JPH02145262A - 研削砥石の製造方法 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、超砥粒を用いた研削砥石の製造方法に関する
ものであり、特に、超砥粒を含む砥粒層とそれを含まな
い砥石ボディーよりなる複合構造をもつ回転研削砥石の
製造方法に関するものである。

［従来の技術］ ダイヤモンド、立方晶窒化ほう素（以下ＣＢＮと略す）
、ウルツ鉱型窒化ほう素（以下ＷＢＮと略す）のような
硬度の高い砥粒を用いた回転砥石による研削では、切削
加工で困難な高硬度材料やセラミック材のような非常に
脆い材料あるいは、硬質ゴムのような比較的軟らかい材
料まで幅広い範囲の材料を加工することができる。

また切削加工に比べ、切込み量が掻めて微小であること
から、寸法精度の高い、仕上げ面精度の良い部品を加工
するのに適している。

また、このことに関連して、研削加工では、金属材料の
切削で問題となるような加工面での加工変質層の発生の
恐れもない。

将来構造材料としての伸びが期待される各種セラミック
材料の加工では、特に、加工面の欠陥の問題は金属材料
の場合以上に！！要であり、砥石を用いた研削加工は将
来とも重要な材料加工手段としての役割を果たすもので
ある。

ダイヤモンド、ＣＢＮ、ＷＢＮは、従来の砥粒材料であ
る炭化硅素＜５ＩＣ）やアルミナ（Ａｌ２Ｏりに比べ、
極めて高い硬度と強度をもつ優れた砥粒材料である。

これら超砥粒と呼ばれる砥粒を用いた砥石は、高硬度焼
入鋼や、高硬度のセラミック材料の研削加工に対し、従
来の砥粒を用いた砥石に比べてはるかに優れた研削特性
を示す。

しかし、欠点はこれら超砥粒の価格が従来のものに比べ
異常に高いことにある。

天然ダイヤモンドを除いて、これらの超砥粒は、高価な
装置を必要とする超高圧技術により合成されるため、Ｓ
ＩＣ，Ａｌ２Ｏ３等の従来砥粒に比べ、ダラム当りでそ
の価格は１００倍以上である。

このため、現在、これらの超砥粒を用いた砥石は、砥粒
を含む砥粒層と、含まない合金、つまり、砥石ボディー
よりなる複合構造となっており、一般に、砥粒層の厚み
は、１〜３ｍｍ程度である。

これにより、単に砥石のイニシャルコストを下げるだけ
でなく、製造品質の安定化や使用条件の安定化を図り、
高価な砥石を最高の条件で使用できるように工夫されて
いる。

これら超砥粒の結合材としては、銅、ブロンズ等の金属
質、樹脂、ガラス質が用いられ、これら結合材と超砥粒
を均一に混合する。

この混合粉末をホットプレス可能な黒鉛型に充填し、加
熱しながら加圧し、成形、焼結する。

このようにして得られた砥粒層を砥石ボディーに嵌入し
たり、また５接着剤で接着して、回転砥石とする。

［発明が解決しようとする課題〕 しかし、上記のような従来の回転砥石の製造方法におい
ては、次のようないくつかの問題へかあった。

成形用に高精度なホットプレス用の黒鉛型が必要であり
、一般にこのような黒鉛型は高価である。

２、回転砥石径が大きくなると、成形用の黒鉛型は大齢
くなり、取扱いが難しくなる。

３、薄肉円筒状の砥粒層の成形では、ホットプレス中の
圧力が砥粒層に均一に作用せず、形状によって成形困難
なものがある。

４　砥粒層の成形に雰囲気制御のできる高価なホットプ
レス装置が必要である。

５、黒鉛型を用いた成形であるため、砥粒層材料と型と
の熱膨張差が大きい場合、成形後の砥粒層に残留応力が
発生したり、割れが発生する場合がある。

６、焼結と同時に砥石ボディーを接合することは難しい
。

砥粒層の厚みが１〜３■と、薄い場合、黒鉛型を用いた
成形が困難なことがある。

特公昭５９−３４６号には、この困難さを改良するため
の衝撃的液圧を利用した研削砥石の製造方法が提案され
ている。

また、特開昭６１−１４６４７３号には、ペレットまた
は、棒状の砥石材の安価な製造方法として爆薬の爆発力
を利用する方法が各々提案されている。

特公昭５９−３４６号は、筒体内に封入した液体に高速
物体を打込み、衝撃的圧力を発生させ、この液圧により
筒体を外側の金型に合わせてフ性変形させ、筒体と金型
との間に装填した砥粒と結合材の混合粉末を成形し、同
時に、その砥粒層を筒体材料に固着させ、砥石ボディー
に嵌入する前の材料を製造しようとするものである。

