(57)【要約】【課題】研削速度を一層向上させ得るセグメント型超砥粒砥石を提供する。【解決手段】セグメントチップ３４とベース部材３６との固着界面がそのベース部材３６の軸心に対して角度θだけ傾斜させられることにより、研削加工時において砥石３０の回転に伴って発生する遠心力と、被削材から作用する側圧とに基づいてその固着界面に作用する引き剥がし方向の応力が、軸心方向の両端位置において、固着界面がその軸心に平行に設けられる場合に比較して低下させられる。そのため、砥石周速度を高めると共に切込み量や送り速度を大きくしても、セグメントチップ３４が固着界面においてベース部材３６から剥離することが抑制されるので、研削速度を一層高めることができる。【選択図】                    図３
2004299019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超砥粒がガラス質結合剤により相互に結合された超砥粒層から成る研削面を備えた複数のセグメントチップがベース部材の軸心を中心とする一円周上に相互に密接して固着され、その軸心まわりに回転駆動されることにより、前記研削面で研削加工を行うセグメント型超砥粒砥石であって、
遠心力と被削材から作用する反力とに基づいて前記セグメントチップと前記ベース部材との固着界面のうち前記軸心に平行な方向における両端位置に発生するそれらを引き剥がす方向の応力が、その固着界面がその軸心に平行である場合にその両端位置に発生する最大応力よりも低くなるように、その固着界面がその軸心に対して傾斜させられたことを特徴とするセグメント型超砥粒砥石。
【請求項２】
超砥粒がガラス質結合剤により相互に結合された超砥粒層から成る研削面を備えた複数のセグメントチップがベース部材の軸心を中心とする一円周上に相互に密接して固着され、その軸心まわりに回転駆動されることにより、全体として円筒面を成す前記研削面で研削加工を行うセグメント型超砥粒砥石であって、
前記セグメントチップと前記ベース部材との固着界面が、前記軸心に平行な方向における両端位置からそれらの中間位置に向かうに従って外周側に位置するように傾斜させられたことを特徴とするセグメント型超砥粒砥石。
【請求項３】
超砥粒がガラス質結合剤により相互に結合された超砥粒層から成る研削面を備えた複数のセグメントチップがベース部材の軸心を中心とする一円周上に相互に密接して固着され、その軸心まわりに回転駆動されることにより、全体として円錐台の側面形状を成す前記研削面で研削加工を行うセグメント型超砥粒砥石であって、
前記セグメントチップと前記ベース部材との固着界面が、前記軸心に対して前記研削面と同じ方向に傾斜させられたことを特徴とするセグメント型超砥粒砥石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削砥石に係り、特に、超砥粒層を有する複数のセグメントチップがベース部材に固着されたセグメント型超砥粒砥石の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンド砥粒或いはＣＢＮ砥粒といった超砥粒がガラス質結合剤で結合された超砥粒層を有する複数のセグメントチップが、例えば孔明き円板状のベース部材の外周面に合成樹脂等で固着されて成り、そのベース部材の軸心周りに回転駆動されることにより、そのセグメントチップの超砥粒層の表面すなわち研削面で研削加工を行うセグメント型超砥粒砥石が知られている。このような砥石によれば、アルミナ砥粒（Ａｌ２Ｏ３）や炭化珪素砥粒（ＳｉＣ）等の一般砥粒を用いた砥石に比較して、研削に関与する砥粒層の寿命が長いので耐久性を有すると共に、高い加工精度を得ることができる利点がある。しかも、セグメント砥石の形態を採ることから、比較的高価な超砥粒を研削に寄与する部分だけに配置することが可能であると共に、軸心に設けられた取付孔を起点とする遠心破壊が生じ難いので、高い周速度で使用することができる利点がある（例えば、特許文献１参照）。例えば、全体がガラス質結合剤で結合された砥粒層から成る一般砥石では例えば３３（ｍ／ｓ）程度の周速度で使用されるが、これに比較して著しく高い周速度、例えば２００（ｍ／ｓ）もの周速度で使用することが行われている。この結果、このような高い周速度の使用においては、ベース部材とセグメントチップとの固着界面における剥離強度が砥石破壊に関して重要な要素となる。
【０００３】
ところで、例えば円筒状の被削材の研削加工方法は、軸心まわりに回転させられているその被削材に対する砥石の移動方向により、砥石を被削材の軸心に垂直な方向に沿って移動させる所謂プランジ研削と、砥石をその軸心に平行な方向に沿って移動させる所謂トラバース研削とに大別される。また、これらを組み合わせた態様として、砥石を一方向へ移動させる過程で被削材の表面を所望の輪郭線に沿って研削する所謂コンタリング研削がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４１２３１号公報
【特許文献２】
