JP2765167B2 - 多孔質レジンボンド砥石およびその製造方法 - Google Patents

多孔質レジンボンド砥石およびその製造方法

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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、砥粒層が多孔質であるレジンボンド砥石お
よびその製造方法に係わり、特に樹脂結合相の強度を高
めて砥粒保持力を向上するための改良に関する。
「従来の技術」 レジンボンド砥石の結合剤としては、フェノール系ボ
ンドあるいはポリイミド系ボンド等が主に使用され、フ
ェノール系ボンドは通常の湿式研削、ポリイミド系ボン
ドは乾式または湿式重研削と用途が区分されている。
ところで、いずれのボンドにおいては、レジンボンド
砥石に共通する問題として、砥粒保持力が弱く砥粒層の
摩耗が大きい点が挙げられる。このためレジンボンド砥
石は被検削材に形状を付与する加工には向かず、また砥
粒層の摩耗が早い分、メタルボンド砥石などよりも加工
コストがかかる欠点を有している。
そこで従来では、SiC等の硬質粒子を樹脂結合相中に
分散させ、結合相の強度を高めて研削面における摩耗を
減らすとともに、砥粒保持力を向上して超砥粒の早すぎ
る脱落を防止する効果を狙った提案もある。
「発明が解決しようとする課題」 ところが、上記SiC等の硬質粒子はそれ自身の硬度が
高いため、研削面において樹脂結合相の表面に露出して
結合相と被削材の接触頻度を低減し、結合相の摩耗を防
止する効果には優れるが、樹脂結合剤に対する接着性は
あまり良くないため、架橋作用により結合相そのものの
強度を高める効果には乏しかった。
このため、結合相の強度を高める目的で硬質粒子の混
合量を増すと、研削面からの硬質粒子の脱落が激しくな
り、樹脂結合相の強度が逆に低下し、かえって砥石の形
状不良が生じやすくなる欠点を有していた。
「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題を解決するためになされたもので、
以下、その構成を具体的に説明する。
本発明に係わる多孔質レジンボンド砥石は、樹脂結合
相中に多孔質ケイ酸カルシウム粉末を均一に分散させ、
該粉末の気孔内で樹脂結合相の一部を固化させたことを
特徴とする。
この多孔質ケイ酸カルシウム粉末は、SiO2:50〜80wt
%、CaO:10〜40wt%、Al2O3:0.1〜5wt%を含有するもの
で、内部に多数の気孔を有する多弁状をなし、内部気孔
が互いに連通している割合が高い。この多孔質ケイ酸カ
ルシウム粉末は、例えば徳山曹達株式会社製の商品名:
フローライトRとして市販されており、参考までにこの
フローライトRの物性を以下に記す。平均粒径:20〜30
μm、見掛け比重:0.08〜0.12、PH:8.5〜9.1、吸油量:4
00〜600ml/100g、吸着水分:8wt%以下。
多孔質ケイ酸カルシウム粉末の添加量は、砥粒層の3
〜35vol%とされる。実際には砥石の種類によって添加
量を変えることが望ましく、被削材に対し線接触するホ
イール型砥石では10〜35vol%、また被削材に面接触す
るカップ型砥石等では3〜20vol%が最適である。この
差は、カップ型砥石では超砥粒の自生発刃作用が悪く、
ホイール型砥石に比して砥粒脱落を促進する必要がある
ことによる。添加量が3vol%未満では十分な自生発刃作
用が得られない。また35vol%を越えると結合相の強度
低下が無視できず、砥粒層の型崩れが生じやすくなる。
樹脂結合材は、従来から使用されているフェノール系
あるいはポリイミド系など、熱硬化性および熱可塑性を
問わずいかなるものでもよい。超砥粒の粒径や集中度も
使用目的に応じて決定される。
そして、これら原料を均一に混合して台金とともに型
込めし、加圧加熱成形、焼成を行なって固化させる。そ
