JPH1190834A - 超砥粒砥石及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大量の切り粉が発生する、又は目づまりしや
すい樹脂、非鉄金属材料等の粗加工においても、早期の
目づまりをなくす。 【解決手段】 台金１の外周面に超砥粒ａをロウ材ｂに
より一層だけ固着させた超砥粒砥石である。超砥粒ａ
は、その平均粒径が１００μｍ〜１０００μｍで、均一
に規則配列されている。また、ロウ材ｂ層の最大厚みが
超砥粒ａの平均粒径の２５〜５０％であり、かつチップ
ポケットの体積が超砥粒の体積の２〜２０倍である。砥
粒ａが均一に規則配列され、十分なチップポケットがあ
ることにより、目づまりは生じにくい。この超砥粒砥石
は、台金１の外周面にペースト状ロウ材ｂを接着し、そ
のロウ材ｂ内に超砥粒ａを均一に規則配列し、その後、
加熱処理してロウ材ｂを溶融し、その溶融ロウ材ｂによ
り、超砥粒ａを台金１にロウ接することにより作る。

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、樹脂、ＦＲＰ、
ＣＦＲＰ、非鉄金属材料、木質系材料（天然木材、合
板、積層材など）、石膏ボード、ゴム、及び半焼成セラ
ミックス等の目づまりしやすい材料及び大量の切り粉が
発生するものの研削加工用超砥粒砥石及びその製作方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂、ＦＲＰ、ＣＦＲＰ、木質系材料、
非鉄金属材料、石膏ボード、ゴム、及び半焼成セラミッ
クス等の研削加工には、従来、超砥粒をメッキで単層に
固着した電着超砥粒砥石が用いられている。この電着超
砥粒砥石は、超砥粒を砥石の台金にメッキ技術を応用し
て固着したものであり、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てゆく。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。

【０００３】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５０％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の超砥粒砥石に比べて大きく、
しかも、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（体積）が比較的大きく、切り粉の排出がス
ムーズで、目づまりすることが少ない特性を有する。

【０００４】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ものなので、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。

【０００５】さらに、別の種類の超砥粒砥石としては、
特公昭５５−２２１９４号公報等に示されるように、金
属基材（台金）１上にダイヤモンド砥粒ａをロウ材ｂに
て固着したものがある（図１、図６参照）。この超砥粒
砥石もまたチップポケットの容積が比較的大きく、目づ
まりすることが少ない特性を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、電着超
砥粒砥石は、超砥粒をその平均粒径の約５０〜７０％を
ニッケルメッキに埋め込んだもので、切れ味が良く、チ
ップポケットが比較的大きいが、上述の樹脂などの材料
の研削加工において、例えば、樹脂では、研削体積に対
し切り粉の体積が１０倍以上になるため、特に切り粉の
発生する割合が大きい粗加工においては、目づまりを防
止するにはチップポケットの体積が十分ではなく、目づ
まりがしばしば生じて、その除去を頻繁にしなければな
らず、作業性の点で問題がある。

【０００７】また、ニッケルメッキは超砥粒と化学的に
結合しておらず、機械的に超砥粒を掴んでいるだけなの
で、超砥粒の保持力が十分ではなく、超砥粒が脱落し易
い上に、研削加工中に発生する切り粉によりメッキ層が
摩耗により後退しやすく（薄くなり）、メッキが後退す
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、電着超砥粒
砥石はその寿命が短いという問題もある。

【０００８】一方、ロウ付超砥粒砥石は、ロウ材ｂが超
砥粒ａの表面を容易にぬらすため、超砥粒ａを台金１に
極めて強固に結合させる。このため、超砥粒ａの脱落も
少なく、上記電着超砥粒砥石に対し寿命が長いという利
点がある。

【０００９】しかしながら、従来のロウ付超砥粒砥石
は、基台（台金）１の外周面にペースト状ロウ材ｂを接
着し、その台金１を、ロウ材ｂ層でもって、超砥粒ａが
撒かれた面上を転がすことにより、ロウ材ｂ層に超砥粒
ａを転写し、その後、加熱処理してロウ材ｂを溶融し、
その溶融ロウ材ｂにより超砥粒ａを台金１にロウ接して
製作している。

