JPS646903B2 - - Google Patents

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JPS646903B2
JPS646903B2 JP16013982A JP16013982A JPS646903B2 JP S646903 B2 JPS646903 B2 JP S646903B2 JP 16013982 A JP16013982 A JP 16013982A JP 16013982 A JP16013982 A JP 16013982A JP S646903 B2 JPS646903 B2 JP S646903B2
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JP
Japan
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diamond
grinding
bond
abrasive grains
fused alumina
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JP16013982A
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JPS5969266A (ja
Inventor
Shojiro Okada
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NIPPON GUREEN KENKYUSHO JUGEN
Original Assignee
NIPPON GUREEN KENKYUSHO JUGEN
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/14Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic ceramic, i.e. vitrified bondings
    • B24D3/18Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic ceramic, i.e. vitrified bondings for porous or cellular structure

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 各種研削砥石の中で、砥石の三要素である砥
粒、ボンド、気孔を兼ねそなえ、砥粒とボンドの
結合が強固で、かつボンドの剛性が高いビトリフ
アイドボンド砥石は、研削能力や加工精度がすぐ
れ、研削作業の遂行に必要なドレス作業がが可能
であるため、精密研削加工には不可欠のものであ
る。
近年、硬脆材料である各種セラミツクを研削加
工する必要性が増大し、もつぱらダイヤモンド砥
石が使用されている。
ダイヤモンドは、現存の物質中で最も硬く、そ
の表面は不活性で他の物質との親和性に乏しく、
また本質的には炭素であるため、空気中では熱的
損耗が発生し、700℃で顕著な酸化作用を受け、
900℃ではほとんど燃焼してしまう。真空中ある
いは不活性ガスの雰囲気中では、熱的損耗の開始
温度はかなり高くなる。
ダイヤモンドは、前述のように低い耐熱性と不
活性な表面特性のため、高気孔率を特徴とするビ
トリフアイドボンドダイヤモンド砥石の製造は、
次の理由により至難とされていた。すなわち、製
造中の焼成時にダイヤモンドが外気と接触して熱
的損耗の割合が大きいことと、ダイヤモンドと結
合剤橋の接合力が、その接触面積が小さいためと
ダイヤモンド表面の不活性な表面特性のために極
めて弱いことのためである。そのため、従来のダ
イヤモンド砥石は、合成樹脂や金属のマトリツク
スの中に、ダイヤモンドを埋め込んだ構造のレジ
ンボンドあるいはメタルボンドのものであつた。
しかし、これらの砥石は、ボンドの弾性または塑
性のため、砥石と工作物間の接触域が広がり、研
削圧力をマトリツクスのボンドが受けるため、砥
粒切れ刃1個にかかる研削圧力が減少する。レジ
ンボンドの場合は、接触域の局部変形のため、研
削時の設定切り込みのごとく一部しか切削が行わ
れず、またメタルボンドの場合は、研削時にマト
リツクスのメタルが容易に摩滅しないため、新し
い砥粒切れ刃の研削作業面への突出を妨害し、設
定切り込みのごく一部しか切削が行われない。ま
た、いずれの砥石もマトリツクス型のボンドであ
るため、切り粉の排出が容易でなく、研削作業面
に付着して砥粒切れ刃の有効な切削作用を妨害し
ているのも、切れ味を悪くしている要因である。
いずれにせよ、加工エネルギーの大半は摩擦に費
され、ダイヤモンドの有する高い切削能力が生か
されていない。この傾向は、とくに難削性のセラ
ミツクスの場合に顕著であり、研削時に切り込み
