特開 2024-179655 ロータリードレッサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179655

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】ロータリードレッサ

(51)【国際特許分類】

   B24B 53/053 20060101AFI20241219BHJP

   B24B 53/12 20060101ALI20241219BHJP

   B24D 3/00 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

B24B53/053

B24B53/12 Z

B24D3/00 320B

B24D3/00 310E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023098663

(22)【出願日】2023-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000220103

【氏名又は名称】株式会社アライドマテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】末光 文也

【テーマコード（参考）】

3C047

3C063

【Ｆターム（参考）】

3C047BB04

3C047BB15

3C047EE11

3C047EE18

3C063AA02

3C063AB03

3C063BA02

3C063BB02

3C063BB27

3C063EE40

3C063FF08

(57)【要約】

【課題】従来のロータリードレッサにおいてはドレスした砥石でワークを加工するとワークに焼けが生じやすいという問題があった。
【解決手段】ロータリードレッサは、外周面を有する台金と、台金の外周面上に設けられた砥粒層とを備えたロータリードレッサであって、砥粒層は、台金の上に設けられた結合材と、結合材により一層に固着された複数の砥粒とを有し、ロータリードレッサの砥粒層の直径が部位により異なり、砥粒層の直径は、部位により直径差が５％以上あり、砥粒層の表面に現れる複数の砥粒には、平坦に形成された作用面が設けられ、砥粒層の表面における作用面の面積割合は、砥粒層の直径の小さい部位ほど小さく、砥粒層の表面全体の作用面の平均面積割合が１５％以上３０％未満である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面を有する台金と、
前記台金の前記外周面上に設けられた砥粒層とを備えたロータリードレッサであって、
前記砥粒層は、前記台金の上に設けられた結合材と、前記結合材により一層に固着された複数の砥粒とを有し、
前記ロータリードレッサの前記砥粒層の直径が部位により異なり、
前記砥粒層の直径は、部位により直径差が５％以上あり、
前記砥粒層の表面に現れる前記複数の砥粒には、平坦に形成された作用面が設けられ、
前記砥粒層の表面における前記作用面の面積割合は、前記砥粒層の直径の小さい部位ほど小さく、前記砥粒層の表面全体の前記作用面の平均面積割合が１５％以上３０％未満である、ロータリードレッサ。

【請求項2】

前記砥粒層において最大直径の部分の前記作用面の面積割合は、１５％以上３０％未満である、請求項１に記載のロータリードレッサ。

【請求項3】

前記砥粒層の直径が小さい部位ほど前記ロータリードレッサの一周における前記複数の砥粒の数が少ない、請求項１または２に記載のロータリードレッサ。

【請求項4】

前記砥粒層の直径が小さい部位ほど前記ロータリードレッサの周方向の前記複数の砥粒の間隔が大きい、請求項１または２に記載のロータリードレッサ。

【請求項5】

前記砥粒は人工合成ダイヤモンドであり、前記人工合成ダイヤモンドの結晶面が配向している、請求項１または２に記載のロータリードレッサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ロータリードレッサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

総形の砥石の形状や砥面の修正を行うロータリードレッサの例として、特開２０１２－０９１２９２号公報（特許文献１）に記載のロータリードレッサがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－０９１２９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のロータリードレッサにおいてはドレスした砥石でワークを加工するとワークに焼けが生じやすいという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ロータリードレッサは、外周面を有する台金と、台金の外周面上に設けられた砥粒層とを備えたロータリードレッサであって、砥粒層は、台金の上に設けられた結合材と、結合材により一層に固着された複数の砥粒とを有し、ロータリードレッサの砥粒層の直径が部位により異なり、砥粒層の直径は、部位により直径差が５％以上あり、砥粒層の表面に現れる複数の砥粒には、平坦に形成された作用面が設けられ、砥粒層の表面における作用面の面積割合は、砥粒層の直径の小さい部位ほど小さく、砥粒層の表面全体の作用面の平均面積割合が１５％以上３０％未満である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、本開示の実施の形態に従ったロータリードレッサ１００の写真である。

