JP3373797B2 - 樹脂含浸補強ビトリファイド砥石およびその製造方法 - Google Patents

樹脂含浸補強ビトリファイ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】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビトリファイド砥
石組織内に熱硬化性樹脂が含浸され且つ硬化させられた
樹脂含浸補強ビトリファイド砥石およびその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】ガラス質の無機(ビトリファイド)結合
剤により砥粒が結合されて成るために多数の気孔が砥粒
間に形成されたビトリファイド砥石組織を有するビトリ
ファイド砥石は、砥粒保持力が強く且つ目立てが容易で
あるなどの優れた特徴を備えているため、精密研削など
に多用されている。近年、研削時間の短縮の要請に従っ
て高能率で研削できるものが求められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これに対し、無機結合
剤の割合を高くすることにより強度および結合度を高く
したビトリファイド砥石が提案され、実用に供されつつ
ある。これによれば、ビトリファイド砥石が硬くなるた
め、高能率研削という目的はある程度の範囲で達成でき
るが、未だ十分ではなかった。無機結合剤の割合を高く
することで高強度となることから高能率研削が可能とな
るが、無機結合剤の割合を高くすると、気孔が極端に少
なくなるだけでなく砥粒の破砕および離脱が不十分とな
って研削焼けや目詰まりが発生したり欠けが発生し易く
なるなどの研削性能上の不都合が発生するのに加えて、
ビトリファイド砥石の焼成工程においてクラックや変形
が発生したり、無機結合剤の一次バインダの燃え抜けが
不十分となって炭素が残留したりするなどの製造上の不
都合が発生するのである。
【0004】一方、ビトリファイド砥石原料をホットプ
レスなどを用いて成形することにより得た気孔の少ない
ビトリファイド砥石を高能率研削に用いることが考えら
れるが、このような場合には、特殊且つ能率の低い製造
設備を用いることになって、製品が高価となるだけでな
く、製造可能な砥石寸法の制限がある。
【0005】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、研削性能が損な
われたり製造上の不都合が発生することなく、高能率研
削が可能な樹脂含浸補強ビトリファイド砥石およびその
製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための第1の手段】上記目的を達成す
るための本発明の樹脂含浸補強ビトリファイド砥石の要
旨とするところは、砥粒が無機結合剤により結合された
ビトリファイド砥石であって、砥粒が無機結合剤により
結合されたビトリファイド砥石組織内に、界面活性剤が
混入され且つ含浸、硬化された熱硬化性樹脂を含むこと
にある。
【0007】
【課題を解決するための第2の手段】また、上記発明の
樹脂含浸補強ビトリファイド砥石を好適に製造するため
の製造方法の要旨とするところは、砥粒が無機結合剤に
より結合されたビトリファイド砥石の製造方法であっ
て、(a) 界面活性剤を混入した熱硬化性樹脂を用意する
工程と、(b) その界面活性剤を混入した熱硬化性樹脂
を、砥粒が無機結合剤により結合されたビトリファイド
砥石組織内に含浸させる含浸工程と、(c) ビトリファイ
ド砥石組織内に含浸させられた、前記界面活性剤を混入
