(57)【要約】      （修正有）【課題】砥粒層の研削面に開口する凹部に、脆性材料を充填させることによって、砥粒層の割れや欠けが生じるのを、容易に防止することができ、研削屑の排出機能を向上させる複合砥石を提供する。【解決手段】研削盤の砥石台に軸線回りに回転駆動可能に軸承された砥石軸に装着されるコアに、超砥粒を含む砥粒層１２を有する複数の砥石チップが貼付され、前記砥粒層に形成された研削面１５が前記研削盤の工作物支持装置に回転駆動可能に支承された工作物を研削点で当接して研削加工する砥石１０において、前記砥粒層には、前記研削面に開口する複数の凹部２０が形成され、該凹部には高気孔率の脆性材料５０又は高気孔率のビトリファイド砥石材が充填されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削盤の砥石台に軸線回りに回転駆動可能に軸承された砥石軸に装着されるコアに、超砥粒を含む砥粒層を有する複数の砥石チップが貼付され、前記砥粒層に形成された研削面が前記研削盤の工作物支持装置に回転駆動可能に支承された工作物を研削点で当接して研削加工する砥石において、
前記砥粒層には、前記研削面に開口する複数の凹部が形成され、該凹部には高気孔率の脆性材料又は高気孔率のビトリファイド砥石材が充填されていることを特徴とする複合砥石。
【請求項２】
請求項１において、前記凹部は、前記砥石周方向に傾斜する複数の傾斜溝であることを特徴とする複合砥石。
【請求項３】
請求項１において、前記凹部は、前記研削面に散在する複数の穴状凹部であることを特徴とする複合砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥粒層の研削面に、中空球、多孔質材を含む脆性材料が充填された複合砥石に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸線回りに回転駆動される円盤状のコアの外周面に、ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素等の超砥粒を含む砥粒層が形成され、該砥粒層外周の研削面に所定の幅、深さを有する傾斜溝がコアの軸線に対して２５度乃至４５度程度傾斜して刻設された溝付砥石が特許文献１に記載されている。このような溝付砥石によれば、研削液を傾斜溝に沿って研削点に効果的に導入することができ、傾斜溝の無い砥石に比して研削による除去量を約１．５倍に増大させて研削効率をたかめることができる。
【特許文献１】特開２０００−３５４９６９号公報（段落〔０００７〕、〔００２６〕、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記した溝付き砥石によれば、回転軸線に直角な砥粒層の両端面まで傾斜溝が刻設され、各該端面と傾斜溝の側壁面とが鋭角を形成するので、砥粒層の強度がその鋭角部分において不足し、研削抵抗によって砥粒層の割れや欠けを引き起こしやすいという不具合があった。また、砥石は基本機能のひとつとして研削屑の排出機能の向上が求められている。    
【０００４】
本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、砥粒層の研削面に開口する凹部に、脆性材料を充填させることによって、砥粒層の割れや欠けが生じるのを、容易に防止することができ、研削屑の排出機能を向上させる複合砥石を提供するというものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、研削盤の砥石台に軸線回りに回転駆動可能に軸承された砥石軸に装着されるコアに、超砥粒を含む砥粒層を有する複数の砥石チップが貼付され、前記砥粒層に形成された研削面が前記研削盤の工作物支持装置に回転駆動可能に支承された工作物を研削点で当接して研削加工する砥石において、前記砥粒層には、前記研削面に開口する複数の凹部が形成され、該凹部には高気孔率の脆性材料又は高気孔率のビトリファイド砥石材が充填されていることである。
【０００６】
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、前記凹部は、前記砥石周方向に傾斜する複数の傾斜溝であることである。
【０００７】
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、前記凹部は、前記研削面に散在する複数の穴状凹部であることである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によると、超砥粒を含む砥粒層を有する複数の砥石チップがコアに貼付された砥石において、研削面に開口する凹部に充填された高気孔率の脆性材料の気孔が研削によって継続的に破壊され、破壊された多数の気孔が研削屑の排出ポケットを形成するので、研削屑を効果的に排出して高能率の研削を可能にする。
