(57)【要約】【課題】  軽量化が図られ、且つ、精密加工が可能な砥粒付回転工具を提供する。【解決手段】  砥粒付回転工具１０ａは、内部に中空部４ａが形成された台金１ａと、台金１ａに設けられた砥粒部２と、を備えている。台金１ａの内部に中空部４ａが形成されているため、砥粒付回転工具１０ａを軽量化することができる。また、台金１ａの内部に中空部４ａを設けるだけであり表面が連続して安定化されるため、歪みに対する台金１ａの抗力を高めることができる。その結果、加工の際の砥粒付回転工具１０ａの歪みを抑制することができ、精密な加工を行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に中空部が形成された台金と、
前記台金に設けられた砥粒部と、
を備えることを特徴とする砥粒付回転工具。
【請求項２】
前記中空部に、支柱部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の砥粒付回転工具。
【請求項３】
前記中空部に充填材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の砥粒付回転工具。
【請求項４】
前記充填材の熱容量は、前記台金の熱容量より大きいことを特徴とする請求項３に記載の砥粒付回転工具。
【請求項５】
ホイール型砥石であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の砥粒付回転工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、台金に砥粒部が設けられた砥粒付回転工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
硬脆性材料の切断加工や研削加工に用いられる砥粒付回転工具は、一般的にステンレス製であって重く、このような砥粒付回転工具の取り付け及び取り外し作業を行うのが困難であり、取り扱いにくい。このため、このような砥粒付回転工具を軽量化することが求められている。下記特許文献１に記載の加工用ホイールにおいては、基板の外周面に設けられた砥材層により加工が行われる。この加工用ホイールの基板の平面部である外周部及び内周部それぞれに、円形の貫通孔が周方向に複数個形成されている。これにより、加工用ホイールの軽量化が行われている。
【特許文献１】特開２００３−２２５８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、精密加工を行う砥粒付回転工具においては、軽量化を図るため台金に貫通孔を形成すると、加工の際に台金が径方向に歪み易くなる。以下、図９を参照しながら説明する。
【０００４】
図９（ａ）及び（ｂ）は、上記のような台金に貫通孔を形成した砥粒付回転工具を用いて加工する様子を示す部分断面図である。図９に示す砥粒付回転工具は、台金１０１の作用面１０１ａに砥粒層１０２が設けられた平面研削用ホイールである。図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ワーク２０１に対して研削ホイールが押付けられて加工される。
【０００５】
研削ホイールをワーク２０１に押付けて加工する際、図９（ｂ）に示すように、台金１０１に貫通孔１０４が設けられていると、加工に伴う発熱と回転により生じる摩擦力のために、台金１０１が径方向に（黒矢印方向に）歪み易い。このため、ミクロン単位の極めて精密な研削加工を行うことができないという問題がある。
【０００６】
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、軽量化が図られ、且つ、精密加工が可能な砥粒付回転工具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】
【０００７】
本発明に係る砥粒付回転工具は、内部に中空部が形成された台金と、台金に設けられた砥粒部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この砥粒付回転工具においては、台金の内部に中空部が形成されているため、軽量化することができる。また、台金の内部に中空部を設けるだけであり表面が連続して安定化されるため、歪みに対する台金の抗力を高めることができる。その結果、加工の際の砥粒付回転工具の歪みを抑制することができ、精密な加工を行うことができる。
