JPH0475875A - 超多孔性砥石の製造方法 - 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、砥材よりも充分に大きい気孔が比較的大きな
容積比率で形成された超多孔性砥石の製造方法に関する
ものである。

従来の技術 ビトリファイド砥石に限らず、レジノイド砥石、ＣＢＮ
砥石などの砥石による研削作業においては、切味および
汎用性の面から、多数の気孔が積極的に設けられた砥石
が用いられている。切粉が上記気孔内に捕捉されるので
、目詰まりが好適に防止されて切味が維持される一方、
工具鋼、軽合金、焼結合金などの難削性の材質に対して
も研削が可能となって砥石の適用範囲が拡大されるから
である。

ところで、砥石に設ける気孔は、大きく且つ多い程、切
削性を維持する上で望ましいのであるが、種々の問題が
あった。すなわち、 （１）たとえば、特公昭６４−１８９号公報に記載され
ているように、窒化硼素或いは窒化珪素微粉末などの発
泡剤を砥材および結合剤（ガラス粉末）などの砥石原料
に混合した後、上記結合剤がガラス化する溶融温度以上
にて焼成することにより多孔性砥石を製造する方法にお
いては、焼成段階における発泡時において大きな気泡は
形成され難く、結果的には１１．φ程度以下の撤小な気
孔しか形成され得ない。

（２）また、たとえば特公昭３９−２０４８７号公報に
記載されているように、砥材、無機結合剤、およびポリ
スチレンボールなどの樹脂粒子を混合した流動性原料を
用いて流込み成形した後、焼成する方法においては、各
材料の密度差により成形時において分離し易く、気孔お
よび砥材の偏在が生じ易いので、砥石の性能のばらつき
が避けられないし、大径の樹脂粒子は流動性原料内にお
いて浮上し易いので大きな気孔が形成され得ない。

（３）また、たとえば、特開昭６２−２５１０７７号公
報および特開昭６３−２５６３６５号公報に記載されて
いるように、ガラスバルーン、シラスバルーン、アルミ
ナバルーンなどの中空セラミック粒子を砥材、無機結合
剤、有機粘結剤と混合した後、プレス成形して焼結する
方法においては、上記中空セラミック粒子を気孔として
機能させるために肉薄の殻にて形成する必要があること
から、大径の中空セラミック粒子ではプレス成形時に破
壊されるので、大径の気孔が得られない欠点があった。

また、気孔率を高めるために上記中空セラミック粒子の
割合を高めると、上記のように肉薄の殻にて構成される
中空セラミック粒子の強度が低いので、砥石の強度が充
分に得られない。

（４）また、たとえば、特開昭５９−１６１２６９号公
報に記載されているように、有機性粒子を砥材、無機結
合剤、有機粘結剤と混合した後、プレス成形して焼結し
、上記有機性粒子の焼失により砥石中に気孔を形成する
方法では、成形時の加圧で体積変化が大きく、有機性粒
子の混合割合を大きくするとプレス時のスプリングバッ
クによって焼成前にクラックが生じ易いので、気孔の容
積割合を高めることが困難である。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目的とするところは、砥材よりも充分に大きい気孔
が比較的大きな容積比率で均一に形成された超多孔性砥
石を容易に製造できる製造方法を提供することにある。

課題を解決するための第１の手段 斯る目的を達成するための本発明の要旨とするところは
、砥材よりも充分に大きい気孔が比較的大きな容積比率
で設けられる形式の超多孔性砥石の製造方法であって、
（ａ）その気孔と略同様の径を有する無機中空粒子の表
面に、有機若しくは無機結合剤を用いて少なくとも砥材
を含む層を固着するコーティング工程と、（ｂ）前記砥
材を含む層がコーティングされた無機中空粒子を砥材お
よび所定の結合剤と混合して所定の形状にプレス成形す
る成形工程と、（Ｃ）この成形工程によって所定の形状
にプレス成形された砥石中間体を焼成することにより前
記超多孔性砥石を製造する焼成工程とを、含むことにあ
る。