した熱硬化性樹脂を硬化させる硬化工程とを、含むこと
にある。
【0008】
【第1発明および第2発明の効果】このようにすれば、
ビトリファイド砥石組織内に含浸させられる熱硬化性樹
脂の存在によって気孔が埋められているので、金属粉が
チップポケットに詰まることがなく、溶着や目詰まりの
発生が好適に防止される。また、気孔を埋める熱硬化性
樹脂は砥粒に比較して軟質であるので、被削材に対して
は凹んだ状態となるので、砥粒の破砕や脱粒が適度に行
われて研削焼けも好適に防止される。同時に、無機結合
剤により弱く保持されている砥粒は熱硬化性樹脂によっ
ても保持されることにより保持力が高められてその早期
の脱粒が抑制されるので、高い研削比が得られる。さら
に、従来のビトリファイド砥石の製造工程に樹脂含浸工
程および樹脂硬化工程を加えるだけでよいので、特殊且
つ能率の低い製造設備を用いるホットプレスなどに比較
して、製品が安価となるだけでなく、製造可能な砥石寸
法の制限がない。
【0009】しかも、ビトリファイド砥石組織内に含浸
させられる熱硬化性樹脂には界面活性剤が混入されてい
ることから、熱硬化性樹脂の結合強度が低下側へ改質さ
れるので、上記砥粒の破砕や脱粒を損なわず且つ保持力
の弱い砥粒に対する適度の保持などに寄与できる結合強
度が得られるので、研削性能を損なうことなく、高い研
削比や耐久性が得られる。
【0010】
【発明の他の態様】ここで、好適には、前記界面活性剤
は、前記熱硬化性樹脂に対して0.1重量%且つ50重
量%未満の範囲内で混入されるものである。このように
すれば、熱硬化性樹脂の結合強度が適度に低下側へ改質
され、上記砥粒の破砕や脱粒を損なわず且つ保持力の弱
い砥粒に対する適度の保持などに寄与できる結合強度が
得られる。0.1重量%を下回る場合には、界面活性剤
を混入させた効果が得られない。反対に、50重量%を
上まわる場合には、熱硬化性樹脂の結合強度が低下し過
ぎるので、同様に界面活性剤を混入させた効果が得られ
ない。
【0011】また、好適には、前記ビトリファイド砥石
は、CBN砥粒、ダイヤモンド砥粒などのヌープ硬度が
3000以上であって60メッシュ(平均粒径220μ
m)乃至800メッシュ(平均粒径20μm)の超砥粒
を含むものであって、10乃至230、この好ましくは
20乃至200の範囲内の集中度と、20乃至75容積
%、好ましくは30乃至65容積%の気孔率を備えたも
のである。
【0012】また、好適には、前記無機結合剤は、ホウ
珪酸ガラス、たとえばウィレマイトを析出する結晶化ガ
ラスであって、2×10-6 /K (室温〜500℃)程度
の熱膨張係数を備えたものである。このようにすれば、
超砥粒の保持力が十分に維持される利点がある。
【0013】また、好適には、前記無機結合剤は、前記
ビトリファイド砥石において15乃至35容積%の範囲
内で含有される。また、ビトリファイド超砥粒砥石に
は、必要に応じて、無機バルーンのような無機質中空物
質のような気孔形成材が骨材として含まれてもよい。
【0014】
【発明の好適な実施の形態】以下、本発明の一実施例を
図面に基づいて詳細に説明する。
【0015】図1は、本発明の一実施例の樹脂含浸補強
構造を備えたビトリファイド砥石であるセグメントチッ
プ砥石10を示している。このセグメントチップ砥石1
0は、全体として板材が円弧状に湾曲させられた形状を
成し、金属製、繊維強化樹脂製、或いはビトリファイド
砥石製のコア部12の外周面に対して、たとえばエポキ
シ系の接着剤により隙間なく貼り付けられるものであ
る。図2に示す砥石車18は、上記セグメントチップ砥
