JP2011140097A

JP2011140097A - 砥石

Info

Publication number: JP2011140097A
Application number: JP2010002511A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shinoda; 博之篠田; Toshihiro Ando; 俊広安藤
Original assignee: GIFU SEITO KK; Noritake Co Ltd
Current assignee: GIFU SEITO KK; Noritake Co Ltd
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2011-07-21

Abstract

【課題】粗仕上加工で望まれる大きい加工物削除量と最終仕上加工で望まれる細かい面粗さとを共に得ることができる砥石を提供する。
【解決手段】研磨砥粒G0とその研磨砥粒G0を互いに結合する無機質結合剤UNとを備えた砥石１０において、無機質結合剤UNは、平均粒子径が3μm以上である第１砥粒G1と平均粒子径が第１砥粒G1の1/4倍以下である第２砥粒G2とから構成されている。また、砥石重量に対する重量割合が、無機質結合剤UNは1wt%乃至4wt%の範囲内であり、第１砥粒G1は50wt%乃至80wt%の範囲内であり、且つ、第２砥粒G2は15wt%乃至45wt%の範囲内である。従って、前述した試験の加工結果から判るように、粗仕上加工で望まれる程度に十分に大きい加工物削除量を確保でき、また、最終仕上加工で望まれる程度に十分に細かい加工物の面粗さを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、種々の加工物の研削加工または研磨加工に用いられる砥石の改良に関する。

砥石を用いた研削加工において、加工物が研削除去される加工物削除量を増大させることと加工物の研削面の面粗さを向上させることとは相反する事項であり、一般的に、上記加工物削除量を増大させれば上記面粗さは悪化し逆に面粗さを細かくすれば上記加工物削除量は減少するものである。例えば超仕上加工においても上記加工物削除量と上記面粗さとの関係は同様であるので、最終的に加工面を鏡面に仕上げようとすると、加工時間を長くしたり、或いは、粗仕上加工と最終仕上加工との２段階の加工をすることがよく行われている。

上記のように加工物削除量の増大と面粗さの向上とは一般的には相反する事項であるが、加工時間短縮等の観点から、上記加工物削除量の増大と上記面粗さの向上とを両立させることが望ましい。また、経済的な面から砥石の研削時の磨耗は少ない方がよく、言い換えれば、仕上比（＝加工物削除量／砥石磨耗）の高い砥石が望ましい。このような課題に対し種々の技術提案がなされている。

例えば、特許文献１に記載された砥石及びその製造方法がそれである。この特許文献１には、粒径が砥粒よりも大きく且つ粒度分布がある程度狭いビトリファイド結合剤を使用して上記砥粒を互いに結合することによって、多数の砥粒凝集体を含んだ砥石を製造できることが記載されており、その砥石は高い仕上比を有し且つ細かい面粗さを得ることができると記載されている。

また、特許文献２には、特許文献３に記載された砥石と同様に結合剤を有さず、更に、砥石組織内に所定の平均径を有する人工気孔を所定の比率で形成させ且つワックス（蝋）又は硫黄を含浸させることにより、切れ味向上による加工物の面粗さの向上が見出されたと記載されている。

特開２００７−１５２４８４号公報特開２００８−１０５１５０号公報特許第３２０３３１１号公報

しかし、前記特許文献１に記載された砥石では、従来砥石と比較して仕上比および面粗さは向上するものの、市場の要求に対しては十分とは言えず未だ改善の余地があった。また、前記特許文献２に記載された砥石は、加工物の面粗さを向上させ得るものの、前記加工物削除量が絶対的に不足しており前記２段階の加工における最終仕上加工用としての利用にとどまるものであった。更に、特許文献２に記載された砥石では、#5000よりも粗い砥粒を用いようとすると砥粒相互の接着力が不足して満足な砥粒保持力を得ることができなかった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、前記粗仕上加工で望まれる大きい加工物削除量と前記最終仕上加工で望まれる細かい面粗さとを共に得ることができる砥石を提供することにある。

斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明の要旨とするところは、（ａ）研磨砥粒とその研磨砥粒を互いに結合する無機質結合剤とを備えた砥石であって、（ｂ）前記研磨砥粒は、平均粒子径が3μm以上である第１砥粒と平均粒子径がその第１砥粒の1/4倍以下である第２砥粒とから構成されており、（ｃ）砥石重量に対する重量割合が、前記無機質結合剤は1wt%乃至4wt%の範囲内であり、前記第１砥粒は50wt%乃至80wt%の範囲内であり、且つ、前記第２砥粒は15wt%乃至45wt%の範囲内であることにある。

このようにすれば、粗仕上加工で望まれる程度に十分に大きい加工物削除量を確保でき、また、最終仕上加工で望まれる程度に十分に細かい加工物の面粗さを得ることができる。更に、前記砥石が微量の前記無機質結合剤を含むことにより、その無機質結合剤を含まずに研磨砥粒同士を焼結させる場合と比較して、格段に砥粒保持力が高く十分高い前記仕上比を得ることが可能である。なお、前記第１砥粒の平均粒子径が3μmを下回る場合には前記加工物削除量が不足するおそれがある。また、前記第２砥粒の平均粒子径が前記第１砥粒の1/4倍より大きい場合には、前記加工物削除量、仕上比、及び面粗さの何れでも顕著な効果を示さなくなる。また、前記無機質結合剤の重量割合が1wt%を下回る場合には砥粒保持力が不足することにより前記仕上比が低下し前記加工物削除量が減少する一方で、その無機質結合剤の重量割合が4wt%を上回る場合には目詰まりや研削焼け等の問題を発生し易くなると考えられ上記加工物削除量が減少する。また、前記第１砥粒の重量割合が50wt%を下回る場合または前記第２砥粒の重量割合が45wt%を上回る場合には上記加工物削除量が減少する一方で、その第１砥粒の重量割合が80wt%を上回る場合またはその第２砥粒の重量割合が15wt%を下回る場合には砥石磨耗が大きくなる。

ここで、好適には、前記砥石は、気孔形成剤を用いて砥石組織内に形成された平均径が10μm乃至100μmの範囲内である人工気孔を有する。このようにすれば、前記砥石組織内に前記研磨砥粒が適度に分散して保持されるので、さらに高い前記仕上比を得つつ面粗さが十分に細かい加工面を得ることができる。なお、前記人工気孔の平均径が10μmを下回る場合には目詰まりや研削焼け等の問題を発生し易くなる一方で、その人工気孔の平均径が100μmを上回る場合には砥粒保持力の不足により砥石磨耗が大きくなる可能性がある。

また、好適には、気孔形成剤を用いて砥石組織内に形成された人工気孔の砥石体積に対する比率は10vol%乃至55vol%の範囲内である。このようにすれば、前記砥石組織内に理想的な体積比率で形成された人工気孔により前記研磨砥粒が更に好適に分散して保持されるものと考えられ、その研磨砥粒の消費を可及的に抑えて好適な面粗さの加工面を得ることができる。なお、前記人工気孔の砥石体積に対する比率が10vol%を下回る場合には目詰まりや研削焼け等の問題を発生し易くなる一方で、その人工気孔の砥石体積に対する比率が55vol%を上回る場合には砥石の成形が困難になる可能性がある。

また、好適には、前記砥石は、超仕上加工に用いられるものである。このようにすれば、加工時間が短く且つ加工面の面粗さが十分に細かい超仕上加工を実施することができる。

また、好適には、前記砥石は、蝋又は硫黄を前記砥石組織内に含浸させたものである。このようにすれば、上記砥石組織内に含浸された蝋又は硫黄は潤滑作用および目詰まり防止効果を有するので、それらが含浸されていない砥石と比較して、砥石磨耗が少なく仕上比が大きく且つ加工面の面粗さが細かい良好な研磨加工を実現することができる。

