(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が６μｍ以下の砥粒を結合するためにガラス質結合剤を用いたビトリファイド砥石の製造方法であって、
前記ガラス質結合剤の複数の元素と有機溶媒とを含む結合剤原料液を作成する結合剤原料液作成工程と、
該結合剤原料液作成工程により作成された結合剤原料液と前記砥粒とを所定の割合で混合して流動性の砥石原料を調整する砥石原料調整工程と、
該砥石原料調整工程により調整された砥石原料を成形型内に流し込むことにより所定の成形品とする成形工程と、
前記成形型内でゲル化した成形品を脱型する脱型工程と、
該成形型内から脱型された成形品内の有機溶媒を揮散させることにより該成形品を乾燥する乾燥工程と、
該乾燥工程により乾燥された成形品を焼成し、前記結合剤原料液に含まれる複数の元素から成るガラス質結合剤を生成させて砥粒間を結合させる焼成工程と
を、含むことを特徴とするビトリファイド砥石の製造方法。
【請求項２】
前記結合剤原料液は、ゾル液若しくはそれ等の前駆体であり、前記成形工程の成形型内においてゲルに変化させられるものである請求項１のビトリファイド砥石の製造方法。
【請求項３】
前記ガラス質結合剤の熱膨張係数は、３〜８×１０-6／℃である請求項１または２のビトリファイド砥石の製造方法。
【請求項４】
前記結合剤原料液は、前記ガラス質結合剤の複数の構成元素がアルコキシル基とそれぞれ結合した金属アルコキシドの混合物から作成されたものである請求項１乃至３のいずれかのビトリファイド砥石の製造方法。
【請求項５】
前記結合剤原料液は、前記金属アルコキシドの混合物に加水分解および縮重合を施した金属アルコキシド縮重合物である請求項４のビトリファイド砥石の製造方法。
【請求項６】
前記結合剤原料液作成工程は、一般式Ｓｉ（ＯＲ1 ）4 （但しＲ1 は炭素数１〜４のアルキル基）で表されるテトラアルキルシリケートまたはシリカ縮重合物と、一般式Ａｌ（ＯＲ2 ）n ・Ｌm （但しＲ2 はアルキル基、Ｌは配位子であり、ｎ+ ｍ＝３）で表されるＡｌアルコキシドと、一般式Ｂ（ＯＲ3 ）3 （但しＲ3 は炭素数１〜２のアルキル基）で表されるＢアルコキシドまたは酸化ホウ素アルコール溶液とを溶媒に溶解して加熱還流する第１加熱還流工程と、
その第１加熱還流工程により還流されたアルコキシド溶液中に、一般式Ｎａ（ＯＲ4 ）（但しＲ4 は炭素数３〜４のアルキル基）で表されるＮａアルコキシドを投入してさらに加熱還流する第２加熱還流工程と、
該第２加熱還流工程により還流されたアルコキシド溶液を冷却する冷却工程と、
Ｎａを除く含有金属に対する加水分解率が０〜１００％に値する水および／または酢酸をエタノールで希釈したもの、およびエタノールで希釈した酸触媒を順次投入して前記アルコキシド溶液中の金属アルコキシドを部分的に加水分解および縮重合させてアルコキシド縮重合物を得る加水分解縮重合工程と
を、含むものである請求項４のビトリファイド砥石の製造方法。
【請求項７】
前記結合剤原料液作成工程は、前記ガラス質結合剤の酸化物組成をＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％とするように、前記テトラアルキルシリケートまたはシリカ縮重合物と、Ａｌアルコキシドと、Ｂアルコキシドまたは酸化ホウ素アルコール溶液と、Ｎａアルコキシドとの割合が設定された結合剤原料液を作成するものである請求項６のビトリファイド砥石の製造方法。
【請求項８】
前記結合剤原料液作成工程は、前記テトラアルキルシリケートが１mol に対し、Ａｌアルコキシドを０．０３〜０．３mol 、Ｂアルコキシドを０．２〜０．５mol 、Ｎａアルコキシドを０．０５〜０．２５mol を有機溶媒中に混合して金属アルコキシドを生成し、加水分解のための水および／または酢酸を０〜８mol 混合して加水分解し、触媒として機能する酸を０〜１０mol をさらに添加して前記アルコキシド縮重合物或いはアルコキシド組成物を結合剤原料液として得るものである請求項６または７のビトリファイド砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビトリファイド砥石およびその製造方法、ビトリファイド砥石用ガラス質結合剤原料液およびその製造方法に関し、特に、砥粒を結合するビトリファイドボントとして溶液法により生成されたガラス質結合剤を用いる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ビトリファイド砥石の砥粒を相互に結合させるために用いられるガラス質結合剤（ビトリファイドボンド）には、砥石原料の段階においてフリットと称されるガラス粉が用いられている。このフリットが一次粘結剤で濡らされた砥粒の外周表面に付着或いはコーティングされた状態となるように砥石原料が調整され、その砥石原料が所定の成形型内において加圧成形された後、焼成段階でフリットが再溶融させられることにより砥粒間が接着させられることにより、製品とされる。上記フリットすなわちガラス質結合剤は、砥粒間の結合が目的であり、砥粒の１／２より大きい粒径となると、研削面にガラス質が露出或いは浸み出して砥粒の切れ刃を覆うことにより研削作用を阻害し、研削焼けを発生させる原因となることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記フリットは、粉砕などの実用的な製法では２〜５μｍ程度であるものが用いられるのに対し、ビトリファイド砥石はその用途や加工目的などに従って粒度の番数が＃１０（平均粒径２ｍｍ）〜＃６４０００（平均粒径０．３μｍ）という広範囲の砥粒を必要とするので、たとえば＃１０００以上（平均粒径１５μｍ以下）の微細な粒径の砥粒、特に＃３０００以上（平均粒径６μｍ以下）の極微細な粒径の砥粒となると、ガラスフリットの粒径が相対的に大きすぎる状態となるので、必ずしも砥粒間を結合するように溶融しないで研削面へ露出する状態となり、砥粒径に見合った加工物表面品位が得られていないのが現状である。