JPH04294978A - 研削砥石 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作機械に装着され
て回転、往復運動し被加工物を加工する研削盤、ホーニ
ング盤、旋盤、ドリル盤、フライス盤、切断装置および
孔明け装置等の回転あるいは直線運動をする研削砥石に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ファインセラミックスは、自動車エンジ
ン、ターボチャージャを始めとする自動車部品、工作機
械の主軸、ハウジング等の機械部品、ＩＣ基板、切削工
具あるいは各種電子部品等に多く使用されている。

【０００３】ー般にファインセラミックスを研削するた
めの研削砥石は、ダイヤモンドやＣＢＮのような砥粒を
直接台金の外周部に電着したり、砥粒をレジノイド、ビ
トリファイド、メタルなどの結合材を用いて焼成した砥
石層として台金の外周部に取り付けている。従来、この
台金にはＡｌ合金やＦｅ合金が使われているが、Ａｌ合
金あるいはＦｅ合金の線熱膨張率αは、Ａｌ合金がα＝
２．５〜３．０×１０−５／℃、Ｆｅ合金がα＝１．０
〜１．５×１０−５／℃であるため、連続使用中に研削
熱により砥石の寸法、形状が変化し、被加工物の寸法、
形状精度に悪影響を与える。

【０００４】例えば直径φ＝３００ｍｍの既存の実用標
準砥石は、実用研削条件下で使用した場合、一般に外周
部で７０℃となリ砥石中心部で室温となる。従って、理
論計算からすると、砥石は半径方向に２０〜３０μｍ熱
変位をする。この値がそのまま切り込み量になるわけで
はないが、通常はその約３０％（６〜１０μｍ）が余分
な切り込み量となって現れる。そのため、被加工物の寸
法形状にその分量の誤差を生ずることになる。また、砥
石自身にも熱膨張による劣化が生じ砥石寿命が短くなる
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ファインセラミックス
等の硬脆材料は、寸法、形状に高精度を要求される高価
な構造または機能部材に多く使用されるため、一般に正
味形状に近い状態に焼成形されて供給され、最終的に外
表面は鏡面仕上げとするのが一般的である。そのため、
その加工精度は、ナノメータ（ｎｍ）オーダとなる場合
が多い。特にＳｉ、ＧａＡｓ、ガラス、Ｓｉ３Ｎ４、Ａ
ｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２，ＳｉＣ等の半導体、電子、光学部
品は、ｎｍからサブナノメータ（１ｎｍ以下）の精度が
求められている。

【０００６】しかし、上記精度に仕上げる加工用の砥石
が見当たらないのが実状である。これは従来の砥石は、
連続使用による研削熱により、寸法、形状に変化を生じ
、被加工物の寸法、形状精度を低下させるためである。 特にセラミックス加工時の研削点温度は、実用条件で７
００〜９００℃になるため、従来の砥石では満足できる
高加工精度を得ることができない。

【０００７】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、簡単な構成でありな
がら、研削中における砥石の熱変形を軽減し、研削加工
寸法精度を向上し、砥石寿命を長期化し、新素材を材料
として用いるだけで簡単に製造できる研削砥石を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、前
記目的を達成するために、台金の所定の外周部に砥粒ま
たは砥石層を付着してなる研削砥石において、前記台金
を、重量基準でＮｉ；２０〜３０％、Ｃ；１〜６％、Ｃ
ｏ；３〜７％、Ｍｎ；０〜１％、Ｃｕ；０〜１％、Ｃｒ
；０〜１％、残Ｆｅを主成分とする線熱膨張率α＝０．
５〜３×１０−６／℃のＮｉ−Ｃｏ鋳鉄合金によって形
成し、この台金の所定の外周部に砥粒または砥石層を付
着したことにある。

【０００９】硬脆材料のうち特にセラミックス工作物の
寸法、形状精度を向上するためには、研削熱による砥石
の寸法、形状変形をできるだけ小さくする必要がある。 つまり、砥石の熱変形によるセラミックスの過研削によ
り、正味形状に近い寸法状態で供給された焼成セラミッ
クスが研削仕上げで一瞬のうちに不良品になることを防
止する必要がある。

