JPH10138148A - ビトリファイド超砥粒砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】目立ての容易さを保ったままでさらに砥粒の保
持力に優れた（つまり研削比の高い）ビトリファイド砥
石を開発する。 【解決手段】砥粒および無機質中空状物質をビトリファ
イド結合材で結合してなる砥石であって、砥粒が超砥粒
からなり、該無機質中空状物質が主にムライト質からな
り、該無機質中空状物質は、その軟化点が超砥粒用ビト
リファイド結合材の固有焼成温度よりも５０℃以上高
く、焼成前後において中空状態を維持し、耐圧強度が１
０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であるビトリファイド超
砥粒砥石。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は砥粒をビトリファイ
ド結合剤で結合してなるビトリファイド砥石に関し、特
に砥粒として超砥粒を用いてなるビトリファイド超砥粒
砥石に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビトリファイド砥石には、有機質の気孔
形成材を用いることによって形成されたものがある。し
かし、この種のビトリファイド砥石は焼成時において気
孔形成材が除去されてしまう関係上、砥粒の保持力が低
下してしまうといった問題があった。

【０００３】一方、低集中度の超砥粒砥石の場合、経済
的見地から無機質耐摩耗材を混入することが行われてい
る。しかし、この場合には研削条件によっては、耐摩耗
材が摩滅摩耗して研削に支障をきたすので頻繁に目立て
が必要となり、ビトリファイド超砥粒砥石としての利点
を充分に発揮できない事態を生じていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのため、気孔を形成
する材料として無機質中空状物質を使用し、砥粒の保持
力を低下させることなく、目立てを簡易化できる超多孔
質な構造を持ったビトリファイド砥石が開示されている
（特開昭６２−２５１０７７）。

【０００５】しかし、本発明者の到達した見地によれ
ば、この砥石は無機質中空状物質の量が原料組成で４５
〜５５％（容量％）までの範囲内での範囲では効果が見
られるものの、さらに低い集中度ないし、多孔質の砥石
を製造するために無機質中空状物質の量を増加すると、
砥粒の保持力が低下、または被加工物の面粗度の低下を
生じるおそれがあった。

【０００６】上記問題を解決する手段として、第１充填
剤として無機質中空状物質を、さらに第２充填材として
中実のセラミックスを含有させ、低集中度（集中度１０
０以下）であっても、保持力および被加工物の面粗度を
低下させず、しかも目立ての容易なビトリファイド砥石
が開示されている（特公平７−１６８８１）。しかし、
本発明者の研究の結果によれば、この砥石は第２充填剤
として中実のセラミックスを含有させている為、目立て
の容易さという点でなお不十分であることが判った。

【０００７】本発明の目的は、上記の研削砥石の特徴で
ある目立ての容易さを保ったままでさらに砥粒の保持力
に優れた（つまり研削比の高い）ビトリファイド砥石を
開発することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ビトリファ
イド超砥粒砥石について、低集中度のものを対象とし
て、その構造を変化すべく種々の研究を重ねた結果、特
定の充填材を含有させたところ、優れた結果を得たた
め、ここに提案する。すなわち、砥粒および無機質中空
状物質をビトリファイド結合材で結合してなる砥石であ
って、砥粒が超砥粒からなり、無機質中空状物質が主に
ムライト質からなり、無機質中空状物質はその軟化点が
超砥粒用ビトリファイド結合材の固有焼成温度よりも５
０℃以上高く、焼成前後において中空状態を維持し、耐
圧強度が１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であることを
特徴とするビトリファイド超砥粒砥石。

