JPS6357188B2

JPS6357188B2 -

Info

Publication number: JPS6357188B2
Application number: JP6064581A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inada; Takao Yogo
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1981-04-23
Filing date: 1981-04-23
Publication date: 1988-11-10
Also published as: JPS57178667A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は立方晶窒化ホウ素（CBN）、ダイヤモ
ンド等の超砥粒をガラス質ないしセラミツク質の
ボンドで結合して成るビトリフアイド超砥粒砥石
に関する。

CBN、ダイヤモンド等超砥粒をガラス質又は
セラミツク質のボンドで結合してビトリフアイド
砥石をつくる場合、高価な砥粒を無駄なく使用す
る為、実際に研削に使用される使用面の一定厚み
のみ（２〜10ミリ）の超砥粒を含む砥石で構成
し、これを超砥粒を含まないセラミツク製保持体
と一体として成形、焼成して、実用に供する事が
行なわれている。

このような例として、特公昭52−3147に記載の
ものは、保持体の骨材としてアルミナ質又は炭化
珪素質砥粒を用いこれをビトリフアイドボンドで
結合したものを保持体としている。また、特公昭
52−27394では、骨材として電融ムライトを用い
た保持体が、特公昭55−20826には溶融アルミナ
質を用いた保持体に溶融アルミナ普通砥粒に透砥
粒（CBN砥粒）を低濃度に用いたものを夫々開
示している。これらの場合、超砥粒を含む砥石の
部分は、超砥粒の他に普通砥粒としてアルミナ
質、炭化珪素等の砥粒を配合することが多い。こ
のような２重構造を有するビトリフアイド砥石
は、その砥石部分の超砥粒の含有量が、全砥材の
約10重量％未満の時は、砥石の形状、寸法の大小
に関係なく、保持体と同種の砥材を普通砥材とし
て砥石部分に用いることにより、自由に製造しう
る。また、砥石部分における超砥粒の含有量が例
えば全砥粒中50〜100重量％と高くても、外径50
mm以下の場合まず問題なく製造可能である。

しかしながら、超砥粒の含有量が高く全砥粒中
（10〜100重量％）しかも砥石の外径50mm以上の寸
法の場合、例えば外径100mm、305mm等の大径のも
のになると超砥粒を含む砥石部分は保持体部から
剥離したり、クラツクが入つたりし、このような
二重構造をもつた砥石は製造不可能となるのが現
状である。第１図〜第３図図示の形状の砥石がこ
れに該当する。さらに、セグメントタイプの砥石
のように２層がほぼ平行に接合している第４図図
示の通りの砥石においては、砥石全体が歪曲（湾
曲）し、所定の曲率又は平面が得られなくなる。

この困難を回避するために、従来では、超砥粒
砥石部分のみを単独に成形、焼成、仕上げをし、
これを別途製造した金属、セラミツク等から成る
円板、丸棒、円筒、角棒材等の保持体に合成樹脂
接着剤で接着することが一般に行なわれている。
その例は特公昭49−5717、特公昭55−13861であ
り、後者はクツシヨン材を介して接合している。
しかしこのような方法において、金属製保持体の
場合には金属の熱膨張係数がビトリフアイド砥石
のそれよりも格段に大であるため応力による砥石
の破壊が生じ易く、接着剤の耐熱性、耐老化性、
強度等にも多くの問題点がある。他方セラミツク
製の保持体を用いる場合にも、熱膨張係数の差及
び接着剤の特性に起因する同様な問題点が見られ
る。

さらに、高負荷における切削加工、その繰返し
等の厳しい条件下において、砥石部分と親和性の
強いより適当な保持体と、これに担持された砥石
を得ることも、一般的に望まれている。

本発明は、ビトリフアイド超砥粒砥石部分とそ
のセラミツク保持体部との間に応力を発生させず
に二重構造を有する砥石を提供し、上述の従来技
術の欠点を解消せんとするものである。特に、本
発明は高濃度の超砥粒砥石部に対しても応力を生
ずることなく支持可能なセラミツク保持体を備え
たビトリフアイド超砥粒砥石を提供せんとするも
のである。

即ち、本発明のビトリフアイド超砥粒砥石にお
いては、保持体部は、その全骨材の約20〜100重
量％が球状耐可セラミツクスから成り、かつビト
リフアイド砥石部分と一体にガラス質ないしセラ
ミツク質ボンドにより焼結されて成ることを特徴
とする。

