(57)【要約】【課題】様々な加工条件に対応し得る汎用性に優れたレジノイド研削砥石を提供する。【解決手段】外周砥石部１２の内側に設けられたコア部１６の弾性率は、その外周砥石部１２の弾性率よりも低く、弾性に優れていることから、比較的高負荷の研削加工に際しては被削材４０との間に生じる過剰な圧力を分散させる一方、比較的低負荷の研削加工に際しても何ら不具合を生じさせない。すなわち、様々な加工条件に対応し得る汎用性に優れたレジノイド研削砥石１０を提供することができる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の骨材粒子が合成樹脂結合剤により相互に一体的に結合して形成された円環状の外周砥石部の内側に、専ら該外周砥石部を支持するためのコア部を有するレジノイド研削砥石であって、
該コア部の弾性率は、前記外周砥石部の弾性率よりも低いことを特徴とするレジノイド研削砥石。
【請求項２】
前記コア部の曲げ弾性率は、０．１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下の範囲内である請求項１のレジノイド研削砥石。
【請求項３】
前記骨材粒子は、ゾルゲル法により形成されたセラミック砥粒である請求項１又は２のレジノイド研削砥石。
【請求項４】
前記レジノイド研削砥石は、専ら円筒状の被削材の外周面を研削する円筒ロール研削加工に用いられるものである請求項１から３の何れかのレジノイド研削砥石。
【請求項５】
前記コア部の外径寸法は、前記レジノイド研削砥石を回転主軸に固定するための取付フランジの外径寸法に対して９０％以上１２０％以下の範囲内である請求項１から４の何れかのレジノイド研削砥石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砥粒組織を有する円環状の外周砥石部の内側に、専らその外周砥石部を支持するためのコア部を有するレジノイド研削砥石の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転研削に利用される円環状の研削砥石が様々な技術分野で多用されている。そのような研削砥石として、例えば、多数の骨材粒子が合成樹脂結合剤により相互に一体的に結合して形成されたレジノイド研削砥石がある。従来、かかるレジノイド研削砥石は、研削に関与する外周部のみならず、研削装置の取付フランジに把持されて専らその外周部を支持するための研削砥石の中心を成す部分もその外周部と同じ素材による一体構造であることが一般的であった。
【０００３】
一方、砥粒組織を有して研削に関与する円環状の外周砥石部の内側に、その外周砥石部とは異なる素材から成る専らその外周砥石部を支持するためのコア部を有する研削砥石が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。かかる研削砥石の製造方法によれば、骨材と所定の熱硬化性樹脂とを混合することにより調整されたコア部の材料が、外周砥石部の内側に充填された状態で硬化されることにより、優れた強度を有する樹脂製のコア部がその外周砥石部の内側に好適に設けられる。また、その他にも、コスト削減のためコア部に比較的安価な材料を用いたり、再利用が可能なコア部を備えた研削砥石など、特徴的なコア部により有利な効果を奏する研削砥石が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−６０２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、工業的な研削加工では、その態様に応じて様々な加工条件が適宜設定される。例えば、粗加工においては比較的高負荷にて切込量の大きな研削加工が、仕上加工においては比較的低負荷にて切込量の小さな研削加工が行われる。また、被削材の材質によっても加工条件が異なってくる。しかし、かかる様々な加工条件の何れにも対応し得る研削砥石は未だ開発されておらず、寿命又は精度などに関して一長一短があった。よって通常、加工条件に応じて複数種類の研削砥石を使い分けていた。本発明者は、前記コア部の構成を工夫することで、汎用性に優れた研削砥石が得られるのではないかと考え、鋭意研究を継続してきた。
【０００６】
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、様々な加工条件に対応し得る汎用性に優れたレジノイド研削砥石を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、多数の骨材粒子が合成樹脂結合剤により相互に一体的に結合して形成された円環状の外周砥石部の内側に、専らその外周砥石部を支持するためのコア部を有するレジノイド研削砥石であって、そのコア部の弾性率は、前記外周砥石部の弾性率よりも低いことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の効果】
