JP2014128865A - 超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置とその研削方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置とその研削方法であり、研削液の少量化と研削性能（砥粒温度の抑制、目詰まり防止、砥石磨耗の抑制、研削面精度の向上）を図った新技術を提供する。
【解決手段】単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒１０を台金３に電着した電着砥石１と、上記台金に放射状に多数設けたスリットＳと、上記台金の両側から研削液Ｋを砥石側面１Ｂに沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバー５と、上記台金とフランジを保持し共に加工機Ｍの主軸２０に装着される砥石アーバー６と、上記砥石アーバーの通孔６Ｃを介して台金とフランジの隙間に主軸から研削液を供給するスピンドルスルー２０Ｃからなる超砥粒電着砥石１の砥石内研削液供給装置１００。
【選択図】図１
【解決手段】単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒１０を台金３に電着した電着砥石１と、上記台金に放射状に多数設けたスリットＳと、上記台金の両側から研削液Ｋを砥石側面１Ｂに沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバー５と、上記台金とフランジを保持し共に加工機Ｍの主軸２０に装着される砥石アーバー６と、上記砥石アーバーの通孔６Ｃを介して台金とフランジの隙間に主軸から研削液を供給するスピンドルスルー２０Ｃからなる超砥粒電着砥石１の砥石内研削液供給装置１００。
【選択図】図１
Description
本発明は、研削砥石における砥石内研削液供給装置に係わり、特に、超砥粒電着砥石他の砥石内研削液供給装置とその研削方法において、研削液の少量化（省エネ、環境性能の向上）と研削性能（砥粒温度の抑制、目詰まり防止、砥石磨耗の抑制、研削面精度の向上）を図った新規技術に関する。
近年、例えば、航空機による国際的な物流増大に対応する事と、対地球環境向上を図るための低燃費性の要求が高まり、航空機のジェットエンジンの軽量化と燃費改善が図られている。その具体的方策として、ジェットエンジンの２基化や小型化、更には、タービンブレードの薄肉化等で対応している。特に、タービンブレードの薄肉化には、高精度な研削技術が必須になっている。この従来の切削工具や研削砥石表面に冷却水を噴射して表面の水冷と切粉・塵埃除去をするとともに、加工点及びその周辺の温度状況を検知しながら加工する技術が提供されている。
上記要望に応えるべく、本願発明者および出願人は、研削ホイールとその保持具、研削ホイールによる冷却方法、研削ホイールの冷却装置に関する特許出願を行った。その技術内容は、ワークの研削面を冷却液によるウオータールーム雰囲気を形成し、研削効率を飛躍的に向上させた研削ホイールとその冷却方法と冷却装置であり、両縁フランジを備えた環状基台と、上記環状基台の外周面に装着された環状砥石とからなる研削ホイールにして、上記環状基台と回転主軸の外周壁とに連絡孔が穿かれ、上記回転主軸の軸芯に穿かれた通路孔（通路）から高圧冷却液を、多孔質の環状砥石の内周面に供給可能とするか、又は環状砥石内を貫通させた通孔を介して外周面に供給可能に構成させたものである（例えば、特許文献１参照。）。
上記研削ホイールとその冷却方法と冷却装置によると、研削液を外部クーラントノズルから供給する場合に比べて、少量研削液でも効果的に砥粒研削点に供給でき、研削面層の温度上昇の抑制により、ブレード形状の研削仕上げ加工が可能となり、高い面粗度が得られる。特に、研削点における研削熱の除去は、加工変質層を防止し薄板素材の加工に起因する反りが防止できるというメリットが得られる。
更に、多孔質の環状砥石の内周面に研削液を供給可能に構成すべく、研削砥石の強度や研磨精度を低下させることなく、被削材と研削砥石との接触部分に研削液を充分に供給できる通液型研削砥石がある。その構成は、通液型研削砥石は、研削面と取着面とこれらの間を連通する多数の開放性気孔とを有する多孔質の砥石部材と、前記取着面に固着されて砥石部材を支持する砥石支持部材とから成る。この砥石支持部材には、その表面に形成されて前記取着面に塞がれる導液溝と、その内部に形成されて回転軸の送液路から供給される研削液を導液溝に導く導液穴とから成る導液路が設けられているものである（例えば、特許文献２参照。）。
更に、多孔質の環状砥石の内周面に研削液を供給可能に構成すべく、砥石を支持する回転軸内の研削液の供給通路と砥石の支持面間に、前記回転軸の放射方向に延伸する通路を設けた砥石清掃構造としたものである（例えば、特許文献３参照。）。
上記特開２０１０−２８４７９１号公報の研削ホイールとその冷却方法と冷却装置は、高圧の研削液を多孔質の環状砥石の内周面に高圧供給するか、又は環状砥石内を貫通させた通孔を介して外周面に高圧供給する構成であるから、研削液を外部クーラントノズルから供給する場合に比べて少量でも効果的に砥粒研削点に研削液を供給できるメリットを持つ。しかし、高圧研削液を供給する為、必然的に消費量が増大して省エネや研削環境を悪化させる傾向は否めない。また、高圧研削液は、砥石の砥粒内空間を浸透通過時の初期には研削屑を砥粒内空間から積極的に排出して砥石目詰まりを防止できるものの繊維状の塵が砥粒内空間に堆積が始まると、この堆積が早期に進展し、砥石の塵埃による目詰まりを発生してしまう。更に、環状砥石内を貫通させた通孔を介して研削液を外周面に高圧供給するものでは、砥石組織内に研削液が浸透し難く、砥石の冷却効果が期待できる程発揮されない。
