JPH07100768A - 切削又は研削用工具及びその製造に用いるガラス結合剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来技術の難点を解消し、ガラス結合剤を使用
することによるドレッシング性が良く且つ気孔を設けた
砥石を作り易いという特徴を維持しつつ、従来品より機
械的な強度が高く且つ安全で長寿命であり、重度の研削
が可能な切削又は研削用工具及びその製造に用いるガラ
ス結合剤を提供する。 【構成】本発明の切削又は研削用工具は、オキシナイト
ライドガラスを主たる結合剤として砥粒を成型してなる
ことを特徴とするものであり、又本発明の切削又は研削
用工具の製造に用いるガラス結合剤は、オキシナイトラ
イドガラスを主たる成分とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は切削又は研削用の工具及
び切削又は研削用の工具を製造する際に使用して好適な
ガラス結合剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より使用されている研削用又は切削
用の工具としては、砥石、金属やセラミック等の切断工
具や地中の岩石を切削する工具等を挙げることができ、
これらの代表例である砥石は、砥粒、結合剤及び気孔の
三要素で構成されており、高速度で回転しながら無数の
鋭い砥粒で加工物を削り、美しい仕上げ面を得ると共に
正しい寸法に仕上げる工具であって、加工中に砥粒が自
然に欠けたり脱落したりして新しい砥粒が加工面に現わ
れ、常に同じ状態で加工を続けることができるという特
徴を有している。

【０００３】又、上記切断工具や切削工具は、形状や用
途こそ異なるものの、切断用工具は薄い砥石であり、切
削工具は加工速度の比較的遅い砥石と見做すことがで
き、やはり上記砥石と同様の特徴を有している。

【０００４】このような研削用又は切削用の工具は、一
般に、気孔を残しつつ結合剤により砥粒を結合すること
により製造されており、この結合剤としては、一般に樹
脂や金属、ガラス等が使用されているが、この結合剤の
選定には、砥石の回転時に発生する遠心力や衝撃に耐え
ること、作業中の砥粒の温度上昇や機械的な力に耐えて
砥粒を脱落させないこと等を考慮すれば十分であるので
はなく、更に、例えば砥石については、刃物による加工
と異なり加工中に目詰まりや不均質な砥粒の脱落等が起
きるので、この目詰まり等の状態からの回復作業（ドレ
ッシングと呼ぶ）をも考慮して結合剤を選定することが
重要なのである。

【０００５】即ち、一般に、衝撃のかかる場合や、比較
的硬さは高いが脆い材料の加工用の工具には、樹脂系や
金属系の結合剤が適当であり、硬さは低いが機械的な強
度が高い難削材の加工用の工具には、金属系やガラス系
の結合剤が使われているのであるが、実際には、その加
工物それぞれに最も適した砥粒、結合剤とその割合、気
孔率等が存在し、しかも砥石の回転数や砥石の冷却方
法、ドレッシング性等も考慮しなければならず、非常に
複雑な選定が必要なのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】加えて、近年になって
自動車産業等の金属の重研削を長時間にわたって継続さ
せる必要のある分野からの要求に応え、寿命の長いダイ
ヤモンド、炭化硅素やキュービックボロンナイトライド
（以下、キュービックボロンナイトライドをＣＢＮと略
す）を使った砥石が普及し始めた。これらの砥石も、上
記従来品と同様に、結合剤によりダイヤモンド等を成型
したものであるが、以下の表１に示すように、実際には
どの結合剤を選んでも得られる砥石には一長一短があ
り、優秀な砥粒であるダイヤモンド、炭化硅素やＣＢＮ
の長所を最大限に生かした砥石は未だ実用化されていな
い。

【表１】

【０００７】即ち、上記結合剤の内の樹脂結合剤は、耐
熱性が低く、重研削を行うと砥粒の温度上昇に耐えられ
ず、砥粒が脱落しやすいという難点を有しており、
又、金属結合剤は、機械的強度が高く、熱膨張が小さ
く、耐熱性が高い等の長所を多く有してはいるが、砥粒
との結合力が小さく、ドレッシング性が非常に悪いとい
う難点を有しているのである。尚、後者に関する砥粒と
の結合力が小さいという難点に関しては、あらかじめ砥
粒表面にニッケル等の金属を蒸着しておく方法等によっ
て改善されているが、ドレッシング性が非常に悪いとい
う点に関しては、実開昭６３−１３６８６４号公報や実
開平１−８４９６３号公報等に改善方法が開示されてい
るとはいうものの、装置が大型である等の理由で実用化
が遅れており、研削作業の自動化の大きな障害になって
いる。

