悩み解決のヒントあり01［著者］小久保 貴文

KEYWORD・・・

工業機材事業本部 技術本部 商品開発部
ビトリファイドグループ

カムシャフト

長寿命

砥粒突出し表面粗さ

ビトリファイドCBNホイール
残留応力

切れ味

工具費低減

均質性

Q カムプロファイル研削において研削焼け・残留応力等を抑制し、ドレッシング間隔の延長とサイクルタイムの短縮がしたい。

A

こんな悩みにはこの 製 品

長寿命かつ良好な切れ味を発揮する
ビトリファイドCBNホイール

シャープカイザー
近年、自動車は低燃費化・高性能化のために凹形状のカムプロファイルが採用されています。
この際、加工では残留応力の増加が課題となり、サイクルタイムの延長やドレッシング間隔の短縮をしなければならないケースが見られます。そこで、加工品位とホイール寿命が両立できる、構造の均質性と砥粒突出しを最適化した シャープカイザー をご紹介します。

カムプロファイル 研 削 に 求 め ら れ る 特 性
近年開発されている自動車エンジンのカムシャフトは、高出力・低燃費化を達成するため、凹形状化（以降凹カムと記す）が進んでいます（図1）。凹カムの研削は、凹R部の研削時に従来カムと比較して接触弧長さℓ※(図2)が長くなるため、研削熱が蓄積されやすく、研削割れ(図3)や、残留応力※の発生などの問題を誘発しやすくなります。また、凹R部を研削するため従来カムと比較して小径のビトリファイドCBNホイールを使用することが一般的です。そのため、工具寿命は短くなり、交換頻度が増加するなどの問題が生じます。
また、従来カムにおいても、エンジンの性能向上を目的に高強度・高靭性なダクタイル鋳鉄を採用するケースが増えています。しかし、ダクタイル鋳鉄はねずみ鋳鉄に比べ被削性が悪く、研削熱を多く発生させるため、加工品位が悪化しやすいという問題があります。
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悩み解決のシャープカイザー

長寿命かつ良好な切れ味を発揮するビトリファイドCBNホイール

ヒントあり

01

そのため、ビトリファイドCBNホイールは凹カムおよび従来カムともに、研削熱を抑制するための良好な切れ味と、工具費・交換頻度の低減を目的とした長い寿命の両立がより一層求められるようになっています。

図1 カムプロファイル形状（例）

図2 接触弧長さℓについて凹R部

tVvd（a）従来カム（b）凹カムgℓ

ワークDa砥粒

図3 研削割れD：ビトリファイドCBNホイールの直径（mm）
d：ワークの直径（mm）
V：ビトリファイドCBNホイールの周速度（m/s）
v：ワークの周速度（m/s）
t：ビトリファイドCBNホイールの切込み（mm）
g：砥粒切込み深さ（mm）ℓ：接触弧長さ（mm）
a :砥粒切れ刃間隔（mm）

研削割れ

カムシャフトビトリファイドCBNホイール

長寿命かつ 良 好 な 切 れ 味 の 達 成 の た め に 〜シャープカイ ザ ー の 開 発 〜
一般にビトリファイドCBNホイールにおいて寿命と切れ味は背反した性能であり、両立は困難です。この課題

図4 砥粒層の断面画像から砥粒の均質性を評価する手法

解決のため①砥粒層の均質性のさらなる向上→②良好な砥粒突出し性を開発コンセプトとし、これらを達成可能なシャープカ

1点目のコンセプトである砥粒層の均質性に関して、
一□：砥粒■：結合剤および気孔

図5 均質性の解析結果

般には評価が困難とされていますが、ノリタケでは数種層の断面画像を細分化することで、均質性を定量評価を示します。分布形態の数値をみると、シャープカイザー
は従来品に比べて、均質性が6%向上していることがわかります。

砥粒面積率のばらつきする手法（図4）を用いました。図5に均質性の解析結果

30頻度（%）TECHNICAL JOURNAL2018 に掲載している、砥粒シャープカイザー

従来品
砥粒層の断面画像類の定量評価法を確立しています。今回はNORITAKE各断面画像の砥粒面積率にて累計30頻度（%）

イザーの開発に取り組みました。

20100

シャープな分布
20100

砥粒面積率

砥粒面積率

2点目のコンセプトである砥粒突出し性の評価には、ホイール面の起伏状態を精密に測定することが重要で図6 レーザー顕微鏡による砥粒突出し状態の観察す。今回、レーザー顕微鏡を導入することで、砥粒突出し高い性の評価が可能となりました。従来品、シャープカイザー
ともに同一条件でのドレッシング後にホイール面を観察した結果（図6）、シャープカイザーは凹凸が顕著であり、低い（a）従来品（b）
シャープカイザー

