(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状体からなり、該円柱状体の側面に、曲率半径Ｒが０．２〜３．０ｍｍであり、先端の尖ったエッジ形状の山部および谷部が連続したスパイラル溝を有し、上記山部および上記谷部の全表面に砥粒が付着されてなる研削部と、上記円柱状体の先端にストレート部とを備え、該ストレート部は、幅が１．０〜３．０ｍｍで、深さが上記ストレート部の厚みと同じで、かつ上記ストレート部の側面にまで亘る十字状の溝が設けられているとともに、上記山部の先端と上記溝とがずれて配置されていることを特徴とする研削工具。
【請求項２】
請求項１に記載の研削工具を、上記ストレート部を下方側となるように配置して、硬質材からなる被加工物に上記研削部を押し当てながら回転させて研削加工を施すことを特徴とする研削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックス、サーメット等の硬質材に粗加工を施す際に用いる研削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本来、金属材料等の切削、研削はマシニングセンターを用い、エンドミルを用いて行われてきた。これらの加工を高能率、高精度に行う為、エンドミルの外周切れ刃形状等の改良、改善が行われてきている（特開平６−１７０６３３公報参照）。
【０００３】
一方、セラミックスやサーメット製品の製造は、まず原料粉末を所定形状に成形し、焼成した後、所定部分を研削して必要な形状とするが、研削工程では、図６に示すようなストレート研削工具１１等を用いて研削していた。ストレート研削工具１１は、４５Ｃ等の鋼材からなる円柱状体であり、先端側面に研削部１２を備え、この研削部１２の表面にダイヤモンド等の砥粒１５を固着し、その周囲に研削液（不図示）を供給するためのスリット１９を複数本有している。
【０００４】
そして図７に示すように、マシニングセンター本体（不図示）を用いてこのストレート研削工具１１を１０００ｒｐｍ程度で高速回転させ、スリット１９より研削液（不図示）を供給しながら、研削部１２をセラミックス材などの被加工物１６に７０ｍｍ／分程度の送り速度で押しつければ研削を行うことができる。
【０００５】
なお、研削液は乳化剤からなり、加工時のストレート研削工具１１と被加工物１６との潤滑および冷却作用をなすものである。しかし、このようなストレート研削工具１１を使用していると、次第に砥粒１５が目詰まりして切れ味が悪くなってくるため、使用を中止し、再度電着し直して使用するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のストレート研削工具１１は、その研削面がフラットであった為研削抵抗が大きく、冷却等も出来にくいことから、一回の研削切り込み量が３／１００〜３／１０ｍｍ程度と小さく、非常に加工時間を要し、又、工具の加工寿命も短いという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらに鑑みて本発明では、円柱状体からなり、該円柱状体の側面に、曲率半径Ｒが０．２〜３．０ｍｍであり、先端の尖ったエッジ形状の山部および谷部が連続したスパイラル溝を有し、上記山部および上記谷部の全表面に砥粒が付着されてなる研削部と、上記円柱状体の先端にストレート部とを備え、該ストレート部は、幅が１．０〜３．０ｍｍで、深さが上記ストレート部の厚みと同じで、かつ上記ストレート部の側面にまで亘る十字状の溝が設けられているとともに、上記山部の先端と上記溝とがずれて配置されていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明は、これらの研削工具を、上記ストレート部を下方側となるように配置して、硬質材からなる被加工物に上記研削部を押し当てながら回転させて研削加工を施すことにより、切り込み量、加工速度、工具寿命を大幅に向上させるようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１に示すように、本発明の研削工具１は、４５Ｃ鋼材等からなる、円柱状体からなり、円柱状体の側面に、曲率半径Ｒが０．２〜３．０ｍｍであり、先端の尖ったエッジ形状の山部３と谷部４が連続したスパイラル溝を有し、上記山部３および上記谷部４の全表面に砥粒５が付着されてなる研削部と、上記円柱状体の先端にストレート部７とを備え、ストレート部７は、幅が１．０〜３．０ｍｍで、深さがストレート部７の厚みと同じで、かつストレート部７の側面にまで亘る十字状の溝が設けられているとともに、上記山部の先端部と上記溝とがずれて配置されている。
