環境負荷低減と生産効率の維持・向上を実現する
ビトリファイドCBNホイール

ノリタケ
からの提案

02

注目の製品・技術［著者］神谷 泰弘
工業機材事業本部 技術本部
研削ソフト技術部 加工技術グループ

一般的に機械加工は電力を多く消費する作業です。
特に高周速度で用いるビトリファイドCBNホイールは電力の消費が大きく、環境負荷の低減が求められます。
コーティング剤によって潤滑性を高めた Σホイール は、砥石軸の消費電力値を低減することができ、生産効率を低下させることなく環境負荷の低減に貢献します。

高い潤滑性で研削抵抗を低減する
ビトリファイドCBNホイール

Σホイール 特許取得済［適用範囲］
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）●［期待効果］
CO 2 削減効果●
14

廃棄物削減効果

サイクルタイム短縮

加工品質向上

●

●

作業性改善

ノリタケ
環境負荷低減と生産効率の維持・向上を実現するビトリファイドCBNホイール

Σホイール

からの提案

02

注目の製品・技術生産効率向 上と環 境 負 荷 低 減 の 両 立製造業において生産効率の向上は永遠の課題と言っても過言ではありません。ムリ・ムラ・ムダを省いた効率の良い生産によって収益性を高め、製品を通じて社会に貢献することは企業の重要な課題となっています。研削工程においては、単位時間あたりの生産量を増やすために高能率化が進められ、砥石には高負荷な研削にも耐えられる強度が求められています。1971年にノリタケが世界で初めて完成させたビトリファイドCBNホイールは、アルミナ砥粒を使用した一般砥石よりもはるかに高硬度なCBN砥粒と高強度なビトリファイドボンドで構成されています。そのため、従来よりも高速な回転や高い研削抵抗に耐えられるようになり、研削能率を高めることができます。
このビトリファイドCBNホイールの登場によって、研削工程の生産効率は飛躍的に向上しました。
一方で世界的に環境問題に対する関心が高まり、日本でも2050年までに温室効果ガスの排出を全体として実質ゼロにする、カーボンニュートラルを達成する宣言がなされました。最近ではESG経営やサステナブル経営といった概念も広まりつつあり、企業にとって環境問題に取り組むことは義務であると同時に企業価値を高めるための重要な要素となっています。
研削加工の工程では、砥石軸モーターやワーク駆動用のサーボモーター、研削油供給ポンプや冷却水循環装置など、さまざまな部分で電力を消費します。特にビトリファイドCBNホイールを用いる研削工程は一般砥石と比較して高周速度で用いることが多いため、消費電力量が多くなる傾向にあり、環境負荷の低減が求められます。
そこで、生産効率向上と環境負荷低減という2つの重要な課題を両立させるため、ノリタケはΣホイールを提案します。

Σホイールの特 徴
Σホイールはコーティング処理を施したビトリファイドCBNホイールです。
このコーティング剤には潤滑性を補う成分が含まれており、研削点において砥粒に直接作用して潤滑性を向上させます（図1）。一般的に砥石軸の消費電力値は、研削抵抗によって砥石軸の回転が阻害されることで上昇します。Σホイールは、コーティング剤によって潤滑性を高めることで研削抵抗の上昇を抑えることができるため、消費電力値の低減やワーク品位向上の効果が期待できます。

