JPH10146764A - 精密研削用砥石およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切れ味に局部的なばらつきが生じにくく、砥
粒が小さい場合にも製造が容易でコストも安く、チップ
ポケットの発生を促して切粉排出性の向上が図れる精密
研削用砥石およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 砥粒６を金属結合相２中に分散してなる
砥粒層１を有する精密研削用砥石であって、金属結合相
２中には、殻状をなす仮想面に沿って前記砥粒６が多数
配置されている砥粒集合部４が、互いに間隔を空けて配
置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的小さい砥粒
を用いる精密加工用のメタルボンド砥石およびその製造
方法に係り、特に、砥粒層中における砥粒分散密度の均
一化、および切粉排出性に優れたチップポケットの形成
促進を図るための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なメタルボンド砥石は、通常、金
属結合材の粉末に砥粒を均一に混合し、この混合粉末を
台金とともに型込めした後、圧粉成形および焼結して製
造されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記製
造方法により得られたメタルボンド砥石では、砥粒と結
合材粉末とを混合し型込めする過程で、個々の砥粒を結
合材中に均一に分散させることが難しく、焼結後の砥粒
層の内部において砥粒の分布密度に粗密が生じることが
避けられない。このため、研削面に露出した砥粒の配置
に粗密が生じ、砥石の切れ味に局部的なむらが生じて、
研削性能が不安定になる欠点があった。

【０００４】そこで、本発明者らは、個々の砥粒の外周
に予め金属結合材を厚く被覆したうえ、この被覆砥粒を
型込め、成形および焼結してメタルボンド砥石を製造す
ることを発案した。この製造方法によれば、得られた砥
粒層中に含まれる砥粒同士の間隔が、被覆砥粒時の被覆
層の厚さで正確に規定されるので、砥粒の分布密度が均
一化され、切れ味のばらつきが低減できる。

【０００５】ところで、精密加工の分野では、研削面の
表面粗さを向上するため、必然的に粒径の小さい砥粒を
使用する必要があるが、このように小さい砥粒の場合、
砥粒の外周に金属結合材を均一の厚さで厚く被覆するこ
とは技術的に困難であり、上記方法の適用が難しいとい
う欠点があった。

【０００６】また、上記いずれの方法についても言える
ことであるが、砥粒が小さい場合には、砥粒層の研削面
において砥粒の脱落跡などに生じるチップポケット（凹
部）が必然的に小さくなる。この種のチップポケット
は、研削により生じた切粉を研削面から排出する重要な
作用を有するものであり、これらチップポケットが小さ
くなると、切粉排出性が悪化することが避けられない。
したがって、砥粒粒径を小さくするほど切粉排出性が悪
くなり、砥石が目詰まりしやすくなるという欠点があっ
た。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、砥粒の分布密度が均一で切れ味に局部的なばらつ
きが生じにくく、砥粒が小さい場合にも製造が容易で
コストも安く、砥粒に比べて充分に大きいチップポケ
ットの発生を促して切粉排出性の向上が図れる、精密研
削用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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る精密研削用砥石は、砥粒を金属結合相
中に分散してなる砥粒層を有する精密研削用砥石であっ
て、前記金属結合相中には、殻状をなす仮想面に沿って
前記砥粒が多数配置されている砥粒集合部が、互いに間
隔を空けて配置されていることを特徴とする。隣接する
前記砥粒集合部同士の間に気孔が形成されることによ
り、前記砥粒層の気孔率が３〜４０ｖｏｌ％に設定され
ていてもよい。

【０００９】前記殻状をなす砥粒集合部の内側部分は金
属相であってもよいし、砥粒集合部の内側部分の中心部
には、前記金属結合相よりも脆い材質からなる脆性粒
子、固体潤滑材からなる潤滑性粒子、または前記砥粒よ
りも大径の大径砥粒が配置されていてもよい。

【００１０】一方、本発明に係る精密研削用砥石の製造
方法は、以下の工程を具備することを特徴としている。 （ａ） 少なくともその表面が金属で形成された核粒子
の外周面に、これら核粒子よりも粒径が小さい砥粒を摩
擦圧接被覆法により多数固定する工程、（ｂ） 前記砥
粒が固定された前記核粒子の外周面に金属被覆層を形成
して複合粒子を形成する工程、（ｃ） 前記複合粒子を
加圧成形および焼結して砥粒層を形成する工程。

【００１１】なお、前記加圧成形および焼結工程（ｃ）
を、焼結後の複合粒子間同士の間に気孔が残存しうる条
件で行うことにより、前記砥粒層の気孔率を３〜４０ｖ
ｏｌ％に調節してもよい。また、脆性粒子、潤滑性粒
子、または大径砥粒の表面に金属被覆を形成することに
より核粒子を形成し、この核粒子を用いて前記砥粒固定
工程（ａ）を行ってもよい。

【００１２】本発明に係る精密研削用砥石は、殻状をな
す仮想面に沿って前記砥粒が多数配置されている砥粒集
合部が、砥粒層中に互いに間隔を空けて多数配置されて
いるものであるから、研削につれて研削面にこれら砥粒
集合部が均一な分布密度で現れる。したがって、巨視的
にみて研削面における砥粒の分布密度が均一になり、砥
粒分布の不均一さに起因する切れ味のばらつきが低減で
きる。

【００１３】また、研削につれて砥粒集合部同士の間、
および砥粒集合部の中央部が摩耗して研削面にはチップ
ポケットが生じる。これらチップポケットは砥粒に比し
て大きいから、良好な切粉排出性を有し、砥石の目詰ま
りによる切れ味低下を防ぐ作用が得られる。

