JPH0938865A

JPH0938865A - 研磨工具

Info

Publication number: JPH0938865A
Application number: JP183096A
Authority: JP
Inventors: Kozo Abe; 耕三阿部
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】強度が高く加工性能に優れ、かつドレッシン
グ不要あるいは軽度のドレッシングで優れた加工性能が
維持できる長寿命の工具であり、しかも、構成材料を適
切に選択し組合せることで、粗加工から仕上げ加工まで
幅広く適用できる研磨工具を提供する。【解決手段】砥粒層１と、ファイバーにより強化され
た補強層２とが、積層された構造をなす。薄板状あるい
はフィルム状の砥粒層１と補強層２とが積層された形状
をなしているか、あるいは、薄板状あるいはフィルム状
の砥粒層１と補強層２とがロール状に巻かれて積層され
た円柱状の形状をなしているのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れた加工性能を
持ち、機械的強度が高く、かつ長期にわたって優れた加
工性能を維持できる研磨工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】表面の粗さを改善し、滑らかな加工面を
得るために、砥石が多用されている。例えば、金型の製
造においては、放電加工後の梨地面や切削加工後の粗い
凹凸を滑らかにするため、砥石による仕上げ加工が行わ
れている。また、各種金属製品やシリコンウエハなどの
粗加工や仕上げ加工、さらに鋳造品のバリ取り加工、中
間製品の粗加工などにも砥石が多く用いられている。

【０００３】従来の砥石は、全体が砥粒と結合剤とを混
合し固めた構成となっている．在来砥粒としては、溶融
アルミナ質のＡ砥粒やＷＡ砥粒、ＲＡ砥粒、ＳＴＡ砥
粒、ＭＡ砥粒、炭化けい素質のＣ砥粒やＧＣ砥粒、ジル
コニア系のＺ砥粒が用いられている。

【０００４】これらの在来砥粒よりもさらに硬質の砥粒
としては、超砥粒つまり、ダイヤモンド砥粒あるいは立
方晶窒化ホウ素からなるＣＢＮ砥粒がある。超砥粒は、
砥粒寿命が在来砥粒よりも極めて長く砥粒自体も高価で
あることから、ホイール状の金属台金の上に超砥粒と結
合材からなる薄い砥粒層を接着する構造が採用されてい
る。

【０００５】砥粒を保持する結合材の種類には、レジン
ボンド、ビトリファイドボンド、メタルボンドなどがあ
る。砥粒寿命が長い超砥粒の場合には、台金上に砥粒を
一層だけ電気メッキにより固定する電着ボンドも用いら
れる。

【０００６】一般に、表面の粗さを改善するための加工
で多用されているのは、在来砥粒をガラス質のビトリフ
ァイドボンドで固めた砥石であり、粗加工用には粗い砥
粒が、仕上げ加工用には細かい砥粒が使用される。これ
らの砥石には、次の２つの問題があった。１つは加工性
能の低下の問題であり、もう１つは細い溝などの加工の
際に砥石が折損し易いという問題である。

【０００７】まず、加工性能の低下について述べる。在
来砥粒を用いた砥石の場合、加工量の増大に伴い砥粒が
摩滅的に摩耗して切れ味が悪化したり、加工中に発生す
る切屑が砥石に付着するいわゆる目詰まりを起こして、
加工性能が大幅に低下する。そのため、砥石をドレッシ
ングして切れ味を再生させることが必要となる。

【０００８】ドレッシングは、ダイヤモンドドレッサな
どの硬質工具を、砥石の作用面に切り込ませることによ
り行われる。ドレッシングにより、摩耗して切れ味の低
下した砥粒が一部欠損して鋭利な切れ刃が現出し、ま
た、砥粒と砥粒の間に埋まった切り屑とともに結合剤が
一部脱落して新たな砥粒が砥石表面に露出し、加工性能
が回復する。

