JP7846976B2 - メタルボンド砥石 - Google Patents

Description

本発明は、金属結合材に複数の砥粒が分散されたメタルボンド砥石に関する。

従来のメタルボンド砥石としては、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載されたメタルボンド砥石は、砥粒と金属結合材との容積比が砥粒５５～６５％であるのに対し金属結合材３５～４５％であり、砥石中の容積率が２５～３５％である連通気孔を含んでいる。

特開平１０―２７７９４８号公報

特許文献１に記載されたメタルボンド砥石では、連続気孔を含んでいるため、砥石の破砕又は摩耗による自生発刃作用を発現させることができる。しかしながら、連続気孔の気孔率が２５～３５％であるため、砥石の破砕又は摩耗の促進が十分ではなく、良好な切れ味を維持することが難しかった。

そこで、本発明は、金属結合材の破砕又は摩耗による自生発刃作用を適切に発現させることにより良好な切れ味を維持することができるメタルボンド砥石を提供することを課題とする。

本発明に係るメタルボンド砥石は、金属結合材に複数の砥粒及び複数の気孔が分散された砥粒層を備え、砥粒層における複数の気孔の気孔率は、４０％以上９９％以下である。このメタルボンド砥石では、砥粒層における複数の気孔の気孔率が４０％以上９９％以下であることで、砥粒層としての強度を確保しつつ、金属結合材の破砕又は摩耗による自生発刃作用を適切に発現させることができる。このため、良好な切れ味を維持することができる。

複数の気孔のそれぞれは、球状に形成されていてもよい。このメタルボンド砥石では、複数の気孔のそれぞれが球状に形成されていることで、砥粒層の強度、及び砥粒層の自生発刃作用を発現させるための自生サイクルをコントロールしやすくなる。

複数の気孔の真球度の平均は、０．２以上１．０以下であってもよい。このメタルボンド砥石では、複数の気孔の真球度の平均が０．２以上１．０以下であることで、砥粒層の強度、及び砥粒層の自生発刃作用を発現させるための自生サイクルをコントロールしやすくなる。

複数の気孔は、二以上の気孔が連通されてなる連通気孔を有してもよい。このメタルボンド砥石では、二以上の気孔が連通されてなる連通気孔を有することで、切屑の排出性が向上して、気孔が切屑により目詰まりするのを抑制することができる。

連通気孔は、孔径が１０μｍ以上２０００μｍ以下の互いに連通された二以上の気孔を含んでもよい。このメタルボンド砥石では、連通気孔が、孔径が１０μｍ以上２０００μｍ以下の互いに連通された二以上の気孔を含むことで、砥粒層としての強度を確保し、切屑の排出性を向上し、連通気孔の周囲の破砕又は摩耗による自生サイクルの短期化を図ることができる。これにより、高い切れ味の維持を図ることができる。

砥粒層を補強するために連通気孔に設けられた補強部を更に有してもよい。このメタルボンド砥石では、砥粒層を補強するための補強部が連通気孔に設けられていることで、連通気孔により低下する砥粒層の強度を向上することができる。

補強部は、連通気孔を形成する砥粒層の内表面の少なくとも一部と接続されるように、連通気孔の少なくとも一部に充填されていてもよい。このメタルボンド砥石では、補強部が連通気孔を形成する砥粒層の内表面の少なくとも一部と接続されるように連通気孔の少なくとも一部に充填されていることで、連通気孔の周囲の過度な破砕又は摩耗を抑制することができる。

補強部は、樹脂を含んでもよい。このメタルボンド砥石では、補強部が樹脂を含むことで、補強部を容易に形成することができる。

複数の気孔は、他の気孔と連通されない独立気孔を有してもよい。このメタルボンド砥石では、他の気孔と連通されない独立気孔を有することで、砥粒層の強度低下を抑制しつつ、金属結合材の破砕等による自生発刃作用を適切に発現させることができる。

独立気孔の平均孔径は、２μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。このメタルボンド砥石では、独立気孔の平均孔径が２μｍ以上１００μｍ以下であることで、砥粒層としての強度を確保し、独立気孔の周囲の破砕又は摩耗による自生サイクルの短期化を図ることができる。これにより、高い切れ味の維持を図ることができる。

複数の気孔は、２μｍ以上１０μｍ以下の孔径を有する微小気孔を有してもよい。このメタルボンド砥石では、複数の気孔が２μｍ以上１０μｍ以下の孔径を有する微小気孔を有することで、金属結合材の微小な破砕又は摩耗を促進することができる。これにより、砥粒層の自生発刃作用を発現させるための自生サイクルをコントロールしやすくなる。

