(57)【要約】【課題】レジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンドを結合材とした超砥粒層と、軸の接合を強固にして、耐久性に優れ、長期間に渡って高精度・高能率な研削加工を可能にする、軸付き超砥粒ホイールとその製造法を提供することである。【解決手段】軸の一端に軸と一体にテーパ状の軸心部を設け、軸心部の表面に超砥粒層をホットプレス等により固着する。軸心部の先端には、ホットプレス時に変形しないように、微少なＲ部または平面部を設けることが好ましい。また、軸心部と超砥粒層の結合力を高めるために、その表面をサンドブラスト処理などを施すことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超砥粒層が、軸と一体に設けられた軸心部に固着された軸付き超砥粒ホイールであって、
上記軸心部は、テーパ状に形成されていることを特徴とする軸付き超砥粒ホイール。
【請求項２】
上記のテーパ状の軸心部の先端は、微少なＲ部または微少な平面部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の軸付き超砥粒ホイール。
【請求項３】
上記の超砥粒層の外径は、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の軸付き超砥粒ホイール。
【請求項４】
上記の超砥粒層のボンド材は、レジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンド、のいずれか一つであることを特徴とする請求項１から３に記載の軸付き超砥粒ホイール。
【請求項５】
上記軸の一端に、軸と一体にテーパ状の軸心部を設ける工程と、軸心部の表面に超砥粒層を固着する工程からなる、請求項１から４に記載の軸付き超砥粒ホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸付き超砥粒ホイールとその製造方法に関するものである。特に、外径（ΦＤ）が５ｍｍ以下で、ボンド材として、レジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンドを用いた、軸付き超砥粒ホイールとその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軸付き超砥粒ホイールとは、機械の回転軸に取り付けて使用するもので、軸の先端部に超砥粒層を固着したものである。軸付き超砥粒ホイールの超砥粒層の外径（ΦＤ）は２０ｍｍ以下であり、一般的には１０ｍｍ以下のものがよく用いられる。超砥粒ホイール本体の外径が小さく、本体に取り付け穴を設けることが困難であるため、軸の先端部に超砥粒層を固着して、軸の部分を研削盤等のチャックなどで掴んで回転させるものである。ボンドは低コストで製造できる、ニッケルめっきによる電着が最も多く、用途により、レジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンドが用いられる。なお、内面研削盤、ジグ研削盤、ポータブルグラインダ、グラインディングセンタ、マシニングセンタなどに取り付けて、内面研削加工に用いるときは、インターナルまたはインターナルホイールとも呼ばれている。
【０００３】
軸付き超砥粒ホイールおよびその製造法については、次のようなものが開示されている。軸の端面に直接、超砥粒層を接合すると接合強度が不足し、超砥粒層が研削加工中にはずれて脱落するという課題を解決するため、軸と超砥粒層の結合を丸棒で補強するものである。具体的には、メタルボンド軸付き超砥粒ホイールの場合では、次のように成形、焼結される。まず、ダイに、止まり穴の付いた下パンチをセッティングする。次に、丸棒を下パンチの穴底に届かないように浮かした状態で仮固定し、超砥粒とボンドの混合粉を充填して上パンチをセッティングする。この状態で金型をホットプレス装置などにより、加熱加圧して焼結する。加熱加圧される際には、上パンチの移動に伴って丸棒が下方に移動し、下パンチの穴に更に深く押し込まれて固定されるものである。このようにして、超砥粒層と軸の結合力が丸棒により補強され、超砥粒層が研削加工中にはずれて脱落するのを防止するものである。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
