(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
円板状のベースの周縁部の外周および側面にダイヤモンドあるいはCBN等の砥粒をめっきにて固着して円環状の砥粒層を形成し、工作物の対向面を研削する電着砥石であって、
前記砥粒層の内周側に、前記砥粒が固着されていないディンプルを円周方向に間隔を有して複数設け、
該ディンプルを前記砥粒層の内周部にのみ開口させた、
ことを特徴とする電着砥石。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載されているようなマスキングによって砥粒の集中度をコントロールする方式のものでは、砥粒集中度のコントロールの自由度が小さく、砥粒へのクーラントの供給が難しい問題がある。
【0006】
本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなされたもので、ディンプルの形成によって、砥粒の集中度を自在にコントロールでき、しかも、砥粒へのクーラントの供給を有効に行い得る電着砥石を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するため、請求項1に係る発明の特徴は、円板状のベースの周縁部の外周および側面にダイヤモンドあるいはCBN等の砥粒をめっきにて固着して円環状の砥粒層を形成し、工作物の対向面を研削する電着砥石であって、前記砥粒層の内周側に、前記砥粒が固着されていないディンプルを円周方向に間隔を有して複数設け、該ディンプルを前記砥粒層の内周部にのみ開口させた電着砥石である。
【0008】
請求項2に係る発明の特徴は、円板状のベースの周縁部の側面にダイヤモンドあるいはCBN等の砥粒をめっきにて固着して円環状の砥粒層を形成し、工作物の対向面を研削する電着砥石であって、前記砥粒層の内周側に、前記砥粒が固着されていないディンプルを円周方向に間隔を有して複数設け、該ディンプルを前記砥粒層の内周部にのみ開口させた電着砥石である。
【0009】
請求項3に係る発明の特徴は、前記ディンプルは、円形状からなる請求項1または請求項2に記載の電着砥石である。
【0010】
請求項4に係る発明の特徴は、前記ディンプルは、半円より大きな円形状からなる請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電着砥石である。
【0011】
請求項5に係る発明の特徴は、前記ディンプルの面積を、前記ベースの周縁部側面の表面積の20〜60%とした請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電着砥石である。
請求項6に係る発明の特徴は、前記対向面は、工作物の内周に開口する溝に形成されたものである請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電着砥石である。
【発明の効果】
【0012】
請求項1および請求項2に係る発明によれば、円環状の砥粒層の内周側に、砥粒が固着されていないディンプルを円周方向に間隔を有して複数設け、ディンプルを砥粒層の内周部にのみ開口させたので、ディンプルの大きさあるいは個数によって砥粒の集中度を自在にコントロールすることができる。
【0013】
また、ディンプルは、砥粒層の内周部にのみ開口しているので、電着砥石に供給されたクーラントをディンプル内に保持することができ、ディンプルを介して砥粒全体にクーラントを的確に供給できるようになり、電着砥石を効果的に冷却することが可能となる。これによって、研削焼けや研削熱による砥粒の脱落を抑制でき、砥石寿命を延ばすことができる。
【0014】
請求項3に係る発明によれば、ディンプルは、円形状からなっているので、電着砥石の製造時に、接着剤をディスペンサ等を用いてベースの周縁部両側面に点着などすることにより、円形状のディンプルを容易に形成することができる。
【0015】
請求項4に係る発明によれば、ディンプルは、半円より大きな円形状からなっているので、ディンプルの両側に鋭角状の切刃を形成することができ、鋭角状の切刃によって、工作物の内周に形成された溝等を高精度に研削することができる。
【0016】
請求項5に係る発明によれば、ディンプルの面積を、ベースの周縁部両側面の表面積の20〜60%としたので、内周刃の砥粒集中度が低減され、内周刃による研削精度を向上することができる。
請求項6に係る発明によれば、対向面は、工作物の内周に開口する溝に形成されたものであるので、電着砥石によって工作物の内周の溝を研削する際においても、ディンプルを介して砥粒全体にクーラントを的確に供給できるようになり、電着砥石を効果的に冷却することが可能となり、研削焼けや研削熱による砥粒の脱落を抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る電着砥石10の全体を示すもので、当該電着砥石10は、薄肉円板状の金属ベース11を備え、金属ベース11の中心部には後述する研削装置の回転軸に取付けられる取付穴11aが形成されている。また、金属ベース11の両側面には、
