JPH078474B2 - 高速研削用超硬砥粒砥石 - Google Patents
高速研削用超硬砥粒砥石Info
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- JPH078474B2 JPH078474B2 JP1217074A JP21707489A JPH078474B2 JP H078474 B2 JPH078474 B2 JP H078474B2 JP 1217074 A JP1217074 A JP 1217074A JP 21707489 A JP21707489 A JP 21707489A JP H078474 B2 JPH078474 B2 JP H078474B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は内面研削加工のための高速研削用超硬砥粒砥
石に関する。
石に関する。
一般に取付け穴を有し回転する研削砥石においては、穴
の周辺に最大の作用応力がかかるため、穴の内壁で砥石
材料の破壊強度に達すれば、砥石は破壊する。
の周辺に最大の作用応力がかかるため、穴の内壁で砥石
材料の破壊強度に達すれば、砥石は破壊する。
そこで、高速回転するビトリファイド研削砥石の穴の周
辺を研削砥石材料よりも強度の高い材料とすることによ
って、砥石破壊周速度は高められることになる。具体的
方法としては、つぎのようなものがある。すなわち、 （Ａ）高速回転をするビトリファイド研削砥石の補強方
法： 砥石穴に金属内輪を貼り付ける〔E.O.Kienzel,H.J.Gr
asemann,K.Grning;Wege zur Erhhung der Umfangsg
eschwindigkeit von shleifschei-ben,VDI-Z,105,26（1
963）1201〕。
辺を研削砥石材料よりも強度の高い材料とすることによ
って、砥石破壊周速度は高められることになる。具体的
方法としては、つぎのようなものがある。すなわち、 （Ａ）高速回転をするビトリファイド研削砥石の補強方
法： 砥石穴に金属内輪を貼り付ける〔E.O.Kienzel,H.J.Gr
asemann,K.Grning;Wege zur Erhhung der Umfangsg
eschwindigkeit von shleifschei-ben,VDI-Z,105,26（1
963）1201〕。
砥石穴内周部をエポキシ樹脂により含浸補強する〔井
上英夫；ビトリファイド研削砥石の遠心破壊強さの推定
について、精密機械37巻２号（1971）〕。
上英夫；ビトリファイド研削砥石の遠心破壊強さの推定
について、精密機械37巻２号（1971）〕。
砥石内周部を細粒高結合度砥石とする〔山本明；補強
砥石の設計、精密機械38巻９号（1972）〕。
砥石の設計、精密機械38巻９号（1972）〕。
（Ｂ）立方晶窒化ほう素（以下これをCBNと略記する）
またはダイヤモンド等の超硬砥粒ビトリファイド砥石の
補強方法： 砥石周速度45〜80m/sでは前記補強形式で砥石内周部
を金属輪とした場合に類似して砥石コアー（中心核）を
金属材料とし、その外周縁に研削層を配位させる。
またはダイヤモンド等の超硬砥粒ビトリファイド砥石の
補強方法： 砥石周速度45〜80m/sでは前記補強形式で砥石内周部
を金属輪とした場合に類似して砥石コアー（中心核）を
金属材料とし、その外周縁に研削層を配位させる。
砥石周速度が80m/sを起える場合または少なくとも100
m/sを越える場合は、鋼製の円板周上に超硬砥粒を電着
配位する。
m/sを越える場合は、鋼製の円板周上に超硬砥粒を電着
配位する。
などである。
いま、前記したビトリファイド砥石における砥石コアー
または電着砥石の台金部などに鋼材料（たとえばJIS−G
4401、炭素工具鋼鋼材に規定するSK3もしくはJIS−G405
1機械構造用炭素鋼鋼材に規定するS45など）を使用する
と、鋼の比重値は約7.8gf/cm2であるから砥石重量は大
きくなる。砥石重量が大きくなれば、それに比例して遠
心力は増加し、通常、高速度で回転する砥石強度は遠心
力の増加に伴って減少するので、高速回転砥石の安全度
を高めるためには単位体積当りの重量を軽くすることが
必要になる。
または電着砥石の台金部などに鋼材料（たとえばJIS−G
4401、炭素工具鋼鋼材に規定するSK3もしくはJIS−G405
1機械構造用炭素鋼鋼材に規定するS45など）を使用する
と、鋼の比重値は約7.8gf/cm2であるから砥石重量は大
きくなる。砥石重量が大きくなれば、それに比例して遠
心力は増加し、通常、高速度で回転する砥石強度は遠心
力の増加に伴って減少するので、高速回転砥石の安全度
を高めるためには単位体積当りの重量を軽くすることが
必要になる。
また、高速研削用として電着砥石を使用する場合、電着
砥石は超硬砥粒が単一で円盤状台金部表面上に結合剤で
電着され、砥石作用面は砥粒とその間隙空間からなり、
かつ、砥粒間隔と狭い砥石間空間とは最初から固定され
たものとなる。したがって、有気孔で砥石の多層からな
るビトリファイドボンド研削砥石に比べて電着砥石は、
精密研削において、砥石形状の精度に必要なツルーイン
グ、ドレッシングは非常に困難なものとなり、加工精
度、能率および寿命の点で劣ることが知られている。ま
た、焼入れ鋼などの比較的長い切屑の出る被削材の研削
加工においては、目詰まりを起こしやすいので、空隙を
大きくした粗粒度砥石を用いると研削目は粗いものとな
る。さらに、電着砥石半径方向での実砥石使用量は、適
用砥粒径の約1/2で制限される結果、１個当りの砥石寿
命は短いものとなる。
砥石は超硬砥粒が単一で円盤状台金部表面上に結合剤で
電着され、砥石作用面は砥粒とその間隙空間からなり、
かつ、砥粒間隔と狭い砥石間空間とは最初から固定され
たものとなる。したがって、有気孔で砥石の多層からな
るビトリファイドボンド研削砥石に比べて電着砥石は、
精密研削において、砥石形状の精度に必要なツルーイン
グ、ドレッシングは非常に困難なものとなり、加工精
度、能率および寿命の点で劣ることが知られている。ま
た、焼入れ鋼などの比較的長い切屑の出る被削材の研削
加工においては、目詰まりを起こしやすいので、空隙を
大きくした粗粒度砥石を用いると研削目は粗いものとな
る。さらに、電着砥石半径方向での実砥石使用量は、適
用砥粒径の約1/2で制限される結果、１個当りの砥石寿
命は短いものとなる。
以上述べたように、高速研削用超硬砥粒砥石に関する従
来の技術においては、高速度の回転に耐え得る強度を有
し軽量であって、加工精度、能率および寿命において満
足できる内面研削砥石が未だ開発されていないとう問題
