JPH03264263A - 多孔質メタルボンド砥石およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、超硬合金、セラミックス、フェライト、ガラ
ス等の被削材を研摩または研削するためのメタルボンド
砥石およびその製造方法に係わり、特に、砥粒層の気孔
率を向上し、超砥粒の自生発刃作用を促進するための改
良に関する。

「従来の技術」 通常のメタルボンド砥石は、金属粉末に超砥粒を均一に
分散して合金とともに型込めし、プレス成形および焼結
（またはホットプレス）を経て成形される。

この種のメタルボンド砥石は、レジノイドボンド砥石や
ビトリファイド砥石に比して結合相の強度が格段に高く
、砥粒保持力が強い。このため砥石寿命は長い反面、切
刃の摩滅した砥粒が脱落しにくく、研削抵抗が増して切
れ味が比較的早期に低下し、ドレッシング頻度を多くし
なければならない問題があった。

この欠点を改善するため、従来より結合剤中にカーボン
粉等をフィラーとして添加し、結合相による砥粒保持力
を適度に低下させ、摩滅した砥粒が脱落して新たな砥粒
が露出する作用、いわゆる自生発刃作用を促進し、切れ
味の低下を防ぐ手段か一部で実施されている。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、砥粒層の内部に多数の気孔を形成することが
できれば、これら気孔に研削液を含浸させて砥石の冷却
性を高めたり、研削面に多数のチップポケットを発生さ
せ、切粉の排出性を高めるなどの優れた効果が得られる
と予想される。

しかしながら、従来使用されていたカーボン粉等のフィ
ラーは、いずれもその粒子構造が緻密であり、砥粒層の
内部に気孔を形成する作用は得られず、したがって、上
記のような効果を得ることはできなかった。

「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題を解決するためになされたものて、以
下、その構成を具体的に説明する。

本発明に係わる多孔質メタルボンド砥石は、金属結合相
中に、超砥粒とともに多孔質ケイ酸カルシウム粒子を均
一に分散させたことを特徴とする。

この多孔質ケイ酸カルシウム粒子は、 ５ｊＯｔ　：５０〜８０ｗｔ％、ＣａＯ：ｌ　Ｏ〜４０
ｖＬ％、ＡＩ、０．：０．１〜５ｗｔ％を含有するもの
で、内部に多数の気孔を有する多弁状をなし、内部気孔
が互いに連通している割合が高い。この多孔質ケイ酸カ
ルシウム粉末は、例えば徳山曹達株式会社製商品名：フ
ローライトＲとして市販されており、参考までにこのフ
ローライトＲの物性を以下に記す。

平均粒径：２０〜３０μ瀧、見掛は比重：０．０８〜０
．１２、ＰＨ：８．５〜９．１．　吸油量：４゜Ｏ〜６
００　（ｓ＋１２／　１００ｇ）、吸着水分：８ｗｔ％
以下。

なお、この種の多孔質ケイ酸カルシウム粉末は、約７５
０℃以上に加熱されると短時間で急激に収縮する特徴を
有する。例えば、上記のフローライト■では７７０℃を
境に見掛は比重が３倍以上に増し、この収縮体積に相当
する空孔が砥粒層中に形成される。

多孔質ケイ酸カルシウム粉末の添加量は、砥粒層の３〜
３５ｖｏ１％とされる。実際には砥石の種類によって添
加量を変えることが望ましく、被削材に対し線接触する
ホイール型砥石では３〜２０ｖｏ１％、また被削材に面
接触するカップ型砥石等ではＩＯ〜３５ｖｏ１％が最適
である。カップ型砥石では面接触のため超砥粒の自生発
刃作用が悪く、目詰まりが生じやすい。そのため、ホイ
ール型砥石に比して砥粒脱落を促進あるいはチップポケ
ットを形成しやすくする必要があるからであ・る。添加
量が３ｖｏ１％未満では十分な自生発刃作用が得られな
い。また３５ｖｏ１％を越えると結合相の強度低下が無
視できず、砥粒層の型部れが生じて研削精度が低下する
おそれが生じる。

金属結合剤としては、例えばＣｕ−Ｓｎ系、ＣｕＳｎ−
Ｃｏ系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｃｕ−９ｎＮｉ系
、またはＣｕ−Ｓｎ　−Ｆｅ　−Ｎ　ｉ系、あるいはこ
れらにＰを添加した結合剤が好適であり、特にＣｕ−９
ｎ−Ｃｏ系およびＣｕ−Ｓｎ−Ｆｅ−Ｃｏ系は他に比し
て焼結性に優れている利点を有する。

