JPH0647676A

JPH0647676A - 砥石の製造方法

Info

Publication number: JPH0647676A
Application number: JP18995992A
Authority: JP
Inventors: Masami Nimata; 正美二俣
Original assignee: NIITORETSUKUSU HONSHA KK
Current assignee: NIITORETSUKUSU HONSHA KK
Priority date: 1992-06-24
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 1994-02-22
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JP2565622B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プレス加工等を経ることなく、簡単かつ設計
変更にも柔軟に対応することができ、メタルボンド砥石
に対しても適度な空孔を存在させることができる砥石の
製造方法を提供すること。【構成】ＳｉＣ砥粒（融点２８３０℃，寸法７５−３
０μｍ）と、Ｎｉ−Ａｌ粉末（融点１４５５℃，寸法５
３−１０μｍ）とを、４：６〜１０：１に混合した溶射
材を、溶射距離を３０〜１５０ｍｍと変えて、熱源温度
３１００℃の条件でガス溶射することで溶射により軟鋼
板の表面に砥石層を形成する。いずれの場合にも、砥粒
を酸化させることなく空孔を有するメタルボンド砥石層
を形成することができる。この空孔の割合は、ＳｉＣの
混合比を増すことにより増大させることができ、溶射距
離を５０ｍｍより小さくすることでも大幅に増大させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、砥石の製造方法に係
り、特に、簡単に砥石を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の砥石の一般的な製造方法は、砥粒
と結合剤とを計量混合し、これに一時的に接着剤を加え
たりして金型で所定形状の成形体にプレス加工し、この
成形体を加熱装置にセットして徐々に加熱して所定の高
温状態にし、この状態で保持して結合剤の溶融固化や磁
器質化を待ち、その後徐冷するというものであった。

【０００３】なお、いわゆるビトリファイドボンド砥石
の製造においては、多数の空孔が存在するものがあっ
た。一方、いわゆるメタルボンド砥石の製造において
は、この様な空孔は形成されないのが普通であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この様に、従来の製造
方法では、成形，プレス，加熱，定温保持及びその後の
徐冷ときわめて多くの工程を要し、砥石の製造に時間が
かかるという問題があった。また、プレス成形に必要な
金型を用意しなくてはならず、砥石形状の変更が容易で
はなく、今日、要求度の高い総型砥石の製造は実質上不
可能であった。さらに、接着剤を用いる場合があり、加
熱，定温保持の際にこの接着剤がガス化するため、作業
環境として好ましくないという問題もあった。

【０００５】加えて、砥石における適度の空孔の存在
は、切込み量の増大や研削熱の発散や目詰まり防止など
に一定の効果を奏するが、従来の製造方法ではメタルボ
ンド砥石についてこれらの効果を期待することは難しか
った。なお、かなり特殊な製造方法によってメタルボン
ド砥石でも空孔を有する砥石を製造可能ではあったが、
種々の空孔率のものを簡単に製造することはできなかっ
た。。

【０００６】さらに、従来の製造方法では、砥石成形体
が長時間にわたって高温状態に保たれるため、砥粒の酸
化によって砥粒本来の硬度やじん性が変化したり、砥粒
の溶融によって砥粒本来の鋭利度が低下するなどの問題
もあった。そこで、こうした従来の問題点を解決し、簡
単に砥石を製造することができ、また設計変更にも柔軟
に対応することができる砥石の製造方法を提供すること
を目的とし、加えて、メタルボンド砥石に対しても適度
な空孔を存在させることができ、しかもその空孔率の調
整も簡単な製造方法を提供すること、及び、砥粒本来の
硬度やじん性を損なうことのない製造方法としてこれら
を提供することを目的として本発明を完成した。

【０００７】

【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砥石の製造方法において
は、その構成として、砥粒と結合剤とを溶射材料として
母材表面に溶射することで、母材表面に砥粒含有層を形
成する砥石の製造方法を採用した。