作用および第１発明の効果 このようにすれば、コーティング工程において無機中空
粒子の表面に有機若しくは無機結合剤を用いて少なくと
も砥材を含むコーティング層が固着されると、このコー
ティング層の比較的強度の高い殻構造により、内部の比
較的脆い無機中空粒子が保護される状態りなる。このた
め、この砥材を含むコーティング層により覆われた無機
中空粒子を用いて、成形工程乙こおいて通常の砥石製造
工程と同様に、砥材および所定の結合剤と混合されて所
定の形状にプレス成形が行われることにより砥石中間体
が得られる。そして、焼成工程においてその砥石中間体
が焼成されると、砥材を含む二１−ティング層により覆
われた無機中空粒子が相互に結合される。したがって、
砥材よりも充分？、二大きい気孔が比較的大きな容積比
率で均一・に形成された超多孔性砥石が容易に得られる
のである７ここで、上記無機中空粒子は、好適には、中
空球電融アルミナが用いられる。

課題を解決するだめの第２の手段 また、本発明の他の態様の要旨とすると、：ろは、砥材
よりも充分に大きい気孔が比較的大きな容積比率で設け
られる形式の超多孔性砥石の製造力性であ、って、（ａ
）表面に砥材および無機結合剤が有機バインダによって
付着させられた、前記気孔と略同様な径を有する有機物
粒子を焼成することにより、中空砥材焼結体を形成する
第１焼成工程と、（１））この第１焼成工程により得ら
れた中空砥材焼結体を所定の結合剤と混合１７て所定の
形状にブ１／ス成形する成形工程と、（Ｃ）この成形工
程によって所定の形状にプレス成形された砥石中間体を
焼成することにより、前記中空砥材焼結体の結合から成
る超多孔性砥石を製造する第２焼成工程とを、含むこと
にある。

作用および第２発明の効果 このようにすれば、第１焼成工程において所望の大きさ
の有機物粒子を選択することにより所望の大きさの気孔
を備えた中空砥材焼結体が得られる。この中空砥材焼結
体は比較的強い殻構造であるので、この中空砥材焼結体
を用いて、成形工程において通常の砥石製造工程と同様
に、所定の結合剤とともに所定の形状にプレス成形が行
われて砥石中間体が形成される。そして、第２焼成工稈
においてその砥石中間体が焼成されるさ、中空砥材焼結
体が相互に結合される。１、またがって、砥材よりも充
分に大きい気孔が比較的大きな容積比率で均一に形成さ
れた超多孔性砥石が容易に得られるのである。

ここで、１−記有機物粒子は、好適には、スチレンボー
ルが用いられる。

実施例 以下、本発明の−・適用例を説明する。

第１図は、本発明が適用された超多孔性ビ１リファイド
砥石１０の組織を拡大して示す模式図であり、第２図は
第１図の一部を更に拡大して説明する図である。図にお
いて、超多孔性ビトリファイド砥石１０内では、無機中
空粒子として機能するアルミナバブル１２および砥材１
４が４＃機結合剤１６によって相互乙、二結合されてい
る。上記アルミナバブル１２は、たとえば中空球電融′
アルミナと称されるような、球状内部空間を有するアル
ミナ（Ａ１２０３）質９９．７％の薄肉中空体であって
、たとえば０゜６稈度のカザ社重を備メている。このア
ルミナバブル１２の球状内部空間は超多孔性ビトリファ
イド砥石１０の気孔１８を構成するものであり、アルミ
ナバブル１２は、気孔１８を形成するために、たとえば
１乃至５１１１Ｉ１１程度の外径の範囲内から必要に応
じて適宜選択されるものである。

以上のように構成された超多孔性ビトリファイド砥石１
０には、製造工程において自然にできる気孔よりも格段
に大きな気孔１８が積極的に且つ多数設けられているの
で、切粉がＪユ記気孔１８内に捕捉されて目詰まりが好
適に防止され、切味が維持される一方、工具網、軽合金
、焼結合金などの難削性の材質に対しても研削が可能と
なって砥石の適用範囲が好適に拡大される。なお、上記
気孔１８はアルミナバブル１２内に設けられているが、
アルミナバブル１２の外殻は肉薄であって脆い材質であ
るので、研削作用１．こ影響がない。

