JPH11156724A

JPH11156724A - 予備成形体とそれで製造した制御された砥粒間隔の研削砥石

Info

Publication number: JPH11156724A
Application number: JP9328577A
Authority: JP
Inventors: Kozo Ishizaki; 幸三石▲崎▼; Atsushi Takada; 篤高田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1999-06-15
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: JP4335980B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】砥粒径の細かい砥粒において、砥粒ボンドの
結合力を高めるとともに、砥粒の分布とその先端高さを
調節する。砥粒と結合材との結合力が強く、目立て性、
目こぼれ性、目詰まり性、目潰れ性等がバランス良く制
御され、高能率、高精度、高品位加工を一度に実現でき
る砥石を提供する。【解決手段】砥粒として超砥粒および結合材として金
属粉末からなる組成で混合された粉粒体を用いる。砥粒
として超砥粒および結合材として金属粉末からなる組成
で混合された粉粒体を原料で成形した予備成形体と、結
合材としての金属粉末からなる粉粒体原料で成形した予
備成形体との組み合わせからなる、制御された砥粒間隔
の研削砥石を製造するための予備成形体。その場合、結
合材の予備成形体の摩耗を、原料組成に砥粒の入ってい
る予備成形体の結合材部分の摩耗より早くなるように制
御することが好ましい。予備成形体の形状はシート状、
棒状が例示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業の属する技術分野】本発明は、制御された砥粒間
隔の研削砥石製造用予備成形体、並びにそれで製造した
精密加工分野で用いられる砥石に関するものであり、特
に高能率、高研削比、高精度、高仕上げ面を得るための
砥石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在の研削砥石は、主に単軸プレスまた
は流し込みによって作られている。単軸プレス法は、金
型に研粒とボンド材の原料を混合した粉粒体を充填し、
プレスして作られる。流し込み法は、砥粒とボンド材
（主に液体樹脂）を混合して、それを砥石型に流し込
み、乾燥し、樹脂部分の硬化させることで作られる。こ
れらの砥石は、主に横軸平面研削盤または縦軸ロータリ
ー研削盤を用いた研削砥石として使用されている。これ
らの砥石の形状は、図４に示すように、砥石の外周面ま
たは砥石端面に沿った形状になっている。これらの砥石
を用いて、高能率研削を実現するためには、例えば砥石
面に溝を入れたり、砥石をペレット状に成形して貼りつ
ける方法を用いて切れ味をあげる工夫をするが、それだ
けの操作では研削砥石の研削能率は大きく向上しない。
特に粒径の細かい砥粒を使用したときは顕著にその傾向
が現れ、粒径を細かくすればするほど、格段に砥石の研
削能率は低下する。そのために、粒径の細かい砥粒を使
用する場合は、砥石に多量の気孔を設け、砥石の強度を
落として脱落しやすくする。それによって砥石の研削能
率を向上させる。しかしながら、砥石に多量の気孔を設
けることによって砥石の強度の低下は著しく、砥石の摩
耗が極端に多くなってしまう。

【０００３】面粗度を向上させるためには、当然使用す
る砥粒径を小さくしなければならずなおかつ砥粒先端を
そろえなければならない。現状ではそれを実現するため
には、弾性ボンドを用いたり、遊離砥粒を用いたりし
て、調節している。つまり両者とも被削材に対して弾性
を利用して砥粒の先端を揃えている。この対応の弊害と
しては、弾性を利用して砥粒先端を揃えるために、砥石
の剛性が全くなくなる。したがって高い寸法精度を得る
ためには、この弾性変形が弊害となり、寸法精度が得ら
れない。このように研削砥石には、研削能率と研削比、
研削能率と仕上げ面粗さ、仕上げ面粗さと寸法精度のよ
うな砥石性能を決定する上記諸関係には必ずといってい
いほど、相反特性がある。既存の砥石では、それらの相
反特性を解決する手段はなかった。

