JPH11188635A

JPH11188635A - 研削砥石

Info

Publication number: JPH11188635A
Application number: JP35659597A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sato; 佐藤　　誠; Motohisa Tomita; 元久冨田; Tatsuya Ito; 達也伊藤; Katsuhiro Ishiguro; 勝裕石黒; Masaaki Sato; 正秋佐藤
Original assignee: Noritake Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Noritake Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】乾式研削に用いられる研削砥石において、研
削性能を可及的に向上させる。【解決手段】ビトリファイド研削砥石１０の気孔１６
の内壁面に、ステアリン酸ナトリウムやステアリン酸亜
鉛などの脂肪酸塩１８を含浸、固着させた。こうすれ
ば、カルナバろうや、カルナバろう及びジベンゾルスル
フィドの混合物、パラフィン、離型剤などを用いる場合
と比べて、消費電力値、研削後の砥石半径磨耗量および
被削材温度が低下することが実験的に確認された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研削液（クーラン
ト）を使用しない乾式研削に用いられる研削砥石に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】廃液処理等の問題が生じない乾式研削を
精密研削に用いると、研削時に発生する熱の影響などに
より被削材の加工品位の低下が起こり易かった。そこ
で、かかる問題を解決すべく、研削砥石の開気孔（オー
プンポアタイプ）の内壁面に高級脂肪酸やパラフィンな
どの潤滑剤を固着させたものが、例えば特開昭５２−１
８２８６号公報、或いは特開昭５３−１４０６９２号公
報などで提案されている。かかる研削砥石によれば潤滑
剤が研削時に潤滑作用を行うため、乾式研削においても
被削材の加工品位の低下が起こりにくくなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
潤滑剤を含む研削砥石においても、研削時の潤滑作用は
未だ不充分であり、比較的大きな研削抵抗のために消費
電力や研削砥石の磨耗量は充分に低減されておらず、研
削時に発生する熱の影響などによる被削材の加工品位の
低下も避けられなかった。

【０００４】本発明は以上のような事情を背景として為
されたものであり、その目的とするところは、乾式研削
に用いられる研削砥石において、研削時の潤滑作用、換
言すれば研削性能を可及的に向上させることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１発明は、砥粒と、それらの砥粒を相互に結合さ
せる結合剤と、それらの砥粒および結合剤の隙間に設け
られる気孔とから成り、それらの気孔の内壁面に脂肪酸
塩が固着させられている研削砥石を特徴とする。

【０００６】第２発明は、第１発明において、前記脂肪
酸塩の塩基部分が、アルカリ金属またはアルカリ土類金
属であることを特徴とする。

【０００７】第３発明は、第１発明において、前記脂肪
酸塩は金属石鹸であることを特徴とする。

【０００８】第４発明は、第１発明において、前記脂肪
酸塩の融点が１００℃以上であることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】ここで、上記研削砥石には、長
石、可溶性粘土、又は耐火性粘土などを結合剤として用
いたビトリファイド砥石や、フェノール樹脂、エポキシ
樹脂、又はポリエステル樹脂などを結合剤として用いた
レジノイド砥石等の種々のものが含まれる。また、上記
砥粒には、溶融アルミナ系砥粒や、共溶融アルミナ・ジ
ルコニア砥粒、微結晶性焼結アルミナ砥粒、焼結アルミ
ナ砥粒、炭化ケイ素砥粒、ＣＢＮ砥粒、ダイヤモンド砥
粒等の種々のものが含まれる。気孔は、互いに連通して
いて外部に連通しているオープンポアタイプ（開気孔）
である。