【００１４】一方、本発明に係る精密研削用砥石の製造
方法によれば、核粒子の寸法設定により砥石中の砥粒集
合部の大きさを調整できるとともに、核粒子の外周面に
形成する金属被覆層の厚さを設定することにより砥粒集
合部同士の離間量を任意に調整できる。したがって、砥
粒分布が均一で切れ味のばらつきが少なく、しかもチッ
プポケットによる切粉排出性が良好な精密研削用砥石が
製造できる。

【００１５】また、核粒子の外周面に多数の砥粒を固定
するため、１つ１つの砥粒の外周にそれぞれ金属被覆層
を形成する方法に比して、砥粒が小径であっても実施が
容易であり、砥石の生産性向上および生産コスト低下を
図ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１は本発明に係る精密研削用砥石の
第１実施形態の砥粒層１を示す断面拡大図である。本発
明はこの砥粒層１の構造に特徴を有するものであるか
ら、砥粒層１のみにより砥石が構成されていてもよい
し、適当な砥石基体に砥粒層１が固定されていてもよ
い。砥石の形状も限定されず、従来使用されているいか
なる形式および形状の砥石にも本発明は適用可能であ
る。

【００１７】砥粒層１は、金属結合相２と、この金属結
合相２中に互いに離間して均一分散された多数の砥粒集
合部４とからなるメタルボンド砥粒層である。砥粒集合
部４は、ほぼ一定の大きさを有する隗状の内側金属相８
と、内側金属相８の外周面全面（仮想面）に沿って殻状
に配置された多数の砥粒６とから形成されている。

【００１８】砥粒６としては、ダイヤモンド、ＣＢＮ等
の超砥粒が好適であるが、必要に応じてはＳｉＣ、Ａｌ
₂Ｏ₃等の一般砥粒も使用可能である。砥粒６の粒径は限
定されないが、精密研削用としては５０μｍ以下が好ま
しい。砥粒６の形状は、正多面体が好ましいが、極端な
鱗片状でない限り、不定形の砥粒を使用することも可能
である。

【００１９】金属結合相２および内側金属相８の材質は
限定されないが、好ましい組み合わせとしては以下の材
質が例示できる。金属結合相２と内側金属相８を同一の
材質で形成することも可能である。 金属結合相２：Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｃｏから選択
される１種または２種以上の合金 内側金属相８：Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌから選択される１種ま
たは２種以上の合金

【００２０】内側金属相８が相対的に硬質の材質、金属
結合相２が相対的に軟質の材質で形成された場合には、
３次元網目状に広がる金属結合相２によって砥粒層１の
機械強度を確保しつつ、金属結合相２が容易に摩耗して
後退するため、研削面で露出した個々の砥粒集合部４が
島状に突出して切刃部を形成し、これら切刃部の周囲に
チップポケットＣ２が存在するため、良好な切粉排出性
が得られる。また、内側金属層８の中央には砥粒が存在
しないため、摩耗が砥粒集中部４に比して大きく、チッ
プポケットＣ１を形成して、切粉排出性の向上に寄与す
る。

【００２１】内側金属相８の直径は必ずしも限定されな
いが、１０〜５００μｍ程度が適しており、特に３０〜
１００μｍがより好ましい。内側金属相８の直径が１０
μｍ未満では、この部分に生じるチップポケットＣ１が
小さくなって切粉排出効果が低減するとともに、後述す
る本発明の製造方法において、核粒子（内側金属相８と
なる）の表面に砥粒６を圧着被覆する際に核粒子が中心
核となりにくく、複合砥粒の製造が困難になる。一方、
内側金属相８の大きさ５００μｍを越えると、核粒子表
面への砥粒６の圧着被覆が困難になり、やはり複合砥粒
の製造が困難になる。

【００２２】隣接する砥粒集合部４の間に介在する金属
結合相２の厚さ、すなわち砥粒集合部４同士の離間距離
は必ずしも限定されないが、内側金属相８の直径の１．
２〜３．０倍程度が好ましい。この範囲であれば、金属
結合相２による砥石強度向上効果が良好で、砥粒６の分
散性も良い。

【００２３】上記構成からなる精密研削用砥石によれ
ば、砥粒層１中に、殻状をなす仮想面に沿って砥粒６が
多数配置されている砥粒集合部４が、互いに間隔を空け
て多数配置されているから、研削につれて研削面にこれ
ら砥粒集合部４の砥粒６が均一な分布密度で順次現れ
る。したがって、巨視的にみて研削面における砥粒６の
分布密度が均一になり、砥粒分布の不均一さに起因する
切れ味のばらつきが低減できる。

【００２４】また、研削につれて砥粒集合部の中央部が
摩耗してチップポケットＣ１が生じるとともに、砥粒集
合部４同士の間にチップポケットＣ２が生じる。これら
チップポケットＣ１，Ｃ２は砥粒６の粒径に比して大き
いから、砥石の運動につれて研削部から切粉を運び出す
能力が大きく、切粉排出性を高めることが可能である。
これにより、切刃を形成する砥粒集中部４が島状に突出
した構造となり、砥石の目詰まりに起因する切れ味低下
が防止できる。

【００２５】次に、上記第１実施形態の精密研削用砥石
の製造方法を説明する。図４（ａ）に示すように、内側
金属相８となるＣｕ，Ｎｉ，Ａｌ等の金属核粒子８Ａを
用意し、これら核粒子８Ａの表面に沿って、核粒子８Ａ
より小径の砥粒６を摩擦圧接被覆法によって被覆する。
この摩擦圧接被覆法を実施するには、図３に示すような
装置が使用可能である。

【００２６】装置の構成を簡単に説明すると、図中符号
２０は軸線を水平に設置された円筒状のドラムで、その
軸線を中心として回転される。ドラム２０の内部には、
ドラム軸線に沿って固定シャフト２２が配置され、この
シャフト２２には下向きに加圧アーム２４、およびその
回転方向後方側の斜め下方に延びる掻き取りアーム２６
がそれぞれ固定されている。ドラム２０内に金属核粒子
８Ａと砥粒６を添加した後、蓋（図示せず）で塞ぐこと
により、ドラム２０内はほぼ密閉される。

