JP3987719B2 - 多孔性ビトリファイド砥石の製造方法及び気孔形成剤 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔性ビトリファイド砥石の製造方法、特に、気孔を多数有する粗組織の多孔性ビトリファイド砥石の製造に好適な多孔性ビトリファイド砥石の製造方法と、前記製造方法で好適に用いることができる気孔形成剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、種々の金属製の部品等の被削材の加工において幅広く使用されている砥石は、加工される部品等の被削材の形状、材質等に応じて、様々な種類の砥石が使用されている。ここで、砥石の特性の一つに砥石の嵩密度、いわゆる組織の粗密の程度が挙げられる。嵩密度の低い、つまり粗組織である多孔性砥石は、研削によって生じる熱を気孔によって放出させる作用があることから、被削材の焼けを生じやすい研削、或いは、砥粒間の距離が広くなることから砥粒突き出しが大きくなり、高能率な加工をするような場合に用いられる。
【０００３】
このような気孔を有するビトリファイド砥石は、砥粒、粉末状のビトリファイド結合剤、気孔形成剤、成形助剤（成形用のバインダー）を原料として製造することができる。一般的には、前記原料を混合し成形して得られる成形体を加熱乾燥し（一般的にはおよそ１〜３重量％の水分を除去して乾燥し）焼成してビトリファイド砥石を製造する。気孔形成剤は、前記成形体の焼成が終了するまでに消失させるので、得られるビトリファイド砥石には気孔が形成される。
【０００４】
気孔形成剤としては、例えば、ナフタリン、クルミ粉、木粉、エポキシやポリスチレン（特公昭３９−０２０４８７号公報）などの有機物質或いはアルミナ中空バルーン（アルミナ中空体）などが使用されている。
【０００５】
図１に、多孔性ビトリファイド砥石の製造方法の概略を示す。まず、砥石の構成要素となる砥粒とビトリファイド結合剤、１種類以上の成形助剤（例えば、デキストリン、水で薄めた重油）、粒子状の気孔形成剤を混合し撹拌して、これらの原料を含有する撹拌ミックスを調製する。前記撹拌ミックスを所定の形状、密度にプレス成形した後、乾燥により水分等を除去し、砥粒とビトリファイド結合剤を結合させるために所定の温度で焼成する。その後、所定の寸法に加工して仕上げ、検査を行い最終製品となる。
【０００６】
ビトリファイド砥石の場合、非常に高温で焼成されるために、従来の非セラミック製の気孔形成剤の多くは乾燥或いは焼成工程で分解、燃焼或いは酸化し大気中に放出される。一方、アルミナ中空バルーンの様なセラミック製の気孔形成剤の場合は、そのまま最終製品であるビトリファイド砥石の中に残る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、加工対象の金属部品等の被削材の研削に必要なコスト（費用）の低減のために、研削能率（一定量の被削材を研削するのに必要な時間）や研削比（砥石の摩耗量に対する被削材の摩耗量の比）が高い多孔性ビトリファイド砥石が望まれており、また、被削材の材料としては硬度の小さいものから大きなものまで各種の材料があり、難削材が使用されることも多くなっている。これらの背景から、特に、より高い研削能率や研削比の多孔性ビトリファイド砥石が要求されているが、従来の多孔性ビトリファイド砥石では十分にこの要求を満足できなかった。
【０００８】
本発明の一視点における目的は、製造しようとする多孔性ビトリファイド砥石について、研削能率や研削比を所望の程度に設定して、多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる多孔性ビトリファイド砥石の製造方法を提供することである。また、本発明の他の一視点における目的は、研削能率や研削比の高い多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる多孔性ビトリファイド砥石の製造方法を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の一視点における目的は、被削材が難削材である場合でも研削能率や研削比の高い多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる多孔性ビトリファイド砥石の製造方法を提供することである。また、本発明の他の一視点における目的は、上記本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法に好適に用いることのできる気孔形成剤を提供することである。なお、本発明は、これらの各視点の少なくともいずれかを達成するものであれば足りる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１の視点において、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤を使用する多孔性ビトリファイド砥石の製造方法であって、前記気孔形成剤は、昇華開始温度が１００℃以上２００℃未満である多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により、上記多孔性ビトリファイド砥石の製造方法に関する目的を達成することができる。本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法では、前記気孔形成剤の材料は、当該材料を粒度＃３５の中実粒子にして前記中実粒子のみで径２１ｍｍで高さ１０ｍｍの円柱状成形体であって前記円柱状成形体において前記中実粒子が占める体積の割合が８０体積％である円柱状成形体を成形する際に要する、前記円柱状成形体の中心軸方向の成形圧が８．５Ｎ／ｍｍ ２ 以上になる、加圧に対して変形ないし破壊しにくい材料にすることができる。
【００１１】