【００１２】
このように研削部２にスパイラル溝を設けることで研削部２の有効表面積を大きくすることが出来るとともに、後述するメカニズムによって研削性を向上できる。
【００１３】
又、山部３及び谷部４を先端の尖ったエッジ形状にすると、使用するに従い砥粒の剥離が生じ易くなり工具寿命が短くなるが、０．２〜３．０ｍｍの曲率半径を持った曲面とすることで、これを防止できる。
【００１４】
そして図４に示すように、マシニングセンター本体（不図示）を用いて研削工具１を、ストレート部７を下方側となるように配置して、研削液を供給するとともに、セラミックスなどの被加工物６に１００ｍｍ／分程度の送り速度で研削部２を押し当てながら１０００ｒｐｍ程度で高速回転させれば研削を行うことができる。なお、図４においてストレート部７は省略している。
【００１５】
研削機構としては、図５に示すように研削工具１を高速回転させることにより、スパイラル溝の山部３の部分でセラミックス等の被加工物６の表面に切り込み、谷部４の部分でセラミックスの残り部分を研削するとともに押し上げることにより、粉砕して取り除くものである。
【００１６】
ここで、スパイラル溝の山部３及び谷部４の曲率半径Ｒを０．２〜３．０ｍｍとしたのは、曲率半径Ｒを０．２ｍｍ未満とすると山部３が小さ過ぎる為ストレート研削工具１１近くなり、切り込み量を大きく出来ず、又、山部３が潰れ易く加工寿命も伸びない為であり、逆に曲率半径Ｒが３．０ｍｍを越えると負荷が掛かりすぎ、工具が破損したり装置が止まってしまう等の不具合が発生する為である。
【００１７】
更に、研削部２にスパイラル溝を形成することにより、研削部２の表面積を増やして研削することが出来る。本発明のスパイラル溝を形成した研削部２は従来のストレート研削工具１１に比べその表面積が約２倍となり、これに従って研削面積も倍増することからエネルギー伝達量も増加する。
【００１８】
又、スパイラル溝により研削部２と被加工物６の表面が密着せず点当たりとなる為、研削液が十分に研削面に送り込まれ冷却が効果的に行われるとともに、スラッジ（粉）の除去も十分に行われる。更に、ストレート研削工具１１では冷却液がはじかれてしまう為研削面への十分な供給が出来ないが、本発明の研削工具１では溝に冷却水が導かれ、はじかれない為十分な供給が可能となり、加工速度、加工寿命が大幅に伸びることとなる。
【００１９】
一方スパイラル溝の好ましいピッチの範囲は１〜４ｍｍとするのが良い。これは、ピッチが１ｍｍ未満となると肉厚が薄くなって金属母材の強度が低下し、逆に４ｍｍを越えると研削工具１と被加工物６との間に大きな研削抵抗がかかり、工具や被加工物６を傷める原因となるためである。
【００２０】
又、スパイラル溝の好ましい深さの範囲としては、０．５〜２．０ｍｍである。これは、０．５ｍｍ未満になると冷却水のかかりが悪く、研削屑の除去も不十分となり、逆に２．０ｍｍを越えると金属母材の強度が低下することとなるためである。
【００２１】
更に好ましいスパイラル溝の角度θの範囲は、２０゜〜１００゜である。これは、２０゜未満になると金属母材が肉薄になって強度が低下し、逆に１００゜を越えると被加工物６との隙間が小さくなって冷却効果、研削屑の除去効果が低下することとなるためである。
【００２２】
また、図２（Ａ）、（Ｂ）においては、上記スパイラル溝を形成した研削部の最下部の端面８にて、山部３の先端が滑らかに連続して形成されている。
【００２３】
これは、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように山部３の先端が滑らかに連続しておらず段状になっていると、この先端に負荷が集中し、すぐに破損するという問題が発生してしまうためである。
【００２４】
