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ラッピング用超砥粒ホイール - ノリタケダイヤ株式会社
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発明の名称 ラッピング用超砥粒ホイール
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−264041
公開日 平成10年(1998)10月6日
出願番号 特願平9−74166
出願日 平成9年(1997)3月26日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 久
発明者 三國 喜和
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 工作物表面に砥粒層を押し当てながら摺動させて前記工作物表面を加工するラッピング用の超砥粒ホイールであって、前記砥粒層の部位ごとに耐磨耗度を調整したことを特徴とするラッピング用超砥粒ホイール。
【請求項2】 前記砥粒層を、中央部と、同中央部よりも内周側に位置する内周部と、前記中央部よりも外周側に位置する外周部とに区画し、かつ前記内周部及び外周部の耐磨耗度を前記中央部の耐磨耗度よりも大きくした請求項1記載のラッピング用超砥粒ホイール。
【請求項3】 前記中央部の耐磨耗度を100とした場合、前記内周部の耐磨耗度を115〜130、前記外周部の耐磨耗度を115〜135としたことを特徴とする請求項1,2記載のラッピング用超砥粒ホイール。
【請求項4】 前記内周部及び外周部の幅を、前記砥粒層の幅の5〜15%としたことを特徴とする請求項1〜3記載のラッピング用超砥粒ホイール。
【請求項5】 前記中央部を複数のセグメントにより構成されるセグメント構造とし、かつ同複数のセグメントの接合面間にスリットを形成していることを特徴とする請求項1〜4記載のラッピング用超砥粒ホイール。
【請求項6】 前記外周部及び内周部のいずれかまたは双方を複数のセグメントにより構成されるセグメント構造とし、かつ同セグメントの接合面間にスリットを形成していることを特徴とする請求項1〜4記載のラッピング用超砥粒ホイール。
【請求項7】 前記耐磨耗度の差を、チップ率、ボンドマトリックスの種類、使用砥粒の集中度、使用砥粒の粒径、硬質フィラの添加のいずれかまたはこれらの組み合わせによって達成していることを特徴とする請求項1〜6記載のラッピング用超砥粒ホイール。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は工作物表面に砥粒層を押し当てながら摺動させて工作物表面を加工するラッピング用の超砥粒ホイールに関し、特に、電気・電子部品や各種脆性材料の高精度加工に適したラッピング用超砥粒ホイールに関する。
【0002】
【従来の技術】電気部品や電子部品、また光学部品などは、近年、高性能化、コンパクト化がますます進み、これに伴って、そのパーツも高精度、高品位なものが求められるようになった。このようなパーツの加工法として、従来、遊離砥粒(loose abrais)を使用したいわゆるラッピング(lapping )加工が行われている。
【0003】遊離砥粒を用いたラッピング加工は、ダイヤモンドなどの砥粒と加工液を混合したラップ剤をラップ板と工作物の間に分散させ、両者に圧力を加えながら摺動させて工作物表面をなめらかにかつ高精度に仕上げるものである。このラッピング加工は、加工能率は低いものの、0.01μmオーダの高い精度が得られるため、ゲージや光学レンズなどの製造仕上げ工程で古くより使用されている。
【0004】しかしながら、この遊離砥粒は固定されないで自由に移動するために、取り扱いが不便であるばかりでなく、砥粒中のスラッジ除去に時間やコストがかかる。この対策として、遊離砥粒の欠点を解消し、加工能率の向上、取り扱いの容易さを目的とした超砥粒ホイールが使用されるようになった。
【0005】図5は従来のラッピング用超砥粒ホイールを示す全体図で、50は鋳物やアルミ合金などからなる円盤状の台金、51は台金の側面に固着されたダイヤモンドやCBN等の超砥粒からなる砥粒層、52は台金50及び砥粒層51の中心部に形成された貫通孔である。使用に当たっては、砥粒層51を上向きにして、工作物表面に押し当てながら摺動させて工作物表面を加工する。または上下面を砥粒層とし、工作物の上下両面を同時に加工する方法もとられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ラッピング加工は、ワークの加工面を数μmオーダで均一に加工することであるが、このためには、ラップ定盤すなわちラッピング用超砥粒ホイールの砥粒面の平坦度を高度に維持することが重要となる。しかしながら、上記従来のラッピング用超砥粒ホイールでは、図6に示すように、加工に伴って特に外周端部および内周端部の磨耗が激しく、この部分での平坦度を保つことが困難である。このような現象は、ワークやワークを保持するキャリアによって砥粒面の内外周に大きな負荷がかかりやすいことや、加工時のワークの切粉や砥粒面から脱落した砥粒が内外周に流れだすことにより発生するものと推察される。