また、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法では、前記気孔形成剤の材料は、前記成形圧の値が、テレフタル酸ジメチルを用いた場合に得られる前記成形圧の値以上である、テレフタル酸ジメチルと同等以上に加圧に対して変形しにくい材料にすることができる。さらに、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法では、砥粒と、ビトリファイド結合剤と、前記気孔形成剤と、成形用バインダーを含有する成形体を得る成形工程と、前記成形工程で得られた成形体に含まれる前記気孔形成剤の一部ないし全部を前記成形体から除去する気孔形成剤除去工程と、前記気孔形成剤除去工程で気孔形成剤を除去された成形体を焼成する焼成工程を有することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、第２の視点において、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤であって、昇華開始温度が１００℃以上２００℃未満である気孔形成剤により、上記気孔形成剤に関する目的を達成することができる。本発明の気孔形成剤の材料は、当該材料を粒度＃３５の中実粒子にして前記中実粒子のみで径２１ｍｍで高さ１０ｍｍの円柱状成形体であって前記円柱状成形体において前記中実粒子が占める体積の割合が８０体積％である円柱状成形体を成形する際に要する、前記円柱状成形体の中心軸方向の成形圧が８．５Ｎ／ｍｍ ２ 以上になる、加圧に対して変形ないし破壊しにくい材料にすることができる。また、本発明の気孔形成剤の材料は、前記成形圧の値が、テレフタル酸ジメチルを用いた場合に得られる前記成形圧の値以上である、テレフタル酸ジメチルと同等以上に加圧に対して変形しにくい材料にすることができる。
【００１３】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法で使用するそれぞれの前記特定の気孔形成剤は、加圧に対して変形ないし破壊しにくいので、成形工程において成形体を成形する際の成形圧（成形圧力）の最大値、即ち、気孔形成剤の許容範囲を越える変形ないし破壊が発生しない成形圧の最大値が大きいから、成形工程において成形体を成形する際に設定可能な成形圧の設定可能範囲が広い。成形工程で設定する成形圧を増加させると成形工程で得られる成形体の強度を増加させることができ、その結果、製造後に得られる多孔性ビトリファイド砥石の研削能率や研削比を向上させることができる。
【００１４】
よって、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法は、製造しようとする多孔性ビトリファイド砥石について、研削能率や研削比の設定可能範囲が広く、研削能率や研削比を所望の程度に設定して、多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。また、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法によれば、同じ製造原料（砥粒、ビトリファイド結合剤、気孔形成剤、成形助剤等）を用いる場合でも、成形工程における前記製造原料の成形圧の高低を設定して、研削能率や研削比を変更させて、多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。また、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法によれば、特に、前記成形圧を高い範囲に設定すると、被削材が難削材である場合でも研削能率や研削比の高い多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法は、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤、好ましくは、温度の上昇（例えば、加熱）により固体から気体へ変化する気孔形成剤を使用する。中実粒子状の気孔形成剤は、実質的に内部空間をほとんど有さないものであればよく、加圧に対する強度を著しく損なわない程度であれば、１０体積％以下（好ましくは５体積％以下、より好ましくは３体積％以下）の空間部を含有することができる。
【００１６】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法で使用する気孔形成剤としては、次の第１〜３の気孔形成剤がある。第１の気孔形成剤は、好ましくは、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤であって、昇華開始温度（常圧における物質の減量開始温度）が１１０℃以上２００℃未満（より好ましくは１２０〜２００℃未満、さらに好ましくは１３０〜２００℃未満）であるものである。第１の気孔形成剤の材料としては、例えば、テレフタル酸ジメチルがある。
【００１７】
昇華開始温度が１００℃未満のものは、加圧に対して変形ないし破壊しやすくなる傾向がある。また、昇華開始温度が２００℃以上のものになると、加圧に対して変形ないし破壊しにくいが、気孔形成剤除去工程において昇華させるための温度が必要以上に高くなり、コストが高くなる傾向があるばかりでなく、成形助剤として生砥石（後述の成形工程で成形された成形体）中に混在させている有機物質まで燃焼或いは分解してしまうので、気孔形成剤除去工程後の生砥石の強度が低下する傾向がある。
【００１８】
第２の気孔形成剤は、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤であって、昇華開始温度が１００℃以上２００℃未満であり、材料が、当該材料を粒度＃３５の中実粒子にして前記中実粒子のみで径２１ｍｍで高さ１０ｍｍの円柱状成形体であって前記円柱状成形体において前記中実粒子が占める体積の割合が８０体積％である円柱状成形体を成形する際に要する、前記円柱状成形体の中心軸方向の成形圧が８．５Ｎ／ｍｍ２以上になる、加圧に対して変形ないし破壊しにくい材料である気孔形成剤である。好ましくは、前記成形圧が９Ｎ／ｍｍ２以上（より好ましくは前記成形圧が９．５Ｎ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは前記成形圧が９．８５Ｎ／ｍｍ２以上）の材料である。第２の気孔形成剤の材料としては、例えば、テレフタル酸ジメチル（真比重１．３５）がある。なお、ナフタリン（真比重１．１５）の前記成形圧は７．８７Ｎ／ｍｍ２であり、前記第２の気孔形成剤に該当しない。
【００１９】
