JPH02292174A - 超砥粒砥石 - 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、各種ワークの研削、切断、小細工等の精密加
工に利用される超砥粒砥石に関する。

「従来の技術」 ダイヤモンドやＣＢＮ等の超硬質の砥粒を利用した超砥
粒砥石は、通常、該超砥粒を含む砥石層を台金に接合し
て構成される。砥石層は、砥粒、結合剤及び充填材から
なっている。このうち結合剤には、大別して、以下の４
種類が利用され、砥粒や加工条件に応じて適宜に選択さ
れる。即ち、フェノール樹脂を主体とする熱硬化性の有
機質結合剤からなるレジンボンド、Ｃｕ，Ｓｎ．Ｎｉ等
の合金からなるメタルボンド、ガラスやセラミック等の
無機質結合剤からなるビトリファイドボンド及び電気メ
ッキによって砥粒を電着する電着法とに分けられる。

一方、砥石層を接合して保持するための台金に着目する
と、例えば平板形砥石の場合では、樹脂台金が多く使用
されている。

また、砥石車やカッティングブレードなどの場合は金属
製の台金、具体的には、Ａｊ合金やＦｅ基合金（普通鋼
或いはＮ　ｉ　−Ｃ　ｏ＠、ステンレス鋼等の高合金鋼
）が多く使用され、場合によっては、ＷＣ等の起硬材料
やセラミック複合材料なども利用されている。（例えば
特開昭５８−２２６６３号、特開昭５８−１８１５７４
号、特開昭５９−５９３５２号、特開昭５９−１１０５
６０号の各公報参照） ［発明が解決しようとする課題］ ところで、超砥粒砥石の台金に求められる性質について
検討すると、台金は砥石層と密着して一体的に接合でき
ることを前提条件に、砥石層を剛体的に保持できること
、強靭であること、耐熱性や耐食性に富むこと、反面、
比重量が小さく熱膨張率が小さいこと、振動吸収能が高
いこと、研削液による冷却効果が高いことなどが要求さ
れる．しかるに、現行の超砥粒砥石に利用されている上
述の各種材料で形成した台金にあっては、製造上の制約
もあって一長一短があり、砥石に求められる諸性質に広
範に適合し得るものは見当たらない。

本発明は、このような実情に照して、台金の改良を通し
て、超砥粒砥石の分野に新境地を開き、併せて砥石全体
としての性能アップを図ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明が新たに提唱する超砥粒砥石は、チタン又はチタ
ン合金（以下、単にチタン合金という）製の台金に、既
述の各種ボンド法を利用して超砥粒を含む砥石層を接合
したものである。

その際、台金に対して砥石層の密着性が不足する場合は
、チタン合金製の台金の接合面に、シュー酸又はシュー
酸を主成分とする混酸で複数回エッチングされた下地処
理を施したものを使用してもよい。

更に、台金にメタルボンドや電着により砥石層を接合す
る目的等では、チタン合金製の台金の接合面に、シュー
酸又はシュー酸を主成分とする混酸で複数回エッチング
してから銅皮膜を形成する下地処理を施したものを使用
することができる。

［作用］ このようにチタン合金製の台金に砥石層を接合させた超
砥粒砥石であれば、チタン合金が、他の金属材料に比し
、比強度が大きく耐熱性と耐食性に富み、且つ又、熱膨
張率が小さく、振動吸収能に優れるといった砥石層を接
合保持する上で好都合となる数々の特性が発揮されるた
め、この台金の特性改善を通して、砥石構造に様々の改
良や変化を与えることができ、同時に砥石全体としての
性能アップを図ることができる。

また、チタン合金製の台金に対して砥石層の密着性が不
足する場合は、台金の接合面をシュー酸等で複数回エッ
チングする下地処理を施しておくことで、密着不良の問
題を解決することができる。

更に、上記複数回エッチングに加えて銅皮膜を形成する
下地処理を実施した場合は、チタン合金製の台金に砥石
層をメタルボンド及び電着にて接合することも可能とな
り、チタン合金製台金を利用した超砥粒砥石の砥石構造
を一層多様なものに豊富化できる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を砥石の種類別に挙げて説明する
。

夾旌億１ 本実施例は、手磨き砥石等に利用されている平板形の超
砥粒砥石に適用した場合を示す。

第１図は超砥粒砥石の断面を図示し、プレート状のチタ
ン合金製台金１の上に、ダイヤモンドやＣＢＮのような
超砥粒をビトリファイドボンドで結合した砥石層２が直
接接合されている。

この砥石は、焼成時に割れなく成形することができる。

即ち、チタン合金製の台金１に、超砥粒にボンド及び必
要な充填材等を所定の配合で混合したビトリファイドボ
ンド砥石層２を層状に塗着し、これを第３図のように、
プレス型３、４にセットして加圧成形した後、乾燥させ
てから高温で焼成するプロセスによって製造される。