【0007】そこで、本発明において解決すべき課題は、比較的簡単な手段で、ラッピング用超砥粒ホイールにおける偏磨耗を防止し、長期にわたって高精度なラッピング加工を可能にすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決するために、工作物表面に砥粒層を押し当てながら摺動させて前記工作物表面を加工するラッピング用の超砥粒ホイールであって、前記砥粒層の部位ごとに耐磨耗度を調整したことを特徴とする。とくに、前記砥粒層を、中央部と、同中央部よりも内周側に位置する内周部と、前記中央部よりも外周側に位置する外周部とに区画し、かつ前記内周部及び外周部の耐磨耗度を前記中央部の耐磨耗度よりも大きくすることにより、偏磨耗を防止することができる。
【0009】本発明において耐磨耗度とは、磨耗試験機により一定の条件で試験したときの砥粒層の磨耗量の逆数をいう。本発明の超砥粒ホイールにおいては、砥粒層の部位に応じて耐磨耗度を調整すること、とくに、砥粒層の内周部及び外周部の耐磨耗度を、中央部の耐磨耗度よりも大きくすることによって、使用時における内周部及び外周部の磨耗が抑制され、これによって、砥粒層全体の平坦度を長期間にわって持続することができるようになる。
【0010】内周部及び外周部の耐磨耗度と中央部の耐磨耗度とをどの程度異ならせるかは、ワークの材質や加工取代、ワーク仕上がり面粗さにかかわる超砥粒ホイールの砥粒の粒度(粒径)によっても異なるが、ワークが一般的な硬脆性材料や焼入鋼の場合、中央部の耐磨耗度を100とした場合、内周部の耐磨耗度を115〜130とし、かつ外周部の耐磨耗度を115〜135とするのが望ましい。
【0011】内周部及び外周部と中央部との間でこのような耐磨耗度の差を持たせるためには、例えば、チップ率(砥粒面全体を100%としたときの研削に作用する砥粒層チップの面積率%)、ボンドマトリックスの種類、使用砥粒の集中度、使用砥粒の粒径、硬質フィラの添加のいずれかまたまこれらの組み合わせによって達成できるが、特に砥粒面の磨耗バランスの点からはチップ率差または集中度差によるものが望ましい。
【0012】例えば、チップ率を変化させる場合、中央部のチップ率を70とし、内周部および外周部のチップ率を80〜90とすることによって、中央部の磨耗量100に対して、内周部の磨耗量を130〜140、外周部の磨耗量を150〜180に抑制することができる。また集中度を変化させる場合、中央部の集中度を75とし、内周部および外周部の集中度を85〜100とすることによって、同様に、中央部の磨耗量100に対して、内周部の磨耗量を130〜140、外周部の磨耗量を150〜175に抑制することができる。
【0013】内周部及び外周部の耐磨耗度が前記の範囲よりも小さいと、内周部及び外周部の磨耗が大きくなってワークの加工精度が低下し、耐磨耗度が前記の範囲よりも大きいと、砥粒層が硬めに作用しすぎて切れ味の低下をきたすことになる。
【0014】さらに、砥粒層を区画する内周部及び外周部の幅は、砥粒面の幅やワークの形状寸法によっても異なるが、ワークが一般的な硬脆性材料や焼入鋼の場合、砥粒層の幅の5〜15%の範囲が望ましい。
【0015】内周部及び外周部の幅が前記の範囲よりも小さいと、内周部及び外周部の磨耗が大きくなってワークの加工精度が低下し、幅が前記の範囲も大きいと、砥粒層が硬めに作用しすぎて切れ味の低下をきたすことになる。
【0016】また、中央部を複数の扇形セグメントにより構成されるセグメント構造とし、かつ、これらの複数のセグメントの接合面間に放射状のスリットを形成することが望ましい。このようなスリットを形成することによって、ワークと砥粒層との間にあるスラッジを含んだ研削液等は、回転軌跡内に位置するスリット内に流れ込み、さらにこの溝の中に集積されたスラッジ分などは回転に伴う遠心力によって、自動的に外部に排出されるようになる。また、このようなスリットから研削液を効率よく研削作用面に供給することができるようになる。
【0017】ここで、形成するスリットの幅は、要求されるワークの加工精度や、ワークの形状寸法などによっても異なるが、ワークが一般的なセラミックス、ガラスなどの硬脆性材料の場合、1〜5mmが望ましい。スリットの幅が1mm未満であるとスラッジを含んだ研削液などの排出効果が低下し、幅が5mmを越えるとワーク欠けやキャリアポケットの損傷が発生しやすくなる。