【０００４】そこで本発明者らは研削能率がよく、なお
かつ強度ヤング率が高く、かつ結合材と砥粒との結合力
も強い砥石を得るために、メタルボンド砥石の組成中に
気孔を形成して多孔質とする発明を完成させた（特開平
７−２５１３７８号および特開平７−２５１３７９号公
報）。この多孔質メタルボンドは、例えば砥粒と結合材
金属粒子とを混合し、熱揮発性の結合剤は用いずに、砥
石の形状に圧縮成形し、結合材金属が粒状を保ったまま
その粒子同士、および結合材粒子と砥粒との間に結合ま
たは反応が生じる程度の温度と圧力を加えて焼結するこ
とによって製造できる。このようにして製造された多孔
質メタルボンド砥石は、結合材の超砥粒との結合力が強
く、目立て性が良好であり、また研削作業中に生じた研
削屑などは気孔のポケットに捕捉されて除去されるので
目詰まりが起こり難く、砥粒の切れ刃が摩耗しても、結
合材が適度に崩落して新たな切れ刃が現れ、目潰れも起
こり難くなることが期待され、目的通りの成果が得られ
た。つまり上記記載の研削能率と研削比、寸法精度に関
しては一度に解決することができ、荒加工、高能率加
工、高精度加工において十分な成果を挙げることができ
た。

【０００５】しかしながら、このような概念で発明され
た砥石においても、もう一つの問題点、つまり仕上げ面
粗さの向上が残されている。上述したように高い仕上げ
面粗さを得るために、しかも高能率、高精度加工も同時
に実現するためには、前記砥石の作製だけでは対応でき
ない。なぜならば、高品位仕上げ面粗さを得るためには
砥粒径を細かくする必要があり、砥粒径を細かくするこ
とによって、砥石の研削能率の低下は免れない状況にあ
る。高能率、高精度、高品位加工を一度に実現するため
には、砥粒径の細かい砥粒を用いて、砥粒先端を揃え、
なおかつ砥粒の突き出しが必要であり、また、砥粒とボ
ンド材との間の結合を強固にしなければならない。これ
らの条件を同時に満たすためには、既存の市販砥石では
全く実現できず、本発明者らが開発した砥石だけでも実
現できなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
めに、本発明者らは、砥粒径の細かい砥粒において、砥
粒ボンドの結合力を高めるとともに、砥粒の分布とその
先端高さを調節することを課題とした。本発明は、砥粒
と結合材との結合力が強く、目立て性、目こぼれ性、目
詰まり性、目潰れ性等がバランス良く制御され、高能
率、高精度、高品位加工を一度に実現できる砥石を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、研削砥石製造
原料で成形した、制御された砥粒間隔の研削砥石を製造
するための予備成形体を要旨としている。上記原料とし
て、砥粒として超砥粒および結合材として金属粉末から
なる組成で混合された粉粒体を用いる。本発明は、砥粒
として超砥粒および結合材として金属粉末からなる組成
で混合された粉粒体を原料で成形した予備成形体と、結
合材としての金属粉末からなる粉粒体原料で成形した予
備成形体との組み合わせからなる、制御された砥粒間隔
の研削砥石を製造するための予備成形体を要旨としてい
る。その場合、上記結合材の予備成形体の摩耗を、原料
組成に砥粒の入っている予備成形体の結合材部分の摩耗
より早くなるように制御することが好ましい。

【０００８】上記超砥粒は、ヌープ硬度１０００以上を
有する材料から選ばれる。具体的には、ダイヤモンド、
立方晶窒化ホウ素が好ましいものとして例示される。上
記結合材は、加熱下にこの超砥粒と化学的および物理的
に結合し得る金属からなり、粉末焼結により多孔構造相
の多孔質体を形成するものある。具体的には上記金属
は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、
Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、ＳｉおよびＺｒからなる群から選ばれ
る１種以上である。

【０００９】予備成形体の形状はシート状、棒状が例示
される。シート状予備成形体は例えば流し込みまたはド
クターブレード法を用いて成形したものであり、棒状予
備成形体は例えば押出成形法を用いて成形したものであ
る。

【００１０】本発明は上記予備成形体を用いることを特
徴とする研削砥石を要旨としている。予備成形体を適当
な形に組み立てて高能率、高研削比、高精度、高仕上げ
面を得るための砥石を製造する。高能率、高精度、高品
位加工を一度に実現するためには、砥粒径の細かい砥粒
を用いて、砥粒先端を揃え、なおかつ砥粒の突き出しが
必要であり、また、砥粒とボンド材との間の結合を強固
にしなければならない。これらの条件を同時に満たすた
めに、本発明は上記予備成形体を用いる。本発明の研削
砥石においては、砥粒の入っている予備成形体で構成さ
れる部分が、この結合材は、化学的および物理的結合を
して超砥粒を保持した多孔質体に形成され、かつ、該多
孔質体に形成された後少なくともその表面がセラミック
スに変成されている。上記多孔質体は、粉末焼結により
形成された多孔構造相のものである。砥石全体の気孔率
は５〜６０％、好ましくは５〜４５％に調整されてい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】研削砥石中に含まれる気孔は、研
削加工中の切りくずの排出に使われると言われている
が、実際に使用する砥石の場合、気孔率は硬度の安定性
つまり砥石の品質管理として使われる。よって気孔径の
大小に関してはあまり議論されていない。実際に切りく
ずを排出する役割は、砥粒の突き出し量によって行われ
る。気孔はその砥粒突き出しを簡単に制御するためのも
のであって当然気孔径が重要なファクターになる。気孔
率は気孔径を制御するために必要なファクターである。
既存の砥石は、経験則が最優先であり、理論的に研削現
象を解明されていない。ここで、理想的な砥石の条件と
してどのような特徴を持つ必要があるのか以下に整理し
た。