第３の気孔形成剤は、好ましくは、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤であって、昇華開始温度が１００℃以上２００℃未満であり、材料が、成形時の温度（一般的には、常温）においてテレフタル酸ジメチルと同等以上に加圧に対して変形ないし破壊しにくい材料（好ましくは、中実粒子状とした場合において、テレフタル酸ジメチルと同等以上に加圧に対して変形ないし破壊しにくい材料）である気孔形成剤である。第３の気孔形成剤の材料としては、例えば、テレフタル酸ジメチルがある。
【００２０】
第１〜３のそれぞれの気孔形成剤の真比重は、例えば、０．９〜１．４にすることができる。気孔形成剤の材料としてテレフタル酸ジメチルを用いる場合、真比重が１．３〜１．４のテレフタル酸ジメチルにすることができる。本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法でより好適に使用することのできる気孔形成剤としては、好ましくは、前記第１の気孔形成剤に該当し、かつ、前記第２の気孔形成剤にも該当する気孔形成剤であり、より好ましくは、前記第１の気孔形成剤に該当し、かつ、前記第２の気孔形成剤に該当し、かつ、前記第３の気孔形成剤にも該当する気孔形成剤である。
【００２１】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法における気孔形成剤として好適に使用できるテレフタル酸ジメチルは、下記の化学式で示され、ジメチルテレフタレート(dimethyl terephthalate)と同じものであり、「ＤＭＴ」と省略する場合もある。
【００２２】
【化１】
【００２３】
昇華開始温度（常圧における物質の減量開始温度）は、ＴＧ（熱重量測定）等の測定で知ることができる。例えば、本発明に好適に用いることができるジメチルテレフタレート(dimethyl terephthalate)（ＤＭＴ）のＴＧ曲線（常圧中で測定）を図２に示す。この曲線によれば、ジメチルテレフタレートの減量開始温度は約１３５〜１４０℃であることがわかる。なお、図２には、ナフタリンのＴＧ曲線も併せて示されており、ナフタリンの減量開始温度は約７０℃であることがわかる。
【００２４】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法では、気孔形成剤として、前記第１〜３の気孔形成剤のうちの２種以上の気孔形成剤を併用することができる。
【００２５】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法では、気孔形成剤の一部として、前記第１〜３の気孔形成剤のいずれにも該当しないものであっても、本発明の気孔形成剤と同様に加圧に対して変形ないし破壊しにくい気孔形成剤であれば、本発明の効果を損なわない範囲で本発明の気孔形成剤と併用することができる。
【００２６】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法は、混合工程、成形工程、乾燥工程、気孔形成剤除去工程、焼成工程をこの順に有することができる。混合工程は、砥粒、ビトリファイド結合剤、気孔形成剤、成形用有機質バインダー等の原料を混合・撹拌して前記各原料が十分に分散した混合物を得る工程である。成形工程は、前記各原料が十分に分散した混合物を加圧して成形し成形体を得る工程である。
【００２７】
前記混合工程で使用する砥粒、本発明の気孔形成剤、これ以外の気孔形成剤の粒径及び配合比は、製造しようとする多孔性ビトリファイド砥石の構造や用途等に応じて適宜設定する。砥粒としては、例えば、ダイヤモンド砥粒、立方晶窒化ホウ素砥粒、溶融アルミナ砥粒、ゾルゲル法により得られる微結晶質アルミナ砥粒等の各種砥粒を用いることができる。砥粒の粒径は、例えば１５〜１０００μｍ（ＪＩＳ Ｒ６００１に基づく粒度で＃１６〜＃８００）、好ましくは４０〜５００μｍにすることができる。
【００２８】
前記混合工程で使用するビトリファイド結合剤の粉末の平均粒径は、好ましくは２〜４０μｍ（より好ましくは２〜３０μｍ、さらに好ましくは４〜２０μｍ、特に好ましくは５〜６μｍ）にする。ビトリファイド結合剤粉末は、軟化点５００℃〜１１００℃のものがあり、焼成温度や砥材の種類に応じて適当なものを用いる。
【００２９】
前記混合工程で使用する成形用バインダーとしては、従来から一般的に成形用のバインダーとして用いられるものでよく、例えば、デキストリン、カルボキシメチルセルロース等を用いることができる。
【００３０】
乾燥工程は、前記成形体に含まれる水分を蒸発させる工程である。気孔形成剤除去工程は、前記成形体に含まれる前記気孔形成剤の一部ないし全部を前記成形体から除去する工程であり、通常は前記成形体を加熱することにより、前記成形体に含まれる本発明の気孔形成剤の一部ないし全部を昇華させて前記成形体から除去する工程にすることができる。乾燥工程における前記成形体の加熱温度は、前記気孔形成剤除去工程における前記成形体の加熱温度よりも低温（例えば、６０〜１００℃）にすることができる。
【００３１】
焼成工程は、前記気孔形成剤除去工程で前記気孔形成剤を除去された成形体を焼成する工程である。焼成工程では、好ましくは、前記気孔形成剤除去工程で前記気孔形成剤を除去した（焼成工程において問題点が生じない程度以上に除去した）成形体を前記ビトリファイド結合剤が砥粒の結合材として作用する作用温度（一般的には、９００〜１３００℃）で所定時間（一般的には、２〜５時間）焼成する。なお、常温から前記作用温度に昇温させるまでの昇温時間と、前記作用温度範囲内で保持する保持時間と、前記作用温度から常温まで放熱させる降温時間を含めた焼成工程の全ての時間は、２４〜１８０時間（およそ１〜７日程度）にすることができる。
【００３２】
【実施例】
気孔形成剤として、粒度＃３６相当の中実粒子状のＤＭＴ(dimethyl terephthalate)を用いて多孔性ビトリファイド砥石を製造した。また、比較のために、気孔形成剤として、粒度＃３６相当の中実粒子状のナフタリン又はアルミナバルーン（アルミナ中空体）を使用して、比較例の各多孔性ビトリファイド砥石を製造した。より詳細には、次のとおりである。
【００３３】