特開平７−２６６２０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のプランジ研削においては、砥石が被削材に押し付けられることによりその被削材から受ける反力は、その砥石の軸心に垂直な方向に向かうので、セグメントチップの固着界面において、砥石の回転に伴って発生する遠心力とその反力とが互いに減じ合う方向に働く。すなわち、プランジ研削においては、砥石破壊の問題は生じ難い。これに対して、トラバース研削やコンタリング研削においては、砥粒層の側面でも被削材を研削しつつ砥石がその軸心に平行な方向に移動させられることから、図１に示されるように、その移動速度および切込み量に応じた反力Ｒが被削材１０から砥石１２のセグメントチップ１４の側面に作用する。この反力Ｒは、セグメントチップ１４とベース部材１６との固着界面１８に対して、砥石１２の進行方向後方側の端面２０においては圧縮応力として作用するが、進行方向前方側の端面２２においては引張り応力として作用する。そのため、その後方側端面２０においては遠心力が圧縮応力で減じられるが、前方側端面２２においては遠心力に引張り応力が重畳させられて剥離方向の応力が増大する。
【０００６】
一方、高周速の研削加工においては、砥粒層に含まれる多数の砥粒の各々の負荷が軽減されることから、切込み量やトラバース研削における軸心方向の送り速度を共に大きくすることにより、研削速度を一層高めて生産能率を高め得ることが知られている。しかしながら、トラバース研削やコンタリング研削において切込み量や送り速度を大きくすると、前記の反力Ｒが一層大きくなり、延いては前方側端面２２における剥離方向の応力が一層増大するため、セグメント型超砥粒砥石においては、固着界面１８の剥離強度の不足が研削速度向上の妨げとなっていた。なお、このような問題は、砥石の軸心方向の移動を伴うトラバース研削等において顕著であるが、そのような移動を伴わないプランジ研削においても、研削面および被削材の被研削面がその軸心方向に対して傾斜させられている場合には同様に生じ得る。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的は、研削速度を一層向上させ得るセグメント型超砥粒砥石を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための第１の手段】
斯かる目的を達成するため、第１発明の要旨とするところは、超砥粒がガラス質結合剤により相互に結合された超砥粒層から成る研削面を備えた複数のセグメントチップがベース部材の軸心を中心とする一円周上に相互に密接して固着され、その軸心まわりに回転駆動されることにより、前記研削面で研削加工を行うセグメント型超砥粒砥石であって、遠心力と被削材から作用する反力とに基づいて前記セグメントチップと前記ベース部材との固着界面のうち前記軸心に平行な方向における両端位置に発生するそれらを引き剥がす方向の応力が、その固着界面がその軸心に平行である場合にその両端位置に発生する最大応力よりも低くなるように、その固着界面がその軸心に対して傾斜させられたことにある。
【０００９】
【第１発明の効果】
このようにすれば、セグメントチップとベース部材との固着界面がそのベース部材の軸心に対して傾斜させられることにより、研削加工時において砥石の回転に伴って発生する遠心力と被削材から作用する反力とに基づいてその固着界面に作用する引き剥がし方向の応力が、軸心方向の両端位置において、固着界面がその軸心に平行に設けられる場合に比較して低下させられる。すなわち、固着界面を傾斜させることによって、反力に基づく剥離方向の引張り応力の作用方向をその固着界面に対して傾斜させ、その応力が最も大きくなる砥石端面においてベース部材の直径を他の部分に対して小さくすれば、回転に起因してその固着界面に作用する応力は、端面では小さくなり、その分だけ他の部分で大きくなるように分布する。この結果、回転応力や反力に基づいて剥離方向に作用する応力成分が傾斜の程度に応じて減じられるため、砥石端面においてその剥離方向に作用する応力の総和が小さくなる。そのため、砥石周速度を高めると共に切込み量や送り速度を大きくしても、セグメントチップが固着界面においてベース部材から剥離することが抑制されるので、研削速度を一層高めることができる。なお、本願において「固着界面が軸心に対して傾斜」するとは、曲面を成すその固着界面の任意の位置における母線が軸心に平行とはなっていない位置関係をいうものである。
【００１０】
【課題を解決するための第２の手段】
また、前記目的を達成するための第２発明の要旨とするところは、超砥粒がガラス質結合剤により相互に結合された超砥粒層から成る研削面を備えた複数のセグメントチップがベース部材の軸心を中心とする一円周上に相互に密接して固着され、その軸心まわりに回転駆動されることにより、全体として円筒面を成す前記研削面で研削加工を行うセグメント型超砥粒砥石であって、前記セグメントチップと前記ベース部材との固着界面が、前記軸心に平行な方向における両端位置からそれらの中間位置に向かうに従って外周側に位置するように傾斜させられたことにある。
【００１１】
【第２発明の効果】