このため、そのような細粒のビトリファイド砥石において、砥粒径に見合った加工物表面品位を得るための微細なガラス質結合剤が望まれていた。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、細粒のビトリファイド砥石において、砥粒径に見合った加工物表面品位が得られるビトリファイト砥石およびその製造方法、或いは砥粒径に見合った加工物表面品位が得られるビトリファイドボンドを生成するためのビトリファイド砥石用ガラス質結合剤原料液およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明者等は、以上の事情を背景として、鋭意研究を重ねた結果、ビトリファイド砥石のボンドとして必要とされるガラスを構成する元素たとえばＳｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎａの４元素のアルコキシド溶液を砥粒と共に混合して流し込み成形し且つ焼成を施すと、たとえば＃１０００以上（平均粒径１５μｍ以下）の微細な粒径の砥粒、特に＃３０００以上（平均粒径６μｍ以下）の極微細な粒径の砥粒であってもそれらを適切に結合する上記４元素の酸化物から成るガラス質の結合剤が生成されてビトリファイド砥石が構成されることを見いだした。すなわち、ガラスを構成する元素を含む溶液を砥粒と混合した状態で乾燥および焼成すると、その元素から成るガラス質結合剤をビトリファイド砥石内に生成できることを見いだした。このようにして生成されたガラス質結合剤は、乾燥或いは焼成過程における析出により微細な粒径のガラスが生成され且つそれが焼成により溶解させられることにより、微細な粒径の砥粒であっても研削面にガラス質が露出或いは浸み出すことがなく、微細な粒径の砥粒に見合った研削品質が得られるものと考えられる。
【０００６】
【課題を解決するための第１の手段】
本発明は、以上の知見に基づいて為されたものであり、その要旨とするところは、砥粒を結合するためにガラス質結合剤を用いたビトリファイド砥石であって、上記ガラス質結合剤は、そのガラス質結合剤の原料液に含まれる複数の元素から前記ビトリファイド砥石の製造過程において生成されたものであることにある。
【０００７】
【第１発明の効果】
このようにすれば、ガラス質結合剤の原料液に含まれる複数の元素からビトリファイド砥石の製造過程において生成されすなわち析出されることにより、上記ガラス質結合剤は、たとえ砥粒が＃３０００以上すなわち平均粒径６μｍ以下の細粒であっても、その砥粒の粒径に比較して析出によりさらに微細な粒径に生成されるので、砥粒径に見合った加工物表面品位の研削加工を行うことができるビトリファイド砥石が得られる。
【０００８】
【発明の他の態様】
ここで、上記ガラス質結合剤の原料液から生成されるガラス質結合剤は、３〜８×１０-6／℃の熱膨張係数を有するものである。このようにすれば、ＣＢＮ、ダイヤモンドなどの超砥粒やＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 などの一般砥粒の熱膨張係数に近接させられるので、耐熱性や熱衝撃性に強いビトリファイド砥石が得られる。
【０００９】
また、好適には、前記ガラス質結合剤の原料液は、４種の元素Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎａを含むものである。さらに好適には、前記ガラス質結合剤の酸化物組成をＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％となるように、４種の元素Ｓｉ、Ａｌ、Ｂとアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属とを含むものである。このようにすれば、耐熱性や熱衝撃性の高いガラス質結合剤すなわちビトリファイドボンドが得られる。
【００１０】
【課題を解決するための第２の手段】
また、前記課題を解決するための第２発明の要旨とするところは、砥粒を結合するためにガラス質結合剤を用いたビトリファイド砥石の製造方法であって、(a) 前記ガラス質結合剤の複数の元素を含む結合剤原料液を作成する結合剤原料液作成工程と、(b) その結合剤原料液作成工程により作成された結合剤原料液と前記砥粒とを所定の割合で混合して流動性の砥石原料を調整する砥石原料調整工程と、(c) その砥石原料調整工程により調整された砥石原料を成形型内に流し込むことにより所定の成形品とする成形工程と、(d) その成形工程により成形された成形品を焼成し、前記結合剤原料液に含まれる複数の元素から成るガラス質結合剤を生成させて砥粒間を結合させる焼成工程とを、含むことにある。
【００１１】
【第２発明の効果】
このようにすれば、結合剤原料液作成工程により作成されたガラス質結合剤原料液は、砥石原料調整工程により流動性砥石原料に混合され、成形工程により成形型内に流し込まれた後、焼成工程において焼成されるとき、砥粒よりも十分に細かな粒子として析出してその砥粒を結合させることから、たとえ砥粒が＃３０００以上すなわち平均粒径６μｍ以下の細粒であっても、その砥粒の粒径に比較して析出によりさらに微細な粒径に生成されるので、砥粒径に見合った加工物表面品位の研削加工を行うことができるビトリファイド砥石が得られる。
【００１２】
ここで、好適には、前記ガラス質結合剤原料液は、ゾル液若しくはそれ等の前駆体であり、前記成形工程の成形型内においてゲルに変化させられるものである。このようにすれば、ゾル液の状態において砥石原料に混合され成形型内においてゲル化させられるので、成形型からの脱型が容易となる。
【００１３】
