JP2002103232A - 砥石及びその製造方法 - Google Patents

砥石及びその製造方法

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JP2002103232A
JP2002103232A JP2000292975A JP2000292975A JP2002103232A JP 2002103232 A JP2002103232 A JP 2002103232A JP 2000292975 A JP2000292975 A JP 2000292975A JP 2000292975 A JP2000292975 A JP 2000292975A JP 2002103232 A JP2002103232 A JP 2002103232A
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abrasive
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Hideo Tani
英男 谷
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】有機高分子物質を結合剤としたレジンボンド砥
石において、砥粒が脱落しにくく、寿命の長い砥石を容
易に製作することができる砥石の製造方法を提供する。 【解決手段】導電性金属16で被覆された砥粒15と有
機高分子結合剤17とを均一に混合し、この混合物を成
形型に充填し、成形型内の空気抜きをする。次いで、こ
の混合物を加熱しながら加圧し、有機高分子結合剤17
の流動性が失われる前に、加圧状態を一度解放し、有機
高分子結合剤に含まれるガスを放出する。その後、再び
この混合物を加圧し、加熱温度を上げ、砥粒15の被覆
金属16を互いに密着させると共に、有機高分子を硬化
させ混合物を一体化する。また、上記有機高分子結合剤
は、フェノール樹脂或いはポリイミド樹脂を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は重研削や難削材の
加工に好適な砥石の製造方法、特に、製造過程で砥粒結
合剤から発生するガスを効率よく放出させる砥石の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンド、窒化珪素、窒化硼素など
いわゆる超砥粒を用いた砥石は、切刃として作用する砥
粒の硬度が高く、耐久性、耐磨耗性に優れているため、
超硬金属、石材、コンクリート、ガラス、陶磁器など各
種難削材の加工は勿論、その他各種加工物の研削加工に
も用いられている。この種の砥石は、砥粒を結着してい
る結合剤の種類により、メタルボンド砥石、レジノボン
ド砥石、ビトリファイドボンド砥石に区分され、これら
の砥石は、結合剤の種類及び結合構造によって大きくそ
の性能が変化する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これら砥石のうち、メ
タルボンド砥石は、金属材料、例えばNiを結合材とし
て砥粒を保持したもので、結合材の砥粒保持力が強く、
耐久性、耐磨耗性に優れている。しかし、加工物へのく
いつきや切れ味が悪く、また、チップポケットの生成も
不十分であって、目詰まりを起こし易いので、上滑りが
発生し、切削性が低下してしまう。そのため、通常、集
中度75程度の比較的砥粒密度の低い砥石として使用さ
れているが、依然として研削能率が低く、重研削や難削
材も加工に対して満足な結果が得られていない。
【0004】また、ビトリファドボンド砥石は、高温で
焼成するためダイヤモンドが劣化し易く、焼き物の欠点
である品質の安定性が悪く、しかも焼成コストも高い。
これに対し、レジノボンド砥石は、結合剤として有機高
分子材料を使用しているので、この結合剤が砥粒の緩衝
材として作用し、メタルボンド砥石、ビトリファイドボ
ンド砥石に比べ、加工物に対するくいつきや切れ味が優
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、レジノボンド
砥石は、有機高分子材料を結合剤として使用するため、
この結合剤が加熱により硬化する際に多量の反応ガスが
発生する。図4は、従来のレジノボンド砥石の製法にお
ける有機高分子結合剤の加熱と加圧との関係を示したも