しかし、この発明による方法では、発生できる液圧は高
々、数百ＭＰａであり、砥粒層の成形圧としては低く、
また、この圧縮による温度上昇も１００℃以下であり、
砥粒層の成形、焼結には、別に加熱用ヒーターを必要と
するという欠点がある。

また、この方法では、発生可能な液圧が低いことに関連
して使用する筒体の厚みを厚くすることができず、筒体
自体を砥石ボディーとする回転砥石は製造できない。

特開昭６１−１４６４７３号には、砥粒と結合材の混合
粉末をパイプに充填し、これに爆薬の爆発力を作用させ
て、該混合粉末を成形、焼結することにより棒状の砥石
材料を安価に製造する方法が提案されている。

しかし、この発明では、製造する砥石材料の径が大きく
なると、その製造に必要な爆薬量は、急激に増加する。

それは、砥粒と結合材の混合粉末の厚みが増加すると衝
撃波がその中を伝播する間の減衰が大きくなるためであ
る。

例えば、直径２０ＩＩＩＩφの砥石の丸棒を製造するの
に必要な爆薬量を基準２すると、その５倍の直径の１０
０ｍ１φの同様の丸棒を得ようとするとその２５倍以上
の爆薬が必要となる。

したがって、特開昭６１−１４８４７３号の発明に係る
方法は、現在、市場で使用されているカップ型砥石や平
面研削用砥石に適用する砥石材料の製造方法としては、
コスト面の他、特に、製造上の安全性からみて実用的な
砥石の製造方法とは言えない。

また、特開昭６１−１４６４７３号の発明により製造さ
れる砥石材料は丸棒である。

この丸棒をそのまま軸つきの回転砥石として使用するこ
ともできるが、砥石材料をそのまま軸として使用すると
強度不足のため心振れ等を起こし、高価な砥石全体を破
壊することになり好ましくない。

このほか、この発明で得られた棒状砥石をｆｉａ＋＋ｅ
幅に薄く切断し、これを砥石ボディーに接着する方法が
あるが、砥石の切断が容易でないことのほか、カップ型
や平面研削用砥石への適用を考えた場合、棒状の材料か
らの加工では清てる部分が多くなることなどコストの面
からみて、この発明の研削砥石の製造方法は、経済的、
実用的方法とは言えない。

さらに、特開昭６１−１４６４７３号の方法は、衝撃圧
縮処理しようとする試料粉末の砥石径が大きくなると、
圧縮中の径方向の収縮の絶対量が大きくなり、その分だ
け圧縮後の変形が大きくなるため、均一径の砥石材料を
得難い。

また、このような円筒状衝撃波による圧縮の１つの傾向
として、下方はど発生圧力が高くなる傾向になるが、上
記のように粉末成形体での径の大きいものの圧縮の場合
には上方と下方で収縮の仕方に相当の差ができ、均一な
品質のものが得にくいという欠点が あった。

本発明は、以上のような種々の問題点を除去し得る新規
な研削砥石の製造方法を提供することを目的とするもの
で、砥粒と結合材からなる混合粉末を円筒状試料容器に
充填し、円筒状衝撃波により衝撃圧縮し、研削砥石を製
造する方法において、該円筒状試料容器の中心軸に沿っ
て、それと同心的に金属材料でなる中棒を配置し、該円
筒状試料容器と材料との空間に砥粒と結合材よりなる混
合粉末を充填し、該円筒状試料容器の外側から円筒状１
街撃波により衝撃圧縮することにより研削砥石を製造す
ることを特徴とするものである。

本発明に係る研削砥石の製造方法は、回転砥石、特に従
来の製造方法では成形困難なものやコスト高となるよう
な径の大きい超砥粒を用いた研削砥石を低コストで安定
して量産化できる方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のものは下記のよう
になるものである。