【０００９】

【発明の実施の形態】なお、本願において数値範囲は上
下限の間の任意の数も代表する。

【００１０】本発明にかかるビトリファイド超砥粒砥石
は、特に低い集中度、また高気孔率のものを対象とす
る。一般砥粒に比べて極めて高価な超砥粒の使用量を低
滅しつつ、超砥粒の高研削性を活かし、汎用性ある超砥
粒砥石を提供するためである。砥粒の集中度は１０以上
１９０以下、好ましくは２５以上１８０以下とすると良
い。気孔率は３５％〜８０％、好ましくは４０％〜７５
％とすると良い。この気孔率は通常の気孔形成材（例え
ばナフタリン、レジン粉末など）の揮発等により粒間お
よび結合材の間隙に生じるもの（粒間気孔）、及び無機
質中空状物質の存在によるものを含有する。超砥粒とは
ｃＢＮまたはダイヤモンド砥粒などの砥粒をいい、場合
によってはこれらの混合物でもよい。好ましくはヌープ
硬度３０００以上のものをいう。砥粒の粒度は使用目的
に応じ適宜選択できるが、精密研削または超精密研削の
場合、例えば＃６０〜＃３０００の範囲にすると良い。

【００１１】また、ビトリファイド結合材は砥粒として
超砥粒を用いた場合に適するもの、例えば、ホウ珪酸ガ
ラス、結晶化ガラスを用いると良い。結晶化ガラスとし
ては、例えばウィレマイトを析出するものなどがある。
保持力を充分なものとするため、超砥粒の熱膨張係数に
対して ±２×１０^-6／Ｋ （室温〜５００℃） であることが望ましい。結合材率は適宜選択でき、例え
ば砥石として１５〜３５％の範囲とすると良い。また、
原料組成の結合剤率は、２０〜４５容量％にすることが
でき、好ましくは２５〜４０容量％である。

【００１２】本発明のビトリファイド超砥粒砥石は無機
質中空状物質を含有しなければならない。無機質中空状
物質は、主としてムライト質からなり、ムライト質の無
機質中空状物質が全無機質中空状物質に占める割合は５
０容量％以上にすることができ、前記割合の好ましい範
囲は６５容量％以上であり、最良の範囲は７５容量％以
上である。

【００１３】「ムライト質」とは、ムライト結晶相を含
み、ＳｉＯ₂が無機質中空状物質の化学組成で５０ｗｔ
％（重量％）以上、Ａ１₂０₃が無機質中空状物質の化学
組成で２０ｗｔ％以上であるものをいう。かかるムライ
ト質によれば、無機質中空状物質の耐圧強度を１０〜１
００ＭＰａとし、無機質中空状物質と超砥粒との熱膨張
係数差を±２×１０^-6とすることができる。

【００１４】また、本無機質中空状物質は耐圧強度が１
０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であり、好ましい範囲は
１０〜７０ＭＰａであり、最良の範囲は２０〜５０ＭＰ
ａである。無機質中空状物質の熱膨張係数は、好ましく
は、超砥粒の熱膨張係数に対して±２×１０^-6／Ｋ（室
温〜５００℃）にする。

【００１５】低い集中度であっても、研削性に優れ、砥
粒保持力を適切なものとし、かつ目立てを容易ないしは
不要とするためである。無機質中空状物質は軟化点がビ
トリファイド結合材の固有焼成温度よりも５０℃以上高
くないといけない。無機質中空状物質の中空状態が維持
されるために必要である。

【００１６】超砥粒用ビトリファイド結合材の固有焼成
温度（以下ＳＶＴとする）とは、砥粒として、超砥粒、
結合材としてビトリファイド結合材を使用した場合にお
ける結合材の最適な焼成温度域をいう。ＳＶＴは一般砥
粒を使用した場合におけるビトリファイド結合材の固有
焼成温度よりも低く、６５０〜１０００℃、好ましくは
７００〜９００℃の範囲の焼成温度である。上限を越え
ると超砥粒の劣化が起こり、下限未満であると強度発現
に支障をきたす。より、具体的には、使用されるビトリ
ファイドボンドの種類により応じて採択される。無機質
中空状物質の軟化点はＳＶＴよりも５０℃以上、好まし
くは１００℃以上高いものであることが望ましい。具体
的には、無機質中空状物質の軟化点は７００℃以上、好
ましくは１０００℃以上とすると良い。