【００２７】加圧アーム２４の下端には、ドラム２０の
内面と平行な円弧状をなす加圧板２８が固定され、この
加圧板２８とドラム２０内面との間には、一定の間隙が
形成されている。一方、掻き取りアーム２６の下端は刃
先状に形成され、ドラム２０内面に付着した粉体を掻き
落とす構成となっている。

【００２８】圧着被覆を行うにはまず、金属核粒子８Ａ
と砥粒６とを所定の割合でドラム２０に入れた後、蓋を
固定してドラム２０を回転させる。すると、混合粉体が
加圧板２８とドラム２０との隙間で加圧され、混合粉体
に転動運動が加わりつつ互いに擦り合わされる。機械的
に高いエネルギーを与えられた金属核粒子８Ａおよび砥
粒６が衝突すると、金属核粒子８Ａの方が軟質でかつ大
径であるため、金属核粒子８Ａの表面全面に砥粒６が打
ち込まれた状態となる。

【００２９】ドラム２０の内面に付着した粉体は、掻き
取りアーム２６で再び分散され、未付着の砥粒６は再び
加圧板２８により金属核粒子８Ａの表面上に打ち込まれ
ていく。この作業を一定時間繰り返すことにより、砥粒
６は金属核粒子８Ａの表面に順次圧着被覆されていき、
図４（ｂ）に示すように最終的にはほぼ全量圧着被覆さ
れる。

【００３０】次に、ドラム２０内に、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａ
ｌ，ＳｎまたはＣｏ等の１種または２種からなる金属粉
末を追加し、上記同様にドラム２０を回転させて、砥粒
６が被覆された核粒子８Ａ上に金属被覆層２Ａを形成
し、図４（ｃ）に示すような複合粒子１０を得る。金属
被覆層２Ａは、最終的に金属結合相２となるものであ
る。

【００３１】金属被覆層２Ａの形成に用いる金属粉末の
粒径は、０．１〜２０μｍが望ましい。０．１μｍ未満
では圧着被覆時に金属粉末のみで凝集が起こったり、充
分な圧力が金属粉末に加わらなかったりして金属被覆層
２Ａの形成が困難になる。２０μｍを越えると、金属被
覆層２Ａの厚み分布が不均一になりやすく、やはり均一
な金属被覆層２Ａの形成が難しくなる。

【００３２】金属被覆層２Ａの厚さは、製造方法上の観
点から１〜３０μｍ程度が望ましい。１μｍ未満では、
後述する砥石焼結時に十分な焼結助剤の役目を果たさ
ず、３０μｍを越えると金属被覆層２Ａそのものの形成
が困難になるためである。なお、金属被覆層２Ａを核粒
子８Ａ上に形成するには、圧着被覆法の代わりに無電解
めっき法、電気めっき法等を用いても良い。

【００３３】次に、このようにして得られた複合粒子１
０を、必要に応じて台金とともに型込めし、圧粉成形お
よび焼結する。すると、複合粒子１０の金属被覆層２Ａ
同士が接合しあい、各金属被覆層２Ａが互いに強固に結
合した３次元網目状の金属結合相２が形成され、この金
属結合相２中には、図１に示すように、殻状に配置され
た多数の砥粒６を有する砥粒集合部４が３次元的にほぼ
等間隔に分散配置されることになる。

【００３４】なお、上述した圧粉成形および焼結には、
ホットプレス法等も含まれる。圧粉成形および焼結時の
雰囲気は大気中でも可能であるが、金属の酸化を防ぐた
めには不活性あるいは還元性雰囲気がより好ましい。

【００３５】この製造方法に使用される台金および砥粒
層の形状は、従来実用化されているいかなる形状であっ
ても良い。また、台金を使用せず、砥石全体が砥粒層の
みで構成されている砥石も同様に製造可能である。成形
時のプレス条件や加熱条件は従来法と同様でよい。

【００３６】上記のような砥石製造方法によれば、図１
に示すように、小さい砥粒６がほぼ同一径の殻状に集合
してなる砥粒集合部４が、金属結合相２中に一定間隔ご
とに分散した砥粒層１を形成することができる。このよ
うな砥粒層１では、研削時に砥粒６より相対的に軟質な
内側金属相８および金属結合相２が早期に摩耗するた
め、図１に示すように砥粒６に比して大きいチップポケ
ットＣ１，Ｃ２が形成され、切粉の排出を効率良く行う
ことができる。したがって、研削動力の低減が図れ、良
好な切れ味が長期に亙り持続する。

【００３７】また、この実施形態の製造方法によれば、
砥粒集合部４同士の間隔がほぼ一定で、かつ砥粒集合部
４内での砥粒の配置がいずれの砥粒集合部４においても
ほぼ一定であるから、砥粒６が砥粒層１全体に亙って同
一パターンで分散しており、従来、型込め時に起こって
いた砥粒分布の偏りが発生しない。したがって切れ味の
局部的なばらつきがなく、さらに被削材の仕上げ面粗さ
が従来に比べて２倍程度向上する。

【００３８】また、この方法では、核粒子８Ａの寸法設
定により砥粒集合部４の大きさを任意に調整できるとと
もに、核粒子８Ａの外周面に形成する金属被覆層２Ａの
厚さを設定することにより砥粒集合部４同士の離間量を
任意に調整できる。したがって、被削材の特性に合わせ
て研削条件を高精度に制御できる利点を有する。

【００３９】さらに、核粒子８Ａの外周面に多数の砥粒
６を固定するため、１つ１つの砥粒の外周にそれぞれ金
属被覆層２Ａを形成する方法に比して、砥粒６が小径で
あっても実施が容易であり、砥石の生産性向上および生
産コスト低下を図ることができる。

