JPH01193173A - 発泡金属ホイール及びその製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規な発泡金属ホイールとその製造法並びに使
用法に関するものである。

〔従来の技術〕

最近、セラミックス、超硬合金、高速度鋼等、研削が困
難な難削材を使用する度合いが多くなり、従ってこれを
研削する必要が益々多くなり、これに伴ってダイヤモン
ド砥粒や立方晶系窒化ホウ素砥粒等の超砥粒を使用した
研削ホイールが益々使用されるようになった。かかる超
砥粒使用の研削ホイールには一般の場合と同様結合剤の
種類に応じてビトリファイドボンド系、レジノイドボン
ド系、メタルボンド系等のものがあるが、それぞれ一長
一短があり、強度や保持力等寿命が求められるときは、
金属又は合金を結合剤としたメタルボンド系のものが主
として用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし従来のかかるメタルボンド系の研削ホイールは気
孔がほとんどないため、金属結合剤と被削材との間に研
削時摩擦が生じ多量の熱が発生する。これを冷やすべく
研削液を用いてもその液が研削作用面に十分供給されな
いため熱の発散吸収がよくない。又被削材を深く研削す
る場合研削切り屑の逃げ場がなくその切り屑のため被削
材に多大のダメージを与えることが多い。かくてこれら
の問題を解決しうる多気孔質のメタルボンド系研削ホイ
ールの開発が望まれていた。

従来かかるメタルボンド系研削ホイールをつくるに当っ
ては銅、錫、モリブデン、マンガン等の金属又はその合
金、たとえばブロンズの粉末と砥粒とを混合し型に入れ
て加熱、プレスして焼結するか、型に入れてプレスし、
型抜き後加熱、焼結する方法によってつくられていたが
、いずれもプレスして圧縮成型するため気孔がほとんど
なくなり、気孔率は０〜５容積％とごく少なかった。従
って従来の製法によれば、多気孔質のメタルボンド系研
削ホイールを得ることができなかった。ビトリファイド
ボンド系でも多気孔質の研削ホイールの開発がすすめら
れているが高い強度のものを得るには至っていない。

かくて、本発明者らはかかる難点を解決して、強度、保
持力にすぐれ、難削材の研削に良好に使用できる多気孔
質のメタルボンド系研削ホイールとその製造法並びに使
用法を提供することを目的として種々実験、研究を重ね
た結果溶融金属又は合金から出発し、発泡剤を用いてか
かる目的を達成しうろことを見出して本発明に至ったも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

かくて本発明は結合剤として働く基地金属中に該金属の
３〜４０容積％の研削用砥粒と、直径１０ｍｍ以下の気
泡を分散させ、この気泡は全体の容積の２０〜９５％占
めることを特徴とする発泡金属ホイールを提供するもの
である。

本発明はまた、溶融している金属に、この金属を撹拌し
ながら該金属の３〜４０容積％の研削用砥粒を加え、更
に撹拌しながら発泡剤を添加して発泡させて、直径１０
ｍｍ以下の気泡を全体の容積の２０〜９５％の量をその
内部に形成せしめることを特徴とする発泡金属ホイール
の製造方法を提供するものである。

更に本発明は研削中に、発泡金属ホイールと被削材との
間に電圧を印加して、基地金属を分解させ、研削用砥粒
を金属表面より突出させて、研削しつつ自動的に目立て
を行なうことを特徴とする発泡金属ホイールの使用法を
提供するものである。

以下本発明について、特に本発明に係る発泡金属ホイー
ルの製造方法について詳しく説明する。

まず基地金属即ち結合剤となる金属又は合金材料を電気
炉内のるつぼでそれらの融点以上に加熱して溶融する。

かかる金属又は合金材料としてはアルミニウム、銅、亜
鉛、マグネシウム等の各種金属又はその合金を用いるこ
とができるがアルミニウム合金特に銅を５〜３０重量％
含むアルミニウムー銅合金を用いるのが好ましい。この
外アルミニウムーケイ素合金も好んで用いられる。るつ
ぼ内でこれらの溶融金属材料を撹拌しながら、通常ここ
て増粘剤を加えて、粘度を最適に調整し後の発泡作用を
良好ならしめるようにする。増粘剤としては各種のもの
を用いうるが、上記の如きアルミニウム合金の場合はそ
の合金の量の０．２〜８重量％の金属カルシウムを用い
るのが好ましい。

