JPS5834431B2 - 複合砥石およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、研削面にダイヤモンド砥粒もしくはボラゾ
ン砥粒の層が形＃Ｃされている複合砥石と、その製造方
法とに関するものである。

ところで、ダイヤモンド砥粒もしくはボラゾンと称され
る立方晶系窒化ホウ素（略称ＣＢＮ）の砥粒な用いたビ
） ＩＪソファド砥石は、それら砥粒の高価なるが故に
、砥石全体を同一組成とすることは得策でない。

そこで従来に於てば、上記いずれかの砥粒が台筐れた砥
粒層を、適当な金属製砥石母体の研削面となる面へ接合
せしめて、所要のダイヤモンド砥石もしくはボラゾン砥
石とすることが、よく行なわれている。

かかる構造の砥石には、代表的なものが２種あり、その
第１は、上記の砥粒層を、アルミニウム系金属からなる
母体へ有機質接合剤を用いて接合したもの、その第２は
、同じく上記の砥粒層を、ニッケル・コバルト鋼などの
ような鉄系金属からなる母体へ、比較的低融点の無機質
接合剤を用いて接合したものである。

然し乍ら上記第１の例では、接合された砥粒層の厚さが
小であるとき、或は研削加工に使用して小となったとき
、研削熱や研削圧の影響により有機質接合剤が劣化して
、砥粒層の剥離飛散を招き易い危険性があり、然も該接
合剤の弾性に起因して研削面の剛性が低く、且つアルミ
ニウム系金属からなる母体の上記研削熱による膨張量が
犬なるため、研削加工の際に加工時間を長くとっても高
度の加工精度を得がたい、とＸ、−′ｉような欠点がみ
られる。

また上記第２の例では、砥石直径が犬となるに従い、母
体へ砥粒層を接合する際の、加熱及び冷却時にふ・ける
それら両者間での膨張差及び収縮差に、無機質接合剤が
なじみ難くなるため、砥粒層に亀裂を生ぜしめ、或は該
層と母体との間に部分的な剥離を生ぜしめて、不良品を
発生すせることが多くなり、然も母体を形成する鉄系金
属の比重が大きく、従って母体重量が犬となるため、研
削加工時の回転に振動を誘発し易くて、高度の加工精度
や良好な仕上げ面を得がたい、といったような欠点がみ
られる。

更に上記の両側では、研削加工に用いて砥粒層が消耗し
たとき、残る母体を他へ転用する途がないため、該母体
を無駄に廃棄せねばならない欠点もみられる。

そこで本発明は、上記した従来の問題点が悉く改善され
ているような複合砥石と、この砥石を得るに好適な製造
方法とを提供せんとするものである。

即ち本発明の第１は、ダイヤモンド砥粒もしくはボラゾ
ン砥粒を含む砥粒層が母体の研削面へ接合されている複
合砥石に関し、上記砥粒層の母体への接合強度を高め、
且つ加工仕上げ面の良好な精度良い研削加工を可能にし
、更に砥粒層が消耗した後における残った母体の他５の
転用を可能にすることを目的として、炭化ケイ素砥粒も
しくは酸化アルミニウム砥粒な用いた普通のビトリファ
イド砥石が母体に使用され、これの研削面へ、ダイヤモ
ンド砥粒もしくはボラゾン砥粒を含むビトリファイド結
合の砥粒層が形成されていることを特徴とするものであ
る。

かかる本発明の複合砥石では、母体に用いる普通砥石と
、これの研削面へ形成するダイヤモンドもしくはボラゾ
ン砥粒層とが、共にビトリファイド結合剤を用いて焼成
固化されるものであるため、製造に際しては、それら両
者を同時に成形焼成し且つ接合一体化することが可能で
あり、筐た斯くすれば、製造工程の簡略化も図り得て都
合が良い。

然し乍ら、このような同時成形では、母体構成材料と砥
粒層構成材料との間の境界を、成形時に於て正確に規制
し難いため、均一厚さの砥粒層を得がたく、従って該層
の厚さが薄いもの或いは巾広いものであるときは、不良
品の発生率が高くなる。

