JP4610575B2 - 電着ホイール - Google Patents

Description

本発明は、両頭研削盤に用いられる電着ホイールに関する。

両頭研削盤に用いられる電着ホイールは、研削面となる台金の表面全面に、ダイヤモンドやｃＢＮからなる砥粒を電着によって固定した砥粒層が形成されており、砥粒層が台金表面を占める面積比は通常１００％となっている。このようなホイールによって被削材が挟み込まれて研削が行われる。

このようなホイールを使用した両頭研削においては、砥粒層、すなわち電着層の面積が広いため、切粉の排出性が悪く、切粉の目詰まりや被削材の溶着の発生が避けられない。そのため、砥粒が有効に使用されないまま、被削材の焼けや研削抵抗の上昇によって、ホイールの寿命と判断されていた。

また、このような両頭研削盤ホイールは、使用面幅が広いため、外周部と内周部とでホイールの周速が大きく異なり、研削仕事量も異なる。外周部に対して内周部ではホイールの周速が遅く、砥粒の摩滅が激しい。また、内周部と外周部とに挟まれた中央部は、主加工部となるため被削材の溶着が激しい。一方、外周部では周速は速いため、これによる摩耗は小さいものの、被削材の入口となることによる砥粒摩耗が大きい。

このように、外周部、中央部、内周部それぞれに砥粒の負荷が異なり、その結果、砥粒摩耗が不均一となるため、部分的な砥粒摩耗が原因で寿命と判断されるケースもある。
特許文献１には、電着領域での超砥粒が占める面積を各領域によって最適化した回転円盤カッターが記載されている。また、ラッピング装置やその他の研削砥石において、砥粒層の形状や配置を工夫したものが、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５に記載されている。

特開平９―１２３０６４号公報 実開昭５２−１７１７９１号公報 特開２０００−２８８９１７号公報 特開昭５５−１４４９７０号公報 特開平９―１９３０２５号公報

しかし、特許文献１に記載の発明は、主加工部ではない基板側面について、基板摩擦防止を目的として電着面積率の適正化を狙ったものであり、この構成によっても、両頭研削における、周速の違いや外周部が被削材の入口となることによる砥粒摩耗を有効に防止することはできない。また、特許文献２から５に記載の発明は、発生する切粉の除去効果を高め加工能率を向上させること、および研削砥石の部分的な偏摩耗を防止するため主に結合材強度を変化させるものであるが、研削砥石の最外周部に最も負荷が加わる研削方式では、砥石外周部に開口部（スリット）があると砥石破損等が発生する可能性がある。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、加工面となる電着層の面積率の適正化を行って、砥粒摩耗の平均化を実現し、寿命を向上させた電着ホイールを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の電着ホイールは、両頭研削盤に用いられ、円盤状台金の表面に砥粒が電着によって固定された電着部が形成された電着ホイールにおいて、前記電着部の表面面積の割合を、台金の中心に設けられた取付穴側の領域である内周部では、その領域における台金の表面面積に対して８０％以上とし、前記内周部の外周側の領域である中央部では４０％以上６０％以下とし、前記中央部の外周側の領域である外周部では７０％以上９０％以下とし、前記内周部と前記中央部とにおいては、電着部の表面が円形状に形成され、前記外周部においては、非電着部の表面が円形状に形成されていることを特徴とする。

台金の表面面積に対する電着部の表面面積の割合を、内周部では８０％以上とすることにより、内周部で周速が遅いことによる砥粒の摩耗を防止することができる。８０％未満では、電着部の表面面積の割合が小さいため、砥粒の摩耗を十分に防止することができない。また、台金の表面面積に対する電着部の表面面積の割合を、中央部では４０％以上６０％以下とすることにより、被削材の溶着を有効に防止することができる。電着部の表面面積の割合が４０％未満であると、砥粒への負荷が高くなり、砥粒摩耗を防止する効果が得られにくくなって好ましくなく、６０％を超えると、溶着防止効果が得られにくくなって好ましくない。また、台金の表面面積に対する電着部の表面面積の割合を、外周部では７０％以上９０％以下とすることにより、研削時に外周部が被削材の入口となることによる砥粒摩耗を防止することができる。電着部の表面面積の割合が７０％未満であると、電着部の表面面積の割合が小さいため、外周部が被削材の入口となることによる砥粒摩耗を防止する効果が得られにくく、９０％を超えると、溶着防止効果が得られにくくなって好ましくない。

