(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車の歯面を研磨するために該歯車と噛み合うための複数の歯を有する歯車用ホーニング砥石であって、
複数の砥粒を無機結合剤により結合させて該砥粒より大径とした塊状砥粒が、充填剤を含む樹脂結合剤によって結合され、
前記塊状砥粒は前記樹脂結合剤よりも強度が低く軟質であり、
前記塊状砥粒の強度ＳＧは２０〜６０ＭＰａであり、
前記樹脂結合剤の強度ＳＰＢは７０〜１５０ＭＰａであり、
前記塊状砥粒の強度ＳＧと該樹脂結合剤の強度ＳＰＢとの強度比（ＳＧ／ＳＰＢ）が０．１３〜０．８６である
ことを特徴とする歯車用ホーニング砥石。
【請求項２】
前記樹脂結合剤が１５〜３０重量％、前記塊状砥粒が５〜５０重量％、前記充填剤が４０〜７５重量％含まれることを特徴とする請求項１の歯車用ホーニング砥石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車の歯面を研磨するための歯車用ホーニング砥石に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車のトランスミッション等に用いられる歯車は、ギアノイズを低減するために、焼き入れ処理した後にホーニング加工が施されて焼き入れ歪が除去されると共に歯面の精度が向上させられている。このような加工には、例えば酸化アルミナ、炭化ケイ素などの一般砥粒をフェノール、エポキシ等の熱硬化性樹脂から成る樹脂結合剤により結合し、内周面に高精度の内周歯を形成した内歯型砥石が用いられている。たとえば、歯車（ワーク）の外周歯と噛み合う複数の内周歯を備えた歯車用ホーニング砥石がそれである。このようなホーニング用内歯砥石は、そのホーニング加工に先立って、ダイヤモンド砥粒が電着などにより表面に固着されたドレスギヤを用いてドレッシングされた後、内歯が歯車状ワークと噛み合わせられ、そのワークが軸心方向に往復移動させられつつ軸心まわりに回転させられることにより、ワークの歯面が研磨される。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
ところで、上記歯車用ホーニング砥石のドレッシング加工においては、砥粒を結合させるために樹脂結合剤が用いられるレジノイド砥石であることから構造的に気孔形成が少なく且つ切り込みに弾性があるために必ずしも十分な切れ味が得られておらず、研磨能率が得られない場合があった。また、樹脂結合剤による砥粒のグリップ力が必ずしも十分でなく、砥粒の脱落によって必ずしも十分な耐摩耗性が得られない場合があった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、高能率且つ耐摩耗性が得られる歯車用ホーニング砥石を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するため、本発明の要旨とするところは、歯車の歯面を研磨するために該歯車と噛み合うための複数の歯を有する歯車用ホーニング砥石であって、複数の砥粒を無機結合剤により結合させて該砥粒より大径とした塊状砥粒が、充填剤を含む樹脂結合剤によって結合され、前記塊状砥粒は前記樹脂結合剤よりも強度が低く軟質であり、前記塊状砥粒の強度ＳＧは２０〜６０ＭＰａであり、前記樹脂結合剤の強度ＳＰＢは７０〜１５０ＭＰａであり、前記塊状砥粒の強度ＳＧと該樹脂結合剤の強度ＳＰＢとの強度比（ＳＧ／ＳＰＢ）が０．１３〜０．８６であることにある。
【０００６】
【発明の効果】
