JPS59182064A - 連続多気孔メタルボンド砥石及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明（ｄ、連続多気孔メタルボンド砥石及びその製造
方法、さらに詳しくいえば、気孔率５０係以上でかつ多
数の連続した気孔を有する、研削性能の筺れたメタルボ
ンド砥石、及び溶剤可溶性無機化合物の焼ボー１体を用
いて、前記の連続多気孔メタルボンド砥石を・製造する
方法に関するものである。

通常、各種工作物の研削加工に用いられている砥石−２
結合削と砥粒と多数の連続した気孔とから構成されてお
り、該結合剤の種頌によって、例えばメタルボンド砥石
、ビトリファイドボント砥石、／リケードボンド砥石、
レジノイドボンド砥石、／エラツクホント砥石、ラバボ
ンド砥石などの種頭がある。

これらの砥石の中でメタルボンド砥石は、超低オ＼゛ｌ
を用いて強力な（Ｏｒ削を行う」場合に必要な（憂れた
砥粒保持力を有１〜でいる利点があるものの、従来用い
られているメタルボンド砥石においては、研削時に切ぐ
ずの逃げ場所となりつるような大きさの気孔を有してい
ないだめに、切削屑の逃げ場所は、結合剤のメタルボン
ドから突出している砥粒切れ刃によって生じる結合剤と
工作物との間の微少な隙間及び表面の・砥粒の脱落しだ
跡であって、極めて小さい。

したがって、従来のメタルボンド砥石においては、切ぐ
ずの排出が悪くて目つ寸すしやすいだめに、研削抵抗が
大きく、いわゆる切れ味か悪くて発熱が犬きくなり、仕
上げ面が不良となりやすく、寸だ切込みを増したり、砥
石と工作物との接触面積を犬きくして高能率研削を行う
ことが極めて裏１ましいなどの欠点がある。さらに、切
ぐずの逃げ場所を作るためには、砥粒がかなり脱落しや
すいように砥石を作らねばならず、この場合は前記の優
れた砥粒保持力を有している利点を十分に発揮しえない
。

最近、特殊焼結法によって砥石表１ｆ＋’ｉにｑ：’Ｊ
　３０係（面積割合）程度の気孔を有する多気孔メタル
ボット砥石が開発されている。しかしながら、この多気
孔メタルボンド砥石においては、気孔は砥石表面だけの
不連続気孔であり、しかも気孔率は約３０係てあ１り大
きくはなく、研削性能に関して必すしも／］１〜足しつ
るものでは々い。

本発明者らは、このような事情に鑑み、研削抵抗が小さ
くて切れ味がよいだめに、発熱が少なく、良好な研削仕
上は面を得ることができ、かつ鳥油４′＜１バ削を行い
つる多数の連続した気孔を有するメタルボンｌ−砥石を
得るべく鋭意研究を重ねた結果、まず適当な溶剤で溶解
する無機化合物の、焼結体を作成したのち、該焼結体の
空隙内に砥粒を充てん（７である温度範囲に予熱し、次
いでこの砥粒光てん焼結体の空隙内に金属又は合金の溶
湯を圧入し、凝固させたのち、無機化合物を射角イ除去
させることに」＝つて得られたメタルボンド砥石は、多
数の連続した気孔を５０係以」二有していて、その目的
を達成１〜うろことを見出し、との創見に基づ；ハて本
発明を完成するに至った。

すなわち、本発明ば、基地が通常の金属結晶粒網目構造
とトポロジー的に同相の網目組織を尚成し、かつ５０チ
以上の連続気孔を有することを特徴とする連続多気孔メ
タルボンド砥石、及び前記）連続多気孔メタルボンド砥
石を製造するに当り、まず溶剤可溶性無機化合物を所定
の形状に焼結して成形したのち、得られた焼結体の空隙
部に砥粒を充てんして、該焼結体の融点よりも低く、か
つ式 ％式％ ０式中の’ｒｐは砥粒光てん焼結体の予熱温度（’Ｃ）
、’ｒｅは臨界予熱温度■）、ＴＥ、ＤＭ及び■→１″
はそれぞれ溶融金属又は合金の凝固点ＣＣ）、密度（り
／ａｔｌ　）及び凝固潜熱（ｃａ］、／グ）であり　ｖ
Ｐは溶剤可溶性無機化合物粒子及び砥粒から成る混合粒
子の空間を占める体積割合又は充てん率、ｘＳ及びＸ　
（）はそれぞれ該混合粒子に対する前記無機化合物粒子
及び砥粒の体積分率、Ｄ８及びＣ８はそれぞれ該無、殿
化合物粉子の密度（’　／　ａｒｔ　）及び比熱（ｃａ
」／ｆ／℃）であるＪ で表わされる温度範囲に予熱し、次いでこの砥粒光てん
焼結体の空隙部にさらに溶融した金属又は合金を圧入し
、凝固させたのち、溶剤で処理して前記１（（１，１人
化合物を溶出さぜること全特徴とする連わ′し多気孔メ
タルボンド砥石の製造方法を提供するものである。

