JP2678288B2

JP2678288B2 - 超砥粒ビトリファイドボンド砥石及び製造方法

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Publication number: JP2678288B2
Application number: JP63095712A
Authority: JP
Inventors: 次郎井田; 達也清水; 勝男菅野
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 1988-04-20
Filing date: 1988-04-20
Publication date: 1997-11-17
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JPH01271177A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、骨材を配合しても切粉の目詰まりや融着を
おこさない切れ味を改善した超砥粒ビトファイドボンド
砥石及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ビトリファイドボンド砥石は、結合材の主要成分がSi
O₂とB₂O₃でしめられ、溶化により砥粒を結合した形式の
砥石であり、広範な用途を有し、特に精密な研削には欠
かすことの出来ない特徴を有している。

すなわち、（ｉ）連続気孔を計画的に出来る。（ii）
砥石構造の三要素（砥粒、結合材、気孔）の調整が容易
であること、（iii）熱の逸散がレジノイド砥石より優
れていること、（iv）弾性がレジノイド砥石より小さい
ため精密加工に適していることなどをあげることが出来
る。

ビトリファイドボンド砥石は、その結合材を焼成中に
溶化して砥粒間隙を融着し、冷却後強固な結合を示す
が、その作用は最終的には研削刃の顕現に適する力で砥
粒を保持することにあるが、その保持の形は砥石の構造
の諸要素に適したものでなければならない。

また、結合材は焼成後に砥粒間の結合を行なうことが
主な目的であるが、成形中および生砥石、焼成中の砥石
の構造までを最初から計画したとおりに完成品に至らせ
るには適切な補助結合材が必要となる。このものは、乾
燥強度を有するが、焼成後に砥石に影響を与えないも
の、あるいは焼成中に消失するようなデキストリン、メ
リケン粉、ウドン粉、フ糊、アラビアゴム、メチルセル
ローズ、カゼイン、CMC、水ガラスその他が使用されて
きた。

また、砥粒としては各種酸化物、カーバイド、窒化
物、硼化物などが用いられているが、近年は超砥粒と呼
ばれるダイヤモンド、立方晶窒化硼素（以下CBNとい
う）などが盛んに用いられる様になってきた。

特に超砥粒は、硬度が極めて高いところから精密加工
には欠かすことが出来ないものであるが、砥粒そのもの
が極めて高価であるため、砥石強度の増大と研削性もあ
るとのことで、アルミナ質砥粒や炭化ケイ素砥粒を併用
することが知られている。（特公昭52−3147、特公昭56
−41391）また、切削性を改良するため気孔の増大をはかり、有
機質粘着剤の添加（特公昭56−41391）、砥粒径の２−
４倍の粒子径を有する有機性粒子を配合し、成形焼成す
る方法（特開昭59−161269）など種々の提案がなされて
いる。

しかし、これらの提案はいずれも一長一短あって、成
形工程、例えば超砥粒、ビトリファイドボンド（結合
材）及び骨材を混合し、金型に充填し加圧成形するが、
成形がうまく行かなかったり、あるいは型抜きが困難に
なったり、場合によっては気孔の不均一性、砥石の強度
などに欠陥を生じたり、何れかの障害が避けられなかっ
た。

［発明が解決しようとする課題］上記の技術の中で、骨材を使用する砥石は骨材の使用
に起因する切粉の溶着や目詰まりが発生しやすく、切れ
味が充分とはいえなかった。一方高気孔の砥石を目的と
した技術は、気孔に起因する砥石の強度低下、気孔の不
均一性などがうまく解決されず、問題がある。

さらに溶着や目詰まりの問題の解決のため軟らかな骨
材を使用する例も提案されてはいるが、溶着も目詰まり
も一部しか解決されず、切れ味も僅かしか改善されない
のでうまい解決策とはなっていない。

［課題を解決するための手段］気孔率を増やせば強度は低下するが切れ味は良くなる
ことはよく知られているが、本発明は強度を落さず切れ
味の良い砥石を提供するものである。

本発明者らはこの課題に取り組み、砥石の強度を落す
ことなく、高気孔率で骨材が被削材や切粉と干渉しない
ために、骨材を平均粒径が２μｍ以下である微粉とする
ことで一応の解決を見た。さらに成形工程において、成
形の容易性、型抜きの容易性、生砥石の強度の向上など
を得るため、熱硬化性樹脂を使用し、その硬化温度にま
で加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させ生砥石のそれ以降の
工程の取扱の容易さを確保した。この熱硬化性樹脂は、
砥石の焼結工程が酸化性雰囲気で行なわれるため完全に
消失し、燒結後の砥石には全く影響を与えない。