すなわち本願のものは、砥粒粉末と結合材粉末を均一に
混合した粉末を円筒状試料容器に充填し、円筒状衝撃波
により衝撃圧縮し、研削砥石を製造する方法において、
該円筒状試料容器の中心軸に沿って、それと同心的に中
棒を配置し、該円筒状試料容器と棒状材料との空間に砥
粒と結合材よりなる混合粉末を充填し、該円筒状試料容
器を外側からＩＩＩ波により衝撃圧縮するようにした研
削砥石の製造方法である。

この場合、上記該砥粒粉末がダイヤモンド、立方晶窒化
ほう素、ウルツ鉱型窒化ほう素の少なくとも１種以上よ
りなるようにしても、また、上記結合材粉末が金属粉末
、セラミック粉末、樹脂粉末の少なくとも１種以上より
なるようにすることもできる。

［作用］ 効果と共に説明する。

［発明の実施例］ 以下本発明の１実施例を図面と共に説明する。

第１図は本発明の研削砥石の製造方法に適用される円ｖ
Ｊ衝撃圧縮装置１の１実施例を示す縦断面図である。

２は爆薬容器で、外円筒２Ａと、この外円筒の上下に張
設された上方板２Ｂと下方板２Ｃとから構成されている
。

３は上記爆薬容器２の中心位置に起立せしめられている
円筒状試料容器で、上下には上下のプラグ３Ａ、３Ｂが
装着されている。

４は上記円筒状試料容器３の中心軸に 沿って、それと同心的に配置された円柱状の中棒である
。

５は上記爆薬容器２内に充填された爆薬で、６は上記上
方板２Ｂに装着された雷管である。

７は上記円筒状試着容器３内に充填された混合粉末であ
る。

この図では、円筒状試料容器３に接して爆薬５が配置さ
れ、雷管６で爆薬５が起爆される状態を示している。

その爆轟波が下方へ伝播し、それに件う爆轟衝撃波によ
り、まず円筒状試料容器３が衝撃圧縮され、次に、その
内側の砥粒と結合材の混合粉末フが衝撃圧縮される。

この混合粉末の衝撃圧縮は断熱圧縮であり、そのときの
熱により、混合粉末は圧縮状態で焼結される。

本発明の方法により、超砥粒として、ダイヤモンド、Ｃ
ＢＮ、ＷＢＮの少なくとも！ｆ！以上と、金属粉末、セ
ラミック粉末、樹脂粉末の少なくとも１ｆｆｆ１以上か
らなる混合粉末を焼結し研削砥石を製造することができ
る。

この製造条件は主に使用する結合材の物性によるが、セ
ラミック粉末を結合材とした場合には、その焼結には比
較的高い圧力と温度を必要とする。

逆に樹脂粉末の場合には、低い圧力と温度で充分である
。

粉末の衝撃圧縮において、発生する温度は、圧力のほか
、初めの充填密度により制御でき、一定圧力では気孔率
の高いほど、発生温度は高くなる。

この衝撃圧縮の特徴を利用することにより、金属やセラ
ミック粉末を結合材とした砥石の焼結でも、特公昭５９
−３４６号のような外部ヒーターは無用となり、外部ヒ
ーターによる試料室の均一加熱と制御といった煩わしい
問題から解放される。

本発明に係る研削砥石の製造方法の特徴である円筒状試
料容器３の中棒４は本発明による回転砥石の製造におい
て、いくつかの重要な役割を果たすものである。

まず、そのｍ要ないくつかの要点を上げ、次に個々につ
いて説明する。

（１）爆薬量の削減が可能である。

（２）低コスト化に寄与する。

（３）製造される砥石材料の位置による変形量の差を小
さくできる。

（４）中棒４を砥粒層と接合することにより、その中棒
を砥石ボディーとして利用できる。

（ｔｌの爆薬量の削減は、同じ径の砥石を特開昭６１−
１４６４７３号に述べられている製造方法で製造する場
合に比較してであり、例えば、通常使用されているよう
な外径ｌＨ＋ｓａφ、砥粒層５１１■１程度の平面研削
用の砥石を製造する場合を仮定すると、本発明による方
法で必要となる爆薬量は、特開昭６１−１４８４７３号
の方法で必要となる爆薬量の１７１０以下である。