【０００９】
また、中空部に、支柱部が形成されているのも好ましい。
【００１０】
これにより、砥粒部が設けられた台金の表面が、中空部に形成された支柱部により支えられて、より安定する。このため、より精密な加工を行うことができる。
【００１１】
また、砥粒付回転工具は、中空部に充填材を備えるのも好ましい。
【００１２】
これにより、砥粒付回転工具の回転に伴って発生する中空部内での共鳴による騒音を、充填材により抑えることができる。
【００１３】
また、充填材の熱容量は、台金の熱容量より大きいのも好ましい。
【００１４】
これにより、砥粒付回転工具による加工に伴う発熱を、台金の熱容量よりも大きい熱容量の充填材により抑えることができる。このため、加工の際の発熱による砥粒付回転工具の歪みが一層抑えられるので、より精密な加工を行うことができる。
【００１５】
また、砥粒付回転工具は、ホイール型砥石であるのも好ましい。
【００１６】
これにより、ホイール型砥石である砥粒付回転工具を回転させることで、精密な平面加工を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、軽量化が図られ、且つ、精密加工が可能な砥粒付回転工具が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る砥粒付回転工具の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１９】
［第１実施形態］
図１（ａ）〜（ｃ）各々は、第１実施形態に係る砥粒付回転工具１０ａ〜１０ｃの斜視図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）各々は、図１のＩＩａ−ＩＩａ線、ＩＩｂ−ＩＩｂ線、及びＩＩｃ−ＩＩｃ線で矢視した砥粒付回転工具１０ａ〜１０ｃの断面図である。また、図３（ａ）〜（ｃ）各々は、図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線、ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線、及びＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線で矢視した砥粒付回転工具１０ａ〜１０ｃの断面図である。
【００２０】
砥粒付回転工具１０ａ〜１０ｃ各々は、回転軸（回転手段）に取付けられて研削加工や切削加工を行う工具として用いられる。なお、回転は、回転の中心軸Ａａ〜Ａｃの周りで行われる。まず、砥粒付回転工具１０ａについて説明する。砥粒付回転工具１０ａは、図１（ａ）、図２（ａ）、及び図３（ａ）に示すように、円盤状の台金１ａと砥粒部２とを備えたホイール型砥石である。なお、砥粒部２は図１（ａ）及び図２（ａ）には図示されておらず、図３（ａ）に図示されている。
【００２１】
台金１ａは、両頭研削盤で用いられる平面研削用の台金である。台金１ａは、例えばステンレス製またはチタン製である。台金１ａは、両頭研削盤の回転軸により固定される被固定部３ａを有する。被固定部３ａは、外形が略円柱状の貫通孔である。このため、台金１ａの外形は、略リング状である。この被固定部３ａに両頭研削盤の回転軸が挿入されて固定されることにより、砥粒付回転工具１０ａをこの回転軸に取付けることができる。なお、この被固定部３ａは、回転軸を挿入するためのものであり、被固定部３ａにおいて加工は行われない。また、この被固定部３ａの形状は、回転軸を挿入することにより砥粒付回転工具１０ａをこの回転軸に取付けることができれば、特に限定されない。
【００２２】
また、台金１ａの内部には、被固定部３ａの周囲を取り囲むように中空部４ａが形成されている。中空部４ａは、外形が略リング状の密閉された空間である。また、中空部４ａの、回転の中心軸Ａａに平行な断面は、略長方形状である。
【００２３】