このようにすれば、前記外周砥石部の内側に設けられたコア部の弾性率は、その外周砥石部の弾性率よりも低く、弾性に優れていることから、比較的高負荷の研削加工に際しては被削材との間に生じる過剰な圧力を分散させる一方、研削装置側の振動などがレジノイド研削砥石側に伝わりにくく、前記コア部において吸収されるため、比較的低負荷の研削加工に際しても何ら不具合を生じさせない。すなわち、様々な加工条件に対応し得る汎用性に優れたレジノイド研削砥石を提供することができる。
【０００９】
また、前記レジノイド研削砥石を研削装置に取り付けるために取付フランジに締めつける際に、弾性に富む前記コア部により、前記レジノイド研削砥石にかかる応力が均一に分散させられることから、過剰に締めつけた場合であってもそのレジノイド研削砥石にひび割れ（クラック）などの不具合を生じさせないという利点がある。
【００１０】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記コア部の曲げ弾性率は、０．１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下の範囲内である。このようにすれば、様々な加工条件においてビビリの発生あるいはタタキ現象などの不具合を抑制できるという利点がある。なお、前記コア部の曲げ弾性率が０．１ＧＰａより低い構成では十分な強度を保証できない可能性があり、１０ＧＰａより高い構成では加工条件によってはビビリの発生あるいはタタキ現象などの不具合が生じる。
【００１１】
また、好適には、前記骨材粒子は、ゾルゲル法により形成されたセラミック砥粒である。このようにすれば、前記レジノイド研削砥石に更に優れた研削能率を付与できるという利点がある。
【００１２】
また、好適には、前記レジノイド研削砥石は、専ら円筒状の被削材の外周面を研削する円筒ロール研削加工に用いられるものである。このようにすれば、一般に比較的高い仕上精度及び形状精度が要求される円筒ロール研削加工において、粗加工から仕上加工までを１種類のレジノイド研削砥石にて行うことができるという利点がある。
【００１３】
また、好適には、前記コア部の外径寸法は、前記レジノイド研削砥石を回転主軸に固定するための取付フランジの外径寸法に対して９０％以上１２０％以下の範囲内である。このようにすれば、必要十分な外径寸法を備えたコア部を有する実用的なレジノイド研削砥石を提供することができるという利点がある。なお、前記コア部の外形寸法が前記取付フランジの外形寸法に対して９０％より小さい構成では加工条件によってはビビリの発生あるいはタタキ現象などの不具合が生じ、１２０％より大きい構成では前記外周砥石部において研削加工に関与し得る部分を削減する必要が生じる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例である円筒ロール研削用のレジノイド研削砥石１０の斜視図である。この図に示すように、かかるレジノイド研削砥石１０は、専ら被削材の研削加工に関与するために多数の骨材粒子１４が合成樹脂結合剤により相互に一体的に結合して形成された砥石組織からなる円環状の外周砥石部１２と、その外周砥石部１２の内周側に固設されて専らその外周砥石部１２を支持するための穴あき円盤（円板）状の砥石支持部すなわちコア部１６とを備え、例えば外径３８０ｍｍφ×内径１２７ｍｍφ×厚みｔ２０ｍｍ程度の寸法に構成されたものである。
【００１６】
上記外周砥石部１２の砥石組織は、一般によく知られたレジノイド砥石組織であり、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）質あるいは溶融アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質などの一般砥粒、あるいはゾルゲル法により形成されたセラミック砥粒（ゾルゲル砥粒）などの骨材粒子１４が、エポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂などを主成分とする合成樹脂結合剤（レジンボンド）により結合されると共に、構成によっては連続あるいは不連続の気孔が多数形成された多孔質の砥石組織である。
【００１７】
