JPH0520232B2 - - Google Patents

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JPH0520232B2
JPH0520232B2 JP60171266A JP17126685A JPH0520232B2 JP H0520232 B2 JPH0520232 B2 JP H0520232B2 JP 60171266 A JP60171266 A JP 60171266A JP 17126685 A JP17126685 A JP 17126685A JP H0520232 B2 JPH0520232 B2 JP H0520232B2
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alumina
grinding wheel
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gel
vitrified
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミナ質砥粒を含み無機ガラス質で
結合した砥石車（ビトリフアイド砥石車）に関す
る。 〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕 従来、工具綱たとえば工具旋盤を研削するため
のガラス結合砥石車で使用する最良の研粒は、立
方晶形の窒化ほう素を除いて、極めて高純度のア
ルミナ砥粒であり、しかも硫化物マトリツクス中
でアルミナを溶融して製造したものが好ましく、
実質的に単結晶粒のものであるといわれてきた。 最近米国特許第4314827号の方法によつて製造
されたアルミナ−スピネル砥粒が、研磨布紙製品
たとえば可とう性布を基材にしたベルトおよびフ
アイバデイスクとして市場に現れた。 また、本出願人は、このゲル焼結法によるアル
ミナ質砥粒を改良し、実質的にすべてのα−アル
ミナ結晶粒が1μｍより小さい多結晶体からなる
アルミナ質砥粒を開示している（特公平４−4103
号公報）。 本発明の目的は、アルミナゲルを焼結して作製
したアルミナ質砥粒を含むビトリフアイド砥石車
を製造することである。 〔課題を解決するための手段、作用及び発明の効
果〕 本発明者は、ゲル焼結法により形成されたα−
アルミナ結晶粒からなる焼結アルミナ砥粒を用い
たビトリフアイド砥石車を作成しようと試みた
が、始めは完全に失敗した。 それは砥粒と結合材との間で反応が起きたため
である。そこで、鋭意検討し、砥石車の焼成温度
を、通常の結合剤では1100℃以下に下げれば、こ
のような不利な反応を避けられることを発見し
た。このように砥石車の焼成温度による影響が極
めて大きいことは、従来技術の溶融アルミナ砥粒
を使用するときには見出されていない。 さらに、このようにして作成し得たビトリフア
イド砥石は、砥石として溶融アルミナを含む従来
のビトリフアイド砥石車より優れた性質を有する
ことを見い出した。 こうして、本発明によれば、アルミナ質砥粒を
主成分とし無機ガラス質結合材で結合したビトリ
フアイド砥石車において、前記アルミナ質砥粒が
ゲル焼結法で形成されたα−アルミナ結晶粒より
なる焼結体粒子からなり、前記無機ガラス質結合
材が1100℃以下の温度で形成及び熟成される組成
であることを特徴とするアルミナ質ビトリフアイ
ド砥石車と、 (1)砥粒と、加熱により無機ガラス質結合材を形
成できる粉末成分とを混合し、(2)該混合物を未焼
成砥石車に成形し、(3)該未焼成砥石車を充分な温
度で焼成してビトリフアイド結合せる砥石車を形
成する工程からなるアルミナ質ビトリフアイド砥
石車の製造方法であつて、前記砥粒の製造が、
加熱によりα−アルミナに変換されるα−アルミ
ナ前駆体のゾル又はゲルを用意し、該ゾル又は
ゲルを乾燥し、該乾燥物を好ましくは1200〜
1500℃、より好ましくは1250〜1400℃の温度で充
分な時間加熱してα−アルミナ結晶に変換する工
程を含んで成り、かつ前記砥石車の前記焼成(3)が
1100℃以下の温度で行なわれることを特徴とする
アルミナ質ビトリフアイド砥石車の製造方法が提
供される。 本発明で使用する主成分の砥粒は、ゲル焼結タ
イプのアルミナ質砥粒であることを特徴とし、従