また、上記実開６−８３２５７号公報の通液型研削砥石や上記実開昭６２−８５３５５号公報の砥石清掃構造においても、上記特開２０１０−２８４７９１号公報の研削ホイールとその冷却方法と冷却装置も同様に、砥石の砥粒内空間を浸透通過時の初期には、研削屑を砥粒内空間から積極的に排出して砥石目詰まりを防止できるものの繊維状の塵が砥粒内空間内に堆積が始まると、この堆積が早期に進展し、砥石の塵埃による目詰まりを発生してしまう。
更に、ダイヤモンド砥粒（ＣＢＮ砥粒）を台金に電着させた砥石車としたものが知られている。しかし、図１５に示すように、ダイヤモンドは熱に弱いことが各素材を対比して比較した硬さと酸化開始温度の関係性で証明している。図中から判明するように、研削工具や切削工具は、酸化開始温度で決まり、摩耗することが明らかである。
上記事態を踏まえ、本願発明者は、研削エネルギーと砥石内研削液供給における研削孤部分への研削液供給量は、研削弧長に比例し、砥石径が一定の時は切込みが変化しても研削液の除熱効果は不変であることを実際の測定から確認した。そこで、研削液による余熱に加えて熱伝導率が高いダイヤモンド等の超砥粒を使うことで、研削砥石への熱流入量が増加し加工物の温度上昇を抑制できること。更に、研削液で台金自体が冷却されて熱膨張による加工精度が得られることから、ダイヤモンド砥粒が６００℃を超えると急激に硬度低下して酸化することが防止できることに鑑み、上記技術により砥粒と切り屑の接触界面の温度を６００℃以下に保つことができ、鉄鋼材料を初めとして、チタン合金やインコネル等の難削材の加工がダイヤモンド砥粒にも適用される可能性を発見した。
そこで、本発明となる砥石内研削液供給は、ビトリファイド砥石ではなく熱伝導率が高く耐摩耗性に優れた電着ＣＢＮホイールに特定している。その理由は、上記電着ＣＢＮホイール（電着砥石）は、ダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒が台金に電着メッキ層（砥粒層）が１層で自生作用が無く、砥粒の摩耗と脱落により短寿命となり、ビトリファイド砥石のような砥石内部まで連なる気孔が無く、今まで砥石内の各砥粒部分に研削液が供給不可能とされていた超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置とその研削方法の開発を達成した。
上記目的を達成すべく、請求項１の発明は、単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金に電着した電着砥石と、上記台金に放射状に多数設けたスリットと、上記台金の両側から研削液を砥石側面に沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバーと、上記台金とフランジとを保持すると共に加工機の主軸に装着される砥石アーバーと、上記砥石アーバーの通孔を介して台金とフランジの隙間に主軸から研削液を供給するスピンドルスルーと、からなることを特徴とする。
更に、請求項２記載の超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置は、上記スリット幅は０．２ｍｍ前後として台金外周に１２０箇所前後設け、上記台金には、粒度＃８０前後のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を電着させてなることを特徴とする。
また、請求項３記載の超砥粒電着砥石の研削方法は、単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金に電着した電着砥石と、上記台金に放射状に多数設けたスリットと、上記台金の両側から研削液を砥石側面に沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバーと、上記台金とフランジとを保持すると共に加工機の主軸に装着される砥石アーバーと、上記砥石アーバーの通孔を介して台金とフランジの隙間に主軸から研削液を供給するスピンドルスルーと、からなる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置において、研削液供給量を５Ｌ／ｍｉｎ前後とし、研削速度Ｖ＝２０ｍ／ｓｅｃ前後とし、送り速度ｖ＝５００ｍｍ／ｓｅｃ前後とし、切り込み量ｔｄ＝０．０２ｍ前後の往復送りとしたことを特徴とする。
更に、請求項４記載の超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置は、単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金の外周面に電着した電着砥石と、上記台金は一方側に小孔を開けた外周面を有し他方側に円板からなり該空間内にサンドイッチ構成に挟んだドーナツ状の気泡セラミック体と、上記左右両側の台金と気泡セラミック体とに開けた中心孔を保持すると共に加工機の主軸に装着される砥石アーバーと、上記砥石アーバーはこの通孔を介して気泡セラミック体の中心孔から該外周に配置した電着砥石に対して主軸から研削液を供給するスピンドルスルーと、からなることを特徴とする。
更に、請求項５記載の超砥粒電着砥石の研削方法は、単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金の外周面に電着した電着砥石と、上記台金は一方側に小孔を開けた外周面を有し他方に円板からなり該空間内にサンドイッチ構成に挟んだドーナツ状の気泡セラミック体と、上記左右両側の台金と気泡セラミック体とに開けた中心孔を保持すると共に加工機の主軸に装着される砥石アーバーと、上記砥石アーバーはこの通孔を介して気泡セラミック体の中心孔から該外周に配置した電着砥石に対して主軸から研削液を供給するスピンドルスルーと、からなる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置において、研削液供給量を０．５Ｌ／ｍｉｎ前後とし、研削速度Ｖ＝２０ｍ／ｓｅｃ前後とし、送り速度ｖ＝５００ｍｍ／ｓｅｃ前後とし、切り込み量ｔｄ＝０．０２ｍ前後の往復送りとしたことを特徴とする。
