JP2005144653A - レジンボンドダイヤモンド砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】研削比や切れ味の持続性の向上のため砥粒保持力を高めたレジンボンドダイヤモンド砥石を提供する。
【解決手段】ダイヤモンド砥粒にチタンを被覆した砥粒をレジンボンド砥石に用いることにより、結合材レジンによる砥粒保持力を向上させる。更に望ましくは、シランカップリング剤などのカップリング剤を用い、砥粒と結合材レジンの接合強度を更に向上させる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、超硬合金やセラミックスなどの硬質材料を研削加工するためのレジンボンドダイヤモンド砥石に関する。

超硬合金やセラミックスなどの硬質材料の研削加工には、従来よりレジンボンドダイヤモンド砥石が多用されてきたが、その研削性能（研削比や切れ味など）の改良のために種々の試みがなされてきた。最近では、砥粒の結合材レジンによる保持力向上のために砥粒表面に金属酸化物を被覆し、これにカップリング剤を用いることにより、結合材レジンによる砥石保持力を高めた砥石が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、メタルボンド砥石に関しても、結合材金属による砥粒保持力を向上させるために種々の試みがなされ、その一つとして砥粒にチタンなどの、結合材金属と拡散反応を起こす金属を被覆する砥粒が提案され（例えば、特許文献２参照。）、また、そのような砥粒を用いたメタルボンド砥石も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平１０−２３５５６３号公報 米国特許第３８７９９０１号 特開２００２−５９３６７号公報

上記の特許文献１による発明は、砥粒に金属酸化物を被覆するものであるが、従来のニッケル被覆砥粒よりも微粒の砥粒に被覆処理ができ、またカップリング剤を使用することによって結合材レジンによる砥粒保持力が向上し、研削加工中の砥粒脱落による砥石の切れ味の低下が抑制され、かつ砥石寿命も改善されるという優れた特徴を有するものの、砥粒と金属酸化物被膜との接着強度が低いため、研削加工中の砥粒脱落を十分には防止できず、研削加工時間の増加と共に切れ味が低下してくるという問題が完全には解決されていなかった。

本発明は、これまで専らメタルボンド砥石に応用されていたチタン被覆ダイヤモンド砥粒をレジンボンド砥石に用いることによって、上記の問題点を解決したものである。これは、ダイヤモンド砥粒に対するチタン被覆には、通常、化学蒸着法が用いられるため、チタン被膜と砥粒との界面部に炭化チタンが生成してチタン被膜と砥粒との接着強度が極めて高くなることに着目したものであり、このチタン被覆砥粒をレジンボンド砥石に用いると砥粒保持力が著しく向上する。

更に、チタン被覆砥粒に適量のカップリング剤を被覆して用いると、結合材レジンとチタン被覆砥粒との接合強度、すなわち、結合材レジンによる砥粒保持力が一層向上し、研削比や切れ味の持続性が従来品に比し極めて優れるレジンボンド砥石が得られる。

本発明のレジンボンドダイヤモンド砥石は、結合材レジンによる砥粒保持力が極めて高く、これを研削加工に用いると砥粒の脱落が著しく抑制されるため、研削比が高く、切れ味がよくかつその持続性に優れるという顕著な効果を発揮する。砥粒粒度が約２０μｍ以下の砥石で仕上げ加工を行う場合には、その効果が特によく発揮され、研削加工能率の向上に極めて有効である。

発明を実施するための最良の形態・実施例

表１に、まず砥粒に対するチタン被覆の有無およびカップリング剤使用の有無による砥石の曲げ強さの比較を行った結果を示した。ここでは、粒度が６３〜９０μｍのダイヤモンド砥粒を用い、砥粒体積率を５０％、粒度が３２〜４５μｍの充填剤炭化ケイ素粉末の体積率を１０％、残りをフェノール樹脂とした曲げ強さ試験片（寸法：１０×５×２５ｍｍ）を常法（１８０℃−１ｈｒのホットプレス後、金型から取出し、１８０℃−５ｈｒの硬化処理）により作製して、スパン間距離２０ｍｍで試験を行った。またチタン被覆砥粒は、市販の被膜厚さ０．４μｍのダイヤモンド砥粒、カップリング剤は市販のシランカップリング剤を用いた。砥粒へのカップリング剤の被覆は、シランカップリング剤量を砥粒に対し１質量％とし、１％水溶液として砥粒に加え、１５分間攪拌した後、砥粒を濾別し、１００℃で乾燥して行った。

表によれば、チタン被覆無の砥粒を用いた場合は、カップリング剤を用いても曲げ強さはあまり向上しないが、これに比べてチタン被覆有の砥粒を用いた場合は、カップリング剤を用いなくても曲げ強さが飛躍的に向上し、カップリング剤を用いると更に向上することが分かる。これは、チタン被覆およびカップリング剤の使用により、結合材レジンによる砥粒保持力が著しく強化されたためと考えられる。

したがって、チタン被覆した砥粒またはそれに加えてカップリング剤を用いて作製したレジンボンドダイヤモンド砥石は、結合材レジンによる砥粒保持力が極めて高く、研削加工中に砥粒が著しく脱落しにくくなることが期待される。

