(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビトリファイド砥石組織から成る塊状砥粒を熱硬化性樹脂のみを結合剤とするレジノイド砥石組織中に有し且つ硬質ギヤの歯面をホーニング加工するために用いられるハイブリッド型レジノイド砥石であって、
前記塊状砥粒は、ゾルゲル砥粒がビトリファイド結合剤によって結合されたものであることを特徴とするハイブリッド型レジノイド砥石。
【請求項２】
前記塊状砥粒および単粒砥粒がエポキシ樹脂結合剤によって結合されたものである請求項１のハイブリッド型レジノイド砥石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビトリファイド砥石組織から成る塊状砥粒をレジノイド砥石組織中に有するハイブリッド型レジノイド砥石に関し、特に、ゾルゲル砥粒がビトリファイド結合剤によって結合された塊状砥粒が用いられたハイブリッド型レジノイド砥石に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
砥粒を結合させるための結合剤として熱硬化性樹脂が用いられる所謂レジノイド砥石は、近年の研磨能率や研磨取り代などが大きく要求される分野に対して、高結合度化や高密度構造化などで砥石組織を変えるだけでは十分対応できなくなっている。レジノイド砥石は、ビトリファイド砥石に比較して、切り込み負荷に対する弾性変形が大きく、砥粒のグリップ力が低く、摩耗が大きいなどの性質があるからである。たとえば、内周歯或いは外周歯の歯形形状の全面でホーニングを行う歯形砥石においては、その歯形形状が重要であり、砥石の摩耗による形状変化が許容値を越えると、その歯形の修正のためのドレッシングが行われるが、そのドレッシングの周期（ドレッシングインターバル）は砥石寿命に密接に関連するので、耐摩耗性を高めるために高結合度のレジノイド砥石を用いると、切れ味が不足し、取り代の多い加工には対応できないのである。
【０００３】
これに対し、切れ味を高め且つ取り代の多い加工を可能とするために、たとえば、ヨーロッパ特許出願公開公報（ EP 0692342 A2）に記載されているような、焼結アルミナ砥粒をビトリファイド結合剤により結合した塊状砥粒をエポキシ等の熱硬化性樹脂により結合させたレジノイド砥石が考えられる。しかしながら、このような焼結アルミナ砥粒をビトリファイド結合剤により結合した塊状砥粒を熱硬化性樹脂により結合させたレジノイド砥石では、砥粒のグリップ力は向上するものの、個々の砥粒が比較的早期に破砕や摩耗をきたしドレスインターバルや砥石寿命に対しては期待通りの効果が得られないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、ゾルゲル法により製造されることによりサブミクロンの微小結晶が結合した多結晶体であって、通常の焼結砥粒のような比較的大きな破砕ではなく、小破砕すなわち微小結晶の逐次の脱落によって切れ刃が順次再生される所謂ゾルゲル砥粒を、熱硬化性樹脂結合剤により結合させたレジノイド砥石が考えられる。しかしながら、このようにゾルゲル砥粒の単粒体を熱硬化性樹脂結合剤により結合させたレジノイド砥石では、小破砕すなわち微小結晶の逐次の脱落によるゾルゲル砥粒による切れ刃再生作用が期待通りに得られないという問題があった。すなわち、ゾルゲル砥粒の切れ刃再生には、小破砕のためにある程度の衝撃が必要であるが、そのゾルゲル砥粒を保持する熱硬化性樹脂の弾性によって衝撃が吸収されることにより上記ゾルゲル砥粒の切れ刃再生作用が十分に行われないものと考えられるのである。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、耐摩耗性を高めるために高結合度としても、切れ味がよく、取り代の多い加工に対応できるレジノイド砥石を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の要旨とするところは、ビトリファイド砥石組織から成る塊状砥粒を熱硬化性樹脂のみを結合剤とするレジノイド砥石組織中に有し且つ硬質ギヤの歯面をホーニング加工するために用いられるハイブリッド型レジノイド砥石であって、上記塊状砥粒は、ゾルゲル砥粒がビトリファイド結合剤によって結合されたものであることにある。
