JPH03277473A

JPH03277473A - 固型砥石

Info

Publication number: JPH03277473A
Application number: JP2077296A
Authority: JP
Inventors: Nakajiro Yamamoto; 山本　仲次郎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1991-12-09

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、各種材料の研削、研磨などに使用される固型
砥石に関するものであり、詳しくは、目詰りが大幅に軽
減され、しかも、ツルーイング及びドレッシング処理時
間の短縮が図られ、且つ、使用時の騒音や震動が軽減さ
れた固型砥石に関するものである。

〔従来の技術〕

固型砥石は、基本的には、砥粒を結合剤マトリックスに
分散させたものであり、通常、駆動用軸の先端部（台金
）の周縁に砥石層として形成される。

例えば、結合剤として金属を使用した所謂メタルボンド
砥石の場合は、粉末冶金法により、次のようにして製作
される。

先ず、金型の中に配置した合金の周囲に砥粒と金属粉末
との混合物を充填し、加圧・加熱して焼結させる。

次いで、形成された砥石層は、使用時の回転振れを無く
すために、通常、偏心量２μｍ以下に研削され（ツルー
イング処理）、更に、砥粒を結合剤表面に突出させるた
めに、結合剤面を摩耗させる目立処理（ドレッシング処
理）が施される。

なお、上記のツルーイング及びドレッシングの各処理は
、樹脂を結合剤とする所謂レジンボンド砥石や他の砥石
においても必要とされる処理である。

ところで、固型砥石の性能は、切屑の目詰りによって著
しく損われる。

すなわち、砥粒切れ刃は、切れ味の向上のため、前記ド
レッシング処理により、砥粒の１／３程度（通常、数１
０μｍ以下）を突出させているが、使用中に、材料の切
屑の一部が砥粒切れ方間の結合剤表面に漸次凝集して目
詰りを起こし、その結果、砥粒切れ刃の突出量が漸次減
少し、切れ味が劣下する。

目詰りを起こした場合、再度、ドレッシング処理によっ
て切れ味を回復し得るか、ドレッシング処理の繰り返し
間隔（トレッシングインターバル）が短いと研削作業な
との能率低下に直結する。

従って、固型砥石においては、長いトレッシングインタ
ーバルを可能として作業能率の向上を図るために、切屑
の目詰り防止は重要な性能である。

従来、固型砥石の製作段階において、砥石原料にガラス
やＮａＣｌを配合することにより、結合剤マトリックス
に気孔を形成した固型砥石が知られている。

斯かる固型砥石の場合は、結合剤表面に、上記気孔によ
る開孔が存在し、この開孔中に切屑が侵入するため、従
来の固型砥石に比らべ、切屑の凝集による砥粒切れ刃の
突出量の減少が緩和されてドレッシングインターバルを
比較的長くすることが可能である。

〔発明が解決すべき課題〕

しかしながら、結合剤マトリックスに気孔を形成した固
型砥石の場合は、強度を犠牲にして気孔を形成したもの
であり、従って、強度が十分てはないという重大な欠点
かある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、上記実情に鑑み、前記固型砥石とは全く異
なり、切屑の結合剤表面への凝集を抑制して目詰まりを
防止し、ドレッシングインターバルを抜本的に長くし得
る固型砥石を提供すべく鋭意検討を重ねた結果、結合剤
マトリックス中に、特定の炭素材料を所定量配合してな
る固型砥石は、強度を損うことなく、切屑の結合剤表面
への凝集が著しく抑制されて目詰りが大幅に軽減され、
しかも、ツルーイング及びドレッシング処理時間の短縮
が図られ、且つ、使用時の騒音や震動が軽減されるとの
知見を得、本発明の完成に至った。

すなわち、本発明の要旨は、砥粒と結合剤から主として
構成される固型砥石において、前記結合剤が摩砥石原料
成分に対してｌＯ〜７５容量％の硬質炭素粒子を含有し
てなることを特徴とする固型砥石に存する。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の固型砥石は、基本的には、従来の固型砥石と同
じであり、従って、砥粒および結合剤としては公知のも
のを使用することかできる。