粒度＃５４のＷＡ砥粒（白色の高純度アルミナ砥粒）、ビトリファイド結合剤、成形助剤であるデキストリンと水分で薄めた重油、上記いずれかの気孔形成剤を使用し、これらの原料を、図１に示すような多孔性ビトリファイド砥石の製造方法の製造工程を示す図に記載のように、撹拌し、プレス成形し生砥石（前記原料の成形体）を作製した。
【００３４】
使用した前記ビトリファイド結合剤の化学組成を表１に示す。なお、表１の中の数値は重量％である。また、前記粒度は、ＪＩＳ Ｒ６００１に基づく粒度である。
【００３５】
【表１】
【００３６】
また、成形して得られた生砥石と撹拌の際に用いた各原料の混合比率を重量％で表２に示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
生砥石を得る際の前記プレス成形について、より詳細に説明すると次のとおりである。撹拌した撹拌ミックス（前記各原料の混合物）を所定の密度になるようにプレス成形して、中央部に穴を有するリング状の生砥石を得た。成形された生砥石の寸法は、外径１８４ｍｍ、厚み１６ｍｍ、中央部の穴径７２ｍｍである。
【００３９】
この生砥石は、６０℃で一日、１７０℃で１５時間加熱した後、９００℃で２時間焼成した。焼成して得られた砥石は、外径１７８ｍｍ、厚み１３ｍｍ、中央部の穴径７６．２ｍｍの寸法になるように仕上げ加工を行い、大越式硬度測定、バランス、打音といった砥石検査においてごく一般的に行われている検査を行った。このようにして得られた多孔性ビトリファイド砥石の構造と密度を表３に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
製造した各種の砥石について、多孔性砥石がよく用いられているクリープフィード研削を想定した研削性能試験を行った。試験条件を表４に試験結果を表５に示す。なお、表３における「ボンド」は、焼成後のビトリファイド結合剤を示す。
【００４２】
【表４】
【００４３】
【表５】
【００４４】
表３と表５における砥石番号１〜６の各砥石は、表２における生砥石番号１〜６の各生砥石を焼成して得られたものである。例えば、表３と表５における砥石番号１の砥石は、表２における生砥石番号１の生砥石を焼成して得られたものである。
【００４５】
表５によれば、次のことがわかる。本発明の実施例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号１）は、比較例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号２）よりも、研削比が大きいにもかかわらず、被削材の研削された表面の面粗度を小さく維持している。さらに、本発明の実施例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号１）は、比較例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号３）に比べてほぼ研削比は同等であるにもかかわらず、消費電力が低く研削能率の向上が認められる。
【００４６】
同様に、本発明の実施例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号４）は、比較例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号５）よりも、研削比が大きいにもかかわらず、被削材の研削された表面の面粗度を小さく維持している。さらに、本発明の実施例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号４）は、比較例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号６）に比べてほぼ研削比は同等であるにもかかわらず、消費電力が低く研削能率の向上が認められる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法は、それぞれ、前記特定の気孔形成剤を使用するので、次の効果を奏することができる。
【００４８】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法は、製造しようとする多孔性ビトリファイド砥石について、研削能率や研削比の設定可能範囲が広く、研削能率や研削比を所望の程度に設定して、多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。また、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法によれば、同じ製造原料（砥粒、ビトリファイド結合剤、気孔形成剤、成形助剤等）を用いる場合でも、成形工程における前記製造原料の成形圧の高低を設定して、研削能率や研削比を変更させて、多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。また、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法によれば、特に、前記成形圧を高い範囲に設定することが可能であり、被削材が難削材である場合でも研削能率や研削比の高い多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。
【００４９】
本発明の気孔形成剤は、それぞれ、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法で好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、多孔性ビトリファイド砥石の製造方法の概略を説明するための図であ
【図２】図２は、ＤＭＴとナフタリンのＴＧ曲線を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔性ビトリファイド砥石の製造方法、特に、気孔を多数有する粗組織の多孔性ビトリファイド砥石の製造に好適な多孔性ビトリファイド砥石の製造方法と、前記製造方法で好適に用いることができる気孔形成剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、種々の金属製の部品等の被削材の加工において幅広く使用されている砥石は、加工される部品等の被削材の形状、材質等に応じて、様々な種類の砥石が使用されている。ここで、砥石の特性の一つに砥石の嵩密度、いわゆる組織の粗密の程度が挙げられる。嵩密度の低い、つまり粗組織である多孔性砥石は、研削によって生じる熱を気孔によって放出させる作用があることから、被削材の焼けを生じやすい研削、或いは、砥粒間の距離が広くなることから砥粒突き出しが大きくなり、高能率な加工をするような場合に用いられる。