【００４０】なお、上述した砥石製造方法において、金
属被覆層２Ａを形成するための金属粉末に各種フィラー
を添加しても良い。その場合には、成形後の砥石に、フ
ィラー種に応じた機能を付与することが可能である。例
えば、フィラーとしてカーボン粉を金属粉末に混合すれ
ば、得られた砥石を研削に使用した際に研削面に徐々に
カーボン粉が供給され、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。

【００４１】また、金属被覆層２Ａの一部または全てに
ＳｉＣやＡｌ₂Ｏ₃等の硬質粒子を添加しておけば、金属
結合相２中に硬質粒子を分散させ、個々の砥粒６の周囲
に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。

【００４２】（第２実施形態）図２は本発明に係る精密
研削用砥石の第２実施形態を示す断面拡大図である。図
１に示す第１実施形態との相違点は、隣接する砥粒集合
部４同士の間に気孔１２が形成されていることにある。
なお、これら気孔１２は、互いに連通しない独立気孔で
あっても、砥粒層１の全域に亙って３次元網目状に互い
に連通する連通気孔であってもよい。他の構成は前記第
１実施形態と同様でよい。

【００４３】砥粒層１の気孔率は３〜４０ｖｏｌ％に設
定されることが望ましい。３ｖｏｌ％未満では後述する
気孔１２の効果が得られ難く、４０ｖｏｌ％より大では
砥粒層１の強度が不足する。このような気孔１２を形成
した砥石によれば、研削につれ砥石研削面においてチッ
プポケットＣ１，Ｃ２のみならず気孔が順次開口する。
開口した気孔１２はチップポケットＣ１，Ｃ２よりも深
いため、切粉排出性をさらに高めることが可能である。

【００４４】また、湿式研削時には、気孔１２内に冷却
水が保持されるため、砥粒層１の冷却効果を高め、砥石
の過熱を防ぐ効果も得られる。上記切粉排出性向上効果
および冷却効果は、気孔１２が互いに連通すると気孔１
２内を冷却水が流通するので一層顕著になる。

【００４５】次に、上記第２実施形態の砥石の製造方法
の実施形態を説明する。この方法においても、核粒子８
Ａに砥粒６を固定し、さらに金属被覆層２Ａを形成して
複合粒子１０を得る工程までは、前記第１実施形態の砥
石の製造方法と同じでよい。異なるのは、複合粒子１０
を圧粉成形および焼結する工程である。すなわち、この
方法では、得られた複合粒子１０をプレス型内に充填
し、圧粉成形および焼結（ホットプレスを含む）する際
に、成形および焼結条件を、焼結後の複合粒子間同士の
間に所望量の気孔が残存しうる条件で行う。

【００４６】好適な加圧力は金属被覆層２Ａの材質によ
って異なり、一概には言えないため予備実験で決定する
必要があるが、冷間プレスおよび焼結する場合には、加
圧力を０．３〜２０ｔｏｎ／ｃｍ²、焼結条件は２５０
〜８００℃×３０分間以上とすることが望ましい。ま
た、ホットプレスする場合には、加圧力５０〜５００ｋ
ｇｆ／ｃｍ²で、加熱保持は２５０〜８００℃×３分間
以上が好ましい。もしくは、当たり止め方式のプレスを
行って気孔率を制御することが望ましい。

【００４７】より具体的に、例えば金属結合相２をＣｕ
および／またはＳｎで形成する場合、冷間プレスおよび
焼結により多孔質砥粒層を形成するには、加圧力を０．
５〜５ｔｏｎ／ｃｍ²、焼結条件を３５０〜６００℃×
３０分間以上とすることが望ましい。また、ホットプレ
スする場合には、加圧力５０〜４００ｋｇｆ／ｃｍ
²で、加熱保持は３５０〜６００℃×３０分間以上が好
ましい。

【００４８】上述のように圧力と温度で気孔率を制御す
ることも可能であるが、より簡便で精度の高い気孔率の
制御方法としては、圧力を気孔の無い砥石を作成する場
合と同程度に高めて、十分な加圧力下で、加圧シリンダ
の押し込みストロークを当たり止め方式で制御するホッ
トプレス方式の焼結が好ましい。また、冷間プレスの場
合も、当たり止め方式のプレスを適用すると気孔率の制
御が容易である。

【００４９】なお、圧粉成形と焼結との間に、圧粉成形
体を酸化性雰囲気で加熱する工程を設け、圧粉成形体の
気孔内面に薄い酸化膜を形成してもよい。このような酸
化膜を形成すると、焼結工程において金属被覆層２Ａの
自己焼結が進行して気孔が塞がる現象を予防できる。ま
た、前記酸化膜形成を圧粉成形後に行えば、金属被覆層
２Ａの相互接触部には酸化膜が形成されず、金属被覆層
２Ａの連結を阻害することがない。

【００５０】具体的な酸化膜形成条件の一例としては、
金属被覆層２ＡがＣｕ−Ｓｎ系の場合、０．６〜５ｔｏ
ｎ／ｃｍ²で冷間プレスを行い、さらに大気中で３００
〜６００℃に加熱して酸化膜を形成する方法が可能であ
る。加熱時間は、低温で長く処理すれば強固で厚い酸化
層が形成でき、高温で短く処理すれば、多孔質の酸化膜
が得られる。生産性を考慮すれば１０分間〜１時間が好
適である。その後、前記と同じ条件で焼結を行えばよ
い。なお、酸化膜形成と同時に焼結してもよい。

【００５１】上記のような製造方法によれば、砥粒集合
部４（核粒子８Ａ＋砥粒６）の外周を強固に包囲する金
属被覆層２Ａを形成し、これら金属被覆層２Ａ同士を連
結するとともに、これら金属被覆層２Ａの間に気孔１２
を形成するので、気孔率が高くても砥粒保持力は高く確
保することが可能である。したがって、切れ味のばらつ
きおよび砥粒脱落頻度の増大を防ぎつつ気孔率を高める
ことができる。

