(57)【要約】【課題】加工中に発生する振動の伝播を抑制して、高精度の加工を可能とするセンタレスブレードを提供する。【解決手段】センタレスブレード１の台金２に耐摩耗セグメントチップ３が設けられている。耐摩耗セグメントチップ３は、砥粒層４を超硬合金または鉄系金属からなる基材部５上に形成してなるものである。耐摩耗セグメントチップ３の砥粒層４から基材部５に向かって溝６が設けられ、この溝６の深さが砥粒層４の深さ以上であって、ブレード厚みの４倍以下となるように形成されている。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒層を超硬合金または鉄系金属からなる基材部上に形成してなる耐摩耗セグメントチップを台金に接着したセンタレスブレードであって、前記耐摩耗セグメントチップの砥粒層から基材部に向かって溝を設け、この溝の深さを前記砥粒層の深さ以上であって、ブレード厚みの４倍以下としたことを特徴とするセンタレスブレード。
【請求項２】
前記基材部に設けられた溝の一部または全部に接着剤を充填したことを特徴とする請求項１記載のセンタレスブレード。
【請求項３】
前記基材部に設けられた溝に銅板を挟み込んで接着剤を充填したことを特徴とする請求項２記載のセンタレスブレード。
【請求項４】
前記基材部の接着部の形状を、斜め形状、Ｖ字形状または楔型形状としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のセンタレスブレード。
【請求項５】
前記溝によって分断された砥粒層の長さを互いに異ならせたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のセンタレスブレード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センタレスブレードに関し、特に、加工中に発生する振動の伝播を抑制することが可能なセンタレスブレードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
小径の丸棒やパイプなどの外周研削に適した研削加工としてセンタレス研削がある。このセンタレス研削は図８に示すように、被加工物Ｗを研削する研削砥石１０と、被加工物Ｗを挟持するかたちで研削砥石１０と向き合い被加工物Ｗに制動力を付与する調整車１１と、研削砥石１０と調整車１１の間に設置され被加工物Ｗを支持するブレード１２を備えたセンタレス研削盤による研削加工であり、図中矢印で示すように研削砥石１０と調整車１１を同方向に回転させ、被加工物Ｗを反対方向に回転させて、研削砥石１０で被加工物Ｗの外周を研削するものである。
【０００３】
一般に、センタレスブレードは、鋼製の台金に焼結体チップをロウ付けして形成されている。この焼結体チップとしては、例えば、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）焼結体と超硬合金とを積層したものが挙げられる。このような構成としているのは、ｃＢＮ焼結体を鋼製の台金と直接接合することができないことから、ｃＢＮ焼結体を超硬合金と同時焼結し、超硬合金と鋼製台金間をロウ付け処理することによって接合力を確保するためである。
特許文献１、特許文献２、特許文献３のそれぞれに、センタレスブレードに関して、以下に示す技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１７０８６１号公報（段落番号０００８〜００２０）
【特許文献２】
特公平６−２６７８１号公報（発明の詳細な説明部分）
【特許文献３】
特開２０００−１３５６８１号公報（段落番号０００７〜００２９）
【０００５】
特許文献１には、硬質砥粒層内の砥粒の含有率を、ブレード頂面の被加工物の出口側よりも入口側を大きくして、摩擦が大きい入口部の摩耗を抑制し、ブレードの寿命を向上させたセンタレス研削用ブレードが記載されている。
また、特許文献２には、超砥粒焼結体チップを先端部に有する複数個の分割部材をボルトで台金に接合することによって、砥粒層の割れを抑制したブレードが記載されている。
また、特許文献３には、焼結体チップは、線膨張係数が異なる２層以上の硬質材料で構成され、各層の線膨張係数が最上層から最下層に向かうに従い大きくなる順に積層して、砥粒層を台金に接着する際に発生する応力を小さくし、欠けの発生を抑制したブレードが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
センタレスブレードの耐摩耗部には通常ＰＣＤ素材が使用されているが、従来のセンタレスブレードにおいては、加工中に振動を生じやすく、被加工物に真円度不良が発生して、加工精度が低下していた。