【図2】図２は、ロータリードレッサ１００と砥石２００が接触してロータリードレッサ１００が砥石２００をドレッシングする状態を示す図である。

【図3】図３は、砥石２００とワーク３００が接触して砥石２００がワーク３００を研削加工する状態を示す図である。

【図4】図４は、ロータリードレッサ１００の中心から外周に向かう方向に沿った砥粒層１０１の断面構造を示す図である。

【図5】図５は、作用面の面積割合の測定方法を説明するために示すロータリードレッサ１００の模式図である。

【図6】図６は、作用面の面積割合の測定方法を説明するために示すロータリードレッサ１００の模式図である。

【図7】図７は、作用面の面積割合の測定方法を説明するために示すロータリードレッサ１００の模式図である。

【図8】図８は、実施例において作製されたロータリードレッサ１００の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

総形ロータリードレッサで砥石をドレスする場合、ロータリードレッサの直径が大きい部分では砥石の直径は小さくなり、ロータリードレッサの直径が小さい部分では砥石の直径は大きくなる。また、ドレス抵抗が問題となる外径研削用砥石のドレスにおいては、一般的にロータリードレッサの直径は、砥石の直径より小さいことがほとんどであり、ドレス時の回転数もロータリードレッサの方が砥石よりも小さい。ロータリードレッサと砥石の回転方向は、お互いに逆方向になる方向（ダウンカット）を一般的に使用し、ロータリードレッサと砥石の回転方向が同じ方向（アップカット）はロータリードレッサの切れ味が悪くドレスできないなど特別の理由がある場合を除いては使用されない。

【0008】

このような状況で総形ロータリードレッサを使用する場合、ロータリードレッサの大径部と小径部とでは砥石との周速比が異なる。

【0009】

従来のロータリードレッサでは一周あたりの砥粒の数は、大径部および小径部において同じであるため、大径部において周速が速く砥粒間隔は広くなり、小径部において周速が遅く砥粒間隔は狭くなる。このような状態で砥石がドレスされると、砥石の大径部および小径部において同じような砥面となる。

【0010】

このような砥石で工作物を加工すると、砥石の大径部では周速が速く、小径部では周速が遅くなる。そのため、工作物の小径部は面精度が良くなるが、周速が速すぎると工作物の小径部で工作物の加工面が焼き付く恐れがある。また、工作物の大径部は加工面が粗くなり、この部分を加工する砥石の小径部は摩耗が大きくなるため、精度も悪くなる。

【0011】

このようにドレスされた砥石の砥面が全体的に均一な状態であると、加工条件により様々な問題が発生する。

【0012】

また、工作物の形状精度や面精度を向上させるためには、砥石を精度良くドレスする必要がある。そのためには、砥石をドレスするロータリードレッサの砥面の精度を向上させる必要があり、ドレス時に作用する砥粒を増やすことで対応する。

【0013】

しかし、ドレス時に作用する砥粒を増やすと、ワークの加工面に焼けが発生しやすくなり、特に上記のように砥石の大径部（ロータリードレッサの小径部でドレスされた部分）で加工したワークの加工面に焼けが発生しやすくなる。

【0014】

本開示のロータリードレッサは、以上のような問題を解決するものである。
図１は、本開示の実施の形態に従ったロータリードレッサ１００の写真である。図２は、ロータリードレッサ１００と砥石２００が接触してロータリードレッサ１００が砥石２００をドレッシングする状態を示す図である。図３は、砥石２００とワーク３００が接触して砥石２００がワーク３００を研削加工する状態を示す図である。

【0015】

図１から図３で示すように、ダイヤモンドロータリードレッサとしてのロータリードレッサ１００は、台金１０３と、台金１０３の表面に設けられた超砥粒層としての砥粒層１０１とを有する。

【0016】

台金１０３は、例えば、ステンレス鋼により構成される。台金１０３は円柱形状であり、台金１０３の外周面には砥粒層１０１が設けられる。砥粒層１０１においては、砥粒としてのダイヤモンドが固定されている。なお、ダイヤモンドに換えてＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を用いてもよい。さらに、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素が混在していてもよい。

【0017】

砥粒層１０１には、円周方向に延びる溝１０２が形成されている。この溝１０２は、被加工物の形状に沿って形成されている。このようなロータリードレッサ１００は、いわゆる総形砥石をドレッシングするものである。

【0018】

図４は、ロータリードレッサ１００の中心から外周に向かう方向に沿った砥粒層１０１の断面構造を示す図である。図３で示すように、台金１０３の表面には低融点合金層１０４を介して砥粒層１０１が形成されている。砥粒層１０１は反転式メッキ法により製作され、メッキ層である結合材２０３と一層に固着された砥粒２０４とを有する。台金１０３上に低融点合金層１０４により砥粒層１０１が固定されている。