【００５２】さらに、上記方法によれば、複合粒子１０
はほぼ球形かつ表面が滑らかで流動性に優れるから、加
工成形時に成形品の内部全域に亙って圧力を均一化する
ことができ、これにより気孔率の局部的なばらつきを防
ぐことが可能である。したがって、砥粒と金属結合剤粉
末を単に混合する従来の製造方法に比して、研削面にお
ける砥粒６および気孔１２の露出密度が均一になり、良
好な切れ味を有する多孔質メタルボンド砥石を得ること
ができる。

【００５３】（実施形態３）図５は本発明に係る精密研
削用砥石の第３実施形態を示す断面拡大図である。第３
実施形態が前記第１および第２実施形態と異なる点は、
個々の砥粒集合部４内の内側金属相８の中心部に、金属
結合相２および内側金属相８よりも脆い材質からなる脆
性粒子３０がそれぞれ配置されていることにある。他の
構成は、前記第１実施形態と同様でよい。

【００５４】脆性粒子３０としては、黒鉛粒子，ＭｏＳ
₂粒子，中空ガラス粒子，雲母粒子，ｈＢＮ粒子などが
好ましい。脆性粒子３０の粒径は５〜３００μｍ程度、
より好ましくは１０〜５０μｍとされる。５μｍ未満で
は後述する効果が十分ではなく、３００μｍより大で
は、核粒子の形成が困難になる。脆性粒子３０と砥粒６
の間に介在する内側金属相８の厚さは、少なくとも砥粒
６の平均粒径の１．２倍以上であることが望ましい。
１．２倍未満では砥粒６の保持力が減少し、砥粒６の無
駄な脱落が多くなる。

【００５５】上記構成からなる第３実施形態の精密研削
用砥石によれば、図５に示すように研削面に露出した脆
性粒子３０が研削の衝撃で破壊され、順次崩れて脱落し
て行くので、その跡には脆性粒子３０の形状に沿ったチ
ップポケットＣ３が形成される。この新たなチップポケ
ットＣ３は前記チップポケットＣ１，Ｃ２よりも深く、
しかも容易に形成されるので、第３実施形態は第１実施
形態に比して切粉排出性および冷却性をさらに高めるこ
とが可能である。

【００５６】次に、上記第３実施形態の砥石の製造方法
を図７を用いて説明する。この製造方法では、始めに個
々の脆性粒子３０の表面に金属被覆を形成する。具体的
には図７（ａ）〜（ｂ）に示すように、脆性粒子３０の
外周に無電解めっき法を用いて薄い金属めっき層３２を
形成した後、この金属めっき層３２上に前記圧着被覆法
を用いて内側金属相８となる被覆層３４を形成する。

【００５７】圧着被覆法の代わりに無電解めっき法また
は電解めっき法により被覆層３４を形成することも無論
可能であるが、圧着被覆法に比べると生産効率が低くな
る。ただし、脆性粒子３０が圧着被覆法に耐えないおそ
れがある場合には、無電解めっき法または電解めっき法
で被覆層３４を形成する必要がある。

【００５８】こうして得られた核粒子３４を用いて、後
は第１実施形態の製造方法と同様に図７（ｃ）に示すよ
うに核粒子３４の外周に砥粒６を固定し、次いで図７
（ｄ）に示すようにその外周に金属被覆層２Ａを形成し
て、複合粒子を得る。その後、前述したように圧粉成形
および焼結して砥粒層１を形成すればよい。

【００５９】上記製造方法によれば、前述したように優
れた性能を有する第３実施形態の砥石を効率よく生産す
ることができる。また、複合粒子１０の内部には脆性粒
子３０が配置されているので、複合粒子１０を圧粉成形
する際にこの脆性粒子３０が被覆層３４の塑性変形を抑
制し、砥粒６の配置が乱れることを防ぐ。したがって、
図５に示すように個々の砥粒集合部４における砥粒６の
配置が球に近くなり、砥粒集合部４の直径が同一であっ
ても、より大きく切粉排出性等の性能が良好なチップポ
ケットＣ３の形成が可能になる。

【００６０】（第４実施形態）図６は、本発明に係る精
密研削用砥石の第４実施形態を示す。この砥石は、前記
第３実施形態の砥粒層内部に多数の気孔１２を形成した
ものである。気孔１２の構成は前記第２実施形態と同様
でよく、気孔１２以外の構成は第３実施形態と同様でよ
い。このような砥石を製造するには、前記第２実施形態
の製造方法と、前記第３実施形態の製造方法とを組み合
わせればよい。

【００６１】この第４実施形態によれば、脆性粒子３０
によるチップポケット形成効果と、気孔１２によるチッ
プポケット形成効果が相乗し、著しく高い切粉排出性お
よび冷却性能が得られる。これらの性能は、気孔１２が
互いに連通すると一層顕著になる。

【００６２】（第５実施形態）本発明に係る第５実施形
態の砥石は、前記第３実施形態の砥石の構成において、
脆性粒子３０の代わりに、固体潤滑材からなる潤滑性粒
子を配置したことを特徴とする。潤滑性粒子としては、
黒鉛粒子，ＭｏＳ₂ 粒子，雲母粒子，ｈＢＮ粒子（以上
は第３実施形態と共通），フッ素樹脂粒子などが挙げら
れる。潤滑性粒子の寸法、および他の構成は、第３実施
形態と同様でよい。第５実施形態の砥石の製造方法は、
第３実施形態の製造方法と全く同じでよい。

