JPH08309666A

JPH08309666A - 電着砥石およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08309666A
Application number: JP11748295A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takahashi; 務高橋; Satoru Katsumata; 哲勝又
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 1996-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】硬質で脆い被削材を研削する場合にもチッピ
ングが少なく、かつ十分に長い砥石寿命を有する電着砥
石を提供する。【構成】砥石基体１と、その砥粒層形成面１Ａ上に配
置された超砥粒８と、それらを固定する砥粒保持相１０
とを有し、砥粒保持相１０は、下層２、中層４、上層６
とからなる。下層２は、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金
で形成され、Ｈｖ３０〜２５０、厚さは超砥粒８の平均
粒径の１０〜４０％である。中層４は、ＮｉにＰ，Ｂ，
ＷおよびＲｅから選択される１または２以上の元素を合
計０．５〜２０ｗｔ％添加した組成からなり、Ｈｖ５０
０〜１２００、厚さは前記平均粒径の５〜３０％であ
る。上層６は、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からな
り、Ｈｖ３０〜３００、厚さは超砥粒８の平均粒径の５
〜３０％である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラスやセラミックス
等のように、硬質で脆い被削材を研削する用途に適した
電着砥石およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】被削材を研削して高精度な仕上げ面を形
成する用途においては、一般に、電着砥石が使用される
場合が多い。この種の電着砥石は、被削材の仕上げ面形
状に対応する形状の砥粒層形成面を有する台金と、前記
砥粒層形成面上に形成された電着砥粒層とからなり、前
記電着砥粒層は、通常、ダイヤモンドまたはＣＢＮ等の
超砥粒をＮｉ，Ｃｏ等の金属めっき相によって固定した
ものである。このような電着砥石によれば、電着砥粒層
が極めて硬質で、摩耗しにくいことから、比較的大きな
被削材除去量が要求される場合にも、長期に亙って高い
仕上げ面精度が得られる利点を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、板硝子やセ
ラミックス板の端面の面取り加工を行う場合や、光学レ
ンズの外周を削って光軸を合わせる、いわゆる芯取り加
工を行う場合には、上述した理由により電着砥石が主に
使用されているが、ガラスやセラミックスは硬質でしか
も脆いため、砥石表面の超砥粒が切刃として切り込む際
に、切刃衝突の衝撃でチッピング（被削材の欠け）を生
じやすく、チッピングに起因する仕上げ面精度の低下が
生じるという欠点を有していた。

【０００４】この種のチッピングを低減するためには、
超砥粒の粒径を小さくして切り込み量を減らせばよいの
であるが、その場合には、砥石の切れ味が低下して充分
な研削効率が得られない。また、チッピングを低減する
手段としては、金属めっき相の硬度を低下させることも
考えられるが、その場合には、超砥粒の保持力が低下し
て超砥粒が脱落し易くなり、砥石寿命が短く、使用に耐
えないという問題が生じる。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、硬質で脆い被削材を研削する場合にも、被削材にチ
ッピングが生じにくく、しかも十分に長い砥石寿命を得
ることができる電着砥石およびその製造方法を提供する
ことを課題としている。

【０００６】なお、砥粒を保持する金属めっき相を多層
状とした電着砥石としては、特開昭５９−５９３５２号
公報、特開昭５９−１１０５６０号公報、特開昭５９−
１１０５６１号公報、特開昭６１−２５７７５号公報、
特開昭６３−２２１９７７号公報、特開昭６３−２２１
９７８号公報、特開昭６３−２７２４６６号公報などに
記載されたものがあるが、これらはいずれも、本発明と
は解決すべき課題を異にしており、構成も異なってい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る電着砥石は、砥粒層形成面を有する砥
石基体と、前記砥粒層形成面上に単層状に分散配置され
た超砥粒と、これら超砥粒を、前記砥粒層形成面上に固
定する砥粒保持相とを有し、前記砥粒保持相は、前記砥
粒層形成面上に形成された下層と、この下層上に形成さ
れた中層と、この中層上に形成された上層とを有し、前
記下層は、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からなり、ビ
ッカース硬さは３０〜２５０であり、その厚さは前記超
砥粒の平均粒径の１０〜４０％とされ、前記中層は、Ｎ
ｉにＰ，Ｂ，ＷおよびＲｅから選択される１または２以
上の元素を合計０．５〜２０ｗｔ％添加した組成からな
り、そのビッカース硬さは５００〜１２００であり、そ
の厚さは前記超砥粒の平均粒径の５〜３０％とされ、前
記上層は、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からなり、そ
のビッカース硬さは３０〜３００であり、その厚さは前
記超砥粒の平均粒径の５〜３０％とされ、さらに前記砥
粒層保持相全体の厚さは、前記超砥粒の平均粒径の４０
〜７５％とされていることを特徴としている。