のであって、点線は加熱温度の制御パターン、実線は加
圧するパターンを示している(例えば特公平2−531
96号)。この図から分るように、砥粒と有機高分子結
合剤との混合物に所定の圧力150ないし350kg/cm
を加えながら所定の温度200℃まで加熱する。する
と、この加熱及び加圧状態で有機高分子結合剤は軟化し
流動性を呈するが、この際に多量の反応ガスを発生す
る。このガスを除去せず放置すると微細な空隙が結合剤
の間に残り、砥粒と有機高分子結合剤との結合状態が弱
くなり、砥石の寿命を短くする。
【0006】このため、従来、このガスを抜くため、加
熱温度を上昇させながら有機高分子結合剤を硬化させる
過程において、砥粒と有機高分子結合剤との混合物に加
える圧力を加圧状態から非加圧状態にする操作を複数回
繰り返しガス抜きを実施している。図4の実線矢印は、
分単位の時間間隔で圧力を加圧状態から非加圧状態にす
る過程を複数回繰返している状況を示している。
【0007】しかし、このガス抜きを複数回繰返すと、
混合物がそれだけ移動するので、砥粒保持力および結合
剤相互の結合が弱くなる。この現象は接着剤で部材を接
着する際、接着剤を挟んで部材を押し付け、しかる後に
その押し付けを止め、この操作を数回繰返すと、接着力
が弱くなる現象に似ている。また、この複数のガス抜き
作業は面倒であり、しかも、砥石の生産性にも影響を及
ぼしていた。この発明は、上記の課題を解決するために
なされたものであって、有機高分子物質を結合剤とした
レジンボンド砥石で砥粒が脱落しにくく、寿命の長い砥
石を容易に製作することができる砥石の製造方法を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の方法
によって達成できる。請求項1の発明は、導電性金属で
被覆された砥粒と有機高分子結合剤とを均一に混合し、
該混合物を成形型に充填し、成形型内の空気抜きをした
後、該混合物を加熱しながら加圧して砥石を製造する方
法において、該有機高分子結合剤の流動性が失われる前
に、加圧状態を一度解放し、該有機高分子結合剤に含ま
れるガスを放出し、その後、再び該混合物を加圧し、加
熱温度を上げ、該砥粒の被覆金属を互いに密着させると
共に、該有機高分子を硬化させ該混合物を一体化するこ
とを特徴とする。請求項2の発明は、上記有機高分子結
合剤は、フェノール樹脂であることを特徴とする。請求
項3の発明は、上記有機高分子結合剤は、ポリイミド樹
脂であることを特徴とする。
【0009】(作用)導電性金属で被覆された砥粒と有
機高分子結合剤とを均一に混合し、この混合物を成形型
に充填し、成形型内の空気抜きをする。次いで、この混
合物を加熱しながら加圧し、有機高分子結合剤の流動性
が失われる前に、加圧状態を一度解放し、有機高分子結
合剤に含まれるガスを放出する。その後、再びこの混合
物を加圧し、加熱温度を上げ、砥粒の被覆金属を互いに
密着させると共に、有機高分子を硬化させ混合物を一体
化する。また、上記有機高分子結合剤は、フェノール樹
脂或いはポリイミド樹脂を使用する。この製法による
と、ガス抜きが1回で済むので、成形型内での混合物の
移動が少なくなり、砥粒保持力および結合剤相互の結合
を強固にできる。また、各砥粒の被覆金属が互いに密着
接触することになるので、研削時に発生する研削熱を効
率よく拡散できるので、砥粒及び結合剤熱劣化を大幅
に少なくでき砥粒の脱落も少なくなるので、砥石の寿命
が長くなる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1の(A)、(B)は、円盤状
の台金10の外縁部に砥粒部11を形成した砥石の一例
であって、台金10は例えばアルミニュームなどの金属
からなり、その中央部には、この砥石を研削盤などの回
転軸に取付けるための貫通孔10aが設けられ、この台
金10の外周縁に砥粒部11が形成される。砥粒部11
は導電性を有し、この砥粒部11を台金10に電気的に
接続する必要がある場合は、図中鎖線で示すように導電
塗料12を塗布した導電塗料層を設ける。
【0011】図2は、砥粒部11を拡大して示した図で
あって、砥粒15は、任意に選択された粒度分布をもつ
人工または天然のダイヤモンド、立方晶窒化珪素、立方
晶窒化硼素など超砥粒からなる。この砥粒部11を構成
する複数個の砥粒15は、それぞれ導電性金属16で被