このようにすれば、円筒状の研削面を備えたセグメント型超砥粒砥石において、前記固着界面がベース部材の軸心方向（一般には厚み方向）における内側に向かうに従って、外周側に位置するように傾斜させられる。換言すれば、固着界面は、厚み方向の中間部において最も直径寸法が大きくなるように２方向に傾斜させられたＶ字状乃至Ｕ字状等の形状に構成される。そのため、研削面が円筒状を成すことからトラバース研削時において両端面の何れも進行方向の前方側に位置させ得る砥石において、何れの向きで使用した場合にも、進行方向前方側の端面における剥離方向の応力が低下させられる。すなわち、固着界面をベース部材の軸心と平行に設けた場合において被削材から固着界面に作用する剥離方向の反力が最大となり得る進行方向前方側の端面におけるその剥離方向の応力の総和が低下させられる。したがって、砥石周速度を高めると共に切込み量や送り速度を大きくしても、セグメントチップが固着界面においてベース部材から剥離することが抑制されるので、研削速度を一層高めることができる。
【００１２】
【課題を解決するための第３の手段】
また、前記目的を達成するための第３発明の要旨とするところは、超砥粒がガラス質結合剤により相互に結合された超砥粒層から成る研削面を備えた複数のセグメントチップがベース部材の軸心を中心とする一円周上に相互に密接して固着され、その軸心まわりに回転駆動されることにより、全体として円錐台の側面形状を成す前記研削面で研削加工を行うセグメント型超砥粒砥石であって、前記セグメントチップと前記ベース部材との固着界面が、前記軸心に対して前記研削面と同じ方向に傾斜させられたことにある。
【００１３】
【第３発明の効果】
このようにすれば、軸心方向に対して傾斜した研削面を備えたセグメント型超砥粒砥石において、前記固着界面がベース部材の軸心方向に沿った一方向に向かうに従って外周側に位置するように、その軸心に対してその研削面と同じ方向に傾斜させられる。そのため、研削面および被削材の被研削面がベース部材の軸心方向に対して傾斜させられている研削加工用の砥石において、これをその軸心方向に移動させるプランジ研削に用いた場合に研削面の直径寸法が相対的に小さい一方の端面側で固着界面の剥離方向に作用する応力が低下させられる。すなわち、軸心方向に平行な固着界面が設けられている場合において、その直径寸法の小さい側において最も大きくなる剥離方向の応力が低下させられること。したがって、砥石周速度を高めると共に切込み量や送り速度を大きくしても、セグメントチップが固着界面においてベース部材から剥離することが抑制されるので、研削速度を一層高めることができる。
【００１４】
なお、上記の態様においては、固着界面はベース部材の軸心方向に対して研削面と同じ方向に傾斜していれば足りることから、それら固着界面と研削面とが互いに平行であっても差し支えない。
【００１５】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記第１発明において、前記研削面は、前記軸心方向の一端側に備えられ且つ他端側に向かうに従って直径が増大させられるように傾斜させられた第１研削面と、その第１研削面から連続し且つ前記軸心方向に平行な第２研削面とを有するものである。このようにすれば、第１研削面で粗研削を行い且つそれに続く第２研削面で仕上げ研削を行うように設計されたトラバース研削用のセグメント型超砥粒砥石において、その送り方向前方側に位置する第１研削面側に固着界面における剥離方向の応力が低下させられるので、好適に研削効率を高めることができる。
【００１６】
なお、上記のように構成される場合において、前記固着界面は、前記第１研削面側の端面から他端面に向かうに従って直径寸法が拡大する傾斜面に構成されていてもよいが、その中間部において最も直径寸法が大きくなるように２方向に傾斜させられたものであっても良い。すなわち、砥石使用時における向きがその形状に基づいて定められている場合には、固着界面を軸心に平行とした場合に剥離方向の応力が最も大きくなる一方の端面側において、発生し得るその剥離方向の応力を低下させれば足りるので、固着界面は、傾斜面であるとＶ字状やＵ字状等の２方向に傾斜する面であるとを問わないのである。
【００１７】
また、前記第１乃至第３発明において、一層好適には、前記固着界面は、ベース部材の軸心方向位置に関連して直径寸法が線形的に増減させられるものである。このようにすれば、直径寸法が非線形に増減させられる場合に比較して、必要強度を確保するための形状設計や製造工程が簡単になる利点がある。
【００１８】
