JP2602074B2 - 複層超砥粒層を有する研削砥石及びその製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明の超砥粒研削砥石及びそ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
イド砥石に比べて非常に高価であることから，一般に超
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。特に，小径の内面研削用砥石においては砥石初期径
と使用限界径との差が小さいものが多く，超砥粒層の薄
い砥石が求められている。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
になるため，コスト高をもたらしていた。そのような事
情から，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
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
かなりの量となり，無駄が多くなる。

又，砥石の径方向の外周面を研削のために利用する研
削砥石例えば内面研削砥石においては，その研削作業中
に砥石摩耗により外形寸法を小さくなるに従って個々の
砥粒に対する負荷が増加するため，研削性能が低下する
傾向を示す。特に，小径砥石（例えば10φmm）を使用す
る内面研削砥石においては，外径縮小率が大（例えば10
φmm→７φmm）であるためドレッシング間の加工出来高
の減少が大きな問題である。

そのため，プレス成形時に押圧方向に直角方向での圧
縮比を変化させることにより，砥石外周部に比べて砥石
作用限界径部を密な構造とする手段が提案されている
（特開昭62−148160）。しかし，この手段にあっては装
填された砥石原料粉末と押型の加圧面とが同時に接触し
ないことから，粉体の移動及び圧力伝達に対する側壁の
影響等によって密度の正確な制御が困難である。更に，
圧縮比を変化させることによる制御であるため，所望の
密度状態に応じた型を夫々準備する必要があり，生産性
に難点がある。

本発明はかかる課題を解決すること，即ち，砥石径方
向における研削性能を確実かつ容易に制御でき，しかも
全体として薄い超砥粒体を有す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
れるシート成形法を応用し，超砥粒体を異なる研削性を
有する複数の超砥粒シートの一体化物として成形するこ
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）シート成形法によって異なる組成からなる複数の
超砥粒生シートを成形し， 複数の生シートを同心円状に圧着して積層する， ことを特徴とする超砥粒研削砥石の製造方法。

（２）円筒状超砥粒体からなり，超砥粒体の径方向外周
面を研削面とする研削砥石において， 超砥粒体が同心円状に配置された複数の単位層を積層
してなり， 複数の単位層について硬度が微小段階的に変化し，径
方向内側に位置するものが径方向外側に位置するものよ
り相対的に硬質とされている， ことを特徴とする超砥粒研削砥石。

［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
層形成技術であるシート成形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，単にシート成形法に
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と共に，研削性能の制御の簡易
化を達成する。

［好適な実施の態様］ 無機保持体を用意するとよい。超砥粒の存在量を極力
減らすと共に，これを薄い層としても保持できるように
するためである。無機保持体としては，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。多孔質にするとよい。超砥粒シート
に対してアンカー効果を発揮させ，接合性をより高める
ためである。アンカー効果とは焼成後において超砥粒層
（及び結合剤層）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％以上であることが好ましい。
保持体の大きさは，例えば径10mm〜400mm,長さ40mm〜15
0mm程度の小型砥石に対応させたものでよい。その形状
は円筒状にするとよい。外周面が研削に供される円筒状
砥石に適合されるためである。但し，曲面形状も許容さ
れる。更にこの種の砥石における一般的な形状を包含す
る。また，径10mm以下の小径砥石においては保持体を用
いず，超砥粒シートのみからなる所定形状の砥石として
もよい。尚，軸付砥石としてもよい。

シート成形法によって異なる組成物からなる複数の超
砥粒生シートを成形する。砥石径方向において異なった
研削性能を有する超砥粒層を得，又全体として薄い超砥
粒層とするためである。シート成形法としては，特にド
クターブレード法及びカレンダーロール法を採用すると
よい。

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。本発明にあっては，この泥漿は，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を配合してなる。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
くはスープ硬度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Al₂O₃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
にビド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
択及び調合割合は個々の超砥粒生シートに応じて異なり
適宜選択される。例えば，硬度をより大に調整する場
合，結合剤の量を多くしたりすればよい。又，集中度，
気孔率で調整したり，泥漿調整用添加剤の量を調整する
ことによって，超砥粒層（複数の超砥粒生シートを焼成
してなる）の研削性能方向の各部位について異ならせて
もよい。更に，砥粒，充填材，結合剤の種類を異ならせ
てもよい。ドクターブレード法によって超砥粒シートを
成形する場合，上記成分から調合された手段の泥漿をポ
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。成形される各超砥粒生シートの厚みは200μｍ〜100
0μｍ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。

カレンダーロール法とはセラミックス粉末で充填され
た熱可塑性リボンを圧延ロール間を通して圧搾して薄膜
を成形する方法をいう。ドクターブレード法に比してよ
り緻密な超砥粒シートを得たい場合，好適である。超砥
粒などの砥石成分を充填してなる熱可塑性リボンとする
ためには，通常の添加剤，エチレン，酢酸ビニル共重合
体，スチロール樹脂等の添加剤，フタル酸ジオクチル等
の可塑剤，トリクロロエチレン等の溶媒が配合される。