また、好適には、前記ガラス質結合剤原料液から生成されたガラス質結合剤の熱膨張係数は、３〜８×１０-6／℃である。このようにすれば、ＣＢＮ、ダイヤモンドなどの超砥粒やＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 などの一般砥粒の熱膨張係数に近接させられるので、耐熱性や熱衝撃性に強いビトリファイド砥石が得られる。
【００１４】
また、好適には、前記ガラス質結合剤原料液は、前記ガラス質結合剤の複数の構成元素がアルコキシ基とそれぞれ結合した金属アルコキシドの混合物から作成されたものである。このようにすれば、ガラス質結合剤を構成する材料の溶液化が可能となる。
【００１５】
また、好適には、前記ガラス質結合剤原料液は、前記金属アルコキシドの混合物に加水分解および縮重合を施した金属アルコキシド縮重合物である。このようにすれば、ガラス質結合剤原料液が容易にゾルとされ、ＫＯＨ（１０％）の添加量が少なくてすむ。
【００１６】
また、好適には、前記結合剤原料液作成工程は、(a) 一般式Ｓｉ（ＯＲ1 ）4 （但しＲ1 は炭素数１〜４のアルキル基）で表されるテトラアルキルシリケートまたはシリカ縮重合物と、一般式Ａｌ（ＯＲ2 ）n ・Ｌm （但しＲ2 はアルキル基、Ｌは配位子であり、ｎ+ ｍ＝３）で表されるＡｌアルコキシドと、一般式Ｂ（ＯＲ3 ）3 （但しＲ3 は炭素数１〜２のアルキル基）で表されるＢアルコキシドまたは酸化ホウ素アルコール溶液とを有機溶媒に溶解して加熱還流する第１加熱還流工程と、(b) その第１加熱還流工程により還流されたアルコキシド溶液中に、一般式Ｎａ（ＯＲ4 ）（但しＲ4 は炭素数３〜４のアルキル基）で表されるＮａアルコキシドを投入してさらに加熱還流する第２加熱還流工程と、(c) その第２加熱還流工程により還流されたアルコキシド溶液を冷却する冷却工程と、(d) Ｎａを除く含有金属に対する加水分解率が０〜１００％に値する水および／または酢酸をエタノールで希釈したもの、およびエタノールで希釈した酸触媒を順次投入して前記アルコキシド溶液中の金属アルコキシドを部分的に加水分解および縮重合させてアルコキシド縮重合物を得る加水分解縮重合工程とを、含むものである。このようにすれば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎａの４つの元素の酸化物からなる耐熱性の高いガラス質結合剤が得られる利点がある。
【００１７】
上記一般式Ｓｉ（ＯＲ1 ）4 （但しＲ1 は炭素数１〜４のアルキル基）で表されるテトラアルキルシリケートのアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられる。また、シリカ縮重合物としては、テトラメチルシリケートやテトラエチルシリケートなどの部分縮重合物があり、市販品のエチルシリケート４０、ＭＳ５１（三菱化学製）などを利用することもできる。また、上記一般式Ａｌ（ＯＲ2 ）n ・Ｌm （但しＲ2 はアルキル基、Ｌは配位子であり、ｎ+ ｍ＝３）で表されるＡｌアルコキシドのアルキル基としては、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられる。なお配位子Ｌとしては、アセト酢酸エチルなどのアセトケト酸エステルや、アセチルアセトンやヘキサフルオロアセチルアセトンなどのβ−ジケトンや、モノエタノールアミンやジエタノールアミンなどのアルカノールアミンなどがある。また、上記一般式Ｂ（ＯＲ3 ）3 （但しＲ3 は炭素数１〜２のアルキル基）で表されるＢアルコキシドのアルキル基としては、メチル基、エチル基が挙げられる。また、上記一般式Ｎａ（ＯＲ4 ）（但しＲ4 は炭素数３〜４のアルキル基）で表されるＮａアルコキシドのアルキル基としては、プロピル基、ブチル基が挙げられる。また、上記水および／または酢酸は、加水分解反応、縮重合反応を制御するために用いられるものであり、酢酸の添加は、アルコールとのエステル化反応により副生する水を利用することによって水そのものを添加するよりも系全体の反応を均一化することを目的としている。酢酸と水との反応により得られる水を１００％利用することも可能であるが、得られる無機高分子化合物の結着性能が使用する材料の組み合わせにより悪くなる場合があるので、水との複合的な使用を行うことが望ましい。従って、水／酢酸比は１／１を基準としてその前後２割の範囲が目安となる。但し、どちらかを１００％使用しても無機高分子化合物（ガラス質結合剤原料液）を製造することができる。また、加水分解を行わない（水・触媒を使用しない）で得られる金属アルコキシド組成物としても無機結着剤（ガラス質結合剤原料液）は得られる。また、上記縮重合反応を促進するために、塩酸、硝酸、ｐ−トルエンスルホン酸などの触媒酸が添加される。これは溶液中のアルキルシリケートなどの加水分解反応や縮重合反応の促進と養生時の縮重合反応の促進の働きをする。さらに、上記有機溶媒としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、１−メトキ−２−プロパノールなどのアルコール類と、トルエン、キシレンなどの芳香族が挙げられるが、アルコール類は沈殿、ゲル化を生じなければどの溶剤でも使用することができる。しかし、一般的にエーテル結合のある２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、１−メトキシ−２−プロパノールなどはアルコキシド縮重合物もしくはアルコキシド組成物の安定化に寄与し、しかも比較的高沸点溶剤であるので脱型時の急激な溶媒の揮散を防止することができる点において有用である。また、芳香族類（トルエンが好ましい）はナトリウムアルコキシド安定化溶媒として必要��なる。
【００１８】