【０００８】この砥石の製造方法によれば、砥粒と結合
剤とは母材に向かって吹き付けられる間に加熱され、特
に結合剤は溶融あるいは半溶融の状態になって、砥粒と
共に母材表面に打ち付けられる。この際、結合剤は偏平
化して砥粒を固着維持し、空気を巻き込んだ状態で母材
表面に付着し、砥粒と空孔を含有した層を形成する。な
お、溶射によって砥粒が高温に曝される時間は短いの
で、溶射中の砥粒の酸化はほとんど生じない。

【０００９】ここで、前記結合剤として砥粒よりも融点
の低い材料を用い、前記溶射に当たっては、結合剤を溶
融又は半溶融状態とするが砥粒については固体状態を維
持しかつ組織変化も生じさせない加熱条件を用いること
とすることで、結合剤は良好な付着性能を発揮しつつ砥
粒は鋭利度を損なうことがなく、母材表面においては、
鋭利度の良好な砥粒を含有した付着層を形成することが
できる。

【００１０】これらの砥石の製造方法において、請求項
３に記載する様に、前記結合剤として金属又は合金を用
いることとすることができる。溶射される結合剤は、加
熱・溶融の程度と母材への打ち付け速度とに応じて偏平
化した状態で母材に付着する。この偏平化した結合剤が
母材に付着する際に、砥粒と共に空気を巻き込むので、
砥粒層中に空孔が形成される。この空孔は、結合剤の偏
平化の度合によって多くなったり少なくなったりする。
また、偏平化する結合剤の割合とその様なことのない砥
粒の割合とを調整しても空孔は多くなったり少なくなっ
たりする。従って、例えば結合剤の溶融状態と母材への
打ち付け速度とを調整すれば、種々の空孔率の砥石を製
造することができる。具体的には、例えば溶射距離を調
整する手法をあげることができる。また、溶射材料にお
ける砥粒と結合剤の混合比を調整しても空孔率を変える
ことができる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の砥石の製造方法を実証した実
施例を説明する。実施例は、軟鋼製の板を母材とし、そ
の表面に、ＳｉＣ砥粒を含有するメタル層をガス溶射に
よって形成するというものである。

【００１２】ガス溶射装置としては、メテコ（ＭＥＴＣ
Ｏ）社製ガス溶射装置タイプ５Ｐを用いた。この溶射装
置は、図１に示す様に、溶射ガン１と、この溶射ガン１
にＯ2 ガス及びＣ2 Ｈ2 ガスを供給するガスコントロー
ルユニット３と、溶射ガン１に溶射材料吹き付け圧を加
重する圧縮空気コントロールユニット５と、溶射材料が
粉末容器から溶射ガン１に至るまでに橋絡してひっかか
ってしまうのを防止するための機械的な振動を与えるバ
イブレータ７とを備えたものである。

【００１３】なお、Ｏ2 ガス及びＣ2 Ｈ2 ガスの点火圧
力とガス流量条件とを表１に示す通りに設定して以下の
各溶射試験を行った。この溶射試験における熱源温度は
３１００℃であり、結合剤としてのＮｉ−ＡｌやＡｌは
溶融状態となるものの、融点が高いことから、溶射材料
中のＳｉＣ砥粒（融点２８３０℃）は溶融されることは
ない。

【００１４】

【表１】

【００１５】溶射材料としては、表２に示す様な融点及
び寸法のＳｉＣ砥粒と、Ｎｉ−Ａｌ粉末又はＡｌ粉末と
を後述の条件に従って混合して用いた。

【００１６】

【表２】

【００１７】まず、最初に、下表の様に溶射条件を設定
して溶射を行い、図２に示す様に、外径１５０ｍｍ，板
厚１５ｍｍで中央に直径３１．７５ｍｍの軸孔と直径５
０ｍｍの凹部とを有する軟鋼製の円板状母材２１の片側
表面に、幅５０ｍｍ，厚さ２ｍｍのリング状の溶射層２
３を形成した。これは、いわゆる６Ａ２型砥石（１５０
Ｄ×１５Ｔ×３１．７５Ｈ×５０Ｗ）に相当するもので
ある。

