JP3099965B2 - 改良されたコーナー保持性を有するアルミナ砥石車 - Google Patents

改良されたコーナー保持性を有するアルミナ砥石車

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は砥石車、特に改良されたコーナー保持性を有
するアルミナ砥粒を含有する砥石車に関する。本発明は
さらに、改良機械強度特性及び改良されたコーナー保持
性を可能にする結合剤組成物に関する。
技術の概説 精密運動部品はより高い出力、より高い効率及びより
長い使用期間で働くように設計されている。これらの部
品は、例えばエンジン(内部燃焼、ジェット、及び電
気)、駆動トレイン(伝導と差動)及び軸受面である。
これらの要求に応じるために、その部品は、より厳しい
寸法許容差を有するより良好でより強固な設計を含めた
質の改良を伴って製造されねばならない。これらの許容
差を達成するために、その部品は正味の又は最終的形状
及びサイズに近づくように、より高品質の材料で製造さ
れている。
全部品を製作するため、又は仕上寸法を付与するため
に、しばしば砥石車が用いられる。ガラス質又はガラス
結合砥石車は、金属部品について最も多く用いられる砥
石車である。一般的なガラス質結合剤は米国特許第5573
561号(1996年11月12日発行)に記載されている。砥石
車を用いてこの種の精密部品を製造するために、その部
品の反転像がダイヤモンド工具により砥石車面に「目直
し(dressed)」される。製造中の部品は砥石車の輪郭
を取得するため、砥石車ができるだけ長くその形状を保
有することが重要である。ここで、理想的情況は、正確
な寸法許容差を有し、材質損傷の無い精密部品を製造す
ることである。
一般に、砥石車は、砥石車のコーナー又は曲線部で形
を変える又は損なう。標準溶融アルミナ研磨材は、砥石
車のコーナーに有意な変化が起きる前に、2又は3ピー
スの研削中は持ちこたえ得る。それゆえ、研削機械の操
作者は、欠損が生じないようにするため、すべてのピー
ス処理後に砥石車の目直しを行う。より高性能のゾルゲ
ルアルミナ砥粒を用いて製造された砥石車に関しては、
砥石車のコーナーの形状変化は4又は5ピースの研削後
まで現れず、研削機械の操作者は3ピースの研削後にこ
れらの砥石車の目直しを予定し得る。ゾルゲルアルミナ
砥石車の目直し頻度の低減は標準砥石車と比べて改良さ
れた点であるが、目直しによるアルミナ砥石車の損失の
低減及び目直し頻度低減をさらに増大することが、慣用
的アルミナ砥石車にとって望まれる課題である。
必要なことは、目直し間隔を延長可能な、より適切に
コーナー又は形状を保持するアルミナ砥石車である。し
たがって、本発明の目的は、改良されたコーナー又は形
状保持性を示すアルミナ砥粒砥石車を製造することであ
る。本発明のさらなる目的は、アルミナ砥粒と併用して
コーナー又は形状保持性を改良し得る結合剤を生成する
ことである。
本発明の要旨 本発明は、砥粒部分が溶融酸化アルミニウム(「アル
ミナ」)研磨材を包含し、砥石車が改良されたコーナー
又は形状保持性及び機械的特性を有するガラス質結合の
砥石車を提供する。本発明はさらに、アルミナ砥粒を包
含するガラス質結合砥石車の改良されたコーナー又は形
状型保持性及び機械的特性を可能にする結合剤組成物を
提供する。
図面の簡単な説明 図1は、コーナー保持性試験における工作品の砥石車
によるコーナー研削を説明する略図である。
図2は、コーナー保持性試験における工作品の表面と
接触する砥石車のコーナー半径の部分を説明する略図で
ある。
発明の詳細な説明 本発明のガラス質結合性の研磨材はアルミナ砕粒を包
含する。アルミナ砕粒は当業界で周知である。
本発明の砥石車はアルミナ砥粒、及び任意に1つ又は
それ以上の二次研磨材で構成される。砥石車は、抗摩
耗、結合、多孔質及びことによるとその他の充填剤及び
添加剤を包含する。二次研磨材に含まれる砥石車に用い
られる研磨材の量は、広範囲に変化することができる。
本発明の砥石車の組成物は、好ましくは約34〜約56体積
%の研磨材を含有し、さらに好ましくは約40〜約54体積
%の、最も好ましくは約44〜約52体積%の研磨材を含有
する。
アルミナ質研磨材は、好ましくは砥石車中の総研磨材
の約5〜約100体積%、さらに好ましくは約30〜約70体
積%を提供する。
