JPH0253196B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は重研削や難削材の加工に好適な砥石
の製造法に関する。 （従来の技術） ダイヤモンド、窒化硅素、窒化硼素などいわゆ
る超砥粒を用いた砥石は、切刃として作用する砥
粒の硬度が高く、耐久性、耐摩耗性にすぐれてい
るため、超硬金属、石材、コンクリート、ガラ
ス、陶磁器など各種難削材の加工は勿論、その他
各種加工物の研削加工に用いられている。一般
に、この種の砥石として、メタルボンド砥石、レ
ジノイドボンド砥石、ビトリフアイドボンド砥石
が知られているが、これらは砥粒を結着している
結合剤の材質によつて区分した分類であつて、そ
の結合剤の種類および結合構造によつて大きく性
能が変化することが知られている。 （発明が解決しようとする課題） 一般に、メタルボンド砥石はたとえばNiの如
き金属を結合剤として、第１図に示すように砥粒
１を保持したもので、結合剤２の砥粒保持力が強
く、耐久性、耐摩耗性にすぐれているが、加工物
へのくいつきや切れ味が悪く、また、チツプポケ
ツトの生成も不十分であつて目づまりをおこしや
すいので、上滑りが発生し、切削性が低下し易い
問題がある。そのため、通常、集中度75程度の比
較的砥粒密度の低い砥石が用いられているが、い
ぜんとして研削能率が低く、重研削や難削剤の加
工に対して満足な結果が得られていない。 これに対し、有機高分子物質を結合剤としたレ
ジノイドボンド砥石は有機高分子物質からなる結
合剤２が砥粒１の緩衝材として作用するので、メ
タルボンド砥石に比べ、加工物に対するくいつき
や切れ味はすぐれている。しかしがら、この場合
には砥粒密度が比較的低いうえ、砥粒保持力が弱
いため、目こぼれしやすく、これもまた重研削や
難削剤の加工に適さない。このような性能はビト
リフアイドボンド砥石についても同様である。 したがつて、これを解決するため、たとえば第
２図に示すように有機または無機質の結合剤２を
多孔質に形成し、その気孔中に金属３を含浸して
砥粒保持力を強化したものもあるが、このような
砥石も有機または無機質の結合剤２が主として砥
粒１を保持するという構造にかわりはなく、その
性能を飛躍的に向上させることができない。 この発明は有機高分子物質を結合剤としたレジ
ノイドボンド砥石の砥粒の高密度化を図ることが
でき、目こぼれがしにくく、研削比が高い優れた
砥石を容易に製作するとができる砥石の製造法を
提供することを目的とする。 ［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） この発明は砥粒を導電金属で被覆する工程と、
上記導電金属で被覆された砥粒と有機高分子結合
剤を均一に混する工程と、上記導電金属で被覆さ
れた砥粒と有機高分子結合剤との混合物を成形型
に充填し、加熱により上記有機高分子結合剤の成
形反応を安定化させる範囲の一定温度に制御しな
がら上記成形型内の混合物を加圧する加圧状態と
この加圧をなくす加圧解放状態とを複数回繰り返
し、上記有機高分子結合剤から含有ガスを放出さ
せ、かつ各砥粒の被覆金属を互いに密着させて上
記混合物を一体化させた砥石本体を成形する工程
とを設けることにより、加圧の中断時に成形型内
の混合物中の含有ガスの放出を促進させ、砥石の
高密度化を図るとともに、加圧を断続的に複数回
繰返すとにより、砥粒に被覆されている導電金属
の塑性変形を促進させて各砥粒を被覆する導電金
属を互いに密着させ、一体化させ易くして研削比
が高い優れた砥石を容易に製作できるようにした
ものである。 （実施例） 第３図ＡおよびＢ図は円板状の台金１０の外周
縁部に砥粒部１１を形成した砥石の一例であつ
て、台金１０はたとえばAlなどの金属からなり、
その中央部には、この砥石を研削盤などの回転軸
