(57)【要約】【課題】微細なクラウニングを形成することができる超仕上げ用砥石を提供する。【解決手段】砥粒と充填剤と液状樹脂の硬化物を主体とする結合剤とを有するレジノイド砥石からなる超仕上げ用砥石である。液状樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂の中の少なくとも一種類以上を含んでいる。レジノイド砥石は、５０体積％以上かつ８５体積％以下の気孔率を有する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒と充填剤と液状樹脂の硬化物を主体とする結合剤とを有するレジノイド砥石からなる超仕上げ用砥石であって、
前記液状樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂の中の少なくとも一種類以上を含んでおり、
前記レジノイド砥石は、５０体積％以上かつ８５体積％以下の気孔率を有することを特徴とする超仕上げ用砥石。
【請求項２】
前記充填剤は、有機質中空体を有していることを特徴とする請求項１に記載の超仕上げ用砥石。
【請求項３】
前記レジノイド砥石は、１ＧＰａ以下の曲げ弾性率を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超仕上げ用砥石。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超仕上げ用砥石を用いる加工方法であって、
加工物は、１０μｍ以下の高低差を有する凹凸形状が形成された表面を有しており、
前記超仕上げ用砥石によって、前記凹凸形状の凸部の先端近傍を除去し、前記凸部に、クラウニングを形成するための工程を有する
ことを特徴とする加工方法。
【請求項５】
前記凹凸形状の凹部は、溝状であり、前記凸部は、前記凹部に対して平行に形成されており、
前記超仕上げ用砥石の少なくとも一部が、前記凸部を乗り越えて往復するように、前記超仕上げ用砥石を駆動して、クラウニングを形成する
ことを特徴とする請求項４に記載の加工方法。
【請求項６】
前記凸部の先端近傍の表面粗さを整えるための工程を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の加工方法。
【請求項７】
前記表面粗さを整えるための工程に用いられる砥石は、前記クラウニングを形成するための工程に用いられる前記超仕上げ用砥石と同一であることを特徴とする請求項６に記載の加工方法。
【請求項８】
前記表面粗さを整えるための工程は、前記クラウニングを形成するための工程の後であることを特徴とする請求項６に記載の加工方法。
【請求項９】
前記表面粗さを整えるための工程に用いられる砥石は、前記クラウニングを形成するための工程に用いられる前記超仕上げ用砥石と異なることを特徴とする請求項８に記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超仕上げ用砥石および加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトラクションドライブ方式の無段変速機においては、高温かつ高面圧下におけるトラクション特性を向上させるため、転動体の転動面に、微細な凹凸形状が形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、従来の超仕上げ用砥石としては、結合剤として樹脂を用いたレジノイド砥石が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３９３０６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１５６７２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の超仕上げ用砥石を用いた加工方法においては、微細な凹凸形状の凸部にクラウニングを形成することができず、凸部の先端から順次平滑化されるだけである。
【０００６】
したがって、転動体の表面の微細な凸部にクラウニングを形成し、表面特性を改善することによって、例えば、転動疲労寿命特性を向上させることができない。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、微細なクラウニングを形成することができる超仕上げ用砥石および加工方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