すなわち本発明は、超砥粒15〜55vol％、骨材として平均粒径２μｍ以下
のムライト微粉2vol％〜10vol％、ビトリファイドボン
ド10〜30vol％及び気孔率20〜50％からなる超砥粒ビト
リファイドボンド砥石、超砥粒15〜55vol％、骨材として平均粒径２μｍ以下
のアルミナ微粉2vol％〜10vol％、800〜1050℃で燒結す
るビトリファイドボンド10〜30vol％及び気孔率20〜50
％からなる超砥粒ビトリファイドボンド砥石、及び超砥粒15〜55vol％、平均粒径２μｍ以下のムライト
微粉またはアルミナ微粉２〜10vol％、ビトリファイド
ボンド10〜30vol％、熱硬化性樹脂５〜30vol％を混合
し、金型にて成形、150〜160℃に加熱硬化後金型より取
り出し、ついで、800〜1050℃で焼結させることを特徴
とする超砥粒ビトリファイドボンド砥石の製造方法に関
する。

以下、製造方法と共に本発明を詳細に説明する。

本発明で超砥粒とは、CBN、ダイヤモンド等の超硬物
質であり、粒度は通常砥石用として用いられているもの
全てに適用できる。近年特に細粉の利用が開発されてい
るが、本発明はその目的からみても粒度に制限はない。

量的には、15〜55vol％である。15vol％より少ないと
きは、WASAなどの在来の砥石と性能的に大差がなくな
る。また、ビトリファイドボンドあるいは骨材の配合量
が当然に多くなるので各種の問題（後述）が避けられな
くなる。これとは逆に55vol％以上になると、この分ビ
トリファイドボンドの量の減少、気孔率の減少などを伴
うため、切削性のよい高気孔砥石を製造するのが困難と
なってくる。

次に、結合材としてのビトリファイドボンドは通常超
砥粒用として使用されているものは全て使用できる。配
合すべき量は10〜30vol％である。10vol％を下回ると、
超砥粒の固定力が弱く砥粒の脱落が多くなり、工具とし
ては不適当なものとなる。一方、30vol％以上になる
と、ボンドが多くなり過ぎて、砥石が発泡し易くなり、
またうまく成形できたとしても切れ味が低下した砥石と
なりやすい。

骨材としては、ムライトまたはアルミナの平均粒径約
２μｍ以下の微粉を使用する。骨材の粒度としては、ほ
ぼ２μｍ以下のものがよく、これ以上の粒度となると被
削材と干渉し始め、研削動力が大きくなり切れ味も悪く
なる。

配合量についても、２〜10vol％であって、これ以下
であると砥石が発泡し膨張し易く、仕様通りのサイズの
砥石を製造することが困難になる。一方、10vol％を越
えて配合すると、ボンドの溶けが悪くなり、また製造し
た砥石の砥粒も脱落し易くなり、工具としては劣ったも
のとなり易い。

この結果、従来の如く平均粒径の大である骨材を使用
した場合と比較して、両方共にほぼ同じ様に強化する
が、研削に際しては、粒径が十分に微細であるためほと
んど研削に関与せず、したがって切れ味を損なう切粉の
溶着や目詰まりがなく、適度に切削刃が再生されるもの
と推定している。

補助結合材として使用する熱硬化製樹脂としては、フ
ェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂など通常の熱
硬化性樹脂を使用できる。通常使用されるデキストリ
ン、メリケン粉などの補助結合材では充分な強度が得ら
れず、生砥石の取扱の困難性だけでなく、気孔率を高く
確保することも困難になる。

配合量は５〜30vol％である。5vol％以下だと生砥石
の強度、保持に充分でなく、また30vol％を越えた配合
は、カサが大きくなるため成形時に弾性を有し、加圧を
解除したとき弾性回復が生じて砥石割れの原因となる。

熱硬化性樹脂を使用したため、その硬化温度、例えば
150〜160℃位まで加熱し、硬化させてから型抜きすれば
成形も型抜きも容易に行なえる。

この生砥石は次に焼成するが、その温度は使用したビ
トリファイドボンド成分によって好ましい温度は若干異
なるが、通常は800〜1050℃程度の温度が必要である。
これより低温であると、ビトリファイドの溶けが悪く、
出来た砥石の砥粒の保持力が小さいため、砥粒の脱落が
多くなる。一方、あまり高温であると発泡、膨張を生じ
易くなる。

これらの量的割合は、焼成後の砥石として容積で示せ
ば、砥粒15〜55vol％、ビトリファイドボンド10〜30vol
％、骨材（微粉）２〜10vol％、気孔20〜50vol％であ
る。原料組成として、超砥粒15〜55vol％、骨材２〜10v
ol％、ビトリファイドボンド10〜30vol％、熱硬化性樹
脂５〜30vol％であるが、熱硬化性樹脂は焼成段階で燃
焼して気孔になるためか、砥石構成とあまり大きな差は
ないようである［実施例］以下、実施例により本発明を説明する。