【０００９】
また、破壊された気孔によって生じる細かい空間の集合によって研削点に供給される研削液の動圧を開放することができる。また、凹部を形成することによって砥粒層に応力が集中し易い箇所が生じる場合でも、凹部に脆性材料を充填することにより補強されて該応力が集中するを防ぐので、該砥粒層が研削抵抗によって割れや欠けを生じるのを防止することができる。
【００１０】
また、凹部に高気孔率のビトリファイド砥石材（ビトリファイドボンドで結合された砥粒からなるもの）が充填されているときには、ビトリファイドボンドが形成する気孔によって、同様に研削屑の排出ポケットとして研削屑を効果的に排出して高能率の研削を可能にする。また、ビトリファイドボンドが形成する高気孔率の気孔によって、同様に研削点に供給される研削液の動圧を開放することができる。また、凹部にビトリファイド砥石材を充填することにより補強されて、砥粒層が研削抵抗によって割れや欠けを生じるのを防止することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によると、傾斜溝が通過する研削点においては、研削点に供給される研削液の動圧が、該傾斜溝に充填された高気孔率の脆性材料又は高気孔率のビトリファイド砥石材によって開放されて、工作物が砥石から離間する方向に変位されて工作寸法が大きくなることがなくなり、研削精度、特に真円度が向上する。
【００１２】
また、砥石周方向に平行な砥粒層の端面と傾斜溝の側壁面とが鋭角を形成しても、傾斜溝に充填される脆性材料又はビトリファイド砥石材により補強されるので、砥粒層の強度が砥石周方向のその鋭角部分において不足するのを防止して、砥粒層がその鋭角部分において割れや欠けを生ずるのを防止することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明によると、研削面に散在する複数の穴状凹部に充填された脆性材料の気孔が研削によって破壊され、破壊された気孔が研削屑の排出ポケットを形成するので、形成された排出ポケットにより研削屑を一時的に保持して研削点より高効率で排出することができる。また、研削面に散在する複数の穴状凹部に高気孔率のビトリファイド砥石材が充填されているときには、ビトリファイドボンドの気孔により研削屑の排出ポケットが形成されるので、同様に研削屑を高効率で排出することができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る複合砥石の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、セグメントタイプの砥石チップを含む砥石を示し、図２は該砥石が装着される研削盤を示す。
【００１５】
この砥石１０の砥石チップ１１は、超砥粒をビトリファイドボンドで結合した砥粒層１２が外周側に形成され、超砥粒層を含まない下地層１３が砥粒層１２の内側に重ねて一体的に形成されている。砥石１０は、砥粒層１２と下地層１３からなる複数の円弧状の砥石チップ１１が鉄又はアルミニウム等の金属、或いは樹脂、一般砥石等で成形された円盤状のコア１４の外周面に並べられ、下地層１３の底面で接着剤によりコア１４に貼付されて構成されている。砥石１０は、図２に示す研削盤３０の砥石台３１に軸線Ｏ回りに回転駆動可能に軸承された砥石軸３２にコア１４で装着される。研削盤３０の工作物支持装置３３には工作物Ｗが回転駆動可能に支承され、砥石台３１の前進により砥石１０の砥粒層１２に形成された研削面１５が工作物Ｗに研削点Ｐで当接して工作物Ｗの外周面を研削加工するようになっている。
【００１６】
図３は、円弧状の砥石チップ１１を示すもので、砥粒層１２は、ＣＢＮ、ダイヤモンド等の超砥粒１６をビトリファイドボンド１７で３〜５ｍｍの厚さに結合したものであり、集中度調整用に超砥粒の代わりに酸化アルミニュウム（Al２O３）等の粒子が骨材として混入されている場合もある。また、前記下地層１３は下地粒子１９をビトリファイドボンド１７で１〜３ｍｍの厚さに結合したものである。ビトリファイドボンド１７を採用すると、有気孔の特性から、切り屑の排出性に優れ、切れ味が良好となるため、砥石磨耗量を少なくして良好な表面粗さに研削加工することができる。しかしながら、結合剤としては、ビトリファイドボンド１７の他に、レジンボンドまたはメタルボンド等を使用することができる。また、後述する凹部としての傾斜溝２０が砥粒層１２表面より深さｈで形成されている。