複数の超砥粒生シートを同心円状に圧着して積層す
る。砥石径方向における研削性能，特に硬度を制御する
ためである。超砥粒生シートは既述の通り相互に組成が
異なる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。径方向内側をより硬質
とするためには，例えば最も内側に配備される単位シー
トとして結合剤の含有率が大なるものを使用し，より外
側に積層される単位シートについてその含有率を漸次減
少させたものを積層させていくとよい。

超砥粒生シートを圧着，積層させる場合，保持体表面
に予め結合剤を被着して結合剤層を形成した後，最内側
の生シートを積層させるとよい。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材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。結合剤層を形成する
にあたり，超砥粒シート同様にシート成形法によって結
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。結合剤シートの厚み（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。尚，超砥粒生シー
トの積層にあたり，各超砥粒生シート間に結合剤を介在
させるのは不適である。径方向における研削性能の変化
に支障をきたす虞れがあるからである。被着された結合
剤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。特に，
超砥粒生シートについては個々の生シート毎に焼成すべ
きではない。各シート間の相互密着性を高め，研削特性
を徐々に変化させるためである。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，
還元雰囲気のうちから適宜選択されるが,CBNの場合，窒
素ガス雰囲気が好ましい。

こうして保持体表面に，砥石径方向における研削性能
が微小段階的に徐々に変化した，特に径方向内側がより
硬質とされた超砥粒層を形成させることができる。又，
全体として薄い，例えば2mm以下の均一な超砥粒体とし
て得ることもできる。焼成後において，超砥粒層を構成
する単位シート間の境界は外観上確認できない程度に一
体化されていることが好ましい。

研削砥石の製造工程の一例を第１図及び第２図に示
す。又，得られる研削砥石の例を第３図及び第４図に示
す。各図において,1が保持体,2が超砥粒層,2a′,b′が
超砥粒生シート,3が結合剤層,4が軸である。

本発明に係る超砥粒研削砥石は，砥石外周面を使用し
て被削物を精密研削するために利用される砥石，特に内
面研削砥石として好適である。

［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） ２−１ ２−２ ２−３ ２−
４ CBN170/200 65 67.5 70 72.5
結合剤 35 32.5 30 27.5
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４種類得た。一方，保持体としてはムライト粒
子を用いて一般砥石と同様にして製造した物を，外径8m
m,厚さ30mm,穴径6mmに仕上げして用いた。先ず，保持体
に結合剤シートを圧着したのち超砥粒シートを２−１〜
２−４まで順次圧着し，生砥石を得る。焼成は1000℃で
窒素雰囲気下で行なった。その結果，仕上げは振れ取り
程度で良く，外径10mm,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） ３−１ ３−２ ３−３ ダイヤモンド 65 66 67 結合剤 35 34 33 ポリビニルブチラール 8 ← ← 解膠剤 0.1 ← ← ジオクチレフタレート 8 ← ← プロピルアルコール 35 ← ← 配合（３）により厚さ300μｍの超砥粒シートを３種
類得た。六方晶窒化ホウ素の如き，離型剤をコーティン
グした径3mmの金属棒を芯材として超砥粒シートを３−
1,3−2,3−３の順に４層圧着積層したのち芯材を抜いて
生砥石を得る。焼成は950℃窒素雰囲気下で行なった。
その結果超砥粒層のみからなる層厚約1mmの砥石を得る
ことができた。この砥石は金属製の軸に接着したのち，
振れ取り仕上げすることにより，内面研削等に使用する
軸付砥石とすることができる。

［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）超砥粒層について，その砥石径方向における研削
性能を正確かつ簡便に制御できる。従って，研削作業に
おける外形寸法の縮小変化に拘らず，その研削性能を高
レベルに維持できる。特に，内面研削用の小径砥石にお
いてはドレッシング間の加工出来高の減少を防ぐことが
できる。

（２）厚み2mm以下の均一な極薄超砥粒層を有する研削
砥石として得ることもできる。従って，超砥粒層の厚さ
が適正な研削砥石を得ることができ，超砥粒の高研削性
を有効に活用しつつ，コスト低減が可能となる。又，仕
上げ加工における取り代減少により高価な超砥粒の無駄
がない。

（３）結合剤を介して成形超砥粒シートを被着した場
合，超砥粒シートと保持体との濡れ性をより良好なもの
とし，両者の接合強度をより高くできる。例えば，砥石
周速度3600m/minで内面研削を行っても最終径まで超砥
粒層は剥離しない。

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
の一実施例を説明する図，及び 第３図は本発明研削砥石の一実施例を示す斜視図，及び 第４図は本発明研削砥石の他の実施例を示す部分断面
図， を表わす。 １……保持体、２……超砥粒層 2a′〜ｂ′……超砥粒生シート ３……結合剤層、４……軸

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シート成形法によって異なる組成からなる
   複数の超砥粒生シートを成形し， 複数の生シートを同心円状に圧着して積層する， 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】円筒状超砥粒体からなり，超砥粒体の径方
   向外周面を研削面とする研削砥石において， 超砥粒体が同心円状に配置された複数の単位層を積層し
   てなり， 複数の単位層について硬度が微小段階的に変化し，径方
   向内側に位置するものが径方向外側に位置するものより
   相対的に硬質とされている， ことを特徴とする超砥粒研削砥石。
3. 【請求項３】超砥粒体が焼成後のそのままの状態で2mm
   以下の厚みとされている請求項２記載の超砥粒研削砥
   石。