(57)【要約】【課題】回転式超音波加工を高精度、高効率に行うことができるとともに、砥石の寿命を向上することができる回転式超音波加工用砥石を提供する。【解決手段】砥粒径ｂが２０〜８０μｍであるとともに、砥粒４の突き出し量ｄが砥粒径ｂの１／５〜１／３であり、且つ砥石の端面部８における砥粒４がほぼ均一に分布し、その占有面積比率が２０〜４０％である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒径が２０〜８０μｍであるとともに、砥粒の突き出し量が砥粒径の１／５〜１／３であり、且つ砥石の端面部における砥粒がほぼ均一に分布し、その占有面積比率が２０〜４０％であることを特徴とする回転式超音波加工用砥石。
【請求項２】
砥石径が、０．２〜３ｍｍである請求項１に記載の回転式超音波加工用砥石。
【請求項３】
砥粒が、人工ダイヤモンドである請求項１又は２に記載の回転式超音波加工用砥石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転式超音波加工用砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、難削材セラミックスや高硬度脆性材料の高能率、高精度（微細）加工法として、加工工具に超音波を付加しながら加工する超音波加工が採用されつつある。
この超音波加工の特徴は、カケ、バリ、クラックの発生が極めて少なく、且つ砥粒加工特有の平滑な加工面が得られるとともに、加工による変質層や加工歪みが少ないことにある。
【０００３】特に、セラミック製シャワーヘッド等に加工される（例えば、直径０．５ｍｍの）小径穴加工を行う際、図２に示す回転式超音波加工が行われている。
これは、加工工具である砥石１２に、１０００〜５０００ｒｐｍの回転数（Ｎ）で回転させ、且つ２０〜６０ｋＨｚの超音波（ｆ）を付与し、砥石先端部８を２〜１５μｍで振幅（Δｔ）させながら、被加工材２０に５〜１５ｍｍ／ｍｉｎの送り速度で押しつけることにより、被加工材２０を微量ずつ繰り返し破砕する加工法である。
【０００４】上記回転式超音波加工で用いる砥石は、例えば、図２に示すように、台金６（一般的にＳＳ材やピアノ線）の先端部に、砥石部１０として、砥粒４（例えば、ダイヤモンド砥粒）を電着（例えば、Ｎｉメッキ）させたものが主に用いられているが、過酷な条件で使用されるため、砥粒４の脱落や破砕により、砥石１２の寿命が著しく低下するという問題点があった。
上記問題点を解消するためには、砥粒保持力及び使用する砥粒の強度、砥石の基材である台金の強度が非常に重要であるが、特に、砥粒を台金と結合させる砥粒保持層における砥粒突出量と、加工精度及び砥石の寿命を左右する砥石の端面部８（特に、底面）における砥粒の分布状態の最適化が必要不可欠であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、難削材セラミックスや高硬度脆性材料の高能率、高精度（微細）加工の際に、砥粒の耐剥離性の向上と、砥石の端面部の砥粒分布を最適化することにより、回転式超音波加工を高精度、高効率に行うことができるとともに、砥石の寿命を向上することができる回転式超音波加工用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】すなわち、本発明によれば、砥粒径が２０〜８０μｍであるとともに、砥粒の突き出し量が砥粒径の１／５〜１／３であり、且つ砥石の端面部における砥粒がほぼ均一に分布し、その占有面積比率が２０〜４０％であることを特徴とする回転式超音波加工用砥石が提供される。
【０００７】このとき、本発明では、砥石径が０．２〜３ｍｍであり、また、砥粒が人工ダイヤモンドであることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて更に詳細に説明する。
図１は、本発明の砥石の一例を示すものであり、（ａ）は模式断面図であり、（ｂ）は砥石の端面部の模式正面図である。
本発明の砥石は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、砥粒径ｂが２０〜８０μｍであるとともに、砥粒４の突き出し量ｄが砥粒径ｂの１／５〜１／３であり、且つ砥石の端面部８における砥粒４がほぼ均一に分布し、その占有面積比率が２０〜４０％であるものである。
これにより、本発明の砥石は、砥粒の耐剥離性の向上と、砥石の端面部の砥粒分布を最適化することにより、回転式超音波加工を高精度、高効率に行うことができるとともに、砥石の寿命を向上することができるため、特に、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＡｌＮ等の難削材セラミックスや高硬度脆性材料の高能率、高精度（微細）加工に好適に用いることができる。
【０００９】ここで、本発明の砥石の主な特徴は、図１（ａ）に示すように、砥粒部１０における砥粒４の突き出し量ｄを砥粒径ｂの１／５〜１／３の範囲内に最適化することにある。