点があり、これを解決することが課題であった。
来の技術においては、高速度の回転に耐え得る強度を有
し軽量であって、加工精度、能率および寿命において満
足できる内面研削砥石が未だ開発されていないとう問題
点があり、これを解決することが課題であった。
上記の課題を解決するため見掛け気孔率が15〜25％、曲
が強度が室温下10kgf/mm2以上、熱膨張系数が室温〜100
0℃間において（2.5〜3.5）×10-6/℃である窒化けい素
セラミックスよりなる砥石本体の外周表面に、立方晶窒
化ほう素またはダイヤモンド等の超硬砥粒とビトリファ
イド結合剤とかなる多気孔型研削層を設けた高速研削用
超硬砥粒砥石とする手段を採用したものであり、以下そ
の詳細を述べる。
が強度が室温下10kgf/mm2以上、熱膨張系数が室温〜100
0℃間において（2.5〜3.5）×10-6/℃である窒化けい素
セラミックスよりなる砥石本体の外周表面に、立方晶窒
化ほう素またはダイヤモンド等の超硬砥粒とビトリファ
イド結合剤とかなる多気孔型研削層を設けた高速研削用
超硬砥粒砥石とする手段を採用したものであり、以下そ
の詳細を述べる。
まず、この発明は、窒化けい素セラミックス材を砥石本
体とし、この外周表面に超硬砥粒を含む均等な厚みの研
削層を被覆した方式の研削砥石であり、成形、乾燥後に
おいても、また焼成後においても砥石本体と研削層とは
充分な固着力によって強固に融着結合する必要がある。
そのために、窒化けい素セラミックス材の素材に多気孔
性のビトリファイドボンド砥石材を適宜選択し、このセ
ラミックス材からなる砥石本体の熱膨張係数が小さく、
研削層の熱膨張係数を上回ることなく、両者の差がある
限度を越えて大きくならないようにし、しかも高強度で
あることが肝要である。
体とし、この外周表面に超硬砥粒を含む均等な厚みの研
削層を被覆した方式の研削砥石であり、成形、乾燥後に
おいても、また焼成後においても砥石本体と研削層とは
充分な固着力によって強固に融着結合する必要がある。
そのために、窒化けい素セラミックス材の素材に多気孔
性のビトリファイドボンド砥石材を適宜選択し、このセ
ラミックス材からなる砥石本体の熱膨張係数が小さく、
研削層の熱膨張係数を上回ることなく、両者の差がある
限度を越えて大きくならないようにし、しかも高強度で
あることが肝要である。
すなわち、この発明における高速（少なくとも周速80m/
sを越える）研削用超硬砥粒砥石は、従来の内面研削砥
石の直径に殆んど等しい外径寸法を有する砥石コアー金
属材料の代わりに高強度、低膨張性の窒化けい素セラミ
ックス材を用いたことに特徴があり、砥石本体（研削層
支持体）の有する熱膨張係数および強度の具体的な値
は、熱膨張係数（室温から1000℃の間）が（2.5〜3.5）
×10-6/℃、曲げ強度（室温）が10kgf/mm2以上である。
なお、従来の種々の補強形式の中で、砥石内周縁の材料
を細粒高結合度としたもの、もしくは高強度とした砥石
類似物について見ると、熱膨張係数が室温から1000℃に
おいて、3.5×10-6/℃以下の特性を満足する材料の曲げ
強度は、種々の試験範囲では概ね6.0×10-6/℃以下であ
った。
sを越える）研削用超硬砥粒砥石は、従来の内面研削砥
石の直径に殆んど等しい外径寸法を有する砥石コアー金
属材料の代わりに高強度、低膨張性の窒化けい素セラミ
ックス材を用いたことに特徴があり、砥石本体（研削層
支持体）の有する熱膨張係数および強度の具体的な値
は、熱膨張係数（室温から1000℃の間）が（2.5〜3.5）
×10-6/℃、曲げ強度（室温）が10kgf/mm2以上である。
なお、従来の種々の補強形式の中で、砥石内周縁の材料
を細粒高結合度としたもの、もしくは高強度とした砥石
類似物について見ると、熱膨張係数が室温から1000℃に
おいて、3.5×10-6/℃以下の特性を満足する材料の曲げ
強度は、種々の試験範囲では概ね6.0×10-6/℃以下であ
った。
つぎにこの発明において、窒化けい素セラミックス材で
構成される砥石本体の外周面上に、超硬砥粒を含む均等
な厚みの研削層を被覆する方法としては、たとえば超硬
砥粒を含むペースト状もしくはクリーム状の流粘体を調
製し、これを塗布し、乾燥固化した後に焼成する方法が
好ましい。ここで、使用する液粘体は、たとえばつぎの
ようにして得られる。すなわち、前記したCBNまたはダ
イヤモンドなどの超硬砥粒（以下砥粒と略記する）を上
記の砥石本体の外周面に均等な厚みの被覆層にして付着
させるためのものであり、砥粒とビトリファイド結合剤
または人工気孔剤などからなり、各混合成分が均一分散
系を維持できるまでに充分な粘性を有し、しかも回転す
る砥石本体の外周面に容易に付着して滴下しない程度に
までペースト状、クリーム状またはプラスチゾル状を保
ち、適度の高粘度であることが必要である。このような
状態を維持させるためには、可塑性に富むビトリファイ
ド結合剤の選択と、さらに有機結合剤、たとえば、各種
澱粉、トラガントガム、アルギン酸塩、ゼラチンなどの
天然高分子、カルボキシルメチルセルローズ（CMC）の
ような半合成高分子、またはポリビニルアルコール、ポ
リエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール等の合
成高分子など、を適宜選択使用することが必要である
が、さらに粘性の微調整のために、各種の無機もしくは
有機の解膠剤を随時使用することも出来る。要するにこ
のような結合剤等を用いて調整される流粘体の粘度は、
具体的には10000〜15000cP（mPa・ｓ）であることが望
ましい。なぜならば、粘度が10000cP未満の場合には、
流粘体の砥石本体外周面の付着量が不充分で、均等な厚
みの被覆層が得られず、また15000cPを超える高粘度で
は、スリップ現象による層分離などを生じ易くなり、付
着量は返って減少し、被覆層の厚みが不均一となる傾向
が見られるようになるからである。したがって、このよ
うな粘度の流粘体を得るためには、たとえば砥粒の結合
剤に、特公昭57−49351号公報に示されるつぎの（イ）
または（ロ）の組成（モル％）、すなわち、 （イ） （ロ） SiO2 71.7、 71.6 Al2O3 17.2、 16.4 MgO 0.3、 1.3 CaO 0.9、 0.5 Na2O 2.1、 2.3 K2O 2.1、 2.1 Fe2O3 0.2、 0.2 FeO − 0.1 LiF 5.5、 5.5 のビトリファイドボンドと有機結合剤、たとえば冷水に
は難溶で温水に易溶の澱粉もしくはデキストリン、とを
用いて所望の粘度の流粘体を調製するためには、澱粉も
