JPH09225823A - 研削ホイールの装着構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 幅広の砥石車を高周速で回転させても安定し
た研削を行うことができる研削ホイールの装着構造を提
供する。 【解決手段】 砥石軸３と研削ホイール２の接合部Ａを
跨いで左右両側から連結フランジ５が当接されるととも
に、この連結フランジ５を介して研削ホイール２と砥石
軸３の双方に複数の締め付けボルト６が締め込まれる。
そのため、遠心膨張による研削ホイール２の拘束力の低
下がなく、研削ホイール２の中心のずれを防止できる。
さらに、研削ホイール２の左右両側が固定されることか
ら、砥石車の外周面がテーパ状になることも防止され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研削ホイールを砥石
軸に装着する構造に関し、さらに詳細には、軸方向の長
さが１５０ｍｍ以上の研削ホイールを周速６０ｍ／秒を
越えて使用する研削盤において、研削ホイールの遠心膨
張に起因する諸問題を解決する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の砥石の場合、砥石周速６０ｍ／秒
を越えて使用すると遠心力で破壊する危険があるため、
これまで各種研削における砥石周速は、速いものでも６
０ｍ／秒であった。

【０００３】ところで、近時この種の研削盤において
は、その生産能力の向上を図るため砥石車の周速を高め
る傾向にあり、砥石幅が砥石車の直径に対して小さい
（すなわち「幅狭」の）砥石車を用いる円筒研削盤や平
面研削盤では、現在、周速６０ｍ／秒から速いもので２
００ｍ／秒以上のものが実用化されるに至っており、実
験段階にあるものまでも含めると周速３００ｍ／秒を実
現するものまで現れている。

【０００４】このように高周速で用いられる砥石車の研
削ホイールは、本体をアルミニウム合金や鉄系合金等の
金属、あるいは繊維強化樹脂で製作して強度の向上を図
り、本体の外周部にダイヤモンドやＣＢＮの砥粒層が形
成されている。さらに遠心力による膨張を小さくするた
めに、研削ホイールの内径を小さくする工夫をしてい
る。この結果、砥石車ａの砥石軸ｂへの装着は従来の踏
襲で、例えば図１０(a)に示すように砥石フランジｃ，
ｅで研削ホイールｈの側面を挟んでナットｉで締めつけ
るか、あるいは図１０(b) に示すように砥石軸ｂの一側
面に研削ホイールｈをボルトｄで固定する方法で十分に
対応できている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように高速用研削ホイールが円筒研削盤等に使用されつ
つある現状においても、主にセンタレス研削盤（図１１
参照）のように砥石幅ｌが砥石車ａの直径に対して大き
い（すなわち「幅広」の）砥石車ａを備える研削盤に適
用する場合、図１０(a),(b) に示す従来の装着方法では
以下のような問題があり、かかる高周速化の要求に十分
に対応できていなかった。

【０００６】すなわち、幅広の砥石車にあっては、砥石
軸ｂが長くなるため、剛性上の理由により研削ホイール
ｈの内径を大きくせざるを得ず、砥石車ａを高周速で回
転させると、回転による遠心力の作用で砥石車全体が図
６の点線で示すように外側に撓んで浮き上がってしまい
（以下この状態を「遠心膨張」という）、またそれに伴
って研削ホイールｈの幅も一時的に縮んでしまう。その
ため、従来のように砥石車ａ（研削ホイールｈ）を挟持
して保持する構造では、固定フランジｃ、自由フランジ
ｅ双方の把持面ｇ，ｆによる研削ホイールｈ側面の拘束
力が弱まり、装着時に位置決めした研削ホイールｈの中
心がずれてしまうという問題があった。

【０００７】しかも、図１１に示すように、上記のよう
な従来の装着構造においては、通常、研削ホイールｈの
内周面と固定フランジｃの外周面との間には研削ホイー
ルｈの装着を容易にするための遊び空間が形成されてい
ることから、このような研削ホイールｈの中心のずれは
一層大きなものとなってしまう。そして研削を中断する
等、一旦砥石車ａの回転が停止すれば砥石車ａは再び元
の寸法に復帰するが、軸心に対して元の位置には正確に
戻らず、連続して研削を行うには再度研削ホイールｈの
位置決め、あるいは外周ツルーイングとバランシングを
やり直す必要を生じていた。