これは、突き出し量ｄが砥粒径ｂの１／５未満である場合、砥粒４と電着層２との結合が強固となる反面、回転式超音波加工を高効率に行うことが困難となるからである。
一方、突き出し量ｄが砥粒径ｂの１／３を超過する場合、砥粒４と電着層２との結合強度が不十分であるため、砥粒４の脱落や破砕により、砥石１２の寿命が著しく低下してしまう。
【００１０】また、本発明の砥石は、図１（ｂ）に示すように、砥石の端面部８における砥粒４をほぼ均一（より具体的には、図４（ａ）参照）に分布させることにより、回転式超音波加工を高精度に行うことができるとともに、砥石の寿命を向上することができる。
【００１１】更に、本発明の砥石は、図１（ｂ）に示すように、砥石の端面部８における砥粒の占有面積率を２０〜４０％にすることが好ましい。
これは、砥石の端面部８における砥粒の占有面積率が２０％未満である場合、回転式超音波加工を高効率に行うことが困難となり、一方、上記占有面積率が４０％を超過する場合、砥粒４と電着層２との結合強度が不十分であるため、砥粒４の脱落や破砕により、砥石１２の寿命が低下してしまうからである。
【００１２】尚、本発明の砥石は、砥石径が０．２〜３ｍｍ（より好ましくは、０．３〜０．５ｍｍ程度）の時、上記条件で最適化することにより、砥石保持力が高まり、回転式超音波加工を高精度、高効率に行うことができる。
このとき、本発明で用いる砥粒は、人工ダイヤモンドであることが、砥粒強度のばらつきが小さいため好ましい。
また、本発明の砥石は、特に限定されるものではなく、図３に示すように、砥石部１１の形状が略円錐台であってもよい。
【００１３】
【実施例】本発明を実施例に基づいて、更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
（実施例，比較例１及び比較例２）
表１に示す条件を有する直径０．５ｍｍの砥石をそれぞれ用いて、ＡＬＮ製の被加工材に、穴径０．５ｍｍをピッチ３ｍｍで６×５０個の小径穴加工を行った。
尚、回転式超音波加工は、図２に示すように、砥石１２を、３０００ｒｐｍの回転数（Ｎ）で回転させ、且つ４０ｋＨｚの超音波（ｆ）を付与し、砥石の端面部８を２〜３μｍで振幅（Δｔ）させながら、被加工材２０に８ｍｍ／ｍｉｎの送り速度で押しつけることにより、被加工材２０を微量ずつ繰り返し破砕するものである。
【００１４】上記加工後におけるそれぞれの砥石の加工効率、加工精度、予測される寿命をそれぞれ算出した。その結果を表２に示す。
また、それぞれの砥石（実施例、比較例１及び比較例２）における加工使用前及び加工使用後の形状を示すＳＥＭ写真を図４〜６に示す。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
【表２】
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【００１７】
（考察）
表２の結果から、実施例では、表１に示すように、砥粒突き出し量、砥粒先端部における有効砥粒数及び砥粒占有比率を最適化することにより、砥石の加工効率、加工精度、予測される寿命を、比較例１及び比較例２と比べて大幅に向上することができた。
また、実施例は、図４〜６に示すように、従来の砥石（比較例１及び比較例２）と比べて、砥粒の突き出し量、砥石の先端部における有効砥粒数及び均一性が、加工使用前、更には加工使用後であっても、良好な状態で維持されていることを確認した。
【００１８】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の砥石は、難削材セラミックスや高硬度脆性材料の高能率、高精度（微細）加工の際に、砥粒の耐剥離性の向上と、砥石の端面部の砥粒分布を最適化することにより、回転式超音波加工を高精度、高効率に行うことができるとともに、砥石の寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の砥石の一例を示すものであり、（ａ）は砥石部の模式断面図であり、（ｂ）は砥石の端面部の模式正面図であり、（ｃ）は本発明の砥石の模式全体図である。
【図２】回転式超音波加工の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の砥石の他の例を示す模式全体図である。
【図４】実施例の砥石の先端部における形状を示すＳＥＭ写真であり、（ａ）は加工使用前、（ｂ）は加工使用後である。
【図５】比較例１の砥石の先端部における形状を示すＳＥＭ写真であり、（ａ）は加工使用前、（ｂ）は加工使用後である。
【図６】比較例２の砥石の先端部における形状を示すＳＥＭ写真であり、（ａ）は加工使用前、（ｂ）は加工使用後である。
【符号の説明】
２…電着層、４…砥粒、６…台金、８…砥石の端面部、１０，１１…砥石部、１２…回転式超音波加工用砥石、２０…被加工材。
【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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