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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-01
(45)【発行日】2023-12-11
(54)【発明の名称】超仕上げ砥石及び研磨装置
(51)【国際特許分類】
   B24D 3/00 20060101AFI20231204BHJP
   B24D 3/34 20060101ALI20231204BHJP
   B24B 35/00 20060101ALI20231204BHJP
【FI】
B24D3/00 310F
B24D3/34 Z
B24B35/00
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2020052417
(22)【出願日】2020-03-24
(65)【公開番号】P2021151673
(43)【公開日】2021-09-30
【審査請求日】2022-09-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】NTN株式会社
(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】砂川 勝二
(72)【発明者】
【氏名】河西 宏幸
(72)【発明者】
【氏名】北川 貴一
【審査官】須中 栄治
(56)【参考文献】
【文献】特開昭61-056870(JP,A)
【文献】特開2013-158890(JP,A)
【文献】特開昭64-040278(JP,A)
【文献】特開2006-205330(JP,A)
【文献】実開昭59-143651(JP,U)
【文献】特開昭62-088575(JP,A)
【文献】特開2007-118122(JP,A)
【文献】特開平03-294182(JP,A)
【文献】特開昭63-174877(JP,A)
【文献】特開2003-200341(JP,A)
【文献】特開2014-061554(JP,A)
【文献】特開平08-252770(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2020/0198095(US,A1)
【文献】特開平02-065973(JP,A)
【文献】実開昭59-012561(JP,U)
【文献】実開平03-130367(JP,U)
【文献】特開平01-153278(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B24D3/00-99/00
B24B3/00-3/60
B24B21/00-39/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
超仕上げ砥石と、
中心軸周りに回転するリング状の加工対象部材の外周面に付勢するように前記超仕上げ砥石を保持する揺動ヘッドとを備え、
前記超仕上げ砥石は、砥石保持層と、応力緩和層と、前記砥石保持層と前記応力緩和層とに挟み込まれる砥石層とを有し
前記砥石保持層のヤング率は、前記砥石層のヤング率よりも小さ
前記砥石保持層は、樹脂材料で構成されており、
前記応力緩和層は、第1硬度の第1砥粒を含有し、
前記砥石層は、前記第1硬度以上の第2硬度の第2砥粒を含有し、
前記応力緩和層中における前記第1砥粒の含有量は、前記砥石層中における前記第2砥粒の含有量よりも少なく、
前記揺動ヘッドは、前記砥石保持層が前記外周面に接触した後に前記砥石層が前記外周面に接触し、かつ前記砥石層が前記外周面に接触した後に前記応力緩和層が前記外周面に接触するように前記超仕上げ砥石を保持する、研削装置
【請求項2】
前記応力緩和層の耐摩耗性は、前記砥石層の耐摩耗性以下である、請求項1に記載の研削装置
【請求項3】
前記砥石保持層は、第1厚さを有し、
前記応力緩和層は、第2厚さを有し、
前記砥石層は、第3厚さを有し、
前記第3厚さの前記第1厚さ、前記第2厚さ及び前記第3厚さの合計に対する比率は40パーセント以上60パーセント以下である、請求項1又は請求項2に記載の研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超仕上げ砥石及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【0002】
超仕上げ加工に用いられる砥石としては、通常は、砥粒と結合剤とを混ぜ合わせることにより形成された全体にわたって一様な構造を有する砥石が用いられる。
【0003】
従来から、複数の層を有する構造の砥石として、特許文献1(特開昭60-006357号公報)に記載の処理砥石が知られている。特許文献1に記載の処理砥石は、砥粒と、結合剤とにより構成されている。特許文献1の処理砥石は、内部に気孔を含んでいる。
【0004】