また、前記第１および第２発明において、一層好適には、前記固着界面の前記軸心方向に対する傾斜角度θの最大値θｍａｘは、前記セグメントチップの軸心方向の厚みをｔｓ、セグメントチップの半径方向の厚みの最小値をｔｒとしたとき、下記（１）式で定められる値であり、最小値θｍｉｎは、下記（２）式で定められる値である。すなわち、角度θは、半径方向の最大厚みが最小厚みの１．２倍以上となるように定めることが好ましく、また、半径方向の最大厚みが最小厚みの２倍以下となるように定めることが好ましい。固着界面を傾斜して形成する場合には、セグメントチップ重量が増加することに加え、そのような傾斜形状を形成するために製造工程の追加が必要となる不都合を伴う。このようにすれば、固着界面を傾斜させることによってその固着界面に作用する剥離方向の応力を十分に緩和できる範囲で傾斜角度が小さい値に留められているので、傾斜角度の増大に伴って研削に直接寄与しない砥粒層の容積の増大することが抑制される。すなわち、例えば研削面が軸心方向に平行な砥石においては、固着界面をその軸心方向に対して傾斜させると、傾斜角度を大きくするに従って研削に使用不可能な砥粒層の容積が増大するため、その傾斜角度は剥離方向の応力を十分に低下させ得る範囲で小さいことが好ましい。一方、固着界面が僅かでも傾斜していれば本発明の効果を享受できるものであるが、剥離方向の応力を緩和する効果は、傾斜角度が小さくなるに従って減じられため、上記の最小値未満では研削速度の向上効果が著しく小さくなる。したがって、傾斜角度は任意の値を採ることができるものであるが、上記の範囲が好ましいのである。
ｔａｎθｍａｘ＝ｔｒ／ｔｓ      ・・・（１）
ｔａｎθｍｉｎ＝０．２ｔｒ／ｔｓ  ・・・（２）
【００１９】
なお、前述したような固着界面が軸心方向に沿った方向における中間部において最も直径寸法が大きくなるように２方向に傾斜させられたＶ字状乃至Ｕ字状等の形状のものでは、半径方向の最大厚みが最小厚みの１．２倍〜２倍となる角度θは、例えば、上記（１）、（２）式においてｔｓに代えてｔｓ’＝ｔｓ／２を用いることにより求められる。また、上記半径方向の厚みの最小値は、例えば、固着界面が傾斜させられない場合における従来のセグメントチップのそれと同じ値に維持すれば良い。すなわち、半径方向の厚みの最大値は、例えば、従来の固着界面を有するものの２倍以下の範囲が望ましいことになる。
【００２０】
また、前記第１乃至第３発明において、好適には、前記セグメントチップは、前記超砥粒層の下側に一般砥粒がガラス質結合剤によって相互に結合させられた下地層を一体的に備え、その下地層において前記ベース部材に固着されたものである。すなわち、前記固着界面はその下地層とベース部材との間に形成される。このような下地層を備えたセグメントチップを用いたセグメント型超砥粒砥石においては、セグメントチップ全体を超砥粒層で構成する場合に比較して、超砥粒層を使い切ることが容易となる利点があるが、更に、本発明においては、固着界面を傾斜させることに伴ってセグメントチップのうち使用不能な部分の容積が増大しても、下地層と超砥粒層との界面の形状を適宜の形状、例えば研削面に倣った形状（例えば平行）に形成することで、その傾斜形状に起因して高価な超砥粒層の廃棄量が増大することが抑制される利点もある。
【００２１】
なお、上記のように下地層が備えられる場合には、前記最大傾斜角度θｍａｘ、最小傾斜角度θｍｉｎは、前記（１）、（２）式において、ｔｒ、ｔｓをその下地層の半径方向の最小厚みｔｉｒ、軸心方向厚みｔｉｓに置き換えることによって得られる値である。また、上記下地層は、一般に超砥粒層と一体的に成形され且つ同時に焼成処理を施されることによって形成される。このため、それらの界面はセグメントチップとベース部材との固着界面に比較して十分に高い剥離強度を有するので、セグメント型超砥粒砥石の強度に実質的に影響を与えることはない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例のセグメント型超砥粒砥石（以下、単に砥石という）３０の全体を示す平面図である。図において、砥石３０は、例えば全体の直径寸法が４００（ｍｍ）程度、厚さ寸法が５（ｍｍ）程度で、軸心部には直径寸法が２５（ｍｍ）程度の取付孔３２を有している。また、この砥石３０は、円弧形状で一様な周方向寸法のセグメントチップ３４を、軸心Ｏを中心とする円板形状のベース部材３６の外周面に、周方向において隙間無く配置し、合成樹脂接着剤にて一体的にベース部材３６に固着するとともに、隣接するセグメントチップ３４同士もできるだけ隙間を小さくして接着剤にて一体的に連結したものである。
【００２４】
上記のセグメントチップ３４は、紙面に垂直な砥石３０の軸心方向において一様な断面形状を備えたものであって、内周面および外周面が軸心Ｏを中心とする同心円の円弧とされている。また、セグメントチップ３４は、その円弧の径方向において積層された二層で構成されたものであり、ベース部材３６の円筒状の外周面（固着面）に固着された下地層３８と、その下地層３８の外周側に設けられ且つ実際に研削加工を行う砥粒層４０とを備えている。セグメントチップ３４の各々の各部の寸法は、その外周面における長さ寸法Ｌが例えば４０（ｍｍ）程度、径方向における厚さ寸法ｔが例えば１１．５（ｍｍ）程度、砥石３０の軸心方向における幅寸法Ｗ（後述する図３参照）が例えば５（ｍｍ）程度である。
【００２５】