【００１７】無機質中空状物質は結合材の焼成前後にお
いて中空状態を維持するセラミックスからなる。その含
有率を変化させることによって砥石の気孔率を簡単に調
節でき、特に高気孔率を簡単に調節でき、特に高気孔率
のものとなし得、ビトリファイド結合材と相俟って目立
てを容易乃至不要にでき、しかも砥石の焼けの発生を防
止できる。その量（原料組成 容量％）は、３０〜７５
％、好ましくは、４０〜６５％とすると良い。また、ム
ライト質の無機質中空状物質の配合範囲は、原料組成で
５〜７５容量％にすることができ、好ましい範囲は原料
組成で５〜７０容量％であり、最良の範囲は原料組成で
１０〜６５容量％である。

【００１８】無機質中空状物質の熱膨張係数は結合材の
ブリッジにクラックを発生させないように、超砥粒の熱
膨張係数に対して、±２×１０^-6／Ｋとするのが望まし
く、また、軟化温度は、ＳＶＴに対して５０℃以上、好
ましくは１００℃以上高いものが焼成後、中空状態を保
つため、望ましい。

【００１９】また、無機質中空状物質の耐圧強度が１０
ＭＰａ以上（より好ましくは２０ＭＰａ以上）１００Ｍ
Ｐａ以下（好ましい範囲は１０〜７０ＭＰａ、最良の範
囲は２０〜５０ＭＰａ）であることが、望ましい。耐圧
強度が小さいと多気孔質の砥石のため、砥粒の保持力が
不十分となってしまう。また強度が大きいと目立てに支
障をきたしてしまう。

【００２０】ムライト質バルーンは熱膨張係数はダイヤ
モンド・ｃＢＮに近く、軟化温度は１４００℃、耐圧強
度が約２７ＭＰａであり、本目的に適合するものであ
る。

【００２１】用いる無機質中空状物質の粒度（粒径範
囲）は、使用する超砥粒の平均粒径の１／２〜２倍程
度、より好ましくはほぼ一致させることが望ましい。ム
ライト質からなる無機質中空状物質の粒径範囲も、使用
する超砥粒の平均粒径の１／２〜２倍の範囲で良く、好
ましくは、使用する超砥粒の粒径にほぼ一致させる。

【００２２】結合材として好ましい組成は次の通りであ
る。

【００２３】ＳｉＯ₂ ４０〜７０ ｗｔ％ Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜２０ ｗｔ％ Ｂ₂Ｏ₃ １０〜２０ ｗｔ％ ＲＯ ２〜１０ ｗｔ％ Ｒ₂Ｏ ２〜１０ ｗｔ％ 上記において、ＲＯはＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯから
選ばれる一種類以上の酸化物、Ｒ₂ＯはＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂
Ｏ、Ｋ₂Ｏより選ばれる一種類以上の酸化物を示す。

【００２４】無機質中空状物質の他、所望によりビトリ
ファイド超砥粒砥石に使用される通常の添加材、例えば
脆化材、固体潤滑材を適量含有させても良い。また、製
作に際し別途成形助材ないし、気孔形成材（糊料など）
を使用してもよい。

【００２５】本発明にかかわるビトリファイド超砥粒砥
石は、少なくとも研削に関与する部分が上述の構成にな
っていれば良い。例えばセラミック質その他の保持体の
表面に当該砥粒砥石部を存在させたものであっても良
い。