【００１２】１．砥石の切れ味に必要な条件（１）砥粒の突き出し量、および（２）ボンドもしくは砥石中に含まれる気孔径に依存す
る。なお、気孔径は、砥粒またはボンド粒径と気孔率に
よって制御される。（３）砥粒に加わる分担荷重の高いものほど良く切れ
る。なお、分担荷重は、砥粒粒度分布が広いものほど高
くなる。面粗度が悪い：切れる。分担荷重は、砥粒粒度
分布が狭いものほど低くなる。面粗度が良い：切れな
い。（４）砥粒先端が尖っているもの程、切れ味がよくな
る。接触面積に比べて研削面積が大きくなるためであ
る。（５）砥粒径の大きいものほど除去量が多い。砥粒形径
のばらつきが大きい：分担荷重が大きくなる。２．ドレスまたはツルーイングに必要な条件（１）気孔径および気孔率。気孔率の大きなもの程、ド
レッシング、ツルーイングはし易い。気孔径が大きい場
合には、砥粒の突き出しの制御が難しい。

【００１３】３．研削比に必要な条件（１）ボンドおよび砥粒の保持力。砥粒の脱落が少なく
なる。かしめ深さではなく砥粒自体をボンドと反応させ
て保持する。（２）砥粒の保持力（ボンドが砥粒を保持する力）。通
常ボンドでは、これは砥粒ボンドに対してどれだけ潜っ
ているか（かしめられているか）によって決められる。
多孔質メタルボンドまたは多孔質セラミックスボンド
（特開平７−２５１３７８号および特開平７−２５１３
７９号公報）では、かしめ量ではなく、砥粒との反応を
用いて制御する。反応の度合いによって研削比は向上す
る。しかし、ボンドの気孔率も当然重要なファクターで
ある。一般には反応が進行するほど、気孔率は少ない。４．熱伝導度（１）砥粒の熱伝導度が高いものほど研削熱は低い（熱
放散が大きい）。（２）ボンドの熱伝導度の低いものほど研削熱は低い
（熱放散が大きい）。（３）被削材が金属の場合研削熱は高い（砥粒と切り屑
の接触が多い）。（４）被削材がセラミックス（脆性材料）の場合研削熱
は低い（砥粒と切り屑の接触が少ない）。研削砥石の熱
伝導度は、研削中に生じる熱（特に材料を変形させる熱
量が生じる。特に加工中に塑性変形を伴う材料ほど熱の
影響は大きい（砥粒にひっつくため、砥粒の先端刃先が
目潰れを起こす）。この後、研削が進行することによっ
て、砥粒の先端だけの目潰れからボンド部分まで延長さ
れ、研削中の熱が砥石部分に伝わり砥石の温度が高くな
る。この際に砥粒はもちろんのこと、ボンド部分の熱の
放散は重要であり、ボンドに対しては、熱伝導度の高い
材料が望まれる。

【００１４】５．被削材面粗度（１）砥粒径が小さいものほど面粗度が滑らか（砥粒突
き出しが揃いにくい）。（２）砥粒径が大きいものほど面粗度が粗い（砥粒突き
出しが揃いやすい）。（３）切れ味の良いものほど面粗度が粗い（分担荷重が
大きく、砥粒が深く食い込む）。（４）切れ味の悪いものほど面粗度は滑らか（分担荷重
が大きく、砥粒が深く食い込む）。（５）砥粒先端が揃っているものほど面粗度は滑らか
（分担荷重が均一。食い込み深さが一定）。（６）砥粒先端が不揃いなものほど面粗度は粗い（分担
荷重が不均一。食い込み深さが不均一）。（７）砥石周速が速いものほど面粗度は滑らか（接触時
間が短くなれば、切り込む深さが浅くなる）。（８）砥石周速が遅いものほど面粗度は粗い（接触時間
が長くなれば、切り込む深さが深くなる）。