特許文献1に記載の処理砥石は、第1層と、第2層とを有している。第1層は、処理砥石の厚さ方向において、第2層よりも表面に近い位置に配置されている。第1層中に含まれる気孔には、第1充填剤が充填されている。第2層中に含まれる気孔には、第2充填剤が充填されている。第1充填剤は、第2充填剤とは異なる材料により構成される充填剤である。第1充填剤は、第2充填剤よりも硬度が高い。その結果、第1層の強度は、第2層の強度よりも高くなり、処理砥石の強度が改善される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開昭60-006357号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
超仕上げ加工においては、加工の進行に伴って砥石と加工対象部材との接触面積が増加することにより、超仕上げ砥石に加わる引張応力が増加する。このような引張応力の増加は、超仕上げ砥石の欠損、折損の原因になる。特許文献1に記載の処理砥石は、強度の向上は図られているものの、加工の進行に伴う経時的な引張応力の増加に伴う欠損、折損については考慮されていない。
【0007】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、加工の進行に伴う砥石の折損、欠損を抑制することができる超仕上げ砥石及び研削装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様に係る超仕上げ砥石は、砥石保持層と、応力緩和層と、砥石保持層と応力緩和層とに挟み込まれる砥石層とを備える。砥石保持層のヤング率が砥石層のヤング率よりも小さい。本発明の一態様に係る超仕上げ砥石によると、砥石層が砥石保持層及び応力緩和層により補強されるため、加工の進行に伴う砥石の折損、欠損を抑制することができる。
【0009】
また、砥石保持層のヤング率が砥石層のヤング率よりも小さいため、砥石保持層は、加工対象部材に付勢された際に、変形して加工対象部材の表面に密着しやすい。その結果、加工対象部材の表面に付着した切粉が加工対象部材の回転に伴って加工箇所付近に戻ってきた際に加工箇所付近に入り込むことを抑制することができる。
【0010】
上記の超仕上げ砥石において、応力緩和層の耐摩耗性は、砥石層の耐摩耗性よりも低くてもよい。この場合、加工の進行に伴い、砥石層よりも磨滅しやすく、砥石と加工対象部材との接触面積の増加及びそれによる引張応力の増加が生じにくいため、加工の進行に伴う砥石の折損、欠損をさらに抑制することができる。
【0011】
砥石保持層が樹脂材料のように可撓性がある材料により構成されている場合には、砥石保持層がさらに加工対象部材の表面に密着しやすくなる。その結果、加工対象部材の表面に付着した切粉が加工対象部材の回転に伴って加工箇所付近に戻ってきた際に加工箇所付近に入り込むことを、さらに抑制することができる。
【0012】
上記の超仕上げ砥石において、応力緩和層は、第1硬度の第1砥粒を含有していてもよい。砥石層は、第1硬度以上の第2硬度の第2砥粒を含有していてもよい。この場合、応力緩和層が砥石層と比較して磨滅しやすくなるため、加工の進行に伴う砥石と加工対象部材との接触面積の増加による引張応力の増加及びそれに伴う砥石の折損、欠損をさらに抑制することができる。
【0013】
上記の超仕上げ砥石において、応力緩和層中における砥粒の含有量は、砥石層中における砥粒の含有量よりも少なくてもよい。この場合には、応力緩和層が砥石層と比較して磨滅しやすくなるため、加工の進行に伴う砥石と加工対象部材との接触面積の増加による引張応力の増加及びそれに伴う砥石の折損、欠損をさらに抑制することができる。
【0014】
上記の超仕上げ砥石において、砥石保持層は、第1厚さを有していてもよい。応力緩和層は、第2厚さを有していてもよい。砥石層は、第3厚さを有していてもよい。第3厚さの第1厚さ、第2厚さ及び第3厚さの合計に対する比率は、40パーセント以上60パーセント以下であってもよい。
【0015】
砥石層が薄くなると砥石層に欠損、折損が生じやすくなる。しかしながら、上記の超仕上げ砥石は、砥石保持層及び応力緩和層の存在により、砥石層が相対的に薄くなっても加工の進行に伴う砥石と加工対象部材との接触面積の増加による引張応力の増加及びそれによる砥石の折損、欠損を抑制することができる。砥石層が相対的に薄くなると、シリンダによる砥石への押圧力を下げたとしても、加工時の砥石層における面圧を確保することができるため、シリンダ等を小型化することができる。シリンダの小型化は、シリンダを駆動するエアの消費量の低減につながる。また、シリンダの小型化は、砥石を保持する揺動ヘッドの慣性モーメントの低減につながるため、揺動ヘッドの過剰な揺れの発生を抑制することができる。
【0016】
