(57)【要約】【課題】回転砥石による加工の際に用いられる冷却効果を有する潤滑油剤の排出量を低減すること。【解決手段】砥粒層４を有する回転砥石１であって、砥粒層４には複数の気孔５が形成されているとともに、気孔５内には潤滑油剤Ｂが充填されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒層を有する回転砥石であって、
前記砥粒層には複数の気孔が形成されているとともに、該気孔内には潤滑油剤が充填されている、ことを特徴とする回転砥石。
【請求項２】
前記気孔が前記砥粒層に占める体積は、該砥粒層の体積の１０％〜６０％である、ことを特徴とする請求項１に記載の回転砥石。
【請求項３】
回転砥石が有する砥粒層の形成方法であって、
砥粒とボンド材とが混合された混合物を焼結し、内部に複数の気孔を有する砥粒部を形成する焼結工程と、
前記気孔内に潤滑油剤を充填する充填工程と、
を有する、ことを特徴とする砥粒層の形成方法。
【請求項４】
回転砥石が有する砥粒層の形成方法であって、
加熱により気化する素材のフィラーと、砥粒と、ボンド材とが混合された混合物を、該フィラーを気化させて焼結し、内部に複数の気孔を有する砥粒部を形成する焼結工程と、
前記気孔内に潤滑油剤を充填する充填工程と、
を有する、ことを特徴とする砥粒層の形成方法。
【請求項５】
前記気孔が前記砥粒層に占める体積は、該砥粒層の体積の１０％〜６０％である、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の砥粒層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転砥石と、この回転砥石が有する砥粒層の形成方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
研削等の加工を行う回転砥石は、加工時に生じる発熱によって砥石がダメージを受け目詰まりが発生する。このため、従来では、加工の際に生じる発熱を冷却液を用いて抑制することにより、砥粒のダメージによる目詰まり発生を防止している。このような、加工の際に冷却液を用いて砥粒のダメージによる目詰まり発生を防止する技術としては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。
【特許文献１】特開２０００−１４１２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、冷却液を砥粒層表面に直接吹き付ける等して供給しながら研削等の加工を行う場合、砥粒に生じる熱を除去するため、砥粒に冷却液を満遍なくいきわたらせる必要がある。このため、多量の冷却液を砥粒層表面に供給しなければならないが、これにともなって、多量の冷却液が外部に排出されることとなる。しかし、このように使用済みとなった多量の冷却液を、周囲環境に影響を及ぼすことなく排出できるようにするためには、多大なコストと労力とが必要となる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、回転砥石による加工の際に用いられる冷却効果を有する潤滑油剤の排出量を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る回転砥石は、砥粒層を有する回転砥石であって、上記砥粒層には複数の気孔が形成されているとともに、この気孔内には潤滑油剤が充填されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、砥粒層に形成された気孔内には潤滑油剤が予め充填されている。この気孔内の潤滑油剤は、研削等の加工によって生じる熱を吸収して砥粒層表面に満遍なく滲み出ることとなる。このように、上記潤滑油剤は冷却効果を有する。このため、従来のように、多量の冷却液を砥粒層表面に供給しなくても、気孔内の潤滑油剤だけで砥粒層に生じる熱が満遍なく除去可能となる。また、砥粒層表面に滲み出る潤滑油剤の量は、従来のように砥粒層表面に供給される冷却液の量に比較して格段に少ないものとなる。このため、冷却効果を有する潤滑油剤の排出量も十分低減できることとなる。
【０００７】
さらに、本発明では、上記気孔が上記砥粒層に占める体積は、この砥粒層の体積の１０％〜６０％であるのが好ましい。これにより、硬度が大きく損なわれることなく、多数の気孔を有する砥粒層が形成でき、これに伴って十分な量の潤滑油剤が、この気孔内に充填可能となる。
【０００８】