二次研磨材(複数でもよい)は、好ましくは砥石車中
の総研磨材の約0〜約95体積%、さらに好ましくは約30
〜約70体積%を提供する。用い得る二次研磨材として
は、例えば炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモン
ド、フリント、ガーネット及び気泡アルミナが挙げられ
る。しかしながら、二次研磨材のこれらの例は説明とし
て示したものに過ぎなく、これらに限定されない。
砥石車の組成物は通常は気孔を含有する。本発明の砥
石車の組成物は、好ましくは約0〜約68体積%、更に好
ましくは約28〜約56体積%、最も好ましくは約30〜約53
体積%の気孔を含有する。気孔は、材料の自然な充填密
度により提供される自然な空隙により、及び例えば中空
ガラスビーズ、研削クルミ外皮、プラスチック物質又は
有機化合物のビーズ、発泡ガラス粒子及び気泡アルミナ
のような通常の気孔生成媒体により構成される。ここ
で、これらの気孔発生剤の例は例示に過ぎなく、これら
に限定されない。
本発明の砥石車はガラス質結合剤を用いて結合され
る。用いられるガラス質結合剤は、本発明の砥石車の改
良されたコーナー又は形状保持性に大きく貢献する。結
合剤の原料としては、好ましくはケンタッキーボールク
レーNo.6、ネフェリン、ケイ酸ナトリウム粉末、炭酸リ
チウム、フリント、ケイ灰石及びコバルトスピネルが挙
げられる。これらの物質は次の酸化物、即ち、SiO2、Al
2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、Na2O、K2O、Li2O、B
2O3、及びCoOを組み合わせて含む。本砥石車の組成物
は、好ましくは約3〜約25体積%、さらに好ましくは約
4〜約20体積%、最も好ましくは約5〜約18.5体積%の
結合剤を含有する。
焼成後の結合剤は、約47重量%以上、好ましくは約52
〜約62重量%、さらに好ましくは約54〜約60重量%、最
も好ましくは約57重量%のSiO2を;約16重量%未満、好
ましくは約12〜約16重量%、さらに好ましくは約13〜約
15重量%、最も好ましくは約14.4重量%のAl2O3を;好
ましくは約7〜約11重量%、さらに好ましくは約8〜約
10重量%、最も好ましくは約8.9重量%のNa2Oを;約2.5
重量%未満、好ましくは約0.05〜約2.5重量%、さらに
好ましくは約1〜約2重量%、最も好ましくは約1.6重
量%のK2Oを;約2.0重量%以上の、好ましくは約2.0〜
約10.0重量%、好ましくは約2.0〜約3.4重量%、さらに
好ましくは約2.0〜約2.7重量%、最も好ましくは約2.2
重量%のLi2Oを;約18重量%未満、好ましくは約9〜16
重量%、さらに好ましくは約11〜約14重量%、最も好ま
しくは約12.6重量%のB2O3;好ましくは約0〜約2重量
%、さらに好ましくは約0.5〜約1.3重量%、最も好まし
くは約0.9重量%のCoOを含有する。酸化コバルト(Co
O)は、着色剤として含まれるだけであるので、本発明
には必ずしも必要ではない。ガラス質結合剤中に存在す
るその他の酸化物、例えばFe2O3、TiO2、CaO及びMgOは
原料中の不純物であって、これらは結合剤の製造に不可
欠というわけではない。結合剤はさらに、ゾルゲル又は
溶融アルミナ研磨材で製造される砥石車に機械的強度増
大を提供する。
当業者に公知の方法により砥石車を焼成する。焼成条
件は、主に使用する実際の結合剤及び研磨材によって確
定される。ガラス質結合体はさらに、慣用的方法で硫黄
のような研削補助剤、又はエポキシ樹脂のようなビヒク
ルで含浸されて、研削補助剤を砥石車の孔中に保有す
る。
その結果生じた砥石車は意外にも、定量的及び定性的
に測定し得る改良されたコーナー又は型保持性を有す
る。砥石車のコーナーの形状の変化は砥石車に関する破
損判定基準であると考えられたが、これは、形状の変化
が顕微鏡下で観察され、指の爪又は鉛筆の先で定量的に
感じられただけであるため、定量試験ではない。したが
って、砥石車のコーナー破損様式を明示し、定量化する
ための試験が開発された。
この試験は、規定送込み速度での「半径方向摩耗」
「摩耗面積」を測定する。砥石車を試験した試験をさら
に限定し、同様の砥石車を測定し得る基準を確立する場