【００１０】また、脂肪酸塩は、ＣＨ₃−（ＣＨ₂）_n
−ＣＯＯ□（□＝−Ｋ、−Ｎａ、−Ｚｎ、−ＮＨ₃Ｒ、
−ＮＨ₂Ｒ₁Ｒ₂、−ＮＨＲ₁Ｒ₂Ｒ₃、・・・）で表
されるもので、図５に示すように炭素数が１２〜１８
（ｎ＝１０〜１６）のものが好適に用いられる。ｎ＝１
２のものとしては、ラウリン酸リチウム、ラウリン酸カ
ルシウム、ラウリン酸亜鉛、ラウリン酸鉛などが用いら
れ、ｎ＝１３のものとしては、トリデシル酸亜鉛などが
用いられ、ｎ＝１４のものとしては、ミリスチン酸リチ
ウム、ミリスチン酸鉛などが用いられ、ｎ＝１６のもの
としては、パルミチン酸カリウム、パルミチン酸ナトリ
ウム、パルミチン酸リチウム、パルミチン酸カルシウ
ム、パルミチン酸鉛などが用いられ、ｎ＝１８のものと
しては、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸リチウ
ム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステ
アリン酸鉛などが用いられる。

【００１１】図５は、これら種々の脂肪酸塩の融点をそ
れぞれ示したものであり、図示されるように、各融点は
全て１００℃以上となっている。融点が１００℃より低
い場合、研削加工の際に比較的低温の状態で融け出して
しまうため、高温で必要な研削比の十分な効果が得られ
ない。また、図５に示す塩基のうちカリウム（Ｋ⁺）、
ナトリウム（Ｎａ⁺）、リチウム（Ｌｉ⁺）はアルカリ
金属で、カルシウム（Ｃａ²⁺）はアルカリ土類金属であ
るが、何れも結合力が強いため融点が高く、本発明の脂
肪酸塩として好適に用いられる。

【００１２】また、金属石鹸は、水溶性を有し界面活性
剤として用いられる通常の脂肪酸塩とは異なり、水には
不溶であって有機溶剤に溶解する脂肪酸塩であり、脂肪
酸塩の塩基部分に、例えば鉛、コバルト、亜鉛、マンガ
ン、鉄、銅、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム
等の種々の金属が配位させられたものである。このよう
な金属石鹸も比較的融点が高いため、本発明の脂肪酸塩
として好適に用いられる。前記図５において、塩基部分
がカルシウム（Ｃａ²⁺）、亜鉛（Ｚｎ²⁺）、鉛（Ｐ
ｂ²⁺）の脂肪酸塩は金属石鹸である。

【００１３】また、上記研削砥石の製造方法としては、
(a) 砥粒と、該砥粒を相互に結合させる結合剤と、該砥
粒および該結合剤の隙間に設けられる気孔とから成り、
該気孔の内壁面に脂肪酸塩が固着させられている研削砥
石の製造方法において、(b)所定の第１温度に設定され
た所定の溶媒に前記脂肪酸塩を溶かした脂肪酸塩溶液を
調製する第１工程と、(c) 前記研削砥石を該脂肪酸塩溶
液に浸漬させる第２工程と、(d) 該研削砥石が浸漬させ
られた状態で、該脂肪酸塩溶液を前記第１温度よりも低
い所定の第２温度以下に冷却することにより、該研削砥
石の気孔の内壁面で該脂肪酸塩をゲル化させる第３工程
と、(e) 該研削砥石を該脂肪酸塩溶液から引き上げて該
研削砥石を乾燥させることにより、該研削砥石の気孔の
内壁面でゲル化している該脂肪酸塩に含まれる溶媒分を
蒸発させる第４工程とから成ることを特徴とするものが
ある。

【００１４】このように、脂肪酸塩の研削砥石への導入
は、脂肪酸塩の溶液に研削砥石を浸漬して冷却した後
に、研削砥石をその溶液から引き上げて乾燥している
が、脂肪酸塩の融液に研削砥石を浸漬した後に、研削砥
石をその融液から引き上げて冷却しても良い。脂肪酸塩
は、気孔を残した状態で設けられても良いが、気孔を略
埋め潰すように設けることも可能である。

