JP2010115768A - Ｃｂｎ砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＢＮ砥粒の結晶方位を考慮することで、砥石性能を飛躍的に向上させたＣＢＮ砥石を提供する。
【解決手段】研削盤４０の砥石台４１に回転軸線回りに軸承された砥石軸４２に装着されるコア８の周囲に複数個のＣＢＮ砥粒６と結合剤１２とを含む砥粒層２が形成されるＣＢＮ砥石４において、各ＣＢＮ砥粒６は、ＣＢＮ砥粒６中で最も広い面となっている｛１１１｝面Ａと該｛１１１｝面Ａに平行な他の｛１１１｝面Ｂとを有する単結晶体の板状砥粒であり、砥粒層２には、砥石外周面に対して各前記ＣＢＮ砥粒６の｛１１１｝面Ａ及び他の｛１１１｝面Ｂが直角方向に配向されて設けられている。
【選択図】図７

Description

本発明は、研削に使用されるＣＢＮ砥石に関するものである。

従来、鉄鋼材料を砥石車で高能率研削する場合には、砥粒としてＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ：立方晶窒化ホウ素）を使用した砥石が使われる。このＣＢＮ砥石６２は、図１５及び図１６に示すように、ＣＢＮ砥粒６４が、円盤状の台金（コア）６６の外周部に、砥粒自体を形成する結晶面がいずれの方向を向いているか関係なく結合剤１２により配置固定されている。

また、特許文献１の発明によると、ダイヤモンドの正八面体形状の結晶において、八面体面が接触面における回転方向に並行に露呈（砥石の表面から）させるか、八面体面を境界とする三本の稜線のいずれかの一の稜線を接触面における相対回転速度ベクトルの方向と並行に露呈（砥石の表面から）するように砥石の研削面に植設させることとしている。これによって、ダイヤモンド結晶面の最も硬い方向を使用してドレッシングできるようにすることで、耐摩耗性の高いロータリダイヤモンドドレッサを提供するものである。
特開昭５４−８６８９３号公報

しかし、ＣＢＮ砥粒６４は、図１６に示すように、一般に通常球形に近いものが多くあり、これが摩耗すると、切削に使用された面がテーブル状に平らとなるため（図１７参照）、工作物との接触面積が増加して研削抵抗が上昇する。このような砥粒の研削抵抗の増加は、研削焼けや精度不良の原因となった。また、電着ホイールにおける研削層は、ＣＢＮ砥粒による単層で形成されており、ＣＢＮ砥粒の摩耗がそのまま砥石の寿命となるため、ＣＢＮ砥粒の摩耗を防ぐ手立てが要望されていた。

また、特許文献１は、八面体結晶のダイヤモンドの結晶面の硬さ特性の方向を考慮してドレッシングするロータリダイヤモンドドレッサとしている。しかし、ダイヤモンドと違ってＣＢＮ砥粒においては、さまざまな結晶形状の単結晶砥粒があり、ＣＢＮ砥粒の特定の結晶形状において、その結晶方位を考慮することによって、ＣＢＮ砥石の性能の向上に寄与させるよう想到することは大変困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためその目的は、ＣＢＮ砥粒の結晶方位を考慮することで、砥石性能を飛躍的に向上させたＣＢＮ砥石を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、研削盤の砥石台に回転軸線回りに軸承された砥石軸に装着されるコアの周囲に複数個のＣＢＮ砥粒と結合剤とを含む砥粒層が形成されるＣＢＮ砥石において、各前記ＣＢＮ砥粒は、前記ＣＢＮ砥粒中で最も広い面となっている｛１１１｝面と該｛１１１｝面に平行な他の｛１１１｝面とを有する単結晶体の板状砥粒であり、前記砥粒層には、砥石外周面に対して各前記ＣＢＮ砥粒の｛１１１｝面及び他の｛１１１｝面が直角方向に配向されて設けられていることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記他の｛１１１｝面は、前記ＣＢＮ砥粒中で２番目に広い面となっていることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記コアは金属製であり、前記結合剤は電着メッキであることである。