【０００９】しかし、加工性能の低下を事前に判定し、
適正な時期に適切なドレッシングを行うことは困難なこ
とである。これは、砥石の切れ味や加工中の切れ刃の状
態を正確に計測できる手段がないためである。したがっ
て、ドレッシングは作業者の経験や技能に依存してお
り、ドレッシング時期や方法を誤ることも多い。例え
ば、砥石の目詰まりに気付かずにドレッシングしないま
ま仕上げ加工を続けると、加工に長い時間を要するばか
りでなく、製品に加工疵が発生し、著しいときは製品を
スクラップ化せざるを得ないこともある。

【００１０】次に、砥石の折損について述べる。これ
は、工作物に細い溝が用いられていてこの溝底や溝の側
面を加工するときに問題となる。細い溝を加工するため
には、砥石をこの溝の幅よりも薄くすることが不可欠で
ある。在来砥粒を用いた砥石の場合、砥粒がガラス質の
ボンドで保持されているため、砥石幅を薄くするとその
脆さから頻繁に砥石が折損してしまう。そのため、砥石
コストを高め作業能率も大幅に低下してしまう。

【００１１】上記の問題点を解決したものとして、仕上
げ加工用のラッピング材が、特開平１−２２２８６５号
公報に提案されている。当該ラッピング材は、ガラス繊
維やアルミナ繊維などの無機長繊維を一方向に引き揃え
られた状態に熱硬化性樹脂で硬化させたものであり、金
型などの仕上げ加工に際し、切れ刃となる無機長繊維が
折損して常に新しい切れ刃が再生すると同時に、結合剤
である樹脂が摩耗して常に切れ刃が露出した状態に維持
されるので、ドレッシングせずに優れた加工性能が保持
できる。

【００１２】また、当該ラッピング材は樹脂が無機長繊
維によって補強された構造となっているため、引張りや
曲げに対する強度が非常に高い。そのため、工作物の細
い溝の溝底やその側面の加工の際に折損することがな
い。

【００１３】これらの理由から、当該ラッピング材は金
型などの仕上げ加工用に採用され好評を得ている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平１−２２２
８６５号公報に提案された仕上げ加工用のラッピング材
は、ドレッシングが不要で、充分な機械的強度もあるこ
とから粗加工への適用も試みられた。しかし、当該ラッ
ピング材を粗加工に使用した場合は加工に長時間を要
し、また消耗も大きくなりコスト高となる問題が生じ
た。

【００１５】加工能率を高め、繊維の消耗を少なくする
には、繊維径を大きくすることが有効である。しかし、
当該ラッピング材を構成する無機長繊維、すなわちガラ
ス繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化けい素繊維な
どの直径は最大でも４０μｍ程度までであるため、粗加
工に適した太い繊維径のラッピング材を提供することは
出来なかった。また、切れ刃の材質も、より硬質なもの
の方が加工能率が高く、摩耗も少ないが、在来砥粒より
も硬質な超砥粒には繊維状のものは存在しない。

【００１６】このように、加工能率が高く粗加工にも対
応でき、そして充分な機械的強度を有する研磨工具の開
発が課題となっていた。

【００１７】本発明は、優れた加工性能を持ち、機械的
強度が高く、ドレッシングが不要あるいは軽度のドレッ
シングで優れた加工性能が維持できる長寿命の研磨工具
の提供を目的としており、しかも、構成材料を適切に選
択し組合せることで、鋳造品のバリ取りや、各種金属材
料やシリコンウエハなどの粗加工から、金型等の仕上げ
加工までも幅広く適用できる研磨工具を提供することを
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の研磨工具は、砥
粒層と、ファイバーにより強化された補強層とが、積層
構造をなすことを特徴とする。