砥粒としては、各種の高硬度材料か制限なく使用でき、
例えば、一般に砥粒として呼ばれるアルミナ、炭化ケイ
素、炭化ホウ素や一般に超砥粒と呼ばれるダイヤモンド
や立方晶窒化ホウ素等を使用することができるが、−船
釣には、超砥粒が好適に使用される。

砥粒の粒径は、通常、平均粒径として０．１〜５００μ
ｍの範囲であり、固型砥石の使用目的によって適宜選択
される。例えば、研削砥石には比較的大粒径の紙径か使
用され、研磨砥石には比較的小粒径の砥粒が使用される
。

結合剤は、これも、従来公知の結合剤を制限なく使用で
き、具体的には、メタルボンド砥石には、Ｃｕ−Ｚｎ、
　Ｃｕ−３ｎ系の焼結合金の他、Ｎｉ系、Ｆｅ系、ＡＩ
系等の合金が使用され、−レジンボンド砥石には、フェ
ノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等が使用さ
れる。

また、本発明の固型砥石は、上記の各砥石の他に、ガラ
ス質結合剤（例えばフリット）を使用したビトリファイ
ドボンド砥石、各種セラミックスを使用したセラミック
スボンド砥石にすることかできる。

本発明の固型砥石は、結合剤中に硬質炭素粒子を含有さ
せることが必要である。

ところで、従来、各種の固型砥石には、固体潤滑材とし
てグラファイト（黒鉛）を使用したものがある。これは
、軟質炭素であるグラファイトとの層状構造による易滑
性を潤滑材として利用したものである。

これに対し、本発明において使用される炭素材料は、グ
ラファイトとは全く異なる硬質炭素粒子である。

すなわち、硬質炭素は難黒鉛化炭素であり、結晶化度の
低い等方性の炭素材料である。そして、結晶学定数とし
て、Ｃｏ　（面間隔）≧０．６８０ｎｍ　　（通例Ｃｏ
≦肌７２０ｎｍ　）　、Ｌｃ　＋ｏｏｚ＋　（積層の厚
さ）≦ｌＯｎｍ　（通例Ｌ（：（００２１≧０．７　ｎ
ｍ）を満足し、また、磁気学定数として、χ（磁化率）
≦−１，０ＸＩＯ’ｅｍｕ／ｇを満足する。

炭素材料には、軟質炭素と硬質炭素の中間に位置するも
のもある。しかしながら、本発明においては、上記の結
晶学定数または磁気学定数を満足するものは、硬質炭素
として使用することができ、従って、黒鉛化処理の施さ
れた炭素材料であっても上記の条件を満足する以上は、
硬質炭素として使用することができる。

勿論、ＣＶＤ法等で得られる所謂ダイヤモンドライクカ
ーボンは硬質炭素である。

本発明において、硬質炭素粒子の形状ないしは構造は特
に制限されず、球形、オニオン状、ハニカム状等いずれ
であってもよいが、オニオン状又はハニカム状構造のも
のが好ましく、特には、オニオン状構造のものが好まし
い。

何故ならば、オニオン状又はハニカム状構造の硬質炭素
粒子の場合は、切屑の結合剤表面への凝集を抑制する本
発明の基本的効果と共に、使用時において、結合剤表面
の炭素粒子が部分的に削られて開孔を生じ、該開孔を利
用することにより、前述の従来技術の場合と同様のツル
ーイングインターバルの延長効果が奏せられるからであ
る。そして、斯かる副次的効果は、オニオン状構造の硬
質炭素粒子において顕著である。

本発明において、硬質炭素粒子の粒径は、砥粒の場合と
同様に、固型砥石の使用目的に応じて適宜選択されるが
、−船釣には、砥粒の平均粒径と同程度またはそれ以下
の平均粒径とされる。

本発明の固型砥石は、基本的には、前述のような砥粒、
結合剤、硬質炭素粒子からなる砥石原料成分から構成さ
れる。

上記の各原料成分の使用割合は、硬質炭素粒子の使用割
合を除き、任意に選択することができ、全原料成分に対
し、砥粒は５〜５０容量％、好ましくは１０〜３０容量
％、結合剤は１０〜８０容量％、好ましくは２０〜６０
容量％の範囲とされる。