上記下地層３８は、一般砥粒、例えば＃１８０／＃２２０程度の粒度を備えたムライト粉末がビトリファイド結合剤で結合させられたものであり、砥粒層４０は、超砥粒、例えば＃８０／＃１００程度の粒度を備えた立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）砥粒がビトリファイド結合剤で結合させられたものである。下地層３８の砥粒率は５０容量部、ビトリファイド結合剤は１６容量部で、気孔率が例えば３４容量部となっている。一方、砥粒層４０の砥粒率は５０容量部、ビトリファイド結合剤は１６容量部で、気孔率が３４容量部となっている。すなわち、これら下地層３８および砥粒層４０は、含まれている砥粒の材質および粒径が異なる他は、同様に多孔質に構成されている。砥石３０は、このようなセグメントチップ３４の外周面すなわち砥粒層４０の外周面によって、軸心Ｏを中心とする円筒形状の研削作用面（研削面）が構成されたものであり、その軸心Ｏまわりに回転駆動されることにより、その外周面で前記被削材１０等に研削加工が施される。
【００２６】
また、前記のベース部材３６は、例えばアルミニウム合金等の軽合金材料から成るものであって、例えば、直径寸法が３９０（ｍｍ）程度で厚さ寸法が５（ｍｍ）程度に構成されている。すなわち、砥石３０を構成するセグメントチップ３４およびベース部材３６は、何れも同じ厚さ寸法である。
【００２７】
図３は、上記の砥石３０の断面の要部を示す図である。上述したように、砥石３０は、ベース部材３６の外周面に例えば０．０５（ｍｍ）程度の厚さ寸法の合成樹脂層４２を介してセグメントチップ３４が固着されたものであるが、それらの固着界面は砥石３０の軸心に平行な円筒面とはなっていない。すなわち、セグメントチップ３４は、砥石３０の両端面４４，４６においては前記の厚さ寸法ｔ（＝１１．５（ｍｍ）程度）を有しているが、砥石３０の軸心方向において内側に向かうに従って線形的にその厚さ寸法が小さくなり、砥石３０の厚さ方向の中央位置においては、厚さ寸法がｔｉ＝９（ｍｍ）程度になっている。
【００２８】
このため、セグメントチップ３４とベース部材３６との固着界面すなわちセグメントチップ３４の固着面およびベース部材３６の外周面は、ベース部材３６の厚さ方向の中央位置を通る端面４４，４６に平行な平面に関して対称的に、砥石３０の軸心方向に対して角度θだけ傾斜する。この傾斜角度θは、例えば４５°程度であり、セグメントチップ３４の固着面およびベース部材３６の外周面のそれぞれの対を成す２つの傾斜面の成す角度は例えば９０°である。すなわち、セグメントチップ３４は、その内周面が９０°の２面角を成す谷型（Ｖ字）形状になっており、ベース部材３６は、その外周面がそれを反転した山型（Λ字）形状になっている。前記のベース部材３６の直径寸法は、端面４４，４６における値すなわち直径寸法の最小値である。
【００２９】
なお、下地層３８と砥粒層４０との界面はその砥粒層４０の表面および軸心方向に平行であり、砥粒層４０は、例えばｔｇ＝５（ｍｍ）程度の一様な厚さ寸法を有している。これに対して、下地層３８は、砥石軸心方向に関して線形的に厚さ寸法が増減する形状になっている。また、上述した各部の寸法から明らかなように、砥石３０の半径方向における下地層３８の最小厚みｔｉｒはｔｉ−ｔｇ＝４（ｍｍ）程度、最大厚みｔｉｒＭはｔ−ｔｇ＝６．５（ｍｍ）程度であり、軸心方向における下地層３８の厚さ寸法ｔｉｓは砥石厚みＷに等しい５（ｍｍ）程度であるので、前記傾斜角度θは、最大厚みｔｉｒＭが最小厚みｔｉｒの１．６倍程度、すなわち２倍以下の値となる角度（すなわちｔａｎθ＝２ｔｉｒ／ｔｉｓで与えられる値よりも小さい角度）である。
【００３０】
図４は、上記の砥石３０を用いて被削材１０のトラバース研削加工を実施している状態を示す図である。図において、砥石３０がその軸心まわりに回転させられつつ矢印Ｓ方向に送られることにより、被削材１０の外周面が研削されている。この研削態様では、被削材１０が主としてセグメントチップ３４の進行方向前面側の端面４４で削り取られることとなるため、セグメントチップ３４は、その被削材１０に押し付けられる先端部側面に図に矢印Ｒで示される方向の反力（側圧）を受ける。この反力Ｒは、固着界面すなわち合成樹脂層４２に対してモーメントとして作用し、その固着界面のうち前方側に向かう部分にはそのモーメントに応じた引張り応力Ｆがその部分に垂直な方向に作用することになる。同様に、反対側の斜面にはモーメントに応じた圧縮応力が作用する。
【００３１】
本実施例によれば、固着界面が回転軸心に対して傾斜させられた結果として、その固着界面に側圧に起因して発生するセグメントチップ３４を引き剥がす方向の応力Ｆが、モーメントに応じた応力の分力となることから、通常は引き剥がし方向の応力が最も高くなる前方側の端面４４において剥離方向に作用する応力の総和が減じられる。そのため、砥石３０の回転速度および軸心方向の送り速度を比較的高くしても、セグメントチップ３４がベース部材３６から剥離し難い利点がある。例えば、砥石周速度を１６０（ｍ／ｓ）程度、砥石送り方向（軸心方向）の荷重を９８（Ｎ）（＝１０（ｋｇｆ））程度と高くしても、セグメントチップ３４の剥離は全く生じない。
【００３２】