【００１５】融点が高く、しかも分解し易い水溶性の脂
肪酸塩に砥石を浸漬するには、脂肪酸塩を略飽和状態ま
で溶かした飽和溶液を用いることが望ましい。１回の浸
漬および冷却、ゲル化（固体の析出を示す）では、気孔
を残した状態でその気孔の内壁面に脂肪酸塩が付着させ
られるが、溶液中への浸漬および冷却、ゲル化を繰り返
すことにより、気孔を略埋め尽くすまで脂肪酸塩を設け
ることもできる。

【００１６】脂肪酸塩を溶かす溶媒としては水が好適に
用いられるが、エチルアルコールなどの他の溶媒を用い
ることも可能で、脂肪酸塩の種類によって適宜定められ
る。パルミチン酸カリウムやステアリン酸ナトリウム等
の脂肪酸塩は水（湯）に溶け易く、化学記号Ｏ（酸素）
があるもの（砥粒、結合剤、被削材など）や金属（被削
材）に付着する性質があるため、砥石に含浸させて水分
だけを無くすことにより、砥粒や結合剤の表面に水素結
合やイオン結合によって付着し、気孔を埋め潰すことな
く気孔の内壁面に容易に固着させることができる。水溶
性の脂肪酸塩を用いた場合は、砥石の製造作業（脂肪酸
塩の含浸作業）が一層容易である。

【００１７】また、本発明の研削砥石は、水、油又はエ
マルジョンなどの液体クーラントを用いない乾式研削に
好適に用いられ、特に−１０℃程度以下の冷風（空気な
ど）を研削部位に吹き付けながら研削加工を行うことが
望ましい。但し、研削部位の温度よりも低温であれば冷
却効果が得られるため、例えば作業環境温度（室温な
ど）の空気を冷風として吹き付けるようにしても良い。

【００１８】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１９】図１は、本発明が適用されたビトリファイ
ド研削砥石１０（以下、砥石１０と略す）の一部を拡大
して示す断面図である。図において、１２は砥粒、１４
は結合剤としてのビトリファイドボンド、１６は気孔で
ある。砥石１０の仕様は、”ＰＡ８０Ｋ７Ｖ７５Ｒ”で
ある。すなわち、砥粒１２は淡紅色アルミナ質（ＰＡ）
が用いられており、粒度は８０番、結合度はＫ、組織は
７であり、ビトリファイドボンド１４はＶ７５Ｒが用い
られている。また、直径はφ２０５ｍｍで、厚さは２５
ｍｍである。気孔１６の内壁面には脂肪酸塩１８が固着
しており、脂肪酸塩１８としてはステアリン酸ナトリウ
ムが用いられている。

【００２０】次に、砥石１０の気孔１６の内壁面に脂肪
酸塩１８を固着させる方法について説明する。先ず、８
０℃に設定された水（湯）に、ステアリン酸ナトリウム
を溶かしてその飽和溶液を調製する（第１工程）。本実
施例では、１００ｇ（ｃｍ³）の水にステアリン酸ナト
リウムを約５ｇ添加した。次に、その飽和溶液に砥石１
０を浸漬させる（第２工程）。続いて、その飽和溶液に
砥石１０が浸漬させられた状態で、その飽和溶液をゲル
化するまで、例えば６０℃以下に冷却することにより、
砥石１０の気孔１６の内壁面でステアリン酸ナトリウム
をゲル化（水を含んだ状態）させる（第３工程）。最後
に、砥石１０を溶液から引き上げて乾燥する（約６０℃
まで加熱）ことにより、気孔１６の内壁面でゲル化して
いるステアリン酸ナトリウムに含まれる水分を蒸発させ
て、ステアリン酸ナトリウムを気孔１６の内壁面に固着
させる（第４工程）。