本発明の一態様に係る研削装置は、上記の超仕上げ砥石と、中心軸周りに回転するリング状の加工対象部材の外周面に付勢するように超仕上げ砥石を保持する揺動ヘッドとを備える。揺動ヘッドは、砥石保持層が外周面に接触した後に砥石層が外周面に接触し、かつ砥石層が外周面に接触した後に応力緩和層が外周面に接触するように超仕上げ砥石を保持する。
【0017】
本発明の一態様に係る研削装置においては、砥石保持層が砥石層よりも先に加工対象部材の外周面と接触する。そのため、加工対象部材の表面に付着した切粉が砥石層と加工対象部材の外周面との間に入り込む前に、砥石保持層により遮断される。そのため、この場合には、加工対象部材の表面に付着した切粉が加工箇所付近に入り込むことをさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【0018】
加工の進行に伴う砥石と加工対象部材との接触面積の増加による引張応力の増加及びそれに伴う砥石の折損、欠損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】実施形態に係る超仕上げ砥石10の上面図である。
図2図1のII-IIにおける断面図である。
図3】実施形態に係る研削装置100の正面図である。
図4】加工対象部材の上面図である。
図5図4のV-Vにおける断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
【0021】
(実施形態に係る超仕上げ砥石の構成)
以下に、実施形態に係る超仕上げ砥石10の構成を説明する。
【0022】
図1は、実施形態に係る超仕上げ砥石10の上面図である。図2は、図1のII-IIにおける断面図である。図1及び図2に示されるように、超仕上げ砥石10は、柱状の形状を有している。なお、超仕上げ砥石10の長手方向は、第1方向DR1として図1中に示されている。
【0023】
超仕上げ砥石10は、上面10aと、底面10bとを有している。底面10bは、上面10aの反対面である。超仕上げ砥石10は、第1側面10cと、第2側面10dとを有している。第1側面10c及び第2側面10dは、第1方向DR1と直交する方向において、互いに対向している。なお、以下においては、第1方向DR1と直交する方向を第2方向DR2とする。第2方向DR2は、超仕上げ砥石10の幅方向である。
【0024】
超仕上げ砥石10は、第3側面10eと、第4側面10fとを有している。第3側面10eは、第1方向DR1における超仕上げ砥石10の一方端に配置されている。第3側面10eは、円筒面により構成されていることが好ましい。第4側面10fは、第1方向DR1における超仕上げ砥石10の他方端に配置されている。
【0025】
図2に示されるように、超仕上げ砥石10は、砥石保持層11と、応力緩和層12と、砥石層13とを有している。砥石層13は、砥石保持層11と応力緩和層12とにより挟み込まれている。砥石保持層11は、上面10aに配置されており、応力緩和層12は、底面10bに配置されている。
【0026】
砥石保持層11は、第1厚さT1を有している。第1厚さT1は、第1方向DR1及び第2方向DR2に直交する第3方向DR3における砥石保持層11の厚さである。応力緩和層12は、第2厚さT2を有している。第2厚さT2は、第3方向DR3における応力緩和層12の厚さである。砥石層13は、第3厚さT3を有している。第3厚さT3は、第3方向における砥石層13の厚さである。
【0027】
第3厚さT3の第1厚さT1、第2厚さT2及び第3厚さT3の合計に対する比率は、40パーセント以上60パーセント以下であることが好ましい。すなわち、第3厚さT3を第1厚さT1、第2厚さT2及び第3厚さT3の合計で除した値は、0.4以上0.6以下であることが好ましい。
【0028】
砥石保持層11のヤング率は、砥石層13のヤング率よりも小さい。このことを別の観点からいえば、応力緩和層12は、砥石層13よりも相対的に変形しやすい。砥石保持層11の強度は、砥石層13の強度よりも高いことが好ましい。砥石保持層11の強度と砥石層13の強度との大小関係は、3点曲げ試験機により測定することができる。
【0029】
砥石保持層11は、砥石層13よりも可撓性のある材料で構成されていることが好ましい。砥石保持層11は、樹脂材料により構成されていることが好ましい。砥石保持層11は、例えば、合成樹脂材料により構成されている。砥石保持層11に用いられる樹脂材料は、例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である。砥石保持層11に用いられる樹脂材料は、好ましくは、フェノール樹脂である。
【0030】
応力緩和層12の耐摩耗性は、砥石層13の耐摩耗性以下であることが好ましい。応力緩和層12の耐摩耗性及び砥石層13の耐摩耗性の大小関係は、一定の粗さを有する材料を用いて応力緩和層12及び砥石層13を研磨し、その際の摩耗量を評価することにより決定することができる。
【0031】
