ダイヤモンドとは、ギリシャ語で「アダマス(adamas=征服しにくいもの)」が語源となっており、16世紀の中ごろに現在の「ダイヤモンド」となりました。和名は金剛石(こんごうせき)。
純粋の炭素からなる鉱物で一般的には宝石として知られていますが、天然の物質のなかで最も硬いことから工業用としても多く利用されています。天然ダイヤモンドのおよそ8割が工業用として利用されており、人工的に作られるダイヤモンド(人工ダイヤモンド)はほとんどが工業用となっています。
合成ダイヤモンドは人工ダイヤモンドとも呼ばれ、炭素材料などを用いて人工的に作り上げたダイヤモンドのことです。主に高温高圧合成(HPHT)や化学気相蒸着(CVD)法により作られています。合成ダイヤモンドは透明性や輝きという点で、天然ダイヤモンドに遥かに及びません。また、ダイヤモンドならではの光の屈折率など、美しさの点でも大きく劣ってしまいますので、合成ダイヤモンドは工業用用途が大半で、宝飾用としては用いられていません。
合成ダイヤモンド
(住友電気工業株式会社 スミクリスタル®)
CBNとは、立方晶窒化ホウ素「cubic Boron Nitride」の頭文字をとった表記で、ホウ素、窒素からできている化合物です。
ダイヤモンドに次ぐ硬さを持ち、また700℃で酸化が始まるダイヤモンドに対して、CBNは1,300℃まで熱的耐性があることから、高温下での加工はCBNのほうが優れています。
ダイヤモンド・CBNは在来砥粒に比べ熱伝導率が高い
(工作物の温度上昇を軽減する)
適正な使用条件下であれば工作物の「硬度低下が少ない」「圧縮応力が大きい」「加工変質層が少ない」など高品質な加工結果を得ることができます。
研削加工とは、研削ホイールや研削砥石を高速度で回転させ、多数の硬い砥粒切れ刃で、非常に微小な切削をする加工方法です。
平面研削は一般的に平研(へいけん、ひらけん)と呼ばれます。縦軸型研削盤と横軸型研削盤があり、テーブルは角テーブルと円テーブル、ホイールはストレートタイプとカップタイプを使用します。テーブルに加工物を固定し、砥石を高速で回転させて研削加工を行います。両頭タイプは上下にホイールを取付け、加工物を間にはさんで加工を行います。平面研削加工は最も一般的な研削加工方法で、幅広い分野で使用されています。
円筒研削は円研(えんけん)呼ばれることが多く、加工には円筒研削盤もしくは万能研削盤を使用します。円筒状の加工物とホイールの両方を回転させ、加工物の外周部分を仕上げます。ストレートな円筒研削をはじめ、テーパー、端面、総形などさまざまな研削方法があります。平面研削同様に非常に一般的な研削加工方法で、幅広い分野で使用されています。
内面研削は内研(ないけん)とも呼ばれ、内面研削盤もしくは円筒研削盤や万能研削盤に取り付けた内面研削装置を使用します。加工物を固定し、回転させた軸付ホイールなどで加工物の内面を仕上げます。加工物を回転させて加工する場合もあります。円筒研削と同じように、テーパー、端面などの研削方法があります。
センタレス研削は心なし研削とも呼ばれ、センタレス研削盤を使用して円筒状の加工物の外周を仕上げます。
加工の方法は、加工物を固定された支持刃(ブレード)と回転する調整車および研削ホイールの間で支持し、調整車の回転で加工物の回転と送りを調整して加工物の外周を研削するというものです。
センタレス研削の特徴は、加工物にセンタ穴が不要で、研削盤への工作物の取り付け取り外し作業が不要なことです。 これにより量産に適した加工と言えます。
輪郭研削はコンタリング研削、ならい研削とも呼ばれ、プロファイル研削盤などを使用して加工物を任意の形状に仕上げる加工です。
歯車研削は歯研(はけん)とも呼ばれ、歯車研削盤を使用してギヤなどの歯を成型していく加工のことです。主に一般砥石が使用されますが、その一般砥石を成型するのにダイヤモンド砥粒を使用したドレッサ(ロータリードレッサ)が使用されます。
ネジ研削は歯ねじ研削盤を使用してねじ山の成型を行う加工です。
ダイヤモンド・CBN研削ホイール(超砥粒ホイール)とは、ダイヤモンドまたはCBN砥粒を用いた研削砥石のことです。アルミナ系やSiC系の砥粒を用いるものは「一般砥石(在来砥石)」と呼びます。
※CBN=cubic Boron Nitride:立方晶窒化硼素のこと。(cBNとも表記する)
超砥粒を使用した研削砥石は「超砥粒ホイール」と呼ばれます。これは、JIS制定の際に、ダイヤモンド工業協会から一般砥研削石との差別化を行いたいという提案があり、「超砥粒ホイール」として制定されました。
ダイヤモンド・CBN研削ホイール(超砥粒ホイール)は「砥粒」「粒径(砥粒径)」「結合度」「集中度」「結合剤」などの組み合わせにより、様々な仕様のものが製作できます。被削材料の種類や形状、求められる仕上がり状態や使用設備などで最適な仕様選定を行います。
研削ホイールの仕様表示例
研削ホイールに使用する砥粒は「ダイヤモンド」と「立方晶窒化硼素(CBN)」です。各砥粒とも用途に応じて様々な種類が用意されています。
砥粒の種類 | 表示記号 | 特徴 | |
---|---|---|---|
ダイヤモンド砥粒 | 天然ダイヤモンド | D |
・砥粒形状は、イレギュラー形状で破砕強度は低い ・現在は、殆ど使用されていない |
合成ダイヤモンド(フライアブルタイプ) ※主にレジンボンドで使用 |
SD |
・非鉄材料の研削に使用される。 ・砥粒形状は、イレギュラー形状で破砕強度は低い |
|
合成ダイヤモンド(ブロッキータイプ) ※主にメタル・ビトボンド、電着で使用 |
・非鉄材料の研削に使用される ・砥粒形状は、ブロッキー形状で破砕強度は高い |
||
金属被覆合成ダイヤモンド | SDC | ・砥粒保持力を向上させる目的で、上記合成砥粒に「ニッケル」「銅」「チタン」等の金属を被覆した砥粒 | |
CBN砥粒 | 立方晶窒化硼素(単結晶) |
CBN (BN) |
・鉄系材料の研削に使用される ・砥粒形状は、ブロッキー形状で破砕強度は高い |