一方、硬質炭素粒子の使用割合は、重要であり、全原料
成分に対し、１０〜７５容量％の範囲にする必要がある
。

すなわち、硬質炭素粒子は、その使用量の増加に従い、
固型砥石の目詰り防止効果を顕著にするが、その反面、
十分な範囲ながらも固型砥石の強度を低下を否めない。

そして、硬質炭素粒子の使用割合が上記範囲未満の場合
は、目詰り防止効果が実用レベルに至らず、上記範囲よ
り大きい場合は、使用量の割には目詰り防止効果の増加
が大きくない。従って、硬質炭素粒子の使用割合は、上
記範囲にする必要があるが、好ましくは、全原料成分に
対し１５〜５０容量％の範囲である。

本発明においては、従来の固型砥石の場合と同様に、そ
の効果を損わない限りにおいて各種の充填剤を使用する
ことができる。斯かる充填剤としては、例えば、ＳｒＣ
、５１３Ｎ４等の補強剤、グラファイト、ＭｏＳ２．　
ＷＳ２等の固体潤滑剤、Ｃｕ　、　Ａｇ　。

Ｎｉ等の伝熱改良剤が挙げられる。そして、これらは、
固型砥石の結合剤による種別毎に適宜選択して使用され
る。なお、一般に、これら充填剤の総量は全原料成分に
対し、ｌＯ容量％以下に抑えるのがよい。

本発明の固型砥石は、従来公知の方法に従って製作する
ことができる。

例えば、メタルボンド砥石の場合は、先ず、粉末冶金法
に従い、合金の周囲に砥粒、金属粉末および硬質炭素粒
子の混合物を充填し、加圧・加熱処理により、金属粉末
を焼結させて合金の周囲に砥石層を形成する。次いで、
常法に従い、ツルーイング及びドレッシング処理を施し
、固型砥石となす。

本発明の固型砥石は、前述のように、硬質炭素粒子を相
当量で含有するが、それにも拘らず、十分な強度を維持
し得る。

このことは、従来、固体潤滑剤のグラファイトにおいて
は、その使用が強度を著しく低下させるため、使用量は
最大５〜６容量％に制限されていたことからすれば、本
発明における硬質炭素粒子の使用は、炭素材料の種類の
相違は勿論のこと、その使用割合の点からしても、上記
のグラファイト含有固型砥石とは全（異なる着想に基く
ものである。

そして、本発明において、固型砥石の強度か十分に維持
できる理由は、使用する炭素材料か硬質炭素粒子である
ことに寄因するものと考えられる。

一方、斯かる硬質炭素粒子の使用により、切屑の結合剤
表面への凝集が抑制されて目詰りか防止される理由は、
必ずしも明らかではないが、高含有量でマトリックス中
に配合された炭素粒子が雰囲気中の酸素ガスを瞬間的に
吸収して直ちに被研削・研磨物と砥石のマトリックスに
供給し、これにより、切屑の凝集エネルギーを小さくす
るものと推定される。

また、本発明の固型砥石によれば、前述のツルーイング
及びドレッシングの各処理が極めて容易であり、従って
、これらの処理時間が大幅に短縮される。更にまた、本
発明の固型砥石によれば、使用時の騒音や震動（所謂ビ
ビリ震動）が軽減される。

上記の各効果は固型砥石の実用的効果として重要なもの
であるが、いずれの効果も、砥粒に比らべれば軟質であ
り、しかも、音波吸着能力の太きな炭素質粒子を高含有
量でマ）　ＩＪワックス中配合したことによるものと考
えられる。

以上説明した本発明の固型砥石は、目詰りが軽減される
と共に上記の実用的効果を発揮し、特に、マシーニング
センターやグライヂイングセンター用工具として好適に
使用される。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本
発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に同等限
定されるものではない。

