| 【発明の名称】 |
高能率研削加工用レジンボンド砥石 |
| 【発明者】 |
【氏名】宮澤 徹二
【住所又は居所】東京都大田区下丸子二丁目１７番１０号 冨士ダイス株式会社内
【氏名】持田 徹
【住所又は居所】東京都大田区下丸子二丁目１７番１０号 冨士ダイス株式会社内
【氏名】中田 勲
【住所又は居所】東京都大田区下丸子二丁目１７番１０号 冨士ダイス株式会社内
|
| 【要約】 |
【課題】高能率の研削加工が可能なレジンボンドのダイヤモンドおよびｃＢＮ砥石を提供する。
【解決手段】該砥石の砥粒として、砥粒表面部に該砥粒より微粒のアルミナ粒子を固着させた砥粒を用いる。更に結合材に対する充填材として、少なくとも平均粒度２０μｍ以下の炭化ケイ素およびアルミナから選ばれる１種または２種を添加したレジンボンド砥石とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 熱硬化性樹脂で砥粒を結合してなる研削砥石において、砥粒表面部に、該砥粒より微粒のアルミナ粒子を固着させたことを特徴とするレジンボンド砥石。
【請求項２】 熱硬化性樹脂よりなる結合材に対する充填材として、少なくとも平均粒度２０μｍ以下の炭化ケイ素およびアルミナから選ばれる１種または２種を添加したことを特徴とする請求項１に記載のレジンボンド砥石。
【請求項３】 前記砥粒がダイヤモンドである請求項１または２に記載のレジンボンド砥石。
【請求項４】 前記砥粒が立方晶窒化ホウ素である請求項１または２に記載のレジンボンド砥石。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超硬合金、サーメット、セラミックス、高硬度鋼などの硬質材料の研削加工に用いられるレジンボンド砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】研削加工用の砥石としては、炭化ケイ素を砥粒としたＧＣ砥石、アルミナを砥粒としたＷＡ砥石、ダイヤモンドを砥粒としたダイヤモンド砥石、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）を砥粒としたｃＢＮ砥石などが知られている。更に、ダイヤモンド砥石およびｃＢＮ砥石に関しては、砥粒結合材の種類によってレジンボンド砥石、メタルボンド砥石、ビトリファイド砥石などが知られている。これらの中では、レジンボンド砥石が比較的に研削抵抗が低く、高能率の加工ができることから、超硬合金、サーメット、セラミックスなどの硬質材料の研削加工には、主にレジンボンドのダイヤモンド砥石が、高硬度鋼など鉄系硬質材料の研削加工には、主にレジンボンドのｃＢＮ砥石が用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】レジンボンド砥石には、研削能率を向上させるために種々の改良が加えられてきたが、例えば、外周部に砥石層を配置したストレート型レジンボンド砥石を用いて超硬合金を研削する場合、砥石の切込み量は、一般に砥粒の平均粒度の１０〜１５％程度であり、通常の粗加工に用いられる砥粒粒度１４０／１７０メッシュ（約１０５〜９０μｍ）程度の砥石においては、その研削条件は砥石周速１２００〜１８００ｍ／ｍｉｎ、テーブル送り速度１０〜１８ｍ／ｍｉｎ、テーブル前後送り速度６０〜１２０ｍｍ／ｍｉｎであり、この場合１ｐａｓｓ（テーブル前後送りの一方向移動分）当たりの切込み量は約１５μｍが限界であった。特開平６−２０６１６６には、高精度、高能率の研削性能を示す芳香族炭化水素変性マレイミド樹脂を結合剤とする研削砥石が開示されているが、その実施例によれば、切込み量は０．０２５ｍｍであり、大幅な切込み量の改善は実現されていない。これは、通常、切込み量を大きくしようとすると研削抵抗が高くなり、砥石にビビリ振動が生じたり、被研削材にクラックが生じたり、更には砥石が破損することもあるからである。このような従来のレジンボンド砥石の切込み量の制約は、研削加工費が切削加工費に比べて著しく高価にならざるを得ない一大要因であるため、その改善が求められていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の事情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、従来の砥石に比べて著しく高能率の研削加工が可能なレジンボンド砥石を開発したものである。
