JP3814311B2 - 複合砥粒の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、研削砥石に用いられる砥粒に関するものであり、特に、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる主砥粒の周りに、複数個の小粒の補助砥粒を取り付けるようにした複合砥粒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ダイヤモンド砥粒あるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等の超砥粒を用いる研削砥石においては、硬度の高い上記超砥粒を強固に保持するため、ボンド材としても強力なものが要請されている。そして、このように、強力な保持力（グリップ力）を発揮させるために、ボンド材としては、レジンボンド、あるいはメタルボンド、またはビトリファイドボンド等が採用されており、しかも、これらボンド材の強度を上げるために種々の工夫が施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、ボンド材の強度を上げると、砥粒の早期脱落は防げることとなるが、一方、ツルーイング及びドレッシング等によって正常な切れ刃を形成することが難しくなるという問題点がある。すなわち、砥粒と砥粒との間に存在するボンド材が、あまりにも強過ぎたり、あるいは硬過ぎたりすると、ツルーイングあるいはドレッシング等によっても、上記ボンド材の部分が正常に削られず、本来、各砥粒間に形成されるべきポケット部が十分には形成されないという問題点が生ずる。このポケット部は、研削油の油溜り部や研削屑の溜り場を提供するものであるので、このポケット部が正常に形成されないと、研削砥石の研削面あるいはワークの加工面の冷却が不十分になるという問題点が生ずることとなる。このような問題点を解決するために、ボンド材本来の特性を活かした状態で、かつ、砥粒の早期脱落等を防止するようにした、研削砥石用砥粒を提供しようとするのが、本発明の目的（課題）である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては次のような手段を講ずることとした。すなわち、研削砥石に用いられるものであって、比較的大粒の砥粒からなる主砥粒と、当該主砥粒の周りに取り付けられるものであって、小粒のものからなる補助砥粒とからなる複合砥粒に関して、これら主砥粒及び補助砥粒を、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）にて形成するとともに、上記主砥粒と補助砥粒とを結合する結合材を、チタン（Ｔi ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃr ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか一つの族の金属と、銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等からなる周期律表第１Ｂ族のなかの少なくとも１つの金属との合金からなるようにした構成を採ることとした。
【０００５】
また、上記構成からなる複合砥粒の製造方法に関して、次のような工程からなるようにした。すなわち、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）にて形成される主砥粒と、チタン（Ｔi ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃr ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか一つの族の金属からなる粉末と、銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等からなる周期律表第１Ｂ族のなかの少なくとも１つの金属の粉末と、更には有機バインダーとを混合する工程と、これら混合されたものを混練することによって、上記主砥粒の周りに、上記金属粉末を主体とするペースト状の物体を万遍なく付着させる工程と、このように主砥粒の周りにペースト状の物体が付着した状態のものの、その周りに、当該ペースト状物体を介して、上記小粒の砥粒からなるものであって、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）にて形成される補助砥粒を塗す工程と、このようにして主砥粒の周りに上記ペースト状物体を介して複数個の補助砥粒が付着した状態のものを所定の温度にて焼成する工程と、このような焼成工程において、複数の砥粒どうしが固着した状態のものを機械的に粉砕する工程と、このように機械的に粉砕された砥粒群の中から適正な大きさを有する正常な複合砥粒のみを選び出す選別工程と、からなるようにした。
【０００６】
【作用】
上記構成を採ることにより、本発明においては、次のような作用を呈することとなる。すなわち、本発明にかかる複合砥粒は、例えば、上記主砥粒及び補助砥粒が、ともにダイヤモンドからなるものであり、かつ、上記主砥粒と補助砥粒との間に設けられる結合材が、チタン（Ｔi ）を含む、いわゆるロー材にて形成されているものであるとすると、上記焼成の段階（工程）において、上記両砥粒の表面にはチタンカーバイト（Ｔi Ｃ）からなるメタライジング層が形成されることとなる。このメタライジング層の作用により、上記結合材を形成するロー材は、上記両砥粒の周りに濡れることとなる。その結果、ロー材を介して上記主砥粒と補助砥粒とは強固に結合されることとなる。このようにして、主砥粒の周りに複数個の補助砥粒の結合された複合砥粒が形成されることとなる（図１参照）。
【０００７】