また、好適には、前記結合剤原料液作成工程は、前記ガラス質結合剤の酸化物組成をＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％とするように、前記テトラアルキルシリケートまたはシリカ縮重合物と、Ａｌアルコキシドと、Ｂアルコキシドまたは酸化ホウ素アルコール溶液と、Ｎａアルコキシドとの割合が設定された結合剤原料液を作成するものである。このようにすれば、ＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％から成る耐熱性の高いガラス質結合剤が得られる利点がある。
【００１９】
また、好適には、前記結合剤原料液作成工程は、前記テトラアルキルシリケートが１mol に対し、Ａｌアルコキシドを０．０３〜０．３mol 、Ｂアルコキシドを０．２〜０．５mol 、Ｎａアルコキシドを０．０５〜０．２５mol を有機溶媒中に混合して金属アルコキシドを生成し、加水分解のための水および／または酢酸を０〜８mol 混合して加水分解し、触媒として機能する酸を０〜１０mol さらに添加して前記アルコキシド縮重合物或いはアルコキシド組成物を結合剤原料液として得るものである。このようにすれば、ＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％から成る耐熱性の高いガラス質結合剤が得られる利点がある。
【００２０】
【課題を解決するための第３の手段】
また、前記課題を解決するための第３発明の要旨とするところは、ビトリファイド砥石の製造過程において砥粒を結合するガラス質結合剤を生成するためのガラス質結合剤原料液であって、前記ガラス質結合剤に含まれる複数の構成元素がそれぞれアルキル基と結合したアルコキシド組成物、またはその縮重合物であるアルコキシド縮重合物から成るものである。
【００２１】
【第３発明の効果】
このようなビトリファイド砥石用ガラス質結合剤原料液によれば、そのガラス質結合剤の原料液に含まれる複数の元素からビトリファイド砥石の製造過程において生成されすなわち析出されることにより、上記ガラス質結合剤は、たとえ砥粒が＃３０００以上すなわち平均粒径が６μｍ以下の細粒であっても、その砥粒の粒径に比較して析出によりさらに微細な粒径に生成されるので、砥粒径に見合った加工物表面品位の研削加工を行うことができるビトリファイド砥石が得られる。
【００２２】
【課題を解決するための第４の手段】
また、上記第３発明のガラス質結合剤原料液を好適に製造するための方法の要旨とするところは、ビトリファイド砥石の製造過程において砥粒を結合するガラス質結合剤を生成するためのガラス質結合剤原料液の製造方法であって、(a) 前記結合剤原料液作成工程は、一般式Ｓｉ（ＯＲ1 ）4 （但しＲ1 は炭素数１〜４のアルキル基）で表されるテトラアルキルシリケートまたはシリカ縮重合物と、一般式Ａｌ（ＯＲ2 ）n ・Ｌm （但しＲ2 はアルキル基、Ｌは配位子であり、ｎ+ ｍ＝３）で表されるＡｌアルコキシドと、一般式Ｂ（ＯＲ3 ）3 （但しＲ3 は炭素数１〜２のアルキル基）で表されるＢアルコキシドまたは酸化ホウ素アルコール溶液とを溶媒に溶解して加熱還流する第１加熱還流工程と、(b) その第１加熱還流工程により還流されたアルコキシド溶液中に、一般式Ｎａ（ＯＲ4 ）（但しＲ4 は炭素数３〜４のアルキル基）で表されるＮａアルコキシドを投入してさらに加熱還流する第２加熱還流工程と、(c) その第２加熱還流工程により還流されたアルコキシド溶液を冷却する冷却工程と、(d) Ｎａを除く含有金属に対する加水分解率が０〜１００％に値する水および／または酢酸をエタノールで希釈したもの、およびエタノールで希釈した酸触媒を順次投入して前記アルコキシド溶液中の金属アルコキシドを部分的に加水分解および縮重合させてアルコキシド縮重合物を得る加水分解縮重合工程とを、含むことにある。
【００２３】
【第４発明の効果】
このようにすれば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎａの４つの元素の酸化物からなる耐熱性の高いガラス質結合剤が得られる利点がある。
【００２４】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の一適用例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１はビトリファイド砥石１０の構成を拡大して示す図である。図１において、ビトリファイド砥石１０は、ＣＢＮ、ダイヤモンドなどの超砥粒やＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 などの一般砥粒などの砥粒１２が、焼成時に溶融したビトリファイド結合剤すなわちガラス質結合剤１４によって相互に結合されることにより、多数の連通気孔１６を備えて構成されている。図１は、ビトリファイド砥石１０の一部を拡大して示す断面図である。
【００２６】
このようにして構成されたビトリファイド砥石１０では、その研削面が被削材１８の表面に摺接させられることにより、砥粒１２の切れ刃２０が被削材１８の表面２２を研削する。研削に伴って砥粒１２の一部が破砕されると次の切れ刃２０が再生されて研削性能が継続される。上記ガラス質結合剤１４は、専ら砥粒１２間を必要且つ十分に結合するように、砥粒１２或いは全体に対する重量割合が決定されており、破砕された砥粒１２が小さくなるとガラス質結合剤１４の保持力が低下するので、その破砕された砥粒１２とともに脱落して次の砥粒１２を研削に関与させるようにする。このとき、砥粒１２の番数が大きくなる程すなわち粒径が小さくなるほど研削に関与する切れ刃が小さくなると同時に切れ刃数が増加するため、砥粒径が小さくなるほどそれに見合った平滑な加工物表面品位が得られるようになる。
【００２７】