【０００３】
このような気孔を有するビトリファイド砥石は、砥粒、粉末状のビトリファイド結合剤、気孔形成剤、成形助剤（成形用のバインダー）を原料として製造することができる。一般的には、前記原料を混合し成形して得られる成形体を加熱乾燥し（一般的にはおよそ１〜３重量％の水分を除去して乾燥し）焼成してビトリファイド砥石を製造する。気孔形成剤は、前記成形体の焼成が終了するまでに消失させるので、得られるビトリファイド砥石には気孔が形成される。
【０００４】
気孔形成剤としては、例えば、ナフタリン、クルミ粉、木粉、エポキシやポリスチレン（特公昭３９−０２０４８７号公報）などの有機物質或いはアルミナ中空バルーン（アルミナ中空体）などが使用されている。
【０００５】
図１に、多孔性ビトリファイド砥石の製造方法の概略を示す。まず、砥石の構成要素となる砥粒とビトリファイド結合剤、１種類以上の成形助剤（例えば、デキストリン、水で薄めた重油）、粒子状の気孔形成剤を混合し撹拌して、これらの原料を含有する撹拌ミックスを調製する。前記撹拌ミックスを所定の形状、密度にプレス成形した後、乾燥により水分等を除去し、砥粒とビトリファイド結合剤を結合させるために所定の温度で焼成する。その後、所定の寸法に加工して仕上げ、検査を行い最終製品となる。
【０００６】
ビトリファイド砥石の場合、非常に高温で焼成されるために、従来の非セラミック製の気孔形成剤の多くは乾燥或いは焼成工程で分解、燃焼或いは酸化し大気中に放出される。一方、アルミナ中空バルーンの様なセラミック製の気孔形成剤の場合は、そのまま最終製品であるビトリファイド砥石の中に残る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、加工対象の金属部品等の被削材の研削に必要なコスト（費用）の低減のために、研削能率（一定量の被削材を研削するのに必要な時間）や研削比（砥石の摩耗量に対する被削材の摩耗量の比）が高い多孔性ビトリファイド砥石が望まれており、また、被削材の材料としては硬度の小さいものから大きなものまで各種の材料があり、難削材が使用されることも多くなっている。これらの背景から、特に、より高い研削能率や研削比の多孔性ビトリファイド砥石が要求されているが、従来の多孔性ビトリファイド砥石では十分にこの要求を満足できなかった。
【０００８】
本発明の一視点における目的は、製造しようとする多孔性ビトリファイド砥石について、研削能率や研削比を所望の程度に設定して、多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる多孔性ビトリファイド砥石の製造方法を提供することである。また、本発明の他の一視点における目的は、研削能率や研削比の高い多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる多孔性ビトリファイド砥石の製造方法を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の一視点における目的は、被削材が難削材である場合でも研削能率や研削比の高い多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる多孔性ビトリファイド砥石の製造方法を提供することである。また、本発明の他の一視点における目的は、上記本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法に好適に用いることのできる気孔形成剤を提供することである。なお、本発明は、これらの各視点の少なくともいずれかを達成するものであれば足りる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１の視点において、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤を使用する多孔性ビトリファイド砥石の製造方法であって、前記気孔形成剤は、昇華開始温度が１００℃以上２００℃未満である多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により、上記多孔性ビトリファイド砥石の製造方法に関する目的を達成することができる。本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法では、前記気孔形成剤の材料は、当該材料を粒度＃３５の中実粒子にして前記中実粒子のみで径２１ｍｍで高さ１０ｍｍの円柱状成形体であって前記円柱状成形体において前記中実粒子が占める体積の割合が８０体積％である円柱状成形体を成形する際に要する、前記円柱状成形体の中心軸方向の成形圧が８．５Ｎ／ｍｍ ２ 以上になる、加圧に対して変形ないし破壊しにくい材料にすることができる。
【００１１】
また、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法では、前記気孔形成剤の材料は、前記成形圧の値が、テレフタル酸ジメチルを用いた場合に得られる前記成形圧の値以上である、テレフタル酸ジメチルと同等以上に加圧に対して変形しにくい材料にすることができる。さらに、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法では、砥粒と、ビトリファイド結合剤と、前記気孔形成剤と、成形用バインダーを含有する成形体を得る成形工程と、前記成形工程で得られた成形体に含まれる前記気孔形成剤の一部ないし全部を前記成形体から除去する気孔形成剤除去工程と、前記気孔形成剤除去工程で気孔形成剤を除去された成形体を焼成する焼成工程を有することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、第２の視点において、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤であって、昇華開始温度が１００℃以上２００℃未満である気孔形成剤により、上記気孔形成剤に関する目的を達成することができる。本発明の気孔形成剤の材料は、当該材料を粒度＃３５の中実粒子にして前記中実粒子のみで径２１ｍｍで高さ１０ｍｍの円柱状成形体であって前記円柱状成形体において前記中実粒子が占める体積の割合が８０体積％である円柱状成形体を成形する際に要する、前記円柱状成形体の中心軸方向の成形圧が８．５Ｎ／ｍｍ ２ 以上になる、加圧に対して変形ないし破壊しにくい材料にすることができる。また、本発明の気孔形成剤の材料は、前記成形圧の値が、テレフタル酸ジメチルを用いた場合に得られる前記成形圧の値以上である、テレフタル酸ジメチルと同等以上に加圧に対して変形しにくい材料にすることができる。