以上のように構成された超多孔性ビトリファイド砥石１
０の製造工程を次に説明する。なお、以下の説明の超多
孔性ビトリフ１イド砥石１０では、たとえば第３図の配
合図に示すように、重量比で６５：３５、容積比で２８
８７８である４Ｇ＠の砥材１４と１〜２ｍｍφのアルミ
ナバブル１２とが用いられるとともに、総重量に対して
２０％の無機結合剤１６と、２３％の無機結合剤１６と
がそれぞれ用いられる。

先ず、コーティング工程において、アルミナバブル１２
の表面に、無機結合剤（硝子質のビトリファイドボンド
）１６の粉末および砥材（ＳＡ、ＷＡ、ＰＡなどとして
知られている溶融アルミナ系研削材）１４を含むコーテ
ィングＮ２０が固着させられる。たとえば、全量のアル
ミナバブル１２とエポキシ樹脂の一部（全使用量の５％
程度）とが所定の撹拌機内において混合されることによ
り、アルミナバブル１２の表面が均一に濡らされた後、
上記無機結合剤１６の一部（全使用量の２０％程度）が
混合機内に投入されて、アルミナバブル１２の表面の粘
性が高められる。次いで、エポキシ樹脂とともに、全量
の２０％程度の砥材１４および無機結合剤１６が、少量
ずつ交互に撹拌機内に投入されて、無機結合剤１６およ
び砥材１４を含むコーティング層２０がアルミナバブル
１２の表面に均一に形成される。次いで、このようにし
てコーティング層２０が設けられたアルミナバブル１２
が、そのコーティング層２０内のエポキシ樹脂が硬化す
るまで撹拌機外におし）で放置されることにより、コー
ティング層２０がアルミナバブル１２の表面に固着され
る。そして、相互に接着しているアルミナバブル１２が
あれば、略１粒単位にほぐされる。第４図はこの状態を
示す。

次いで、上記のようにコーティング層２０が表面に固着
されたアルミナバブル１２が、撹拌機内においてデキス
トリンおよび液状バインダなどの有機粘結剤と混合され
ることにより充分に濡らされた後、コーティング層２０
の形成に用いた残り８０％の砥材１４および無機結合剤
１６と共に撹拌混合されることにより、坏±２２が調整
される。

この坏±２２では、前記アルミナバブル１２の表面にエ
ポキシ樹脂により固着されたコーティング層２０の上に
、砥材１４および無機結合剤１６が均一に混合され且つ
有機粘結剤により結合された軟質の外層２４がコーティ
ングされた状態となっている。第５図はこの状態を示し
ている。

上記のようにして調整された坏±２２は、たとえば第６
図に示すような円筒状の外型２６内に嵌め入れられた中
心ポスト２８を立設する下プレート３０、プレスのラム
３２によって外型２６内に押し込まれる上プレート３４
から成る成形金型３６内に充填される。そして、プレス
のラム３２が駆動されることにより、第７図に示す砥石
中間体３８が得られる。

そして、その砥石中間体３８に乾燥が施された後、焼成
工程において１２００〜１３００°Ｃ程度の焼成が施さ
れると、その砥石中間体３８に含まれる有機物が焼失す
る一方、砥石中間体３８内の無機結合剤１６の溶融によ
って砥材１４およびアルミナバブル１２が相互に結合さ
れて、第７図に示す砥石中間体３日と同様の形状の超多
孔性ビトリファイド砥石１０が製造されるのである。

このように、本適用例によれば、コーティング工程にお
いてアルミナバブル１２の表面にエポキシ樹脂を用いて
砥材１４および無機結合剤１６を含むコーティング層２
０が固着されると、このコーティング層２０の比較的強
度の高い殻構造により、その内部の比較的脆いアルミナ
バブル１２が保護される状態となる。このため、このコ
ーティング層２０により覆われたアルミナバブル１２を
用いて、成形工程において通常の砥石製造工程と同様に
、砥材１４、無機結合剤１６、および所定の有機粘結剤
と混合された坏±２２を用いて所定の形状にプレス成形
が行われることにより砥石中間体３８が得られ、その砥
石中間体３８に焼成が施されることにより、コーティン
グ層２０により覆われたアルミナバブル１２が相互に焼
結されて、砥材１４よりも充分に大きい気孔１８が比較
的大きな容積比率で形成された超多孔性砥石１０（４０
５φｘ２５ｘ１２７ｔ）が得られる。

