(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を含有する砥石であって、研削面の法線方向に沿った超音波伝播速度と、該研削面に直交する面の法線方向に沿った超音波伝播速度との比が０．９８以下であり、前記ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の扁平度「δ」が、０．４５以下であることを特徴とする高精度研摩用ゾルゲル焼結アルミナ質砥石。
【請求項２】
長軸を有する前記ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の該長軸を研削面に対し平行に配列して含有することを特徴とする請求項１記載の高精度研摩用ゾルゲル焼結アルミナ質砥石。
【請求項３】
砥石の体積比率が、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒５〜５０ｖｏｌ％、ビトリファイボンド５〜３０ｖｏｌ％、及び気孔２０〜６０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高精度研摩用ゾルゲル焼結アルミナ質砥石。
【請求項４】
一般砥粒を砥石の体積比率で４５ｖｏｌ％以下含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の高精度研摩用ゾルゲル焼結アルミナ質砥石。
【請求項５】
扁平度「δ」が、０．４５以下であるゾルゲル焼結アルミナ質砥粒と結合剤を含む配合物を加圧成形して該ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の扁平面又は長軸を加圧面と平行に配向させ、得られた成形体の前記加圧面に平行な面を研削使用面とすることを特徴とする高精度研摩用ゾルゲル焼結アルミナ質砥石の製造方法。
【請求項６】
扁平度「δ」が、０．４５以下であるゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を含む成形体のプレス面と実質的に平行な面を研削面とすることを特徴とする高精度研摩用ゾルゲル焼結アルミナ質砥石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度研摩用ゾルゲル焼結アルミナ質砥石及びその製造方法に関し、特にゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を配向して結合させたホーニング加工用砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホーニング加工は高い加工精度が要求される摺動面の加工に適用され、例えば、シリンダブロック、ギヤ、コンロッドなどの自動車部品の円筒部内面の加工に適用される。ホーニング砥石は、多数の砥粒と結合剤を含む坏土をプレスして成形し、結合剤としてビトリファイボンドを用いた場合は焼成し、得られたブロックからプレス側面が研削面になるように砥石が切り出される。プレス側面を研削面とする理由は、プレス側面に砥粒の尖鋭な部分が顕れるからである。例えば、このような砥石として、特開昭５１−５２５９２号公報には、針状の研削粒子の長軸が砥石の作用面に対して直角であるように研削粒子が整列されたセグメント砥石が開示されている。また、同様に研削粒子の尖鋭部分が作用面方向を向いている研摩工具が、例えば、特開平６−２７８０３４号公報（板状アルミナの尖鋭面が作用面を向いている）に開示されている。
【０００３】
ホーニング砥石においては砥材（砥粒）として、ホワイトアランダム（ＷＡ）などの一般砥粒やゾルゲル焼結アルミナ質砥粒が用いられる。ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒は切刃の更新性に優れ、これを結合したホーニング砥石は研削能力が高いものとなる。特開平１−１６７３７５号公報又は特公平７−９１５３２号公報には、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を結合させた砥石が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般砥粒を結合させた砥石を用いてホーニング加工を行う場合、砥粒の切れ味が悪いため面粗度が細かくなるが研削時間は多くかかる。一方、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を結合させた砥石によれば、切れ味と耐用は向上するが、面粗度が粗くなってしまう。また、砥粒の尖鋭部を研削面（作用面）に向けて配列させた砥石を用いる場合、研削比は向上するが研摩面が粗くなり、このような砥石は高精度の研摩面を得ることを目的とするホーニング加工用砥石として適切なものではない。
【０００５】
以上の事情に鑑み、本発明の課題は、高精度の研摩面が得られ、しかもゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を用いたことによる切れ味の良さも発揮される、特にホーニング加工用に最適な高精度研摩用ゾルゲル焼結アルミナ質砥石及びその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の各視点はそれぞれ下記の要素を備える。第１の視点においては、研削面の法線方向に沿った超音波伝播速度と、研削面に直交する面の法線方向に沿った超音波伝播速度との比（研削面の法線方向に沿った超音波伝播速度／研削面に直交する面の法線方向に沿った超音波伝播速度）が０．９８以下であり、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の扁平度「δ」が０．４５以下である。第２の視点においては、砥石が長軸を有するゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の長軸を研削面に対し平行に配列して含有する。