このとき、砥粒１２の粒径が極めて小さくなると、たとえば砥粒１２の番数が＃１０００以上すなわち平均粒径が１５μｍ以下の細粒、特に＃３０００以上すなわち平均粒径が６μｍ以下の微細粒となると、原料段階においてガラスフリット（ガラス質結合剤１４となるガラス粉末）の粒径を砥粒１２の粒径よりも十分に小さくすることが製造上困難となることから、従来のフリットでは、砥粒に比較して相対的に大きなガラス粒子が砥粒間を結合するように溶融しないで研削面へ露出する状態となるので、切れ刃数が減少したり研削焼けなどが発生しやすくなって、必ずしも砥粒径に見合った加工物表面品位が得られなくなるという不都合が生じていたけれども、本実施例のビトリファイド砥石１０によれば、そのようなことがないように、その製造過程において砥石原料内に混入された溶液中すなわちガラス質結合剤原料液からガラス質結合剤１４が生成させられて、それが焼成工程において溶融させられるようになっている。このガラス質結合剤１４の生成においては、溶液濃度の上昇過程において微細なガラス粒が砥粒１２の周りに析出あるいはコーティングさせられると考えられる。
【００２８】
上記溶液すなわちガラス質結合剤原料液は、たとえば図２に示す工程により製造される。すなわち、図２において、先ず、エタノール９０％およびイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）１０％が混合された変成アルコールが有機溶剤として、還流可能な密閉容器である所定の第１反応槽内に用意され且つ攪拌される（第１攪拌工程Ｐ１）。この有機溶剤としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、iso-プロパノール、ｎ−ブタノール、sec-ブタノール、tert- ブタノール、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、１−メトキ−２−プロパノールなどのアルコール類や、トルエン、キシレンなどの芳香族などが用いられ得る。アルコール類は沈殿、ゲル化を生じなければどの溶剤でも使用することができる。しかし、一般的にエーテル結合のある２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、１−メトキシ−２−プロパノールなどはアルコキシド縮重合物もしくはアルコキシド組成物の安定化に寄与し、しかも比較的高沸点溶剤であるので脱型時の急激な溶媒の揮散を防止することができる点において好適に用いられる。また、芳香族類（トルエンが好ましい）は後述のナトリウムアルコキシド安定化溶媒として有用であり、必要に応じて用いられる。
【００２９】
次に、前記ガラス質結合剤１４を構成する金属酸化物の金属元素のアルコキシド（アルコキシ基が結合した金属）が上記第１反応槽内に順次投入されて攪拌される。本実施例のガラス質結合剤１４は、その酸化物組成がＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％とされた耐熱性、耐熱衝撃性ガラスであるため、そのようなガラスを得るための組成および配合比の金属元素のアルコシドが上記有機溶剤に順次溶かされる。すなわち、たとえばエチルシリケートのような、一般式Ｓｉ（ＯＲ1 ）4 （但しＲ1 は炭素数１〜４のアルキル基）で表されるテトラアルキルシリケートまたはシリカ縮重合物と、たとえばホウ酸トリメチルのような、一般式Ｂ（ＯＲ3 ）3 （但しＲ3 は炭素数１〜２のアルキル基）で表されるＢアルコキシドまたは酸化ホウ素アルコール溶液と、たとえばアルミニウム−ジ−sec-ブトキシ−３オキソブタン酸エチルのような、一般式Ａｌ（ＯＲ2 ）n ・Ｌm （但しＲ2 はアルキル基、Ｌは配位子、ｎ+ ｍ＝３）で表されるＡｌアルコキシドおよびたとえばエトキシエタノールのような溶媒とが、上記第１反応槽内で有機溶媒に順次溶解させられる（第２攪拌工程Ｐ２、第３攪拌工程Ｐ３）とともに、その第１反応槽内において加熱還流がたとえば２時間３０分程度の所定時間行われる（第１加熱還流工程Ｐ４）。
【００３０】
一方、別の第２反応槽内において、２プロパノールおよびトルエンの混合液のような有機溶剤が用意されるとともに煮沸され（煮沸工程Ｐ５）、たとえば試薬ナトリウムのような金属ナトリウムがその中に投入されて溶解され（溶解工程Ｐ６）た後、濾過工程Ｐ７において濾過されることにより、一般式Ｎａ（ＯＲ4 ）（但しＲ4 は炭素数３〜４のアルキル基）で表されるＮａアルコキシドが生成される。このようにして得られたＮａアルコキシドが前記第１反応槽内にさらに加えられたあとで、たとえば８０℃の加熱還流がたとえば５時間程度の所定時間実行された後、冷却工程Ｐ９において速やかに３５℃以下の常温まで冷却される。上記加熱還流は、金属元素から解離しやすいアルキル基を熱を継続的に加えることにより結合状態に維持させるためのものである。そして、濃縮工程Ｐ１０において、上記冷却工程Ｐ９において冷却された溶液が５０℃の温度および１５０ｍｍＨｇの圧力で加熱減圧濃縮されることにより溶液中に有機溶媒が揮散させられ、前記ガラス質結合剤１４に含まれる金属元素Ｓｉ（珪素）、Ａｌ（アルニミウム）、Ｂ（ホウ素）、Ｎａ（ナトリウム）のアルコキシドを含む所謂ハイブリッド質の金属アルコキシド混合物がビトリファイド砥石用ガラス質結合剤１４の原料液（以下、原料液１という）として得られる。この原料液１は、ゾル液の前駆体であり、固形分濃度が２５〜４０％となるように濃縮されている。
【００３１】
図３は、ビトリファイド砥石用ガラス質結合剤１４の他の原料液（以下、原料液２という）を製造する工程を示している。この図３に示す工程は、緩やかにゾル液化するために２段階で加水分解および縮重合反応を行う第５攪拌工程Ｐ１１および第２攪拌工程Ｐ１２を付加した点において相違するので、その相違点を中心として説明する。第５攪拌工程（加水分解工程）Ｐ１１では、冷却工程Ｐ９において３５℃以下まで冷却された第１反応槽内のアルコキシド溶液に対して、１４３．６ｇのイオン交換水をエタノール５００ｇで希釈して攪拌下で滴下投入され、たとえば１時間程度の所定時間攪拌されることにより加水分解反応が緩やかに開始される。
