JP2001198835A - 砥 石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結合相の強度と砥粒保持力を高める。 【解決手段】 フェノール−ホルムアルデヒド樹脂と超
砥粒４の混合物を焼結することでフェノール−ホルムア
ルデヒド樹脂がアモルファスカーボン化してアモルファ
スカーボン粒６からなる結合強度の高い結合相３を構成
する。隣り合うアモルファスカーボン粒６，６の粒界ま
たはその近傍に超砥粒４を打ち込む形で偏析させて砥石
１を構成する。超砥粒４がアモルファスカーボン粒６の
粒径をピッチとして配列する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱硬化性樹脂を焼
成したアモルファスカーボンからなる結合相に超砥粒等
の砥粒が分散配置された砥石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レジンボンド砥石は超砥粒を保持する樹
脂結合相が比較的軟質で脆いために比較的硬い被削材に
対して研削を行った場合、研削面の目詰まりや超砥粒の
摩耗による切れ味の低下が起こるより早く超砥粒を支え
る樹脂結合相が破砕または摩耗して超砥粒が脱落する。
そのためレジンボンド砥石は研削面の目詰まりや超砥粒
の摩耗による切れ味低下が起き難く、メタルボンド砥石
等と比較して研削を効率よく行え、しかも樹脂結合相で
保持された超砥粒に弾性効果があるためにメタルボンド
砥石を用いた場合よりも被削材のダメージが小さく仕上
げ面が良好である。そのため、例えば半導体ウエーハ等
の被削材の鏡面研削等、小さい面粗さが要求される研削
に用いられるという利点を有している。その反面、レジ
ンボンド砥石はフェノール樹脂等で構成される樹脂結合
相の耐熱性が小さく摩耗が激しい欠点を有するために寿
命が短い。

【０００３】このようなレジンボンド砥石の欠点を改善
しようとした技術として、例えば特開昭６０−２３２８
７３号公報に開示された砥石がある。この砥石は結合相
としてガラス状炭素（アモルファスカーボン）を用いて
おり、砥石の製造に際して、フェノール樹脂やエポキシ
樹脂等の熱硬化性樹脂と砥粒の混合物を不活性雰囲気中
で８００℃以上の温度で焼結したものである。これによ
って耐熱硬化性樹脂が炭化されてガラス状炭素となり砥
粒同士を結合させるというものである。このガラス状炭
素は２５００℃以上の温度で安定し耐熱性と耐久性に優
れているとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
フェノール樹脂を焼成してガラス状炭素とする場合、砥
粒とフェノール樹脂の混合物を先ず固化させ、次にこの
固化体を不活性雰囲気中で８００℃以上の温度でガラス
状炭素に変換するが、このガラス状炭素に変換する際に
ガスによる発泡作用が生じるために焼成後に生成される
ガラス状炭素は脆弱で砥粒保持力が小さいという欠点が
ある。本発明は、このような実情に鑑みて、従来のガラ
ス状炭素よりも強度と砥粒保持力の高いアモルファスカ
ーボンを結合相とする砥石を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る砥石は、結
合相中に超砥粒が分散配置されてなる砥石において、結
合相がフェノール−ホルムアルデヒド樹脂をアモルファ
スカーボン化したアモルファスカーボン粒で構成され、
これらアモルファスカーボン粒の粒界及びその近傍に砥
粒が偏析されて成ることを特徴とする。隣り合う複数の
アモルファスカーボン粒の粒界やその近傍に超砥粒等の
砥粒が偏析されるために砥粒のピッチが一定になり、し
かもフェノール−ホルムアルデヒド樹脂をアモルファス
カーボン化することでこのアモルファスカーボン粒から
なる結合相の砥粒保持力が高く、結合相の硬さはショア
硬さにして１００〜１２０となり硬度が大きく耐摩耗性
が高い。しかもアモルファスカーボン粒が固体潤滑剤と
して機能するために研削時の被削材に対する接触抵抗が
小さい。

【０００６】尚、アモルファスカーボン粒は平均粒径が
５〜５０μｍであってもよい。アモルファスカーボン粒
の平均粒径が５０μｍを越えると砥粒の切れ刃間隔が大
きくなって被削材の面粗度が悪くなり、５μｍ未満にな
ると砥粒の保持力が低下する。

