JPH06312375A

JPH06312375A - 貫通気孔構造を有するレジンボンドホイールの製造方法とこれを用いた研削加工方法

Info

Publication number: JPH06312375A
Application number: JP10232693A
Authority: JP
Inventors: Takuya Senba; 卓弥仙波; Keizo Takeuchi; 恵三竹内; Tomohiko Akiyama; 智彦秋山
Original assignee: Noritake Diamond Industries Co Ltd
Current assignee: Noritake Diamond Industries Co Ltd
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】使用による研削抵抗の上昇や目詰まりの発生
が少なく、超平滑な面の研削作業に好適に使用可能なレ
ジンボンドホイールの製造方法を提供する。【構成】砥粒８〜７０重量％、結合剤としてメラミン
樹脂２〜５５重量％、及び、＃８〜＃１２０に粒度調整
した炭酸水素ナトリウム、ピロリン酸二水素ナトリウム
などの水溶性粉末２０〜８０重量％を混合し、この混合
物を加熱及び加圧成形し、前記水溶性粉末を溶出させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に金型のみがき作
業，非球面型の仕上加工，セラミックスの鏡面加工等、
超平滑な面が要求される研削作業に好適に使用可能な、
レジンボンドホイールの製造方法及びこれを用いた研削
加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、セラミックスの鏡面加工等、超平
滑な面が要求される研削作業にダイヤモンド及びＣＢＮ
の微粒ホイールが広く使用されるようになった。

【０００３】このような微粒ホイールにおいては、通常
の研削砥石以上の高度な性能が要求されるため、粒径が
３０μｍ以下の微細な超砥粒を用い、また結合剤とし
て、弾性率が低いフェノール樹脂が使用されている。

【０００４】また、研削液の流入、研削屑の排出を向上
させる目的として、砥粒層内にチップポケットとなる気
孔を形成することが効果的であることが知られており、
例えば、特開昭５３−６３６９２号公報には、塩化ナト
リウムや塩化カリウム等の水溶性粉末を結合剤に添加し
て、樹脂からなる結合剤中に気孔を形成する、気孔を有
する超砥粒ホイールの製造方法が提案されている。

【０００５】しかしながら、この方法では、砥粒層表面
には水溶性粉末が溶けて気孔が形成されるものの、超
硬、焼入鋼、ハイス鋼の様な砥粒層表面に研削屑が付着
しやすい被削材を研削した場合、発生した気孔に研削屑
が詰まり、また、詰まった研削屑を研削中に取り除くこ
とができないため早期に気孔が消失し、結果として目詰
り、研削抵抗の上昇、被削材面粗さの悪化を招く一方、フェノール樹脂は、熱伝導率が４〜７×１０^-4ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃と低く、また、耐熱性が１８０
〜２００℃と低いため、１９９０年度精密工学会春季大
会論文集Ｇ６８．Ｐ９８１〜９８２に報告されたよう
に、使用中に発生する熱のため、結合剤である樹脂の劣
化が生じ、これに伴って結合剤内部への微粒砥石の埋没
現象が生じ、結合剤と被削材とが面的に接触して、研削
抵抗の上昇，目詰まりの発生，研削焼け等の原因とな
る。

【０００６】この対策として、ポリイミド樹脂等の耐熱
性の高い結合剤の使用が検討されているが、これらの耐
熱性樹脂は、弾性率がフェノール樹脂に比べて更に低い
ため、熱による劣化は防止できる反面、研削中の研削圧
力（砥粒に加わる力）によって、砥粒が結合剤中へ押し
込まれ、フェノール樹脂と同様な切れ味の低下、被削材
表面粗さの悪化を招き、根本的な解決策とは成りえな
い。また耐熱性樹脂は、成形温度ならびに成形圧力が高
く、フェノール樹脂と比べ、成形性が劣るという問題も
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明において解決す
べき課題は、使用による研削抵抗の上昇や目詰まりの発
生が少なく、超平滑な面の研削作業に好適に使用可能な
レジンボンドホイールの製造方法およびこれを用いた研
削加工方法を提供することにある。

【０００８】

【諌題を解決するための手段】本発明者は、砥粒層表面
への研削屑の付着を防止するために、鋭意研究の結果、
超砥粒レジンボンドホイールの砥粒層内部に貰通気孔を
設け、貫通気孔内に研削液を送込み、超砥粒レジンボン
ドホイールの砥粒層内部から研削液が噴出させることを
思いつき、本発明を完成するに至ったものである。