に取付けるための貫通孔１０ａが設けられてい
る。しかして、砥粒部１１は上記台金１０の外周
縁に設けられたたとえばフエノール樹脂の如き有
機高分子物質からなる環状の下地部１２を介して
取付けられている。なお、砥粒部１１が導電性で
あつて、この砥粒部１１を台金１０と電気的に接
続するなどの必要がある場合は、図中鎖線で示す
ように下地部１２をまたいで導電塗料を塗布して
形成した導電塗料層１３を設ければよい。 第４図は上記砥粒部１１拡大して示した図であ
つて、研削の切刃として作用する砥粒１５は任意
に選択された粒度分布をもつ人工または天然のダ
イヤモンド、立方晶窒化硅素、立方晶窒化硼素な
どの超砥粒からなる。この砥粒部１１を構成する
各砥粒１５はそれぞれ導電金属１６で完全に被覆
されており、各砥粒１５を被覆する導電金属１６
は隣接砥粒１５を被覆する導電金属１６とその一
部が密着し、この密着した導電金属１６間に非導
電性の結合剤１７が介在する構造となつている。
この結合剤１７は緻密であつて気孔をもたず、ま
た、気孔があつてもその大きさ、量は無視できる
程度である。かくして、砥粒１５は各砥粒１５を
包囲して一体化した導電金属１６により直接保持
され、同時にこの一体化した導電金属１６間に介
在する緻密な非導電性結合剤１７によつて間接的
に保持されている。これは各砥粒１５が強固に保
持されていることを意味し、砥粒１５を高密度に
保持した高性能砥石を形成し得ることを示してい
る。 上記砥粒１５を被覆する導電金属１６として
は、砥粒１５に対する密着性がよく、研削加工の
際、砥粒１５の不所望な脱落を防止する十分な強
合を有し、かつ、後述する砥石製造の際のホツト
プレス工程において容易に塑性変形するものがよ
く、Cu，Ag，Au，Su，Zn，Al，Ni，Crなどの
金属またはその合金が用いられる。すなわち、砥
粒１５に対して導電金属１６はめつき、真空蒸着
など周知の手段によつて、上記金属群（合金を含
む）から選ばれた一種類の金属の均一な一層構造
として形成されるが、上述の導電金属１６の機能
を強化するため、同種または異種金属からなる２
層以上の金属の複層構造に形成することもある。
この複層構造としては、特に砥粒１５と直接接触
する第１層を塑性変形しやすくかつ砥粒１５に対
して密着性のよい比較的軟質の金属で形成し、そ
の外周を比較的硬質の金属で被覆する構造にする
とよい。この導電金属１６の複層構造を同一金属
で形成する場合はたとえば第１層を無電解ニツケ
ルめつきで形成してその上に第２層を電解ニツケ
ルめつきで形成することができ、また、異種金属
で形成する場合は、たとえば第１層を銅めつきで
形成し、その上に第２層をニツケルめつきするな
どして形成することができる。 また、非導電性結合剤１７としては上記導電部
材１６に対して接着性のすぐれたものが選択さ
れ、フエノール、エボオキシ、ポリアミド、不飽
和ポリエステル、ポリイミド、ポリアセタール、
ポリアクリルその他各種合成高分子物質のほか、
セラツクなど天然の有機高分子物質も用いること
ができる。 さらに、この非導電性結合剤１７としては、そ
の結着力を強化したり、あるいは研削またはドレ
ツシング過程において、チツプポケツトの生成を
容易にするため、滑石、炭化硅素、アルミナ、酸
化クロム、酸化鉄、二硫化モリブデンなどの対摩
耗部材の粉末を添加して用いることができる。 つぎに、この砥石の製造法について述べる。ま
ず、切削加工などにより所定形状の台金１０を形
成し、その外周縁に有機高分子物質からなる下地
部１２を形成する。この下地部１２の形成は上記
台金１０を成形型と組合せてモールド成形により
形成することができる。しかるのち、この下地部
１２の外周側に砥粒部１１を形成するため、上記
下地部１２を形成した台金１０を上記下地部１２
の外周との間に所定寸法の環状溝を構成するホツ