【００１８】

【表３】

【００１９】これら条件ａ〜ｃにより母材上に形成した
溶射層から（長さ）×（幅）×（厚さ）＝５０×２０×
３ｍｍの試料を切り出し、顕微鏡観察した際の断面写真
を図３に示す。この断面写真から明かな様に、条件ａで
は砥粒：結合剤＝４：６で混合したにもかかわらず、視
野内に分布している砥粒の数は極めて少なかった。即
ち、砥粒の大部分は溶射層中に保持されず、失われてし
まったということを意味する。

【００２０】この原因としては、燃焼ガス炎温度は、元
々は約３１００℃と、結合剤としてのＮｉ−Ａｌの融点
（１４５５℃）に比べれば十分に高いものの、圧縮空気
の供給によってガス炎温度がこれよりも低下し、結合剤
が十分に溶融された状態で母材表面に吹き付けられなか
ったためと考えられる。このことは、融点の低いＡｌ結
合剤による条件ｂの場合や、Ｎｉ−Ａｌ結合剤であって
も圧縮空気を使用しない条件ｃの場合には、断面写真に
おいて多くの砥粒が見られていることからも理解され
る。なお、図３の断面写真からは、条件ａと条件ｃとで
は砥粒率の差だけでなく、条件ｃの方が空孔が多くなっ
ているということもわかる。これは、圧縮空気が供給さ
れないので、溶射材料の吹き付け速度が低下したため、
空孔ができ易くなったためと考えられる。なお、写真
中、最も色の薄いところが結合剤であり、最も色の濃い
ところが空孔であり、中間的な色のところが砥粒であ
る。

【００２１】次に、表４に示す様に溶射条件を設定して
溶射を行った。

【００２２】

【表４】

【００２３】なお、一般に表面改質などのために行われ
る溶射の際の溶射距離は、１００〜２５０ｍｍとされて
いるが、上記条件１，２は、これらよりも相当に短い距
離を条件としている。この条件１〜４により母材上に形
成した溶射層の断面写真を図４に示す。また、この断面
写真から、砥粒，空孔及び結合剤のそれぞれの面積を測
定し、砥粒，空孔及び結合剤の面積全体に占める各割合
を計算した結果を表５及び図５に示す。

【００２４】

【表５】

【００２５】表５及び図５から明かな様に、溶射距離が
変わると、砥粒率，空孔率及び結合剤率がかなり変わる
ことが分かる。特に、砥粒率について見ると、溶射距離
５０ｍｍ（条件２）をピークに、これよりも溶射距離が
短くても長くても減少するということが分かった。反対
に、空孔率は、この溶射距離５０ｍｍ（条件２）をボト
ムに、これよりも溶射距離が短くても長くても増加する
ということが分かった。特に、５０ｍｍよりも溶射距離
が短くなる場合の空孔率の増加度合はきわめて大きい。

【００２６】この様な結果になるのは、溶射距離が小さ
過ぎるとガス炎温度が低く、加熱される時間も短くなる
ことから、溶射材料、特に結合剤が十分に加熱溶融化さ
れず、このため母材表面に打ち付けられる際の結合剤の
偏平化が不十分となり、砥粒と結合剤及び結合剤同士の
粒子間に砥粒を十分に巻き込みつつ母材に付着すること
ができず、空孔を多数形成したものと考えられる。

【００２７】一方、溶射距離が長いと、加熱溶融された
粒子が母材に到達する前に冷却されてしまうから、この
場合も砥粒を十分に巻き込むことができにくくなり、溶
射距離の増大と共に空孔が徐々に残り易くなるものと考
える。この場合には、溶融の程度だけでなく、打ち付け
速度が弱くなることも関係しているものと考えられる。

【００２８】この結果、ＳｉＣ砥粒をＮｉ−Ａｌ結合剤
で結合して砥石を製造するに当たっては、溶射距離が５
０ｍｍと、一般の溶射方法での溶射距離（１００〜２０
０ｍｍ）よりもかなり短い距離にしたときに、砥粒率の
大きい砥石を製造することができるということが分かっ
た。この様に一般の溶射方法におけるよりもかなり短い
溶射距離が望ましいのは、「固体状態のままでかつ組織
変化を生じさせてはならない砥粒と、溶融状態（少なく
とも半溶融状態）にしなければならないメタル結合剤
と、から溶射材料が構成される」というメタルボンド砥
石の製造に特有の要因が関係している結果といえる。