砥粒突出し性が大幅に改善しています。

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悩み解決のシャープカイザー

長寿命かつ良好な切れ味を発揮するビトリファイドCBNホイール

ヒントあり

シャープカイ ザ ー の 実 力
残留応力の増加が問題となりやすいダクタイル鋳鉄（FCD700）をワークに用いて、研削試験を実施しました
（表1）
。
シャープ
カイザーは従来品と比較して切れ味が良好で、かつ段差摩耗※が少ないという優れた特性を示すことがわかりました（図7）。
ここで、消費電力値（研削抵抗）がほぼ同程度であった（イ）（ロ）,2点の試験結果について詳しく説明したいと思います。
同一加工本数における消費電力値、段差摩耗量、残留応力、表面粗さを図8に示します。段差摩耗量は30%低減するとともに、残留応力は75%低減、表面粗さは12%向上といずれも良好な結果が得られています。また、表面粗さ、もしくは段差摩耗量が想定規格値に到達する加工本数（ドレッシング間隔）の推定を行うと（図9）、表面粗さ基準では1.9倍、段差摩耗基準では2.9倍となりました。このように、シャープカイザーは品質（表面粗さ・残留応力）の向上や工具費の削減、工具交換頻度の低下によるライン稼働率の向上等、お客様のさまざまなお悩みを解決できると考えています。
図8 研削性能詳細
CBX140-V

寸法

φ350×T35×φ20mm

消費電力値（指数）

スペック

［ワーク］
材質

FCD700120120100100

残留応力（指数）表1 試験条件［砥石］

8060402006040200

シャープカイザー

従来品（a）消費電力値
120

研削方式
ホイール周速度140m/s

研削能率

110mm 3/mm・s

ドレッサ

ロータリードレッサ（SD30）

研削油

段差摩耗量（指数）カムプロファイル研削

80
60
40200

水溶性

30 ％低減

100

従来品

12080
60
40200

シャープカイザー

10090
80504080シャープカイザー（d）表面粗さ

（ロ）→

優

従来品
90100

シャープカイザー
110

120

400
300
200

1.9倍

1000

従来品

シャープカイザー

表面粗さ基準推定ドレッシング間隔

推定ドレッシング間隔
（指数）

劣

←（イ）

推定ドレッシング間隔（指数）

段差摩耗量（指数）

110

60

従来品

図9 各種基準値によるドレッシング間隔の推定

120

70

シャープカイザー

12 ％向上100（c）段差摩耗量

図7 研削性能線

従来品（b）残留応力

表面粗さ（指数）［研削条件］

75％低減

80

400
300
200

2.9倍

1000

従来品

シャープカイザー

段差摩耗基準推定ドレッシング間隔

消費電力（指数）市場におけ るシャープカイ ザ ー の 採 用 動 向
均質性と砥粒突出しを最適化させることで研削性能が向上したシャープカイザーは、凹カム研削において、残留応力を低く抑えつつ、従来比2倍以上のドレッシング間隔を達成するなどの結果を得られ、採用が進んでいます。また、良好な加工品位を実現できることから、残留応力が問題となりやすいダクタイル鋳鉄や研削焼けが問題となりやすいスチール材のカムにおいても、従来比1.5倍以上の寿命や加工品位の向上を達成しています。
さらに、シャープカイザーはカムプロファイル研削以外においても、高負荷研削用途に適すると考えており、今後は他の用途への展開が期待されています。
ノリタケは今後も高性能な製品開発を行い、多岐に渡るお客様の課題解決に貢献していきたいと考えています。
4001

悩み解決のシャープカイザー

長寿命かつ良好な切れ味を発揮するビトリファイドCBNホイール

ヒントあり

01

［注釈］
※接触弧長さ ： 研削時に砥粒1粒がワークに対して削り取る長さを表し、切り屑の長さに相当する。図10のように円筒研削（≒ベース円部、ノーズR部）＜平面研削（≒通常カムのリフト部）＜内面研削（≒凹部）の順に大きくなる。
図10 接触弧長さと研削方式
砥石砥石

ワーク

ワーク

小→ワーク
円筒研削

横軸平面研削

ワーク

内面研削

砥石

→大縦軸平面研削
両頭平面研削砥石※残留応力 ： 研削後のワーク表面に残留した応力。引張り残留応力と圧縮残留応力があり、引張りの場合実質的な強度低下につながるため、できるだけ小さくすることが望ましい。
※段差摩耗量 ： 異なる幅のワークを同じ砥石で研削した際に、研削代差によって生じる段差量。ワークに転写され、真直度が悪化するため、小さいことが望ましい。

［文献］
大浦 雄介 ： スーパーユニフォーム、ノンクロッティ，NORITAKE TECHNICAL JOURNAL 2018，（ 2018）8-11．
ノリタケカンパニーリミテド ： ビトリファイドCBNホイールのドレッシング条件と研削性能，ノリタケ技報，（ 1989）1-11．

Q シャープカイザーはダイヤモンド砥粒やQ FCチル材のカムシャフトへの適用はA

A

一般砥粒にも適用可能ですか？

申し訳ございませんが、CBN砥粒専用ボンドです。

Q 最高使用周速度は何m/sでしょうか？
A可能ですか？

シャープカイザーの適用も可能ですが、FCチル材向けにはSW5ホイールを開発しており、そちらをQ A推奨します。ただし、求められる特性・条件次第ではシャープカイザーが適するケースもありますの＆で、詳細はノリタケまでご相談ください。

ビトリファイドCBNホイール形状およびコア材質にも左右されますが、最大200m/sまでです。

［適用範囲と期待効果］
非金属材料

その他

無機材料
有機材料
（ガラス・セラミックス） （ゴム・プラスチック）

先端材料

金属材料
鉄系材料

非鉄系材料
（Al・Cuなど）●
サイクルタイム短縮

工具寿命向上

加工品質向上

●

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●

作業性改善

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