【０００７】
【発明の効果】
このようにすれば、ゾルゲル砥粒がビトリファイド結合剤により塊状に結合された塊状砥粒が熱硬化性樹脂結合剤により結合された砥石組織が構成されているので、ゾルゲル砥粒の単粒体に比較して大きな塊状砥粒が熱硬化性樹脂結合剤により比較的強固に保持されている。したがって、塊状砥粒内においてビトリファイド結合剤により結合されたゾルゲル砥粒は、ビトリファイド砥石と同様に、研削中に受ける衝撃によって微細結晶の逐次の脱落によって切れ刃が再生されることから、表面が焼き入れされた硬質ギヤの歯面をホーニング加工するとき、耐摩耗性を高めるために高結合度とされたとしても、切れ味がよく、取り代の多い加工が可能であるので高精度且つ高能率でホーニング加工することができる。
【０００８】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記ハイブリッド型レジノイド砥石は、前記塊状砥粒および単粒砥粒がエポキシ樹脂結合剤によって結合されたものである。
【００１０】
また、好適には、前記塊状砥粒は、全砥粒中の５重量％以上の割合で混入される。このようにすれば、切れ味がよくしかも取り代の多い加工が可能という効果が得られる。さらに好ましくは、上記塊状砥粒は、全砥粒中の２０重量％以上の割合で混入される。このようにすれば、一層切れ味がよくしかも取り代の多い加工が可能となる。
【００１１】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１において、ギヤホーニング用砥石１０は、周方向に複数個たとえば１４４個設けられた内周歯１２をその内周面に有するギヤホーニング用砥石１０であって、内歯砥石とも称される。
【００１３】
上記ギヤホーニング用砥石１０は、たとえば図２の(a) および(b) に示されるように、ハスバ歯車１８の所定の形状精度を得るために行われるホーニング加工に用いられる。図２(a) において、被削材であるハスバ歯車１８は、図示しない両端部において支持される回転軸２０に、軸心方向および周方向の相対回転不能に取付られている。そして、上記ギヤホーニング砥石１０が図示しない駆動機構によって駆動されることにより、そのギヤホーニング砥石１０と噛み合ったハスバ歯車１８がその軸心まわりに回転させられるとともに、その軸心方向すなわち図２(a) のＢ方向に往復駆動させられるようになっている。ギヤホーニング用砥石１０は、その内周歯１２がハスバ歯車１８と噛み合うように、図２(a) に示されるように、その軸心が回転軸２０の軸心方向に対して所定角度傾斜し、且つ図２(b) に示されるように、その軸心がハスバ歯車１８の軸心から所定距離離隔して配置されている。そして、外周面において図示しないホルダにその軸心まわりに回転可能に取付られることにより、噛合状態を維持したまま回転する。これにより、ハスバ歯車１８が連れ回り、ハスバ歯車１８にはギヤホーニング用砥石１０の内周歯１２の形状が転写されて、ハスバ歯車１８の外周歯が高精度にホーニング加工される。
【００１４】
上記ギヤホーニング用砥石１０は、たとえば図３に示すような、ビトリファイド砥石組織から成る塊状砥粒２４をレジノイド砥石組織中に有するハイブリッド型レジノイド砥石である。すなわち、砥石部１６は、塊状砥粒２４と単粒状の一般砥粒２６とがたとえば１５ＧＰａ程度の弾性率を有するエポキシ樹脂（熱硬化性樹脂結合剤）２８により結合されたレジノイド砥石組織を備えたものであり、通常のレジノイド砥石工程と同様の工程、すなわち原料を調合して混合する調合混合工程、プレス或いは流し込みによる成形工程、熱硬化性樹脂結合剤を硬化させる硬化工程を経て製造される。