覆され、各砥粒15を被覆する導電性金属16は隣接砥
粒15を被覆する導電性金属16と、その一部が密着
し、この密着した導電性金属16間に非導電性の有機高
分子結合剤が介在する構造となっている。なお、この結
合剤は後述する。また、この結合剤は、緻密であって気
孔をもたず、また気孔があってもその大きさ、量は無視
できる程度である。したがって、複数個の砥粒15は、
各砥粒15を包囲し一体化した導電性金属16により直
接保持され、同時にこの一体化した導電性金属16間に
介在する緻密な非導電性結合剤17によって間接的に保
持されていることになる。
【0012】砥粒15を被覆する導電性金属16として
は、砥粒に対する密着性がよく、研削加工の際、砥粒の
不所望な脱落を防止する十分な強度を有し、かつ、後述
する砥石製造の際のホットプレス工程において容易に塑
性変形するものがよく、例えばCu、Ag、Su、Zn、A
l、Ni、Crなどの金属またはその合金が用いられる。
すなわち、砥粒15に導電性金属16をめっき、真空蒸
着など周知の手段によって、上記金属群(合金を含む)
から選んだ一種類の金属を被着する。また、導電性金属
16の機能を強化するため同種または異種金属からなる
2層以上の金属の複層構造に形成してもよい。
【0013】この複層構造としては、特に砥粒15と直
接接触する第1層を塑性変形しやすく、且つ砥粒に対し
て密着性のよい比較的軟質の金属で形成し、その外周を
比較的硬質の金属で被覆する構造にするとよい。この導
電性金属の複層構造を同一金属で形成する場合は、例え
ば第1層を無電解ニッケルめっきで形成し、その上に第
2層を電解ニッケルめっきで形成する。また、異種金属
で形成する場合は、例えば第1層を銅めっきし、その上
に第2層をニッケルめっきするなどして形成する。
【0014】結合剤としては、非導電性を有し上記導電
部材に対して接着性のすぐれたフェノール樹脂を用い
る。より具体的には、例えばノボラック型のものを使用
する。また、ポリイミド樹脂も用いることができる。具
体的には、東芝ポリイミドレジンKIR−10、KIR
−30、KIR−3(東芝ケミカル株式会社)。さら
に、この結合剤としては、その結着力を強化したり、あ
るいは研削またはドレッシング過程において、チップポ
ケットの生成を容易にするために、滑石、炭化珪素、ア
ルミナ、酸化クロム、酸化鉄、二硫化モリブテンなどの
耐磨耗部材の粉末を添加して用いることができる。
【0015】次に、この砥石の製法について述べる。先
ず、切削加工などにより所定形状の台金10を形成し、
この台金にローレット或いは細線溝加工を施し、この溝
に接着剤を塗布、乾燥した後に、成形型との間で環状溝
を作って砥粒部11を形成する。
【0016】そして、その砥粒部11の形成は、先ず、
所要の粒度分布を有する砥粒15を選択し、この砥粒1
5の表面に前記金属群から選択した所要の導電性金属1
6をめっき、真空蒸着などの手段により被覆する。次い
で、この金属で被覆された砥粒15に結合剤17を所定
割合加え均一に混合する。そして、この混合物をホット
プレス成形型との間の環状溝に充填し、台金10、ホッ
トプレス成形型とともに所定温度に制御しながらホット
プレス成形する。
【0017】このホットプレス成形における加熱ないし
加圧の条件は、砥粒の被覆金属の種類、結合剤の種類、
金属被覆量、金属で被覆された砥粒と結合剤との混合割
合などによって異なる。特に、ホットプレスにおける保
持温度は結合剤の成形反応を安定化させ、有機高分子材
料からなる結合剤が軟化あるいは粘度の低下(流動化)
を起こし、含有ガスを放出する範囲の温度に制御するこ
とが必要である。また、加圧は含有ガスによる結合剤の
膨張を抑制すると同時に、砥粒を被覆する金属を塑性変
形させ、砥粒相互の被覆金属の密着を促進する条件にす
ることが必要となる。
【0018】そこで、先ず、所定の圧力、例えば150
kg/cmの圧力を所定時間、例えば10分間、結合剤に
印加し、更にこの圧力を上昇させ、前記圧力より高い、
例えば350kg/cmの圧力を印加する。この加熱及び
加圧の過程で結合剤17は、軟化し流動性を呈し、多量
の反応ガスが発生する。この大量反応ガスが発生するタ
イミングに合せて、この圧力の印加を一度止め、非加圧
状態にして、反応ガスを成形型外へ放出する。
【0019】図3は、本発明の砥粒15と非導電性有機
