JP2007038337A

JP2007038337A - レジンボンドホイール

Info

Publication number: JP2007038337A
Application number: JP2005224507A
Authority: JP
Inventors: Reiichi Nomura; 玲一野村
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】耐熱性を維持しつつ砥粒保持力を高めることが可能なレジンボンドホイールを提供する。
【解決手段】砥粒１はその周囲に金属被膜２が施され、結合材中にはフィラー３が添加されている。金属被膜２は銅単体、銅を含む合金、またはチタンからなり、フィラー３は銅単体、銅を含む合金、またはチタンからなる。金属被膜２とフィラー３は、温度範囲が３００℃から６００℃の範囲で焼結されている。フィラー３の粒径は、砥粒１の粒径の５％以上９０％以下としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、超硬材の溝研削等に用いられるレジンボンドホイール関する。

超硬材の溝研削などのように、難削材の研削において高能率で研削する際には、研削負荷が大きく、切れ味の良いレジンボンドホイールが使用される。また、このような大きな負荷に耐えられるように、レジンボンドの耐熱性を高くすることが求められる。
レジンボンドの耐熱性を高めることを目的とした技術の一例が特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されている。

また、特許文献４には、砥粒の被覆としてＮｉやＣｕを用いたものが記載されている。特許文献４に記載の発明は、一般的なメタルボンド砥石では、フィラーとしての固体潤滑剤を含まない場合は金属結合相自体の機械的強度が高く研削時に被削材を傷つけ易くなるという問題と、その一方で、フィラーとして分散配置された固体潤滑剤を含むメタルボンド砥石では、固体潤滑剤によって研削抵抗を低減できるが、金属結合相が脆化しやすくなって砥粒層の耐磨耗性が低下し、砥石寿命が短くなるという問題とを解決することを目的としており、金属結合相中に５〜５０体積％のポリイミド樹脂を分散配置させて樹脂相を形成している。

また、砥粒を被覆したものの一例が、特許文献５、特許文献６、特許文献７に記載されている。
また、特許文献８には、メタル成分からなる結合剤と超砥粒とを焼成成形してなる超砥粒砥石において、結合剤内に焼成条件で成形可能な合成樹脂からなる充填材を分散させた超砥粒砥石が記載され、特許文献９には、ポリイミド樹脂を結合剤とする超砥粒層を有するホイールであって、超砥粒層がコバルト及び／又はコバルト基合金粉末を含む超砥粒ホイールが記載され、特許文献１０には、ポリイミド樹脂を結合剤とする超砥粒層と、その超砥粒層を固定する台金とからなるホイールであって、超砥粒層が金属系フィラーを含むと共に、台金が金属系材料の粉末焼結体からなり、かつ該超砥粒層と台金とが、加圧焼成によって同時に一体的に成形されてなる超砥粒ホイールが記載されている。

特許第３２９２１３号公報特開平１１−３００６２２号公報特開２００１−２５２８７４号公報特開２００２−６６９２８号公報特開昭５５−１６２４９９号公報特開昭６１−２９７０７９号公報特開平５−２２０６６８号公報特開平１０−１８０６３６号公報特開２００４−３４２６１号公報特開２００４−５０３３１号公報

レジンボンドの耐熱性を高くするために、熱劣化しにくいポリイミド樹脂が使用されるが、ポリイミド樹脂は接着性が乏しく、砥粒の保持は物理的なかしめによってなされる割合が多く、砥粒が脱落しやすく、十分な研削加工ができないという問題がある。
接着性を高めるためにはフェノール樹脂を用いるのが良いが、フェノール樹脂は耐熱性が乏しく、高温になりやすい重研削条件下では劣化が著しく、砥粒が脱落しやすい。
また、砥粒保持力を高めるために、砥粒にニッケル金属被膜を施すことがなされているが、金属被膜を施すことによって得られる砥粒表面の凹凸は小さく、十分な砥粒保持力を得ることは難しい。