【００６３】この第５実施形態によれば、研削につれ脱
落した潤滑性粒子が研削面に絶え間無く供給されるた
め、被削材と砥粒層の金属面との摩擦抵抗が減少し、研
削抵抗が低減できる。その分、砥石駆動力が小さくて済
み、駆動系への負担を減らすことができる。また、潤滑
性粒子が脱落した後にはチップポケットが生じるので、
第３実施形態と同様に切粉排出性および冷却性の向上も
図れる。なお、第５実施形態の砥石に、図６に示すよう
な独立または連通気孔１２を形成することも無論可能で
ある。好ましい気孔率範囲は前記同様でよい。

【００６４】（第６実施形態）図８は、本発明に係る砥
石の第６実施形態を示す断面拡大図である。この砥石の
特徴は、各砥粒集合部４の中心部に、砥粒６よりも大き
い新たな大径砥粒４０が配置されていることにある。

【００６５】大径砥粒４０としては、ダイヤモンド，Ｃ
ＢＮ等の超砥粒が好適であるが、必要に応じてはＳｉ
Ｃ、Ａｌ₂Ｏ₃等の一般砥粒も使用可能である。大径砥粒
４０の粒径は１０〜５００μｍ、特に２０〜１００μｍ
が好ましい。１０μｍ未満または５００μｍより大では
圧着被覆法を用いた砥石製造が困難である。大径砥粒４
０の形状は、球状またはそれに近い多面体が好ましい
が、極端な鱗片状でない限り、不定形の砥粒を使用する
ことも可能である。

【００６６】この実施形態の場合、砥粒６の平均粒径は
大径砥粒４０の平均粒径の１／５〜１／１００倍である
ことが望ましい。この範囲を外れると、後述する研削加
工時のチッピング性を改善する作用等が得られ難いう
え、核粒子への圧着被覆が困難になる。砥粒６として
は、ダイヤモンド，ＣＢＮ等の超砥粒、およびＳｉＣ、
Ａｌ₂Ｏ₃等の一般砥粒のいずれも使用可能である。大径
砥粒４０と砥粒６の間に介在する内側金属相８の材質と
しては、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｐｂ等
が例示できるがこれらに限定されることはない。金属結
合相２の材質は前記各実施形態と同様でよい。

【００６７】大径砥粒４０と砥粒６の間の内側金属相８
の厚さは、少なくとも砥粒６の平均粒径の１．２〜３．
０倍であることが望ましい。１．２倍未満では砥粒６の
保持力が減少し、砥粒６の無駄な脱落が多くなる。ま
た、３．０倍より厚いと砥粒の体積含有率が低下し、切
刃数が不足して研削能力が低下するため好ましくない。

【００６８】上記構成からなる第６実施形態の砥石によ
れば、相対的に大きい大径砥粒４０で主研削を行いつ
つ、大径砥粒４０を囲む相対的に小さい砥粒６で補助的
に研削することができるので、大径砥粒４０のみを用い
た従来の砥石に比して、被削材の仕上げ面粗さが良好に
なり、精密研削が可能である。

【００６９】また、砥粒６が存在する分、研削面におけ
る大径砥粒４０の分散密度が小さいうえ、大径砥粒４０
同士の間隔がほぼ一定で均一に分散されているから、個
々の大径砥粒４０にかかる研削力が大きいにも拘らず一
定で、研削性能のばらつきを生じること無く、切れ味が
向上できる。さらに、大径砥粒４０の摩耗速度が大きい
ので、従来の砥石の場合よりも早期に摩耗して新たな大
径砥粒４０が露出する作用、すなわち自生発刃作用が良
好で、切れ味が長期に亙って持続する。

【００７０】さらに、大径砥粒４０にかかる力を周辺の
砥粒６によって支えているため、上記のように大径砥粒
４０にかかる研削力が大きいにも拘らず大径砥粒４０の
無駄な脱落を防ぐ効果も得られる。なお、第６実施形態
の砥石においても、図６に示すように砥粒集合部４の間
に独立または連通気孔１２を形成してもよい。好ましい
気孔率および製造方法は、図６の実施形態と同様でよ
い。

【００７１】

【実施例】

（第３実施形態の実施例）第３実施形態の砥石（実施例
１と称する）を実際に作成して、従来の構成からなる比
較例１と研削性能を比較した。実施例１および比較例１
に共通な条件は以下の通りである。

【００７２】砥石形状：１Ａ１型ストレート砥石、７
６．２ｍｍ径×０．５ｍｍ厚さ 砥粒層の半径方向厚さ：３ｍｍ 使用機械：スライシングマシン 被削材：ソーダガラス 砥石周速：２４００ｍｍ／分 切り込み：２ｍｍ テーブル送り：１ｍ／分 研削液：ＪＥ２２０

【００７３】実施例１の砥石の構成 脆性粒子３０：平均粒径が１０μｍ程度のアルミナ、ガ
ラスフリット等を焼結固化させた気孔率３５％のビトリ
ファイド焼結体を粉砕して分級し、平均粒径６０μｍの
脆い粒子とした。 脆性粒子３０の含有量：１５ｖｏｌ％ 砥粒６の平均粒径：１４μｍ 砥粒６の含有量：１０ｖｏｌ％ 金属結合相２の材質：Ｃｕ−８ｗｔ％Ｓｎ （軟質結合
相） 内側金属相８の材質：Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｃｏ−２０ｗｔ
％Ｓｎ （硬質結合相） 脆性粒子３０と砥粒６の間の
内側金属相８の厚さ：２０μｍ

【００７４】比較例１の砥石の構成 砥粒の平均粒径：１４μｍ 砥粒の含有量：１０ｖｏｌ％ 金属結合相の材質：Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｃｏ−２０ｗｔ％
Ｓｎ 上記のような実施例および比較例の砥石を用いて上記条
件で切断試験を行った。その結果を表１に示す。