高分子結合剤17との混合物を加熱及び加圧する際のパ
ターンを示したグラフであって、点線は加熱温度の制御
パターン、実線は加圧パターンを示している。図1〜3
を参照して、ホットプレスによる砥粒部の製作をより具
体的に説明する。砥粒15、例えばダイヤモンド砥粒の
表面に導電性金属Niを56wt%を被覆した。この砥粒
15を用い、その38vol%に結合剤としてフェノール樹
脂52vol%、更に潤滑剤10vol%を加え、攪拌し均一な
混合物を作る。この混合物を台金10とホットプレス成
形型との間の溝に充填する。次いで、ホットプレス成形
型とともに170〜240℃の温度範囲に保持したまま
200〜450kg/cmの圧力を加える。
【0020】加熱温度及び加圧は、上記の範囲で選定す
るが、ここでは、最初150kg/cm の圧力を10分間
印加し、更にこの圧力を上昇させ350kg/cmの圧力
を印加する。この加熱及び加圧の過程で結合剤17は、
軟化し流動性を呈し、多量の反応ガスが発生する。この
大量反応ガスが発生するタイミングに合せて、350kg
/cmの加圧を一度止め、非加圧状態にして、反応ガス
を成形型外へ放出する。次いで、このガスの放出が終わ
ったタイミングで再び350kg/cmの圧力を印加す
る。図3の実線矢印は、この加圧の過程を示している。
次いで、この加圧状態を維持したまま180℃の加熱温
度を暫く維持し、逐次この温度を下げ、砥粒部11を強
制的または自然冷却し、その後、砥粒部11は台金10
と一体となって成形型から取り出し、仕上げ加工、目立
し砥石を完成する。
【0021】このホットプレスで各砥粒の被覆金属が互
いに密着接触することになる。したがって、研削時に高
温の研削熱が発生し砥粒を保持している結合剤や砥粒を
熱劣化させるが、砥粒が互いに密に接触しているため、
この研削熱を拡散させるので、熱劣化を大幅に少なくで
き砥粒の脱落も少なくなるので、砥石の寿命が長くな
る。
【0022】この砥石の性能は、砥粒分布325/40
0のダイヤモンド砥粒に導電性金属Niを56wt%被
覆したダイヤモンド砥粒15に耐磨耗部材と潤滑剤を添
加したフェノール樹脂からなる結合剤17を用い、被覆
ダイヤモンド砥粒を38Vol%を加えて形成した砥粒
部の研削性能を比較すると、従来の加圧と加圧解放のサ
イクルを複数回繰り返して製作した砥石と本発明の一回
だけ加圧と加圧解放した砥石とでは第1表の結果が得ら
れた。この際の被削材はセラミックの窒化珪素であり、
研削条件はテーブル速度250 mm/min。評価は研削性
能を最も重視する電流値(A)で決まるが本発明の砥石
は従来品に比べて20〜60%少なかった。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】導電性金属で被覆された砥粒と有機高分
子結合剤とを均一に混合し、この混合物を成形型に充填
し、成形型内の空気抜きをする。次いで、この混合物を
加熱しながら加圧し、有機高分子結合剤の流動性が失わ
れる前に、加圧状態を一度解放し、有機高分子結合剤に
含まれるガスを放出する。その後、再びこの混合物を加
圧し、加熱温度を上げ、砥粒の被覆金属を互いに密着さ
せると共に、有機高分子を硬化させ混合物を一体化す
る。また、上記有機高分子結合剤は、フェノール樹脂或
いはポリイミド樹脂を使用する。この製法によると、ガ
ス抜きが1回で済むので、成形型内での混合物の移動が
少なくなり、砥粒保持力および結合剤相互の結合を強固
にできる。また、各砥粒の被覆金属が互いに密着接触す
ることになるので、研削時に発生する研削熱を効率よく
拡散できるので、砥粒及び結合剤の熱劣化を大幅に少な
くでき砥粒の脱落も少なくなるので、砥石の寿命が長く
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す砥石の図であって、
(A)図は一部切欠平面図、(B)は一部欠断面図
【図2】図1砥石の砥粒部の拡大図
【図3】混合物の加熱及び加圧制御パターンを示した図
【図4】従来の混合物の加熱及び加圧制御パターンを示
した図
【符号の説明】
10・・・台金 11・・・砥粒部 15・・・砥粒 16・・・導電性金属 17・・・有機高分子結合剤
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年10月4日(2000.10.