上記の特許文献に記載された発明においても、例えば、特許文献１に記載された発明においては、砥粒層に溝を設けていることで、振動の伝播は低減されるが、溝の深さについては考慮されておらず、溝の深さによっては、刃先の強度不足によって、大きな振動が発生する。また、基材部を接着していないため、振動の減衰が十分でない。
また、特許文献２に記載された発明においては、ボルトで分割部材を台金に取付けているため、肉厚が厚いブレードに限定される。また、分割部材によって形成される溝の深さが深くなるため、刃先の強度が弱くなる。
また、特許文献３に記載された発明においては、長い砥粒層が形成されるため、砥粒層を振動が伝播しやすい。
【０００７】
従って、加工中の振動を抑制して加工精度を向上させるためには、セグメントチップに発生した振動を効果的に減衰させ、振動がセグメントチップ上を伝播することを抑制することが必要となる。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、加工中に発生する振動の伝播を抑制して、高精度の加工を可能とするセンタレスブレード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】
以上の課題を解決するために、本発明は、砥粒層を超硬合金または鉄系金属からなる基材部上に形成してなる耐摩耗セグメントチップを台金に接着したセンタレスブレードであって、前記耐摩耗セグメントチップの砥粒層から基材部に向かって溝を設け、この溝の深さを前記砥粒層の深さ以上であって、ブレード厚みの４倍以下としたことを特徴とするセンタレスブレードである。
ここで、砥粒層は超砥粒を含んで形成してもよく、あるいはＰＣＤ素材やＰＣＢＮ素材を用いて形成してもよい。超砥粒とは、ダイヤモンドまたはｃＢＮからなる砥粒をいう。また、ＰＣＤ素材またはＰＣＢＮ素材とは、ダイヤモンドパウダーまたはｃＢＮパウダーをＣｏ等の触媒と焼結したものであり、これらのパウダーの一部を超硬合金やサーメットのパウダーに置換えたものも含まれる。
砥粒層と基材部とは、異なる材料によって形成されているため、そのヤング率が異なり、砥粒層のヤング率は基材部のヤング率より大きい。そのため、研削時に砥粒層に生じた振動は砥粒層に沿って伝播しやすいが、砥粒層から基材部に向かって溝を設けることによって、振動が砥粒層に沿って伝播することを防止できる。
【０００９】
また、砥粒層から基材部へ伝播する振動は、砥粒層と基材部とのヤング率が異なるために、砥粒層と基材部との境界面において減衰しやすい。
そのため、砥粒層から一旦基材部へ伝播し、再び溝を挟んで隣合う砥粒層へ伝播しようとする振動を十分に減衰させることができる。
溝の深さを砥粒層の深さ以上とするのは、溝の深さが砥粒層の深さより浅いと、砥粒層で生じた振動が砥粒層に沿って伝播してしまい、本発明の効果が得られないためである。また、溝の深さをブレード厚みの４倍以下とするのは、溝の深さがブレード厚みの４倍を超えると、ブレードの刃先の強度が弱くなるばかりでなく、ブレードが横揺れしやすくなり、加工時の振動が増幅されやすくなるためである。
【００１０】
本発明のセンタレスブレードは、前記基材部に設けられた溝の一部または全部に接着剤を充填したことで、基材部を介して振動が伝播する際に、振動の減衰性を高めることができる。
【００１１】
本発明のセンタレスブレードは、基材部に設けられた溝に銅板を挟み込んで接着剤を充填したことを特徴とする。
基材部に設けられた溝に銅板を挟み込むことにより、基材部を介して振動が伝播する際に、振動の減衰性をさらに高めることができる。また、銅板を挟み込むことにより、溝幅の調整を容易に行うことができる。
【００１２】
本発明のセンタレスブレードは、前記基材部の接着部の形状を、斜め形状、Ｖ字形状または楔型形状としたことを特徴とする。
基材部の接着部の形状を、上記のような複雑な形状とすることによって、振動の伝達に異相を生じ、振動を打ち消しあうことができる。また、接触面積を広くすることによって、振動の減衰性を高めることができる。
【００１３】
本発明のセンタレスブレードは、前記溝によって分断された砥粒層の長さを互いに異ならせたことを特徴とする。このような長短の砥粒層を用いることによって、耐摩耗セグメントチップの固有振動数を変えることができ、振動を互いに打ち消しあうことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るセンタレスブレードについて説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るセンタレスブレードの正面図であり、図１（ｂ）は、その側面図である。
図１において、センタレスブレード１の台金２に耐摩耗セグメントチップ３が設けられている。耐摩耗セグメントチップ３は、例えば、ダイヤモンドまたはｃＢＮからなる砥粒を含む砥粒層４を超硬合金または鉄系金属からなる基材部５上に形成してなるものである。