前記コア部１６は、例えば２０５ｍｍφ程度の外径寸法Ｄｗを備えている。すなわち、本実施例のレジノイド研削砥石１０では、前記外周砥石部１２が外周面から２０５ｍｍφ程度の直径に至るまでの部分に設けられており、その外周砥石部１２の内周面と前記コア部１６の外周面とが一体的に固着され、２０５ｍｍφ程度の直径から内周面に至るまでの部分に前記コア部１６が設けられている。
【００１８】
前記コア部１６は、例えばエポキシ樹脂などの合成樹脂を主成分として炭化ケイ素質あるいは溶融アルミナ質などの充填材（フィラ）を含む構成から成り、その曲げ弾性率は、好適には、０．１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下の範囲内、更に好適には、０．２ＧＰａ以上４ＧＰａ以下の範囲内、最適には、１ＧＰａ程度である。なお、前記外周砥石部１２を構成するレジノイド砥石組織の曲げ弾性率は、一般的に１０ＧＰａよりも高く例えば１５ＧＰａ程度である。すなわち、前記コア部１６は、比較的弾性率が低い弾性に富んだ素材から形成されている。そのように、前記コア部１６に優れた弾性を付与するためには、上述の構成の他に、（ａ）比較的弾性に乏しい材料を主成分として粒状のゴムやシリコンなどの弾性体をフィラとして含む構成、（ｂ）ウレタン又はスチレンなど、あるいはその発泡体をフィラとして含む構成、（ｃ）バネ構造やハニカム（蜂の巣状）構造の金属体を含む構成などが考えられる。
【００１９】
図２は、前記レジノイド研削砥石１０が研削機械の回転主軸１８に把持固定された様子を、そのレジノイド研削砥石１０及び回転主軸１８に共通の軸心Ｓ１を含む平面で切断して示す断面図である。この図に示すように、前記レジノイド研削砥石１０は、前記コア部１６がそれぞれ穴あき円盤状を成す１対のフランジ部材すなわち上記回転主軸１８に固定される第１フランジ部材２０及びその第１フランジ部材２０に固定される第２フランジ部材２２に密着する状態で挟持されることにより上記研削機械の回転主軸１８に固定されて、上記軸心Ｓ１まわりに回転させられつつ被削材４０に摺接されることにより、前記外周砥石部１２に設けられた砥粒層でその被削材４０の被削面を研削加工するものである。すなわち、上記第１フランジ部材２０及び第２フランジ部材２２が取付フランジとして機能し、その取付フランジの外径寸法Ｄｆは、例えば２０５ｍｍφ程度である。そのように、前記コア部１６の外径寸法Ｄｗは、好適には、かかる取付フランジの外径寸法Ｄｆに対して９０％以上１２０％以下の範囲内、更に好適には、９５％以上１１０％以下の範囲内、最適には、１００〜１０５％程度である。
【００２０】
図２に示すように、前記回転主軸１８の端部はテーパ状に形成されており、その軸心Ｓ１には雄ネジ２６が形成されている。また、上記第１フランジ部材２０の中央には上記テーパ状の端部に対応する取付穴２４が形成されており、その取付穴２４は、上記第１フランジ部材２０をその厚み方向に貫通すると共に、上記第２フランジ部材２２の中央穴に嵌め入れられるための円環状突起部がその取付穴２４と内周面を共有して形成されている。また、上記第１フランジ部材２０及び第２フランジ部材２２には、前記コア部１６に当接して把持固定するためにその外周面から所定の直径に至るまでが円環状に掘り下げられた掘下部３０及び３２がそれぞれ形成されている。また、上記第１フランジ部材２０には、例えば上記軸心Ｓ１を中心とする同心円上に略等間隔となるように複数の雌ネジ３４が形成されており、上記第２フランジ部材２２におけるその複数の雌ネジ３４に対応する部分には複数の貫通穴３６がそれぞれ形成されている。
【００２１】
前記回転主軸１８と前記第１フランジ部材２０とは、その回転主軸１８のテーパ状の端部と上記取付穴２４とが嵌め合わされた状態で、ナット２８が上記雄ネジ２６に螺合されることにより相互に固定される。また、前記第１フランジ部材２０と前記第２フランジ部材２２とは、前記コア部１６が上記掘下部３０及び３２に当接させられた状態で、前記複数の貫通穴３６に挿入された複数本のボルト３８が前記第１フランジ部材２０における複数の雌ネジ３４に螺合されることにより相互に固定される。そのようにして、前記第１フランジ部材２０と前記第２フランジ部材２２とは、前記レジノイド研削砥石１０のコア部１６を十分な強度で把持固定した状態で相互に固定される。
【００２２】
図３は、前記レジノイド研削砥石１０が円筒ロール研削加工に用いられる様子を説明する図である。この図における被削材４０は、例えば熱間圧延あるいは冷間圧延の圧延スタンドに用いられる圧延ロールであり、圧延精度あるいは圧延面の品質を維持するためにその外周面には定期的な研削加工が施される。かかる円筒ロール研削加工において、前記レジノイド研削砥石１０は、前記回転軸心Ｓ１が上記被削材４０の回転軸Ｓ２に対して平行となるように前記回転主軸１８に取り付けられ、その被削材４０に対して相対的に回転駆動させられつつその回転軸心方向へ相対移動させられる。