【０００８】また、後述するように図５に示す装着方法
では、固定フランジ側と自由フランジ側とでは膨張量
（浮き上がりの量）が異なることから、砥石車の回転時
すなわち研削時に砥石車の外周面が略テーパ状に変形し
てしまい、精密な研削を行うことができないという問題
もあった。

【０００９】本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、幅広の砥
石車を高周速で回転させても安定した研削を行うことが
できる研削ホイールの装着構造を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、本発明は、研削ホイールの外周に砥粒層
が形成された砥石車を備えた研削盤において、上記砥石
車を回転させる砥石軸への研削ホイールの装着構造であ
って、上記研削ホイールの内周面と、上記砥石軸のホイ
ール装着面とが係合するように、上記研削ホイールが上
記砥石軸に嵌挿され、上記研削ホイールと砥石軸との左
右の接合部において連結フランジが当接され、この連結
フランジを介して上記研削ホイールと砥石軸の双方に複
数の締め付けボルトが締め込まれていることを特徴とす
る。なお、ここで「左右の接合部」とは、研削ホイール
の左右両端面における砥石軸との接合部分を意味する。

【００１１】このように、本発明においては、砥石軸と
研削ホイールの左右の接合部において連結フランジが当
接されるとともに、この連結フランジを介して上記研削
ホイールと砥石軸の双方に複数の締め付けボルトが締め
込まれることから、研削ホイールが砥石軸に強固に固定
される。そのため、遠心膨張による研削ホイールの拘束
力の低下がなく、研削時の研削ホイールの中心のずれを
防止できる。さらに、研削ホイールの左右両側が固定さ
れることから、研削ホイール左右両側の膨張量も等しく
なり、砥石車の外周面がテーパ状になることも防止され
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。 実施形態１

【００１３】本発明に係る研削ホイールの装着構造を図
１から図３に示し、この構造は、幅広の砥石車１を高周
速で用いる研削盤において、砥石車１の研削ホイール２
を砥石軸３へ装着する構造であり、以下に示す実施形態
はいずれも本発明をセンタレス研削盤に適用した例であ
る。なお、図において５は連結フランジ、６は締め付け
ボルトを示す。

【００１４】砥石車１は、高周速での使用に適した構造
の砥石車であって、該砥石車１の核となる研削ホイール
２と、その研削ホイールの外周部に形成されたダイヤモ
ンドやＣＢＮ等からなる砥粒層４とから構成される。そ
して、本発明においては、上述のように、その砥石幅ｌ
が砥石車１の直径に対して大きい幅広の砥石車が用いら
れる。

【００１５】この研削ホイール２は、図１および図２に
示すように、その中心部に上記砥石軸３と密着状態で嵌
合可能な貫通穴が形成されるとともに、内周側と外周側
とで異なった材質を用いた二層構造とされる。つまり、
内周側にはアルミニウム等の軽金属ないしは軽合金等の
金属からなる金属層２２が形成されるとともに、外周側
（外側）には炭素繊維強化樹脂（以下「ＣＦＲＰ」とい
う）からなるＣＦＲＰ層２３が形成されている。そし
て、この内周側（内側）の金属層２２には、その左右両
端面に後述する締め付けボルト６と係合可能なねじ穴２
２ａ，２２ａ，…がそれぞれ所定箇所に複数設けられて
いる。

【００１６】砥石軸３は、上記砥石車１と係合して砥石
車１を高周速で回転させる回転軸であり、上記研削ホイ
ール２を装着する位置に隆起状のボス部３１が回転軸３
の全周にわたって形成されている。このボス部３１の外
周面（ホイール装着面）３１ａは、上記砥石車１の内周
面２ａに密着状態で係合可能な形状とされ、その左右両
端面にフランジ当接面３１ｂが形成されている。