の際、多孔質ケイ酸カルシウム粉末の表層部の内部気孔
の一部に、溶融した樹脂結合剤が入り込んで固化する。
加圧加熱成形、焼成の条件は従来と同様でよいが、成形
圧力が高いか、あるいは溶融時の樹脂結合剤の流動性が
高いと、内部気孔への樹脂結合剤の侵入量が多くなり、
粒子の架橋作用による強度向上効果が増す。ただし、多
孔質ケイ酸カルシウム粉末の気孔率の低下を抑制するた
めには、500kg/cm2以下であることが好ましい。もしも
圧力不足で成形性が悪い場合には、成形温度を高めに設
定して補えばよい。
多孔質ケイ酸カルシウム粉末は、見かけ比重が0.08〜
0.12と例示されているように、非常に多孔度が強く、そ
のために成形圧力に比例した連続圧縮性を有しており、
成形圧力を制御することによって気孔率のコントロール
が可能である。また、多孔質ケイ酸カルシウム粉末内に
樹脂が一部侵入した状態で固化するために、樹脂結合剤
の割合が10vol%程度の少量であっても架橋作用によっ
て十分な強度を有する砥石を製造可能である。
こうして得られた砥石原型に整形を施し、多孔質レジ
ンボンド砥石を得る。第1図および第2図は、この砥石
の砥粒層を示す断面拡大図で、符号1は樹脂結合相、2
は超砥粒、3は多孔質ケイ酸カルシウム粉末である。
上記構成からなる多孔質レジンボンド砥石では、樹脂
結合相1に分散された多孔質ケイ酸カルシウム粉末3が
多数の内部気孔を有し、これら内部気孔に結合相1が複
雑に侵入した状態で固化しているので、粒子3と結合相
1との接触面得が極めて大きいうえ、多孔質ケイ酸カル
シウム粉末3と樹脂結合相1とは馴染み性(濡れ性)が
良好であるから、これら粒子3を介在して結合相1が強
固な3次元構造を作り、この良好な架橋作用により結合
相1そのものの強度を大幅に高めることができる。
これにより、研削面における結合相1の過剰摩耗を防
止し、砥粒保持力を高めて超砥粒2の早すぎる脱落を防
止するとともに、砥粒層の型崩れを低減して、従来は困
難だったレジンボンド砥石による高精度の形状付与が可
能となる。
また、上記のような結合相1の強度向上効果が得られ
るにも拘わらず、多孔質ケイ酸カルシウム粉末3そのも
のは比較的脆性を有するから、研削面で露出した粒子3
は結合相1の摩耗に伴ない適度に破壊され脱落してい
き、その跡にチップポケットが形成される。こうして研
削面に多数生じたチップポケットにより、切粉の排出性
および研削液の保持性が大幅に向上し、砥石の目詰まり
防止効果が得られる。
さらに、多孔質ケイ酸カルシウム粉末3は、吸水量が
100〜800ml/100gと著しく高いため、研削時に研削液を
砥粒層内に保持することができ、研削熱による砥粒層の
温度上昇を防止して砥粒層の熱劣化を防止でき、かつ高
負荷加工が可能となる。
また、多孔質ケイ酸カルシウム粉末3は、従来フィラ
ーとして使用されていた硬質粒子と異なり、分散量をか
なり多くしても結合相1の強度を低下させることがない
ため、その混合量を変えることにより結合相1の強度を
広い範囲で無段階に調節でき、特定の被削材および研削
条件に適合させることが可能である。
なお、砥石成形に先立ち、多孔質ケイ酸カルシウム粉
末に予め研削液や研削油、あるいはステアリン酸カルシ
ウム等の潤滑性物質を含浸しておくことも可能である。
この場合、研削面において多孔質ケイ酸カルシウム粉末
が破壊されると、含まれていた研削液または研削油、潤
滑性物質が放出されるため、被削材と研削面との潤滑性
を高めて研削抵抗の低減が図れる。
また、多孔質ケイ酸カルシウム粉末に予め発泡剤を担
持させることにより、砥粒層の気孔率を一層高めること
ができる。
また、予め多孔質ケイ酸カルシウム粉末に周知の造粒
処理を施し、大径化した後、これら複合粒子を砥石製造
に使用してもよい。こうすれば、粒子が脱落した跡に形
成されるチップポケットが大きくなり、切粉排出性等が
相対的に向上する。
さらに、砥粒層には多孔質ケイ酸カルシウム粉末だけ