【００１５】ここに記載した、理想的な砥石の条件を実
現するために、既存のプレス法又は流し込み法だけを利
用して行うには、砥石の相反特性のために実現は不可能
である。本発明は上記理想的な砥石の条件を実現するた
めになされたもので、以下にその構成を具体的に説明す
る。

【００１６】本発明は砥粒として超砥粒（ダイヤモン
ド、ＣＢＮ）および結合材として金属粉末からなり、こ
の結合材は、化学的および物理的結合をして超砥粒を保
持した多孔質体に形成され、かつ該多孔質体に形成され
た後少なくとも表面がセラミックスに変成されているこ
とを特徴とする多孔質超砥粒砥石を使用するものであ
る。結合材の多孔質構造相の気孔率を調節し、かつ該多
孔質体の少なくとも表面をセラミックスに変成すること
によって得られた、超砥粒と結合材相との結合力が強く
目立て性、目こぼれ性、目詰まり性、目潰れ性等がバラ
ンス良く制御されるような多孔質超砥粒砥石である。こ
の砥石以外も、実現は可能であるが、目的を全て満たす
ためには、これらの砥石を使用する方が望ましい。

【００１７】まず、最初に考えることは、研削砥石内の
砥粒の分布である。なおかつ使用される砥粒は、細かい
粒径（１から５ミクロン）の砥粒である。荒い砥粒（１
００から２００ミクロン）でも可能であるが、細かい面
粗度を得るためには、細かい砥粒を使うことが望まし
い。

【００１８】そこで本発明においては、これらの特性を
実現するために、予備成形体、例えばシート状の成形体
を用いてそれを、異形状に加工することによって、砥石
に必要な諸条件を解決するものである。本発明の研削砥
石の第一の特徴は、予備成形体を経て製造され、制御さ
れた砥粒間隔を有することであり、具体的には砥粒の分
散、または砥粒の配置または砥粒の先端が調節されてい
ることである。被削材表面の面粗度は、研削砥石の砥粒
の突き出しに依存する。砥石中に含まれる研削砥粒の先
端を精度良く揃えることで、５０Å以下の面粗度は簡単
に実現できるものと考える。砥粒径が細かくなればなる
ほど、図３（ａ）に示すように、砥粒の先端高さのばら
つきは小さくなる。つまり小さな砥粒径を使用した砥石
は、先端高さが簡単に制御できる。この状態では、面粗
度はよくなるが、高性能研削は実現できない。そこで、
実際に高能率研削に必要な条件は、砥粒の突き出しと砥
粒にかかる分担加重の大きさが問題となる〔図３（ｂ）
参照〕。分担加重を得るためには、砥粒同士の間隔を大
きくしなければならない。また砥粒の突き出し量は、砥
粒部分とマトリックスのボンド部分の高さの差によって
実現させる。図１にその模式図を示す。

【００１９】上記、砥粒として超砥粒（ダイヤモンド、
ＣＢＮ）および結合材として金属粉末からなる組成で混
合された粉粒体を利用して、流し込みまたはドクターブ
レード法を用いてシート状の研削砥石仮成形体を作製す
る。この時使用するものとしては、砥粒とボンドの分散
を良くするための、分散剤や溶媒、シート状の研削砥石
のハンドリング性を挙げるためにバインダーを使用す
る。これらの物質と混合された超砥粒と金属粉末からな
る粉粒体を再混合し、シート状の研削砥石を作製する。
このシートの厚みは、０.０５ｍｍから１ｍｍの間で色
々と調整できる。得られたシートは乾燥することで、ハ
ンドリング可能なシートになる。

【００２０】このシートは、色々な形状に加工できる。
図２に示すように、例えばな波形、渦巻き形、円形、棒
形等色々な形状に加工できる。シート状の成形体の作製
は、スリップキャスティング法やドクターブレード法等
を用いて作製する。この時、シート状の成形体内部に含
まれる原材料は、ダイヤモンド砥粒はやＣＢＮ砥粒など
の研削砥粒、その砥粒を保持するためのボンド材、また
成形性後のハンドリング性を高めるための、バインダー
等成形されたシート状の成形体は、乾燥後、所定の形状
に成形される。その形状は、波形、渦巻き形、円形、棒
形など色々な形状が考えられ、一つの形状の限定する必
要はない。つまり、この形状は、研削砥石の研削条件や
被削材の種類などによって決定されるものである。