【００１０】研削砥石は、砥粒を直接台金に電着により
付着したものはもとより、砥石層を台金に付着したもの
も、砥石全体において台金の占める割合が非常に大きい
。例えば、砥石層を台金の外周部に付着させた研削砥石
の場合、砥石層は０．１〜３ｍｍ厚であるのに対して砥
石台金は直径φ＝１００〜６００ｍｍが一般的なサイズ
となる。そのため台金の熱変形が砥石の寸法、形状変化
に非常に大きな影響を及ぼすことがわかった。そこで、
本発明者らは、研究の結果、砥石の台金として、剛性お
よび吸振性が高く、しかも線熱膨張率αの低い化学成分
をもつ鋳鉄合金を用いることを見い出し、この発明を完
成するに至った。

【００１１】重量基準でＮｉ；２０〜３０％、Ｃ；１〜
６％、Ｃｏ；３〜７％、Ｍｎ；０〜１％、Ｃｕ；０〜１
％、Ｃｒ；０〜１％、残Ｆｅを主成分とするＮｉ−Ｃｏ
鋳鉄合金は、実験の結果によれば、線熱膨張率α＝０．
５〜３．０×１０−６／℃（−５０〜３００℃）で、従
来の研削砥石の台金に用いられているＡｌ合金やＦｅ合
金に比較して、ａ値が極めて低い。たとえば、重量基準
でＮｉ≒２６％、Ｃ≒２％、Ｃｏ≒５％、Ｍｎ≒１％、
Ｃｕ＜１％、Ｃｒ＜１％、残不純分を含むＦｅからなる
鋳鉄合金の線熱膨張率αはα≒１．６×１０−６／℃で
ある。このａ値は、上記成分組成の範囲内であれば、Ｆ
ｅが不可避的不純物を含んでいても変らない。そして、
上記成分の鋳鉄合金によって台金を形成した研削砥石は
、台金の外周部に砥粒を直接付着した砥石であっても、
また砥粒を結合材で焼結した砥石層を付着した砥石であ
っても、実用的な研削条件下で、熱変形が０．５〜１．
０μｍ程度以下に軽減する。

【００１２】しかも、従来の研削砥石の台金の大部分を
占めるＡｌ合金の剛性を示す弾性率ＥはＥ＝７０．３Ｇ
Ｐａであるのに対して、上記成分の鋳鉄合金からなる台
金の弾性率はＥ＝１３０ＧＰａである。従って、鉄鋼の
Ｅ＝２００ＧＰａよりは低いが、研削砥石の台金として
充分な剛性をも有する。

【００１３】この発明において用いる砥粒は、ダイヤモ
ンド砥粒、ＣＢＮ砥粒等一般的に砥粒として用いられて
いるものであれば、いかなるものであってもよい。また
、砥粒は上記成分の鋳鉄合金で形成した台金に、電着等
により直接付着してもよいし、結合材で焼結し砥石層と
して付着してもよい。

【００１４】台金の外周部に砥粒を結合材を用いて焼結
した砥石層を付着した研削砥石の場合、結合材としては
、青銅、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｗｃ、
Ｚｎあるいはこれらの合金等の金属、ベークライト、エ
ポキシ、ポリウレタン、フェノール、ポリアミド、ＰＶ
Ａ等のレジノイド、長石や粘土等のビトリファイドのう
ちの１種または２種以上を用いることができる。また、
結合材として、台金と同じ上記成分の鋳鉄合金の粉末を
用い、またはこの鋳鉄合金粉末を他の結合材に混合して
用いることもでき、この場合には結合材の熱膨張による
影響を軽減することができる。

【００１５】砥粒と結合材は真空、水素または３Ｈ２＋
Ｎ２等の雰囲気下で焼結するのが好ましい。その際、用
いる砥粒および結合材の種類等に応じ、最適の焼結温度
および圧力を選択する。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は研削砥石の第１の実施例を示し、１は台
金である。台金１は例えば外径がφ１６０、内径がφ１
２７および厚みが２４．５ｍｍのリング部２と、このリ
ング部２の外周面に一体に設けられリング部２を含む外
径がφ２１０、厚みが１．５ｍｍの鍔部３とから構成さ
れている。そして、台金１の鍔部３の外周部には砥粒層
４が付着されている。