（実施例１） CBN砥粒（SBN−Ｂ昭和電工製、粒度170/200）25vol％
とホウケイ酸系のビトリファイドボンド（SiO₂75％、Al
₂O₃3％、B₂O₃10％、残アルカリ及びアルカリ土類金属酸
化物）28vol％に骨材（アルミナ、平均粒径0.45μ）7vo
l％を加え、一次結合材としてフェノール樹脂を砥石容
積の15vol％を加えたものを原料（気孔率25vol％）とし
た。CBN砥粒、ビトリファイドボンドおよび骨材の比率
は焼成後の砥石が容積割合で砥粒25vol％、ビトリファ
イドボンド28vol％、骨材7vol％、気孔率40vol％になっ
た。加圧成型と同時に金型温度が150〜160℃になるまで
加熱した。この後、950℃で６時間保持の条件で焼結し
た。

（実施例２） CBN砥粒（SBN−Ｂ昭和電工製、粒度170/200）25vol％
とホウケイ酸系のビトリファイドボンド（SiO₂75％、Al
₂O₃3％、B₂O₃10％、残アルカリ及びアルカリ土類金属酸
化物）28vol％に骨材（ムライト、平均粒径１μ）7vol
％を加え、一次結合材としてフェノール樹脂を砥石容積
の15vol％を加えたものを原料（気孔率25vol％）とし
た。CBN砥粒、ビトリファイドボンドおよび骨材の比率
は焼成後の砥石が容積割合で砥粒25vol％、ビトリファ
イドボンド28vol％、骨材7vol％、気孔率40vol％になっ
た。加圧成型と同時に金型温度が150〜160℃になるまで
加熱した。この後、950℃で６時間保持の条件で焼結し
た。

（比較例１） CBN砥粒（SBN−Ｂ昭和電工製、粒度170/200）とホウ
ケイ酸系のビトリファイドボンドにアルミナWAの骨材
（粒度＃220）を加え、一次結合材として４％水溶液の
アラビゴムを原料の5wt％を加えた。CBN砥粒、ビトリフ
ァイドボンドおよび骨材の比率は焼成後の砥石が容積割
合で砥粒25vol％、結合材28vol％、骨材17vol％、気孔3
0vol％になる様に配合割合を決定して作成したものであ
る。加圧成型後、950℃で６時間保持の条件で焼結し
た。

（比較例２）実施例１における骨材（平均粒径0.45μｍ）に代え
て、平均粒径３μｍのアルミナ粉末を使用した以外は全
く同じ製造法を繰り返した。

以上の方法で砥石用セグメントを作成し、これをアル
ミ台金上にエポキシ系の接着剤で張り付け砥石にした。
研削性能を調べるため、以下の条件で研削試験を行なっ
た。

砥石:14A1型150^D×125^J×15^T×5^U×3^X×76.2^H 研削盤：横軸平面研削盤（砥石軸モータ3.7KW）被削材:SKH51（HRC62〜64）、被研削面200m×100mm、SK
D11（HRC62〜64）、被研削面200m×100mm 研削方法：湿式平面トラバース研削砥石周速度:1500m/分、テーブル速度:15m/分切込:20μ クロス送り:2mm/パス研削液：ソリュブルタイプ、50倍液、９／分上記の条件で、被削材を各々≒60ccづつ削った時に得
られた試験結果を表１にまとめた。

［効果］以上の結果からもわかる様に、本発明の砥石は研削量
は同一でも研削動力が小さくて済み、切れ味が優れてい
ることが明らかであり、また研削比の値も大きく、砥石
の寿命が長いことも明らかである。

すなわち、骨材として微粉化したムライトまたはアル
ミナを用いることにより、骨材を研削に関与させず、さ
らに熱硬化性樹脂を併用することにより生砥石の取り扱
いを容易にしながら気孔率を高くして研削性を高めた。

本発明は、従来骨材の使用が砥石の強度向上には資し
ても、研削に関与して切れ味を悪くしていたのを完全に
刈除したものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−161269（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−19377（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−82677（ＪＰ，Ａ) 特公昭52−3147（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超砥粒15〜55vol％、骨材として平均粒径
２μｍ以下のムライト微粉2vol％〜10vol％、ビトリフ
ァイドボンド10〜30vol％及び気孔率20〜50％からなる
超砥粒ビトリファイドボンド砥石。
【請求項２】超砥粒15〜55vol％、骨材として平均粒径
２μｍ以下のアルミナ微粉2vol％〜10vol％、800〜1050
℃で燒結するビトリファイドボンド10〜30vol％及び気
孔率20〜50％からなる超砥粒ビトリファイドボンド砥
石。
【請求項３】超砥粒15〜55vol％、平均粒径２μｍ以下
のムライト微粉またはアルミナ微粉２〜10vol％、ビト
リファイドボンド10〜30vol％、熱硬化性樹脂５〜30vol
％を混合し、金型にて成形、150〜160℃に加熱硬化後金
型より取り出し、ついで、800〜1050℃で焼結させるこ
とを特徴とする超砥粒ビトリファイドボンド砥石の製造
方法。