【００１７】このフランジ当接面３１ｂは、研削ホイー
ル２が装着された状態において、上記研削ホイール２の
左右両端面と面一となるように形成されている。また、
このフランジ当接面３１ｂには、後述する締め付けボル
ト６と係合可能なねじ穴３１ｃ，３１ｃ，…がそれぞれ
所定箇所に複数設けられている。なお、この砥石軸３
は、図示しない回転駆動源と連結されるとともに、軸受
け装置により軸受けされて回転可能に支持されている。

【００１８】連結フランジ５は、図３に示すように、上
記研削ホイール２と砥石軸３とを連結固定するための部
材であり、上記研削ホイール２と砥石軸３との接合部Ａ
の全周にわたって密着状に当接可能な環状体から構成さ
れる。

【００１９】より具体的には、この連結フランジ５は、
上記フランジ当接面３１ｂおよび研削ホイール２に形成
された上記ねじ穴２２ａ，３１ｃの全てを被覆可能な幅
および径を有する金属製の板状体から構成される。そし
て、この連結フランジ５には、上記締め付けボルト６と
係合可能なねじ穴５ａ，５ａ，…が所定箇所に該フラン
ジ５を貫通して複数形成されている。

【００２０】締め付けボルト６は、上記ねじ穴２２ａ，
３１ｃおよび５ａにそれぞれ係合可能な金属製のボルト
体から構成され、好ましくは緩み止め機構を備えたボル
トが用いられる。また、この締め付けボルト６の強度や
その取り付け位置（上記ねじ穴が形成される「所定箇
所」）さらには上記連結フランジ５の厚み幅等は、日本
工業規格等の各種安全基準に従って決定される（なお、
図示例においては８か所、計１６本の締め付けボルト
６，６，…が用いられた例を示す）。したがって、それ
らの事項についてはかかる安全基準に従って適宜設計変
更され得る。

【００２１】次に本発明に係る研削ホイールの装着構造
を装着手順とともに説明する。

【００２２】まず、砥石軸３が研削ホイール２を貫通
し、かつ研削ホイール２の内周面２ａが上記ボス部３１
の外周面３１ａに密着状に係合するように、上記研削ホ
イール２の貫通穴２１を砥石軸３に嵌挿させる。この嵌
挿にあたっては、上記ボス部３１のフランジ当接面３１
ｂと研削ホイール２の左右両端面とが面一となる位置ま
で研削ホイール２が嵌め込まれる。

【００２３】そして、次に研削ホイール２と砥石軸３と
の接合部Ａに、左右両側からそれぞれの上記連結フラン
ジ５を、これらのねじ穴２２ａ，３１ｃと５ａとがそれ
ぞれ対応するように密着状に当接させるとともに、これ
らのねじ穴２２ａ，３１ｃ，５ａに連結フランジ５の外
側から該連結フランジ５を貫通するように締め付けボル
ト６，６，…を締め込むことで、砥石軸３への研削ホイ
ール２の装着が完了する。なお、研削ホイール２の交換
にあたっては、上記締め付けボルト６および連結フラン
ジ５を取外すことにより、研削ホイール２の交換が可能
となる。

【００２４】このようにして砥石軸３へ装着された研削
ホイール２は、研削ホイール２の内周面２ａとボス部３
１の外周面３１ａとが隙間なく装着されるとともに、上
記連結フランジ５および締め付けボルト６，６，…を介
して研削ホイール２と砥石軸３とが強固に締め付け固定
されることから、幅広の砥石車１を用いてこれを高周速
で使用しても、従来の装着構造におけるような遠心膨張
に伴う問題を生じることがない。

【００２５】以下、この点を有限要素法による解析結果
を基に簡単に説明する（図４参照）。

【００２６】まず、図４は砥石車１がスチール（ＳＣ
Ｍ）製である場合に、これを毎秒５０００回転（周速１
２０ｍ／秒）で使用した場合を例にとったもので、この
場合、図４(a) に示すように、砥石車１が本発明のよう
に締め付けボルト６で固定されていない自由な中空円筒
と仮定すると、遠心膨張によって砥石車１の外周が半径
方向に０．０４２ｍｍ膨張することとなる（図において
遠心膨張前の砥石車の状態を点線で示す。以下図５にお
いても同じ）。