4)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 砥石及びその製造方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は重研削や難削材の
加工に好適な砥石及びその製造方法、特に、製造過程で
砥粒結合剤から発生するガスを効率よく放出させる砥石
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンド、窒化珪素、窒化硼素など
いわゆる超砥粒を用いた砥石は、切刃として作用する砥
粒の硬度が高く、耐久性、耐磨耗性に優れているため、
超硬金属、石材、コンクリート、ガラス、陶磁器など各
種難削材の加工は勿論、その他各種加工物の研削加工に
も用いられている。この種の砥石は、砥粒を結着してい
る結合剤の種類により、メタルボンド砥石、レジノボン
ド砥石、ビトリファイドボンド砥石に区分され、これら
の砥石は、結合剤の種類及び結合構造によって大きくそ
の性能が変化する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これら砥石のうち、メ
タルボンド砥石は、金属材料、例えばNiを結合材とし
て砥粒を保持したもので、結合材の砥粒保持力が強く、
耐久性、耐磨耗性に優れている。しかし、加工物へのく
いつきや切れ味が悪く、また、チップポケットの生成も
不十分であって、目詰まりを起こし易いので、上滑りが
発生し、切削性が低下してしまう。そのため、通常、集
中度75程度の比較的砥粒密度の低い砥石として使用さ
れているが、依然として研削能率が低く、重研削や難削
材も加工に対して満足な結果が得られていない。
【0004】また、ビトリファドボンド砥石は、高温で
焼成するためダイヤモンドが劣化し易く、焼き物の欠点
である品質の安定性が悪く、しかも焼成コストも高い。
これに対し、レジノボンド砥石は、結合剤として有機高
分子材料を使用しているので、この結合剤が砥粒の緩衝
材として作用し、メタルボンド砥石、ビトリファイドボ
ンド砥石に比べ、加工物に対するくいつきや切れ味が優
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、レジノボンド
砥石は、有機高分子材料を結合剤として使用するため、
この結合剤が加熱により硬化する際に多量の反応ガスが
発生する。図4は、従来のレジノボンド砥石の製法にお
ける有機高分子結合剤の加熱と加圧との関係を示したも
のであって、点線は加熱温度の制御パターン、実線は加
圧するパターンを示している(例えば特公平2−531
96号)。この図から分るように、砥粒と有機高分子結
合剤との混合物に所定の圧力150ないし350kg/cm
を加えながら所定の温度200℃まで加熱する。する
と、この加熱及び加圧状態で有機高分子結合剤は軟化し
流動性を呈するが、この際に多量の反応ガスを発生す
る。このガスを除去せず放置すると微細な空隙が結合剤
の間に残り、砥粒と有機高分子結合剤との結合状態が弱
くなり、砥石の寿命を短くする。
【0006】このため、従来、このガスを抜くため、加
熱温度を上昇させながら有機高分子結合剤を硬化させる
過程において、砥粒と有機高分子結合剤との混合物に加
える圧力を加圧状態から非加圧状態にする操作を複数回
繰り返しガス抜きを実施している。図4の実線矢印は、
分単位の時間間隔で圧力を加圧状態から非加圧状態にす
る過程を複数回繰返している状況を示している。
【0007】しかし、このガス抜きを複数回繰返すと、
混合物がそれだけ移動するので、砥粒保持力および結合
剤相互の結合が弱くなる。この現象は接着剤で部材を接
着する際、接着剤を挟んで部材を押し付け、しかる後に
その押し付けを止め、この操作を数回繰返すと、接着力
が弱くなる現象に似ている。また、この複数のガス抜き
作業は面倒であり、しかも、砥石の生産性にも影響を及
ぼしていた。この発明は、上記の課題を解決するために
なされたものであって、有機高分子物質を結合剤とした
レジンボンド砥石で砥粒が脱落しにくく、寿命の長い砥
石及びその砥石の製造方法を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の方法
