JP4318678B2 - Grinding wheel - Google Patents
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Description
本発明は、鋼球やセラミック球などの、球状の被削材の球面を研磨するために主に用いられる研磨砥石に関する。 The present invention relates to a polishing grindstone mainly used for polishing a spherical surface of a spherical work material such as a steel ball or a ceramic ball.
鋼球やセラミック球などの、球状の被削材の球面を研磨するために用いられている研磨砥石の外観を図9に示す。
図9(a)において、研磨砥石51は、鉄等によって形成された円板状の台金52の片側の面に砥粒層53が形成されてなるものであり、その反対側の面には、回転軸取付用のインロー54が設けられている。
FIG. 9 shows the appearance of a polishing grindstone used to polish a spherical surface of a spherical work material such as a steel ball or a ceramic ball.
In FIG. 9A, a
この研磨砥石51の研磨面の詳細を図9(b)、(c)に示す。図9(b)は、砥粒層を平坦に形成したものであり、台金52の外周側に、平坦な研磨面を有する砥粒層53が形成されている。このタイプの研磨砥石では、図9(d)に示すようにして被削材が研磨されるが、被削材である球体と砥粒層53とが接触することによる溝が砥粒層53の表面に形成されるまでに、ある程度のならし時間がかかるという欠点がある。
Details of the polishing surface of the
また、図9(c)は、砥粒層を溝状に形成したものであり、台金52の外周側に、溝55を設けた研磨面を有する砥粒層53が形成されている。このタイプの研磨砥石では、図9(e)に示すようにして被削材が研磨されるが、予め溝55が形成されているために、ならし時間は少なくてすむが、溝55を形成したことによって、溝55が形成された位置での砥粒層53の厚みが薄くなり、研磨砥石の寿命が低減する。
砥粒層の形状を考慮して、砥粒層の厚みが薄くならないようにした研磨装置が、特許文献1に記載されている。
FIG. 9C shows an abrasive layer formed in a groove shape, and an
A polishing apparatus in which the thickness of the abrasive grain layer is not reduced in consideration of the shape of the abrasive grain layer is described in
しかし、特許文献1に記載の砥粒層を形成すると、確かに砥粒層の厚みが薄くなることは防止できるが、砥粒層を使いきる際に、露出した鉄台金に球状の被削材が接触して被削材に傷をつけ、真円精度の悪化を招きやすい。これは、鉄台金上で被削材である球体の繰り返し圧縮応力が加わり、溝表面近くが疲労破壊を起こして剥離することにより、溝形状が崩れるためである。そのため、結局は砥粒層を使いきる前に廃却しなければならず、有効に砥粒層を最後まで使用することができなかった。
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、砥粒層を完全に使いきっても、球状の被削材への傷の発生や、真円精度の悪化を防止することが可能であり、寿命の優れた研磨砥石を提供することを目的とする。
However, when the abrasive grain layer described in
The present invention has been made to solve the above problems, and even when the abrasive grain layer is completely used, the occurrence of scratches on the spherical work material and the deterioration of the roundness accuracy can be prevented. An object of the present invention is to provide a polishing wheel that is possible and has an excellent life.
以上の課題を解決するために、本発明の研磨砥石は、円板状の台金の外周側に砥粒層が形成された研磨砥石において、砥粒層の下方側に固体潤滑剤を含有し粉末焼結した銅合金の層が形成され、前記砥粒層の表面に第1の溝が設けられ、前記第1の溝に応じて固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層に第2の溝が設けられ、第2の溝にも砥粒層が設けられ、第1の溝の曲率半径をR1、砥粒層の表面と第1の溝の最下部との高さの差をH1とし、前記銅合金の層に設けられた第2の溝の曲率半径をR2、砥粒層と銅合金の層との直線状の境界と、第2の溝の最下部との高さの差をH2としたときに、H1はR1の1/4倍以上3/4倍以下であり、H2はR2の1/4倍以上3/4倍以下であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the polishing wheel of the present invention is a polishing wheel in which an abrasive layer is formed on the outer peripheral side of a disk-shaped base metal, and contains a solid lubricant on the lower side of the abrasive layer. A powder sintered copper alloy layer is formed, a first groove is provided on the surface of the abrasive layer, and a copper alloy layer by powder sintering containing a solid lubricant according to the first groove. The second groove is provided, the second groove is also provided with an abrasive layer, the radius of curvature of the first groove is R1, and the height difference between the surface of the abrasive layer and the lowest part of the first groove Is H1, the radius of curvature of the second groove provided in the copper alloy layer is R2, the linear boundary between the abrasive grain layer and the copper alloy layer, and the height of the lowest part of the second groove H1 is equal to or more than 1/4 times and not more than 3/4 times R1, and H2 is not less than 1/4 times and not more than 3/4 times R2.
