砥粒層１２が固定されている。これらは上記同
様でよい。

この例によれば、ナツト２０の調節により、研削面１２
Ａの曲率を被削面に適合させることが容易なので、弾性
層ｌ！による馴染み性の向上と相まってさらに馴染み性
向上か図れる利点を有する。

次に、本発明をホーニング砥石に適用した例を説明する
。第８図は内面ホーニング用砥石の一例を示し、図中３
０は砥石基体、３１は一定厚の弾性層、３２は電鋳砥粒
層である。各部の材質等は前述の超仕上げの場合と同様
でよい。

この種のホーニング砥石においては、弾性層３１の厚さ
が一定の場合、その体積弾性率が２０００〜６０００、
厚さが０．５〜５１１程度が好ましい。体積弾性率が５
００未満または厚さが５肩肩より大であると、電鋳低粒
層３２がぐらつくおそれがある。逆に、体積弾性率が６
０００より大または厚さが０．５ｍ翼より小であると馴
染み性の向上効果が不十分となる。

また、電鋳砥粒層３２の厚さは３０〜３００μ賃程度か
望ましい。３００μｌより厚いと剛性が高すぎて馴染み
性の向上が図れず、３０μ友より薄いと寿命が短く実用
的でない。使用される超砥粒の粒径は＃４００〜８００
であることが望ましく、この範囲を外れると面粗さが悪
化する。さらに、超砥粒の含有率は２０〜４０ｖｏ１％
であることが望ましい。２０ｖｏ１％未満では砥粒の露
出密度か低下し、面粗さが低下する。また、４０ｖｏ１
％より大では目詰まりの問題を生じる。

上記の構成からなるホーニング砥石においても、前記の
超仕上げ用砥石と同様の効果が得られる。

なお、第９図に示すように弾性層３１を凹形状または凸
形状としたり、第１０図のように研削液の給液路３５を
形成することも可能である。さらに、電鋳砥粒層３２に
多数の窪みを形成して切粉排出性の向上を図ることも可
能であるし、内面ホーニングに限らず、外面ホーニング
等にも本発明は適用できる。

さらに、本発明はホーニング砥石や超仕上げ用砥石のみ
に適用されるものではなく、曲面の加工を行なうための
地形式の砥石にも勿論適用可能である。

「実験例」 次に、実験例を挙げて本発明の効果を実証する。

被削材として、ニードルベアリング用ニードル（外径６
■、長さ３０ｍｍ）を用い、本発明を適用した超仕上げ
砥石の研削試験を行なった。要求される仕上げ面粗さＨ
ｗａｘは０．１μ舅である。

５０■×５■で曲率半径がｌ　ｙｘｔｘの曲面を有する
砥石基体に、所定の肉厚を有するウレタンゴム製の弾性
層を前記曲面に接着剤で貼付したうえ、この弾性層に種
々の電鋳砥粒層を貼付し、５種類の超仕上げ用砥石を作
成した。

次いで、これら砥石のそれぞれにより、以下の条件で超
仕上げを行なった。

被削材の回転速度＋５０Ｏｒｐｍ 砥石の振動数：　　１０００サイクル／分砥石の振幅：
１ｗｙ 砥石の当接圧カニ１０００ｇ／ｃ肩２ 砥石の各部と、得られた仕上げ面粗さ（Ｈｍａｘ）の平
均値および砥石寿命を求めた結果、この例における砥石
の好適な条件は下記の通りであることが判明した。

弾性層の厚さ二０．５〜３Ｍ肩、 弾性層の体積弾性率＋　２０００〜６０００電鋳砥粒層
の厚さ：５０〜ｌＯＯμ次 ダイヤモンド砥粒の粒径：＃１ＯＯＯ〜１５００低粒の
含有率　２５〜３０ｖｏ１％ なお、弾性層の厚さか０．５■未満では十分な弾力性が
得られず、３履肩より厚いと超仕上げの振動により電鋳
砥粒層がぐらつき、研削面位置が安定しない問題を生じ
た。また、電鋳砥粒層が１００μ友より厚いと十分な馴
染み性が得られず、５０μｌより薄いと十分な強度が得
られなかった。

さらに、砥粒粒径および含有率は、上記の範囲を外れる
といずれも表面粗さの低下を生じた。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わる曲面研削用砥石に
よれば、可撓性を有する薄い電鋳砥粒層を弾性層によっ
て支持しているので、電鋳砥粒層を被削面に押し当てる
と、その研削面が被削面の形状に沿って変形し、研削面
が全面に亙ってほぼ均等な圧力で被削面に当接し、局部
的な当接圧力の過剰が起こりにくい。したがって、当接
圧力過剰に起因する一部砥粒の食い込み過ぎを防ぎ、条
痕形成を防いで面粗さの向上が図れる。

また、超砥粒を金属めっき泪で強固に支持した電着砥粒
層を用いているので、超砥粒の脱落が少なく、従来の超
仕上げ用砥石に比して砥石寿命を大幅に延長できろうえ
、研削開始初期から被削材に馴染むため、慣らし運転の
時間が短くて済み、その間の製品の歩留まりも向上でき
る。

さらに、電鋳超砥粒はダイヤモンド砥粒の使用量が少な
くて済むため、従来のダイヤモンドを用いた超仕上げ粗
砥石ζこ比して、製造コスト低下が図れる利点も有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる曲面研削用砥石の一実施例とし
て超仕上げ用砥石を示す正面図、第２図は本発明の第２
実施例の正面図、第３図は第３実施例の正面図、第４図
は第４実施例の一部破断ｌ。 た正面図、第５図および第６図は電鋳砥粒層に形成した
貫通孔の断面図、第７図は第５実施例の正面図である。 また、第８図ないし第１０図は、本発明をホーニング砥
石に適用した第６ないし第８実施例を示す正面図である
。 一方、第１１図は超仕上げ研削の一例を示す斜視図、第
１２図は内面ホーニングの一例を示す平面図である。 １０・・・砥石基体、ＩＯＡ・・・曲面、１１・・・弾
性層、１１Ａ・・・曲面、１２・・・１！１ｔｉｆ砥粒
層、１２Ａ・・・研削面、ｌ　３，１４．１５・・・給
液路、１７・・・支持板、１８〜２１・・・曲率変更機
構、３０・・・砥石基体、３１・・弾性層、３２・・・
電鋳砥粒層、３３．３４．３５・・給液路。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　砥石基体上に弾性層を固定し、この弾性層で被削材の
   研削面に対応する曲面を構成するとともに、金属めっき
   相中に超砥粒を分散して薄板状に成形した電鋳砥粒層を
   前記曲面に張り付けて固定したことを特徴とする曲面研
   削用砥石。