(57)【要約】【課題】ＳＵＨ３５（ＪＩＳ  Ｇ４３１１）からなるエンジンバルブを研削加工する際に、シャフトの端部の被研削面に早期に研削焼けが生ずるのを抑制するエンジンバルブの研削加工方法を提供する。【解決手段】ｃＢＮ硬質砥粒を備える電着砥石で研削加工する際の条件について検討を行った。その結果、研削の際に研削部分に供給される加工油（本願において、研削油、という）を選択することにより、研削焼けが生じるまでの期間を劇的に延ばすことができ、さらに、電着砥石に固着される硬質砥粒を特定することにより、この期間を延ばすことができる。つまり、本発明は、ＳＵＨ３５からなるエンジンバルブを研削の対象とし、ｃＢＮ硬質砥粒を備える電着砥石で研削加工するものであり、動粘度が１２ｍｍ２／ｓ以下の不水溶性の研削油を用いることを特徴とする。【選択図】図４
2012024858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．４８〜０．５８％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：８．００〜１０．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：３．２５〜４．５０％、Ｃｒ：２０．００〜２２．００％、Ｎ：０．３５〜０．５０％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するエンジンバルブの研削加工方法であって、
動粘度が１２ｍｍ２／ｓ以下の不水溶性の研削油を用いて、ｃＢＮ硬質砥粒を備える電着砥石により研削することを特徴とするエンジンバルブの研削加工方法。
【請求項２】
前記ｃＢＮ硬質砥粒は、ｈＢＮとｃＢＮの比（ｈＢＮ／ｃＢＮ）が０．２７〜０．３１である、
請求項１に記載のエンジンバルブの研削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンバルブを研削する際に用いる電着砥石の交換頻度を低減する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｃＢＮ（Cubic Boron Nitride:立方晶窒化ホウ素）からなる硬質砥粒を、Ｎｉ，Ｃｏ等の金属めっき相によって円盤状の台金の外周面に固着させた電着砥石が、高能率研削や粗研削等に多用されている。この電着砥石は使用目的に応じて、例えば８０〜１２０ｍ／ｓの砥石周速度で高速研削が行われる。
【０００３】
ｃＢＮからなる硬質砥粒を備える電着砥石を用いても、被削材によってはｃＢＮ砥粒の摩耗、欠け、脱落に伴い被削材の加工面に研削焼けが発生することがあり、その結果、電着砥石の交換頻度が高くなることがある。そこで、例えば特許文献１では、研削液の通液溝として機能する複数の環状溝を同心円状に形成することで、研削液を研削平面と被削材との間に潤沢に行き渡らせることを可能とし、研削焼けの発生を抑制することが述べられている。なお、特許文献１の電着砥石は、円盤状の台金の平面部に硬質砥粒が固着されたものであり、円盤状の台金の外周面に固着させた電着砥石とは形態が相違する。
【０００４】
ところが、特許文献１に提案されている電着砥石は、被削材の研削される領域の面積（被削面積）が広い場合にはよいものの、被削面積が狭い場合には有効性が低い。例えば、エンジンバルブを被削材とすると、バルブヘッドが設けられる側の反対側のシャフトの端面は被削面積が小さいので、当該端面を通液溝に対向させながら研削しないと通液溝の効果を得ることができない。一方で、当該端部を通液溝に対向させながら研削すると、被研削面に溝の形状が転写されるおそれがあるし、また、当該端部が通液溝に引っかかって研削に支障をきたすおそれがある。したがって、特許文献１は被削面積の小さい被削材の研削焼け防止に解決策を与えるものでない。
【０００５】