特許文献４においても、砥粒をＮｉやＣｕで被覆することは記載されているが、特許文献４においてＮｉやＣｕで被覆することの意味は、砥粒表面に形成される凹凸による砥粒保持力の向上にある。また、特許文献４におけるガラス転移点を持たないポリイミド樹脂は、島状に存在した形態をなす樹脂相となり、この樹脂相は単純な固形粒子として扱うことができるため、耐摩耗性フィラーとして機能させており、ポリイミド樹脂を結合材として用いているものではない。

また、特許文献５、特許文献６、特許文献７に記載されたものは、炭化チタンや炭酸チタンなどのチタン化合物を砥粒に被覆したものであり、これによって充分な砥粒保持力を得ることは難しい。
また、特許文献８に記載されたものは、メタルボンド中に合成樹脂からなる充填材を分散させたものであり、レジンボンド中にフィラーを含有するという構成のものではない。
また、特許文献９に記載されたものは、超砥粒層がコバルト及び／又はコバルト基合金粉末を含むことに特徴があり、耐摩耗性を高めたものである。
また、特許文献１０に記載されたものは、超砥粒層と台金とが、加圧焼成によって同時に一体的に成形される点に特徴を有するものである。
上記の特許文献８、特許文献９、特許文献１０のいずれによっても、耐熱性を維持しつつ砥粒保持力を高めることはできない。

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、特許文献４記載の発明のように、メタルボンド中にポリイミド樹脂を耐摩耗性フィラーとして機能させたものとは異なり、ポリイミド樹脂を結合材としたレジンボンドホイールにおいて、耐熱性を維持しつつ砥粒保持力を高めることが可能なレジンボンド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、本発明は、ポリイミド系樹脂を結合材として用いたレジンボンドホイールであって、銅単体、銅を含む合金、またはチタンからなる金属被膜が施された砥粒と、銅単体、銅を含む合金、またはチタンからなるフィラーが添加された結合材とからなる砥粒層を有し、前記フィラーの粒径は、前記砥粒の粒径の５％以上９０％以下であることを特徴とするレジンボンドホイールである。

銅単体、銅を含む合金、またはチタンからなる金属被膜が施された砥粒と、銅単体、銅を含む合金、またはチタンからなるフィラーが添加された結合材とからなる砥粒層を有することにより、ポリイミド系樹脂が成形される温度範囲である３００℃〜６００℃において金属被膜とフィラーは焼結され、金属被膜とフィラーとの間で化学反応が生じる。この化学反応によって砥粒の保持力が強化される。この化学結合を生じさせるという観点から、銅単体、銅を含む合金、またはチタンを用いることが好ましく、ニッケルはこの温度範囲では化学反応しないため好ましくない。
また、フィラーと砥粒が焼結されることで、アンカー効果を得ることができ、砥粒保持力をさらに高めることができる。
以上のことにより、メタルボンドを使用できない研削用途において、切れ味の良いレジンボンドを用いたときにも、耐熱性を維持しつつ砥粒保持力を高めることが可能となる。

本発明においては、前記フィラーの粒径は、前記砥粒の粒径の５％以上９０％以下であることを特徴とする。
フィラーの粒径が砥粒の粒径の５％未満であると、フィラーの粒径が小さすぎてアンカー効果が得られず、砥粒保持力を十分に高めることができない。一方、フィラーの粒径が砥粒の粒径の９０％を超えると、添加できるフィラーの数が少なくなり、金属被膜と接触できる確率が低下し、砥粒保持力の向上に寄与することができない。また、砥粒層中でのフィラーの分散性も低下し、フィラーとしての機能を十分に発揮することができない。

本発明においては、前記フィラーの含有量が、前記砥粒層から砥粒と金属被膜とを除いた結合材に対して５体積％以上８０体積％以下であることを特徴とする。
フィラーの含有量が５体積％未満では、フィラーが少なすぎてフィラーとしての機能が十分に得られず、８０体積％を超えると、成形が不安定となって好ましくない。