【０００５】まず、通常の研削条件で研削能率を上げるために切込み量を大きくすると、研削抵抗が増大し、前記のような不具合が生じる原因を詳細に調べた結果、その主たる原因は砥粒の脱落であるという知見を得た。そこでレジン系結合材による砥粒の保持力を向上させる方法を種々検討した。その結果、砥粒の表面部に該砥粒より微粒のアルミナ粒子を固着させると、該アルミナ粒子により砥粒表面に凹凸が形成され、このアルミナ粒子固着砥粒をレジンボンド砥石に用いると、砥粒の結合材による機械的保持力が向上すると共に、アルミナも硬質であるのでそれによる研削効果と相俟って、研削加工時の切込み量を飛躍的に大きくすることが可能となり、したがって研削能率を著しく高めることができるようになることを見出した。
【０００６】ここで、砥粒表面部に固着させるアルミナ粒子の平均粒度は、砥粒よりも微粒であることが必要であり、砥粒平均粒度の約１／５〜１／２０が好適である。アルミナ粒子平均粒度が砥粒平均粒度の約１／５を超えると、砥粒表面全体にアルミナ粒子を固着させることが困難となり、約１／２０より微粒では得られるアルミナ粒子固着砥粒の表面の凹凸が小さくなり、いずれの場合も結合材による砥粒の機械的保持力が低下するからである。したがって、例えば特開平３−９５２８８に、耐火金属酸化物を、有機金属化合物を用いて被覆した研摩材粒子（砥粒）が開示されているが、このような砥粒はその被覆層表面が平滑であるので、本発明に係るレジンボンド砥石の砥粒としては適さない。
【０００７】一方、現在市販されているアルミナ粉末には、その粒子形状が球類似形状、片状、多角形状などの種々のものがあるが、本発明に係る砥粒に固着させるアルミナ粒子の形状は、片状であることが好ましい。これは、片状である方が砥粒との固着面積を比較的大きくできるので、砥粒に対するアルミナ粒子の固着強度が高くなるためである。
【０００８】砥粒に対するアルミナ粒子の固着量は、砥粒との合計量の約２５〜３５質量％が好ましく、約３０質量％とするのがより好ましい。これは、アルミナ粒子固着量が少なすぎるとアルミナ粒子による砥粒保持力が低下し、同固着量が多すぎると研削加工時にアルミナ粒子固着層が破壊されやすくなり、結果的に砥粒が脱落しやすくなるからである。
【０００９】更に、アルミナ粒子固着砥粒は、結合材による砥粒の保持力が著しく向上するため、研削加工中の砥粒の脱落を有効に防止できるばかりでなく、砥粒が少しずつ欠落することにより新しい切れ刃が生じる結果、通常用いられる砥粒よりも粒度の粗い砥粒を用いても良好な被研削材面粗さが得られることが分かった。
【００１０】したがって、例えば通常の粗研削加工用砥石の砥粒粒度すなわち１４０／１７０メッシュよりも粗い粒度１００／１２０メッシュ（約１５０〜１２５μｍ）程度の砥粒を使用しても、１４０／１７０メッシュ砥粒を用いた従来の砥石で得られると同程度の被研削材面粗さが得られるため、砥粒粒度が粗い分、切込み量を大きくできるので、この点においても研削加工能率に対して有利となる。
【００１１】また、レジンボンド砥石には、被研削材との摩擦抵抗の軽減、熱伝導率の向上、研削加工時に生じる砥粒砕片や研削屑による結合材の損耗抑制などの目的で、一般に無機化合物や金属などの種々の充填材が添加されるが、上記のアルミナ粒子固着砥粒を用いる場合には、通常添加される粒状黒鉛や銅粉末などのほかに、該アルミナ粒子よりも微粒の、特に平均粒度２０μｍ以下の炭化ケイ素およびアルミナから選ばれる１種または２種を充填材として添加すると、高い研削比（被研削材除去体積／砥石減耗体積）が得られることが分かった。これらの充填材が本発明に係るレジンボンド砥石に対して特に好適である理由は、必ずしも詳らかではないが、充填材の粒度に関しては、それらの平均粒度が上記の値を超えると、砥粒表面部に固着させたアルミナ粒子の粒度に近くなり結合材による砥粒保持力を損なうためか、研削加工時に砥粒が脱落しやすくなるので好ましくない。これら充填材の添加量は、多すぎると結合材全体の強度が低下してかえって砥石が損耗されやすくなり、少なすぎると充填材による結合材の損耗抑制効果が得られなくなるので、結合材および他の充填材との合計量に対して１５〜２５体積％であることが好ましい。
