JPH04372368A - 超砥粒研削砥石 - 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
、回転あるいは直線運動して被加工物を研削する研削砥
石、詳しくはべースの所定の表面に超砥粒を結合剤で結
合した砥石層を形成してなる超砥粒研削砥石に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、切削工具さらには各種電子部品等
に多く使用されているファインセラミックスを研削する
研削砥石には、砥粒としてダイヤモンドまたはＣＢＮ砥
粒を用いた超砥粒研削砥石が多く使用されている。

【０００３】この超砥粒研削砥石は、いわゆる電着法に
より砥粒を固着する場合のほか、通常、ベースの所定の
表面に超砥粒と結合剤からなる砥石層を形成して製作さ
れている。すなわち、金型またはカーボン型にべースを
組込み後、所定の混合比で混合した超砥粒と結合剤を充
填し、ついで前記結合剤の種類によって焼結または反応
硬化させて砥石層を形成し、必要に応じさらに種々の機
械加工を施して製作している。

【０００４】前記結合剤には、銅、コバルト、銀、鉄、
ニッケル、錫、亜鉛、タングステンあるいはこれらの合
金等の金属、フェノール、ポリアミド、べークライト、
ポリウレタン、エポキシ等の樹脂、またはビトリファイ
ド等が用いられているが、さらに砥石層の耐摩耗性、潤
滑性を高めるため、補強材または充填材として種々の微
粒子が任意量添加されているのが通常である。

【０００５】従来、前述した微粒子としては、酸化アル
ミニウム、酸化ケイ素、酸化鉄、炭化タングステン、炭
化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化クロム等の硬
質微粒子、あるいは窒化ホウ素、セリサイト、フッ化黒
鉛、グラファイト、二硫化モリブデン、二硫化タングス
テン、二硫化タンタル、フッ素樹脂、ニセレン化タング
ステン、ニセレン化モリブデン等の潤滑性微粒子が用い
られている。

【０００６】さらに、樹脂を結合剤とする場合には、銅
または銅合金、銀、鉄、鋳鉄、ニッケル、コバルト、タ
ングステン、タングステンカーバイト、金属酸化物等の
微粉末からなる金属性微粒子が用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】超砥粒研削砥石の場合
、砥石の性能および性質は、前述した微粒子の材質、大
きさ、添加量等によってかなり左右される。ところが、
従来は、砥石の使用目的および用いる結合剤の主成分等
に応じて硬質微粒子、潤滑性微粒子あるいは金属性微粒
子の材質、添加割合等を選定しており、その作業が繁雑
であった。

【０００８】しかも、前述の硬質微粒子は、添加すると
結合剤、したがって砥石層の耐摩耗性は向上するが、逆
に摩擦抵抗が高くなり、研削時に発生する熱によって結
合剤の劣化が起こったり砥石層の表面の凹凸に切削屑が
付着して目詰まりを起こすことが多く、また製造ロット
毎に粒子形状と分級が微妙に異なるため砥石ごとに研削
性能が微妙に変わることがあった。

【０００９】また、前述した潤滑性微粒子は、これを添
加することにより、潤滑性が向上し、摩擦抵抗は低くな
るが、細かい粒度の超砥粒の場合は保持力が低下して超
砥粒が脱落し易いうえ、耐摩耗性が低いため砥石の寿命
が短くなるという問題がある。

【００１０】さらに、金属性微粒子は、前述した硬質微
粒子と同様の問題があるうえ、結合剤上に露出している
金属性微粒子が研削屑と接触して結合剤表面上に薄い被
膜を形成し、目詰まり状態を起こし易いという問題があ
る。

【００１１】一方、近年、加工時の砥石の回転数は高速
化しており、研削時に発生する研削熱により研削作用点
ではかなりの高温となり、特にセラミックス加工の場合
には、実用条件で研削点温度は５００℃以上になること
がある。このため、研削熱による結合剤の熱的劣化ある
いは被加工物の加工面にヤケおよびチッピングの発生す
るおそれがあり、これを防止するため、潤滑性、耐摩耗
性に富み、結合度の高い砥石層の開発が望まれている。

【００１２】ところが、前述した従来の微粒子は、最も
小さいものでも粒径が数ミクロンあるため、超砥粒の粒
度が細かくなると、添加し得る微粒子の材質および量が
極めて限定され、満足できる砥石性能を実現するのが困
難である。

【００１３】たとえば、一般的なフェライト複合材料の
研削加工に使用される粒度＃２０００〜６０００のダイ
ヤモンドホイールでは、経験にもとづいて選択した金属
粉末およびセラミックス微粉末を結合剤中に混合するこ
とにより研削熱の拡散および結合剤の耐摩耗性の向上を
はかっているが、充分な効果を得ていないのが実情であ
る。