応力緩和層12は、第1砥粒を含有していてもよい。砥石層13は、第2砥粒を有していてもよい。なお、砥石層13は、上記の第2砥粒に加え、結合剤を含んでいる。第1砥粒の硬度は、第1硬度である。第2砥粒の硬度は、第2硬度である。第2硬度は、第1硬度以上であることが好ましい。第1硬度及び第2硬度は、例えば、ヌープ硬度計により測定することができる。第1硬度及び第2硬度は、ビッカース硬度計により測定されてもよい。
【0032】
第2砥粒は、例えば白色酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、緑色炭化ケイ素、CBN(Cubic Boron Nitride、立方晶窒化ホウ素)、ダイヤモンド等により構成されている砥粒である。
【0033】
応力緩和層12は、砥粒を含んでいなくてもよい。すなわち、応力緩和層12は、結合剤のみで構成されていてもよい。応力緩和層12は、例えば、ゴム、樹脂材料等により構成されていてもよい。
【0034】
応力緩和層12中における砥粒の含有量は、砥石層13中における砥粒の含有量よりも少ないことが好ましい。応力緩和層12中における砥粒の含有量(砥石層13中における砥石の含有量)は、断面視において、応力緩和層12(砥石層13)に含まれる砥石の面積比率を画像処理で算出することにより測定される。なお、「応力緩和層12中における砥粒の含有量が砥石層13中における砥粒の含有量よりも少ない」には、応力緩和層12中に砥粒が含まれておらず、砥石層13中に砥粒が含まれている場合も含む。
【0035】
(実施形態に係る超仕上げ砥石10の製造方法)
実施形態に係る超仕上げ砥石10の製造においては、第1に、砥石保持層11、応力緩和層12及び砥石層13が、それぞれ別個に作製される。第2に、砥石保持層11、応力緩和層12及び砥石層13は、それぞれ、所定の大きさに仕上げられるとともに、相互に貼り合わせられる。なお、応力緩和層12と砥石層13が同じ材料のボンドからなる場合は、これらの2層を同時に成形するとともに所定の大きさに仕上げられるとともに、砥石保持層11に接着されてもよい。さらに、砥石保持層11、応力緩和層12及び砥石層13が同種のボンドからなる場合は、これらの3層を同時成形することも可能である。第3に、貼り合わせられた砥石保持層11、応力緩和層12及び砥石層13は、必要とされる寸法に応じて切断されるとともに、仕上げが行われる。
【0036】
(実施形態に係る研削装置100の構成)
以下に、実施形態に係る研削装置100の構成を説明する。
【0037】
図3は、実施形態に係る研削装置100の正面図である。図3に示すように、研削装置100は、超仕上げ砥石10と、揺動ヘッド20と、バッキングプレート30と、クランプロール40とを有している。
【0038】
揺動ヘッド20は、本体部21と、砥石保持部22とを有している。なお、図3中において図示されていないが、揺動ヘッド20は、シリンダを有している。本体部21は、中心軸21a周りに回転可能に構成されている。砥石保持部22は、本体部21の外周から中心軸21aの方向に沿って延在している。砥石保持部22の先端部には、超仕上げ砥石10が保持されている。
【0039】
シリンダは、超仕上げ砥石10を、加工対象部材の外周面(後述する内輪50の外周面50d)に向かって付勢する。砥石保持部22に保持されている超仕上げ砥石10は、本体部21を中心軸21a周りに回転させることにより、中心軸21aに直交する面内において揺動する。
【0040】
図4は、加工対象部材の上面図である。図5は、図4のV-Vにおける断面図である。図4及び図5に示すように、加工対象部材は、リング状の部材である。例えば、加工対象部材は、深溝玉軸受の内輪50である。以下においては、内輪50を、加工対象部材の例として説明する。内輪50は、上面50aと、底面50bと、内周面50cと、外周面50dと、中心軸50eとを有している。
【0041】
上面50a及び底面50bは、中心軸50eの方向における端面を構成している。底面50bは、上面50aの反対面である。内周面50c及び外周面50dは、上面50a及び底面50bに連なっている。内周面50cは、外周面50dよりも、中心軸50eとの距離が近くなっている。外周面50dには、軌道溝が形成されている。
【0042】
内輪50は、バッキングプレート30及びクランプロール40に挟み込まれることにより、固定されている。バッキングプレート30は、内輪50を、中心軸50e周りに回転させるように構成されている。
【0043】
超仕上げ砥石10は、上面10aが図中において上方を向くように、砥石保持部22に保持されている。内輪50は、図中において反時計回りに回転することが好ましい。すなわち、超仕上げ砥石10は、上面10a側が底面10b側よりも先に内輪50の外周面50dに接触するように、揺動ヘッド20(砥石保持部22)に保持されていることが好ましい。このことを別の観点からいえば、超仕上げ砥石10は、第1に砥石保持層11が内輪50の外周面50dに接触し、第2に砥石層13が内輪50の外周面50dに接触し、第3に応力緩和層12が内輪50の外周面50dに接触するように、揺動ヘッド20(砥石保持部22)に保持されていることが好ましい。