【0019】

作用面２０５をなだらかに接続する仮想面２０６の面積に対する複数の作用面２０５の合計面積比率が比率Ｓで表される。

【0020】

砥粒２０４の作用面２０５は、砥粒２０４を研削または研磨することにより形成される。砥粒２０４を研削または研磨する時間を変更することにより、作用面２０５の面積を調整できる。砥粒２０４としてダイヤモンドおよびＣＢＮなどの超砥粒のみならず、アルミナなどの在来砥粒を使用することが可能である。

【0021】

ロータリードレッサ１００は外周面１０９を有する台金１０３と、台金１０３の外周面１０９上に設けられた砥粒層１０１とを備える。砥粒層１０１は、台金１０３の上に設けられた結合材２０３と、結合材２０３により一層に固着された砥粒２０４とを有し、ロータリードレッサ１００の砥粒層１０１の直径が砥粒層１０１の第一の部位と第二の部位とにより異なる。

【0022】

第一の部位の砥粒層１０１の直径をＤ１とし、第二の部位の砥粒層１０１の直径をＤ２とすると（Ｄ１－Ｄ２）／Ｄ１は５％以上である。砥粒層１０１の表面に現れる砥粒には、平坦に形成された作用面２０５が設けられる。

【0023】

砥粒層１０１の表面における作用面２０５の面積割合は、砥粒層１０１の直径の小さい部位ほど小さく、砥粒層１０１の表面全体の作用面２０５の平均作用面積割合が１５％以上３０％未満である。

【0024】

好ましくは、砥粒層１０１において最大直径の部分の作用面２０５の面積の割合（比率Ｓ）は、１５％以上３０％未満である。

【0025】

好ましくは、砥粒層１０１の直径が小さい部位ほどロータリードレッサ１００の１周における砥粒数が少ない。

【0026】

好ましくは、砥粒層１０１の直径が小さい部位ほど砥粒２０４の間隔が広い。
砥粒２０４は、人工合成ダイヤモンドであり、人工合成ダイヤモンドの結晶面が配向している。

【0027】

砥粒２０４として人工合成ダイヤモンドを使用すると、ダイヤの結晶面が明確に現れた形状のため、結晶面が台金１０３の接合面と平行に近い状態で接合される。その結果、砥粒２０４が安定した形で密に接合され、砥粒２０４に作用面を形成するための研削量は少なくても作用面積比率を高くすることができる。その結果、作用面形成が容易になるとともに、砥粒層１０１の厚みが厚くなるので寿命も向上する。

【0028】

図５から図７は、作用面の面積割合の測定方法を説明するために示すロータリードレッサ１００の模式図である。図５から図７において、回転軸１０８を中心としてロータリードレッサ１００は回転する。図５においては外周面１０９が階段形状となっている。

【0029】

ステップ（１）
ロータリードレッサ１００の任意の位置を選択する。直径がＤ１の部分を選択したとする。

【0030】

ステップ（２）
上記１）で選択した位置の直径と５％以上異なる位置を選択する。直径Ｄ２の部分を選択したとする。（Ｄ１－Ｄ２）／Ｄ１は５％以上とする。さらに、直径Ｄ３の部分を選択したとする（Ｄ２－Ｄ３）／Ｄ２は５％以上とする。

【0031】

図６のように、直径が連続的に変化するような形状の場合、上記ステップ（１）で選択した位置の直径と５％、１０％、１５％のように５％ごとに異なる位置を選択する。具体的には任意の位置（線Ａの位置）を選択する。線Ａの位置から直径が５％異なる線Ｂの位置を選択する。線Ｂの位置から直径が５％異なる線Ｃの位置を選択する。線Ｃの位置から直径が５％異なる線Ｄの位置を選択する。

【0032】

図７のように溝１０２が形成されている場合、溝１０２外の線Ａの位置を選択する。溝外の線Ａの位置の直径をＤ１、溝１０２内の線Ｂの位置の直径をＤ２とする。（Ｄ１－Ｄ２）／Ｄ１は５％以上であれば線Ｂ上でも測定する。

【0033】

ステップ（３）
上記ステップ（１）および（２）で選択した位置の周方向において、軸方向の長さ２ｍｍ、周方向の長さ１０ｍｍの範囲で周方向に１０ヶ所の任意の位置を選択する。これにより測定位置１２１から１２４が決定される。線Ａ上には１０箇所の測定位置１２１が存在する。線Ｂ上には１０箇所の測定位置１２２が存在する。線Ｃ上には１０箇所の測定位置１２３が存在する。線Ｄ上には１０箇所の測定位置１２４が存在する。