砥粒と充填剤と液状樹脂の硬化物を主体とする結合剤とを有するレジノイド砥石からなる超仕上げ用砥石であって、
前記液状樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂の中の少なくとも一種類以上を含んでおり、
前記レジノイド砥石は、５０体積％以上かつ８５体積％以下の気孔率を有することを特徴とする超仕上げ用砥石である。
【０００９】
上記目的を達成するための請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超仕上げ用砥石を用いる加工方法であって、
加工物は、１０μｍ以下の高低差を有する凹凸形状が形成された表面を有しており、
前記超仕上げ用砥石によって、前記凹凸形状の凸部の先端近傍を除去し、前記凸部に、クラウニングを形成するための工程を有する
ことを特徴とする加工方法である。
【００１０】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、砥石は、液状樹脂の硬化物を主体とする結合剤を含みかつ非常に大きな気孔率を有しているため、低い弾性率を呈する。したがって、例えば、１０μｍ以下の高低差を有する微細な凹凸形状が形成された表面を有する加工物に対して、超仕上げを施す場合、砥石に含まれる砥粒が、砥石の弾性作用によって、凹部に入り込んで、凸部の先端近傍を除去し、凸部にクラウニングを形成する。つまり、微細なクラウニングを形成することができる超仕上げ用砥石を提供することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、上記低い弾性率を有する砥石を用いる加工方法によって、１０μｍ以下の高低差を有する微細な凹凸形状が形成された表面を有する加工物の凸部に、クラウニングを形成することができる。つまり、微細なクラウニングを形成することができる加工方法を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る砥石の適用例を説明するための斜視図、図２は、図１に示される加工物の円筒状表面の凹凸形状を説明するための平面図、図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに関する断面図である。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る砥石１０は、砥粒と充填剤と液状樹脂の硬化物を主体とする結合剤とを有するレジノイド砥石からなり、超仕上げに使用される。液状樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂の中の少なくとも一種類以上を含んでいる。また、レジノイド砥石は、５０体積％以上かつ８５体積％以下の気孔率を有する。
【００１６】
砥石１０の製法は、例えば、砥粒、充填剤、液状樹脂、その他添加剤を混合攪拌して、所定の型に投入し、１１０〜２００℃で３〜２４時間キュアーを実行する。この結果得られる多孔質弾性体であるレジノイド砥石を成形することで、砥石１０が製造される。
【００１７】
砥石１０による超仕上げ加工が施される加工物２０は、円筒状表面２１を有し、凸部２２および凹部２６が形成されている。凸部２２および凹部２６によって構成される加工物２０の凹凸形状は、１０μｍ以下の高低差ΔＨを有する。凹部２６は、例えば、加工物２０の回転軸Ｓに対して図中θが０°となる円環溝か、あるいは０°より大きく、９０°未満の角度θを有する螺旋溝状であり、凸部２２は、凹部２６に対して平行に形成されている。
【００１８】
加工物２０は、砥石１０が低い圧力で押し付けられ、回転駆動されると共に、砥石１０を振動（回転軸Ｓに沿った往復運動）させる超仕上げによって、凸部２２の先端近傍が除去され、クラウニング２３が形成される。
【００１９】
クラウニング２３は、円筒状表面２１の凸部２２の先端における丸みを帯びたエッジである。また、凸部２２の先端の略平らな頂面２５と、クラウニング２３の終端２４との間の距離によって、クラウニング量Ｄが定義される。なお、符号Ｌ，Ｒは、凸部２２の片側（図上の左側および右側）を示している。