【００１３】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法で使用するそれぞれの前記特定の気孔形成剤は、加圧に対して変形ないし破壊しにくいので、成形工程において成形体を成形する際の成形圧（成形圧力）の最大値、即ち、気孔形成剤の許容範囲を越える変形ないし破壊が発生しない成形圧の最大値が大きいから、成形工程において成形体を成形する際に設定可能な成形圧の設定可能範囲が広い。成形工程で設定する成形圧を増加させると成形工程で得られる成形体の強度を増加させることができ、その結果、製造後に得られる多孔性ビトリファイド砥石の研削能率や研削比を向上させることができる。
【００１４】
よって、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法は、製造しようとする多孔性ビトリファイド砥石について、研削能率や研削比の設定可能範囲が広く、研削能率や研削比を所望の程度に設定して、多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。また、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法によれば、同じ製造原料（砥粒、ビトリファイド結合剤、気孔形成剤、成形助剤等）を用いる場合でも、成形工程における前記製造原料の成形圧の高低を設定して、研削能率や研削比を変更させて、多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。また、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法によれば、特に、前記成形圧を高い範囲に設定すると、被削材が難削材である場合でも研削能率や研削比の高い多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法は、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤、好ましくは、温度の上昇（例えば、加熱）により固体から気体へ変化する気孔形成剤を使用する。中実粒子状の気孔形成剤は、実質的に内部空間をほとんど有さないものであればよく、加圧に対する強度を著しく損なわない程度であれば、１０体積％以下（好ましくは５体積％以下、より好ましくは３体積％以下）の空間部を含有することができる。
【００１６】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法で使用する気孔形成剤としては、次の第１〜３の気孔形成剤がある。第１の気孔形成剤は、好ましくは、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤であって、昇華開始温度（常圧における物質の減量開始温度）が１１０℃以上２００℃未満（より好ましくは１２０〜２００℃未満、さらに好ましくは１３０〜２００℃未満）であるものである。第１の気孔形成剤の材料としては、例えば、テレフタル酸ジメチルがある。
【００１７】
昇華開始温度が１００℃未満のものは、加圧に対して変形ないし破壊しやすくなる傾向がある。また、昇華開始温度が２００℃以上のものになると、加圧に対して変形ないし破壊しにくいが、気孔形成剤除去工程において昇華させるための温度が必要以上に高くなり、コストが高くなる傾向があるばかりでなく、成形助剤として生砥石（後述の成形工程で成形された成形体）中に混在させている有機物質まで燃焼或いは分解してしまうので、気孔形成剤除去工程後の生砥石の強度が低下する傾向がある。
【００１８】
第２の気孔形成剤は、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤であって、昇華開始温度が１００℃以上２００℃未満であり、材料が、当該材料を粒度＃３５の中実粒子にして前記中実粒子のみで径２１ｍｍで高さ１０ｍｍの円柱状成形体であって前記円柱状成形体において前記中実粒子が占める体積の割合が８０体積％である円柱状成形体を成形する際に要する、前記円柱状成形体の中心軸方向の成形圧が８．５Ｎ／ｍｍ２以上になる、加圧に対して変形ないし破壊しにくい材料である気孔形成剤である。好ましくは、前記成形圧が９Ｎ／ｍｍ２以上（より好ましくは前記成形圧が９．５Ｎ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは前記成形圧が９．８５Ｎ／ｍｍ２以上）の材料である。第２の気孔形成剤の材料としては、例えば、テレフタル酸ジメチル（真比重１．３５）がある。なお、ナフタリン（真比重１．１５）の前記成形圧は７．８７Ｎ／ｍｍ２であり、前記第２の気孔形成剤に該当しない。
【００１９】
第３の気孔形成剤は、好ましくは、昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤であって、昇華開始温度が１００℃以上２００℃未満であり、材料が、成形時の温度（一般的には、常温）においてテレフタル酸ジメチルと同等以上に加圧に対して変形ないし破壊しにくい材料（好ましくは、中実粒子状とした場合において、テレフタル酸ジメチルと同等以上に加圧に対して変形ないし破壊しにくい材料）である気孔形成剤である。第３の気孔形成剤の材料としては、例えば、テレフタル酸ジメチルがある。
【００２０】