トプレス成形型に組込む。 砥粒部１１の形成は、まず、所要の粒度分布を
有する砥粒１５を選択し、この砥粒１５の表面に
前記金属群から選択された所要の金属１６をめつ
き、真空蒸着などの手段により被着する。つぎ
に、この金属１６で被覆された砥粒１５に所揚の
結合剤１７を一定割合で加え均一に混合する。そ
して、この均一混合物を上記下地部１２とホツト
プレス成形型との間の環状溝に充填して台金１
０、ホツトプレス成形型とともに加熱して一定温
度に保つ状態に温度制御しながらホツトプレス成
形する。上記ホツトプレスにおける加熱加圧の条
件は、砥粒１５の被覆金属１６の種類、結合剤１
７の種類、金属被覆量、金属１６で被覆された砥
粒１５と結合剤１７との混合割合などによつて異
なり、特にホツトプレスにおける保持温度は結合
剤１７の成形反応を安定化させ、有機高分子物質
からなる結合剤１７が軟化あるいは粘度低下をお
こして含有ガスを放出する範囲の一定温度に制御
することが必要である。また、加圧は上記含有ガ
スによる結合剤１７の膨張を抑制すると同時に、
砥粒１５を被覆する金属１６を塑性変形して、砥
粒相互の被覆金属１６の密着を促進する条件にす
ることが必要である。 上記一定温度に保ちながらおこなう加圧を複数
回にわけて断続的におこなう。この場合、成形型
内の混合物を加圧する加圧状態とこの加圧をなく
す（加圧を０にする）加圧解放状態とを複数回繰
り返す。この方法は有機高分子物質からなる結合
剤１７からの含有ガスの放出および被覆金属１６
の塑性変形を一層促進する。すなわち、上記ホツ
トプレスにおける加熱、加圧の条件は砥粒１５の
高密度化にきわめて重要な要件であつてこのホツ
トプレスによる断続的繰返し加圧により、結合剤
１７中に気孔がなく、あつてもごく僅かであり、
しかも、砥粒１５を被覆する金属１６が相互に強
固に密着した緻密構造にして、かつ、砥粒１５を
高密度に保有する砥粒部１１を形成することがで
きる。なお、上記砥粒部１１と下地部１２との接
着を確保するために、環状溝に混合物を充填する
とき、上記下地部１２の外周部に接着剤を塗布し
ておくことは任意である。 このホツトプレスによる砥粒部１１の製作をよ
り具体的に説明すると、例えばダイヤモンド砥粒
１５に対してNiを70wt％被覆（ダイヤモンド砥
粒30wt％）した砥粒が用いられ、その53vol％に
結合剤１７としてフエノール樹脂47vol％加えて
均一な混合物を作り、この混合物を下地部１２を
形成した台金１０とホツトプレス成形型との間の
環状溝に充填して、上記台金１０、ホツトプレス
成形型とともに175〜260℃の温度に保持したま
ま、150〜350Kg／cm²の圧力の加圧を断続的に複数
回行ない形成する。 上記ホツトプレスにより成形された砥粒部１１
は、その後、上記加圧を保持したまま強制または
自然冷却され、台金１０と一体となつてホツトプ
レス成形型より取出される。その後、台金１０、
下地部１２の仕上加工および砥粒部１１の寸法修
正、目立てなどをおこなつて出来あがる。 他の製造法として、一対のホツトプレス組合わ
せ成形型を用いて環状の砥粒部１１を成形し、こ
れを下地部１２を形成した台金１０に嵌合すると
同時に接着剤により接着する方法もある。 いづれの方法で砥粒部１１を形成するにして
も、第４図に示したように各砥粒１５が導電金属
１６により包囲され、かつ、被覆砥粒１５を被覆
する被覆金属１６が相互に密着した構造にするた
めには、あらかじめ砥粒１５を所要の金属１６で
被覆しておき、この金属１６で被覆された砥粒１
５を非導電性結合剤１７と混合して製作すること
が必要である。 製作された砥粒部１１が第４図に示した所要の
構造をなしているは否かは、砥粒部１１の断面を
顕微鏡で拡大して観察することで判断することが
できるが、より簡単には砥粒１５を被覆する導電
金属１６が互に密着して一体化しているかどうか