本発明の超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置とその研削方法によると、単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金に電着した電着砥石と、上記台金に放射状のスリットを多数設け、台金の両側から研削液を砥石側面に沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバーを設け、上記台金とフランジとを保持する砥石アーバーと、上記砥石アーバーの通孔を介して台金とフランジの隙間に主軸からのスピンドルスルーで研削液を供給するから、砥石ホイール内部から研削液を砥石先端に効率良く供給できる。これにより、研削液による台金自体の冷却効率の向上で台金の熱膨張を抑制しワークの研削寸法精度が保証できる。
また、上記砥石内研削液供給装置とその研削方法を採用すると、ＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒の電着砥石による研削は、アルミナ砥粒ビトリファイドボンド砥石よりも比研削抵抗を低い値にできる。更に、Ｓ４５Ｃ材において、ＣＢＮ電着砥石とビトリファイド砥石との研削面層の温度を比較すると、超砥粒の電着砥石は動力の低減に比べて著しい温度低下が得られる。これは、超砥粒（ＣＢＮ）がアルミナ砥粒よりも熱伝導率が高く、研削熱が砥粒を通して砥石台金に放出され、研削液により効率的に除熱できる。
また、上記砥石内研削液供給装置とその研削方法を採用すると、単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金の外周面に電着した電着砥石と、上記台金はドーナツ状の気泡セラミック体を左右両側で挟んだサンドチッチ構成で保持する砥石アーバーと、上記砥石アーバーの通孔を介して気泡セラミック体から電着砥石に対して主軸からのスピンドルスルーで研削液を供給するから、気泡セラミック体により砥石ホイール内部から砥石先端に供給される研削液は、気泡化されて研削液内の異物（切屑、スラッジ）を吸着して拡散が防止されて効率良く供給できる。更に、セラミック体は交換可能でセラミック選定で泡選別が可能な上に、泡のエローション効果で砥石の目詰まりを吹飛ばし、また、気泡セラミック体による気泡で研削液のＭＱＬが実現でき、研削焼けしない。即ち、研削液による台金自体の冷却効率の向上で台金の熱膨張を抑制しワークの研削寸法精度が保証できる。
以下、図１乃至図１４を参照して本発明の超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置とその研削方法の各実施の形態を順次に説明する。
本発明の第１実施の形態となる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置１００は、図１と図２に超砥粒電着砥石１の全体構成を示す。先ず、上記超砥粒電着砥石１は、単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒１０を鋼製の台金３の外周面３Ｂに電着して構成されている。因みに、上記台金には、粒度＃８０前後のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を電着させたものである。また、上記台金３の側面３Ａと外周面３Ｂには、放射状のスリットＳを多数設けている。上記スリット幅は０．２ｍｍ前後の溝として１２０箇所前後設けている。これにより、研削液Ｋが超砥粒電着砥石１の外周面（砥石研削面）１０Ａに向けて均等供給される構成としている。更に、台金の両側にはフランジカバー５，５が挟持されており、研削液Ｋは台金３とフランジ５との流路（隙間）５Ｅに沿って放射方向に吐出されて砥粒先端となる外周面（砥石研削面）１０Ａまで導く構成としている。勿論、上記研削液Ｋは、ＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒内の結合空間を浸透通過して外周面（砥石研削面）１０Ａまで導かれる。
上記超砥粒電着砥石１における砥石内研削液供給装置１００は、図１と図２に示すように、上記超砥粒電着砥石１の台金３の中心孔３Ｃを受環５Ｂで受け止める左右のフランジカバー５の中心孔５Ｃを砥石アーバー６の先端軸部６Ａで保持する。即ち、砥石アーバー６の先端軸部６Ａには、螺子６Ｂが設けられ、座金７を介してナット７Ａで着脱可能に上記超砥粒電着砥石１が保持される。上記砥石アーバー６は、工具ホルダＨの取付穴Ｈ１に保持部６Ｄを挿入して取り付けられ、マシニングセンタの工作機械や研削盤等の加工機Ｍの主軸２０の先端テーパー穴２０Ａに装着される。そして、主軸２０に開けたスピンドルスルー２０Ｃから砥石アーバー６の通孔６Ｃを介して左右のフランジカバー５の中心孔５Ｃ付近の隙間に生ずる空隙Ａに向けて噴出口６Ｅから研削液Ｋを供給する構成としている。
上記第１実施の形態となる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置１００は、以上のように構成されており、下記のように作用する。
第１の研削方法は、単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金に電着した電着砥石と、上記台金に放射状に多数設けたスリットＳと、上記台金３の両側の流路（隙間）５Ｅから研削液Ｋを砥石側面に沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバー５と、上記台金とフランジとを保持すると共に加工機Ｍの主軸２０に装着される砥石アーバー６と、上記砥石アーバーの通孔６Ｃを介して台金とフランジに対して主軸から研削液を供給するスピンドルスルー２０Ｃと、からなる超砥粒電着砥石１の砥石内研削液供給装置において、研削液供給量を５Ｌ／ｍｉｎ前後とし、研削速度Ｖ＝２０ｍ／ｓｅｃ前後とし、送り速度ｖ＝５００ｍｍ／ｓｅｃ前後とし、切り込み量ｔｄ＝０．０２ｍ前後の往復送りとした。
