JPH0326467A - 多気孔金属ホイールとその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規な多気孔金属ホイールとその製造法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

最近、セラミックス、超硬合金、高速度鋼などの研削が
困難な難削材を使用する度合が多くなり、これを研削す
る必要が益々重要となり、これに伴ってダイヤモンド砥
粒や立方品系窒化ホウ素砥粒等の超砥粒を使用した研削
ホイールが益々使用されるようになった。かかる超砥粒
使用の研削ホイールは、一般の場合と同様結合剤の種類
に応じてビトリフ７イドボンド系、レジノイドボンド系
、メタルボンド系等のものがあるが、それぞれ一長一短
があり、強度や保持力、長寿命等から、金属及びその合
金を結合剤として用いたメタルボンド系のものが主とし
て用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし従来のかかるメタルボンド系の研削ホイールは気
孔がほとんどないため、メタルポンドホイ〜ルと彼削材
との間に研削時に摩擦が生ｌ２多爪ω熱が発生ずる。こ
れを冷却するべく研削液を用いてもその液が研削作用面
に十分（ｇ給されないため熱の吸収発散ができない。又
、披削相を深くり１削する場合、研削切り屑の逃げ場が
なくその切りＩＩ１のため披削利に多大のダメージを与
えることが多い。かくてこれらの問題を解決しうる気孔
をｔｊｆ一つ多気孔のメタルボンド系研削ホイー・ルの
開発が望まれていた。

従来、かかるメタルボンド系研削ホイールを作るに当っ
ては銅、錫、モリブデン、マンガン等の金庫及びそのａ
金、例えばブロンズの粉末と砥粒こを況合し或櫓型に入
れて加熱、プレスｌ７て焼結ずるとか、戊型型に入れて
プ１ノス【２、型抜き後加熱、焼結する方法によって作
られていたが、いずれもブｌ／ス１，て圧縮或型するた
め気孔がほとんどなくなり、気孔率は０〜５容積％とご
く少なくなった。従って従来の製法では、多気孔のメタ
ルボンド系研削ホイールを得ることが出来なかー）た。

ビｌ・リファイドボンド系でも多気孔の研削ホイールの
開発が進めら４１ているが高い強度と結＾力のものを得
るには至っていない。

かくて、本発明者らはかかる課題を解決しで、強度、結
合力、保持力に優れ、難削材の研削に良好に使用するこ
とができる多気孔のメタルボンド系研削ホイールとその
製造方法を提供することを目的と【２て種々の実験、研
究を重ねた。その結果、溶融金属及びその合金から出発
し、気孔形戊＋４を用いて、かかる目的を達或【７うる
ことを見出して本発明に至ったものである。

〔課題を解決するだめの手段〕

かくて本発明は結合剤とｊ７て作用する基地金属中に該
金屓の３〜５０容積％の研削用砥粒と、直径１５關以下
の気孔を分散させ、この気孔は多気孔複合体全体の容積
の１０−７５％＾めることを特徴とする多気孔金属ホイ
ールを提供するものである。

本発明は、また、溶融ｌ２ている金属及びその合金を攪
拌しながら該金属及びその合金の３〜５０容積％の研削
用砥粒を加え、更に攪拌しながら気孔形成例を添加しー
Ｃ直径１５開以下の気化を多気孔複合体全体の容積の１
０−７５％の瓜その複合月内部に形成せＩ７めるように
することを特徴とする多気孔金屈ホイールの製造法を提
供するものである。

通常の通電無しの研削に於いては、２ビトリフ７イドボ
ンドで製造したスティクで［］立てを行ｔｉい被削材の
研削加工を行なう。

通電して研削を行なうＬきは研削中に多気孔研削ホイー
ルと被削材との間に電圧を印加１，て、括地金属を・電
気分解させ、研削用砥粒を金属表１ｉｉより突出させて
、研削１一つつ自動的に目−）７てを行うようにし５て
使用する。