以下、実施例により本発明をより詳しく説明する。

実施例１）
フェノール樹脂／フェノールアラルキル樹脂の体積比５５／４５の混合樹脂７２体積％、平均粒度約１５μｍの粒状黒鉛２２体積％、粒度約３．５μｍ以下の炭化ケイ素６体積％からなる混合粉末に、市販の０．４μｍチタン被覆ダイヤモンド砥粒に前述と同様にシランカップリング剤を被覆した砥粒および市販のニッケルメッキダイヤモンド砥粒（ダイヤモンド砥粒の粒度は、いずれも９０〜１０５μｍ）を用いて、砥粒体積率がそれぞれ３７．５％となるように加えて混合した２種類の砥石成形用混合粉末を得た。

これらの粉末を金型に充填後、１８０℃−１ｈｒホットプレスして金型から取出し、１８０℃−３ｈｒの硬化処理を行った。その後、外径５ｍｍ（内径３ｍｍ）、幅１０ｍｍに成形加工して砥石層とし、これに接着剤により長さ６０ｍｍのシャンク材を挿入・接着して本発明品１および比較品１の内面研削用レジンボンド砥石を作製した。

これらの砥石を使用して、以下の条件で内面研削試験を行った。
研削盤：丸栄機械製作所ＩＧ−３００
被研削材：Ａ，ＷＣ−１０質量％Ｃｏ超硬合金（ＨＲＡ８８．５）、
Ｂ，ＷＣ−Ｃｒ_３Ｃ_２−ＶＣ−５質量％Ｃｏ超微粒超硬合金（ＨＲＡ９４．５）、寸法：φ２０×１０．５×φ６．１ｍｍ
研削方式：湿式往復研削
砥石回転数：１１，２００ｒｐｍ
被研削材回転数：４５０ｒｐｍ
テーブル送り速度：３４５ｍｍ／ｍｉｎ
切込み量：８μｍ／往復（直径）
総研削量：２ｍｍ（直径）

得られた結果を表２に示す。これより、本発明品１の内面研削用砥石は、いずれの被研削材を研削する場合にも、砥粒が脱落しにくいため、研削比、仕上げ面粗さ（Ｒａ）共に比較品１より優れることが分かる。

実施例２）
ダイヤモンド砥粒の粒度を２０〜４０μｍ、砥石層寸法をφ２０×１０×φ６ｍｍ、被研削材をＷＣ−４質量％Ｃｏ超硬合金（ＨＲＡ９２．０）、その寸法をφ３５．５×２１．０×φ１５．０ｍｍ、切込み量を６μｍ／往復（直径）とした以外は、実施例１と同様に内面研削用レジンボンド砥石を作製し、同一条件で内面研削試験を行った結果を表３に示した。この場合も、本発明品２は比較品２に比べて、研削比、仕上げ面粗さ共に優れることが分かる。

実施例３）
ダイヤモンド砥粒の粒度を１０〜２０μｍとし、シランカップリング剤を実施例１と同様に被覆した０．４μｍチタン被覆砥粒、シランカップリング剤を被覆しない０．４μｍチタン被覆砥粒およびチタンもシランカップリング剤も被覆しない砥粒の３種類の砥粒を用いて、本発明品３、本発明品４および比較品３のレジンボンド砥石を作製した。ここでボンド材の組成は、実施例１と同様とし、砥粒の体積率はいずれも２２．５体積％とした。砥石の作製方法は、以下の通りである。すなわち、内径１８０ｍｍ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砥石成形用混合粉末を充填し、１８０℃−１ｈｒのホットプレスにより、砥石成形用混合粉末中の樹脂成分をいったん溶融させた後硬化させ、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た。

砥石層を形成した後、金型から取出したレジンボンド砥石を高温乾燥器中に装入し、１８０℃−５ｈｒ加熱して樹脂成分を完全に硬化させた。その後、所定の寸法になるように台金部分の旋盤加工、砥石層の成形加工を経て、寸法１８０Ｄ×８Ｔ×３Ｘ×５０．８Ｈｍｍの本発明品および比較品の砥石を作製して、研削試験に供した。

研削試験条件は、以下の通りである。
研削盤：Ｊｏｈｎｓ−Ｓｈｉｐｍａｎ平面研削盤
被研削材：ＷＣ−Ｃｒ_３Ｃ_２−ＶＣ−１０％Ｃｏ超微粒超硬合金（ＨＲＡ９３．５）、寸法：６０×１００ｍｍ
研削方式：湿式往復平面研削
砥石回転数：２，９７７ｒｐｍ
テーブル左右送り速度：１５ｍ／ｍｉｎ
テーブル前後送り速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ
切込み量：２μｍ／ｐａｓｓ
総切込み量：２００μｍ

得られた結果を表４に示した。本発明品３および４は、いずれも比較品に比べて研削比が著しく高く、また、この場合は切れ味に優れることを反映してか、各種表面粗さは比較品よりいずれもやや粗い。

また図１には、このときの累積切込み量に対する累積研削除去量を示した。この場合、累積研削除去量が累積切込み量に近い方が切れ味に優れることを示すが、図より、本発明品はいずれも比較品より長時間に渡って優れた切れ味が持続することが分かる。

本発明品と比較品における累積研削除去量と累積切込み量との関係。

Claims (2)

1. チタン被覆ダイヤモンド砥粒を用いたレジンボンドダイヤモンド砥石。
2. カップリング剤を被覆したチタン被覆ダイヤモンド砥粒を用いたレジンボンドダイヤモンド砥石。

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