【００１０】このため、図６に示すように、その超砥粒
ａは、一個所に固まったり、逆に大きく離れた状態に配
置されたものとなる。このような不均一な超砥粒ａの配
置状態であると、研削加工において、切り粉は固まった
個所Ａにおいて早期に目づまりを発生させ、その目づま
りは周囲に成長して、砥石の研削能力の低下を招く。こ
れは、上述の樹脂などの粗加工では激しく、改善が望ま
れている。

【００１１】この発明は、樹脂等の粗加工においても、
早期の目づまりをなくすことを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、この発明は、図４に示す、台金１の外周面に超砥粒
ａをロウ材ｂにより一層だけ固着させたロウ付超砥粒砥
石において、その超砥粒ａの平均粒径Ｌが１００μｍ〜
１０００μｍであり、かつ、各超砥粒ａが均一に規則配
列されているようにしたのである。

【００１３】超砥粒ａの平均粒径Ｌが１００μｍ未満で
あると、研削能率が著しく低下し、特に粗加工には適さ
ず、逆に、１０００μｍを超えると、仕上げ精度に問題
が生じるうえに超砥粒ａの脱落が生じやすく、研削能率
が低下する。また、各超砥粒ａが均一に規則配列されて
いると、部分的な目づまりが生じず、仮に目づまりが生
じても砥粒面全域に亘って均一となり、それゆえ、その
間隔を適宜に設定することにより、目づまりを抑えた効
率的な研削を行い得る。

【００１４】超砥粒ａの規則配列パターンとしては、例
えば図３（ａ）乃至（ｄ）などに示すものがあり、同図
（ａ）、（ｂ）において、正四角形をなす超砥粒ａの隣
接間隔Ｐを一定とし、隣り合う超砥粒ａのなす角度θは
直角（同図（ｂ））、３０度、４５度、６０度などと適
宜に決定すればよく、また、同図（ｃ）、（ｄ）のごと
く、０．３≦Ｐ₁ ／Ｐ₂ ≦３の範囲であれば、正四角形
でなくてもよく、その配列で良い結果が得られる。０．
３未満では目づまりし易く、３を越えると、研削効率が
低下するからである。さらに、図２及び図３（ａ）に示
すように超砥粒ａを等間隔に配置した列を、砥石の回転
方向に対し傾けるとともに、隣接する一方の列の超砥粒
ａが他方の列の隣接する超砥粒ａの中間にあって、その
３個の超砥粒ａがほぼ正三角形をなすようにすれば、切
り残しが生じないなどの最良のものとなる。

【００１５】なお、超砥粒の規則配列は、砥粒面全域が
一定配列、例えば図３（ａ）の配置である必要もなく、
砥石回転方向などに、ある間隔で、図３の（ａ）乃至
（ｄ）などの配置が混在するものも含まれ、要は、超砥
粒ａが図６の無秩序なものと異なり、均一で図６の砥石
に比べて極めて目づまりが少なければよい。

【００１６】この超砥粒砥石において、上記ロウ材層の
最大厚みを上記超砥粒ａの平均粒径Ｌの２５〜５０％と
し、かつチップポケットｃの体積を超砥粒の体積の２〜
２０倍であるものとするとよい。

【００１７】従来では、ロウ付超砥粒砥石においても、
ロウ材層の最大厚みｌは超砥粒の平均粒径の５０％を超
えるように形成しているが、上述のように、ロウ付け
は、ロウ材ｂが超砥粒ａの表面を円滑にぬらして、化学
的な結合をともない、超砥粒ａの台金１への強固な固着
力を得ることができる。このため、ロウ材層の最大厚み
ｌが超砥粒ａの平均粒径Ｌの５０％を越えなくても、十
分な固着力を得ることができる。但し、２５％未満で
は、超砥粒ａの脱落が多くなるため好ましくない。

【００１８】また、ロウ材層が薄くなれば、チップポケ
ットｃも必然的に大きくなるが、超砥粒ａの間隔Ｐを広
げることでも、チップポケットｃは大きくなる。このた
め、それらを適宜に設定して、チップポケットｃの体積
が超砥粒の体積の２〜２０倍とする。２倍未満では、十
分な量の切り粉の保持ができずに、目づまりが生じ、一
方、２０倍を超えると、工作物がロウ材層に直接に当た
るようになって、研削能率が低下する。平均粒径２００
μｍ以上の粗粒超砥粒を用いる場合には、およそ５〜１
５倍の範囲で良好な結果が得られる。