つてこの砥粒はα−アルミナ結晶粒から構成され
た多結晶体である。ゲル焼結法によるアルミナ質
砥粒は、米国特許第4314827号に開示されている
様に、基本的に、微細かつ均一な多結晶体からな
り、気孔も極めて小さいという特徴を有し、この
ため従来の溶融アルミナ等の砥粒と比べて砥粒と
して優れた性能（例えば、研削比、寿命）を発揮
する。従来の溶融法では結晶粒の巨大化又は少な
くとも巨大結晶粒の混入は不可避であり、また焼
結法では粒間に気孔が残存し、高温高圧で無理に
高密度化すると結晶粒の異常成長が不可避である
が、ゲル焼結法では低温でゲルから均一にアルミ
ナ化するため、均一かつ微細な多結晶組織が得ら
れる。この均一かつ微細な組織が砥粒を微細片ご
とにチツピングせしめ、砥粒の切刃再生能力を向
上させると信じられる。 しかし、本出願人が検討をすすめたところ、米
国特許第4314827号に開示された方法で製造され
たゲル焼結タイプのアルミナ質砥粒は、基本的に
は微細かつ均一な組織を有するが、偏光顕微鏡で
観察すると単結晶と見做し得る数μｍ〜10数μｍ
の大きさのセル（ドメイン）及び微細なポアが含
まれており、このため砥粒として結晶粒が微細か
つ均一であるがゆえの特徴が制限されているこ
と、このセルはゲルに微細なα−アルミナ種材を
添加することによつて消去でき、これによつて砥
粒として最適な完全に微細かつ均一なα−アルミ
ナ質多結晶体が得られ、砥粒の性能が上記米国特
許の方法による砥粒と比べても飛躍的に改良され
ることを見い出した（特公平４−4103号公報）。 本発明で用いる砥粒は、米国特許第4314827号
明細書及び特公平４−4103号公報によつて開示さ
れたゲル焼結法によつて製造されるアルミナ質砥
粒のいずれでもよいが、後者の開示による砥粒が
好ましい。この好ましい砥粒は、α−アルミナ多
結晶体であり、これを構成する実質的に全部のα
−アルミナ結晶粒がサブミクロンの等軸結晶粒か
らなる。 砥粒中のα−アルミナ結晶粒の最大粒径の下限
値は、理論的にはα−アルミナ結晶種材の寸法を
小さくすればどこまでも小さくできるが、現在の
技術でも少なくとも0.05μｍ程度までは可能であ
り、プロセスの改良により0.01μｍ程度までは容
易に到達できると考えられる。0.01μｍより小さ
くすることは、種材粒子の入手及び取扱が難しく
なる問題がある。 本発明に用いるゲル焼結砥粒は、加熱よりα
−アルミナに変換されるα−アルミナ前駆体
（例、ベーマイト）のゾル又はゲルを用意し、
該ゾル又はゲルを乾燥し、得られた乾燥物を好
ましくは1200〜1500℃、より好ましくは1250〜
1400℃で十分な時間加熱してα−アルミナ結晶に
変換して製造され、その後所望の砥粒の寸法に粉
砕される。 また、前記の実質的に全てのα−アルミナ結晶
粒がサブミクロンのアルミナ質砥粒は、前記の砥
粒の製造工程において、加熱によりα−アルミ
ナに変換されるα−アルミナ前駆体のゾル又はゲ
ルに1μｍより小さいα−アルミナ結晶粒への変
換を促進する充分な量のα−アルミナ種体を含ま
せることにより製造できる。より詳しく述べる
と、典型的には約0.6重量％の量のサブミクロン
のα−アルミナ種粒子を含むアルミナゾルを乾燥
して得られるゲル粒子を焼成して製造する。 このようなアルミナゲルは、必要に応じてマグ
ネシアを含むことができ、また同様に必要に応じ
てジルコニアのようなその他の添加剤を含むこと
ができる。 アルミナ質砥粒を用いてビトリフアイド砥石を
製造するには、(1)砥粒と、加熱により無機ガラス
質結合材を生成する粉末成分とを混合し、(2)該混
合物を未焼成砥石車に成形し、(3)該未焼成砥石車
を焼成するが、本発明では、この焼成温度を1100
℃以下とし、そのために加熱して無機ガラス質結
合材と成る粉末組成物を使用することを特徴とす
る。本発明でこの焼成温度を1100℃以下に制限す
る理由は、ゲル焼結法で製造したアルミナ質砥粒
は組織が微細であるゆえに反応性が高く、1100℃
を越える高温で焼成すると慣用の結合材成分と反
応してしまうからである。 粉末成分を加熱して無機ガラス質結合材として
ビトリフアイド砥石を製造する場合の加熱工程
（焼成）としては、通常、所定の温度で加熱して
粉末成分を無機ガラス質結合材に変換する工程
（ガラス形成工程）と、形成されたガラス質結合