【００１９】一般的な粗加工には、ヤスリのような平板
状あるいは角柱状の研磨工具や、軸付き砥石のように回
転させながら加工する円筒状の研磨工具が用いられる。
本発明の研磨工具において、前者の場合は、ファイバー
により強化された一層の補強層の片面または両面に、結
合材を用いて砥粒を直接固定して砥粒層を構成した研磨
工具や、砥粒が薄板状あるいはフィルム状に結合材で保
持された砥粒層と、ファイバーにより強化された補強層
とが二層以上積層された高強度の角柱状の研磨工具が使
用できる。後者の場合は、砥粒が薄板状あるいはフィル
ム状に結合材で保持された砥粒層と、ファイバーにより
強化された補強層とが、表面が砥粒層または補強層とな
るようにロール状に巻かれて積層された円柱状の研磨工
具が使用できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１から図３に本発明の研磨工具
の例を示す。ここで、薄板状の砥粒層とは、厚さ方向に
複数の砥粒が存在する構造の砥粒層とし、フィルム状の
砥粒層とは、砥粒が厚さ方向に一つしか存在しない構造
となっている砥粒層とする。

【００２１】図１は、ファイバーにより強化された補強
層２の上に、結合材４を用いて砥粒３を直接固定して、
フィルム状の砥粒層１を構成した研磨工具の例である。
この例では、砥粒層の砥粒が結合材から突き出るように
固定されている。図２は、薄板状の砥粒層１と補強層２
とが交互に積層された角柱状研磨工具の例である。図３
は、フィルム状の砥粒層１と補強層２とがロール状に巻
かれて積層された円柱状の研磨工具の例である。ロール
状に巻く時の向きは図３に限定されるものではなく、図
３と逆の向きでも良い。

【００２２】これらの図の例では、それぞれの層が同程
度の断面積比で積層されているが、必要な強度や加工性
能に応じて砥粒層と補強層の比を調整しても良い。補強
層中の強化繊維であるファイバーは、求められる機械的
強度や力を受ける方向に応じて、その方向を一方向に揃
えたり、あるいは無方向性となるようにランダムな配列
とすることが好ましい。

【００２３】繊維方向を一方向に揃えた補強層の断面図
の例を図４に示す。この図のように一方向性の場合は、
ファイバー５は一方向に引き揃えられた状態でファイバ
ーの結合剤６に保持されており、繊維の軸方向に高い強
度を持つことになる。ファイバー５としては、グラスフ
ァイバー、アルミナファイバー、炭化珪素ファイバー、
カーボンファイバーなどを、またファイバーの結合剤６
としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド
樹脂などの熱硬化性樹脂からなるレジノイド結合剤や、
エボナイト構造の硬質ゴムを主成分とするラバー結合
剤、およびスポンジ状合成繊維のビニロンや発泡ウレタ
ンを主体とするＰＶＡ結合剤などを、それぞれ工作物の
種類および仕上げ程度に応じ、前記各種砥粒と適切に組
合せて採用することができる。

【００２４】砥粒層に用いる砥粒としては、Ａ砥粒、Ｗ
Ａ砥粒、ＲＡ砥粒、ＳＴＡ砥粒、ＭＡ砥粒、Ｃ砥粒、Ｇ
Ｃ砥粒、Ｚ砥粒などの在来砥粒や、ダイヤモンド砥粒あ
るいはＣＢＮ砥粒といった超砥粒を使用することができ
る。また、対象とする工作物の種類および仕上げ程度に
応じて砥粒の粒度を適切に選択することができる。

【００２５】本発明の研磨工具の加工作用を、図５を用
いて説明する。図５では、図１の研磨工具を工作物の表
面に対して傾けた状態で押し付けて相対運動させる。す
ると、高い弾性率と曲げ強度を有する補強層２が柔軟に
加工面に沿うように曲がって、砥粒層１の前端部近傍の
砥粒が工作物７に喰い込み、工作物７から切り屑８が発
生して工作物７の表面が加工される。