【００７５】

【表１】

【００７６】以上のように、本発明に係る実施例１で
は、比較例１の砥石に比してチッピングおよび切断抵抗
が低減でき、切れ味が良好であることが確認できた。こ
れは、脆性粒子３０の粒径が比較例１の砥石の砥粒より
も大径であるにも拘らず、脆性粒子３０が研削につれて
破壊され脱落し、かつ、軟質結合相の摩耗が速やかであ
ることによってチップポケット形成作用が良好であり、
さらに、砥粒６がリング状に配置されていることによっ
て切れ味、耐摩耗性が向上したためであると考えられ
る。

【００７７】（第６実施形態の実施例）第６実施形態の
砥石（実施例２と称する）を実際に作成して、従来の構
成からなる比較例２と研削性能を比較した。実施例２お
よび比較例２に共通な条件は以下の通りである。

【００７８】砥石形状：１Ａ１型ストレート砥石、７
６．２ｍｍ径×０．５ｍｍ厚さ 砥粒層の半径方向厚さ：３ｍｍ 使用機械：スライシングマシン 被削材：ソーダガラス 砥石周速：２４００ｍｍ／分 切り込み：２ｍｍ テーブル送り：１ｍ／分 研削液：ＪＥ２２０

【００７９】実施例２の砥石の構成 大径砥粒４０の平均粒径：５０μｍ 大径砥粒４０の含有量：１０ｖｏｌ％ 砥粒６の平均粒径：１０μｍ 砥粒６の含有量：８ｖｏｌ％ 金属結合相２の材質：Ｃｕ−１０ｗｔ％Ｓｎ （軟質結
合相） 内側金属相８の材質：Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｏ−１５ｗｔ
％Ｓｎ （硬質結合相） 大径砥粒４０と砥粒６の間の
内側金属相８の厚さ：１５μｍ

【００８０】比較例２の砥石の構成 砥粒の平均粒径：５０μｍ 砥粒の含有量：１０ｖｏｌ％ 金属結合相の材質：Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｏ−１５ｗｔ％
Ｓｎ 上記のような実施例２および比較例２の砥石を用いて、
上記条件で切断試験を行った。その結果を表２に示す。

【００８１】

【表２】

【００８２】以上のように、実施例２では、大径砥粒４
０の粒径が比較例の砥石の砥粒よりも大径であるにも拘
らず、大径砥粒４０を取りまく砥粒６の作用により、比
較例２の砥石に比して仕上げ面粗さおよびチッピングが
小さく、切れ味が良好であることが確認できた。また、
実施例２では、比較例２に比して研削抵抗が小さく、摩
耗速度は約３０％小さく良好であった。これは、実施例
２では砥粒ピッチが一定であり、大径砥粒４０の周囲を
硬い結合相及び小径砥粒６で補強して、さらにその周辺
を軟質の結合相で包囲した構造となっているため、研削
切断の進行に伴い、軟質部の摩耗が促進され、適度にチ
ップポケットが形成されたためであると考えられる。

【００８３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る精密研
削用砥石によれば、殻状をなす仮想面に沿って前記砥粒
が多数配置されている砥粒集合部が、砥粒層中に互いに
間隔を空けて多数配置されているものであるから、研削
につれて研削面にこれら砥粒集合部が均一な分布密度で
現れる。したがって、巨視的にみて研削面における砥粒
の分布密度が均一になり、砥粒分布の不均一さに起因す
る切れ味のばらつきが低減できる。

【００８４】また、研削につれて砥粒集合部同士の間、
および砥粒集合部の中央部が摩耗して研削面にはチップ
ポケットが生じる。これらチップポケットは砥粒に比し
て大きいから、良好な切粉排出性を有し、砥石の目詰ま
りによる切れ味低下を防ぐ作用が得られる。

【００８５】一方、隣接する前記砥粒集合部同士の間に
気孔が形成され、砥粒層の気孔率が３〜４０ｖｏｌ％に
設定されている場合には、研削につれ砥石研削面におい
て金属層の摩耗で生じるチップポケットのみならず、気
孔が順次開口する。開口した気孔は金属層の摩耗による
チップポケットよりも深いため、切粉排出性をさらに高
めることが可能である。また、湿式研削時には、気孔内
に冷却水が保持されるため、砥粒層の冷却効果を高め、
砥石の過熱を防ぐ効果も得られる。

【００８６】また、砥粒集合部の内側部分の中心部に、
金属結合相よりも脆い材質からなる脆性粒子が配置され
た場合には、研削面に露出した脆性粒子が研削の衝撃で
破壊され、順次崩れて脱落して行くので、その跡に脆性
粒子の形状に沿ったチップポケットが形成される。この
新たなチップポケットは深く形成されるので、切粉排出
性および冷却性をさらに高めることが可能である。

【００８７】また、砥粒集合部の内側部分の中心部に、
固体潤滑材からなる潤滑性粒子を配置した場合には、研
削につれ脱落した潤滑性粒子が研削面に絶え間無く供給
されるため、被削材と砥粒層の金属面との摩擦抵抗が減
少し、研削抵抗が低減できる。その分、砥石駆動力が小
さくて済み、駆動系への負担を減らすことができる。ま
た、潤滑性粒子が脱落した後にはチップポケットが生じ
るので、切粉排出性および冷却性の向上も図れる。

【００８８】さらに、砥粒集合部の内側部分の中心部
に、前記砥粒よりも大径の大径砥粒を配置した場合に
は、相対的に大きい大径砥粒で主研削を行いつつ、大径
砥粒を囲む相対的に小さい砥粒で補助的に研削すること
ができるので、大径砥粒のみを用いた従来の砥石に比し
て、被削材の仕上げ面粗さが良好になり、精密研削が可
能である。