【００２９】なお、これら条件１〜４の各溶射砥石につ
いて、溶射層から（長さ）×（幅）×（厚さ）＝５０×
３５×２ｍｍの試料を切り出し、Ｘ線回析法により成分
分析を行った結果を図６〜図９に示す。Ｘ線回析は、図
１０に示す様に、原子が規則正しく配列した結晶体に対
してＸ線がある角度θで入射する場合、異なる等価な原
子格子面に反射されるＸ線の行路差と波長λの整数倍と
が一致するときにブラッグ（Ｂｒａｇｇ）の回析条件を
満たし、反射Ｘ線が干渉によって強く反射するという性
質を用いて行った。このため、試料に対して、入射角度
を連続的に変化させながら反射Ｘ線の強度を測定するこ
とで回析角度２θを求めるという手法を採用した。

【００３０】この分析結果から明かな様に、条件１〜４
のいずれにおいても、ＳｉＣによるピークは確認される
もののＳｉＯ2 のピークが見られないということから、
溶射層に含まれるＳｉＣ砥粒には酸化が生じていないと
いうことが分かる。これは、溶射による加熱期間はきわ
めて短いため、砥粒が高温状態に長く曝されることがな
く、製造中に酸化され難いということによるものと考え
られる。即ち、砥粒に酸化が生じないというのは、溶射
法による砥石製造法特有の顕著な作用・効果である。

【００３１】次に、上記条件設定においては最も砥粒率
の大きい砥石を製造可能であった溶射距離５０ｍｍにつ
いて、今度は、砥粒と結合剤の混合率を種々に調整して
溶射を行った。この溶射条件を表６に示す。

【００３２】

【表６】

【００３３】この条件１１〜１４により母材上に形成し
た溶射層の断面写真を図１１に示す。また、この断面写
真から、砥粒，空孔及び結合剤のそれぞれの面積を測定
し、砥粒，空孔及び結合剤の面積全体に占める各割合を
計算した結果を表７及び図１２に示す。

【００３４】

【表７】

【００３５】表７及び図１２から明かな様に、砥粒率
は、砥粒の混合割合が増大するにつれて次第に上昇し、
８：２をピークにそれ以上では減少する傾向にあること
が分かった。これは、砥粒率は砥粒を増加することで増
大させることができるが、砥粒を母材表面に固定する結
合剤が過小になると被膜が形成され難くなり、空孔率が
過多となると、結合剤が不足して十分に砥粒を捉えきれ
なくなったためと考えられる。

【００３６】なお、これら条件１１〜１４の各溶射砥石
について、条件１〜４に対して行ったのと同様にＸ線回
析法により成分分析を行った結果を図１３〜図１６に示
す。この分析結果からも、溶射法による砥石製造方法に
よれば、砥石製造中のＳｉＣの酸化は見られないという
ことがわかった。

【００３７】以上の様に、実施例として行った各溶射条
件によれば、結合剤が十分に溶融することのできる加熱
条件（結合剤の融点と、溶射距離，熱源温度及び溶射中
の冷却の有無といった溶射条件との関係により定まる特
定の加熱条件）を採用すれば、溶射法という簡単な方法
により、工程数も少なく、金型などの砥石形状に応じた
設備を要することなくメタルボンド砥石を製造すること
ができた。

【００３８】しかも、このメタルボンド砥石は、従来の
製造方法では空孔を形成するのが困難であったのに対
し、上述の実施例によれば、空孔を有するメタルボンド
砥石を簡単に製造することができた。しかもこの空孔率
は、砥粒率の調整と同様に、溶射距離や溶射材料の混合
比を種々に調整することで調整できる。即ち、本実施例
によれば、溶射法を用いてメタルボンド砥石を製造する
ことにより、メタルボンド砥石でありながら空孔を有す
るものを簡単に製造することができ、しかもその空孔率
は小さなものから大きなものまで種々の形態に簡単に調
整することができる。この結果、メタルボンド砥石であ
っても、空孔の作用による切込み量の増大や研削熱の発
散や目詰まり防止などに一定の効果を奏するようにな
る。