【００２１】上記ステアリン酸ナトリウムの含有量は、
実測値で約１５ｇであった。ステアリン酸ナトリウムの
比重は約１．０８（実測値）で、その体積は１３．９ｃ
ｍ³であり、砥石１０における気孔１６の占める容積
（ステアリン酸ナトリウムを含浸する前）は約２９１ｃ
ｍ³であるため、気孔１６に対するステアリン酸ナトリ
ウムの割合は約４．８容量％である。

【００２２】次に、上記砥石１０について横軸平面研削
盤を用いて冷風プランジ研削（ダウンカット）を行い、
カット数に対する消費電力値の変化、カット数が２００
ｐａｓｓに到達した後の砥石半径磨耗量および被削材温
度をそれぞれ調べた。その試験結果をそれぞれ図２〜図
４に示す。研削条件は、砥石周速度が２７．６ｍ／ｓ
（２５８０r.p.m ）、テーブル送り速度が１０ｍ／ｍｉ
ｎ、切込寸法が５μｍ／ｐａｓｓ×２００ｐａｓｓ、−
１０℃の冷風（ドライエア）を吐出流量約８５Ｌ（リッ
トル）／ｍｉｎで研削点付近に噴射、被削材はＳＵＪ２
（ＨＲＣ６０）、被削材の寸法は長さ１００ｍｍ×幅１
０ｍｍ×厚み５０ｍｍである。また、砥石１０のドレス
条件は、０．８ｍｍ角の角柱単石ドレッサーを用いて、
ドレス切込は１０μｍ／ｐａｓｓ×５ｐａｓｓ、ドレス
リードは０．２ｍｍ／ｒｅｖとした。

【００２３】図２〜図４は、脂肪酸塩１８としてステア
リン酸ナトリウムを設けた砥石１０の他、同じく脂肪酸
塩であるステアリン酸亜鉛を設けた場合と、脂肪酸塩以
外の離型剤、パラフィン、カルナバろう＋ジベンゾルス
ルフィド、カルナバろうを設けた場合とを比較して示し
たものである。ベースとなる砥石の仕様は前記砥石１０
と同じで、気孔１６に対する含浸割合は、ステアリン酸
亜鉛が９５容量％、離型剤が９０容量％、パラフィンが
９８容量％、カルナバろう＋ジベンゾルスルフィドが９
０容量％、カルナバろうが９８容量％である。これらの
ステアリン酸亜鉛、離型剤、パラフィン、カルナバろう
＋ジベンゾルスルフィド、カルナバろうは、それぞれ融
点以上に加温して溶融させ、その中に研削砥石を浸漬
し、引き上げて冷却すれば気孔１６内に含浸できる。な
お、ステアリン酸亜鉛の場合、含浸割合が少量の時は、
例えばエチルアルコールを溶媒として用いて溶解し、後
は前記ステアリン酸ナトリウムの場合と同様にして気孔
１６内に含浸させれば良い。

【００２４】図２から明らかなように、カット数（ｐａ
ｓｓ）に対する消費電力値（ｋＷ）は、カルナバろう
や、カルナバろう及びジベンゾルスルフィドの混合物、
パラフィン、離型剤などを用いた場合と比べて、ステア
リン酸亜鉛やステアリン酸ナトリウムなどの脂肪酸塩を
用いた方が、全カット数領域において低い値を示してお
り、優れた研削性能（切れ味）が得られる。特に低カッ
ト数領域でも消費電力が少なく、慣らし研削を行うこと
なく直ちに研削作業にとりかかることができる。

【００２５】また、図３から明らかなように、砥石半径
磨耗量（μｍ）は、図２と同様にステアリン酸亜鉛やス
テアリン酸ナトリウムなどの脂肪酸塩を用いた方が、そ
の他のものを用いた場合と比べて低い値を示している。
更に、図４から明らかなように、被削材温度（℃）も、
同様に前者を用いた方が後者を用いた場合より低い値を
示している。また、目視によっても切屑の排出はスムー
ズに行われ、凝集することもなく個々に分離して排出さ
れ、また、砥石や被研削材への付着も観察されなかっ
た。