このようにすれば、複数の砥粒が無機結合剤により結合されてその砥粒よりも大径とされた塊状砥粒が充填剤を含む樹脂結合剤によって結合されていることから、塊状砥粒が構造的に気孔を有するとともにその大きさが大きいために切り込み時に弾性により戻されることが少なくなるので、十分な切れ味が得られるようになって研磨能率が得られるようになる。また、上記塊状砥粒は複数の砥粒の結合体であるために大径であり且つ表面が複雑な凹凸形状を有しているために樹脂結合剤によるグリップ力が大きいので、砥粒の脱落が少なく十分な耐摩耗性が得られるようになる。前記塊状砥粒は前記樹脂結合剤よりも強度が低く軟質であることから、ダイヤモンド砥粒の脱落或いは剥離が好適に防止され、被研磨材のスクラッチが少なくその研磨面粗度が得られるとともに、ドレッシング工具の耐久性が高められる。また、前記塊状砥粒の強度ＳＧは２０〜６０ＭＰａであり、前記樹脂結合剤の強度ＳＰＢは７０〜１５０ＭＰａであり、その塊状砥粒の強度ＳＧとその樹脂結合剤の強度ＳＰＢとの強度比（ＳＧ／ＳＰＢ）が０．１３〜０．８６であって、塊状砥粒の強度ＳＧがその樹脂結合剤の強度ＳＰＢよりも低くされているので、一層、スクラッチが少なくワークの面粗度が得られるとともに、表面にダイアモンドが電着された歯車状の高価なドレッシング工具(ドレスギヤ)の耐久性が高められる。
【０００９】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記歯車用ホーニング砥石においては、前記樹脂結合剤が１５〜３０重量％、前記塊状砥粒が５〜５０重量％、前記充填剤は４０〜７５重量％含まれる。このようにすれば、高い研磨能率と耐久寿命が得られる。上記塊状砥粒が５重量％を下回るとその研磨能率改善効果などが得られ難くなり、５０重量％を上まわるとその効果が飽和する。
【００１０】
【発明の好適な実施の態様】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施例の歯車用ホーニング砥石１０の全体を示す斜視図である。歯車用ホーニング砥石１０は、ハスバ歯車、ピニオンなどの被研磨材（被削材）１８の外周歯を研磨するための内周歯を有する内歯型ホーニング砥石であって、全体がリング状を成すものであり、例えば外径がφ300mm 程度、内径がφ250mm 程度、幅（軸心方向の長さ）が40mm程度の寸法に形成されている。この歯車用ホーニング砥石砥石１０は、例えば図２に示すように、環状の本体部１２と、その本体部１２の内周面において周方向の複数箇所から径方向に突設された複数の内周歯部１４とを一体に備えている。この内周歯部１４は、例えば軸心方向に対して所定角度傾斜したハス歯状の複数個の内周歯である。この内周歯部１４は、たとえばｍ（モジュール）が２．０、Ｐ（圧力角）が１７．５、Ｚ（歯数）が１２０となるように形成されている。なお、内歯型ホーニング砥石１０の内径は、内周歯部１４の歯先を通る円筒面の直径である。
【００１２】
上記本体部１２および内周歯部１４は、たとえば＃８程度の塊状砥粒Ｇ１と＃１００程度の溶融アルミナ系のホワイトアランダム（ＷＡ）などの砥粒から成る充填剤Ｇ２とがエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂結合剤ＰＢにより結合度Ｒ、組織７となるように結合されて成るもの（たとえばＷＡ／Ｘ  １００  Ｒ  ７  Ｙ）であり、例えば、弾性率が１０〜１５GPa 程度、熱膨張係数が25×10-6／℃程度の特性を有するものである。
【００１３】
上記塊状砥粒Ｇ１は、ＣＢＮなどの超砥粒或いはアランダム、炭化珪素などの一般砥粒がガラス質の無機結合剤であるビトリファイドボンドによって結合された砥粒よりも十分に大径の粒子である。この塊状砥粒Ｇ１は、たとえば，上記砥粒およびビトリファイドボンドを用いて通常のビトリファイド砥石製造工程を経たビトリファイド砥石が粒状に粉砕されたり，プレス成形後且つ未焼成の生砥石が粒状に粉砕された後に焼結されたり，砥粒およびビトリファイドボンドが粘結剤を用いて当初から所定の粒径に造粒した後に焼結されたりしたものなどであるので、溶融したビトリファイドボンドによって結合され砥粒間には比較的空間が形成されている、通常のビトリファイド砥石と同様の構成を備えており、複数の砥粒によってその外形が複雑な凹凸形状とされている。