そして、このような構成からなる複合砥粒が、各種ボンド材にて砥石台金上に取り付けられると、主砥粒の周りに結合された上記補助砥粒は、アンカーの役目を果たすこととなり、当該複合砥粒はボンド材内に強力に保持（グリップ）されることとなる。その結果、砥粒の早期脱落が防止されるようになる。なお、このことは、結合材に含まれるチタン（Ｔi ）の代わりに、これに代わってバナジウム（Ｖ）、あるいはクロム（Ｃr ）が採用された場合にも、同様のことが言える。また、ダイヤモンドに代わって立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）が採用された場合にも、当該立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）のホウ素（Ｂ）が上記結合材を形成するチタン（Ｔi ）等との間において、メタライジング層を形成することによって、同様の作用が行なわれることとなる。
【０００８】
また、このように、本複合砥粒は、砥粒の構成自体において、アンカー部を有しているので、研削砥石に用いられる場合、どのようなボンド材と組合わされても、砥粒の早期脱落等が防止されることとなる。その結果、ツルーイング性、あるいはドレッシング性等を考慮した、種々のボンド材、例えば、レジンボンド材、あるいはメタルボンド材、またはビトリファイドボンド材等を採用することができるようになる。すなわち、このような複合砥粒がボンド材内に設置されると、ボンド材の特性を十分に活かした研削砥石が形成されることとなる。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例について、図１及び図３を基に説明する。本実施例の構成は、図１に示す如く、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる主砥粒１と、当該主砥粒１の周りに結合材３を介して取り付けられるものであって、上記主砥粒１よりも小粒な形状からなり、かつ、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等からなる補助砥粒２と、からなることを基本とするものである。なお、このような基本構成において、上記補助砥粒２としては、上記ダイヤモンドあるいはＣＢＮの代わりに、セラミック系の粒子、または金属材からなる粒子が用いられる場合がある。
【００１０】
このような基本構成において、上記結合材３は、チタン（Ｔi ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃr ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか一つの族の金属と、銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等からなる周期律表第１Ｂ族のなかの少なくとも１つの金属との合金からなることを基本とするものである。なお、これらに加えて、上記周期律表第１Ｂ族の金属と合金を形成するスズ（Ｓn ）、亜鉛（Ｚn ）、鉄（Ｆe ）等の金属が追加される場合がある。このような構成において、その結合材３が、例えば、チタン（Ｔi ）と、銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等と、からなるものである場合について考察する。すなわち、この場合には、まず、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる主砥粒１と、上記チタン、銅、銀、金等からなる金属粉末と、有機バインダーと、が混合されるとともに、全体が混練される。
【００１１】
このようにして主砥粒１の周りに、結合材３を形成する金属粉末等からなるペースト状のものが万遍なく付着した（塗られた）状態のものが形成される。このような状態のものを、微細粒子からなる補助砥粒２の収容された容器内等へ投入する。これによって、主砥粒１の周りには、ペースト状物体（混合物）を介して、多数の補助砥粒２の付着した状態のものが形成されることとなる。
【００１２】
そして、このような状態のものが、約８４０℃〜９４０℃にて焼成されることによって、まず、主砥粒１及び補助砥粒２の周りには、チタン（Ｔi ）にて形成されるメタライジング層が形成されることとなる。すなわち、上記主砥粒１及び補助砥粒２がダイヤモンド砥粒である場合、上記両砥粒１、２の表面には、チタンカーバイト（Ｔi Ｃ）からなるメタライジング層が形成されることとなる。そして、このメタライジング層は、半金属性のものからなるものであるので、上記結合材３を形成する銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等の金属と融合しやすい性質を有している。従って、両砥粒１、２は、その表面に形成されたメタライジング層を介して、図１に示す如く、結合材３と結合されるようになる。その結果、当該結合材３は、上記両砥粒１、２の周りに濡れ上がって来て、上記両砥粒１、２と全面的な結合が行なわれるとともに、結合材３自体も合金の形成により強力な結合構造を形成することとなる。すなわち、上記両砥粒１、２は、上記結合材３を介して強力に結合されることとなる。なお、このような構成は、上記チタン（Ｔi ）の代わりに、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃr ）が採用された場合にも同様のことが言える。
【００１３】
このようにして、主砥粒１の周りに結合材３を介して複数の補助砥粒２の設けられた複合砥粒が形成されることとなる（図１参照）。そして、この複合砥粒は、主砥粒１の周りに、補助砥粒２が凸起状に複数個設けられている構成からなるものであり、このような構成からなる複合砥粒が、図３に示す如く、研削砥石用砥粒として、ボンド材５中に設置されると、上記補助砥粒２にて形成される凸起部がアンカーの役目を果たすこととなる。
【００１４】
