JPS6263065A - ビトリフアイド砥石用結合剤および超仕上げ砥石 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はビトリファイド砥石用結合剤およびこの結合
剤を用いた超仕上げ砥石に関するものである。

〔従来の技術〕

立方晶窒化硼素（以下これをＣＢＮと略記する）は炭化
珪素質または酸化アルミニウム質低粒の約２倍の硬さを
もち、強靭で砕かれに＜＜、研削加工の際鋼材用に広く
利用されようとしていることはよく知られている。一方
、定圧切込みによる超仕上げ加工の分野では、金属表面
の最終仕上げ用として硬くて強靭なＣＢＮ砥粒を使用す
ると、砥粒が貫入性に優れてこわれにくいことから仕上
げ面は粗くなり、またこのような欠点を改善しようとし
て細粒度砥石の選択仕様とすれば切削性が悪くなり、さ
らにこの欠点を改善しようとして細粒度、軟結合度のも
のとすれば砥石摩耗量は増加し、研削比、経済性は著し
く低下してしまう。

したがって、これら問題点を解決するため、たとえば特
公昭５７−４９３５１号公報に記載されているように砥
粒接着力の強大なことを利用し、特開昭５９−１６１２
６９号公報に記載されているような多孔性砥石とする方
策がとられているが、砥石作用面積の小さい、たとえば
８ｍｍ以下のミニチュア軸受もしくは小径軸受軌道＋’
ｆｆｉの超仕上げ加工などに対してはその効果が現われ
充分実用化されていく傾向にある。

また、特開昭５４−５１０９０号公報においでは、溶融
アルミナ質（以下Ａｌ２Ｏ３と略記する）または炭化珪
素質（以下ＳｉＣと略記する）などの一般の砥粒の平均
粒径（こ対して３０〜５５％に相当する平均粒径のＣＢ
Ｎ砥粒を一般低粒１００部に対し２．５〜８，０部の少
量、すなわちＣＢＮ低位１００部に対して普通砥粒を１
２５０〜４０００部の割合で配合することが示されてい
るが、このような砥粒をビＩ−ＩＪファイド結合剤で強
力に結合するためには、砥粒と結合剤との熱膨張係数が
近似しでいて、結合剤のそれが砥粒のそれを下回わるこ
とが基本的警こ重要であって、ビトリファイド結合剤の
熱膨張係数はＣＢＳ砥粒の３．５　Ｘ　ＩＦ６／’Ｃ１
Ａ夏２０３砥粒の（８〜９　）　ｘ　１０−６／’Ｃ１
およびＳｉＣ砥粒の（５〜６）ｘｌＯ−６／ｉ：　　な
どと関連して、それぞれ異なる複数の砥粒を単一種類の
結合剤で強固に結合させることは非常に困難である。そ
して一般に砥粒を結合するためのビトリファイド結合剤
には、結合剤成分中の主成分である珪酸５ｉＯ７分のガ
ラス化が容易となるように、８００℃付近の比較的低温
で溶融する各種融剤、たとえば硼酸Ｂ２Ｏ３、酸化鉛ｐ
ｂｏ、酸化リチウムＬｉ２Ｏ，弗素Ｆ１燐酸Ｐ２Ｏ５な
どが加えられ（特公昭５０−１３９９１号、同５０−１
３９９２号、同５１−２７２４４号、同５２−３１４７
号、同５２−９８７３号、同５４−１２９２８号、特開
昭５４−３９２９２号等参照）、さらに砥石焼成温度が
１０００℃未満の低温焼成では、これら融剤成分の含有
匿はたとえば１５〜２０重量％のようにかなり高濃度の
ものとなっている。