石10がコア部12の外周面に張り着けられることによ
り構成されたものである。
【0016】上記セグメントチップ砥石10は、専ら研
削に関与する外周砥石層14およびその外周砥石層14
を機械的に支持するための基台として機能する内周砥石
層16とから一体的に構成されている。外周砥石層14
および内周砥石層16は、相互に共通の無機結合剤によ
り結合されているが、砥粒が主に相違する。すなわち、
外周砥石層14はCBN砥粒、ダイヤモンド砥粒などの
ヌープ硬度が3000以上の超砥粒を備えたものである
が、内周砥石層16は、溶融アルミナ質、炭化珪素質な
どの一般砥粒を備えて安価に構成されたものである。な
お、上記超砥粒は、60メッシュ(平均粒径220μ
m)乃至800メッシュ(平均粒径20μm)の範囲内
の大きさのものが好適に用いられる。
【0017】上記セグメントチップ砥石10は、たとえ
ば図3に示す工程に従って製造される。先ず、原料調合
工程20では、セグメントチップ砥石10の原料である
砥粒と、ガラス質の無機結合剤と、デキストリンのよう
な粘結剤と、必要に応じて適宜混入される有機物或いは
無機バルーンのような気孔形成剤とが外周砥石層14お
よび内周砥石層16毎に予め設定された割合で秤量され
且つ混合されることによりそれぞれ調合される。上記無
機結合剤は、ホウ珪酸ガラス、たとえばウィレマイトを
析出する結晶化ガラスであって、超砥粒の熱膨張係数に
適合した2×10-6 /K (室温〜500℃)程度の熱膨
張係数を備えたものである。また、上記無機結合剤は、
焼成後のビトリファイドチップ砥石10において15乃
至35容積%の範囲内で含有されるように調合される。
【0018】次いで、成形工程22では、所定のプレス
金型内に上記外周砥石層14および内周砥石層16の原
料が充填され、且つプレスされることにより、図1に示
す形状に成形される。続く焼成工程24では、たとえば
900℃程度の温度で成形後の品物が焼成される。この
焼成工程24では、原料に含まれる粘結剤が消失させら
れるとともに、無機結合剤が溶融させられて砥粒を相互
に結合する。これにより、超砥粒が無機結合剤により結
合された多数の連続気孔を有する多孔質のビトリファイ
ド砥石組織が構成される。このビトリファイド砥石組織
は、たとえば、10乃至230、この好ましくは20乃
至200の範囲内の集中度と、20乃至75容積%、好
ましくは30乃至65容積%の気孔率を備えている。
【0019】一方、樹脂調合工程26では、たとえばビ
スフェノールAなどの流動性(液状)のエポキシ樹脂主
剤とポリアミド系樹脂などから成る流動性(液状)の硬
化剤とから成る2液性エポキシ樹脂を相互に混合且つ攪
拌するとともに、その攪拌に先立って、ノニオンタイプ
(非イオン性)の界面活性剤たとえばポリオキシエチレ
ンスチチウルフェニルエーテルが上記エポキシ樹脂主剤
および硬化剤に対して0.1乃至50重量%の範囲内で
混入される。
【0020】含浸工程28では、上記焼成工程24を経
た多数の連続気孔を有する多孔質のビトリファイド砥石
組織に、上記樹脂調合工程26で調合されたエポキシ樹
脂(熱硬化性樹脂)が含浸させられる。たとえば、調合
された流動状態の熱硬化性樹脂を10mm程度の深さとな
るように所定の容器内に収容するとともに、その容器内
の熱硬化性樹脂に多孔質のビトリファイド砥石組織を全
部浸漬した状態で真空脱泡を行うことにより、樹脂含浸
が行われる。しかし、多孔質のビトリファイド砥石組織
を流動性のエポキシ樹脂内に一部浸漬した状態で含浸さ
せてもよい。
【0021】硬化工程30では、上記含浸工程28で多