本発明の一実施例である砥石の外観を例示する斜視図である。図１の砥石による超仕上加工の一例であって、ボール軸受の内周輪の外周面にボール（鋼球）を受けるために形成された断面円弧状の凹溝の内壁面を超仕上加工により研磨（研削）する状態を説明する図である。図１の砥石の製造工程の一例を示す工程図である。図１の砥石が有する効果を検証するために行った試験において比較例として用いられた従来の砥石である比較例試料３の製造工程を示す工程図である。図１の砥石が有する効果を検証するために行った試験において実施例試料２，３および比較例試料３にて１００個のワークを加工した際の加工物削除量の推移を示すグラフである。図１の砥石が有する効果を検証するために行った試験において実施例試料２，３および比較例試料３にて１００個のワークを加工した際の砥石磨耗の推移を示すグラフである。図１の砥石が有する効果を検証するために行った試験において実施例試料２，３および比較例試料３にて１００個のワークを加工した際の面粗さ(Ra)の推移を示すグラフである。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例である砥石１０の外観を例示する斜視図である。本実施例の砥石１０は、研磨砥粒G0とその研磨砥粒G0を互いに結合する無機質結合剤UNとを備えており、例えば玉軸受けの内輪軌道面の鏡面仕上げ研磨加工やシリコンウェハの表面研磨加工等、平面、円筒面、螺旋形状面、及びその他の形状面のホーニング加工乃至は超仕上加工に専ら用いられる砥石である。例えば、図１に示すように、砥石１０は、長手方向の一方の端部における平面が部分円筒面状の砥石研削面１２とされた直方体状（スティック状）に形成されたものであり、例えば、横方向寸法Ｂが2mm乃至25mmの範囲内、縦方向寸法Ｃが2mm乃至25mmの範囲内、長手方向寸法Ｌが25mm乃至300mmの範囲内となるように形成されている。また、上記砥石研削面１２は、加工される加工物（工作物）における加工面（例えば、玉軸受けの内輪軌道面）の形状に合わせて形成されたものであり、例えば研磨加工に際しては、その砥石研削面１２が上記加工物の加工面に当接させられた状態で上記砥石１０が揺動させられることにより、その加工面の研削加工（研磨加工）が行われる。

前記研磨砥粒G0は、平均粒子径が相互に異なる第１砥粒G1と第２砥粒G2との２種類の砥粒から構成されいる。第１砥粒G1の平均粒子径は3μm以上、例えばJIS R 6002に規定する測定方法によれば粒度#4000以粗である。一方、第２砥粒G2の平均粒子径は第１砥粒G1の1/4倍以下である。また、砥石１０の重量（砥石重量）に対する第１砥粒G1の重量割合は、50wt%乃至80wt%の範囲内とされる一方で、上記砥石重量に対する第２砥粒G2の重量割合は、15wt%乃至45wt%の範囲内とされる。なお、本実施例において平均粒子径とは体積平均径のことである。また、第１砥粒G1および第２砥粒G2の平均粒子径は、電気泳動法により測定されたものである。本実施例におけるその他の粒子の粒子径についても同様である。

また、上記第１砥粒G1および第２砥粒G2の材質としては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化硼素（ＢＮ）、或いはそれらのうち２種類以上の砥粒の何れでも差し支えなく、更に、第１砥粒G1および第２砥粒G2の材質は相互に異なっても差し支えないが、本実施例の第１砥粒G1および第２砥粒G2は何れも材質がアルミナの無機砥粒である。

前記無機質結合剤UNは、SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、B₂O₃等の酸化物を原料とし、その原料が焼結されることにより前記研磨砥粒G0を互いに結合するボンドである。例えば、上記無機質結合剤UNの前記砥石重量に対する重量割合は、1wt%乃至4wt%の範囲内とされる。

前記砥石１０の砥石組織内には、気孔形成剤H1を用いて意図的に人工気孔が形成されており、その人工気孔の平均径は10μm乃至100μmの範囲内、好適には20μm乃至70μmの範囲内、更に好適には30μm乃至60μmの範囲内である。また、砥石１０の体積（砥石体積）に対する上記人工気孔の体積比率すなわち人工気孔率は10vol%乃至55vol%の範囲内、好適には12vol%乃至45vol%の範囲内、更に好適には13vol%乃至35vol%の範囲内とされる。本実施例においては、上記人工気孔の平均径は、砥石１０の製造工程で人工気孔を形成するために用いられた上記気孔形成剤H1の平均粒子径であるものとし、上記人工気孔率は、砥石１０の製造工程で用いられた上記気孔形成剤H1の全体積と等しい体積で人工気孔が砥石組織内に形成されているものとして算出される。なお、上記人工気孔率が55vol%より高い砥石は、気孔径の制限及び製法上製造が不可能である。また、上記人工気孔率は気圧1atmかつ常温での値である。

