JPH0931445A - 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】 酸素含有量０．１０モル％以下である多
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-
240235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、しかも耐摩耗性の大きい砥粒を開発すべく種々検討
した結果、酸素含有量を制御した多結晶型ｃＢＮ砥粒と
単結晶型ｃＢＮ砥粒を含む砥粒を用いた砥石が研削抵抗
が安定して小さくなり、しかも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、酸素含有量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）酸素含有量０．１０モル％以下の多結晶型
ｃＢＮ砥粒は摩滅や大破壊が起きていないこと、（２）
酸素含有量０．１０モル％以下の多結晶型ｃＢＮ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、酸素含有量０．１０モル％以下の多結晶型
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、し
かも耐摩耗性も酸素含有量０．１０モル％以下の多結晶
型ｃＢＮ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、酸
素含有量０．１０モル％以下の多結晶型ｃＢＮ砥粒と単
結晶型ｃＢＮ砥粒と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砥粒の酸
素含有量は、たとえば多結晶型ｃＢＮ砥粒を不活性ガス
中で溶融分解し、発生する酸素をカーボンと反応させる
ことにより二酸化炭素となし、それをガスクロマトグラ
フにより分析定量するインパルス融解熱伝導法を用いて
分析することができる。また、多結晶型ｃＢＮ砥粒の酸
素の存在形態は、たとえば微小部分析装置付き透過電子
顕微鏡による成分分析と構造解析を併用することによっ
て行なうことができる。

【００１３】本発明において、多結晶型ｃＢＮ砥粒の酸
素含有量を０．１０モル％以下と限定したのは、０．１
０モル％を越える酸素含有量の多結晶型ｃＢＮ砥粒では
靭性が低いためか、単結晶型ｃＢＮ砥粒と混合して砥石
とし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酸素含有量０．１０モ
ル％以下の多結晶型ｃＢＮ砥粒は、たとえば以下のよう
にして入手することができる。すなわち、多結晶型ｃＢ
Ｎ焼結体は上記したように、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製造することができる。その直接
転換ｃＢＮ焼結体の合成法は、広く一般に知られてお
り、例えば特開平6-240235号公報に述べられているよう
に、熱分解窒化ほう素をｃＢＮの安定領域である高温／
高圧下で処理することによって合成することである。所
望の酸素含有量を持つ多結晶型ｃＢＮ砥粒を得るには、
たとえば特開平6-240235号公報に述べられているように
原料と反応室を制御することである。

【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、上記した酸素含有量０．
１０モル％以下の多結晶型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
るが、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、
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のに対し、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１〜２ 特開平6-240235号公報に述べられている方法を用い、さ
まざまな酸素含有量の多結晶型ｃＢＮ砥粒を以下に従っ
て製造した。

【００２４】すなわち、原料の脱酸素処理を行なうた
め、純度９９．９％以上の熱分解窒化ほう素を純度９
９．９％以上の高純度カーボン中に封入した後、窒素雰
囲気中、温度８００℃で３０〜９０分間のさまざまな時
間に保持して熱処理した。得られた熱分解窒化ほう素を
カーボンに封入したまま上記高純度カーボンを加熱用ヒ
ーターとする構造の反応セル中に配置し、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、さまざまな酸素含有量の多結晶型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１００／１２０メッシュの砥粒を選別した。

【００２５】この砥粒から、ＪＩＳＲ６００３の方法で
１．２ｇをサンプリングし、インパルス炉中に入れて加
熱し、溶融分解して発生する酸素をカーボン酸化によっ
て二酸化炭素となし、それをガスクロマトグラフにより
定量することによって砥粒中の酸素のモル％を算出し
た。その結果を表１に示す。

【００２６】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１００／１２０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。

【００２７】混合された砥粒から１００カラットを抜き
出し、直径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、集中度１００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１５μ
ｍである。

【００２８】比較例３ 脱酸素処理を行なわなかった熱分解窒化ほう素原料を用
いたこと以外は、実施例１に準じて多結晶型ｃＢＮ砥粒
を製造し評価試験を行なった。それらの結果を表１に示
す。

【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：７，０００ｍｍ³ ／ｍｍ研削後の値 研削抵抗の後期値：１４，０００ｍｍ³ ／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な研削砥石
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】 酸素含有量０．１０モル％以下の多結晶
   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。