孔質のビトリファイド砥石組織内に含浸させられた界面
活性剤が混入させられた熱硬化性樹脂が、予め設定され
た温度で所定時間保持、たとえば、常温で12時間保持
されることにより硬化させられる。
【0022】以上の工程を経て製造されたセグメントチ
ップ砥石10は、ビトリファイド砥石組織内に含浸させ
られるエポキシ樹脂の存在によって気孔が埋められてい
るので、研削中に被削材から発生する金属粉がチップポ
ケットに詰まることがなく、溶着や目詰まりの発生が好
適に防止される。また、気孔を埋めるエポキシ樹脂は砥
粒に比較して軟質であるので、被削材に対しては凹んだ
状態となるので、砥粒の破砕や脱粒が適度に行われて研
削焼けも好適に防止される。同時に、無機結合剤により
弱く保持されている砥粒はエポキシ樹脂によっても保持
されることにより保持力が高められてその早期の脱粒が
抑制されるので、高い研削比が得られる。さらに、従来
のビトリファイド砥石の製造工程に樹脂含浸工程および
樹脂硬化工程を加えるだけでよいので、特殊且つ能率の
低い製造設備を用いるホットプレスなどに比較して、製
品が安価となるだけでなく、製造可能な砥石寸法の制限
がない。しかも、ビトリファイド砥石組織内に含浸させ
られるエポキシ樹脂には界面活性剤が混入されているこ
とから、エポキシ樹脂の結合強度が低下側へ改質される
ので、上記砥粒の破砕や脱粒を損なわず且つ保持力の弱
い砥粒に対する適度の保持などに寄与できる結合強度が
得られるので、研削性能を損なうことなく、高い研削比
や耐久性が得られる。
【0023】以下、上記のような工程で製造されたセグ
メントチップ砥石10を用いて、それに含浸硬化させら
れたエポキシ樹脂に対する界面活性剤の混合割合と砥石
性能との関係を明らかにする実験例を説明する。
【0024】
【実験例1】本実験例1において用いるセグメントチッ
プ砥石10が張り着けられるコア部12は中央部に取付
穴を有する円板状スチール板製であり、そのセグメント
チップ砥石10の外周砥石層14および内周砥石層16
の調合は以下の通りである。 ・外周砥石層14 CBN砥粒(GE社製 Type-I #80/#100 ) 50.0(容量部) ビトリファイド結合剤 18.0(容量部) 糊量(粘結剤) 10.0(容量部) ・内周砥石層16 炭化珪素砥粒( #80) 50.0(容量部) ビトリファイド結合剤 18.0(容量部) 糊量(粘結剤) 10.0(容量部)
【0025】上記の配合に従って調合した原料をプレス
成形した生砥石を、900℃で5時間焼成して長さ70
mm、幅10.4mm、厚み7.4mmのセグメントチップ砥
石10を多数作成した。このときの外周砥石層14およ
び内周砥石層16の厚みはそれぞれ3.8mmおよび3.
6mmである。次いで、エポキシ樹脂主剤22.0重量部
にエポキシ樹脂硬化剤8.0重量部を加えて3分間攪拌
して混合した。ここに使用されたエポキシ樹脂主剤はビ
スフェノールAであり、エポキシ樹脂硬化剤はポリアミ
ド系樹脂である。
【0026】次に、上記硬化剤が混合されたエポキシ樹
脂に対して、表1のNo. 1、No. 3乃至 No.7 に示すよ
うな6種類の混入割合でノニオンタイプ(非イオン性)
である濃度70%程度のポリオキシエチレンスチチウル
フェニルエーテル(界面活性剤)を混入して攪拌し、前
述の含浸工程28と同様にしてセグメントチップ砥石1
0に含浸させ、硬化工程30と同様にして硬化させる。
このようにして得られたセグメントチップ砥石10を外
径366mmのコア部12の外周面に張り着けて砥石車を
構成し、それら砥石車に対して No.1、No. 3 乃至 No.