【００１４】
上記塊状砥粒Ｇ１はたとえば２０〜６０ＭＰａの強度ＳG および１５〜４０ＧＰａの弾性率を備えるとともに、充填剤Ｇ２を含む樹脂結合剤ＰＢはたとえば７０〜１５０ＭＰａの強度ＳPBおよび１０〜１５ＧＰａの弾性率を備えており、その塊状砥粒Ｇ１の強度ＳG とその充填剤Ｇ２を含む樹脂結合剤ＰＢの強度ＳPBとの比（ＳG ／ＳPB）が１．５以下となるように、さらに好適には１．０未満となるように、材質、調合比、および製造条件が設定されている。この強度には、たとえば図３に示すような全長（ｌ）１２０mm以上×幅（ｗ）２０mm×厚み（ｔ）１０mmのテストピースを作成し、たとえば図４に示すように１００mmの間隔で２点支持させた状態で、その中央を破壊するまで押圧したときの荷重Ｆすなわち抗折強度（ＭＰａ）が用いられる。
【００１５】
上記歯車用ホーニング砥石１０は、たとえば図５に示すよく知られたレジノイド砥石の製造工程に従って製造される。先ず、原料調整工程では、砥石原料が準備され且つ予め定められた混合比となるように秤量される。この段階において、５〜５０重量％好適には５〜３５重量％の塊状砥粒Ｇ１、４０〜７５重量％の充填剤Ｇ２、１５〜３０重量％の樹脂結合剤ＰＢが用意される。次いで、それらの準備された材料は混練工程において混練された後、ホットプレス工程において、成形型に充填され、所定時間加圧および加熱されることにより、成形且つ結合される。次いで、熟成工程において所定温度で所定時間だけ熟成されて品質が安定化され、仕上げ工程において外径仕上げやドレッシングによる内周面形状の仕上げなどが行われる。
【００１６】
上記のように構成された歯車用ホーニング砥石１０は、例えば、図６(a) ，(b) に示されるように、焼き入れ後のワークである被研磨材１８の所定の形状精度を得るために行われる研磨加工すなわちホーニング加工に用いられるものである。図６(a) において、たとえばハスバ歯車のような被研磨材１８は、図示しない両端部において支持されている回転軸２０に、軸心方向および周方向の相対回転不能に取り付けられている。そして、この回転軸２０が、図示しない駆動機構により駆動されることにより、ハスバ歯車１８は、その軸心回りに回転させられると共にその軸心方向に往復移動させられる。一方、歯車用ホーニング砥石１０は、その内周歯部１４が被削材１８の外周歯と噛み合うように、図６(a) に示されるようにその軸心が回転軸２０の軸心方向に対して所定角度傾斜し、且つ図６(b) に示されるようにその軸心が被研磨材１８の軸心から所定距離離隔して配置されている。そして、外周面において図示しないホルダ等にその軸心回りの回転可能に取り付けられることにより、被研磨材１８の回転に伴って噛合状態を維持したまま連れ回りさせられる。これにより、被研磨材１８には歯車用ホーニング砥石１０の内周歯部１４の形状が転写されて形状精度が高められる。
【００１７】
歯車用ホーニング砥石１０のうち少なくとも研磨に関与する内周歯部１４が塊状砥粒Ｇ１を含むものであることから、上記のホーニング加工では、一般砥粒を用いた従来の歯車用ホーニング砥石に比較して、塊状砥粒Ｇ１が大径であって切り込み時の弾性的な逃げが少なくなるので切り込み量を多くすることができ、しかも塊状砥粒Ｇ１自体に気孔が形成されてそれがチップポケットとして機能するので、持続的な切れ味が得られて高い研磨加工能率が得られる。また、上記塊状砥粒Ｇ１は充填材Ｇ２或いはその塊状砥粒Ｇ１に含まれる砥粒よりも十分に大径であって複雑な凹凸形状を備えているので、樹脂結合材ＰＢによるグリップ力が十分に得られるので、砥粒脱落が少なくなって高い耐摩耗性が得られるとともに、砥粒脱落に起因するスクラッチにより面粗度が損なわれず、高品質な研磨加工面が得られる。
