JP3553810B2 - 固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石 - Google Patents
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Description
【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固体潤滑剤を含む熱硬化性樹脂が含浸され且つ硬化させられた固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石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)結合剤により砥粒または砥粒と骨材が結合されて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、切粉の目詰まりや溶着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、使用時においてビトリファイド砥石の欠けが発生し易くなるという欠点があった。
【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製造してそれ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、ビトリファイド砥石の特徴である目立ての容易性を保持したままで、研削焼け、切粉の目詰まりや溶着が発生し難く、砥粒の保持力に優れ、しかも、研削液を用いないで、水或いは冷風によっても比較的充分な研削性能が得られるビトリファイド砥石を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石の要旨とするところは、砥粒、或いは砥粒と骨材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を備えたビトリファイド砥石であって、前記砥粒は、60乃至800メッシュの粒径であるとともに、前記ビトリファイド砥石組織は、連続気孔を有する多孔質であって20乃至75容積%の気孔率を備えたものであり、前記ビトリファイド砥石組織内の連続気孔内に、固体潤滑剤を含む樹脂が含浸させられて硬化させられていることにある。
【0007】
【発明の効果】
このようにすれば、砥粒が60乃至800メッシュの粒径であり且つ連続気孔を有する多孔質であって20乃至75容積%の気孔率を備えたビトリファイド砥石組織内の連続気孔内に、固体潤滑剤を含む樹脂が含浸させられて硬化させられていることから、以下の効果が得られる。すなわち、固体潤滑剤を含む樹脂がビトリファイド砥石組織内の空隙内に含浸且つ硬化させられているので、研削焼け、切粉の目詰まりや溶着が発生し難く、研削加工上の問題が解消されるとともに、砥粒の保持力が高められて研削比が大幅に改善され、しかもビトリファイド砥石の目立ての容易性が保持されつつ、そのビトリファイド砥石の欠けが好適に防止される。換言すれば、ビトリファイド砥石組織内に含浸させられる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とともに、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、しかも、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のである。そして、固体潤滑剤がビトリファイド砥石組織内の空隙内に含浸させた樹脂中に含まれているので、潤滑効果を備えた研削液を用いないで、水や冷風のみでも研削が可能となった。
【0008】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記ビトリファイド砥石は、好ましくは10より大きく且つ230未満程度、さらに好ましくは20〜200の集中度でダイヤモンド砥粒、CBN砥粒、或いはそれらの混合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220μm)乃至800メッシュ(平均粒径20μm)の超砥粒を含むものである。また、前記樹脂含浸前のビトリファイド砥石は、20〜75容積%、さらに好ましくは30〜65容積%の気孔率を備える。
【0009】
また、好適には、前記無機結合剤は、超砥粒を用いた場合に適当なもの、たとえばホウ珪酸ガラス、結晶化ガラスが用いられる。この結晶化ガラスとしては、たとえばウィレマイトを析出するガラスである。また、無機結合剤としては、砥粒の保持力を充分なものとするために、超砥粒の熱膨張係数に対して−2×10−6乃至+2×10−6 (1/K:室温〜 500℃) の範囲の熱膨張係数が選択される。
【0010】
また、好適には、前記無機結合剤は、砥粒の保持力を維持し且つ前記のような気孔率を備えるために前記ビトリファイド砥石に対して15〜35体積%の範囲の割合で用いられる。また、前記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。
【0011】
また、好適には、前記樹脂は、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂から選択された少なくとも1種類の熱硬化性樹脂である。このようにすれば、熱可塑性樹脂を用いる場合に比較して、研削砥石の強度が高くされる。
【0012】
また、好適には、前記固体潤滑剤は、前記ビトリファイド砥石の気孔よりも十分に小さな径、たとえば平均粒径が1μm以下の六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、黒鉛、グラファイトである。このようにすれば、固体潤滑剤がビトリファイド砥石組織内に均一に配置されるので、その固体潤滑剤の潤滑効果が好適に得られる。
【0013】
また、好適には、前記固体潤滑剤は、前記ビトリファイド砥石組織内に含浸させる樹脂に対して1乃至80重量%の範囲で含まれる。1重量%を下まわる場合には固体潤滑剤の効果が充分に得られ難くなり、80重量%を越えると、樹脂の粘性が高くなってビトリファイド砥石組織に対する含浸が充分に行われ難くなる。
【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10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。なお、コア部12の中央には、回転軸取付穴19が設けられている。
【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220μm)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、又は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対して−2×10−6乃至+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。たとえば、外周砥石層14の原料としては、GE社製CBN砥粒type−I#80/#100を50.0重量部に対してビトリファイド結合剤を18.0重量部および糊量を10.0重量部を混合したものが用意され、内周砥石層16の原料としては、炭化珪素砥粒( #80)を50.0重量部に対してビトリファイド結合剤を18.0重量部および糊量を10.0重量部を混合したものが用意される。
【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、たとえば長さ40mm、幅10.4mm、厚み7.4mmのセグメントチップ砥石10が得られる。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、たとえば液状フェノール樹脂が調合されるとともに、固体潤滑剤として平均粒径が1μm以下の六方晶窒化ホウ素が上記フェノール樹脂に対して1乃至80重量%の範囲内で混入される。上記液状フェノール樹脂としては、たとえば住友デュレズ株式会社製PR−9400を100重量部に対して、電気化学株式会社製の六方晶窒化ホウ素であるデンカボロンナイトライドSP−2を15重量部混合し、3分間攪拌した比較的低粘性のものが用いられる。
