JPH02145263A - 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】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、研削砥石の製造方法に関するものであり、特
に高硬度な金属やセラミック材料の高精度、高能率加工
に利用されるダイヤモンド等の超砥粒を用いた研削砥石
の製造方法（成形及び焼結）に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種のものにあっては、下記のようなものにな
っている。

硬度の高いダイヤモンド、立方晶窒化はう素（以下ＣＢ
Ｎと略す）、ウルツ鉱型窒化はう素（以下ＷＢＮと略す
）などの砥粒粉末を用いた研削砥石は、切削工具では加
工困難な高硬度の材料やセラミック材料のような非常に
脆い材料あるいは、硬質ゴムのような比較内軟かい材料
化幅広い範囲の材料の加工に利用されている。

研削加工では、切削加工に比べ切込み量が極めて微小で
あることから部品の高精度加工ができる。

また、切削加工で問題になる加工変質層の発生が殆どな
く、材料強度の面からも好ましい加工を去である。

ダイヤモンド、ＣＢＮ、ＷＢＮは超砥粒と呼ばれ、従来
の炭化硅素（ｓｉｃ）やアルミナ（ＡｈＯｓ）等に比べ
て極めて高い硬度をもつ新しい砥粒材料である。

これらの砥粒材料を用いた砥石は、高硬度焼き入れ鋼や
セラミック材料の研磨加工に対し、従来の砥粒を用いた
砥石に比べ格段に優れた特性を示す。

しかし、ダイヤモンド砥粒の１部ヒして使用される天然
ダイヤモンドを除いて、他の超砥粒材料はすべて高価な
装置を必要とする超高圧技術により合成されたものであ
り、従来の砥粒材料に比べて極めて高価である。

天然ダイヤモンドもそのｔＩ源的制約から現在では合成
ダイヤと同等程度の価格となっている。

ＣＢＮ、ＷＢＮに比べて比較的安価な合成又は天然ダイ
ヤモンドのｇ当りの価格はＳＩＣや八１２０３の場合の
１００倍以上である。

このため、超砥粒を用いた砥石の中、比較的砥石径の大
きいものは、砥粒を含む砥粒層と含まない砥石ボディー
よりなっている。

−段には、その砥粒層の厚みは、１〜３ａｓ程度であり
、砥粒層に含まれる超砥粒の体積％は１０〜４０％程度
である。

砥粒層は一般に結合材として、銅、ブロンズ等の金属粉
末、ガラス賀を含むセラミック粉末、フェノール樹脂な
どの樹脂粉末のいずれかを用い、その結合材を超砥粒と
混合し、黒鉛製の型に充填した後、加圧と同時に加熱す
るホットプレス法により製造されてきた。

回転砥石は、との砥粒層を金属製、主にアルミニウムや
アルミ合金製の砥石ボディーにエポキシ樹脂等の接看剤
を用いて製作する。

［発明が解決しようとするｌ１１１ 従来の技術で述べたものにあ）ては、下記のような問題
点を有していた。

Ａ、ホットプレス法による焼結には、高精度で加工され
た硬度の高い黒鉛型が必要であり、このような黒鉛型は
高価である。

Ｂ、超砥粒を用いた砥石の製造には、雰囲気制御出来る
高価な特殊ホットプレス装置が必要である。

Ｃ１砥粒層と砥石ボディーの間の熱膨張率の差のため、
砥粒層の焼結とその砥粒層と砥石ボテイーとの接合をホ
ットプレス中に並行して行うことができない。

砥粒層と砥石ボディーの間の熱膨張差のため、ホットプ
レス後の冷却過程で、焼結された砥粒層に残留応力が発
生し、著しい場合には、砥粒層にそのための多数の割れ
が発生する。

Ｄ、金属又はセラミック系結合材を用いた砥石は、金属
系結合材を用いた場合少なくとも　６００℃以上、セラ
ミック系の場合少なくとも　１．０００℃以上で１０分
〜６０分程度保持され、この間に高圧相材料であるダイ
ヤモンドやＢＮ砥粒表面では、低硬度の低圧相への逆変
ｉ！！＆が生じるため結合材による砥粒の保持力が弱め
られ、その結果、砥石の研削性能が低下する。