第１の研削方法は、単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金に電着した電着砥石と、上記台金に放射状に多数設けたスリットＳと、上記台金３の両側の流路（隙間）５Ｅから研削液Ｋを砥石側面に沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバー５と、上記台金とフランジとを保持すると共に加工機Ｍの主軸２０に装着される砥石アーバー６と、上記砥石アーバーの通孔６Ｃを介して台金とフランジに対して主軸から研削液を供給するスピンドルスルー２０Ｃと、からなる超砥粒電着砥石１の砥石内研削液供給装置において、研削液供給量を５Ｌ／ｍｉｎ前後とし、研削速度Ｖ＝２０ｍ／ｓｅｃ前後とし、送り速度ｖ＝５００ｍｍ／ｓｅｃ前後とし、切り込み量ｔｄ＝０．０２ｍ前後の往復送りとした。
アルミニウム合金研削の実施例（比研削抵抗）について。
本発明の金属台金に一層の砥粒を配置した電着砥石で砥石内研削液供給装置１００が機能するかを，アルミニウム合金Ａ７０７５を対象として検証した。アルミニウム合金を加工物とした理由は、延性が大きく切り屑の溶着や目詰まりが生じ易いため，研削液供給の効果が顕著に表れると推測した。
また，単層の電着砥粒が脱落したり、溶着により切削能力を喪失時に発生する危険性を最少化することに配慮した。
本発明の金属台金に一層の砥粒を配置した電着砥石で砥石内研削液供給装置１００が機能するかを，アルミニウム合金Ａ７０７５を対象として検証した。アルミニウム合金を加工物とした理由は、延性が大きく切り屑の溶着や目詰まりが生じ易いため，研削液供給の効果が顕著に表れると推測した。
また，単層の電着砥粒が脱落したり、溶着により切削能力を喪失時に発生する危険性を最少化することに配慮した。
次式、ｋ＝ＦｘＶ／ｔｄｂｖにより、比研削抵抗に換算した結果を、図５に示す。尚、Ｆｘは研削抵抗の研削方向成分，ｂは研削幅である。研削液供給量を５Ｌ／ｍｉｎ、研削速度Ｖ＝２０ｍ／ｓｅｃ、送り速度ｖ＝５００ｍｍ／ｓｅｃ、切り込み量ｔｄ＝０．０２ｍｍの往復送りとした。上記から、砥石の往復送りに対応して奇数パスがアップカット、偶数パスがダウンカット。アップカットの場合が比研削抵抗が高めに推移するため研削抵抗はパス毎に高低を繰り返すが、被削材が砥石作業面に凝着することによる急激な研削抵抗の上昇は見られず，安定した状態を維持していて正常な研削が行われている。加工後の砥石表面には目詰まりはなく，砥石表面上の変化は見られない。以上より，金属台金に多数のスリットを設けた砥石内研削液供給装置により，延性の大きなアルミニウム合金においても安定的に研削加工が可能であることが確認できた。
続いて、砥石内研削液供給装置１００によるＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒電着砥石とＷＡビトリファイド砥石との比較試験を行った。
（１）研削条件は、一般構造用鋼Ｓ４５Ｃを対象とし，開発した台金により砥石内から研削液供給するＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒電着砥石と，ビトリファイド砥石の気孔を通して砥石内より研削液供給する場合との比較により，ＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒電着砥石の優位性確認する。砥石条件を図１３に、研削条件を図１４に示す。更に、ＣＢＮ電着砥石およびビトリファイド砥石の砥石作業面の写真を図６に示す。
（１）研削条件は、一般構造用鋼Ｓ４５Ｃを対象とし，開発した台金により砥石内から研削液供給するＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒電着砥石と，ビトリファイド砥石の気孔を通して砥石内より研削液供給する場合との比較により，ＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒電着砥石の優位性確認する。砥石条件を図１３に、研削条件を図１４に示す。更に、ＣＢＮ電着砥石およびビトリファイド砥石の砥石作業面の写真を図６に示す。
（２）研削抵抗と加工点温度の測定
上記砥石内研削液供給装置１００について、ＣＢＮ電着砥石に適用し炭素鋼Ｓ４５Ｃを研削加工した際の研削抵抗及び加工点温度の測定を行なう。研削抵抗は圧電型３成分動力計で測定した。そして、温度測定方法の概略は、図７に示す。その構成は、加工物側の研削方向３箇所に，切込み方向ｔ１，ｔ２＜０．０２ｍｍ以内の差で熱電対を埋め込み、砥石がこれを切断するまでの温度を測定する。また、熱電対を設置した穴先端部には高熱伝導率を有するシルバーグリス（熱伝導率＝９．０Ｗ／ｍ・Ｋ）を充填し熱伝導のロスを低減するとともに，測温部の熱容量が極度に小さくなることを防止する対策を講じている。
上記砥石内研削液供給装置１００について、ＣＢＮ電着砥石に適用し炭素鋼Ｓ４５Ｃを研削加工した際の研削抵抗及び加工点温度の測定を行なう。研削抵抗は圧電型３成分動力計で測定した。そして、温度測定方法の概略は、図７に示す。その構成は、加工物側の研削方向３箇所に，切込み方向ｔ１，ｔ２＜０．０２ｍｍ以内の差で熱電対を埋め込み、砥石がこれを切断するまでの温度を測定する。また、熱電対を設置した穴先端部には高熱伝導率を有するシルバーグリス（熱伝導率＝９．０Ｗ／ｍ・Ｋ）を充填し熱伝導のロスを低減するとともに，測温部の熱容量が極度に小さくなることを防止する対策を講じている。
続いて、図８により測定した比研削抵抗を示す。ＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒電着砥石はＷＡビトリファイド砥石よりも、比研削抵抗は２０％程度低い値となっている。また，研削抵抗の振動成分も小さい。同図（ａ）の電着砥石の場合には，比研削抵抗の１パスごとの波形は右さがりの挙動を示している。これは、少なくとも１パス加工中に被削材もしくは、砥石の熱膨張により切込み量が増大して削り量が増大していないことを確認できる波形である。