【００２６】このとき、補強層２は研磨工具を工作物７
に押し付ける際に生じる曲げの力に対し、研磨工具の折
損を防止する。研磨工具を手で持って工作物表面を研磨
する場合は、図１のような研磨工具がより柔軟であり利
便性に富んでいる。また、より大きな押付け力を与えて
高能率な加工を機械的に行う場合は、より強度の高い、
図２のような複数の砥粒層と補強層からなる角柱状の研
磨工具を用いることが望ましい。曲率のある内面の場合
には、図３のような研磨工具を用いることで研磨を行う
ことができる。この場合、研磨工具の外筒面にある砥粒
が切れ刃となる。図３の例では砥粒層と補強層はそれぞ
れ一層ずつであるが、これらを二層以上とすることでよ
り多くの切れ刃を外筒面に現出させ、より高い研磨能率
を得ることが出来る。また、この研磨工具を回転駆動さ
せ、端面を工作物に押し付けると、図１や図２のような
研磨工具に比較し、より方向性の少ない加工面を能率良
く得ることが出来る。いずれも場合も、ファイバーは加
工の進行にともない先端が部分的に折損あるいは摩滅し
て、補強層２が適度に消耗して砥粒が露出した状態を維
持することができる。

【００２７】ファイバーとして、ガラスファイバー、ア
ルミナファイバー、炭化珪素ファイバーなどの硬質なフ
ァイバーを用いると、ファイバーは補強の役割に加え
て、加工物に対する切れ刃としても作用し、加工性能が
さらに向上する。

【００２８】このように、本発明の研磨工具は加工性能
が優れ、従来の工具を使用した場合よりも短時間で加工
でき、かつ工具の強度が高く、優れた加工性能が長期に
わたって維持されるので、極めて高い難加工性を示す工
作物の加工においてもドレッシングが不要であるか、あ
るいはドレッシング間隔を長くしたり、軽度のドレッシ
ングで加工性能を回復させることができる。本発明の研
磨工具は、対象とする工作物の材質および表面状態や所
要の仕上げ程度に応じて、砥粒の種類および粒度、ファ
イバーの材質および直径、砥粒層および補強層の厚さな
どを適切に選択することが可能で、その優れた加工性能
は、粗加工から仕上げ加工まで広範囲の加工において発
揮できる。

【００２９】

【実施例】

（実施例１）繊維直径が約２３μｍのガラス繊維を、結
合剤となる熱硬化性のエポキシ樹脂に含浸させて一方向
に引き揃えた状態で展開してシート状にし、ハンドリン
グできる程度に硬化させた。このシートを複数枚重ね
て、厚さが約１mmで、３００mm四方の板状にした後、プ
レスで５０kg／cm²に加圧しながら１５０℃で硬化させ
て、補強層２を作製した。この補強層を幅が約１５mm、
長さが約１００mmとなるように切断した。このとき、繊
維は、概ね補強層の長手方向に揃えた。

【００３０】次に、この補強層２の片側に常温硬化型の
エポキシ樹脂を約１５０μｍの厚さになるように塗布し
たのち、平均粒径が３００μｍのアルミナ砥粒を散布し
た。そして、エポキシ樹脂に対して接着性の低い板状の
テフロン（ポリふっ化エチレン樹脂；登録商標）を用い
て砥粒をエポキシ樹脂に押し込み、砥粒を固着させた。
このようにして、補強層の片側に、砥粒が結合材から突
き出たフィルム状の砥粒層をもつ研磨工具を得た。

【００３１】さらに、同様にして、砥粒を固着させた反
対側の面にも砥粒を固着させ、補強層の両側に砥粒層を
持つ研磨工具を得た。

【００３２】（実施例２）まず、平均粒径が１５０μｍ
のアルミナ砥粒を、結合剤となるエポキシ樹脂に混合・
撹拌してこれを薄い板状に展開し、ハンドリングできる
程度に硬化させ、厚さ３００μｍの薄板状の砥粒層１を
複数作製した。