図1 Σホイールの模式図
砥粒

ボンド

コーティング剤
研削点付近で効果的に作用し、潤滑性を向上させて研削焼けを防止

ワーク2023 ｜ 15ノリタケ
Σホイール

環境負荷低減と生産効率の維持・向上を実現するビトリファイドCBNホイールからの提案

Σホイールの 効 果
消費電力値の低減を考えたとき、ビトリファイドCBNホイールの結合度や集中度を下げるなど、ホイール構造の変更で切れ味の向上を図る方法が一般的です。集中度を下げたポーラス品を用いた試験結果を見ると、消費電力値が低減しています（表1、図2）。
しかし、集中度を下げると砥粒数が減少するため、砥粒1粒の仕事量が増加するので、ホイール摩耗量が増加してワーク表面粗さは粗くなりました。
一方、Σホイールを用いた試験結果を見ると、従来品と比較して消費電力値が10％低い値を示しています（表1、図3）。
また、表面粗さやホイール摩耗量は同等から減少傾向にあるので、ワーク品位や工具寿命を低下させることなく消費電力値を低減できることがわかります。さらに、エックス線残留応力測定器でワークの残留応力※を測定したところ、従来品は研削熱の影響が出やすい深さ10〜25μmの部分で約350MPaの引張り応力が見られ、ワーク品位の劣化があったのに対して、Σホイールでは引張り応力がほとんど見られない結果が得られています（図4）。以上のように、コーティング剤によって研削点における潤滑性が向上して研削抵抗が低減されたため、Σホイールを用いることで生産効率を落とすことなく消費電力値低減とワーク品位向上を達成できました。
1日あたり10時間×月20日間設備を稼働させたと仮定すると、Σホイールは従来品と比較してCO 2 排出量を約11.4kg削減できます(図5)。

図2 試験結果（従来品とポーラス品の研削性能比較）［ホイール］

160①CB 80 M 200 V（従来品）②CB 80 M 200 V（Σホイール）③CB 80 N 150 V（ポーラス品）80
60
40200φ205×T19×φ76.2mm［ワーク］SKD11（焼入れ）

寸法

L100×T10mm

硬度HRc62［研削条件］
研削方式

平面研削

研削油

水溶性

従来品 ポーラス品

10010 ％低減

806040200

従来品 Σホイール

図4 ワーク残留応力測定結果→ 残留応力(MPa) →4020

従来品 ポーラス品

120100806040200

従来品 ポーラス品

160
140120100806040200

従来品 Σホイール

160
140
120
100806040200

従来品 Σホイール

従来品

Σホイール

［杉の木のCO 2 吸収量］
1か月のCO2削減量
約11.4kg

400
200=1660140

図5 CO2排出量削減効果

引張り応力（悪） 600

圧縮応力
（良）

80160

図3 試験結果（従来品とΣホイールの研削性能比較）

消費電力値(指数)材質

100

ホイール磨耗量(指数)

寸法

1200

表面粗さ(指数)

スペック

140

表面粗さ(指数)

消費電力値(指数)100

ホイール磨耗量(指数)表1 試験条件

0約10本分相当-200-400-60002550

測定深さ（μm）

7502

注目の製品・技術ノリタケからのΣホイール

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提案02

注目の製品・技術さらなる生産 効 率 向 上を 目 指して生産効率向上のために研削能率を高く設定する場合、一般的には消費電力値が高くなって引張り残留応力が大きくなる傾向にあります。Σホイールは従来品と比較して消費電力値が低く引張り残留応力を抑制できるため、研削能率の向上が期待できます。切込み量を増加させることで研削能率を変化させた試験結果を示します（表2、図6）。
消費電力量は消費電力値×時間で算出されます。研削能率を高く設定すると砥石軸の負荷が増加するため、単位時間あたりの消費電力値は上昇しますが、研削能率の高さと反比例して研削時間を短縮できるので、Σホイールはすべての研削能率において研削に必要な消費電力量を低減できました。ワークの残留応力を見ると研削能率が140%までは引張り残留応力が低い結果となっています。Σホイールを用いることで、生産効率の向上とワーク品位向上、消費電力量の低減を達成できます。従来品で1日あたり10時間×月20日間設備を稼働させて生産を行っていた場合と同一の生産量を研削能率140%で生産すると仮定すると、設備稼働時間を58時間削減できるため、CO 2 排出量を約26.0kg削減できます(図7)。

表2 試験条件

図6 試験結果［ホイール］

φ205×T19×φ76.2mm

12010080
6040200［ワーク］
材質

SKD11（焼入れ）

寸法

L100×T10mm

硬度

HRc62

引張り残留応力（指数）寸法②CB 80 M 200 V（Σホイール）

消費電力量(指数)