図2に示すように、外周部付近に所定幅の環状溝11bが形成され、その環状溝11bより外周側の周縁部および外周面の一部または全部が電着面12となっている。電着面12には、ダイヤモンドあるいはCBNからなる多数の砥粒13がめっきにて固着され、金属ベース11の両側面に円環状の砥粒層14を形成している。
【0019】
なお、環状溝11bと電着面12とは傾斜部で接続され、また、環状溝11bの内周側の両側面には、後述する静圧軸受によって静圧支持される平滑面11cが形成されている。
【0020】
金属ベース11の両側面に形成された円環状の砥粒層14には、
図3に示すように、砥粒13が存在しないディンプル15が円周上等角度間隔に多数形成され、砥粒13の集中度を低減している。ディンプル15は、円の一部が欠けた半円よりも大きな円形をなしている。金属ベース11の外周側におけるディンプル15の外縁は、円環状の砥粒層14の外周より径方向の内側にあり、かつ金属ベース11の内周側におけるディンプル15の外縁は、円環状の砥粒層14の内周に開口されている。
【0021】
すなわち、
図3に示すように、ディンプル15は、その中心O1が砥粒層14上にあって、砥粒層14の外周側が閉じられ、内周側が開口された形状を呈している。これによって、砥粒層14の外周には、円周方向に連続した外周刃14aが形成され、砥粒層14の内周には、円周方向に分断された鋭角状の切刃14b1をもつ内周刃14bが各ディンプル15の両側に形成されている。
【0022】
ここで、ディンプル15の総面積を、金属ベース11の周縁部両側面の表面積の20〜60%とすることが適切であり、これによって、内周刃14bの砥粒集中度を大幅に低減することができ、内周刃14bによる研削精度を向上できる。
【0023】
このように、本実施の形態における電着砥石10は、上記した構成のディンプル15の形成によって、砥粒13の集中度を自在にコントロールできるようになっているので、研削時における作用砥粒数を容易に減らすことが可能となり、研削抵抗を低減して電着砥石10の切れ味を向上できるようにしている。
【0024】
しかも、ディンプル15は、半円より大きく、砥粒層の内周部にのみ開口しているので、
図3に示すように、砥粒層14の外周側に周方向に連続した外周刃14aが形成されるとともに、砥粒層14の内周側に周方向に分断された鋭角状の切刃14b1をもつ内周刃14bが形成されることになる。
【0025】
次に、上記した構成の電着砥石10を製造する方法について説明する。まず、金属ベース11を
図2に示すように所定の形状に加工する。次いで、
図4に示すように、砥粒13を電着する電着面12を除いて金属ベース11の両側面(環状溝11bを含む)に絶縁剤31を塗ってマスキングする。その状態で、図略のディスペンサを使用して、金属ベース11の両側面の電着面12にジェル状の接着剤32を円周上等角度間隔に点着し、砥粒13を電着させない部位を形成する。
【0026】
なお、溝研削用の電着砥石10にあっては、砥石外周部の幅方向の中央部は実質的に研削に関与しない部分であるので、砥石外周部の幅方向の中央部にも絶縁剤31を塗ってマスキングしてもよい。
【0027】
また、ジェル状の接着剤32の点着は、手作業で行うこともできるし、数値制御装置を利用して予めプログラムされた位置に自動的に行うこともできる。点着されたジェル状接着剤32は瞬時に固化し、金属ベース11の側面に略半球状の突起が多数形成される。
【0028】
この際、金属ベース11の電着面12に点着されたジェル状接着剤32の金属ベース11との接触面は、
図4に示すように、円形をなし、かつ金属ベース11の外周側における円の外縁が、金属ベース11の外周面より径方向の内側にあり、かつ金属ベース11の内周側における円の外縁の一部が、絶縁剤31に及ぶように点着する。すなわち、ジェル状接着剤32は半円以上が電着面12に位置され、半円以下が絶縁剤31上に位置されるように点着される。
【0029】
しかる状態で、金属ベース11の電着面12に、ダイヤモンドあるいはCBNからなる多数の砥粒13をめっきにて固着する。この際、絶縁剤31でマスキングされた部分およびジェル状接着剤32が点着された部分には砥粒13は電着されない。
【0030】
しかる後、絶縁剤31とともに、この絶縁剤31に一部が接着されたジェル状接着剤32を金属ベース11の側面より剥がすことにより、