【０００７】また本発明に係る砥石は、フェノール−ホ
ルムアルデヒド樹脂と砥粒の混合物を焼結した固化体を
形成し、その後この固化体を高温の不活性雰囲気中で焼
成することでフェノール−ホルムアルデヒド樹脂がアモ
ルファスカーボン化されてアモルファスカーボン粒から
なる結合相を構成し、これらアモルファスカーボン粒の
粒界またはその近傍に砥粒が偏析されて成ることを特徴
とする。フェノール−ホルムアルデヒド樹脂粒は焼結時
に溶解することなく砥粒との混合物として固化体をな
し、この固化体を高温の不活性雰囲気で焼成してフェノ
ール−ホルムアルデヒド樹脂をアモルファスカーボン化
する際に、クラックやガスふくれを発生することがな
く、形成されるアモルファスカーボンが緻密であり強度
も高い。そのために砥粒保持力が高く、また固化体の焼
成時にアモルファスカーボン粒の粒界などに自動的に砥
粒が集合させられることになり、砥粒はアモルファスカ
ーボン粒の粒界毎に均一なピッチで配置される。しかも
フェノール−ホルムアルデヒド樹脂をアモルファスカー
ボン化することで結合相の硬度が大きく耐摩耗性が高
い。また焼結に際して、フェノール−ホルムアルデヒド
樹脂と砥粒の混合物を２００℃程度の低温で焼結固化さ
せ、更に非酸化性雰囲気中で５００〜９５０℃程度の温
度で焼成することでフェノール−ホルムアルデヒド樹脂
をアモルファスカーボン化してもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面により説明する。図１は実施の形態による砥石の部
分縦断面図である。実施の形態による砥石１は、例えば
硬脆材料の鏡面研削用の砥石であり、砥粒層２はカップ
型砥石等の台金の略リング状先端部に固定されていても
よいし、台金を設けることなく砥粒層２のみによって砥
石が構成されていても良い。図１に示すように砥粒層２
は結合相３中にダイヤモンドまたはｃＢＮ等からなる超
砥粒４が分散配置されており、結合相３はフェノール−
ホルムアルデヒド樹脂を焼成して分散配置されてなる多
数のアモルファスカーボン粒６からなり、隣り合うアモ
ルファスカーボン粒６，６の粒界やその近傍に複数の超
砥粒４…を偏析した状態で配置されている。アモルファ
スカーボン粒６は超砥粒４よりも粒径が大きいために超
砥粒４が隣り合うアモルファスカーボン粒６，６の間で
ある粒界に打ち込まれる形で挟持固着されて配列されて
いる。

【０００９】アモルファスカーボン粒６は略球形に近い
多面体をなしていて粒径は特に限定されないが好ましく
は５０μｍ未満とされ、アモルファスカーボン粒６の粒
径が５０μｍ以上であると超砥粒４の分散ピッチが延び
て研削効率が低下し被削材と結合相３との接触長さが増
大する欠点が生じる。ここで、アモルファスカーボン粒
６の粒径を例えば１０μｍ程度とし、超砥粒４の粒径を
例えば２〜４μｍとすると、超砥粒４は砥石１の研削面
上にアモルファスカーボン粒６の粒径をピッチとして所
定間隔で分散配置されていることになる。そしてアモル
ファスカーボン粒６は固体潤滑剤として機能する。砥粒
層２中のアモルファスカーボン粒６と超砥粒４の含有比
率は体積（ｖｏｌ％）比で例えば９５：５〜５０：５０
の範囲とされる。ここで、超砥粒４の含有量が５ｖｏｌ
％未満であると集中度が低下して研削効率が悪く、５０
ｖｏｌ％を越えるとアモルファスカーボン粒６による砥
粒結合強度が低下して耐摩耗性が劣るという欠点が生じ
る。またアモルファスカーボン粒６の硬さはショア硬さ
Ｈｓ＝１００〜１２０に設定されており、ここでショア
硬さＨｓが１００未満になるとアモルファスカーボン粒
６の強度が低下したり潤滑性が低下して砥石１が偏摩耗
することを抑制できず、更に潤滑性が低いことから被削
材との間の研削抵抗を低減して研削熱の発生を抑制でき
ない。