【００２３】
前記レジノイド研削砥石１０は、例えば、以下のような工程に従って製造される。先ず、前記外周砥石部１２の原料として、炭化ケイ素砥粒とセラミック砥粒とを１：１の比率で混合した骨材粒子を５０容積％程度と、合成樹脂結合剤としてフェノール樹脂を２０容積％程度と、その他有機質バルーンなどの充填剤を３０容量％程度とが混合及び撹拌される。また、前記コア部１６の原料として、主原料であるエポキシ樹脂を６０容積％程度と、溶融アルミナ砥粒などのフィラを２０容積％程度と、その他有機質バルーンなどの充填剤を３０容量％程度とが混合及び撹拌される。次いで、所定の金型に前記外周砥石部１２の原料が流し込まれて硬化させられた後、その金型に更に前記コア部１６の原料が流し込まれて硬化させられることにより、その外周砥石部１２とコア部１６とが一体的に形成される。次いで、かかる金型から外されて仕上加工が施され、前記レジノイド研削砥石１０が製造される。
【００２４】
続いて、本発明の効果を検証するために、本発明者が行った試験について説明する。本試験では、前記コア部１６の構成を様々に変化させてその研削性能を比較するため、炭化ケイ素砥粒とセラミック砥粒とを１：１の比率で混合した骨材粒子を４９容積％と、合成樹脂結合剤としてフェノール樹脂を２０容積％と、その他有機質バルーンなどの充填剤を３１容量％とから構成された前記外周砥石部の内周側に、以下に示す構成のコア部を備えたレジノイド研削砥石すなわち実施例試料１から５、及び比較例試料を作製した。なお、それらのレジノイド研削砥石は、外径３８０ｍｍφ×内径１２７ｍｍφ×厚みｔ２０ｍｍ、コア部外径２０５ｍｍφの共通寸法とした。
【００２５】
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【００２６】
本試験では、以上のように構成された実施例試料１から４、及び比較例試料を用い、所定の円筒研削盤にて砥石周速４０ｍ／ｓ、切込量０．０６ｍｍ／ｐａｓｓの加工条件で、ＪＩＳ　Ｇ　４４０３に規定する硬度６０ＨＲＣ程度のハイス工具鋼（１３０ｍｍφ）を被削材として研削試験１を行い、切込量を０．１０ｍｍ／ｐａｓｓに変更して研削試験２を行った。また、実施例試料３及び５を用い、上記研削試験１と同じ加工条件で研削試験３を行った。以下にそれらの研削試験１から３の結果を示す。
【００２７】
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【００２８】
研削試験１の結果から、従来のレジノイド研削砥石である比較例試料に送りマーク、ビビリ、及びタタキ現象などの不具合が生じる加工条件においても、本発明の実施例である実施例試料１から４のレジノイド研削砥石は、良好な研削性能を示すことが確認された。とりわけ、コア部の曲げ弾性率が１ＧＰａである実施例試料３が研削比及び研削能率に優れている。一方、コア部の曲げ弾性率が０．２ＧＰａである実施例試料４では研削砥石の逃げが生じ、研削比及び研削性能に若干の低下が見られる。また、研削試験２の結果から、切込量を０．１０ｍｍ／ｐａｓｓと大きくした場合には、コア部の曲げ弾性率が８ＧＰａの実施例試料１では送りマーク、ビビリ、及びタタキ現象などの不具合が生じると共に、被削面粗さも粗くなることが確認された。なお、比較例試料ではタタキ現象により中途において研削加工が不可能となった。また、研削試験３の結果から、曲げ強度が３０ＭＰａと比較的低い実施例試料５でも、実施例試料３と同様の研削性能を示すことが確認された。すなわち、コア部の原料あるいは曲げ強度などに因らず、そのコア部の曲げ弾性率を０．１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下の範囲内、更に好適には、０．２ＧＰａ以上４ＧＰａ以下の範囲内、最適には、１ＧＰａ程度とした構成において、様々な加工条件に対応し得る汎用性に優れたレジノイド研削砥石を提供できることが検証された。
【００２９】
このように、本実施例によれば、前記外周砥石部１２の内側に設けられたコア部１６の弾性率は、その外周砥石部１２の弾性率よりも低く、弾性に優れていることから、比較的高負荷の研削加工に際しては前記被削材４０との間に生じる過剰な圧力を分散させる一方、比較的低負荷の研削加工に際しても何ら不具合を生じさせない。すなわち、様々な加工条件に対応し得る汎用性に優れたレジノイド研削砥石１０を提供することができる。
【００３０】