本発明によると、耐熱性を維持しつつ砥粒保持力を高めることが可能なレジンボンドホイールを実現することができる。

以下、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レジンボンドホイールについて、砥粒層における砥粒と結合材とを示す。
図１において、砥粒１はその周囲に金属被膜２が施され、結合材中にはフィラー３が添加されている。金属被膜２は銅単体、銅を含む合金、またはチタンからなり、フィラー３は銅単体、銅を含む合金、またはチタンからなる。金属被膜２とフィラー３は、温度範囲が３００℃から６００℃の範囲で焼結されている。結合材として使用する樹脂としては、耐熱温度が高いことが条件となるため、焼結温度の観点からポリイミド系樹脂を用いることが最も好ましく、その他、ポリビスマレイミド系樹脂、ポリベンズイミダゾール系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリピロメリット酸系樹脂等を用いることができる。
また、金属被覆としては、使用する超砥粒は電気を通さないことと、生産性、コストの観点から無電解メッキを用いることが最も好ましく、その他、電解メッキ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、造粒等により被覆を形成してもよい。

図１（ａ）は、フィラー３の粒径を、砥粒１の粒径の５％以上９０％以下とした場合を示しており、このときに、金属被膜２とフィラー３との間で好適に化学反応が生じ、砥粒保持力が向上する。図１（ｂ）は、フィラー３の粒径が、砥粒１の粒径の５％未満である場合を示しており、このときは、フィラー３の粒径が小さすぎてアンカー効果が得られず、砥粒保持力を十分に高めることができない。また、図１（ｃ）は、フィラー３の粒径が、砥粒１の粒径の９０％を超える場合を示しており、このときは、フィラー３の添加量の限度を考慮すると、添加できるフィラー３の数が少なくなり、金属被膜２と接触できる確率が低下し、砥粒保持力の向上に寄与することができない。

以下に、試験内容と試験結果を示す。
表１に、超硬材の溝研削試験の試験条件を示す。

表２に、試験に使用したホイールと被削材の仕様を示す。

成形条件は、成形温度が４５０℃、成形圧力が２０ｋＮである。
試験結果を表３に示す。

表３における粒径割合は、フィラーの粒径を砥粒の平均粒径（７０μｍ）で割ったものを％表示したものである。
ニッケル被膜を施したテスト品１（従来品）の摩耗量が多いのに対して、これと同じ条件で銅被膜を施したテスト品２は摩耗量が低減しており、チタン被膜を施したテスト品３についても摩耗量の低減が見られる。これに対し、樹脂としてフェノールを用いたテスト品４は、銅フィラーを添加しても摩耗量が大きい。摩耗量の低減効果が最も顕著なものは、フィラーの粒径が、砥粒の粒径の５％以上９０％以下の範囲である、テスト品２、テスト品３、テスト品５、テスト品７であり、フィラーの粒径がこの範囲より顕著に大きいテスト品６では摩耗量の低減効果が得られていない。また、テスト品８は、フィラーの粒径が小さすぎて、砥粒保持力が十分に得られず、摩耗量が多くなっている。
超硬材の溝研削においては、高精度の溝形状が求められているため、摩耗量が３０μｍ以上摩耗することは好ましくない。この観点から、フィラーの粒径が、砥粒の粒径の５％以上９０％以下の範囲であることが好ましい。

また、フィラーの含有量を変化させたテスト品９からテスト品１２については、含有量が５体積％であるテスト品１０と、含有量が８０体積％であるテスト品１１の摩耗量が少ないのに対して、フィラーを含有していないテスト品９は摩耗量が顕著に大きい。一方、含有量が９０体積％であるテスト品１２は、フィラーが多すぎて成形することができなかった。

本発明は、耐熱性を維持しつつ砥粒保持力を高めることが可能なレジンボンド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レジンボンドホイールについて、砥粒と結合材とを示す図である。

符号の説明

１砥粒
２金属被膜
３フィラー

Claims

ポリイミド系樹脂を結合材として用いたレジンボンドホイールであって、銅単体、銅を含む合金、またはチタンからなる金属被膜が施された砥粒と、銅単体、銅を含む合金、またはチタンからなるフィラーが添加された結合材とからなる砥粒層を有し、前記フィラーの粒径は、前記砥粒の粒径の５％以上９０％以下であることを特徴とするレジンボンドホイール。
前記フィラーの含有量が、前記砥粒層から砥粒と金属被膜とを除いた結合材に対して５体積％以上８０体積％以下であることを特徴とする請求項１記載のレジンボンドホイール。