JPH0931443A - 砥 粒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】研削抵抗が安定して小さく、しかも耐摩耗性に
優れた高性能の研削砥石の製作が可能となる砥粒を提供
すること。 【解決手段】 窒素に対するほう素のモル比が０．９５
以上１．００未満である多結晶型立方晶窒化ほう素砥粒
と単結晶型立方晶窒化ほう素砥粒とを含むことを特徴と
する砥粒。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研削砥石用の砥粒に
関するものである。本発明の砥粒が応用される研削砥石
としては、特に鉄系金属加工用の重研削、高速研削用の
メタルボンド砥石、電着砥石、ビトリファイド砥石等が
あげられる。

【０００２】

【従来の技術】窒化ほう素の高圧相である立方晶窒化ほ
う素（ｃＢＮ）はダイヤモンドに次ぐ硬さと熱伝導率を
有し、鉄系金属と反応しないとうダイヤモンドにはない
特徴を持つことから鉄系金属の研削加工用砥粒としての
利用が進められている。

【０００３】近年の研削加工は、省力化、無人化の方向
にある。その具体例は、重研削、高速研削であるが、こ
のような過酷な研削条件下では砥石の切れ味が悪いと研
削抵抗が大きくなり、工作機械へ大きな負荷がかかる。
このため、工作機械の高剛性化や高能力化が実施されて
いるが省力化の面から好ましくなく、切れ味が良く研削
抵抗を安定して小さく、しかも耐摩耗性に優れた砥石が
待ち望まれている。

【０００４】一般にｃＢＮ砥石の研削抵抗は、「ｃＢＮ
ホイール研削加工技術」（１９８８年 工業調査会発
行）でも紹介されているように砥石の使用初期に著しく
高いことが知られている。

【０００５】ｃＢＮ砥石に用いられるｃＢＮ砥粒を大別
すると、多結晶型と単結晶型の２種類のものがある。多
結晶型ｃＢＮ砥粒は、微細なｃＢＮ結晶粒子が互いに強
固に結合した多結晶体構造を有するため、粒子一つが単
結晶により構成される単結晶型ｃＢＮ砥粒のようにへき
開などの大破壊を起こさず高い強度を示す。そのため、
砥石として使用した場合に優れた耐摩耗性を示す。多結
晶型ｃＢＮ砥粒は、特公昭63-44417号公報及び特開平6-
240236号公報にも述べられているように、触媒を用いな
い無触媒直接転換法によって合成されたｃＢＮ焼結体を
所望の粒度に粉砕することによって製造される。しか
し、このような多結晶型ｃＢＮ砥粒であっても実際に重
研削、高速研削などの過酷な条件下で砥石として用いる
と、耐摩耗性には優れるがドレッシング後の初期の研削
抵抗が著しく高くなってしまうという問題があった。

【０００６】一方、単結晶型ｃＢＮ砥粒は、基本的に粒
子一つが単結晶により構成されているので、耐摩耗性に
は劣るが、へき開などの大破壊を起こすので鋭利なへき
開面が刃先にでやすく切れ味に優れるという特徴があ
る。単結晶型ｃＢＮ砥粒は、特公昭38-14 号公報にも述
べられているように触媒を用いて合成されたｃＢＮ焼結
体から製造される。しかし、このような単結晶型ｃＢＮ
砥粒であっても実際に重研削、高速研削などの過酷な条
件下で砥石として用いると、ドレッシング後の初期の研
削抵抗はかなり高く、また砥粒強度が小さく目こぼれが
起こるためか研削の進行にともない一旦低下した研削抵
抗が再度上昇し、頻繁に再ドレッシングを行なわなけれ
ばならないという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、重研
削、高速研削などの過酷な使用条件下で、研削抵抗が安
定して小さく、特に初期の研削抵抗を小さくし、しかも
耐摩耗性の大きい研削砥石を製作することのできる砥粒
を提供することにある。