前記砥石１０の砥石組織には、潤滑剤としての蝋（ワックス）又は硫黄が含浸させられている。この蝋としては、例えば、カルナバワックス等の植物蝋、石蝋（石油系パラフィン）、地蝋等が好適に用いられる。また、硫黄としてはその単体が好適に用いられる。

前記砥石１０は前述したように種々の研磨加工に用いられるので、その研磨加工の一例について図２を用いて説明する。図２は、超仕上加工の一例であって、砥石１０を用いて、ボール軸受の内周輪２０の外周面にボール（鋼球）を受けるために形成された断面円弧状の凹溝２２の内壁面を超仕上加工により研磨（研削）する状態を説明する図である。この図２に示す超仕上加工では、砥石研削面１２は、上記内周輪２０の凹溝２２の内壁面と同じ曲率半径を有する断面円弧状の曲面に成形されている。

超仕上研磨装置（超仕上盤）では、上記内周輪２０が軸心Ｃまわりに回転駆動される一方で、砥石１０は、その砥石研削面１２が凹溝２２の内壁面すなわち加工面に対して比較的低い所定の面圧で当接し、且つ油性或いは水性の工作液である所定の研削油が十分に供給された状態で、その砥石研削面１２の曲率中心を通る回動中心線Ｋまわりに所定角度だけ所定の周波数で揺動駆動される。これにより、被削材である内周輪２０の凹溝２２の内壁面は、その周方向とそれに交差する方向とにおいて砥石１０により研磨され、超仕上加工が施される。

図３は、前記砥石１０の製造工程の一例を示す工程図である。この図３に示すように、前記砥石１０の製造工程では、先ず、秤量工程ＰＡ１において、互いに平均粒子径の異なる第１砥粒G1および第２砥粒G2が所定の重量割合となるように秤量される。次に、混合工程ＰＡ２において、秤量工程ＰＡ１にて秤量された砥石原料に澱粉粉体等の気孔形成剤H1が混合されて混合粉体とされる。この気孔形成剤H1の混合割合は、焼成後の砥石組織における人工気孔率が前記の割合(vol%)となるように調整される。続いて、プラスチック製容器にジルコニア製ボールを取り、蒸留水、下記表１に示す化学組成の無機質結合剤UN及び上記混合粉体が加えられて粉体濃度80wt%程度のスラリーが調製される。この際、ポリカルボン酸アンモニウム塩等の分散剤が上記混合粉体に対して0.7wt%程度の割合で添加される。そのようにして調整されたスラリーは、ボールミル等により２４時間程度の混合が行われた後、脱泡工程ＰＡ３において真空脱泡が行われる。

次に、鋳込工程ＰＡ４において、調製されたスラリーが例えば65mm×65mm×7mmの成形型に流し込まれ、固形鋳込成形が行われる。この成形型は水分を吸収可能な脱水型であり、例えば石膏型の他、粘土を焼成することにより構成された型、セメント粉から構成された型等が好適に用いられる。そのようにして鋳込成形された成形体は、脱型工程ＰＡ５において上記成形型から脱型された後、乾燥工程ＰＡ６において、所定の温度雰囲気で所定時間乾燥処理が施される。次に、焼成工程ＰＡ７において、例えば1250℃程度の温度雰囲気で１時間程度の焼成処理が施される。次に、切断／加工工程ＰＡ８において、焼成体が例えば5.5mm×5.5mm×30mmの直方体状に切り出されると共に仕上げ加工が施される。そして、含浸工程ＰＡ９において、例えば150℃程度にて液化させられたカルナバワックス（或いは170℃程度にて液化させられた硫黄）が砥石組織に含浸させられて、前述した本実施例の砥石１０が製造される。