砥粒層における微小気孔の気孔率は、０．０１％以上１０％以下であってもよい。このメタルボンド砥石では、砥粒層における微小気孔の気孔率が０．０１％以上１０％以下であることで、砥粒層としての強度を確保しつつ、金属結合材の微小な破砕又は摩耗を促進することができる。

本発明によれば、金属結合材の破砕又は摩耗による自生発刃作用を適切に発現させることにより良好な切れ味を維持することができる。

図１（ａ）は、本実施形態のメタルボンド砥石の一例を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すメタルボンド砥石の正面図である。 図２は、図１（ａ）のＩＩ－ＩＩ線における砥粒層の一部を示す模式端面図である。 図３は、変形例の砥粒層の一部を示す、図２に対応する模式端面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るメタルボンド砥石１は、一例として、台金２と、台金２に固着された砥粒層３と、を備える。このメタルボンド砥石１は、円板状の台金２の周縁に円環状の砥粒層３が形成されたホイール型のメタルボンド砥石である。但し、メタルボンド砥石１の形状、大きさ、用途等は、特に限定されるものではない。また、メタルボンド砥石１は、台金２を備えず、砥粒層３のみで構成されていてもよい。

メタルボンド砥石１の砥粒層３は、金属結合材５に複数の砥粒６及び複数の気孔７が分散されて構成されている。

金属結合材５は、複数の砥粒６を保持するものであり、金属材料により形成されている。金属結合材５を形成する金属材料としては、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ｓｎ（錫）、Ｗ（タングステン）等の金属、又はこれらの金属のうちの少なくとも一部を含む合金が用いられる。この合金としては、例えば、Ｃｕ－Ａｇ－Ｔｉ合金、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｔｉ合金、Ｎｉ－Ｃｒ合金、Ｃｕ－Ｓｎ合金が用いられる。

砥粒６としては、例えば、ダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒が用いられる。また、砥粒６としては、例えば、＃３２５から＃３００００の間の任意の粒度のものを用いることができる。砥粒層３には、例えば、ＷＡ（ホワイトアランダム）、ＧＣ（グリーンカーボランダム）等のフィラーが添加されていてもよい。

複数の気孔７は、砥粒層３に形成された孔である。つまり、砥粒層３は、複数の気孔７により多孔質となっている。複数の気孔７の一部は、砥粒層３の表面に位置しており、複数の気孔７の残りの一部は、砥粒層３の内部に位置している。砥粒層３における複数の気孔７の気孔率は、４０％以上９９％以下である。なお、砥粒層３における複数の気孔７の気孔率としては、用途や目的によって適切な自生サイクルを得られる気孔率を選択することができる。例えば、当該気孔率は、７０％以上９０％以下であってもよく、４０％以上６０％以下であってもよい。砥粒層３における複数の気孔７の気孔率は、砥粒層３における複数の気孔７の占める割合の百分率である。砥粒層３における複数の気孔７の気孔率は、例えば、砥粒層３の任意の断面における、砥粒層３の面積に対する複数の気孔７の合計面積の割合の百分率とすることができる。

複数の気孔７のそれぞれは、球状に形成されている。この球状には、真球状のほか、扁球状や凹凸を有する変形球状等の様々な球状が含まれる。複数の気孔７の真球度の平均は、例えば、０．２以上１．０以下であってもよく、０．５以上１．０以下であってもよく、０．７以上１．０以下であってもよい。気孔７の真球度は、例えば、最大直径に対する最小直径の割合である。つまり、最大直径が２００μｍであり最小直径が１００μｍであるの気孔７の真球度は、０．５となる。複数の気孔７の真球度の平均は、例えば、砥粒層３の任意の断面に露出した複数の気孔７のそれぞれの真球度の平均とすることができる。この場合、砥粒層３の任意の断面に露出した気孔７は、当該断面により一部が切り取られているため、例えば、残っている部分の形状から切り取られた部分の形状を補間することで、真球度を計測してもよい。補間としては、周知の様々な手法を採用することができる。

複数の気孔７は、二以上の気孔７が連通されてなる連通気孔７１を有する。つまり、連通気孔７１は、互いに連通された二以上の気孔７により構成されている。砥粒層３は、複数の連通気孔７１を有する。連通気孔７１は、例えば、隣り合う気孔７が一部において重なることにより形成されている。この場合、例えば、隣り合う気孔７と重なっていない部分の形状から隣り合う気孔７と重なっている部分の形状を円弧により補間することで、連通気孔７１を構成する各気孔７の真球度を計測してもよい。連通気孔７１を構成する気孔７の数は、特に限定されるものではない。連通気孔７１は、用途や目的によって適切な自生サイクルを得られる孔径の気孔７を含んでもよい。例えば、連通気孔７１は、孔径が１０μｍ以上２０００μｍ以下の互いに連通された二以上の気孔７を含んでもよく、孔径が１０μｍ以上１０００μｍ以下の互いに連通された二以上の気孔７を含んでもよく、孔径が１０μｍ以上１００μｍ以下の互いに連通された二以上の気孔７を含んでもよい。連通気孔７１を構成する二以上の気孔７の孔径は、例えば、砥粒層３の任意の断面に露出した連通気孔７１の各気孔７において、隣り合う気孔７と重なっている部分の形状を円弧により補間し、各気孔７の孔径を計測することにより求めることができる。各気孔７の孔径は、例えば、気孔７の最大直径とすることができる。