【００１７】前記台金１は、重量基準でＮｉ；２０〜３
０％、Ｃ；１〜６％、Ｃｏ；３〜７％、Ｍｎ；０〜１％
、Ｃｕ；０〜１％、Ｃｒ；０〜１％、残Ｆｅを主成分と
する線熱膨張率α＝０．５〜３×１０−６／℃（−５０
〜３００℃）のＮｉ−Ｃｏ鋳鉄合金によって形成されて
いる。

【００１８】前記砥粒層４は、＃１４０のダイヤモンド
砥粒を電着により台金１の鍔部３に直接付着したもので
あるが、ＣＢＮ砥粒であってもよい。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１は、上記第１の実施例の研削砥石（以
下「開発砥石」という）を用い、反復して４回、砥石周
速Ｖｓ＝１８００ｍ／ｍｉｎ、テーブル速度Ｖｗ＝１０
ｍ／ｍｉｎ、砥石切込み量ｄ＝１０μｍとし、窒化珪素
をプランジ研削として合計１２０μｍ切り込み実験をし
たとき（スパークアウト２回）の実質切取り量を示した
ものである。比較のため市販のメタルボンド砥石（ＳＤ
１４０Ｊ７５　　φ３００　　Ｂ＝１０ｍｍ。台金１は
Ａｌ合金で、Ｃｕ：Ｓｎ＝６：４の割合の混合微粉末に
ＷＣ；０．４Ｗｔ％、ＴｉＢ２；０．３Ｗｔ％、Ｎｉ；
０．２Ｗｔ％を添加した結合材で＃１４０のダイヤモン
ド砥粒を焼成して台金の外周部に付着したもの。以下「
比較砥石」という。）で同一の実験をしたときのデータ
をも示す。表１から明らかなとおり、反復実験回数４回
平均で、切り取り量は開発砥石で１１９／１２０＝０．
９９、比較砥石で１１０．３／１２０＝０．９２であり
、従って切り残し量は、開発砥石（第１の実施例の砥石
）で１％、比較砥石（市販のメタルボンド砥石）で８％
であった。

【００２１】上記実験の結果から、高温にさらされてい
る比較砥石は、高熱源部が研削液で研削中に冷却される
ため、大きな収縮膨張を繰り返し、その結果大きな切り
残し量となるが、この発明の研削砥石、つまり開発砥石
では加熱冷却に対して変形量が少なく、そのため比較砥
石に対し寸法形状精度が８倍も向上したことが認められ
る。

【００２２】図２は研削砥石の第２の実施例を示し、５
は台金である。台金５は外径がφ２１０ｍｍ、厚みが１
０ｍｍの円板状であり、その外周部に厚さ３ｍｍの砥石
層６が付着されている。

【００２３】前記台金５は、第１の実施例と同様に、重
量基準でＮｉ；２０〜３０％、Ｃ；１〜６％、Ｃｏ；３
〜７％、Ｍｎ；０〜１％、Ｃｕ；０〜１％、Ｃｒ；０〜
１％、残Ｆｅを主成分とする線熱膨張率α＝０．５〜３
×１０−６／℃（−５０〜３００℃）のＮｉ−Ｃｏ鋳鉄
合金で形成されている。

【００２４】また砥石層６は、粒度＃１４０のダイヤモ
ンドを主体とする砥粒と、青銅８０Ｗｔ％、Ｎｉ１０Ｗ
ｔ％および上記成分の鋳鉄合金粉末１０Ｗｔ％を混合し
た結合材とからなり、この砥粒と結合材を高純度の真空
中で高温高圧下に焼結して形成されている。

【００２５】第２の実施例の研削砥石について、第１の
実施例につき前記したのと同じ実験をしたところ、第１
の実施例と同様な結果が得られた。

【００２６】さらに、結合材がフェノール７０Ｗｔ％と
Ｆｅ３０Ｗｔ％との混合物である以外は第２の実施例と
同様の研削砥石、および結合材が青銅７０％、Ｎｉ１０
Ｗｔ％、Ｆｅ２０Ｗｔ％の混合物である以外は第２の実
施例と同様の研削砥石について、前記した第１の実施例
と同じ実験をしたところ、やはり第１の実施例と同様な
結果が得られた。

