JPH06155307A

JPH06155307A - 集中度２００未満のビトリファイド砥石及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06155307A
Application number: JP32849292A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Hasegawa; 光洋長谷川; Takeo Shibata; 丈夫柴田
Original assignee: NIITORETSUKUSU HONSHA KK
Current assignee: NIITORETSUKUSU HONSHA KK
Priority date: 1992-11-13
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1994-06-03

Abstract

(57)【要約】【目的】砥粒，気孔が適度に分散し、骨材の脱落も適
度で、研削性能が均一かつ良好な集中度２００未満のビ
トリファイド砥石を製造する。【構成】ＣＢＮ砥粒(140/170;25vol%)を混合撹拌機に
入れ、次に樹脂系の有機バインダ(5vol%)を入れ、砥粒
を被覆する。次に、ＳｉＣ(#3000;7.5vol%)，ホウ珪酸
系ガラス(4μm;7vol%)を混合したものを加えて混合撹拌
し、砥粒の周囲に第１の付着層を形成する。そして、こ
の第１の付着層を硬化させた後、上記同様に、水溶性系
の有機バインダ(10vol%)で被覆し、上記粒度，粒径のＳ
ｉＣ(15vol%)，ホウ珪酸系ガラス(14vol%)とを混合した
ものを加えて混合撹拌し、第２の付着層を形成する。そ
して、これを成形し、焼結する。この結果、砥粒（黒く
大きい粒）が均一に分散し、気孔も多く存在すると共に
均一に分散し、骨材（白い小さな粒）も砥粒の周囲に均
一に分散した研削性能良好な集中度１００の砥石を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集中度２００未満、即
ち砥粒の容積率が５０％未満のビトリファイド砥石及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超砥粒による焼結砥石を製造
する際、砥粒の集中度が２００未満のビトリファイド砥
石では焼結による収縮が発生し、これによるひび割れや
変形といった欠陥が生じることが知られていた。そし
て、これを防止するため、集中度２００未満のビトリフ
ァイド砥石を製造する場合には、図６に示す様に、砥粒
ｇ（通常は平均粒径３０〜３００μｍ）と骨材ｆ（細粒
から粗粒まで用途等によって種々のものがある）とを混
合撹拌機１００に入れて均一になる様に混合撹拌し、こ
こへ液状の有機バインダｂｉを入れて被覆し、結合剤ｂ
ｏ（通常は平均粒径１〜１０μｍ）を加え、この混合物
を用いて砥石を成形し、焼結するといった方法が採用さ
れていた。但し、有機バインダは焼結時に消失する。こ
の様に骨材を混ぜることで、焼結時の収縮の問題は解消
した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、この従来の製
造方法における砥石構造としては、図７（Ａ）に示す様
に、砥粒ｇと骨材ｆとが交互に並ぶのが理想であるのに
対し、現実には砥粒ｇと骨材ｆとが均一に混ざり難く
て、同図（Ｂ）に示す様に、砥粒ｇと骨材ｆとがどちら
かに偏った不均一な構造の砥石しか製造できなかった。

【０００４】この結果、従来の集中度２００未満のビト
リファイド砥石では、研削性能に偏りが生じ、骨材が適
度に脱落してくれず、研削比，被研削面の粗度，研削抵
抗といった性能をトータル的に見た場合に性能が十分で
ないといった問題があった。そこで、均一な研削性能を
有し、骨材の脱落も適度な集中度２００未満のビトリフ
ァイド砥石及びその様な砥石の製造方法を提供すること
を目的として本発明を完成した。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】かかる目的を達
成するためなされた本発明の集中度２００未満のビトリ
ファイド砥石は、請求項１に記載した様に、砥粒と結合
剤と骨材とを混合して成形・焼結し、結合剤中に分散し
た砥粒及び骨材と、結合剤の間に形成される気孔とをほ
ぼ均一に分散させた集中度２００未満のビトリファイド
砥石において、砥粒及び骨材は、砥粒が気孔と共にほぼ
均一に分散配置されると共に、平均粒径が２μｍ〜４０
μｍ（より好ましくは５μｍ〜２０μｍ）でありかつ砥
粒の粒径の３０％以下（より好ましくは２０％以下）で
ある骨材が各砥粒を取り囲む様に分散配置された状態
で、結合剤によって結合されており、前記砥粒と骨材と
の合計体積が、気孔を含む砥石体積の４０％以上である
ことを特徴とする。