複数の気孔７は、他の気孔７と連通されない独立気孔７２を有する。独立気孔７２は、一つの気孔７により構成されている。砥粒層３は、複数の独立気孔７２を有する。独立気孔７２の平均孔径は、例えば、２μｍ以上１００μｍ以下であってもよく、２μｍ以上５０μｍ以下であってもよく、５０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。独立気孔７２の平均孔径は、例えば、砥粒層３の任意の断面に露出した独立気孔７２のそれぞれの孔径を計測し、これらの計測結果の平均を算出することにより求めることができる。この場合、砥粒層３の任意の断面に露出した独立気孔７２は、当該断面により一部が切り取られているため、例えば、残っている部分の形状から切り取られた部分の形状を補間することで、孔径を計測してもよい。補間としては、周知の様々な手法を採用することができる。

複数の気孔７は、微小気孔７３を有する。微小気孔７３は、孔径が２μｍ以上１０μｍ以下の気孔７である。なお、微小気孔７３は、孔径が２μｍ以上４μｍ以下の気孔７であってもよく、孔径が５μｍ以上１０μｍ以下の気孔７であってもよい。微小気孔７３の孔径は、例えば、微小気孔７３の最長直径とすることができる。砥粒層３は、複数の微小気孔７３を有する。微小気孔７３は、連通気孔７１を構成する一部の気孔７であってもよく、独立気孔７２であってもよい。

砥粒層３における微小気孔７３の気孔率は、例えば、０．０１％以上１０％以下であってもよく、０．０１％以上５％以下であってもよく、５％以上１０％以下であってもよい。この気孔率は、砥粒層３における微小気孔７３の占める割合の百分率である。砥粒層３における微小気孔７３の気孔率は、例えば、砥粒層３の任意の断面における、砥粒層３の面積に対する微小気孔７３の合計面積の割合であってもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るメタルボンド砥石１では、砥粒層３における複数の気孔７の気孔率が４０％以上であることで、金属結合材５の破砕又は摩耗による自生発刃作用を適切に発現させることができる。一方、砥粒層３における複数の気孔７の気孔率が９９％以下であることで、砥粒層３としての強度を確保することができる。つまり、砥粒層３における複数の気孔７の気孔率が４０％以上９９％以下であることで、砥粒層３としての強度を確保しつつ、金属結合材５の破砕又は摩耗による自生発刃作用を適切に発現させることができる。このため、良好な切れ味を維持することができる。砥粒層３における複数の気孔７の気孔率が７０％以上９０％以下、又は４０％以上６０％以下であることで、これらの効果が更に高まる。

また、このメタルボンド砥石１では、複数の気孔７のそれぞれが球状に形成されていることで、砥粒層３の強度、及び砥粒層３の自生発刃作用を発現させるための自生サイクルをコントロールしやすくなる。

また、このメタルボンド砥石１では、複数の気孔７の真球度の平均が０．２以上１．０以下であることで、砥粒層３の強度、及び砥粒層３の自生発刃作用を発現させるための自生サイクルをコントロールしやすくなる。複数の気孔７の真球度の平均が０．５以上１．０以下、又は０．７以上１．０以下であることで、これらの効果が更に高まる。

また、このメタルボンド砥石１では、複数の気孔７が互いに連通された連通気孔７１を有することで、切屑の排出性が向上して、気孔７が切屑により目詰まりするのを抑制することができる。

また、このメタルボンド砥石１では、連通気孔７１が、孔径が１０μｍ以上の互いに連通された二以上の気孔７を含むことで、切屑の排出性を向上し、砥粒層３としての強度を確保することができる。一方、連通気孔７１が、孔径が２０００μｍ以下の互いに連通された二以上の気孔７を含むことで、連通気孔７１の周囲の破砕又は摩耗による自生サイクルの短期化を図ることができる。つまり、連通気孔７１が、孔径が１０μｍ以上２０００μｍ以下の互いに連通された二以上の気孔７を含むことで、砥粒層３としての強度を確保し、切屑の排出性を向上し、連通気孔７１の周囲の破砕又は摩耗による自生サイクルの短期化を図ることができる。これにより、高い切れ味の維持を図ることができる。連通気孔７１が、１０μｍ以上１０００μｍ以下、又は１０μｍ以上１００μｍ以下の互いに連通された二以上の気孔７を含むことで、これらの効果が更に高まる。