【０００８】本発明者らは、研削抵抗が安定して小さ
く、また耐摩耗性の大きい砥粒を開発すべく種々検討し
た結果、窒素に対するほう素のモル比（以下Ｂ／Ｎモル
比という）を制御した多結晶型ｃＢＮ砥粒と単結晶型ｃ
ＢＮ砥粒を含む砥粒を用いた砥石が、研削抵抗が安定し
て小さく耐摩耗性に優れることを見いだし、本発明を完
成させたものである。

【０００９】すなわち、Ｂ／Ｎモル比の異なるさまざま
な多結晶型ｃＢＮ砥粒と単結晶型ｃＢＮ砥粒を種々の比
率で含有させた砥石で実際に重研削を行い研削の前後で
砥石表面に突き出している砥粒一つ一つの状態を観察し
た結果、（１）Ｂ／Ｎモル比が０．９５以上１．００未
満である多結晶型ｃＢＮ砥粒は摩滅や大破壊が起きてい
ないこと、（２）Ｂ／Ｎモル比が０．９５以上１．００
未満である多結晶型砥粒で囲まれている単結晶型ｃＢＮ
砥粒はそれを単独で用いた場合に比べて摩滅や大破壊が
起きておらず鋭利な刃先が保たれていること、を見いだ
した。また、実施例で詳述するように、Ｂ／Ｎモル比が
０．９５以上１．００未満である多結晶型ｃＢＮ砥粒又
は単結晶型ｃＢＮ砥粒を単独で用いた砥石に比べて初期
の研削抵抗が著しく小さくかつ安定し、耐摩耗性もＢ／
Ｎモル比が０．９５以上１．００未満である多結晶型ｃ
ＢＮ砥粒を単独で用いた場合に比べて遜色のないことを
見いだしたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、Ｂ
／Ｎモル比が０．９５以上１．００未満である多結晶型
ｃＢＮ砥粒と単結晶型ｃＢＮ砥粒を含むことを特徴とす
る砥粒である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明についてさらに詳し
く説明する。

【００１２】本発明において、多結晶型ｃＢＮ砥粒の窒
素分は、それをインパルス炉中、不活性ガス雰囲気下で
溶融分解し、発生する窒素ガスをガス分析することによ
って定量することができ、また、ほう素分は、多結晶型
ｃＢＮ砥粒をアルカリと混合し加熱溶融したものを塩酸
中に溶かし、メタノール蒸留法で抽出した試料をアルカ
リ中和滴定することによって定量することができる。

【００１３】本発明において、多結晶型ｃＢＮ砥粒のＢ
／Ｎモル比を０．９５以上１．００未満と限定したの
は、これ以外のＢ／Ｎモル比の多結晶型ｃＢＮ砥粒では
靭性が低いためか、単結晶型ｃＢＮ砥粒と混合し砥石と
して用いた場合に耐摩耗性が著しく低下するからであ
る。

【００１４】本発明で使用されるＢ／Ｎモル比０．９５
以上１．００未満の多結晶型ｃＢＮ砥粒を入手する方法
としてはたとえば以下の方法がある。すなわち、多結晶
型ｃＢＮ砥粒は上記したように、触媒を用いない無触媒
直接転換法によって合成されたｃＢＮ焼結体を所望の粒
度に粉砕することによって得られ、その直接転換ｃＢＮ
焼結体の合成法については、たとえば特開平6-240236号
公報に述べられているように、熱分解窒化ほう素をｃＢ
Ｎの安定領域である高温／高圧下で処理することであ
る。所望のＢ／Ｎモル比を持つ多結晶型ｃＢＮ砥粒を得
るには、たとえば特開平6-240236号公報に述べられてい
るように原料のＢ／Ｎモル比を制御すれば良い。

【００１５】本発明で使用される単結晶型ｃＢＮ砥粒と
は、基本的に粒子一つが一つの単結晶により構成される
ものであるが、完全な単結晶ばかりを指すものではな
く、双晶や数十μｍ単位の大きな一次結晶粒子が結合し
たものも含まれる。

【００１６】本発明で使用される単結晶型ｃＢＮ砥粒
は、広く一般に市販されているので、市場で入手するこ
ともできるし、また、特公昭38-14 号公報にも述べられ
ているように、六方晶系の窒化ほう素に触媒を加えｃＢ
Ｎの安定領域である高温／高圧下で処理することによっ
ても得ることができる。

