JP2002192470A - 砥石工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥石工具の厚みが薄くても強度が有り、磨
耗がしにくく、表面、裏面、側面の３方面に砥石部材を
備えたカップホイール型の砥石工具を提供することを課
題とする。 【解決手段】 砥石工具１０は、カップホイール型の
砥石工具１０であって、前記砥石取付面部は、表面取付
部２と、裏面取付部３と、側面取付部４とに砥石部材を
設け、砥石部材および砥石取付部を貫通するように設け
た複数の貫通孔５を有することを特徴とする砥石工具１
０とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被削材の研磨、研
削を行うダイヤモンド粒子又は硬質粒子を備える砥石工
具に係り、特に操作性に優れた砥石工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハンドグラインダー用の研磨、研
削用砥石として、カップホイール型のレジンボンド砥石
工具が知られている。このレジンボンド砥石の特徴は、
未硬化の樹脂中に硬質粒子を混入し、カップホイール型
に成形し、その後加熱することにより樹脂を加熱硬化さ
せたものである。それで、表面、裏面、側面の３面に硬
質粒子を備えた砥石工具として、使い勝手がよく、広く
製造販売されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、樹脂結
合層は、強度不足のため硬質粒子の脱落が早く、磨耗が
早い。また、強度不足のため、高速研削ができないとい
う問題があった。さらに、砥石の厚みが厚く、使いずら
いという問題があった。そこで、本発明は、前記した問
題に鑑み考案されたもので、薄くて強度が有り、磨耗が
しにくく、表面、裏面、側面の３方面に硬質粒子を備え
た砥石工具を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係る砥石工具は、中央位置に配置される平坦部と、前
記平坦部の周縁から所定角度に立ち上げ連続する立上部
と、前記立上部の周縁に所定幅で連続する砥石取付部を
有する金属基板と、この金属基板の前記砥石取付部に設
けた砥石部材とを備えるカップホイール型の砥石工具で
あって、前記砥石取付部は、表面取付部と、裏面取付部
と、側面取付部とに前記砥石部材が設けられると共に、
前記砥石部材および砥石取付部を貫通するように設けた
複数の貫通孔を有することを特徴とする構成とした。

【０００５】このように、砥石取付部を金属基板（砥石
用鋼基材）の表面、裏面、側面の３面に構成することに
より、薄くて強度が有り、磨耗がしにくい砥石工具とな
る。また、３面に設けられた砥石部材を使い分けること
により、研磨、研削作業中での砥石工具の交換が不要と
なるため、鋳物部品等の重量物に都合が良い。さらに、
重量物を反転する必要がないことから、砥石工具の交換
手間と加工物の反転の手間を省くことができる。尚、こ
こでの砥石部材とは、ダイヤモンド（以下ダイヤと称す
る）、ＣＢＮ、超硬合金鋼等をいう。また、加工対象
は、重い鋳物部品に特定されるものでなく、石材や鋼材
の溶接物など、反転ができない加工物も含まれる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１（ａ）は、ダイヤ粒子７を
均一に配置した砥石工具１０の平面図である。ダイヤ粒
子７は、表面と側面と裏面に均一に配置されている。ダ
イヤ粒子７の均一配置については後述する治具を利用す
ることにより、ダイヤ粒子７を均一に配置することがで
きる。また、取付穴６を中心にして、貫通孔５を複数設
けている。これは、研磨熱による上昇を押さえるもの
で、空気による冷却効果を高めのものである。図１
（ｂ）は、砥石工具１０の断面図である。砥石取付部
は、表面取付部２と、裏面取付部３と、側面取付部４と
から成り、これまで表面取付部２だけとしてきたが、本
発明により、裏面取付部３と側面取付部４を追加したこ
とにより、次に示す効果が生まれる。 裏面取付部３により、加工物をひっくり返さなければ
できなかったアゴ部の研磨加工ができる。 側面取付部４により、表面取付部２では干渉して研磨
加工ができなかったところができる。

【０００７】図２は、例えば、鋳物部品である加工物を
研磨加工する際の、各部位に対する砥石工具の使い方を
説明した説明図である。（ａ）は、ハンドグラインダー
１２の砥石取付部に砥石工具１０を固定し、裏面取付部
３を利用してアゴ部ａ'を研磨する使用例である。この
場合、表面取付部２を利用してアゴ部ａ'を研磨するに
は、加工物または砥石工具をひっくり返してもできない
が、裏面取付部３を利用することで研磨することができ
る。（ｂ）は、通常一般的な使い方で、表面取付部２を
使って研磨する例である。（ｃ）は、砥石工具の側面取
付部４を使って下部ｃ'を研磨する使用例である。側面
取付部４により、表面取付部２では干渉し研磨加工がで
きなかったところが研磨できる。（ｄ）は、表面取付部
２を使って研磨する例である。（ｅ）は、裏面取付部３
と側面取付部４を使ってアゴ部と隅ｅ'を研磨する使用
例である。このように、砥石工具の交換をすることな
く、また、加工物をひっくり返すことなく、研磨作業が
できる。