【０００８】一方、本発明に係る電着砥石の製造方法
は、Ｎｉ，Ｃｏの少なくとも一方をイオン種として含む
電解めっき液中に、砥石基体を浸漬し、この砥石基体の
砥粒層形成面上に超砥粒を分散配置したうえ、前記砥粒
層形成面上に、第１電解めっき層を超砥粒の平均粒径の
１０〜４０％の厚さで析出させる工程と、前記砥石基体
を、Ｐ，Ｂ，ＷおよびＲｅから選択される１または２以
上のイオン種を含有するＮｉ無電解めっき液に浸漬し、
前記第１電解めっき層上に、無電解めっき層を超砥粒の
平均粒径の５〜３０％の厚さで析出させる工程と、前記
砥石基体を、Ｎｉ，Ｃｏの少なくとも一方をイオン種と
して含み、さらに光沢剤を含む電解めっき液中に配置
し、前記無電解めっき層上に、第２電解めっき層を超砥
粒の平均粒径の５〜３０％の厚さで析出させる工程と、
前記砥石基体を、３００〜５００℃で加熱処理すること
により、前記第１電解めっき層のビッカース硬さを３０
〜２５０、前記無電解めっき層のビッカース硬さを５０
０〜１２００、前記第２電解めっき層のビッカース硬さ
を３０〜３００とする工程とを具備することを特徴とし
ている。

【０００９】

【作用】本発明の電着砥石では、超砥粒を保持している
砥粒保持相が、軟質の下層と上層、および硬質の中層か
ら構成されているため、個々の超砥粒が被削材に切り込
む時に、超砥粒には砥粒層形成面に対し垂直な力と平行
な力が同時に加わる。これらの力により一定程度以上の
衝撃力が超砥粒にかかると、硬質の中層と超砥粒との界
面で滑りが生じ、超砥粒は、軟質の下層を塑性変形させ
つつ硬質の中層で支えられた状態で回転する。その過程
で超砥粒に加わった衝撃が緩和され、クッション作用が
得られるため、被削材の表面にチッピングが生じにく
い。

【００１０】一方、超砥粒の高さ方向中央部の周面は、
硬質の中層により強固に包囲されているので、砥粒層形
成面と平行な方向への力に対しては、高い砥粒保持力が
得られ、砥粒の流動落脱が防止できる。したがって、上
記のように砥粒回転によるクッション効果が得られるに
もかかわらず、超砥粒の無駄な脱落は生じにくく、砥石
寿命の延長が図れる。

【００１１】また、硬質の中層の上に、中間的な硬度を
有する上層を形成していることにより、超砥粒の回転運
動を許容して前記クッション効果が確実化できるうえ、
硬質の中層に微細な割れが生じることが防止でき、中層
の割れによる超砥粒の無駄な脱落が防止できる。

【００１２】一方、本発明に係る電着砥石の製造方法で
は、前述したような優れた性能を有する砥石が容易に製
造できる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明に係る電着砥石の一実施例を
示す断面拡大図である。図中符号１は砥石基体１であ
り、少なくともその砥粒層形成面１Ａは導電性を有する
材質で形成されている。本発明では、砥石基体１の形状
は限定されず、従来から使用されているいかなる形状の
砥石基体であってもよい。

【００１４】砥粒層形成面１Ａ上には、多数の超砥粒８
が分散配置され、砥粒保持相１０により砥粒層形成面１
Ａ上に単層状に固定されている。砥粒保持相１０は、砥
粒層形成面１Ａ側から順に、下層２、中層４および上層
６の３層で構成され、砥粒層保持相１０全体としての厚
さは、超砥粒８の平均粒径の４０〜７５％、より好まし
くは４５〜７０％とされている。砥粒保持相１０の厚さ
が超砥粒８の平均粒径の４０％未満では砥粒保持力が不
足し、７５％より厚いと超砥粒８の突出量が減って切れ
味が低下する。なお、超砥粒８の下端は砥粒層形成面１
Ａに接していてもよいし、下層２中に位置していてもよ
い。