合の、試験条件を以下に示す: 研削機械:Bryant Lectralineo LL3 I.D./O.D.,10馬力
研削盤 湿潤研削:5〜7%Trim MasterChemicalo VHP E200+
水 研削される工作物材料:4330Vクランク軸鋼 Rc28〜32 工作物部分寸法:外径10.2cm(4インチ) 工作物のコーナーからの研削幅:0.0229cm(0.009イン
チ) 砥石車のコーナー半径:0.279cm(0.110インチ) 部分速度:61m/分(200sfpm) 部分への送込み速度:0.0338cm(0.0133インチ)/秒 目直しされる砥石車面:回転ダイヤモンドロール(RP
C 2993)4600rpmで0.0051cm(0.002インチ)/秒の目直
し率で半径0.110 砥石車速度:3600m/分(12,000sfpm) 研削数/試験:12回まで 送込み/研削:0.102cm(0.04インチ) コーナー保持性試験は、砥石車のコーナーが研削作業
中にその形状を保持する程度を測定するよう意図され
る。形状保持性は、2つの量、即ち「半径方向摩耗」と
「摩耗面積」により測定される。図1は、例えばクラン
ク軸のような工作物12の砥石車10によるコーナー研削の
略図である。21〜26の工作物の中を通る砥石車のインク
レメンタル進行を表し、21〜22は1回の研削を表す。工
作物のコーナーからの研削幅14は0.0229cm(0.009イン
チ)である。送込み16は、0.102cm(0.04インチ)/研
削である。砥石車10のコーナー半径18は、0.279cm(0.1
10インチ)である。図2は、コーナー保持性試験におい
て工作物12の表面と接触する砥石車10のコーナー半径の
部分30を説明する。研削幅14、即ち図2のAとCとの間
の水平距離は、試験工作物から除去される金属の厚みで
ある。接点の高さ32、即ち図2のAとBの間の垂直距離
は、1回の研削パスの終了時に試験工作物材料と接触す
る砥石車の部分の高さである。コーナー保持性を定量化
するために、上記の研削条件下で2回の測定を行った。
これら2つの測定値は、「摩耗面積」及び「半径方向摩
耗」である。
摩耗面積は、工作物の研削後の砥石車のコーナーの輪
郭の面積の変化の測定値である。摩耗面積は、図2では
接点の既定の高さ32、コーナー半径18および切断幅14に
関してAEBDAで限定される面積で示される。半径方向摩
耗は、点A及びB間のコーナー半径18の最大変化の測定
値である。その測定値は、図2ではDEで示され、この場
合、点Eは接点の高さ32に対する点A及びB間のコーナ
ー半径の最大変化である。摩耗面積及び半径方向摩耗
は、砥石車の輪郭を得るための各研削後に板状試験片を
研削することにより測定する。50倍の倍率で光学コンパ
レーターで、板状試験片をトレースする。プラニメータ
ーでトレースからの摩耗面積を、キャリパーでトレース
からの半径方向摩耗を測定する。
標準アルミナ及びゾルゲルアルミナ砥石車と比較し
て、半径方向摩耗及び摩耗面積に達する前に新規の砥石
車がこうむる研削数の予期せぬ増大を立証することによ
り、アルミナ及びゾルゲルアルミナ砥石車のコーナー保
持性の改良を定量的に示すデータを実施例に提示する。
当業者が本発明の実施をより良く理解し得るために、
以下の実施例を説明のため提示するが、本発明はこれら
に限定されない。当業界で公知の背景情報は本明細書中
の参考文献及び引用特許に示されており、これらの記載
内容は参照により本明細書中に含まれる。
実施例 実施例1 種添加ゾルゲル研磨材と一緒に用いるための新規の結
合剤の破壊係数を試験し、Norton社の標準的市販結合剤
と比較するためのサンプルを作製した。新規の結合剤
は、30.3重量%の粉末ガラスフリット(41.2重量%のSi
O2、39.9重量%のB2O3、5.1重量%のAl2O3、10.3重量%
のNa2O、1.3重量%のLi2O、2.1重量%のMgO/CaO、及び
微量のK2Oの組成を有するフリット)、27.7重量%のネ
フェレン閃長岩、20重量%のケンタッキーNo.6ボールク
レー、10重量%のケイ酸ナトリウム粉末、4.7重量%の
フリント(石英)、4.3重量%の炭酸リチウム、1重量
%のケイ灰石及び2重量%の純粋アルミン酸コバルトス
ピネルという焼成前組成を有した。ネフェレン閃長岩、
ケンタッキーNo.6ボールクレー、ケイ酸ナトリウム、フ
リント、炭酸リチウム及びケイ灰石の化学組成を表Iに