したがって、砥材１４よりも充分に大きい気孔１８が比
較的大きな容積比率で均一に形成された超多孔性砥石１
０が容易に製造され得るのである。

また、その超多孔性砥石１０の砥材１４はアルミナバブ
ル１２と同じアルミナ系の物質であって、熱膨張率が相
互に同様であるため、砥材１４とアルミナバブル１２と
の間のクラックや剥離がなく、超多孔性砥石ｌＯの強度
が得られる利点がある。

因に、」二記の製造方法により製造された超多孔性砥石
ＮＯ，１およびＮｏ、２の組成および性能を第８図に示
す。図から明らかなように、砥粒率Ｖｇ力月７程度（組
織２３程度）と低く、また、アルミナバブル１２の容積
比率Ｖｐが４４程度と高く、１゜かも充分な破壊強度（
周速）が得られている。

次に、本発明の他の適用例を説明する。

第９図は本発明が適用された超多孔性ヒ用・リファイド
砥石５０の組織を拡大して示す模式図であり、第１０図
は第９図の一部を甲乙こ拡大して説明する図である。図
において、超多孔性ヒ用・リフアイ１′砥石５０内には
、砥材５２が無機結合剤５４によって相互に結合されて
おり、また砥材５２よりも充分に大きい気孔５６が多数
形成されている。

以上のよ・うに構成された超多孔性ビトリファイド砥石
５０にも、製造工程において自然にできる気孔よりも格
段に大きな気孔５６が積極的に且つ多数設けられている
ので、切粉が上記気孔５６内に捕捉されて目詰まりが好
適に防止され、切味が維持される一方、工Ｒ鋼、軽合金
、焼結合金などの難削性の材質に対ｊ７ても研削が可能
となって砥石の適用範囲が好適に拡大される。このよう
な超多孔性ビトリファイド砥石５０は、たとえば以下に
説明する工程により製造される。

先ず、デキストリンおよび液状バインダ（ＣＭＣ或いは
ＰＶＣ）などの有機粘結剤を、球状のスチレンボール（
発泡スチロール粒子）５８に噴霧しつつ撹拌機内で混合
することにより、スチレンボール５８の表面を充分に濡
らした後、７Ｊ−記有機粘結剤を噴霧し２つつ、炭化珪
素質（カーボランダム系）の砥材５２と無機結合剤（ビ
トリファイドボンド）５４の粉体とを予め乾式混合した
ものを少量ずつ混合機内に投入し７て、スチレンボール
５８の表面に砥材５２および無機結合剤５４を含む層６
０がコーティングされる。第１１図はこの状態を示す。

次いで、このよ・うに硯、材５２および無機、結合剤５
４を含む層６０が：Ｊ・−ティングされたスチレンポ・
−ル５８をトレー・６２の上にＲ置した状態で、８００
〜１１００’Ｃ程度の温度で焼成してステ１／ンボール
５８が焼失さ」ｔられるとともに溶融した無機結合剤５
４により砥材５２が相互に結合さ−）Ｊ゛られることに
より、内部にスチレンボール５Ｂと同様の体積の気孔５
６を有する中空の中空砥材焼結体６４が得られる。第１
２図はこの状態を示しており、この工程が第１焼成工程
に相当する。第１３図は、上記中空砥材焼結体６４を作
成する場合において用いられた材料配合例（重量比）を
示している。