本発明において結合剤として用いられる金属又ｉｔ合金
に１、通常メタルボンド砥石に用いられているものだけ
でなく任意に選ぶことができる。このようなものの例と
しては、鋳鉄、鉛、４１１宅鉛、スズ、アルミニウム、
金、銀、銅、ニッケル及びこれらの合金などを単げるこ
とができる。

１だ、本発明において用いられる砥粒について乞１、！
１もに制限（はなく、通常の砥石に使用されているもの
の中から任：姪に選ぶことができる。このようなものの
例どしては、結晶質の酸化アルミニラｌ、糸のもの、炭
化ケイ素系のもの、あるい（佳ＣＢＮ（＼’ＬノＪ品窒
化ケイ素）やダイヤモンドなどを挙げることかできるが
、本発明においては特にＣｌ５Ｎやダイヤモンドなとの
超砥粒が好適である。

さらに、本発明の連動“ｄ多孔質メタルボンド砥石を製
造する際に使用される溶剤可溶性無機化合物としては、
適当な溶剤例えば水、アルカリ、酸、ｆ　／ｌ／コーノ
ヘ　アセトン、ジメチルホルムアミドなどに溶解しうる
無機化合物を挙げることができるが、好ましいものは水
溶性無機塩であり、特にアルカリ金属塩又はアルカリ土
類金属塩が好適である。

次に、本発明の連続多孔質メタルボンド砥石を製造する
だめの好適な実施態様の１例を示すと、まず塩化ナトリ
ウムや塩化カリウムなどのアルカリ金属塩又は塩化バリ
ウムなどのアルカリ土類金属塩を副え解し、型に流し込
んでイノゴツトを得、このインゴットを破砕し分級して
ｌＹＪ記金属塩粒子を得る。次に使用目的に応じて所定
のサイズｆ：不する金属塩を子を所定の形状を有する而
・１熱性容器に充てん１〜、大気中で該金属塩の融へ直
下において熱処理し、金属塩の焼結体を得る。この焼結
体において−１、゛焼結前に点接触していた金属塩の各
１＜７子は面１妾触Ｖこ変化している。この場合、熱処
理時１ト１１か長ければ長いほど各粒子間の接触面積の
割合は増すが、長ずきると独立した空隙部が生成１〜始
める状態、いわゆる過焼結状態となって、以後の工程の
４ｉｌｌ；粒の充てんや溶融した金属又は合金の圧入が
困難と々るので、過焼結状態にならないようにＬ）−意
ケ安する。この過焼結状態にならないための金属塩焼結
体における空隙率の下限は１５係であり、したかつて熱
処理時間の調整によって該焼結体の空隙率を１５〜５０
％の範囲に制御する。

この熱処（ｊ１！時ｌｆＭＪ　（ｒｉｉＪ＋常数時間程
度である。

次に、このようにして得られた金属塩焼結体の空隙部に
、使用目的に応じて所定の粒度を有する砥粒を、例えば
タップ充てんなどによって充てんしたのち、得られた砥
粒光てん焼結体を金型に装てんし、電気又はカスによっ
て所定の温度に予熱し／このち、目的の然融した金属又
は合金を該砥粒光てん焼結体の空隙部に圧入する。この
場合、圧入圧力は・焼結体の空隙を流れる溶融した金属
又は合金の流動抵抗よりも大きくする必要があるが、通
常３０　ｋｇ／　ｃ７ｒｔ以上の圧力であれば十分であ
る。

また、予熱温度ＴＰは焼結体の融点よりも低く、かつ次
式（１）で示される範（ｔ１１内で選定される。

ＴＦＪ＞　Ｔｐ　＞　Ｔｃ　　　　　　−−−（１）こ
こで、Ｔｃは臨界予熱温度（℃）、ＴＥ　’ｔ　ＤＭ及
びＨＭはそれぞれ溶融金属又は合金の凝固点（Ｃ）、密
度（グ／ｃＡ　）及び凝固潜熱（ｃａ］、／ｆ／　）で
あり、ｖＰハ溶溶剤浴溶性無機化合物粒子び砥粒から成
る混合粒子の空間を占める体積割合又は充てん率、汐及
び汐はそれぞれ該混合粒子に対する前記無機化合物粒子
及び砥粒の体積分率　ＤＳ及びＣ８はそれぞ牙１該無機
化合物粒子の密度（’ｉ／　／ｃｎｌ　）及び比熱（Ｃ
？１．１／ｆ／ＣＬ　　Ｄｏ及びＣ０ばそれぞれ該砥粒
の密度（グ／ａｒｔ　）及び比熱（ｃ　ａ　１　／ｆ／
　７℃）である。

次に、このようにして得られた金属塩と砥粒と金ｊ１ヂ
又は合金とから成る複合体を水洗し、金属塩のみを溶出
して目的とする連続多気孔メタルボンド砥４Ｉを得る。

この場合、金属塩の水に対する溶Ｍ度は比較的大きいの
で、流水でも十分であるが、超音波洗浄仕上げや真空処
理仕上げを行うとさらに効果的である。

このようにして得られた本発明の連続多気孔メタルボン
ド砥石のミクロ構造の模式図を第１図に７１、す。第１
図Ｖこおいて符号１は気孔部、２は金属又に１合金基地
部、；３は砥粒である。吐た、第２図ＶＣ、＋ｌｌ＋常
の金属結晶粒網目組織の模式図を、第３図に本発明の連
続多気孔メタルボンド砥石の基地組織の模式図を示す。

第５３図において破１腺は結晶粒界組、熾を表わし７、
符号１及び２は前記と同様の意味をもつ３、 この第２図及Ｏ−第：３図から判るように、本発明の連
続多気孔メタルボンド砥石の基地は通常の金属結晶粒１
４４目構造とトポロジー的に同相の網目組織をｆ：’；
成している。

第・１図にＩＩｕ常の粉末焼結法によってイ４すられる
多気孔メタルボンド砥石の基地組織の模式図を示す。

第４図において符号４は金属又は合金基地部、５は気孔
部である。第３図及び第４図から分るように、本発明の
連続多気孔メタルボンド砥石においては、通常の多気孔
メタルボンド砥石における基地と空隙部を入れ替えた構
造になっており、このことば本発明品が５０％以上の高
い気孔率を有する理由でもある。

本発明の連続多気孔メタルボンド砥石においては、多数
の連続した気孔が表面だけでなく内部にも三次元的に一
様に分布し、その気孔率は５０φ以ヒと従来品に比べて
極めて高いため、研削時の切ぐずの排出や研削液の受入
が良好であり、（７たがって研削抵抗が小さくて切れ味
が良く、発熱が少なくて研削仕旧げ而が良好となり、そ
の上りυ込みを大きくすることや砥石と工作物との接触
１ｆｉｊ、ｆ’Ｊｉを犬さくすることができるので、高
能率研削を行いうるなどの利点を有している。

さらに、本発明；ｄダイヤモンドやＣＢ　Ｎなどの超砥
粒を用いた砥石を得るのて適している。ずなわち、強力
な（υ［削が可能な超砥粒の性能を十分に発ｉ１＋させ
、しかも高価な砥粒を有効に利用するためには、基本的
に砥粒率は低めてすること、結合剤は砥粒保持力の強い
メタルボンドとし、それを必要最小限に用いること、気
孔率は太きぐすることなとか９！ましいと考えられる。

本発明においては、ダイヤモンドやＣＢＮなどの超砥粒
の砥粒率が１０〜２０％、気孔率が５０％以−１−の連
続多気孔メタルポ゛７　ト（ｉｆ！：６をイ号ることか
でき、このものｕ　ｎｌｌ　’を己の条件を（］ｊ４足
させ、罹めて優れた研削ｔ’、ＩＥ能を有している。

寸／ζ、本発明においては、従来の粉末焼結法において
ｋよ結合剤として用いることのできなかった一ノ′ルミ
系金属を使用しうるという利点もある。

次に実１ａ　＋＋１１によって本発明をさらに詳刹１に
説明する。

実施例 ’Ａ’ｉｊ、ｉ￥、　ＩＨ＋０〜１４］Ｏｐｍの塩化す
ｌ・リウム粒子をノ！”！　＋谷ｄ：＞　ＬＣ充てんし
、９５０℃で３時間大気中で熱処哩して、縦５０　ｍｍ
、十黄１０■、厚さ５ｍ＋１１のわん曲した角板状の塩
焼給体を作成した。

次いでこの焼結体の空隙部に、ニッケルコーティングさ
れた粒径１４９〜１７７μｍのＣＢＮ砥粒をタップ充て
んして塩化ナトリウム粒子と砥粒から成る砥粒光てん焼
結体を得、金型内にセットした。次いでこの砥粒光てん
：ｌＡ結体を７１０℃に予熱したのち、この空隙部に溶
融強力黄銅（ＪＩＳ、　ＨＢＳＣ３相当）を圧入し、黄
銅−塩粒子−〇ＢＮ砥粒から成る３元複合体を得た。こ
のようにして得られた３元複合体を超音波水洗すること
により、黄銅基地に連続気孔と砥粒の分散した多気孔メ
タルボンド砥石体が得られた。このものの気孔率は６４
％、砥粒率は約２０％であった。

この砥石体を整形し、アルミ合金製ホイールの外周に接
着して外径：３００　ｍｍ　、砥石層幅１０ｍｍの砥石
を製造した。

このようにして試作した多気孔メタルボンド砥石と従来
の砥石との研削性能を比絞するために、ＣＢＮ砥石の適
用性が良いといわれている合金工具鋼（ＳＫＤＩＩ）を
作物として研削機、研削比、研削力、研削面あらさを調
−・る研削実験を行った。

比較ｊ−るために用いる従来の砥石としては、従来の７
クルボン１−ＣＢｌ＝１砥石は目つ甘すしやすくて切れ
味が悪く、実用にならないために特殊な用途に１７か使
われず、一般には砥粒保持力がメタルボンドより低いが
研削性能か良いといわれているレジノイトボントが使わ
れているので、レノノイドボ／トＣＢ↑９砥石（ＣＢＮ
　８０　Ｎ　７５　Ｂ、外径３００ｍｍ）を用い、前記
の試作した多気孔メタルホント砥イ」との比較実験を次
に示すような条件で行った。

実験条件 研削量　：横り１ｑｌｌ　ｒＩＪテーブル型平面研削盤
、３．７　ＫＶ／研削研削力士［ｎ１ブランジ力ノト 工作物　　合金工具鋼ＳＫＤ　１１焼入焼戻しＨＲ□、
６２幅５．０ｍ＋＋＋、長さ４５０ｍｍ（１５０ｍｍ　
３個）研削条件　砥石周速度　１６００　ｍ／ｍｉｎテ
ーブル速度　１０．５　ｍ／ｍ１ｎ ＩＪｊム−’％　　　　　　０．０１〜０．０８ｍｎ（
０［副液　　　ノリニブル３０％液 ドレノ／ング、グリッドドレッサーによるツルーイング
後軟鋼の研削 ぞの結果、時間当りの研削量：を犬さくするために、切
込みを増大させると、第５図１／こ示ずように従来の砥
石では切込みが・１０〜５０ｔ１ｍのときにζ）′８−
位砥行幅当りの累積研削計２０〜２５　Ｘ　１．０２ｍ
Ａ、７ｍｍで砥石面の目つまりが多くなり研削不能とな
ったが、本発明の多気孔メタルボンド砥石では切込みが
８０μｍで累債研削敏３００　Ｘ　１０２ｍ膚／　ｍｍ
　ｌで至っても正常な研削が可能であった。

丑だ、研削比（研削量／砥石摩耗量、容積比）は第５図
に示すように本発明の砥石は従来の砥石に比べて４〜１
０倍の高い値を示した。

この、第５図において縦軸は研削比、横軸は切込み（ｍ
ｍ　）であり、実線は本発明の多気孔メタルボンドＣＢ
Ｎ砥石の場合、破７腺は従来のｃ＋ａ＋ｉ砥石の場合で
ある。

研削動力については第６図に示ｊ−よって、本発明の砥
石は従来の砥石に比べて１５〜３０楚桿ｊ皮［取下する
ことがみられた。この第６図において縦軸は重味研削動
力（ＫＷ）、横軸−：切込み（ｍ、）を表わし、実線は
本発明の多気孔メタルボンｔ’　ＣＢＮ砥イ５の場合、
破線−従来のＣＢＮ砥石の場合である。

また、研削面あらさについては、両砥石ともスパークア
ウト２回で、最大ちらさ２〜４μｍであって、はとんど
同じであった。

これらの結果から明らかなように、本発明の砥石なま切
くずの排出が良いために研削動力が低下して切れ味が良
く、砥石の摩耗も少なく、切込みを犬きくして高能率佃
削を行うことができ、その上砥石の寿命が長いなどの利
点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図（は本発明の連続多気孔メタルボンド砥石のミク
ロ構造の模式図、第２図１は１１道常の◇属結晶粒網１
４組織の模式図、第：３図）偉本発明の連続多気孔メタ
ルボンド砥石の基地組織の１ｂ′す弐図、第４図は通常
の粉末焼結法によって得られる多気孔メタルボンド砥石
の基地組織の模式図であって、図中符号１は気孔部、２
は金属又は合金基１１層〜１〜．３は砥粒、４は金叫又
は合金基地）ｌ限　５は気孔部である。 また、第５図及び第６図は、それぞれ実施例〉こおける
切みみとイσ■削比、及び切込みと正味イυｆ削動力と
の関係を表わすグラフである。 特許出願人　　工業技術院長　石板誠−復代理人　阿　
形　　　明 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 」 、２５よ。１０、　０ 第６図 寸男込み（ｍｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　基地が通常の金属結晶粒網目構造とトポロジー的に
   同相の網目組織を構成し、かつ５０％以上の連続気孔を
   有することを特徴とする連続多気孔メタルボンド砥石。 ２　基地が通常の金属結晶粒網目構造とトポロジー的に
   同相の網目組織を構成し、かつ５０係以上の連続気孔を
   有する連続多気孔メタルボンド砥石を製造するに当り、
   丑ず溶剤υ工溶性無機化合物を所定の形状に焼結して成
   形したのち、？Ｕられた焼結体の空隙部に砥粒を充てん
   して、該焼結体の融点よりも低く、かつ式 ％式％ 〔式中の’ｒｐは砥粒光てん焼結体の予熱温ｌｆ（℃）
   、’ｒｅは臨界予熱温度（ｃ）、ＴＥ％　　ＤＭ及びＩ
   ぜばそれぞれ溶融金属又は合金の凝固点■）、密度（７
   ／ｃｔｒｌ　）及び凝固潜熱（ｃａｂ　／　９　）であ
   り、■Ｐは溶剤可溶性無機化合物粒子及び砥粒から成る
   混合粒子の空間を占める体積割合又は充てん率、ＸＳ及
   びＸＧはそれぞれ該混合粒子（で対する前記無機化合物
   粒子及び砥粒の体積分率、ＤＳ及びＯ８はそれぞれ該無
   機化合物粒子の密度（ｆ／ＣＪ　）及び比熱（ｃａｌ／
   　ｉｉ’　７℃）、ＤＧ及びＣＧはそれぞれ該砥粒の密
   度（ｆ／ｃｄ）及び比熱（ｃａミコ／９フ）である〕 で表わされる温度範囲に予熱し、次いでとの砥粒光てん
   焼結体の空隙部にさらに溶融した金属又は合金を圧入し
   、凝固させたのち、溶剤で処理して前記無機化合物を溶
   出させることを４？　８９とする連続多気孔メタルボン
   ド砥石の製造方法。 ３　溶剤可溶性無機化合物が水溶１生無機塩である特許
   請求の範囲、第２項記載の方法。 ４　水溶性無機塩がアルカリ金属塩又はブルカリ上却金
   属塩である特許請求の化１１−１］第、３項記載の方法
   。