砥粒層の表面に設けられた第1の溝によって、ならし時間を短縮できるばかりでなく、
固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層にも砥粒層の表面に設けられた第1の溝の形状に合わせて、第2の溝を設けることにより、砥粒層の厚みは砥粒層の全域に亘って略同一となるため、溝付けによる使用代の減少がなく、寿命が向上する。また、固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層が形成されていることにより、砥粒層を使いきった場合でも球状被削材の傷の発生や、真円精度の悪化を防止することができる。
The first groove provided on the surface of the abrasive layer not only shortens the leveling time,
By providing the second groove in accordance with the shape of the first groove provided on the surface of the abrasive grain layer on the powder sintered copper alloy layer containing the solid lubricant, the thickness of the abrasive grain layer is Since it becomes substantially the same over the entire area of the abrasive grain layer, there is no reduction in the cost of use due to grooving and the life is improved. In addition, a copper alloy layer formed by powder sintering containing a solid lubricant prevents the spherical work material from being scratched and the roundness accuracy from deteriorating even when the abrasive layer is used up. can do.
H1がR1の1/4倍未満であると、溝の深さが浅すぎるため、加工後の被削材の真球度、面粗度が低下する。一方、H1がR1の3/4倍を超えると、被削材を挟んで対向して使用される回転砥石と固定砥石とが干渉しやすくなるため、好ましくない。また、H1を上記の範囲としたときに、砥粒層の厚みを砥粒層の全域に亘って略同一とするためには、H2はR2の1/4倍以上3/4倍以下とすることが好ましい。H2がR2の1/4倍未満であると、砥粒層の厚みが薄くなって寿命が低下する。一方、H2がR2の3/4倍を超えると、加工に使用しない余分な使用代ができるため好ましくない。 When H1 is less than 1/4 of R1, the depth of the groove is too shallow, and the sphericity and surface roughness of the work material after machining are reduced. On the other hand, if H1 exceeds 3/4 of R1, the rotating whetstone and the fixed whetstone that are used facing each other with the work material interposed therebetween are likely to interfere with each other, which is not preferable. Further, when H1 is in the above range, in order to make the thickness of the abrasive grain layer substantially the same over the entire area of the abrasive grain layer, H2 is set to 1/4 times or more and 3/4 times or less of R2. It is preferable. When H2 is less than 1/4 of R2, the thickness of the abrasive layer is reduced and the life is shortened. On the other hand, if H2 exceeds 3/4 times R2, it is not preferable because an extra usage fee that is not used for processing can be made.
本発明においては、銅合金の層は、Cu-Sn-Agを主成分として粉末焼結した銅合金に平均粒径が5μm以下の二硫化モリブデン粉末を、2.5体積%以上10.0体積%以下の割合で均一分散した組成としたものであることを特徴とする。
二硫化モリブデン粉末は、極圧添加剤としての作用があり、粉末焼結した銅合金に均一分散させることにより、球状の被削材との摩擦抵抗を減少させる。また粉末焼結法によって成形することで、金属粉末の粒子間に二硫化モリブデン粉末が存在しており、粒子間結合力を低下させる作用を持たせている。これにより被削材である球体の繰り返し圧縮応力を受けても、摩耗が進行するために疲労破壊を起こさない。
二硫化モリブデン粉末の含有量が2.5%未満の場合は、潤滑作用及び摩耗促進作用が低下し、球状の被削材の傷の発生や、真円精度を悪化させるため好ましくない。一方、10.0体積%を超えると、砥粒層や台金との接合力が低下し、剥離する場合があるので好ましくない。
In the present invention, the copper alloy layer is made of 2.5% by volume or more and 10.0% by volume of molybdenum disulfide powder having an average particle size of 5 μm or less to a copper alloy powder-sintered mainly containing Cu—Sn—Ag. It is characterized by having a composition uniformly dispersed at a ratio of not more than%.
Molybdenum disulfide powder acts as an extreme pressure additive, and reduces the frictional resistance with a spherical work material by uniformly dispersing it in a powder sintered copper alloy. Further, by molding by the powder sintering method, the molybdenum disulfide powder exists between the particles of the metal powder, and has an effect of reducing the bonding force between the particles. As a result, even when subjected to repeated compressive stress of the sphere that is the work material, wear does not occur and fatigue failure does not occur.
When the content of the molybdenum disulfide powder is less than 2.5%, the lubrication action and the wear promoting action are lowered, and the occurrence of scratches on the spherical work material and the roundness accuracy are deteriorated. On the other hand, if it exceeds 10.0% by volume, the bonding force with the abrasive grain layer or the base metal is lowered and may be peeled off.