【０００８】

【実施例】本発明の砥石工具の実施例として、製造方法
について説明する。本発明の砥石工具は、以下のような
融着法により製造される。工程の概略は、砥石用鋼基材
の砥石刃先取付部に化学的又は物理的に表面処理を施
し、その砥石刃先取付部に有機糊剤と自溶合金粉末を混
合した混合物を塗布し、次にダイヤ粒子の均一散布とダ
イヤ粒子の突出量を突出量調整手段により調整した後乾
燥させ、次いで非酸化性雰囲気（例えば、不活性雰囲気
または真空）中で９５０〜１１５０°Ｃの温度に加熱
し、前記自溶合金の融着により前記砥石用鋼基材に前記
ダイヤ粒子を固着させ、徐冷することで完了となる。

【０００９】以下に、前記の製造工程を詳細に述べる。
砥石工具に用いられる砥石用金属基材（以下鋼基材と称
する）は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ材）の板厚１．６ｍ
ｍのものを使用するが、この他に一般構造用圧延鋼（Ｓ
Ｓ材）、機械構造用炭素鋼（ＳＣ材）、特殊鋼（ＳＣＭ
材）、炭素工具鋼（ＳＫ材）、ステンレス鋼（ＳＵＳ
材）などによる鋼基材用として選択しても良い。鋼基材
は、例えば、プレス加工により直径１００ｍｍの研削用
カップホイール形状に成型される。

【００１０】表面処理する工程は、前記鋼基材表面の脱
脂、洗浄を行い、化学的に化学薬品によって後述する有
機糊剤が付着しやすいような凹凸をつくる表面処理をす
る。又は、物理的な表面処理として前記鋼基材に粒度２
４のアルミナ砥粒を０．５９ＭＰａの圧力で５分間吹き
つけるブラスト処理を施しても良いし、化学的処理と物
理的処理を併せて行っても良い。

【００１１】有機糊剤を塗布する工程は、有機糊剤を鋼
基材のダイヤ粒子取付部分に単体で塗布する場合や、ま
た、有機糊剤と自溶合金粉末を混合して混合物として塗
布する。有機糊剤を単体で用いる場合は、自溶合金粉末
を散布する前に鋼基材に塗布する。この時、有機糊剤
は、均一な厚さに塗布されることが望ましく、均一な厚
みとなることで後記する自溶合金粉末を均一な状態にそ
の有機糊剤に付着させることができる。

【００１２】ここで用いられる有機糊剤としては、メチ
ルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、
ヒドロキシエチルメチルセルロース等で、特にセルロー
スエーテルを用いると、その希釈濃度に応じて高粘度高
弾性を示し、作業性が良好であると共にダイヤ粒子の保
持性が良好である。

【００１３】そして、自溶合金粉末を単体で用いる場合
は、有機糊剤が塗布された後に鋼基材に散布する。自溶
合金粉末を散布する際には、散布する位置を囲うように
散布用枠体を用いている。尚、自溶合金粉末は、有機糊
剤が塗布された後に散布される場合、鋼基材のエッジ部
分など角度のついた箇所があっても、均一に散布するこ
とができる。また、ダイヤ粒子を散布した後に自溶合金
粉末を散布する場合は、自溶合金粉末が有機糊剤の余分
な吸収を行うことを、最小限に抑えることができる。

【００１４】ここで用いられる自溶合金粉末としては、
ニッケル基自溶合金でも良く、その含有量は、クロム１
６質量％、珪素４質量％、硼素４質量％、鉄４質量％、
銅２．４質量％、モリブデン２．４質量％、タングステ
ン２．４質量％、及び炭素０．５質量％を含み、残りが
ニッケルである。ニッケル基自溶合金の予め合金化した
市販のアトマイズ粉と混合しデスペンサなどの射出機を
使用して塗布しても良い。

【００１５】前記自溶合金粉末は、ニッケル基自溶合金
の他に、コバルト基に珪素とほう素を添加したものでも
良い。例えば、前記コバルト基自溶合金の含有量は、ク
ロム１０〜２０質量％、珪素２〜５質量％、ほう素２〜
５質量％、鉄５質量％以下、銅２〜４質量％、モリブデ
ン２〜４質量％、タングステン２〜４質量％、炭素０．
３〜１質量％及びニッケルを１０〜２０質量％含み残り
がコバルトからなるコバルト基自溶合金で、この範囲で
使用すると都合が良い。