次いで、上記のようにして得られた中空砥材焼結体６４
を撹拌機内においてエポキシ樹脂の一部、たとえば全便
用ゲの５％と混合し７て中空砥材焼結体６４の表面を充
分に濡らしまた後、エポキシ樹脂を全使用量の２０％程
度投入Ｌ２て中空砥材焼結体６４の表面の粘性を高める
。そして、砥材５２および無機結合剤５４の粉末の−・
部、たとえば全使用量の２０％を少量ずつエポキシ樹脂
とともに順次投入して、中空砥材焼結体６４の表面に、
砥材５２および無機結合剤５４を含むコーティング層６
６をコーティングし、エポキシ樹脂を硬化させることに
より、上記コーティング層６６を中空砥材焼結体６４の
表面に固着させる。第１４図はこの状態を示している。

次いで、上記のよ・うにコーティング層６６が表面に固
着された中空砥材焼結体６４は、撹拌機内においてデキ
ストリンおよび液状バインダなどの有機粘結剤と混合さ
れることにより充分Ｃ１こ濡らされた後、コーティング
層６Ｇの形成に用いた残り８０％の砥材５２および無機
結合剤５４と共に撹拌混合されることにより、前述の実
施例と同様に坏＋２２が調整される。この坏±２２では
、前記中空砥材焼結体６４の表面にエポキシ樹脂により
固着されたコ・−ティング層６６の上に、砥材５２およ
び無機結合剤５４が均一２．こ混合され月つ有機粘結剤
により結合された軟質の外層６８がコーティングされた
状態となっている。第１５図はこの状態を示している。

なお、第１６図は、第１３図の上段に示す１〜２■φの
小径のスチレンボールが用いられた場合の配合例を示し
ており、第１７図は、第１３図の下段に示す２〜３ｍφ
の大径のスチレンボールが用いられた場合の配合例を示
している。

上記のようにして調整された坏±２２は、前述の実施例
と同様に成形金型３６内に充填されるとともに、その成
形金型３６によってプレス成形が施されることにより、
第７図に示す砥石中間体３８が得られる。そして、その
砥石中間体３８に乾燥が施された後、第２焼成工程にお
いて１２００〜１３００°Ｃ程度の焼成が施されると、
前記超多孔性ビトリファイド砥石５０　（４０５φｘ２
５ｘ１２７ｔ）が製造されるのである。

本適用例によれば、第１焼成工程において所望の大きさ
のスチレンボール５８を選択することにより所望の大き
さの気孔５６を備えた中空砥材焼結体６４が得られる。

この中空砥材焼結体６４は比較的強い殻構造であるので
、この中空砥材焼結体６４を用いて、成形工程において
通常の砥石製造工程と同様に、所定の無機および有機結
合剤とともに所定の形状にプレス成形が行われて砥石中
間体３８が形成される。そして、第２焼成工程において
その砥石中間体３８に焼成が施されると、中空砥材焼結
体６４が相互に結合される。

したがって、砥材５２よりも充分に大きい気孔５６が比
較的大きな容積比率で均一に形成された超多孔性砥石５
０が容易に得られるのである。また、その超多孔性砥石
５０の砥材５２は炭化珪素質であって、気孔５６を形成
するためのアルミナ系の物質が含まれていないためにク
ラ・ンクや剥離がなく、超多孔性砥石５０の強度が得ら
れる利点がある。

因に、上記の製造方法により製造された超多孔性砥石Ｎ
ｏ、３（第１６図に示す配合）およびＮ０９４（第１７
図に示す配合）の組成および性能を、第１８図にそれぞ
れ示す。図から明らかなように、砥粒率Ｖｇが１８程度
と低く、また、気孔５６の容積比率Ｖｐが４６程度と高
く、しかも充分な破壊強度（周速）が得られている。

以上、本発明の一適用例を図面に基づいて説明したが、
本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例においては超多孔性ビトリファ
イド砥石１０．５０について説明されていたが、超多孔
性レジノイド砥石でも本発明が適用される。この場合に
は、無機結合剤１６．５４に替えて熱硬化性レジンなど
の有機結合剤が用いられ、焼成温度はその有機結合剤を
硬化する温度、たとえば３００°Ｃ程度とされる。

また、前述の実施例では、コーティング層２０６６を固
着させるためにエポキシ樹脂が使用されていたが、その
エポキシ樹脂に替えて、他の種類の樹脂や、ガラスなど
の無機材料が使用されてもよい。