また、本発明に係る砥粒層の形成方法は、回転砥石が有する砥粒層の形成方法であって、砥粒とボンド材とが混合された混合物を焼結し、内部に複数の気孔を有する砥粒部を形成する焼結工程と、気孔内に潤滑油剤を充填する充填工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、焼結工程では、例えば砥粒及びボンド材による混合物が、予め砥粒層の形状に成型され、この成型後の混合物が加熱により焼結される。そして、この焼結により、砥粒層の形成前の中間体として砥粒部が形成される。この砥粒部の内部は、ボンド材の構成粒子間に形成されていたスペースが、ほとんど潰されずに残ったままの状態となっている。このため、焼結により十分な硬度を有しつつも、内部に複数の気孔を有する砥粒部が形成されることとなる。そして、充填工程では、この気孔内に潤滑油剤が充填され、砥粒層が形成される。以下、本明細書において「焼結」とは、砥粒層を構成する粉体状のボンド材を、このボンド材の融点よりも低い温度で加熱する際に、互いに接触し合う構成粒子同士が化学反応によって接触部分が溶けて結合し合い、これにより、粉体状のボンド材が固形化される現象を意味する。
【００１０】
上記のようにして形成された砥粒層では、砥粒層に形成された気孔内には潤滑油剤が予め充填されている。この気孔内の潤滑油剤は、研削等の加工によって生じる熱を吸収して砥粒層表面に満遍なく滲み出ることとなる。このように、潤滑油剤は冷却効果を有する。このため、従来のように、多量の冷却液を砥粒層表面に供給しなくても、気孔内の潤滑油剤だけで砥粒層に生じる熱が満遍なく除去可能となる。また、砥粒層表面に滲み出る潤滑油剤の量は、従来のように砥粒層表面に供給される冷却液の量に比較して格段に少ないものとなる。このため、冷却効果を有する潤滑油剤の排出量も十分低減できることとなる。
【００１１】
また、本発明に係る砥粒層の形成方法は、回転砥石が有する砥粒層の形成方法であって、加熱により気化する素材のフィラーと、砥粒と、ボンド材とが混合された混合物を、このフィラーを気化させて焼結し、内部に複数の気孔を有する砥粒部を形成する焼結工程と、気孔内に潤滑油剤を充填する充填工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、焼結工程では、フィラー、砥粒及びボンド材による混合物が、例えば砥粒層の形状に予め成型され、この成型後の混合物が、フィラーの気化後に焼結される。そして、この焼結により、砥粒層の形成前の中間体として砥粒部が形成される。この砥粒部の内部は、フィラーの存在により混合物内に生じていたスペース（更には、ボンド材の互いに隣接する構成粒子間に形成されたスペース）が、ほとんど潰されずに残ったままの状態となっている。このため、焼結により十分な硬度を有しつつも、内部に複数の気孔を有する砥粒部が形成されることとなる。そして、充填工程では、この気孔内に潤滑油剤が充填され、砥粒層が形成される。
【００１３】
ここで、フィラーを用いたことにより、砥粒部内には確実に気孔が形成可能となる。また、フィラーの数を調整すれば、砥粒部内の気孔が占める体積の調整も比較的容易となる。
【００１４】
上記のようにして形成された砥粒層では、砥粒層に形成された気孔内には潤滑油剤が予め充填されている。この気孔内の潤滑油剤は、研削等の加工によって生じる熱を吸収して砥粒層表面に満遍なく滲み出ることとなる。このように、潤滑油剤は冷却効果を有する。このため、従来のように、多量の冷却液を砥粒層表面に供給しなくても、気孔内の潤滑油剤だけで砥粒層に生じる熱が満遍なく除去可能となる。また、砥粒層表面に滲み出る潤滑油剤の量は、従来のように砥粒層表面に供給される冷却液の量に比較して格段に少ないものとなる。このため、冷却効果を有する潤滑油剤の排出量も十分低減できることとなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転砥石による加工の際に用いられる冷却効果を有する潤滑油剤の排出量を十分低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１７】
まず、図１を参照して、本実施形態に係る回転砥石１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る回転砥石を示す図である。図１（ａ）は、この回転砥石の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、この回転砥石が有する砥粒層の内部の様子を部分的に示す断面図である。
【００１８】