【００１４】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、極めて潤滑性および耐摩耗性に富むとともに超砥
粒の結合度が高く、研削熱の発生を抑え、結合剤の劣化
を防止し、砥石寿命を向上させることができる超砥粒研
削砥石を提供することにある。

【００１５】

【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、べースの所定の表面に超砥粒
を結合剤で結合した砥石層を形成してなる超砥粒研削砥
石において、前記結合剤中に、平均粒径が１００オング
ストローム以下の丸みを帯びた形状のダイヤモンド超微
粒子（以下、超微粒子という）またはこの超微粒子の少
なくとも一部の表面にグラファイトを化学的にコーティ
ングした超微粒子を共存させたことにある。

【００１６】この発明で用いる超微粒子は、既存のダイ
ヤモンド微粒子と異なり、平均粒径が１００オングスト
ローム以下という極めて微細な粒子であり、かつ丸みを
帯びた形状をしているので、アブレイシブ機構がなく、
研削面に傷を付けたり、摩耗を起こすことがない。しか
も、この超微粒子はダイヤモンドであるため、非常に硬
く、ヌープ硬さはＨｋ９０００以上あり、粒子の破壊が
少なく、また摩擦係数は超硬工具等の約１／１０以下と
低く、それ自体極めて潤滑性に富んでいる。

【００１７】たとえば、前記超微粒子を液状樹脂と混合
し、スプレーガンを用いて紙にスプレーして形成した被
膜や、フェノール樹脂中に１０容積％添加し撹拌混合し
て反応硬化させて得たブロックを、軟質のプラスチック
レンズと擦り合わせても、プラスチックレンズ表面に傷
は全く付かず、非常に滑りが良い。実験によれば、この
超微粒子は、テフロン粉末と同一かそれ以上の超潤滑性
を有することが確認されている。

【００１８】したがって、前記超微粒子を共存させた結
合剤を超砥粒と焼結または反応硬化させて得られる砥石
層は、優れた潤滑性と耐摩耗・耐摩擦性とを兼備する。 その場合、用いる超微粒子の全部または一部を超微粒子
の核の外側にグラファイトが化学的にコーティングされ
た超微粒子とし、これを結合剤中に共存させると、さら
に潤滑性が向上する。

【００１９】一般に超微粒状のダイヤモンドは、不活性
ガスを満たした圧力容器内でＴＮＴ火薬を爆発させ、黒
鉛に超高圧超高温を加えることによって製造されるが、
この発明で用いるような粒径１００オングストローム以
下の丸みを帯びた形状のダイヤモンド超微粒子は、特に
粒子成長速度を例えば５ｍｍ／Ｓという大きな値に制御
することによって得られる。

【００２０】また、前記超微粒子の表面がグラファイト
で化学的にコーティングされた超微粒子は、粒径１００
オングストローム以下の丸みを帯びた形状のダイヤモン
ド超微粒子をＴＮＴ火薬とＲＤＸ火薬に混合させ、圧力
容器内で不活性ガスを用いないで爆発させることによっ
て得ることができる。

【００２１】前記超微粒子の添加される結合剤は、超砥
粒研削砥石の結合剤として公知の物質を用いることがで
き、たとえば、銅、錫、亜鉛、タングステン、銀、鉄、
鋳鉄、ニッケル、コバルト、およびこれらの各合金、あ
るいはフェノール、ポリアミド、ポリウレタン等の樹脂
、炭化珪素、アルミナ、グラファイト、窒化ホウ素、硫
化鉄、二硫化モリブデン、テフロン、ヘキサン等の金属
粉末または樹脂粉末のうちの１種または２種以上を用い
ることができる。その際、これらの粉末は好ましくは数
μｍ〜十数μｍの微粉末を用いる。

【００２２】超微粒子は結合剤全量に対し、容積基準で
好ましくは１〜４０％、特に好ましくは３〜２０％共存
させる。超微粒子の含有率が低くても、超微粒子は平均
粒径が１００オングストローム以下で含有粒子数は無限
大に近くなるため、充分な潤滑性および耐摩耗性が得ら
れる。

【００２３】この発明の超砥粒研削砥石の製造法は、結
合剤中に超微粒子を添加する以外は、従来の超砥粒研削
砥石の製造法と同一であることができる。すなわち、た
とえば、まず超微粒子を添加した結合剤に超砥粒を適当
な揮発性湿潤剤とともに加え、撹拌混合装置により充分
に混合した後、揮発性湿潤剤を蒸発させて造粒処理を行
う。