【００２１】シート状の研削砥石の例を挙げることとす
る。研削砥石基盤（図１記載の形状）の形状に合わせて
図２ａ）、ｂ）、ｃ）のような形状に加工する。そのす
き間は、シート状の砥石の強固に保持するために金属ボ
ンドまたはその他のボンド類で保持される。そのボンド
類はドレッシング時の除去性を高めるために、剛性が高
く、除去性も良いものが望まれる。またそのボンドはシ
ート状の砥石の接合強度より、低い方が望ましい。この
シートを用いた研削砥石の製造方法の特徴は、以下のと
おりである。１．シートは色々な形状に作製できる。２．使用する砥粒は、極微粒のものを使用できる（砥粒
の突き出し量を１ミクロン単位で制御するために）。３．砥粒間隔（砥粒率）はシートの形状によって決定さ
れる。４．ダイヤモンド砥粒やその他砥粒の保持力はシート状
の砥石のボンドによって決定される。５．研削条件や、被削材の種類によって、シートの形状
が決定できる。・重研削の場合にはシートの間隔を狭める。軽研削の場
合には砥粒間隔を広くする（分担荷重をそろえるため
に）。・高能率研削を行うためには間隔を広げる。仕上げ研削
を行う場合には間隔を狭める。

【００２２】つまり、前述した理想的な砥石の条件と本
発明で得られる砥石の効果と比較してみる。（砥粒の突き出しの制御）ボンド材の摩耗を砥粒が入っ
ている部分の摩耗より早くする。（支持ボンド材と砥粒ボンド材の制御）粒径、接合強
度：例、支持ボンド材が砥粒ボンド材より粒径を大きく
する。焼結時にその多孔体の強度が低くなる。つまり砥
粒ボンド材の方を脱落しにくくする。同じ条件で、同じ
砥石で作製された砥石をドレスした場合に、支持ボンド
材部分が砥石部分よりより多く除去される。それによっ
て、砥粒の突き出しを確保する。（砥粒と砥粒ボンド材の結合強度の制御）砥粒と砥粒ボ
ンド材は、反応によってその接合強度を制御する。砥粒
の界面にボンドとの反応を生じさせる。砥粒の保持力
は、この反応度合いによって制御する。この時ボンド粒
径は砥粒の大きさより小さくすることが望まれる。砥粒
を十分に保持するためには、その砥粒との接触点（配位
数）を多くする必要があるためである。（被削材表面粗さの制御）これは砥粒の突き出し高さ、
つまり砥粒の最先端のばらつきに依存する。したがって
本発明の砥石においては、砥粒最先端のばらつきを平均
砥粒径によって制御する。砥粒の大きさのばらつきは、
平均砥粒径が小さくなればなるほど、その値は、狭くな
る。つまりばらつきが小さくなる。本発明の砥石に関し
ては、シート状の砥石の作製に微粒砥粒を使用する。１
０μｍ以下（その値は研削条件や要求される仕上げ面粗
さに依存する。）の砥粒と砥粒ボンド材を混合して、図
２に記載の砥石を作製する。この砥石をドレッシングす
ると砥粒の先端はこの砥粒径に依存して制御される。つ
まり砥粒が小さければ小さい程、砥粒先端のばらつきが
小さくなる。その先端のばらつきは直接被削材の表面粗
さに寄与する。（熱伝導度の制御）ボンド材または砥粒ボンド材の種類
によって決定できる。

【００２３】

【実施例】本発明を実施例で説明する。本発明はこれら
実施例によって何ら限定されるものではない。

【００２４】実施例１砥粒としてダイヤモンド（粒度３０−４０μｍ）、ボン
ド材として剛性の高いタングステン粉末（粒径：１−２
μｍ）を使用し、有機バインダーを用い、ダイヤモンド
砥粒を１００部、タングステンを３４部、有機バインダ
ーを３部、溶媒としてエチルアルコール９部計量したも
のをポリエチレンポットに挿入しアルミナボールを用い
て、２４時間混合した。その混合物をシート作製装置を
用い、シート指定厚みを５００ミクロン設定し、シート
の作製を行った。シートの大きさは２５０×１０００ｍ
ｍであり、そのシートは揮発分のエタノールを十分に乾
燥させた後、厚みの測定を行った。乾燥後のシートの厚
みは、約３００μｍであった。得られたシートは４×２
５の寸法で切断し、５００℃、大気中にて脱脂し、その
後真空雰囲気中でパルス通電焼結法を用い１４００℃、
１０ＭＰａ、５分の条件で焼結した。この時ダイヤモン
ド砥粒とタングステン粉末はその界面においてＷＣが生
成していることを確認し、また、このものの気孔率は４
０％であった。