また、前述の第１図の実施例では、気孔１８を形成する
ために中空のアルミナバブル１２が用いられていたが、
セラミックバルーンとして知られる他の材質の無機中空
粒子が用いられてもよい。

また、前述の第９図の実施例では、気孔５６を形成する
ためにスチレンボール５８が用いられていたが、焼失可
能な他の材質からなる有機物粒子であればよいのである
。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一適用例であり
、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用された超多孔性ビトリファイド砥
石の構成を示す部分拡大断面図である。 第２図は第１図の一部を更に拡大した図である。 第３図は第１図の実施例の配合比を示す図表である。第
４図乃至第７図は、第１図の超多孔性ビトリファイド砥
石の製造工程を説明するための図であって、第４図はア
ルミナバブルの表面にコーティング層が固着された状態
を示し、第５図はそのコーティング層の上に外層がコー
ティングされた状態を示し、第６図はプレス工程におけ
る金型を示し、第７図はそのプレス工程により成形され
た砥石中間体を示している。第８図は、第１図の実施例
の特性を示す図表である。第９゛図および第１０図は、
本発明の他の実施例の第１図および第２図にそれぞれ対
応する図である。第１１図、第１２図、第１４図、第１
５図は、第９図の超多孔性ビトリファイド砥石の製造工
程を説明するための図であって、第１１図はスチレンボ
ールの表面にコーティング層が固着された状態を示し、
第１２図はメチ１／ンポールが焼失ｊ７た中空砥材焼結
体を示し、第１４図は中空砥材焼結体の表面にコーティ
ング層が固着された状態を示し２、第１５図はそのコー
ティング層の」二に夕（層が、コーティングされた状態
を示し２ている。第１３図は、第９図の実施例における
スチ１／ンボール、砥材、無機結合剤の重量比を示す図
表である。第１６図および第１７図は、第９図の実施例
に４９ける中空砥材焼結体、砥材、無機結合剤の配合例
を、第１３図の上段および下段に対応し７てそれぞれ示
す図である。第１８図は、第９図の実施例の第８図に対
応する図である。 １０．５０：超多孔性ビトリファイド砥石１２：アルミ
ナハブル（無機中空粒子）１４゜ １６゜ １８゜ ２０　： ３８　： ５８　二 ６４　： ５２：砥材 ５４：無機結合剤 ５Ｇ＝気孔 コーティング層 砥石中間体 スチ１／ンボール（有機物粒子） 中空砥材焼結体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）砥材よりも充分に大きい気孔が比較的大きな容積
   比率で設けられる形式の超多孔性砥石の製造方法であっ
   て、 前記気孔と略同様の径を有する無機中空粒子の表面に、
   有機若しくは無機結合剤を用いて少なくとも砥材を含む
   層を固着するコーティング工程と、前記砥材を含む層が
   コーティングされた無機中空粒子を砥材および所定の結
   合剤と混合して所定の形状にプレス成形する成形工程と
   、 該成形工程によって所定の形状にプレス成形された砥石
   中間体を焼成することにより前記超多孔性砥石を製造す
   る焼成工程と を、含むことを特徴とする超多孔性砥石の製造方法。
2. （２）前記無機中空粒子は、中空球電融アルミナである
   請求項１の超多孔性砥石の製造方法。
3. （３）砥材よりも充分に大きい気孔が比較的大きな容積
   比率で設けられる形式の超多孔性砥石の製造方法であっ
   て、 表面に砥材および無機結合剤が有機バインダによって付
   着させられた、前記気孔と略同様な径を有する有機物粒
   子を焼成することにより、中空砥材焼結体を形成する第
   １焼成工程と、 該第１焼成工程により得られた中空砥材焼結体を所定の
   結合剤と混合して所定の形状にプレス成形する成形工程
   と、 該成形工程によって所定の形状にプレス成形された砥石
   中間体を焼成することにより、前記中空砥材焼結体の結
   合から成る超多孔性砥石を製造する第２焼成工程と を、含むことを特徴とする超多孔性砥石の製造方法。
4. （４）前記有機物粒子は、スチレンボールである請求項
   ３の超多孔性砥石の製造方法。