以Ｆ本発明についで、特に本宛明に係る多気札金屈研削
ホイールの製造法について詳し、く説ｌ１ｊｌ＃゛る。

まオ基地金屈すなわち結合剤となる金１萬及びその合金
を電気炉内のルツボでそれらの融点以上に加魅［，，て
溶融する。かかる金届及びその合金と１−５ではアルミ
ニウム、マグネシウム、銅、錫、亜鉛、等の各挿金属及
びその合金を用いることかできるが、アルミニウム合金
特にケイ素を５〜４０！ｆ１ｍ％ａむアルミニウムーケ
イ素合金を用いるのが好ましい。この外アルミニウムー
銅合金、アルミニウムーマグネシウム合金も好んで用い
られる。ルンボ内でこれらの溶融金属材料を攪袢しなが
ら、増粘剤を加えて、粘度を最適に調整し気孔１１二成
ｆ＋用を良好ならしめるようにする。増粘剤とｉ〜で各
種のものを用いうるが、上記の如きアルミニウノ−、合
金の場合はその合金の瓜の０．２−８重足％の金犀カル
シウムを用いるのが好ましい。

溶融金属に必要な増粘剤を徐々に加え、よく攪拌し？，
Ｋから次いで研削用砥粒を所定量徐々に加える１，ここ
に用いる砥粒としては上記の如き超砥粒（ダイヤモンド
砥粒、立方品系窒化ホウ素砥ｔ，Ｉ，　Ａ：，；）の外
１，テ通常の研削砥石に用いられている砥粒、たとえば
アルミナ、ジルコニア等の酸化物、炭化ケイ素、炭化４
さウ累等の炭化物、窒化アルミニウム、室化）７イ素等
の室化物等の砥粒を用いることができる，、その鑓は溶
融金属の約３〜５０容積２ｏの範囲が好ましい。

このようにルツボ内で溶融金属と増粘剤と砥拉をよく攪
拌混合した後、これを別の炉内で同様に前記金属材料の
融点以上に加熱されている別のルツボに移す。よく攪拌
を行ないながら気孔形成材を添加して均一分散を行なわ
せる。この気孔形成材としては気孔を形成する物質であ
れば任意の物を用いることができる。例えばシラスバル
ーン、バーライト、炭素系の中空ビーズ、セラミックス
中空ビーズ等を用い得るが、アルミニウム合金の場合は
シラスバルーン、パーライト、炭素系のＬＩＪ空ビーズ
等を用いるのが望ましい。この他シラス、セラミックス
中空ビーズ等を用いることができる。

かかる気孔形成材は多気孔複合体の容積の約１０〜７５
％の量が用いられる。

ここに用いられる気孔形成材はいずれも内部に多数の気
孔を有するもの又は内部が中空になっているものであり
、天然品をそのまま用いることができまた加工、市販の
ものを用いることができる。

その大きさは通常１５ｍｍ以下、好ましくは３〜５ＩＩ
１である。勿論これらの気孔形成材は融点が高いもので
あり基地金属が溶融している山に混合しても溶融するこ
となく、この形状ひいては内部気孔をそのまま保持し後
のホイール製品乃至複合材製品に必要な気孔率を与える
ことができる。

気孔形成材の均一分散をはかった後、ルツボごと取り出
し別の炉内で同様に前記金属の融点以上に加熱されてい
る鋳型に鋳込み冷却、凝固させ取り出すと多気孔金属ホ
イールかえられる。この際気孔形成材の種類、粒径、量
、攪拌速度、攪袢時間等の各種条件を調整することによ
って気孔の径、気孔率等を調整することができる。この
ようにしてえられた多気孔金属ホイールは直径１５門以
下の大きさの多数の気孔を有しており、その気孔率は多
気孔複合体の容積の約１０〜７５％の範囲であり、砥粒
は結合剤としての基地金属の中に３〜５０容積％分散し
、基地金属が結合材となって強固に結合されている。

このようにして、用いた気孔形成材が本来Ｈする気孔が
非連続的に均一に分散し又は研削口！ｔに脱落する気孔
形戊材のあとに気孔が生戊する等して上記の如き容量の
気孔が生成する。この気孔は比較的丸味を帯びており壁
が厚く、自由研削してもホイールの消耗が少ないなどの
特徴を有している。