しくはデキストリンの粘度約4000cPの糊化水溶液（約10
゜ボーメ）を流粘体の２〜５重量％になるように添加す
ば、均一分散系のクリーム状組成物が得られることにな
る。
構成される砥石本体の外周面上に、超硬砥粒を含む均等
な厚みの研削層を被覆する方法としては、たとえば超硬
砥粒を含むペースト状もしくはクリーム状の流粘体を調
製し、これを塗布し、乾燥固化した後に焼成する方法が
好ましい。ここで、使用する液粘体は、たとえばつぎの
ようにして得られる。すなわち、前記したCBNまたはダ
イヤモンドなどの超硬砥粒（以下砥粒と略記する）を上
記の砥石本体の外周面に均等な厚みの被覆層にして付着
させるためのものであり、砥粒とビトリファイド結合剤
または人工気孔剤などからなり、各混合成分が均一分散
系を維持できるまでに充分な粘性を有し、しかも回転す
る砥石本体の外周面に容易に付着して滴下しない程度に
までペースト状、クリーム状またはプラスチゾル状を保
ち、適度の高粘度であることが必要である。このような
状態を維持させるためには、可塑性に富むビトリファイ
ド結合剤の選択と、さらに有機結合剤、たとえば、各種
澱粉、トラガントガム、アルギン酸塩、ゼラチンなどの
天然高分子、カルボキシルメチルセルローズ（CMC）の
ような半合成高分子、またはポリビニルアルコール、ポ
リエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール等の合
成高分子など、を適宜選択使用することが必要である
が、さらに粘性の微調整のために、各種の無機もしくは
有機の解膠剤を随時使用することも出来る。要するにこ
のような結合剤等を用いて調整される流粘体の粘度は、
具体的には10000〜15000cP（mPa・ｓ）であることが望
ましい。なぜならば、粘度が10000cP未満の場合には、
流粘体の砥石本体外周面の付着量が不充分で、均等な厚
みの被覆層が得られず、また15000cPを超える高粘度で
は、スリップ現象による層分離などを生じ易くなり、付
着量は返って減少し、被覆層の厚みが不均一となる傾向
が見られるようになるからである。したがって、このよ
うな粘度の流粘体を得るためには、たとえば砥粒の結合
剤に、特公昭57−49351号公報に示されるつぎの（イ）
または（ロ）の組成（モル％）、すなわち、 （イ） （ロ） SiO2 71.7、 71.6 Al2O3 17.2、 16.4 MgO 0.3、 1.3 CaO 0.9、 0.5 Na2O 2.1、 2.3 K2O 2.1、 2.1 Fe2O3 0.2、 0.2 FeO − 0.1 LiF 5.5、 5.5 のビトリファイドボンドと有機結合剤、たとえば冷水に
は難溶で温水に易溶の澱粉もしくはデキストリン、とを
用いて所望の粘度の流粘体を調製するためには、澱粉も
しくはデキストリンの粘度約4000cPの糊化水溶液（約10
゜ボーメ）を流粘体の２〜５重量％になるように添加す
ば、均一分散系のクリーム状組成物が得られることにな
る。
以上述べたような流粘体を砥石本体の外周面に被覆する
には、塗布または浸漬等通常用いられる塗装方法を利用
すればよいが、たとえば砥石本体を垂直にして回転（た
とえば、周速を毎分1.5〜2.5m）し、外周面を流粘体の
層中に浸漬（深さ0.3〜0.5mm程度でよい）しながら通過
させる方法は実用的で好ましい方法といえる。そして、
このような浸漬塗装を終えた砥石本体を流粘体から引き
揚げた直後に、砥石本体外周面に流粘体が確実に安定粘
着し、砥粒からなる研削層が安定して形成されるために
は、引き続いて砥石本体の外周面を、たとえば赤外線照
射のような方法で加熱（たとえば30〜40℃）し、乾燥で
きるようにしておくとよい。
には、塗布または浸漬等通常用いられる塗装方法を利用
すればよいが、たとえば砥石本体を垂直にして回転（た
とえば、周速を毎分1.5〜2.5m）し、外周面を流粘体の
層中に浸漬（深さ0.3〜0.5mm程度でよい）しながら通過
させる方法は実用的で好ましい方法といえる。そして、
このような浸漬塗装を終えた砥石本体を流粘体から引き
揚げた直後に、砥石本体外周面に流粘体が確実に安定粘
着し、砥粒からなる研削層が安定して形成されるために
は、引き続いて砥石本体の外周面を、たとえば赤外線照
射のような方法で加熱（たとえば30〜40℃）し、乾燥で
きるようにしておくとよい。
なお、乾燥、さらに焼成の工程を終えて形成される砥粒
からなる研削層が、砥石本体の外周面に確実に固着し
て、剥離、脱落を起こさないためには、砥石本体と同様
に低膨張性であることは勿論好ましいことであるが、別
途耐熱性のある無機接着剤などを適宜選択して、たとえ
ば砥石本体の接着表面に80〜100μｍ程度の厚みに耐熱
性無機接着剤の皮膜を形成した後、流粘体を被覆するな
どの方法を採ることもできる。
からなる研削層が、砥石本体の外周面に確実に固着し
て、剥離、脱落を起こさないためには、砥石本体と同様
に低膨張性であることは勿論好ましいことであるが、別
途耐熱性のある無機接着剤などを適宜選択して、たとえ
ば砥石本体の接着表面に80〜100μｍ程度の厚みに耐熱
性無機接着剤の皮膜を形成した後、流粘体を被覆するな
どの方法を採ることもできる。
砥石本体の外周表面に、通常の場合、流粘体層を0.3〜
0.5mm程度浸漬付着させればよいことは前記したとおり
であるが、このことによって、その後の乾燥および焼成
工程を通て形成される研削層が、砥石本体に対してより
強固な接着を達成することが可能となるので、流粘体に
外周表面を浸漬しながら回転する砥石本体を僅かずつ引
き上げて行くと、流粘体は次第に付着量を増し推積す
る。しかし、乾燥後の研削層の厚みは、通常の場合、最
大2mmを目安として浸漬処理を操作することが望まし
い。
0.5mm程度浸漬付着させればよいことは前記したとおり
であるが、このことによって、その後の乾燥および焼成
工程を通て形成される研削層が、砥石本体に対してより
強固な接着を達成することが可能となるので、流粘体に
外周表面を浸漬しながら回転する砥石本体を僅かずつ引
き上げて行くと、流粘体は次第に付着量を増し推積す
る。しかし、乾燥後の研削層の厚みは、通常の場合、最
大2mmを目安として浸漬処理を操作することが望まし
い。
このように砥石本体を構成する窒化けい素セラミックス
の外周面に、流粘体を浸透付着させることが望ましいの
で、砥石本体の見掛け気孔率は15〜25％の範囲の多孔性
であることが好ましい。ここで、見掛け気孔率は、空気
中における試料の重さW1（ｇ）、水中における試料の重
さW2（ｇ）、そして飽水した試料の重さW3（ｇ）、をそ
れぞれ測定し、次式 （JIS−R6210の5.2組織試験）によって求めた。