【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で調合された液状フェノール樹脂(熱硬化性樹脂)が含浸させられ、固体潤滑剤も多孔質のビトリファイド砥石組織内に均一に分散させられる。たとえば、調合された流動状態の液状フェノール樹脂をたとえば10mm程度の深さとなるように所定のステンレス容器内に収容するとともに、その容器内のフェノール樹脂に成形および焼成後のセグメントチップ砥石10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フェノール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でフェノール樹脂が多孔質のビトリファイド砥石組織内に含浸させられたセグメントチップ砥石10は、必要に応じて余分な樹脂が布などを用いて除去された後、たとえば、所定の乾燥機内で180℃程度の乾燥温度で2時間程度保持されることにより、フェノール樹脂が硬化させられる。
【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、たとえば366mmφのコア部12の外周面にたとえばエポキシ樹脂接着剤を用いて張り着けられ、たとえば図2に示す砥石車18が作成される。
【0023】
上記のように構成された砥石車18においては、セグメントチップ砥石10のビトリファイド砥石組織内に含浸させられるフェノール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、気孔を埋めるフェノール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。また、フェノール樹脂は砥粒に比較して軟質であることから、ビトリファイド砥石の特徴である目立ての容易性が保持されつつ、砥石の欠けが好適に防止される。同時に、無機結合剤により弱く保持されている砥粒はフェノール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フェノール樹脂には固体潤滑剤である六方晶窒化ホウ素が混入されて均一に分散させられていることから、研削時において潤滑効果のある研削液を用いないで、たとえば水或いは冷風のみでも研削が可能となった。
【0024】
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固体潤滑剤を含むフェノール樹脂と砥石性能との関係を明らかにする実験例を説明する。
【0025】
【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19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)
【0026】
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70mm、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、フェノール樹脂(住友デュレズ株式会社製PR−9400)100.0重量部に、六方晶窒化ホウ素(電気化学工業株式会社製SP−2)を15重量部加え3分間攪拌して混合し、このフェノール樹脂を前述の工程のように上記セグメントチップ砥石10に含浸させて硬化させたものを実験例1とした。また、上記六方晶窒化ホウ素を含まない他は同様にフェノール樹脂を上記セグメントチップ砥石10に含浸させて硬化させたものを比較例1とし、フェノール樹脂を含浸させないセグメントチップ砥石10を比較例2とした。表1は、上記の実験例1、比較例1、比較例2の砥石構造を示すものである。尚、表1の抗折強度の単位はMPaであり、他は体積%である。
【0027】
【表1】
【0028】
そして、以下に示す研削試験条件Iを行うことにより得られた上記の実験例1、比較例1、比較例2の研削性能を表2に示す。また、上記研削試験条件Iに用いた研削液に代えて水道水を用いた場合の研削性能を表3に示す。
【0029】
【研削試験条件I】
砥石寸法 外径380mmφ×厚み10mm×内径80mm
使用機械 円筒研削盤
研削方式 湿式プランジ研削(エマルジョン系水溶性研削液)
砥石周速 160m/sec
被削材 SCM435
被削材寸法 外径60mmφ×幅5mm
取代 60mmφ→37mmφ
研削能率 70mm3 /mm
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
表2から明らかなように、実施例1のセグメントチップ砥石は、比較例1および比較例2に比較して、研削比が1.7倍および3.3倍であって、摩耗が少なく、加工面状態も研削焼けがなく比較例1に比較して良好である。また、切粉の溶着もなく、高価なビトリファイド超砥粒砥石を有効に使用できる。また、表3から明らかなように、研削液に代えて水道水を用いた場合でも、実施例1のセグメントチップ砥石は、比較例1および比較例2に比較して、研削比が2.3倍および4.2倍であって、摩耗が少なく、加工面状態も研削焼けがなく比較例1に比較して良好である。
【0033】
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。
【0034】
たとえば、前述の実施例では、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として、フェノール樹脂が用いられていたが、1液性或いは2液性のエポキシ樹脂であってもよいし、ウレタン樹脂、ポリビニールアルコールなどの熱可塑性の液状樹脂であってもよい。2液性のエポキシ樹脂の場合には、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にポリアミド系樹脂などから成る流動性(液状)の硬化剤が混合される。
【0035】
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し、棒状のホーニング砥石、ブロック状の超仕上げ砥石であってもよい。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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固体潤滑剤を含む樹脂含浸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。
【符号の説明】
10:セグメントチップ砥石(固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石)14:外周砥石層
16:内周砥石層
Claims (6)
- 砥粒、或いは砥粒と骨材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を備えたビトリファイド砥石であって、
前記砥粒は、60乃至800メッシュの粒径であるとともに、前記ビトリファイド砥石組織は、連続気孔を有する多孔質であって20乃至75容積%の気孔率を備えたものであり、
該ビトリファイド砥石組織内の連続気孔内に、固体潤滑剤を含む樹脂が含浸させられて硬化させられている
ことを特徴とする固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。 - 前記樹脂は、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂から選択された少なくとも1種類の熱硬化性樹脂である請求項1の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
- 前記砥粒は、ダイヤモンド砥粒、或いはCBN砥粒である請求項1の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
- 前記固体潤滑剤は、六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、黒鉛、グラファイトから選択されるものである請求項1の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
- 前記固体潤滑剤は、前記樹脂に対して1乃至80重量%の範囲で含まれるものである請求項1の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
- 前記無機結合剤の前記砥粒に対する熱膨張差は、−2×10 -6 乃至+2×10 -6 の範囲内である請求項1の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
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