火花の出るようなドライ加工データは、図１０に示すように、右上がりの波形を示すことを確認した。これで、安定した研削状態が維持されているものと推察できる。また，１パスごと交互に比研削抵抗値が上下する挙動が見られる。これは、往復加工を行うレシプロ研削によるアップカット、ダウンカットの違いであり研削液を外から掛ける通常研削でも観察できるだけでなく、ビトリファイド砥石の砥石内研削液供給機構でも見られる現象である。
火花の出るようなドライ加工データは、図１０に示すように、右上がりの波形を示すことを確認した。これで、安定した研削状態が維持されているものと推察できる。また，１パスごと交互に比研削抵抗値が上下する挙動が見られる。これは、往復加工を行うレシプロ研削によるアップカット、ダウンカットの違いであり研削液を外から掛ける通常研削でも観察できるだけでなく、ビトリファイド砥石の砥石内研削液供給機構でも見られる現象である。
更に、図９は被削材に埋めこんだ熱電対により測定された温度の変化を示している。本グラフの測定範囲は熱電対が最も砥石に接近していると考えられる最高温度を示した前後の６６パスから７６パス目の５往復１０パスのデータを抽出したものである。この温度測定値にも１パスごとの研削点温度の違いが観察される。これも研削抵抗と同様にアップカットとダウンカットの違いによるものであると考えられる。温度上昇する直前及び直後の波形はアップカット、ダウンカットで異なり，研削点に対し砥石回転の周速方向への研削熱の熱伝導が多いと考えられる。図９（ｂ）は、ビトリファイド砥石の砥石内研削液供給機構の研削でも同様の挙動が観察される。図９（ａ）と（ｂ）とを比較すると，砥石内研削液供給機構を用いたビトリファイド砥石の場合，温度上昇は６０％程度である。図８に示した同研削条件で加工した比研削抵抗値の比較２０％程度の上昇からみて３倍の差となっている。研削で発生する熱量は比研削抵抗に比例する点から考えると、ＣＢＮ電着砥石の場合には，発生した熱量のうち，被削材に流入する量が，ＷＡビトリファイド砥石の場合よりも減少していることになる。これは，超砥粒の熱伝導率が高いことで研削により発生した熱量が砥粒を介して金属台金側に移動し、フィン状のスリットになっている研削液流路で研削液に放出された結果であると考える。ダイヤモンド砥粒には劣るが、ＣＢＮの熱伝導率は常温で１３００Ｗ／ｍ・Ｋであり、被削材Ｓ４５Ｃの５１．６Ｗ／ｍ・ＫやＷＡビトリファイド砥石を構成するアルミナ砥粒の熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ前後よりもかなり高い値である。
以上の結果による効果は，炭素鋼Ｓ４５Ｃを被削材とした場合であるが，チタン合金やニッケル基超合金などより熱伝導率が低い被削材に対して，本研削方法において、上記のような砥石および台金へ熱を移動し，研削液へ除熱する機能は有効に作用するものと考えられる。このことは、高温に弱いとされる超砥粒のダイヤモンド砥粒での研削への可能性がある。また、研削弧長の変化に関係なく冷却効果を維持できる技術であるから、深穴研削加工に適した技術としても期待できる。また，研削液には潤滑効果が備わっており、ビトリファイド砥石の場合でも，砥石内研削液供給により研削点に確実に研削液が供給されることから，通常の外部ノズルからの供給に比べて良好な潤滑状態となっていることが予想される。そして、ＣＢＮ電着砥石では、更に比研削抵抗が小さいことは、砥粒の形状の違いと砥粒の動摩擦係数の違いによる要因が大きいと考えられる。
更に、砥石表面について。
図１１において、１００パス加工後と加工前の砥石作業面の同一部分を撮影したものである。ｔｄ＝０．０２ｍｍと大きめの切込みを設定しているが，砥石の目詰まりや目こぼれ、摩耗は見当たらない．また、目視による観察で加工面に研削焼けは見られない。研削方向に垂直に測定した表面粗さは３．２〜３．６μｍＲａであり，同じ粒度のビトリファイド砥石加工で得られている０．６μｍＲａ前後よりかなり大きな値となった。これは、ＣＢＮ電着ホイールでは砥粒切れ刃高さを揃えるためのツルーイングを行っていない事が要因として最も大きいと考える。
更に、研削後の被削材の寸法測定を行った。０．０２ｍｍの切込みで連続して１００パス加工した後，全体が室温になじんでからの測定値である。温度上昇と弾性変形がほとんど生じないようスパークアウトを繰り返せば，被削材の厚さは位置に依らず一定となる。また、切込みが大きく除熱が十分でない場合には，１パスの加工中に被削材もしくは研削ホイールの温度が上昇して熱膨張し，設定よりも切込みが増す。結果として、研削入口側よりも出口側の被削材厚さが小さくなる。
図１１において、１００パス加工後と加工前の砥石作業面の同一部分を撮影したものである。ｔｄ＝０．０２ｍｍと大きめの切込みを設定しているが，砥石の目詰まりや目こぼれ、摩耗は見当たらない．また、目視による観察で加工面に研削焼けは見られない。研削方向に垂直に測定した表面粗さは３．２〜３．６μｍＲａであり，同じ粒度のビトリファイド砥石加工で得られている０．６μｍＲａ前後よりかなり大きな値となった。これは、ＣＢＮ電着ホイールでは砥粒切れ刃高さを揃えるためのツルーイングを行っていない事が要因として最も大きいと考える。
更に、研削後の被削材の寸法測定を行った。０．０２ｍｍの切込みで連続して１００パス加工した後，全体が室温になじんでからの測定値である。温度上昇と弾性変形がほとんど生じないようスパークアウトを繰り返せば，被削材の厚さは位置に依らず一定となる。また、切込みが大きく除熱が十分でない場合には，１パスの加工中に被削材もしくは研削ホイールの温度が上昇して熱膨張し，設定よりも切込みが増す。結果として、研削入口側よりも出口側の被削材厚さが小さくなる。