は、導電性を測定することで非破壊的に判定する
ことができる。上記導電性の測定は環状砥粒部１
１の任意の直径の両端または互に90゜の角度で交
差する直径の各端あるいは一定間隔離れた２点間
に10ボルト程度の低電圧を印加し、これを異なる
方向の直径または２点間について繰返し複数回お
こなうことにより測定することができる。第５図
は通常研削砥石に用いられるダイヤモンド砥粒１
５にNiを被覆し、その被覆量（wt％）およびこ
の金属被覆砥粒１５と非導電性結合剤１７との割
合を種々変えた場合の砥粒部構造との関係を示し
たものである。図には三つの曲線２０〜２２が示
されているが、曲線２０より上の領域は上記導電
性測定の結果、砥粒部１１全面にわたり導通が認
められる範囲であつて、特に、曲線２０と曲線２
１との間の領域［］は砥粒１５を高密度に保持
し、かつ各砥粒１５を強固に保持する所要構造に
形成し得る範囲である。なお、曲線２１より上の
領域になると従来のメタルボンド砥石の構造に近
似する。また、曲線２０と曲線２２との間の領域
［］は形成された砥粒部１１の少なくとも一部
に導通欠損が認められ、かつ砥粒１５の密度も領
域［］に比べて相対的に低い範囲であるが、顕
微鏡などによる観察から上記領域［］とほぼ同
様の構造をなすことが認められる範囲である。以
上要するに、導電性測定、顕微鏡による観察など
から砥粒１５への金属被覆量（wt％）が30％、
80％のとき、金属被覆砥粒含有量（vol％）が33
％、37％の点を通る曲線２２と、54％、64％の点
を通る曲線２１との間の領域が所要の砥粒部１１
の構造を形成する範囲となる。 また、第１表に粒度分布100／120のダイヤモン
ド砥粒１５を用い、これに各種金属１６を被覆し
てそれらをフエノール樹脂からなる非導電性結合
剤１７とそれぞれ一定の割合で混合して製作した
砥粒部１１の数例を示す。被覆金属１６としては
NiのほかAg，Cuを用いた。特に、砥石Ｂについ
ては第１層を無電解ニツケルめつきで形成し、そ
の上に第２層を電解ニツケルめつきで形成した二
層構造の例を示した。これら砥粒部１１が第５図
のどの範囲にあるか明確にするため、同一砥石記
号を用いて示してある。 つぎにこの砥石の性能について述べる。第２表
は粒度分布100／120のダイヤモンド砥粒１５に
Niを被覆した砥粒をフエノール樹脂からなる非
導電性結合剤１７と種々の割合で混合して製作さ
れた所要の砥粒部１１の抗折力を導電性とともに
示したものであり、この表には金属を被覆しない
粒度分布100または120のホワイトアランダム
（WA）をフエノール樹脂と種々の割合で混合し
て製作した砥石（レジノイドボンド）の抗折力を
比較のため示した。第６図に示す曲線２３はこの
第２表をもとにニツケル被覆量と抗折力との関係
を表したものである。これら表および図からわか
るようにダイヤモンド砥粒１５にNiを被覆して
形成され砥粒部１１の抗折力は金属被覆量の増加
とともに低下する傾向にあるが、概して、粒度分
布100のホワイトアランダム砥石の抗折力と大差
なく、粒度分布120のホワイトアランダム砥石と
比べてわずかに低い程度であり、通常のレジノイ
ドボンド砥石と同程度の抗折力を有することを示
している。

【表】

【表】 第７図ないし第９図はNiを56wt％被覆した粒
度分布100〜120のダイヤモンド砥粒１５と耐摩耗
性部材を添加したフエノール樹脂からなる非導電
性結合剤１７を用い、上記Ni被覆ダイヤモンド
砥粒１５を50vol％加えて形成した砥粒部（図面
には開発した砥石として示す）１１の研削性能を
同じくダイヤモンド砥粒からなる市販のレジノイ
ドボンド砥石と比較して示したものである。な
お、上記市販砥石の構成については一括して第３
表に示した。研削はすべて耐熱耐摩耗性部材とし
て公知の無機質難削材についておこなつた。