いずれの結合剤の場合も、焼結温度は約４００〜７００
℃が好ましく、焼結後に７５０℃以上に昇温させて多孔
質ケイ酸カルシウム粒子を収縮させれば、気孔の大径化
が図れる。

砥石を製造するには、多孔質ケイ酸カルシウム粉末を、
金属結合剤粉末と、ダイヤモンドまたはＣＢＮ等の超砥
粒とともに混合機で均一に混合し、従来通りプレス装置
に合金とともに型込めして圧粉成形する。

その際、プレス圧力は、コールドプレスまたはホットプ
レスのいずれの場合も、１０〜５００に９「ＩＣ１であ
ることが望ましい。ｌ　Ｏｋｇｒ／　ｃｍ’未満では十
分な強度の圧粉体が成形できず、５００ｋｇｆ７ｃｍ”
を越えると多孔質ケイ酸カルシウム粒子が潰れて気孔形
成効果が低減する。上記範囲内では、多孔質ケイ酸カル
シウム粒子（１圧力にほぼ比例して圧縮される（連続的
な圧縮成形性を有する）ため、プレス圧力を調節するこ
とにより所望の気孔率を選択できる。

コールドプレスを行なった場合には、プレス後、前記焼
結温度で焼結を行ない、多孔質メタルボンド砥石を得る
。第１図および第２図は、この状態での砥粒層を示す断
面拡大図であり、符号１は金属結合相、２は超砥粒、３
は多孔質ケイ酸カルシウム粒子である。一方、ホットプ
レスの場合には、成形温度を３５０〜７００℃とするこ
とが望ましい。

上記構成からなる多孔質メタルボンド砥石およびその製
造方法では、砥粒層の内部に分散された多孔質ケイ酸カ
ルシウム粒子の内部に多数の気孔が存在し、しかも同一
粒子の内部気孔は互いに連通している割合が大きいため
、研削液に触れると毛細管作用により気孔内に研削液が
吸い込まれ、砥石の冷却効果が大幅に向上する。また予
め砥粒層を研削液や研削油に浸漬し、気孔に含ませてお
けば、半乾式で研削を行なうことも可能である。

また、上記内部気孔は、多孔質ケイ酸カルシウム粉末の
添加量および成形圧力を調整することにより、分布密度
および大きさを任意に設定できるため、前記の吸液性を
自在に制御することが可能である。

また、多孔質ケイ酸カルシウム粒子３は延性を有しない
ため、カーボン粒子等に比して研削中に被削材に触れる
と容易に微小破砕を生じて結合相ｌから脱落し、その跡
にチップポケットが形成される。このようなチップポケ
ットが研削面に多数形成されることにより、切粉の排出
性が著しく向上するとともに、結合相ｌの強度が適宜低
下して摩耗が促進され、超砥粒２の自生発刃作用が高め
られる。

また、多孔質ケイ酸カルシウム粉末の混合量により砥石
の結合相ｌの強度を無段階に調節できるうえ、砥粒層に
弾性を付与することが可能なので、特定の被削材および
研削条件に適合させることができる。また、結合相ｌが
軟化するため、クラツンヤブルホイールとして一般砥石
で砥石整形を行なうことが可能となり、整形コストを低
減できる。

さらにまた、砥石の軽量化が図れ、駆動力を低減できる
効果も奏する。

なお、焼結後の砥粒層に７５０℃以上の再加熱処理を施
し、第３図および第４図に示すように砥粒層の内部で多
孔質ケイ酸カルシウム粒子３を収縮させ（３Ａ）、その
後に多数の空孔４を形成してもよい。こうして形成され
る空孔は、多孔質ケイ酸カルシウム粒子の内部気孔より
も大きいため、上記の効果を一層促進することが可能で
ある。

また、予め多孔質ケイ酸カルシウム粒子に周知の造粒処
理を施し、大径化した後、これら複合粒子を砥石製造に
使用してもよい。こうすれば、粒子が脱落した跡に形成
されるチップポケットが大きくむり、切粉排出性等が向
上する。