【００２５】焼結されたシートは、図５に示すような配
列に配置し、シート間のすき間は粒径の大きいタングス
テン粉末（平均粒径６０μｍ）を用い、再度１３００℃
の温度で焼結した。これは、粒径の粗いタングステンを
焼結するための熱処理であり、砥石部分の温度より低い
温度を設定した。得られた砥石は、図５（ａ）のように
アルミニウム台盤に接着し、試作砥石とした。その砥石
形状は外径１５０ｍｍ、内径１００ｍｍ、厚み３ｍｍの
６Ａ２タイプの砥石形状である。この砥石を用いて、平
面研削盤を用い定圧試験を行い、研削能率、表面粗さの
測定を行った。試験に供したサンプルはジルコニア（Ｚ
ｒＯ₂：曲げ強さ４００ＭＰａ、ビッカース硬さ１３Ｇ
Ｐａ）断面形状３×５ｍｍのブロックを用いた。

【００２６】比較例１実施例１の砥石を積層し、厚さ３ｍｍの厚みで実施例１
と同様な形状の砥石を作製した。この時砥石の砥粒間隔
は制御せずに、ドーナツ状にくりぬいた砥石を基盤に貼
りつけたものを使用した。

【００２７】比較例２比較試験とし、実施例１の砥粒をガラス質のボンドで固
めた、ビトリファイドダイヤモンド砥石を作製した。砥
石形状は、実施例１と同様であり、砥石の気孔率は４５
％であった。

【００２８】《結果》実施例１の砥石は比較例１の砥石
の約４倍、比較例２の砥石の約５倍の研削速度で被削材
であるジルコニアを研削できた。また研削比は比較例１
の３倍、比較例１の１０倍であり、被削材の面粗さは、
比較例１と同等、比較例２の約半分の面粗さを示した。
この結果は実施例１の砥石が、研削効率で格段に優れて
いることを示しており、高能率、高研削比、高仕上げ面
粗さを同時に実現できた結果であった。

【００２９】実施例２砥粒としてダイヤモンド（粒度２μｍ）、ボンド材とし
て剛性の高いタングステン粉末（粒径：０．３μｍ）を
使用し、有機バインダーを用い、ダイヤモンド砥粒を１
００部、タングステンを３４部、有機バインダーを３
部、溶媒としてエチルアルコール１２部計量したものを
ポリエチレンポットに挿入しアルミナボールを用いて、
２４時間混合した。その混合物をシート作製装置を用
い、シート指定厚みを５００ミクロン設定し、シートの
作製を行った。シートの大きさは２５０×１０００ｍｍ
であり、そのシートは揮発分のエタノールを十分に乾燥
させた後、厚みの測定を行った。乾燥後のシートの厚み
は、約３００μｍであった。得られたシートは４×２５
の寸法で切断し、５００℃、大気中にて脱脂し、その後
真空雰囲気中でパルス通電焼結法を用い１３００℃、１
０ＭＰａ、５分の条件で焼結した。この時ダイヤモンド
砥粒とタングステン粉末はその界面においてＷＣが生成
していることを確認し、また、このものの気孔率は５０
％であった。

【００３０】焼結されたシートは、図６に示すような配
列に配置し、シート間のすき間は粒径の大きいタングス
テン粉末（平均粒径５０μｍ）を用い、再度１２５０℃
の温度で焼結した。これは、粒径の粗いタングステンを
焼結するための熱処理であり、砥石部分の温度より低い
温度を設定した。得られた砥石は、図６（ａ）のように
アルミニウム台盤に接着し、試作砥石とした。その砥石
形状は外径１５０ｍｍ、内径１００ｍｍ、厚み３ｍｍの
６Ａ２タイプの砥石形状である。この砥石を用いて、平
面研削盤を用い定圧試験を行い、研削能率、表面粗さの
測定を行った。試験に供したサンプルは窒化ケイ素（Ｓ
ｉ₃Ｎ₄：曲げ強さ５００ＭＰａ、ビッカース硬さ１５Ｇ
Ｐａ）断面形状３×５ｍｍのブロックを用いた。

【００３１】比較例３実施例２の砥石を積層し、厚さ３ｍｍの厚みで実施例１
と同様な形状の砥石を作製した。この時砥石の砥粒間隔
は制御せずに、ドーナツ状にくりぬいた砥石を基盤に貼
りつけたものを使用した。