図１２は、測定した被削材両端と中央の厚さの寸法差を示す。最終加工パスの入口側上段を０として各点の被削材厚差を上段，中段，下段の３ライン上で測定した．ツルーイングしていない為，各ライン間で最大１０μｍ程度の差が生じているが，入口側と出口側を比較すると，出口側で加工物厚さが小さくなる顕著な傾向は見られない。これは加工物と電着ホイール軸の間に熱変形がほとんど起こらなかった事を示しており，切込みは０．０２ｍｍと仕上加工としては小さく，研削熱が研削液と切りくずを通じて放出されたことを示している。
上記第１実施の形態となる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置１００とその研削方法によると、下記の効果が発揮される。
本発明の超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置とその研削方法によると、電着砥石の砥石台金に多数のスリット（スリット幅０．２ｍｍ、台金外周１２０箇所）を設け、台金の両側から研削液を砥石側面に沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバーを設けたから、砥石ホイール内部から研削液を砥石先端に効率良く供給できる。
これにより、研削液による台金自体の冷却効率の向上で台金の熱膨張を抑制しワークの研削寸法精度が保証できる。また、研削液の消費量も少量となる。具体的には、およそ５Ｌ／ｍｉｎ前後の広い範囲内での実施が可能となる。
本発明の超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置とその研削方法によると、電着砥石の砥石台金に多数のスリット（スリット幅０．２ｍｍ、台金外周１２０箇所）を設け、台金の両側から研削液を砥石側面に沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバーを設けたから、砥石ホイール内部から研削液を砥石先端に効率良く供給できる。
これにより、研削液による台金自体の冷却効率の向上で台金の熱膨張を抑制しワークの研削寸法精度が保証できる。また、研削液の消費量も少量となる。具体的には、およそ５Ｌ／ｍｉｎ前後の広い範囲内での実施が可能となる。
また、上記砥石内研削液供給装置とその研削方法を採用すると、ＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒の電着砥石による研削は、アルミナ砥粒ビトリファイドボンド砥石よりも比研削抵抗を低い値にできる。更に、Ｓ４５Ｃ材において、ＣＢＮ電着砥石とビトリファイド砥石との研削面層の温度を比較すると、超砥粒の電着砥石は動力の低減に比べて著しい温度低下が得られる。これは、超砥粒（ＣＢＮ）がアルミナ砥粒よりも熱伝導率が高く、研削熱が砥粒を通して砥石台金に放出され、研削液により効率的に除熱できる。
続いて、本考案の第２実施の形態となる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置２００を説明する。図３と図４に超砥粒電着砥石１１の全体構成を示す。上記超砥粒電着砥石１１は、単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒１２を鋼製の台金３３，３４の一方側の外周面３３Ｃに電着して構成されている。上記台金には粒度＃８０前後のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を電着させたものである。上記台金３３，３４は一方側３３に小孔ｈを多数開けた外周面３３Ｃを有し、他方３４は円板３４Ａからなり、該空間Ｘ内にサンドイッチ構成にドーナツ状の気泡セラミック体４０が挟まれている。上記左右両側の台金３３，３４と気泡セラミック体４０とに開けた中心孔ｈ１，ｈ２は、砥石アーバー６の先端軸６Ａで保持されている。上記砥石アーバーは、加工機Ｍの主軸２０に装着されこの通孔６Ｃの壁面に開けた噴射口６Ｅを介して気泡セラミック体の中心孔ｈ２内に圧入され、該外周に配置した電着砥石１１に対して外周面３３Ｃに開けた多数の小孔ｈから研削液Ｋを供給するスピンドルスルー２０Ｃの構成となっている。即ち、上記研削液Ｋは気泡セラミック体４０内の結合空間Ｓ２を浸透通過し、台金３３の外周面３３Ｃに開けられた小孔ｈを介してＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒１２内の結合空間Ｓ３を浸透通過して超砥粒電着砥石１１の外周面（砥石研削面）１１Ａまで導かれる。
上記超砥粒電着砥石１１における砥石内研削液供給装置２００は、図４に示すように、上記超砥粒電着砥石１１の台金３３，３４及び気泡セラミック体４０は、中心孔ｈ１，ｈ２が砥石アーバー６の先端軸部６Ａに保持されている。この砥石アーバー６は、工具ホルダＨの取付穴Ｈ１に取り付けられ、マシニングセンタの工作機械や研削盤等の加工機Ｍの主軸２０の先端テーパー穴２０Ａに装着される。
上記第２実施の形態となる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置２００は、以上のように構成されており、下記のように作用する。
第２の研削方法も、上記第１の研削方法と同様に実施される。上記超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置２００において、研削液供給量を０．５Ｌ／ｍｉｎ前後とし、研削速度Ｖ＝２０ｍ／ｓｅｃ前後とし、送り速度ｖ＝５００ｍｍ／ｓｅｃ前後とし、切り込み量ｔｄ＝０．０２ｍｍ前後の往復送りとして実施した。これにより、（１）アルミニウム合金研削の実施例（比研削抵抗）。（２）ＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒電着砥石とＷＡビトリファイド砥石との比較試験。（３）研削抵抗と加工点温度の測定。（４）砥石表面について。（５）測定した被削材両端と中央の厚さの寸法差。について、上記第１の研削方法と同様の作用と効果が得られた。
