JPH11291174A - 超砥粒砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミックス、ガラス、ＭＭＣ、ＦＲＰ、フェ
ライト、サマリュウムコバルト、ネオジウム磁石、及び
石材等の研削加工において、切り粉の排出が極めて良好
で切れ味が良く、しかも長期間にわたって優れた性能を
発揮する長寿命の電着超砥粒砥石を提供する。 【解決手段】台金材質に比較的硬度の低い、銅−亜鉛系
合金、銅、軟鋼およびアルミニウム合金を用い、研削作
用面に溝を設け、該溝の壁面および底面のうち、少なく
とも溝の壁面に超砥粒を電着し、溝によって形成された
突起部先端の平坦部が切り粉の浸食作用により摩耗して
後退し、溝の壁面に電着された超砥粒が次々と発刃する
ことにより良好な切れ味を長期間にわたって発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、砥石の台金表面
に、ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）などの
超砥粒を電気メッキ法、化学メッキ法またはロウ材によ
って単層固着させた、カップ型の超砥粒砥石に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】超砥粒砥石を製作するに際し、超砥粒を
砥石の台金に固着する方法のひとつにメッキ技術を応用
した電着超砥粒砥石がある。これは台金をメッキ液に浸
して陰極とし、その台金に超砥粒を載せてメッキを行う
ものである。メッキは通常ニッケルメッキが用いられ、
通電するとニッケルメッキは絶縁体である超砥粒（ダイ
ヤモンド、ＣＢＮ）を避けて台金上に析出し、超砥粒の
隙間を埋めるように堆積し、ニッケルメッキの析出厚み
が超砥粒の粒径の５０％以上になると、ニッケルメッキ
は超砥粒をしっかりと固定した状態になる。したがっ
て、このニッケルメッキの析出厚みが超砥粒の粒径の５
０％を超えた時点でニッケルメッキを終了し、台金をメ
ッキ液から取り出せば、超砥粒が一層だけ強固に台金に
固着された電着超砥粒砥石が完成する。この様にして出
来上がった電着超砥粒砥石は、超砥粒を保持する力が熱
硬化性樹脂を主成分としたレジンボンド、銅、錫、鉄、
コバルト及びニッケル等の合金を主成分としたメタルボ
ンド、およびガラス質等の無機材料を主成分としたビト
リファイドボンドのいずれの超砥粒砥石に比べて大き
く、しかも、ニッケルメッキ層表面からの超砥粒の突出
端の高さが高いため、チップポケットの容積が大きく、
かつ、切り粉の排出がスムーズで目ずまりすることが少
ない、切れ味が極めて良好な優れた特性を有する。

【０００３】また、電着超砥粒砥石の製造方法は、メッ
キによって超砥粒を台金に固着するので、例えば、複雑
形状の砥石でも台金さえ製作可能であれば比較的容易に
総型砥石が製作できるのが大きな特長のひとつである。
この特長を活かして、フェライト、サマリュウムコバル
ト、ネオジウム磁石、セラミックス、ガラス、ゴム等の
総型研削用超砥粒砥石はそのほとんどが電着超砥粒砥石
が用いられている。最近では、台金に超砥粒をメッキに
て固着した後、超砥粒の突出端をダイヤモンド砥石で研
削して、超砥粒の突出端の高さを揃えることにより、歯
車等を研削加工できる高精度な電着超砥粒砥石の製造技
術も確立している。

