(57)【要約】【課題】電着時の砥粒固定状態に左右されずに、切粉の排出効果を高めて、加工精度を向上することが可能な電着リーマを提供する。【解決手段】母材１上に砥粒２が電着により１層に固着されており、円周方向の隣り合う砥粒２の中心間隔は砥粒２の平均粒径の２倍以上６倍以下となるように砥粒２は配設されている。また長手方向の隣り合う砥粒２の中心間隔Ｄは砥粒２の平均粒径の２倍以上４倍以下となるように砥粒２は配設されている。母材１と砥粒２との間にはメッキ層３が形成されており、メッキ層３の上面であるメッキ面から測って、砥粒２の先端突出し量は砥粒２の平均粒径の６０％以上７０％以下となっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材に砥粒を電着して砥粒層を形成した電着リーマにおいて、円周方向の隣り合う前記砥粒の中心間隔を前記砥粒の平均粒径の２倍以上６倍以下とし、長手方向の隣り合う前記砥粒の中心間隔を前記砥粒の平均粒径の２倍以上４倍以下としたことを特徴とする電着リーマ。
【請求項２】
前記母材上に形成されたメッキ面からの前記砥粒の先端突出し量が前記砥粒の平均粒径の６０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１記載の電着リーマ。
【請求項３】
前記砥粒の先端部を、前記砥粒の平均粒径の５％以上１０％以下の範囲でツルーイングして平坦化したことを特徴とする請求項１または２記載の電着リーマ。
【請求項４】
前記砥粒は、長径短径比が１．１以下である砥粒であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電着リーマ。
【請求項５】
砥粒の平均粒径より小さい厚さを有する絶縁シートであって、砥粒の平均粒径より大きい孔を円周方向で砥粒の平均粒径の２倍以上６倍以下、長手方向で砥粒の平均粒径の２倍以上４倍以下の間隔で多数形成した絶縁シートを母材外周部に巻き付け、この状態で砥粒をメッキにより仮固定し、その後前記絶縁シートを除去して再びメッキにより砥粒を本固定して電着リーマを製造することを特徴とする電着リーマの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥粒を電着により固着して形成された電着リーマとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている電着リーマは、母材のストレート部に砥粒を一様に電着したものがほとんどであり、高精度の加工を実現するためには、電着する砥粒を細粒化することで対応していた。そのため、砥粒の細粒化に伴って、切削部のチップポケットが減少して加工能率が上げられないという問題点があった。また取り代が得られないために、複数の電着リーマ工程を必要としていた。
【０００３】
この問題点を解決するために、従来よりも粗い砥粒を用い、母材のストレート部の砥粒先端だけをツルーイングにより平坦化して、チップポケットを持たせることで、高精度加工の実現と切粉の排出効果を持たせた電着リーマが開発されている。
しかし、この電着リーマは、砥粒を一様にまいて電着する方法であるため、砥粒の位置をコントロールすることができず、重なり合った砥粒が存在してしまう。また、ツルーイングによって、重なり合った上段の砥粒は大きくカットされるため、被削材との接触表面積が増え、その近傍のチップポケットの面積が減少する。そのため、安定して切粉の排出を行うことができず、加工精度と寿命が電着による砥粒の固定状態で大きく左右され安定しない。
【０００４】
電着リーマにおいて、砥粒の電着位置をコントロールできるようにしたものが、特許文献１、特許文献２において開示されている。また、砥粒配列間隔を砥粒平均粒径の２〜１０倍としたＣＭＰドレッサーが特許文献３において開示されている。また、砥粒の先端のカット代をコントロールできるようにしたものが、特許文献４において開示されている。
また、電着法により砥粒の集中度コントロールしたものが特許文献５において開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−５２０４７号公報
【特許文献２】特開平６−１１４７４１号公報
【特許文献３】特開平１１−３０９９５８号公報
【特許文献４】実公平７−８１３６号公報