このように、台金の表面面積に対する電着部の表面面積の割合を各領域において上記の範囲とすることによって、各部での砥粒摩耗を均等化させることができ、砥粒が有効に使用されるため、寿命が向上する。
ここで、内周部とは取付穴に沿うホイールの内周縁からの幅が、ホイールの内周縁から外周縁までの幅に対して１５％以下の領域であり、外周部とはホイールの外周縁からの幅が、ホイールの内周縁から外周縁までの幅に対して２０％以下の領域であり、中央部とは内周部と外周部とに挟まれた領域である。

本発明においては、前記内周部と前記中央部では電着部の表面を円形状に形成し、前記外周部では非電着部の表面を円形状に形成している。
内周部と中央部とにおいては電着部の表面が円形状に形成されていることにより、電着部が被削材に対して円弧状に接触するため、研削時の衝撃を和らげることができる。これに対し、電着部の表面を角形状に形成すると、被削材に対して電着部が直線状に接触するため、衝撃により被削材に欠け（チッピング）が発生しやすい。

さらに、外周部においては、被削材の入口もしくは近傍となるため電着面への負荷が加わりやすいが、非電着部の表面が円形状に形成されたことにより、その周囲に電着部が形成されるため、電着密着を高めてその強度を維持することができる。そのため、この領域で被削材がはじかれて研削に悪影響を及ぼすことを防止できる。

本発明においては、前記外周部のうち最も外周側に位置する最外周縁部に全面電着部を設けることができる。
最外周縁部は、被削材の入口となる領域であることによる電着面への負荷が最も加わりやすいが、この領域を全面電着部とすることにより、電着密着を高めてその強度を維持することができる。そのため、この領域で被削材がはじかれて研削に悪影響を及ぼすことを防止できる。

本発明によると、電着面積率の適正化により各部での砥粒の磨耗が均等となり、切れ味と寿命が向上する。また、主加工部となる中央部にも電着パターンにより非電着部を設けているため、切粉の逃げ道ができ、被削材溶着量が減少する。さらに、研削時の衝撃を和らげることができ、衝撃によるチッピングの発生を防止できる。

以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る電着ホイールの研削面の半分を示す。
電着ホイール１（以下、「ホイール」と略記することがある）には、円盤状の台金２の表面に、ダイヤモンドやｃＢＮからなる砥粒が電着によって単層に固定された電着部３が形成されている。台金２の中心には、取付穴４が設けられている。

本発明の電着ホイール１においては、台金２における電着パターンを領域によって変化させており、取付穴４に沿うホイールの内周縁Ｌからの幅ａが、ホイールの内周縁Ｌから外周縁Ｍまでの幅Ｗに対して０％以上１５％以下の領域である内周部５においては、電着部３の表面面積の総計の割合をその領域における台金２の面積の８０％以上としている。また、ホイールの幅Ｗに対してホイールの外周縁Ｍからの幅ｂが０％以上２０％以下の領域である外周部６においては、電着部３の表面面積の総計の割合をその領域における台金２の面積の７０％以上９０％以下としている。内周部５と外周部６とに挟まれた領域であり、幅ｃを有する中央部７においては、電着部３の表面面積の総計の割合をその領域における台金２の面積の４０％以上６０％以下としている。また、外周部６のうち最も外周側に位置する最外周縁部８に全面電着部９が設けられ、この全面電着部の外周縁Ｍからの幅ｄを１０ｍｍ以下としている。

内周部５と中央部７とにおいては、砥粒が単層に電着された電着部３の表面が円形状に形成されている。また、外周部６においては、これとは逆に、非電着部１０の表面が円形状に形成され、非電着部１０の周囲が電着部となっている。

図２に、本発明の電着ホイールにおいて、電着部の表面を円形状に形成したことによって生じる、研削の際の利点について説明する。なお、説明の都合上、図２には電着部の表面を円形状に形成したもののみを表示し、図１における外周部６、最外周縁部８は表示していない。
図２（ａ）に示すように、ワーク２０はワークキャリア２１に適度な間隔を置いて配置され、このワークキャリア２１を上下両側から電着ホイール１で挟み込んで研削する構造となっており、ワークキャリア２１が回転するとともに、電着ホイール１もその回転軸１１を回転中心として回転する。ワークキャリア２１の回転速度は、電着ホイール１の回転速度の約１／１００程度である。

電着ホイール１の面上に形成された電着部３は、図２（ｂ）に示すように、ワーク２０に接触することによってワーク２０の研削がなされるが、本発明においては、電着部３の表面を円形状に形成しているため、電着部３とワーク２０とが接触する部分を拡大した図２（ｃ）に示すように、ワーク２０の初期研削は、電着部３の外周である円弧の一部と接触することによってなされ、電着部３の回転によってワーク２０には円弧状に接触する。従って、ワーク２０に対する電着部３の当たりが滑らかとなり、研削時の衝撃を和らげることができるため、チッピングの発生を低減することができる。