【００１５】
耐摩耗セグメントチップ３の砥粒層４から基材部５に向かって溝６が設けられ、この溝６の深さが砥粒層４の深さ以上であって、ブレード厚みの４倍以下となるように形成されている。このブレードの厚みとは、図１（ｂ）において図示するブレードの厚みのことをいう。
また、溝６の幅は０．０２ｍｍ以上、０．１５ｍｍ以下となるように形成されている。溝６の幅をこの範囲としたのは、幅が０．０２ｍｍ未満であると、溝幅が狭すぎて、砥粒層を振動が伝播するのを防止するために溝を設けた意味が無く、幅が０．１５ｍｍを超えると、研削時に研削材との引っ掛かりを生じて振動を発生してしまうからである。
【００１６】
図２は、耐摩耗セグメントチップ３の基材部５を互いに接着した実施形態を示している。基材部５の接着は、低ヤング率の金属や樹脂の接着剤によって行うことができる。接着部７の長さは、振動の減衰性を効果的に高めるために、適宜定めることができる。また、溝６に銅板を挟み込み、接着剤により接着することもできる。
【００１７】
図３は、耐摩耗セグメントチップ３の基材部５の接着部７の形状を、斜め形状、Ｖ字形状または楔型形状とした実施形態を示している。なお、ここに示した基材部５の接着部７の形状は一例であって、図２に示した接着部７より複雑な形状とすることによって、振動の伝達に異相を生じ、振動を打ち消しあうことができるものであれば、図示した形状に限定されるものではない。
【００１８】
図４は、溝６によって分断された砥粒層４の長さを互いに異ならせた実施形態を示している。例えば、短い砥粒層４ａと、長い砥粒層４ｂとを交互に配列することができる。なお、砥粒層４の長短の組み合わせは任意であって、図示したものに限定されるものではない。
【００１９】
図５は、溝深さを変えて溝６を設けた実施形態を示している。（ａ）のように、溝深さをチップ高さより小さくしてもよく、（ｂ）のように、溝深さをチップ高さと等しくしてもよい。また、（ｃ）のように、溝深さをチップ高さより大きくしてもよい。
【００２０】
【実施例】
以下、具体例を示す。
まず、本発明のセンタレスブレードにおいて、溝の深さを砥粒層の深さ以上であって、ブレード厚みの４倍以下とすることが好ましいことを実証する実施例について説明する。
センタレスブレードの全長を７０ｍｍ、全高を７０ｍｍ、ブレード厚みを０．８ｍｍ、溝幅を０．０４ｍｍ、チップ高さを８ｍｍ、砥材層深さを０．５ｍｍとし、溝の深さを変化させてセンタレスブレードを形成し、研削試験を行った。
研削ホイールの寸法は、外径１５０ｍｍ×厚み５０ｍｍである。
被削材はフェルールを用い、被削材の寸法はφ２ｍｍ×長さ１０ｍｍである。
【００２１】
この研削試験の結果を図６に示す。
図６からわかるように、溝深さが、砥材層の深さである０．５ｍｍから、ブレード厚みの４倍である３．２ｍｍまでの範囲において、振動指数が低下し、センタレスブレードの振動に関して良好な特性を示している。なお、振動指数とは、溝を設けないときの振動の大きさを１００として表示したものである。
このことから、溝の深さを砥粒層の深さ以上であって、ブレード厚みの４倍以下とすることが、センタレスブレードの振動を抑制するために効果的であることが実証されている。
【００２２】
本発明においては、振動が砥粒層に沿って伝播することを防止するために溝を設けているが、この溝の深さが一定量を超えると、加工時の横揺れが問題となる。
加工時において発生するセンタレスブレードの横揺れの振動が、溝の深さとブレード厚みによって影響を受ける背景について、図７を用いて説明する。
センタレスブレード１のブレード厚みＴによって被加工物Ｗの外径が決まり、研削負荷が決まる。外径の大きな被加工物Ｗを加工するためには、ブレード厚みＴが大きいセンタレスブレード１が必要となる。
【００２３】
図７は、センタレスブレード１に対して被加工物Ｗの加工負荷によって作用する力を示している。センタレスブレード１には加工負荷によって圧力Ｆ１と摩擦力Ｆ２とがはたらくが、この分力による力であるＦ１ａ−Ｆ２ａがセンタレスブレード１を曲げる力として作用する。この力は被加工物Ｗの加工負荷によって発生するものであり、ブレード厚みに依存する。曲げのモーメントは、この力と、耐摩耗性セグメントチップに設けられる溝の深さによって定まり、力Ｆ１ａ−Ｆ２ａと溝深さとの積が曲げのモーメントとなる。
【００２４】
センタレスブレード１の横揺れの度合いは、この曲げのモーメントの大きさによって決まるが、上述したように、溝を深く形成するほど曲げのモーメントは大きくなり、横揺れが顕著となる。従って、本発明において耐摩耗性セグメントチップに溝を設ける際に、横揺れの発生による弊害を抑制するためには、溝深さの上限を定めることが必要となる。