【０００４】また、別の超砥粒砥石の製造方法として
は、ロウ材を結合材としたものがある。台金の研削作用
面にペースト状の銀ロウを塗布し、その上に超砥粒をハ
ンドセット法等により配列し、ペースト銀ロウが乾燥し
て超砥粒がずれないようになった時点で炉に入れて加熱
しロウ材を溶融後、冷却して超砥粒を単層固着するもの
である。銀ロウは、Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系銀ロウ、
Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ−Ｍｎ系銀ロウ等のロウ付け温
度が低く、流動性に優れたものが良く、特にＴｉを含有
する、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系銀ロウはダイヤモンドとの濡
れ性を著しく改善するので最適である。また、ロウ材の
みでは結合材の耐摩耗性が不足する場合には、ロウ材に
ダイヤモンド、ＣＢＮ（立方晶チッ化硼素）、ＳｉＣ、
Ａｌ_２Ｏ_３等の硬質粒子を結合材層の体積に対して１０
〜５０容量％含有させることにより改善できる。このロ
ウ材を結合材とする超砥粒砥石は、前述の電着超砥粒砥
石よりもロウ材層表面からの超砥粒の突出端の高さが高
く、チップポケットの容量が大きい特性を有する。

【０００５】このように、電着超砥粒砥石およびロウ材
を結合材とする超砥粒砥石は、結合材層表面からの超砥
粒の突出端の高さが高いため、チップポケットの容積が
大きく、切り粉の排出がスムーズである。レジンボン
ド、メタルボンド、およびビトリファイドボンドなどの
超砥粒砥石では切り粉が排出できずに目ずまりするよう
な材料、例えば、ゴム、樹脂、ＦＲＰ、ＭＭＣおよび半
焼成のセラミック等の研加工にも十分適用できるのも大
きな特長である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電着超
砥粒砥石およびロウ材を結合材とする超砥粒砥石は、レ
ジンボンド、メタルボンド、およびビトリファイドボン
ドなどに比べ切れ味が極めて良好な特長を有するが、超
砥粒が単層だけ台金表面に並んだ構造である。特に、粒
径が１００μｍ以上の場合は、比較的研削条件の過酷
な、すなわち材料除去速度の比較的大きな研削加工に適
用されることが多く、超砥粒が摩耗してくると作用砥粒
数が極端に増加し、それに伴い切れ味が低下して寿命ま
で切れ味の持続性が無い問題があった。それだけでな
く、研削加工中に発生する切り粉により結合材が後退す
ると超砥粒が次々と脱落して、切れ味が低下し、ついに
は研削する能力がまったく無くなるため、単層の超砥粒
砥石は寿命が短いという問題点もあり、特にカップ型の
超砥粒砥石において顕著であった。

【０００７】電着超砥粒砥石の場合では超砥粒の脱落を
防止して、超砥粒砥石の寿命を長くする技術として、例
えば、公開特許公報、特開平６−１１４７３９号では、
平均粒径５０μｍ以上の超砥粒を単層にメッキで固定し
た後、更に平均粒径５μｍ以下の硬質粒子を含むメッキ
で覆う技術が開示されているが、これでも単層であるた
めメタルボンド、レジンボンドおよびビトリファイドボ
ンドの超砥粒砥石に匹敵する寿命を得るには十分でなか
った。また、超砥粒を多層に電着して寿命を長くする技
術も既に紹介されているが、ニッケルメッキ層が思うよ
うに後退しない問題もあった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するためになされたものである。すなわち、セラミ
ックス、ガラス、ＭＭＣ、ＦＲＰ、フェライト、サマリ
ュウムコバルト、ネオジウム磁石、及び石材等の研削加
工において、切り粉の排出が極めて良好で切れ味が良
く、しかも長期間にわたって優れた性能を発揮する単層
の超砥粒砥石を提供することにある。

【０００９】台金材質については比較的硬度の低い、銅
−亜鉛系合金、銅、軟鋼およびアルミニウム合金を用
い、研削作用面に溝を設け、該溝の壁面および底面のう
ち、少なくとも溝の壁面に超砥粒を固着し、溝によって
形成された突起部先端の平坦部が切り粉の浸食作用によ
り摩耗して後退し、溝の壁面に固着された超砥粒が次々
と発刃することにより良好な切れ味を長期間にわたって
発揮するのである。超砥粒を固着する溝の壁面は、少な
くとも、砥石の回転方向に対して下流側の溝の壁面であ
れば一般的用途には十分であり、上流側の溝の壁面およ
び溝の底面に超砥粒を固着するかどうかは研削条件によ
り適宜決定する。結合材についても、ニッケルメッキ、
ロウ材および硬質粒子を含有するロウ材から適宜選択す
る。