【００３２】
次いで、第６攪拌工程（加水分解縮重合工程）Ｐ１２では、上記第１反応槽内のアルコキシド溶液に対して、５．６８ｇのｐ−トルエンスルホン酸のような酸触媒を５０ｇのエタノールで溶解したものが攪拌下で滴下投入され、たとえば３時間程度の所定時間さらに攪拌されることにより加水分解反応および縮重合反応が行われる。上記加水分解により各金属アルアルコキシドがそれぞれ水酸化物に変換され、上記縮重合によりそれぞれの水酸化物が相互に結合される。上記工程Ｐ１１およびＰ１２において、添加されるイオン交換水やエタノールに含まれる水は、その量に応じて加水分解反応が進行するので、溶液のゲル化を発生させないように緩やかに反応を進行させる量に設定されている。また、上記工程Ｐ１２において、酸触媒は、その量に応じて加水分解反応や縮重合反応が促進されるので、溶液のゲル化を発生させないようにその量が設定されている。
【００３３】
そして、濃縮工程Ｐ１０において、上記工程Ｐ１１およびＰ１２において加水分解および縮重合させられたことによりゾル化された第１反応槽内の溶液が加熱減圧濃縮されることにより溶液中の有機溶媒が揮散させられ、前記ガラス質結合剤１４に含まれる金属元素Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎａのアルコキシドを含む所謂ハイブリッド質の金属アルコキシド縮重合物がビトリファイド砥石用ガラス質結合剤１４の原料液（以下、原料液２という）として得られる。この原料液２は、その固形分濃度が２５〜４０％となるように濃縮されている。
【００３４】
図４は、上記のようにして得られたビトリファイド砥石用ガラス質結合剤原料液（原料液１または２）を用いて前記ビトリファイド砥石１０を製造するビトリファイド砥石製造工程を示している。先ず、３８重量部の上記ガラス質結合剤原料液、２７重量部の＃６０００（平均粒径２μｍ）のＳｉＣ砥粒、３０重量部の＃６０００（平均粒径２μｍ）のダイヤモンド砥粒が所定の混合容器内に投入され、高速攪拌機にて１分間混合されることにより分散させられる（高速攪拌工程Ｐ２０）。次いで、５重量部のＫＯＨの１０％溶液がさらに加えられてすばやく混合され（混合工程Ｐ２１）、得られた流動性の砥石原料が、たとえば内径１３ｍｍφ、高さ１５０ｍｍの所定の成形型内へ流し込まれる（流込工程Ｐ２２）。約１５分程度の所定時間後に上記原料液のゲル化に伴う流動性の砥石原料のゲル化が完了すると、成形品が上記成形型から脱型され（脱型工程Ｐ２３）、常温で４時間程度乾燥させられて有機溶媒がさらに揮散させられる（乾燥工程Ｐ２４）。この段階において、原料液内の金属元素Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎａのアルコキシドの混合物或いは縮重合物が砥粒の粒径よりも十分に小さな微細なガラス粒としてその砥粒の周囲に析出させられると考えられる。そして、上記成形品が８００℃−１時間保持の焼成条件にて焼成されることにより、酸化物組成がＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％、とされた耐熱性、耐熱衝撃性ガラスであるガラス質結合剤１４が砥粒１２を結合した状態でその砥粒１２間に生成されて、前記ビトリファイド砥石１０が得られる。なお、上記焼成では、１５０℃、３００℃、５００℃において脱バインダーのための温度保持が行われた。また、６００℃以上の温度領域において窒素ガス雰囲気とされた。
【００３５】
以下、本発明者等が行った実験例を説明する。先ず、図２の工程により得られた原料液１を用いて図４に示す工程により実験試料１を作成し、図３の工程により得られた原料液２を用いて図４に示す工程により実験試料２を作成した。また、ダイヤモンド砥粒およびＳｉＣ砥粒の粒度をそれぞれ＃１００００として原料液２を用いて図４に示す工程により実験試料３を作成した。これらの実験試料１、２、３は、いずれにおいても同様の砥石組成、すなわちダイヤ砥粒が１５容量部、ＳｉＣ砥粒が１５容量部、ビトリファイドボンド（ガラス質結合剤１４）が１０容量部、気孔１６が６０容量部であって、５ｍｍの厚みに切断されることによりペレット形状を成し、図５に示すように、直径２００ｍｍφ、厚み５ｍｍのアルミニウム製台板３０の一面に一定数たとえば３６個貼り着けられて以下に示す試験条件で研磨試験が行われた。また、従来型のたとえば３μｍ程度に粉砕され且つ上記実験試料１、２、３のガラス質結合剤と同様の酸化物組成を含むフリット（粉体）状のガラス質結合剤を２５容量部と、番数が＃６０００のダイヤモンド砥粒を３５容量部と、番数が＃６０００のＳｉＣ砥粒を３５容量部と、水を５容量部と、必要に応じて適当な粘着剤とを用いて混合し且つ１３ｍｍφの成形金型内に充填して５０ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力でプレス成形し、１０００℃にて１時間保持の焼成を行い、実験試料１、２、３と同様のペレット形状の比較試料１を作成した。この焼成では、１００℃および２００℃において脱バインダーのための１時間の温度保持が行われ、６００℃以上の温度領域において窒素ガス雰囲気とされた。さらに、番数が＃１００００のダイヤモンド砥粒およびＳｉＣ砥粒を用いた他は上記比較試料１と同様の材料および工程を用いて比較試料２を作成した。これらの比較試料１および２は、上記実験試料１、２、３と同様の砥石組成、すなわちダイヤ砥粒が１５容量部、ＳｉＣ砥粒が１５容量部、ビトリファイドボンド（ガラス質結合剤１４）が１０容量部、気孔１６が６０容量部であって、厚みが５ｍｍのペレット形状に形成され、アルミニウム製台板３０の一面に一定数たとえば３６個貼り着けられて以下に示す試験条件で研磨試験が行われた。なお、上記比較試料１および２の焼成温度が１０００℃とされているのは、用いられたフリット状のガラス質結合剤を十分に溶融させて適度な濡れを生じさせるためである。実験試料１、２、３の焼成温度がそれよりも２００℃も低いということは、その実験試料１、２、３におけるガラス質結合剤が溶液を出発材料として生成された反応性に富む微細粒であると推定される。これが溶液法によりガラス質結合剤を砥粒間或いは砥粒表面に生成する場合の大きな特徴である。