【００１７】
図４に示すように、砥石１０の研削面１５には、砥石周方向に対して傾斜する幅ｂの凹部としての傾斜溝２０が複数本、砥石１０の回転位相に拘らず少なくとも１本の傾斜溝２０が研削点Ｐを上下に通過するように刻設されている。傾斜溝２０は砥石周方向に平行な砥粒層の端面２１,２２まで達しており、該端面２１と傾斜溝２０の側壁面２３及び端面２２と傾斜溝２０の側壁面２４とが鋭角を形成している。傾斜溝２０には、例えばシラスバルーン（脆性材料）のような多孔質の粒子がビトリファイドボンドにより結合された脆性材料体５０が充填されている。
【００１８】
また、図４に示すように、脆性材料体５０が充填された傾斜溝２０が常に研削点Ｐを通過することにより、前述のように傾斜溝２０には脆性材料体５０が充填されているが、この脆性材料（シラスバルーン）は多孔質であり、小さな風船粒状（多孔質）のシラスバルーンが継続的に破壊され、次々に空孔を生じさせるので、研削点Ｐに供給された研削液に発生する動圧が開放される。そして、工作物Ｗが砥石１０から離間する方向に変位されて工作寸法が大きくなることがなくなり、研削精度、特に真円度が向上する。
【００１９】
ここで、研削点Ｐに供給された研削液に動圧が発生することを効果的に防止するとともに、高い研削精度、長い砥石寿命を確保することができる脆性材料体５０が充填されている傾斜溝２０を作成するための条件は、実験等より以下に述べる通りである。傾斜溝２０（脆性材料体５０充填済み。以下この段落において同じ）は、砥石１０の回転位相に拘らず研削点Ｐの軸線方向の長さ内で少なくとも１本、好ましくは２本以上研削点Ｐを上下に通過させる。前記傾斜溝２０の砥石円周方向の幅である溝円周幅ｃは、研削面１５に露出する超砥粒１６の間隔が溝円周幅ｃだけ広くなるので短い方が良い。製作工数を低減するためには、溝本数は少ない方が良い。傾斜溝２０の砥石円周方向のピッチは、傾斜溝２０の間隔が狭いと製作しにくく、且つ砥石チップ１１の強度が低下するので長い方が良い。傾斜溝２０の総面積は、これを大きくすると研削に関与する超砥粒１６の数が減少して砥石磨耗量が増加するのであまり大きくしない方が良い。
【００２０】
これらの条件を勘案して、例えば外径３５０ｍｍの砥石１０によって幅１５ｍｍの工作物Ｗをプランジカット研削する場合に適切な傾斜溝２０の本数ｎ、傾斜角度αを決定する方法を以下に説明する。傾斜角度αは、傾斜溝２０と砥粒層１２の端面２１、即ち砥石周方向とのなす角度であり、研削点Ｐの軸線方向の長さは工作物Ｗの幅と同じ１５ｍｍとなる。
【００２１】
傾斜溝２０の溝法線方向の幅ｂは、溝加工用砥石の強度を考慮し、且つ傾斜溝２０の砥石円周方向の長さである溝円周幅ｃを短くするためにも１ｍｍ程度とするのがよい。溝円周幅ｃと傾斜溝２０の傾斜角度αを１５度程度に大きくすると溝円周幅ｃは小さくなり、傾斜溝２０による超砥粒１６の間隔の広がりを小さく抑えることができる。
【００２２】
このようにして本実施形態では、外径３５０ｍｍの砥石１０で幅１５ｍｍの工作物Ｗをプランジカット研削する場合に、砥石１０の回転位相に拘らず工作物Ｗの幅、即ち研削点Ｐの軸線方向の長さ内で２本の傾斜溝２０が研削点Ｐを上下に通過するように決定した傾斜溝２０（脆性材料が充填された）の緒元の一例は、溝幅ｂが１ｍｍ、溝深さｈが７ｍｍ、傾斜角度αが１５度、本数ｎが３９本とする。
【００２３】
次に、傾斜溝入り砥石を製造する方法を図５に基づいて説明する。図５（ａ）に示すように、長方形状の外型４１の内側底部に下型４２が嵌合され、砥石１０の外径になる砥石チップ１１の円弧面に相当する円弧状の凹型面４２ａが下型４２の上面に形成されている。この下型４２上に、砥粒層１２を構成する超砥粒１６及びビトリファイドボンド１７等を混合した砥粒層用粉体４４が充填され、図略のパーテーションにより前記傾斜溝２０となる部分を溝状の凹部として形成し、該凹部にシラスバルーン及びビトリファイドボンドが混合された脆性材料体５０を充填する。そして、砥粒層用粉体４４及び脆性材料体５０の厚さが均一になるようにレベリングされる。この状態で図５（ｂ）に示すように、第１上型４５である押型が外型４１の内面に沿って下降され、砥粒層用粉体４４及び脆性材料体５０を仮プレスして砥粒層１２及び脆性材料層５２を円弧状に仮成型する。
【００２４】