又このように大きな気孔率に係わらずホイール自体の強
度や砥粒と基地金属との結合力、砥粒の保持力も良好で
ある。

ここで得られるホイールはたとえば第５図について示す
ようなリング状をなしそのまま研削の用に供しうるちの
もあるが、第６図（ａ）〜（ｅ）で示すようなリングを
数等分したいわば扇状のもの或いは角形、長方形状等の
任意形態の個々のセグメント状のものとするか又は断面
が例えば扇状の厚みの大きないわば屋根瓦状のものをつ
くりこれを所定幅乃至厚みに切断して個々のセグメント
をつくり、これらをエボキシ樹脂等の接着剤で他のセグ
メントと或いは基盤材料と接着して研削用のホイールを
形或することが多い。従って本允明で多気孔金属ホイー
ルというもそのままで研削して供しうるリング状のもの
に限らず、上ｌ己の如き通常数個組合わせて必要により
基盤とともに１個の研削ホイールを形或するセグメント
をもさすものとし時に複合材又は複合体とも称すること
かある。かくて鋳型もそれに対応する大きさ、形状を有
するものが用いられる。

このように本発明の多気孔金属ホイールは抽々の形態に
製造し、使用に供することができる。例えば第５図に示
すように全体を一体に形成することもできる。この図に
おいて１は砥粒、２は気孔、３は結合剤（基地金属）を
示す。このホイールは中央六部４により研削機械に取り
付けられ同転して外周研削面５により被削材料を研削す
る。

しかし第５図の如きホイールにあっては外周部で研削す
るのみなので第６図（ａ）のように中央部を他の材料の
基盤６で形戊すると、特に高価な超砥粒を用いている時
経済的である。この基盤材料としてはアルミニウム、ニ
ッケル、銅等の非鉄金属、一般鋼、特殊鋼等の鉄金属、
その他各種合成樹脂、セラミックス等を用いることがで
きる。

又この際多気孔金属材料は小さくリングを数等分したセ
グメン１・状７にＦ′ＪＪ断Ｌ，て、該基盤材料６の外
周に所要個数接首剤８によって柑−Ｆｉに接右さ七るの
が好まし，い。基地金属がアルミニウム合金の時は？ル
ミニウム金属又はその合金製の基盤が好まＬ，い。この
場合もちろん外周而で研削する。

又第６図０））のように薄いＰｌ盤状の社盤６上にセグ
メント状の多気孔金屈７を接着剤３によーノて貼合わせ
ることもできる。この場合中心部まで数周の円周状に又
はリング状にセグメント・′７を貼音わ｛Ｌ二のような
側Ｉｌｉ９を＆ＪＦ削而と１−で表１ｔｉ研磨を行なう
こノニができる。この外第６図（ｌ３）のように数周貼
合わせることなく同（Ｃ）のように外川の一周のみセグ
メント状多気孔金屈を貼合わせることもできる。この場
合も側面９が研削而と１，て用いられる，）更に飼（ｄ
）のように長ｈ形の基盤Ｃ）のｊ−に同じ大きさの長方
形の多気孔金屈を馴合わせて、又は基盤を用いることな
く長方形の多気孔金属のままで、揺動を伴う又はｆ＋わ
ない往復運動による研削、研磨に適当な多気孔金属ホイ
ールとすることもできる。本発明の多気孔金属ホイール
はこのように円形状のみでなく力形状のものノ）含まれ
る。第１図はこのようにして得られた本発明の多気孔金
屈ポイールを説明の便宜」−拡人１，て図示ｌ，たもの
である。前記と同様に１が砥粒、２が気孔、３が結音削
（基地金屈）を示す。

尚、第６図（ａ）においては、円形状の基盤６の外周面
状に、適当個数のセグメンｌ・状多気孔金屈′７が貼イ
・１けられているが、この外第６図（ｅ）に示すように
基盤６を適当数の多角形に形成し、その直線状又は平而
状の外周而状にそれに適ａずるように形成されｔ：、即
ち外周研削而５は円周状に、内周接６面１１は直線状に
形戊されたセグメン１・状の多気孔金属７を接とク剤８
て貼Ａ，わせることもできる。

なおまた、今まで説明し７た製造方法は、主として、基
地金屈を溶解し、その中に増粘剤を入れ、砥粒及び気孔
形成剤を投入し攪拌１，たちのを鋳型に鋳込み、冷却後
離型を行ない、セグメンＩ・加工を施し、合金又は基盤
に接着する、所謂、セグメントタイプのホイールの製造
方法であるが、第ｂ図（ｆ）の様なホイールも製造可能
である。