続いて、本発明者等が本発明の効果を検証するために行った試験について説明する。本試験では、下記表２に示す混合割合で、第１砥粒G1、第２砥粒G2、気孔形成剤H1、及び、ボンドである無機質結合剤UNを混合して、本発明の実施例すなわち砥石１０である実施例試料１〜３，５〜８と、表２に示す諸元の何れかが本発明の実施例から外れている比較例試料１，２，４〜６とを、上述した図３に示す製造方法により作製した。下記表２に示す第１砥粒G1および第２砥粒G2の材質は何れもアルミナである。また、下記表２に示す第１砥粒G1、第２砥粒G2、気孔形成剤H1、及び無機質結合剤（ボンド）UNの重量割合は何れも、完成後の砥石１０の重量すなわち第１砥粒G1と第２砥粒G2と無機質結合剤UNとの合計重量を100wt%とした場合の相対割合である。また、前記特許文献１に係る従来の砥石を比較例試料３として図４に示す砥石の製造工程を経ることにより用意した。

図４は、従来の砥石である比較例試料３の製造工程を示す工程図である。図４において、先ず、攪拌工程ＰＢ１では、予め用意された砥粒、下記表３に示す化学組成のビトリファイド結合剤（ボンド）、成形助剤、気孔形成剤が下記表４の調合割合に示すように所定の割合で調合された後攪拌されることにより、混練或いは混合される。下記表４において上記の原料の調合割合は重量割合(wt%)で示されており、その原料の調合割合を全て合計すると100wt%になる。上記気孔形成剤は焼成後の砥石内に気孔を形成するためのスチロール、ポリエステル、エポキシ等の合成樹脂から成るレジンボールやクルミ粉等である。また、下記表４に記載のデキストリン（合成澱粉）、水、フェノールレジン、PEG（ポリエチレングリコール）は混合性、成形性、保形性等を高めるための成形バインダー或いは成形助剤として機能する。

なお、攪拌工程ＰＢ１において調合される前記砥粒の粒度は粒度#3000（電気泳動法による平均粒子径4μm）が用いられ、平均粒子径が約10μmのビトリファイド結合剤が用いられている。したがって、この場合のビトリファイド結合剤と砥粒との間の粒径比は、2.5（＝10μm／4μm）となっている。

続く成形工程ＰＢ２では、上記攪拌工程ＰＢ１の攪拌により得られた混合材料から分割された予め設定された一定の分量に対して、プレス装置を用いて所定の密度となるように加圧成形され、所定の形状の成形品すなわち生砥石が作製される。この生砥石は寸法が95mm×48mm×20mmのブロック体である。次いで、乾燥工程ＰＢ３では、その成形品（生砥石）が所定の乾燥温度たとえば60℃で２４時間乾燥された後、焼成工程ＰＢ４において、所定の焼成炉内において900℃の２時間保持で示される焼成条件で焼成され、ビトリファイド結合剤が溶融させられて成形品が焼結される。そして、仕上げ工程ＰＢ５において所定寸法に切り出されるとともに仕上げられ、且つ検査工程ＰＢ６において所定の検査項目の検査が行われることにより、最終製品である砥石すなわち比較例試料３が得られる。

本試験の各試料についての説明に戻る。下記表５に示すように、実施例試料１〜３，５〜８と比較例試料１〜６とについて、砥石硬度(RH)および嵩密度(g/cm³)を測定した。ＲＨ硬度は、通常１／８インチ径の鋼球を使用する（Ｈスケール）が、マイナス硬度の場合では砥石が軟らか過ぎて測定中に破損が発生することがあるため、１／４インチ径の鋼球を使用してＲＬ硬度を求め、換算式「ＲＨ＝（ＲＬ−５９）／０．５９」から実際に測定されたＲＬ硬度に基づいてＲＨ硬度を算出した。また、嵩密度は水銀法を用いて測定した。なお、各試料は最終的には5.5mm×5.5mm×30mmの仕上寸法に切り出された後にカルナバワックスまたは硫黄を含浸させられるが、表５に示す砥石硬度および嵩密度の測定は上記仕上寸法に切り出す前に実施した。