請求項１に係る発明によれば、砥石外周面に対して板状ＣＢＮ砥粒結晶の｛１１１｝面及び他の｛１１１｝面が直角となるように配向する。かかる場合、最も広い平板面である｛１１１｝面と他の｛１１１｝面とが板状砥粒の広い両面を形成するのに対し、研削によってＣＢＮ砥粒結晶の摩耗される面は狭い面となる。そのため、連続加工により砥粒が摩耗しても砥粒の工作物に対する接触面積は大きく変化せず、研削抵抗を増加させることがない。また、上記の摩耗される面は、劈開摩耗により細かな凹凸面となるため、平滑に摩滅摩耗した場合に比べ摩擦力が少なくなり、研削抵抗を下げることができる。従って、研削焼けや精度不良を生じさせない高い性能を維持することができる。

請求項２に係る発明によれば、板状砥粒は最も広い面である｛１１１｝面と２番目に広い面である他の｛１１１｝面という二つの広い｛１１１｝面で挟まれた板状なので、例えば正八面体砥粒などに比べすくい角のばらつきが少ないため、個々の砥粒における加工時の抵抗及び摩耗量にばらつきが少なく、所望の仕上げ面粗さを容易に得ることができる。

請求項３に係る発明によれば、砥粒層が単層であることから、電導性のあるコアの外周にＣＢＮ砥粒を電着で設けることで、砥石の外周面に対して直角な方向に砥粒を容易に設けることが可能である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る研削方法およびそれに用いる砥石を図面に基づいて説明する。図１は周囲にＣＢＮ砥粒を含む砥粒層２が電着により形成されたＣＢＮ砥石としてのＣＢＮ電着砥石４を示し、図２はＣＢＮ電着砥石４を装着させる研削盤の例を示す図である。

ＣＢＮ電着砥石４は、鉄又はアルミニウム等の金属で成形された円盤状のコア８と、該コア８の外周面に結合剤（ニッケルメッキ）１２（図７参照）によりＣＢＮ砥粒６が電着されて形成された単層の砥粒層２とから構成されている。

ＣＢＮ電着砥石４は、図２に示す研削盤４０の砥石台４１に軸線Ｏ回りに回転駆動可能に軸承された砥石軸４２にコア８で装着される。研削盤４０の工作物支持装置４３には工作物Ｗが回転駆動可能に支承され、砥石台４１の前進により砥石４の砥粒層２に形成された研削面４５が工作物Ｗに当接して工作物Ｗの外周面を研削加工するよう構成されている。

また、図５示すＣＢＮ砥粒６の単結晶体は、図３及び図４に示すように、六角形状の｛１１１｝面Ａと三角形状の｛１１１｝面Ｂとその他の結晶面とから構成される板状砥粒である。ここで、｛１１１｝面Ａは、ＣＢＮ砥粒６の中で最も広い面であり、他の｛１１１｝面Ｂは、２番目に広い面である。これらの広い面である二つの｛１１１｝面Ａ，Ｂは、原子が積み重なった最密面であり、ＣＢＮ砥粒６は、これらの｛１１１｝面Ａ，Ｂに平行な方向には、高度の耐摩耗性を有している。なお、その他の結晶面としていずれも図示を略す（１００）面、（０１０）面及び（００１）面は各軸で９０度回転させると一致する等価な面であり、まとめて{１００}面と表される。ＣＢＮ電着砥石４は、複数のＣＢＮ砥粒６が夫々砥石外周面に直角に｛１１１｝面Ａ，Ｂが配向されて単層の砥粒層がコア８の外周に形成されている。そして、各ＣＢＮ砥粒６は、図７に示すように、層状に形成された結合剤１２に全体の５０〜７０％（望ましくは６０％）が埋め込まれて構成されている。