【００１８】
ところで、上記のような歯車用ホーニング砥石１０においても、本体部１２の内周歯部１４が摩耗した際には、研磨精度を維持するために定期的にドレッサを用いて目立ておよび形状修正をする必要があるが、そのドレッシング作業は、例えば、図６(a) ，(b) において被研磨材１８に代えて同様な形状の表面にダイヤモンド砥粒が電着されたドレスギヤ（ドレッサ）を回転軸２０に取り付けて行われるのが一般的である。このとき、ドレスギヤは適当な切込量を与えるために内歯型ホーニング砥石１０の内周面を押圧するように作用させられ、その内周面および内周歯部１４の歯溝１６内においては外周側へ向かう比較的大きな応力が作用する。
【００１９】
上記のドレッシング工程において、ハスバ歯車１８と同様の外形状を備え且つ表面にダイヤモンド砥粒が電着されたドレスギヤの中で最も損傷を受け易い歯先は、それと摺接させられるドレスギヤの歯先に大きな加工負荷すなわち応力や摩擦熱が集中しても、塊状砥粒Ｇ１と充填材Ｇ２を含む樹脂結合剤ＰＢとの間の硬さの差によって、すなわち強度比（ＳG ／ＳPB）が１．５以下、好適には１．０未満であって相対的に充填剤Ｇ２を含む樹脂結合剤ＰＢに対して強度が低く軟質な塊状砥粒Ｇ１の存在によって、その歯先のダイヤモンド砥粒の脱落或いは剥離が好適に防止され、スクラッチが少なく被研磨材１８の研磨面粗度が得られるとともに、表面にダイヤモンドが電着された歯車状の高価なドレッシング工具（ドレスギヤ）の耐久性が高められる。
【００２０】
また、本実施例によれば、歯車用ホーニング砥石１０において、樹脂結合剤ＰＢが１５〜３０重量％、塊状砥粒Ｇ１が５〜３５重量％、充填剤Ｇ２が４０〜７５重量％含まれることから、高い研磨能率と耐久寿命が得られる。上記塊状砥粒が５重量％を下回るとその研磨能率改善効果などが得られ難くなり、３５重量％を上まわるとその効果が飽和する。
【００２１】
次に、本発明者等が以下に述べる実験方法および実験条件下で塊状砥粒を用いた試料１と塊状砥粒を用いない試料２とについて行った実験例を説明する。実験結果によれば、塊状砥粒を用いない試料２では、５０μｍ程度の取り代であったのに対し、塊状砥粒を用いた試料１では、１００μｍ程度の取り代が可能であった。また，ドレスインターバル（ドレッシング１回当たりの研磨加工可能個数）は上記試料２では１５個／Ｄであったのに対し，試料１では３０個／Ｄが可能となった。すなわち、本発明が適用された塊状砥粒を用いた試料１は、塊状砥粒を用いない試料２に比較して、切れ味の持続性がよく高い研磨能率が得られるとともに、ドレスインターバルが長く、ドレッサの耐久寿命が得られたことを示している。
【００２２】
（試料１）
・砥石の組成表示：ＷＡ／Ｘ  １００  Ｒ  ７  Ｙ
（ＷＡ１００Ｉを粉砕して塊状砥粒を用意し、＃８相当の塊状砥粒２０％および＃１００相当のホワイトアランダム８０％から成る混合砥粒とエポキシ樹脂結合剤とが、Ｖｇ＝４９、Ｖｂ＝４７という割合で、すなわち塊状砥粒（＃８）が２３．２重量％、ＷＡ砥粒が５７．５重量％、エポキシ樹脂結合剤が１９．３重量％という割合で混合され且つ結合されることにより、結合度Ｒ、集中度７とされたもの。）
・設計比重＝２．３７
【００２３】
（試料２）
・砥石の組成表示：ＷＡ８０  Ｒ  ７  Ｙ
（＃８０相当のホワイトアランダム（ＷＡ）から成る砥粒とエポキシ樹脂結合剤とが、Ｖｇ＝４９、Ｖｂ＝４７という割合で、すなわちＷＡ砥粒が８０．９重量％、エポキシ樹脂結合剤が１９．１重量％という割合で混合され且つ結合されることにより、結合度Ｒ、集中度７とされたもの。）
・設計比重＝２．４１