図5に示すように、電着砥石10が完成される。このようにして製造された電着砥石10には、上記したように、ジェル状接着剤32が取り除かれた部位に、砥粒13が存在しない多数のディンプル15が形成され、これらディンプル15は、金属ベース11の外周側が閉じられ、内周側が開口された半円より大きな形状に形成される。
【0031】
このようなディンプル15の形成によって、砥粒13の集中度を低減させることができ、研削時に作用する砥粒数を減らすことができ、研削抵抗を低減して電着砥石10の切れ味を向上することができる。この場合、砥粒13の集中度は、金属ベース11の電着面12に点着するジェル状接着剤32の大きさや個数によって自在にコントロールできる。
【0032】
また、ディンプル15は、砥粒層の内周部にのみ開口した形状となることから、電着砥石10に供給されたクーラントをディンプル15内に保持することができるようになり、ディンプル15を介して砥粒全体にクーラントを供給できる。これにより、電着砥石10の冷却効果を高められ、研削焼けを抑制できるとともに、研削熱による砥粒13の脱落を抑制できる。
【0033】
しかも、ディンプル15は、半円より大きく、砥粒層の内周部にのみ開口しているので、
図3に示すように、砥粒層14の内周側に鋭角状の切刃14b1をもつ内周刃14bが形成されることとなり、後述する工作物の内周に形成された溝を研削する際の研削精度を向上できるようになる。
【0034】
次に、上記した構成の電着砥石10を用いた研削装置20について説明する。
図6において、研削装置20は、XY方向に移動可能な図略の移動台に支持された研削ヘッド21を備え、研削ヘッド21に回転軸24が軸受22、23を介して回転可能に、かつ軸方向には僅かに移動可能に支持されている。回転軸24上にはプーリ25が固着され、プーリ25はベルト26を介して図略の駆動モータに連結されている。回転軸24上には電着砥石10の取付穴11aが嵌合され、電着砥石10はプーリ25に固着されて、プーリ25と一体的に回転されるようになっている。
【0035】
研削ヘッド21には、電着砥石10の両側面に形成された平滑面11cに僅かな隙間を有して対向する一対の軸受面27が形成され、これら軸受面27に平滑面11cを静圧支持する静圧ポケット27aが形成されている。静圧ポケット27aには供給路28を介してクーラントが供給され、静圧ポケット27aに静圧力が発生する。この静圧力により、電着砥石10は常に一対の軸受面27の中心位置に支持されるとともに、振れの発生が抑制される。
【0036】
上記した研削装置20によって、
図7に示すようなリング状の工作物Wの内周面W1に開口するように中心軸線に沿って形成された対向面W2a、W2bを有する溝W2を、溝W2の溝幅よりも幅の小さな電着砥石10を用いて溝研削する例について説明する。なお、研削装置20の研削ヘッド21を支持する図略の移動台は、
図7において、紙面に対して直交する方向(工作物Wの中心軸線に沿ったX方向)および上下方向(工作物Wの中心軸線方向に直交するY方向)に移動可能となっている。
【0037】
ベルト26およびプーリ25を介して電着砥石10を図略の駆動モータによって回転した状態で、電着砥石10(研削ヘッド21)を、
図8および
図9の位置P1から矢印X方向に移動させる。これにより、電着砥石10の砥粒層14の外周刃14aが工作物Wの溝W2内に進入され、一側面側の砥粒層14の外周刃14aによって溝W2の一方の対抗面W2aを粗研削する。
【0038】
この場合、電着砥石10の平滑面11cには、電着砥石10を回転軸方向に静圧支持する静圧ポケット27a内のクーラントが付着され(
図6参照)、このクーラントが電着砥石10の回転による遠心力の作用により、ディンプル15内に供給されて保持され、ディンプル15を介して砥粒13の全体に供給できるようになる。これにより、研削焼けや、研削熱による砥粒13の脱落を効果的に抑制できる。
【0039】
電着砥石10が位置P2まで移動されると、
図8に示すように、電着砥石10の外周刃14aおよび内周刃14bが溝W2を通過する。その状態で、電着砥石10(研削ヘッド21)を溝W2の一側面に向かって矢印Y方向(
図9参照)に微少量だけ切り込む。次いで、電着砥石10(研削ヘッド21)を、
図8および
図9の位置P2から矢印X方向にさらに移動させることにより、砥粒層14の内周刃14bによって溝W2の対抗面W2aを精研削する。
【0040】
この場合、内周刃14bの砥粒集中度は、ディンプル15の形成により外周刃14aに対して大幅に低減できるため、内周刃14bの切れ味を向上でき、内周刃14bによって溝W2(対抗面W2a)を高精度に研削することができる。
【0041】