【００２６】このように、ステアリン酸ナトリウムまた
はステアリン酸亜鉛を用いた場合、優れた研削性能が得
られる（消費電力、研削抵抗の低下）とともに、砥石１
０の磨耗や被削材の温度上昇が抑制されるなどの優れた
潤滑作用が得られるようになる。これは、ステアリン酸
ナトリウムやステアリン酸亜鉛等の脂肪酸塩は、化学記
号Ｏ（酸素）があるもの（砥粒、結合剤、被削材など）
や金属（被削材）に付着する性質があるため、親水基側
が気孔の内壁面や切屑（被削材）に付着するとともに親
油基側が互いに反発し合うことにより、切屑が良好に排
出されるためと考えられる。

【００２７】また、上記ステアリン酸ナトリウムの融点
は２２０℃でステアリン酸亜鉛の融点は１４０℃である
ため、常温では固体状態を保って気孔１６の内壁面に強
固に固着することにより、非研削時における脱落が好適
に防止される一方、研削時には摩擦熱で融解して本件発
明の効果が確実に得られる。融点が１００℃より低い場
合、研削加工の際に比較的低温の状態で融け出してしま
うため、潤滑が必要な高温の研削部分で十分な効果が得
られない。

【００２８】また、上記ステアリン酸ナトリウムやステ
アリン酸亜鉛を所定の溶媒に溶かして、その溶液中に砥
石１０を浸漬して気孔１２内に溶液を含浸させ、冷却、
ゲル化した後、溶液から取り出して乾燥させ、溶媒を蒸
発させることにより、それらのステアリン酸ナトリウム
やステアリン酸亜鉛等１８を気孔１６の内壁面に固着す
るようにしているため、気孔１６を埋め潰すことなくそ
の気孔１６の内壁面に固着させることができるととも
に、その製造が比較的単純且つ容易で、大量生産が可能
である。特に、ステアリン酸ナトリウムの場合は、溶媒
として水を用いるため、その製造作業が一層容易であ
る。

【００２９】次に、強制空冷の有無による研削性能への
影響について調べた結果を説明する。図６は、前記ステ
アリン酸ナトリウム１８を気孔１６内に設けた場合（含
浸あり）と、設けない場合（含浸なし）との２種類の砥
石を用いて、強制空冷の有無による消費電力および研削
後被削材温度の違いを調べた結果で、「強制空冷」は、
−１０℃の冷風（ドライエア）を吐出流量約８５Ｌ（リ
ットル）／ｍｉｎで研削点付近に噴射した場合であり、
「強制空冷無し」は冷風を噴射することなく研削作業を
行った場合である。かかる図６から明らかなように、
「強制空冷無し」の場合は脂肪酸塩１８を設けても殆ど
研削性能は向上しないが、「強制空冷」の場合は脂肪酸
塩１８を設けることにより研削性能が向上する。この意
味で、本実施例の砥石１０の使用に際しては、研削点に
冷風を吹き付けながら研削加工を行うことが望ましい。

【００３０】図７は砥石１０の気孔１６の内壁面に脂肪
酸塩１８が固着する量の違いによる研削性能への影響に
ついて調べたものである。これは、ステアリン酸ナトリ
ウムを脂肪酸塩１８として気孔１６内に（気孔１６に対
して）４．８容量％設けた場合と、９．６容量％設けた
場合との２種類の砥石１０を用いて消費電力平均値、研
削後被削材温度、および砥石半径磨耗量の違いを調べた
結果で、図２〜図４の試験に用いたのと同様な条件で試
験を行ったものである。ここで用いたステアリン酸ナト
リウムを４．８容量％設けた砥石１０は、図２〜図４の
試験のデータを用い、９．６容量％設けた砥石１０は前
述の方法の２倍の量のステアリン酸ナトリウムを約１０
０℃の水（湯）に溶かした溶液を用いる事によって固着
させた。図７から明らかなように、９．６容量％の方が
消費電力平均値が低く、研削後被削材温度も低く、砥石
半径磨耗量も少ないため、研削性能が良い。このため、
砥石１０の気孔１６の内壁面に脂肪酸塩１８が固着する
量は出来るだけ多い方が望ましい。