【００２６】本発明のビトリファイド砥石は、高度な精
密部品の研削用として好適なものである。以下に本発明
の実施例を示す。

【００２７】

【実施例】

・実施例１ ＣＢＮ砥粒（＃１４０／＃１７０） １６．１容量部 ムライト質バルーン（９０〜１１５μｍ） ５０．５ ビトリファイド結合材 ３３．４ 糊量 １２．８ ・比較例１ ＣＢＮ砥粒（＃１４０／＃１７０） １６．１容量部 石炭灰バルーン（９０〜１１５μｍ） ５０．５ ビトリファイド結合材 ３３．４ 糊量 １２．８ ・比較例２ ＣＢＮ砥粒（＃１４０／＃１７０） １６．１容量部 ＳｉＣ（９０〜１１５μｍ） １６．１ 石炭灰バルーン（９０〜１１５μｍ） ３４．４ ビトリファイド結合材 ３３．４ 糊量 １２．８ ここで実施例１及び比較例１に使用した無機質中空状物
質の物性値について表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１に示すムライト質バルーンは請求項１
に適合する無機質中空状物質であり、石炭灰バルーンは
請求項１に適合しない無機質中空状物質である。

【００３０】実施例１は本発明によって製造した砥石で
ある。比較例１は特開昭６２−２５１０７７に開示され
た方法によって製造した砥石である。比較例２は特公平
７−１６８８１に開示された方法によって製造した第１
充填材として無機質中空状物質を、さらに第２充填材と
して中実のセラミックスを含有させた低集中度の砥石で
ある。

【００３１】上記の実施例１、比較例１、２に係わる配
合例についてプレス成形し、９００℃で５時間焼成し
て、外径２００、厚み１０、穴径７６．２（ｍｍ）の砥
石を作成し、平面研削を行い、研削性能すなわち（ａ）
研削比、（ｂ）消費電力、（ｃ）ドレス時消費電力、
（ｄ）加工物面粗さについて調べた。その結果を表２に
示す。なお、研削条件及びドレス条件は下記の通りであ
る。

【００３２】

【表２】

【００３３】なお、研削比、消費電力、加工物面粗さは
累積切込み寸法３ｍｍ時の値である。

【００３４】 研削条件 使用機械 平面研削盤 研削方式 湿式プランジ研削（ダウンカット） 砥石周速度 ２７ｍ／ｓ 被削材 ＳＫＨ−５１（ＨＲＣ６２・Ｌ１００×Ｔ１０） テーブル速度 ０．３３ｍ／ｓ 研削幅 ７ｍｍ 切り込み量 Ｒ１０μｍ 総切込量 ５ｍｍ スパークアウト １ｐａｓｓ ドレス条件 ドレッサ □０．８ｍｍ単石ＬＬ 切込量 ５μｍ／ｐａｓｓ リード ０．２ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ．

【００３５】実施例１の砥石は、比較例１に比較して研
削比が３倍以上高い。摩耗が少ない分、形状崩れが小さ
いため、加工物の面粗さも比較例に比べ良好である。し
かも、ドレス時の消費電力は約１５％低いことからわか
るように、ドレス性も良好であった。

【００３６】また、比較例２に比較しても研削比が２倍
以上高い。これは無機中空体の物性（耐圧強度および熱
膨張係数）を適切なものとしたため、低集中度（集中度
１００以下）でも、無機中空体と中実のセラミックスの
２種類の充填材を用いた砥石より優れた性能を示したも
のと考えられる。さらに、ドレス時の消費電力は比較例
２に比較して約２５％低いことからドレス性についても
良好であった。

【００３７】実施例１の砥石の性能が良好であったの
は、無機中空体物性（耐圧強度および熱膨張係数）を適
切なものとしたため、低集中度（集中度１００以下）の
砥石であっても優れた性能を示したものと考えられる。

【００３８】なお、すべての砥石の使用による焼けの発
生はなかった。

【００３９】・実施例２ ＣＢＮ砥粒（＃１７０／＃２００） ４９．８容量部 ムライト質バルーン（７５〜８８μｍ） ２０．９ ビトリファイド結合材 ２９．３ 糊量 １２．８ ・比較例２ ＣＢＮ砥粒（＃１７０／＃２００） ４９．８容量部 石炭灰バルーン（７５〜８８μｍ） ２０．９ ビトリファイド結合材 ２９．３ 糊量 １２．８