【０００６】これを模式的に強調して例示したのが図１
である。この図に示した様に、本発明による集中度２０
０未満のビトリファイド砥石は、砥粒ｇ及び気孔ｈがほ
ぼ均一に分散した構造を有するので、研削性能の偏りが
ない。また、骨材ｆは砥粒ｇの周囲に分散した状態で配
置されており、骨材ｆは砥粒ｇに比べて十分に小さいの
で、研削中は適度に脱落し、砥粒ｇの切れ味を損なうこ
とがない。加えて、被削材に対する大きな抵抗ともなら
ず、被削材の表面に引っかき傷をつけるといったことも
ない。そして、気孔ｈがほぼ均一に分散している結果、
研削中の目詰まりを良好に防止する。また、骨材ｆが適
量存在し、かつ偏ることなく分散されているので、結合
剤による結合度も良好であり、砥石自体が脆くない。

【０００７】この様な本発明の集中度２００未満のビト
リファイド砥石の製造には、請求項２に記載した様に、
砥粒表面を有機バインダで被覆した後、結合剤粉末と、
平均粒径２μｍ〜４０μｍ（より好ましくは５μｍ〜２
０μｍ）でかつ砥粒の３０％以下（より好ましくは２０
％以下）の粒径の骨材粒子との混合物を加えて混合撹拌
することで各砥粒の表面に結合剤及び骨材による付着層
を形成し、砥石に成形後、焼結することを特徴とし、前
記砥粒と骨材との合計体積が、気孔を含む砥石体積の４
０％以上である集中度２００未満のビトリファイド砥石
の製造方法が適している。

【０００８】この製造方法によれば、骨材ｆは、平均粒
径が２μｍ〜４０μｍでありかつ砥粒ｇの３０％以下
と、砥粒ｇに比較して十分に小さい粒径であるので、結
合剤ｂｏと混合したものを加えて混合撹拌すると（図２
（Ａ））、砥粒ｇの周囲に均一に配される。即ち、図２
（Ｂ）に示す様に、骨材ｆが結合剤ｂｏと共に有機バイ
ンダによって各砥粒ｇの表面に付着した状態となる。と
ころで、骨材ｆが砥粒ｇと同程度若しくは１／２程度の
粒径であるなら、この様に砥粒ｇの周りに均一に配され
ず、交互に並んだ状態にしか配置されない。

【０００９】そして、本発明の方法においては、成形さ
れると、図２（Ｃ）に示す様に、各砥粒ｇの周囲に骨材
ｆが分散すると共に、砥粒ｇ間には結合剤ｂｏ及び骨材
ｆによる連結部分が形成される。そして、これを焼結し
ても、骨材ｆが適度に混ざっているので収縮することが
なく、砥石のひび割れや変形が起こらない。また、気孔
ｈがほぼ均一に分散し、周囲に骨材ｆを配した状態の砥
粒ｇもやはりほぼ均一に分散した状態のビトリファイド
砥石（請求項１記載の砥石）を製造することができる。

【００１０】骨材ｆは、粒径が小さ過ぎず、軟化点が高
く、砥粒と合わせた容積を十分確保してあるため、結合
剤ｂｏを十分に溶融させて砥粒保持力を最大発揮させて
も、収縮が少ないため欠陥が無く、砥石強度が優れてい
る。この砥粒，気孔が均一で砥粒保持力が強い砥石によ
り、研削比，面粗度，研削抵抗がより良好なものとな
る。