【特許文献５】実開平５−２９６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、特許文献２に記載の電着リーマは、精度、寿命を向上させる為、砥粒を１粒ずつならべて砥粒先端を揃えて形成されているが、隣接する砥粒同士の距離が狭すぎると充分にチップポケットが確保できず目詰まりを引き起こす。また電着前に砥粒先端を揃えることが出来ても、後工程でメッキを析出させることで、先端ばらつきを寸法公差ミクロンレベルで管理することは極めて困難であるという問題点がある。
【０００７】
また、特許文献３に記載のＣＭＰドレッサーでは、砥粒間隔を一律に平均粒径の２〜１０倍としている。ＣＭＰドレッサーの様な平面同士の回転体では、影響を受けることはないが、リーマ加工の様な円筒面同士の回転体では、円周方向に比べて長手方向の砥粒間隔は狭くないと加工状痕が発生する可能性がある。
【０００８】
また、特許文献４に記載の電着リーマでは、粗加工、仕上げ加工を同時に行う為に砥粒先端のカット量に差を付けているが、一様に砥粒を撒いた電着方法では先端のカット代が安定せず、カット代が多い個所では初期に目詰まりが発生してしまう。さらに砥粒の粒径の１／８〜１／４をカットしてしまうと被削材との接触面積が増えて切味が損なわれ寿命低下の原因となって好ましくない。
【０００９】
また、特許文献５に記載の電着リーマでは、砥粒の集中度をコントロールすることで寿命向上を達成しようとしているが、電着法で集中度をコントロールすることは容易でなく、一様に撒いた砥粒の付着量を均等、均一に管理することは困難を極め、偏りが発生してしまい、ばらつきが大きくなる。電着リーマでは、ミクロンレベルの寸法精度、面粗さ精度を長期に安定して加工するためには、いずれの要素も欠如することは許されない。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、最適な砥粒間隔と砥粒突出し量を設定し、充分なチップポケットを確保し、切粉の排出効果を高め、ミクロンレベルの寸法精度を確保する為に必要なツルーイングで切味を損なわない最適な量を設定し、加工精度を向上することが可能な電着リーマとその電着リーマを安定して製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の課題を解決するために、本発明は、母材に砥粒を電着して砥粒層を形成した電着リーマにおいて、円周方向の隣り合う砥粒の中心間隔を平均粒径の２倍以上６倍以下とし、長手方向の隣り合う砥粒の中心間隔を砥粒の平均粒径の２倍以上４倍以下としたことを特徴とする電着リーマである。
円周方向の隣り合う砥粒の中心間隔を平均粒径の２倍以上６倍以下とし、長手方向の隣り合う砥粒の中心間隔を砥粒の平均粒径の２倍以上４倍以下とすることにより、重なり合った砥粒が存在せず、チップポケットを豊富に有する単層な電着リーマを形成することができる。そのため、電着時の砥粒固定状態に左右されずに、安定した加工精度を得ることができ、切粉を効率良く排出することができるため、寿命が向上する。円周方向、長手方向の隣り合う砥粒の中心間隔が砥粒の平均粒径の２倍未満であると、切粉の排出性能が損なわれ早期に目詰まりが発生し、面粗さ、寸法精度不良となって好ましくない。一方、円周方向の隣り合う砥粒の中心間隔が砥粒の平均粒径の６倍を超えると、作用砥粒数が減り寿命低下の原因となって好ましくない。また長手方向の隣り合う砥粒の中心間隔を砥粒の平均粒径の４倍を超えると、加工状痕発生の原因となり好ましくない。
【００１２】
砥粒をこのように配列することは、砥粒の平均粒径より小さい厚さを有する絶縁シートであって、砥粒の平均粒径より大きい孔を、円周方向で砥粒の平均粒径の２倍以上６倍以下、長手方向で砥粒の平均粒径の２倍以上４倍以下の間隔で多数形成した絶縁シートを母材外周部に巻き付け、この状態で砥粒をメッキにより仮固定し、その後前記絶縁シートを除去して再びメッキにより砥粒を本固定することによって可能である。
【００１３】
本発明においては、前記母材上に形成されたメッキ面からの前記砥粒の先端突出し量が前記砥粒の平均粒径の６０％以上７０％以下であることを特徴とする。
メッキ面からの砥粒の先端突出し量を砥粒の平均粒径の６０％以上７０％以下にすることで、切粉の排出を促進する事ができる。砥粒の先端突出し量が砥粒の平均粒径の６０％未満であると、突出し量が小さすぎて加工性能が低下する。一方、砥粒の先端突出し量が砥粒の平均粒径の７０％を超えると、突出し量が大きすぎて砥粒の保持力が低下して砥粒が脱落しやすくなる。
【００１４】