によって達成できる。請求項1の発明は、導電性金属で
被覆された砥粒と有機高分子結合剤とを混合し、該混合
物を成形型に充填し、該混合物を加熱及び加圧して一体
化した砥石において、上記有機高分子結合剤がフェノー
ル樹脂またはポリイミド樹脂であることを特徴とする。
請求項2の発明は、導電性金属で被覆された砥粒と有機
高分子結合剤とを混合し、該混合物を成形型に充填し、
成形型内の空気抜きをした後、該混合物を加熱しながら
加圧して砥石を製造する方法において、該有機高分子結
合剤の流動性が失われる前に、加圧状態を一度解放し、
該有機高分子結合剤に含まれるガスを放出し、その後、
再び該混合物を加圧し、加熱温度を上げ、該砥粒の被覆
金属を密着させると共に、該有機高分子を硬化させ該混
合物を一体化することを特徴とする。請求項3の発明
は、上記有機高分子結合剤は、フェノール樹脂またはポ
リイミド樹脂であることを特徴とする。
【0009】(作用)導電性金属で被覆された砥粒と有
機高分子結合剤とを混合し、この混合物を成形型に充填
し、成形型内の空気抜きをする。次いで、この混合物を
加熱しながら加圧し、有機高分子結合剤の流動性が失わ
れる前に、加圧状態を一度解放し、有機高分子結合剤に
含まれるガスを放出する。その後、再びこの混合物を加
圧し、加熱温度を上げ、砥粒の被覆金属を密着させると
共に、有機高分子を硬化させ混合物を一体化する。ま
た、上記有機高分子結合剤は、フェノール樹脂或いはポ
リイミド樹脂を使用する。この製法によると、ガス抜き
が1回で済むので、成形型内での混合物の移動が少なく
なり、砥粒保持力および結合剤相互の結合を強固にでき
る。また、各砥粒の被覆金属が密着接触することになる
ので、研削時に発生する研削熱を効率よく拡散できるの
で、砥粒及び結合剤の熱劣化を大幅に少なくでき砥粒の
脱落も少なくなるので、砥石の寿命が長くなる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1の(A)、(B)は、円盤状
の台金10の外縁部に砥粒部11を形成した砥石の一例
であって、台金10は例えばアルミニュームなどの金属
からなり、その中央部には、この砥石を研削盤などの回
転軸に取付けるための貫通孔10aが設けられ、この台
金10の外周縁に砥粒部11が形成される。砥粒部11
は導電性を有し、この砥粒部11を台金10に電気的に
接続する必要がある場合は、図中鎖線で示すように導電
塗料12を塗布した導電塗料層を設ける。
【0011】図2は、砥粒部11を拡大して示した図で
あって、砥粒15は、任意に選択された粒度分布をもつ
人工または天然のダイヤモンド、立方晶窒化珪素、立方
晶窒化硼素など超砥粒からなる。この砥粒部11を構成
する複数個の砥粒15は、それぞれ導電性金属16で被
覆され、各砥粒15を被覆する導電性金属16は隣接砥
粒15を被覆する導電性金属16と、その一部が密着
し、この密着した導電性金属16間に非導電性の有機高
分子結合剤が介在する構造となっている。なお、この結
合剤は後述する。また、この結合剤は、緻密であって気
孔をもたず、また気孔があってもその大きさ、量は無視
できる程度である。したがって、複数個の砥粒15は、
各砥粒15を包囲し一体化した導電性金属16により直
接保持され、同時にこの一体化した導電性金属16間に
介在する緻密な非導電性結合剤17によって間接的に保
持されていることになる。
【0012】砥粒15を被覆する導電性金属16として
は、砥粒に対する密着性がよく、研削加工の際、砥粒の
不所望な脱落を防止する十分な強度を有し、かつ、後述
する砥石製造の際のホットプレス工程において容易に塑
性変形するものがよく、例えばCu、Ag、Su、Zn、A
l、Ni、Crなどの金属またはその合金が用いられる。
すなわち、砥粒15に導電性金属16をめっき、真空蒸
着など周知の手段によって、上記金属群(合金を含む)
から選んだ一種類の金属を被着する。また、導電性金属
16の機能を強化するため同種または異種金属からなる
2層以上の金属の複層構造に形成してもよい。
【0013】この複層構造としては、特に砥粒15と直
接接触する第1層を塑性変形しやすく、且つ砥粒に対し