ｃＢＮからなる硬質砥粒を備える電着砥石を用いてＳＵＨ３５（ＪＩＳ  Ｇ４３１１，オーステナイト系耐熱鋼）からなるエンジンバルブを研削加工する際に、生産効率の観点から、８０〜１２０ｍ／ｓの砥石周速度で高速研削を行うと、ｃＢＮ砥粒の摩耗、欠け、脱落に伴い被削材の加工面に研削焼けが早期に発生する。この研削加工はシャフトの前記端部をも対象としており、これまで、早期に発生する研削焼けに対して効果的な対策を立てることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２５２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような背景に基づいてなされたもので、ＳＵＨ３５からなるエンジンバルブを研削加工する際に、シャフトの端部の被研削面に早期に研削焼けが生ずるのを抑制するエンジンバルブの研削加工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】
【０００８】
本発明者等は、かかる目的のもと、ＳＵＨ３５からなるエンジンバルブを、ｃＢＮ硬質砥粒を備える電着砥石で研削加工する際の条件について検討を行った。その結果、研削の際に研削部分に供給される加工油（本願において、研削油、という）を選択することにより、研削焼けが生じるまでの期間を劇的に延ばすことができ、さらに、電着砥石に固着される硬質砥粒を特定することにより、この期間を延ばすことができることを知見した。以下に述べる本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明は、ＳＵＨ３５からなるエンジンバルブを研削の対象とし、ｃＢＮ硬質砥粒を備える電着砥石で研削加工するものであり、動粘度が１２ｍｍ２／ｓ以下の不水溶性の研削油を用いることを特徴とする。なお、ＳＵＨ３５の化学組成は後述する。
【０００９】
本発明において、硬質砥粒は、ｈＢＮとｃＢＮの比（以下、ｈＢＮ／ｃＢＮ、と略記する）が０．２７〜０．３１であることが好ましい。ｈＢＮとｃＢＮの比は、フーリエ変換赤外分光分析（FT-IR;Fourier Transform InfraRed spectrometer）による分析値で特定されるものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、研削油を特定することにより、ＳＵＨ３５からなるエンジンバルブを研削加工する際の研削焼けが生じるまでの期間を延ばすことができる。したがって、電着砥石の交換頻度を抑えることにより、エンジンバルブの製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電着砥石の構成を示す図であり、（ａ）はその外観を示す斜視図、（ｂ）はその外周の拡大断面図、（ｃ）はその外周の平面拡大図である。
【図２】研削対象であるエンジンバルブの外観を示す図である。
【図３】実施例における実験結果を示している。
【図４】研削油の動粘度と研削本数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付する図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
はじめに、電着砥石について図１を参照しながら説明する。
研削工具である電着砥石１は、円盤状の台金２の外周面に、研削部３が設けられている。研削加工を行う際には、電着砥石１を円筒研削盤に取付けて高速で回転させる。研削部３は、ｃＢＮ砥粒６をバインダで担持したものであり、例えば、台金２の外周面に電着ニッケルめっき層４を形成した後、ｃＢＮ砥粒を懸濁させたニッケルめっき液中で電着させることで、ｃＢＮ砥粒６を担持した電着ニッケルめっき担持層５を形成して形成される。なお、ｃＢＮ砥粒６を担持するバインダは、上記のニッケルめっきに限るものでない。
電着砥石１を使用している過程で、ｃＢＮ砥粒６は摩耗、欠け、さらには電着ニッケルめっき担持層５から脱落（図１（ｂ）の符号７）することが不可避である。ｃＢＮ砥粒６の脱落などが顕著になると、電着砥石１のｃＢＮ砥粒６による研削が行われなくなり、研削焼けが生じる。