【００２７】これに対し、本発明のように、連結フラン
ジ５を介して砥石車１と砥石軸３とを左右両側から締め
付けボルト６によって締め付け固定した場合は、図４
(b) に示すように、砥石車１の外周の半径方向への膨張
量は０．０３５ｍｍとなり、図４(a) の場合に比べると
かなり軽減されることとなる（この場合、連結フランジ
５と砥石車１および砥石軸３との接合面ｘでのスリップ
はないものと仮定する）。

【００２８】ちなみに、図５は図４と同様の条件の下
で、砥石車１の一方の端面のみをボルト締めにて砥石軸
３に固定した場合であるが、この場合には、砥石軸３の
回転による遠心力によって、自由側の端面部分と固定側
の端面部分の膨張量に０．０２３ｍｍ（ 0.047mm− 0.0
24mm＝0.023mm)もの差が出てしまう。そのため、この場
合には、従来と同様に砥石車１の外周面が略テーパ状に
変形してしまうという問題を生じてしまう（なお、この
場合も上記同様砥石車１の端面と砥石軸３との接合面ｘ
でのスリップはないものと仮定する）。

【００２９】これに対し、本発明による場合には、図４
(b) に示すように、砥石車１の左右両端側の膨張量は同
じであることから、砥石車１の外周面がテーパ状になる
ことがなく、しかもその中央部分と両端部分との膨張量
の差はわずかに０．００２ｍｍ（ 0.035mm− 0.033mm＝
0.002mm)と十分に小さいものであることから、実際の研
削にあたって問題を生じることがない。

【００３０】以上のように、本発明による場合には、従
来の装着構造に比べて、遠心膨張による影響をかなり低
く押さえることができ、従来より安定した研削が実現で
きることが判明している。

【００３１】実施形態２ 本発明に係る他の実施形態を図６ないし図８に示す。こ
れらはいずれも、上記研削ホイール２と砥石軸３のうち
の少なくとも一方に一体型連結フランジを備えるもので
ある。

【００３２】すなわち、図６に示す形態においては、砥
石軸３のボス部３１の一端外周部に突出状の一体型連結
フランジ５１が設けられ、この一体型連結フランジ５１
と連結フランジ５との間研削ホイール２を挟み込んで、
これらをボルト締めにより固定するものである。

【００３３】また、図７の形態においては、研削ホイー
ル２の一端内周部に内向きに突出状の一体型連結フラン
ジ５２が設けられ、この一体型連結フランジ５２と連結
フランジ５とで砥石軸３のボス部３１を挟み込んで、こ
れらをボルト締めにより固定するものである。

【００３４】さらに、図８の形態においては、研削ホイ
ール２および砥石軸３の双方に上記一体型連結フランジ
５１，５２がそれぞれ設けられており、これらの一体型
連結フランジ５１，５２をボルト締めすることにより両
者が固定されている。

【００３５】なお、本発明に係る研削ホイールの装着構
造は上述の実施形態に限定されることなく適宜設計変更
可能である。例えば、上記の実施形態は本発明をセンタ
レス研削盤に適用した例を示しているが、本発明は幅広
の砥石車を高周速で用いる研削盤であれば平面研削盤や
円筒研削盤等の他の研削盤に適用することも可能であ
る。

【００３６】また、上記実施形態１の場合において、締
め付けボルト６は左右の連結フランジ５，５にそれぞれ
締め込まれているが、図９に示すように、締め付けボル
ト６１を研削ホイール２を貫通するように連結フランジ
５，５間に締め込む構成とすることも可能である。