【００２５】
センタレスブレード１の頂角αは通常２５°から３０°の範囲で使用されているが、頂角αの大きさによって力Ｆ１ａ−Ｆ２ａの大きさは変化する。頂角αがこの範囲のものでは、図６に示す測定結果から、溝深さがブレード厚みの４倍以下であれば、力Ｆ１ａ−Ｆ２ａの大きさと溝深さとによって定められる曲げのモーメントによる横揺れを抑制できるものと考えられる。このような検討に基づいて、本発明においては、溝の深さの上限をブレード厚みの４倍と設定している。
【００２６】
次に、センタレスブレードの溝内に接着剤を充填したもの、銅板を挟みこんだもの、溝の形状を変化させたもののそれぞれについて、研削試験を行った。
ここでは、センタレスブレードの全長を４００ｍｍ、全高を１００ｍｍ、ブレード厚みを３ｍｍ、溝幅を０．１ｍｍ、チップ高さを３ｍｍ、砥材層深さを０．５ｍｍ、溝深さを３ｍｍとした。
研削ホイールの寸法は、外径４００ｍｍ×厚み２００ｍｍである。
被削材は鉄系材料を用い、被削材の寸法はφ５ｍｍ×長さ３０ｍｍである。
このセンタレスブレードの研削性能を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１の結果から、溝を設けることによって、センタレスブレードの振動が抑制され、その結果被削材の真円度が向上していることがわかる。溝を設けたものの中でも、接着剤を充填したもの（ＮＯ３）、銅板を挟みこんで銀ろうを充填したもの（ＮＯ４）については、さらに真円度が向上している。溝の形状をＶ字形にしたもの（ＮＯ５）についても振動を抑制する効果があることが確認されている。
また、溝によって分断された砥材層長さを互いに異ならせたもの（ＮＯ６）では、被削材の真円度が他のものより向上している。これは、砥材層長さを互いに異ならせることによって、耐摩耗セグメントチップの固有振動数を変えることができ、振動を互いに打ち消しあうことができるためであると考えられる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、以下の効果を奏することができる。
（１）砥粒層を超硬合金または鉄系金属からなる基材部上に形成してなる耐摩耗セグメントチップを台金に接着したセンタレスブレードにおいて、耐摩耗セグメントチップの砥粒層から基材部に向かって溝を設け、この溝の深さを前記砥粒層の深さ以上であって、ブレード厚みの４倍以下としたことにより、振動が砥粒層に沿って伝播することを防止できる。これにより、加工精度を向上することができる。
【００３０】
（２）基材部に設けられた溝の一部または全部に接着剤を充填することにより、基材部を介して振動が伝播する際に、振動の減衰性を高めることができる。
【００３１】
（３）基材部に設けられた溝に銅板を挟み込むことにより、基材部を介して振動が伝播する際に、振動の減衰性をさらに高めることができる。
【００３２】
（４）基材部の接着部の形状を、斜め形状、Ｖ字形状または楔型形状としたことにより、振動の伝達に異相を生じ、振動を打ち消しあうことができる。また、接触面積を広くすることによって、振動の減衰性を高めることができる。
【００３３】
（５）溝によって分断された砥粒層の長さを互いに異ならせたことにより、耐摩耗セグメントチップの固有振動数を変えることができ、振動を互いに打ち消しあうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るセンタレスブレードの正面図であり、（ｂ）は、その側面図である
【図２】耐摩耗セグメントチップの基材部を互いに接着した実施形態を示す図である。
【図３】耐摩耗セグメントチップの基材部の接着部の形状を、斜め形状、Ｖ字形状または楔型形状とした実施形態を示す図である。
【図４】耐摩耗セグメントチップの長さを互いに異ならせた実施形態を示す図である。
【図５】溝深さを変えて溝を設けた実施形態を示す図である。
【図６】溝深さを変化させて研削試験を行った試験結果を示す図である。
【図７】センタレスブレードに対して被加工物の加工負荷によって作用する力を示す図である。
【図８】センタレスブレードを用いて研削する様子を示す図である。
【符号の説明】
１  センタレスブレード
２  台金
３  耐摩耗セグメントチップ
４  砥粒層
５  基材部
６  溝
７  接着部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005001045.tif 000007
【図５】
2005001045.tif 000008
【図６】
2005001045.tif 000009
【図７】
2005001045.tif 000010
【図８】
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