仮に、Ａｐ合金やスチール等の金属製の台金を使用した
場合には、上記焼成段階で砥石層に割れ及び剥離を頻発
する例が多く、そのためこの種砥石は、砥石単独焼成の
後、台金に接着する方法によって遣られている。

しかるに、チタン合金製の台金１を利用した場合は、砥
石層２がビトリファイドボンドで結合されたものであれ
ば、台金１の表面がビトリファイドボンドの成分と化学
的に良くなじみ、チタン合金の熱膨張率が小さいことも
あって、上記焼成工程で砥石層２に割れや台金１との剥
離を生じることがなく、砥石層２をチタン合金製台金１
の上に広面積に亘って密着性良く接合させることができ
る。

このように台金１をチタン合金で形成した平板形超砥粒
砥石では、樹脂系ものに比敦すると、砥石層２を台金１
に対して一体型成型できる点で有利となる。

ところで、上例では砥石層２が特にとトリファイトボン
ドで結合される場合を説示したが、結合剤にレジンボン
ドを使用する場合は、台金１に対して砥石層２が密着不
良を起こす問題が認められる。このような場合、予めチ
タン合金製台金１の接合面に、シュー酸又はシュー酸を
主成分とする混酸で複数回エッチングする下地処理を施
しておくことが有効な解決策となる。

即ち、この下地処理を施すことで、本発明者が先の出願
（特願昭６３−３０４９９２号）で既に提案したように
、チタン合金製台金１の接合面には、小孔群が密に蝕刻
されると共に、各小孔の底部に微孔がラップされた特有
の表面腐蝕構造が現われ、この活性化状態の下地処理面
にボンド材料を塗着すると、その小孔及び微孔群にボン
ド材料が浸透して、当該ボンド材料が小孔及び微孔群に
嵌合乃至投錨される機械的な結合効果を得ることができ
る。

従って、このような下地処理を施してから砥石層２を接
合すれば、砥石層２がレジンボンドを結合剤とする場合
でも、チタン合金製台金１との間で良好な密着性を確保
することができる。それ故、チタン合金製の台金１に接
合する砥石層２には、砥粒や加工条件に応じて最適の結
合剤を選ぶことができ、更に上記下地処理に銅皮膜を形
成するプロセスを追加すれば、後述のようにメタルボン
ド及び電着法を利用することも可能になる。

なお，最初に例示したビトリファイドボンド砥石層の場
合でも、勿論、上記下地処理を適用することができ、そ
の場合には接合面での化学的結合に機械的結合が重畳さ
れ、密着性がより一層強化されるものとなる。

第２図は、第１図に示した超砥粒砥石の台金構造を部分
的に改良した変形実施例を示す。即ち、砥石層２側の肉
厚部分１ａのみをチタン合金で形成し、残余の肉厚部分
１ｂは、例えばアルマイト処理したＡ．Ｑ合金で形成す
るようにして、比較的高価なチタン合金の肉厚を節約す
るようにしている。なお、両者の接合面には適宜接着剤
５を介在させるようにすればよい。

犬里男ス 本実施例は、回転研削加工に利用される円盤形の超砥粒
砥石に適用した場合を示す。

第４図は超砥粒砥石の断面を図示し、中心に軸穴８を設
けた円盤状のチタン合金製台金６の外周に、ダイヤモン
ドやＣＢＮのような超砥粒をビトリファイドボンドで結
合した砥石層７が直接接合されている。

この砥石は、台金６と外周型枠との間に砥石層７を充填
成形し、乾燥、焼成することで、平板形と同様、砥石層
７を割れなく接合することができる。また、前記複数回
エッチングによる下地処理を実施すれば、砥石層７がレ
ジンボンドを結合剤とする場合であっても、密着性を確
保して接合することができる。

かかる砥石車に適用した場合、チタン合金製の台金６で
構成したものでは、その優位性が顕著となる。即ち、こ
の種の超砥粒砥石はＮＣ加工や自動定寸加工の超精密加
工に利用されるが、研削熱や軸受の熱によって砥石が加
熱されると、台金６にＡｌｌ合金を利用したものでは、
熱膨張率が大きいため砥石外径の変化が大きく、加工精
度の誤差が大きくなる不具合がある。一方、高合金鋼を
利用したものでは、比重が大きいため砥石車に振動を誘
発し、これが加工精度を悪化する要因となる。

しかるに、チタン合金製台金６を用いた場合には、熱膨
張率と比重が小さく、反面比強度と振動吸収能が大きい
故、熱による寸法変化や回転中の砥石の振動が抑制され
て、超精密加工の目的には頗る適合したものとなる。