【００４０】実施例２は本発明によって製造した砥石で
ある。比較例２は特開昭６２−２５１０７７に開示され
た方法によって製造した砥石である。

【００４１】上記の実施例２、比較例２に係わる配合例
についてプレス成形し、９００℃で５時間焼成して、外
径２５、厚み１４、穴径１１（ｍｍ）の砥石を作成し、
内面研削を行い、研削性能すなわち（ａ）研削比、
（ｂ）消費電力、（ｃ）加工物面粗さについて調べた。
その結果を表３に示す。なお、研削条件及びドレス条件
は下記の通りである。

【００４２】

【表３】

【００４３】なお、研削比、消費電力、加工物面粗さは
ワークを５０カット後の値である。

【００４４】 研削条件 使用機械 内面研削盤 砥石周速度 ４５ｍ／ｓ 被削材 ＳＵＪ−２（φ５０×１０×φ２９．２９） ワーク周速度 １．２５ｍ／ｓ 研削能率 Ｚ′＝１．６ｍｍ３／ｍｍ・ｓ 研削代断面積 １６．１４ｍｍ２ 荒 φ０．０３１ｍｍ／ｓ（φ０．３１６ｍｍ） 仕上 φ０．００３ｍｍ／ｓ（φ０．０３２ｍｍ） ドレス条件 ドレッサ □０．４ｍｍＬＬロータリードレッサ 切込量 φ４μｍ／ｐａｓｓ×２０ｐａｓｓ ドレスリード ０．０８ｍｍ／ｒｅｖ

【００４５】実施例２の砥石は比較例２に比較して研削
比が１．５倍以上高い。摩耗が少ない分、形状崩れが小
さいため、加工物の面粗さも比較例に比べ良好であるこ
とがわかる。

【００４６】また消費電力も比較例に比較して低くとな
り、切れ味が良いことがわかる。

【００４７】本実施例から開発した超砥粒砥石は広い集
中度にわたって、研削比が高い・消費電力が低いなどの
優れた性能を示すことがわかる。

【００４８】

【発明の効果】本発明のビトリファイド超砥粒砥石にあ
っては前述したような構成としたことから、次のような
効果を発揮する。

【００４９】１ 無機質中空状物質の存在によって、超
砥粒の優れた研削性能を生かしつつ、低集中度で任意の
気孔率（特に高気孔率）を有する砥石を得ることができ
る。 ２ 無機質中空状物質の耐圧強度が適切であるため、集
中度１００以下においても無機質中空状物質以外の充填
材がなくとも砥粒の保持力が低下せず、研削比の向上が
図れる。請求項２以下により、さらに夫々特有の作用効
果が付加される。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】砥粒および無機質中空状物質をビトリファ
   イド結合材で結合してなる砥石であって、砥粒が超砥粒
   からなり、 該無機質中空状物質が主にムライト質からなり、 該無機質中空状物質は、その軟化点が超砥粒用ビトリフ
   ァイド結合材の固有焼成温度よりも５０℃以上高く、焼
   成前後において中空状態を維持し、耐圧強度が１０ＭＰ
   ａ以上１００ＭＰａ以下であることを特徴とするビトリ
   ファイド超砥粒砥石。
2. 【請求項２】前記ビトリファイド結合材の固有焼成温度
   が６５０〜１０００℃の範囲にある請求項１記載の砥
   石。
3. 【請求項３】超砥粒砥石の集中度が１０以上１９０以下
   の範囲にある請求項１又は２記載の砥石。
4. 【請求項４】超砥粒砥石の集中度が１００以下である請
   求項１〜３の一に記載の砥石。
5. 【請求項５】無機質中空状物質を除き充填材を実質的に
   含まない請求項１〜４の一に記載の砥石。