【００１９】ロウ材ｂ層の表面にはニッケルメッキ、ク
ロムメッキなどの硬質被覆を施して、切り粉などによる
摩耗を極力少なくするようにして、超砥粒ａの保持力を
維持するようにすることが好ましい。

【００２０】上述の超砥粒砥石は、切り粉の排出能力が
高いため、大量の切り粉が発生する、樹脂、ゴム又はこ
れらを主成分とする複合材料、非鉄金属材料の研削加工
に用いることが好ましい。非鉄金属材料としては、亜鉛
合金、アルミニウム合金等を挙げることができる。

【００２１】また、上記の超砥粒砥石の製造方法として
は、上記台金１の外周面にペースト状ロウ材ｂを塗布
し、そのロウ材ｂ層内に超砥粒ａを均一となるように規
則配列し、その後、加熱処理して前記ロウ材ｂを溶融
し、その溶融ロウ材ｂにより、超砥粒ａを前記台金１に
ロウ接する方法を採用する。

【００２２】ここで、ペーストは、一般に、ロウ材ｂの
粉末をバインダーで練ったものであり、ある程度の粘性
を有するため、超砥粒ａをセッティングすることも容易
であり、そのセッティングは、手によっても、機械によ
ってもよい。また、加熱温度は、ロウ材ｂによって異な
り、真空又は不活性雰囲気において、９００〜１０００
℃程度とする。

【００２３】なお、ロウ材ｂとしては、Ａｇ−Ｃｕ系が
好ましいが、更に少量のＴｉを含有したロウ材は特にダ
イヤモンド砥粒の表面を良くぬらすので、より好まし
い。また、そのロウ材ｂに混入する硬質粒子の種類は、
ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、ＳｉＣ砥粒、Ａｌ₂ Ｏ
₃ 等の酸化物粒子、ＷＣ等の炭化物粒子のいずれか一種
類か又は２種類以上を適宜に選択して採用する。その平
均粒径は、超砥粒の平均粒径の３０％以下とすることが
好ましい。３０％を越えると、ロウ材の結合力の低下を
招くからである。また、硬質粒子のロウ材に対する含有
率は、５ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％とすることが好まし
い。５ｖｏｌ％未満では、含有させた効果が十分に得ら
れず、５０ｖｏｌ％を越えると、ロウ材の結合力の低下
を招くからである。

【００２４】

【実施例】図１、図２に示すように、直径Ｄ：１００
ｍ、厚さ（幅）Ｔ：１５ｍｍ、取付穴径Ｈ：２０ｍｍの
鋼製台金１の外周面に、ダイヤモンド砥粒ａ（♯５０、
平均粒径ｄ：０．３ｍｍ）を、図３（ａ）において、Ｐ
＝２ｍｍ、θ＝６０度にて銀ロウｂ付で一層だけ固着し
た。この場合において、チップポケットｃの体積は超砥
粒ａの体積のおよそ８倍になるようロウ材ｂ層厚みｌを
設定した。その固着方法は、まず、台金１の外周面にペ
ースト状のロウ材ｂを塗布し、そのロウ材ｂ層にダイヤ
モンド砥粒ａをハンドセットにより規則的に配列した。
これを全面にわたって行った後、約１０００度に加熱し
てロウ材ｂを溶融させダイヤモンド砥粒ａを台金１に固
着し、超砥粒砥石を製作した。

【００２５】この超砥粒砥石において、プラスチック眼
鏡レンズ素材として良く用いられるポリカーボネイトＷ
を下記の条件で、図１に示すように研削テストした。

【００２６】工作物寸法：Φ５０ｍｍ 工作物材質：ポリカーボネイト 砥石周速度：１３００ｍ／ｍｉｎ 研 削 液：ＪＩＳ Ｗ２ ２％水溶液
。

【００２７】上記の研削テストの結果、超砥粒砥石の目
づまり発生はまったくなく、良好な切れ味が長時間にわ
たって持続し、高能率な研削加工が可能であった。

【００２８】一方、実施例のＰだけを変更して、チップ
ポケットｃの体積が小さい場合の影響を調査した。ここ
では、Ｐ＝１ｍｍとし、チップポケットｃの体積は超砥
粒ａの体積のおよそ１倍になるようロウ材層厚みｌを設
定した。研削テストを上記条件で行ったところ、研削を
開始後、すぐに目づまりが発生し、研削抵抗の上昇が認
められた。