よって本発明の第２は、かかる複合砥石の製造方法に関
し、砥粒層の厚さが均一であるような複合砥石の製造を
容易ならしめることを目的として、まず母体となる普通
のビトリファイド砥石を所定形状に成形し焼成した後、
これの研削面へ所要の砥粒層を成形して、母体ｏｇ或湿
温度りも低い温度で焼成するようにしたことを特徴とす
るものである。

以下これを図面に示す実施例について詳述する。

筐ず第１〜３図に於て、１は複合砥石の母体で、中心に
回転軸への取付は孔２を有し、３は上記母体１の研削面
に設けられた砥粒層である。

然して第１，２図の各図■に示された実施例は、ディス
ク形砥石に関するものであり、従って砥粒層３ば、ディ
スク形に形成された母体１の外周面へ備えしめられてい
るが、該両図の各図■に示された実施例は、カップ形砥
石に関するものであり、従つ“Ｃ砥粒層３ぽ、カップ形
に形成された母体１の周縁端面へ備えしめられている。

いずれにしても第３図に示す如く、上記各実施例の母体
１ば、炭化ケイ素モしくは酸化アルミニウムからなる硬
質の砥粒１ａを、ビトリファイド結合剤１ｂで、焼結法
により結合せしめて形成され、また砥粒層３ば、ダイヤ
モンドもしくはボラゾンからなる超硬質の砥粒３ａを、
同じくビトリファイド結合剤３ｂで、焼結法により結合
せしめて形威すれている。

なお、この第３図には、母体１及び砥粒層３のいずれに
も気孔が明示されていないが、実際には、そのいずれに
も細かい気孔が多数存在四しナ２ているものとする。

従って母体１と砥粒層３とば、双方が同質のビトリファ
イド結合剤１ｂ、３ｂを使用していること、母体１が焼
結体の常として上記のような気孔質であり表面に無数の
微細な凹凸を有すること、その凹凸を有する面に砥粒層
３のビトリファイド結合剤３ｂが入り込んでいること、
等を要因として、強固に接合一体化されている。

なお図例の母体１は、取付は孔２の周辺部分１か、合成
樹脂系接着剤の含浸硬化によって補強されているものと
し、捷たその取付孔２には、アルミニウム等の金属から
なる補強リングが、必要に応じて挿着されるものとする
。

次に第４図は、前記した母体１に対する砥粒層３の成形
工程を示すものであって、図Ｉにはディスク形砥石につ
いてのそれが、筐た図■にはカップ形砥石についてのそ
れが、夫々示されている。

この第４図に於て、１１は適当な基板、１２ばその基板
に置かれた環状の外型、１３．１４はその外型内へ嵌め
込筐れた上型及び下型である。

然してディスク形を対象とする図■では、外型１２の内
径は母体１の外径よりも砥粒層３の厚さに相当する分だ
け犬とされ、また上型１３及び下型１４ぽその母体１と
外径が等しく且つ該母体の両面へ夫夫合致でしめ得るよ
うな形状とされている。

これに対してカップ形を対象とする図■でば、外型１２
の内径は母体１の外径に等しくされ、また上型１３及び
下型１４ばその母体１の両面へ夫々合致せしめ得るよう
な形状をもち、且つ上型１３の外径は母体１の研削面内
径に等しく、下型１４の外径は母体１の外径に等しくさ
れている。

１５ぽ外型１２と上型１３との間へ嵌め込１れる環状の
押型であって、これの半径方向中ば、図■では砥粒層３
の厚さに等しく図■では該層の半径方向中に等しくされ
ている。

なか図トに卦ける１６は押型１５に対応する環状の受型
で、砥粒層３の厚さに等しい半径方向中を有して、外型
１２と下型１４との間へ嵌め込１れてかり、１１はディ
スク形の母体１及び上下両型１３，１４を外型１２内で
位置決めするための中心軸であって、基板１１上に起立
さぐられている。

またこの図■に於てディスク形母体１に対し形成される
砥粒層３の、中心軸１７に平行な方向への寸法は、成形
時の該層に同方向への寸法不足もしくは母体ｉＶｃ対す
る位置のずれが生じる虞れある場合には後に所定寸法會
で修正仕上げされることを条件に、母体１の周辺部の厚
さ、従って前記第２図Ｉに示す砥粒層３の同寸法よりも
犬となるよう設定されているものとし、このため押型１
５と受型１６との間の成形完了時にかける間隔は、上記
の設定寸法を実現するように定められているものとする
。

なお、上記第４図１に於て、砥粒層３の中心軸方向への
寸法不足が懸念されず、同方向への位置のずれだけが僅
かに生じる虞れある場合には、反対に°第５図に示す如
く、後に所定の形状！で仕上げられることを条件に、周
辺部の厚さが所定寸法より犬とされたディスク形母体１
を用意して、上型１３及び下型１４を該母体の両口へ夫
々合致さぞ得る形状となし、押型１５と受型１６との間
の成形完了時にかける間隔は、砥粒層３についての中心
軸方向への所定寸法に等しぐなるよう定めてかいても良
い。

然して前記した第１〜３図に示す複合砥石は、次のよう
にして製造される。

筐ず炭化ケイ素砥粒もしくは酸化アル□ニウム砥粒と適
当なビトリファイド結合剤とをよく混合した後、その混
合物を適当な成形型内へ入れて、１００〜３００ Ｋｇ
／ｃｔｒ１２の圧力で冷間成形−乾燥すせる。

次いでこれを、炭化ケイ素砥粒が使用されたものは約１
４００℃酸化アルミニウム砥粒が使用されたものは約１
３００℃の温度下で、５〜１０時間焼成し、徐冷すると
、母体１となるべき普通のビトリファイド砥石が得られ
る。

かかる母体１の製造方法自体は、従来公知であり、筐た
得られた母体砥石の組成ぼ、容積比で、砥粒４５〜５５
饅、結合剤１５〜２５％、気孔率２５〜３５係となって
いる。

このようにして用意された母体１ぼ、次に第４図工もし
くｉｍｔたは第５図の如く、外型１２内の下型１４上へ
載ぞら札上型１３との間に挾１れる。

これと併行して他方では、砥粒層３を構成する材料、即
ちダイヤモンド砥粒もしくはボラゾン砥粒と適当なビト
リファイド結合剤とが、よく混合して用意される。

この場合に使用される砥粒ば、母体１に使用されている
砥粒の種類に応じて選択されるものとし、例えば炭化ケ
イ素砥粒を使用した母体にはダイヤモンド砥粒もしくは
ボラゾン砥粒が、酸化アルミニウム砥粒を使用した母体
Ｉｃはダイヤモンド砥粒が適当である。

かかる砥粒層構成材料としての混合物は、第４図工及び
第５図の例では母体１の研削面と外型１２の内周面及び
受型１６の上面とで囲まれた空間内へ、また第４図■の
例でぽ母体１の研削面と外型１２の内周面及び上型１３
の外周面とで四重れた空間内へ所要量だけ流し込筐れた
後、押型１５の下面で１００〜２００Ｋｙ／ｌｙｒ？−
の圧力を加えて予備酸形され、更に２５０〜３５０％の
圧力を加え乍ら母体１の焼成温度よりは低い温度、例え
ばダイヤモンド砥粒を用いた場合には８００〜９００℃
ボラゾン砥粒を田いた場合には９００〜１１００℃の温
度下で、不活性ガス雰囲気のもとに３０〜６０分間焼成
され、且つ徐令される。

このようにすると、母体１の研削面には、ダイヤモンド
砥粒もしくはボラゾン砥粒を含む所望の砥粒層３が形成
され、第１，２図に示すような複合砥石が得られる。

この砥粒層３の組成ば、例えば容積比で、砥粒２０〜３
０％に対して結合剤６０〜７０多、気孔率５〜１５多と
され、母体１に比べると緻密な構造になっている。

またこの砥粒層３ば、母体１に使用されているのと同質
のビトリファイド結合剤を用いているため、成形焼成時
に於て、その母体１とよくなじみ、然も気孔質である該
母体表面の微細な凹凸へ、そのビ）ＩＪソファド結合剤
を充分に入り込寸せている。

従ってとの砥粒層３ば、母体１に対して強力に接合され
、完全に一体化されている。

更にこの砥粒層３ば、予め用意された母体１の研削面に
形成されるものであるため、成形焼成時における厚さの
規制が確実に行なわれ、従って均一な厚さに形成されて
いる。

なｐディスク形母体１についての砥粒層３が、前記した
ような成形時に生じる虞れのある不都合、即ち中心線に
平行な方向への寸法不足や母体１との間での位置のずれ
を懸念して、同方向に対し、第４図工に示す如く、該母
体の周辺部の厚さよりも大なる寸法に成形焼成される場
合には、この焼成工程の後、第２図工に示す如く、母体
１の周辺部の厚さに等しい所定寸法１で修正仕上げされ
るものとし、普た反対に第５図に示す如く、砥粒層３は
所定寸法に成形焼成されるが、母体１には周辺部の厚さ
を所定寸法より犬としたものが用意される場合には、上
記の焼成工程後に於て、該母体の周辺部が、焼成された
砥粒層３を基準にして、第２図工に示す所定の形状まで
仕上げられるものとする。

以上の如く、本発明に係る複合砥石は、炭化ケイ素砥粒
もしくは酸化アルミニウム砥粒を用いたビ） ＩＪソフ
ァド結合の砥石が母体とされ、これの研削口に、ダイヤ
モンド砥粒もしくはボラゾン砥粒を用いたビ） ＩＪソ
ファド結合の砥粒層が、直接一体的に形成されているの
で、砥粒層の母体に対する接合強度が非常に高くて、研
削加工時の研削熱や研削圧に影響されることが少なく、
使用中に釦ける砥粒層の剥離飛散をよく予防し得て、安
全性が高く且つ耐久性大なる利点を有する。

また本発明に係る複合砥石は、母体及び砥粒層の剛性が
共に高くて、両者間に弾力性ある他物を介在さぞておら
ず、然もその母体が、従来の金属製母体に比べて熱膨張
し難く、且つ軽量で回転時の振動を誘発し難いため、研
削加工に用いて高度の加工精度と良好な仕上げ面とが容
易に得られる利点を有する。

更に普た、本発明に係る複合砥石には、普通の砥石を母
体に使用しているため、ダイヤモンド砥粒もしくはボラ
ゾン砥粒を含んだ砥粒層が消耗しても、その母体を引き
続き普通砥石として転用でき、従って従来の金属製母体
を使用したものに比べ、無駄がない利点もある。

一万、本発明に係る製造方法は、予め所定形状に成形焼
成されたビトリファイド結合の普通砥石を用意し、これ
を母体として、その研削面へ、ダイヤモンド砥粒もしく
はボラゾン砥粒を含むビトリファイド結合の砥粒層を直
接的に成形焼成ぞしめるものであるから、砥粒層の厚さ
を正確に規定し得て、砥粒層の母体に対する接合強度が
高く且つ寸法精度の良い複合砥石を、容易に製造するこ
とができ、然もその砥粒層が母体と同質であって前者の
焼成温度が後者のそれよりも低いため、該前者の焼成時
及び徐冷時における両者間での膨張差及び収縮差を僅か
に留め得て、砥粒層に亀裂が生じ或は母体との間に部分
的な剥離が生じるという不良事態を回避し乍ら、前記の
ようにすぐれた複合砥石を歩留りよく製造し得る利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ｉ、ＩＩは本発明に係る複合砥石の各実施例を示
した平面図、第２図Ｉ、ＩＩは第１図Ｉ、ＩＩのＩ −
Ｉ線及びＩＩ−ＩＩ線よりみた夫々の断佃図、第３図は
第２図工の一部分を示す拡大図、第４図Ｉ、ＩＩ及び第
５図は本発明に係る製造方法の各実施例を示した断所図
である。 １・−・・・・母体、３・・・・・・砥粒層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化ケイ素砥粒もしくは酸化アルミニウム砥粒をビ
   トリファイド結合してなる砥石が母体として使用され、
   この母体の研削面へ、ダイヤモンド砥粒もしくはボラゾ
   ン砥粒をビトリファイド結合してなる砥粒層が、一体的
   に形ＦＲされていることを特徴とする複合砥石。 ２ 炭化ケイ素砥粒もしくは酸化アルミニウム砥粒をビ
   トリファイド結合してなる所定形状の砥石が、母体とし
   て予め用意され、この母体の研削面へ、ダイヤモンド砥
   粒もしくはボラゾン砥粒をビトリファイド結合してなる
   砥粒層が、上記母体の焼成温度よりは低い温度で、直接
   的に成形焼成されることを特徴とする複合砥石の製造方
   法。