また、砥粒層には多孔質ケイ酸カルシウム粉末たけてな
く、必要に応じてグラファイト粉、ｈＢＮ粉等の固体潤
滑剤や、Ｓ　ＩＣ、Ａ　ｌｙｏ　ｓ等の硬質粒子または
硬質繊維を添加してもよい。

「実施例」 次に、実施例を挙げて本発明の効果を実証する。

（実施例り 多孔質ケイ酸カルシウム粉末を添加したカップ砥石（２
Ａ２型）を以下の条件で製造した。

砥粒層寸法： 外径３００ｉｕ＋Ｘ内径２０ｚｚｘ厚さ５■ダイヤモン
ド砥粒の粒径：　＃Ｉ２０ 砥粒集中度＝５０ 金属結合剤： ８９．５ｗｔ％ＣｕＣｕ−１ｏ％Ｓｎ−０．５ｗｔ％Ｐ
系多孔質ケイ酸カルシウム粉末の主組成：５ｉＯｔ：６
０ｗｔ％ ＣａＯ：２０ｗｔ％ Ａｌｅ’ｓ：　０．５ｗｔ％ 同粉末の平均粒径：２５μ次 同粉末の添加量：１Ｏｖｏ１％ コールドプレス圧カニ　２００　ｋｇ／ｃｍ”砥粒層焼
結条件： ６００℃ｘ１０時間、Ｎｔ雰囲気 （比較例１） 実施例１と同寸法で、多孔質ケイ酸カルシウム粉末を加
えない点以外は、全て上記と同じカップ型砥石を作成し
た。

そして上記２つの砥石をそれぞれ２個づつ用いて、以下
の研削条件で両頭研削試験を行ない、研削比および砥石
の駆動に要した研削盤の動力を計測した。なお、対向す
る各砥石は逆回転させた。

被削材：　ＡＩ２．０．　９２ｗｔ％ 砥石周速：　　ｌ　５００　ｘ／＋ｉｎ。

ワーク送り量：　１５個／ａｋｉｎ。

切り込みＩｌ：片側０　、５　ｘ＊、両側で１．０＋ｕ
＋被削材寸法：外径５０×内径１０（リング形）加工処
理数：　　１５０００個 研削液：ケミカルソリューション５０倍希釈液その結果
を第１表に示す。

第１表 施例日では切刃の自生発刃作用が良好で、良好な切れ味
が維持され、研削抵抗が小さい分、砥石駆動力が大幅に
低減できた。また、切れ味が良好になった分、研削比の
低減も防止できた。

（実施例２）ニストレード砥石 本発明を適用したストレート砥石を以下の条件で製造し
た。

砥粒層寸法： 外径２００＊ｚｘ幅１５ＲＩ１．×厚さ５ｉｚダイヤモ
ンド砥粒の粒径：　＃２００ 集中度：６０ 金属結合剤ニ ア０ｗｔ％Ｃｕ−１０ｗｔ＄Ｎｉ−１９，５ｗｔ＄Ｓｎ
−０，５ｖ目Ｐ多孔質ケイ酸カルシウム粉末の組成 Ｓ　ｉＯｔ：　６０　ｗｔ％ ＣａＯ：２０ｗｔ％ ＡＩ、０．：　４ｗｔ％ 同粉末の平均粒径：　２５μｌ 同粉末の添加量：２０ｖｏ１％ コールドプレス圧カニ　　Ｉ　５０　ｋｇ／ｃｙ”砥粒
層焼結条件： ６００℃ＸＩＯ時間、Ｎｔ雰囲気 （比較例２） 実施例２と同寸法で、多孔質ケイ酸カルシウム粉末を加
えない点以外は、全て実施例２と同じストレート砥石を
作成した。

そして上記２つの砥石をそれぞれ用いて、以下の研削試
験を行ない、研削比、研削盤動力、研削後の被削材の表
面粗さを計測した。その結果を第２表に示す。

被削材：超硬合金（Ｋ２Ｏ）染直方体 ＋００１肩Ｘ１００Ｉ貰Ｘ５０ｘｘ （１００ｘｘＸ　Ｉ　００ｘｘ面を研削）砥石周速：　
　Ｉ　５００＋＋＋　／ｓｉｎテーブル送り速度二５ｘ
ｘ／ｍｉｎ クロススピード：　２　ｘｉ／　ｐａｓｓ砥石切込量：
０．０１０ｘｚ 動電力が大幅に低減でき、かつ被削材の表面粗さも比較
例２に比して著しく良好であり、切れ味の向上か認めら
れた。