第５図は、台金６をＡｆＪ合金製内リング６ｂにチタン
合金製外リング６ａを嵌着して複合化した変形実施例を
示す。

第６図は、第４図に示す超砥粒砥石に、その外周両側面
でアルミナ溶射皮膜９を被覆させた改良実施例を示す。

即ち、砥石層７に近接する台金６の両側面には研削時に
絶えず削りくずが衝突し、耐摩耗性にやや不足するチタ
ン合金製の台金６では、当該部分（刃先のきわ）が早期
摩耗する危険性を生じるが、アルミナ溶射皮膜９を被覆
することで、かかる摩耗問題を解消することができる。

なお、この場合チタン合金製台金６の両側面にも、シュ
ー酸等で複数回エッチングする前記下地処理を施してお
くことで、特願昭６３−３０４９９２号の明細書に詳記
したように、台金６に対する溶射皮膜９の高い密着性を
確保できる。

第７図は、第４図に示す超砥粒砥石層７を複合砥石１０
で置き換えた改良実施例を示す。即ち、この場合、チタ
ン合金製台金６の外周接合面に上記下地処理を施した後
、まずアルミナ砥粒１１を適当な厚みで溶射し、このア
ルミナ砥粒１１の上に該砥粒１１と同質でなじみの良い
ビトリファイドボンド砥石層ｌ２を接合するようにして
いる。

このように、アルミナ砥粒１１の上にダイヤモンドやＣ
ＢＮ等の超砥粒を含む砥石層１２を重ねたものでは、砥
石層１２として酸化アルミに密着性の良い組成のものが
無理なく選べ、超砥粒と該結合剤とによって砥石層１２
を極めて硬質のものとすることができる。これによって
、砥石層１２の使用寿命が延長されると共に、砥石層１
２が全体として弾性の小さい剛性の高いものに形成でき
て、長時間の使用によっても歪みの少ない高精度な加工
を実現することができる。また他方において、結合剤に
は適度な脆性を付与することができるため、超砥粒の自
生作用を高め、砥石層１２のドレス・インターバルを延
長する効果も期待できる。

第８図は、砥石層ｌ３がメタルボンドを結合剤とする場
合の変形実施例を示す。この場合、砥石層１３は、チタ
ン合金製の台金６の外周接合面になじみの良い銅皮ｗＡ
１４を介して接合され、密着性が確保されている。なお
、銅皮膜１４は特願昭６３−３０４９９２号で開示した
ように，シュー酸等で複数回エッチングした後、その表
面にハロゲン化銅を塗布し、これ熱分解させる下地処理
を実施することで、チタン合金製の台金６に対し良好な
密着性が保たれる。

夾旌透ユ 本実施例は、内周形力ツタの切断刃に利用される超砥粒
砥石に適用した場合を示す。

第９図と第１０図は、砥石の平面とその内周切断部１６
の拡大断面を示し、チタン合金で形成された中空台金（
コア基体》１５の内周端部に、切断部をなす砥石層１６
を接合して構成される。この場合、砥石層１６には切れ
味の良さが要求されるため、電着砥石が利用される。そ
のため、台金１５全体にまずシュー酸等の複数回エッチ
ングにより表面をポーラスにする下地処理を施し、しか
る後必要な内周端部のみ前述のプロセスで銅皮膜ｌ７を
形成する下地処理を追加する。こうして台金１５の内周
部分を、ダイヤモンド砥粒等を分散したＮｉメッキ液等
に漬けて共析メッキすると、銅皮膜１７を被覆した部分
のみにメッキ金属１８と共に析出する超砥粒１９が電着
される。

このようにして砥石層１６を電着したカッティングブレ
ードでは、台金１５がチタン合金で形成されていること
に基き、前記砥石車の例で述べたのと同様の理由で精密
加工の用途に適合する。なお、砥石層（切断部）に供給
される研削液が遠心力で回転方向に飛散され、切断部に
充分浸透しに＜＜、切断部が昇温摩滅し切れ味が悪くな
るという問題点において、内周形力ツタは外周形に較べ
て優れているが、前述のように台金１５全体を複数回エ
ッチングにより表面ボーラスにする下地処理を施してお
けば、その表面に蝕刻された小孔群が研削液を浸透する
所謂ボゲットを形成するものとなり、延いては冷却効果
をより大きくすることができる。

第１１図は、第１０図に示すカッティングブレードの表
面に補強手段を追加した改良実施例を示す。即ち、この
場合、前記複数回エッチングによる下地処理を施したチ
タン合金製台金１５に、砥石層１６を除いた部分の表面
でアルミナ溶射皮膜２０を被覆している。このようにす
れば、砥石層１６の近傍での摩耗が防げると共に、硬質
セラミック層２０が被覆されて必要な台金１５の剛性が
増大される。