本願は、上述のような種々の問題を除去しつる新規な研
削砥石の製造方法を提供するものである。

本発明に係る製造方法では、砥粒粉末と結合材粉末の混
合粉末を、爆薬の爆発に伴う平面爆轟ｉ釘撃波、又は高
速５′１Ｉｙ１１体の衝突により発生する平面ｉｔ？ｒ
Ｌにより衝撃圧縮し、その断熱圧縮に伴う熱により、極
めて短時間に該混合粉末を成形、焼結し、ざらに、その
成形、焼結と同時に砥粒層を砥石ボディーに接合するこ
とができる。

この方法により、高い研削性能を持つ砥石をより経済的
に効率よく製造することができる。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明における研削砥石の
製造方法は下記のようになるものである。

本願のものは、砥粒粉末と結合材粉末を均一に混合し、
その混合粉末を平面衝撃波により衝撃圧縮し、成形及び
焼結するようにした研削砥石の製造方法である。

なお、この場合、上記衝撃圧縮の方法として、爆薬の爆
発に伴う爆轟衝撃波、又は高速飛翔体の衝突による衝撃
波を利用することができ、また、上記砥粒粉末として、
ダイヤモンド粉末、立方晶窒化はう素粉末、ウルツ鉱型
窒化はう素粉末の少なくともｔｆ１以上を用い、さらに
、上記結合材粉末として、金属粉末、セラミック粉末、
樹脂粉末の少なくとも１１１以上を用いることができる
ものである。

［作用］ 効果と共に説明する。

［発明の実施例］ 実施例について図面を参照して説明する。

１は本発明方法に好適な平面衝撃圧縮装置で、下方部分
２と上方部分３とから構成されている。

２Ａは、ダイヤモンド、ＣＢＮ、ＷＢＮ砥粒の少なくて
も１つ以上の砥粒粉末と金属、セラミック、樹脂の結合
材の少なくとも１つ以上の結合材粉末からなる混合粉末
４を充填する試料Ｎ２Ｂをもつ鉄製の試料容器であり、
その外側に衝撃圧縮後の試料容器２Ａの回収を容易にす
る為の鉄製のモーメンタムトラップ２Ｃを配置し、さら
に、その下に鉄製のモーメンタムトラップ２Ｄを設置す
る。

なお、上記試料容器２Ａは、底板２Ａｔとこの底板２Ａ
１に上方から着脱自在に嵌合する断面下向きコ字状の蓋
２Ａ２から構成されている。

このモーメンタムトラップ２Ｃは、主に試料容器の側面
方向、またモーメンタムトラップ２Ｄは、試料容器の下
方向の各々の運動量を吸収し、結果的に衝撃圧縮処理後
の試料の回収を容易にするためのものである。

超砥粒と結合材との混合粉末４は、目的とする砥石形状
に合せて第３図から第１０図に示すような形状に充填す
る。

第３図の４Ａは、主に平面研削用やカッター用の回転砥
石、第５図の４Ｂはカップ型砥石等、また、第７図の４
０と′Ｍ９図の４Ｄはハンドストーン用の砥石材料や内
径研削用砥石を製造するための充填方法の１例を示した
ものである。

第３図、第５図で示すタイプの砥石４Ａ。

４Ｂの製造では、砥石ボディー４Ａ１゜４８１の材料と
して、相対度ｉｏｏ％の金属板を用いることもあるが、
気孔を含む粉末の成形体でこれを置き換えることもでき
る。

特に、厚みの薄い砥石の製造では、後者の方が都合がよ
い。

砥石ボディー用材料としては＾ｌや＾１合金をはじめ、
Ｔｉ系、　Ｎｌ系の軽量、高強度材料を使うことができ
る。

第４図、第６図において、砥粒ｌｌ４Ａ２４Ｂ２の内径
側にある砥石ボディー４Ａ１゜４Ｂ１として、その断面
形状が、円、楕円、直線部分をもつ楕円、多角形または
星形のような形状のものを用いることができるが、砥粒
層の充填や砥粒層厚みを考慮した経済性からは円に近い
形状のものが望ましい。