【0044】
(実施形態に係る超仕上げ砥石10及び研削装置100の効果)
以下に、実施形態に係る超仕上げ砥石10の効果を説明する。
【0045】
超仕上げ砥石10においては、砥石層13が砥石保持層11及び応力緩和層12により補強されるため、砥石の折損、欠損を抑制することができる。
【0046】
超仕上げ砥石10において、砥石保持層11が砥石層13よりもヤング率が小さい場合には、超仕上げ砥石10が加工対象部材に付勢された際に、砥石保持層11が変形して加工対象部材の表面に密着しやすい。その結果、超仕上げ砥石10は、加工対象部材の表面に付着した切粉が加工対象部材の回転に伴って加工箇所付近に戻ってきた際に、加工箇所付近に入り込むことを抑制することができる。
【0047】
砥石保持層11は、砥石層13よりも強度が高い場合、砥石層13は、砥石保持層11によりさらに補強される。応力緩和層12の耐摩耗性が砥石層13よりも耐摩耗性が低い場合、超仕上げ加工を行う際に応力緩和層12の磨滅が進行しやすくなることにより、超仕上げ加工の進行に伴う加工対象部材との接触面積の増加及びそれに基づく引張応力の増加が生じにくくなる。したがって、この場合には、砥石の折損、欠損をさらに抑制することができる。
【0048】
なお、超仕上げ砥石10においては、応力緩和層12は、加工対象部材との接触により削り出される際に、加工対象部材から発生した切粉を巻き込みながら排出されるため、超仕上げ砥石10によると、切粉の除去を促進することができる。
【0049】
超仕上げ砥石10において、砥石保持層11が樹脂材料のように可撓性がある材料により構成されている場合には、砥石保持層11がさらに加工対象部材の表面に密着しやすくなる。そのため、この場合には、加工対象部材の表面に付着した切粉が加工対象部材の回転に伴って加工箇所付近に戻ってきた際に加工箇所付近に入り込むことをさらに抑制することができる。
【0050】
超仕上げ砥石10において、応力緩和層12が第1硬度の第1砥粒を含有し、砥石層13が第1硬度以上の第2硬度の第2砥粒を含有している場合には、応力緩和層12が砥石層13と比較して磨滅しやすくなるため、加工の進行に伴う砥石と加工対象部材との接触面積の増加による引張応力の増加及びそれに伴う砥石の折損、欠損を抑制することができる。
【0051】
超仕上げ砥石10において、応力緩和層12中における砥粒の含有量は、砥石層13中における砥粒の含有量よりも小さくてもよい。この場合には、応力緩和層12が砥石層13と比較して磨滅しやすくなるため、加工の進行に伴う砥石と加工対象部材との接触面積の増加による引張応力の増加及びそれに伴う砥石の折損、欠損を抑制することができる。
【0052】
超仕上げ砥石10において、第3厚さT3の第1厚さT1、第2厚さT2及び第3厚さT3の合計に対する比率が40パーセント以上60パーセント以下である場合には、加工の進行に伴う砥石と加工対象部材との接触面積の増加による引張応力の増加及びそれに伴う砥石の折損、欠損を抑制しつつ、シリンダの小型化を図ることが可能になる。シリンダが小型化されることにより、エアの消費量の低減及び揺動ヘッドの慣性モーメントの低減を行うことができる。
【0053】
以下に、実施形態に係る研削装置100の効果を説明する。
【0054】
研削装置100においては、砥石保持層11が砥石層13よりも先に加工対象部材の外周面と接触する。そのため、加工対象部材の表面に付着した切粉が砥石層13と加工対象部材の外周面との間に入り込む前に、砥石保持層11により遮断される。そのため、研削装置100によると、加工対象部材の表面に付着した切粉が加工箇所付近に入り込むことをさらに抑制することができる。
【0055】
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【0056】
上記の実施形態は、超仕上げ砥石及びそれを用いた研削装置に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【0057】
10 超仕上げ砥石、10a 上面、10b 底面、10c 第1側面、10d 第2側面、10e 第3側面、10f 第4側面、11 砥石保持層、12 応力緩和層、13 砥石層、20 揺動ヘッド、21 本体部、21a 中心軸、22 砥石保持部、30 バッキングプレート、40 クランプロール、50 内輪、50a 上面、50b 底面、50c 内周面、50d 外周面、50e 中心軸、100 研削装置、DR1 第1方向、DR2 第2方向、DR3 第3方向、T1 第1厚さ、T2 第2厚さ、T3 第3厚さ。
図1
図2
図3
図4
図5