【００３２】比較例４比較試験とし、実施例２の砥粒をガラス質のボンドで固
めた、ビトリファイドダイヤモンド砥石を作製した。砥
石形状は、実施例１と同様であり、砥石の気孔率は４５
％であった。

【００３３】《結果》実施例２の砥石は比較例３の砥石
の約１０倍、比較例４の砥石の約２０倍の研削速度で被
削材である窒化ケイ素を研削できた。また研削比は比較
例３の３倍、比較例４の１０倍であり、被削材の面粗さ
は、比較例３、比較例４の約半分の面粗さを示した。こ
の結果は実施例２の砥石が、砥粒径が２μｍ程度の粒径
でありながら、粒度の粗い砥粒と同等の研削性能をも
ち、固定砥粒でありながら、仕上げ面粗さを５０Ａまで
可能にできた。この結果は、高能率、高研削比、高仕上
げ面粗さを同時に実現できた結果であった。

【００３４】実施例３砥粒としてダイヤモンド（粒度３０−４０μｍ）、ボン
ド材としてチタン粉末（粒径：２μｍ）を使用し、有機
バインダーを用い、ダイヤモンド砥粒を１００部、チタ
ン粉末を１２０部、有機バインダーを１０部、溶媒とし
てエチルアルコール６０部計量したものをポリエチレン
ポットに挿入しアルミナボールを用いて、２４時間混合
した。その混合物をシート作製装置を用い、シート指定
厚みを５００ミクロン設定し、シートの作製を行った。
シートの大きさは２５０×８００ｍｍであり、そのシー
トは揮発分のエタノールを十分に乾燥させた後、厚みの
測定を行った。乾燥後のシートの厚みは、約２５０μｍ
であった。得られたシートは４×１００の寸法で１０枚
切断し、図２（ａ）に示すような波形の形状に加工し、
４００℃、大気中にて脱脂し、その後真空雰囲気中で８
００℃、１時間の条件で焼結した。この時ダイヤモンド
砥粒とチタン粉末はその界面においてＴｉＣが生成して
いることを確認し、また、このものの気孔率は３０％で
あった。焼結されたシートは、７５０℃の温度で真空炉
中において、窒素ガス５気圧のもとで、窒化処理を行っ
た。この窒化処理により、シート中のチタン部分が、Ｔ
ｉＮのセラミックスに変性していることをＸ線回折実験
によって確認した。この処理において、窒化の度合いは
８０％であった。また窒化処理前の焼結体（チタンボン
ド砥石）とビッカース硬度を比較した結果、ビッカース
硬度が同じ気孔率（約３０％）において、０．３から６
ＧＰａと２０倍も増加した。窒化処理された波形シート
は、炭素基盤のうえで円周上に配置され、シート間のす
き間は粒径の大きいチタン粉末（平均粒径３０μｍ）を
用い、再度８００℃の温度で焼結し、同じ温度において
窒化処理を行った。これは、実施例１と同様に粒径の粗
いチタン粉末を焼結するための熱処理であり、砥石以外
のボンド部分の強度を高め、砥石全体の剛性を高めるこ
とを目的とする処理である。得られた砥石は、図５
（ａ）のようにアルミニウム台盤に接着し、試作砥石と
した。その砥石形状は外径１５０ｍｍ、内径１００ｍ
ｍ、厚み３ｍｍの６Ａ２タイプの砥石形状である。この
砥石を用いて、平面研削盤を用い定圧試験を行い、研削
能率、表面粗さの測定を行った。試験に供したサンプル
はジルコニア（ＺｒＯ₂：曲げ強さ４００ＭＰａ、ビッ
カース硬さ１３ＧＰａ）断面形状３×５ｍｍのブロック
を用いた。

【００３５】比較例５実施例１の砥石において窒化処理していない、波形のチ
タン砥石を実施例１と同様な形状の砥石に作製した。

【００３６】比較例６比較試験とし、実施例１の砥粒をガラス質のボンドで固
めた、ビトリファイドダイヤモンド砥石を作製した。砥
石形状は、実施例１と同様であり、砥石の気孔率は４５
％であった。