第１〜３のそれぞれの気孔形成剤の真比重は、例えば、０．９〜１．４にすることができる。気孔形成剤の材料としてテレフタル酸ジメチルを用いる場合、真比重が１．３〜１．４のテレフタル酸ジメチルにすることができる。本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法でより好適に使用することのできる気孔形成剤としては、好ましくは、前記第１の気孔形成剤に該当し、かつ、前記第２の気孔形成剤にも該当する気孔形成剤であり、より好ましくは、前記第１の気孔形成剤に該当し、かつ、前記第２の気孔形成剤に該当し、かつ、前記第３の気孔形成剤にも該当する気孔形成剤である。
【００２１】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法における気孔形成剤として好適に使用できるテレフタル酸ジメチルは、下記の化学式で示され、ジメチルテレフタレート(dimethyl terephthalate)と同じものであり、「ＤＭＴ」と省略する場合もある。
【００２２】
【化１】
昇華開始温度（常圧における物質の減量開始温度）は、ＴＧ（熱重量測定）等の測定で知ることができる。例えば、本発明に好適に用いることができるジメチルテレフタレート(dimethyl terephthalate)（ＤＭＴ）のＴＧ曲線（常圧中で測定）を図２に示す。この曲線によれば、ジメチルテレフタレートの減量開始温度は約１３５〜１４０℃であることがわかる。なお、図２には、ナフタリンのＴＧ曲線も併せて示されており、ナフタリンの減量開始温度は約７０℃であることがわかる。
【００２４】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法では、気孔形成剤として、前記第１〜３の気孔形成剤のうちの２種以上の気孔形成剤を併用することができる。
【００２５】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法では、気孔形成剤の一部として、前記第１〜３の気孔形成剤のいずれにも該当しないものであっても、本発明の気孔形成剤と同様に加圧に対して変形ないし破壊しにくい気孔形成剤であれば、本発明の効果を損なわない範囲で本発明の気孔形成剤と併用することができる。
【００２６】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法は、混合工程、成形工程、乾燥工程、気孔形成剤除去工程、焼成工程をこの順に有することができる。混合工程は、砥粒、ビトリファイド結合剤、気孔形成剤、成形用有機質バインダー等の原料を混合・撹拌して前記各原料が十分に分散した混合物を得る工程である。成形工程は、前記各原料が十分に分散した混合物を加圧して成形し成形体を得る工程である。
【００２７】
前記混合工程で使用する砥粒、本発明の気孔形成剤、これ以外の気孔形成剤の粒径及び配合比は、製造しようとする多孔性ビトリファイド砥石の構造や用途等に応じて適宜設定する。砥粒としては、例えば、ダイヤモンド砥粒、立方晶窒化ホウ素砥粒、溶融アルミナ砥粒、ゾルゲル法により得られる微結晶質アルミナ砥粒等の各種砥粒を用いることができる。砥粒の粒径は、例えば１５〜１０００μｍ（ＪＩＳ Ｒ６００１に基づく粒度で＃１６〜＃８００）、好ましくは４０〜５００μｍにすることができる。
【００２８】
前記混合工程で使用するビトリファイド結合剤の粉末の平均粒径は、好ましくは２〜４０μｍ（より好ましくは２〜３０μｍ、さらに好ましくは４〜２０μｍ、特に好ましくは５〜６μｍ）にする。ビトリファイド結合剤粉末は、軟化点５００℃〜１１００℃のものがあり、焼成温度や砥材の種類に応じて適当なものを用いる。
【００２９】
前記混合工程で使用する成形用バインダーとしては、従来から一般的に成形用のバインダーとして用いられるものでよく、例えば、デキストリン、カルボキシメチルセルロース等を用いることができる。
【００３０】
乾燥工程は、前記成形体に含まれる水分を蒸発させる工程である。気孔形成剤除去工程は、前記成形体に含まれる前記気孔形成剤の一部ないし全部を前記成形体から除去する工程であり、通常は前記成形体を加熱することにより、前記成形体に含まれる本発明の気孔形成剤の一部ないし全部を昇華させて前記成形体から除去する工程にすることができる。乾燥工程における前記成形体の加熱温度は、前記気孔形成剤除去工程における前記成形体の加熱温度よりも低温（例えば、６０〜１００℃）にすることができる。
【００３１】
焼成工程は、前記気孔形成剤除去工程で前記気孔形成剤を除去された成形体を焼成する工程である。焼成工程では、好ましくは、前記気孔形成剤除去工程で前記気孔形成剤を除去した（焼成工程において問題点が生じない程度以上に除去した）成形体を前記ビトリファイド結合剤が砥粒の結合材として作用する作用温度（一般的には、９００〜１３００℃）で所定時間（一般的には、２〜５時間）焼成する。なお、常温から前記作用温度に昇温させるまでの昇温時間と、前記作用温度範囲内で保持する保持時間と、前記作用温度から常温まで放熱させる降温時間を含めた焼成工程の全ての時間は、２４〜１８０時間（およそ１〜７日程度）にすることができる。
【００３２】
【実施例】
気孔形成剤として、粒度＃３６相当の中実粒子状のＤＭＴ(dimethyl terephthalate)を用いて多孔性ビトリファイド砥石を製造した。また、比較のために、気孔形成剤として、粒度＃３６相当の中実粒子状のナフタリン又はアルミナバルーン（アルミナ中空体）を使用して、比較例の各多孔性ビトリファイド砥石を製造した。より詳細には、次のとおりである。
【００３３】
粒度＃５４のＷＡ砥粒（白色の高純度アルミナ砥粒）、ビトリファイド結合剤、成形助剤であるデキストリンと水分で薄めた重油、上記いずれかの気孔形成剤を使用し、これらの原料を、図１に示すような多孔性ビトリファイド砥石の製造方法の製造工程を示す図に記載のように、撹拌し、プレス成形し生砥石（前記原料の成形体）を作製した。
【００３４】
使用した前記ビトリファイド結合剤の化学組成を表１に示す。なお、表１の中の数値は重量％である。また、前記粒度は、ＪＩＳ Ｒ６００１に基づく粒度である。
【００３５】
【表１】
また、成形して得られた生砥石と撹拌の際に用いた各原料の混合比率を重量％で表２に示す。
【００３７】
【表２】