【0018】同様の理由によって、前記外周部及び内周部のいずれかまたは双方を複数のセグメントにより構成されるセグメント構造とし、かつ同セグメントの接合面間にスリットを形成することが望ましい。
【0019】この場合、外周部及び内周部のスリットの幅は中央部に準じるが、それぞれのスリットの位置は、中央部のスリットと同じ位置、または、中央部のスリット間のほぼ中間位置となるように配置するのが望ましい。これによって、特に中央部のスリット間のほぼ中間位置としたものは、研削液溜まりができることで、研削液が研削作用面に有効にはたらくことになる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下本発明の特徴を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施の形態であるラッピング用超砥粒ホイールの斜視図、図2は図1に示すラッピング用超砥粒ホイールの一部分を示す正面図である。
【0021】同図を参照して、11は鋳物からなる円盤状の台金で、この台金11の側面に砥粒層13が固着形成されている。さらに砥粒層13は、砥粒層13の主要部を占める中央部15、この中央部15よりも内周側に位置する内周部17、中央部よりも外周側に位置する外周部19に区画されている。
【0022】中央部15は複数の扇状セグメント15aから形成され、その接合面側には幅3mmのスリットS1 が形成されている。また内周部17及び外周部19も同様にセグメント17a,19aから形成され、各セグメント17a,19aの接合面側には幅1mmのスリットS2 ,S3 が形成されている。
【0023】図2に明瞭に示すように、スリットS2 ,S3 はスリットS1 のほぼ中間位置となるように、セグメント17a,19aが配置され、スリットS1 ,S2 ,S3 が連続しないような配置としている。このようにすることによって、研削液溜まりができて、研削液が研削作用面に有効にはたらくことになる。
【0024】上記したように砥粒層13を中央部15、内周部17、外周部19に区画したうえで、中央部の耐磨耗度を100とした場合に、内周部の耐磨耗度が120、外周部の耐磨耗度が125となるように、中央部のチップ率を70とし、内周部のチップ率を83、外周部のチップ率を85としている。これによって、内周部17及び外周部19の磨耗が抑制され、図3に示すように、砥粒層13全体の平坦度を長期間にわたって持続することができるようになる。なお、図3は超砥粒ホイールの使用後の状態を示す断面図であり、同図において一点鎖線は、中央部15、内周部17、外周部19を同一の耐磨耗度とした超砥粒ホイールの場合の磨耗の状態を示す。
【0025】また、各セグメント15a,17a,19aの間にスリットS1 ,S2 ,S3を形成しているため、ワークと砥粒層との間にあるスラッジを含んだ研削液等は、回転軌跡内に位置するスリット内に流れ込み、さらにこのスリット内に集積されたスラッジ分などは回転に伴う遠心力によって、自動的に外部に排出されるようになる。また、このようなスリットから研削液を効率よく研削作用面に供給することができる。
【0026】図4は本発明の他の実施の形態であるラッピング用超砥粒ホイールの一部分を示す正面図で、いわゆるコンティニアス形の超砥粒ホイールを示す。本実施の形態でも、中央部15、内周部17、外周部19に区画し、中央部の耐磨耗度を100とした場合に、内周部の耐磨耗度を120、外周部の耐磨耗度を125としている。
【0027】このようなコンティニアス形においても、セグメント形の場合と同様の効果を奏することが可能であり、特にセグメント形に比べ、小径ワークや薄物で破損しやすい硬脆性ワークにおいても、ワーク、キャリア、砥粒面の損傷を防止し、高能率、高精度加工が可能となるという効果を奏する。
【0028】
【実施例】以下図1、図2に示したラッピング用超砥粒ホイールにおける中央部15、内周部17、外周部19のチップ率または集中度を変化させることにより耐磨耗度を変えた場合における、砥粒面精度およびワーク精度の変化についての試験結果について説明する。
【0029】〔試験例1〕表1はチップ率をそれぞれ変化させた超砥粒ホイールを示し、実施例1,2は、中央部15のチップ率70に対して、内周部17、外周部19のチップ率をそれぞれ90および80にしたものであり、比較例1,2,3は内周部17、外周部19のチップ率を中央部15のチップ率と同じか低くしたものである。表2は加工条件を示し、表3は試験結果を示す。なお、本試験において、砥粒面精度は、定盤上にホイールを置き、ダイヤルゲージにて内外周部のダレ磨耗量(μm)を測定した。
【0030】
【表1】