の外周面に、流粘体を浸透付着させることが望ましいの
で、砥石本体の見掛け気孔率は15〜25％の範囲の多孔性
であることが好ましい。ここで、見掛け気孔率は、空気
中における試料の重さW1（ｇ）、水中における試料の重
さW2（ｇ）、そして飽水した試料の重さW3（ｇ）、をそ
れぞれ測定し、次式 （JIS−R6210の5.2組織試験）によって求めた。
したがって、窒化けい素セラミックスを焼結させる方法
も、気孔率が減少する常圧法よりも、反応焼結法が好ま
しといえる。ここで、気孔率は前記数値より大き過ぎて
も小さ過ぎても、付着して形成される研削層が不均質層
になりやすくなり、不均質層になれば、たとえ流粘体乾
燥後において均一厚みを有していたとしても、焼成後に
おいて完全に均質な砥石になるという保証はなく、厚み
不同が生じ、その結果乾燥歪みまたは焼成歪となり、砥
石本体を研削層との間にマイクロラックなどが発生しや
すくなる。一方見掛け気孔率が25％を越えて大きくなる
と砥石本体の強度が著しく低下するという弊害が起こ
る。
も、気孔率が減少する常圧法よりも、反応焼結法が好ま
しといえる。ここで、気孔率は前記数値より大き過ぎて
も小さ過ぎても、付着して形成される研削層が不均質層
になりやすくなり、不均質層になれば、たとえ流粘体乾
燥後において均一厚みを有していたとしても、焼成後に
おいて完全に均質な砥石になるという保証はなく、厚み
不同が生じ、その結果乾燥歪みまたは焼成歪となり、砥
石本体を研削層との間にマイクロラックなどが発生しや
すくなる。一方見掛け気孔率が25％を越えて大きくなる
と砥石本体の強度が著しく低下するという弊害が起こ
る。
なお、この発明における砥石本体を構成する窒化けい素
セラミックスの熱膨張係数を室温〜1000℃において、
（2.5〜3.5）×10-6/℃とする理由は、この範囲外のも
のでは、研削層と一緒に焼成する際に、熱膨張係数の差
によって両者の接合力が低下するし、または、見掛け気
孔率との関係において適当な気孔率の範囲を満足させる
ことができず、または強度不足となるなどの多くの問題
が生ずるからである。
セラミックスの熱膨張係数を室温〜1000℃において、
（2.5〜3.5）×10-6/℃とする理由は、この範囲外のも
のでは、研削層と一緒に焼成する際に、熱膨張係数の差
によって両者の接合力が低下するし、または、見掛け気
孔率との関係において適当な気孔率の範囲を満足させる
ことができず、または強度不足となるなどの多くの問題
が生ずるからである。
さらに、この発明における研削層に用いるビトリファイ
ドボンドは超硬砥粒の支持力が大きいことが重要である
ことはいうまでもなく、たとえば特公昭57−49351号公
報に開示された前記（イ）または（ロ）に示す組成のビ
トリファイドボンドなどを使用することができる。そし
て、このような結合剤で固結されたこの発明の研削層は
耐摩耗性と研削力とに優れた性質を有することが基本的
に重要であって、前記したセラミックス質砥石本体と合
体接合する必要性があることから、好ましい接合特性を
有するボンド材であることが大切である。たとえば、CB
N砥粒を含有する研削層の場合は熱膨張係数が室温から7
00℃の間において、（3.5〜4.5）×10-6/℃の範囲であ
ることが望ましい。なぜならば、膨張係数が3.5未満の
小さい値であるときは、ボンド耐火度は上昇し、砥粒結
合力は減少して砥石摩耗量が多く研削比は小さくなり、
砥石性能の低下が著しくなるし、また、4.5×10-6/℃を
越える大きい値のときは、砥石本体の熱膨張係数との差
を増大し、砥石本体と研削層との接合部分にマイクロク
ラック発生等の欠陥を生じ易くなって好ましくないから
である。したがって、窒化けい素セラミックス質の砥石
本体とCBNビトリファイドボンド研削層との熱膨張係数
との差は1.2×10-6/℃を越えないことが必要である。
ドボンドは超硬砥粒の支持力が大きいことが重要である
ことはいうまでもなく、たとえば特公昭57−49351号公
報に開示された前記（イ）または（ロ）に示す組成のビ
トリファイドボンドなどを使用することができる。そし
て、このような結合剤で固結されたこの発明の研削層は
耐摩耗性と研削力とに優れた性質を有することが基本的
に重要であって、前記したセラミックス質砥石本体と合
体接合する必要性があることから、好ましい接合特性を
有するボンド材であることが大切である。たとえば、CB
N砥粒を含有する研削層の場合は熱膨張係数が室温から7
00℃の間において、（3.5〜4.5）×10-6/℃の範囲であ
ることが望ましい。なぜならば、膨張係数が3.5未満の
小さい値であるときは、ボンド耐火度は上昇し、砥粒結
合力は減少して砥石摩耗量が多く研削比は小さくなり、
砥石性能の低下が著しくなるし、また、4.5×10-6/℃を
越える大きい値のときは、砥石本体の熱膨張係数との差
を増大し、砥石本体と研削層との接合部分にマイクロク
ラック発生等の欠陥を生じ易くなって好ましくないから
である。したがって、窒化けい素セラミックス質の砥石
本体とCBNビトリファイドボンド研削層との熱膨張係数
との差は1.2×10-6/℃を越えないことが必要である。
この発明の高速研削用超硬砥粒砥石は、砥石本体を、強
度が大きく、熱膨張係数が小さく、しかもある一定範囲
の気孔率を有する窒化けい素セラミックスで構成したこ
とによって、砥石本体とその外周表面に被覆された超硬
砥粒とビトリファイド結合剤とからなる多気孔型研削層
との接合力が高まり、砥石の重量は軽量化され、高速回
転に充分耐えられるようになった。
度が大きく、熱膨張係数が小さく、しかもある一定範囲
の気孔率を有する窒化けい素セラミックスで構成したこ
とによって、砥石本体とその外周表面に被覆された超硬
砥粒とビトリファイド結合剤とからなる多気孔型研削層
との接合力が高まり、砥石の重量は軽量化され、高速回
転に充分耐えられるようになった。
実験1: 砥石本体は金属シリコン粉末と窒化けい素粉末との重量
比9:1からなる混合物を均質混合した後、噴霧乾燥より
造粒し、ついで金型成形をした。この際の圧力は、試料
の見掛け気孔率に対して、予め求めた焼結体密度および
見掛け気孔率から、成形体の密度を設定して10〜20kgf/
mm2の範囲とした。得られた各試料成形体は、１気圧窒
素ガス中で、昇温速度40±10℃／時間により、最高温度
1400〜1450℃で８時間保持した後冷却し試料とした。
比9:1からなる混合物を均質混合した後、噴霧乾燥より
造粒し、ついで金型成形をした。この際の圧力は、試料
の見掛け気孔率に対して、予め求めた焼結体密度および
見掛け気孔率から、成形体の密度を設定して10〜20kgf/