次に、このような構成からなる複合砥粒の製造方法について、図２を基に説明する。まず、図２（イ）に示す如く、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる主砥粒１と、チタン（Ｔi ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、あるいはバナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、またはクロム（Ｃr ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか一つのものによって形成される金属粉末と、銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等の周期律表第１Ｂ族の金属粉末と、更には、当該周期律表第１Ｂ族の金属との間において合金を形成するスズ（Ｓn ）、亜鉛（Ｚn ）、鉄（Ｆe ）等の金属粉末とを、適当な有機バインダーを加えて混合する。そして、このような状態のものを、図２（ロ）の混練工程において良く混練する。これによって、主砥粒１の周りに、結合材３等からなるペースト状物体が万遍なく付着した状態のものが造られる。次に、図２（ハ）において、上記主砥粒１の周りにペースト状結合材３の付着した状態のものを、補助砥粒２の収容された容器内へ投入し、当該補助砥粒２を上記主砥粒１の周りに付着させる。すなわち、補助砥粒２をペースト状結合材３を介して上記主砥粒１の周りに塗す。これによって、図２（ハ）に示す如く、主砥粒１の周りにペースト状の結合材３等を介して複数の補助砥粒２の付着した状態のものが形成される。
【００１５】
次に、このようにして所定の状態に形成されたものを、図２（ニ）の焼成工程にて焼成する。なお、この焼成に当っては、上記結合材３を形成する金属材が酸化物を形成することのないようにするため、上記焼成工程を行なう炉内の雰囲気を、アルゴンガス等の不活性ガスが充填された状態、または真空状態に保持する。このような状態において焼成工程が行なわれる。また、このときの温度は、８４０℃ないし９４０℃程度に制御される。この温度は、両砥粒１、２の表面にチタンカーバイト（Ｔi Ｃ）からなるメタライジング層が形成されるとともに、結合材３を形成する各種金属が溶融して合金を形成する範囲の温度である。すなわち、あまり高温状態で、かつ、長時間加熱されると、上記両砥粒１、２が、例えばダイヤモンドである場合、当該両砥粒１、２の表面のチタンカーバイト層（Ｔi Ｃ）が深くなり過ぎ、結合材３との結合強度が低下するおそれがある。従って、これを避けるために、上記焼成条件を上記温度範囲内及び所定の焼成時間内に設定することとしている。
【００１６】
このような工程を経ることによって、両砥粒１、２の周りは、濡れ上がった金属製の結合材３によって被われるとともに、上記主砥粒１と補助砥粒２とは強固に結合されることとなる。ところで、この焼成工程においては、上記主砥粒１どうしが複数個連続して固着したり、あるいは補助砥粒２を介して固着したりする場合がある。すなわち、複数個の砥粒の固着した塊が形成されてしまう場合がある。そこで、図２（ホ）の工程（粉砕工程）において、これら塊となった状態のものを機械的に粉砕する。そして、次に、これら粉砕された砥粒群の中から、図２（ヘ）の選別工程において、適正な大きさを有する正常な複合砥粒のみを選び出す。このような工程を経ることによって適正な複合砥粒が形成されることとなる。
【００１７】
なお、このような構成において、両砥粒１、２の表面と結合材３との間に形成されるメタライジング層は、上記チタンカーバイト（Ｔi Ｃ）の代わりに、バナジウムカーバイト（ＶＣ）、あるいはクロムカーバイト（Ｃr Ｃ）等にて形成される場合もある。この場合においても、これらメタライジング層と銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）を含む周期律表第１Ｂ族の金属とは融合しやすくなっているので、ダイヤモンド砥粒１、２と結合材３との濡れ性が良くなり、両者の結合力は強固になる。また、上記構成は、両砥粒１、２に立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）を用いた場合にも、同じように、ホウ素（Ｂ）とチタン（Ｔi ）との間においてメタライジング層が形成されることにより、強力な結合が行なわれることとなる。なお、このような構成からなるものにおいて、多くの場合は、主砥粒１と補助砥粒２とは、同じ素材のダイヤモンド砥粒どうし、あるいはＣＢＮ砥粒どうしにて形成されるが、場合によっては、異なった素材、すなわち、ダイヤモンド砥粒とＣＢＮ砥粒との組合せによって形成される場合もある。更には、補助砥粒２として、セラミック系の粒子あるいは金属材からなる粒子が採用される場合もある。
【００１８】
次に、本実施例の作用等について説明する。なお、本実施例の作用は、基本的には、上記作用の欄のところで説明したものと同じである。すなわち、図２に示すような各工程を経ることによって形成された本実施例の複合砥粒は、図１に示す如く、主砥粒１の周りに結合材３を介して複数個の補助砥粒２が設けられており、しかも、この結合材３は、じん性のあるロー材にて形成されているものであるので、上記主砥粒１と補助砥粒２とは、強固に結合されることとなる。特に、上記両砥粒１、２の表面には、これら両砥粒１、２がダイヤモンドである場合、チタンカーバイト（Ｔi Ｃ）、あるいはバナジウムカーバイト（ＶＣ）、またはクロムカーバイト（Ｃr Ｃ）等からなるメタライジング層が形成されており、このメタライジング層と、上記結合材３を形成する銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）とは同じ金属性を有しているので融合しやすく、従って、上記メタライジング層と結合材３とは、強力に結合されることとなる。