本発明においては、前記第2の溝の曲率半径R2を、前記第1の溝の曲率半径R1の1.05倍以上としたことを特徴とする。
R2をR1の1.05倍未満とすると、砥粒層が摩耗してその厚みが減少したときに、R2が小さいために、研磨に使用されずに残る部分が生じ、寿命が低下する。そのため、前記第2の溝の曲率半径R2を、前記第1の溝の曲率半径R1の1.05倍以上とすることが好ましい。
In the present invention, the radius of curvature R2 of the second groove is 1.05 times or more the radius of curvature R1 of the first groove.
When R2 is less than 1.05 times R1, when R2 is small when the abrasive grain layer is worn and its thickness is reduced, a portion that is not used for polishing is generated and the life is shortened. Therefore, it is preferable that the curvature radius R2 of the second groove is 1.05 times or more the curvature radius R1 of the first groove.
本発明によると、ならし時間の短縮化を可能とし、砥粒層を最後まで使いきることが可能な、寿命の長い研磨砥石を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a polishing grindstone having a long service life that can shorten the leveling time and can use the abrasive grain layer to the end.
以下に、本発明の研磨砥石をその実施の形態に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る研磨砥石の基本構造は、図1に示すように、鉄等によって形成された円板状の台金2の片側の面に砥粒層3が形成されてなるものであり、その反対側の面には、回転軸取付用のインロー4が設けられている。
この研磨砥石の砥粒層3の形成の詳細を、図2に基づいて説明する。
Below, the grinding stone of the present invention is explained based on the embodiment.
As shown in FIG. 1, the basic structure of a polishing grindstone according to an embodiment of the present invention is such that an
Details of the formation of the
図2は、研磨砥石1のA−A断面図であり、台金2の外周側に砥粒層3を設け、この砥粒層3の表面に溝5が設けられている。この溝5に応じて、固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層(以下、「銅合金層」という)2aにも溝6が設けられ、砥粒層3の厚みは、砥粒層3の全域に亘って略同一となっている。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the
図3に、溝の形状の詳細を示す。
図3(a)において、砥粒層3に設けられた溝5の曲率半径をR1、砥粒層3の表面と溝5の最下部との高さの差をH1とする。また、銅合金層2aに設けられた溝6の曲率半径をR2、砥粒層3と銅合金層2aとの直線状の境界と、溝6の最下部との高さの差をH2とする。
FIG. 3 shows details of the groove shape.
In FIG. 3A, the radius of curvature of the
図3(b)、(c)に、H1とR1との大小関係を変えたときの研磨状況を示す。
図3(b)は、H1をR1の1/4倍未満としたときであり、被削材と接触する砥粒層3の弧が小さく、砥粒層3に形成される溝5が浅いために、被削材の真円度、面粗度が低下する。図3(c)は、H1がR1の3/4倍を超えるようにしたときであり、球状の被削材を挟んで対向して使用される回転砥石と固定砥石の砥粒層3が接近して、回転砥石と固定砥石とが干渉しやすくなる。
FIGS. 3B and 3C show polishing conditions when the magnitude relationship between H1 and R1 is changed.
FIG. 3B shows a case where H1 is less than 1/4 of R1, and the arc of the
図3(d)、(e)に、H2とR2との大小関係を変えたときの研磨状況を示す。
図3(d)は、H2をR2の1/4倍未満としたときであり、砥粒層3の厚みが薄くなって寿命が低下する。図3(e)は、H2がR2の3/4倍を超えるようにしたときであり、加工に使用しない余分な使用代7が形成されてしまう。
以上のことから、加工能率と加工精度の向上のためには、H1はR1の1/4倍以上3/4倍以下であり、H2はR2の1/4倍以上3/4倍以下であることが好ましい。
FIGS. 3D and 3E show the polishing conditions when the magnitude relationship between H2 and R2 is changed.
FIG. 3 (d) shows the case where H2 is less than 1/4 times R2, and the thickness of the
From the above, in order to improve the machining efficiency and machining accuracy, H1 is ¼ times to ¾ times R1, and H2 is ¼ times to ¾ times R2. It is preferable.
研磨される球体の取代は、およそR1の1.05倍以内であり、R2はR1の1.05倍より大きく設定するのがよい。R2がR1の1.05倍未満であると、砥粒層3が摩耗して減少したときに、銅合金層2aが露出したり、砥粒層3の溝R1と銅合金層の溝R2のわずかなピッチずれにより銅合金層2aが露出したりするため好ましくない。銅合金層2aは球状の被削材の傷、真円精度悪化を防止するものであるが、砥粒層3が残っているにもかかわらず銅合金層2aが露出してくるのは好ましくない。
The machining allowance of the sphere to be polished is approximately within 1.05 times R1, and R2 is preferably set to be larger than 1.05 times R1. When R2 is less than 1.05 times R1, when the
この銅合金層2aの露出について、図3(f)、(g)に基づいて説明する。
図3(f)は、R2をR1の1.05倍以上としたときを示しており、この場合には、R2が大きいために、砥粒層3の摩耗が進んで破線で示すように砥粒層3の厚みが減少しても、砥粒層を使いきるまで有効に使用することができる。
これに対し、図3(g)は、R2をR1の1.05倍未満としたときを示しており、R2が小さいために、砥粒層3が摩耗してその厚みが減少したときに、斜線で示す領域8は、まだ使用代があるにも拘わらず、銅合金層2aが一部露出してしまう。
The exposure of the
FIG. 3 (f) shows a case where R2 is set to 1.05 times or more of R1, and in this case, since R2 is large, the
On the other hand, FIG. 3 (g) shows a case where R2 is less than 1.05 times R1, and since R2 is small, the
以下に、具体的な作製例と試験例を示す。
試験条件を表1、表2に示す。
Specific production examples and test examples are shown below.