本発明においては、前記砥粒の先端部を、前記砥粒の平均粒径の５％以上１０％以下の範囲でツルーイングして平坦化したことを特徴とする。ツルーイングによる砥粒先端部の平坦化により、寸法精度が向上する。ツルーイング量が砥粒の平均粒径の５％未満であると、ツルーイング量が少なすぎてツルーイングを行うことによる平坦化の効果を得ることができない。一方、ツルーイング量が砥粒の平均粒径の１０％を超えると、被削材との接触面積が増えて切味が損なわれ寿命低下の原因となって好ましくない。
【００１５】
本発明においては、前記砥粒は、長径短径比が１．１以下である砥粒であることを特徴とする。
これにより、電着後の砥粒先端高さのばらつきを抑えることができ、ツルーイング量が全周にわたり定量化され、ツルーイング後の砥粒先端面積が全周にわたり均一化され、加工精度が安定し寿命が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、重なり合った砥粒が存在しない単層な電着リーマを形成することができ、電着時の砥粒固定状態に左右されずに、安定した加工精度を得ることができ、切粉を効率良く排出することができるため、寿命が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る電着リーマにおける砥粒配列を示す。図１は、母材１の中心線（一点鎖線で示す）に対して母材１の片側半分を示しており、円筒状の母材１上に砥粒２が電着により１層に固着されている。図１におけるＤは、母材１の長手方向に配列された砥粒２の中心間隔を示している。また、母材１の円周方向にも砥粒２は所定の中心間隔をおいて配列されている。
円周方向の隣り合う砥粒２の中心間隔は、砥粒２の平均粒径の２倍以上６倍以下となるように砥粒２は配設されている。また長手方向の隣り合う砥粒２の中心間隔は、砥粒２の平均粒径の２倍以上４倍以下となるように砥粒２は配設されている。母材１と砥粒２との間にはメッキ層３が形成されており、メッキ層３の上面であるメッキ面から測って、砥粒２の先端突出し量は砥粒２の平均粒径の６０％以上７０％以下となっている。
【００１８】
図２は、砥粒２に対してツルーイングを施した状態のものを示しており、砥粒２の先端部は、砥粒２の平均粒径の５％以上１０％以下の範囲でツルーイングして平坦化され、砥粒先端面４が形成されている。
また、砥粒２として、長径短径比が１．１以下である砥粒を選択することができる。このような結晶形が整った砥粒を用いると、電着後の砥粒先端高さのばらつきを抑えることができ、ツルーイング量が全周にわたり定量化され、ツルーイング後の砥粒先端面積が全周にわたり均一化され、加工精度が安定し寿命が向上する。
【００１９】
このような砥粒層を形成するためには、砥粒２の平均粒径より小さい厚さを有し、砥粒２の平均粒径より大きい孔を円周方向で砥粒２の平均粒径の２倍以上６倍以下、長手方向で砥粒２の平均粒径の２倍以上４倍以下の間隔で多数形成した絶縁シートを母材外周部に巻き付け、この状態で砥粒をニッケルメッキにより仮固定し、その後絶縁シートを除いて再びメッキにより砥粒を本固定することによって実現できる。
【００２０】
その製造工程を図３、図４に示す。
図３において、（ａ）のように、母材１の非電着部１ａをマスキングした後、（ｂ）のように母材１の電着部１ｂを覆うように絶縁シート５を装着する。絶縁シート５は網目状となっており、網目の寸法は円周方向で砥粒２の平均粒径の２倍以上６倍以下、長手方向で砥粒２の平均粒径の２倍以上４倍以下となるように設定されている。この状態で砥粒２を散布する。砥粒２を散布した状態では、（ｃ）に示すように、母材１の電着部１ｂ上で砥粒２が重なり合うように配置されているが、母材１と接する領域においては、絶縁シート５によって、円周方向の隣り合う砥粒同士の間隔は砥粒の平均粒径の２倍以上６倍以下となり、長手方向の隣り合う砥粒同士の間隔砥粒の平均粒径の２倍以上４倍以下となっている。
【００２１】
この砥粒２をニッケルメッキで仮固定し、絶縁シートを除去すると、（ｄ）のように砥粒２が円周方向でその平均粒径の２倍以上６倍以下の間隔をおいて、長手方向でその平均粒径の２倍以上４倍以下の間隔をおいて、一層に配列した状態となる。これに対してニッケルメッキで本固定すると、（ｅ）に示すようにメッキ層３が形成され、マスキングを除去すると、メッキ面から所定の突出し量を持つ砥粒配列を有する電着リーマが得られる。
図４は、上記の方法により一層配列された砥粒２に対してツルーイングを行う工程を示しており、ツルーイング前においては（ａ）のように砥粒２の先端部は不揃いであるのに対して、ツルーイングを行うことによって、（ｂ）に示すように、先端部が平坦化された電着リーマを得ることができる。