【表】 まず、研削性能試験の重要項目の一つである研
削比（加工物研削量と砥石減耗量との比）Ｇにつ
いては第７図に示すように開発した砥石は一般に
高性能砥石としてよく知られているＡ社製砥石と
比較しても約10倍高く、きわめてすぐれた性能を
もつている。切残し量（設定切込みと実切込み量
との差）については第８図に示すようにＡ社、Ｂ
社、Ｃ社製各砥石に比べて一段とすぐれかつ安定
化しており、高精度研削が可能であることを示し
ている。

【表】

【表】 また、砥石の減耗高さについても、第９図に示
すように比較に供した市販砥石のいづれよりもす
ぐれており、難研材の研削に対して減耗しにくい
ことを示している。なお、第４表は上述の開発砥
石の研削性能を一層明確にするため、同一研削距
離（Lc）（加工物長さ×切込み回数）について市
販砥石と比較して示したものである。この表では
砥石の評価項目として研削比(G)、砥石減耗高さの
ほか、切残し量のかわりに実研削量と設定量との
比である研削性を示すとともに、研削能率（Ｚ）
および研削後の加工表面状態を示す表面の粗さに
ついても示した。 なお、研削比Ｇおよび研削能率Ｚは次式で
表すことができる。すなわち、研削比Ｇは Ｇ＝V₁／V₂ … ただし、V₁は加工物の研削体積、またV₂は砥
石の研削により減耗した部分の体積である。 一方、研削能率Ｚは Ｚ＝W₁／W₂ … ただし、W₁は加工物の研削重量、またW₂は砥
石の研削により減耗した部分の重量である。 この研削能率Ｚの試験は平面研削盤を使用し、
切込み量を60μｍ／passに設定し（従来砥石は
10μｍ／pass）砥石回転速度1800ｍ／min、テー
ブル移動速度（加工物移動速度）15ｍ／minで湿
式研削でおこなつた結果である。開発砥石の研削
比、研削性、砥石減耗などが市販砥石よりすぐれ
ていることは上述のとおりであるが、この表から
研削能率、研削後の加工面状態についても市販砥
石よりすぐれていることがわかる。 以上のように開発砥石の機械的強度すなわち抗
折力は通常のレジノイドボンド砥石と大差ない
が、研削比Ｇ、研削性（または切残し量）、砥石
減耗高さなどが格段とすぐれていることにより、
開発砥石は各砥粒１５を被覆する金属が互いに密
着して一体化した導電金属１６によつて砥粒１５
を強固に保持し、脱落しにくくなつており、ま
た、このように砥粒保持力が大きいことから砥粒
密度の大きい高能率研削砥石を容易に製作しうる
ことを示している。さらに、上記のように砥粒１
５が脱落しにくいにもかかわらず切残し量が少く
また安定していることから上記導電金属１６を介
して存在する結合剤１７が適度にチツプポケツト
を生成し、目づまりをおこしにくいことを示して
いる。 また、導電性をもつ砥石については導電金属１
６を介して研削熱が放散するので、結合剤１７と
砥粒１５との接着面の熱影響を少なくすることが
できる。そのため、結合剤１７の炭化を防止でき
るので、砥粒保持力の低下を防ぐことができる。
さらに、砥石の導電性を利用して電解研削を行う
ことにより、研削作業時の電気化学作用を促進さ
せることもできる。 また、砥石の製造時には動電金属１６で被覆さ
れた砥粒１５と有機高分子物質からなる結合剤１
７との混合物を成形型に充填し、加熱により結合
剤１７の成形反応を安定化させる範囲の一定温度
に制御しながら成形型内の混合物を加圧する加圧
状態とこの加圧をなくす加圧解放状態とを複数回
繰り返し、上記結合剤１７からなる含有ガスを放
出させ、かつ各砥粒１５の被覆金属１６を互いに
密着させて上記混合物を一体化させた砥石本体を
成形したので、加圧の中断時に成形型内の混合物
中の含有ガスの放出を促進することができるとと
もに、複数回の繰り返し加圧によつて砥粒１５に
被覆されている導電金属１６の塑性変形を一層促
進することができる。 なお、第５表は砥石製造時の成形圧力および断