【００１５】下層２は、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金
からなり、ビッカース硬さはＨｖ３０〜２５０、より好
ましくはＨｖ５０〜１５０とされ、その厚さは超砥粒８
の平均粒径の１０〜４０％、より好ましくは１５〜３５
％とされている。

【００１６】中層４は、ＮｉにＰ，Ｂ，ＷおよびＲｅか
ら選択される１または２以上の元素を合計０．５〜２０
ｗｔ％添加した組成、例えば、Ｎｉ−Ｐ系合金，Ｎｉ−
Ｂ系合金，Ｎｉ−Ｐ−Ｗ系合金，Ｎｉ−Ｐ−Ｒｅ系合金
等から形成されており、そのビッカース硬さはＨｖ５０
０〜１２００、より好ましくはＨｖ７００〜１２００と
され、その厚さは超砥粒８の平均粒径の５〜３０％、よ
り好ましくは５〜２０％とされている。中層４の硬さが
Ｈｖ５００未満では充分な砥粒保持力が得られず、Ｈｖ
１２００より高いものは製造困難である。

【００１７】中層４には、Ｈｖ１５００以上、かつ平均
粒径が超砥粒８の平均粒径の２０％以下である硬質粒子
が分散されていてもよい。硬質粒子としては、超砥粒８
よりも小さい小径超砥粒や、ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄，Ａｌ₂
Ｏ₃，ＳｉＯ₂等の硬質セラミックス粒子などが例示でき
る。このように中層４中に硬質粒子を添加しておけば、
個々の砥粒６の周囲に硬質粒子を均一に配置することが
できるから、砥粒６の保持力を高めるなどの機能を効果
的に付与することが可能である。硬質粒子の添加量は、
５〜３０ｖｏｌ％程度が好適である。

【００１８】上層６は、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金
からなり、光沢剤を含有することにより、そのビッカー
ス硬さはＨｖ３０〜３００、より好ましくはＨｖ５０〜
２００とされ、その厚さは超砥粒８の平均粒径の５〜３
０％、より好ましくは５〜２０％とされている。

【００１９】上層６には、黒鉛粒子，ＭｏＳ₂ 粒子，雲
母粒子，ｈＢＮ粒子，フッ素樹脂粒子から選択される１
または２以上の、平均粒径が超砥粒８の平均粒径の２０
％以下である潤滑性粒子が分散されていてもよい。この
ような潤滑性粒子を上層６に添加すれば、研削時に研削
面に徐々に潤滑性物質が供給され、潤滑性向上による研
削抵抗の削減、砥粒の自生発刃作用の促進による切れ味
向上を図ることができる。

【００２０】上記構成からなる電着砥石によれば、超砥
粒８を保持している砥粒保持相１０が、軟質の下層２お
よび上層６、並びに硬質の中層４の３層から構成されて
いるため、個々の超砥粒８が被削材に切り込む時に、超
砥粒８に砥粒層形成面と垂直な方向の力と平行な方向の
力が同時に加わり一定程度以上の衝撃力がかかると、硬
質の中層４と超砥粒８との界面で滑りが生じ、超砥粒
は、軟質の下層２を塑性変形させつつ、硬質の中層４で
支えられた状態で回転する。この過程で超砥粒８に加わ
った衝撃が緩和され、クッション作用が得られるため、
被削材の表面にチッピングが生じにくい。

【００２１】一方、超砥粒８の高さ方向中央部の周面
は、硬質の中層４により強固に包囲されているので、砥
粒層形成面１Ａと平行な方向への力、すなわち砥粒を引
き出し脱落させる力に対しては、高い砥粒保持力が得ら
れる。したがって、上記のように砥粒回転によるクッシ
ョン効果が得られるにもかかわらず、超砥粒８の無駄な
脱落は生じにくく、砥石寿命の延長が図れる。

【００２２】また、硬質の中層４の上に、中間的な硬度
を有する上層６を形成していることにより、超砥粒８の
回転運動を許容して前記クッション効果が確実化できる
うえ、硬質な中層４に微細な亀裂が生じることが防止で
き、中層４の割れによる超砥粒８の無駄な脱落が防止で
きる。