【００２０】
加工物２０の適用例としては、例えば、トラクションドライブ方式の無段変速機における転動体が挙げられる。転動体は、クラウニングが形成された微細な凹凸形状の表面を有することによって、局部的に高い圧力が発生するのを防止できるため、凸部のエッジに対向する部材面に対する攻撃性が緩和（抑制）され、耐久性の向上が得られ、長期間に渡り、良好な品質機能を維持できる。
【００２１】
したがって、優れたトラクション特性および転動疲労寿命特性を得ることができるため、トラクションドライブ方式の無段変速機の高出力化、構成部品の小型化、あるいは、燃費の向上を図ることが可能となる。
【００２２】
図４は、本発明の実施の形態に係る実施例１〜４および比較例における構成および物性並びに性能評価結果（クラウニング量Ｄ）を示している図表である。
【００２３】
実施例１〜４に適用された液状樹脂は、二液混合型エポキシ樹脂およびアミン系硬化剤を含んでいる。砥材は、ＷＡ（白色酸化アルミナ）系およびＳＤ（合成ダイヤモンド）系が適用され、粒度範囲は、＃３２０〜＃２０００である。なお、液状樹脂を用いることにより、砥材が微粒であっても、砥石の均質性を得ることができる。
【００２４】
有機質中空体は、５０体積％以上かつ８５体積％以下の気孔率を容易に確保するための充填剤（気孔形成剤）である。有機質中空体は、液状樹脂との相性（溶解性や異常膨張のない硬化温度等）を考慮し、選定される。また、有機質中空体の適用によって、砥石の低弾性率を維持したまま、良好な研磨性を得ることができる。
【００２５】
具体的な有機質中空体としては、例えば、低沸点炭化水素を塩化ビニリデン、アクリロニトリルなどの共重合物の殻壁でマイクロカプセル化した松本油脂製薬株式会社製のマツモトマイクロスフェアーＦシリーズや、エクスパンセル（Ｅｘｐａｎｎｃｅｌ）社製のエクスパンセルＤＥシリーズおよびエクスパンセルＷＥシリーズ等が挙げられる。
【００２６】
比較例は、従来の超仕上げ用砥石の構成に対応しており、砥石の結合剤の主体となる樹脂は、フェノール樹脂である。また、砥材は、ＧＣ（炭化けい素）系であり、粒度は、＃６００である。
【００２７】
なお、性能評価においては、約５〜７μｍの高低差を有する螺旋状の凹凸形状が形成された表面を有する試験片（加工品）を、実施例１〜４および比較例に係る砥石によって超仕上げ加工を施し、凸部の断面形状を比較した。なお、断面形状は、凹凸形状に略直交する方向に関し、触針式表面粗さ計を用いて測定され、クラウニング量Ｄによって代表している。
【００２８】
試験片は、４０ｍｍ径×１４ｍｍ厚のサイズを有する円筒形状であり、焼入れ硬化させた鉄系材料（ＪＩＳ−ＳＣＭ４２０Ｈ浸炭焼入れ焼戻し材）からなる。試験片の表面の凹凸形状は、多結晶ＣＢＮ（立方晶窒化硼素焼結体）工具を用いる旋削加工によって形成された。
【００２９】
超仕上げ加工の際における試験片の周速度は、０．５ｍ／ｓである。試験片に押し付けられる際の砥石の面圧は、２ＭＰａである。試験片の回転軸に平行な方向に関する砥石の振幅および振動数は、２ｍｍおよび４．１７Ｈｚ（２５０ｃｐｍ）である。処理時間は、８０秒（ただし、実施例１のみ２００秒）である。
【００３０】
図４の性能評価結果に示されるように、実施例１〜４においては、砥石の構成および物性が異なることによって、クラウニング量Ｄに差異（０．１〜０．８μｍ）がある。しかし、いずれにしても、クラウニングが形成されている。一方、比較例においては、クラウニングは形成されず、凹凸形状が単に平滑化されている。
【００３１】
また、曲げ弾性率の増加に伴なって、クラウニング量Ｄが減少する傾向を有している。これは、砥石に含まれる砥粒が、凹部２６に入り込んでクラウニングを形成することが困難となるためである。したがって、クラウニングの安定した品質を確実に得るためには、実施例４のクラウニング量Ｄおよび曲げ弾性率を考慮し、砥石（レジノイド砥石）は、１ＧＰａ以下の曲げ弾性率を有することが好ましい。
【００３２】
以上のように、砥石は、液状樹脂の硬化物を主体とする結合剤を含みかつ非常に大きな気孔率を有しているため、低い弾性率を呈する。
【００３３】