【００３７】実施例３の砥石は比較例５の砥石の約５０
倍、比較例６の砥石の約５倍の研削速度で被削材である
ジルコニアを研削できた。また研削比は比較例５の５０
倍、比較例比較例６の１０倍であり、被削材の面粗さ
は、比較例５と比較例６の約半分の面粗さを示した。比
較例５の砥石は、チタンボンド砥石であるために、研削
中塑性変形し、その後被削材の除去が殆ど行えなかっ
た。この結果は実施例３の砥石は砥石の形状が波形にな
っているため、小さい粒径の砥粒でありながら、高い研
削能率を示しており、ボンド部分がセラミックス化し、
砥粒とボンド部分もまたセラミックスになっているため
に、比較例５、６に比べて格段に優れた研削性能を示し
た。

【００３８】

【発明の効果】砥粒と結合材との結合力が強く、目立て
性、目こぼれ性、目詰まり性、目潰れ性等がバランス良
く制御され、高能率、高精度、高品位加工を一度に実現
できる砥石を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研削砥石が高能率、高研削比、高精
度、高仕上げ面を得るための研削砥石であることを説明
する模式図である。

【図２】本発明の研削砥石製造原料で成形した、制御さ
れた砥粒間隔の研削砥石を製造するためのシート状予備
成形体が（ａ）波形、（ｂ）渦巻き形、（ｃ）円形に加
工できることを説明する図面である。

【図３】（ａ）一般に砥粒径が細かくなればなるほど砥
粒の先端高さのばらつきは小さくなることを説明する模
式図である。（ｂ）一般に高能率研削に必要な条件は、
砥粒の突き出しと砥粒にかかる分担加重の大きさである
ことを説明する模式図である。

【図４】既存の砥石（ａ）横軸平研用、（ｂ）縦軸ロー
タリー用の形状をした図面である。

【図５】本発明の実施例１で試作した研削砥石の配置を
示す（ａ）側面図と（ｂ）上面図を示している。

【図６】本発明の実施例２で試作した研削砥石の配置を
示す（ａ）側面図と（ｂ）上面図を示している。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研削砥石製造原料で成形した、制御され
た砥粒間隔の研削砥石を製造するための予備成形体。
【請求項２】上記原料として、砥粒として超砥粒およ
び結合材として金属粉末からなる組成で混合された粉粒
体を用いる請求項１の予備成形体。
【請求項３】上記原料として、砥粒として超砥粒およ
び結合材として金属粉末からなる組成で混合された粉粒
体を用いる予備成形体と、結合材としての金属粉末から
なる粉粒体を用いる予備成形体とを組み合わせた請求項
１の予備成形体。
【請求項４】上記結合材の予備成形体の摩耗を、原料
組成に砥粒の入っている予備成形体の結合材部分の摩耗
より早くなるように制御した請求項３の予備成形体。
【請求項５】超砥粒が砥粒径２００μｍ以下の細かい
砥粒を用いる２、３または４の予備成形体。
【請求項６】超砥粒が、ヌープ硬度１０００以上を有
する材料から選ばれる請求項２ないし４のいずれかの予
備成形体。
【請求項７】ヌープ硬度１０００以上を有する材料
が、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素である請求項
６の予備成形体。
【請求項８】上記結合材が、加熱下にこの超砥粒と化
学的および物理的に結合し得る金属からなり、粉末焼結
により多孔構造相の多孔質体を形成するものある請求項
２ないし７のいずれかの予備成形体。
【請求項９】上記金属が、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、ＳｉおよびＺ
ｒからなる群から選ばれる１種以上である請求項８の予
備成形体。
【請求項１０】形状がシート状である請求項１ないし
９のいずれかの予備成形体。
【請求項１１】流し込みまたはドクターブレード法を
用いて成形したものである請求項１０の予備成形体。
【請求項１２】形状が細い棒状である請求項１ないし
９のいずれかの予備成形体。
【請求項１３】押出成形法を用いて成形したものであ
る請求項１２の予備成形体。
【請求項１４】請求項１ないし１３のいずれかの予備
成形体を用いることを特徴とする研削砥石。
【請求項１５】予備成形体を適当な形に組み立てて高
能率性、高精度性、高品位加工性を一度に実現させた請
求項１３の研削砥石。
【請求項１６】上記結合材は、化学的および物理的結
合をして超砥粒を保持した多孔質体に形成され、かつ、
該多孔質体に形成された後少なくともその表面がセラミ
ックスに変成されている請求項１４または１５の研削砥
石。
【請求項１７】上記多孔質体が、粉末焼結により形成
された多孔構造相のものである請求項１６の研削砥石。
【請求項１８】砥石全体の気孔率が５〜６０％である
請求項１４ないし１７のいずれかの研削砥石。
【請求項１９】砥石全体の気孔率が５〜４５％である
請求項１８の研削砥石。