或いは、図３に示すような問題点を解決するためには、図１に示すように、円柱状体の先端に、０．５〜１．０ｍｍの幅のストレート部７を設けることにより、上記スパイラル溝を形成した部位の最下部の破損を防止することも出来る。
【００２５】
ここで、ストレート部７の幅が０．５ｍｍ未満のときは山部３の先端に負荷が集中し、最下部が破損してしまう。逆にストレート部７の幅が１．０ｍｍを越えると、最下部に冷却水が十分に供給されない等の理由により、切れ味が低下し寿命も短くなることとなる。
【００２６】
また、図１に示すように研削工具１のストレート部７は、山部３の先端から４５°ずれた位置となるように幅が１．０〜３．０ｍｍ、深さがストレート部７の厚みと同じ十字状の溝９が設けられており、この溝９を設けることにより、溝９からストレート部７に冷却水が十分に供給され先端部の破損が無くなるとともに、ストレート部７の端面８にダイヤモンド等の砥粒５を固着することにより端面８を使用した加工作業も可能となり、使用用途が拡がる。
【００２７】
ここで、十字状の溝９の幅が１．０ｍｍ未満のときは、冷却とスラッジ除去効果が低下し、切れ味が低下し、工具寿命も低下することとなる。逆に、十字状の溝９の幅が３．０ｍｍを越えるときは研削工具１自体の強度が低下し、工具寿命が落ちてしまう。また、十字状の溝９の深さが０．５ｍｍ未満のときは冷却とスラッジ除去効果が低下し、切れ味も低下し、工具寿命も低下することとなる。逆に十字状の溝９の深さが１．０ｍｍを越えると工具自体の強度が低下し、工具寿命が落ちてしまうこととなる。
【００２８】
なお、上記実施形態では１条のスパイラル溝を形成したものを示したが、２条、３条等の複数条のスパイラル溝を形成することもできる。
【００２９】
又、砥粒５についてはその粒径を、＃７０〜＃３００のダイヤモンド砥粒とするのが良い。
【００３０】
更に、砥粒の固定方法は、電着槽内で導電性を持つホイール本体の表面に、ダイヤモンドあるいはＣＢＮ砥粒を散布してニッケル電気メッキにより砥粒を保持固定する電着法の他、レジンボンド、メタルボンド、ピドリファイドボンド等を用いても良い。
【００３１】
尚、本発明のスパイラル溝つき研削工具１は、上記のマシニングセンターの例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、フライス盤、平面研削盤等に用いることは何ら差し支えない。
【００３２】
【実施例】
（実験例１）ここで、図６に示す従来のストレート研削工具１１及び図１に示す本発明のスパイラル溝つき研削工具１を試作し、研削試験を行った。いずれも、４５Ｃ鋼材からなり、全長１５０ｍｍ、研削部２、１２の直径は２０ｍｍで、この研削部２、１２に＃１５０のダイヤモンド砥粒５、１５を固着した。又、スパイラル溝の山部３及び谷部４の曲率半径Ｒは０．３ｍｍとした。
【００３３】
また、被加工物６、１６としてＡｌ2Ｏ3含有量９９％のアルミナセラミツクスからなり厚み４０ｍｍのものを用い、上記工具を用いて、１０００ｒｐｍで研削回転させながら、従来のストレート研削工具１１は７０ｍｍ／分の送り速度で、本発明のスパイラル溝つき研削工具１は１００ｍｍ／分の送り速度で被加工物７に押し付け、本体上部より乳化剤からなる研削液を２０ｋｇ／ｃｍ2の圧力を加えて供給しながら、被加工物を研削し、それぞれの切り込み量、加工速度、加工寿命の比較を行った。結果は表１に示す通りである。
【００３４】
表１に示すように、従来のストレート研削工具１１に対し本発明のスパイラル溝つき研削工具１は、従来の切り込み量に対し、４倍以上の切り込みが可能となり、加工速度も３割アップ、更に工具寿命も２倍となっていることがわかる。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
（実験例２）
次に、本発明の研削工具１の研削部２の径を２０ｍｍφとし、スパイラル溝の山部３及び谷部４の曲率半径Ｒを変化させて、研削性の比較を行った。研削条件は、実験例１と同様とした。結果を表２に示す。
【００３７】
表２より、曲率半径Ｒが０．１ｍｍ又は４．０ｍｍの時は大きな効果は見られないが、Ｒが０．２ｍｍを越え、３．０ｍｍ未満の範囲では、明らかに切り込み量、加工寿命ともに増大していることがわかる。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