生砥石を得る際の前記プレス成形について、より詳細に説明すると次のとおりである。撹拌した撹拌ミックス（前記各原料の混合物）を所定の密度になるようにプレス成形して、中央部に穴を有するリング状の生砥石を得た。成形された生砥石の寸法は、外径１８４ｍｍ、厚み１６ｍｍ、中央部の穴径７２ｍｍである。
【００３９】
この生砥石は、６０℃で一日、１７０℃で１５時間加熱した後、９００℃で２時間焼成した。焼成して得られた砥石は、外径１７８ｍｍ、厚み１３ｍｍ、中央部の穴径７６．２ｍｍの寸法になるように仕上げ加工を行い、大越式硬度測定、バランス、打音といった砥石検査においてごく一般的に行われている検査を行った。このようにして得られた多孔性ビトリファイド砥石の構造と密度を表３に示す。
【００４０】
【表３】
製造した各種の砥石について、多孔性砥石がよく用いられているクリープフィード研削を想定した研削性能試験を行った。試験条件を表４に試験結果を表５に示す。なお、表３における「ボンド」は、焼成後のビトリファイド結合剤を示す。
【００４２】
【表４】
【表５】
表３と表５における砥石番号１〜６の各砥石は、表２における生砥石番号１〜６の各生砥石を焼成して得られたものである。例えば、表３と表５における砥石番号１の砥石は、表２における生砥石番号１の生砥石を焼成して得られたものである。
【００４５】
表５によれば、次のことがわかる。本発明の実施例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号１）は、比較例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号２）よりも、研削比が大きいにもかかわらず、被削材の研削された表面の面粗度を小さく維持している。さらに、本発明の実施例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号１）は、比較例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号３）に比べてほぼ研削比は同等であるにもかかわらず、消費電力が低く研削能率の向上が認められる。
【００４６】
同様に、本発明の実施例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号４）は、比較例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号５）よりも、研削比が大きいにもかかわらず、被削材の研削された表面の面粗度を小さく維持している。さらに、本発明の実施例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号４）は、比較例の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法により製造された多孔性ビトリファイド砥石（砥石番号６）に比べてほぼ研削比は同等であるにもかかわらず、消費電力が低く研削能率の向上が認められる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法は、それぞれ、前記特定の気孔形成剤を使用するので、次の効果を奏することができる。
【００４８】
本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法は、製造しようとする多孔性ビトリファイド砥石について、研削能率や研削比の設定可能範囲が広く、研削能率や研削比を所望の程度に設定して、多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。また、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法によれば、同じ製造原料（砥粒、ビトリファイド結合剤、気孔形成剤、成形助剤等）を用いる場合でも、成形工程における前記製造原料の成形圧の高低を設定して、研削能率や研削比を変更させて、多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。また、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法によれば、特に、前記成形圧を高い範囲に設定することが可能であり、被削材が難削材である場合でも研削能率や研削比の高い多孔性ビトリファイド砥石を製造することができる。
【００４９】
本発明の気孔形成剤は、それぞれ、本発明の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法で好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、多孔性ビトリファイド砥石の製造方法の概略を説明するための図であ
【図２】図２は、ＤＭＴとナフタリンのＴＧ曲線を示す図である。
Claims (5)
- 昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤を使用する多孔性ビトリファイド砥石の製造方法であって、
前記気孔形成剤は、昇華開始温度が１００℃以上２００℃未満であることを特徴とする多孔性ビトリファイド砥石の製造方法。 - 前記気孔形成剤の材料は、テレフタル酸ジメチルであることを特徴とする請求項１に記載の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法。
- 砥粒と、ビトリファイド結合剤と、前記気孔形成剤と、成形用バインダーを含有する成形体を得る成形工程と、
前記成形工程で得られた成形体に含まれる前記気孔形成剤の一部ないし全部を前記成形体から除去する気孔形成剤除去工程と、
前記気孔形成剤除去工程で気孔形成剤を除去された成形体を焼成する焼成工程を有することを特徴とする請求項１〜２のいずれか一に記載の多孔性ビトリファイド砥石の製造方法。 - 昇華性を有する中実粒子状の気孔形成剤であって、昇華開始温度が１００℃以上２００℃未満であることを特徴とする気孔形成剤。
- 前記気孔形成剤の材料は、テレフタル酸ジメチルであることを特徴とする請求項４に記載の気孔形成剤。
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