(57)【要約】【課題】研削時に生じる熱を高い効率で冷却して、研削焼け等の表面品位劣化を引き起こすことなく、高能率で研削することができる研削用砥石を提供する。【解決手段】研削盤４０の砥石台４４に回転軸線回りに軸承された砥石軸４２に装着されるコア４の周囲に複数個の砥粒１６と結合剤１４とを含む砥粒層１２が形成される研削用砥石１０において、前記砥粒層１２には、常温時に固体で、融点が研削点温度以下の添加材２０が含有されていること。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削盤の砥石台に回転軸線回りに軸承された砥石軸に装着されるコアの周囲に複数個の砥粒と結合剤とを含む砥粒層が形成される研削用砥石において、
前記砥粒層には、常温時に固体で、融点が研削点温度以下の添加材が含有されていることを特徴とする研削用砥石。
【請求項２】
請求項１において、前記結合剤は立体的網目状に形成され、該網目状の空洞部に前記添加材が含有されていることを特徴とする研削用砥石。
【請求項３】
請求項１において、前記添加材は、前記結合剤の中に分散して含有されていることを特徴とする研削用砥石。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、前記添加材の融点が２２０℃以下であることを特徴とする研削用砥石。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項において、前記添加材は、密度が９４０Kg/ｍ３のポリエチレンであることを特徴とする研削用砥石。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項において、前記添加材は、融点が１００℃以上の脂肪酸塩であることを特徴とする研削用砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削に使用される砥石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄鋼材料を砥石車で高能率研削する場合には、砥粒として超砥粒の１つであるＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ：立方晶窒化ホウ素）を使用した砥石が使われる。ＣＢＮ砥石は、図８に示すように、複数のＣＢＮ砥粒１６と骨材７２とをビトリファイドボンド１４で固定したもので、ビトリファイドボンド１４は焼結による製造の際に気孔１８を生じて、立体的網目状の構造に形成される。このような研削用砥石を使用した研削時には工作物との摩擦によって生じる研削熱によって、工作物Ｗに研削焼けや割れが発生するため、一般に、図９に示すように、冷却液７０の供給や良熱伝導性材料を結合剤に使用するなどして研削熱の冷却が図られている。そして特許文献１のＣＢＮ砥石によると、ビトリファイドボンドの気孔内に固形油脂が充填され、この固形油脂が、研削時の発熱によって溶融して潤滑剤として作用する。この油脂の潤滑作用によって研削点における砥粒と工作物の摩擦を和らげ、発熱を抑制して研削抵抗を低下させる働きをしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９１１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、端面研削や内面研削では冷却液の供給が難しい場合があり、研削条件によっては、熱伝導による冷却では十分な冷却能力が得られない場合がある。また、特許文献１の固形油脂は、研削に使用されることで固形油脂が消費されて、効果が少なくなってしまうというおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、研削時に生じる熱を高い効率で冷却して、研削焼け等の表面品位劣化を引き起こすことなく、高能率で研削することができる研削用砥石を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明の構造上の特徴は、研削盤の砥石台に回転軸線回りに軸承された砥石軸に装着されるコアの周囲に複数個の砥粒と結合剤とを含む砥粒層が形成される研削用砥石において、前記砥粒層には、常温時に固体で融点が研削点温度以下の添加材が含有されていることである。
【０００７】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記結合剤は立体的網目状に形成され、該網目状の空洞部に前記添加材が含有されていることである。