第２の研削方法も、上記第１の研削方法と同様に実施される。上記超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置２００において、研削液供給量を０．５Ｌ／ｍｉｎ前後とし、研削速度Ｖ＝２０ｍ／ｓｅｃ前後とし、送り速度ｖ＝５００ｍｍ／ｓｅｃ前後とし、切り込み量ｔｄ＝０．０２ｍｍ前後の往復送りとして実施した。これにより、（１）アルミニウム合金研削の実施例（比研削抵抗）。（２）ＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒電着砥石とＷＡビトリファイド砥石との比較試験。（３）研削抵抗と加工点温度の測定。（４）砥石表面について。（５）測定した被削材両端と中央の厚さの寸法差。について、上記第１の研削方法と同様の作用と効果が得られた。
上記第２実施の形態となる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置２００の特別の作用を列記する。その特別な機能は、気泡セラミック体４０による研削液Ｋの泡生成を研削作用時に発揮する。上記超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置２００は、加工機Ｍの主軸２０の先端テーパー穴２０Ａに装着される。そして、主軸２０に開けたスピンドルスルー２０Ｃから砥石アーバー６の通孔６Ｃを介して気泡セラミック体４０の中心孔ｈ２に向けて研削液Ｋが供給される。この時、研削液Ｋは気泡セラミック体４０内を中心から外周方向に放射状に浸透して拡がり、台金３３の外周面３３Ｃに多数開けた小孔ｈからＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒内１２の結合空間Ｓ３を浸透噴出して超砥粒電着砥石１１の外周面（砥石研削面）１１Ａまで導かれる。この時、気泡セラミック体４０は、研削液Ｋの流れに対して泡発生機能により切粉，研削スラッジ等の不純物を濾過するとともに、泡状とした研削液Ｋを、ＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒１２の結合空間Ｓ３を浸透噴出させて目詰まりを起こすことが無くなり、超砥粒電着砥石１１の外周面（砥石研削面）１１Ａに噴出して、ワークとなる研削面を少量の研削液でも完璧に研削する。
上記気泡セラミック体４０は、二つの台金３３，３４内に収めた構成で交換可能であるから、汚れの限界に達したら交換される。そして、気泡状態は、セラミックの材質変更により数ミリからマイクロバブルまで選択される。
ここで、気泡の効用を列記すれば、
（１）気泡セラミック体４０は、交換可能でランニングコストが低い。
（２）セラミックの選定で気泡の状況が自由に変えられる。
（３）セラミックにより、研削液内の異物（切粉，研削スラッジ）を除去する。
（４）セラックにより、研削液を気泡化でき、この気泡で切粉，研削スラッジを吸着して空気中への拡散が抑えられる。
（５）気泡のエロージョン効果で砥石目詰まりを吹き飛ばせる。
（６）気泡でＭＱＬが可能となり、研削液の消費量を５Ｌ／ｍｉｎ前後から０．５Ｌ／ｍｉｎ前後に減少でき省エネ、対環境性に良い結果が得られる。
（７）研削砥石の温度抑制や研削面の研削焼けを防止させられる。
ここで、気泡の効用を列記すれば、
（１）気泡セラミック体４０は、交換可能でランニングコストが低い。
（２）セラミックの選定で気泡の状況が自由に変えられる。
（３）セラミックにより、研削液内の異物（切粉，研削スラッジ）を除去する。
（４）セラックにより、研削液を気泡化でき、この気泡で切粉，研削スラッジを吸着して空気中への拡散が抑えられる。
（５）気泡のエロージョン効果で砥石目詰まりを吹き飛ばせる。
（６）気泡でＭＱＬが可能となり、研削液の消費量を５Ｌ／ｍｉｎ前後から０．５Ｌ／ｍｉｎ前後に減少でき省エネ、対環境性に良い結果が得られる。
（７）研削砥石の温度抑制や研削面の研削焼けを防止させられる。
上記第２実施の形態となる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置２００とその研削方法によると、下記の効果を発揮する。
単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金の外周面に電着した電着砥石において、上記台金はドーナツ状の気泡セラミック体を左右両側で挟んだサンドチッチ構成で保持する砥石アーバーと、上記砥石アーバーの通孔を介して気泡セラミック体から電着砥石に対して主軸からのスピンドルスルーで研削液を供給したから、気泡セラミック体により砥石ホイール内部から砥石先端に供給される研削液は、気泡化されて研削液内の異物（切屑、スラッジ）を吸着して拡散が防止されて効率良く供給できる。更に、セラミック体は交換可能でセラミック選定で泡選別が可能な上に、泡のエローション効果で砥石の目詰まりを吹飛ばし、また、気泡で研削液のＭＱＬが実現でき、研削焼けしない。即ち、研削液による台金自体の冷却効率の向上で台金の熱膨張を抑制しワークの研削寸法精度が保証できる。
単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金の外周面に電着した電着砥石において、上記台金はドーナツ状の気泡セラミック体を左右両側で挟んだサンドチッチ構成で保持する砥石アーバーと、上記砥石アーバーの通孔を介して気泡セラミック体から電着砥石に対して主軸からのスピンドルスルーで研削液を供給したから、気泡セラミック体により砥石ホイール内部から砥石先端に供給される研削液は、気泡化されて研削液内の異物（切屑、スラッジ）を吸着して拡散が防止されて効率良く供給できる。更に、セラミック体は交換可能でセラミック選定で泡選別が可能な上に、泡のエローション効果で砥石の目詰まりを吹飛ばし、また、気泡で研削液のＭＱＬが実現でき、研削焼けしない。即ち、研削液による台金自体の冷却効率の向上で台金の熱膨張を抑制しワークの研削寸法精度が保証できる。