【０００８】残るガラス結合剤は、弾性率が高く、耐熱
性がある点で金属結合剤に近く、ガラス結合剤特有の、
ドレッシング性が良く且つ気孔を設けた砥石を作り易い
という大きな特徴を有しているという面からは上記２種
類の結合剤より優れているのであるが、この結合剤につ
いても砥粒との結合力が小さいという難点があり、この
結合力を上げるためには、やはり砥粒の表面に金属等を
コーティングする方法（特開平４−５３６８１号公報参
照）や炭化物をコーティングする方法（特開平４−３３
１０７６号公報）等の複雑でしかも高価な処理方法に拠
らざるを得ない。

【０００９】特に、ダイヤモンドの砥粒に関しては、炭
化ケイ素の砥粒やＣＢＮの砥粒より耐熱性が低く、一
方、軟化点が低く且つ使用に耐える強度と結合力を有す
るガラス結合剤が存在しないため、ガラス結合剤は実用
化されていない。

【００１０】本発明は、上述した従来技術の難点を解消
し、ガラス結合剤を使用することによるドレッシング性
が良く且つ気孔を設けた砥石を作り易いという特徴を維
持しつつ、従来品より機械的な強度が高く且つ安全で長
寿命であり、重度の研削が可能な切削又は研削用工具及
び切削又は研削用工具製造用のガラス結合剤を提供する
ことを主たる目的としてなされた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用した切削又は研削用工具は、オキシナイ
トライドガラスを主たる結合剤として砥粒を成型してな
ることを特徴とするものであり、又、その製造に用いる
ガラス結合剤は、オキシナイトライドガラスを主たる成
分とすることを特徴とするものである。

【００１２】以下に本発明を詳細に説明する。

【００１３】本発明の研削用又は切削用の工具は、従来
品と同様に、砥粒、結合剤及び気孔の三要素で構成され
ており、これら三要素の内、砥粒は切れ刃として加工物
を削り、結合剤は砥粒を結合保持し、気孔は砥粒と結合
剤の間にある空間で切屑の排出を助けるという働きをす
る。

【００１４】前記砥粒の材質としては、アルミナ、炭化
ケイ素、キュービックボロンナイトライド（ＣＢＮ）や
ダイヤモンド等の内の一種又は二種以上を挙げることが
でき、一般に加工物の硬さに応じて選定すればよく、こ
の点も従来品と同様である。尚、上記ＣＢＮは、高価で
はあるがダイヤモンドに次ぐ硬度を持ち、鋼と化学的な
反応をせず、空気中で１３００℃まで耐える理想的な砥
粒であるといわれている。

【００１５】本発明では、上記結合剤としてオキシナイ
トライドガラスを主成分とするものを使用する点に特徴
があり、このオキシナイトライドガラスは、ガラス中の
酸素の一部を窒素に置き換えたものということができ
る。

【００１６】本発明で使用するオキシナイトライドガラ
スにおける望ましい窒素の含有量は、１重量％から１５
重量％であり、珪酸系、リン酸系等のガラス中の酸素の
一部を窒素に置き換えたものが好適であるが、いずれの
系のガラスであっても、窒素の含有量がｌ５％を越える
場合は均質なガラスにすることが難しく、結晶などがガ
ラス中に生成され、ガラスの強度も低下しやすくなり、
又、窒素の含有量が１％より少ない場合は、砥粒との大
幅な結合力の向上やガラス強度の向上が期待できない。

【００１７】上記オキシナイトライドガラスは、ドレッ
シング性が良いことに加え、同じ成分の酸化物ガラスよ
りも機械的な強度が高く、又、金属やセラミック等との
接着性が高いガラスであり、特にダイヤモンド、炭化ケ
イ素や窒素を含有するＣＢＮは化学的に強固に接着する
能力を有しており、従って、ダイヤモンド、炭化ケイ素
やＣＢＮの砥粒を使った重研削用の好適な結合剤として
使用することができる。

【００１８】又、ガラスの成分を選ぶことによって、砥
粒の耐熱性に合わせたガラスの軟化点を自由に選ぶこと
ができ、例えば軟化温度を珪酸系に比べ低くすることに
より、ダイヤモンド等の低温で砥粒を成型する必要のあ
る砥石に使用することができる。