溶融金属材料に必要により増粘剤を徐々に加えよく撹拌
しながら次いで研削用砥粒を所定１徐々に加える。ここ
に用いる砥粒としては上記の如き超砥粒（ダイヤモンド
砥粒、立方晶窒化ホウ素砥粒等）の外に通常の研削砥石
に用いられている所定粒度の砥粒、たとえばアルミナ、
ジルコニア等の酸化物、炭化ケイ素、炭化ホウ素等の炭
化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物その他
の砥粒を用いることができる。その量は溶融金属材料の
量の約３〜４０容積％の範囲が好ましい。

このようにるつぼ内で溶融金属材料と増粘剤と砥粒を撹
拌してよく混合した後、これを別の炉内で同様に前記金
属材料の融点以上に加熱されている発泡鋳型に移す。よ
く撹拌を行ないながら発泡剤を添加して発泡を開始する
。この発泡剤としては熱で分解してガスを発生する物質
ならば任意のものを用いることができる。例えば高温で
炭酸ガスを発生する炭酸マグネシウム、炭酸カドミウム
等の炭酸塩も用いうるが、アルミニウム合金の場合は高
温で水素を発生する金属水素化物たとえば水素化チタニ
ウム、水素化ジルコニウム等を用いるのが望ましい。こ
の外高温で水分を発生する鉱物質例えば火山灰堆積物た
るシラス、それから得られる微小中空体たるシラスバル
ーン、結晶水を含む雲母などを用いることができる。か
かる発泡剤は溶融金属材料の約０．５〜５重量％の量用
いられる。

ガスが発生し気泡が成長する過程で一定時間撹拌しつつ
気泡を切断して一定の大きさにし又均一分散をはかった
後発泡鋳型を炉外に取出して発泡した金属材料を冷却、
凝固させると発泡金属ホイールかえられる。この際発泡
剤の種類、量、撹拌速度、撹拌時間等の各種条件を調整
することによって気泡の径、気孔率等を調整することが
でき、たとえば撹拌速度を速くすることにより小さな径
の気泡を多数うろことができる。又これらの条件や増粘
剤の使用によって発生した気泡を溶融混合物内へ閉じこ
め均一な分散をはかることができる。

このようにしてえられた発泡金属ホイールは直径１０＋
ａｍ以下の大きさの多数の気泡を有しており、その気泡
率は全体の容積の約２０〜９５％の範囲であり、基地金
属の３〜４０容積％の砥粒が均一に分散し基地金属が結
合剤となって強固に結合されている。

この発泡金属ホイールは種々の形態で使用に供すること
ができる。たとえば第６図に示すように全体を一体に形
成することができる。この図において１は砥粒、２は気
泡、３は結合剤（基地金属）を示す。このホイールは中
央穴部４により研削機械に取付けられ回転して外周研削
面５により被削材を研削する。

しかし第６図の如きホイールにあっては外周部で研削す
るのみなので第７図（ａ）のように中央部を他の材料の
基盤６で形成すると特に高価な砥粒を用いるとき経済的
である。この基盤材料としてはアルミニウム、ニッケル
、銅等の非鉄金属、一般鋼、特殊鋼等の鉄金属、その他
各種合成樹脂、セラミックスを用いることができる。又
この際発泡金属材料は小さくセグメント７状に切断して
、該基盤材料６の外周に所要個数接着剤８によって相互
に接着させるのが好ましい。基地金属がアルミニウム合
金のときはアルミニウム金属又はその合金製の基盤が好
ましい。この場合勿論外周面で研削する。

又第７図（ｂ）のように薄い円板状の基盤６上にセグメ
ント状の発泡金属７を接着剤８によって貼合わせること
もできる。この場合中心部まで数周の円周状にセグメン
ト７を貼合わせこのような側面９を研削面として表面研
磨を行なうことができる。この外第７図（ｂ）のように
数周貼合わせることなく同（Ｃ）のように外周の一周の
みセグメント状発泡金属を貼合わせることもできる。こ
の場合も側面９が研削面として用いられる。更に同（ｄ
）のように長方形の基盤６の上に同じ大きさの長方形の
発泡金属を貼合わせて、又は基盤を用いることなく長方
形の発泡金属のままで、擦動を伴なう又は伴なわない往
復運動による研削、研磨に適当な発泡金属ホイールとす
ることもできる。