【００３７】さらに、図示しないが、上記研削ホール２
の全体をＣＦＲＰからなるＣＦＲＰ層２３で構成すると
ともに、上記ねじ穴２２ａに替えて上記締め付けボルト
６，６，…の締め込み位置に当該締め付けボルト６と係
合可能なねじ穴を有する部材を埋設しておくことも可能
であり、このように研削ホイール２の全体をＣＦＲＰで
構成することによって、砥石車１の重量を上記の場合よ
り大幅に軽減することができるという効果も得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、研
削ホイールが砥石軸のホイール装着面に嵌挿された状態
において、研削ホイールと砥石軸との左右の接合部にお
いて連結フランジが当接され、この連結フランジを介し
て上記研削ホイールと砥石軸の双方に複数の締め付けボ
ルトが締め込まれていることから、砥石車を高周速で回
転させて遠心膨張によって砥石幅が縮んでも、研削ホイ
ールが連結フランジを介して研削ホイールと連結固定さ
れているため、研削ホイールの中心がずれることがな
い。

【００３９】したがって、研削加工中においては常にバ
ランスの良い安定した研削が行える他、研削を一時中断
し再び研削を開始する場合においても、位置決めのやり
直しが不要となる。

【００４０】しかも、研削ホイールの左右両端で砥石軸
から浮き上がる量が少なく、またその量も等しいので、
研削ホイールの外周面がテーパ状に変形するということ
も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施形態１である研削ホイールの
装着構造を示す正面図である。

【図２】図１のII-II 線に沿った断面図である。

【図３】同研削ホイールの装着構造における連結フラン
ジの当接位置を示す図１の拡大図である。

【図４】同研削ホイールの装着構造の効果を有限要素法
に基づいて計算した結果を示す説明図であり、図４(a)
は砥石車を固定しないで自由にした場合を示し、図４
(b) は本発明に係る装着構造による場合を示す。

【図５】同研削ホイールの片側のみを固定した場合を有
限要素法に基づいて計算した結果を示す説明図である。

【図６】同研削ホイールの装着構造において、砥石軸に
一体型連結フランジを適用した場合を示す説明断面図で
ある。

【図７】同研削ホイールの装着構造において、研削ホイ
ールに一体型連結フランジを適用した場合を示す説明断
面図である。

【図８】同研削ホイールの装着構造において、砥石軸お
よび研削ホイールの双方に一体型連結フランジを適用し
た場合を示す説明断面図である。

【図９】同研削ホイールの装着構造における締め付けボ
ルトの改変例を示す説明断面図である。

【図１０】従来の砥石車の装着構造の一例を示し、図１
０(a) は研削ホイールを砥石フランジで挟み込むもの
を、図１０(b) は研削ホイールを砥石軸の一側面にボル
トで固定する方法を示す説明断面図である。

【図１１】従来の砥石車の装着構造を幅広砥石車に適用
した例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 砥石車 ２ 研削ホイール ２ａ 内周面 ２２ 金属層 ２２ａ ねじ穴 ２３ ＣＦＲＰ層（炭素繊維強化樹脂
層） ３ 砥石軸 ３１ ボス部 ３１ａ 外周面（ホイール装着面） ３１ｂ フランジ当接面 ３１ｃ ねじ穴 ４ 砥粒層 ５ 連結フランジ ５ａ ねじ穴 ５１，５２ 一体型連結フランジ ６，６１ 締め付けボルト ７ ナット体 Ａ 接合部 ｌ 砥石幅

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研削ホイールの外周に砥粒層が形成され
   た砥石車を備えた研削盤において、上記砥石車を回転さ
   せる砥石軸への研削ホイールの装着構造であって、 上記研削ホイールの内周面と、上記砥石軸のホイール装
   着面とが係合するように、上記研削ホイールが上記砥石
   軸に嵌挿され、 上記研削ホイールと砥石軸との左右の接合部において連
   結フランジが当接され、 この連結フランジを介して上記研削ホイールと砥石軸の
   双方に複数の締め付けボルトが締め込まれていることを
   特徴とする研削ホイールの装着構造。
2. 【請求項２】 上記研削ホイールと砥石軸のうち少なく
   とも一方が一体型連結フランジを備える請求項１に記載
   の研削ホイールの装着構造。
3. 【請求項３】 上記研削ホイールが、内側の金属層と外
   側の炭素繊維強化樹脂層とから構成されるとともに、上
   記締め付けボルトが上記金属層に設けられたねじ穴に締
   め込まれている請求項１または２に記載の研削ホイール
   の装着構造。