【０００８】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記添加材は、前記結合剤の中に分散して含有されていることである。
【０００９】
請求項４に係る発明の構造上の特徴は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記添加材の融点が２２０℃以下であることである。
【００１０】
請求項５に係る発明の構造上の特徴は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記添加材は、密度が９４０Ｋｇ/ｍ３以上のポリエチレンであることである。
【００１１】
請求項６に係る発明の構造上の特徴は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記添加材は、融点が１００℃以上の脂肪酸塩であることである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、固体から液体に相転移する際には大きな融解熱（潜熱）が必要となり、研削時に砥石と工作物との間で発生する研削熱により上昇する温度（研削点温度）を、前記研削熱を砥石に含まれる添加材の融解熱として消費させることで、砥石の温度を効率よく冷却することができる。さらに、直接研削点を冷却する必要がないため、冷却液の供給が困難な端面研削や内面研削においても容易に冷却することができる。これによって、研削焼けや割れといった工作物の表面品位劣化を防止することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、網目状の空洞部に含有された添加材が砥粒に隣接し、砥粒と工作物との間で発生する研削熱が、砥粒から添加材に伝導し、添加材の上昇温度が融点に達したときに、大きな熱量を添加材の融解熱として消費する。これによって、砥粒の温度が上昇するのを抑えるので、研削焼け等の表面品位劣化を引き起こすことなく、高能率で研削することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、砥粒と工作物との間で発生する研削熱が、砥粒から結合剤及び添加材に伝導する。添加材の上昇温度が融点に達したときに、大きな熱量を融解熱として消費し、工作物に接する砥粒の温度が上昇するのを抑えることができる。そして、結合剤中に含まれる添加材は、夫々独立した状態で結合剤中に含まれるので、研削熱によって融解温度を超えて液化した場合でも、結合剤中に保持される。そのため、研削によって添加材が消費されてなくなることなく、使用後の冷却によって固体に戻り冷却効果を繰り返し持続させることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、２２０℃以下の融点温度の添加材を使用することで、研削熱により砥粒全体の温度が鉄鋼のＭｓ点である２２０℃以上となるのを抑えるので、工作物が鉄鋼である場合に、軟化して表面品位劣化を生じることを防止することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、密度９４０Ｋｇ/ｍ３以上のポリエチレンの融点温度はおよそ１２０℃〜１３５℃であり、常温で固体状態を保持する。研削時には、研削熱によってポリエチレンが融点に達した場合に、融解熱によって多くの熱量を消費する。これによって、工作物に接する砥粒の温度が研削熱によって上昇するのを抑えることができる。
【００１７】
請求項６に係る発明によれば、添加材として使用される脂肪酸塩の融点は１００℃以上であるため、常温では固体状態を保持する。研削時には、研削熱によって脂肪酸塩の融点である１００℃以上に達した場合に、脂肪酸塩が融解する際の融解熱（潜熱）によって多くの熱量を消費する。これによって、工作物に接する砥粒の温度が研削熱によって上昇するのを抑えることができる。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１８】
本発明に係る研削用砥石の実施例について図面に基づいて以下に説明する。研削用砥石１０は、図１に示すように、円盤状のコア４とこのコア４の外周に接着剤或いは焼結により固着したリング状又はセグメント状の砥粒層１２とから構成される。コア４は鋼、アルミニュウム或いはチタン等の金属材料或いはＦＲＰ（繊維強化プラスチック）材料で形成される。砥粒層１２は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）砥粒１６を結合剤としてのビトリファイドボンド１４で３〜５ｍｍの厚さに結合したものである。なお、結合剤としては、ビトリファイドボンド１４の他に、レジノイドボンドまたはメタルボンド等を使用することもできる。砥粒層１２は、図３の拡大模式図に示すように、例えば多数のＣＢＮ砥粒１６と、砥粒同士を立体網目状にブリッジ結合してなるビトリファイドボンド１４とからなる。そして、空洞部としての網目状の気孔１８には、添加材として例えば融点が約１５０℃のステアリン酸カルシウム（脂肪酸塩）が充填・固着されてステアリン酸カルシウム充填部２０が形成されている。