図５乃至図７は、上記の研削加工時における応力解析の結果を説明する図である。なお、この解析は、前記のような寸法および形状の砥石３０において、砥石周速度を１６０（ｍ／ｓ）、送り方向の荷重を９８（Ｎ）（＝１０（ｋｇｆ））として、有限要素法を用いて行った。また、各図において「従来」と記載されたものは、下地層が４（ｍｍ）程度の一様な厚さ寸法に構成されることによりセグメントチップの内周面が外周面に平行に形成され、且つベース部材の外周面がそれに対応して軸心に平行な円筒面に形成された他は、砥石３０と同様に構成された従来のセグメント型超砥粒砥石、例えば図１に示される砥石１０と同様な断面形状を備えた砥石における応力を示したものである。
【００３３】
図５は、砥石３０が上記周速度で回転させられているが被削材１０には接触していない状態における応力、すなわち遠心力等回転に起因して固着界面に引き剥がし方向に作用する応力のみを表している。従来の砥石では、回転に起因する応力が砥石厚み方向すなわち軸心方向の全長に亘って略一様な値となる。これに対して、厚み方向の中央部においてベース部材３６の直径寸法が大きくされることにより、固着界面が両端面４４，４６に比較して外周側に位置させられた本実施例の砥石３０は、相対的に外周側に位置させられたその中央部で応力が２倍程度に高められる一方、相対的に内周側に位置させられた両端部において応力が１／２程度に低下させられている。
【００３４】
また、図６は、砥石３０が被削材１０を研削している場合においてその被削材１０から受ける側圧に基づく引き剥がし方向の応力のみを表したものである。すなわち、この図においては、回転に起因する応力が考慮されていない。図から明らかなように、固着界面が軸心方向に平行に設けられた従来の砥石では、被削材１０に押し付けられる前方側端面４４において極めて高い引き剥がし方向の応力が作用する一方、厚み方向の中央部よりもやや後方の位置で応力が略零になり、後方側端面４６においては負すなわち圧縮応力となっている。これに対して、実施例の砥石３０では、全体として前方側端面４４から後方側端面４６に向かうに従って応力が低くなる傾向を示すものの、端面４４における応力は従来の略１／２程度に低下させられると共に、端面４６における応力が略零まで高められている。
【００３５】
図７は、上記の２つの応力の和であって、研削加工時に実際に受けるものと略等しい応力を表したものである。上述したように、従来の砥石では、回転に起因する応力が略一様である反面で、側圧に基づく応力が前方側端面４４で著しく大きく且つ後方側端面４６で負になっていることから、それらを合計した引き剥がし方向の応力は前方側端面４４で大きく且つ後方側端面４６で小さいものとなる。これに対して、実施例の砥石３０では、回転に起因する応力が両端面４４，４６で低くなり、且つ側圧に基づく応力が前方側端面４４で低くなると共に後方側端面４６で僅かに高くなっていることから、それらを合計した引き剥がし方向の応力は、砥石３０の厚み方向の中央部近傍で従来に比較して僅かに高くなるものの、前方側端面４４において従来の略１／２程度の値になる。また、後方側端面４６における応力は、従来の砥石と略同様である。
【００３６】
一般に、砥石３０におけるセグメントチップ３４の剥離は、端面４４，４６を基点として生ずるものであり、内部から剥離が開始することは殆どない。そのため、上記のように前方側端面４４における引き剥がし方向の応力が低下させられ、且つ後方側端面４６における引き剥がし方向の応力が従来並に保たれることにより、両端面４４，４６における引き剥がし方向の応力の最大値が、従来の砥石の両端面における応力の最大値よりも低くなれば、砥石３０全体としての剥離強度は高められることとなる。このため、前述したような高い周速度および高い送り方向荷重で研削加工を施してもセグメントチップ３４の剥離が生じないのである。
【００３７】
なお、前記の砥石３０は、例えば、通常の工程に従って、すなわち粉末プレス成形および焼成工程等を経て、下地層３８と砥粒層４０とが一体となり且つ内周面が外周面に平行なセグメントチップを製造した後、その内周面にＶ字状の溝加工を施すことによって製造される。この溝加工は、例えば、外周断面が山型（Λ型）のダイヤモンド・ホイールを用いて、それに比較して極めて軟らかい下地層３８の内周面を削り取ってその山型形状を転写することで成される。なお、下地層３８と砥粒層４０とは、同時に焼成されることによって一体化させられているので、合成樹脂層４２で固着されたベース部材３６との固着界面に比較して極めて高い剥離強度を備えており、それら下地層３８および砥粒層４０の界面における剥離は生じない。
【００３８】
ビトリファイド結合剤で砥粒が相互に結合させられたセグメントチップ３４を備えた砥石３０は、上記のように個々のセグメントチップ３４は全体を一体的に製造できるものの、その焼成時において同時に金属製のベース部材３６に固着することはできない。そのため、前記のように合成樹脂層４２を介して接着されることとなるが、このようなセグメント型超砥粒砥石３０においては、その合成樹脂層４２によって構成された固着界面が最も低強度となるので、その界面における剥離を抑制する利点がある。
【００３９】