図３に基づいて、電着部３の形状を変えたときの研削状況の違いについて説明する。
図３（ａ）は、電着ホイール１の研削面を示しており、（ｂ）はこの面上に表面が角形状の電着部３ｂを形成し、この角形状の電着部３ｂの一辺が電着ホイール１の回転方向に対して垂直になるようにしたものであり、（ｃ）は同様に角形状の電着部３ｃを形成したものを（ｂ）の位置から４５°回転し、角形状の電着部３ｃの一点が電着ホイール１の回転方向の先端になるようにしたものであり、（ｄ）は表面が円形状の電着部３ｄを形成したものである。図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）における一点鎖線は、図３（ａ）における径方向の線を意味する。

図３（ｂ）の場合は、電着部３ｂは角形状の一辺が直線として初期研削に作用し、その後ワークに断続的に当たるため、チッピングが発生しやすい。また、（ｃ）の場合は、電着部３ｃは角形状の一点が初期研削に作用するため、電着部３ｃの先端の砥粒にかかる負荷は大きくなるが、チッピングの発生は（ｂ）のものよりも低減できる。これに対し、（ｄ）の場合は、電着部３ｄは円形状であるため、ワークに対して円弧状に接触するため、衝撃が少なく、チッピングの発生を抑制するためには極めて有効である。

図４に、その試験結果を示す。
ここでのチッピング率は、チッピングの発生した発生品数を全加工数で割ったものとして定義している。
図４からわかるように、電着部の表面を円形に形成することにより、チッピングの発生が著しく低下している。

図５に、内周部、中央部、外周部での電着面積率を変えたときの試験結果を示す。ここでは、３５５ｍｍ径の電着ホイールを上下にセットして、巻バネの両端面研削を行なうことにより試験を行った。

図５（ａ）は、内周部、中央部、外周部における電着部の表面面積を変えたときの寿命を示しており、台金の全領域に対して全面電着したときを１００とした指数で表示している。電着部の表面面積の割合を内周部では８０％以上とし、中央部では４０％以上６０％以下とし、外周部では７０％以上９０％以下としたときに寿命が向上していることがわかる。特に、外周部においては、周速のみを考慮するならば電着部の面積を小さくすることが好ましいにもかかわらず、本発明では外周部が被削材の入口となることによる砥粒摩耗が大きいことを考慮して、外周部における電着部の面積を大きくしており、これによる効果が良く現れている。なお、内周部については、電着部の表面を円形状に形成するという観点からは、内周部における電着部の表面面積の割合について自ずから上限が定まるが、図５（ａ）に示すデータに基づくと、内周部における電着部の表面面積の割合を少なくとも９０％以下にすると寿命が良好に保たれていることがわかる。

図５（ｂ）は、内周部、中央部、外周部における電着部の表面面積を変えたときの消費電力を示しており、台金の全領域に対して全面電着したときを１００とした指数で表示している。被削材が溶着しやすい中央部において、電着部の表面面積の割合を６０％以下としたことによって、溶着を有効に防止することができ、消費電力が低下している。

本発明は、加工面となる電着層の面積率の適正化を行って、砥粒摩耗の平均化を実現し、寿命を向上させた電着ホイールとして利用することができる。

本発明の実施形態に係る電着ホイールの研削面を示す図である。 本発明の電着ホイールを用いてワークを研削する様子を示す図である。 電着部の形状を変えたときの研削状況の違いを説明する図である。 電着部の形状を変えたときの研削状況の試験結果を示す図である。 内周部、中央部、外周部における電着面積率を変えたときの試験結果を示す図である。

符号の説明

１ 電着ホイール
２ 台金
３ 電着部
４ 取付穴
５ 内周部
６ 外周部
７ 中央部
８ 最外周縁部
９ 全面電着部
１０ 非電着部
１１ 回転軸
２０ ワーク
２１ ワークキャリア
Ｌ 内周縁
Ｍ 外周縁
Ｗ 幅

Claims (2)

1. 両頭研削盤に用いられ、円盤状台金の表面に砥粒が電着によって固定された電着部が形成された電着ホイールにおいて、前記電着部の表面面積の割合を、台金の中心に設けられた取付穴側の領域である内周部では、その領域における台金の表面面積に対して８０％以上とし、前記内周部の外周側の領域である中央部では４０％以上６０％以下とし、前記中央部の外周側の領域である外周部では７０％以上９０％以下とし、前記内周部と前記中央部とにおいては、電着部の表面が円形状に形成され、前記外周部においては、非電着部の表面が円形状に形成されていることを特徴とする電着ホイール。
2. 前記外周部のうち最も外周側に位置する最外周縁部に全面電着部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電着ホイール。

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