【００８９】また、相対的に小径の砥粒が存在する分、
研削面における大径砥粒の分散密度が小さいうえ、大径
砥粒同士の間隔がほぼ一定で均一に分散されているか
ら、個々の大径砥粒にかかる研削力が大きいにも拘らず
一定で、研削性能のばらつきを生じること無く、切れ味
が向上できる。さらに、大径砥粒の摩耗速度が大きいの
で、従来の砥石の場合よりも早期に摩耗して新たな大径
砥粒が露出する作用、すなわち自生発刃作用が良好で、
切れ味が長期に亙って持続する。さらに、大径砥粒にか
かる力を周辺の砥粒によって支えているため、上記のよ
うに大径砥粒にかかる研削力が大きいにも拘らず大径砥
粒の無駄な脱落を防ぐ効果も得られる。

【００９０】一方、本発明に係る精密研削用砥石の製造
方法によれば、核粒子の寸法設定により砥石中の砥粒集
合部の大きさを調整できるとともに、核粒子の外周面に
形成する金属被覆層の厚さを設定することにより砥粒集
合部同士の離間量を任意に調整できる。したがって、砥
粒分布が均一で切れ味のばらつきが少なく、しかもチッ
プポケットによる切粉排出性が良好な精密研削用砥石が
製造できる。

【００９１】また、核粒子の外周面に多数の砥粒を固定
するため、１つ１つの砥粒の外周にそれぞれ金属被覆層
を形成する方法に比して、砥粒が小径であっても実施が
容易であり、砥石の生産性向上および生産コスト低下を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る精密研削用砥石の第１実施形態
を示す断面拡大図である。

【図２】 本発明の第２実施形態を示す断面拡大図であ
る。

【図３】 本発明に係る精密研削用砥石の製造方法に使
用される圧着被覆装置を示す断面図である。

【図４】 上記方法での複合粒子の形成方法を示す断面
拡大図である。

【図５】 本発明の第３実施形態を示す断面拡大図であ
る。

【図６】 本発明の第４実施形態を示す断面拡大図であ
る。

【図７】 第３実施形態の製造方法における複合粒子の
形成方法を示す断面拡大図である。

【図８】 本発明の第６実施形態を示す断面拡大図であ
る。

【符号の説明】

１ 砥粒層 ２ 金属結合相 ２Ａ 金属被覆層 ４ 砥粒集合部 ６ 砥粒 ８ 内側金属相 ８Ａ 内側金属相 １０ 複合粒子 １２ 気孔 ３０ 脆性粒子 ３２ 金属めっき層 ３４ 被覆層 ４０ 大径砥粒

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砥粒を金属結合相中に分散してなる砥粒
   層を有する精密研削用砥石であって、前記金属結合相中
   には、殻状をなす仮想面に沿って前記砥粒が多数配置さ
   れている砥粒集合部が、互いに間隔を空けて配置されて
   いることを特徴とする精密研削用砥石。
2. 【請求項２】 隣接する前記砥粒集合部同士の間に気孔
   が形成されることにより、前記砥粒層の気孔率が３〜４
   ０ｖｏｌ％に設定されていることを特徴とする請求項１
   記載の精密研削用砥石。
3. 【請求項３】 前記殻状をなす砥粒集合部の内側部分は
   金属相であることを特徴とする請求項１または２記載の
   精密研削用砥石。
4. 【請求項４】 前記砥粒集合部の内側部分の中心部に
   は、前記金属結合相よりも脆い材質からなる脆性粒子が
   配置されるとともに、この脆性粒子とそれを取り巻く砥
   粒との間には金属相が介在していることを特徴とする請
   求項１または２記載の精密研削用砥石。
5. 【請求項５】 前記砥粒集合部の内側部分の中心部に
   は、固体潤滑材からなる潤滑性粒子が配置されるととも
   に、この潤滑性粒子とそれを取り巻く砥粒との間には金
   属相が介在していることを特徴とする請求項１または２
   記載の精密研削用砥石。
6. 【請求項６】 前記砥粒集合部の内側部分の中心部に
   は、前記砥粒よりも大径の大径砥粒が配置されるととも
   に、この大径砥粒とそれを取り巻く砥粒との間には金属
   相が介在していることを特徴とする請求項１または２記
   載の精密研削用砥石。
7. 【請求項７】 以下の工程を具備することを特徴とする
   精密研削用砥石の製造方法。 （ａ） 少なくともその表面が金属で形成された核粒子
   の外周面に、これら核粒子よりも粒径が小さい砥粒を摩
   擦圧接被覆法により多数固定する工程、 （ｂ） 前記砥粒が固定された前記核粒子の外周面に金
   属被覆層を形成して複合粒子を形成する工程、 （ｃ） 前記複合粒子を加圧成形および焼結して砥粒層
   を形成する工程。
8. 【請求項８】 前記加圧成形および焼結工程（ｃ）を、
   焼結後の複合粒子間同士の間に気孔が残存しうる条件で
   行うことにより、前記砥粒層の気孔率を３〜４０ｖｏｌ
   ％に調節することを特徴とする請求項７記載の精密研削
   用砥石の製造方法。
9. 【請求項９】 前記金属被覆層よりも脆い材質からなる
   脆性粒子の表面に金属被覆を形成することにより核粒子
   を形成し、この核粒子を用いて前記砥粒固定工程（ａ）
   を行うことを特徴とする請求項７または８記載の精密研
   削用砥石の製造方法。
10. 【請求項１０】 固体潤滑材からなる潤滑性粒子の表面
    に金属被覆を形成することにより核粒子を形成し、この
    核粒子を用いて前記砥粒固定工程（ａ）を行うことを特
    徴とする請求項７または８記載の精密研削用砥石の製造
    方法。
11. 【請求項１１】 前記砥粒よりも大径の大径砥粒の表面
    に金属被覆を形成することにより核粒子を形成し、この
    核粒子を用いて前記砥粒固定工程（ａ）を行うことを特
    徴とする請求項７または８記載の精密研削用砥石の製造
    方法。