【００３９】以上本発明の好適な実施例を説明したが、
本発明は何らこれら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。例えば、砥粒としては、立方晶窒
化硼素（ＣＢＮ）や、アルミナや、ダイヤモンドなど種
々のものを用いてよいし、結合剤としても種々の金属や
合金を用いてもよい。また、メタルボンド砥石に限ら
ず、ビトリファイドボンド砥石や、メタルボンドとビト
リファイドボンドの混合した砥石を製造するのに適用し
ても構わないし、レジノイドボンド砥石の製造に適用し
ても構わない。加えて、ガス溶射ではなくプラズマ溶射
や、その他の溶射方法によって砥粒含有層を形成しても
よい。さらに、砥粒：結合剤の混合比率も、主に砥粒率
との関係で調整すればよく、砥粒率の小さい砥石を製造
するのならば実施例よりももっと少なくし、例えば砥
粒：結合剤＝１：１０程度の混合比に調整した溶射材料
を用いてもよい。

【００４０】ここで、プラズマ溶射によるＣＢＮ砥石の
製造例について説明しておく。溶射材料としては、表面
をニッケルコーティングしたＣＢＮ砥粒（粒径は＃３２
５メッシュ）と、結合剤としてのＷＣ／Ｃｏ混合粉末
（粒径１０〜５３μ）とを、ＣＢＮ：ＷＣ／Ｃｏ＝４：
１の割合で混合した粉末材料を用いた。なお、結合剤は
ＷＣ：Ｃｏ＝８８：１２のものを用いた。

【００４１】この溶射材料を、プラズマ溶射装置を用い
て、図１７に示す様に、アルゴン雰囲気下でアルミ鋳物
のリング状の母材３１（直径１００ｍｍ×板厚１０ｍｍ
×内径５０．８ｍｍ）の外周部分に溶射層３３を形成し
た。溶射の条件は、下表の通りである。

【００４２】

【表８】

【００４３】この溶射の結果、厚さ約０．１ｍｍの砥粒
含有層を形成することができた。また、図１８の砥粒層
表面の２００倍拡大写真に示す様に、砥粒はしっかりと
結合剤中に埋まっていた。また、同図の下段に示した砥
粒層から取り出した砥粒粒子の２００倍拡大写真及び図
１９の説明図に示す様に、砥粒層から回収した砥粒の表
面には、ニッケルコートによるスパイク状突起がそのま
ま残っていることが確認できた。なお、この回収砥粒を
酸洗してＸ線回析して調べたところ、ＣＢＮのＨＢＮ化
は認められず、溶射の際の熱によるダメージはないこと
が分かった。

【００４４】また、上述した様に溶射により砥粒層を形
成した後に、溶射面をバーナーであぶることによって溶
射層中の結合剤を再溶融させる後処理を施してもよい。
この様に再溶融させることで、溶射材料同士の結合力が
増し、溶射層中の砥粒の保持がより強固なものとなっ
て、砥石の結合度が向上する効果がある。また、溶射材
料と母材との結合度も増して、溶射層が剥がれ難くなる
という効果もある。なお、再溶融をすると空孔は減少
し、場合によってはなくなるるが、レジノイドボンド砥
石やメタルボンド砥石の９９％以上がそうである様に、
空孔がないことは砥石の性能を損なうわけではない。む
しろ、この手法を採用して、溶射だけの場合の空孔率を
調整することも可能であり、砥石の結合度の向上からす
れば、砥石の種類や用途等によっては再溶融はより有用
な方法ともいえる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の砥石製造方
法によれば、プレス加工等を必要とせず、簡単に砥石を
製造することができる。このことはまた、砥石形状の変
更等において、従来必要であった金型の設計変更を不要
とし、設計変更の容易性という点でも優れた効果を奏す
る。また、溶射における加熱期間は極めて短いから、砥
粒の酸化を引き起こすことがなく、砥粒本来の硬度，じ
ん性を損なうことがない。従って、本発明によれば、砥
粒性質の良好な砥石を簡単かつ設計変更も容易に製造す
ることができる。