（実施例３）：カップ型砥石 本発明を適用したカップ型砥石（６Ａ２型）を以下の条
件で製造した。

砥粒層寸法：外径３００ｓ＋ｓ＋ｘ幅１５ｘｚダイヤモ
ンド砥粒：粒径＃１４０ 金属結合剤：５０ｗＬ％Ｃｕ＋５０ｗｔ％Ｓｎ多孔質ケ
イ酸カルシウム粉末の組成 Ｓｉ０．ニア５ｗｔ％ ＣａＯ：１５ｗｔ％ ＡＬＯ３：　２ｗｔ％ ステアリン酸Ｚｎ２ｖｏ１％添加 同粉末の平均粒径：２５μｌ 同粉末の添加量：３０ｖｏ１％ ホットプレス条件： ４５０℃ｘ　Ｉ　００　ｋｇ／ｃｍ’ １時間、Ｎ、雰囲気 （比較例３） 実施例３と同寸法で、多孔質ケイ酸カルシウム粉末を添
加しない点以外は全て実施例３と等しくしたカップ型砥
石を作成した。

そして上記２種の砥石をそれぞれ用いて、以下の研削試
験を行い、研削比、研削盤駆動電力、研削後の被削材の
表面粗さを計測した。その結果を第３表に示す。

被削材：ＴｉＣ系サーメット １２ｘｘ×５ｘｘ 砥石周速：　　１０００　ｘ／ｓｉｎ。

切り込み：０．０ＩＯｓ＋ｘ ワーク揺動速度：　３ｚ／ｓｉｎ。

研削液：ケミカルラリュー９３フ５０倍希釈液第３表 上表から明らかなように、実施例３は比較例３と同等以
上の研削比を有しながらも非常に切れ味に優れるため、
駆動電力、表面粗さは比較例３に比して大幅に改善され
た。

（実施例４）ニストレード砥石 本発明を適用したストレート型砥石を以下の条件で製造
した。

砥粒層寸法、外径２００■×幅１５ｉｘダイヤモンド砥
粒：粒径＃８０ 集中度５０ 金属結合剤： ６０ｗｔ％Ｃｕ−１０ｗｔ％Ｎｉ−１０ｗｔ％Ｆｅ−２
０ｗｔ％Ｓｎ多孔質ケイ酸カルシウム粉末の組成 ＳｉＯ＊：５５ｗｔ％ ＣａＯ：３０ｗｔ％ Ａ　１＊Ｏｓ：　０　、５　ｗｔ％ この多孔質ケイ酸カルシウム粉末（粒径２０μ０をアク
リルバインダーと混合し、はぼ＃６０の造粒粉を作成し
たうえ、この造粒粉を２０ｗｔ％添加した。

ホットプレス条件： ６００℃ｘ　２００　ｋｇ／ｃｍ” １時間、Ｎｔ雰囲気 この時の多孔質ケイ酸カルシウム粉末の収縮割合は、初
期断面積のｌ／４だった。

（比較例４） 実施例４と同寸法で、多孔質ケイ酸カルシウム粉末を添
加しない点以外は全て実施例４と等しくしたストレート
型砥石を作成した。

そして上記２種の砥石をそれぞれ用いて、以下の研削試
験を行い、研削比、研削盤駆動電力、研削後の被削材の
表面粗さを計測した。その結果を第４表に示す。

披削材二９６ｗｔ％Ａｌｔｏｓ ７５ｘｘｘ７Ｆ＋＋ｘｘＦ＋＋ｘ 砥石周速：　　ｌ　３０　（１＋／ｌ１ｉｎ。

テーブル送り速度：　　Ｉ　Ｏｘ／ｗｉｎ。

クロススピード：　２　ｚｘ／　ｐａｓｓ切り込み：０
．０２５ｘｘ 第４表 上表から明らかなように、駆動電力および表面粗さにお
いて、実施例４の砥石は比較例４に比して約２倍に優れ
た値を示し、切れ味が大幅に改善できた。また、比較例
４では被削材の加工面にムシレが認められた。比較例４
で研削比が小さくなっているのは、切れ味不足による研
削抵抗の増大によるものと考えられる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わる多孔質メタルボン
ド砥石およびその製造方法によれば、以下のような優れ
た効果が得られる。