ここで、様々な形状を含むＣＢＮ砥粒６から、広い｛１１１｝面Ａ，Ｂを有する板状砥粒を選別する方法の例を以下に説明する。まず、図８に示すように、外周側から中央側に向けて下方に推移する階段状の底面を有するすり鉢状の選別容器５０を設け、選別容器５０を例えばスライダークランク機構を有する水平振動装置５２に据付ける。そして、選別容器５０の外周側の階段上部５０ａに、選別するＣＢＮ砥粒郡６を配置する。そして、細かい水平振動を選別容器５０に与える。すると、比較的丸い形状の砥粒等転がりやすい形状のＣＢＮ砥粒６ａは、上段（階段上部）５０ａより中段５０ｂさらに中央側の下段５０ｃへ転がり落ち、転がりにくい板状ＣＢＮ砥粒６ｂは階段上部５０ａに残る。そして、下段５０ｃに溜まった砥粒６ａを除き、階段上部５０ａに残った板状ＣＢＮ砥粒６ｂを使用する。

そして、選別された板状ＣＢＮ砥粒６ｂは、例えば以下の方法でコア８の外周面に配置される。まず、粘着剤２４が表面に塗布されたフィルム状テープ２６（図９参照）に、例えば細い吸着ノズルを備えた多軸制御ロボット（図略）により、図１０及び図１１に示すように、各板状ＣＢＮ砥粒６ｂを吸着して互いに平行になるように並べてゆく。このテープ２６の巾は、コア８の外周巾と略同一とし、長さはコア８の外周を一周して覆う長さのものである。このようにテープ２６に板状ＣＢＮ砥粒６ｂを、コア８の外周を覆う長さまで並べた後、図１２に示すように、板状ＣＢＮ砥粒６ｂが突き出した面を内側にしてコア８の外周を１周させて取り囲む。そして、各板状ＣＢＮ砥粒６ｂの先端をコア８の外周面に当接させて、該砥粒６ｂがコア外周面の法線方向に立つようにしてフィルム状テープ２６とコア８とが相対移動しないように固定する。次に図１３に示すように、電着によりニッケルメッキ（結合剤１２）を行う。そして、図１４に示すように、フィルム状テープ２６を除去することにより、ＣＢＮ電着砥石４を形成する。なお、この製造方法のように、フィルム状テープを使用してコア８の外周面に板状ＣＢＮ砥粒６ｂを配置することに限定されず、例えば、多軸制御ロボットにより直接コア外周に配置することにより砥粒を砥石の外周面に直角に配向配置しても良い。

次に、上記のように構成されたＣＢＮ電着砥石４の作動について以下に説明する。ＣＢＮ電着砥石４は、研削盤４０の砥石台４１に軸承された砥石軸４２にコア８で装着されて回転駆動され、工作物Ｗは主軸台及び心押台からなる工作物支持装置４３に支承されて回転駆動される。砥石カバー４４に取り付けられた図略のクーラントノズルからＣＢＮ電着砥石４の研削面４５と工作物Ｗとの間の接触面に向けて研削液が供給され、砥石台４１が工作物Ｗに向かって研削送りされ、ＣＢＮ電着砥石４により工作物Ｗが研削加工される。研削の際には、砥石外周面に対して板状ＣＢＮ砥粒結晶の広い｛１１１｝面Ａ，Ｂが直角となるように配向されているので、逃げ面は連続加工により摩耗しても砥粒の工作物に対する接触面積は大きく変化しない。

上記のように構成されたＣＢＮ電着砥石４の作用について以下に説明する。本実施形態のＣＢＮ電着砥石４によれば、砥石外周面に対して板状ＣＢＮ砥粒結晶の｛１１１｝面Ａ，Ｂを直角となるように配向する。かかる場合、最も広い平板面である｛１１１｝面Ａと該｛１１１｝面Ａに平行な他の｛１１１｝面Ｂとが板状砥粒の広い両面を形成するのに対し、研削によってＣＢＮ砥粒結晶の摩耗される面（逃げ面）は狭い面である。そのため、連続加工により砥粒が摩耗しても砥粒の工作物に対する接触面積は大きく変化せず、研削抵抗を増加させることがない。また、上記の摩耗される面は、劈開摩耗により細かな凹凸面となるため、平滑に摩滅摩耗した場合に比べ摩擦力が少なくなり、研削抵抗を下げることができる。従って、研削焼けや精度不良を生じさせない高い性能を維持することができる。