【００１９】上記オキシナイトライドガラスは、例えば
珪酸系ガラスでは、金属アルコキシド等からなる水溶液
を加水分解してゾル溶液とし、このゾル溶液を紡糸して
繊維状ゲルとし、この繊維状ゲルを窒化処理及び高温処
理に付すゾルゲル法（特開昭６３−１１２４３７号公報
に例示）や、窒素気中でモリブデン製の容器内で溶解す
る方法（特開平２−９７２９号公報に例示）により、
又、リン酸系ガラスでは、熔融ガラスにアンモニアガス
を吹き込む方法（特開平５−１３９７８０号公報に例
示）等の公知の方法により容易に製造できる。

【００２０】又、前記要素の内の気孔率については、一
般に気孔率を上げると強度が低下して安全性に問題が生
じるため、ある程度の数値に抑えているが、本発明では
機械的な強度の高いオキシナイトライドガラスを主たる
結合剤としているため、気孔率を上げることができ、特
に上記の珪酸系のオキシナイトライドガラスは、砥粒と
の接着性が高く機械的な強度も高いため、この珪酸系の
オキシナイトライドガラスを使用した場合は、従来のガ
ラス結合剤を使った場合よりも気孔率が高く、削り屑の
排出が容易な砥石とすることもできる。尚、一般に「有
気孔砥石」は約１５％以上の気孔を含んでいるとされる
が、本発明の研削用又は切削用の工具は、約１５％以下
の気孔を含むものであってもよい。

【００２１】一方、本発明の研削用又は切削用の工具
は、オキシナイトライドガラスを主たる成分とする結合
剤により砥粒を成型するという製造方法により製造する
ことができ、具体的には、適宜の型に前記砥粒及び結合
剤を混合して入れ、プレスして成型した後、例えば１１
００℃前後に加熱して砥粒を結合剤により結合し、そし
て冷却後に適宜の大きさのチップとし、このチップを例
えば鋼製の円盤等に接着するのである。

【００２２】上記のようにして本発明の研削用又は切削
用の工具を製造する際の前記砥粒は、例えばその体積で
１２．５％から３７．５％という範囲で使用することが
できる。

【００２３】又、本発明の研削用又は切削用の工具を製
造する際に使用する前記結合剤は、すでに述べたように
オキシナイトライドガラスを主たる成分とするものであ
り、この本発明の結合剤には、例えば起泡剤等の他の成
分を添加することもできるが、砥粒と結合剤の混合物を
接着する際の加熱温度を調節することにより、結合剤の
主成分であるオキシナイトライドガラスから窒素が発生
するので、この窒素を利用すれば起泡剤の添加を省略す
ることができる。

【００２４】尚、上記説明は砥石を例としたが、本発明
は金属やセラミック等の切断工具或いは地中の岩石の切
削工具等の研削用又は切削用の工具に適用することがで
きる。

【００２５】以下、実施例により本発明を更に詳細に説
明する。

【００２６】以下の表２に、実施例で使用するオキシナ
イトライドガラスによるガラス結合剤と、従来のヴィト
リファイド砥石用のガラス結合剤の主な組成と物性を示
す。

【表２】

【００２７】実施例１ 表２に示すオキシナイトライドガラスＡ，Ｃ，Ｅを粉砕
し、それぞれの３００ｇと市販のＣＢＮの粒（ボラゾン
ＴＹＰＥ−５ｌ０、＃ｌ２０［商品名］）６０ｇとを混
合し、モリブデン容器に入れ、酸素が１００ｐｐｍ以下
の窒素気中でそれぞれ１０６０、１１１０、１１５０℃
に４時間放置したのち徐冷した。この光学顕微鏡写真
（１１５０℃の場合のもの）を図１に示す。これらの試
料を、ダイヤモンドカッターで６ｍｍ角、長さ２０ｍｍ
の棒状のチップとし、これを鋼製のボートに接着剤で固
定したものを平面研削盤ベッドに置き固定した。

【００２８】一方、厚さ５ｍｍ、直径２００ｍｍの高速
度鋼（ＳＫＨ−９，ＨＲＣ；６０）の円盤を研削盤のシ
ャフトに装着し、回転数２０００ｒｐｍで回転させ、２
５μｍ／回の送りで、４ｍ／分の円盤水平移動をさせて
３０回上記チップと接触させ、高速度鋼の円盤を研削し
た（この研削は一般的な重度の研削条件に相当する）。
研削作業終了後に顕微鏡下で付着した高速度鋼材を取り
除き、円盤とチップ各々の減重量（ａ、ｂ）と比重か
ら、体積研削比（ａ／ｂ）を算出した。この結果を表３
の実施例１のＡ，Ｃ，Ｅ欄に示す。

