JP2601333C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属、セラミック、石材等の研削、研磨、切断等に使用される高能率
でしかも高寿命の複合砥石及びその製造方法に関する。 〔従来の技術およびその問題点〕 一般に、金属、セラミック、石材等の研削、研磨、切断等にはダイヤモンド砥
粒又は立方晶窒化硼素砥粒と金属粉末からなる砥石片を樹脂、金属あるいは低融
点ガラスのい ずれかの基地中に分散固化せしめた複合砥石が使用されている。 従来、このような複合砥石を製造する方法として、例えば特開昭50-153387号
公報、あるいは特公昭60-3557号公報等が提案されている。これらの発明では共
に砥粒と金属粉末の焼結体を後工程にて粉砕することにより小チップを得、これ
を樹脂等に分散固化して製造するものである。特に、特公昭60-3557号公報の発
明では砥粒と金属粉末とを不完全焼結し、後工程で粉砕しやすくし、さらに篩う
ことにより粒度の調整を行い、これを樹脂又は金属中に分散せしめた後、加熱成
形し、完全焼結するものである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記のような従来発明においては、焼結（不完全焼結）後の工程で粉砕して粒
塊状砥石片を得るため、砥石片を構成する金属には展延性の高い金属は選定し難
く、粉砕し易い、すなわち脆い金属に限定せざるを得ないものである。そして、
特開昭50-153387号公報の発明では全く粒度調整がなされておらず、後工程を経
て砥石にした場合、砥粒部の大きさが不均一に分布し、砥石の偏摩耗、研削面粗
度の不均一の問題が生ずる。さらに、特公昭60-3557号公報の発明では不完全焼
結後に粉砕した砥粒を篩により粒度調整するものではあるが、当然篩い残しが生
じコスト面で高くなるとともに、篩われた砥粒片の形状は一定とならず、しかも
大きさも幅広い粒度分布を有するものであるため、こ れを用いて砥石とした楊合、研削比、切れ味、寿命等をコントロールし難い問題
点を有する。 しかして、本発明の目的は焼結後の粉砕工程を不要として歩留りを高めるとと
もに均一形状でかつ粒度分布がほとんど無い砥石片を得、これを用いることによ
り、研削比、寿命を被研削材（被研磨材、被切断材を含む）により自由にコント
ロールし得、研削比がよくかつ研削抵抗の低い複合砥石およびその製造方法を提
供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明における複合砥石の製造方法の特徴とするところは、ダイヤモンド砥粒
又は立方晶窒化硼素砥粒と金属粉末とを混合し、これを小整粒砥石片に成形し、
次いで、あるいは成形と同時にこの成形後の小整粒砥石片を完全焼結し、焼結後
の粒度分布のほとんどない均一形状の完全焼結砥石片と樹脂、金属及び低融点ガ
ラスのいずれかとを混合して所定形状に固化せしめることにある。 本発明において、小整粒砥石片とはダイヤモンド砥粒又は立方晶窒化硼素砥粒
と金属粉末との混合粉末又はこれに粘結剤を加えて混練したペーストからなり、
一定の形状でかつ寸法のバラツキがほとんどない均一の未焼結体からなるものを
いう。 本発明にて使用される金属粉末としては、銅、鉄、ニッケル等の単一金属粉、
種々の合金粉末あるいは単一金属の混合粉であってもよく、展延性のある金属粉
末をも使用可 能である。特に好ましいものとしてはＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ，Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ
，Ｎｉ−Ｚｎ，Ｃｕ−Ｓｎ，Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ等が挙げられる。 これら金属粉末にダイヤモンド砥粒又は立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）とを混合し
、これを成形する。成形は、スクリーン印刷法、孔版印刷法、金型成形法、モー
ルド法、ホットプレス法、造粒法等の種々の方法により、小整粒砥石片を得る。 以下に成形方法の具体例につき説明する。 スクリーン印刷法、孔版印刷法では所定の形状のパターンをもつ版に、上記混
合粉末を粘結剤、例えばポリビニルアルコール等を混練したペースト状の混練体
を、黒鉛板、セラミック板等の焼結温度に耐え得る基体上に印刷する事により小
整粒砥石片を得る。 金型成形法は金属ダイスとパンチとを使用してダイスの中に混合粉を充填し、
これをパンチにて圧力を加え押し固めることにより所定形状の小整粒砥石片を得
る。 ホットプレス法は黒鉛ダイスとパンチとを使用し、ダイスの中に混合粉を充填
し、これをパンチにて圧力を加えながら、黒鉛ダイスに通電する、あるいはヒー
ター内蔵の金属ダイスとパンチとを使用し、ダイスの中に混合粉を充填し、これ
をパンチにて圧力を加えながらヒーターを加熱し押し固めることにより完全焼結
整粒抵石片を得る。 モールド法は黒鉛板、セラミック板等の焼結温度に耐え 得る基体に、ドリル等あるいは超音波加工等により所定形状のモールドを形成し
、このモールド中に上記の混合粉を充填することにより、小整粒砥石片を得る。 また、造粒法は上記混合粉と、例えば有機溶剤で希釈調整された流動パラフィ
ンとを混練したものを、市販の造粒機にて所定形状に整粒することにより小整粒
砥石片を得る。 なお、小整粒砥石片は粒度のバラツキのほとんどないものが得られれば公知の
いかなる方法、例えば制御された噴霧法等によって作製してもよいことは勿論で
ある。 得られた小整粒砥石片は焼結工程に供される。焼結は小整粒砥石片を水素、ア
ンモニア分解ガス等の不活性雰囲気中にて500℃以上の温度にて完全に焼結させ
ることにより完全焼結整粒砥石片を得る。なお、ホットプレス法により小整粒砥
石片形成する場合は成形と同時に完全焼結が行われるので焼結工程は省略するこ
とができる。 次いで、この完全焼結整粒砥石片に基地成分である樹脂としてフェノール、エ
ポキシ等、金属として通常のメタルボンドダイヤモンド砥石に用いられるすべて
の公知のもの、あるいは低融点ガラスを目的に応じた配合にし、砥石形状に加熱
成形、あるいは常温硬化、加圧成形等により砥石を成型する。また、基地中に研
削助剤として、ダイヤモンド、ＣＢＮ，ＳｉＣ、アルミナ等、さらに通常、レジ
ンボンド砥石等に添加されるフィラー類、例えば炭酸カルシウム、タルク等、あ
るいは固体潤滑剤（二硫化モリブデン、窒化 硼素、カーボン等）等を添加しても良い。 かくして得られるレジンボンド、メタルボンドあるいはビトリファイドのいず
れかからなる複合砥石はダイヤモンド砥石又は立方晶窒化硼素、砥粒と金属粉末
からなり、完全焼結された粒径のバラツキのほとんどない小整粒砥石片、すなわ
ち粒径のほとんどない完全焼結整粒砥石片が基地中に分散されてなることを特徴
とするものである。 このような本発明に係る複合砥石に用いられる完全焼結前の小整粒砥石片は粒
度のバラツキがほとんどない均一粒径の砥石片であるため、これを完全焼結した
完全焼結整粒砥石片も均一粒径を有し、これらが基地中に分散固化せしめられた
ものであるため、使用態様に応じて、砥石片粒径、その重量比を所望により適宜
選択することができる。 なお、完全焼結整粒砥石片のより均一粒径をもたらすには、小整粒砥石片の形
成はスクリーン印刷法、孔版印刷法、金型成形法、ホットプレス法、モールド成
形法によることが好ましい。 第１図は孔版印刷法により形成した小整粒砥石片を用いて完全焼結整粒砥石片
を得、これをレジンと混合して所定のモールドに充填固化せしめた本発明の複合
砥石の一実施例を20倍に拡大して示す顕微鏡写真である。 本発明に用いる完全焼結整粒砥石片はスクリーン印刷法、孔版印刷法、金型成
形法、ホットプレス法、モールド成形法によって成形する場合はφ0.1×0.1〜φ
５×５mmの範囲 のいずれか、さらに好ましくはφ0.5×0.5〜φ３×３mmの寸法からなる均一形状
の円柱状又は円板状とすることが好ましい。また完全焼結整粒砥石片を造粒成形
法により形成する場合はφ0.1〜φ５mmの球状のもの、さらに好ましくはφ0.3〜
φ３mmのものを使用することが好ましい。 なお、第１図に示した複合砥石では同一寸法の完全焼結整粒砥石片を使用した
が、各寸法において均一粒径の２種以上の大きさの砥石片を基地中に分散固化せ
しめた複合砥石としてもよい。この場合、比較的大きな寸法の砥石片と比較的小
さな寸法の砥石片がバランスよく基地中に分散することになり、より研削能力が
向上する。 以下に実施例を示す。 実施例１ スズ15wt％、残部銅からなる金属粉60部と平均粒径120μのダイヤモンド粉40
部を混合し、これにＰＶＢを有機溶剤で溶かしたものを添加して印刷し易い粘度
に調整したペーストを準備した。次にφ1.3×0.4ｔの穴のあいたスクリーンを用
意し、このスクリーンの下に厚さ３mmの黒鉛板を敷き、上記のペーストをスキー
ジにより印刷することで、φ1.3×0.4ｔの小整粒砥石片を得た。得られた小整粒
砥石片を黒鉛板とともに750℃×１hr、水素雰囲気中で完全に焼結した。得られ
たφ１×0.3ｔの粒度のバラツキがほとんどない完全焼結整粒砥石片30部、平均
粒径120μのダイヤモンド粉38部、残部フェノール樹脂からなるφ205×10 ｗの平研削用レジンボンド砥石を作製した。また、比較用に平均粒径120μのダ
イヤモンド粉50部、残部フェノール樹脂からなるφ205×10ｗ×３ｔの平研削用
レジンボンド砥石を作製した。 これらの砥石を岡本機械工作所製のレシプロタイプの研削機（ＰＳＧ52ＤＸ）
を用い、下記の条件で99％アルミナ（200mm×200mm×10mm t）の被研削材を研磨
した。その結果を第１表に示す。 条件 回転数 3000rpm テーブル送り 10m/min クロス送り 3mm 切り込み 20μ/pass 研削液 ソリュブルタイプ40倍 実施例２ スズ10wt％、銅17wt％、リン0.5wt％、残部ニッケルからなる金属粉80部と平
均粒径45μのダイヤモンド粉20部を混合し、これにＰＶＡの５％水溶液を加えて
混合し、市販の造粒機を使用してφ1.1mmの球状の小整粒砥石片（＃500 番）を得た。これを900℃×１hr、アンモニア分解ガス中にて完全焼結した。 得られたφ0.8mmの完全焼結整粒砥石片40部、炭酸カルシウム10部、残部エポ
キシ樹脂からなる20ｗ×30Ｌ×10ｔの砥石チップを得た。得られたチップを15個
使用してφ200×20ｔのベークライト板の円周方向の最外周に12チップ、内周に
３チップ取り付け花崗岩の表面研削に使用した。なお、比較品として他社の＃50
0番の比較品Ａ，Ｂについても同様の表面研削を行った。 研削には研削機として磯部式石材専用定圧研磨機を使用し、300mm×300mm×10
mm tの花崗岩を500rpm、２分間、水を冷却液として使用した。その結果を第２表
に示す。 第２表より、本発明品は比較品Ａに対して30％以上、比較品Ｂに対して95％程
度の研削力向上が見られた。 実施例３ スズ10wt％、残部ニッケルからなる金属粉90wt％と、粒度＃170のダイヤモン
ド粉10wt％を混合し、次に黒鉛板上にφ2.0×1.5ｔの孔を有する孔版をのせ、こ
の孔に前記の混合粉を充填した。充填後、孔版を取り去り、成形された小整粒砥
石片を黒鉛板とともに850℃、１hr、アンモニア 分解ガス中にて完全に焼結した。得られた完全焼結整粒砥石片φ1.5×1.0ｔを50
部、骨材として炭化珪素、30部、残部硼珪酸ガラスからなる組成にて調整したも
のを、外径205mm、内径199mm、高さ10mmに成形し、これを800℃、大気中で焼結
した。得られた焼結体を外径198mm×10mmのアルミニウム板に接着剤にて貼り付
けて完全焼結整粒砥石片含有ビトリファイドボンド研削用ホィールを得た。比較
用として完全焼結整粒砥石片を含まない同一組成の一般ビトリファイドボンドダ
イヤモンド砥石、ダイヤモンド粒度＃170、集中度75（集中度100＝4.4cts/砥石
１cc）を用意し、テストした。テストは実施例１と同様の研削機を用い、実施例
１と同様の条件にて同様の被研削材を用いて行った。その結果を第３表に示す。
第３表より、本発明砥石では比較品に比べて研削比（ワーク被研削体積／砥石減
耗体積）で73％の増加が見られた。 実施例４ 亜鉛３wt％、粒度＃40のダイヤモンド砥粒４wt％、残部ニッケルからなる混合
粉を金型成形法にてφ１×１ｔの小整粒砥石片に成形し、これを750℃、0.5hr、
水素雰囲気中にて完全に焼結し、完全焼結整粒砥石片（φ0.9×0.9ｔ） を得た。 次に、スズ７wt％、銅45wt％、リン0.8wt％、残部ニッケルからなる金属混合
粉55部、並びに上記の完全焼結整粒砥石片45部を混合し、50Ｌ×10Ｈ×2.5Ｗで
あって、かつ曲率半径254mmを有するチップをホットプレス法にて、650℃、15mi
n、大気中で焼結した。得られた完全焼結整粒砥石片含有チップ22個を、外径488
mmの鉄製基板の周囲に当間隔に銀ロウを用いて取り付け、切断用ホイールを得た
。比較用として、亜鉛1.7wt％、スズ４wt％、リン0.4wt％、銅25wt％、粒度＃40
のダイヤモンド砥粒２wt％、残部ニッケルからなる混合粉を、本発明品と同一製
造条件にて同数個作製し、同形状の切断ホイールを同様に作製した。 これらを、(株)マルトー製切断機ＭＣ−420、回転数1200rpm、冷却液…水、に
て、100mm×100mm×20mmの花崗岩を切断したところ、消費電力が本発明品で2.4
Ａ、比較品で3.8Ａであった。 実施例５ スズ10wt％、粒度＃200のダイヤモンド粉５wt％、残部銅からなる混合粉を用
意し、次にφ２×１tの孔を多数固有した黒鉛板に上記混合粉を充填した。この
ダイヤモンド含有混合粉が充填された黒鉛板をアンモニア分解ガス中で、700℃
、1.5hr、焼結することによりφ1.4×0.7tの均一に整粒された完全焼結整粒砥石
片が得られた。 さらに、同様の組成の混合粉を、φ3.5×2.5tの孔を多 数固有する黒鉛板に充填し、前記と同様の製造条件にて、φ2.5×1.8tに均一に
整粒された完全焼結整粒砥石片を得た。 得られたφ1.4×0.7tの完全焼結整粒砥石片を30部、φ2.5×1.8tの完全焼結整
粒砥石片を25部、炭酸カルシウムを10部、残部エポキシ樹脂からなる50Ｌ×５t
×５Ｗ（曲率半径185mm）の砥石チップを20個作成した。得られたチップを、外
径370mm、内径350mmのカップ状（砥石記号……６Ａ２Ｓ）アルミ製台板に等間隔
にエポキシ接着剤にてとりつけた。 また、比較のため、＃200のダイヤモンド粉を13部、炭酸カルシウム8.7部、残
部エポキシ樹脂からなる同形状の砥石を作成した。 これらを、サンセイ(株)製 縦軸ロータリー研削盤にて、1500rpm、切り込み6
0μ/minにて300mm×300mm×10mmtの99％アルミナを研削した。この結果、比較品
では研削開始５分後、研削焼けが生じレジンボンド部が褐色に変質し、使用不能
になった。 本発明品は、全く問題なく300mm×300mm×５mmt（83min）まで研削した。 実施例６ スズ10wt％、銅20wt％、平均粒径12μのダイヤモンド粉２wt％、残部ニッケル
からなる混合粉を、φ２の孔が多数個あいた黒鉛型に充填し、上下からφ２の黒
鉛製パンチに て、100kg/cm²の荷重で押すとともに、黒鉛型に通電して650℃で加熱、15分間保
持することによりφ２×２tのホットプレス法による寸法の揃った完全焼結整粒
砥石片を得た。 得られた完全焼結整粒砥石片を60部、残部エポキシ樹脂にて、φ120×５tの円
板状工具を作成した。これを、φ120の鋳鉄皿にエポキシ接着剤ではりつけ、レ
ンズ研削用の工具に作製した。 また、比較のため、集中度10にて平均粒径12μのダイヤモンド粉を含有したエ
ポキシ樹脂ボンドによる同形状の工具を作製した。 これらを、オスカー式レンズ研磨機にて、φ60×10tのＢｋ−７ガラスを、２k
gw、300rpm、ソリュブルタイプ研磨液40倍で15分間、研削した。この結果、本発
明品は、４μ/secの研削値を得たが、比較品は0.8μ/secであった。 〔発明の効果〕 以上のような本発明によれば、ダイヤモンド粉又は立方晶窒化硼素砥粒が金属
中に分散された小整粒砥石片およびこれを完全焼結した粒度分布のほとんどない
均一形状の完全焼結整粒砥石片が得られ、これを樹脂、金属あるいは低融点ガラ
ス中に分散固化せしめたものであるため、得られる複合砥石は研削比、研削能力
を自由にコントロールでき、しかも、研削比、研削抵抗とも従来品に比べて著し
く向上したものが得られ、被研削材（被研磨材、被切断材）、条件等に応じて最
適の作業が可能となり、作業能率が向上す る。また、このような複合砥石は、完全あるいは不完全な焼結を問わずに焼結後
の粉砕工程が省略されるため、広範囲の金属が選択できるとともに、篩残しが生
じることのない100％使用可能な完全焼結整粒砥粒であるため、製造歩留りが向
上し、工程短縮とともに安価な複合砥石が製造できるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る複合砥石の表面の砥粒子構造を20倍に拡大して示す写真
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1．ダイヤモンド砥粒又は立方晶窒化硼素砥粒と金属粉末とを混合し、これを
   小整粒砥石片に成形し、次いで、あるいは成形と同時にこの成形後の小整粒砥石
   片を完全焼結し、焼結後の粒度分布のほとんどない均一形状の完全焼結砥石片と
   樹脂、金属及び低融点ガラスのいずれかとを混合して所定形状に固化せしめるこ
   とを特徴とする複合砥石の製造方法。 2．小整粒砥石片の成形がスクリーン印刷法による請求項１記載の方法。 3．小整粒砥石片の成形が孔版印刷法による請求項１記載の方法。 4．小整粒砥石片の成形が金型成形法による請求項１記載の方法。 5．完全焼結整粒砥石片の成形がホットプレス法による請求項１記載の方法。 6．小整粒砥石片の成形がモールド成形法による請求項１記載の方法。 7．小整粒砥石片の成形が造粒成形法による請求項１記載の方法。 8．ダイヤモンド砥粒又は立方晶窒化硼素砥粒と金属粉末 からなる完全焼結整粒砥石片が樹脂、金属あるいは低融点ガラスのいずれかの基
   地中に分散固化されてなる請求項１〜７のいずれかに記載の方法により得られた
   複合砥石。 9．完全焼結整粒砥石片がφ0.1×0.1〜φ５×５mmの範囲のいずれかの寸法か
   らなる均一形状の円柱状又は円板状である請求項２〜６のいずれかに記載の方法
   により得られたものである請求項８記載の複合砥石。 10．完全焼結整粒砥石片がφ0.1×0.1〜φ５×５mmの範囲の大きさの異なる２
   種類以上の均一形状の円柱状又は円板状である請求項２〜６のいずれかに記載の
   方法により得られた請求項８記載の複合砥石。 11．完全焼結整粒砥石片がφ0.1〜φ５mmの球状からなる請求項６記載の方法
   により得られたものである請求項８記載の複合砥石。