【００１２】本発明に係るレジンボンド砥石の結合材には、従来より知られているフェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ポリイミド樹脂など、いずれの熱硬化性樹脂も適用できるが、これらの内、フェノール樹脂とフェノールアラルキル樹脂とを組み合わせた、いわゆる耐熱性フェノール樹脂が、砥石の経済性、成形性および砥石性能のバランスがよく、最も好適である。
【００１３】また、本発明に係るレジンボンド砥石中のダイヤモンドまたはｃＢＮ砥粒の粒度は、通常用いられる粒度範囲のいずれでも適用できるが、粗加工用砥石においては８０〜１２０メッシュ（約１８０〜１２５μｍ）程度とすると、本発明に係るレジンボンド砥石の高能率加工が可能という特徴が最大限に発揮されるので、特に好ましい。このとき砥粒の含有量は、アルミナ粒子固着分を含まない体積率で、砥粒以外の成分との合計量に対して１５〜３８％（砥粒集中度６０〜１５０）とするのが好適であり、特に粗加工用砥石には１９〜２３％（砥粒集中度７５〜９０）とすることがより好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明に係るレジンボンド砥石に用いられるアルミナ粒子固着砥粒を得るには、例えば、砥粒に水ガラスやシリカゾルをまず被覆した後、これに所定量のアルミナ粉末を加えて混合し、砥粒表面部にアルミナ粒子を付着させる。次いでアルミナ粒子付着砥粒を加熱処理して、表面部にアルミナ粒子が固着した砥粒を得る。
【００１５】上記のようにして得られた砥粒を用いたレジンボンド砥石を作製するには、従来の方法によればよい。例えば、台金の外周部に砥石層を配置するストレート型の砥石を作製するには、該砥粒と熱硬化性樹脂と充填材を乾式攪拌混合機により混合した後、ホットプレスにより台金と砥石層が一体となるように成形・焼成する。これを金型から取り出し高温乾燥器中で更に焼成する。その後、旋盤加工、砥石成形加工などの加工を施して最終製品に仕上げる。ここで、砥石層と台金との間に砥粒を含まない結合材のみよりなる中間層を設けてもよいことは言うまでもない。
【００１６】
【実施例】以下に、実施例によって本発明に係るレジンボンド砥石をより詳細に説明する。
（例１）
＜本発明砥石１＞ダイヤモンド砥粒として、粒度１００／１２０メッシュ（約１５０〜１２５μｍ）のＩＲＶダイヤモンド砥粒（東名ダイヤモンド製）に１２体積％の水ガラス（ケイ酸ナトリウム）を加え、混練機で混練して砥粒表面部に水ガラス被膜を形成させ、次いでこれに平均粒度２５μｍのアルミナ粉末を加えて撹拌して砥粒の表面にアルミナ粉末を付着させた。これを温度１２０℃とした乾燥器中で十分乾燥後、電気炉に移し、４５０℃に加熱して水ガラス被膜を溶融ガラス化してアルミナ粒子をダイヤモンド砥粒の表面部に固着させた。このようにして得られたアルミナ粒子固着ダイヤモンド砥粒において、アルミナ粒子の固着量は、３〜５質量％のガラス質成分を含めて約３０質量％であった。
【００１７】別に、フェノール樹脂／フェノールアラルキル樹脂の質量比６０／４０の混合樹脂６０体積％、粒度−２０００メッシュ（約８μｍ以下）の炭化ケイ素粉末２０体積％、粒状黒鉛（粒度１５〜２０μｍ）１１体積％および銅粉（粒度８〜２０μｍ）９体積％からなる混合粉末を準備し、これに上記アルミナ粒子固着ダイヤモンド砥粒をその体積率が２６．６％となるように加えて混合することにより、砥石成形用混合粉末を得た。
【００１８】内径２００ｍｍの砥石成形用金型内中央部にアルミニウム合金製の砥石台金を配置し、金型内壁と台金の外周部とで構成される空間に該砥石成形用混合粉末を充填した後、加圧しつつ１８０℃にて１時間加熱した。これにより、該混合粉末中の樹脂成分は一旦溶融した後硬化し、台金の外周部に砥石層が一体に接着成形されたレジンボンド砥石を得ることができた。