立方晶窒化硼素(多結晶) |
・鉄系材料の研削に使用される ・砥粒形状は、イレギュラー形状で破砕強度は低い |
||
金属被覆立方晶窒化硼素 |
CBNC (BNC) |
・砥粒保持力を向上させる目的で、上記合成砥粒に「ニッケル」「銅」等の金属を被覆した砥粒 |
粒度とはダイヤモンド・CBN砥粒の大きさ(粒径)のことです。粒度の表示や分級方法などはJIS(JIS B 4130)で決められています。
ただし注意しなければならないのは、超砥粒ホイールで使用される砥粒については、#325(325/400)までしか規格化されていないということです。#400より細かい粒度については各メーカーが独自に(自由に)規格を設けて運用しているため、表示されている粒度がすべてのメーカー共通ではないことを覚えておかなければなりません。例えば、A社の粒度表示#10000とB社の粒度表示#10000は同じではない可能性があるということです。正しい粒度選定には、砥粒の粒径確認が必要となります。
表示粒度 (メッシュ) |
JIS粒度 (メッシュ) |
平均粒径 (μm) |
使用領域の目安 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
メッシュサイズ | 16 | 16/20 | 1190 | 粗加工 | ||
20 | 20/30 | 840 | ||||
30 | 30/40 | 590 | ||||
40 | 40/50 | 420 | ||||
50 | 50/60 | 300 |
中仕上げ 加工 |
|||
60 | 60/80 | 250 | ||||
80 | 80/100 | 177 | ||||
100 | 100/120 | 149 | ||||
120 | 120/140 | 125 | ||||
140 | 140/170 | 105 |
仕上げ 加工 |
|||
170 | 170/200 | 88 | ||||
200 | 200/230 | 74 | ||||
230 | 230/270 | 63 | ||||
270 | 270/325 | 50 | ||||
325 | 325/400 | 44 | ||||
ミクロンサイズ | 400 | #400より細かい領域はJISで規格化されていません | 37 | |||
600 | 30 | |||||
800 | 20 | |||||
1000 | 15 | |||||
1500 | 10 | |||||
2000 | 8 | |||||
・・・ | ・・・ |
結合度とは、結合剤(ボンド)が砥粒を保持する度合い(強さ・硬さ)を表す指標で、Nを基準にした序列です。一般的に結合度を硬くする(上げる)と寿命は延びますが切れ味が低下し、結合度を軟らかくする(下げる)と寿命が短くなりますが切れ味は向上します。
分類に厳密な規定はなく、同一メーカー内での序列のみを示していますので、記号が同じ「N」でもA社とB社の硬さが同じというわけではありません。
以上の理由で結合度を表示しない場合もあります。
※省略例:SDC200-100BS40
集中度とは、砥粒層中のダイヤモンド・CBN砥粒の含有割合(砥粒率)を示しています。同じ粒度で考えた場合、集中度が高くなると砥粒の数が増え、低くなると砥粒の数が減ることになります。最適な仕様にするためには被削材料や加工に合った集中度を選択することが重要です。
集中度 |
砥粒の含有量 (ct/cm3) |
---|---|
200 | 8.8 |
150 | 6.6 |
125 | 5.5 |
100 | 4.4 |
75 | 3.3 |
50 | 2.2 |
25 | 1.1 |
※1ct(カラット)=200mg
超砥粒ホイールにおける結合剤とは一般的にボンドと呼ばれ、砥粒を結合・保持する役割を持っています。また、加工中に脱落することで砥粒を自生させ、良好な切れ味を持続させることも必要となります。 被削材料や用途により最適な結合剤(ボンド)を選択する必要があります。
結合剤(ボンド) の種類 |
記号 | 記号の意味 |
結合剤(ボンド) の主材質 |
使用砥粒 | 主な被削材料、用途 |
---|---|---|---|---|---|
レジン | B | Bakelite | 樹脂 | ダイヤモンド | 切削工具材料(超硬、サーメット、セラミック)、金型(超硬) |
CBN | 金型(鉄系焼入鋼、ハイス鋼、ダイス鋼)、鉄系焼結部品の平面研削 | ||||
メタル | M | Metal | 金属 | ダイヤモンド | 硬脆材料(ガラス、セラミックス、水晶、サファイア) |
CBN | 鉄系自動車部品の内径ホーニング、鉄系棒材の切断 | ||||
ビトリファイド | V | Vitrified | セラミックス | ダイヤモンド | 切削工具材料(焼結ダイヤチップ、CBNチップ) |
CBN | 鉄系自動車部品、耐熱材料(インコネル) | ||||
電 着 | P(E) | Electro-plated | めっき | ダイヤモンド | ゴム、FRP、磁性材料 |
CBN | 鉄系自動車部品の総型研削、耐熱材料(インコネル) |
研削ホイールの選択は、被削材料によって変わります。大きく分けて非鉄材料はダイヤモンド、鉄系材料はCBNを選択します。またボンドの選択についても被削材料や加工、要求精度などによって変わっていきます。
※下の一覧表は一般的なものですので、実際に加工する場合はご相談ください。
被削材料 | 砥種 | 平面・円筒研削加工 | 切断加工 | 穴加工 | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
粗加工 | 仕上げ加工 | ||||||||||||||||||
ダイヤ | CBN | B | M | V | P | B | M | V | P | B | M | V | P | B | M | V | P | ||