要するに、本実施例によれば、セグメントチップ３４とベース部材３６との固着界面がそのベース部材３６の軸心に対して角度θだけ傾斜させられることにより、研削加工時において砥石３０の回転に伴って発生する遠心力等と、被削材１０から作用する側圧とに基づいてその固着界面に作用する引き剥がし方向の応力が、軸心方向の両端位置において、固着界面がその軸心に平行に設けられる場合に比較して低下させられる。そのため、砥石周速度を高めると共に切込み量や送り速度を大きくしても、セグメントチップ３４が固着界面においてベース部材３６から剥離することが抑制されるので、研削速度を一層高めることができる。
【００４０】
しかも、本実施例によれば、円筒状の研削面を備えた砥石３０において、固着界面がベース部材３６の軸心方向における内側に向かうに従って、外周側に位置するように傾斜させられる。そのため、砥石３０は、その両端面４４，４６の何れを用いてトラバース研削をすることも可能な研削面形状を備えているが、固着界面も厚み方向において対称的に設けられていることから、何れの向きで使用した場合にも、進行方向前方側の端面における剥離方向の応力が低下させられる利点がある。
【００４１】
次に本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述した実施例と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
図８は、コンタリング研削用の砥石５０に本発明が適用された場合における研削実施状態を説明する図である。この砥石５０は、例えば図に一点鎖線５２で示される加工輪郭線に沿って研削するために用いられるものであり、図の矢印Ｓ方向に送られつつ、その軸心方向位置に関連して被削材１０に接近し或いは離隔する方向に移動させられる。
【００４３】
図９に、この砥石５０の外周縁近傍の断面を示す。図に示されるように、この砥石５０に備えられたセグメントチップ５４も、下地層３８および砥粒層４０から構成されており、それらの界面が回転軸心に平行に設けられる一方、下地層３８とベース部材３６との界面がその回転軸心に対して傾斜させられた構造とされている。その傾斜角度は、例えば回転軸心に対して３９°程度である。そのため、この砥石５０を用いたコンタリング研削加工においても、砥石３０の場合と同様に、その矢印Ｓ方向に送る際に被削材１０から受ける側圧に起因する剥離方向の応力が緩和されるので、高速且つ高荷重の研削条件としてもセグメントチップ５４の剥離が生じ難い利点がある。
【００４４】
なお、上記の砥石５０では、外周面すなわち研削面に、送り方向の前方側端面４４から後方側端面４６に向かう中間位置までの範囲において、回転軸心に対して例えば５°程度の角度だけ傾斜させられたテーパ面５６が設けられている。このテーパ面５６は、コンタリング研削の粗加工を担うものであるが、このような形状とされた結果として、砥石５０は、図に示される固定された向きでのみ使用可能である。そのため、この砥石５０では、端面４４が前方側に位置する使用態様における応力のみが緩和されていれば足りるので、固着界面４４を２方向に傾斜したＶ字形状に形成する必要はない。すなわち、図において一点鎖線で示すように、ベース部材３６の直径寸法が前方側端面４４から後方側端面４６に向かうに従って次第に小さくなるような、一方向に傾斜した傾斜面５８としても差し支えない。
【００４５】
図１０は、更に他の実施例の砥石７０の要部断面をその使用状態で示す図である。図において、砥石７０は、回転軸心に対して傾斜した表面を有するバルブ等の被削材７２のその傾斜面すなわちバルブフェース等を研削加工するためのものである。そのため、砥石７０の外周面に備えられた研削面すなわちセグメントチップ７４の表面は、その傾斜面に倣った例えば軸心方向に４５°程度の角度だけ傾斜した傾斜面に構成されている。セグメントチップ７４の内周面すなわちベース部材３６への固着面は、その研削面と平行である。すなわち、本実施例においては、セグメントチップ７４とベース部材３６との固着界面が、研削面とは平行であるが、回転軸心に対しては傾斜した向きに形成されている。なお、図において８０は、被削材７２を保持し且つその軸心まわりに回転させるためのホルダである。
【００４６】
上記のように構成された砥石７０は、例えば、その軸心まわりに回転させつつ、矢印Ｐ方向に移動させることで被削材７２を研削加工する。すなわち、本実施例においては、砥石７０がその軸心方向に移動させられない。このような使用態様においても、被加工面および研削面が傾斜させられていることから、その被削材７２から砥石７０に向かう反力の一部が軸心に平行な方向に向かう応力Ｆとなるので、その応力Ｆに基づくモーメントが固着界面に作用し得る。そのため、固着界面が軸心に平行に設けられていると、図において左側に位置する端面７６すなわち砥石７０の小径側の端面において大きな引き剥がし方向の応力が発生するので、セグメントチップ７４の剥離が生じないように、砥石周速度や切込み量が制限されることとなる。しかしながら、本実施例によれば、砥石７０の小径側の端面７６から反対の端面７８に向かうに従ってベース部材３６の直径寸法が大きくなるように固着界面が傾斜させられているので、その傾斜角度に応じた大きさだけ引き剥がし方向の応力が減じられると共に、直径寸法の縮小量に応じて遠心力に基づく引き剥がし方向の応力も低下させられる。