【００１９】金型から取り出したレジンボンド砥石を、高温乾燥器中、１８０℃で数時間更に加熱し、樹脂成分を完全に硬化させた。その後、所定寸法になるように台金部分の旋盤加工、砥石層の研ぎ出し加工を施して完成品に仕上げた。
【００２０】このようにして得た、ダイヤモンド粒度１００／１２０メッシュ、砥粒集中度７５（砥粒体積率１９％）、寸法２００Ｄ（砥石外径）×６Ｔ（砥石幅）×３Ｘ（砥石層厚）×５０．８Ｈｍｍ（台金孔径）の本発明砥石１を使用して、下記の条件で研削試験を行った。
【００２１】研削盤：ワシノ製平面研削盤 ＳＧ５２ Ｆ−ＩＩ被研削材：ＷＣ−１０質量％Ｃｏ超硬合金板（硬さＨＲＡ９０．０）、寸法：１５０×１５０×３０ｍｍ研削方式：湿式往復平面研削砥石回転数：２７００ｒｐｍ（周速１７００ｍ／ｍｉｎ）
テーブル送り速度：１８ｍ／ｍｉｎテーブル前後送り速度：８０ｍｍ／ｍｉｎ切込み量：２０，４０μｍ／ｐａｓｓ総研削量：２ｍｍ【００２２】この研削条件では、試験が終了するまで本発明砥石１を再ドレッシングすることなく研削加工することができた。得られた結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】本実施例では請求項２に係る充填材のうち、炭化ケイ素のみを添加する場合について示したが、炭化ケイ素の代わりにアルミナ、または炭化ケイ素とアルミナの２種を添加した場合でも、本発明砥石１と同等の研削性能を示すことが確かめられた。
【００２５】＜比較砥石１＞本発明砥石１のダイヤモンド砥粒をアルミナ粒子の固着なし砥粒に変えた以外は、本発明砥石１と同仕様の比較砥石１を作製し、本発明砥石１で行った試験と同条件の研削試験を行った。
【００２６】この場合は、研削時間の増加と共に研削抵抗が著しく上昇し、総研削量１ｍｍ前後で研削試験を中断せざるを得なかった。この中断時点での試験結果は、表２に示したように本発明砥石１に比べて研削比が低下し、研削面粗さが劣化したが、これはダイヤモンド砥粒の脱落によるものと考えられた。
【００２７】
【表２】
【００２８】＜比較砥石２＞砥粒として、アルミナ粒子固着なしの粒度１４０／１７０メッシュ（約１０５〜９０μｍ）ＩＲＶダイヤモンド砥粒（東名ダイヤモンド製）を使用し、充填材として粒度４００／５００メッシュ程度（約４０〜３０μｍ）の炭化ケイ素を用いた以外は本発明砥石１と同仕様にして、砥粒集中度７５の従来型の比較砥石２を作製し、本発明砥石１で行った試験と同様の研削試験を試みた。
【００２９】しかし、いずれの切込み量においても研削開始後急速に研削抵抗が上昇し、研削を中断せざるを得なかったので、切込み量を１０μｍ／ｐａｓｓとした試験を行ったが、この場合は総研削量が１ｍｍを超えた時点で研削抵抗が著しく上昇した。これは、従来型のレジンボンド砥石を用いて連続研削する場合に通常現れる、目詰まりによるものと思われた。
【００３０】＜比較砥石３＞砥粒として、本発明砥石１と同じくアルミナ粒子を固着させた１００／１２０メッシュのＩＲＶダイヤモンド砥粒（東名ダイヤモンド製）を使用し、充填材の炭化ケイ素の粒度を砥粒粒度よりやや微粒の２３０／２７０メッシュ（約６５〜５０μｍ）とした以外は、本発明砥石１と同仕様の比較砥石３を作製した。
【００３１】この砥石を使用し、本発明砥石１で行った試験と同様の研削試験を行った結果、研削抵抗は、本発明砥石１よりかなり高くなり、総研削量２ｍｍ近くで試験を中断せざるを得なかったが、これは炭化ケイ素の粒度が不適切であったため、アルミナ粒子固着ダイヤモンド砥粒の保持力が十分でなく、砥粒が脱落しやすかったためと判断できた。
【００３２】（例２）
＜本発明砥石２＞研削砥粒として、１００／１２０メッシュのｃＢＮ砥粒（昭和電工製ＳＢＮ）の表面部を次のように調製したシリカゾルで薄く被覆し、これに平均粒度２５μｍのアルミナ粉末を加えて撹拌して砥粒の表面にアルミナ粒子を付着させた。これを室温の乾燥器に装入し昇温速度１℃／ｍｉｎで１２０℃に至るまで加熱・乾燥後、電気炉に移し、０．５℃／ｍｉｎの昇温速度で１０５０℃に加熱してシリカ被膜を溶融ガラス化することによって、アルミナ粒子をｃＢＮ砥粒の表面部に固着させた。このようにして得られたアルミナ粒子固着ｃＢＮ砥粒において、アルミナ粒子の固着量は、３〜５質量％のシリカガラス成分を含めて約３３質量％であった。