mm2の範囲とした。得られた各試料成形体は、１気圧窒
素ガス中で、昇温速度40±10℃／時間により、最高温度
1400〜1450℃で８時間保持した後冷却し試料とした。
このようにして得られた４種類の窒化けい素セラミック
スを砥石本体とするため、取付け穴内径16mm、外径115m
m、厚み10mm、外周面半径5mmの凸Ｒ面の円盤状に成形し
た。
スを砥石本体とするため、取付け穴内径16mm、外径115m
m、厚み10mm、外周面半径5mmの凸Ｒ面の円盤状に成形し
た。
つぎに、このような砥石本体の外周面に研削層を形成す
るための流粘体を調製するに必要なCBN砥粒は、米国セ
ネラル・エレクトリック社製：商品名ボラゾンBORAZO
N、粒度＃230/270を使用し、ビトリファイド結合剤には
第２表のＣに示す組成のものを用いた。そして、CBN砥
粒とビトリファイド結合剤とを重量比で54:16の割合で
配合し、さらに、糊化開始が約73℃で糊化完了が約79℃
である澱粉の水溶援〔粘度約4000cP（mPa・ｓ）〕を混
合物全量に対して３重量％になるよう加えて粘度約1250
0cP（mPa・ｓ）の流粘体を調製した。このような流粘体
に、前記の円盤状の砥石本体を毎分６回転の速度で回転
させながら外周表面を0.4mm浸漬して、外周表面に流粘
体を付着させ、38℃、40秒乾燥させた後厚み2mmの被覆
を形成した。
るための流粘体を調製するに必要なCBN砥粒は、米国セ
ネラル・エレクトリック社製：商品名ボラゾンBORAZO
N、粒度＃230/270を使用し、ビトリファイド結合剤には
第２表のＣに示す組成のものを用いた。そして、CBN砥
粒とビトリファイド結合剤とを重量比で54:16の割合で
配合し、さらに、糊化開始が約73℃で糊化完了が約79℃
である澱粉の水溶援〔粘度約4000cP（mPa・ｓ）〕を混
合物全量に対して３重量％になるよう加えて粘度約1250
0cP（mPa・ｓ）の流粘体を調製した。このような流粘体
に、前記の円盤状の砥石本体を毎分６回転の速度で回転
させながら外周表面を0.4mm浸漬して、外周表面に流粘
体を付着させ、38℃、40秒乾燥させた後厚み2mmの被覆
を形成した。
このようにして、流粘体の被膜が形成された窒化けい素
セラミックスからなる砥石本体は、被膜を安定化し、研
削層に仕上げるために、まず60℃、10時間の乾燥を行な
った後、平均昇温速度毎時80℃、最高温度1250℃、不活
性雰囲気を含む焼成サイクルの所要時間42時間の条件の
下で焼成した。得られた４種類の研削砥石の諸物性を一
括して第１表に示した。
セラミックスからなる砥石本体は、被膜を安定化し、研
削層に仕上げるために、まず60℃、10時間の乾燥を行な
った後、平均昇温速度毎時80℃、最高温度1250℃、不活
性雰囲気を含む焼成サイクルの所要時間42時間の条件の
下で焼成した。得られた４種類の研削砥石の諸物性を一
括して第１表に示した。
なお、諸物性のうち、見掛け気孔率、曲げ強度および熱
膨張係数の測定方法はそれぞれ前記したとおりである
が、砥石破壊回転およびCBN層の付着状態はそれぞれつ
ぎの方法によった。
膨張係数の測定方法はそれぞれ前記したとおりである
が、砥石破壊回転およびCBN層の付着状態はそれぞれつ
ぎの方法によった。
砥石破壊回転 rpm: 焼成を終わり、形状寸法を仕上げた試験砥石をTOYOホイ
ルヘッドを利用した砥石破壊試験装置にかけ、回転を上
げ砥石が破壊するときの回転数を求める。（試験数ｎ＝
３） CBN層の付着状態： 窒化けい素セラミックスからなる砥石本体の外周表面
に、流粘体を付着させ、60℃、10時間乾燥させた状態、
すなわち、焼成工程に入る前の状態において、付着状態
を観察し、厚み不同、不均質または付着不良などが認め
られるものを不良（×印）とし、均等の厚み均質、付着
良好のものを良（〇印）とした。
ルヘッドを利用した砥石破壊試験装置にかけ、回転を上
げ砥石が破壊するときの回転数を求める。（試験数ｎ＝
３） CBN層の付着状態： 窒化けい素セラミックスからなる砥石本体の外周表面
に、流粘体を付着させ、60℃、10時間乾燥させた状態、
すなわち、焼成工程に入る前の状態において、付着状態
を観察し、厚み不同、不均質または付着不良などが認め
られるものを不良（×印）とし、均等の厚み均質、付着
良好のものを良（〇印）とした。
第１表から、この発明の見掛け気孔率の範囲15〜25％を
越て30％である試料４および上記範囲未満の13％である
試料１においては窒化けい素セラミックスからなる砥石
本体の表面への研削層の付着状態は層厚さの不同または
付着不良などが認められた。また、室温下の３点曲げ強
度が10kgf/mm2未満の試料４においては３個の試験体
（ｎ＝３）のうち２個は他の試料と同じように33250rpm
以上の高速回転に耐えたのに対し、他の１個は31820rpm
で破壊した。すなわち、試料１、２および３（いずもｎ
＝３）はいずれも33250rpm以上の高速回転に耐えている
ので、安全係数を２として最高使用周速度（JIS−R6241
「研削砥石の最高使用周速度」参照）100m/sにおける強
度を保証することが可能である。
越て30％である試料４および上記範囲未満の13％である
試料１においては窒化けい素セラミックスからなる砥石
本体の表面への研削層の付着状態は層厚さの不同または
付着不良などが認められた。また、室温下の３点曲げ強
度が10kgf/mm2未満の試料４においては３個の試験体
（ｎ＝３）のうち２個は他の試料と同じように33250rpm
以上の高速回転に耐えたのに対し、他の１個は31820rpm
で破壊した。すなわち、試料１、２および３（いずもｎ
＝３）はいずれも33250rpm以上の高速回転に耐えている
ので、安全係数を２として最高使用周速度（JIS−R6241
「研削砥石の最高使用周速度」参照）100m/sにおける強
度を保証することが可能である。
実験2: 第２表に示す５種類の成分モル比（％）からなるビトリ
ファイド結合剤を用いて前記実験１におけるCBN砥粒を
含む研削層の形成方法と全く同じ操作で焼成した後、熱
膨張測定用の試料、縦5mm、横5mm、長さ40mmの角型試片
で採取できるよう研削層についてのみを鋳込み成形し
た。得られた焼成体から試料片を採取し、東京工業社製
の熱膨張率測定装置によって熱膨張係数を測定し、その
結果を第２表に併記した。
ファイド結合剤を用いて前記実験１におけるCBN砥粒を
含む研削層の形成方法と全く同じ操作で焼成した後、熱
膨張測定用の試料、縦5mm、横5mm、長さ40mmの角型試片
で採取できるよう研削層についてのみを鋳込み成形し
た。得られた焼成体から試料片を採取し、東京工業社製
の熱膨張率測定装置によって熱膨張係数を測定し、その