【００３１】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、本発明は他の態様で実施することもで
きる。

【００３２】例えば、前述の実施例では”ＰＡ８０Ｋ７
Ｖ７５Ｒ”の砥石１０に本発明が適用された場合につい
て説明したが、開気孔を有していさえすれば、ビトボン
ドに限定されずレジボンドなど結合剤の種類や粒度、結
合度、組織などが異なる種々の仕様の研削砥石に適用さ
れ得る。

【００３３】また、前述の実施例では−１０℃程度の冷
風（ドライエア）を約８５Ｌ（リットル）／ｍｉｎの吐
出流量で研削点付近に噴射していたが、冷風の温度や媒
体、吐出流量は適宜変更することが可能で、例えば−２
０℃〜−６０℃程度の冷風を噴射することもできる。室
温付近の空気を噴射するようにしても良い。

【００３４】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実
施することができる。

【００３５】

【発明の効果】このように、脂肪酸塩が気孔内に設けら
れた本発明の研削砥石によれば、優れた研削性能が得ら
れる（消費電力、研削抵抗の低下）とともに、砥石の磨
耗や被削材の温度上昇が抑制されるなど、優れた潤滑作
用が得られるようになる。

【００３６】また、融点が１００℃以上の脂肪酸塩を用
いる第４発明では、常温では固体状態を保って気孔の内
壁面に強固に固着することにより、非研削時における脱
落が好適に防止される一方、研削時には摩擦熱で融解し
て本件発明の効果が確実に得られる。融点が１００℃よ
り低い場合は、研削加工の際に比較的低温の状態で融け
出してしまうため、高温になる研削部分で十分な効果が
得られない。第２発明のように塩基部分がアルカリ金属
またはアルカリ土類金属の脂肪酸塩や、第３発明のよう
に脂肪酸塩が金属石鹸の場合も、その融点が比較的高い
ため同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるビトリファイド研削砥
石の構成を説明する断面図である。

【図２】図１のビトリファイド研削砥石によるカット数
と消費電力値との関係を示す図であって、比較例を併せ
て示す図である。

【図３】図１のビトリファイド研削砥石によるカット数
が２００ｐａｓｓ到達後の砥石半径磨耗量を示す図であ
って、比較例を併せて示す図である。

【図４】図１のビトリファイド研削砥石によるカット数
が２００ｐａｓｓ到達後の被削材温度を示す図であっ
て、比較例を併せて示す図である。

【図５】図１のビトリファイド研削砥石に使用可能な種
々の脂肪酸塩を融点と共に示す図である。

【図６】強制空冷の有無による効果を示す図である。

【図７】脂肪酸塩の固着量の違いによる効果を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０：ビトリファイド研削砥石１２：砥粒１４：ビトリファイドボンド（結合剤）１６：気孔１８：脂肪酸塩

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者冨田元久愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (72)発明者伊藤達也愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (72)発明者石黒勝裕愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (72)発明者佐藤正秋愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砥粒と、該砥粒を相互に結合させる結合
剤と、該砥粒および該結合剤の隙間に設けられる気孔と
から成り、該気孔の内壁面に脂肪酸塩が固着させられて
いることを特徴とする研削砥石。
【請求項２】前記脂肪酸塩の塩基部分が、アルカリ金
属またはアルカリ土類金属であることを特徴とする請求
項１に記載の研削砥石。
【請求項３】前記脂肪酸塩が金属石鹸であることを特
徴とする請求項１に記載の研削砥石。
【請求項４】前記脂肪酸塩の融点が１００℃以上であ
ることを特徴とする請求項１に記載の研削砥石。