したがって、例えば、１０μｍ以下の高低差を有する微細な凹凸形状が形成された表面を有する加工物に対して、超仕上げを施す場合、砥石に含まれる砥粒が、砥石の弾性作用によって、凹部に入り込んで凸部の先端近傍を除去し、凸部にクラウニングを形成する。つまり、微細なクラウニングを形成することができる超仕上げ用砥石を提供することができる。
【００３４】
換言すると、上記低い弾性率を有する砥石を用いる加工方法によって、１０μｍ以下の高低差を有する微細な凹凸形状が形成された表面を有する加工物の凸部に、クラウニングを形成することができる。つまり、微細なクラウニングを形成することができる加工方法を提供することができる。
【００３５】
また、凸部のみが選択的に除去されるため、凹部の形状を維持することや、凹凸形状の高低差を管理することも容易である。さらに、小さな除去量で済むため、加工時間を短縮化することが可能であり、加工コストを低減できる。例えば、凸部の除去量（取り代）は、３μｍ程度が適当であり、小さすぎると、十分なクラウニング量Ｄが得られない。
【００３６】
また、砥石の粒度としては、クラウニング形成の生産性の観点からは、＃８００以下が好ましいが、凸部の表面粗さが悪化する傾向がある。しかし、加工品の使用環境によっては、凸部の表面粗さに対する要求レベルが低いため、状況に応じ、比較的粗めの砥石を適用し、生産性を向上させることも可能である。
【００３７】
なお、前記加工方法においては、必要に応じて、凸部の先端近傍の表面粗さを整えるための工程を有することも可能である。この場合、得られる凹凸形状の自由度が向上する。
【００３８】
また、表面粗さが整えられた凸部の先端近傍に対する、クラウニング形成による影響を避ける必要がある場合、表面粗さを整えるための工程は、クラウニングを形成するための工程の後であることが好ましい。
【００３９】
特に、表面粗さを整えるための工程に用いられる砥石は、クラウニングを形成するための工程に用いられる超仕上げ用砥石と異なることが好ましい。この場合、工程毎に最適な砥石を選択できるため、良好な品質を得ることができる。例えば、クラウニングを形成するためには、＃２２０程度の粒度を有する砥石を使用し、凸部の先端近傍の表面粗さを整えるためには、＃１５００程度の粒度を有する砥石を使用する。
【００４０】
トラクションドライブ方式の無段変速機における転動体は、高温かつ高面圧下において使用される。転動体の表面に形成される油膜は、非常に薄いために、クラウニングが適正でない場合には、凸部の粗さが金属接触の要因となり、製品寿命に悪影響を及ぼす虞がある。
【００４１】
そのため、上述のように、工程毎に最適な砥石を選択することで、大きなクラウニングと小さな表面粗さ（例えば、最大高さＲｙが０．０５μｍ程度）を有する凸部が形成された転動体を容易に得ることができる。当該転動体は、高面圧下での耐久性のみならず、薄い油膜における金属接触を回避できるために、耐久性の向上が得られる。
【００４２】
なお、凸部先端を結ぶ軌跡形状が良好である場合は、凸部の表面粗さの要求品質を緩和し、例えば、最大高さＲｙを０．１μｍ程度とすることも可能である。
【００４３】
また、凸部の表面粗さに対する要求レベルが低い場合、表面粗さを整えるための工程に用いられる砥石と、クラウニングを形成するための工程に用いられる砥石とが同一とすることも可能である。この場合、一段で加工を施すことができるために、設備および工具コストを抑制でき、加工コストを低減することができる。
【００４４】
図５は、実施例５〜９におけるクラウニング形成に対する加工条件の影響を説明するための図表である。実施例５〜９において用いられた砥石は、実施例２の砥石と同一である。また、加工条件は、試験片の凹凸形状、試験片の回転方向、および、砥石の振動の有無である。
【００４５】
なお、試験片の凹凸形状は、螺旋溝形状（図２参照）と円環溝形状との２種類である。試験片の回転方向は、正転、逆転、正転後に逆転の３種類である。
【００４６】
試験片の回転方向が異なる実施例５および実施例６は、それぞれ、凸部の片側Ｌおよび片側Ｒ（図３参照）に、クラウニングが形成された。クラウニングが形成される側は、砥石が当たりはじめる側である。これは、正転後に逆転させた実施例９においては、凸部の両側Ｌ，Ｒにクラウニングが形成されていることからもう裏付けられる。
【００４７】
さらに、円環溝形状を有しかつ砥石が振動しない実施例８においては、クラウニングが形成されず、砥石が振動する点で実施例８と異なる実施例９においては、凸部の両側Ｌ，Ｒにクラウニングが形成された。