【００１１】この方法において、骨材の粒径を４０μｍ
以下としたのは、これを越えると砥粒の周囲に付着し難
い上に、一般に平均粒径が１０μｍ以下の微細な結合剤
との混合が均一になり難いからである。なお、骨材と結
合剤との混合をより完全にするには、予め骨材の表面に
結合剤を被覆しておいてもよい。

【００１２】一方、骨材の粒径が２μｍ未満と小さ過ぎ
るときは、焼結時の収縮を十分に抑制することは困難で
ある。この収縮は、骨材の配合量を増やしたり、焼結温
度を下げたりすれば抑制できるものの、今度は結合剤の
結合度を低下させ、脆い砥石になってしまう。従って、
骨材の粒径は２μｍ〜４０μｍの範囲とすべきである。

【００１３】なお、本発明の製造方法において、砥粒の
集中度が非常に小さいなど、１回で付着層を形成するこ
とが困難な場合には、付着層を形成する工程を２回以上
に分けて実行してもよい。２回目以降の工程は、その前
の工程にて形成された付着層を、そこに含まれる有機バ
インダを硬化させるか又は焼結して消失させるかしてお
くことが望ましい。こうすることにより、次の付着工程
で添加する有機バインダにより、前工程の付着層の形状
が崩れたり剥がれたりしないからである。この場合、１
回目，２回目，…の各工程は、それぞれ「結合剤の
み」，「骨材のみ」，「結合剤及び骨材」等として有機
バインダを添加した後に加えて混合撹拌する材料を変化
させ、各付着層が異なる配合のものとなる様にしてもよ
い。例えば、下記表１の如く種々の組み合せを採用する
ことができる。ここで、結合剤ｂｏや骨材ｆは、１回
目，２回目，３回目で異種のものを用いても構わない。
但し、１回目〜３回目の内の１回以上は、結合剤ｂｏ＋
骨材ｆの組み合せを使用しなければならない。また、最
終付着工程の前までに付着層を固定された砥粒の容積率
は、３５〜５５％となる様に調整するとよい。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【実施例】次に、本発明を適用した実施例としての超砥
粒ビトリファイド砥石についてその製造方法と共に説明
する。実施例の超砥粒ビトリファイド砥石は、上述した
本発明方法に基づき、図２に示した様な手順で製造され
る。本実施例では、砥粒ｇとしては、ＣＢＮ又はダイヤ
モンド等の超砥粒を用いる。骨材ｆとしては、ＳｉＣ，
ムライト，ジルコンなど、結合剤の焼結温度より融点が
高いため焼結時に変形せず適度な硬度をもつ物質を用い
る。結合剤ｂｏとしては、ホウ珪酸ガラスなどのセラミ
ック質又はビトリファイド質と称される結合剤を用い
る。有機バインダｂｉとしては、通常の樹脂系，水溶性
系，ワックス系などを用いる。

【００１６】次に、実際に外径１８０ｍｍ，厚さ５ｍ
ｍ，穴径５０．８ｍｍの平型砥石を製造して、その研削
性能を確認した結果を説明する。まず、用いた原料を表
２に示す。

【００１７】

【表２】

【００１８】この表２の原料を用いて、砥粒を混合撹拌
機に入れると共に、まず上記Ａの材料中の樹脂系の有機
バインダで砥粒表面を被覆し、次にＳｉＣとホウ珪酸系
ガラスとを混合したものを加えて混合撹拌することによ
り、第１の付着層を形成し、硬化させる。この後、この
第１の付着層表面を水溶性系の有機バインダで被覆した
上で、ＳｉＣとホウ珪酸系ガラスとを混合したものを加
えて混合撹拌することにより、上記Ｂの材料による最終
付着層を形成し、これを砥石形状に加圧成形した。そし
て、９００℃で焼結して砥石を製造した。なお、この砥
石は、集中度でいうと１００である。