前記砥石硬度および嵩密度を測定した後に、全ての試料を後述の研削加工試験のために最終的な仕上寸法である5.5mm×5.5mm×30mmに切り出して仕上げた。そして、実施例試料１〜３，５〜８および比較例試料１，２においては、その仕上げ後に砥石を150℃程度にて液化させられたカルナバワックスに浸して、砥石組織にカルナバワックスを含浸させた。また、実施例試料１および比較例試料３においては、上記仕上げ後に砥石を170℃程度にて液化させられた硫黄に浸して、砥石組織に硫黄を含浸させた。なお、上記のように、表２に示す実施例試料１に対しては、カルナバワックスを含浸させた砥石と硫黄を含浸させた砥石との両方を作製しているので、以下の説明では、含浸処理を区別するため、カルナバワックスを含浸させた砥石を実施例試料１と称し、硫黄を含浸させた砥石を実施例試料４と称する。

以上のようにして製造された実施例試料１〜８および比較例試料１〜６を用いて、下記表６に示す加工条件で図２に示す超仕上加工を行う玉軸受けの内輪軌道面の研削加工試験を行った。その研削加工試験の試験結果を下記表７に示す。また、実施例試料２，３及び比較例試料３において１００個のワーク（加工物）を加工した際の結果を下記表８に示し、そのときの加工物が研削除去される加工物削除量（単に、「削除量」とも言う）の推移と砥石磨耗の推移と面粗さ(Ra)の推移とを図５と図６と図７とにそれぞれ示す。

上記表７および表８において、砥石磨耗(μm)は、ワーク（加工物）を１０個または１００個加工した後の砥石磨耗からワーク１個当たりの磨耗量を算出した値である。また、削除量、仕上比、及び面粗さ(Ra)はそれぞれ、ワーク各々について測定され又は算出された加工物削除量、仕上比、及び面粗さ(Ra)の平均値である。また、図５〜７は、何れも１００個のワーク（加工物）の連続加工推移を示しているが、図６では、ワーク１０個毎の砥石磨耗の平均値をワーク１個当たりの砥石磨耗であるとして、ワーク１０個毎に砥石磨耗の推移が表示されている。なお、上記仕上比は、「仕上比＝加工物削除量／砥石磨耗」として算出される。

表７から明らかなように、無機質結合剤（ボンド）UNを含んでいない比較例試料１は砥石磨耗が120.0μmと非常に多くなったので、砥石として不適である。実施例試料１，４は、その削除量が各々10.0μmと10.2μmとであり比較例試料３の削除量12.8μmとの比較でやや劣るものの、粗仕上加工用の砥石で望まれる10μm以上の削除量を確保しており、且つ、面粗さ(Ra)が例えば比較例試料３との比較で格段に向上しており最終仕上加工用の砥石で望まれる0.02μm以下の面粗さ(Ra)を確保している。実施例試料１，４〜８では、例えば比較例試料１との比較から無機質結合剤UNを微量添加したことにより砥粒保持力が格段に向上したものと考えられ、極めて高い削除量および仕上比が達成された。無機質結合剤（ボンド）UNの重量割合が6.5wt%である比較例試料２は、その削除量が3.5μmと不足しており砥石として望ましい効果が見られなかった。

表７における比較例試料１，２の加工結果から、例えば、それらの削除量および仕上比から、砥石１０において無機質結合剤UNの重量割合は1wt%乃至4wt%の範囲内が好ましいことが判った。また、無機質結合剤UNの重量割合が1.0wt%である実施例試料５の仕上比が他の実施例試料と比較して小さいことから、上記無機質結合剤UNの重量割合は2wt%乃至4wt%の範囲内がより好ましいと考えられる。