続加圧回数条件を変化させて製造された各砥石１
〜６の研削比および研削能率を調べた実験結果を
示すものである。さらに、この場合の各砥石１〜
６のホツトプレス成形作業時の加圧状態を第１０
図Ａ〜Ｆに示す。ここで、砥石４が本発明の製造
方法によつて製造された砥石である。

【表】 したがつて、前記第５表からも明らかなよう
に、本発明の砥石４のようにホツトプレス成形中
に成形型内の混合物を加圧する加圧状態とこの加
圧をなくす加圧解放状態とを複数回繰り返した場
合には第１０図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆのように他の
条件で製造された砥石１，２，３，５，６よりも
砥石の研削比を大幅に改善することができる。す
なわち、ホツトプレス成形作業中に成形型内の混
合物を加圧を中断すること無く略一定に加圧した
場合（砥石１，５，６）に比べて研削比を7.5〜
50倍程度改善することができるとともに、ホツト
プレス成形作業中に成形型内の混合物を加圧を１
回だけ中断した場合（砥石２，３）に比べても研
削比を４〜６倍程度改善することができる。 ［発明の効果］ この発明によれば砥粒を導電金属で被被覆した
のち、上記導電金属で被覆された砥粒と有機高分
子結合剤を均一に混合し、次に上記導電金属で被
覆され砥粒と有機高分子結合剤との混合物を成形
型に充填し、さらに加熱により上記有機高分子結
合剤の成形反応を安定化させる範囲の一定温度に
制御しながら上記成形型内の混合物を加圧する加
圧状態とこの加圧をなくす加圧解放状態とを複数
回繰り返し、上記有機高分子結合剤から含有ガス
を放出させ、かつ各砥粒の被覆金属を互いに密着
させて上記混合物を一体化させた砥石本体を成形
したので、加圧の中断時に成形型内の混合物中の
含有ガスの放出を促進させて砥石の高密度化を図
ることができるとともに、加圧を断続的に複数回
繰返すことにより、砥粒に被覆されている導電金
属の塑性変形を促進させて各砥粒を被覆する導電
金属を互いに密着させ、一体化させ易くして研削
比が高い優れた砥石を容易に製作することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の砥石の拡大図であ
つて、第１図はメタルボンド砥石の図、第２図は
レジノイドボンド砥石の図、第３図はこの発明の
一実施例を示す砥石の図であつて、Ａ図は一部切
欠平面図、Ｂ図は一部切欠断面図、第４図は第３
図の砥石の砥粒部の拡大図、第５図は砥粒に対す
る金属被覆量と結合剤に対する金属被覆砥粒量と
の関係を示す特性図、第６図は砥粒に対するニツ
ケル被覆量と抗折力との関係を示す特性図、第７
図は各種砥石の研削比を比較して示す特性図、第
８図は各種砥石の切残し量を比較して示す特性
図、第９図は各種砥石の減耗高さを比較して示す
特性図、第１０図Ａ〜Ｆは砥石１〜６の各ホツト
プレス成形時の加圧状態を示すタイミングチヤー
トである。 １０……台金、１１……砥粒部、１２……下地
部、１５……砥粒、１６……導電金属、１７……
結合剤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 砥粒を導電金属で被覆する工程と、上記導電
   金属で被覆された砥粒と有機高分子結合剤を均一
   に混合する工程と、上記導電金属で被覆された砥
   粒と有機高分子結合剤との混合物を成形型に充填
   し、加熱により上記有機高分子結合剤の成形反応
   を安定化させる範囲の一定温度に制御しながら上
   記成形型内の混合物を加圧する加圧状態とこの加
   圧をなくす加圧解放状態とを複数回繰り返し、上
   記有機高分子結合剤から含有ガスを放出させ、か
   つ各砥粒の被覆金属を互いに密着させて上記混合
   物を一体化させた砥石本体を成形する工程とを具
   備したことを特徴とする砥石の製造法。