【００１０】本実施の形態による砥石１は上述の構成を
備えており、次にその製造方法について説明する。分子
量２０００以上で粒径３０μｍ未満、例えば粒径１０μ
ｍのフェノール−ホルムアルデヒド樹脂（例えば商品名
「ベルパール」または「ユニベックス」）を例えばダイ
ヤモンドの超砥粒４と例えば７５：２５の割合で混合し
て混合物中に超砥粒４を均一に分散配置させる。この混
合物を約２００℃で焼結して固化体にした後、非酸化性
雰囲気で５００〜９５０℃の温度で焼成する。これによ
ってフェノール−ホルムアルデヒド樹脂を炭素化してア
モルファスカーボン粒６を焼成でき、フェノール−ホル
ムアルデヒド樹脂粒は溶融することなくアモルファスカ
ーボン化して粒化するので超砥粒４がアモルファスカー
ボン粒６の粒界及びその近傍に打ち込まれた状態で存在
する。このようにして結合相３を構成するアモルファス
カーボン粒６の粒界付近に超砥粒４が集合して配列され
て砥石１が製作される。この砥石１の砥粒層２は、図１
に示すようにその研削面においてアモルファスカーボン
粒６の粒径をピッチとして超砥粒４が分散配置されたこ
とになり、隣り合うアモルファスカーボン粒６，６の境
界に沿って超砥粒が配列されている。

【００１１】そのため、この砥石１による研削時に超砥
粒４は高い保持強度を以てアモルファスカーボン粒６で
保持されて研削に供され、圧縮剛性も高いために精密な
加工が可能となり、平坦度が高く面粗さが向上する。そ
して研削時に被削材と接触して摩耗するアモルファスカ
ーボン粒６は固体潤滑剤として機能して潤滑性を向上で
きると共に耐熱性が高く破砕や摩耗が抑制できて砥石１
の寿命を向上できる。

【００１２】上述のように本実施の形態によれば、フェ
ノール−ホルムアルデヒド樹脂を焼成してなるアモルフ
ァスカーボン粒６で結合相を構成するために超砥粒４の
保持強度と曲げ強度を高くすることができる上に、超砥
粒４はアモルファスカーボン粒６の粒径寸法による一定
ピッチで配列できて研削精度と効率がよい。また、アモ
ルファスカーボン粒６は固体潤滑相としての役割を果た
し固体潤滑剤として機能するために研削時の結合相３の
接触抵抗も小さく、従来潤滑剤として用いられていたＣ
ａＦ₂、ｈＢＮ、黒鉛（結晶質カーボン）等と比較して
砥石１の耐摩耗性を向上させることができる。

【００１３】尚、潤滑剤としてアモルファスカーボン粒
６とは別にその他の材料、例えばＣａＦ₂、ｈＢＮ、黒
鉛（結晶質カーボン）等を同時に結合相３中に分散配置
してもよい。砥粒は超砥粒４に限らず一般砥粒を用いて
もよい。また本発明による砥石は鏡面研削に限定される
ことなく他の種類の研削にももちろん採用できる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る砥石
は、結合相がフェノール−ホルムアルデヒド樹脂をアモ
ルファスカーボン化したアモルファスカーボン粒で構成
され、これらアモルファスカーボン粒の粒界及びその近
傍に砥粒が偏析されて成るから、砥粒の配置間隔が一定
になり、アモルファスカーボン粒からなる結合相の砥粒
保持力が高く硬さが大きい。しかもアモルファスカーボ
ン粒が固体潤滑剤として機能するために研削時の被削材
に対する接触抵抗が小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態による砥石の部分断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 砥石 ２ 砥粒層 ３ 結合相 ４ 超砥粒 ６ アモルファスカーボン粒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結合相中に砥粒が分散配置されてなる砥
   石において、前記結合相がフェノール−ホルムアルデヒ
   ド樹脂をアモルファスカーボン化したアモルファスカー
   ボン粒で構成され、これらアモルファスカーボン粒の粒
   界及びその近傍に砥粒が偏析されて成ることを特徴とす
   る砥石。
2. 【請求項２】 前記アモルファスカーボン粒は平均粒径
   が５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１記載の
   砥石。