第１砥粒G1および第２砥粒G2各々の重量割合に関して、比較例試料４のように第１砥粒G1の重量割合が高くなると砥石磨耗が著しく増大する一方で、比較例試料５のように第２砥粒G2の重量割合が高くなると削除量が著しく減少する加工結果が得られたことから、第１砥粒G1の重量割合は50wt%乃至80wt%の範囲内が好ましく、第２砥粒G2の重量割合は15wt%乃至45wt%の範囲内が好ましいことが判った。また、実施例試料６の砥石磨耗が他の実施例試料と比較して大きいことから、上記第１砥粒G1の重量割合は55wt%乃至70wt%の範囲内がより好ましく、上記第２砥粒G2の重量割合は28wt%乃至40wt%の範囲内がより好ましいと考えられる。

第１砥粒G1および第２砥粒G2の平均粒子径に関しては、表７に示す実施例試料１，４〜８の何れでも十分な削除量を得られたことから、第１砥粒G1の平均粒子径は3μm以上が好ましく、4μm以上であればより好ましく、4μm乃至6μmの範囲内であればより一層好ましいと考えられる。また、比較例試料６のように第２砥粒G2の平均粒子径が第１砥粒G1に対して十分に小さいものでなくなると削除量、仕上比、面粗さ(Ra)の何れの点でも顕著な効果を得られなかったことから、第２砥粒G2の平均粒子径は第１砥粒G1の1/4倍以下が好ましく、第１砥粒G1の1/10倍乃至1/4倍の範囲内であればより好ましいと考えられる。

表７の加工結果において、カルナバワックスを含浸させたワックス含浸砥石である実施例試料１は、硫黄を含浸させた硫黄含浸砥石である実施例試料４と比較しても砥石としての性能差は見出されず、硫黄含浸砥石である比較例試料３との比較では砥石磨耗、仕上比、及び面粗さ(Ra)の点で優れた性能を示している。このことからすると、本発明を限定する考えではないが、砥石１０では切れ味が向上しているために研削時の発熱が少なく、硫黄との比較で融点が低い含浸剤であるカルナバワックスでも、砥石補強効果と切粉の目詰まり抑制効果とが硫黄と同等に発揮されるものと考えられる。

次に表８及び図５〜７に示す加工結果について考察する。実施例試料２は第１砥粒G1の平均粒子径を6μmと大きくすることで削除量を増大させたが、実施例試料２による加工結果である面粗さ(Ra)は比較例試料３と比較して優れている。また、実施例試料３は無機質結合剤UNの重量割合を3.8wt%と高くして砥粒保持力を高めたので、仕上比が比較例試料３と比較して格段に高くなっている。また、図７から判るように、実施例試料２，３の何れでも連続加工において非常に安定して良好な面粗さ(Ra)が得られている。これらの点から、本発明を限定する考えではないが、砥石１０では無機質結合剤UNが従来砥石と比較して微量であるため、無機質結合剤UNが起点となる切粉溶着の成長が発生し難くなり、連続加工において切れ味が持続されると考えられる。従来砥石であれば、本実施例の砥石１０のような硬い砥石においては切粉が砥石表面すなわち砥石研削面１２に堆積されて目詰まりを発生させ削除量が低下するものである。

なお、砥粒（砥材）として炭化珪素、窒化硼素、それらの混合砥粒、又はそれらとアルミナとの混合砥粒の何れを採用した砥石でも、上述した本試験と概ね同様の結果が得られた。

本実施例によれば、研磨砥粒G0とその研磨砥粒G0を互いに結合する無機質結合剤UNとを備えた砥石１０において、無機質結合剤UNは、平均粒子径が3μm以上である第１砥粒G1と平均粒子径が第１砥粒G1の1/4倍以下である第２砥粒G2とから構成されている。また、砥石重量に対する重量割合が、無機質結合剤UNは1wt%乃至4wt%の範囲内であり、第１砥粒G1は50wt%乃至80wt%の範囲内であり、且つ、第２砥粒G2は15wt%乃至45wt%の範囲内である。従って、前述した試験の加工結果から判るように、粗仕上加工で望まれる程度に十分に大きい加工物削除量を確保でき、また、最終仕上加工で望まれる程度に十分に細かい加工物の面粗さを得ることができる。更に、砥石１０が微量の無機質結合剤UNを含むことにより、その無機質結合剤UNを含まずに研磨砥粒G0同士を焼結させる場合と比較して、格段に砥粒保持力が高く十分高い仕上比を得ることが可能である。