【００２７】図３および４は、第１の実施例の研削砥石
（開発砥石）と前記市販のメタルボンド砥石（比較砥石
）を図３および図４に示す各加工条件により、それぞれ
窒化珪素、炭化珪素、アルミナを研削したときの法線及
び接線研削抵抗を調べた実験の結果を示すものである。 上記実験の結果から、開発砥石の接線研削抵抗は比較砥
石と同じくらいであるが、開発砥石の法線研削抵抗は比
較砥石のそれの１／２〜１／５とかなり小さい値を示し
、開発砥石が比較砥石に比べ２〜５倍、熱変形による法
線研削抵抗の減少を見込めることがわかる。このことは
、この発明の研削砥石は、比較砥石のように、被加工物
を強く押し付け弾性変形を与えて研削しなくても８倍も
切り残しが少ないことを示すものである。つまり、この
発明の研削砥石においては、少ない砥石押し込み力によ
って研削加工を進行することができ、その結果高い寸法
形状精度が円滑に得られる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、研削熱による砥石の寸法、形状変化に起因する被加工
物の寸法、形状変化を軽減でき、２〜５倍も低く工作物
を押し付ける法線研削抵抗下で、かつ設計上の所望の寸
法形状精度を従来より極めて少ない切り残し量下で、セ
ラミックスを能率的に加工できる。特に、高温の研削熱
の生ずる過酷な研削条件におかれる場合には、この発明
は一層被加工物の熱変形防止の効果を発揮できる。また
、総形電着砥石を用いるプランジ研削の場合には、砥石
層が少ないので、より一層すぐれた性能を発揮できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例に係わる研削砥石の縦
断側面図。

【図２】この発明の第２の実施例に係わる研削砥石の縦
断側面図。

【図３】この発明の実施例に係わる研削砥石（開発砥石
）と市販のメタルボンド砥石（比較砥石）との各セラミ
ックスに対する法線および接線研削抵抗を比較したグラ
フ。

【図４】この発明の実施例に係わる研削砥石（開発砥石
）と市販のメタルボンド砥石（比較砥石）との各セラミ
ックスに対する法線および接線研削抵抗を比較したグラ
フ。

【符号の説明】

１、５・・・台金、　　　　４．・・砥粒屑、　　　　
６・・・砥石層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　台金の所定の外周部に砥粒または砥石
   層を付着してなる研削砥石において、前記台金を重量基
   準でＮｉ；２０〜３０％、Ｃ；１〜６％、Ｃｏ；３〜７
   ％、Ｍｎ；０〜１％、Ｃｕ；０〜１％、Ｃｒ；０〜１％
   、残Ｆｅを主成分とする線熱膨張率α＝０．５〜３×１
   ０−６／℃のＮｉ−Ｃｏ鋳鉄合金によって形成し、この
   台金の所定の外周部に砥粒または砥石層を付着したこと
   を特徴とする研削砥石。
2. 【請求項２】　　前記砥石層は、砥粒と、重量基準でＮ
   ｉ；２０〜３０％、Ｃ；１〜６％、Ｃｏ；３〜７％、Ｍ
   ｎ；０〜１％、Ｃｕ；０〜１％、Ｃｒ；０〜１％、残Ｆ
   ｅを主成分とする線熱膨張率α＝０．５〜３×１０−６
   ／℃のＮｉ−Ｃｏ鋳鉄合金粉末、前記鋳鉄合金粉末以外
   の金属、レジノイド、ビトリファイドのうちの１種また
   は２種以上を含む結合材とから形成されていることを特
   徴とする請求項１記載の研削砥石。
3. 【請求項３】　　前記砥石層は、砥粒と結合材とを真空
   、水素、３Ｈ２＋Ｎ２等の雰囲気下で焼結して形成した
   ことを特徴とする請求項１記載の研削砥石。