本発明の発泡金属ホイールはこのように円形状のみでな
く方形状のものも含まれる。第１図はこのようにしてえ
られた本発明の発泡金属ホイールを説明の便宜上拡大し
て図示したものである。さきと同様に１が砥粒、２が気
泡、３が結合剤（基地金属）を示す。

尚、第７図（ａ）においては、円形状の基盤６の外周面
上に、適当個数のセグメント状発泡金属７が貼付けられ
ているが、この外第８図に示すように基盤６を適当数の
多角形に形成し、その直線状又は平面状の外周面上にそ
れに適合するように形成された、即ち外周研削面５は円
周状に、内周接着面１１は直線状に形成されたセグメン
ト状の発泡金属７を接着剤８で貼合わせることもできる
。

この方が貼合わせが比較的容易である。

このような発泡金属ホイールは回転運動又は往復運動に
より被削材を研削、研磨するのに用いられるがこのホイ
ールと被削材との間に電圧を印加、通電することによっ
て電気分解又は放電により基地金属を分解させ、そのホ
イール中の砥粒を該金属表面から突出させて研削しなが
ら自動的に目立てを行なうことができる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例及び試験例について更に詳しく説明
する。

実施例１ 銅２０重二％を含むアルミニウムー銅合金３００ｇを電
気炉内で７６０℃に加熱されたるつぼで溶解し、３００
　ｒｐｍの回転速度を有する撹拌羽根にてよく撹拌しな
がら増粘剤として金属カルシウム６ｇを徐々に投入した
。５分間撹拌した後次いで粒度１４０／１７０メツシユ
の立方晶窒化ホウ素砥粒を７５ｇ徐々に投入、３分間撹
拌した。

このように混合された材料を別の炉内で７４０℃に加熱
されている発泡鋳型に移しこみ、８００ｒｐｍの回転速
度にセットされた撹拌羽根にて撹拌を行ないながら発泡
剤として水素化チタニウム３ｇを加え発泡させた。この
発泡剤が熱で分解してガスを発生し、気泡が成長する過
程で３分間撹拌羽根で気泡を切断し、一定の大きさにす
る。次いでこの発泡鋳型を炉外に取出して発泡したアル
ミニウム合金を冷却凝固させた。このようにして得られ
た発泡アルミニウム合金の気泡の径は約２＋＋＋ｍであ
り、気孔率は約７５容積％であった。この合金の表面の
模様はほぼ第１図のようであった。

実施例２ 砥粒としてアルミナ（ホワイトアランダム、ＷＡ）を用
いた場合も同様にして実施例１を繰返した。得られた製
品の気泡の径、気孔率もほぼ同じであった。

試験例１ 上記実施例２による発泡金属ホイールを外径２０５ａｎ
ｓ、厚さ１５關、穴径５０．８■■の大きさに加工して
砥石Ａをつくった。この外、比較のために通常の無機質
結合剤により結合された気孔率約４０容積％の一般的な
多気孔質の砥石Ｂと、人造軽石から気孔率８０容積％の
特殊な多気孔質の砥石Ｃをつくった。

これらの砥石Ａ、Ｂ、Ｃを労働安全衛生法に定める機械
関係「研削盤等構造規格」の第１２条によって回転破壊
強度を測定して得られた結果はほぼ第２図のグラフに示
す傾向を有していた。これはかかる発泡金属ホイールが
多気孔質でありながら高い強度を有しており、今後の研
削加工において、多気孔質のメタルボンド系研削ホイー
ルが高速研削加工に用いうろことを示しており高速加工
への足掛かりになるといえる。

試験例２ 実施例１にて製造した発泡金属を切断してえられたセグ
メントをアルミニウム板に第７図（ａ）のように貼付し
て試験例１と同じ大きさのホイールをつくり被削材とし
てダイス鋼（ＳＫＤ−１）（ＨＲＣ６０）を用いて研削
加工した。その際−方では５０Ｖの電圧を印加し他方で
はかかる電圧の印加なしで行なった。その他の研削条件
は次のとおり；横軸平面研削盤でホイール周速度２００
０　ｍ／ｓｉｎ　、テーブル速度２０ｍ／ｓｉｎ。

切りこみ０．００４ｕ＋ｓ／パスのプランジ研削。

電圧を印加しないで研削した後の発泡金属ホイールの表
面は第４図（ａ）（ｂ）に示すとおりであり、表面の基
地金属面に砥粒は突き出ていない。

しかし電圧を印加した研削後の発泡金属ホイールの表面
を断面図で表すと第５図に示すとおりであり、表面の基
地金属面（外周面）から砥粒が突き出ていて、自動的に
目立てがなされていることが示されている。尚その平面
図は第４図（ａ）とほぼ同じである。