スペック

140

①CB 80 M 200 V
（従来品）

100%

従来品

100%

120%

140%

160%

Σホイール
研削能率

140120100806040200100%

従来品

100%

120%

140%

160%

Σホイール
研削能率

図7 CO2排出量削減効果［杉の木のCO 2 吸収量］

［研削条件］
平面研削

切込み量

5、6、7、8mm/pass

研削油

水溶性1010

1か月のCO2削減量
約26.0kg=研削方式

約22本分相当

研削油供給量からのアプローチ
研削において研削油（クーラント）は主に潤滑性の向上と研削点の冷却を目的として用いられています。特に研削焼けを嫌う工程では大型のポンプを用いて多量の研削油を供給するため消費電力量を予想以上に使用していることが多く、「全電力の30〜50%はクーラント関係ともいわれる」ほど、環境負荷の観点では決して無視できない存横川氏 によると在です。前述のように、Σホイールには潤滑性向上とそれに伴う研削熱の抑制という、研削油に近い働きが見られました。
それでは、Σホイールを用いることで少ない研削油供給量で同等の研削はできないでしょうか。Σホイールの研削について、研削油の供給量を変更した試験結果を示します（表3、図8）。通常、研削油の供給量を減少させると潤滑性と研削点冷却の効果が低下するため、砥石軸の消費電力値は増加してワークの残留応力は研削熱の影響で引張り応力が強くなっていく傾向にありますが、今回の試験では、研削油供給量を半分程度まで減らしても従来品に比べてワーク品位の低下を抑えられました。

2023 ｜ 17

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提案

阿 部 氏 ら の 論 文 によ ると、「 クー ラント研 削 に お いて 研 削 動 力 に 対する クー ラント関 係 の 消 費 動 力 は およ そ1：0.8の比率を占める」と図示されています。例えば、研削油供給量を60%へと変更して1日あたり10時間×月20日間設備を稼働した場合、砥石軸消費電力量低減の効果と、ポンプの消費電力量低減の効果を合わせて、CO 2 排出量を約34.8kg低減できます（図9）。
表3 試験条件

図8 試験結果［ホイール］

φ205×T19×φ76.2mm

806040200［ワーク］
材質

SKD11（焼入れ）

寸法

L100×T10mm

硬度HRc62

引張り残留応力（指数）寸法②CB 80 M 200 V（Σホイール）

消費電力量(指数)

スペック

100

①CB 80 M 200 V
（従来品）

100%

100%

60%

45%30%

Σホイール

従来品

研削油供給量16014012010080
6040
200100%
従来品

100%60%

45%

30%

Σホイール

研削油供給量

図9 CO2排出量削減効果［杉の木のCO 2 吸収量］

［研削条件］
平面研削

研削油

水溶性
(供給量：100%、60%、45%、30%）

1010

10

1か月のCO2削減量
約34.8kg=研削方式

約30本分相当

環境負荷低減に向けて
以上のように、∑ホイールによる環境負荷低減効果について適用事例をご紹介しました。
ノリタケで今後、CO2排出量削減をはじめとした環境負荷低減に向けた動きはさらに加速していくことが予想されます。
は研削の観点から、工具だけでなく関連機器も含めたトータルソリューションでお客様の要求に応えられるよう、今後も技術開発に取り組んでいきます。

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注目の製品・技術ノリタケ
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Σホイールからの提案

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注目の製品・技術［注釈］※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。
［文献］
横川 宗彦：グリーンマシニングの動向，機械と工具 第43巻 第9号，(1999)10-15．
阿部 忠之ほか：小形円筒研削盤『EGProcessor』の開発，砥粒加工学会誌 Vol.50 No.5, (2006)2-5．

［特許］
・ 株式会社ノリタケカンパニーリミテド. 永田晃. ビトリファイド砥石. 特許5065197. 2012/8/17

QAQA

Σホイールを採用する場合、従来品と比較して注意することはありますか？

特にありません。従来品と全く同等のホイールスペックや研削条件で使っていただいても効果が期待できます。

Σホイールは一般砥石にも対応していますか？

Q A

申し訳ございませんが、ビトリファイドCBNホイールのみに適用できる製品です。

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