【００１０】次に、超砥粒の平均粒径を１００〜２００
０μｍに限定した理由を説明する。セラミックス、ガラ
ス、ＭＭＣ、ＦＲＰ、フェライト、サマリュウムコバル
ト、ネオジウム磁石、及び石材等の研削加工において、
能率を重視する際には超砥粒の平均粒径が１００μｍ未
満では充分な容量のチップポケットが確保できないため
ほとんど用いられることはない。また、平均粒径が２０
００μｍを越える場合は超砥粒のコストが極めて高くな
るため、代わりに焼結ダイヤモンド、焼結ＣＢＮが用い
られるのが一般的である。以上の理由により、超砥粒の
平均粒径を１００〜２０００μｍと限定した。しかしな
がら、本発明の超砥粒砥石を経済的かつ効果的に使用す
るには、工作物にもよるが超砥粒の平均粒径が２００〜
１０００μｍで好ましい結果が得られる。

【００１１】次に、銅−亜鉛系合金の組成を限定した理
由を説明する。台金材質は、比較的硬度が低く、砥石作
用面に溝を設け、溝によって形成された突起部先端の平
坦部が切り粉の浸食作用により、適当な速度で摩耗して
後退し、溝の壁面に電着された超砥粒が次々と発刃する
必要がある。かつ、ニッケルメッキとの密着性が十分に
高くなければならない。これらの条件を満足する銅−亜
鉛合金として、亜鉛の含有量を１０〜４２ｗｔ％とし
た。しかしながら、亜鉛の含有量はより好ましくは、２
８〜４２ｗｔ％の範囲である。具体的には、亜鉛を２８
〜３２ｗｔ％含有する７／３黄銅、または亜鉛を３８〜
４２ｗｔ％含有する４／６黄銅と呼ばれているものが好
適である。なお、銅、亜鉛以外の鉛、錫、鉄、ニッケ
ル、マンガンおよびアルミニウム等の元素の含有率は合
計で２ｗｔ％未満とするほうが良い。

【００１１】次に、切り粉の排出性と台金の後退性を考
慮して、溝のピッチは超砥粒の平均粒径の１０倍以上
で、かつ、溝の幅はピッチの１／２から３／４としたも
のである。溝の深さは、超砥粒の平均粒径の３倍以上、
好ましくは５倍以上である。また、溝は研削作用面に対
して、放射線状、同心円状または網目状に形成するが、
研削加工条件および工作物材質等により、これらの組合
せを適用しても良い。溝の断面形状については、溝底面
が平坦でもＲが付加されていても良いが、突起部が摩耗
して後退する際に溝幅の時間による変化が少ないものを
選択する。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態については、以
下の実施例で詳述する。

【００１３】

【実施例】（実施例１）φ７５ｍｍのカップ型（６Ａ２
型）電着超砥粒砥石を製作して本発明の効果を確認し
た。 （サイズ・仕様） サイズ φ７５−５Ｗ（６Ａ２型） 溝形状 溝幅（Ｗ）５ｍｍ、溝深さ（Ｈ）５ｍｍ 溝ピッチ（Ｐ）１０ｍｍ 台金材質 黄銅（亜鉛含有量約４０％） ダイヤモンド粒度 ＃３０（平均粒径約６００μｍ）を溝壁面のみに 電着した。突起先端の平坦部および溝底面は電着 無し。 （研削条件） 砥石周速度 １４ｍ／ｓｅｃ 切り込み量 ０．３ｍｍ／ｐａｓｓ 工作物送り速度 ２００ｍｍ／ｍｉｎ 工作物材質 アルミナ系セラミックス （結果）切れ味が極めて良好で目ずまりすることなく、
研削テスト初期から研削テスト終了時まで安定した高性
能を発揮した。研削テスト終了後に砥面を調査したとこ
ろ、台金の突起平坦部がほぼ均一に約０．２ｍｍ摩耗し
て溝壁面に電着されたダイヤモンド砥粒が次々と発刃し
て安定した切れ味を維持できることが確認できた。