結果を第２表に併記した。
さらにこのようにして得られた５種類Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄお
よびＥのビトリファイド結合剤とCBN砥粒とからなる研
削層の研削砥石としての性能を試験した。研削試験の方
法はつぎのとおりである。すなわち、材質がベアリング
鋼（SUJ2、硬さＨＲC58/60）であり、毎406回転するリ
ング状加工物（外径45mm、内径22mm）の端面に角型砥石
（砥石振動方向の長さ10mm、加工物回転方向の幅4mm）
を加工面に押付けて、砥石に毎1140回の振動と両側2.1m
mの振幅を与えながら、２間プランジカット平面超仕上
げを行なう方法に準拠するものであり、加工油は硫化脂
肪油５部と油95部との混合油を使用し、前加工はいずれ
もWA＃320砥石により超仕上げをして、最大高さでほぼ
1.0μmRmaxで一定の条件とした。この超仕上げ条件下の
加工物表面上における砥粒の運動軌跡である正弦波の切
削方向角（最大傾斜角）は10゜であり、また砥石押付け
圧力は15kgf/cm2で一定とした。このようにして得られ
た結果を第３表にまとめた。
よびＥのビトリファイド結合剤とCBN砥粒とからなる研
削層の研削砥石としての性能を試験した。研削試験の方
法はつぎのとおりである。すなわち、材質がベアリング
鋼（SUJ2、硬さＨＲC58/60）であり、毎406回転するリ
ング状加工物（外径45mm、内径22mm）の端面に角型砥石
（砥石振動方向の長さ10mm、加工物回転方向の幅4mm）
を加工面に押付けて、砥石に毎1140回の振動と両側2.1m
mの振幅を与えながら、２間プランジカット平面超仕上
げを行なう方法に準拠するものであり、加工油は硫化脂
肪油５部と油95部との混合油を使用し、前加工はいずれ
もWA＃320砥石により超仕上げをして、最大高さでほぼ
1.0μmRmaxで一定の条件とした。この超仕上げ条件下の
加工物表面上における砥粒の運動軌跡である正弦波の切
削方向角（最大傾斜角）は10゜であり、また砥石押付け
圧力は15kgf/cm2で一定とした。このようにして得られ
た結果を第３表にまとめた。
第３表から明らかなように、５種のビトリファイド結合
剤をそれぞれ個別に使用した研削層に対応して作製した
試験体において、試料Ａの砥石摩耗量が特に大きく、切
削量も少なく、研削比が非常に小さい。したがって、こ
のような高価なCBN砥粒を使用した超硬砥粒研削砥石で
は、経済性の面できわめて不利であることは明白であ
る。
剤をそれぞれ個別に使用した研削層に対応して作製した
試験体において、試料Ａの砥石摩耗量が特に大きく、切
削量も少なく、研削比が非常に小さい。したがって、こ
のような高価なCBN砥粒を使用した超硬砥粒研削砥石で
は、経済性の面できわめて不利であることは明白であ
る。
実験3: 前記実験１において高速研削用砥石本体として好ましい
ものと判断された試料２および３の窒化けい素セラミッ
クスと、前記実験２において使用可能と判断された結合
剤、試料Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥとをそれぞれ組み合わせ、
実験１で行なったと全く同一方法でCBN砥粒を含む研削
層を砥石本体の外周面に設けた高速研削砥石を作製（各
種それぞれ３個、ｎ＝３）した。砥石の形状寸法その他
に条件はすべて実験１と同じである。そして、砥石本体
の窒化けい素セラミックスと研削層との接合状態を調べ
た。その結果を、正常である（◎印）、接合面にマイク
ロラックが認められる（△印）および明瞭なクラックが
認められる（×印）の３段階に評価し、第４表にまとめ
た。
ものと判断された試料２および３の窒化けい素セラミッ
クスと、前記実験２において使用可能と判断された結合
剤、試料Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥとをそれぞれ組み合わせ、
実験１で行なったと全く同一方法でCBN砥粒を含む研削
層を砥石本体の外周面に設けた高速研削砥石を作製（各
種それぞれ３個、ｎ＝３）した。砥石の形状寸法その他
に条件はすべて実験１と同じである。そして、砥石本体
の窒化けい素セラミックスと研削層との接合状態を調べ
た。その結果を、正常である（◎印）、接合面にマイク
ロラックが認められる（△印）および明瞭なクラックが
認められる（×印）の３段階に評価し、第４表にまとめ
た。
第４表から明らかなように熱膨張係数において砥石本体
と結合剤との間の大きい差がある２とＥ（３個中１個）
および３とＤ（３個中２個）の組み合わせにマイクロラ
ックが、さらに３とＥの組み合わせにおいては明瞭なク
ラックが確認されているので、砥石本体と結合剤との間
には熱膨張係数に大きい差のないことが望ましく、両者
の熱膨張係数の差が1.2×10-6/℃以下である他の組み合
わせには接合面の異常が認められないことがわかった。
と結合剤との間の大きい差がある２とＥ（３個中１個）
および３とＤ（３個中２個）の組み合わせにマイクロラ
ックが、さらに３とＥの組み合わせにおいては明瞭なク
ラックが確認されているので、砥石本体と結合剤との間
には熱膨張係数に大きい差のないことが望ましく、両者
の熱膨張係数の差が1.2×10-6/℃以下である他の組み合
わせには接合面の異常が認められないことがわかった。
この発明は、以上説明したように、砥石本体を所定の見
掛け気孔率、曲げ強度、熱膨張係数の窒化けい素セラミ
ックスで形成し、かつ砥石外周表面に超硬砥粒とビトリ
ファイド結合剤とからなる多気孔型研削層を設けたの
で、砥石本体とビトリファイド研削層の接合力が高ま
り、高速回転に充分耐え、かつ軽量、加工精度、能率お
よび寿命において満足できる高速研削用超硬砥粒砥石と
る利点がある。
掛け気孔率、曲げ強度、熱膨張係数の窒化けい素セラミ
ックスで形成し、かつ砥石外周表面に超硬砥粒とビトリ
ファイド結合剤とからなる多気孔型研削層を設けたの
で、砥石本体とビトリファイド研削層の接合力が高ま
り、高速回転に充分耐え、かつ軽量、加工精度、能率お
よび寿命において満足できる高速研削用超硬砥粒砥石と
る利点がある。
また、砥石本体に鋼より遥に低比重の窒化けい素セラミ
ックスを採用したので、高速回転時の遠心力は低減して
破壊され難くなり、安全性が高いという利点もある。
ックスを採用したので、高速回転時の遠心力は低減して
破壊され難くなり、安全性が高いという利点もある。
さらにまた、この発明の砥石は、その表層が超硬砥粒を
含んだビトリファイド砥石であるので、ツルーイング、
ドレッシングはより一層容易になり、高速研削加工にお