【００２４】ついで、金型またはカーボン型にべースを
組込み、前記超微粒子を含む結合剤と砥粒の混合物を充
填し、冷間成形を行った後、真空、水素、アンモニアガ
ス、不活性ガス等の雰囲気下で焼結し、または結合剤が
樹脂を主成分とするときは必要により反応硬化させて製
造する。必要に応じ、さらに種々の機械加工を施す。

【００２５】

【実施例】

ダイヤモンド砥粒（粒径２〜４μｍ、集中度１５０）超
微粒子　　　　　　　　　　　　　　　　　　３容積％
ポリアミド樹脂粉末　　　　　　　　残分金型にベース
を組込み後、前記容積比で混合した砥粒と超微粒子を含
む結合剤粉末（ポリアミド樹脂粉末）とを金型に充填し
、６００ｋｇ／ｃｍ２で冷間成形を行つた後、真空下で
、２３０℃で６０分間焼結し、冷却後金型を解体し、機
械加工を施して超砥粒研削砥石を製造した。

【００２６】図１は前記実施例の超砥粒研削砥石の砥石
層の断面を示すもので、超微粒子１の共存した結合剤２
にダイヤモンド砥粒３が分散され、砥粒３の一部は結合
剤２の表面から突出した状態で固着されている。なお、
図２は従来の超砥粒研削砥石の砥石層の断面を示すもの
で、微粒子４を含んだ結合剤５にダイヤモンド砥粒６が
分散されており、７はダイヤモンド砥粒６が脱落した部
分を示す。

【００２７】前記実施例の超砥粒研削砥石と超微粒子の
代わりに平均粒径１０μｍのメタル粉末を用いた以外は
実施例と同様にして製造した図２に示す従来品との性能
等を比較するため、フェライトとガラスの複合材を実研
削加工したところ、実施例の研削砥石の場合はフェライ
トおよびガラス共に研削加工後のチッピングの発生は大
幅に減少し、特にフェライト加工面は、研削時の摩擦に
よる研削熱が減少し、クラックおよびチッピングが従来
品に比し大幅に改善されていることが確認された。

【００２８】また、研削作用点における研削熱は、従来
品では少なくとも３５０℃以上となったのに対し実施例
の研削砥石は２００〜２５０℃の発熱であった。さらに
、使用後の砥石の研削作用面上における研削屑の付着は
、従来品と比較して、実施例の研削砥石は極く僅かであ
り、また従来品は結合剤が熱によって分解され劣化が認
められたのに比し、実施例のものでは結合剤にほとんど
変化は認められなかった。

【００２９】結合剤の劣化は、研削加工面における研削
筋の量により、脱落した砥粒の量を推定することによっ
て判断することができるが、実施例の研削砥石の場合、
研削筋の発生量は従来品の１０分の１以下であり、砥石
の寿命も従来品の少くとも２〜２．５倍長くなる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、超砥粒を結合剤で結合した砥石層を設けてなる超砥粒
研削砥石において、前記結合剤中に、平均粒径が１００
オングストローム以下の丸みを帯びた形状のダイヤモン
ド超微粒子を共存させたことにより、結合剤が優れた潤
滑性と耐摩耗、耐摩擦性を有し、研削熱の発生を抑え、
結合剤の劣化を防止できる。この結果、砥石の性能およ
び寿命が向上し、被加工物の加工精度や品位を向上させ
得る超砥粒研削砥石を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係わる超砥粒研削砥石の
砥石層の縦断側面図。

【図２】従来の超砥粒研削砥石の砥石層の縦断側面図。

【符号の説明】

１・・・超微粒子、２・・・結合剤、３・・・砥粒。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ベースの所定の表面に超砥粒を結合剤
   で結合した砥石層を形成してなる超砥粒研削砥石におい
   て、前記結合剤中に、平均粒径が１００オングストロー
   ム以下の丸みを帯びた形状のダイヤモンド超微粒子を共
   存させたことを特徴とする超砥粒研削砥石。
2. 【請求項２】　　前記ダイヤモンド超微粒子の少なくと
   も一部は、その表面にグラファイトが化学的にコーティ
   ングされていることを特徴とする請求項１記載の超砥粒
   研削砥石。
3. 【請求項３】　　砥石層は、前記ダイヤモンド超微粒子
   と、銅、錫、亜鉛、タングステン、銀、鉄、鋳鉄、ニッ
   ケル、コバルト、またはこれらの各合金、フェノール樹
   脂、ポリアミド樹脂、炭化珪素、アルミナ、グラファイ
   ト、ポリウレタン、窒化ホウ素、硫化鉄、二硫化モリブ
   デン、テフロン、ヘキサミン等のうちの１種または２種
   以上の粉末を含む結合剤と、超砥粒とを焼結または反応
   硬化して形成されていることを特徴とする請求項１記載
   の超砥粒研削砥石。