【００３６】
研磨試験条件
砥石寸法：２００ｍｍφ×厚み４０ｍｍ（アルミニウム製台板３０を含む）
台板の一面に３６個の１３ｍｍφのペレット状砥石を貼着
研磨方法：縦軸型平面研削盤（片面研磨）
砥石周速：１８００ｍ／ｍｉｎ
切込速度：１０μｍ／ｍｉｎ
切込み量：トータル７μｍ
ワーク材質および種類：８インチシリコンウエハ
ワーク前加工面：エッチング面
研磨液  ：水
【００３７】
0003679013.tif 000002
【００３８】
表１は上記実験の結果を示している。実験試料１、２、３の砥石は、比較試料１、２に比べて、同一砥粒および同一砥石構造において被削材の表面粗さが細かく、傷のすくない良好な表面品位が得られた。また、実験試料１、２、３の砥石では、＃６０００以上の極微細砥粒であるにも拘らず砥粒粒度が細かくなるほど表面粗さが小さくなって表面品位が向上する。すなわち、＃６０００以上の極微細な砥粒１２でもガラス質結合剤１４によって１つずつ確実に保持され、摩耗時においても好適に順次脱落（集団で脱落しない）している証明であり、砥粒の粒度に見合った被削材の表面品位が得られる砥石であると言える。
【００３９】
上述のように、本実施例のビトリファイド砥石１０によれば、砥粒１２を結合するためのガラス質結合剤１４は、そのガラス質結合剤原料液１または２に含まれる複数の元素から図４に示すビトリファイド砥石製造過程、特に脱型工程Ｐ２３以後の乾燥工程Ｐ２４や焼成工程Ｐ２５において砥粒１２の間に生成（析出）されたものであることから、たとえ砥粒が＃１０００以上特に３０００以上すなわち平均粒径６μｍ以下の細粒であっても、砥粒１２の粒径に比較してさらに微細な粒径とされているので、その焼成後においては砥粒径に見合った加工物表面品位の研削加工を行うことができるビトリファイド砥石１０が得られる。
【００４０】
また、本実施例においては、ガラス質結合剤原料液１或いは２から生成されるガラス質結合剤１４は、３〜８×１０-6／℃の熱膨張係数を有するものであることから、ＣＢＮ、ダイヤモンドなどの超砥粒やＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 などの一般砥粒の熱膨張係数に近接させられるので、耐熱性や熱衝撃性に強いビトリファイド砥石１０が得られる。
【００４１】
また、本実施例においては、ガラス質結合剤原料液１或いは２は、４種の元素Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎａを含むものであって、さらに好適には、ガラス質結合剤１４の酸化物組成をＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％となるように、４種の元素Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎａを含むものであるので、耐熱性や熱衝撃性の高いガラス質結合剤１４すなわちビトリファイドボンドが得られる。
【００４２】
また、図４に示される本実施例のビトリファイド砥石製造方法は、(a) 前記ガラス質結合剤１４の複数の元素を含むガラス質結合剤原料液１或いは２を作成する結合剤原料液作成工程Ｐ１乃至Ｐ１０（図２或いは図３）と、(b) その結合剤原料液作成工程Ｐ１乃至Ｐ１０により作成された結合剤原料液１或いは２と前記砥粒とを所定の割合で混合して流動性の砥石原料を調整する砥石原料調整工程Ｐ２０およびＰ２１と、(c) その砥石原料調整工程Ｐ２０およびＰ２１により調整された砥石原料を成形型内に流し込むことにより所定の成形品とする成形工程Ｐ２２と、(d) その成形工程Ｐ２２により成形された成形品を焼成し、前記結合剤原料液１或いは２に含まれる複数の元素から成るガラス質結合剤１４を生成させて砥粒間を結合させる焼成工程Ｐ２５とを、含むものであることから、ガラス質結合剤原料液１或いは２は、砥石原料調整工程Ｐ２０およびＰ２１により流動性砥石原料に混合され、成形工程Ｐ２２により成形型内に流し込まれた後、焼成工程Ｐ２５において焼成されるとき、砥粒１２よりも十分に細かな粒子として析出してその砥粒を結合させることから、たとえ砥粒１２が＃３０００以上すなわち平均粒径６μｍ以下の細粒であっても、その砥粒１２の粒径に比較して析出によりさらに微細な粒径に生成されるので、砥粒径に見合った加工物表面品位の研削加工を行うことができるビトリファイド砥石１０が得られる。
【００４３】
また、本実施例によれば、ガラス質結合剤原料液２は、ゾル液であり、前記成形工程Ｐ２３の成形型内においてゲルに変化させられるものであることから、ゾル液の状態において砥石原料に混合され成形型内においてゲル化させられるので、成形型からの脱型が容易となる。
【００４４】
また、本実施例によれば、ガラス質結合剤原料液１或いは２は、ガラス質結合剤１４の複数の構成元素がアルコキシ基とそれぞれ結合した金属アルコキシドの混合物から作成されたものであるので、ガラス質結合剤を構成する材料の溶液化が可能となる。
【００４５】
また、本実施例によれば、ガラス質結合剤原料液２は、金属アルコキシドの混合物に加水分解および縮重合を施した金属アルコキシド縮重合物であるので、ガラス質結合剤原料液２が容易にゾル液が得られ、ＫＯＨ（１０％）の添加量が少なくてすむ。
【００４６】