【００２３】次に、上記構成からなる電着砥石の製造方
法を説明する。この方法では、始めに、Ｎｉ，Ｃｏの少
なくとも一方をイオン種として含む電解めっき液中に、
砥石基体１を浸漬し、この砥石基体１の砥粒層形成面１
Ａ上に超砥粒８を分散配置したうえ、砥粒層形成面１Ａ
上に、第１電解めっき層を超砥粒８の平均粒径の１０〜
４０％の厚さで析出させ、超砥粒８を仮固定する。

【００２４】次に、砥石基体１を電解めっき液から取り
出し、余分な超砥粒８を除去した後、Ｐ，Ｂ，Ｗおよび
Ｒｅから選択される１または２以上のイオン種を含有す
るＮｉ無電解めっき液に浸漬し、第１電解めっき層上
に、無電解めっき層を超砥粒８の平均粒径の５〜３０％
の厚さで析出させ、仮固定されている超砥粒８を埋め込
む。この時、必要であれば、無電解めっき液中に硬質粒
子を分散させておき、中層４中に均一に硬質粒子を添加
してもよい。

【００２５】次に、砥石基体１を無電解めっき液から取
り出したうえ、Ｎｉ，Ｃｏの少なくとも一方をイオン種
として含む第２の電解めっき液中に配置する。第２の電
解めっき液の組成は第１の電解めっき液と同じではな
く、析出金属の表面粗度を向上させるために光沢剤が添
加されている。光沢剤としては、１−５ナフタリンスル
ホン酸ナトリウム、２−ブチン−１，４−ジオール等が
使用可能であり、電解めっき液中の添加量は、０．５ｗ
ｔ％程度が好適である。そして、砥石基体１と、電解め
っき液中に浸漬した陽極との間で通電することにより、
無電解めっき層上に、第２電解めっき層を超砥粒の平均
粒径の５〜３０％の厚さで析出させ、超砥粒８を埋め込
んでいく。なお、上層６に潤滑性粒子を添加する場合に
は、第２の電解めっき液に潤滑性粒子を添加しておけば
よい。

【００２６】以上３種のめっきが完了したら、砥石基体
１を３００〜５００℃、より好ましくは３５０〜４５０
℃で加熱処理することにより、第１電解めっき層のビッ
カース硬さを３０〜２５０、無電解めっき層をビッカー
ス硬さを５００〜１２００、第２電解めっき層のビッカ
ース硬さを３０〜３００とし、それぞれを下層２、中層
４および上層６とする。

【００２７】上記構成からなる電着砥石の製造方法によ
れば、前述したような優れた性能を有する砥石が容易に
製造できる。

【００２８】

【実験例】次に、実験例を挙げて本発明の効果を実証す
る。表１に示す各層構造を有する同一寸法のホイール型
砥石をそれぞれ作成し、下記の条件で研削試験を行い、
研削面の最大面粗さおよび最大チッピングを比較した。
なお、砥石の寸法等および研削条件は以下の通りであ
る。

【００２９】［砥石および切断条件］砥石寸法：外径２
００ｍｍ×厚さ６ｍｍ×内径５０．８ｍｍ砥粒層中のダイヤモンド砥粒：平均粒径５０μｍ、砥粒
面積率：６０％砥石周速度：１５００ｍ／ｍｉｎテーブル送り速度：１０ｍ／ｍｉｎクロス送り量：４ｍｍ切込み量：２０μｍワーク：ソーダガラス研削液：Ｗ２種研削量：５００ｃｃ

【００３０】

【表１】

【００３１】表１から明らかなように、実施例１〜４で
は比較例１〜３に比して最大面粗さが小さく、最大チッ
ピングも低減できた。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電着
砥石は、超砥粒を保持している砥粒保持相が、軟質の下
層と上層、および硬質の中層から構成されているため、
個々の超砥粒が被削材に切り込む時に、超砥粒には砥粒
層形成面に対し垂直な力と平行な力が同時に加わる。こ
れらの力により一定程度以上の衝撃力が超砥粒にかかる
と、硬質の中層と超砥粒との界面で滑りが生じ、超砥粒
は、軟質の下層を塑性変形させつつ硬質の中層で支えら
れた状態で回転する。その過程で超砥粒に加わった衝撃
が緩和され、クッション作用が得られるため、被削材の
表面にチッピングが生じにくく、仕上げ面粗さも改善さ
れる。