さらに、ＣＢＮ砥粒およびＳｉＣ砥粒はＡｌ２Ｏ３砥粒
と異なっていずれも非酸化物であるから、酸化作用によ
りＣＢＮ砥粒砥粒００℃付近から砥粒表面に酸化硼素の
被膜が生じ、砥粒焼結性を増し、砥粒強度が低下し、一
方、ＳｉＣ砥粒も１０００℃付近の高温から強固な焼結
性が現われ、主成分であるＳｉＣは急減して５ｉ０２を
生成することなどは古くからよく知られている。このよ
うな砥粒の焼結性は低粒の平均径が２０μｍ以下になる
ほど顕著であるから、微細粒のＣＢＮ砥粒やＳｉＣ砥粒
などの酸化および焼結などを防ぐためには、結合剤中の
強力な溶励剤であるアルカリ分（”２０３、Ｎａ２Ｏ，
Ｋ２ＯもしくはＬｉ２Ｏ等）を多量に含むことは好まし
くない。

〔発明が解決しようとする問題点１ 以上述べたように、特にＣＢＮ砥粒を含む異種混合砥粒
を強固な結合力で同時に結合させるうえで満足できるビ
トリファイド砥石用結合剤はなく、そのために耐摩耗性
、切削力、仕上げ面粗さ、表面性状などの仕上げ加工性
能の浸れたビトリファイド超仕上げ砥石が得られないと
いう問題点があった。

〔問題を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するために、この発明は、まず第一
に、成分組成がＳ　ｉ０２　、Ａｌ　２０３　、Ｇａｐ
。

Ｎ　ａ　２０、Ｋ２Ｏ、ＦｅＯのほかにＭｇＯ３，５〜
６．０モル％とＺｎ０　０．５〜２．５モル％とを含有
させたビトリファイド砥石用結合剤とする手段、および
第二に、このビトリファイド、砥石用結合剤によって、
砥石中の砥粒容積割合で５〜１０％ＳｉＣ砥粒またはＡ
ｌ２Ｏ３砥粒を混合したＣＢＮ砥粒を結合させた超仕上
げ砥石とする手段を採用したものである。以下にその詳
細を述べる。

まず、この発明においては、混合砥粒の酸化を防止し、
熱膨張係数を小さくし、溶融状態で結合剤の表面張力を
下げ、砥粒に対する濡れ性を増し強力な砥粒支持力が得
られる酸化物としてＭ　ｇ　ＯおよびＺｎＯに着目した
が、これら二つの酸化物は、通常の低温で溶融する融剤
を含まないで１０００℃よりも低い温度では耐火網とし
て作用し、１０００℃を越える高温では融剤として作用
する。そして、ＭｇＯが３．５〜５．Ｑ　−Ｔ：　ル９
６でＺｎＯが０．５〜２．５モル％の範囲でそれぞれ同
成分が共存したとき結合剤の熱膨張係数は低下して、焼
成による収縮は減少し、均一で強固な結合剤の微細構造
が形成される。したがって、ＣＢＳ砥粒中に緑色炭化珪
素（以下これをＧＣと略称する）を混入したときも、Ｇ
Ｃ砥粒の支持強度を劣化させることなく２種類の混合砥
粒によって仕上げ性能と研削比の大きい浸れた砥石性能
とを具備させることが可能となる。

ここでＧＣ砥粒の熱膨張係数にくらべてＣＢＮ砥粒のそ
れは約２／３と小さいので結合剤にＺｎＯを適量配合し
て溶融結合剤の粘度を下げ熱膨張係数を低下させ、焼成
を終え冷却した後の砥粒の支持力を高度に発現させるも
のであり、Ｍ　ｇ　Ｏが３．５モル％未満のときは結合
剤の融化作用が顕著でなく、６．０モル％を越える多量
では溶融時のガラス質粘度が低下し過ぎて砥粒保持力を
弱め、他方ＺｎＯが０．５モル％未満の少量では熱膨張
係数の低下に伴う安定でしかも緻密な結合剤層の砥石構
造とする効果が少なく、逆に２．５モル％を越える多量
では耐火性が顕著になって砥粒表面への融着作用が妨げ
られて好ましくないからである。Ｊつぎに、このような
ビトリファイド砥石用結合剤を用いて、ＣＢＮ砥粒とＳ
ｉＣ砥粒またはＡｌ２Ｏ３砥粒との混合砥粒を結合させ
るときは、ＣＢＮ砥粒とＳｉＣ砥粒またはＡｌ２Ｏ３低
粒との混合割合を砥石中の砥粒容積割合で５〜１０％程
度が望ましい理由は、ＳｉＣ砥粒またはＡｌ２Ｏ３砥粒
が５％未満の少量では仕上げ面粗さの改善もしくは光沢
のある鏡面仕上げの効果が期待できず、逆に１０％を越
える多量では砥石損耗量を増し切削量も低下させて仕上
げ性能を悪化させて好ましくないからである。

ここで、混合する砥粒の粒子径は、分散をよくする上か
ら小さいほどよく、また同等の径にすることが好ましい
。ＣＢＳ砥粒に比較してＳｉＣ砥粒をより小さい径のも
のとすると充填密度が上昇し、ビ）　ＩＪファイド超仕
上げ砥石固有の多孔質な砥石構造を損うことになる。ま
た逆に粗粒にしたときは、均一な砥石表面の減耗作用が
屓われて、最終仕上げ用砥石として仕上げ面粗さ、仕上
げ面性状もしくは仕上げ性能に悪影響を及ぼすことにな
る。したがって、混合する砥粒は平均粒径２０μｍ以下
で同等の粒径のものであることが望ましい。

以上述べたＣＢＮ砥粒、ＳｉＣ砥粒およびビトリファイ
ド結合剤を混合して砥石を製造する方法は、たとえば３
５重量％デキストリン水溶液のような一時的結合剤で原
料を練り合わせ、所望する砥石形状に加圧成形して乾燥
した後、窒素雰囲気下１０００〜１２００℃で焼成すれ
ばよい。ここで焼成温度を１０００〜１２００℃とする
理由は、１０００℃　よりも低温では融化が不充分であ
り、ビトリファイド結合剤としての満足のいく結合力は
得られず、一方、１２００℃を越える高温では結合剤の
溶融状の粘性は低下するものの、冷却後結合剤（砥石）
の微細構造は徂（なって砥石の機械的強度は弱くなり好
ましくないからである。

〔実施例〕

ビトリファイド結合剤組成物として第１表に示すような
２種類（試料１および試料２）を調製した。ここで、Ｃ
ＢＮ砥泣砥粒国ゼネラル・エレクトリック社！＠！：Ｇ
６で平均粒径６μｍ　（粒径４〜８μｍ）であり、Ｓｉ
Ｃ低粒はＪＩＳ−Ｒ６００１に基づ＜Ｒ２５００（平均
粒径６μｍ）のもので第１表 ある。そして、ＣＢＮ砥粒およびＳｉＣ砥粒の所定量に
対し、デキストリンの３５重社％水溶液を被覆後、ビト
リファイド結合剤組成物を添加し充分混練した。この際
焼成後の砥石で砥石結合度が同一となり、ＳｉＣ砥粒の
割合が変化しうるように、容積割合でＣＢＮ低Ｎ砥粒率
％および気孔率４５％を一定とし、ＳｉＣ砥粒率を１０
％および１５％となるように生砥石の嵩比重を予め計算
で求めておき、この嵩比重をもとにして各配合割合およ
び成形圧力を定めて成形した。成形を終わった生砥石を
乾燥した後、窒素ガス雰囲気下にある電気炉によって最
高温度１１６０℃で１．５時間保持し所要時間が３６時
間となるような条件で焼成した。

一方対照品は特公昭５７−４９３５１号に基づき第１表
に併記した組成のものであり、成形条件は前記試料１お
よび２と同一であるが焼成は最高温度１２４０℃で１．
５時間保持し所要時間が４２時間という条件であった。

ここで、試料１、試料２および対照品の３種頭の結合剤
の室温乃至４５０℃の平均熱膨張係数（１０”−６ｃｍ
／　ｃｍ／’ｌ：　）および昇温速度毎時１２５℃で測
定した融点（耐火性）は第２表のとおりである。

このような結合剤を使用して第３表に示すような砥石Ａ
、ＢおよびＣならびに対照品としての砥第　　　　　２
　　　　　表 第　　　　　３　　　　　表 石りを前記の条件の下に製作した。そしてこれら砥石の
仕上げ性能試験は材質がベアリング鋼（ＳＵＪ　２　、
硬さＨＲＣ５８／６０　）よりなり、毎分４０６回転す
るリング状加工物（外径４５　ｍｍ　。

内径２２　ｍｍ　）の端面に角形砥石（砥石振動方向の
長さ１０　ｍｍ、加工物回転方向の長さ１０　ｍｍ、加
工物回転方向の幅３　ｍｍ　）　を加工面に押しつけて
砥石に毎分１１４０回の振動と両側２．１　ｍｍの振幅
を与えながらプランジカット平面超仕上げを行なう方法
に基づくもので、加工油には硫化脂肪油５部と鉱油９５
部との混合油を使用し、また前加工粗さはいずれもＷＡ
＃８００砥石により超仕上げをして中心線平均粗さでほ
ぼ０．２μｍＲａで一定の条件とした。この超仕上げ条
件下の加工物表面上における砥粒の運動軌跡である正弦
波の切削方向角（最大傾斜角）は１０°であり、また砥
石圧力はばね圧により砥石ホルダ一部分の弾性リングに
はった電気抵抗線ひずみ計によって正確にその大きさを
一定としながら試験し、砥石損耗量が圧力とともに初め
は除徐に後は急激に増大する変曲点を砥石臨界圧力とし
、その付近における砥石損耗量、切削１１研削比および
仕上げ面粗さを求めた。

得られた結果を第３表に併記した。

第３表の結果から、砥粒組成を同じにした砥石Ａおよび
Ｂと対照とした砥石りの三者を比較すると、この発明に
よるビトリファイド結合剤である試料１および２を使用
した砥石ＡおよびＢは砥石臨界圧力が２５　ｋｇ／ｃｒ
ｎ２　以上と大きく砥石損耗量が少なくて切削量、研削
比も大きな値となり、仕上げ面粗さも小さく、スクラッ
チ傷も認められず光沢のある美麗な仕上がり面が得られ
たことがわかる。これに対し対照とした砥石りはＳｉＣ
低粒の支持力が弱いためか、砥石損耗量も多く研削比も
２０以下と低下し、仕上げ面粗さも粗くなり、スクラッ
チ傷も認められた。また、第１表で示した試料２の結合
剤、すなわちＺｎＯ成分の約１０倍量のＭ　ｇ　Ｏ成分
を含む結合剤を使用した砥石Ｂは試料１の結合剤を使用
した砥石Ａ１こ比べて僅かながら砥石損耗量も多く研削
比も３０以下ｆこ低下した。一方、ＳｉＣ砥粒率が１０
％を越える砥粒組成からなる砥石Ｃでは、砥石臨界圧力
も２０ｋｇ７０ｍ２以下と小さくなり、砥石損耗量も約
２倍となり研削比は５以下とかなり劣ったものとなった
。

したがって、ビトリファイド結合剤の組成は勿論のこと
、この組成とともにＣＢＮ砥粒とＳｉＣ砥粒の混合割合
を限定することによって高性能の砥石が得られることが
明らかである。

〔効果〕

以上述べたことから明らかなようＩこ、この第一の発明
のビトリファイド砥石用の結合剤を用いて、第二の発明
の砥粒容積割合で作った超仕上げ砥石はきわめて高性能
であるから、これら発明の意義はきわめて大きいと言う
ことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、成分組成がＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＣａＯ、
   Ｎａ＿２Ｏ、Ｋ＿２Ｏ、ＦｅＯのほかにＭｇＯ３．５〜
   ６．０モル％とＺｎＯ０．５〜２．５モル％を含有する
   ことを特徴とするビトリフアイド砥石用結合剤。 ２、砥石中の砥粒容積割合で５〜１０％炭化珪素または
   溶融アルミナ質砥粒を混合した立方晶窒化硼素砥粒を、
   成分組成がＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＣａＯ、Ｎａ
   ＿２Ｏ、Ｋ＿２Ｏ、、ＦｅＯのほかにＭｇＯ３．５〜６
   ．０モル％、ＺｎＯ０．５〜２．５モル％を含有するビ
   トリフアイド砥石用結合剤によつて結合したことを特徴
   とする超仕上げ砥石。