示す。
Sweco振動粉砕機中で3時間、原料を乾燥配合して、
結合剤を製造した。結合剤を、種添加ゾルゲルアルミナ
と高純度溶融白色酸化アルミニウム研磨材との1対1配
合物から成る60グリット砥粒と混合した。これをさらに
粉末デキストリン結合剤、液体動物膠及び保湿剤として
0.1%エチレングリコールとHobart N−50ドウミキサー
(混合容量2kg)中で低速で混合した。14メッシュスク
リーンで配合物をスクリーニングしてあらゆる塊をばら
ばらにした。次いで配合物を三キャビティ棒金型組み立
てで10.16cm×2.54cm×1.27cm(4インチ×1インチ×1
/2インチ)の寸法の棒にプレスした。以下の条件下で棒
を焼成させた:40℃/時間で室温から1000℃にして、そ
の温度を8時間保持し、次いで周期キルン中で室温に冷
却した。サンプル棒はさらに、上記の手法でNortonの標
準市販結合剤を用いて製造し得る。
支持スパン7.62cm(3インチ)、荷重スパン2.54cm
(1インチ)の4点曲げジグを有するInstronModel 420
4メカニカルテスト機械で、荷重率0.127cm(0.050イン
チ)/分のクロスヘッド速度で切り欠きを付けずに棒を
試験した。研削棒の10重量%〜30重量%の焼成結合剤含
量を有するサンプルを加工した。結果を表II及び図2に
示す: 実施例2 型保持適用に関して新規の結合剤をNorton社の標準的
結合剤と比較するための商用操作条件下で試験するため
に、溶融酸化アルミニウム砥石車を作製した。新規の結
合剤は、実施例1と同一の組成を有したが、但しアルミ
ン酸コバルトスピネルセラミック顔料を含有しなかった
(即ち、結合剤は透明ガラスであった)。標準製法でNo
rton社の製造設備で原料を乾燥配合して結合剤を生成し
た。研磨材配合物は、85.8重量%の100グリット研磨材
(50重量%の商用褐色溶融Al2O3及び50%溶融白色Al2O3
の配合物から成る)、10.5重量%の結合剤、1.41重量%
のデキストリン、1.70重量%の液体動物膠、0.47重量%
の水及び0.13重量%のエチレングリコールで構成され
た。配合物を2.182g/cm3の生密度を有する20個の0.635
×2.54×29.84cm(1/4×1×11−3/4インチ)の砥石車
に成形した。砥石車を室温から20℃/時間で1000℃に上
げ、8時間保持して焼成し、次いで周期キルン中で室温
に冷却した。
砥石車はさらに、標準製法でNorton社の製造設備で原
料を乾燥配合して生成されたNorton標準市販結合剤を用
いて製造し得る。結合剤を研磨材配合物と混合した。研
磨材配合物は、85.5重量%の新規結合剤砥石車に用いた
のと同一の100グリット研磨材、10.83重量%の結合剤、
1.84重量%のデキストリン、1.73重量%の水及び0.09重
量%のエチレングリコールで構成された。標準砥石車
(11.15重量%)は、実験砥石車(10.46重量%)よりわ
ずかに多い焼成結合剤ガラスを含有した。
市販レース研削盤上の内部軸受レースの湿潤O.D.円筒
研削で、砥石車を試験した。レースは、Rc 585〜60に焼
入した2100軸受鋼製であった。
切削の研削深度は、各レースに関して荒削りで0.0127
cm(.005″)、仕上げで0.0051cm(.002″)であった。
研削条件は、砥石車速度3660m/分(12,000sfpm)、水で
濃度5%にした市販合成油クーラント、及び市販逆プレ
ート仕上げ60/80メッシュダイヤモンドドレッサーであ
った。寸法及び表面仕上げ(4〜6RMS)許容差内の部品
の製造結果を以下に示す: 即ち、アルミナ研磨材を用いた実験用結合剤は、目直
し補正が半分に軽減され、目直し間隔当たりの部品数が
3倍になったことで、性能は6倍に改良された。
実施例3 種添加ゾルゲル研磨材に関して新規の結合剤の摩耗面
積及び半径方向摩耗を試験し、Nortonの標準的結合剤と
比較するために砥石車を作製した。新規の結合剤は、実
施例1で新規の結合剤に関して用いたのと同一の組成を
有した。Nortonの商用製造結合剤配合設備中で原料を乾
燥配合して、結合剤を製造した。結合剤を研磨材配合物
中に混合させた。研磨材配合物は、83.53重量%の研磨
材(75重量%の70グリット及び25重量%の80グリット高
純度単結晶溶融酸化アルミニウムの配合物から成る)、