Tables 1 and 2 show the test conditions.
被削材と加工条件 Work material and machining conditions
試験砥石 Test wheel
試験結果を図4から図6に示す。図4から図6においてはいずれも、砥粒層3の表面と溝5の最下部との高さの差H1を変化させるとともに、これに応じて、砥粒層3と銅合金層2aとの直線状の境界と、溝6の最下部との高さの差H2を同様に変化させている。
The test results are shown in FIGS. 4 to 6, the height difference H1 between the surface of the
図4は、砥粒層3の表面と溝5の最下部との高さの差を変化させたときのならし時間を示しており、高さの差がR1の1/4倍未満のときはならし時間を長くとることが必要であるが、高さの差がR1の1/4倍以上のときは、ならし時間を短縮することができる。
FIG. 4 shows the leveling time when the height difference between the surface of the
図5に、砥粒層3の表面と溝5の最下部との高さの差を変化させたときの、被削材の真球度を示し、図6に、被削材の面粗度を示す。いずれも、高さの差がR1の1/4倍以上のときに良好な値を示している。なお、真球度と面租度はいずれも、数値が低いほど精度が良いことを示す。
FIG. 5 shows the sphericity of the work material when the difference in height between the surface of the
図4から図6に示す試験結果においては、砥粒層3の表面と溝5の最下部との高さの差がR1の1/4倍以上であれば良好な結果を示しているが、この高さの差がR1の3/4倍を超えると、被削材を挟んで対向して使用される回転砥石と固定砥石とが干渉しやすくなるため、好ましくない。従って、砥粒層3の表面と溝5の最下部との高さの差H1は、R1の1/4倍以上3/4倍以下とするのがよく、これに応じて、砥粒層3の厚みを確保するために、砥粒層3と銅合金層2aとの直線状の境界と、溝6の最下部との高さの差H2を、R2の1/4倍以上3/4倍以下とするのがよい。
In the test results shown in FIGS. 4 to 6, good results are shown if the difference in height between the surface of the
図7に、銅合金層2aを完全に露出させた状態で、銅合金層2aへの二硫化モリブデンの含有量を0〜20体積%まで変化させ試験を行った時の、鉄台金との接合強度の変化を示す。鉄台金との接合強度は二硫化モリブデン含有量が0%のときを100%としている。二硫化モリブデンの添加量が10%以上のときに、鉄台金との接合強度が急激に低下しはじめ、添加量が20%のときには30%までに低下した。これは二硫化モリブデンの過剰添加による弊害であることを示している。
また、被削材の表面状態を確認すると、添加量が2.5%以下のときに被削材に傷が見られた。このとき銅合金層の溝H2には、図8に示すバリが見られた。これは二硫化モリブデンの添加量が少なく摩耗しにくいために、被削材の繰り返し圧縮応力を受けて溝が塑性変形するからであり、被削材の傷は、この塑性変形によってできたバリが欠落して被削材に傷をつけたものと思われる。
従って、銅合金層の二硫化モリブデン含有量は2.5%〜10%であることが好ましい。
FIG. 7 shows the iron base metal when the test was performed by changing the content of molybdenum disulfide in the
Further, when the surface condition of the work material was confirmed, the work material was scratched when the addition amount was 2.5% or less. At this time, burrs shown in FIG. 8 were observed in the groove H2 of the copper alloy layer. This is because the amount of molybdenum disulfide added is small and difficult to wear, so the groove undergoes plastic deformation under repeated compression stress of the work material, and scratches on the work material are caused by burrs formed by this plastic deformation. It seems that the material was damaged and scratched.
Accordingly, the molybdenum disulfide content of the copper alloy layer is preferably 2.5% to 10%.
本発明は、ならし時間の短縮化を可能とし、砥粒層を最後まで使いきることが可能な、寿命の長い研磨砥石として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a long-life polishing grindstone that can shorten the leveling time and can use the abrasive grain layer to the end.
1 研磨砥石
2 台金
2a 銅合金層
3 砥粒層
4 インロー
5 溝
6 溝
7 余分な使用代
8 領域
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