【００１９】一方、比較例として、下記表３の配合によ
り、図６で示した従来法の手順にて原料を混合撹拌して
成形し、焼結して集中度１００の砥石を製造した。

【００２０】

【表３】

【００２１】この実施例及び比較例の砥石を用いて、下
記表４の研削条件にて研削を実施した。

【００２２】

【表４】

【００２３】この研削試験の結果を表５に示す。

【００２４】

【表５】

【００２５】ここで、研削比とは、被削材の体積減少量
をＣＢＮホイールの体積減少量で割った値であり、これ
が大きいほど砥石の寿命が長いことを意味する。また、
面粗度は小さい方がよく、研削抵抗は低い方が切れ味が
よいことを意味する。この表５の結果から、実施例のＣ
ＢＮホイールの研削比は、従来品より優れていることが
分かった。また、切込み量を１０μｍから２０μｍへと
増加したときの研削比の落込み率も、実施例では６３
％，比較例では７３％となっており、研削比の落込み率
で比較しても実施例の方が良好であった。このことか
ら、実施例の砥石は、砥粒保持力が優れていると判断す
ることができる。また、面粗度については、より顕著な
差があり、実施例は全体に低く、切込み量を増加しても
悪化率は低い。このことから、実施例の砥石は、砥粒の
分散状態が均一で、しかも脱落が少ないものと判断する
ことができる。さらに、研削抵抗においても、実施例は
低く良好であり、無駄な骨材が無く、気孔が確保されて
いるものと判断される。この様に、面粗度，研削抵抗の
いずれをとっても実施例の方が比較例よりも優れてい
た。

【００２６】次に、砥粒，骨材，気孔の分散状態につい
て実施例の砥石を顕微鏡で拡大して構造を確認したとこ
ろ、図３（約５０倍に拡大した顕微鏡写真）に示す様
に、砥粒（黒く大きい粒）が均一に分散し、偏りがない
ことが分かる。また、このとき、気孔も多く分散してい
る。骨材は、白い小さな粒である。

【００２７】この様な良好な分散状態は砥石を使用して
研削を実施した後も同様であり、砥粒が良好に突出し、
その他の骨材や結合剤は奥へ引っ込んだ状態になってい
た。これは、研削中に骨材が適度に脱落したことを意味
する。また、この様に骨材が良好に脱落する状態で研削
を実行できるので、研削抵抗も低くなったのである。

【００２８】一方、上記表１のＳｉＣに代えて粒径１２
μｍのムライトを骨材とし、下記表６の配合比の原料を
用いて、本発明方法に基づいて集中度１００の砥石を製
造した。

【００２９】

【表６】

【００３０】この砥石の顕微鏡写真を図４に示す。図か
ら分かる様に、砥粒，骨材，気孔の分散状態について実
施例の砥石を顕微鏡で拡大して構造を確認したところ、
図４（約５０倍に拡大した顕微鏡写真）に示す様に、砥
粒（黒く大きい粒）が均一に分散し、偏りがないことが
分かる。また、このとき、気孔も多く分散している。骨
材は、白い小さな粒である。この砥石においても、研削
後も砥粒が良好に突出し、その他の骨材や結合剤は奥へ
引っ込んで、砥粒及び気孔の良好な分散状態が維持され
ていた。

【００３１】一方、アルミナを骨材とした上述の従来例
の砥石の顕微鏡写真を図５に示す。この顕微鏡写真から
明かな様に、砥粒が偏ってしまった。これによって実施
例ほどの研削性能が得られなかったものと考えられる。
なお、この写真中右上の白い部分は砥石ではない。

【００３２】なお、表２に示した様に、粒径の小さいＳ
ｉＣを骨材として、これを本発明方法によらず、砥粒と
骨材を最初に混ぜ合わせてから有機バインダを入れて混
合し、次に結合剤を混合して成形する従来の方法にて砥
石を製造したところ、やはり、砥粒の分散状態が不均一
となり、気孔も全くない部分とたくさんある部分とがで
きてしまい、研削性能も不十分であった。