台金１ａの一方の面５ａ１上に、砥粒部２が設けられている。砥粒部２に含まれる砥粒としては、例えば、ダイヤモンドやＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）等が挙げられる。なお、砥粒の結合材は特に限定されず、メタルボンド、レジンボンド、ビトリファイドボンドなどが挙げられる。また、砥粒部２の形成方法も特に限定されず、電着や焼結、或いは、予め焼結した砥粒チップを固着する方法などが挙げられる。
【００２４】
次に、砥粒付回転工具１０ｂについて説明する。砥粒付回転工具１０ｂは、図１（ｂ）、図２（ｂ）、及び図３（ｂ）に示すように、台金１ｂと砥粒部２とを備えている。
【００２５】
台金１ｂは、上述の台金１ａの中空部４ａに四本の支柱部６ｂが形成された構造となっている。支柱部６ｂ各々は、台金１ｂの一方の面５ｂ１と他方の面５ｂ２とを台金１ｂの内部で接続している。支柱部６ｂ各々の外形は、略円柱状であるが、一方の面５ｂ１と他方の面５ｂ２とを接続していれば特に限定されない。支柱部６ｂは、台金１ｂの回転の中心軸Ａｂを対称の中心とした四次の回転対称性を有する位置に四箇所配置されている。すなわち、支柱部６ｂは、回転の中心軸Ａｂの周りでの９０度回転に関して対称性を有するように配置されている。この対称性を「４次の回転対称性」という。すなわち、「ｎ次の回転対称性」とは、対称中心の周りでの（３６０／ｎ）度回転に関して対称性を有することを示す。
【００２６】
次に、砥粒付回転工具１０ｃについて説明する。砥粒付回転工具１０ｃは、図１（ｃ）、図２（ｃ）、及び図３（ｃ）に示すように、台金１ｃと砥粒部２とを備えている。
【００２７】
台金１ｃは、上述の台金１ａの中空部４ａに一本の筒状の支柱部６ｃが形成された構造となっている。筒状の支柱部６ｃの内部に被固定部３ｃが内包されるように、支柱部６ｃが配されている。支柱部６ｃは、台金１ｃの一方の面５ｃ１と他方の面５ｃ２とを台金１ｃの内部で接続している。支柱部６ｃの外形は、略筒状であるが、一方の面５ｂ１と他方の面５ｂ２とを接続していれば特に限定されない。支柱部６ｃの軸が台金１ｃの回転の中心軸Ａｃと合致する位置に、支柱部６ｃが配されている。
【００２８】
次に、本実施形態に係る砥粒付回転工具１０ａ〜１０ｃ各々の作用及び効果について説明する。
【００２９】
砥粒付回転工具１０ａ〜１０ｃ各々では、台金１ａ〜１ｃの内部に中空部４ａ〜４ｃが形成されている。このため、砥粒付回転工具１０ａ〜１０ｃ各々を軽量化することができる。また、台金１ａ〜１ｃ各々の内部に中空部４ａ〜４ｃを設けるだけであるので、台金１ａ〜１ｃの表面が連続したものとなって安定化される。従って、歪みに対する台金１ａ〜１ｃ各々の抗力を高めることができ、加工の際の砥粒付回転工具１０ａ〜１０ｃの歪みを抑制することができる。これにより、精密な加工を行うことができる。ここで、台金１ａ〜１ｃ各々の被固定部３ａ〜３ｃを介して砥粒付回転工具１０ａ〜１０ｃが回転軸に取付けられて回転する。このため、歪みにくく安定した台金１ａ〜１ｃ各々の表面上に設けられた砥粒部２により、ミクロン単位の極めて精密な加工（特に平面加工）を行うことができる。
【００３０】
また、砥粒付回転工具１０ｂ及び１０ｃ各々では、中空部４ｂ及び４ｃ各々に支柱部６ｂ及び６ｃが形成されている。このため、支柱部６ｂにより、台金１ｂの一方の面５ｂ１と、他方の面５ｂ２とが接続される。同様に、支柱部６ｃにより、台金１ｃの一方の面５ｃ１と、他方の面５ｃ２とが接続される。これにより、砥粒部２が設けられた一方の面５ｂ１及び５ｃ１各々が、支柱部６ｂ及び６ｃにより支えられてより安定するため、歪みに対する抗力が一層高められる。この結果、より精密な加工を行うことができる。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る砥粒付回転工具１０ｄについて説明する。
【００３２】
図４（ａ）及び（ｂ）各々は、砥粒付回転工具１０ｄの静止時及び回転時の断面図である。また、図５（ａ）及び（ｂ）各々は、砥粒付回転工具１０ｄと対比される砥粒付回転工具１０ｚの静止時及び回転時の断面図である。まず、砥粒付回転工具１０ｄについて説明する。砥粒付回転工具１０ｄは、図４（ａ）に示すように、第１実施形態に係る砥粒付回転工具１０ａの構成において中空部４ａに充填材７ｄを備えた構成となっている。すなわち、砥粒付回転工具１０ｄは、台金１ａと、砥粒部２と、充填材７ｄとを備えている。