【００２４】
（実験方法）
実験の再現性，容易性を高めるために，本実験ではホーニング砥石１０とは異なる形状の試料と被研磨材１８とは異なる形状のワークとが作成されて用いられている。すなわち，試料として平板（盤）状砥石を鉄板などの基台に固定し，その上部から，ワークに見立てた円板状ワークをその平板状砥石の上面に平行な軸心まわりに回転させた状態で一定量切り込みをかけ，その円板状ワークの外周面に対する加工量（取り代）をそれぞれ測定した。試料である平板状砥石の切れ味の低下により，加工量が当初の３０％を下回ったところで加工を停止し，平板状砥石の上面（加工面）のドレッシングを行った。各試料について，適切なドレッシングインターバルを設定した。
【００２５】
（実験条件）
・平板状砥石寸法：長さ１５０mm×幅内１３０mm×厚み２０mm
・円盤状ワーク寸法：外径１００mmφ×厚み１２mm×内径７６．２mmφ
・ワーク材質：ＳＣＭ４２０
・ドレッサ：上記ワークに＃８０のダイヤモンドを電着したもの
・ワーク回転速度：７５０ｒｐｍ
・研削液  ：不水溶性
・切込み：１２０μｍ
【００２６】
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は他の態様においても適用される。
【００２７】
例えば、前述の実施例においては、歯車用ホーニング砥石１０は、内周歯部１４を備えて被削材１８の外周歯をホーニング加工するものであったが、反対に、被削材の内周歯をホーニング加工するための外周歯を備えたものであってもよい。
【００２８】
また、前述の実施例の歯車用ホーニング砥石１０において、樹脂結合剤ＰＢにはホワイトアランダム（ＷＡ）から成る充填剤Ｇ２が混入されていたが、他の無機材料などの充填剤Ｇ２であってもよく、また必ずしも充填剤Ｇ２が含まれていなくてもよい。
【００２９】
また、前述の実施例の歯車用ホーニング砥石１０においては、図２に示すように、塊状砥粒Ｇ１が全体的に混入されていたが、研磨に関与する内周面の表層だけに局部的に混入されていてもよい。
【００３０】
また、前述の実施例の歯車用ホーニング砥石１０においては、塊状砥粒Ｇ１はＷＡ砥粒がビトリファイド結合剤により結合されたものであったが、ＣＢＮ砥粒、ダイヤモンド砥粒、炭化ケイ素砥粒などがビトリファイド結合剤により結合されたものであってもよい。要するに、塊状砥粒Ｇ１は、その他の部分の強度との強度比が１．５以下、好適には１．０未満であればよい。
【００３１】
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の歯車用ホーニング砥石の全体を示す斜視図である。
【図２】図１の歯車用ホーニング砥石の一部すなわち内周歯を拡大して説明する図である。
【図３】図１の歯車用ホーニング砥石に含まれる塊状砥石Ｇ１と充填剤Ｇ２および樹脂結合剤との強度をそれぞれ測定するためテストピースを示す斜視図である。
【図４】図３のテストピースを用いて強度を測定する方法を説明する図である。
【図５】図１の歯車用ホーニング砥石の製造工程を説明する工程図である。
【図６】図１の内歯型砥石を用いて歯車のホーニング加工をする状態を説明する図であり、(a) は軸心方向に平行な(b) におけるａ−ａ視断面を、(b) は軸心方向に垂直な断面をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
１０：歯車用ホーニング砥石
１２：本体部
１４：内周歯部
１８：被削材（歯車）
Ｇ１：塊状砥粒
Ｇ２：充填剤
ＰＢ：樹脂結合剤
【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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