（実験例３）
次に実験例２と同様、本発明の研削工具１の研削部２の径を２０ｍｍφ、スパイラル溝の山部３及び谷部４の曲率半径Ｒを１．０ｍｍとし、最下部にストレート部７のないもの、ストレート部７をつけたもの、更にストレート部７にスリツト９を設けたものについて研削性の比較を行った。研削条件は、実験例１と同様とした。結果を表３に示す。
【００４０】
表３より、最下部にストレート部７のないＮｏ．１、及びストレート部７が短い又はスリット９の溝幅の狭いＮｏ．２〜５については加工寿命の増大は見られない。これはそれぞれの寸法が小さ過ぎる為に、その効果が得られないものである。
【００４１】
一方、溝９の幅及びストレート部７寸法の大きすぎるか又は溝９の溝幅の広すぎるＮｏ．８〜１１についても、ストレート部分の加工性の悪さ、研削工具自体の強度の低下等により、加工寿命の増大は見られない。
【００４２】
これに対し、Ｎｏ．６、７については、ストレート部７、溝９等の効果が現れ、加工寿命は増大していることがわかる。
【００４３】
【表３】
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【００４４】
【発明の効果】
本発明の研削工具によれば、研削部は、曲率半径Ｒが０．２〜３．０ｍｍであり、先端の尖ったエッジ形状の山部および谷部が連続したスパイラル溝を有し、上記山部および上記谷部の全表面に砥粒が付着されてなることにより、加工面の表面積を増やして研削することが出来るとともに、先端の尖ったエッジ形状の山部により被加工物の表面への切込み量を大きくすることが出来る。また、山部および谷部の全表面に砥粒が付着されてなることにより、谷部において、被加工物を研削するとともに研削屑を粉砕して研削屑の効率的に除去することが出来る。また、上記円柱状体の先端にストレート部を備えるとともに、該ストレート部は、幅が１．０〜３．０ｍｍで、深さが上記ストレート部の厚みと同じで、かつ上記ストレート部の側面にまで亘る十字状の溝を備えることで、溝からストレート部に冷却水が十分に供給され、先端部の破損が無くなり更に工具寿命をアップすることが出来る。
【００４８】
そして、本研削工具を、上記ストレート部を下方側となるように配置して、硬質材からなる被加工物に上記研削部を押し当てながら回転させて研削加工を施すと、スパイラル形状により工具面とセラミックス材表面が密着せず、研削液が十分に研削面に送り込まれ冷却が効果的に行われるとともに、スラッジ（粉）の除去も十分に行われることから、従来の切り込み量に対し、４倍以上の切り込みが可能となる。更に、加工速度を３割アップとすることが出来、工具寿命も３倍以上とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の研削工具を示す側面図で、（Ｂ）はその底面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の研削工具の研削部の最下部を抜粋して示す側面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図３】（Ａ）は比較例の研削工具の研削部の最下部を抜粋して示す側面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図４】本発明の研削工具を用いた加工方法を示す概略図である。
【図５】本発明の研削工具を用いた加工状態を示す拡大断面図である。
【図６】従来のストレート研削工具を示す概略図である。
【図７】従来のストレート研削工具を用いた加工方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１：研削工具
１１：ストレート研削工具
２、１２：研削部
３：山部
４：谷部
５、１５：砥粒
６、１６：被加工物
７：ストレート部
８：端面
９：溝
１９：スリット
【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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