て密着性のよい比較的軟質の金属で形成し、その外周を
比較的硬質の金属で被覆する構造にするとよい。この導
電性金属の複層構造を同一金属で形成する場合は、例え
ば第1層を無電解ニッケルめっきで形成し、その上に第
2層を電解ニッケルめっきで形成する。また、異種金属
で形成する場合は、例えば第1層を銅めっきし、その上
に第2層をニッケルめっきするなどして形成する。
【0014】結合剤としては、非導電性を有し上記導電
部材に対して接着性のすぐれたフェノール樹脂を用い
る。より具体的には、例えばノボラック型のものを使用
する。また、ポリイミド樹脂も用いることができる。具
体的には、東芝ポリイミドレジンKIR−10、KIR
−30、KIR−3(東芝ケミカル株式会社)。さら
に、この結合剤としては、その結着力を強化したり、あ
るいは研削またはドレッシング過程において、チップポ
ケットの生成を容易にするために、滑石、炭化珪素、ア
ルミナ、酸化クロム、酸化鉄、二硫化モリブテンなどの
耐磨耗部材の粉末を添加して用いることができる。
【0015】次に、この砥石の製法について述べる。先
ず、切削加工などにより所定形状の台金10を形成し、
この台金にローレット或いは細線溝加工を施し、この溝
に接着剤を塗布、乾燥した後に、成形型との間で環状溝
を作って砥粒部11を形成する。
【0016】そして、その砥粒部11の形成は、先ず、
所要の粒度分布を有する砥粒15を選択し、この砥粒1
5の表面に前記金属群から選択した所要の導電性金属1
6をめっき、真空蒸着などの手段により被覆する。次い
で、この金属で被覆された砥粒15に結合剤17を所定
割合加え均一に混合する。そして、この混合物をホット
プレス成形型との間の環状溝に充填し、台金10、ホッ
トプレス成形型とともに所定温度に制御しながらホット
プレス成形する。
【0017】このホットプレス成形における加熱ないし
加圧の条件は、砥粒の被覆金属の種類、結合剤の種類、
金属被覆量、金属で被覆された砥粒と結合剤との混合割
合などによって異なる。特に、ホットプレスにおける保
持温度は結合剤の成形反応を安定化させ、有機高分子材
料からなる結合剤が軟化あるいは粘度の低下(流動化)
を起こし、含有ガスを放出する範囲の温度に制御するこ
とが必要である。また、加圧は含有ガスによる結合剤の
膨張を抑制すると同時に、砥粒を被覆する金属を塑性変
形させ、砥粒相互の被覆金属の密着を促進する条件にす
ることが必要となる。
【0018】そこで、先ず、所定の圧力、例えば150
kg/cmの圧力を所定時間、例えば10分間、結合剤に
印加し、更にこの圧力を上昇させ、前記圧力より高い、
例えば350kg/cmの圧力を印加する。この加熱及び
加圧の過程で結合剤17は、軟化し流動性を呈し、多量
の反応ガスが発生する。この大量反応ガスが発生するタ
イミングに合せて、この圧力の印加を一度止め、非加圧
状態にして、反応ガスを成形型外へ放出する。
【0019】図3は、本発明の砥粒15と非導電性有機
高分子結合剤17との混合物を加熱及び加圧する際のパ
ターンを示したグラフであって、点線は加熱温度の制御
パターン、実線は加圧パターンを示している。図1〜3
を参照して、ホットプレスによる砥粒部の製作をより具
体的に説明する。砥粒15、例えばダイヤモンド砥粒の
表面に導電性金属Niを56wt%を被覆した。この砥粒
15を用い、その38vol%に結合剤としてフェノール樹
脂52vol%、更に潤滑剤10vol%を加え、攪拌し均一な
混合物を作る。この混合物を台金10とホットプレス成
形型との間の溝に充填する。次いで、ホットプレス成形
型とともに170〜240℃の温度範囲に保持したまま
200〜450kg/cmの圧力を加える。
【0020】加熱温度及び加圧は、上記の範囲で選定す
るが、ここでは、最初150kg/cmの圧力を10分間
印加し、更にこの圧力を上昇させ350kg/cmの圧力
を印加する。この加熱及び加圧の過程で結合剤17は、
軟化し流動性を呈し、多量の反応ガスが発生する。この
大量反応ガスが発生するタイミングに合せて、350kg
/cmの加圧を一度止め、非加圧状態にして、反応ガス
を成形型外へ放出する。次いで、このガスの放出が終わ
ったタイミングで再び350kg/cmの圧力を印加す