また、前記コア部１６の曲げ弾性率は、０．１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下の範囲内であるため、様々な加工条件においてビビリの発生あるいはタタキ現象などの不具合を抑制できるという利点がある。
【００３１】
また、前記骨材粒子１４は、ゾルゲル法により形成されたセラミック砥粒であるため、前記レジノイド研削砥石１０に更に優れた研削能率を付与できるという利点がある。
【００３２】
また、好適には、前記レジノイド研削砥石１０は、専ら円筒状の被削材４０の外周面を研削する円筒ロール研削加工に用いられるものであるため、一般に比較的高い仕上精度及び形状精度が要求される円筒ロール研削加工において、粗加工から仕上加工までを１種類のレジノイド研削砥石１０にて行うことができるという利点がある。
【００３３】
また、前記コア部１６の外径寸法は、前記レジノイド研削砥石１０を回転主軸１８に固定するための取付フランジである前記第１フランジ部材２０及び第２フランジ部材２２に共通の外径寸法に対して９５％以上１１０％以下の範囲内であるため、必要十分な外径寸法を備えたコア部１６を有する実用的なレジノイド研削砥石１０を提供することができるという利点がある。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
【００３５】
図４は、本発明の他の実施例であるレジノイド研削砥石５０の斜視図である。この図に示すように、かかるレジノイド研削砥石５０は、前述のレジノイド研削砥石１０の構成に加えて、前記コア部１６の内周側に円環状の補強部５２を備えており、図５に示すように、研削機械の回転主軸１８に把持固定されて用いられる。上記補強部５２は、例えば金属材料あるいは硬質エンジニアリングプラスチックなどの比較的弾性に乏しい一方で強度に優れた材料から成り、かかる補強部５２が設けられていることにより、前記コア部１６による径方向の弾性に弊害を生じさせずに、上記レジノイド研削砥石５０における前記第１フランジ部材２０及び第２フランジ部材２２により挟圧される部分の厚み方向の強度を向上させることができるという利点がある。
【００３６】
また、前述の実施例では、前記外周砥石部１２及びコア部１６は、所定の金型に原料を流し込む流込成形により、一体的なレジノイド研削砥石１０として形成されるものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、前記外周砥石部１２とコア部１６とをそれぞれ個別にプレス成形した後、合成樹脂接着剤などにより相互に固着して形成されるものであっても構わない。
【００３７】
また、前述の実施例では、前記骨材粒子１４は、炭化ケイ素質あるいは溶融アルミナ質などの一般砥粒、あるいはゾルゲル法により形成されたセラミック砥粒であったが、例えばダイヤモンド砥粒あるいはＣＢＮ砥粒などの所謂超砥粒を用いた超砥粒ホイールに本発明が適用されても構わない。
【００３８】
また、前述の実施例において、前記コア部１６は、エポキシ樹脂などの合成樹脂を主成分として炭化ケイ素質あるいは溶融アルミナ質などのフィラを含む構成から成るものであったが、前記外周砥石部１２の弾性率よりも低い素材であればその構成は問わない。
【００３９】
その他一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるレジノイド研削砥石の斜視図である。
【図２】図１のレジノイド研削砥石が研削機械の回転主軸に把持固定された様子を、そのレジノイド研削砥石及び回転主軸に共通の軸心を含む平面で切断して示す断面図である。
【図３】図１のレジノイド研削砥石が円筒ロール研削加工に用いられる様子を説明する図である。
【図４】本発明の他の実施例であるレジノイド研削砥石の斜視図である。
【図５】図４のレジノイド研削砥石が研削機械の回転主軸に把持固定された様子を、そのレジノイド研削砥石及び回転主軸に共通の軸心を含む平面で切断して示す断面図である。
【符号の説明】
１０、５０：レジノイド研削砥石
１２：外周砥石部
１４：骨材粒子
１６：コア部
１８：回転主軸
２０：第１フランジ部材
２２：第２フランジ部材
４０：被削材
Ｄｆ：取付フランジの外径寸法
Ｄｗ：コア部の外径寸法
【図１】
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【図２】
2004130464.tif 000006
【図３】
2004130464.tif 000007
【図４】
2004130464.tif 000008
【図５】
2004130464.tif 000009