試料容器の材料は、対象とする砥石材料の焼結に必要な
衝撃圧縮条件により広い範囲の材料が選択できるが、一
般にはコストの面から鉄、銅、真ちゅう、ステンレスが
適当である。

第１図の上方部分３は、この装置の爆薬構成部分である
が、円錐状の爆薬レンズ３Ａは雷管３Ｂによりその頂点
で点火され、爆薬レンズ３Ａでの燃焼は平面的に下方に
伝播されるようになる。

さらに、その平面的燃焼がその下の主爆薬３Ｃに伝播さ
れ、主爆薬に平面燃焼を起し下へ伝播し、この燃焼で発
生した爆轟衝軍圧力により下の金属板でなる飛翔体３Ｄ
が高速に加速され、下の試料容器２Ａ＆：＠突する。

この衝突により試料容器に平面衝撃波が発生し、これが
更に砥石用の混合粉末に伝播され、混合粉末は衝撃圧縮
され、成形、焼結される。

衝撃波の通過により混合粉末の部分で発生する圧力、温
度は、主に、使用爆薬量と混合粉末の充填率でＩＩＩ御
することができ、また持続時間は第１図のような飛ｍ板
を用いた場合、その厚みにより変えることができるが、
３ｍｍの鉄板を２にｍｉｓ程度で試料容器に衝突させた
場合の圧力持続時間は約１．５Ｘ　１Ｇ”’秒であり、
極めて短い。

また、第１図のような方法では試料部分に〜２，０００
℃までの温度と同時に５００Ｐａまでの圧力を比較的容
易に発生できる。

このような、平面衝撃波を利用した砥石用混合粉末の成
形、焼結での利点は、通常のホットプレス等に比べて相
当に高い圧力での焼結が可能であるため温度をかなり低
く押えることができる点にある。

さらに、焼結保持時間も１０−’秒単位で極めて短いも
のであり、超砥粒表面での低圧相への変換による劣化も
なく、そのための砥石の研削性能の低下を避けることが
できる。

また、衝撃圧縮による温度上昇は同一材料、一定圧力で
は、その材料の気孔率により制御でき、低気孔率のもの
ほど高温となる。

例えば％　１０５Ｐａで気孔率５０％の鉄の圧粉体を衝
撃圧縮すると、その時の温度は１．２００℃にも達する
が、これが気孔率Ｏ％に近い鉄ブロックの場合には　１
００℃程度しか温度上昇はない。

このような衝撃圧縮の性質を利用することにより、本発
明に係る砥石の製造方法では、砥粒層の焼結と同時に砥
粒層と砥石ボディーとの接合を行うことができるのであ
る。

衝撃圧縮後の高温からの冷却過程での砥粒層の寸法変化
量と、同じく冷却過程での砥石ボディー材の寸法変化量
を同じにすれば、砥粒層における残留圧力の発生や、そ
のための割れの発生を遵けることができる。

例えば、熱膨張率の小さい砥粒層をアルミ族の砥石ボデ
ィーに焼結と同時に接合したい場合には、押し出し成形
した相対密度１００％のアルミ棒から製作したアルミ板
を用いる。

逆に、熱膨張の大きい砥粒層材料の場合には、気孔率４
０〜５０％のアルミ粉の成形体を用いる。第２図に招け
る１１は、第１図と同じく、本発明の研削砥石製造方法
に利用できる平面Ｉｌｌ圧縮装置の他の実施例である。

第２図における砥粒層の混合粉末を充填する試料室２Ｂ
及び試料容器２Ａの部分は第１図と同様である。

第２図では飛翔体３Ｄを用いないことを除いては、第１
図と同様であり、この場合には第２図の主爆薬３Ｃの平
面爆轟衝撃波がそのまま試料容器２人に伝えられ、更に
試料室２Ｂへ伝播し、混合試料は衝撃圧縮される。