【0031】
【表2】

【0032】
【表3】

【0033】表3から明らかなように、内周部、外周部のチップ率を中央部のチップ率より高くして耐磨耗度を大きくした実施例1,2においては、砥面精度および加工精度とも高精度を維持しているのに対し、内周部、外周部のチップ率を中央部のチップ率と同じか低くした比較例1,2,3は、砥粒面精度および加工精度とも低下が確認された。また、砥粒面精度が加工精度に大きく影響していることがわかった。さらに、ホイール全体の磨耗も少なく、継続して使用してもホイールの寿命が長くなることがわかった。
【0034】〔試験例2〕表4は集中度をそれぞれ変化させた超砥粒ホイールを示し、実施例3,4は、中央部15の集中度75に対して、内周部17、外周部19の集中度をそれぞれ100および85にしたものであり、比較例4,5は内周部17、外周部19の集中度を中央部15の集中度と同じか低くしたものである。表5は加工条件を示し、表6は試験結果を示す。なお、砥粒面精度は、試験例1と同様の方法で内外周部のダレ磨耗量(μm)を測定した。
【0035】
【表4】

【0036】
【表5】

【0037】
【表6】

【0038】表6から明らかなように、内周部、外周部の集中度を中央部の集中度より高くして耐磨耗度を大きくした実施例3,4においては、砥面精度および加工精度とも高精度を維持しているのに対し、内周部、外周部の集中度を中央部の集中度と同じか低くした比較例4,5は、砥粒面精度および加工精度とも低下が確認された。また、また、一般的に鋼を加工した場合、発生切粉がカール状になり、砥粒面のボンドマトリックスを後退させ、ホイール磨耗が促進されるが、実施例3,4においては、ホイール全体の磨耗も少なく、寿命が長くなることが確認できた。
【0039】〔試験例3〕試験例1に示す超砥粒ホイールにおいて、チップ率を、外周部70%、中央部50%、内周部70%として、同様の加工を実施したところ、砥粒面精度および加工精度を損なうことなく、加工能率が実施例1のホイールに比べて約30%向上した。これより、中央部の耐磨耗度を小さくして加工能率を上げた場合にも、外周部および内周部の耐磨耗度を中央部より大きくすることにより、所定の平坦度を持続することができることがわかった。
【0040】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏することができる。
【0041】(1)砥粒層の部位に応じて耐磨耗度を調整すること、とくに、砥粒層の内周部及び外周部の耐磨耗度を、中央部の耐磨耗度よりも大きくすることによって、使用時における内周部及び外周部の磨耗が抑制され、これによって、砥粒層全体の平坦度を長期間にわって持続することができるようになる。
【0042】(2)中央部の耐磨耗度を100とした場合、周部の耐磨耗度を115〜130、外周部の耐磨耗度を115〜135とすることによって、砥面精度および加工精度とも高精度に維持することができる。
【0043】(3)内周部及び外周部の幅を砥粒層の幅の5〜15%とすることによって、切れ味の低下をきたすことなく、加工精度を高精度に維持することができる。
【0044】(4)砥粒層をセグメント構造とし、かつ同複数のセグメントの接合面間にスリットを形成することによって、ワークと砥粒層との間にあるスラッジを含んだ研削液等の排出と研削作用面への供給が効率よく行えるようになる。




 

 


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