【００１６】その理由として、前記自溶合金におけるク
ロムは、ニッケルまたはコバルトとの組み合わせによっ
て硬さおよび耐磨耗性を向上させるが、使用した自溶合
金では、特に、化学反応性を高め、濡れ性を改善するの
に有意義である。クロムは５％未満ではこれらの効果が
余り期待できず、２９％を越えてもこれらの効果は望め
ない。珪素とほう素は、加熱により生成するその酸化物
がフラックス作用（濡れ性向上）をし、融合金属の融点
を下げる。そのため、流動性を増し、ダイヤ粒子への濡
れ性や融着性を向上させるものである。そして、それぞ
れ２％以下では効果が少なく、５％以上でもその効果は
あまり期待できない。

【００１７】前記自溶合金における銅は、溶融合金の融
点を下げ、ダイヤ粒子の濡れ性を改善するのに効果があ
り、モリブデンは、融着加熱に際し、骨材として分散し
液相化した自溶合金の過剰流動を防止し砥粒の移動を防
止する。また、自溶合金におけるモリブデンは、砥石工
具として使用した際、潤滑作用を示し、活性フィラーと
して効果を示す。この銅とモリブデンは、それぞれ２％
未満ではその効果が期待できず、５％以上になっても添
加した程には効果の向上は望めない。

【００１８】また、自溶合金におけるタングステンは、
前記の成分範囲内において有効な耐磨耗性の向上を示
し、鉄と炭素は、不純物として入ることが多いが、この
炭素はクロムと化合物をつくり、合金中に細かく分散し
て強度を改善する作用をも有する。また、自溶合金にお
けるコバルトは、前記の成分範囲内において合金の耐磨
耗性向上の外、特に耐熱性を改善する効果を有し、比較
的高い発熱を伴う難削材には有利である。

【００１９】次に、ダイヤ粒子を均一に散布する工程
は、前記した混合物として用いる以外は、均一配置調整
手段を介して均一に散布する。ここで使用されるダイヤ
粒子は、表面に被覆膜のない裸状態のダイヤモンドであ
る。そして、ダイヤ粒子はフィルターを通した粒度４０
〜５０の大きさのものを使用しているが、砥石工具の形
態に対応してそれ以外の粒度のものを使用しても構わな
い。

【００２０】ダイヤ粒子の散布方法は、最初、均一な配
置となるように、ダイヤ粒径より若干大きい穴で、均一
な間隔で開けた薄板の治具（ダイヤ設置板）を用意す
る。前記ダイヤ設置板の製作に当たっては、エッチング
方法、レーザー加工、ドリルによる加工方法等により行
うと良い。ダイヤ粒子の配列調整手段は、このダイヤ設
置板の穴を通すことにより可能となる。

【００２１】ダイヤ粒子の配置規則については、特に規
定はないが、正方形のコーナー部に位置するような格子
状配置にしても良いし、正三角形のコーナーに位置する
ように配置しても良い。ダイヤ粒子の散布のタイミング
としては、有機糊剤と自溶合金粉末の混合物を塗布した
後にダイヤ粒子を散布する。

【００２２】続いて、ダイヤ粒子の突出量を調整する工
程について説明する。ダイヤ粒子の突出量の調整は、治
具によりダイヤ粒子の先端を加圧して行う。前記治具
は、鋼基材のダイヤ粒子支持面に沿った板状のものを用
い、材質は特に限定されるものではないが、金属素材を
用いると都合が良い。尚、ここでは鉄にニッケルの被覆
を行った治具を用いた。この時、自溶合金の塗布厚みが
重要である。すなわち、最終的には、自溶合金がダイヤ
粒子を保持するためダイヤ粒子の突出量は、その自溶合
金の塗布厚により決定されるからである。

【００２３】前記治具を使用する場合は、ダイヤ粒子散
布配置後、前記鋼基材に治具でダイヤ粒子先端を押さ
え、そのダイヤ粒子を自溶合金に保持させるようにす
る。なお、有機糊剤と自溶合金との混合物の塗布厚み調
整は、有機糊剤と自溶合金との混合物を塗布する時に用
いる塗布用枠体の板厚を変えることで可能である。

【００２４】前記ダイヤ粒子の突出量は、ダイヤ粒子の
保持力や耐久力及び切れ味に大きく影響する。ダイヤ粒
子の突出量と保持力の関係は、ダイヤ粒子の突出量が大
きい程保持力が弱く、突出量が少ない程保持力は強い傾
向にある。また、ダイヤ粒子は、立方八面体結晶である
が、その突出量はダイヤ粒径の３０％程度がよく、突出
量がダイヤ粒径の８０％以上ではダイヤ粒径の保持力が
弱く使用に耐えられない。同様に２０％以下では、保持
力は強いが切れ味が低下するため適当でない。