【0034】

ステップ（４）
選択した位置それぞれについて、キーエンス製ＶＲ５０００の測定装置を使い、曲面補正、カットオフ補正、しきい値設定、面積測定の手順で、砥粒の作用面の面積割合を測定する。

【0035】

具体的には、測定機は：キーエンス製ＶＲ５０００である。測定原理は「光切断法」である。解析手順は、（１）３次元測定する。（２）下記Ａ，Ｂの何れかもしくは両方で形状を平面化する。Ａ：うねり除去（カットオフ処理）。ある波長以上のうねりを平面化する。Ｂ：２次曲線補正。２次曲線で形状全体をフィッティングして得られた円弧形状を平面化する。（３）閾値を設定し、作用面積を計算する。線Ａ、線Ｂ、線Ｃ、線Ｄそれぞれにおいて、１０箇所測定した作用面積の平均値をその線における作用面積とする。（作用面積）／（測定した面積）を作用面積率とする。測定した面積とは、（２）において平面化され（３）において測定された画像の面積である。作用面の平均面積割合は、線ＡからＤの作用面積の割合を相加平均したものである。作用面積の割合および作用面の平均面積割合はパーセントで表され、小数点以下第１位が四捨五入される。たとえば、実測値で３１．３３％であれば３１％と表記される。

【0036】

ロータリードレッサ１００小径部において、ドレスする砥石２００へ作用する砥粒の作用面の面積割合が小さくなっている。すなわち、少ない作用面積で砥石２００の大径部をドレスするため、砥石２００の大径部の砥面は粗くなり凹凸が増える。このような砥面の砥石２００で工作物を研削加工すると、砥石２００の大径部の研削抵抗が低くなって焼けが発生しにくくなり、砥石２００のドレスインターバルが延びる。

【0037】

（実施例）
図８は、実施例において作製されたロータリードレッサ１００の模式図である。その詳細を表１および表２に示す。

【0038】

【表1】

【0039】

【表2】

【0040】

「２ｍｍ幅平均砥粒間隔」とは、各部位での「２ｍｍ幅内における中央部の周方向長さ／２ｍｍ幅内の砥粒数」で求めた距離とする。なお、２ｍｍ幅の領域の外周縁部分にある砥粒でこの領域内には砥粒の一部分が入っているものについては、砥粒数を０．５ヶとしてカウントする。

【0041】

ロータリードレッサ１００の砥粒２０４はダイヤモンド、台金１０３（図４）はステンレス鋼、結合材２０３（図４）はニッケルメッキにより構成される。砥粒２０４の径は♯２０／２５（平均粒径７００μｍから８５０μｍ）である。

【0042】

このロータリードレッサ１００を用いて、図２で示すように砥石２００をドレスした。
ドレスされる砥石２００（図２）はクレノートン社製のメッシュ♯１２０（平均粒径１２０μｍ）結合度Ｋの砥石である。砥石２００の材質はＷＡである。

【0043】

砥石２００により加工されるワーク３００（図３）は、直径１００ｍｍ、厚み（回転軸方向の長さ）１３０ｍｍの丸棒でＳ４５Ｃにより構成される。

【0044】

ロータリードレッサ１００と砥石２００の回転方向は互いに逆（ダウンドレス）である。これにより、ロータリードレッサ１００と砥石２００との間に研削液が吸い込まれるようにした。砥石２００とワーク３００の回転方向も互いに逆である。

【0045】

ロータリードレッサ１００の平均外径は９３ｍｍ、回転数は１２００ｒｐｍ、周速は５．８ｍ／ｓである。砥石２００の平均外径は２４８ｍｍ、回転数は１４９０（ｒｐｍ）、周速は１９．４ｍ／ｓである。ロータリードレッサ１００の平均周速度／砥石２００の平均周速度で表される周速度比は０．３である。

【0046】

まず、ロータリードレッサ１００を用いて砥石２００をドレッシングした。次に、この砥石２００でワーク３００の研削加工を繰り返し、ワーク３００の加工後の精度が規定値から外れた時点で、再度砥石２００をロータリードレッサ１００でドレッシングした。これを１００回繰り返した後の結果を表３および表４に示す。

【0047】

【表3】

【0048】

【表4】

【0049】

「ワーク粗さ」は砥石２００をドレッシングした直後に砥石２００により加工されたワーク３００の表面粗さであり、触診式表面粗さ計により測定して１００回分の測定値の平均値とした。つまり「ワーク粗さ」は１から１００回目のドレッシング直後の砥石２００により加工されたワーク３００の表面粗さの平均値である。