【００３３】
充填材７ｄの単位体積あたりの熱容量は、台金１ａの単位体積あたりの熱容量よりも大きいのが好ましい。充填材７ｄとしては、例えばゲル状物質等が用いられる。このゲル状物質は、油性化したシリコーンに熱伝導率の高い金属材料（例えばアルミナ等）を加えてゲル化した物質である。
【００３４】
また、充填材７ｄは、中空部４ａ内に一気圧より大きい圧力で密に充填されている。充填材７ｄを中空部４ａ内に充填する圧力は、図４（ｂ）に示すように、砥粒付回転工具１０ｄの回転時に中空部４ａ内に真空空間ができない程度の圧力であるのが好ましい。これに対して、図５（ａ）に示すように、充填材７ｚが中空部４ａ内に例えば一気圧以下の圧力で充填されている砥粒付回転工具１０ｚの場合を考える。この場合、図５（ｂ）に示すように、砥粒付回転工具１０ｚの回転時に中空部４ａの内側に真空空間ができてしまうことがある。このように真空空間が形成されると、砥粒付回転工具１０ｚの回転スピードの調整に悪影響を与えることもある。
【００３５】
次に、本実施形態に係る砥粒付回転工具１０ｄの作用及び効果について説明する。
【００３６】
砥粒付回転工具１０ｄでは、台金１ａの内部に中空部４ａが形成されており、充填材７ｄの密度は、台金１ａを構成する物質の密度よりも小さいため、砥粒付回転工具１０ｄの軽量化が図られる。また台金１ａ〜１ｃの内部に中空部４ａ〜４ｃを設けるだけであるので、精密な加工を行うことができることは、第１実施形態と同様である。
【００３７】
また、砥粒付回転工具１０ｄは、中空部４ａに充填材７ｄを備えている。これにより、砥粒付回転工具１０ｄの回転に伴って発生する中空部４ａ内での共鳴による騒音を、中空部４ａに充填された充填材７ｄにより抑えることができる。
【００３８】
また、充填材７ｄの単位体積あたりの熱容量は、台金１ａの単位体積あたりの熱容量より大きい。このため、砥粒付回転工具１０ｄによる加工に伴う発熱を、中空部４ａに充填された充填材７ｄにより抑えることができる。これにより、加工の際の発熱による砥粒付回転工具１０ｄの歪みを一層抑えることができる。この結果、より精密な加工を行うことができる。
【００３９】
また、砥粒付回転工具１０ｄの回転時に中空部４ａ内に真空空間ができない程度の圧力（少なくとも一気圧より大きい圧力）で、中空部４ａに充填材７ｄが充填されている。このため、砥粒付回転工具１０ｚの回転スピードに与える影響を抑えることができる。
【００４０】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る砥粒付回転工具１０ｋについて説明する。
【００４１】
図６（ａ）及び（ｂ）各々は、砥粒付回転工具１０ｋの静止時及び回転時の断面図である。砥粒付回転工具１０ｋは、図６（ａ）に示すように、第２実施形態に係る砥粒付回転工具１０ｄの構成において砥粒部２を台金１ａの外周面８ａ上に設けた構成となっている。すなわち、砥粒付回転工具１０ｋは、台金１ａと、砥粒部２と、充填材７ｄとを備えている。
【００４２】
台金１ａの外周面８ａとは、砥粒付回転工具１０ｋの回転の中心軸Ａａから最も離れた曲面である。この外周面８ａに砥粒部２が設けられている。
【００４３】
本実施形態に係る砥粒付回転工具１０ｋにおいても、第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。図７（ａ）〜（ｅ）及び図８（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、砥粒付回転工具の変形例について説明する。図７（ａ）〜（ｅ）各々は、砥粒付回転工具１０ｅ〜１０ｉの断面図である。また、図８（ａ）及び（ｂ）各々は、砥粒付回転工具としてのエンドミル１０ｊの外観図及び構成図である。
【００４５】
砥粒付回転工具１０ｅは、図７（ａ）に示すように、第１実施形態に係る砥粒付回転工具１０ａの構成において中空部４ａの形状を変形した構成となっている。砥粒付回転工具１０ｅが備える中空部４ｅの、回転の中心軸Ａｅに平行な断面は、略楕円形状である。
【００４６】
また、砥粒付回転工具１０ｆは、図７（ｂ）に示すように、砥粒付回転工具１０ｅの構成において台金１ｅの形状を変形した構成となっている。砥粒付回転工具１０ｆが備える台金１ｆは、台金１ｅの回転の中心軸Ａｅから最も離れた外周面８ｅを、外側に隆起させた構造である。すなわち、台金１ｆは、外側に隆起した凸部８ｆを有している。