【０００９】すなわち、超砥粒レジンボンドホイールの
砥粒層内部に貫通気孔形成剤として、粒度♯８〜♯１２
０に整粒した炭酸水素ナトリウム，ピロリン酸二水素ナ
トリウムなどの水溶性粉末を、添加量２０〜８０重量％
にて添加して混合し、この混合物を加熱及び加圧成形し
た後、水槽内で水溶性粉末を完全に溶出させることによ
り、砥粒層表面のみならず、内部まで貫通した気孔を有
する超砥粒レジンボンドホイールを得ることができる。

【００１０】加えて、この貫通気孔構造を有する超砥粒
レジンボンドホイールに研削液を流し込み、砥粒層内部
より研削液を流出させることにより、研削中に発生した
研削屑を積極的に砥粒近傍より排除することにより砥粒
の目詰りを防止し安定した研削が可能となる。

【００１１】なお、カップ型ホイールで平滑な面を研削
する場合のように、ホイールの研削作用面全面が被削材
全面に接触するときには、研削中に研削液がホイール作
用面から流出しに難くなる。そのため、研削途中で一旦
ホイールを被削材から浮かし、ホイールの貫通気孔内に
研削液を流し込み、砥粒層内部より研削液を流出させる
ことにより、砥粒近傍に付着した研削屑を排除すること
ができる。

【００１２】使用する熱硬化性樹脂であるメラミン樹脂
は、熱伝導率が１３〜１７×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ・℃と樹脂の中では比較的高く、縦弾性係数は８２３
０〜９６００ＭＰａとフェノール樹脂よりも高い、また
ロックウエル硬度（Ｍスケール）も１１５〜１２５と高
いので、研削中に発生する熱が砥粒層内に分散し樹脂の
熱的劣化が少なく、結合剤内部への微粒砥粒の埋没現象
が生じ難い。また上記貫通気孔構造を有し貫通気孔内を
研削液が流通することにより研削中に発生する熱が研削
液内に分散し樹脂の熱的劣化を抑制するため、微粒砥粒
が結合剤の中へ埋没することを防止できる。

【００１３】また使用する砥粒は、超硬、焼入鋼、ハイ
ス鋼等を研削するためにダイヤモンドあるいはＣＢＮを
用い、超平滑な面を得るために砥粒径は３０μｍ以下の
ものを用いる。

【００１４】また、水溶性粉末は、上記した炭酸水素ナ
トリウム、ピロリン酸二水素ナトリウムのほかにも炭酸
水素カルウム、臭化カルウムなどが使用できるが、砥粒
層を成形するために２００℃以上の融点を有する必要が
ある。

【００１５】これらの水溶性粉末の粒度は＃８〜＃１２
０であることが必要で、粒度が＃１２０を超えると、成
形後の水槽内での水溶性粉末の溶出中において、砥粒層
がばらばらに破損し易く、また得られた砥粒層も研削液
の流出抵抗が高く、砥粒層内部から研削液が噴出し難
い。また＃８未満であると、貫通気孔間の間隙が広くな
り、砥粒近傍に付着した研削屑を取り除くことができな
くなり、研削中の研削抵抗の増加を招く。

【００１６】また、添加量は砥粒層全体に対し２０〜８
０重量％が必要で、２０重量％未満では、研削液が流通
することができず、研削屑の排除としての機能を十分に
発揮することができない。８０重量％を超えると、水槽
内での水溶性粉末の溶出中に砥粒層がばらばらに破損し
成形できない。

【００１７】また、水溶性粉末を溶出させる水溶液とし
ては、貫通気孔形成剤に使用した炭酸水素ナトリウム、
ピロリン酸二水素ナトリウム、炭酸水素カルウム、臭化
カルウムなどを溶かした水溶液が使用できるが、貫通気
孔形成剤に酸性の粉末を使用した場合には、貫通気孔形
成剤を溶出させる水溶液にはアルカリ性の粉末を水に溶
かし、水槽内でイオン化反応を起こすことにより効率的
に貫通気孔形成剤を溶出させることができ、貫通気孔を
有する超砥粒レジンボンドホイールを得ることができ
る。また、貫通気孔形成剤を流出させる時に水槽を熱す
ると更に水槽内のイオン化反応が活発になり効率的に貫
通気孔形成剤を溶出させることができる。

【００１８】成形の圧力及び温度は使用材料に応じて適
宜選択できるが、例えば加熱炉を有するプレス成形機を
使用した場合、圧力としては２０〜２００ＭＰａ，温度
は１５０〜２００℃、また成形時間はメラミン樹脂を十
分に加熱硬化させるために３０〜６０分が望ましい。