【００４６】特に、請求項２の様に加熱条件を構成すれ
ば、結合剤は良好な付着性能を発揮しつつ砥粒は鋭利度
を損なうことがなく、母材表面に鋭利度の良好な砥粒を
含有した付着層を備えた砥石を製造することができる。
また、請求項３記載の様に、結合剤として金属又は合金
を用いれば、いわゆるメタルボンド砥石でありながら、
空孔を有する砥石を製造することができる。そして、結
合剤の溶融状態と、結合剤中の溶融状態のアンバランス
度やそもそも溶融状態が異なる砥粒の割合を調整するこ
とで、この空孔の含有率を簡単に調整することができ
る。なお、空孔率の調整は、請求項１，２記載の砥石の
製造方法においても同様に簡単であることはもちろんで
ある。この結果。メタルボンド砥石において、切込み量
の増大や研削熱の発散や目詰まり防止などに一定の効果
を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いたガス溶射装置の概略を示すブ
ロック図である。

【図２】実施例で製造した砥石の概略構成図である。

【図３】実施例の条件ａ〜ｃで製造した砥石の砥粒含
有層の断面の顕微鏡写真である。

【図４】実施例の条件１〜４で製造した砥石の砥粒含
有層の顕微鏡写真である。

【図５】実施例の条件１〜４で製造した砥石の砥粒含
有層の顕微鏡写真から求めた砥粒率，空孔率及び結合剤
率と溶射距離との関係を示すグラフである。

【図６】実施例の条件１で製造した砥石の砥粒含有層
のＸ線回析による成分分析結果のグラフである。

【図７】実施例の条件２で製造した砥石の砥粒含有層
のＸ線回析による成分分析結果のグラフである。

【図８】実施例の条件３で製造した砥石の砥粒含有層
のＸ線回析による成分分析結果のグラフである。

【図９】実施例の条件４で製造した砥石の砥粒含有層
のＸ線回析による成分分析結果のグラフである。

【図１０】Ｘ線回析の手法を示す説明図である。

【図１１】実施例の条件１１〜１４で製造した砥石の
砥粒含有層の断面の顕微鏡写真である。

【図１２】実施例の条件１１〜１４で製造した砥石の
砥粒含有層の顕微鏡写真から求めた砥粒率，空孔率及び
結合剤率と砥粒混合率との関係を示すグラフである。

【図１３】実施例の条件１１で製造した砥石の砥粒含
有層のＸ線回析による成分分析結果のグラフである。

【図１４】実施例の条件１２で製造した砥石の砥粒含
有層のＸ線回析による成分分析結果のグラフである。

【図１５】実施例の条件１３で製造した砥石の砥粒含
有層のＸ線回析による成分分析結果のグラフである。

【図１６】実施例の条件１４で製造した砥石の砥粒含
有層のＸ線回析による成分分析結果のグラフである。

【図１７】製造例としてのＣＢＮ砥石の概略構成図で
ある。

【図１８】ＣＢＮ砥石の製造例における砥粒保持状態
及びそこから回収した砥粒単体を示す顕微鏡写真であ
る。

【図１９】図１８の回収砥粒単体に関する説明図であ
る。

【符号の説明】

１・・・溶射ガン、３・・・ガスコントロールユニッ
ト、５・・・圧縮空気コントロールユニット、７・・・
バイブレータ、２１，３１・・・母材、２３，３３・・
・溶射層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砥粒と結合剤とを溶射材料として母材表
面に溶射することで、母材表面に砥粒含有層を形成する
砥石の製造方法。
【請求項２】前記結合剤として砥粒よりも融点の低い
材料を用い、前記溶射に当たっては、結合剤を溶融又は半溶融状態と
するが砥粒については固体状態を維持しかつ組織変化も
生じさせない加熱条件を用いることを特徴とする請求項
１記載の砥石の製造方法。
【請求項３】前記結合剤として金属又は合金を用いる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の砥石の製
造方法。