【００３３】ここで、アルミナ粒子を付着させるためのシリカゾル液の調製法は、次の通りである。
テトラエトキシシラン １００ｇ水 １０ｇＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド） ２ｇアンモニア １ｇ【００３４】上記の混合液を攪拌しつつ約４０℃に加温すると、混合液は徐々に粘度が上昇し粘稠液となる。このように調製したシリカゾルをｃＢＮ砥粒とアルミナ粒子の固着材として使用した。
【００３５】別に、フェノール樹脂６０体積％、粒度−２０００メッシュの炭化ケイ素粉末２０体積％、粒状黒鉛（粒度１５〜２０μｍ）１１体積％および銅粉（粒度８〜２０μｍ）９体積％からなる砥石結合材を準備し、これに上記アルミナ粒子固着ｃＢＮ砥粒を３１体積％となるよう加えて混合し、砥石成形用混合粉末を得た。
【００３６】本発明砥石１と同様に、内径２００ｍｍの砥石成形用金型内中央部にアルミニウム合金製の砥石台金を配置して、金型内壁と台金の外周部とで構成される空間に該砥石成形用混合粉末を充填し、加圧しつつ１８０℃にて１時間加熱することにより、砥石成形用混合粉末中の樹脂成分は一旦溶融した後硬化し、台金の外周部にレジンボンド砥石層が一体に接着成形された砥石を得ることができた。
【００３７】砥石層を形成した後、金型から取り出したレジンボンド砥石を高温乾燥器中に装入し、１８０℃で数時間加熱して樹脂成分を完全に硬化させた。その後、所定の仕上げ寸法になるように台金部分の旋盤加工、砥粒層の研ぎ出し加工を施して得られた、砥粒集中度７５の２００Ｄ×６Ｔ×３Ｘ×５０．８Ｈ ｍｍの本発明砥石２を使用して、下記の条件で研削試験を行った。
【００３８】研削盤：ワシノ製平面研削盤 ＳＧ５２ Ｆ−ＩＩ被研削材：ＳＫＤ１１焼入れ鋼板（硬さＨＲＣ６０〜６１）、寸法：１５０×１５０×２０ｍｍ研削方式：湿式往復平面研削砥石回転数：２７００ｒｐｍ（周速１７００ｍ／ｍｉｎ）
テーブル送り速度：１８ｍ／ｍｉｎテーブル前後送り速度：８０ｍｍ／ｍｉｎ切込み量：２０，４０μｍ／ｐａｓｓ総研削量：２ｍｍ【００３９】この研削条件で本発明砥石２は、試験が終了するまで再ドレッシングすることなく研削加工することができた。得られた結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】＜比較砥石４＞本発明砥石２の砥粒をアルミナ粒子固着なしの市販ＳＢＮ１００／１２０メッシュのｃＢＮに変えたほかは、本発明砥石２と同仕様の比較砥石４を作製し、上記と同様の研削試験を行った。
【００４２】この場合は、切込み量が２０μｍ／ｐａｓｓでもｃＢＮ砥粒の脱落により研削抵抗の著しい上昇と砥石の過大消耗を生じたばかりでなく、研削面粗さが劣化して、研削面にかなりの焼け割れ現象の発生が認められるようになったため、総研削量０．８ｍｍ前後で研削試験を中断せざるを得なかった。この中断時点での結果を表４に示した。
【００４３】
【表４】
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレジンボンド砥石は、通常の研削加工条件下で、切込み量を従来のレジンボンド砥石に比べて約２〜４倍と飛躍的に大きくすることが可能であり、更に、研削加工中に目詰まりが極めて発生しにくく、研削加工を中断して再ドレッシングする必要がないので、この点においても研削加工能率に優れるという効果が得られ、産業上の利用価値が極めて高い。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３８０１６
【氏名又は名称】冨士ダイス株式会社
【住所又は居所】東京都大田区下丸子２丁目１７番１０号
|
| 【出願日】 |
平成１３年１０月１２日（２００１．１０．１２） |
| 【代理人】 |
|
| 【公開番号】 |
特開２００３−１１７８３６（Ｐ２００３−１１７８３６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年４月２３日（２００３．４．２３） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３５０７９８（Ｐ２００１−３５０７９８） |
|