【００３３】一方、超砥粒の高さ方向中央部の周面は、
硬質の中層により強固に包囲されているので、砥粒層形
成面と平行な方向への力、すなわち超砥粒を引出し脱落
させる力に対しては、高い砥粒保持力が得られる。した
がって、上記のよう砥粒回転によるにクッション効果が
得られるにもかかわらず、超砥粒の無駄な脱落は生じに
くく、砥石寿命の延長が図れる。

【００３４】また、硬質の中層の上に、中間的な硬度を
有する上層を形成していることにより、超砥粒の回転運
動を許容して前記クッション効果が確実化できるうえ、
硬質の中層に微細な割れが生じることが防止でき、中層
の割れによる超砥粒の無駄な脱落が防止できる。

【００３５】一方、本発明に係る電着砥石の製造方法に
よれば、前述したような優れた性能を有する砥石が容易
に製造できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電着砥石の一実施例を示す断面拡
大図である。

【符号の説明】

１砥石基体１Ａ砥粒層形成面２下層４中層６上層８超砥粒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砥粒層形成面を有する砥石基体と、前記砥粒層形成面上に単層状に分散配置された超砥粒
と、これら超砥粒を、前記砥粒層形成面上に固定する砥粒保
持相とを有し、前記砥粒保持相は、前記砥粒層形成面上に形成された下
層と、この下層上に形成された中層と、この中層上に形
成された上層とを有し、前記下層は、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からなり、
ビッカース硬さは３０〜２５０であり、その厚さは前記
超砥粒の平均粒径の１０〜４０％とされ、前記中層は、ＮｉにＰ，Ｂ，ＷおよびＲｅから選択され
る１または２以上の元素を合計０．５〜２０ｗｔ％添加
した組成からなり、そのビッカース硬さは５００〜１２
００であり、その厚さは前記超砥粒の平均粒径の５〜３
０％とされ、前記上層は、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からなり、
そのビッカース硬さは３０〜３００であり、その厚さは
前記超砥粒の平均粒径の５〜３０％とされ、さらに前記砥粒層保持相全体の厚さは、前記超砥粒の平
均粒径の４０〜７５％とされていることを特徴とする電
着砥石。
【請求項２】前記中層には、ビッカース硬さが１５００
以上で、その平均粒径が前記超砥粒の２０％以下である
硬質粒子が分散されていることを特徴とする請求項記載
の電着砥石。
【請求項３】前記上層には、黒鉛粒子，ＭｏＳ₂ 粒子，
雲母粒子，ｈＢＮ粒子，フッ素樹脂粒子から選択される
１または２以上の、平均粒径が前記超砥粒の２０％以下
である潤滑性粒子が分散されていることを特徴とする請
求項１または２記載の電着砥石。
【請求項４】Ｎｉ，Ｃｏの少なくとも一方をイオン種と
して含む電解めっき液中に、砥石基体を浸漬し、この砥
石基体の砥粒層形成面上に超砥粒を分散配置したうえ、
前記砥粒層形成面上に、第１電解めっき層を超砥粒の平
均粒径の１０〜４０％の厚さで析出させる工程と、前記砥石基体を、Ｐ，Ｂ，ＷおよびＲｅから選択される
１または２以上のイオン種を含有するＮｉ無電解めっき
液に浸漬し、前記第１電解めっき層上に、無電解めっき
層を超砥粒の平均粒径の５〜３０％の厚さで析出させる
工程と、前記砥石基体を、Ｎｉ，Ｃｏの少なくとも一方をイオン
種として含み、さらに光沢剤を含む電解めっき液中に配
置し、前記無電解めっき層上に、第２電解めっき層を超
砥粒の平均粒径の５〜３０％の厚さで析出させる工程
と、前記砥石基体を、３００〜５００℃で加熱処理すること
により、前記第１電解めっき層のビッカース硬さを３０
〜２５０、前記無電解めっき層のビッカース硬さを５０
０〜１２００、前記第２電解めっき層のビッカース硬さ
を３０〜３００とする工程とを具備することを特徴とす
る電着砥石の製造方法。