【００１７】本発明の砥粒は、上記したＢ／Ｎモル比
０．９５以上１．００未満の多結晶型ｃＢＮ砥粒と単結
晶型ｃＢＮ砥粒とを一般的な方法で混合することによっ
て製造することができる。混合に際しては、ミキサーや
ホモジナイザーを用いると均一な混合物が得られるので
好適である。また、ダイヤモンド、アルミナ、シリコン
カーバイド等の第三成分を加えることもできる。

【００１８】多結晶型ｃＢＮ砥粒と単結晶型ｃＢＮ砥粒
の混合比としては、砥粒全体に占める単結晶型ｃＢＮ砥
粒の比率が２０〜９０重量％であることが好ましい。単
結晶型ｃＢＮ砥粒の比率が２０重量％未満では研削抵抗
の改善効果が小さくなり、また９０重量％を越えると耐
摩耗性の改善効果が小さくなる。

【００１９】

【作用】本発明の砥粒を用いた砥石が、研削抵抗が安定
して小さくかつ耐摩耗性に優れる理由としては以下のこ
とが考えられる。

【００２０】まず、研削抵抗が安定して小さい理由は次
のように考えられる。研削抵抗は、たとえば「研削加工
と砥粒加工」（１９８４年 共立出版発行）でも述べら
れているように、研削に作用する砥石表面上の砥粒先端
の鋭さが大きく影響することが知られている。すなわ
ち、砥石表面に存在する砥粒の先端が鋭利なほど研削抵
抗が小さくなる傾向がある。単結晶型ｃＢＮ砥粒は、へ
き開破壊により砥粒先端が鋭利になりやすいが、強度が
劣るため研削中に大破壊を起こし研削に作用する砥粒数
が減少してしまう。一方、多結晶型ｃＢＮ砥粒は、強度
が大きいため作用砥粒数の減少は小さいが、大きな破壊
が起きにくく摩滅的に摩耗するため形状が鋭利にならな
い。砥石表面に両砥粒が共存すると、強度の大きい多結
晶型ｃＢＮ砥粒によって単結晶型ｃＢＮ砥粒が保護され
るような状態となるため、鋭利な刃先を有する単結晶型
ｃＢＮ砥粒の切れ刃数の減少が小さくなる。また、同時
に、多結晶型ｃＢＮ砥粒の先端には、多結晶型ｃＢＮ砥
粒のみを用いた場合よりも大きな負荷がかかるため適度
な破壊が起こり、通常の多結晶型ｃＢＮ砥粒では起こり
にくい鋭利な切れ刃の生成が起こるものと思われる。こ
のように、両砥粒が砥石表面に共存すると両砥粒の相乗
効果によって切れ味に優れる鋭利な砥粒刃先が多く発生
し研削抵抗が安定して小さくなるものと考えられる。

【００２１】次に、多結晶型ｃＢＮ砥粒を単独に用いた
場合と遜色のない優れた耐摩耗性を示す理由としては以
下のことが考えられる。本発明の砥粒を用いた砥石の表
面には強度が大きく耐摩耗性の大きい多結晶型ｃＢＮ砥
粒と、強度の小さい単結晶型ｃＢＮ砥粒が混ざり合った
状態で、多数、砥粒の一部を突き出した状態で存在して
いる。研削前には、両者の突き出し高さはほぼ同一であ
る。研削中には、これらの砥粒の先端部には被削材との
衝突で衝撃的な力が作用する。研削を開始するとその初
期には両者に同等の衝撃力が作用する。しかしながら、
両者の中で単結晶型ｃＢＮ砥粒はへき開破壊を起こしや
すいために先端部が破壊し突き出し高さが低くなる。一
方、多結晶型ｃＢＮ砥粒は強度が大きいためにその突き
出し高さをある程度保持している。単結晶型ｃＢＮ砥粒
の周りにそれよりも突き出した多結晶型ｃＢＮ砥粒が存
在するために、単結晶型ｃＢＮ砥粒に作用する衝撃力は
小さくなり、単結晶型ｃＢＮ砥粒の先端部の破壊はそれ
以上進まなくなる。また、多結晶型ｃＢＮ砥粒にとって
も、周囲に切れ味に優れた単結晶型ｃＢＮ砥粒がある程
度の突き出し高さを維持した状態で存在しているので負
荷が低減され、両砥粒の相乗効果によって砥石の耐摩耗
性が向上するものと思われる。