回転砥石１は、図１（ａ）に示すように、円盤型の台金２を有している。台金２は、アルミニウム、鉄、銅、チタン、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）またはＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等によって構成されている。
【００１９】
台金２の中心軸Ａに垂直な二つの端面のうち、一方の端面の中央部には略円柱状の凹部３が設けられている。さらに、この端面には凹部３を取り囲むように砥粒層４が形成されている。そして、台金２には、中心軸Ａを中心とする図示しない軸孔が設けられている。この軸孔には、図示しない駆動装置の回転軸部材（モータ軸等）が挿入される。
【００２０】
砥粒層４は、図１（ｂ）に示すように、内部に多数の気孔５が形成されている。気孔５が砥粒層４に占める体積は、砥粒層４の体積の１０％〜６０％、好ましくは１５％〜３０％程度となっている。この気孔５の体積は、ＪＩＳ  Ｚ２５０１に準拠した測定方法により測定されたものである。また、気孔５内には、加工の際に砥粒層４を冷却するために用いるスピンドル油やマシン油等の潤滑油剤Ｂが、油中常圧加熱法や減圧法等に基づき予め加圧充填されている。すなわち、減圧下において潤滑油剤Ｂが気孔５内に注入され、この注入の後に加圧される。これにより、潤滑油剤Ｂが気孔５内に充填される。
【００２１】
この砥粒層４は、ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素等の超砥粒４ａを含んでいる。これらの超砥粒４ａは、ボンド材４ｂ（メタルボンド、レジンボンド又はビトリファイドボンド等）により結合されている。
【００２２】
気孔５内に充填された潤滑油剤Ｂは、毛管現象によって気孔５内に閉じ込められた状態となっている。すなわち、この毛管現象により、加工の際に回転砥石１が回転しても、気孔５内の潤滑油剤Ｂが、この回転によって砥粒層４の表面に滲み出る、ということが生じにくくなっている。その一方で、この潤滑油剤Ｂは、熱により膨張して気孔５から滲み出る。このため、加工時に砥粒層４に発生する熱は、この潤滑油剤Ｂに伴って外部に放出されることとなる。
【００２３】
次に、本実施形態に係る砥粒層４の形成方法を、図２及び図３を参照して説明する。
【００２４】
＜砥粒層の形成方法Ｉ＞
まず、図２に示すフローチャートに基づいて砥粒層４の形成方法について説明する。なお、以下の説明に述べる砥粒部は、超砥粒４ａがボンド材４ｂで結合された状態のものであり、潤滑油剤Ｂが気孔５の内部に充填されて砥粒層４が形成される前の中間体である。
【００２５】
はじめに、超砥粒４ａ及びボンド材４ｂが所定の割合（例えば、超砥粒４ａが２５容積％、ボンド材４ｂが７５容積％）で混合された混合物を用意する。このボンド材４ｂはメタルボンドであるとする。そして、この混合物を型枠に充填して砥粒層４の形状に成型する（ステップＳ１１）。そして、次ステップＳ１２では、この成型後の混合物を加熱条件Ｃ１の下で加熱して焼結し、砥粒部を形成する（焼結工程）。
【００２６】
ここで、加熱条件Ｃ１は、加熱温度及び加熱時間と、加熱時に加える圧力と、を指定するものである。加熱条件Ｃ１に係る加熱温度は、ボンド材４ｂの融点よりも低い温度であるが、加熱条件Ｃ１に係る加熱時間だけ加熱することによってボンド材４ｂが焼結する程度のものとなっている（例えば、加熱温度は摂氏６５０度、加熱時間は１時間）。また、加熱条件Ｃ１による加熱時には、ボンド材４ｂの構成粒子同士の間に生じたスペースを潰さない程度の圧力（例えば、１００ｋｇｆ／ｃｍ２）が加えられる。
【００２７】
このように、加熱条件Ｃ１のもとでは、砥粒部は、ボンド材４ｂの構成粒子間に形成されたスペースがほとんど潰されずに残ったままの状態で焼結されるため、この焼結により十分な硬度を有しつつも、内部に複数の気孔５を含んだものとなる。
【００２８】
そして、ステップＳ１２で行われる焼結の後、次ステップＳ１３では、潤滑油剤Ｂを砥粒部の気孔５内に減圧後に加圧充填し、砥粒層４が形成される（充填工程）。この充填工程では、減圧下において潤滑油剤Ｂが気孔５内に注入され、この注入の後に加圧される。これにより、潤滑油剤Ｂが気孔５内に充填される。
【００２９】
＜砥粒層の形成方法ＩＩ＞