いて発生する多量の研削熱に対しても容易に研削焼けま
たは目詰まりを起こすことはなく、低研削抵抗を実現さ
せることができる。さらにこの発明においては砥粒の多
層構造からなるビトリファイド研削砥石のため、研削層
の被覆厚みを制御することによって寿命の長い砥石とす
ることも可能である。したがって、この発明の意義はき
わめて大きいということができる。
含んだビトリファイド砥石であるので、ツルーイング、
ドレッシングはより一層容易になり、高速研削加工にお
いて発生する多量の研削熱に対しても容易に研削焼けま
たは目詰まりを起こすことはなく、低研削抵抗を実現さ
せることができる。さらにこの発明においては砥粒の多
層構造からなるビトリファイド研削砥石のため、研削層
の被覆厚みを制御することによって寿命の長い砥石とす
ることも可能である。したがって、この発明の意義はき
わめて大きいということができる。
Claims (1)
- 【請求項１】見掛け気孔率が15〜25％、曲げ強度が室温
下10kgf/mm2以上、熱膨張係数が室温〜1000℃間におい
て（2.5〜3.5）×10-6/℃である窒化けい素セラミック
スよりなる砥石本体の外周表面に、立方晶窒化ほう素ま
たはダイヤモンド等の超硬砥粒とビトリファイド結合剤
とからなる多気孔型研削層を設けたことを特徴とする高
速研削用超硬砥粒砥石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1217074A JPH078474B2 (ja) | 1989-08-22 | 1989-08-22 | 高速研削用超硬砥粒砥石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1217074A JPH078474B2 (ja) | 1989-08-22 | 1989-08-22 | 高速研削用超硬砥粒砥石 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0379277A JPH0379277A (ja) | 1991-04-04 |
| JPH078474B2 true JPH078474B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=16698426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1217074A Expired - Fee Related JPH078474B2 (ja) | 1989-08-22 | 1989-08-22 | 高速研削用超硬砥粒砥石 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH078474B2 (ja) |
Cited By (29)
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|---|---|---|---|---|
| JP2003231061A (ja) * | 2002-02-12 | 2003-08-19 | Noritake Co Ltd | セグメント型砥石車 |
| JP2011131368A (ja) * | 2009-03-26 | 2011-07-07 | Kyocera Corp | 研磨機 |
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| US9676982B2 (en) | 2012-12-31 | 2017-06-13 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Particulate materials and methods of forming same |
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| US9771507B2 (en) | 2014-01-31 | 2017-09-26 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Shaped abrasive particle including dopant material and method of forming same |
| US9783718B2 (en) | 2013-09-30 | 2017-10-10 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Shaped abrasive particles and methods of forming same |
| US9803119B2 (en) | 2014-04-14 | 2017-10-31 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Abrasive article including shaped abrasive particles |
| US9902045B2 (en) | 2014-05-30 | 2018-02-27 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Method of using an abrasive article including shaped abrasive particles |
| US9914864B2 (en) | 2014-12-23 | 2018-03-13 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Shaped abrasive particles and method of forming same |
| US9938440B2 (en) | 2015-03-31 | 2018-04-10 | Saint-Gobain Abrasives, Inc./Saint-Gobain Abrasifs | Fixed abrasive articles and methods of forming same |
| US10179391B2 (en) | 2013-03-29 | 2019-01-15 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive particles having particular shapes and methods of forming such particles |