また、このメタルボンド砥石１では、他の気孔７と連通されない独立気孔７２を有することで、砥粒層３の強度低下を抑制しつつ、金属結合材５の破砕等による自生発刃作用を適切に発現させることができる。

また、このメタルボンド砥石１では、独立気孔７２の平均孔径が２μｍ以上であることで、砥粒層３としての強度を確保することができる。一方、独立気孔７２の平均孔径が１００μｍ以下であることで、独立気孔７２の周囲の破砕又は摩耗による自生サイクルの短期化を図ることができる。つまり、独立気孔７２の平均孔径が２μｍ以上１００μｍ以下であることで、砥粒層３としての強度を確保し、独立気孔７２の周囲の破砕又は摩耗による自生サイクルの短期化を図ることができる。これにより、高い切れ味の維持を図ることができる。独立気孔７２の平均孔径が２μｍ以上５０μｍ以下、又は５０μｍ以上１００μｍ以下であることで、これらの効果が更に高まる。

また、このメタルボンド砥石１では、複数の気孔７が２μｍ以上１０μｍ以下の孔径を有する微小気孔７３を有することで、金属結合材５の微小な破砕又は摩耗を促進することができる。これにより、砥粒層３の自生発刃作用を発現させるための自生サイクルをコントロールしやすくなる。複数の気孔７が２μｍ以上４μｍ以下、又は５μｍ以上１０μｍ以下の孔径を有する微小気孔７３を有することで、これらの効果が更に高まる。

また、このメタルボンド砥石１では、砥粒層３における微小気孔７３の気孔率が０．０１％以上であることで、金属結合材５の微小な破砕又は摩耗を促進することができる。一方、砥粒層３における微小気孔７３の気孔率が１０％以下であることで、砥粒層３としての強度を確保することができる。つまり、砥粒層３における微小気孔７３の気孔率が０．０１％以上１０％以下であることで、砥粒層３としての強度を確保しつつ、金属結合材５の微小な破砕又は摩耗を促進することができる。砥粒層３における微小気孔７３の気孔率が０．０１％以上５％以下、又は５％以上１０％以下であることで、これらの効果が更に高まる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。

例えば、図３に示すように、メタルボンド砥石は、砥粒層３Ａを補強するために連通気孔７１に設けられた補強部９を有してもよい。補強部９の素材は、特に限定されないが、補強部９は、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、液体樹脂等の樹脂、無機材や金属粉を添加したコート材、液体ガラス、めっきなどを含んでもよい。補強部９が樹脂を含むことで、補強部９を容易に形成することができる。砥粒層３Ａを補強するための補強部９が連通気孔７１に設けられていることで、連通気孔７１により低下する砥粒層３Ａの強度を向上することができる。

補強部９は、例えば、連通気孔７１を形成する砥粒層３Ａの内表面３１の少なくとも一部と接続されるように、砥粒層３Ａの連通気孔７１の少なくとも一部に充填されていてもよい。補強部９が内表面３１の少なくとも一部と接続されるように連通気孔７１の少なくとも一部に充填されていることで、連通気孔７１の周囲の過度な破砕又は摩耗を抑制することができる。図３に示す変形例の砥粒層３Ａでは、一例として、補強部９は、連通気孔７１の全部に充填されている。

また、上記実施形態では、複数の気孔が、連通気孔、独立気孔、及び微細気孔の全てを有するものとして説明したが、複数の気孔は、連通気孔、独立気孔、及び微細気孔の全てを有していなくてもよく、連通気孔、独立気孔、及び微細気孔の一部のみを有していてもよい。

１…メタルボンド砥石、２…台金、３…砥粒層、３Ａ…砥粒層、５…金属結合材、６…砥粒、７…気孔、９…補強部、３１…内表面、７１…連通気孔、７２…独立気孔、７３…微小気孔。

Claims (2)

1. 金属結合材に複数の砥粒及び複数の気孔が分散された砥粒層を備え、
   前記砥粒層における前記複数の気孔の気孔率は、４０％以上９９％以下であり、
   前記複数の気孔は、二以上の球状の前記気孔が連通されてなる連通気孔を有し、
   前記連通気孔を形成する前記気孔の真球度の平均は、０．７以上１．０以下であり、
   前記連通気孔を形成する前記気孔は、前記砥粒層の任意の断面で露出した状態において、互いに重なり合っている部分を円弧によって補完可能な球状である、メタルボンド砥石。
2. 前記連通気孔は、孔径が１０μｍ以上２０００μｍ以下の互いに連通された二以上の前記気孔を含む、請求項１に記載のメタルボンド砥石。