でなく、必要に応じてグラファイト粉、hBN粉等の固体
滑剤や、SiC、Al2O3等の硬質粒子あるいは硬質繊維、さ
らには金属粉等の熱伝導性や電気伝導性の高い物質を添
加してもよい。
「実施例」 以下、実施例を挙げて本発明の効果を実証する。
(実施例1) 多孔質ケイ酸カルシウム粉末を添加したカップ型砥石
を以下の条件で製造した。
砥粒層寸法:外径300mm、砥粒層幅15mm ダイヤモンド砥粒:#270 砥粒集中度:75 樹脂結合剤:ポリイミド樹脂 多孔質ケイ酸カルシウム粉末の主成分組成: SiO2:60wt% CaO:25wt% Al2O3:0.5wt% 同粉末の平均粒径:25μm 多孔質ケイ酸カルシウム粉末混合量:10vol% ホットプレス:370℃×20分 200kg/cm2 (比較例1) 実施例1と同寸法で、多孔質ケイ酸カルシウム粉末を
加えない点以外は、全て上記と同じカップ型砥石を作成
した。
そして上記2つの砥石を用いて、次いでこの砥石を、
TiC系サーメット製のスローアウェイチップの側面研削
に用い、研削比および研削盤の消費電力を測定した。研
削条件は以下の通りである。
研削様式:平面研削 砥石周速:1000m/min. 切り込み:0.005mm ワーク揺動速度:3m/min 研削液:ケミカルソリューション50倍希釈液 ワークの被研削面積:5mm×12mm その結果を第1表に示す。
上表から明らかなように、実施例1では砥粒保持力が
向上し、研削比が向上できた。また、砥粒の過剰脱落を
防いで切れ味を高めた分、砥石駆動力も低減できた。
(実施例2) 多孔質ケイ酸カルシウム粉末を添加したホイール型砥
石を以下の条件で製造した。
寸法:外径200mm×砥粒層幅15mm 砥粒:ダイヤモンド 粒径:#120 集中度:50 結合剤:ポリイミド樹脂 多孔質ケイ酸カルシウム粉末の混合量:20vol%(組成は
実施例1と同じであるが、ステアリン酸Naを2vol%担持
させた) ホットプレス:390℃×30分 200kg/cm2 (比較例2) 実施例2と同寸法で、多孔質ケイ酸カルシウム粉末を
加えない点以外は、条件を全て実施例2と等しくしてス
トレート砥石を作成した。
上記2つの砥石をそれぞれ用いて、超硬材(K20)の
クリープフィード研削を行った。研削条件は以下の通り
である。
砥石周速:1300m/min. 切り込み:0.025mm クロススピード:2mm/pass テーブルの送り速度:5m/min 研削度:ケミカルソリューション50倍希釈液 ワークの被研削面積:100mm×100mm 総研削除去量:10cm3 そして研削比、研削盤に要した消費電力、研削後の砥
粒層のエッジの曲率を計測した。その結果を第2表に示
す。
上表から明らかなように、実施例2では研削比が1.5
倍に向上でき、消費電力も低減できた。またエッジの型
崩れも比較例2の砥石に比して少なかった。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わる多孔質レジンボ
ンド砥石およびその製造方法によれば、以下のような優
れた効果が得られる。
樹脂結合相に分散された多孔質ケイ酸カルシウム粉
末が多数の内部気孔を有し、これら内部気孔に結合相が
複雑に侵入した状態で固化しているので、粒子と結合相
との接触面積が極めて大きいうえ、多孔質ケイ酸カルシ
ウム粉末と樹脂結合相とは馴染み性(濡れ性)が良好で
あるから、これら粉末を介在して結合相が強固な3次元
構造を作り、この良好な架橋作用により結合相そのもの
の強度を大幅に高めることができる。これにより、研削
面における結合相の過剰摩耗を防止し、砥粒保持力を高
めて超砥粒の早すぎる脱落を防止するとともに、砥粒層
の型崩れを低減して、従来は困難だったレジンボンド砥
石による高精度の形状付与が可能となる。
上記のような結合相の強度向上効果が得られるにも
拘わらず、多孔質ケイ酸カルシウム粉末そのものは比較
的脆性を有するから、研削面で露出した粉末は結合相の