これは単に爆薬量が減少し製造される砥石のコストが低
下するだけでなく、安全性つまり製造場所の問題からも
大きな利点である。

本発明に係る砥石の製造方法では、製造する砥石の砥粒
層は薄いほど製造容易であるが、実用的には０．５〜２
０ｍ５　（円周方向の厚み）が必要である。

円筒衝撃圧縮による方法では、圧縮しようとする粉末の
円周方向の厚みが大きくなると、衝撃圧縮中の粉末の収
縮の絶対蓋が大きくなり、不均一な変形をするようにな
り、著しい場合には、その断面が楕円形になることもあ
る。

本発明ではこのような変形は、中棒４を入れ、かつ砥粒
層をできるだけ薄くすることにより、防止できることを
つきとめた。

本発明による方法は、特殊用途の砥石として砥粒！ｌｌ
　３Ｑｍ＋ｓ程度のものまで比較的変形を少なく製造で
きるが、製造後の砥石としての仕上げ工程を考慮すると
変形量の少ない砥粒層０．５〜２０■暑の砥石の製造方
法として適している。

さらに、この中棒４を使用するもう１つの利点は、砥粒
層の焼結と同時に、その焼結した砥粒層を中棒４に接合
（結合）させ、中棒４をそのまま砥石の砥石ボディーと
して利用できる点にある。

この方法により従来の回転砥石の製造方法における焼結
した砥粒層と砥石ボディーとの接着の工程を省くことが
できる。

また、本発明により製造される回転砥石は、内側は金属
製の砥石ボディーをもち、その外側に〜２０■劇までの
砥粒層を′もつものであり、特開昭６１−１４６１７３
号に述べられている砥石材料から作られるようね全体が
砥石材料でできた回転砥石に比べ１７１０以下のコスト
で製造できる。

このことは、従来の超砥粒層を用いた回転砥石の製造方
法の推移、つまり、前に述べたように砥粒層を薄くしイ
ニシャルコストを下げ、かつ、品質の安定化や使用条件
の安定化を図ってきたという推移にも適合するものであ
る。

本発明の研削砥石の製造に用いる中棒４の材料としては
、一般に砥石ボディーとして用いられているアルミやア
ルミ合金をはじめ、Ｔｉ系、Ｎｌ系の軽量、高強度材料
を利用することができる。

これらの材料は基本的には、真密度のものが好ましいが
、砥粒層の構成材料によっては、砥粒層と砥石ボディー
の接合強度を上げる目的で、中棒４と砥粒層との間に適
当な厚みの圧粉体層を配置することもできる。

この場合、その中間層材料は中棒の材料と同じである必
要はなく、両者の接合を助けるような材料を選択するこ
とができる。

また、この中棒の配置の仕方は必ずしも、試料室の中で
連続している必要がなく、例えば１０〜２０ｍ５の厚さ
ごとに、中棒のみ、または、中棒と砥粒層の間に衝撃圧
縮処理後の円筒方向の切断を容易にするための黒鉛やＢ
Ｎ等の薄い分離層を入れることもできる。

円筒状試料容器３及び爆薬容器２の外円筒２人としては
、金属、紙、木、プラスチックを利用できる。

また、円筒状試料容器３における上方に位置する円錐状
のプラグ３Ａは金属または木で作ることができ、これは
、雷管６で起爆され、爆薬５の中を球面状に広がる爆轟
波が円筒状試料容器３に達する前に、この球面状に広が
る爆轟波を、平面状の爆轟波に整える作用をするもので
、均一に試料を衝撃圧縮するのに欠かせないものである
。

第２図で示すものは第１図と同じく、この発明の研削砥
石の製造方法として利用できる円筒衝撃圧縮装置１１で
ある。

この装置１１は、駆動チューブ８を用いていることを除
いては他の構成は第１図のものと同様であり、このｗＡ
動チェーブ８と円筒状試料容器３との間には空間９が形
成されている。