実施例１平均粒径１００μｍのダイヤモンド砥粒２５容量部、Ｃ
ｕ−Ｚｎ合金粉末５０容量部および平均粒径１００μｍ
の硬質炭素粒子（Ｃｏ＝　０．６９６　ｎｍ。

しｃ　＋ｏｏ２＋　＝　　Ｉ　　２　ｎｍ、　−１＝−
０，５Ｘ　　１　０　’　　ｃｏｒ／ｇ、オニオン状構
造）２５容量部を均一に混合した。

内径１０ｍｍの金型内に、長さ６０閣、直径６ｍｍの金
属棒よりなる駆動用軸を垂直に配置し、その周囲に前記
混合物をリング状に充填した。

次いで、通電加熱焼結法により、リング状部の混合物を
３００　ｋｇ／ｃｎｒに加圧しながら６５０℃で０．１
５時間処理し、駆動用軸の先端部の合金の周囲に、外径
１０ｍｍ（肉厚２ｎ＋ｍ）高さ１０ｎ＋ｍ、偏心量１０
０μｍの砥石層を形成した。

次いで、下記方法により、ツルーイング及びトレッシン
グ処理を行って、固型砥石となした。

（１）ツルーイング処理砥石層を９００Ｏｒ、　ｐ、　ｍ、で回転させながら、
５００ｇの一定押圧力でダイヤモンド砥石を圧接して、
偏心量が約２μｍとなるまで研削する。併せて所要時間
を測定する。

（２）　　ドレッシング処理ツルーイング処理において、ダイヤモンド砥石をアルミ
ナ砥石に変え、砥粒の切れ刃の突出量が３０μｍとなる
まで摩耗させる。併せて所要時間を測定する。

得られた固型砥石について、次の方法により、強度測定
、目詰り、騒音および震動状態の評価を行った。

ツルーイング及びドレッシング時間と共に得られた測定
・評価結果を表−１に示す。

（３）強度測定ＪＩＳ　　Ｒ７２２２−１９７９年　５．２「圧縮強さ
」に準拠して圧縮強度を測定する。

（４）目詰り評価固型砥石をＪＩＧ研削盤にセットし、ＨＰ法にて作成し
たＳｉ３Ｎ＋の方形状試験片（３０Ｘ３０Ｘ６０ｃｍ）
の側面連続研削を次の条件下に行う。

砥石回転数　：　４０．０ＯＯｒ、　ｐ、　ｍ。

砥石移動速度：　１００　ｍｍ／ｍ１ｎ（研削速度）切込み量　　＝２０μｍ −走行当りの平均切込み量が１０μｍになった時点を目
詰りとし、その時の走行回数で評価を行う。

（５）騒音評価上記の目詰り評価試験の研削作業における騒音の程度を
評価する。

（６）震動評価上記の目詰り評価試験の研削作業におけるビビリ震動の
程度を評価する。

実施例２実施例１において、硬質炭素粒子の使用量を４０容量部
に変更した他は、実施例１と同様にして固型砥石を製作
し、各項目の測定・評価を行った。

結果を表−１に示す。

比較例１実施例１において、硬質炭素粒子２５容量部の代りに平
均粒径５μｍのグラファイト粒子４容量部を使用し、合
金粉末の使用量を７１容量部に変更した他は、実施例１
と同様にして固型砥石を製作し、各項目の測定・評価を
行った。結果を表＝１に示す。

（以下余白）〔発明の効果〕以上説明した本発明によれば、目詰りが大幅に軽減され
、しかも、ツルーイング及びドレッシング処理が容易で
あり、且つ、使用時の騒音や震動が軽減された固型砥石
が提供される。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）砥粒と結合剤から主として構成される固型砥石に
おいて、前記結合剤が全砥石原料成分に対して１０〜７
５容量％の硬質炭素粒子を含有してなることを特徴とす
る固型砥石。
（２）硬質炭素粒子が、結晶学定数として、Ｃｏ≧０．
６８０ｎｍ、Ｌ＿ｃ＿（＿０＿０＿２＿）≦１０ｎｍを
満足するか、または、磁気学定数として、χ≦−１．０
×１０＾６ｅｍｕ／ｇを満足するものであることを特徴
とする請求項第１項記載の固型砥石。
（３）硬質炭素粒子が、オニオン状又はハニカム状構造
であることを特徴とする請求項第１項又は第２項記載の
固型砥石。
（４）硬質炭素粒子の平均粒径が、砥粒の平均粒径以下
の大きさであることを特徴とする請求項第１項ないし第
３項のいずれかに記載の固型砥石。
（５）結合剤が焼結金属であることを特徴とする請求項
第１項ないしは第４項のいずれかに記載の固型砥石。