即ち、鋳型に金属製のリング状台金をコア材こして（１
１込み、コア材の溶解温度以下の温度で加熱し１別の炉
で基地金属を溶解し、その中に増粘剤を入れ、砥粒及び
気孔形成剤を投入］，攪ｒ１゛シたものを前記台金のコ
ア材の周囲に圧人あるいは、流し込んで冷却後鋳型から
取出しても同じ口的の多気孔金Ｘホイールが得られる。

この場ａ鋳込まれた金屈複急体が溶融状態でコア材の金
屈製．７；（盤に溶着するので接′４ゴ剤を要すること
むく〜．いに接？１させることができる。

また、リング状の鋳物が１４１来る鋳型に、上記基地金
屈を溶解【７、その中に増枯剤を入れ、砥拉及び気孔形
戊剤を投入し攪拌したものを圧人あるいは、流し込んで
冷却後離型を行ないリング状に作り、それを「１形状今
金の周囲に嵌め込み接着しても同じ目的の多気孔金属ホ
イールが得られる。

このような多気孔研削ホイールは回転運動又は往復運動
により被削材を通常研削、通常＋ｉＪＦ磨するのに用い
られるがこのホイールと披削拐との間に電圧を印加、通
電することによって電気分Ｍ又は放電により基地金属を
分解させ、そのホイール中の砥粒を該金属表面から突出
させて研削１−ながら自動的に目立てを行なうこともで
きる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例について史に詳１，＜説明する。

実施例１ ケイ素１５重量％を含むアルミニウムーケイ素合金３０
０ｇを電気炉内で７００℃に加熱されたルツボで溶解し
、５　０　０　ｒｐｍの回転速度を有する攪拌羽根にて
よく攪拌【７ながら増粘剤として金屈カルシウム１　２
　ｇを徐々に投入した。５分間攪拌した後次いで拉度１
４０／１７０メッシュの立方晶系窒化ホウ素砥粒１００
ｇを徐々に投入ｌ２、２分間攪拌した。

このように混含された伺料を別の炉内で７００℃に加熱
されているルツボに移しこみ、８　０　０ｒｐｍの回転
速度にセットされた攪拌羽根にて攪けを行ないながら気
孔形成｛４として直径３關以下のバーライトを加え均一
に分散するように５分間攪拌した。次いで別の炉内で７
００℃に加熱されている鋳型を炉外に取り出して多気孔
アルミニウム合金複合体を鋳型の中に鋳込み冷却凝固さ
せた。

このようにして得られた多気孔アルミニウム合金複合体
は円周を１５等分し幅を１０ｍｍとした第６図（ａ）に
示す如き形状のセグメントをなしたものでありその気孔
の径は１〜１０關であり、気孔率は多気孔金属複合体の
約５０容積％であった。

この合金の表面の模様はほぼ第１図のようであった。

実施例２ 実施例１にて製造した多気孔金属複合体のセグメント１
５個をアルミニウム円板の外周に第６図（ａ）のように
エボキシ樹脂を用いて貼付して外径２００ｍｍ，厚さ１
５＋＋＋＋ｗ，穴径５０．８ｎｕｓの大きさに加工して
ホイールＡを作り、被削材としてダイス鋼（ＳＫＤ−１
，ＨＲＣ６０）を用いて研削実験を行なった。その際一
方では５０Ｖの電江を印加し他方ではかかる電圧の印加
なしで行なった。

その他の研削条件は次のとおり； 横軸平面研削盤でホイール周速度２０００ｍ／ｆｆｉｌ
ｎ　ｓテーブル速度２０ｍ／ｗｉｎ，切りこみ０．００
４ｓｍ／バスのフランジ研削。

電圧を印加しないで研削した後の多気孔金属ホイールの
表面は第４図（ａ）（ｂ）に示す通りであり、基地金属
の表面に砥粒は突き出ていない。

しかし、ビトリファイドボンドで製造したスティクでド
レッシングを行なうと、表面の基地金属向（外周面）か
ら砥粒が突き出ていて、多気孔金属ホイールの表面を断
面図で表すと第４図（ｃ）とほぼ同じである。又、電圧
を印加した研削後の多気孔金屈ホイールの表面を断面図
で表すと第４図（ｃ）に示すとおりである。表面の基地
金属曲（外周面）から砥粒が突き出ていて、自動的に１
１立てがなされていることが示されている。尚その平面
図は第４図（ａ）とほぼ同じである。