【００４８】
以上のことから、クラウニングは、砥石が凸部を乗り越えることによって形成されることが分かる。したがって、砥石の少なくとも一部が、凸部を乗り越えて往復するように、砥石を駆動することで、クラウニングを確実に形成することができる。また、クラウニングは、凸部の両側に対称となるように形成されるため、良好な表面特性を得ることができる。
【００４９】
クラウニング形成の生産性は、砥石の振動数を大きくすることによって、向上させることができる。しかし、クラウニングの形成は、砥石の弾性作用に基づいているため、砥石の振動数が大きすぎる場合、クラウニングを確実に形成することができず、クラウニングの品質が低下する。
【００５０】
図６は、実施例１０〜１６における砥石の振動数とクラウニング量Ｄとの関係を示している図表である。実施例１０〜１２において用いられた砥石は、実施例３の砥石と同一である。実施例１３〜１６において用いられた砥石は、粒度以外（＃６００に変更）に関しては実施例３の砥石と同一である。
【００５１】
試験片の凹凸形状は、螺旋溝形状である。試験片の回転方向は、正転である。また、砥石の振動数は、実施例１０の１６．６Ｈｚ（１０００ｃｐｍ）から砥石が振動しない実施例１６の範囲である。
【００５２】
１６．６Ｈｚの振動数が適用された実施例１０のクラウニング量Ｄは、０．１μｍである。８．３３Ｈｚ（５００ｃｐｍ）の振動数が適用された実施例１１および４．１７Ｈｚの振動数が適用された実施例１２のクラウニング量Ｄは、０．３μｍである。したがって、砥石の振動数は、１６．６Ｈｚ以下が好ましく、８．３３Ｈｚ以下がさらに好ましい。
【００５３】
一方、４．１７Ｈｚの振動数が適用された実施例１３および２．０８Ｈｚ（１２５ｃｐｍ）の振動数が適用された実施例１４のクラウニング量Ｄは、０．５μｍである。０．８３Ｈｚ（５０ｃｐｍ）の振動数が適用された実施例１５のクラウニング量Ｄは、０．４μｍである。なお、砥石が振動しない実施例１６のクラウニング量Ｄは、０．２μｍであり、クラウニング形成は、凸部の片側のみである。
【００５４】
したがって、クラウニング形成の生産性および品質を確保するためは、砥石の振動数は、１６．６Ｈｚ以下かつ０．８３Ｈｚ以上が好ましく、８．３３Ｈｚ以下かつ２．０８Ｈｚ以上がさらに好ましい。
【００５５】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【００５６】
例えば、砥粒種は、アルミナおよびダイヤモンドに限定されず、炭化珪素、酸化珪素、酸化クロム、立方晶窒化ホウ素などを使用することも可能である。
【００５７】
また、加工品は、トラクションドライブ方式の無段変速機の転動体に適用することに限定されず、例えば、ミッション部品やエンジン部品などに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る砥石の適用例を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示される加工物の円筒状表面の凹凸形状を説明するための平面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに関する断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る実施例１〜４および比較例における構成および物性並びにクラウニング量を示している図表である。
【図５】本発明の実施の形態に係る実施例５〜９におけるクラウニング形成に対する加工条件の影響を説明するための図表である。
【図６】本発明の実施の形態に係る実施例１０〜１６における砥石の振動数とクラウニング量との関係を示している図表である。
【符号の説明】
１０…砥石、
２０…加工物、
２１…円筒状表面、
２２…凸部、
２３…クラウニング、
２４…終端、
２５…頂面、
２６…凹部、
Ｄ…クラウニング量、
Ｓ…回転軸、
θ…角度、
ΔＨ…高低差。
【図１】
2004174641.tif 000003
【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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