材を一般にガラス形成温度と同等かそれ以下の所
定の温度に保持してガラス質結合材の品質を向上
させると共に砥粒とガラス質結合材との結着状態
を向上させる熱処理工程（熟成工程）とが含まれ
るが、本発明ではこの無機ガラス質結合材の形成
工程及び熟成工程のいずれにおいても1100℃を越
えるべきではない。 ビトリフアイド砥石を1100℃以下の温度で焼成
（熟成を含む）するためには、無機ガラス結合材
として当該温度範囲で焼成及び熟成される配合物
を利用する必要がある。その具体的な例は実施例
に示す如きものであるが、この例の組成に限定さ
れないことは勿論である。そして、本発明の砥石
においては、この結合材の組成から焼成（熟成）
温度を調整し又それを知ることができる。 〔実施例〕 アルミナ砥粒は、サブミクロンのα−アルミナ
核粒を含む乾燥ゲルを粉砕し焼成して調製した。
このゲルは、アルミナ一水和物粉末（微結晶質ベ
ーマイイ）を、水、硝酸、サブミクロンのα−ア
ルミナ粒子約１重量％（0.1〜２％）とを混合し
て作つた。ゲルを乾燥した後に破砕して、1350℃
に約５分間焼成した。本特許出願に対応する米国
特許第4623364号（特開昭60−231462号）および
1984年６月14日付米国特許出願第06／620654号
（特開昭61−10026号）に、この砥粒の多様な製造
例を見ることができる。 種入りゲルから作製し、セル構造を有さず、少
なくとも95％の密度を有する砥粒を用いて砥石車
を製作し、市販の特級溶融アルミナ砥粒（硫化物
法）で製作した砥石車、及び米国特許第4314827
号明細書の例41（アルミナ＋５％マグネシア）に
対応する砥粒で製作した砥石車と比較した。 砥粒とガラス質結合材成分とを混合した後に、
加圧して砥石車に成形し、所望の多孔度の45％と
した。この混合物は砥粒48体積％と、結合材7.1
体積％（焼結後基準）とを含んでいた。次にこの
砥石車を60℃／ｈで1100℃まで昇温し、1100℃で
６時間焼成した後に、加熱を止めて炉内で室温ま
で放冷した。結合材の組成は成分Ａと成分Ｂとか
らなり、酸化物として、成分Ａは１モルのアルカ
リ金属およびアルカリ土類金属の酸化物を下記モ
ル比で含み、成分ＢはSiO2、TiO2およびR2O3を
下記組成（モル）で含む。 成分Ａ：Na2O、0.47；K2O、0.07；MgO、
0.25；CaO、0.21 成分Ｂ：Al2O3、0.58；Fe2O3、0.01；B2O3、
0.65；SiO2、3.77；Ti2O3、0.03. 従つてガラスの組成は次の実験式で現される。 （0.47Na2O、0.07K2O、0.25MgO、0.21CaO） ・（0.58Al2O3、0.01Fe2O3、0.65B2O3、3.77SiO2、
0.03TiO2） 次に、60grit（約400μｍ）の砥粒を使用する多
孔度45％の工具鋼研削用砥石車（J8）の研削試験
結果を示す。
【表】 MgO約５％を含む市販のゾルゲル法砥粒から
作つた同様な砥石車は、乾式および湿式の研削に
おいて、溶融アルミナより性能が劣つていた。 本発明の砥粒を含む砥石車は、1150℃に焼成し
た後に体積変化（増加）が7.9％であり、溶融ア
ルミナを含む砥石車より研削性能が劣つた。なお
溶融アルミナを含む砥石車では1150℃に焼成した
ときに体積変化は認められなかつた。市販のゾル
ゲル法砥粒は焼成後に長さの伸びが僅かに約２％
であつたが、研削性能においては溶融アルミナ砥
粒より劣つていた。 焼成による砥石車の体積増加は焼成時にガラス
質結合材が砥粒のなかに吸収されるためと考えら
れる。砥粒中のサブミクロンというアルミナ結晶
の大きさは、このような結合材の作用を受ける原
因となるものであつて、大きな結晶の砥粒の場合
は結合材の作用がはるかに少ない。 上記通常のガラス質結合材では、最高許容温度
は約1100℃である。 また、砥粒86.66wt％、有機結合剤2.65wt％及
び結合剤9.46wt％から成る砥石車を製造した。こ
の砥石車は2.103ｇ／c.c.の成形時密度、2.02ｇ／
c.c.の焼成密度を有した。 砥粒成分は米国特許出願第06／592689及び06／
620654号明細書に記載された方法に従つて製造し
たゾル−ゲル焼結α−アルミナで、砥粒内の結晶
粒径0.08μｍ、砥粒の密度3.84ｇ／c.c.であつた。
結合材成分はノートンカンパニー製ガラス質結合