【００１５】
上記塊状砥粒２４は、ゾルゲル法によって製造されることによりサブミクロンの微小結晶が結合した多結晶体であって、小破砕すなわち微小結晶の逐次の脱落によって切れ刃が順次再生される性質すなわちミクロ自生発刃性を有する複数ののゾルゲル砥粒を、たとえば３０ＧＰａ程度の弾性率を有するガラス質のビトリファイド結合剤を用いて結合させることにより、たとえば＃２０番程度の大きさに整粒されたものであって剛性の高い塊状或いは粒状とされたものである。この塊状砥粒２４は、通常のビトリファイド砥石と同様に、たとえば＃８０乃至＃１００番程度のゾルゲル砥粒、ビトリファイド結合剤、および粘結剤などの原料を調整し混合した後、９００℃程度の焼成を経て得られたビトリファイド砥石を粉砕し且つ分級したり、原料調整混合工程の後に塊状に造粒して焼成したり、原料調整混合工程の後にシート状に成形して焼成することにより焼成し、焼成されたシートを粉砕し且つ分級したりすることにより得られる。
【００１６】
上記ゾルゲル砥粒は、たとえば図４の電子顕微鏡像に示すように、多数の微小結晶の結合体であって、多数のミクロ切れ刃を備えている。このため、微小結晶の逐次の脱落によって切れ刃が順次再生されるミクロ自生発刃性を備えているため、このゾルゲル砥粒を用いた砥石では、研削抵抗値が同程度であっても、被削剤の粘着が成長しないので研削焼けやヒビリが発生し難く、砥石寿命が長くなり、しかも、研削比が高く、一般砥粒の場合に比較して５乃至１０倍の研削性能が得られるので、高能率研削が可能となる。しかしながら、研削中には、上記微小結晶の逐次の脱落を発生させる衝撃がゾルゲル砥粒に対して逐次加えられる必要があるが、単粒状態のゾルゲル砥粒を熱硬化性樹脂結合剤（レジンボンド）で結合しただけの従来のレジノイド砥石では、ゾルゲル砥粒に対して加えられた衝撃がそのゾルゲル砥粒を保持する樹脂結合剤によって衝撃が吸収されるため、必ずしもゾルゲル砥粒の性能を十分に引き出せなかった。上記本実施例のギヤホーニング砥石１０は、そのような不都合を解消するために、複数のゾルゲル砥粒をビトリファイド結合剤により結合させた塊状砥粒を熱硬化性樹脂結合剤で保持するようにしたものである。
【００１７】
以上のようにして構成されたギヤホーニング砥石１０（図５の試料Ａ）は、エポキシ樹脂が塊状砥粒２４の凹凸や気孔内に進入することによりそれを強固に保持するために、＃１００番程度のゾルゲル砥粒（単粒）をエポキシ樹脂で結合したレジノイド砥石（図５の試料Ｃ）と比較して同程度の強度を備えるとともに、＃２０番程度のゾルゲル砥粒（単粒）をエポキシ樹脂で結合したレジノイド砥石（図５の試料Ｂ）と同程度の低い弾性率を備えている。一般に、砥粒が粗くなるほど砥石強度が低下するが、本実施例のギヤホーニング砥石１０ではエポキシ樹脂２８が塊状砥粒２４に浸透してその塊状砥粒２４が強固にエポキシ樹脂２８に保持されているので、強度の低下が抑制されている。従って、本実施例のギヤホーニング砥石１０は、適度の弾性率が得られると同時に切込み剛性が高められるので取り代を大きくすることができる。なお、図５の試料Ｄは、１００番程度の原粒がビトリファイト結合剤により結合された粒径が２乃至８mm程度の整粒されていない塊状砥粒をエポキシ樹脂で結合したレジノイド砥石である。整粒されていない塊状砥粒は分散が不均一となる。
【００１８】
以下、本発明者が行った実験例を説明する。先ず、以下に示す調合を用いて通常のレジノイド砥石製造工程を経ることにより、以下に示す砥石形状のギヤホーニング砥石すなわち試料Ａ（砥粒ＷＡ／Ｘ２、粒度１００、結合度Ｒ、組織７、エポキシ樹脂ボンドＹ）および試料Ｅ（砥粒ＷＡ、粒度８０、結合度Ｒ、組織７、エポキシ樹脂ボンドＹ）を作成し、以下に示す研削条件で研削したところ、試料Ｅの取代（ＯＢＤ測定値）は５０μｍであったのに対し、試料Ａは１００μｍであった。すなわち、試料Ａは、切れ味がよく、ホーニング研削のとり代を多くすることができた。