そして更に、当該結合材３自体においても、チタン（Ｔi ）、銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等からなる合金、あるいはバナジウム（Ｖ）、銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等からなる合金、またはクロム（Ｃr ）、銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等からなる合金が形成されることとなるので、じん性のある強力な結合構造を形成することとなる。従って、本実施例においては、強靭な結合材３にて、主砥粒１と補助砥粒２とが結合された複合砥粒が形成されることとなり、このような複合砥粒が、図３に示す如く、ボンド材５内に埋め込まれると、上記補助砥粒２の部分がアンカーの役目を果たし、本複合砥粒は上記ボンド材５内に強力に保持（グリップ）されることとなる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、研削砥石に用いられるものであって、比較的大粒の砥粒からなる主砥粒と、当該主砥粒の周りに取り付けられるものであって、小粒のものからなる補助砥粒とからなる複合砥粒に関して、これら主砥粒及び補助砥粒を、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）にて形成するとともに、上記主砥粒と補助砥粒とを結合する結合材を、チタン（Ｔi ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃr ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか一つの族の金属と、銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等からなる周期律表第１Ｂ族のなかの少なくとも１つの金属との合金からなるようにしたので、主砥粒と補助砥粒との間が、強力な結合材で結合された複合砥粒が形成されることとなり、このような複合砥粒が、ボンド材内に設置されると、上記補助砥粒の部分がアンカーの役目を果たすようになり、ボンド材内に強力に保持（グリップ）されるようになった。その結果、当該複合砥粒を用いることによって、ツルーイング性及びドレッシング性に優れているものであって、しかも、砥粒の早期脱落を防止することのできるようにした研削砥石を提供することができるようになった。
【００２０】
また、上記構成からなる複合砥粒の、その製造方法に関して、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）にて形成される主砥粒と、チタン（Ｔi ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃr ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか一つの族の金属からなる粉末と、銅（Ｃu ）、銀（Ａg ）、金（Ａu ）等からなる周期律表第１Ｂ族のなかの少なくとも１つの金属の粉末と、更には有機バインダーとを混合する工程と、これら混合されたものを混練することによって、上記主砥粒の周りに、上記金属粉末を主体とするペースト状の物体を万遍なく付着させる工程と、このように主砥粒の周りにペースト状の物体が付着した状態のものの、その周りに、当該ペースト状物体を介して上記小粒の砥粒からなる補助砥粒を塗す工程と、このようにして主砥粒の周りに上記ペースト状物体を介して複数個の補助砥粒が付着した状態のものを所定の温度にて焼成する工程と、このような焼成工程において、複数の砥粒どうしが固着した状態のものを粉砕する工程と、当該粉砕工程にて各個ばらばらに離された砥粒のうちから、適正な状態のもののみを選び出す（選別する）工程と、からなるようにしたので、アンカー部を有し、ボンド材内に設置されたときに強力なグリップ力を発揮する複合砥粒が、容易に、しかも、安価に製造されるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明にかかる複合砥粒の製造工程を示す図である。
【図３】本発明にかかる複合砥粒がボンド材内に設置された状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 主砥粒
２ 補助砥粒
３ 結合材（ロー材）
５ ボンド材

Claims (1)

1. 研削砥石に用いられるものであって、比較的大粒の砥粒からなる主砥粒と、当該主砥粒の周りに取り付けられるものであって、上記主砥粒よりも小粒のものにて形成される補助砥粒と、からなる複合砥粒の、その製造方法に関して、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）のうちのいずれか一方のものにて形成される主砥粒と、チタン（Ｔi ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃr ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか一つの族の金属からなる粉末と、周期律表第１Ｂ族の金属の粉末と、更には有機バインダーとを混合する工程と、これらのものを混練することによって、上記主砥粒の周りにペースト状の物体が付着するようにする工程と、このように主砥粒の周りにペースト状の物体が付着した状態のものの、その周りに、当該ペースト状物体を介して、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）のうちのいずれか一方のものにて形成される補助砥粒を塗す工程と、このようにして、主砥粒の周りに上記ペースト状物体を介して複数個の補助砥粒が付着した状態のものを、所定の温度にて焼成する工程と、このような焼成工程において、複数の砥粒どうしが固着した状態のものを粉砕する工程と、これら粉砕された砥粒群の中から適正な大きさを有する正常な複合砥粒のみを選び出す選別工程と、からなるようにしたことを特徴とする複合砥粒の製造方法。

Images