次に、図３に示すフローチャートに基づいて砥粒層４の他の形成方法について説明する。はじめに、フィラー（レジノイド）、超砥粒４ａ及びボンド材４ｂが所定の割合（例えば、フィラーが１５容積％、超砥粒４ａが２５容積％、ボンド材４ｂが６０容積％）で混合された混合物を用意する。このボンド材４ｂはメタルボンドであるとする。そして、この混合物を型枠に充填して砥粒層４の形状に成型する（ステップＳ２１）。そして、次ステップＳ２２では、この成型後の混合物を、まず加熱条件Ｃ２の下で加熱してフィラーを気化させた後、加熱条件Ｃ３の下で焼結して砥粒部を形成する（焼結工程）。
【００３０】
ここで、加熱条件Ｃ２及びＣ３は、加熱温度及び加熱時間と、加熱時に加える圧力と、を指定するものである。加熱条件Ｃ２に係る加熱温度及び加熱時間は、フィラーを気化させる程度のものであり、ボンド材４ｂが焼結するまでのものではない（例えば、加熱温度は摂氏６５０度、加熱時間は１時間）。この場合、フィラーの気化温度は、フェノール樹脂の気化温度であり、摂氏４００度程度である。このフィラーの気化温度は、ボンド材４ｂの融点よりも低いものとなっている。また、加熱条件Ｃ２に係る圧力は、例えば、１００ｋｇｆ／ｃｍ２である。この加圧によって、ステップＳ２１で形成された砥粒層４の形状がフィラーの気化によって変形するのが回避可能となる。
【００３１】
また、加熱条件Ｃ３に係る加熱温度は、ボンド材４ｂの融点よりも低い温度であるが、加熱条件Ｃ３に係る加熱時間だけ加熱することによってボンド材４ｂが焼結する程度のものとなっている（例えば、加熱温度は摂氏６５０度、加熱時間は１時間）。また、加熱条件Ｃ３による加熱時には、フィラーの存在によって生じたスペース（更には、ボンド材４ｂの互いに隣接する構成粒子間に形成されたスペース）を潰さない程度の圧力（例えば、１００ｋｇｆ／ｃｍ２）が加えられる。
【００３２】
このように、加熱条件Ｃ２及びＣ３のもとでは、砥粒部は、フィラーの存在により混合物内に生じていたスペース（更には、ボンド材４ｂの互いに隣接する構成粒子間に形成されたスペース）が、ほとんど潰されずに残ったままの状態で焼結されるため、この焼結により十分な硬度を有しつつも、内部に複数の気孔５を含んだものとなる。また、フィラーを用いたことによって、砥粒部内には確実に気孔５が形成可能となる。そして、フィラーの数を調整すれば、砥粒部内の気孔５の体積の調整も比較的容易となる。
【００３３】
そして、ステップＳ２２で行われる焼結の後、次ステップＳ２３では、潤滑油剤Ｂを砥粒部の気孔５内に加圧充填し、砥粒層４が形成される（充填工程）。この充填工程では、減圧下において潤滑油剤Ｂが気孔５内に注入された後に加圧される。これにより、潤滑油剤Ｂが気孔５内に充填される。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態に係る砥粒層４には、複数の気孔５が形成され、更に、気孔５内には潤滑油剤Ｂが予め充填されている。この気孔５内の潤滑油剤Ｂは、研削等の加工によって生じる熱を吸収して砥粒層４の表面に満遍なく滲み出ることとなる。このように、潤滑油剤Ｂは冷却効果を有する。このため、従来のように、多量の冷却液を砥粒層４の表面に供給しなくても、気孔５内の潤滑油剤Ｂだけで砥粒層４に生じる熱が満遍なく除去可能となる。また、砥粒層４の表面に滲み出る潤滑油剤Ｂの量は、従来のように砥粒層４の表面に供給される冷却液の量に比較して格段に少ないものとなる。このため、冷却効果を有する潤滑油剤Ｂの排出量も十分低減できることとなる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態のものに限らない。例えば、本発明の回転砥石は、砥粒層を有するものであれば、円盤型の回転砥石１に限らず、カップ型等、他のタイプの砥石であっても良い。また、砥粒層は、本実施形態のように回転砥石の端面（図１（ａ）に示す中心軸Ａに垂直な表面）に設けられたものであってもよいし、この端面に垂直な側面に設けられたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態に係る回転砥石を示す図である。
【図２】実施形態に係る砥粒層の形成方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】実施形態に係る砥粒層の他の形成方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１…回転砥石、２…台金、３…凹部、４…砥粒層、４ａ…超砥粒、４ｂ…ボンド材、５…気孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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