(57)【要約】      （修正有）【課題】半径方向の異方性の小さい砥石コアを提供する。【解決手段】六方晶系や傾方晶系又は正方晶系の金属材料から形成された一片の砥石コア素材からなる円盤形状の砥石コアにおいて、半径方向の熱膨張係数差が全方位において１×１０−6／℃以下とするように半径方向の異方性を小さくした。その結果、高速回転をしてもほとんどビビリを生じることなく高精度な加工が可能となる。なお、前記金属材料としてチタン又はチタン合金を用いた場合には、より高精度な高速研削加工を可能とする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
六方晶系や傾方晶系又は正方晶系の金属材料から形成された一片の砥石コア素材からなる円盤形状の砥石コアにおいて、半径方向の熱膨張係数差が全方位において１×１０−6／℃以下とするように半径方向の異方性を小さくしたことを特徴とする円盤形状の砥石コア。
【請求項２】
前記金属材料がチタン又はチタン合金からなることを特徴とする請求項１に記載の円盤形状の砥石コア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周に砥粒層が一体的に接合される円盤形状の砥石コアに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、砥石コアの製造は、図６に示される工程により行われている。
（１）インゴットをロール圧延することにより所望する厚さの板材１１に加工する圧延加工工程。（図３）
（２）板材１１を円盤形状の砥石コア素材１２に加工する加工工程。
【０００３】
この加工工程では、板材１１の圧延方向に平行な面が砥石コア素材１２の半径方向端面Ｓとなるよう円盤形状に打ち抜き又は研削、切削加工することにより砥石コア素材１２が形成される。
（３）表面研磨等により砥石コア形状に仕上げる最終仕上げ加工工程
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記工程の（１）圧延加工工程において、金属材料の結晶構造に起因して、圧延方向とこれと直交する方向とのヤング率・熱膨張係数等の機械的特性が相異する異方性が生じることがわかった。即ち、図３に示すように圧延により形成された金属板１１から砥石コアを切出した場合、圧延方向Ｌ１とこれに直交した方向Ｌ２とでは材料特性に差異が生じる。これは、金属材料の結晶方向が圧延方向に揃ってしまうことが要因となる。例えば図４に示すように、鉄、アルミ、スチール等の立方晶系（Ａ）の金属材料では結晶の面が交わる稜ａの長さが全て同じであるために、押出し・圧延を行って結晶方向が変化しても異方性を生じることはあまりないが、チタンやチタン合金などの六方晶系（Ｂ）のものや、斜方晶系、正方晶系などの稜ａ，ｃの長さが異なる金属材料では、稜の長さ、即ち原子間距離が結晶方向により異なり、それゆえ結晶方向によって材料の特性が異なることが知られいる。これらの結晶構造を有した金属材料は、力（圧延・押出し）の作用方向に長い稜ｃが揃ってしまい、上述したような材料異方性を生じることとなる。
【０００５】
このような金属材料を用いて上述した製法により円盤形状の砥石コアを作製し、その外周にＣＢＮ等の砥粒を含む砥粒層を貼付けて製造した砥石車は、半径方向に異方性を生じているため、研削加工を行った際の空気との摩擦や研削熱等による砥石コアの熱膨張や、回転による遠心膨張により異方性から生じた半径方向の膨張差が生じ図７（B）に示すように砥石コアの外径が楕円形状となってしまう。
【０００６】
この半径方向に異方性を有した砥石コアからなる砥石車により工作物の加工を行うと、半径方向の膨張差により砥石車にうねるが生じてしまうため、工作物にこのうねりからくるビビリマークが付いてしまい精度の良い加工を行うことができなかった。近年、高精度な加工を行うために砥石車を周速１００ｍ／ｓ以上に高速回転させる高速研削が求められており、高速研削用の砥石コアとして比重が小さく、耐遠心膨張に優れ、強度が強く、コスト的に安価なチタン及びチタン合金が注目されてきているが、上述の如く、チタン及びチタン合金はその結晶構造（六方晶系）から異方性を生じ易いという問題がある。
【０００７】
この半径方向の異方性を小さくする方法として、上記加工工程（図６）の圧延加工工程（２）時に半径方向のあらゆる方向から圧延加工を行い半径方向の異方性をある程度小さくすることは可能であるが、高速研削時に半径方向の膨張差が発生しなくなるまで異方性を小さくすることは不可能であった。従って、この半径方向の異方性を極力抑えることにより半径方向の膨張差を小さくし、高速研削を行ってもビビリの発生することのない砥石コアが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は上記課題を解決するものであり、請求項１に記載の発明は、六方晶系や傾方晶系又は正方晶系の金属材料から形成された一片の砥石コア素材からなる円盤形状の砥石コアにおいて、半径方向の熱膨張係数差が全方位において１×１０−6／℃以下とするように半径方向の異方性を小さくしたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記金属材料がチタン又はチタン合金からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の砥石コアであれば、高速回転をしてもほとんどビビリを生じることなく、高精度な加工を可能とする。請求項２の砥石コアであれば、ビビリを生じることなく、軽量で且つ耐遠心膨張に優れ、強度が強いため、より高精度な高速研削加工を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本願発明の砥石コアは、大きく分けて図５のフローに示す４つの工程より製造される。