さらに、別の軸付き超砥粒ホイールとしては次のものが開示されている。マシニングセンタに取り付けて切削加工と共に研削加工を可能にする金型研削用の軸付き超砥粒ホイールである。軸心を、樹脂パッド（超砥粒の固着部）に設けられた穴に挿入して接着剤で固定し、樹脂パッドの表面にアルミナ、炭化珪素、ダイヤモンド等の砥粒を接着剤で接着して固定するものである。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−２５２３４号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００３−５３６７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報で述べられているように、超砥粒層と軸を丸棒で接合しても加熱加圧の際に、丸棒が曲がって変形する製品不良を起こす問題があった。さらに、製造工程において、在来砥石を用いて超砥粒層の外周をツルーイング・ドレッシングする際に超砥粒層がはずれて脱落する問題点があった。このため、特に、超砥粒層の外径が５ｍｍ以下で、レジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンドを用いた軸付き超砥粒ホイールにおいて、上記の問題点を完全に解決することが極めて困難であった。
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ある。すなわち、超砥粒層と軸の接合を強固にして、耐久性に優れ、長期間に渡って高精度・高能率な研削加工を可能にする軸付き超砥粒ホイールとその製造法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
超砥粒層が、軸と一体に設けられた軸心部に固着された軸付き超砥粒ホイールであって、軸心部は、テーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
ここでテーパ状の軸心部の角度については特に限定しないが、通常４５度以下であり、最も一般的には３０度以下で適宜設定する。また、軸心部の表面粗さを粗くして超砥粒層との結合力を高めることができる。具体的には、軸心部にサンドブラストを噴射して表面粗さを粗くする方法等、旋削加工時にバイトの送りを大きくして表面粗さを粗くする方法がある。また、テーパ状の軸心部の付け根には、図４に示すように円柱部分を設ける設計としてもよい。
【０００９】
テーパ状の軸心部の先端部は、微少なＲ部または微少な平面部が設けられていることを特徴とするものである。
ここで先端部に、図２に示すように微少なＲ部または、図３に示すように微少な平面部を設けるのは、先端部の尖った部分を除去するのが目的である。尖った部分を除去することにより軸心部の強度が一層するので、超砥粒層をホットプレスして固着する際に、先端部が曲がったり、変形するのを防止することができる。具体的には、Ｒ部の大きさは、好ましくはＲ０．０２ｍｍ以上、より好ましくはＲ０．０５ｍｍ以上である。平面部は、Φ好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは、Φ０．１ｍｍ以上である。
【００１０】
超砥粒層の外径は、５ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
本発明の軸付き超砥粒ホイールは、その外径（ΦＤ）に関係なく適用することができるが、特に、外径５ｍｍ以下の場合に顕著な効果が得られる。この理由は外径が５ｍｍのものを従来の製造方法によって製造するには、軸心として用いる丸棒の直径が２ｍｍ以下となり、超砥粒層をホットプレスして固着する際に、丸棒が曲がったり、変形するためである。
【００１１】
超砥粒層のボンド材は、レジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンド、のいずれか一つであることを特徴とするものである。ボンド材としては、公知のレジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンドを用いることができる。また、公知のレジンボンドとメタルボンドの複合ボンド、レジンボンドとビトリファイドボンドの複合ボンド、メタルボンドとビトリファイドボンドの複合ボンド等も用いることができる。