【００１９】
研削用砥石１０は、図２に示すように、研削盤４０の砥石台４４に軸線Ｏ回りに回転駆動可能に軸承された砥石軸４２にコア４で装着される。研削盤４０の工作物支持装置４３には工作物Ｗが回転駆動可能に支承され、砥石台４４の前進により研削用砥石１０の砥粒層１２に形成された研削面が工作物Ｗに接触面で当接して工作物Ｗの外周面を研削加工する。
【００２０】
次に、第１実施例に係る研削用砥石１０の製造方法について説明する。まずＣＢＮの砥粒層１２が公知の方法で製造される。この場合、ＣＢＮ砥粒１６と液状のビトリファイドボンド１４とが混練され、この混合物が砥粒層１２の形状（例えばリング状）に対応する空間を形成する図略の型枠に充填されて加圧成形される。次に、加圧成形されたリング状砥粒層１２が型枠から抜き出され、ビトリファイドボンド１４が固化する例えば９００℃前後の温度で数時間加熱焼成され、焼成後、自然冷却される。その後、リング状砥粒層１２は、予め加工したコア４の外周に接着剤で接着されて固着され、添加材含有前の研削用砥石１０Ａが製造される。
【００２１】
続いて、図５に示す添加材含浸工程において、添加材含有前の研削用砥石１０Ａは、ステアリン酸カルシウムが真空含浸法により含浸される。具体的には、加熱室５０内の容器５２内に収容した固形状態のステアリン酸カルシウムを加熱溶融し、このステアリン酸カルシウム液２０Ａ内に添加材含有前の研削用砥石１０Ａを浸漬し、蓋５４を被せて止め具５６により固定し、容器５２内を大気と遮断し密閉する。この状態において、蓋５４に設けた吸引口５８からバキューム装置５９により容器５２内部の大気を吸引し、容器５２内を真空とする。これにより、添加材含有前の研削用砥石１０Ａの砥粒層１２の気孔１８に含まれていた空気が容器５２外へ吸引され、代わりにステアリン酸カルシウム液２０Ａが気孔１８を埋め尽くす。その後、研削用砥石１０を常温まで冷却させた後、容器５２から取り出すことにより、図３に示すような、固体のステアリン酸カルシウム充填部２０が形成された砥粒層マトリックス組織を持つ研削用砥石１０が製造される。
【００２２】
次に、本実施例に係る研削用砥石１０を用いて工作物Ｗを研削する方法について説明する。研削用砥石１０は、図２に示すように、研削盤４０の砥石台４４に軸承された砥石軸４２にコア４で装着されて回転駆動され、工作物Ｗは主軸台及び心押台からなる工作物支持装置４３に支承されて回転駆動される。砥石台４４が工作物Ｗに向かって研削送りされ、研削用砥石１０により工作物Ｗが研削加工される。研削の際には、図４に示すように、工作物ＷとＣＢＮ砥粒１６との間で研削熱が発生する。研削熱は、ＣＢＮ砥粒１６から隣接するステアリン酸カルシウム充填部２０へ直接的に伝導される（図４における白抜き矢印参照）。研削作業の進行に伴って研削熱が上昇し、ステアリン酸カルシウム充填部２０の温度も上昇する。ステアリン酸カルシウム充填部２０が融点である約１５０℃に達すると、融解熱（潜熱）として多量の熱量が消費され、研削熱によるＣＢＮ砥粒１６の温度上昇が抑えられる。これによって、研削焼けや焼き戻しによって、工作物Ｗが表面品位劣化するのを防止する。研削熱が多量に発生して、ステアリン酸カルシウム充填部２０が融点温度を超えてしまうと、液化して研削時の砥石の回転によってステアリン酸カルシウムが飛散してしまうので、ステアリン酸カルシウムが液化しない範囲において研削熱の発生が管理される。
【００２３】
上記構成の研削用砥石１０によると、ステアリン酸カルシウム充填部２０が固体から液体に相転移する際には大きな融解熱（潜熱）が必要となるが、研削によって生じる砥石１０と工作物Ｗの間の研削熱を、砥石１０に含まれるステアリン酸カルシウム充填部２０の融解熱として消費させることで、砥石を冷却することができる。研削点に十分な冷却液が供給されなくとも冷却されるので、研削点に冷却液の供給が困難な端面研削や内面研削においても効率的に冷却することができる。また、冷却液を使用しない乾式研削が可能となり、研削作業環境が改善されるとともに、冷却液の廃棄処理にかかわる環境への負荷が低減される。
【００２４】