【００１９】

【作用】貫通気孔構造を有する超砥粒レジンボンドホイ
ールに研削液を流し込み、砥粒層内部より研削液を流出
させることにより、研削中に発生した研削屑が積極的に
砥粒近傍より排除され、砥粒の目詰りが防止される。加
えて砥粒層内を流通する研削液は研削中に発生する熱を
冷却し樹脂の熱的劣化を抑判させるため、微粒砥粒が結
合剤の中へ埋没することを防止でき、微粒砥粒を使用し
た超砥粒レジンボンドホイールに於ても安定した研削を
可能にすることができる。

【００２０】さらに、メラミンとホルムアルデヒドから
得られる熱硬化性のメラミン樹脂は、熱伝導率、縦弾性
率、硬度が樹脂の中では比較的高く、研削中に発生する
熱が砥粒層内に分散し樹脂の熱的劣化が少なく、微粒砥
粒の結合剤中への埋没が生じにくく、安定した研削を可
能にすることができる。加えて、成形温度並びに成形圧
力はフェノール樹脂と同程度で成形できるため、成形性
も優れている。

【００２１】

【実施例】超砥粒として、粒度＃３０００の合成ダイヤ
モンド３５重量％を用い、結合剤としてメラミン樹脂を
１５重量％使用した。さらに、貫通孔形成剤として粒度
＃８〜＃１２０に調整した炭酸水素ナトリウムを５０重
量％使用し、これらを混合撹拌機に入れて均一に混合し
た。

【００２２】さらにこの混合物を金型に充填し、成形機
を用いて温度１５０〜１８０℃、圧力１００〜２０００
ＭＰａで３０〜６０分成形した。

【００２３】これによって、３０ｍｍ（外径）×８ｍｍ
（厚み）×２５ｍｍ（内径）のリング状の砥粒層を得
た。

【００２４】この成形体をピロリン酸二水素ナトリウム
溶液中に浸し、これを１〜２時間煮沸して、結合剤中の
炭酸水素ナトリウムを完全に溶出させ、砥粒層の研削作
用面と空気注入面以外は、エボキシ系接着剤を塗布して
目止めを行った。

【００２５】最後に砥粒層をホイール本体にエポキシ系
接着剤によって接着し、貫通気孔構造を有するレジンボ
ンドホイールを得た。

【００２６】試験例として、上記実施例品と、従釆のフ
エノール樹脂を使用した貫通気孔を持たない同じ形状の
レジンボンドホイールと、上記実施例品と同様な貫通気
孔を有し結合剤に従来のフェノール樹脂を用いた同じ形
状のレジンボンドホイールとを用い、下記の加工条件で
実際の加工を行った。

【００２７】図１は試験装置の概要を示す正面図で、図
中、１はウォータージャケット、２はパッキン、３は主
軸、４は研削液導入孔、５は本実施例のホイール、５ａ
はホイール本体、５ｂは砥粒層、５ｃは接着剤層、６は
パッキンをそれぞれ示す。

【００２８】これによって、研削液は矢印で示す通り、
主軸に設けた研削液導入孔４を通り、砥粒層５ｂの取付
け面より入り、研削作用面より流出する。

【００２９】加工条件加工機械：ＣＮＣ制御立軸マシニングセンターホイール周速：９．４ｍ／ｍｉｎ（１００ｒｐｍ）送り速度；４ｍ／ｍｉｎ切込み：３００パス毎に１μｍ加えた総切込み：４μｍ（１２００パス）研削液：ソリュブルタイプ５０倍希釈被削材：超微粒子超硬図２は研削回数（パス回数）と法線研削抵抗の関係を示
す。

【００３０】同図で明らかなように、パス回数が増加す
るに伴い、法線研削抵抗は増加するが、従釆の貫通気孔
を有しない超砥粒レジンボンドホイールに比べ、貫通気
孔を有するものはフェノール樹脂、メラミン樹脂共に増
加の度合いが小さいことが判る。また、貫通気孔を有す
るものについて比較を行うと、従来のフェノール樹脂に
比べ、メラミン樹脂を結合剤に使用したものの方が法線
研削抵抗の増加の度合いが小さいことが判る。

【００３１】また、試験終了後の超砥粒ホイールの砥粒
層表面状態を観察した結果、従来の貫通気孔を有しない
超砥粒レジンボンドホイールは、研削作用面全面にわた
り研削屑が付着していたが、貫通気孔を有するものはフ
ェノール樹脂、メラミン樹脂共に研削屑の付着は観察さ
れなかった。また、貫通気孔を有するものについて比較
を行うと、従来のフエノール樹脂に比べ、メラミン樹脂
を結合剤に使用したものの方が、砥粒の結合剤への理没
は少なかった。