【００３３】次に、繊維直径が約２３μｍのガラス繊維
を、結合剤となるエポキシ樹脂に含浸させて一方向に引
き揃えた状態で展開し、ハンドリングできる程度に硬化
させ、厚さが約１mmの薄板状の補強層２を複数作製し
た。これらの砥粒層１および補強層２を重ねて平板状の
積層体を作製し、これをプレスで５０kg／cm²に加圧し
ながら１５０℃で硬化させた。硬化した平板を短冊状に
切断して、幅が５mm、厚さが３．５mm、長さが１００mm
の角柱状の研磨工具を得た。

【００３４】（実施例３）まず、砥粒層の結合剤となる
エポキシ樹脂を薄い膜状に展開した後、この上に平均粒
径が１５０μｍのアルミナ砥粒を均一に散布し、ハンド
リングできる程度に硬化させ、フィルム状の砥粒層１を
作製した。

【００３５】次に、繊維直径が約２３μｍのガラス繊維
を、結合剤となるエポキシ樹脂に含浸させて一方向に引
き揃えた状態で薄く展開し、ハンドリングできる程度に
硬化させ、厚さが約０．８mmの薄板状の補強層２を作製
した。これらの砥粒層１および補強層２を重ねた後、ロ
ール状に巻いて積層した。これをあらかじめ準備してお
いた円筒状の金型に収め、プレスで５０kg／cm²に加圧
しながら１５０℃で硬化させた。硬化した円筒体を切断
して、直径が１０mm，長さが１００mmの円柱状の研磨工
具を得た。

【００３６】（実施例４）実施例１で製作した、補強層
の片側および両側に砥粒層を持つ研磨工具を用いて、表
面粗さＲmax が約１０μｍの粗い表面を持つＳ４５Ｃか
らなる平面の研磨加工を行った。目的とする仕上げ粗さ
はＲmax で３μｍ以下とし、研磨工具は手に持ち、工作
物と直線的な相対運動を与えた。比較のために、実施例
１の研磨工具と同寸法のＧＣ砥石、および特開平１−２
２２８６５号公報に提案されたラッピング材による加工
も行った。このラッピング材では、直径が約１５μｍの
アルミナ繊維がエポキシ樹脂によって保持されている。

【００３７】まず、ＧＣ砥石の場合は、加工のために砥
石に押付け力を与えると、押付け力によって生じた曲げ
の力により砥石が折損してしまい、加工することが出来
なくなってしまった。ラッピング材の場合は、機械的強
度が高く、折損することはなかったものの、加工には多
大の時間を要した。

【００３８】本発明の実施例１で製作した、補強層の片
側に砥粒層を持つ研磨工具を使用した場合、ラッピング
材と同様に折損せずに加工することが出来た。さらに、
目的とする粗さに達するまでに要した時間は、ラッピン
グ材の約３０％と、非常に短い時間で加工することが可
能であった。さらに、補強層の両側に砥粒層を持つ研磨
工具を使用した場合、一本の研磨工具で、概ね２倍の面
積の工作物を研磨することが可能であった。

【００３９】（実施例５）実施例２で製作した角柱状の
研磨工具を用いて、表面粗さＲmax が約１０μｍの粗い
表面を持つ溝の底を加工した。目的とする仕上げ粗さは
Ｒmax で３μｍ以下とした。溝の幅は４mm、深さは２０
mm、長さは１５０mmで、材質はＳ４５Ｃである。比較の
ために、実施例２の研磨工具と同寸法のＧＣ砥石、およ
び特開平１−２２２８６５号公報に提案されたラッピン
グ材による加工も行った。このラッピング材では、直径
が約１５μｍのアルミナ繊維がエポキシ樹脂によって保
持されている。

【００４０】まず、ＧＣ砥石の場合は、加工のために砥
石に押付け力を与えると、押付け力によって生じた曲げ
の力により砥石が折損してしまい、加工することが出来
なくなってしまった。ラッピング材の場合は、機械的強
度が高く、折損することはなかったものの、加工には多
大の時間を要した。