また、使用されるＣＢＮ砥粒６ｂは、最も広い面である｛１１１｝面と２番目に広い面である他の｛１１１｝面という二つの広い｛１１１｝面で挟まれた板状なので、例えば正八面体砥粒などに比べすくい角のばらつきが少ないため、個々の砥粒６における加工時の抵抗及び摩耗量にばらつきが少なく、所望の仕上げ面粗さを容易に得ることができる。

また、砥粒層２が単層であることから、電導性のあるコア８の外周にＣＢＮ砥粒６を電着で設けることで、砥粒６を容易に所定方向に設けることが可能である。

なお、上記実施形態においては、ニッケルメッキによる電着で、ＣＢＮ砥粒を保持させるものとしたが、これに限定されず、例えば低融点メタルボンドを結合剤として使用することができる。

また、最も広い｛１１１｝面Ａに平行な｛１１１｝面Ｂは、ＣＢＮ砥粒中で面積が２番目に広い面としたが、これに限定されず、｛１１１｝面Ｂは、板状の砥粒の広い面を形成するものであれば２番目以外、例えば３番目に広い面であってもよい。

本発明の第１の実施形態を示す砥石の全体図。 ＣＢＮ砥石を装着した研削盤で工作物を研削する状態を示す図。 ＣＢＮ砥粒の結晶体の｛１１１｝面を示す図。 ＣＢＮ砥粒の結晶体の｛１１１｝面を示す図。 ＣＢＮ砥粒を示す図。 ＣＢＮ砥粒を示す図。 ＣＢＮ砥粒がメッキ層に埋め込まれた状態を示す図。コアの外周に板状砥粒を設ける方法を示す図。 板状砥粒の選別方法を示す図。 フィルム状テープを示す断面図。 フィルム状テープにＣＢＮ砥粒が設けられた状態を示す図。 フィルム状テープにＣＢＮ砥粒が設けられた状態を示す図。 フィルム状テープを使った製造工程を示す図。 フィルム状テープを使った製造工程を示す図。 フィルム状テープを使った製造工程を示す図。 従来例のＣＢＮ砥石を示す図。 従来例のＣＢＮ砥石を示す図。 従来例のＣＢＮ砥粒の摩耗状態を示す図。

符号の説明

２・・・砥粒層、４・・・ＣＢＮ砥石（ＣＢＮ電着砥石）、６・・・ＣＢＮ砥粒、６ｂ・・・板状砥粒（板状ＣＢＮ砥粒）、８・・・コア、１２・・・結合剤（電着メッキ・ニッケルメッキ）、４０・・・研削盤、４１・・・砥石台、４２・・・砥石軸、Ａ・・・｛１１１｝面、Ｂ・・・他の｛１１１｝面。

Claims (3)

1. 研削盤の砥石台に回転軸線回りに軸承された砥石軸に装着されるコアの周囲に複数個のＣＢＮ砥粒と結合剤とを含む砥粒層が形成されるＣＢＮ砥石において、
   各前記ＣＢＮ砥粒は、前記ＣＢＮ砥粒中で最も広い面となっている｛１１１｝面と該｛１１１｝面に平行な他の｛１１１｝面とを有する単結晶体の板状砥粒であり、前記砥粒層には、砥石外周面に対して各前記ＣＢＮ砥粒の｛１１１｝面及び他の｛１１１｝面が直角方向に配向されて設けられていることを特徴とするＣＢＮ砥石。
2. 請求項１において、前記他の｛１１１｝面は、各前記ＣＢＮ砥粒中で２番目に広い面となっていることを特徴とするＣＢＮ砥石。
3. 請求項１又は２において、前記コアは金属製であり、前記結合剤は電着メッキであることを特徴とするＣＢＮ砥石。
   

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