また、本実施例によれば、図３の結合剤原料液作成工程Ｐ１乃至Ｐ１０は、(a) 一般式Ｓｉ（ＯＲ1 ）4 （但しＲ1 は炭素数１〜４のアルキル基）で表されるテトラアルキルシリケートまたはシリカ縮重合物と、一般式Ａｌ（ＯＲ2 ）n ・Ｌm （但しＲ2 はアルキル基、Ｌは配位子であり、ｎ+ ｍ＝３）で表されるＡｌアルコキシドと、一般式Ｂ（ＯＲ3 ）3 （但しＲ3 は炭素数１〜２のアルキル基）で表されるＢアルコキシドまたは酸化ホウ素アルコール溶液とを有機溶媒に溶解して加熱還流する第１加熱還流工程Ｐ１乃至Ｐ４と、(b) その第１加熱還流工程Ｐ１１により還流されたアルコキシド溶液中に、一般式Ｎａ（ＯＲ4 ）（但しＲ4 は炭素数３〜４のアルキル基）で表されるＮａアルコキシドを投入してさらに加熱還流する第２加熱還流工程Ｐ８と、(c) その第２加熱還流工程Ｐ１２により還流されたアルコキシド溶液を冷却する冷却工程Ｐ９と、(d) Ｎａを除く含有金属に対する加水分解率が０〜１００％に値する水および／または酢酸をエタノールで希釈したもの、およびエタノールで希釈した酸触媒を順次投入して前記アルコキシド溶液中の金属アルコキシドを部分的に加水分解および縮重合させてアルコキシド縮重合物を得る加水分解縮重合工程Ｐ１１乃至Ｐ１２とを、含むものである。このようにすれば、ゾル状の原料液２が得られるとともに、それからＳｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎａの４つの元素の酸化物からなる耐熱性の高いガラス質結合剤１４が得られる利点がある。
【００４７】
また、本実施例によれば、図２或いは図３の結合剤原料液作成工程Ｐ１乃至Ｐ１０は、前記ガラス質結合剤の酸化物組成をＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％とするように、前記テトラアルキルシリケートまたはシリカ縮重合物と、Ａｌアルコキシドと、Ｂアルコキシドまたは酸化ホウ素アルコール溶液と、Ｎａアルコキシドとの割合が設定された結合剤原料液１或いは２を作成するものであるので、酸化物組成がＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％から成る耐熱性の高いガラス質結合剤１４が得られる利点がある。
【００４８】
また、本実施例によれば、図２或いは図３の結合剤原料液作成工程Ｐ１乃至Ｐ１０は、テトラアルキルシリケートが１mol に対し、Ａｌアルコキシドを０．０３〜０．３mol 、Ｂアルコキシドを０．２〜０．５mol 、Ｎａアルコキシドを０．０５〜０．２５mol を有機溶媒中に混合して金属アルコキシドを生成し、加水分解のための水および／または酢酸を０〜８mol 混合して加水分解し、触媒として機能する酸を０〜１０mol をさらに添加して前記アルコキシド縮重合物或いはアルコキシド組成物を結合剤原料液として得るものであるので、酸化物組成がＳｉＯ2 ７０〜９０wt％、Ｂ2 Ｏ3 １０〜２０wt％、Ａｌ2 Ｏ3 １〜５wt％、Ｎａ2 Ｏ１〜５wt％から成る耐熱性の高いガラス質結合剤１４が得られる利点がある。
【００４９】
また、本実施例の原料液１或いは２は、ビトリファイド砥石１０の製造過程において砥粒を結合するガラス質結合剤１４を生成するためのガラス質結合剤原料液であって、そのガラス質結合剤１４に含まれる複数の構成元素がそれぞれアルキル基と結合したアルコキシド組成物、またはその縮重合物であるアルコキシド縮重合物から成るものであることから、その原料液１或いは２に含まれる複数の元素からビトリファイド砥石の製造過程において生成されすなわち析出されることにより、上記ガラス質結合剤１４は、たとえ砥粒１２が＃３０００以上すなわち平均粒径が６μｍ以下の細粒であっても、その砥粒１２の粒径に比較して析出によりさらに微細な粒径に生成されるので、砥粒径に見合った加工物表面品位の研削加工を行うことができるビトリファイド砥石１０が得られる。
【００５０】
以上、本発明の一実施例を図面を用いて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００５１】
たとえば、前述の実施例のガラス質結合剤１４は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎａの４元素の酸化物から構成されたものであったが、Ｎａに替えてＫなどのアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属であってもよいし、それらの中の３元素の酸化物から構成されたものであってもよいし、他の元素の酸化物などが含まれるガラスであってもよい。
【００５２】
また、前述の実施例において、濃縮工程Ｐ１０を経た溶液が原料液１或いは２とされていたが、濃縮工程Ｐ１０を経る前の溶液が原料液１或いは２とされてもよい。
【００５３】
また、前述の実施例では、ガラス質結合剤１４を生成するための原料液１或いは２は、そのガラス質結合剤１４に含まれる元素の金属アルコキシドが用いられることにより金属ゾル溶液若しくはそれ等の前駆体とされていたが、他の方法により金属ゾル溶液若しくはその前駆体とされてもよい。
【００５４】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のビトリファイド砥石の構成を拡大して説明する概略図である。
【図２】図１のガラス質結合剤の原料液の製造工程を説明する工程図である。
【図３】図１のガラス質結合剤の他の例の原料液の製造工程を説明する工程図である。
【図４】図１のビトリファイド砥石の製造工程を説明する工程図である。
【図５】図１のガラス質結合剤の性能を試験するために用いられた砥石の構成を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１０：ビトリファイド砥石
１２：砥粒
１４：ガラス質結合剤
【図１】
0003679013.tif 000003
【図２】
0003679013.tif 000004
【図３】
0003679013.tif 000005
【図４】
0003679013.tif 000006
【図５】
0003679013.tif 000007