【００４１】本発明の研磨工具を使用した場合は、ラッ
ピング材と同様に折損せずに加工することが出来た。さ
らに、目的とする粗さに達するまでに要した時間は、ラ
ッピング材の約４０％と、非常に短い時間で加工するこ
とが可能であった。

【００４２】（実施例６）実施例３で製作した円柱状の
研磨工具を用いて、表面粗さＲmax が約１０μｍの粗い
表面を持つ長円形の深穴の側面を加工した。目的とする
仕上げ粗さは、Ｒmax で１μｍ以下とした。長円の円形
部の直径は１０mm、長円の中心間距離は４０mm，深さは
６０mmで、材質はＳ４５Ｃである。加工は、フライス盤
に研磨工具をチャックして回転させながら、工作物に横
送りを与えて行った。比較のために、実施例３の研磨工
具と同寸法のＧＣ砥石、および特開平１−２２２８６５
号公報に提案されたラッピング材による加工も行った。
このラッピング材では、直径が約１５μｍのアルミナ繊
維がエポキシ樹脂によって保持されている。

【００４３】まず、ＧＣ砥石の場合は、加工のために工
作物に横送りを与えると、加工によって生じた曲げの力
により砥石が折損してしまい、加工することが出来なく
なってしまった。ラッピング材の場合は、機械的強度が
高く、折損することはなかったものの、加工能率が低く
加工には多大の時間を要した。

【００４４】本発明の研磨工具を使用した場合は、ラッ
ピング材と同様に折損せずに加工することが出来た。目
的とする粗さに達するまでに要した時間は、ラッピング
材の約３０％と、非常に短い時間で加工することが可能
であった。

【００４５】

【発明の効果】本発明の研磨工具は、砥粒層と、ファイ
バーにより強化された補強層とが、積層された構造をな
している。この研磨工具の砥粒層を工作物に当接させて
相対移動させることで、主として砥粒層の各砥粒が工作
物を加工し、補強層が各砥粒を保持して脱落を抑制する
とともに、補強層を構成するファイバーの強度により工
具の折損を防止できる。

【００４６】さらに、ファイバーは加工の遂行にともな
い先端が部分的に折損し、補強層が適度に消耗して砥粒
が露出した状態を維持することができるので、加工性能
が優れ、従来の工具を使用した場合よりも短時間で加工
でき、優れた加工性能が長期にわたって維持されるの
で、ドレッシングが不要であるか、あるいはドレッシン
グ間隔を長くしたり、軽度のドレッシングで加工性能を
回復させることができる。

【００４７】そして本発明のこのような優れた効果は、
工作物の材質および表面状態や所要の仕上げ程度に応じ
て、砥粒の種類および粒度、ファイバーの材質および直
径、砥粒層および補強層の厚さなどを適切に設定した工
具により、粗加工から仕上げ加工まで広範囲の加工にお
いて発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨工具の例を示す斜視図である。

【図２】本発明の研磨工具の別の例を示す斜視図であ
る。

【図３】本発明の研磨工具の別の例を示す斜視図であ
る。

【図４】本発明の工具における補強層の例を示す断面図
である。

【図５】本発明の研磨工具の使用例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１…砥粒層２…補強層３…砥粒４…砥粒の結合剤５…ファイバー６…ファイバーの結合剤７…工作物８…切り屑

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砥粒層と、ファイバーにより強化された
補強層とが積層構造となっていることを特徴とする研磨
工具。
【請求項２】砥粒が薄板状あるいはフィルム状に結合
材で保持された砥粒層と、ファイバーにより強化された
補強層とが積層された角柱状の形状をなす請求項１記載
の研磨工具。
【請求項３】砥粒が薄板状あるいはフィルム状に結合
材で保持された砥粒層と、ファイバーにより強化された
補強層とがロール状に巻かれて積層された円柱状の形状
をなす請求項１記載の研磨工具。