7 の試料番号を付した。表2は、それら試料 No.1、N
o. 3 乃至 No.7 のセグメントチップ砥石10すなわち
外周砥石層14の砥石構造を示している。なお、試料 N
o.2 は樹脂を含浸させない他は同じ条件で構成された比
較例である。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】以下に示す研削試験条件を行うことにより
得られた上記の試料 No.1乃至 No.7 の研削性能を表3
に示す。表3において、試料 No.1乃至 No.7 を比較す
ると、界面活性剤の量が25.0%(試料 No.4 )を越
えると研削比効果が低下し、50.0%(試料 No.5 )
では殆ど界面活性剤による効果が得られない。また、界
面活性剤の量が1.6%(試料 No.6 )に減少すると界
面活性剤による研削比効果が低下し、0%(試料 No.7
)では殆ど界面活性剤による効果が得られない。した
がって、界面活性剤が0.1%以上且つ50%未満の範
囲では一応の効果が得られ、1.6%乃至25.0%の
範囲では研削比が50%増しとなるという好適な効果が
得られることが明らかとなった。
【0030】
【表3】
【0031】図4は、本発明の他の実施例における樹脂
含浸補強ビトリファイド砥石であるホーニング砥石40
を主軸42に取り付けた状態を示している。このホーニ
ング砥石40は、長手の角柱状を成し、その研削面は部
分円柱面となるように形成されている。このホーニング
砥石40も、前述の図3に示すものと同様の工程を経て
製造されたものである。ホーニング研磨加工に際して
は、上記ホーニング砥石40が図示しない研磨内周面に
所定のばね力で押し付けられつつ、上記主軸42が軸心
方向に往復駆動されつつその軸心まわりに回転駆動され
る。
【0032】以上、本発明の一実施例を図面を用いて説
明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。
【0033】たとえば、前述の実施例において含浸させ
られる熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂が用いられて
いたが、フェノール樹脂であってもよい。
【0034】また、前述の実施例のセグメントチップ砥
石10は、専ら研磨に関与する外周砥石層14とそれを
バックアップするための内周砥石層16とから構成され
ていたが、全体が外周砥石層14と同様の組成により構
成されても差し支えない。
【0035】また、前述の実施例のセグメントチップ砥
石10の外周砥石層14は、CBN砥粒を含むものであ
ったが、ダイヤモンド砥粒であってもよいし、アランダ
ム(溶融アルミナ質砥粒)、カーボランダム(炭化珪素
質砥粒)などの他の一般砥粒であっても差し支えない。
【0036】また、前述の実施例のセグメントチップ砥
石10は、所定厚みの円環状部材が分割された形状に成
形されていたが、円環状に一体に成形されたものであっ
てもよい。
【0037】なお、上述したのはあくまでも本発明の一
実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲にお
いて種々の変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の含浸樹脂補強ビトリファイ
ド砥石であるセグメントチップ砥石を示す斜視図であ
る。
【図2】図1のセグメントチップ砥石が外周面に張り着
けられた砥石車を示す斜視図である。
【図3】図1のセグメントチップ砥石の製造工程を説明
する図である。
【図4】本発明の他の実施例の樹脂含浸補強ビトリファ
イド砥石であるホーニング砥石が主軸に装着された状態
を示す斜視図である。
【符号の説明】
10:セグメントチップ砥石(樹脂含浸補強ビトリファ
イド砥石) 14:外周砥石層 16:内周砥石層 40:ホーニング砥石(樹脂含浸補強ビトリファイド砥
石)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24D 3/02 B24D 3/14

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 砥粒が無機結合剤により結合されたビト
    リファイド砥石であって、 砥粒が無機結合剤により結合されたビトリファイド砥石
    組織内に、界面活性剤が混入され且つ含浸、硬化された
    熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする樹脂含浸補強ビト
    リファイド砥石。
  2. 【請求項2】 砥粒が無機結合剤により結合されたビト
    リファイド砥石の製造方法であって、 界面活性剤を混入した熱硬化性樹脂を用意する工程と、 該界面活性剤を混入した熱硬化性樹脂を、砥粒が無機結
    合剤により結合されたビトリファイド砥石組織内に含浸
    させる含浸工程と、 ビトリファイド砥石組織内に含浸させられた、前記界面
    活性剤を混入した熱硬化性樹脂を硬化させる硬化工程
    と、 を、含むことを特徴とする樹脂含浸補強ビトリファイド
    砥石の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記界面活性剤は、前記熱硬化性樹脂に
    対して0.1重量%以上且つ50重量%未満の範囲内で
    混入されるものである請求項2の樹脂含浸補強ビトリフ
    ァイド砥石の製造方法。
JP30674098A 1998-10-28 1998-10-28 樹脂含浸補強ビトリファイド砥石およびその製造方法 Expired - Lifetime JP3373797B2 (ja)

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