がかからず、研削すべりの現象がおこつて切屑除
去作用がほとんど行われないため、切れ味の良い
ダイヤモンド砥石の出現が望まれている。
また、精密研削の分野では、砥石の形状修正や
目立てが必要であるにもかかわらず、レジンボン
ドやメタルボンドのダイヤモンド砥石では、これ
らの作業、すなわちドレスが極めて困難であり、
このため、多大の経費と労力を費しているのが現
状であり、ドレスの可能なダイヤモンド砥石の出
現が強く望まれている。
本発明によるビトリフアイドボンドダイヤモン
ド砥石は、これらの難点を解決した画期的な砥石
で、難削性セラミツクスに対しても切れ味が良好
で、ドレスも容易である。
以下、本発明について図1により説明する。ビ
トリフアイドボンドとの接合性を高めるため、加
熱によつて表面層を黒鉛化することにより粗面化
したダイヤモンド1と、補助砥粒として固溶硬化
型の変性溶融アルミナ2を、ビトリフアイドボン
ド3で橋かけ結合を行うことにより、気孔4を生
成させる。ビトリフアイドボンドによる橋かけ
は、ガラスフリツトをその軟化点より高い温度に
に焼成して溶融状態にすることにより行われる。
ビトリフアイドボンドダイヤモンド砥石の焼成
条件は、ダイヤモンドのすぐれた切削能力を減少
させないため、顕著な酸化作用を受けない温度と
雰囲気であることが必要であり、空気中では750
℃未満、真空中および窒素などの不活性ガス雰囲
気中では1100℃未満が好ましい。ビトリフアイド
ボンドの主成分であるガラスフリツトは、空気中
で焼成の場合、軟化点350℃〜600℃のものが、真
空中または不活性ガス中で焼成の場合は、軟化点
600℃〜950℃のものが好ましい。
ダイヤモンドの表面は不活性であるため、ビト
リフアイドボンドとの接合は強固でない。この接
合力を向上するため、ダイヤモンドに加熱処理を
施して、表面層を黒鉛化して粗面化するととも
に、内蔵する触媒金属を表面層に滲出させ、これ
によつて表面の活性化をはかるものである。
砥削砥石の有効切れ刃に関する理論によれば、
研削中に実際に切削に関与する砥粒切れ刃の間
隔、すなわち有効切れ刃間隔は意外と長く、砥粒
として高価なダイヤモンドのみを使用せず、ダイ
ヤモンドと一般砥粒を併用しても、充分その効果
を発揮する。一般砥粒としては、溶融アルミナ、
炭化けい素、炭化チタニウム、ほう化炭素、ほう
化チタニウムなどがあるが、炭化物やほう化物は
じん性に乏しいため、研削中の摩耗が甚しく、砥
石全体としての性能を低下させるほか、ガラスフ
リツトと反応して変質する傾向にある。溶融アル
ミナはビトリフアイドボンドとの接合が強固で、
砥粒のじん性も高いので、ダイヤモンドと併用す
る補助砥粒として適している。ビトリフアイドボ
ンドダイヤモンド砥石の被削材としては、硬質の
セラミツクであるため、混合する補助砥粒の貫入
硬度が高く、セラミツクスに対して切削能力を有
するものが好ましい。この目的のためには、溶融
アルミナ100部に0.5〜4部の酸化ニツケル、酸化
クロム、酸化バナジウムなどの重金属の三二酸化
物を添加した固溶硬化型の変性溶融アルミナを使
用する。すなわち、このような重金属の三二酸化
物がアルミナに固溶することにより、結晶格子に
歪を発生して貫入硬度が高くなり、硬脆材料であ
るセラミツクスの研削にすぐれた性能を示すよう
になる。例えば、純粋な溶融アルミナであるWA
砥粒のヌープ硬さが2050Kg/mm2であるのに対し、
酸化バナジウムを2.8%添加した変性アルミナの
それは2410Kg/mm2である。このような砥粒は、本
質的には溶融アルミナであるため、ビトリフアイ
ドボンドとの接合力が大であり、この砥粒をビト
リフアイドボンドダイヤモンド砥石の補助砥粒と
して用いることにより、研削中のダイヤモンドの
脱落を防止する作用があり、砥石の寿命を永くす
るとともに、ドレス性の向上にも役立つ。
ダイヤモンドと変性溶融アルミナの比率は、被
削材の種類ならびに研削条件により変えることが
できるが、一般にその比率は6:4から2:8の
範囲で製造される。
本発明によるビトリフアイドボンドダイヤモン
ド砥石は、ダイヤモンドが粗面化することにより
表面積が増加しているため、ビトリフアイドボン
ドとの接合性が良好であり、研削砥石として必要
な強度を有しており、また研削中にダイヤモンド
が無為に脱落することがない。また、ダイヤモン
ドは剛性の高いボンド橋で結合されているため、
ダイヤモンド切れ刃が被削物と接触しても後退す
ることなく切削作用を行い、切り残しが少なく切
れ味が良好である。砥石に内蔵する気孔は、切り
粉の排出に好都合に働き、目詰まりをおこすこと
なくすぐれた切れ味が持続し、難削性のセラミツ
クスの加工も容易である。また、研削作業の遂行
に必須の要件であるドレスも可能であり、単石、
多石、ロータリ式などのダイヤモンドドレツサー
によりドレスを行うことができる。このすぐれた
研削性能およびドレス性は、前述のように補助砥