【００４７】
したがって、固着界面が軸心方向に平行であった従来の砥石に比較して、全体として端面７６における引き剥がし方向の応力が低下させられるため、セグメントチップ７４の剥離が抑制され、高い周速度且つ大きな切込み量で研削加工することが可能となる。
【００４８】
すなわち、本実施例によれば、軸心方向に対して傾斜した研削面を備えた砥石７０において、固着界面がベース部材３６の軸心方向に沿った一方向に向かうに従って外周側に位置するように、その軸心に対してその研削面と同じ方向に傾斜させられているので、研削面および被削材７２の被研削面がベース部材３６の軸心方向に対して傾斜させられているバルブフェース研削用の砥石７０において、その軸心方向に移動させるプランジ研削に用いた場合に研削面の直径寸法が相対的に小さい一方の端面７６側で固着界面の剥離方向に作用する応力が低下させられる。そのため、砥石周速度を高めると共に切込み量や送り速度を大きくしても、セグメントチップ７４が固着界面においてベース部材３６から剥離することが抑制されるので、研削速度を一層高めることができる。
【００４９】
以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施できる。
【００５０】
例えば、実施例においては、下地層３８および砥粒層４０が一体的に備えられたセグメントチップ３４，５４，７４を備えた砥石３０，５０，７０に本発明が適用された場合について説明したが、本発明は、下地層３８を備えず、セグメントチップ３４等の全体が砥粒層４０で構成された砥石にも同様に適用される。
【００５１】
また、実施例においては、固着界面の軸心方向に対する傾斜角度が、砥石３０においては４５°程度、砥石５０においては３９°程度、砥石７０においては４５°程度にそれぞれ設定されていたが、これらの値は、傾斜させることによって緩和し得る応力の大きさと、傾斜させるに従って増大する製造工程の煩雑さや下地層３８の容積増大の無駄等を比較考量して定められるものであり、軸心方向に対して０°よりも大きく且つ９０°よりも小さい範囲で適宜の角度に設定される。但し、傾斜させることに伴うセグメントチップ３４等の重量増加延いては遠心力増大や工程の複雑化、研削に直接寄与しない容積増大等を考慮すると、半径方向の最大厚みが最小厚みの１．２〜２倍の範囲が最も好ましい。
【００５２】
また、実施例においては、固着界面の傾斜が断面において直線的すなわち厚み方向に関して線形的に変化するものであったが、断面において曲線となるような非線形的な傾斜面であっても差し支えない。
【００５３】
また、図１０に示される実施例においては、固着界面が研削面に平行に形成されていたが、この実施例においては、固着界面が軸心方向に対して研削面と同じ方向に僅かでも傾斜させられていれば応力緩和効果が得られるので、その傾斜角度は、研削面の傾斜角度より大きくても、小さくても差し支えない。
【００５４】
また、実施例においては、下地層３８がムライト粉末を含む一般砥粒層に構成されていたが、下地層３８に含まれる砥粒は安価な一般砥粒であれば、アルミナやＳｉＣ等であっても差し支えない。
【００５５】
また、実施例においては、砥粒層４０がＣＢＮを砥粒として含むものであったが、砥粒層４０は超砥粒を含むものであれば足りるので、ダイヤモンド砥粒を含むものであっても差し支えない。
【００５６】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】トラバース研削における問題点を説明する図である。
【図２】本発明の一実施例のセグメント型超砥粒砥石の全体を示す平面図である。
【図３】図２の砥石の断面構造を説明する図である。
【図４】図２の砥石を用いた研削加工の実施状態を示す図である。
【図５】図２の砥石において遠心力に基づいて合成樹脂層に作用する応力を砥石の厚み方向について説明する図である。
【図６】図２の砥石において被削材からの反力に基づいて合成樹脂層に作用する応力を砥石の厚み方向について説明する図である。
【図７】遠心力および被削材からの反力の合応力を砥石の厚み方向について説明する図である。
【図８】本発明の他の実施例の砥石を用いた研削加工の実施状態を説明する図である。
【図９】図８の砥石の断面の要部を拡大して示す図である。
【図１０】本発明の更に他の実施例の砥石を用いた研削加工の実施状態を説明する図である。
【符号の説明】
３０：セグメント型超砥粒砥石
３４：セグメントチップ
３６：ベース部材
【図１】
2004299019.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004299019.tif 000005
【図４】
2004299019.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004299019.tif 000009
【図８】
2004299019.tif 000010
【図９】
2004299019.tif 000011
【図１０】
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