12.61重量%の結合剤、0.84重量%のデキストリン、2.2
5重量%の液体動物膠、0.65重量%の水及び0.13重量%
のエチレングリコールで構成された。配合物を、2.333g
/ccの生密度を有する10個の0.476×1.47×12.76cm(3/1
6×0.580×5.025インチ)の砥石車に成形した。生状態
の砥石車を40℃/時間で室温から1000℃にして8時間保
持して焼成し、次いで周期キルン中で室温に冷却した。
砥石車はさらに、標準製法でNorton社の製造設備で原料
を乾燥配合して生成されたNorton社標準市販結合剤を用
いて製造し得る。
結合剤を研磨材配合物と混合した。研磨材配合物は、
87.05重量%の研磨材(50重量%の70グリット及び50重
量%の80グリット高純度溶融単結晶酸化アルミニウムか
ら成る)、14.28重量%の結合剤、0.52重量%のデキス
トリン、1.71重量%の混合物(40重量%の液体動物膠、
30重量%の粉末リンゴ酸及び30重量%の水から成る混合
物)で構成された。配合物を、2.333g/ccの生密度を有
する10個の0.476×1.47×12.76cm(3/16×0.580×5.025
インチ)の砥石車に成形した。この標準砥石車は、87.5
重量%の研磨材及び12.5重量%のガラスの組成物に関し
て実験砥石車を二重に作製するよう意図された。900℃
の焼成浸漬温度の製造周期を用いて砥石車を焼成した。
本明細書中に略記した条件下で、Bryant Lectralineo L
L3 I.D./O.D.(10馬力)研削盤上での湿潤円筒プランジ
ャ研削で、砥石車を試験した。結果はコーナー保持性の
改良を示した。その結果を下記の表IV及びVに示す: 本発明の範囲及び精神を逸脱しない限り、当業者には
種々のその他の修正は明らかであり且つ容易に成し得る
と理解される。したがって、添付の請求の範囲は上記の
説明に限定されるものではなく、当業者が本発明と等価
であるとして処理し得るあらゆる特徴を含めて、請求の
範囲は、本発明に属する特許請求可能な新規製の全特徴
を包含すると解釈されるべきものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルンドバーグ,ロバート エス. アメリカ合衆国,マサチューセッツ 01508,チャールトン シティ,シティ デポット ロード 167 (56)参考文献 特開 平7−9344(JP,A) 特開 平6−320429(JP,A) 特開 平4−336971(JP,A) 特開 平1−321153(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24D 3/16 B24D 3/18

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶融アルミナ砥粒及びガラス質結合剤を含
    有する砥石車であって、1000℃の温度での焼成後のガラ
    ス質結合剤が、47重量%を上回るSiO2、16重量%未満の
    Al2O3、0.05〜2.5重量%のK2O、2.0〜10.0重量%のLi
    2O、及び9〜16重量%のB2O3を含有し、溶融アルミナ砥
    粒が、砥石車中の砥粒の全体積の34〜56体積%である砥
    石車。
  2. 【請求項2】アルミナが褐色溶融酸化アルミニウムと白
    色溶融酸化アルミニウムの混合物である請求項1記載の
    砥石車。
  3. 【請求項3】二次研磨材が添加された請求項1記載の砥
    石車。
  4. 【請求項4】研削砥石車が3〜25体積%のガラス質結合
    剤を含有する請求項1記載の砥石車。
  5. 【請求項5】焼成後のガラス質結合剤が52〜62重量%の
    SiO2及び12〜16重量%のAl2O3を含む請求項1記載の砥
    石車。
  6. 【請求項6】1000℃の温度での焼成後に、2.0〜10.0重
    量%のLi2O、7〜11重量%のNa2O、0.05〜2.5重量%のK
    2O、52〜62重量%のSiO2、12〜16重量%のAl2O3及び9
    〜16重量%のB2O3を含んでなる溶融アルミナ砥粒含有砥
    石車のガラス質結合剤。
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