【００２２】
以下に、具体的な試験例を示す。
以下に示す試験条件で加工試験を行った。
使用機械  ：マシニングセンタ
周速度    ：２０ｍ／ｍｉｎ
切り込み量：φ５０μｍ
送り速度  ：０．７５ｍｍ／ｒｅｖ
被研削材  ：ＦＣＤ４５
加工穴径  ：φ１６ｍｍ
寿命判断  ：面粗さＲｍａｘ４μｍ、寸法精度５μｍを超えた時点で工具寿命と判断
した。
【００２３】
試験結果を図５，図６に示す。ここで、従来品とは、粒径が２５０μｍ程度の粗い砥粒を一様にまいて電着し、ツルーイングにより平坦化する方法によって製造された電着リーマのことをいう。また、発明品とは、粒径が２００μｍ程度の長径短径比が１．１以下である砥粒を用い、円周方向の隣り合う砥粒の中心間隔を砥粒の平均粒径の４倍とし、長手方向の隣り合う砥粒の中心間隔を砥粒の平均粒径の３倍とし、突出し量は砥粒の平均粒径の６５％とし、平均粒径の７．５％の範囲でツルーイングして平坦化して製造された電着リーマのことをいう。
【００２４】
図５、図６に示すように、従来品は２５００穴加工後に面粗さ及び穴寸法が大きくなり、その段階で加工不能と判断した。また、リーマを取り外して観察したところ、重なり合った上段の砥粒がツルーイングにより大きくカットされて接触表面積が増えており、その近傍のチップポケットの面積が減少して、安定した切粉の排出ができず目詰まりが発生していた。
これに対し、発明品は従来品に比べて約２倍以上の寿命を示す結果となった。
【００２５】
次に、砥粒を配列する際の中心間隔と、砥粒突出し量と、ツルーイング量をそれぞれ変化させたときの加工試験の結果を、図７、図８、図９に示す。
図７は、砥粒を配列する際の中心間隔を変化させたときの加工穴数を示しており、（ａ）は円周方向についてのものであり、（ｂ）は長手方向についてのものである。円周方向については砥粒の平均粒径の２倍以上６倍以下としたとき、長手方向については砥粒の平均粒径の２倍以上４倍以下としたときに加工性能が優れているのに対して、この範囲外では加工性能が低下している。長手方向については、砥粒の平均粒径の４倍を超えると加工状痕が発生する。
図８は、メッキ面からの砥粒突出し量を変化させたときの加工穴数を示しており、砥粒の平均粒径の６０％以上７０％以下としたときに加工性能が優れているのに対して、この範囲以下では加工性能が低下し、この範囲以上では砥粒の保持力が低下し脱落の危険性がある。
図９は、ツルーイング量を変化させたときの加工穴数を示しており、砥粒の平均粒径の５％以上１０％以下の範囲でツルーイングして平坦化したときに加工性能が優れている。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、砥粒を電着により固着して形成された電着リーマとして利用することができ、電着時の砥粒固定状態に左右されずに、安定した加工精度を得ることができ、切粉を効率良く排出することが可能な電着リーマを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る電着リーマにおける砥粒配列を示す図である。
【図２】砥粒に対してツルーイングを施した状態のものを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電着リーマの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電着リーマの製造工程におけるツルーイング工程を示す図である。
【図５】面粗さについての試験結果を示す図である。
【図６】加工穴径精度についての試験結果を示す図である。
【図７】砥粒を配列する際の中心間隔を変化させたときの加工穴数を示す図であり、（ａ）は円周方向について、（ｂ）は長手方向についてのものである。
【図８】メッキ面からの砥粒突出し量を変化させたときの加工穴数を示す図である。
【図９】ツルーイング量を変化させたときの加工穴数を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  母材
１ａ  非電着部
１ｂ  電着部
２  砥粒
３  メッキ層
４  砥粒先端面
５  絶縁シート
【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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