材HA4（商品名）を14.61vol％含んでいた。この
結合材は12.55％LOIであつた。これらの成分を
ホバートミキサーで混合し、乾燥工程を置かずに
砥石車状に成形し、それから900℃で８時間焼成
して製造した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ アルミナ質砥粒を主成分とし無機ガラス質結
    合材で結合したビトリフアイド砥石車において、
    前記アルミナ質砥粒がゲル焼結法で形成されたα
    −アルミナ結晶粒よりなる焼結体粒子からなり、
    前記無機ガラス質結合材が1100℃以下の温度で形
    成及び熟成される組成であることを特徴とするア
    ルミナ質ビトリフアイド砥石車。 ２ 前記アルミナ質砥粒に含まれるα−アルミナ
    結晶粒の実質的にすべてが1μｍより小さい特許
    請求の範囲第１項に記載のアルミナ質ビトリフア
    イド砥石車。 ３ 前記焼結砥粒が理論密度の少なくとも95％の
    密度を有する特許請求の範囲第２項記載のビトリ
    フアイドアルミナ質砥石車。 ４ (1)砥粒と加熱により無機ガラス質結合材を形
    成できる粉末成分とを混合し、(2)該混合物を未焼
    成砥石車に成形し、(3)該未焼成砥石車を充分な温
    度で焼成してビトリフアイド結合せる砥石車を形
    成する工程からなるアルミナ質ビトリフアイド砥
    石車の製造方法であつて、前記砥粒の製造が、
    加熱によりα−アルミナに変換されるα−アルミ
    ナ前駆体のゾル又はゲルを用意し、該ゾル又は
    ゲルを乾燥し、該乾燥物を加熱してα−アルミ
    ナ結晶に変換する工程を含んで成り、かつ前記砥
    石車の前記焼成(3)が、1100℃以下の温度で行なわ
    れることを特徴とするアルミナ質ビトリフアイド
    砥石車の製造方法。 ５ 加熱によりα−アルミナを生成する前記物質
    が実質的に水和アルミナのゲルからなる特許請求
    の範囲第４項記載の方法。 ６ 加熱によりα−アルミナを生成する物質の前
    記ゾル又はゲルが、1μｍより小さいα−アルミ
    ナ結晶粒への変換を促進するのに充分な量のα−
    アルミナ種材又はその前駆体を含む特許請求の範
    囲第４又５項記載の方法。
JP60171266A 1984-08-08 1985-08-05 ガラス結合アルミナ質といし車 Granted JPS6156872A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/638,917 US4543107A (en) 1984-08-08 1984-08-08 Vitrified bonded grinding wheels containing sintered gel aluminous abrasive grits
US638917 1984-08-08

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Publication Number Publication Date
JPS6156872A JPS6156872A (ja) 1986-03-22
JPH0520232B2 true JPH0520232B2 (ja) 1993-03-18

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JP60171266A Granted JPS6156872A (ja) 1984-08-08 1985-08-05 ガラス結合アルミナ質といし車

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JP (1) JPS6156872A (ja)
AT (2) ATE118183T1 (ja)
AU (1) AU583048B2 (ja)
BR (1) BR8503739A (ja)
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DE (2) DE3587990T2 (ja)
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