この他にも、平面衝撃波を発生させる方法として、銃（
発射器）を用いる方法やハンマーを用いる方法などを本
発明の研削砥石の製造方法として利用することができる
。

更に、上記方法を明らかにするため、下記の実施例１．
実施例２を掲げる。

（実施例１） 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
いて乾式で混合し、それらの粉末を第１図に示した衝撃
圧縮装置の試料室（２５■φ×５膳膳’）２Ｂに充填し
、主爆薬として爆速７．２ｋｓ／ｓのデュポン社製のデ
ータシートを使用した。試料充填条件及び飛翔板、爆薬
量は第１表に示した。

衝撃圧縮ＩＡ環した後、試料容器を回収し、試料外側の
鉄製客器部分を旋０１１で取除き砥粒層と砥石ボディー
からなる試料を取出し、その上下面を研磨仕上げし、砥
粒層の焼結状態及び割れの有無等を観察した。

それらの結果を第１表にまとめて示した。

（実施例２） 第２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２図に示
した衝撃圧縮装置の試料室　（２Ｓ１ｍφｘ　５ｍｓ’
）　　２　Ｂに示す試料構成で充填し主爆薬として実施
例１と同じくデータシートを用いた。

衝撃圧縮処理した後、実施例１と同様にして試料部分を
回収し、その上下面を研磨仕上げした後、ベレット状試
料の中央より２つに切断し、その片方の断面も研磨仕上
し、上下面と同様に砥粒層の焼結状Ｒ及び砥粒層と砥石
ボディーの接合状態を観察した。

それらの結果を第２表にまとめて示した。

［発明の効果Ｊ 以上詳述したように本発明は、超砥粒粉末と結合材粉末
の混合粉末を爆薬の爆発に伴う爆轟衝撃波、または高速
飛翔体の衝突により発生する平面衝撃波により、ｆｆ１
軍圧縮することによって、極めて短時間に成形、焼結し
、かつ、砥粒層を構成する混合粉末の焼結と同時に砥粒
層と砥石ボディーの接合も可能である新規な研削砥石の
製造方法を提供するものであり、その工業的意義は大き
い。

′！ＪＪ１ 表 第 表

【図面の簡単な説明】

第１図は平面ｉｆｉ撃圧縮装置の縦断面図、第２図は同
上の他の実施例の縦断面図、第３図は平面研削用やカッ
ター用の回転砥石の平面図、 第４図はＡ−Ａ線断面図、 第５図はカップ型砥石の平面図、 第６図はＢ−Ｂ線断面図、 第７図はハンドストーン用や内径研削用の砥石の平面図
、 第８図はＣ−Ｃ線断面図、 第９図はハンドストーン用や内径研削用の砥石の平面図
、 第１０図はＤ−Ｄ線断面図である。 １１１．平面衝撃圧縮装置、 ２　、　下方部分、 ２Ａ、、、試料容器、 ２Ｂ、、、試料室、 ２Ｃ，、、そ−メンタムトラップ、 ２０、、、モーメンタムトラップ、 ３１．上方部分、 ３Ａ、、、爆薬レンズ、 ３Ｂ、、、雷管、 ３Ｃ，、、主爆薬、 ３Ｄ、、、飛翔体、 特 ４　。 許 出 混合粉末、 願 平面衝撃圧縮装置。 人　　　住友石炭鉱業株式会社 手 続 ネ巾 正 書 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

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、その混合粉
   末を平面衝撃波により衝撃圧縮し、成形及び焼結するこ
   とを特徴とする研削砥石の製造方法。 ２、上記衝撃圧縮の方法として、爆薬の爆発に伴う爆轟
   衝撃波、又は高速飛翔体の衝突による衝撃波を利用する
   請求項１記載の研削砥石の製造方法。 ３、砥粒粉末として、ダイヤモンド粉末、立方晶窒化ほ
   う素粉末、ウルツ鉱型窒化ほう素粉末の少なくとも１種
   以上を用いる請求項１記載の研削砥石の製造方法。 ４、上記結合材粉末として、金属粉末、セラミック粉末
   、樹脂粉末の少なくとも１種以上を用いる請求項１記載
   の研削砥石の製造方 法。