【００１９】
（試料Ａの調合）
・砥材Ｖｇ＝  ４９容積％〔＃２０の塊状砥粒１５．３Wt％（砥粒中の２０容積％）、および＃１００のＷＡ（ホワイトアランダム）６１．０Wt％（砥粒中の８０容積％）を混合した砥粒が７６．３Wt％〕
・ボンドＶｂ＝４７容積％〔エポキシ樹脂が２３．３Wt％〕
・気孔＝４容積％
・設計比重    ２．５０
（試料Ｅの調合）
・砥材Ｖｇ＝  ４９容積％〔＃８０のＷＡが７６．７Wt％〕
・ボンドＶｂ＝４７容積％〔エポキシ樹脂が２３．３Wt％〕
・設計比重    ２．５４
（砥石形状）
・寸法＝外径３５０mmφ×厚み２７mm×内径２９３．４mmφ
・内周歯：ｍモジュール歯２．２、Ｚ（歯数）＝１２７、Ｐ（圧力角）＝１７．５、ネジレ角＝２１．１７’
（研削条件）
ワーク諸元：Ｚ＝５３、ネジレ角＝３１．５’、材質＝ＳＣｒ４２０
砥石周速：５００rpm 、研削液＝油性
【００２０】
上述のように、本実施例のギヤホーニング砥石１０は、たとえば図４に示すゾルゲル砥粒がビトリファイド結合剤により塊状に結合された塊状砥粒２４が熱硬化性樹脂結合剤であるエポキシ樹脂２８により結合された砥石組織で構成されていることから、ゾルゲル砥粒の単粒体に比較して大きな塊状砥粒２４が熱硬化性樹脂結合剤により比較的強固に保持されているので、塊状砥粒２４内において剛性の高いビトリファイド結合剤により結合されたゾルゲル砥粒は、ビトリファイド砥石と同様に、研削中に受ける衝撃によって微細結晶の逐次の脱落によって切れ刃が再生されるので、耐摩耗性を高めるために高結合度とされたとしても、切れ味がよく、取り代の多い加工に対応できる。
【００２１】
また、本実施例のギヤホーニング砥石１０は、高結合度とすることにより耐摩耗性が高められたギヤホーニング用砥石であったとしても、塊状砥粒２４および単粒の一般砥粒２６がエポキシ樹脂結合剤２８によって結合されたものであることから、たとえば表面が焼き入れされた硬質ギヤの歯面をホーニング加工するとき、塊状砥粒内において剛性の高いビトリファイド結合剤により結合されたゾルゲル砥粒は、ビトリファイド砥石と同様に、研削中に受ける衝撃によって微細結晶の逐次の脱落によって切れ刃が再生されるので、切れ味がよくしかも取り代の多い加工が可能であるので高精度且つ高能率でホーニング加工することができる。すなわち、砥石全体では適度の弾性率が得られるので、切込み剛性が高められ、レジノイド砥石でなくてはならない研削作業でも高能率化が可能となる。
【００２２】
ここで、上記ギヤホーニング砥石１０では、切れ味がよくしかも取り代の多い加工が可能という効果が得られるように、全砥粒中の５Wt％以上の割合で塊状砥粒２４が混入される。さらに望ましくは、全砥粒中において２０Wt％以上の割合で塊状砥粒２４が混入される。また、塊状砥粒２４中のゾルゲル砥粒の粒度は＃６０乃至＃１００、塊状砥粒２４の結合度はＬ乃至Ｍ、塊状砥粒２４中には１５Wt％程度のビトリファイドボンド量が効果的である。
【００２３】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図６は、刃物研磨用の多孔質エポキシ砥石４０を構成する砥石組織を示している。この多孔質エポキシ砥石４０は、ビトリファイド砥石組織から成る塊状砥粒２４をレジノイド砥石組織中に有するハイブリッド型レジノイド砥石である。すなわち、多孔質エポキシ砥石４０は、塊状砥粒２４と単粒状の一般砥粒２６と気孔形成剤４２とがエポキシ樹脂２８により結合されたレジノイド砥石組織を備えたものであり、通常の流し込み式レジノイド砥石工程と同様の工程を経て製造される。すなわち、砥石原料である塊状砥粒２４、単粒状の一般砥粒２６、気孔形成剤４２、液状のエポキシ樹脂２８が調合された後に混合され、この混合によって流動化させられた流動性原料が成形型内に鋳込まれた状態で、エポキシ樹脂２８の硬化が行われることにより、多孔質エポキシ砥石４０が製造される。