【００３２】図３に、上記と同じ製法により異なった粒
径のダイヤモンド砥粒を使用した場合の砥粒粒度と加工
能率の関係を示す。

【００３３】なお、ここでいう加工能率とは、研削によ
り除去された被削材高さを研削に要したホイールのパス
回数で割つた値とした。

【００３４】粒度が♯１０００〜８０００に変化するに
伴い、加工能率は低下したが、全ての粒度において、従
来の貫通気孔を有しないレジンボンドホイールに比べ、
貫通気孔を有するものは、フェノール樹脂、メラミン樹
脂共に加工能率が高いことが判る。また、貫通気孔を有
するものについて比較を行うと、従来のフェノール樹脂
に比べ、メラミン樹脂を結合剤に使用したものの方が加
工能率が高いことが判る。

【００３５】図４は、貫通気孔形成剤として粒度♯８〜
＃１２０に調整した炭酸水素ナトリウウムの添加量を２
０〜６５重量％の範囲で変化させて、形成された気孔の
量を変えた場合の気孔量と加工能率の変化を示す図であ
る。

【００３６】同図に示すように、気孔量を増加させるこ
とによってホイールの摩粍が増加し、加工能率が低下し
た。

【００３７】図５は、気孔量と被削材の表面粗さの関係
を示す図である。

【００３８】同図に示すように、気孔量が２０〜５０重
量％では、特に表面粗さが６０〜１００ｎｍＲ_MAXとい
う超平滑面が得られた。また、気孔量が６０重量％を超
えると、加工能率が悪く、前加工面の面粗さが完全に取
りきれず１５０ｎｍＲ_MAX以上の面粗さとなった。

【００３９】図６は気孔量と加工安定性の関係を示す。

【００４０】加工安定性は研削加工中に増加した法線研
削抵抗を、研削に要したホイールのパス回数で割った値
とし、０に近い程、加工中の法線研削抵抗が増加せず安
定していることを示す。

【００４１】図７に示す通り、気孔率が増加するに伴
い、加工安定性が０に近づき、加工安定性が高くなるの
が判る。

【００４２】このように、本発明の方法による貫通気孔
を有するレジンボンドホイールは、研削屑の付着が観察
されず、更に結合剤にメラミン樹脂を使用することによ
り、砥粒の結合剤への埋没が少なくなり、従来の貫通気
孔を有しないレジンボンドホイールに比べ、高い加工能
率が可能となった。

【００４３】

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏すること
ができる。

【００４４】（１）本発明の製法によるレジンボンドホ
イールを使用することによって、超平滑な面を研削加工
（機械加工）により得ることができ、従来手作業にて行
っていた、超硬、焼入れ鋼、ハイス鋼等の金型みがき作
業への適用が可能となった。

【００４５】（２）従来の超砥粒ホイールでは、被削材
除去の増加に伴い、研削抵抗が増加して被削材表面粗さ
の悪化を招くが、本発明の製法により得られたホーイル
は、研削抵抗の増加が少なく長時間研削を行ってもドレ
ッシングを行う必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験装置の概要を示す正面図である。

【図２】研削回数（パス回数）と法線研削抵抗の関係を
示す図である。

【図３】砥粒粒度と加工能率の関係を示す図である。

【図４】気孔量と加工能率の変化を示す図である。

【図５】気孔量と被削材の表面粗さの関係を示す図であ
る。

【図６】気孔量と加工安定性の関係を示す。

【符号の説明】

１ウォータージャケット２パッキン３主軸４研削液導入孔５ホイール５ａホイール本体５ｂ砥粒層５ｃ接着剤層６パッキン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砥粒８〜７０重量％、結合剤としてメラ
ミン樹脂２〜５５重量％、及び、＃８〜＃１２０に粒度
調整した炭酸水素ナトリウム、ピロリン酸二水素ナトリ
ウムなどの水溶性粉末２０〜８０重量％を混合し、この
混合物を加熱及び加圧成形し、前記水溶性粉末を溶出さ
せることを待微とする貫通気孔構造を有するレジンボン
ドホイールの製造方法。
【請求項２】請求項１記載のレジンボンドホイールの
貫通気孔内に研削液を送り込み、同レジンボンドホイー
ルの砥粒層内部から研削液を噴出させる研削加工方法。