【００２９】また、実施例のＰだけを変更して、チップ
ポケットｃの体積が大きい場合の影響を調査した。ここ
では、Ｐ＝３ｍｍとし、チップポケットｃの体積は超砥
粒の体積のおよそ２２倍になるようロウ材厚みｌを設定
した。同じく研削テストを上記条件で行ったところ、研
削開始時からロウ材層に直接工作物Ｗが接触する傾向が
あり、研削加工を続けることができなかった。また、切
れ味は実施例に比較し、かなり劣ることが認められた。

【００３０】以上の結果から、チップポケットｃの体積
は、小さすぎると目づまりが発生し、大きすぎると、ロ
ウ材層と工作物が接触することがわかった。これによ
り、チップポケットｃの体積は超砥粒ａの体積のおよそ
２〜２０倍であることが好ましいといえる。

【００３１】さらに、直径Ｄ：１５０ｍｍ、厚さＴ：１
０ｍｍ、取付穴径Ｈ：３１．７ｍｍの電着砥石を製作
し、その電着砥石と実施例の下記表１の条件下における
切込み速度（ｍｍ／ｍｉｎ）と負荷電流（Ａ）の関係を
図５に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】以上の結果から、実施例が従来例に比べ
て、各種の点で優れていることが理解できる。

【００３４】なお、実施例は、台金１が円盤状であった
が、カップ状などの他の台金形状の砥石でも、この発明
を採用し得ることは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】この発明は、以上の説明から理解できる
ように、大量の切り粉が発生する、又は目づまりしやす
い材料の研削を高能率で行い得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の斜視図

【図２】同実施例の要部拡大平面図

【図３】超砥粒の配置図

【図４】超砥粒のロウ付け模式図

【図５】切り込み速度と負荷電流の関係図

【図６】従来例の要部拡大平面図

【符号の説明】

ａ 超砥粒 ｂ ロウ材 ｃ チップポケット １ 台金

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台金１の外周面に、超砥粒ａを、ロウ材
   ｂ又は硬質粒子を含むロウ材ｂにより一層だけ固着させ
   た超砥粒砥石であって、 上記超砥粒ａの平均粒径Ｌが１００μｍ〜１０００μｍ
   であり、かつ、各超砥粒ａは均一に規則配列されている
   ことを特徴とする超砥粒砥石。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超砥粒砥石において、上
   記超砥粒ａの規則配列は、超砥粒ａを等間隔に配置した
   列を、砥石の回転方向に対し傾けるとともに、隣接する
   一方の列の超砥粒ａが他方の列の隣接する超砥粒ａの中
   間にあって、その３個の超砥粒ａが正三角形をなすよう
   になっており、上記ロウ材ｂ層の最大厚みｌは上記超砥
   粒ａの平均粒径Ｌの２５〜５０％であり、かつチップポ
   ケットｃの体積が超砥粒ａの体積の２〜２０倍であるこ
   とを特徴とする超砥粒砥石。
3. 【請求項３】 上記ロウ材ｂ層の表面にニッケルメッ
   キ、クロムメッキなどの硬質被覆を施したことを特徴と
   する請求項１又は２に記載の超砥粒砥石。
4. 【請求項４】 樹脂、ゴム又はこれらを主成分とする複
   合材料、非鉄金属材料の研削加工に用いるものであるこ
   とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の
   超砥粒砥石。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の
   超砥粒砥石の製造方法であって、 上記台金１の外周面にペースト状ロウ材ｂを塗布し、そ
   のロウ材層内に超砥粒ａを均一に規則配列し、その後、
   加熱処理して前記ロウ材ｂを溶融し、その溶融ロウ材ｂ
   により、超砥粒ａを前記台金１にロウ接することを特徴
   とする超砥粒砥石の製造方法。