■　砥粒層の内部に分散された多孔質ケイ酸カルシウム
粒子の内部に多数の気孔が存在し、しかも同一粒子の内
部気孔は互いに連通している割合が大きいため、研削液
に触れると毛細管作用により気孔内に研削液が吸い込ま
れ、砥石の冷却効果が大幅に向上する。また予め砥粒層
を研削液や研削油に浸漬し、気孔に含ませておけば、半
乾式で研削を行なうことも可能である。

■　上記内部気孔は、多孔質ケイ酸カルシウム粉末の添
加量および成形圧力を凋整することにより、分布密度お
よび大きさを任意に設定できるため、吸液性を自在に制
御することが可能である。

■　多孔質ケイ酸カルシウム粒子は延性を有しないため
、カーボン粒子等に比して研削中に被削材に触れると容
易に結合相から脱落し、その跡にデツプポケットが形成
される。このようなチップポケットが研削面に多数生じ
ることにより、切粉の排出性が著しく向上するとともに
、結合相の強度が適宜低下して摩耗か促進され、超砥粒
の自生発刃作用が高められる。

■　多孔質ケイ酸カルシウム粉末の混合量により砥石の
結合相の強度を無段階に調節できるうえ、砥粒層に弾性
を付与することが可能なので、特定の被削材および研削
条件に適合させることができる。また、結合相が軟化す
るため、クラッシャプルホイールとして一般砥石で砥石
整形を行なうことが可能となり、整形コストが安く済む
。

■　砥石の軽量化が図れ、駆動力を低減できる効果も奏
する。

一方、砥石製造工程で７５０℃以上に加熱した場合には
、砥粒層中に分散された多孔質ケイ酸カルシウム粒子が
収縮し、その跡に前記気孔よりも大きな空孔が形成され
るから、」二足の効果を一層促進することが可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係わる多孔質メタルホン
ト砥石の横断面および縦断面の拡大図、第３図および第
４図は為温加熱処理を行なった後の上記砥石を示す第１
図および第２図と同様の図である。 ｌ・・・金属結合相、２・・・超砥粒、３・・・多孔質
ケイ酸力ルンウム粒子、３Ａ・・・収縮物、４・・空孔
。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属結合剤粉末中に超砥粒を分散し、圧粉成形お
   よび焼結してなる砥粒層を有するメタルボンド砥石にお
   いて、 前記砥粒層中に多孔質ケイ酸カルシウム粒子を分散させ
   たことを特徴とする多孔質メタルボンド砥石。
2. （２）前記多孔質ケイ酸カルシウム粉末は、ＳｉＯ＿２
   ：５０〜８０ｗｔ％、ＣａＯ：１０〜４０ｗｔ％、Ａｌ
   ＿２Ｏ＿３：０．１〜５ｗｔ％を含有することを特徴と
   する請求項１記載の多孔質メタルボンド砥石。
3. （３）前記金属結合剤は、Ｃｕ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｓｎ−
   Ｃｏ系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ
   系またはＣｕ−Ｓｎ−Ｆｅ−Ｎｉ系のいずれかであるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の多孔質メタルボ
   ンド砥石。
4. （４）前記砥粒層を高温加熱処理することにより多孔質
   ケイ酸カルシウム粒子を収縮させ、その跡に空孔を形成
   したことを特徴とする請求項１、２または３記載の多孔
   質メタルボンド砥石。
5. （５）金属結合剤粉末中に超砥粒および多孔質ケイ酸カ
   ルシウム粉末を混合し、１０〜５００ｋｇｆ／ｃｍ＾２
   の圧力で圧粉および焼結して砥粒層を形成することを特
   徴とする多孔質メタルボンド砥石の製造方法。
6. （６）焼結後の砥粒層に７５０℃以上の再加熱処理を施
   し、砥粒層の内部で多孔質ケイ酸カルシウム粒子を収縮
   させ、その跡に多数の空孔を形成することを特徴とする
   請求項５記載の多孔質メタルボンド砥石の製造方法。
7. （７）前記多孔質ケイ酸カルシウム粉末を混合するに先
   立ち、この粉末に予め造粒処理を施して大径化しておく
   ことを特徴とする請求項５または６記載の多孔質メタル
   ボンド砥石の製造方法。