摩耗に伴ない適度に破壊され脱落していき、その跡にチ
ップポケットが形成される。こうして研削面に多数生じ
たチップポケットにより、切粉の排出性および研削液の
保持性が大幅に向上し、砥石の目詰まり防止効果が得ら
れる。また、多孔質ケイ酸カルシウム粒子の保水性によ
る冷却効果により、砥粒層の研削熱による温度上昇が抑
制されるため、樹脂の軟質化および流動化による溶着性
および研削抵抗の増大を防止でき、併せて研削比を高め
ることが可能である。
多孔質ケイ酸カルシウム粉末は、従来フィラーとし
て使用されていた硬質粒子と異なり、分散量をかなり多
くしても結合相の強度を低下させることがないため、そ
の混合量を変えることにより結合相の強度を広い範囲で
無段階に調節でき、特定の被削材および研削条件に適合
させることが可能である。
予め多孔質ケイ酸カルシウム粉末に周知の造粒処理
を施し、大径化した場合には、これら粒子が脱落した跡
に形成されるチップポケットが大きくなり、切粉排出性
等が相対的に向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明に係わる多孔質レジンボン
ド砥石の横断面および縦断面の拡大図である。 1……金属結合相、2……超砥粒、 3……多孔質ケイ酸カルシウム粉末。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−15672(JP,A) 特開 昭63−2669(JP,A) 特開 昭56−102478(JP,A) 特開 昭58−82677(JP,A) 特開 平1−289669(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B24D 3/02 C04B 38/08

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】樹脂結合相中に超砥粒を分散してなる砥粒
    層を有するレジンボンド砥石において、 前記砥粒層中に多孔質ケイ酸カルシウム粉末を分散さ
    せ、該粉末の気孔内で前記樹脂結合相の一部を固化させ
    たことを特徴とする多孔質レジンボンド砥石。
  2. 【請求項2】前記多孔質ケイ酸カルシウム粉末は、 SiO2:50〜80wt%、CaO:10〜40wt%、Al2O3:0.1〜5wt%
    を含有することを特徴とする請求項1記載の多孔質レジ
    ンボンド砥石。
  3. 【請求項3】前記多孔質ケイ酸カルシウム粉末は平均粒
    径が20〜30μm程度であることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載の多孔質レジンボンド砥石。
  4. 【請求項4】樹脂結合剤中に超砥粒及び多孔質ケイ酸カ
    ルシウム粉末を混合し、該粉末の気孔内に樹脂結合剤の
    一部を侵入させて固化させて砥粒層を成形することを特
    徴とする多孔質レジンボンド砥石の製造方法。
  5. 【請求項5】前記多孔質ケイ酸カルシウム粉末は、 SiO2:50〜80wt%、CaO:10〜40wt%、Al2O3:0.1〜5wt%
    を含有することを特徴とする請求項4記載の多孔質レジ
    ンボンド砥石の製造方法。
  6. 【請求項6】前記多孔質ケイ酸カルシウム粉末は平均粒
    径が20〜30μm程度であることを特徴とする請求項4ま
    たは5記載の多孔質レジンボンド砥石の製造方法。
  7. 【請求項7】前記多孔質ケイ酸カルシウム粉末を混合す
    るに先立ち、この粉末に予め造粒処理を施して大径化し
    ておくことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか記載
    の多孔質レジンボンド砥石の製造方法。
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