そして、この駆動チューブ８の外側に配置した爆薬５の
爆轟圧により駆動チューブ８が中心軸方向に加速され、
内側の円筒状試料容器に高速で衝突し、衝撃波が発生し
、それが砥粒と結合材よりなる混合粉末に伝播し、混合
粉末が衝撃圧縮されて、成形、焼結される。

本発明方法をより明確にするために、以下の実施例１を
掲げる。

（実施例Ｉ） 第１表に示す砥粒層配合組成の粉末をアルミナ乳鉢を用
いて乾式混合した。

ついで、これらの粉末を第１図または１Ｊ２図に示した
円筒衝撃圧縮装置を用い、また、爆薬としてＡＮＦＯ爆
薬を用いて、第１表に示した充填状態で衝撃圧縮処理し
た。

ここでの円筒状試料容器３の内径は ＳＯ，ＯＩφ、肉厚は３．２ｍｇ＋であり、試料の充填
長さは１００■■であった。

表中の砥粒層の厚みは径方向の砥粒層充填厚みであり、
また、爆薬量は同じく径方向の厚みで示した。

また、第１表の動、２．３．５では、砥粒層と中棒の接
合を良くする目的で、それらの間に第１表に示した中間
層を入れた。

衝撃圧縮処理した後、円筒状試料容器を２つ割りして除
去した後、縦方向に４等分し、それぞれの断面を研磨し
、焼結状態をはじめ、欠けやクラックの有無、中棒と砥
石層の接合状態を観察した。それらの結果を第１表にま
とめて示した。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明は、超砥粒と結合材からなる
混合粉末を円筒状試料容器に充填し、円筒状衝撃波によ
り衝撃圧縮し、研削砥石を製造する方法において、該円
筒状試料容器の中心軸に沿って中棒を配置し、該円筒状
試料容器とその中棒との間の空間に砥粒と結合材の混合
粉末を充填し、衝撃圧縮することにより研削砥石を製造
するようにしたもので、本発明に係る砥石の製造方法は
、研削回転砥石、特に従来の方法では製造困難なものや
コスト高となる径の大きい超砥粒を用いた回転砥石を低
コストで安定して量産化できるような方法を提供するも
のであり、その工業的意義は大きい。

第　　１ 表 ２　。

　Ａ Ｂ ２Ｃ。

　Ａ ３Ｂ。

７　、 円筒衝撃圧縮装置、 爆薬容器、 外円筒、 上方板、 下方板、 円筒状試料容器、 プラグ、 プラグ、 中棒、 ｔｈＳ薬、 １管、 混合粉末、 駆動チューブ、 空間。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の研削砥石の製造方法に適用で
きる円筒′ａ！圧縮装置の実施例を示す縦断面図である
。 手 続 ネｌ〕 正 書 昭和６３年１１月２６日浬出の特許願 発明の名称 研削砥石の製造方法 補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　住友石炭鉱業株式会社 代　　理　　人 〒０６０ 住所　札幌市中央区北１条西３丁目３番地動　、７エス
タービル 補正命令の日付 昭和　　年　　月 補正の対象 発明の詳細な説明の欄 日 （自発） ′−１ゝ＼ ＝、　＋：　。 明細１！Ｆ４頁１１行のＮ　〜３１１１１Ｊをｒｌ〜５
ｍ＋ｎ４に補正する。 ４へ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、砥粒粉末と結合材粉末を均一に混合した粉末を円筒
   状試料容器に充填し、円筒状衝撃波により衝撃圧縮し、
   研削砥石を製造する方法において、該円筒状試料容器の
   中心軸に 沿って、それと同心的に中棒を配置し、該円筒状試料容
   器と棒状材料との空間に砥粒と結合材よりなる混合粉末
   を充填し、該円筒状試料容器を外側から衝撃波により衝
   撃圧縮するようにしたことを特徴とする研削砥石の製造
   方法。 ２、該砥粒粉末がダイヤモンド、立方晶窒化ほう素、ウ
   ルツ鉱型窒化ほう素の少なくとも１種以上よりなること
   を特徴とする請求項１記載の研削砥石の製造方法。 ３、該結合材粉末が金属粉末、セラミック粉末、樹脂粉
   末の少なくとも１種以上よりなることを特徴とする請求
   項１記載の研削砥石の製造方法。