【００２５】
上記のように構成された多孔質エポキシ砥石４０は、たとえば図４に示すゾルゲル砥粒がビトリファイド結合剤により塊状に結合された塊状砥粒２４が熱硬化性樹脂結合剤であるエポキシ樹脂２８により結合された砥石組織で構成されていることから、単粒体のゾルゲル砥粒に比較して大きな塊状砥粒２４が熱硬化性樹脂結合剤により比較的強固に保持されているので、高結合度とすることにより耐摩耗性が高められていたとしても、塊状砥粒２４内において剛性の高いビトリファイド結合剤により結合されたゾルゲル砥粒は、ビトリファイド砥石と同様に、研削中に受ける衝撃によって微細結晶の逐次の脱落によって切れ刃が再生されるので、切れ味がよく、取り代の多い研削加工に対応できるので高精度且つ高能率で刃物研磨加工をすることができる。
【００２６】
また、流動性原料内において塊状砥粒２４は沈降せず均一に分散するので、一層高品質の砥石組織が得られる。ここで、多孔質エポキシ砥石４０においても、塊状砥粒２４は、切れ味がよくしかも取り代の多い加工が可能という効果が得られるように、全砥粒中の５Wt％以上の割合で混入される。さらに望ましくは、砥粒中において２０Wt％以上の割合で塊状砥粒２４が混入される。また、塊状砥粒２４の粒度は＃６０乃至＃１００、結合度はＬ乃至Ｍ、１５Wt％程度のビトリファイドボンド量が効果的である。
【００２７】
以上、本発明の一実施例を図面を用いて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００２８】
たとえば、前述の実施例では、ギヤホーニング砥石１０および刃物研磨用の多孔質エポキシ砥石４０について説明されていたが、他の用途のハイブリッド型レジノイド砥石であってもよい。
【００２９】
また、前述の実施例では、熱硬化性樹脂結合剤としてエポキシ樹脂２８が用いられていたが、フェノール樹脂などが用いられていても差し支えない。
【００３０】
また、前述の実施例の塊状砥粒２４に含まれる砥粒は、ゾルゲル砥粒のみであったが、ゾルゲル砥粒および一般砥粒或いは超砥粒であっても差し支えない。
【００３１】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のハイブリッド型レジノイド砥石であるギヤホーニング砥石を示す斜視図である。
【図２】図１のギヤホーニング砥石を用いて歯車のホーニング加工をする状態を説明する図であって、(a) は軸心方向に平行な(b) のａ−ａ視断面を示し、(b) は軸心方向から見た図を示している。
【図３】図１のギヤホーニング砥石の砥石部を構成する砥石組織を示す図である。
【図４】図３の砥石組織内の塊状砥粒に含まれるゾルゲル砥粒を拡大して示す図である。
【図５】図１のギヤホーニング砥石の砥石部に対応する試料Ａの強度および弾性率を、＃２０のゾルゲル砥粒を含むレジノイド砥石である試料Ｂ、＃１００のゾルゲル砥粒を含むレジノイド砥石である試料Ｃ、整粒していない塊状砥粒を含むレジノイド砥石である試料Ｄと比較して示す図である。
【図６】本発明の他の実施例のハイブリッド型レジノイド砥石である多孔質エポキシ砥石を構成する砥石組織を示す図である。
【符号の説明】
１０：ギヤホーニング砥石（ハイブリッド型レジノイド砥石）
２４：塊状砥粒
４０：多孔質エポキシ砥石（ハイブリッド型レジノイド砥石）
【図１】
0003723705.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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