| US10196551B2 (en) | 2015-03-31 | 2019-02-05 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Fixed abrasive articles and methods of forming same |
| US10286523B2 (en) | 2012-10-15 | 2019-05-14 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive particles having particular shapes and methods of forming such particles |
| US10557067B2 (en) | 2014-04-14 | 2020-02-11 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Abrasive article including shaped abrasive particles |
| US10563105B2 (en) | 2017-01-31 | 2020-02-18 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Abrasive article including shaped abrasive particles |
| US10711171B2 (en) | 2015-06-11 | 2020-07-14 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Abrasive article including shaped abrasive particles |
| US10759024B2 (en) | 2017-01-31 | 2020-09-01 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Abrasive article including shaped abrasive particles |
| US10865148B2 (en) | 2017-06-21 | 2020-12-15 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Particulate materials and methods of forming same |
| US11091678B2 (en) | 2013-12-31 | 2021-08-17 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive article including shaped abrasive particles |
| US11230653B2 (en) | 2016-09-29 | 2022-01-25 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Fixed abrasive articles and methods of forming same |
| US11926019B2 (en) | 2019-12-27 | 2024-03-12 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Abrasive articles and methods of forming same |
| US11959009B2 (en) | 2016-05-10 | 2024-04-16 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Abrasive particles and methods of forming same |
| US12129422B2 (en) | 2019-12-27 | 2024-10-29 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Abrasive articles and methods of forming same |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH04322971A (ja) * | 1991-04-24 | 1992-11-12 | Osaka Diamond Ind Co Ltd | ダイヤモンド砥石 |
| JPH0691535A (ja) * | 1992-09-08 | 1994-04-05 | Osaka Diamond Ind Co Ltd | 超砥粒砥石 |
| AT408425B (de) * | 2000-02-29 | 2001-11-26 | Swarovski Tyrolit Schleif | Schleifscheibe |
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| WO2009158507A2 (en) * | 2008-06-26 | 2009-12-30 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Chemical mechanical planarization pad conditioner and method of forming |
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| BR112014032152B1 (pt) | 2012-06-29 | 2022-09-20 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc | Partículas abrasivas tendo formatos particulares e artigos abrasivos |
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|---|---|---|---|---|
| JPS5917572U (ja) * | 1982-07-23 | 1984-02-02 | ケル株式会社 | コネクタ |
| JPS5890466A (ja) * | 1982-11-04 | 1983-05-30 | Toshiba Corp | 研削砥石 |
-
1989
- 1989-08-22 JP JP1217074A patent/JPH078474B2/ja not_active Expired - Fee Related
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