高速度工具鋼(ハイス鋼) | SKH | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | △ | ○ | ○ | △ | |||||
合金工具鋼 | SKS | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | △ | ○ | ○ | △ | |||||
炭素工具鋼 | SK | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | △ | ○ | ○ | △ | |||||
クロムモリブデン鋼 | SCM | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | △ | ○ | ○ | △ | |||||
ニッケルクロムモリブデン鋼 | SNCM | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | △ | ○ | ○ | △ | |||||
クロム鋼 | SCr | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | △ | ○ | ○ | △ | |||||
高炭素クロム軸受鋼 | SUJ | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | △ | ○ | ○ | △ | |||||
耐熱鋼 | SUH | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | △ | ○ | ○ | △ | |||||
Ti合金 | △ | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | △ | ○ | ○ | △ | |||||
ナイモニック | Ni基合金 | △ | ○ | △ | △ | △ | ◎ | ○ | ○ | ◎ | ○ | △ | ◎ | ○ | △ | ||||
ワスパロイ | Ni基合金 | △ | ○ | △ | △ | △ | ◎ | ○ | ○ | ◎ | ○ | △ | ◎ | ○ | △ | ||||
ユディメット | Ni基合金 | △ | ○ | △ | △ | △ | ◎ | ○ | ○ | ◎ | ○ | △ | ◎ | ○ | △ | ||||
ハステロイ | Ni基合金 | △ | ○ | △ | △ | △ | ◎ | ○ | ○ | ◎ | ○ | △ | ◎ | ○ | △ | ||||
インコネル | Ni基合金 | △ | ○ | △ | △ | △ | ◎ | ○ | ○ | ◎ | ○ | △ | ◎ | ○ | △ | ||||
ダイス鋼 | SKD | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | ○ | ○ | |||||||
ステライト | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | ○ | ○ | ||||||||
溶射金属 | △ | △ | ○ | ○ | △ | ◎ | ○ | △ | △ | ||||||||||
ステンレス | SUS | △ | ○ | ○ | △ | ○ | ○ | ◎ | ○ | △ | ○ | ◎ | ○ | △ | ○ | ||||
鋳鉄 | FC | △ | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | ○ | ◎ | ○ | ○ | ◎ | ○ | ||
超硬合金 | ○ | ◎ | ○ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | ○ | ◎ | ||||||
サーメット | ○ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | ○ | △ | ◎ | △ | ○ | ○ | ◎ | ||||||
アルミ | ○ | △ | ○ | ||||||||||||||||
焼結合金 | △ | ○ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | △ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | |||
フェライト | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | ○ | △ | △ | ○ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | |||||
ネオジム磁石 | Nd2Fe14B | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | ○ | △ | △ | ○ | ◎ | ◎ | △ | ○ | ||||
センダスト | Fe-Si-Al合金 | △ | △ | ○ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | △ | ◎ | ○ | ○ | ○ | ◎ | ○ | ||||
アルニコ磁石 | Al-Ni-Co | △ | △ | ○ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | △ | ◎ | ○ | ○ | ○ | ◎ | ○ | ||||
アルミナ | Al2O3 | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | |||||
光学ガラス | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ||||||