【００１３】
次に、電着砥石１により研削される対象はエンジンバルブ１０であり、その一例を図２に示すように、ヘッド１１と、ヘッド１１を支持するシャフト１２とから構成される。本発明によるエンジンバルブ１０は、オーステナイト系の耐熱鋼であるＳＵＨ３５から構成される。ＳＵＨ３５は、以下に示す化学組成（％は質量％）を有し、通常、１０５０〜１１５０℃保持後急冷する固溶化熱処理及び７５０〜８５０℃保持後空冷する時効熱処理を施して使用される。この熱処理が施されたＳＵＨ３５は、以下に示す機械的特性を有している。
【００１４】
ＳＵＨ３５  化学組成（ＪＩＳ  Ｇ４３１１）
Ｃ：０．４８〜０．５８％
Ｓｉ：０．３５％以下
Ｍｎ：８．００〜１０．００％
Ｐ：０．０４０％以下
Ｓ：０．０３０％以下
Ｎｉ：３．２５〜４．５０％
Ｃｒ：２０．００〜２２．００％
Ｎ：０．３５〜０．５０％
残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
【００１５】
ＳＵＨ３５  機械的特性（ＪＩＳ  Ｇ４３１１）
耐力：≧５６０Ｎ／ｍｍ２
引張強さ：≧８８０Ｎ／ｍｍ２
伸び：≧８％
硬さ（ＨＢ）：≧３０２
【００１６】
エンジンバルブ１０は、ヘッド１１の部分を含む棒状素材と、シャフト１２の部分を含む棒状素材を各々用意し、これを付き合わせ溶接した後に、ヘッド１１の部分を含む棒状素材の部分にアプセット及び鍛造を施すことにより、ヘッド１１の形状を概略構成する。次いで、必要な表面処理を行った後に、シャフト１２の端面（端部）１３を研削することで仕上げる。本発明は、この端面１３を研削することを想定しているが、これに限定されるものではない。
【００１７】
本発明は、ＳＵＨ３５から構成されるエンジンバルブ１０を電着砥石１により研削するものであるが、この研削に動粘度（４０℃）が１２ｍｍ２／ｓ以下の不水溶性の研削油を用いる。これは、後述する実施例に示すように、研削焼けが生じるまでの期間が延び、電着砥石１の寿命を飛躍的に延ばすことができたからである。
ここで、研削油は、不水溶性研削油と水溶性研削油とに大別される。不水溶性研削油は、鉱油、油脂、合成油等の潤滑剤を基油として加えた油性のものであって、主に潤滑性を重視する場合に使用される。また、後者の水溶性研削油は、例えば基油に、必要に応じて極圧添加剤を加えると共に、界面活性剤を加え、水中に分散乳化してエマルジョンとしたものであって、主に冷却性を重視する場合に使用される。本発明は、被削材がＳＵＨ３５であることから、不水溶性の研削油を用いる。
本発明において、不水溶性研削油の動粘度は１２ｍｍ２／ｓ以下とするが、あまり低くなりすぎると潤滑性能が低下するので、動粘度は２ｍｍ２／ｓ以上とすることが好ましい。本発明において、より好ましい不水溶性研削油の動粘度は５〜１０ｍｍ２／ｓ、さらに好ましい不水溶性研削油の動粘度は７〜９ｍｍ２／ｓである。
【００１８】
本発明において、研削油の具体的な成分は問われないが、以下の範囲とすることが望ましい。
脂肪油分：１〜５質量％
硫黄分：５〜１０質量％
塩素分：含有せず
【００１９】
次に、本発明では、ｈＢＮ／ｃＢＮが０．２７〜０．３１であるｃＢＮ砥粒６を用いることが望ましい。そうすることで、研削焼けが生じるまでの期間をさらに延ばすことができる。ｈＢＮ／ｃＢＮは、０．２７５〜０．３０５であることがより好ましく、０．２８〜０．３０であることがさらに好ましい。
ｈＢＮ／ｃＢＮは、前述したように、FT-IRにより特定する。ここで、FT-IRは、物質に赤外光を照射し、分子に振動・回転を起こさせ、この運動による分子固有の特定波長の吸収スペクトルを得ることを原理としている。本発明の場合、ｈＢＮ及びｃＢＮの吸収スペクトルを求める。ｈＢＮの吸収スペクトルのピーク値ＰｈＢＮ、ｃＢＮの吸収スペクトルのピーク値ＰｃＢＮより、ｈＢＮ／ｃＢＮはＰｈＢＮ／ＰｃＢＮで特定される。
【００２０】
電着砥石１については、ｃＢＮ砥粒６が上記の仕様を有する他に、以下の条件を備えていることが望ましい。
砥粒の粒度：＃２００／２３０（平均粒径７６μｍ）
砥粒の密度：０．７０〜０．７５
砥粒の最大突き出し量：４５〜５０μｍ
バインダ（電着めっき）厚さ：４０〜４５μｍ
砥粒埋め込み率：５３〜５９％
【００２１】
以上の研削油、電着砥石１を用いて行われる本発明の研削加工方法は、以下の加工条件を採用することが好ましい。
砥石周速度：８０〜１２０ｍ／ｓ
砥石切り込み量：０．１〜０．１５ｍｍ
砥石送り速度：１．０〜２．０ｍ／ｍｉｎ
動バランス：Ｇ０．４
【実施例１】
【００２２】
以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
主要元素の組成が下記の組成を有する鋼材（ＳＵＨ３５）を用いて図２に示す形状のエンジンバルブ１０を作製し、シャフト１２の端面１３を電着砥石１で研削を行った。なお、シャフト１２の直径は５ｍｍであり、研削による仕上げ精度はＲａで０．６μｍである。
【００２３】
ＳＵＨ３５：Ｃ：０．５５％、Ｍｎ：９．０％、Ｎｉ：３．５０％、
Ｃｒ：２１．００％、Ｎ：０．４０％、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
【００２４】
研削液は、以下の２種類を用意した。
種別Ａ：ユシロ化学工業株式会社  ユシロンカットアーバス  ＫＺ２７０（不水溶性研削油剤）
種別Ｂ：ユシロ化学工業株式会社  ユシロンカットアーバス  ＢＭ４６１（不水溶性研削油剤）
【００２５】
また、電着砥石１については、ｈＢＮ／ｃＢＮが以下のように異なる２種類の砥粒を用意した。ただし、同じｈＢＮ／ｃＢＮの砥粒でも、粒度については以下のように異なるものを用意した。
ｈＢＮ／ｃＢＮ：０．２６  粒度：＃３２５／４００，＃４００／５００
ｈＢＮ／ｃＢＮ：０．２９  粒度：＃２００／２３０，＃２３０／２７０，＃４００／５００
【００２６】
研削条件は以下の通りである。
砥石の周速度：１２０ｍ／ｓ
切込み量：０．１〜０．１５ｍｍ
送り速度：１．５ｍ／ｍｉｎ
【００２７】
以上の条件を図３に示すように組み合わせて研削を行い、研削焼けが生じるまでに研削を行ったエンジンバルブ１０の本数（寿命）を求めた。その結果を図３に併せて示す。また、図４に、研削液の動粘度及び電着砥石１の砥粒のｈＢＮ／ｃＢＮと、寿命（研削本数）との関係をグラフに示す。なお、図３の寿命の右肩に付されている「＊」は、当該研削本数に到っても研削焼けが生じないため、その後も当該電着砥石１で研削が継続されることを意味する。
【００２８】
以上の図３及び図４より、研削油の動粘度を８ｍｍ２／ｓと低くすることにより、電着砥石１の寿命を格段に延ばすことができる。例えば、ｈＢＮ／ｃＢＮが０．２９で一致する図３のＮｏ．２とＮｏ．４を比べると、研削油の動粘度を８ｍｍ２／ｓと低くすることで、電着砥石１の寿命を３倍以上に向上できる。また、ｈＢＮ／ｃＢＮが０．２９で一致する図３のＮｏ．３とＮｏ．５を比べると、研削油の動粘度を８ｍｍ２／ｓと低くすることで、電着砥石１の寿命を５倍以上に向上できる。
【００２９】
次に、電着砥石１（砥粒）のｈＢＮ／ｃＢＮについて着目すると、ｈＢＮ／ｃＢＮが０．２９の砥粒を用いることで、電着砥石１の寿命を延ばすことができる。例えば、図３のＮｏ．４とＮｏ．７を比較すると、ｈＢＮ／ｃＢＮを０．２６から０．２９にすることで、電着砥石１の寿命を２倍に向上できる。
【符号の説明】
【００３０】
１…電着砥石、４…電着ニッケルめっき層、５…電着ニッケルめっき担持層、６…ｃＢＮ砥粒、
１０…エンジンバルブ、１１…ヘッド、１２…シャフト、１３…端面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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