また、網目状の気孔１８に含有されたステアリン酸カルシウム充填部２０がＣＢＮ砥粒１６に隣接し、ＣＢＮ砥粒１６と工作物Ｗとの間で発生する研削熱が、ＣＢＮ砥粒１６からステアリン酸カルシウム充填部２０に伝導し、ステアリン酸カルシウム充填部２０の上昇温度が融点１５０℃（２２０℃以下である）に達したときに、大きな熱量を固体のステアリン酸カルシウムの融解熱として消費する。これによって、ＣＢＮ砥粒１６の温度が上昇するのを抑えるので、研削焼け等の表面品位劣化を引き起こすことなく、高能率で研削することができる。
【００２５】
また、このように２２０℃以下の融点温度の添加材を使用することで、研削熱により砥粒全体の温度が鉄鋼のＭｓ点である２２０℃以上となるのを抑えるので、工作物が鉄鋼である場合に、軟化して表面品位劣化を生じることを防止することができる。
【００２６】
また、添加材として使用されるステアリン酸カルシウムの融点は１００℃以上であるため、常温では固体状態を保持する。研削時には、研削熱によってステアリン酸カルシウムの融点である１５０℃以上に達した場合に、ステアリン酸カルシウムが融解する際の融解熱によって多くの熱量を消費する。
【００２７】
なお、本実施例では、脂肪酸塩としてステアリン酸カルシウムを使用したが、これに限定されず、例えば、ステアリン酸亜鉛（融点１４０℃）、ラウリン酸カルシウム（融点２１０℃）、リシノール酸バリウム（融点１２０℃）等を使用してもよい。
【００２８】
なお、上記実施例において、添加材として脂肪酸塩を使用したが、密度が９４０Ｋｇ/ｍ３以上のポリエチレンでもよい。また、添加材は、例えば図６に示すように、結合剤の中に分散して含有されるものでもよい。結合剤として例えばレジノイドボンドを使用することができる。この場合においても、図７に示すように、研削熱によってポリエチレン６２が融点（およそ１２０℃〜１３５℃）に達した場合に、融解熱によって多くの熱量を消費する。これによって、工作物Ｗに接する砥粒１６の温度が研削熱によって上昇するのを抑えることができる。
【００２９】
そして、ポリエチレン６２は、夫々独立した状態でレジノイドボンド６４中に含まれるので、研削熱によって融解温度を超えて液化した場合でも、レジノイドボンド６４中に保持される。そのため、研削によってポリエチレン６２が消費されてなくなることなく、使用後の冷却によって固体に戻り冷却効果を繰り返し持続させることができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、まったく冷却液を使用しない乾式研削を行うものとしたが、これに限定されず、例えば冷却液を併用した湿式研削や半乾式研削に使用してもよく、冷却手段を併用することで効率よく砥石研削面の冷却を行って、研削焼けや焼き戻し等の表面品位劣化を効果的に防止することができる。
【００３１】
斯様に、上記した実施の形態で述べた具体的構成は、本発明の一例を示したものにすぎず、本発明はそのような具体的構成に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採り得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
冷却液の供給が難しい端面研削や内面研削に使用する研削用砥石に利用することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例における研削用砥石の斜視図である。
【図２】同研削用砥石を研削装置に装着した斜視図である。
【図３】同研削用砥石の砥粒層の拡大模式図である。
【図４】同研削用砥石の研削時の研削熱の伝導状態を示す図である。
【図５】同研削用砥石の気孔内に添加材を含浸させる装置の概要を示す図である。
【図６】他の実施例における研削用砥石の砥粒層の拡大模式図である。
【図７】同研削用砥石の研削時の研削熱の伝導状態を示す図である。
【図８】従来例における研削用砥石の砥粒層の拡大模式図である。
【図９】同研削用砥石の研削時の研削熱の伝導状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
４…コア、１０…研削用砥石、１２…砥粒層、１４…結合剤（ビトリファイドボンド）、１６…砥粒（ＣＢＮ砥粒）、１８…空洞部（気孔）、２０…添加材・脂肪酸塩（ステアリン酸カルシウム）、４０…研削盤、４２…砥石軸、４４…砥石台、６２…添加材（ポリエチレン）、６４…結合剤（レジノイドボンド）、Ｗ…工作物。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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