【００２５】次に、乾燥させる工程は、８０°Ｃで１０
分間保持して有機糊剤の乾燥を行う。尚、乾燥させる工
程は、有機糊剤が適切に乾燥できる手段であれば、特に
限定されるものではない。

【００２６】続いての加熱させる工程は、２時間で８７
０°Ｃまで加熱し、前記有機糊剤を十分揮発除去させ、
次いで、この８７０°Ｃの状態で３０分保持し、自溶合
金の組成安定をはかり、更にその後、自溶合金の融着を
はかるため、１５分間で１１００°Ｃまで上昇させ１５
分間保持する。

【００２７】その理由は、加熱温度が９００°Ｃ未満で
は、自溶合金粉末とダイヤ粒子との融着が不十分で粒子
の保持性が悪く、また１１５０°Ｃを越えると、液晶化
した自溶合金の過剰流動により粒子の保持状態が悪くな
り、さらに、鋼基材が鉄分を含む場合、その鉄とダイヤ
粒子の炭素が反応し、脆弱なセメンタイトを生じ易くな
るので、砥石工具として使用できなくなる恐れがあるた
めである。

【００２８】なお、自溶合金などの結合材の融着加熱に
際しては、酸素は有害で、僅かな酸素の存在によっても
砥粒の表面を酸化させる。ダイヤ粒子の場合、さらに黒
鉛化が促進され、融着が阻害される。これを防止するに
は、アルゴンガスや水素ガスを導入して非酸化性雰囲気
とすることが有効である。

【００２９】この場合、特に、置換導入にあたっては、
真空吸引工程を介在させ、酸素の残存を極力さけること
により、融着加熱後の効果は、さらに良好なものとな
る。また、非酸化性雰囲気として真空雰囲気を採用する
場合は、加熱処理炉内の真空度を１．３×１０^-2〜６．
５×１０^-3Ｐａの高真空度が好ましく、この範囲以下に
真空度が低下すると、砥粒の酸化防止が不十分となる。

【００３０】最終の冷却工程は、加熱処理炉内の真空雰
囲気中で常温まで炉冷を行い、ダイヤ粒子を単一層に保
持したダイヤ砥石の研磨用カップホイールを得る。すな
わち自溶合金は、鋼基材に融着し、また、盛り上がる形
にダイヤ粒子を濡らし、ダイヤ粒子と化学的に融着し固
着した砥石工具を得る。

【００３１】しかし、その冷却過程で急速に冷却した砥
石工具は、鋼基材に歪みを発生し、製品として使用する
際に振れがでることがあるので、加熱温度から徐々に冷
却し、できれば、加熱処理炉の真空など非酸化性雰囲気
内でそのまま加熱温度から徐々に冷却する炉内冷却（徐
冷）を行うと良い。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の砥石工具
は、次の効果を奏する。 １.砥石工具の刃先取付は、金属基材（砥石用鋼基材）
を取り囲むように表面、裏面、周縁の側面にダイヤ粒子
を融着させたことにより、厚みが薄く、薄くても強度の
有る砥石工具を提供することが可能である。 ２.砥石工具の基材を取り囲むように表面、裏面、側面
の３面にダイヤ粒子を融着させたことにより、ダイヤ粒
子の保持力は強く、また、どんな位置でも研磨、研削作
業が可能であるから、加工物の反転作業を最小限に減ら
すことが可能である。 ３．砥石工具の刃先取付部は、表面の他に、裏面と側面
に設けたことにより、平面、曲面、下向き面等どんな場
所でも研磨、研削作業が可能である。 ４．砥石工具の表面、側面、裏面を使いわけることで、
砥石工具を交換することなく１つの砥石工具で研磨、研
削作業が可能であるから、砥石工具の交換の手間を省く
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の砥石工具を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）はその断面図である。

【図２】本発明の砥石工具の使用例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 金属基材（砥石用鋼基材） ２ 表面取付部 ３ 裏面取付部 ４ 側面取付部 ５ 貫通孔 ６ 取付穴 ７ ダイヤ粒子 １０ 砥石工具 １２ ハンドグラインダー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央位置に配置される平坦部と、前記平坦
   部の周縁から所定角度に立ち上がり連続する立上部と、
   前記立上部の周縁に所定幅で連続する砥石取付部を有す
   る金属基板と、この金属基板の前記砥石取付部に設けた
   砥石部材とを備えるカップホイール型の砥石工具であっ
   て、前記砥石取付部は、表面取付部と、裏面取付部と、
   側面取付部とに前記砥石部材が設けられると共に、前記
   砥石部材および砥石取付部を貫通するように設けた複数
   の貫通孔を有することを特徴とする砥石工具。