る。図3の実線矢印は、この加圧の過程を示している。
次いで、この加圧状態を維持したまま180℃の加熱温
度を暫く維持し、逐次この温度を下げ、砥粒部11を強
制的または自然冷却し、その後、砥粒部11は台金10
と一体となって成形型から取り出し、仕上げ加工、目立
し砥石を完成する。
【0021】このホットプレスで各砥粒の被覆金属が密
着接触し、通電性を有する結合状態となる。したがっ
て、研削時に高温の研削熱が発生し砥粒を保持している
結合剤や砥粒を熱劣化させるが、砥粒が接触しているた
め、この研削熱を拡散させるので、熱劣化を大幅に少な
くでき砥粒の脱落も少なくなるので、砥石の寿命が長く
なる。
【0022】この砥石の性能は、砥粒分布325/40
0のダイヤモンド砥粒に導電性金属Niを56wt%被
覆したダイヤモンド砥粒15に耐磨耗部材と潤滑剤を添
加したフェノール樹脂からなる結合剤17を用い、被覆
ダイヤモンド砥粒を38Vol%を加えて形成した砥粒
部の研削性能を比較すると、従来の加圧と加圧解放のサ
イクルを複数回繰り返して製作した砥石と本発明の一回
だけ加圧と加圧解放した砥石とでは第1表の結果が得ら
れた。この際の被削材はセラミックの窒化珪素であり、
研削条件はテーブル速度250mm/min。評価は研削性能
を最も重視する電流値(A)で決まるが本発明の砥石は
従来品に比べて20〜60%少なかった。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】導電性金属で被覆された砥粒と有機高分
子結合剤とを混合し、この混合物を成形型に充填し、成
形型内の空気抜きをする。次いで、この混合物を加熱し
ながら加圧し、有機高分子結合剤の流動性が失われる前
に、加圧状態を一度解放し、有機高分子結合剤に含まれ
るガスを放出する。その後、再びこの混合物を加圧し、
加熱温度を上げ、砥粒の被覆金属を互いに密着させると
共に、有機高分子を硬化させ混合物を一体化する。ま
た、上記有機高分子結合剤は、フェノール樹脂或いはポ
リイミド樹脂を使用する。この製法によると、ガス抜き
が1回で済むので、成形型内での混合物の移動が少なく
なり、砥粒保持力および結合剤相互の結合を強固にでき
る。また、各砥粒の被覆金属が密着接触することになる
ので、研削時に発生する研削熱を効率よく拡散できるの
で、砥粒及び結合剤の熱劣化を大幅に少なくでき砥粒の
脱落も少なくなるので、砥石の寿命が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例を示す砥石の図であっ
て、(A)図は一部切欠平面図、(B)は一部欠断面図
【図2】 図1砥石の砥粒部の拡大図
【図3】 混合物の加熱及び加圧制御パターンを示した
【図4】 従来の混合物の加熱及び加圧制御パターンを
示した図
【符号の説明】 10・・・台金 11・・・砥粒部 15・・・砥粒 16・・・導電性金属 17・・・有機高分子結合剤

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性金属で被覆された砥粒と有機高分
    子結合剤とを均一に混合し、該混合物を成形型に充填
    し、成形型内の空気抜きをした後、該混合物を加熱しな
    がら加圧して砥石を製造する方法において、該有機高分
    子結合剤の流動性が失われる前に、加圧状態を一度解放
    し、該有機高分子結合剤に含まれるガスを放出し、その
    後、再び該混合物を加圧し、加熱温度を上げ、該砥粒の
    被覆金属を互いに密着させると共に、該有機高分子結合
    剤を硬化させ該混合物を一体化することを特徴とする砥
    石の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記有機高分子結合剤は、フェノール樹
    脂であることを特徴とする請求項1記載の砥石の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 上記有機高分子結合剤は、ポリイミド樹
    脂であることを特徴とする請求項1記載の砥石の製造方
    法。
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