（１）砥石コア材料となる金属材料（例えばチタン又はチタン合金）のインゴットを押出加工することにより押出し方向に長く砥石コアの目標寸法径よりも小さい径の丸材１０を形成する。（図１参照）
この丸材１０には、押出し方向Ｙと押出し方向に直交したＸ方向とに異方性を生じている。例えばチタンなどの六方晶系の金属材料では、図４（Ｂ）に示すように、押出し方向に結晶方向が揃った状態となっており、半径方向Ｘと長手方向Ｙ（押出し方向）とではヤング率、熱膨張係数等が異なっている。
【００１２】
（２）前記丸材１０をその長手方向に直交した面で輪切りに切断し、切断面を端面Ｓとし砥石コアの厚み寸法より大きいが径寸法は小さい一片の円盤形状の砥石コア素材１２を作成する。この際、砥石コア素材１２にも丸材１０と同様に、その軸方向Ｙと半径方向Ｘとの異方性は存在するが、半径方向Ｘのみを見た場合、どの方向（Ｘ１〜Ｘ４）においても、等しい材料特性を有することとなる。
【００１３】
（３）鍛造型２０に砥石コア素材１２を設置し、高圧鍛造プレス機械等により砥石コア素材１２の端面Ｓ側から鍛造加工を行うことにより、強度を高め、径を大きくしながら成形を行う。（図２参照）
（４）切削・研削加工、研磨等の仕上げ成形加工を行い砥石コア３０が製造される。
【００１４】
なお、上記工程においては、鍛造加工（３）により砥石コア素材の成形を行っているが、切断加工（２）を行った後、鍛造加工（３）を行うことなく成形加工（４）を行っても良い。上記製造方法により製造されたチタン合金製の砥石コアＡの外周にＣＢＮ砥粒を含有した砥粒層を貼付けた砥石車と、従来の製法（図６）により製造した砥石コアＢにＣＢＮ砥粒を含有した砥粒層を貼付けた砥石車との精度実験の比較データを図７、図８、図９に示す。
【００１５】
図７は研削加工時における砥石コアの温度と同じ温度（約３０℃）に各々の砥石コアＡ，Ｂを加熱した際の形状測定結果を示しており、砥石コアＢでは、異方性により半径方向の熱膨張係数に差異が生じているため、試験前には真円であったものが楕円形を成した。砥石コアＡでは、試験前とほぼ変わらず真円を成した。
【００１６】
これら砥石コアＡ，Ｂの半径方向の熱膨張係数差と長短径差との関係を図８に示す。熱膨張係数差とは、異方性により生じた半径方向の最大熱膨張係数と最少熱膨張係数との差を表し、長短径差とは異方性により生じた半径方向（直径）の径の最大径と最少径との差を示している。砥石コアＢは長短径差（縦軸）が１μｍ以上を示し、熱膨張係数差（横軸）は約１×１０−６／℃を越えた値を示した。砥石コアＡは長短径差が約０．４μｍ以下となり、熱膨張係数差は約３×１０−７／℃を示し、明らかに真円度が向上されたことがわかった。
【００１７】
図９はそれぞれの砥石コアＡ，Ｂからなる砥石車を用いて同じ研削条件下（砥石径３５０ｍｍ：砥石周速１６０〜２００ｍ／ｓｅｃ）で加工した工作物の表面形状（うねり量）の測定結果を表している。ビビリ山とは砥石コアの半径方向の熱膨張係数差や遠心膨張の差等の影響から生じた砥石車のうねりにより工作物表面上に一定間隔毎に回転軸線に平行に現れる大きなうねりのことである。
【００１８】
砥石コアＢを用いた砥石車により加工した工作物では、１．２ｍｍ周期毎（矢印部分）に大きなうねりが現れており、ビビリが生じた。従って、高速研削における高精度な加工では使用不可能である。しかしながら、砥石コアＡを用いた砥石車により加工した工作物では、周期毎（破線部）に大きなうねりは見られず、ビビリが生じることがなかった。
【００１９】
上記実験結果から砥石コア材料としては半径方向の熱膨張係数差が１×１０−６／℃を越えると（例えば砥石コアＢ）工作物にビビリが発生してしまい工作物精度に悪影響を与えてしまうことがわかった。従って、砥石コアＢを用いた砥石車では周速が１００ｍ／ｓ以上となるような高速回転で高精度な加工を行うことは不可能であった。
【００２０】
しかしながら、半径方向の熱膨張係数差を１×１０−６／℃以下となるように半径方向の異方性を小さくした砥石コアによって、砥石車の周速が１００ｍ／ｓ以上となるような高速研削加工を行っても工作物にビビリを生じることがなく高精度な加工を行うことが可能となる。特に、立方晶系以外の結晶格子を有し、塑性加工（押出し加工）により異方性を生じ易い金属材料、例えばチタンやチタン合金においては非常に有効であることがわかった。
【００２１】
また、上記実験例はチタン合金製の砥石コアについての例であるが、チタン合金に限定されることなく、他の六方晶系金属材料や斜方晶系、正方晶系等の塑性加工（押出し・圧延加工等）により異方性を生じ易い結晶格子を有する金属材料についても同様に半径方向の膨張差（熱膨張係数差や遠心膨張の差）を減少させることができる。特に、砥石コアにおいては工作物にビビリを生じさせないように半径方向の熱膨張係数差を１×１０−６／℃以下に容易に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本願発明の砥石コアの製造工程の一部を示す図である。
【図２】本願発明の砥石コアの製造工程の一部を示す図である。
【図３】従来の砥石コアの製造工程の一部である圧延加工を表す簡略図である。
【図４】金属材料の結晶格子の変化を表す図である。
【図５】本願発明の砥石コアの製造工程を表すフローである。
【図６】従来の砥石コアの製造工程を表すフローである。
【図７】チタン合金からなる砥石コアの回転時の形状を表す図である。
【図８】熱膨張係数差と長短径差の関係を表したグラフである。
【図９】加工後の工作物形状の測定結果を表すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１０ 丸材
１１ 板材
１２ 砥石コア素材
２０ 鍛造型
３０ 砥石コア
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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