試験例３ 銅を２０ｆｆｉ量％含有するアルミニウムー銅合金を用
いて実施例１により得られた発泡金属のセグメントを用
いて試験例２と同じ大きさ形状の研削ホイールをつくり
、又銅の含有量を５．１０．１５重量％にかえ、他は実
施例１と同様にして得られた発泡金属のセグメントから
同様な研削ホイールをつくった。

このようにして得られた４種のホイールにより、試験例
２と同じ被削材を同じ研削条件で、ただし、電圧を印加
せずに、研削加工した。そしてそれぞれの場合の研削量
、消耗量、研削抵抗、面粗度を測定して銅含有量の変化
によるそれぞれの性質の変化の傾向を第３図（ａ）〜（
ｄ）に示した。銅含有量の増加につれて研削量は漸次増
大し消耗量は著しく減少すること、研削抵抗と面粗度は
ほぼ一定であることが見出される。尚第２図、第３図（
ａ）〜（ｄ）ともにそれぞれの性質の絶対値を示すもの
ではなく、傾向を示すものである。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、溶融金属か
ら出発し、砥粒を加え、発泡剤により発泡させることに
より、２０〜９５％もの大きな気孔率をそなえ、しかも
強度や保持力等にすぐれたメタルボンド系の研削ホイー
ルが得られるのである。これを用いるときは、研削液が
研削作用面によく供給されるため、発生する熱をよく発
散吸収することができ、又研削量り屑の逃げ場も与えら
れてそれによるダメージを防ぐことができる。従って本
発明による発泡金属ホイールはセラミックスや超硬合金
等の難削材の研削、研磨に良好に使用することができ、
誠に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１により得られた本発明の発泡金属ホイ
ールの断面の模様を拡大して示す説明図、第２図は実施
例２による発泡金属ホイールと在来の研削砥石の回転破
壊強度のレベルを比較して示すグラフ、第３図（ａ）〜
（ｄ）は種々な銅含有量を有するアルミニウムー銅合金
を用いてえられた本発明の発泡金属ホイールの夫々研削
量、消耗量、研削抵抗と面粗度の傾向を示すグラフ、第
４図（ａ）（ｂ）は実施例１によりえられた本発明の発
泡金属ホイールを用いて電圧を印加しないで研削したと
きの表面状態を示す平面図と断面図第５図は印加して研
削したときの該ホイールの表面状態を示す断面図、第６
図は一体的に成形された本発明の発泡金属ホイールの一
実施例の斜視図、第７図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ発泡
金属ホイールの他の実施例の斜視図、第８図は発泡金属
ホイールの更に他の実施例を示す斜視図である。 １・・・砥粒、２・・・気泡、３・・・基地金属。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第２図 （ａ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）第４図 第６図 （ａ）　　　　　　　　　　　（ｂ） （ｃ）　　　　　　　　　　　（ｄ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、結合剤として働く基地金属中に該金属の３〜４０容
   積％の研削用砥粒と、直径１０ｍｍ以下の気泡を分散さ
   せ、この気泡は全体の容積の２０〜９５％占めることを
   特徴とする発泡金属ホィール。 ２、溶融している金属に、その金属を撹拌しながら該金
   属の３〜４０容積％の研削用砥粒を加え、更に撹拌しな
   がら発泡剤を添加して発泡させて直径１０ｍｍ以下の気
   泡を全体の容積の２０〜９５％の量をその内部に形成せ
   しめることを特徴とする発泡金属ホィールの製造方法。 ３、研削中に、発泡金属ホィールと被削材との間に電圧
   を印加して、基地金属を分解させ、研削用砥粒を金属表
   面より突出させて、研削しつつ自動的に目立てを行なう
   ことを特徴とする発泡金属ホィールの使用法。 ４、研削用砥粒は酸化物、炭化物、窒化物、超砥粒から
   なる群から選ばれる請求項１の発泡金属ホィール。 ５、基地金属はアルミニウム、銅、亜鉛、マグネシウム
   及びその合金からなる群から選ばれる請求項１の発泡金
   属ホィール。 ６、発泡剤は高温時、水素を発生する金属水素化物、水
   分を発生する鉱物質、炭酸ガスを発生する金属炭酸塩か
   らなる群から選ばれる請求項２の発泡金属ホィールの製
   造方法。