また、本実施例によれば、砥石１０は、気孔形成剤H1を用いて砥石組織内に形成された平均径が10乃至100μmの範囲内である人工気孔を有する。そのため、このようにすれば、前記砥石組織内に第１砥粒G1および第２砥粒G2が適度に分散して保持されるので、さらに高い仕上比を得つつ面粗さが十分に細かい加工面を得ることができる。

また、本実施例によれば、気孔形成剤H1を用いて砥石組織内に形成された人工気孔の砥石体積に対する比率は10乃至55vol%の範囲内である。従って、前記砥石組織内に理想的な体積比率で形成された人工気孔により第１砥粒G1および第２砥粒G2が更に好適に分散して保持されるものと考えられ、その第１砥粒G1および第２砥粒G2の消費を可及的に抑えて好適な面粗さの加工面を得ることができる。

また、本実施例によれば、砥石１０は超仕上加工に用いられるものであるので、加工時間が短く且つ加工面の面粗さが十分に細かい超仕上加工を実施することができる。

また、本実施例によれば、砥石１０は、カルナバワックス等の蝋又は硫黄を前記砥石組織内に含浸させたものである。そして、上記砥石組織内に含浸された蝋又は硫黄は潤滑作用および目詰まり防止効果を有するので、それらが含浸されていない砥石と比較して、砥石磨耗が少なく仕上比が大きく且つ加工面の面粗さが細かい良好な研磨加工を実現することができる。なお、上記砥石組織内に含浸させる材料として硫黄ではなく蝋を選択することで、砥石１０の製造過程や研削油の廃油処理等において、硫黄に関連する公害問題を回避することができる。そして、研磨後の加工物に対する洗浄処理が不十分である場合に硫黄を原因としてその加工物が錆びるということを回避することができる。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。

例えば、前述の実施例において、無機質結合剤UNの化学組成は表１に例示されているが、そのような化学組成に限定されるわけではない。但し、無機質結合剤UNの融点は、図３の焼成工程ＰＡ７における焼成温度よりは低い必要がある。

また、前述の実施例において、砥石１０は、研磨砥粒G0を互いに結合する無機質結合剤UNを含んでいるが、砥石１０内で全ての研磨砥粒G0が無機質結合剤UNによって互いに結合されている必要はなく、例えば、遊離した研磨砥粒G0が存在しても差し支えないし、研磨砥粒G0同士が直接に焼結している箇所が存在しても差し支えない。

また、前述の実施例においては、長手直方体状の砥石１０について説明したが、砥石１０は、円盤状や円筒状やブロック状等のその他の形状であっても差し支えない。

また、前述の実施例において、砥石１０の砥石組織内には、気孔形成剤H1を用いて意図的に人工気孔が形成されいるが、そのような人工気孔が形成されていない砥石１０も考え得る。

また、前述の実施例において、砥石１０はその砥石組織内に蝋又は硫黄が含浸させられているが、それらの含浸処理が必須というわけではない。

また、前述の実施例では、特に玉軸受けの内輪軌道面の鏡面仕上げに本実施例の砥石１０が用いられる例を説明したが、本発明の砥石は、多種のワークの研磨加工乃至は研削加工に広く用いられ得るものであることは言うまでもない。

その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。

１０：砥石

Claims

研磨砥粒と該研磨砥粒を互いに結合する無機質結合剤とを備えた砥石であって、
前記研磨砥粒は、平均粒子径が3μm以上である第１砥粒と平均粒子径が該第１砥粒の1/4倍以下である第２砥粒とから構成されており、
砥石重量に対する重量割合が、前記無機質結合剤は1wt%乃至4wt%の範囲内であり、前記第１砥粒は50wt%乃至80wt%の範囲内であり、且つ、前記第２砥粒は15wt%乃至45wt%の範囲内である
ことを特徴とする砥石。
超仕上加工に用いられるものである請求項１に記載の砥石。
蝋又は硫黄を前記砥石組織内に含浸させたものである請求項２に記載の砥石。