【００２９】比較例１ 表２に示す、Ｖガラス１００とＣＢＮ砥粒約２０（重量
比）で構成される砥石（市販品＝ＣＢＮ１２０Ｐ１００
Ｖ）を、実施例１と同様のチップとし、このチップにつ
き実施例１と同様に研削を行った。この結果を表３の比
較例ｌの欄に示す。

【００３０】以上の結果から、オキシナイトライドガラ
スによる結合剤は、研削比を上げる効果があることが分
かった。

【００３１】実施例２ 表２に示すオキシナイトライドガラスＢを粉砕し、その
２００ｇを実施例１と同様の方法で炭化ケイ素の砥粒５
０ｇと混合し、モリブデン容器に入れ、酸素が１００ｐ
ｐｍ以下の窒素気中で１２００℃に６時間放置したの
ち、温度を１２８０℃に１０分間上げてから徐冷した。
この試料は、内部にほぼ２０％の窒素気泡を含むもので
あることが比重から明らかとなった。

【００３２】この試料を、ダイヤモンドカッ夕ーで６ｍ
ｍ角、長さ２０ｍｍの棒状のチップにし、これを実施例
１と同様に平面研削盤ベッドに固定し、同じ形状の不銹
鋼（ＳＵＳ−２７）製の円盤を実施例１と同じ条件で研
削し、研削作業終了後に顕微鏡下で付着した金属を取り
除き、円盤とチップ各々の減重量（ａ、ｂ）と比重か
ら、体積研削比（ａ／ｂ）を算出した。その結果を表３
の実施例２の欄に記す。

【００３３】比較例２ 市販のＣＢＮ有気孔（気孔率２０％）ヴィトリファイド
砥石（瑞穂研磨砥石社製）を、実施例２と同様のチップ
とし、このチップにつき実施例１、２と同様に研削を行
った。この結果を表３の比較例２の欄に記す。

【００３４】以上の結果から、オキシナイトライドガラ
ス結合剤を用いた場合、ガラスと砥粒との接着が高く、
又、ガラスそのものの強度が高いため、実施例２に示す
ような重研削の場合でも研削比を高く維持できることが
判明した。

【００３５】実施例３ 表１に示すオキシナイトライドガラスＤを粉砕し、その
２００ｇをダイヤモンドの砥粒５０ｇとを混合した後、
セルロースと水を加え、幅６ｍｍ、深さ６ｍｍのモリブ
デン容器に入れてプレスし、酸素が１００ｐｐｍ以下の
窒素気中で８５０℃に６時間放置したのち徐冷した。こ
の試料を実施例１と同様に平面研削盤ベッドに固定し、
同じ形状の高速度鋼の円盤を研削し、研削作業終了後に
実施例１と同様の方法で研削比を算出した。この結果を
表３の実施例３の欄に記す。

【００３６】このように、オキシナイトライドガラスを
結合剤として使用することによって、ダイヤモンドの耐
熱限度以下の温度で強固にダイヤモンドと結合させるこ
とができ、しかもこのガラスは従来のガラス結合剤より
も機械的な強度が高いため、従来行うことができなかっ
た鋼の重研削が可能となった。

【表３】

【００３７】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明の切削
又は研削用工具は、オキシナイトライドガラスを主たる
結合剤として砥粒を成型してなるものであるから、ドレ
ッシング性が維持され、従来品より機械的な強度が高く
且つ安全で長寿命であり、しかも気孔が多く削り屑の排
出が容易であって重度の研削を可能とする優れたものと
いうことができる。

【００３８】特にドレッシング性が良いということは、
目立てを自動的に行うことを可能とし、無人の連続長時
間研削を容易とするので、省力化時代の要求に応えるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で得られた本発明による砥石粒子構造
の光学顕微鏡写真（倍率：２０倍）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 別府 義久 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150 旭硝 子株式会社中央研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オキシナイトライドガラスを主たる結合
   剤として砥粒を成型してなることを特徴とする切削又は
   研削用工具。
2. 【請求項２】 砥粒がキュービックボロンナイトライ
   ド、炭化硅素、ダイアモンドの内の一種又は混合物であ
   る請求項１に記載の切削又は研削用工具。
3. 【請求項３】 体積で５％以上の気孔を有する請求項１
   又は２に記載の切削又は研削用工具。
4. 【請求項４】 オキシナイトライドガラスを主たる成分
   とすることを特徴とする切削又は研削用工具の製造に用
   いるガラス結合剤。