【００４７】
また、砥粒付回転工具１０ｇは、図７（ｃ）に示すように、砥粒付回転工具１０ｅの構成において台金１ｅの形状を変形した構成となっている。砥粒付回転工具１０ｇが備える台金１ｇは、台金１ｅの外周面８ｅを、内側に窪ませた構造である。すなわち、台金１ｇは、内側に窪んだ凹部８ｇを有している。
【００４８】
また、砥粒付回転工具１０ｈは、図７（ｄ）に示すように、三つの中空部４ｈ１〜４ｈ３が内部に形成されたカップ型両頭研削盤の台金１ｈを備える。中空部４ｈ１〜４ｈ３内には何も充填されていない。また、砥粒付回転工具１０ｈが備える被固定部３ｈは、砥粒付回転工具１０ｈが取付けられる両頭研削盤の回転軸の形状に合わせて変形されている。
【００４９】
また、砥粒付回転工具１０ｉは、図７（ｅ）に示すように、砥粒付回転工具１０ｈの構成において中空部４ｈ１〜４ｈ３各々に充填材７ｉを備えた構成となっている。充填材７ｉとしては、上述したように、ゲル状物質等が用いられる。また、充填材７ｉは、中空部４ｈ１〜４ｈ３各々に一気圧より大きい圧力で充填されている。
【００５０】
また、エンドミル１０ｊは、図８（ａ）に示すような外観を有し、刃部８ｊを有する工具であり、溝削り加工等に用いられる。エンドミル１０ｊは、図８（ｂ）に示すように、棒状の台金１ｊと、砥粒部２とを備えている。台金１ｊの内部には、中空部４ｊが形成されている。また、台金１ｊの先端部における外周面の一部に、上記した刃部８ｊが形成されている。また、刃部８ｊ上に、砥粒部２が設けられている。
【００５１】
なお、上記した実施形態では、ホイール型砥石やエンドミルに本発明を適用した例について説明したが、台金と砥粒部とを備える砥粒付回転工具であれば、他のものにも本発明を適用することができることは言うまでもない。また、ホイール型砥石は、両頭平面研削用に限定されず、切削工具研削用や総型形成用、切断加工用など他の用途のホイールであってもよく、またその形態もカップ型やストレート型など全ての回転工具に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１実施形態に係る砥粒付回転工具の斜視図である。
【図２】図１のＩＩａ−ＩＩａ線、ＩＩｂ−ＩＩｂ線、及びＩＩｃ−ＩＩｃ線で矢視した砥粒付回転工具の断面図である。
【図３】図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線、ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線、及びＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線で矢視した砥粒付回転工具の断面図である。
【図４】第２実施形態に係る砥粒付回転工具の静止時及び回転時の断面図である。
【図５】図４の砥粒付回転工具と対比される砥粒付回転工具の静止時及び回転時の断面図である。
【図６】第３実施形態に係る砥粒付回転工具の静止時及び回転時の断面図である。
【図７】砥粒付回転工具の変形例の断面図である。
【図８】エンドミルの外観図及び構成図である。
【図９】貫通孔が形成された砥粒付回転工具を用いて加工する様子を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ａ〜１ｃ，１ｅ〜１ｈ，１ｊ…台金、２…砥粒部、３ａ〜３ｃ，３ｅ，３ｈ、３ｊ…被固定部、４ａ〜４ｃ，４ｅ，４ｈ１〜４ｈ３，４ｊ…中空部、５ａ１〜５ｃ１…一方の面、５ａ２〜５ｃ２…他方の面、６ｂ，６ｃ…支柱部、７ｄ，７ｉ，７ｚ…充填材、８ａ〜８ｃ，８ｅ…外周面、８ｆ…凸部、８ｇ…凹部、８ｊ…刃部、１０ａ〜１０ｉ，１０ｋ，１０ｚ…砥粒付回転工具、１０ｊ…エンドミル、１０１…台金、１０１ａ…作用面、１０２…砥粒層、１０３…加工面、１０４…貫通孔、２０１…ワーク、Ａａ〜Ａｃ，Ａｅ…中心軸。
【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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