【００１４】（実施例２）φ１５０ｍｍのカップ型（６
Ａ２型）電着超砥粒砥石を製作して本発明の効果を確認
した。 （サイズ・仕様） サイズ φ１５０−１０Ｗ（６Ａ２型） 溝形状 溝幅（Ｗ）３ｍｍ、溝深さ（Ｈ）５ｍｍ 溝ピッチ（Ｐ）６ｍｍ 台金材質 黄銅（亜鉛含有量約３０％） ダイヤモンド粒度 ＃８０（平均粒径約１８０μｍ）を溝壁面のみに 電着した。突起先端の平坦部および溝底面は電着 無し。 （研削条件） 砥石周速度 ２０ｍ／ｓｅｃ 切り込み量 ０．１ｍｍ／ｐａｓｓ 工作物送り速度 １００ｍｍ／ｍｉｎ 工作物材質 ＭＭＣ（アルミニウム合金＋セラミックス繊維） （結果）切れ味が極めて良好で目ずまりすることなく、
研削テスト初期から研削テスト終了時まで安定した性能
を発揮した。研削テスト終了後に砥面を調査すると、台
金の突起平坦部が均一に約０．３ｍｍ摩耗し、溝壁面に
電着されたダイヤモンド砥粒が次々と発刃して安定した
切れ味を維持できることが確認できた。

【００１５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明カップ型
の超砥粒砥石は、比較的硬度の低い、銅−亜鉛系合金、
銅、軟鋼およびアルミニウム合金を台金に用い、研削作
用面に溝を設け、該溝の壁面および底面のうち、少なく
とも溝の壁面に超砥粒を固着し、溝によって形成された
突起部先端の平坦部が切り粉の浸食作用により摩耗して
後退し、溝の壁面に固着された超砥粒が次々と発刃する
ことにより良好な切れ味を長期間にわたって発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の外観図を示す。

【図２】本発明の実施例１のＡ部の拡大図を示す。

【図３】他の実施例の超砥粒層の拡大図を示す。

【符号の説明】

Ｐ 台金の溝ピッチ Ｗ 台金の溝の幅 Ｈ 台金の溝の深さ Ｒ 砥石の回転方向 １ 研削作用面 ２ 台金 ３ 超砥粒 ４ 突起先端の平坦部 ５ 溝の壁面（超砥粒の電着部） ６ 溝底面 ７ 砥石の回転方向に対して下流側の溝の壁面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カップ型砥石の台金の研削作用面に、その
   研削作用面全体にわたって溝を設け、その溝の壁面およ
   び底面のうち、少なくとも、溝の壁面に、平均粒径が１
   ００〜２０００μｍの超砥粒が結合材により、単層固着
   されたことを特徴とする超砥粒砥石。
2. 【請求項２】超砥粒を単層固着させる溝の壁面は、砥石
   の回転方向に対して、下流側の壁面であることを特徴と
   する請求項１記載の超砥粒砥石。
3. 【請求項３】上記の結合材はニッケルメッキ、ロウ材、
   または硬質粒子を含有するロウ材のいずれかであること
   を特徴とする請求項１または２記載の超砥粒砥石。
4. 【請求項４】上記の砥石台金の材質は、Ｃｕ−Ｚｎ系合
   金で、Ｚｎの含有率が１０〜４２ｗｔ％であることを特
   徴とする請求項１、２または３記載の超砥粒砥石。
5. 【請求項５】超砥粒を単層固着させる溝は、溝のピッチ
   が超砥粒の平均粒径の１０倍以上で、かつ、溝の幅はピ
   ッチの１／２から３／４であることを特徴とする請求項
   １、２、３または４記載の超砥粒砥石。