【００１２】
軸の一端に、軸と一体にテーパ状の軸心部を設ける工程と、軸心部の表面に超砥粒層を固着する工程からなる軸付き超砥粒ホイールの製造方法である。
製造方法について詳しく説明する。軸としては、通常、鋼の丸棒を用いる。レジンボンドの場合はアルミ合金を用いる場合があるが、軸の強度等を考慮すると鋼を用いるほうが好ましい。鋼としては、工具鋼、高速度工具鋼など各種の鋼を用いることができる。この丸棒の一端を旋盤、若しくは円筒研削盤などにより加工して、テーパー状の軸心部を形成する。この際に、軸心部の先端部の尖った部は除去しておくのが好ましい。軸心部の強度を向上させ、超砥粒層をホットプレスして固着する際に、先端部が曲がったり、変形するのを防止するためである。先端部には、Ｒ０．０２ｍｍ以上、より好ましくはＲ０．０５ｍｍ以上のＲ部を設ける。若しくはΦ０．０５ｍｍ以上、より好ましくは、Φ０．１ｍｍ以上の平面部を設ける。そして、メタルボンドを適用するときは、超砥粒層が固着される軸心部の表面にシアン化銅めっき等を施すのが好ましい。
このようにして完成した軸を、ダイにセッティングする。超砥粒とボンド材の混合粉末をダイに充填して、上パンチをセッティングし、ホットプレス装置などを用いて加熱・加圧して超砥粒層を軸心に固着する。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
直径５ｍｍの鋼製丸棒を準備し、その一方の端を先端径が０．３ｍｍ、根本径が１．８ｍｍ、高さ８ｍｍの円錐台状に旋盤加工し、シアン化銅めっきを施して下パンチとし、ダイにセッティングした。次に、Ｃｕ−Ｓｎ系メタルボンドに、ダイヤモンド砥粒（＃３０００、粒径２／４ミクロン）を集中度が１００になるように配合して、ボンド中のダイヤモンド砥粒の分散が均一になるまで混合した。この混合粉をダイに充填して、上パンチをダイにセッティングして、高周波加熱炉にて７００℃でホットプレスして焼結を完了した。金型を高周波加熱炉から取り出し、冷却してダイから焼結体を取り出し、軸径を３．５ｍｍに旋盤仕上げした。次に、円筒研削盤にて、ＧＣ砥石を用いて超砥粒層の外径及び端面をツルーイング・ドレッシングして、外径３．８ｍｍ、超砥粒層の厚さを１０ｍｍに仕上げ、メタルボンド軸付き超砥粒ホイールを完成させた。この軸付き超砥粒ホイールを用いて、超硬合金に開けられた穴の内面を加工したところ、切れ味および表面粗さは良好であった。
【００１４】
（実施例２）
直径５ｍｍの鋼製丸棒を準備し、その一方の端を根本がΦ１．８ｍｍ、高さ２ｍｍの円柱として、その先端に先端径が０．３ｍｍ、高さ６ｍｍ円錐台状に旋盤加工し、シアン化銅めっきを施し、ダイの下パンチ側にセッティングした。そして、Ｃｕ−Ｓｎ系メタルボンドに、ダイヤモンド砥粒（＃３０００、粒径２／４ミクロン）を集中度が１００になるように配合して、ボンド中のダイヤモンド砥粒の分散が均一になるまで混合した。そして、この混合粉をダイに充填して、上パンチをダイにセッティングして、高周波加熱炉にて７００℃でホットプレスして焼結を完了した。金型を高周波加熱炉から取り出し、冷却してダイから焼結体を取り出し、軸径を３．５ｍｍに旋盤仕上げした後、円筒研削盤にて、ＧＣ砥石を用いて超砥粒層の外径を研削して、外径３．８ｍｍ、超砥粒層の厚み１０ｍｍに仕上げ、ツルーイング・ドレッシングしてメタルボンド軸付き超砥粒ホイールを完成させた。この実施例２の軸付き超砥粒ホイールを用いて、アルミナ系セラミックスに開けられた穴の内面を加工したところ、大変能率が良く、しかも良好な表面粗さが得られた。
【００１５】
（実施例３）
直径４ｍｍの鋼製丸棒を準備し、その一端に付け根がΦ１．２ｍｍ、高さ７ｍｍのテーパ状の軸心部を旋盤加工して設けた。ダイの下パンチ側にセッティングし、実施例１および２と同じ混合粉を金型内に充填し、上パンチをダイにセッティングし、高周波加熱炉にて７００℃にてホットプレスして焼結を完了した。金型から焼結体を取り出し、軸を旋盤にて３．５ｍｍに仕上げた。次に、超砥粒層をツルーイング・ドレッシングして、外径３．７ｍｍ、厚み９ｍｍに仕上げた。次に、放電加工機により、間口が１．８ｍｍ、深さ０．７ｍｍの溝加工した。この実施例３のホイールを用いてシリコンウエハのノッチを研削加工したところ、切れ味、表面粗さとも極めて良好で、安定しており、長期間に渡って高能率な加工ができた。また、超砥粒層が摩耗しても脱落したり、破損することはなかった。