第１２図は、同じく砥石層１６での超砥粒１９の保持強
化を図った改良実施例を示している。即ち、この例では
超砥粒１９を、その基端側を台金１５の内周端部に形成
された銅皮膜１７に一部埋め込んだ状態で付着させ、そ
の外側に超砥粒１９の間を埋めるようにしてＮｉ等のメ
ッキ金属１８を鍍着している。かかる構造からなる砥石
層１６は、接合面を複数回エッチングしてから銅皮膜を
形成する下地処理を実施する際、表面に塗着されるハロ
ゲン化銅の溶液に超砥粒１９を混入して、これを銅皮膜
１７と共析させ、その上にメッキ金属１８を電気メッキ
することで作り出される。そして、この楕遣の砥石層１
６では、超砥粒１９が外側メッキ金属１８に深く保持さ
れ露出高さが小さくされるので、砥粒保持力がアップで
きる。同時に、外側のメッキ金属１８は電気的に卑な超
砥粒１９の隙間に優先的に析出されるので、砥石層１６
が角隅部等で局部的にメッキ厚が増幅されるといった不
具合が排除され、結果として寸法精度の高い切断部形状
に仕上げられる。

なお、上述した実施例は外周形力ツタの場合にも同様に
適用される。

大旌医且 本実施例は、小細工加工に用いる軸付き砥石に適用した
場合を示す。

第１３図は軸付き砥石の断面構造を図示し、チタン合金
製の軸２１の外周先端部に、銅皮膜２２を介して超砥粒
２３をメッキ金属２４と共析させた電着砥石層２５が接
合されている（なお、電着砥石に代えメタルボンド砥石
を利用してもよい）。

このようなものであれば、スチール製の軸が剛性や振動
減衰能の不足する点で、またＷＣ等の超硬製の軸が砥石
層との密着性が欠ける点で一長一短ある問題点を一挙に
解決することができる。なお、実施例のように、先端部
の前記砥石層２５に隣接してセラミック溶射皮膜２６を
形成すれば、加工部位に適合した性質を有する複合砥石
が提供される。

［発明の効果］ 以上、実施例に詳記した通り、本発明は研削、切断、小
細工等の加工に供する各種の超砥粒砥石について、砥石
層との接合面で割れや密着不良を生じることなく、台金
をチタン合金で形成することができたものである。そし
て、チタン合金製の台金を使用したものでは、必要に応
じシュー酸エッチングを複数回実施したり、或いはエッ
チング後に銅皮膜を形成する下地処理を接合面に適用す
ることで、ボンド法や電着法によって、様々な種類の砥
石層を接合することができ、超砥粒砥石のおける組合せ
構造や種別が多様化できる上に、他の金属材料に比較し
て数々の優位な性質を備えたチタン合金特有の材料特性
によって、砥石の性能を多面的に改善することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す平板形砥石の断面図
、第２図はその変形実施例を示す。第３図は平板形砥石
の製造方法を示すプレス型枠の断面図である。第４図は
本発明の第２実施例を示す砥石車の断面図、第５図はそ
の変形実施例を示す断面図である。第６図、第７図及び
第８図はそれぞれ第２実施例を改良した改良実施例を示
す各断面図である。第９図は本発明の第３実施例を示す
カッティングブレードの平面図、第１０図はそのＡ−Ａ
線矢視拡大断面図である。第１１図と第１２図はそれぞ
れ第３実施例を改良した改良実施例を示す第１０図と同
旨の各断面図である。第１３図は本発明の第４実施例を
示すチタン合金製軸付き砥石の断面図である。 １、６、１５、２１・・・チタン合金製台金２、７、１
２・・・砥石層（ビトリファイドボンド）１３・・・砥
石層（メタルボンド） １６、２５・・・砥石層（電着砥石） ９、２６・・・アルミナ溶射皮膜 １０・・・複合砥石 １・・・アルミナ砥粒 １４、 １７、 ２２・・・銅皮膜 １８、 ２４・・・メッキ金属 １９、 ２３・・・超砥粒

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）チタン又はチタン合金製の台金に、超砥粒を含む
   砥石層を接合したことを特徴とする超砥粒砥石。
2. （２）シュー酸又はシュー酸を主成分とする混酸で複数
   回エッチングされたチタン又はチタン合金製の台金の下
   地処理面に、超砥粒を含む砥石層を接合したことを特徴
   とする超砥粒砥石。
3. （３）シュー酸又はシュー酸を主成分とする混酸で複数
   回エッチングし銅皮膜を形成したチタン又はチタン合金
   製の台金の下地処理面に、超砥粒を含む砥石層を接合し
   たことを特徴とする超砥粒砥石。