【００３３】このことから、単に骨材として小さいもの
を用いるだけではだめであり、本発明方法を採用して初
めて、砥粒，気孔が良好に分散した集中度２００未満の
砥石を製造することができるようになったということが
分かる。以上本発明の好適な実施例を説明したが、本発
明は何らこの実施例に限定されず、その要旨を逸脱しな
い範囲の種々なる態様を採用することができることはも
ちろんである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の集中度２０
０未満のビトリファイド砥石によれば、均一な研削性能
を有し、骨材の脱落も適度で、研削比，被削面の粗度，
研削抵抗といった研削性能が向上する。

【００３５】また、本発明の集中度２００未満のビトリ
ファイド砥石の製造方法によれば、砥粒，気孔及び骨材
が均一に分散した請求項１記載のビトリファイド砥石を
簡単・確実に製造することができる。そして、集中度が
２００未満であるにもかかわらず、焼結による収縮がな
く、砥石のひび割れや変形が起こらない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の砥石の構成を例示する模式図であ
る。

【図２】本発明の製造方法を模式的に示す説明図であ
る。

【図３】実施例として製造した砥石の砥粒，気孔，骨
材の分散状態を示す約５０倍に拡大した顕微鏡写真であ
る。

【図４】他の実施例として製造した砥石の砥粒，気
孔，骨材の分散状態を示す約５０倍に拡大した顕微鏡写
真である。

【図５】従来例として製造した砥石の砥粒，気孔，骨
材の分散状態を示す約５０倍に拡大した顕微鏡写真であ
る。

【図６】従来の砥石製造方法の説明図である。

【図７】従来の砥石製造方法により製造される理想的
な構造と現実の構造を示す説明図である。

【符号の説明】

ｇ・・・砥粒、ｆ・・・骨材、ｈ・・・気孔、ｂｏ・・
・結合剤、ｂｉ・・・有機バインダ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年７月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の砥石の構成を例示する模式図であ
る。

【図２】本発明の製造方法を模式的に示す説明図であ
る。

【図３】実施例として製造した砥石の砥粒，気孔，骨
材の分散状態を示すため約５０倍に拡大した砥石の粒子
構造の顕微鏡写真である。

【図４】他の実施例として製造した砥石の砥粒，気
孔，骨材の分散状態を示すため約５０倍に拡大した砥石
の粒子構造の顕微鏡写真である。

【図５】従来例として製造した砥石の砥粒，気孔，骨
材の分散状態を示すため約５０倍に拡大した砥石の粒子
構造の顕微鏡写真である。

【図６】従来の砥石製造方法の説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砥粒と結合剤と骨材とを混合して成形・
焼結し、結合剤中に分散した砥粒及び骨材と、結合剤の
間に形成される気孔とをほぼ均一に分散させた集中度２
００未満のビトリファイド砥石において、砥粒及び骨材は、砥粒が気孔と共にほぼ均一に分散配置されると共に、平
均粒径が２μｍ〜４０μｍでありかつ砥粒の粒径の３０
％以下である骨材が各砥粒を取り囲む様に分散配置され
た状態で、結合剤によって結合されており、前記砥粒と骨材との合計体積が、気孔を含む砥石体積の
４０％以上であることを特徴とする集中度２００未満の
ビトリファイド砥石。
【請求項２】砥粒表面を有機バインダで被覆した後、
結合剤粉末と、平均粒径２μｍ〜４０μｍでかつ砥粒の
３０％以下の粒径の骨材粒子との混合物を加えて混合撹
拌することで各砥粒の表面に結合剤及び骨材による付着
層を形成し、砥石に成形後、焼結することを特徴とし、前記砥粒と骨材との合計体積が、気孔を含む砥石体積の
４０％以上である集中度２００未満のビトリファイド砥
石の製造方法。