【００１６】
（比較例１）
直径５ｍｍの鋼製丸棒を準備し、端部は軸心部無しのΦ５ｍｍの面とし、シアン化銅めっきを施し、ダイの下パンチ側にセッティングした。そして、Ｃｕ−Ｓｎ系メタルボンドに、ダイヤモンド砥粒（＃３０００、２／４ミクロン）を集中度が１００になるように配合して、ボンド中のダイヤモンド砥粒の分散が均一になるまで混合した。以下、実施例１，２と同様にして焼結した。しかしながら、軸径を３．５ｍｍに旋盤仕上げした後、円筒研削盤にて、ＧＣ砥石を用いて超砥粒層の外径を研削仕上する最中に、超砥粒層が軸との接合部ではずれて脱落し、不良品となった。
【００１７】
（比較例２）
直径５ｍｍの鋼製丸棒を準備し、その一方の端の中心にΦ１ｍｍ、深さ約２ｍｍの穴を開けた。この穴を上向きにして、ダイの下パンチ側にセッティングし、Φ１ｍｍで長さが３０ｍｍの心棒をこの穴に立てた。次に、実施例１，２および比較例１と同じ、メタルボンドとダイヤモンド砥粒の混合粉を金型内に充填した。次に、直径５ｍｍで中心にΦ１ｍｍの穴が開けられたパイプ状の上パンチをダイにセッティングし、高周波加熱炉にて７００℃にてホットプレスして焼結を完了した。金型を炉から取り出し、冷却後に金型から焼結体を取り出したところ、心棒がホットプレス時の圧力で曲がって変形し、焼結体は不良品となった。
【００１８】
（比較例３）
直径４ｍｍの鋼製丸棒を準備し、その一方の端の中心にΦ１ｍｍの止まり穴を開けた。この穴を上向きにして、ダイの下パンチ側にセッティングし、Φ１ｍｍで長さが３０ｍｍの心棒をこの穴に３ｍｍ入れた状態で、実施例１，２および比較例１、２と同じ混合粉を金型内に充填し、混合粉を軽く突いて固めた。すると心棒はそれ以上穴に落ち込むことがなくなったため、直径４ｍｍで中心にΦ１ｍｍの穴が開けられたパイプ状の上パンチをダイにセッティングし、高周波加熱炉にて７００℃にてホットプレスして焼結を完了した。金型を炉から取り出し、冷却後に金型から焼結体を取り出したところ、心棒がホットプレス時の圧力で曲がって変形し、焼結体は不良品となった。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の軸付き超砥粒ホイールは、超砥粒層が軸と一体に設けられた軸心部に強固に固着されており、研削加工中に超砥粒層が軸から脱落したり、破損することがない。従って、長期間にわたって高精度・高能率な研削加工が可能である。特に、外径が５ｍｍ以下で、超砥粒層に軸心部を設けなければならない、シリコンウエハのノッチ研削用軸付き超砥粒ホイールに適用すると、耐久性に優れ、しかも高精度な研削加工をにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のテーパ状の軸心部を有する、軸付き超砥粒ホイールの斜視図である。
【図２】本発明のテーパ状の軸心部の先端部にＲ部を設けた、軸付き超砥粒ホイールの斜視図である。
【図３】本発明のテーパ状の軸心部の先端部に平面部を設けた、軸付き超砥粒ホイールの斜視図である。
【図４】本発明のテーパ状の軸心の根本に円筒部を設けた、軸付き超砥粒ホイールの斜視図である。
【図５】本発明のテーパ状の軸心部を有し、超砥粒層には２列の溝を有するシリコンウエハのノッチ研削用軸付き超砥粒ホイールの斜視図である。
【図６】従来の丸棒の軸心部を有する、軸付き超砥粒ホイールの斜視図である。
【図７】本発明のテーパ状の軸心部を有する、軸付き超砥粒ホイールの製造方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１  軸付き超砥粒ホイール
２  軸心部（軸心部の表面には超砥粒層が固着されている）
３  軸
３’下パンチ（焼結完了後に仕上げて軸となる）
４  ダイ
５  上パンチ
ΦＤ  超砥粒層の外径
Ｔ  超砥粒層の厚さ
Ｌ  全長
ΦＹ  軸径
Ｌ１  軸の長さ
【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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