本初発明は、その対象物を単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金の外周面に電着した電着砥石と、この砥石内研削液供給装置とその研削方法の実施例で説明したものであるが、様々な研削砥石（単層に限らず多層ＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒）を対象とした砥石内研削液供給装置とその研削方法の実施にも適用が可能である。
１，１１ 超砥粒電着砥石
１Ｂ 砥石側面
３ 台金
３Ａ 側面
３Ｂ 外周面
３Ｃ，５Ｃ 中心孔
５ フランジカバー
５Ｂ 受環
５Ｅ 流路
６ 砥石アーバー
６Ａ 先端軸部
６Ｂ 螺子
６Ｃ 通孔
６Ｄ 保持部
６Ｅ 噴出口
７ 座金
７Ａ ナット
１０，１２ 単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒
１０Ａ 外周面（砥石研削面）
１１Ａ 外周面（砥石研削面）
２０ 主軸
２０Ａ 先端テーパー穴
２０Ｃ スピンドルスルー
３３，３４ 台金
３３Ｃ 外周面
３４Ａ 円板
４０ 気泡セラミック体
１００ 砥石内研削液供給装置
２００ 砥石内研削液供給装置
Ａ 空隙
Ｓ スリット
Ｓ２ 結合空間
Ｓ３ 結合空間
Ｋ 研削液
Ｈ 工具ホルダ
Ｈ１ 取付穴
Ｍ 加工機
ｈ 小孔
ｈ１，ｈ２ 中心孔
Ｘ 空間
１Ｂ 砥石側面
３ 台金
３Ａ 側面
３Ｂ 外周面
３Ｃ，５Ｃ 中心孔
５ フランジカバー
５Ｂ 受環
５Ｅ 流路
６ 砥石アーバー
６Ａ 先端軸部
６Ｂ 螺子
６Ｃ 通孔
６Ｄ 保持部
６Ｅ 噴出口
７ 座金
７Ａ ナット
１０，１２ 単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒
１０Ａ 外周面（砥石研削面）
１１Ａ 外周面（砥石研削面）
２０ 主軸
２０Ａ 先端テーパー穴
２０Ｃ スピンドルスルー
３３，３４ 台金
３３Ｃ 外周面
３４Ａ 円板
４０ 気泡セラミック体
１００ 砥石内研削液供給装置
２００ 砥石内研削液供給装置
Ａ 空隙
Ｓ スリット
Ｓ２ 結合空間
Ｓ３ 結合空間
Ｋ 研削液
Ｈ 工具ホルダ
Ｈ１ 取付穴
Ｍ 加工機
ｈ 小孔
ｈ１，ｈ２ 中心孔
Ｘ 空間
Claims (5)
- 単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金に電着した電着砥石と、上記台金に放射状に多数設けたスリットと、上記台金の両側から研削液を砥石側面に沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバーと、上記台金とフランジとを保持すると共に加工機の主軸に装着される砥石アーバーと、上記砥石アーバーの通孔を介して台金とフランジの隙間に主軸から研削液を供給するスピンドルスルーと、からなることを特徴とする超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置。
- 上記スリット幅は０．２ｍｍ前後として台金側面から外周面に渡って１２０箇所前後設け、上記台金の外周面には、粒度＃８０前後のＣＢＮ又はダイヤモンドを電着させてなることを特徴とする請求項１記載の超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置。
- 単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金に電着した電着砥石と、上記台金に放射状に多数設けたスリットと、上記台金の両側から研削液を砥石側面に沿って放射方向に砥粒先端まで導くフランジカバーと、上記台金とフランジとを保持すると共に加工機の主軸に装着される砥石アーバーと、上記砥石アーバーの通孔を介して台金とフランジの隙間に主軸から研削液を供給するスピンドルスルーと、からなる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置において、研削液供給量を５Ｌ／ｍｉｎ前後とし、研削速度Ｖ＝２０ｍ／ｓｅｃ前後とし、送り速度ｖ＝５００ｍｍ／ｓｅｃ前後とし、切り込み量ｔｄ＝０．０２ｍ前後の往復送りとしたことを特徴とする超砥粒電着砥石の研削方法。
- 単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金の外周面に電着した電着砥石と、上記台金は一方側に小孔を開けた外周面を有し他方側に円板からなり該空間内にサンドイッチ構成に挟んだドーナツ状の気泡セラミック体と、上記左右両側の台金と気泡セラミック体とに開けた中心孔を保持すると共に加工機の主軸に装着される砥石アーバーと、上記砥石アーバーはこの通孔を介して気泡セラミック体の中心孔から該外周に配置した電着砥石に対して主軸から研削液を供給するスピンドルスルーと、からなることを特徴とする超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置。
- 単層のＣＢＮ又はダイヤモンド砥粒を鋼製の台金の外周面に電着した電着砥石と、上記台金は一方側に小孔を開けた外周面を有し他方に円板からなり該空間内にサンドイッチ構成に挟んだドーナツ状の気泡セラミック体と、上記左右両側の台金と気泡セラミック体とに開けた中心孔を保持すると共に加工機の主軸に装着される砥石アーバーと、上記砥石アーバーはこの通孔を介して気泡セラミック体の中心孔から該外周に配置した電着砥石に対して主軸から研削液を供給するスピンドルスルーと、からなる超砥粒電着砥石の砥石内研削液供給装置において、研削液供給量を０．５Ｌ／ｍｉｎ前後とし、研削速度Ｖ＝２０ｍ／ｓｅｃ前後とし、送り速度ｖ＝５００ｍｍ／ｓｅｃ前後とし、切り込み量ｔｄ＝０．０２ｍ前後の往復送りとしたことを特徴とする超砥粒電着砥石の研削方法。
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