また、電着砥石10の内周刃14bの切刃14b1は、上記した形状のディンプル15の形成により、鋭角状となっているので、切刃14b1によって溝W2を高精度に研削できるようになる。このようにして、電着砥石10の内周刃14bおよび外周刃14aが溝W2を通過する位置P3まで移動されると、溝W2の一方の対抗面W2aの研削が終了する。
【0042】
続いて、電着砥石10(研削ヘッド21)を今度は溝W2の他方の対抗面W2bに向かって矢印Y方向と反対方向に所定量切り込む。しかる後、電着砥石10(研削ヘッド21)を矢印X方向と反対方向に移動させることにより、電着砥石10の砥粒層14の他側面側の外周刃14aによって溝W2の他方の対抗面W2bを粗研削する。
【0043】
そして、電着砥石10の外周刃14aおよび内周刃14bが溝W2を通過すると、電着砥石10溝W2の他側面に対して微少量だけ切り込み、次いで、電着砥石10を矢印X方向と反対方向にさらに移動させることにより、砥粒層14の内周刃14bによって溝W2の対抗面W2bを精研削し、電着砥石10が工作物Wの溝W2内より離脱される。
【0044】
図10は、ディンプルを設けない従来の電着砥石(A)と、本実施の形態に係る電着砥石10(B)を用いて、同じ研削条件で工作物Wの溝W2を溝研削した場合の砥石寿命(研削本数)を比較した実験結果を示す。本実施の形態に係る電着砥石10(B)によれば、研削焼けおよび研削熱による砥粒脱落の抑制効果等によって、従来の電着砥石(A)に比べ、砥石寿命を大幅に伸ばせることができるようになった。
【0045】
なお、電着砥石10の砥粒13の集中度は、ディンプル15の大きさや個数によって自在にコントロールすることができ、研削抵抗を適切に低減することができる。
【0046】
上記した実施の形態によれば、円環状の砥粒層14の内周側に、砥粒13が存在しない円形状のディンプル15を円周方向に間隔を有して複数設け、ディンプル15は、半円より大きく、かつ砥粒層14の内周部にのみ開口させ、ディンプル15の両側に鋭角状の切刃14b1を形成したので、ディンプル15の大きさあるいは個数によって砥粒13の集中度を自在にコントロールすることができる。
【0047】
また、ディンプル15は、砥粒層14の内周部にのみ開口しているので、電着砥石10に供給されたクーラントをディンプル15内に保持することができ、ディンプル15を介して砥粒全体にクーラントを的確に供給できるようになり、電着砥石10を効果的に冷却することが可能となる。しかも、ディンプル15は、半円より大きく、砥粒層14の内周部にのみ開口しているので、砥粒層14の内周側に形成された鋭角状の切刃14b1によって、工作物Wの内周に形成された溝W2を高精度に研削することができる。
【0048】
また、上記した実施の形態によれば、ディンプル15の面積を、金属ベース11の周縁部両側面の表面積の20〜60%としたので、内周刃14bの砥粒集中度が低減され、内周刃14bによる研削精度を向上することができる。
【0049】
図11は、本発明の変形例を示すもので、先に述べた実施の形態(
図6参照)と異なる点は、電着砥石10の金属ベース11の外周にV溝125を形成し、このV溝125に駆動モータに連結されたプーリ25を係合して、電着砥石10を回転駆動するようにしたものである。
【0050】
この変形例においては、砥粒13(
図2参照)は専ら金属ベース11の周縁部側面に固着されるようになり、金属ベース11の外周には軸方向の両端部にのみ固着されることになる。なお、
図6に示す実施の形態で述べたと同様な構成については、同一の参照符号を付し、説明は省略する。
【0051】
上記した実施の形態においては、工作物Wの内周面W1に開口する溝W2の対向面W2a、W2bを研削する溝研用の電着砥石10を例に説明したが、本発明は必ずしも工作物の内周に形成された溝を研削するものに限定されるものではなく、例えば、油圧式のパワーステアリングに用いるベーンポンプのベーン溝の対向面を研削するもの、あるいはクランクシャフトのジャーナル部の対抗するスラスト面を研削するものなど、工作物の対向面を研削する電着砥石として広く使用できるものである。
また、上記した実施の形態においては、ディンプル15を半円よりも大きな円形状とすることにより、砥粒層14の内周側に鋭角状の切刃14b1を形成した例について述べたが、ディンプル15は必ずしも円形である必要はなく、例えば、角形であってもよい。また、切刃14b1も必ずしも鋭角である必要はなく、直角であってもよい。
【0052】
また、上記した実施の形態においては、円板状の金属ベース11の周縁部両側面に砥粒層14およびディンプル15を形成した例について述べたが、本発明は、砥粒層14およびディンプル15を金属ベース11の周縁部の少なくとも一側面に設けた電着砥石に適用可能である。
【0053】
以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採り得るものであることは勿論である。