粒として固溶硬化型の変性溶融アルミナを用いる
ことにより大幅に向上する。
本発明によるビトリフアイドボンドダイヤモン
ド砥石は、加工エネルギーの大半が切削に利用さ
れるため、時間当り研削量、すなわち研削率が高
く、研削比(加工量と砥石減耗量の比)も大であ
り、研削作業の遂行に必要なドレスも可能であ
り、従来のダイヤモンド砥石では到達できない綜
合研削能力を有する画期的なダイヤモンド砥石で
ある。
以下、本発明の効果を実施例に基づき説明す
る。
実施例 1 人造ダイヤモンド(粒度 #170/200)を鉄粉中
に入れ、空気中で850℃に30分間保持し、表面層
を一部黒鉛化して粗面にするとともに、ダイヤモ
ンド中の金属触媒成分を表層に滲出させる。ダイ
ヤモンドは縁色から黒色に変色する。これを充分
に水洗し乾燥する。
変性溶融アルミナとしては、酸化クロムを3.2
%添加した粒度 #120のもの(ヌープ硬さ2380
Kg/mm2)を用いる。
加熱処理を施したダイヤモンド48.5部と変性溶
融アルミナ51.5部を混合し、錯酸ビニール4%水
溶液3.5部でしめらす。一方、ガラスフリツト
(軟化点370℃、熱膨脹係数4.6×10-6/℃)18部
と黄色デキストリン1.5部、ナフタリン粉末6部
を混合する。この混合結合剤をしめらした混合砥
粒と混合し、網通し後、金型に装填し、かさ密度
2.15で圧搾成型し、110℃で3時間乾燥する。こ
の生砥石を毎時100℃の加熱速度で昇温し、650℃
で4時間保持後徐冷する。
このようにして製造したビトリフアイドボンド
ダイヤモンド砥石は曲げ強さ4.5Kgf/mm2を有し
ており、窒化けい素焼結体(ホツトプレス品)を
湿式で平面研削を行つた場合、レジンボンドダイ
ヤモンド砥石に比べ、研削率は3.5倍、研削比は
1.8倍であつた。また、レジンボンドダイヤモン
ド砥石は、研削開始後、研削抵抗が急増するた
め、頻繁なドレスが必要であり、事実上使用不可
能であつたが、本実施例による砥石は、良好な切
れ味が持続した。また、多石ダイヤモンドドレツ
サーでドレスが可能であつた。
実施例 2 人造ダイヤモンド砥石(粒度 #325/400)を
10-5Torrの真空中、1000℃に1時間保持し、表
面に微細な粗面を有する黒鉛層を生成させるとと
もに、ダイヤモンド中の金属触媒成分を表層に滲
出させる。ダイヤモンドは縁色から灰色に変色す
る。
変性溶融アルミナとしては、酸化ニツケル1.5
%添加した粒度 #220のもの(ヌープ硬さ2400
Kg/mm2)を用いる。
加熱処理を施したダイヤモンド37部と変性溶融
アルミナ63部を混合し、さらに液状シアリルフタ
レート樹脂7部を添加して混合する。一方、ガラ
スフリツト(軟化点630℃、熱膨脹係数32×
10-6/℃)19部と粉末ジアリルフタレート樹脂4
部、松柏実末粒度 #60/100 6部を混合する。
これをしめらせた混合砥粒と混合し、網通し後、
金型に装填し、150℃で20分間かさ密度2.35にな
るように圧搾成型する。この生砥石を毎時100℃
の加熱速度で650℃まで昇温して2時間保持後、
徐々に窒素ガスを封入しながらさらに1時間保持
する。その後、毎時100℃の加熱速度で950℃まで
昇温し、4時間保持後徐冷する。
このようにして製造したビトリフアイドボンド
ダイヤモンド砥石は、曲げ強さ8.3Kgf/mm2を有
しており、シリコンの溝入れ研削加工を乾式で行
つた場合、メタルボンドダイヤモンド砥石に比
べ、研削率は5.0倍、研削比は1.1倍であつた。ま
た、単石ダイヤモンドドレツサーでドレスが可能
であつた。
とくに本発明は、これらの実施例に記載された
ものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
図1は、本考案の砥石の部分拡大図である。 1……ダイヤモンド、2……変性溶融アルミ
ナ、3……ビトリフアイドボンド、4……気孔。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 加熱処理により表面層を黒鉛化することによ
    り粗面化したダイヤモンドと、溶融アルミナ100
    部に0.5〜4部の酸化ニツケル、酸化クロム、酸
    化バナジウムなどの重金属の三二酸化物を添加す
    ることにより硬度が上昇した固溶硬化型の変性溶
    融アルミナを補助砥粒として加えた混合砥粒を、
    ビトリフアイドボンドでダイヤモンドの酸化がお
    こらない温度および雰囲気で焼成結合することを
    特徴とする有気孔ビトリフアイドボンドダイヤモ
    ンド砥石の製造方法。
JP16013982A 1982-09-14 1982-09-14 ビトリフアイドボンドダイヤモンド砥石の製造方法 Granted JPS5969266A (ja)

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