さらに、本発明は、かかる砥石の製造方法にお
いて、前記保持体部と砥石部分とを一体に加圧成
形して焼成し保持体部を砥石部分と一体に焼結す
ることを特徴とする。

以下本発明について詳述する。

本発明の砥石は、超砥粒を含有する砥粒をガラ
ス質ないしセラミツク質のボンドいわゆるビトリ
フアイドボンドにより結合して成る砥石部分（通
例厚さ数mm〜10mm程度、但し厚さは本発明におい
て必ずしも限定的ではない）と、これと一体に焼
結結合された保持体部とから成る、超砥粒は、立
方晶窒化ホウ素（CBN）、ダイヤモンド等、又は
これらの混合物から成り、従来のアルミナ質、炭
化珪素質等の普通砥粒に対比される超硬度を有す
るものを称する。特に、これらの超砥粒は砥石部
分の全砥粒中重量比にて10〜100％含有される場
合本発明の効果が顕著となる。全砥粒中10重量％
程度の超砥粒の場合では砥石外径100mm、305mm等
の大径のものについて、さらにセグメントタイプ
の砥石についてはそれ以下の超砥粒含有率の場合
についても歪曲防止のため本発明の保持体部が有
利である。

さらに、特別の高デユーテイ砥石においては、
一般的に本発明の保持体部を用いることが推奨さ
れる。なお、砥石部の超砥粒及び普通砥粒の粒径
は目的に応じ適宜選択できる。

保持体部は、その骨材の有意量が球状耐火セラ
ミツクスから成り、この骨材はビトリフアイドボ
ンドにより結合されるとともに、同時に砥石部分
と一体に焼結結合される。球状耐火セラミツクス
は全骨材粒子中約20〜100重量％を占め、残余は
所定粒度の通常の耐火セラミツクス粒子から成
る。「球状」とは略球状即ち略球状多面体を包括
し、特にその自然落下充填率において約50容量％
以上の充填率を占める粒子が適当であり、特に中
実の粒子が好ましい。球状耐火セラミツクスが全
骨材中20重量％未満では、有意の効果を生じ得な
い。これに適したものは、例えばムライト質で
は、「ニツソランダムエムビーズ」は充填率56％、
アルミナ質の「シヨウライト」は充填率53％であ
る。因みに、他の一般の粒形の砥粒を、同様に充
填率で評価すると第１表の通りである。

第１表材質充填率％溶融アルミナ質 43 単結晶アルミナ質 43 グリン炭化珪素 48 CBN 56 砥石部分にCBNを用いた場合（第１図の形状
のデイスク状平砥石、CBN単味の砥粒、砥石部
分厚み５mm、外径305mm）、保持体部に球状ムライ
ト（充填率56％）を用いると、良好な製品が得ら
れる（実施例１）。しかし比較例の如く、従来通
りのホワイトアランダム砥粒（普通砥粒）を用い
たものはCBN砥石部分が剥離してしまつた。

さらに、この球状耐火セラミツクスは、1000℃
以上の耐火度を有するものとし、即ち、低膨張か
つ高い焼結温度では変質するCBN砥粒、ダイヤ
モンド砥粒を含む砥石部分の焼結時に、軟化、変
形、異常の膨張、強度劣化を伴う結晶変態等を示
さず安定なものが好ましい。CBN砥粒を用いた
ビトリフアイド砥石は、その焼結が950℃以下に
おいてなされる必要があり、上記の耐火度1000℃
以上はこれに対応したものであるが、さらに高温
焼結を許容する他の超砥粒を用いる場合には、こ
れに対応してより高い耐火度が要求される。その
反面、さらに低い温度で焼結可能なビトリフアイ
ドボンドによるときは、耐火度はさらに低くても
よい。

球状耐可セラミツクスは、溶融ムライト、例え
ば特公昭52−28271に開示の如き実質的にムライ
ト結晶からなるアルミナ・シリカ系ビーズ状研摩
材、溶融アルミナ、ジルコン、その他研摩用ガラ
スビーズ、シヨツト球等、又はこれらの混合粒子
を用いることができ、好ましくは溶融ムライト、
溶融アルミナ、ジルコンであるが、これに限ら
ず、上述の条件に合致するセラミツク材料であれ
ばよい。その粒径は、砥石部分の砥粒径及び砥石
の大きさにも依存するが粒度分布は均一に狭い幅
のものがよい。

球状耐火セラミツクスの残余骨材粒子は、球状
耐火セラミツクスと同種又は異種のセラミツクス
粒子で、同様の耐火度を有し、かつ球状耐可セラ
ミツクスの充填性及びその基本機能を阻害しない
粒形及び粒径のものであればよい。

なお、砥石部分の普通砥粒がかなりの量を占め
る場合には、砥石部分と保持体部との応力の発生
を極力抑えるために、保持体部の骨材の前掲球状
セラミツクスの残余部分として砥石部分の普通砥
粒と同種のものないし同様な熱膨張率を示すもの
を用いることが好ましい。即ち砥石部分の普通砥
粒がアルミナ質、炭化珪素質等であれば、それに
対応して保持体部はアルミナ質、炭化珪素質等の
残余骨材を用いる。

また、実施例３に見られるように、保持体部の
骨材として球状セラミツクの間隙をより細粒のセ
ラミツク粉末粒子により部分的に充填することも
できる。但し、これは空隙が完全に閉塞されない
範囲とする。

本発明において、砥石部分のビトリフアイドボ
ンドは、公知のものを用いることができる。例え
ば、特開昭48−21884に記載のホウ珪酸ガラスフ
リツト（SiO₂72％、B₂O₃15％、Na₂O、K₂O等の
アルカリ13％）88重量％残部蛙目粘土から成るボ
ンド材料はCBN砥粒に対し好適な一例である。
また、CBN砥粒に対しては、特開昭54−39292に
開示されたビトリフアイドボンド、即ち、重量基
準でSiO₂40〜60％、Al₂O₃2〜14％、B₂O₃9〜25
％、P₂O₅1〜８％、RO（ROはCaO、MgOおよび
BaOより選ばれる１種以上の酸化物）３〜14％、
R₂O（R₂OはLi₂O、Na₂OおよびK₂Oより選ばれる
１種以上の酸化物）２〜４％、およびZrO₂2〜20
％の組成範囲からなるビトリフアイドがボンドで
あつて、かつ該ビトリフアイドボンド中にジルコ
ンの結晶を含むものは特に好ましい。

さらに、CBN砥粒を用いるとき、そのボンド
材料は950℃以下、好ましくは650℃〜950℃の範
囲で焼結可能な、上述のようなホウ珪酸ガラスフ
リツトを主体とし、蛙目粘土等を補助成分とする
結合剤粉末材料を用い、成形時には、さらに適量
の糊料（成形を容易にする目的でメチルセルロー
ス′等の有機粘結剤の水溶液）と共に混合パツチ
を調整する。

なお、ダイヤモンド砥粒を用いる合、そのボン
ド材料はさらに低温で焼結可能なものでなければ
ならない。

一方、保持体部の結合剤は、砥石部の結合剤と
同じものを用いることができるし、また同じ焼結
温度範囲に属する他の結合剤を用いることもでき
るが、その場合砥石部の結合剤と焼成収縮率及び
熱膨張係数ができるだけ等しく、また球状セラミ
ツクスとも或いは砥石部分とも親和性のよい材料
を用いる。

なお特公昭52−3147実施例１に記載のセラミツ
ク質結合剤（長石40％、陶石40％、蛙目粘土20
％、重量比）を用いることもできる。

結合剤の添加量は、保持体に十分な強度をもた
せるに十分な適量を目的に応じて選択し、さら
に、結合剤、骨材等を含む無機組成物に対し、さ
らに適量の有機バインダー（糊剤）を水溶液とし
て成形用に添加する。有機バインダーとしてはデ
キストリン、メチルセルロース等の有機水溶性バ
インダーを用いることができる。

以下に本発明の砥石の製造方法を記す。

上述の通りの砥石部分及び保持体部用材料を
夫々所定比に配合し糊剤とともに混合してバツチ
とする。このバツチを所定の型に入れて加圧成形
するが、その際砥石部分を先に成形し次いで保持
体部を砥石部分に接して成形することも、その逆
の順序で行なうこともできる。砥石部分と保持体
部との間の境界にうすい隔壁を配して夫々前後な
いし同時に成形し、その後隔壁を除去して加圧一
体成形することもできる。前者の方法によつた場
合においても、一体成形の後さらに強く加圧し一
体化を完全にすることが好ましい。

上述の方法によれば一段焼成により完全に一体
化した砥石が得られる。

焼成は、所定結合剤（ビトリフアイドボンド）
に適した焼成温度において必要に応じて制御され
た雰囲気下において行なう。焼成は、普通１〜数
時間の範囲で足りる。

但し、CBN砥粒使用時には、950℃以下の温度
で焼成を行ない、砥粒の靭性の低下を防止する。
焼成後の放冷は通常通りで足りる。

以上の方法で製造した砥石はいずれも接合部が
良好に溶着結合しており、研削作業に十分な強度
を示す。高濃度超砥粒砥石の場合、砥粒の充填率
が高いため焼成収縮が大であり、これが原因で砥
石部分と保持体部の結合不良や亀裂、砥石部分自
体への亀裂生成等が従来生じ易かつたが、本発明
の保持体部は充填率が堺い球状耐火セラミツクス
骨材を主体として構成されるため焼成収縮が大
で、焼成収縮時の砥石部分と保持体間の応力を分
散吸収し易く、有害な亀裂生成は認められない。
なおこの応力分散ないし吸収の詳細なメカニズム
は今後の究明に待つ所が多いが、骨材に球状セラ
ミツクスを用いていることが主たる要因であるこ
とは、実験の結果明らかとなつている。

さらに、本発明の好適な態様によれば、砥石部
分と保持体部とは一体成形の後同時焼成により焼
結されうるので製造工程は簡単になり製品の歩留
まりも上昇する。

以下、実施例を記す。

実施例１ CBN砥粒粒度＃80／100（80メツシユパス100メ
ツシユオン）、ビトリフアインド結合剤
（SiO₂48.1％、Al₂O₃9.8％、B₂O₃16.1％、P₂O₅1.7
％、RO8.5％、R₂O3.1％、ZrO₂12.5％、他0.2％
−重量比にて−但しZrO₂2.5％相当をジルコン微
粉とし、残組成をフリツトとしこれらの混合物を
ボールミル粉砕して8μ以下80〜85％の粒度に微
粉砕し、乾燥して得た）及び糊料（水溶液）を予
め配合(1)の通り砥石部分用バツチとして混合し
た。他方で配向(2)の通り球状ムライト（商品名エ
ムビーズ＃80、充填率56％）ビトリフアイド結合
剤、及び配合(1)と同じ糊料を混合して保持体部用
バツチとした。

配合(1) （重量） CBN砥粒＃80／100 83部ビトリフアイド結合剤 17部糊料６部配合(2) 球状ムライト（エムビーズ＃80） 83部ビトリフアイド結合剤 17部糊料６部上記配合物(2)を、接合径295mm、厚味15mm、穴
径120mmに予圧成形し、上記配合物(1)を、外径305
mm、厚味15mm、接合径295mmとなる様配合物(2)に
接して予圧成形し、さらに高圧にて加圧一体成形
し(2)を嵩比重2.14、(1)を嵩比重2.17とし900℃に
て窒素雰囲気中にて30分間焼成したところ、剥離
のない良好な砥石が得られた。

比較例１実施例１に対比するため、保持体用配合(2)の球
状セラミツクスに代えて、普通砥粒である溶融ア
ルミナ質砥粒（ホワイトアランダム＃80、充填率
43％）を用い、その他の条件をほぼ等しく保持し
て夫々配合(1)、(2)を調合した。

配合(1) （重量） CBN＃80／100 83部ビトリフアイド結合剤 17部糊料６部配合(2) ホワイトアランダム＃80 85部ビトリフアイド結合剤 15部糊料４部上記配合物(2)を嵩比重2.44、配合物(1)を嵩比重
2.17となる様実施例１と同寸法に一体成形し、乾
燥後、900℃で同様に焼成したところ砥石にクラ
ツク及び剥離を生じた。

実施例２ CBN砥粒＃170／200、ホワイトアランダム
＃150、実施例１と同じビトリフアイド結合剤及
び糊料を用い配合(1)の通り砥石部バツチを調合し
た。

球状アランダム（昭和電工(株)製シヨーライトＦ
−80、球状多面体粒のアルミナ単結晶粒子、充填
率53％）、ホワイトアランダム＃150（同上）、ビト
リフアイド結合剤（C′）、糊料（同上）を用いて
配合(2)を調合した。

配合(1) （重量） CBN＃170／200 39部ホワイトアランダム＃150 45部ビトリフアイド結合剤 16部糊料６部配合(2) 球状アランダム（シヨーライトＦ−80） 56部ホワイトアランダム＃150 28部ビトリフアイド結合剤 16部糊料６部上記配合物(2)を嵩比重2.40、配合物(1)を嵩比重
2.35となる様実施例１と同寸法かつ同様に一体成
形し乾燥後、他の条件は実施例と同様とし950℃
で焼成したところ、剥離のない良好な砥石が得ら
れた。

実施例３ CBN砥粒＃100／120、ビトリフアイド結合剤
及び糊料（実施例１と同じ）により下記配合(1)を
砥石部分用として得た。保持体部用として下記配
合(2)を、球状ムライト（エムビーズ＃80実施例１
に同じ）、電融ムライト＃140F、ビトリフアイド
結合剤及び糊料（実施例１に同じ）により調合し
た。

配合(1) （重量） CBN＃100／120 85部ビトリフアイド結合剤 15部糊料６部配合(2) 球状ムライト（エムビーズ＃80） 59部電融ムライト＃140F 25部ビトリフアイド結合剤 16部糊料６部前記配合物(2)を嵩比重2.13、配合物(1)を嵩比重
1.96となる様実施例１と同寸法、同様にして一体
成形し、乾燥後700℃で焼成したところ剥離のな
い良好な砥石が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の砥石の実施例の形状
を示す。第５図は第１図−断面図を示す。１……砥石部分、２……保持体部。

Claims

【特許請求の範囲】１立方晶窒化ホウ素又はダイヤモンド等の超砥
粒を含有する砥粒をガラス質ないしセラミツク質
のボンドにより結合して成るビトリフアイド砥石
部分と該砥石部分を担持するセラミツク質保持体
部とから成る砥石において、前記保持体部は、そ
の全骨材の約20〜100重量％が球状耐火セラミツ
クスから成り、かつ前記ビトリフアイド砥石部分
と一体にガラス質ないしセラミツク質ボンドによ
り焼結されて成ることを特徴とするビトリフアイ
ド超砥粒砥石。２前記球状耐可セラミツクスは、球状若しくは
略球状多面体粒子である請求の範囲第１項記載の
砥石。３前記球状耐火セラミツクスは、1000℃以上の
耐火度を有するセラミツクス粒子である請求の範
囲第１項記載の砥石。４前記球状耐火セラミツクスは、溶融ムライ
ト、溶融アルミナ、実質的にムライト結晶から成
るアルミナ・シリカ系研摩材用セラミツクス、ジ
ルコンから成る群の中から選ばれた１以上から成
る請求の範囲第１項記載の砥石。５前記球状耐火セラミツクスは、自然落下充填
度約50容量％以上である請求の範囲第１項記載の
砥石。６前記保持体部は、骨材をガラス質ないしセラ
ミツク質のボンドにより結合して成る請求の範囲
第１項記載の砥石。７前記砥石部分は、前記超砥粒を砥石部全砥粒
中10〜100重量％含有する請求の範囲第１項記載
の砥石。８立方晶窒化ホウ素又はダイヤモンド等の超砥
粒を含有する砥粒をガラス質ないしはセラミツク
質のボンドにより結合して成るビトリフアイド砥
石部分と、該砥石部分を担持するセラミツク質保
持体部とから成る砥石の製造方法において、超砥
粒を含有する砥石部分と保持体部とを一体に加圧
成形する工程と、この成形体を所定温度にて焼成
する工程とから成り、該保持体部はその全骨材の
約20〜100重量％が球状耐火セラミツクスであり、
ガラス質ないしはセラミツク質ボンドにより砥石
部分と一体に焼結されることを特徴とするビトリ
フアイド超砥粒砥石の製造方法。９前記加圧成形工程において、前記砥石部分を
予成形し次いでこれに接して保持体部を砥石部分
と一体成形する請求の範囲第８項記載の方法。１０前記加圧成形工程において、前記保持体部
を予成形し次いでこれに接して前記砥石部を保持
体部と一体成形する請求の範囲第８項記載の方
法。１１前記加圧成形工程において、前記砥石部分
及び前記保持体部の一体予成形の後全体を加圧一
体成形する請求の範囲第９項又は第１０項に記載
の方法。１２前記球状耐火セラミツクスは、溶融ムライ
ト、溶融アルミナ、実質的にムライト結晶から成
るアルミナ・シリカ系研摩材用セラミツクス、ジ
ルコンから成る群の中から選ばれた１以上から成
る請求の範囲第８項記載の方法。１３前記球状耐火セラミツクスは、1000℃以上
の耐火度を有する請求の範囲第８項記載の方法。１４前記球状耐火セラミツクスは、自然落下充
填率約50重量％以上である請求の範囲第８項記載
の方法。