実施例３ ケイ素の含有ｆｆｉ（重量％）の異なるアルミニウムー
ケイ素合金（ケイ素の含有量を５、１０、１５）を基地
金属として用い、実施例１と同じ方法で立方晶系窒化ホ
ウ素砥粒（粒度＃１７０／２００、＃３２５／４００）
を用いて多気孔金属を作り、それをセグメント加工し基
盤に貼付して実施例１と同じ寸法の研削ホイールをそれ
ぞれ作った。このようにして得られた６種類のホイール
を使って次の条件で被削材としてダイス鋼（ＳＫＤ−１
，ＨＲＣ６０）を用いて研削加王を行なった。横軸平面
研削盤でホイール周速度２０００ｍ／ｍｌｎｓテーブル
速度２０ｍ／ｗｉｎ，切りこみ（μ／回）は粒度により
変化、クロスフィード２■のトラバース研削、ただし、
電圧を印加せずに、研削加工した。そしてそれぞれの場
合の研削量、及び研削抵抗を測定してケイ素含有量の嚢
化によるそれぞれの性質の変化の傾向を第２図（ａ）（
ｂ）に示した。又切りこみ量による傾向を第３図（ａ）
（ｂ）に示した。ケイ素含有量の増加につれて研削量は
漸次増大し、消耗量は著しく減少すること、研削動力（
研削に要する電力）ほほは一定であることが見出される
。尚第２図（ａ）（ｂ）、第３図（ａ）（ｂ）ともにそ
れぞれ性質の絶対値を示すものでなく、傾向を示すもの
である。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、溶融金属か
ら出発し、砥粒を加え、気孔形成材により気孔を作成す
ることにより、１０〜７５％もの大きな気孔率をそなえ
、しかも強度や結合力、保持力等にすぐれたメタルボン
ド系の研削ホイールが得られたのである。これを用いる
晴、研削液が研削作用面によく供給され、発生する熱を
よく吸収発散することができ、又研削切り屑の逃げ場も
大きな気孔により与えられてそれによる被研削材のダメ
ージを防ぐことができる。従って本発明による多気孔金
属ホイールは超硬合金やセラミックス等の難削材の研削
、研磨に良好に使用することができ、誠に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１により得られた本発明の多気孔金属ホ
イールの断面の模様を拡大して示す説明園、第２図（ａ
）　　（ｂ），第３図（ａ）　　（ｔ））は種々ｔ（銅
３白゛岳を有するアルミニウムー銅合金を用いて得られ
た本発明の立方品系窒化ホウ素砥拉の多気孔金属ホイー
ルの夫々のＩｉＪＩ削量、及び４｝１削動力の傾向を示
すグラフ、第４図Ｃａ）（ｂ）は実施（＋ｌＩ１−によ
りえられた本発明の多気孔金属ポイールを用いて電圧を
印加しないで研削し，たときの表面状態を示す・Ｖ面削
と断面図、第４図（ｃ）は電圧を印加して研削したとき
の断面図、第５削は一体的に成形された本発明の多気孔
金屈ホイールの−実施例の斜視図、第６図（ａ）〜（ｅ
）はそれぞれ多気孔金１萬ホイールの他の実施例の斜視
図、第６図（ｆ）は多気．孔金屈ホイールのり１に他の
実施例を示す斜視図である。 １・・・砥粒、２・・・気孔、３・・・基地金属、８・
・｛妾Ｓ削。 第１図 ＡＬ＠金中５１含有量（重量％） 第２図 ＡＬ＠金中５１含有ｉ《重東％》 切込ｉ　（７ｚ／回） 切込１（／Ａ／回｝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、結合剤として働く基地金属中に該金属の３〜５０容
   積％の研削用砥粒と、直径１５ｍｍ以下の気孔を分散さ
   せ、この気孔は全体の容積の１０〜７５％を占めること
   を特徴とする多気孔金属ホィール。 ２、溶融している金属にその金属を攪拌しながら該金属
   の３〜５０容積％の研削用砥粒を加え、更に攪拌しなが
   ら気孔形成材を加えて直径１５ｍｍ以下の気孔を全体の
   容積の１０〜７５％の量その内部に形成せしめるように
   することを特徴とする多気孔金属ホィールの製造法。