熱膨張係数0ガラス | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ||||||
石英ガラス | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ||||||
水晶 | SiO2 | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | |||||
サファイア | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ○ | ◎ | ◎ | ||||||
ジルコニア | ZrO2 | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | |||||
炭化珪素 | SiC | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | |||||
窒化珪素 | Si3N4 | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | |||||
窒化アルミニウム | AIN | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | |||||
シリコン | Si | ○ | ○ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ◎ | ◎ | △ | ○ | ◎ | ◎ | |||||
炭素繊維強化プラスチック | CFRP | ○ | ○ | ○ | ◎ | ○ | ○ | ||||||||||||
樹脂 | ○ | △ | ○ | ◎ | △ | △ | |||||||||||||
ゴム | ○ | △ | ○ | △ | △ |
ツルーイング・ドレッシングは、ダイヤモンド・CBNホイールを効果的に使用し、その優れた性能を十分に発揮させるための非常に重要な作業になります。ホイールをいかに精度良く機械に取り付けたとしても、取付初期は振れがあります。また研削加工で摩耗により砥粒層は精度が劣化したり、切れ味が低下します。良好な切れ味を持続するためには、研削ホイールに適した方法、条件でツルーイング・ドレッシングを実施することが重要です。
砥粒粒度 | #60~#140 | #170~#270 | #325~#500 | #600~ |
---|---|---|---|---|
B | C80K | WA120 I | GC300H | GC500H |
M、V | C80K | C80K | WA120 I | GC300H |
◎:最良 ○:良好 △:可能 空欄:不適合 | ツルーイング | ドレッシング | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ダイヤモンドホイール | CBNホイール | ダイヤモンドホイール | CBNホイール | |||||||||||
ツルーイング方法と工具 | B | M | V | B | M | V | B | M | V | B | M | V | ||
ダイヤモンド 工具法 |
回転形 | ロータリードレッサ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | |||
メタルホイール | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ||||||||||
電着アーバドレッサ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ||||||||||
静止形 | 単石ドレッサ | |||||||||||||
多石ドレッサ | ◎ | ◎ | ||||||||||||
インプリドレッサ | ◎ | ◎ | ||||||||||||
高精度ブロックドレッサ | ○ | ○ | ○ | ○ | ||||||||||
電着ブロックドレッサ | ○ | ○ | ○ | ○ | ||||||||||
従来砥石法 | 回転形 | ブロック研削 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ |
ブレーキ制御 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | ○ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ||
カップ砥石駆動 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ||
静止形 | スティック | ◎ | ○ | △ | ◎ | ○ | △ | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ○ | |
軟鋼法 | 回転形 | 軟鋼ロール | ○ | △ | △ | ○ | △ | △ | ○ | ◎ | △ | ○ | ◎ | △ |
静止形 | 軟鋼ブロック | ◎ | △ | △ | ○ | △ | △ | ○ | ◎ | △ | ○ | ◎ | △ | |
クラッシュ法 | クラッシングロール | ○ | ◎ | ○ | ◎ | |||||||||
遊離砥粒法 | 砥粒ラッピング | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | △ | △ | △ | △ | △ | △ | |
砥粒ブラスト | △ | ○ | △ | ○ | △ | △ | △ | △ | △ | △ | ||||
砥粒スラッジ流し込み | ○ | ○ | △ | ○ | ○ | △ | ||||||||
放電加工法 | 電極 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |