JP2602073B2 - 極薄超砥粒層を有する研削砥石及びその製法 - Google Patents

極薄超砥粒層を有する研削砥石及びその製法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は超砥粒研削砥石の製造方法,特に超砥粒層を
保持体表面に形成してなるビトリファイド研削砥石の製
造方法に関する。
[従来の技術及び課題] CBN,ダイヤモンド等の超硬質物質の砥粒(超砥粒)か
らなる超砥粒ビトリファイド研削砥石は一般ビトリファ
イドに比べて非常に高価であることから,超砥粒層を保
持体表面に形成してなるものが求められている。近時,
被加工物のモデルチェンジが頻繁に行われるようにな
り,また多種少量生産に対応する必要が生じている。し
かし従来の方法によれば,かなり厚い超砥粒層を備えた
もの以外製造が困難であり,事実上過大な厚みの超砥粒
層のものを用いることになっていた。これは,極めて高
いイニシャルコストの原因になると共に,使用期間が砥
石寿命よりもはるかに短くなることと相俟って極めてコ
スト高をもたらしていた。そのような事情から特に,被
加工物のモデルチェンジないし製造期間の周期に応じた
砥石寿命又はイニシャルコストの低減の見地から,より
薄い超砥粒層の要請が強い。
従来,この種の砥石の製法としては,乾式プレス成形
方法又は鋳込成形法が一般的である。しかし,前者は坏
土の装填時のムラ等,均質性の面から超砥粒層を薄くす
るには限界がある。又,後者についても余り薄い超砥粒
層の成形には適していない。従って,いずれの方法にあ
たっても,極く薄い2mm以下の均質な超砥粒層が望まれ
る場合は,成形後又は焼成後の仕上げ加工における取り
代が大きく,無駄が多くなる。
本発明はかかる課題を解決すること,即ち,均一で,
かつ極めて薄い超砥粒層であって,保持体との接合性に
優れたものを僅かの仕上げ加工によって簡便に得ること
ができる超砥粒研削砥石の製法を開発することにある。
[課題の解決手段] 本発明者は,こうした見地に鑑み鋭意研究を重ねた結
果,ファインセラミックスの成形方法の一つとして知ら
れるドクターブレード法を応用することにより上記課題
を解決することを見出し,本発明を完成するに至ったも
のである。即ち,本発明は上述の課題を下記手段によっ
て解決する。
(1)無機保持体を用意し, 超砥粒からなる泥漿を用い,ドクターブレード法によ
って超砥粒シートを成形し, 保持体表面に結合剤を被着した後,超砥粒シート1又
は2以上を被着する, ことを特徴とする超砥粒研削砥石の製造方法。
(2)多孔質無機保持体を用意し, 超砥粒からなる泥漿を保持体表面に流出させながら,
最終砥石形状に応じた形状を有するドクターによって,
超砥粒層を成形する, ことを特徴とする超砥粒研削砥石の製造方法。
(3)無機保持体と超砥粒層とからなり, 超砥粒層が焼成後のそのままの状態で2mm以下の厚み
となっている, 超砥粒研削砥石。
[作用] 砥石原料としての超砥粒の粒度は100μmオーダのも
のまであり,一般に10μm以下であるファインセラミッ
クス原料の粒度よりもかなり粗い。そのため,砥石分野
においては,従来ファインセラミックス成形のための薄
層形成技術であるドクターブレード法を適用することは
困難であるものと考えられてきた。また,単にドクター
ブレート法によって超砥粒シートを得,これを保持体に
被着した場合には,超砥粒シートと保持体との接合力が
不充分となり,最終径(砥石が使用されて,廃却される
ときの径)近くまで使用したとき超砥粒層の剥離が生ず
るので,その場合,余り薄い超砥粒層の状態までは使用
できないおそれがある。本発明は,これらの困難を上記
方法によって解消し、十分な界面接合を備えかつ均一で
極めて薄い超砥粒層の成形を実現する。上記方法によれ
ば2mm以下の厚さの超砥粒層を焼成後そのままの状態で
得ることができ,その結果,製造工程の簡単化と共に完
成砥石としても目的に適った優れたものが得られる。
[好適な実施の態様] (1)本発明に係る前記手段(1)について: 無機質保持体を用意する。超砥粒の存在量を極力減ら
すと共に、これを極薄の層として保持するためである。
無機質保持体としては,超砥粒層との接合性に優れたも
のを使用するとよい。例えばムライト系,Al2O3系粒子を
予め成形,焼結してなるものが挙げられる。精度を出す
ためである。一般にその表面は所定の精度に予め仕上げ
加工するが,その精度は最終砥石に要求される精度と同
程度であるとよい。原料粒度は#80〜180にするとよ
い。保持体の大きさは,例えば径10mm〜400mm、長さ40
〜150mmのものとされ,また超砥粒層を形成すべき保持
体表面部の形状は最終砥石形状に対応するものであれば
よく,円周状,板状のほか多少の曲面形状も許容され
る。
超砥粒からなる泥漿を用い,ドクターブレード法によ
って超砥粒シートを成形する。均一で,かつ極めて薄い
超砥粒シート,ひいては超砥粒層を得るためである。ド
クターブレード法とはセラミック粉末に結合剤等を混合
してなる泥漿を移送薄板上に流出させ,その厚さをドク
ター(鋭利な刃)で調整して薄膜を成形する方法をい
う。超砥粒からなる泥漿には,超砥粒の他,結合剤及び
必要に応じて充填材などの砥石成分,並びに泥漿に調整
するための添加剤が含有される。超砥粒とはダイヤモン
ド又はCBN砥粒などの超硬質の砥粒をいい,場合によっ
てはこれらの混合物であってもよい。好ましくはヌープ
硬度3000以上のものをいう。砥粒の粒度は使用目的に応
じて例えば#60〜3000の範囲から適宜選択するとよい。
砥石成分の結合剤としては,ビトリファイド系,レジン
系,メタル系のうちビトリファイド系のものが好まし
く,特に砥粒として超砥粒を用いた場合に適するもの,
例えばホウケイ酸ガラス系,鉛−ホウケイ酸ガラス系の
ガラスを用いるとよい。結晶化ガラスであってもよい。
結合剤率は適宜選択でき,例えば砥石として15〜35%の
範囲にするとよい。必要に応じて,充填材,例えばAl2O
3系,SiO2−Al2O3,SiC系,ジルコン,コーディエライト
が添加される。泥漿調整用添加剤としては,特にビトリ
ファイド超砥粒砥石の後記焼成条件において消散するも
の(主として有機質のもの)であればよく,例えば,ポ
リビニルブチラール,メチルセルロース等の成形時粘結
剤,ジブチルフタレート,ポリエチレングリコール等の
可塑剤,合成界面活性剤等の分散剤,エタノール,アセ
トン等の溶媒が挙げられる。これらの成分の選択及び調
合割合は要求される砥石性能などにより適宜選択され
る。ドクターブレード法によって超砥粒シートを成形す
る場合,上記成分から調合された泥漿をポリエステル等
からなる移送ベルト上に流出させればよい。成形される
シートの厚みは200μm〜1000μmの範囲から選択する
とよい。好ましくは,超砥粒の粒度の2〜4倍以上であ
り,例えば粒度140/170の場合300μmの単位シートとす
るとよい。
保持体表面に結合剤層を被着した後,超砥粒シート1
又は2以上を被着する。保持体と超砥粒シートとの濡れ
を良好なものとし,焼成後において充分な接着強度を得
るためである。結合剤層は,砥石成分としての結合剤か
らなる層をいい,前述した泥漿に配合されるものと同質
のビトリファイド系結合剤からなるものが好ましい。例
えば,超砥粒シートのビリファイド結合剤としてホウケ
イ酸ガラスを用いた場合,結合剤層のビトリファイド結
合剤として同様にホウケイ酸ガラスを用いるとよい。結
合剤層は砥粒及び充填剤を含有してはならない。濡れ性
への悪影響を及ぼさないようにして,超砥粒層の接合性
を高めるためである。その厚みは,焼成後において十分
な接合力を確保するために必要な程度とし,通例10μm
〜20μm程度になるとよい。結合剤層を被着するにあた
り,超砥粒シート同様にドクターブレード法によって結
合剤シートを予め作成し,これを圧着させるとよい。そ
のシート自体の表面平滑性に基づき,結合剤層の厚みを
一定に維持できる。結合剤層のシート厚(焼成前)は50
〜100μmにするとよい。但し,均一厚をもって被着で
きる限り,塗布,スクリーン印刷など他の薄膜形成方法
により行ってもよい。その場合,さらに薄い結合剤層と
することもでき,焼成後において結合剤層の存在が外観
上確認できない程度であってもよい。超砥粒シートは既
述の通り300μm程度の単位シートとして成形したもの
を用い,これを2以上圧着させるとよい。焼成後におけ
る極薄の超砥粒層にあって,超砥粒が均一分散し,超砥
粒の優れた研削性を充分に活かすためである。
被着層(結合剤層及び超砥粒シート)は乾燥,焼成に
供される。この焼成は結合剤層及び超砥粒シートを被着
した段階で夫々個別に行ってもよいが,同時焼成するこ
とが好ましい。各要素間の相互密着性を高めるためであ
る。焼成温度は一般に900〜1000℃にするとよいが,結
合剤及び超砥粒に応じて適宜定める。雰囲気は超砥粒の
性質に応じ不活性,酸化,還元雰囲気のいずれかを適宜
選択する。超砥粒としてCBNを用いる場合は,窒素ガス
雰囲気が好ましい。
こうして,保持体表面に結合剤層を介して厚み2mm以
下の均一な超砥粒層を形成させることができる。
この手段(1)による工程の一例を第1図及び第2
(a)〜(c)図に示す。各図において,1が保持体,2′
a,2′b,2′cが超砥粒シート,3が結合剤層である。
(2)本発明に係る前記手段(2)について: 無機保持体の超砥粒層形成面は多孔質とする。後記超
砥粒層の成形時において超砥粒からなる泥漿を浸透さ
せ,アンカー効果を発揮させ,剥離を防止するためであ
る。アンカー効果とは焼成後において超砥粒層(ないし
は結合剤層)が保持体内に楔状に貫入して両者が強固に
物理的に結合する効果をいう。アンカー効果を発揮し得
る部分の気孔率は20%以上にするとよい。なお無機保持
体の基部は十分な機械的強度を有するものにするとよ
い。
超砥粒からなる泥漿を保持体表面に流出させながら,
最終砥石形状に応じたドクターによって超砥粒層を成形
する。即ち,超砥粒層の成形は,超砥粒シートの成形工
程を経ることなく,保持体表面をベースとして直接ドク
ターブレード法を適用することによって行う。前記アン
カー効果を確実に発揮させるためである。泥漿の流出は
保持体を移行させながら行えばよく,ドクターと保持体
との隙間距離を変更することによって超砥粒層の厚みを
調節できる。
この成形操作は一工程又は繰返し工程のいずれであっ
てもよい。繰返し工程即ち,一工程で成形される厚みを
薄くし,複数工程(例えば3〜10回)をもって所定の超
砥粒層(焼成前)の厚みにすることが好ましい。この場
合,一工程で成形される厚みを200〜500μmとし,複数
工程後の厚み(焼成前)を2〜3mmにするとよい。最終
砥石形状(プロファイル)に応じた形状を有するドクタ
ーが使用される。従って,異形成形を容易かつ無駄なく
できる。
その他は,前記手段(2)と略同様であり,焼成後に
おいて,保持体表面に厚み2mm以下の均一な超砥粒層を
形成させることができる。
この手段(2)による工程の一例を第3図(a)〜
(c)図に示す。各図において,4がドクター,5が泥漿で
ある(前述した符号はそれと同義)。又,こうして得ら
れる研削砥石の一例を第4〜7図に示す。各図におい
て,1が保持体,2が超砥粒層,3が結合剤層である。
本発明に係る超砥粒研削砥石は,合金鋼・セラミック
ス・FRMなどの難削材の精密研削のうち,特にセンタレ
ス砥石の如き大型の砥石あるいは外周が異形状である砥
石に対して好適である。
[実施例] 以下に本発明の実施例について説明する。
実施例1 配合(1) 結合剤 100 重量部 ポリビニルブチラール 8 〃 解膠剤 0.1 〃 ジブチルフタレート 6 〃 エタノール 40 〃 配合(2) CBN170/200 70 重量部 結合剤 30 〃 ポリビニルブチラール 10 〃 解膠剤 0.1 〃 ジブチルフタレート 6 〃 エタノール 35 〃 配合(1)により結合剤シート用泥漿を調整し,ドク
ターブレード法により厚さ50μmの結合剤シートを得
た。同様にして配合(2)により厚さ300μmの超砥粒
シートを得た。無機質保持体として,アルミナ系の一般
砥石を,外径298mm,厚さ15mm,孔径127mmに仕上げその外
周に結合剤シート1層及び超砥粒シート4層を圧着した
のち1000℃で焼成して砥石を得た。その結果,仕上げは
振れ取り程度で良く外径300mm,超砥粒層厚さ1mmの砥石
を容易に得ることができた。
実施例2 配合(3) 結合剤 100 重量部 メチリセルロース 10 〃 解膠剤 0.5 〃 水 35 〃 配合(4) ダイヤモンド#800 75重量部 結合剤 25 〃 アクリル樹脂系エマルジョン 10 〃 解膠剤 1 〃 ポリビニルブリコール 8 〃 水 35 〃 配合(4)により超砥粒シート用泥漿を調整し,ドク
ターブレード法により厚さ200μmの超砥粒シートを得
た。ムライト粒子を用いて一般の砥石と同様にして製造
した無機質保持体を,外径400mm,厚さ20mm,孔径200mmに
仕上げし,配合(3)により得られる泥漿を保持体表面
にスプレーコートする。さらに前記超砥粒シート3層を
圧着し,800℃で焼成したのち振れ取り程度の仕上げによ
り超砥粒層厚さ0.5mmのディスク状砥石が得られた。
実施例3 配合(5) CBN325/400 72 重量部 結合剤 28 〃 ポリビニルブチラール 10 〃 解膠剤 0.1 〃 ジブチルフタレート 6 〃 変性アルコール 38 〃 アルミナ系一般砥石を外径60mm,厚さ20mm,孔径16mm,
外周部R30mmに仕上げし,保持体とした。配合(5)に
より超砥粒層用泥漿を調整し,R30mmに加工されているド
クターブレードを用い,保持体外周に厚さ300μmの超
砥粒層を2層形成したのち950℃で焼成して砥石を得
た。R形状にも拘らず,仕上げは振れ取り程度で良く,
外径61mm,超砥粒層厚さ0.5mmの異形砥石を無駄なく得る
ことができた。
[発明の効果] 以上の如く本発明によれば次のような効果を奏する。
(1)厚み2mm以下の均一な極薄超砥粒層を有する研削
砥石を得ることができる。従って,近時の被加工物のモ
デルチェンジ周期(特に短期)に応じた砥石寿命とする
ことができる。又,超砥粒の高研削性を有効に活用しつ
つ,イニシャルコストの低減が可能となる。又,仕上げ
加工における取り代を少なくできるので,高価な超砥粒
の無駄がない。
(2)結合剤を介して成形超砥粒シートを被着するので
各要素間の接合性が良好であり[手段(1)],保持体
表面に超砥粒層を直接成形するのでアンカー効果を発揮
でき[手段(2)],従って保持体と超砥粒層との接合
強度が高い。例えば,砥石周速度2400m/minで平面研削
を行っても最終径まで超砥粒層は剥離しない。
(2)超砥粒シートしての単位シートの複数被着によっ
て[手段(1)],又は超砥部からなる泥漿流出による
繰返し成形によって[手段(2)],超砥粒層を形成し
た場合,超砥粒の均一分散がより確実となり,超砥粒の
優れた研削性をより充分に活用できる。
かくして,本発明の工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2(a)(b)(c)図は本発明方法(手
段(1))の工程を説明する図, 第3(a)(b)(c)図は本発明方法(手段(2))
の工程を説明する図,及び 第4〜7図は本発明研削砥石の例を示す図, を表わす。 1……保持体、2……超砥粒層 2′a,2′b,2′c……超砥粒シート 3……結合剤層、4……ドクター 5……泥漿

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】無機保持体を用意し, 超砥粒からなる泥漿を用い,ドクターブレード法によっ
    て超砥粒シートを成形し, 保持体表面に結合剤を被着した後,超砥粒シート1又は
    2以上を被着する, ことを特徴とする超砥粒研削砥石の製造方法。
  2. 【請求項2】多孔質無機保持体を用意し, 超砥粒からなる泥漿を保持体表面に流出させながら,最
    終砥石形状に応じた形状を有するドクターによって,超
    砥粒層を成形する, ことを特徴とする超砥粒研削砥石の製造方法。
  3. 【請求項3】無機保持体と超砥粒層とからなり, 超砥粒層が焼成後のそのままの状態で2mm以下の厚みと
    なっている, 超砥粒研削砥石。
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