【００２２】

【実施例】次に、実施例を挙げてさらに具体的に本発明
を説明する。

【００２３】実施例１〜８ 比較例１〜４ 特開平6-240236号公報に述べられている方法を用い、さ
まざまなＢ／Ｎモル比を有する多結晶型ｃＢＮ砥粒を以
下に従って製造した。

【００２４】すなわち、純度９９．０％以上、Ｂ／Ｎモ
ル比０．９４〜１．０１のさまざまな市販熱分解窒化ほ
う素を窒素雰囲気中で温度２００℃で６０分間放置した
後、窒素雰囲気下、モリブデン箔の袋内に封入して原料
とした。

【００２５】これを９９．９％以上の高純度カーボンを
加熱用ヒーターとし、高純度のＮａＣｌ粉末の成形体か
らなるスリーブをヒーター内部に配し反応セルを組み立
てた。この反応セルをフラットベルト型超高圧高温発生
装置に装填し、温度２１００℃、圧力７．３ＧＰａ下、
６０分間処理する直接転換法により、さまざまなＢ／Ｎ
モル比を有する多結晶型ｃＢＮ焼結体を合成した。これ
をロールクラッシャーで粉砕した後、分級して８０／１
００メッシュの砥粒を選別した。

【００２６】この砥粒から、ＪＩＳＲ６００３の方法で
１．２ｇをサンプリングし、アルカリと混合し加熱溶融
した。常温で固結した融解物を塩酸で溶かした後、メタ
ノール蒸留法を用いて試料を抽出し、抽出液をアルカリ
滴定することによって砥粒中のほう素の重量分析を行な
った。一方、別に採取した砥粒１．２ｇをインパルス炉
中、不活性ガス雰囲気下で溶融分解し、発生する窒素ガ
スをガスクロマトグラフを用いて分析し砥粒中の窒素分
析を行なった。以上の結果から、多結晶型ｃＢＮ砥粒の
Ｂ／Ｎモル比を算出した。その結果を表１に示す。

【００２７】次に、単結晶型ｃＢＮ砥粒として市販品
〔ゼネラルエレクトリック社製「ボラゾンＴＹＰＥ
Ｉ」（粒度８０／１００メッシュ）〕を入手し、上記の
多結晶型ｃＢＮ砥粒と所望の混合比（重量比）でロッキ
ングミキサー（愛知電機商事社製）を用いて混合した。

【００２８】混合された砥粒から１５０カラットを抜き
出し、直径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、集中度１５０の
メタルボンド砥石を作製した。この砥石を用い平面プラ
ンジカット法で研削試験を行い、研削抵抗として各研削
体積における砥石軸電流値及び砥石摩耗量を測定した。
それらの結果を表１に示す。なお、試験に用いた被削材
は高速度工具鋼ＳＫＨ−５１（ロックウェル硬度：６５
度）であり、研削条件は砥石周速度１８００ｍ／ｍｉ
ｎ、被削材送り速度９ｍ／ｍｉｎ、砥石切込み量１０μ
ｍである。

【００２９】

【表１】 （注）研削抵抗の初期値：１０ｍｍ³ ／ｍｍ研削後の値 研削抵抗の中期値：９，０００ｍｍ³ ／ｍｍ研削後の値 研削抵抗の後期値：１８，０００ｍｍ³ ／ｍｍ研削後の値

【００３０】

【発明の効果】本発明の砥粒によれば、研削抵抗が安定
して小さく、しかも耐摩耗性に優れた高性能の研削砥石
を製作することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒素に対するほう素のモル比が０．９５
   以上１．００未満である多結晶型立方晶窒化ほう素砥粒
   と単結晶型立方晶窒化ほう素砥粒とを含むことを特徴と
   する砥粒。