続いて、図５（ｃ）に示すように、下地粒子１９を含む下地層用粉体４６が、仮プレス成型された砥粒層１２及び脆性材料層５２の上側に充填され、下地層用粉体４６の厚さが均一になるようにレベリングされる。その状態で、図５（ｄ）に示すように、第２上型４７が外型４１の内面に沿って下降され、下地層用粉体４６と砥粒層１２及び脆性材料層５２とを同時にプレスする。これにより、下地層１３が砥粒層１２及び脆性材料層５２の内側に重ねて一体的にプレス成型され、円弧状の砥石チップ１１が形成される。その後、第２上型４７が上昇され、砥石チップ１１が外型４１、下型４２から離型される。
【００２５】
次に、本実施形態の傾斜溝入り砥石１０の作動について説明する。砥石１０は図２に示す研削盤３０の砥石台３１に軸承された砥石台３２にコア１４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３３に支承されて回転駆動される。砥石カバー３４に取り付けられたクーラントノズル３５から砥石１０と工作物Ｗとの間の研削点Ｐにクーラントが供給され、砥石台３１が工作物Ｗに向かって研削送りされ、砥石１０により工作物Ｗが研削加工される。
【００２６】
この場合、超砥粒を含む砥粒層１２を有する複数の砥石チップ１１がコアに貼付された砥石１０において、研削面１５に開口する傾斜溝２０に充填された高気孔率の脆性材料体（シラスバルーン）５０の気孔が研削によって継続的に破壊され、破壊された多数の気孔が研削屑の排出ポケットを形成するので、研削屑を効果的に排出して高能率の研削を可能にする。また、破壊された気孔によって生じる細かい空間の集合によって研削点Ｐに供給される研削液の動圧を開放することができる。また、傾斜溝２０を形成することによって砥粒層１２に応力が集中し易い箇所（例えば砥石周方向に直交する端面２１,２２と傾斜溝２０の側壁面２３,２４とがなす角度が鋭角となって砥粒層１２が薄くなるような箇所）が生じる場合でも、該傾斜溝２０に脆性材料体５０を充填することにより該応力の集中を防ぐので、研削抵抗によって該砥粒層１２に割れや欠けを生じるのを防止することができる。
【００２７】
なお、傾斜溝は研削点の上下に少なくとも１本通過するものとしたが、これに限定されず、砥石の研削面の一部において傾斜溝が通過しない部分があるものでもよい。
【００２８】
次に、本発明に係る複合砥石の第２の実施形態を図面に基づいて以下に説明する
【００２９】
なお、本実施形態では、図６に示すように、砥粒層の表面に開口する凹部として表面が開放した穴状の穴状凹部５５が形成され、該穴状凹部５５の中に脆性材料体５０が充填されている。そして、この脆性材料体５０が充填された穴状凹部５５は、砥石６０の研削面６５に散在するように配設されている。その他の構成は第１の実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００３０】
本実施形態の複合砥石によると、脆性材料体５０が研削により表面から削られる過程において、シラスバルーンによる多数の細かい孔が生じ、この細かい孔に研削屑を保持して効率よく排出するので、研削効率を向上させることができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、脆性材料としてシラスバルーンを使用したが、これに限定されるものではなく、既知の中空球、多孔質材料を適宜選択して使用することができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、凹部に充填されるものとしてシラスバルーンのような脆性材料体としたが、これに限定されず、例えば、ビトリファイドボンドを結合剤とし、ＣＢＮ（立方晶窒化ほう素）又はダイヤモンドを砥粒とするビトリファイド砥石材でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態を示すセグメントタイプの砥石チップからなる砥石の全体図。
【図２】傾斜溝入り砥石を装着した研削盤で工作物を研削する状態を示す図。
【図３】砥石チップを示す図。
【図４】砥石の研削面に複数の傾斜溝を、少なくとも１本の傾斜溝が研削点を上下に通過するように刻設した状態を示す図。
【図５】砥石チップの製造過程を示す図。
【図６】他の実施形態の複合砥石を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１０…砥石、１１…砥石チップ、１２…砥粒層、１４…コア、１５…研削面、１６…超砥粒、２０…傾斜溝、３１…砥石台、５０…脆性材料（脆性材料体）、５５…穴状凹部、６０…砥石、６１…砥石チップ、６５…研削面、Ｐ…研削点、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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