【0050】

「ワークの研削焼け判定」の欄においてワークの三箇所の研削面の外観から明らかな焼けがある場合は「Ｃ」とし、僅かに焼けがあり判断が難しい場合は「Ｂ」とし、明らかに焼けが無い場合は「Ａ」とした。

【0051】

「ワークの面粗さ判定」の欄においてワークの三箇所の研削面の表面粗さＲａの最も大きい値が０．２５μｍ以上であれば「Ｃ」とし、０．１８μｍ以上０．２５μｍ未満であれば「Ｂ」とし、０．１８μｍ未満であれば「Ａ」とした。

【0052】

「ワークの面粗さバラつき判定」の欄においてワークの三箇所の研削面の表面粗さＲａの最も大きい値と最も小さい値の差が０．０３０μｍ以上であれば「Ｃ」とし、０．０２０μｍ以上０．０３０μｍ未満であれば「Ｂ」とし、０．０２０μｍ未満であれば「Ａ」とした。

【0053】

これらの結果から、作用面積割合が各部位で等しい試料番号１、小径部での作用面積割合が小さくても全体の作用面積割合が３０％以上の試料番号６および７ではワークの研削焼け判定において「Ｂ」または「Ｃ」の評価であることが分かる。

【0054】

全体の作用面積割合が小さい試料番号２、４および５や全体の作用面積割合が３５％のように大きい試料番号７では、ワークの面粗さ判定において「Ｃ」の評価であることが分かる。

【0055】

小径部での作用面積割合が大きい試料番号３および試料番号４ではワークの面粗さバラつき判定において「Ｃ」の評価であることが分かる。また、作用面積割合が各部位で等しい試料番号１、小径部での作用面積割合が大きい試料番号２、小径部での作用面積割合が小さくても全体の作用面積割合が１０％のように小さい試料番号５や３０％以上のように大きい試料番号６および７ではワークの面粗さバラつき判定において「Ｂ」の評価であることが分かる。

【0056】

これに対して、小径部での作用面積割合が小さく全体の作用面積割合が１５％以上３０％未満の試料番号８から１６では、ワークの研削焼け判定、ワークの面粗さ判定およびワークの面粗さバラつき判定において「Ａ」の評価が得られていることが分かる。

【0057】

試料番号１５および１６では、ロータリードレッサの最大直径の部分の作用面積割合が大きい為、その部位でドレスされた砥石により加工されたワークの一部分において、僅かに焼けが見られた。そのため「ワークの研削焼け判定」が「Ｂ」の評価となった。
（付記１）
外周面を有する台金と、
前記台金の前記外周面上に設けられた砥粒層とを備えたロータリードレッサであって、
前記砥粒層は、前記台金の上に設けられた結合材と、前記結合材により一層に固着された複数の砥粒とを有し、
前記ロータリードレッサの前記砥粒層の直径が部位により異なり、
前記砥粒層の直径は、部位により直径差が５％以上あり、
前記砥粒層の表面に現れる前記複数の砥粒には、平坦に形成された作用面が設けられ、
前記砥粒層の表面における前記作用面の面積割合は、前記砥粒層の直径の小さい部位ほど小さく、前記砥粒層の表面全体の作用面の平均面積割合が１５％以上３０％未満である、ロータリードレッサ。
（付記２）
前記砥粒層において最大直径の部分の前記作用面の面積割合は、１５％以上３０％未満である、付記１に記載のロータリードレッサ。
（付記３）
前記砥粒層の直径が小さい部位ほど前記ロータリードレッサの一周における前記複数の砥粒の数が少ない、付記１または２に記載のロータリードレッサ。
（付記４）
前記砥粒層の直径が小さい部位ほど前記ロータリードレッサの周方向の前記複数の砥粒の間隔が大きい、付記１から３のいずれか１項に記載のロータリードレッサ。
（付記５）
前記砥粒は人工合成ダイヤモンドであり、前記ダイヤモンドの結晶面が配向している、付記１から４のいずれか１項に記載のロータリードレッサ。

【0058】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0059】

１００ ロータリードレッサ、１０１ 砥粒層、１０２ 溝、１０３ 台金、１０４ 低融点合金層、１０９ 外周面、２０３ 結合材、２０４ 超砥粒、２０５ 頂面、２０６ 仮想面、３００ ワーク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】