第３の視点においては、砥石の体積比率が、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒５〜５０ｖｏｌ％である。ビトリファイボンド５〜３０ｖｏｌ％である。気孔２０〜６０ｖｏｌ％である。第４の視点においては、一般砥粒を砥石の体積比率で４５ｖｏｌ％以下含む。第５の視点においては、扁平度「δ」が、０．４５以下であるゾルゲル焼結アルミナ質砥粒と結合剤を含む配合物を加圧成形してゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の扁平面又は長軸を加圧面と平行に配向させる。得られた成形体の加圧面に平行な面を研削使用面とする。第６の視点においては、扁平度「δ」が、０．４５以下であるゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を含む成形体のプレス面と実質的に平行な面を研削面とする。前記各視点は、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を含有する砥石、特に砥粒をビトリファイボンドなどで比較的強固に結合した砥石に対して好適に適用される。
【０００７】
以下、本発明を発明するに至った経緯を説明する。ホーニング砥石において、一般砥粒を用いた場合、砥粒の摩滅により、被研削面の面性状を向上させる効果（面粗度が小さくなる）はあるが、切れ味は劣る（研削時間がかかる）という問題がある。一方、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を用いた場合は、破砕は微少に進行することから切れ味と耐用性は高いが、被研削面が粗くなるという問題がある。面粗度を向上させるには、(１)砥粒の結合度を高くする、(２)砥粒の粒度を細かくする、などの手法があるがそれぞれに問題がある。すなわち、(１)の手法によれば、耐用は向上するが切れ味が悪くなる。(２)の手法によれば、切れ味、耐用とも悪くなる。
【０００８】
以上の知見に基づき、本発明者らは、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を所定方向に配向させ、特定の面を研削面として使用することにより、上記相反する問題らが解決できることを見出した。本発明に基づく砥石においては、一例として、成形加工により配向されたゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の扁平な面が良く顕れるプレス（加圧成形）面を研削面とすることにより、作用面積が大きくなるため、面粗度が細かくなり耐用も向上する。しかも、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の切れ味の良さも十分に発揮される。このような砥石においては、超音波伝搬速度に異方性、すなわち、方向（面間）によって異なる超音波伝搬速度を有する。この超音波伝搬速度の差によって好ましい研削面を選択することが可能となる。また、好ましくは、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の内、嵩比重が低いものを使用することにより、プレス面による砥粒の配向性が高く、扁平な面がプレス面に一層よく顕れるため、被研削面がさらに細かくなり耐用も向上する。なお、砥粒の扁平度「δ」は、δ＝砥粒の嵩比重（ＪＩＳ  Ｒ６１２６による）／砥粒の比重（ＪＩＳ  Ｒ６１２５による）で表すことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。まず、表１に本発明に基づく砥石の好ましい原料及び気孔率について示す。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
ここで、砥材となるゾルゲル焼結アルミナ質砥粒としては、扁平度「δ」が０．４５以下、好ましくは０．４以下のものを用いることが好ましい。通常のゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の嵩比重は、通常１．７超〜１．８であるが、嵩比重１．７以下（特に１．５〜１．６）の低嵩のものを用いることが好ましい。また、平均砥粒粒子体積比が小さい砥粒が、扁平面がよく顕れているので好ましい。平均砥粒粒子体積比とは、平均砥粒粒子体積＝（砥粒の１個当たり平均重量／砥粒の密度）／標準砂の体積、と表すことができる（米国ＡＭＳＩ基準＃Ｂ７４．１８、１９８４、或いは特開平１−１６７３７５号公報第３頁参照）。好ましくは、平均砥粒粒子体積比が０．８以下、さらには０．７以下である砥粒を用いる。別に、押出成形などにより、フィラメント状の生成形体を得て、これを粉砕したフィラメント状のゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を用いてもよい。この場合、砥粒の長軸面（長軸に沿った面）が実質的な扁平面となり、これらの扁平面が顕れた面が研削面となる。アスペクト比が高い砥粒は扁平面が顕著に顕れているので、これを含む配合物（坏土）を加圧成形することにより、扁平面が加圧成形面に顕著に顕れた配向度の高い異方性砥石を得ることができ好ましい。なお、砥粒の長軸が扁平な面と平行であることが好ましい。砥粒の扁平面が配向して顕れた加圧成形面（プレス面）と、加圧成形面に直交する面とは、超音波伝播速度の相違により区別することができる。好ましくは、加圧成形面に直交する面間の超音波伝播速度と、砥粒の扁平面が配向して顕れた加圧成形面間（加圧成形方向）の超音波伝播速度との比が０．９８以下、より好ましくは０．９６以下、さらに好ましくは０．９５以下である砥粒扁平面の配向度の高い異方性砥石が好ましい。すなわち、砥石の研削面の法線方向の超音波伝播速度と、該研削面に直交する面の法線方向の超音波伝播速度との比が０．９８以下（以下、上記と同様）であることが好ましく（後述の表８参照）、超音波伝搬速度の差から面粗度と研削比の両立が図られるように研削使用面を定めることができる。
【００１２】
ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒に混合される一般砥粒として、アルミナ研磨材、炭化珪素研磨材などを用いても良い。例えば、上記ＷＡ（ホワイトアランダム）や、ＧＣ（グリーンシリコンカーバイド）などが挙げられる。場合によっては超砥粒を混合してもよい。例えば、砥粒の混合割合をゾルゲル焼結アルミナ質砥粒：２０〜１００ｖｏｌ％、ＧＣ又はＷＡ砥粒：０〜８０％とする。また、ビトリファイドボンドを、ガラスフリット、天然ないし生原料から得ることができる。例えばホウ珪酸ソーダガラス、結晶化ガラス、石英ガラスなどである。好ましくは、使用する砥粒の熱膨張係数に近似しているガラス質のものが好ましい。なお、本発明の砥石を、結合剤として樹脂（熱硬化性合成樹脂、硬質の熱可塑性合成樹脂、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン）を用いたレジノイド砥石、メタルボンドを用いたメタルボンド砥石として作製することもできる。
【００１３】
次に、本発明に基づく砥石の好ましい製造方法について説明する。表１に示した砥材及びビトリファイボンドと、結合剤などの成形助剤を添加して混合し、混合坏土を得る。この混合坏土を金型に装填し、加圧成形する。この加圧成形は、一軸のプレスが好ましい。この加圧成形によりゾルゲル焼結アルミナ質砥粒が配向し、加圧面（プレス面）ないし加圧面に平行な面にゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の扁平面が多く顕れた異方性の成形体が得られる。この成形体を焼結し、焼結体から前記加圧面（プレス面）ないし加圧面に平行な面を有する所定の大きさの砥石を切り出す。図１（ａ）に得られた砥石の組織を模式的に示す。図１（ａ）を参照して、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒が配向して、該砥粒の扁平面がプレス面と平行に顕れていることが分かる。
【００１４】
加圧成形方法として、一軸のプレス成形以外に、遠心成形法、鋳込み成形法、シート成形、ロール成形、押出成形を用いることができる。一軸プレスの場合は、上述したように、扁平面は加圧面に平行となる（図１（ａ）の角砥石参照）。遠心成形の場合、扁平面は回転接線方向に平行となる（図１（ｂ）の遠心成形による丸砥石参照）。なお、本明細書においては、丸砥石であって周面を研削面とする場合、丸砥石の半径方向を研削面の法線方向とする。鋳込成形の場合、扁平面は鋳込面に平行となる。シート成形の場合、扁平面はシート面に平行となる。また、成形工程で使用する金型として、角形を使用する場合は後工程の切り出しが容易となる。砥粒の配向性を高めるため、遠心成形、鋳込成形を行う場合は丸金型を用いることが好ましい。プレス成形などの際、振動を加えることによりさらに砥粒の配向度が向上するので好ましい。
【００１５】
本発明に基づく砥石、その製造方法及び研削方法は、例えば、超仕上砥石などにも好適に適用される。
【００１６】
【実施例】
［実施例１］
(１)  表２のＮｏ．２〜６に示す種々のゾルゲル焼結アルミナ質砥粒８０部（粒度＃２２０）に、それぞれビトリファィドボンド（ホウ珪酸ソーダガラス）２０部、及びデキストリン水溶液４部を混合し、撹拌し混合坏土を得た。(２)  混合坏土を角形の金型に装填しプレス成形して、長さ８０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚み２０ｍｍの成形体（生角砥石）を得た。ここで、プレス成形は、表３に示すように、焼成後の砥石構造が砥粒率４７vol％、結合剤率１８vol％、気孔率３５vol％となるように行った。(３)  得られた成形体を９００℃で焼成した。(４)  プレス面に平行な面が砥石の研削面（使用面）となるように、角砥石から長さ２７ｍｍ、幅３．５ｍｍ、厚み３．０ｍｍの寸法の砥石を切り出し、研削面とする面に仕上げ加工を行った。但し、試料Ｎｏ．２の砥石（比較例２）については、プレス側面（図１（ａ）参照）を研削面として仕上げ加工を行った。また、Ｎｏ．１の試料として、他の試料と同様に（但し焼成温度は１１００℃、焼成後の砥石構造は表３参照）、ＷＡ砥石を作製し、プレス側面を研削面として仕上げ加工を行った。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
【表３】
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【００１９】
次に、表２に示した試料１〜６の砥石を用いて研削試験を行った。表４に試験条件を示し、図２及び図３に試験結果を示す。図２を参照して、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の尖鋭な部分が顕れているプレス側面を研削面とした試料Ｎｏ．２を用いた場合が最も面粗度が悪くなった。図３を参照して、ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を用いた試料Ｎｏ．２〜６の方が、ＷＡ砥粒を用いた試料Ｎｏ．１より研削比が高くなった。また、図２及び図３を参照して、低嵩（扁平度０．３９）のゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を用いた試料Ｎｏ．４，６の方がそれぞれ、通常（扁平度０．４４）のゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を用いた試料Ｎｏ．３，５よりも面粗度及び研削比の双方に関して優れていた。また、成型時に振動を加えた試料Ｎｏ．６の方が、加えなかった試料Ｎｏ．４よりも面粗度及び研削比の双方に関して優れていた。
【００２０】
【表４】
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【００２１】
［実施例２］
表５に示すＮｏ．１〜６の砥石を下記のように作製した。まず、表６に、Ｎｏ．１〜６の砥石に係る原料及びそれらの砥石構成を示す。また、表７に、Ｎｏ．１〜６の砥石の原料である溶融アルミナ砥粒（ＷＡ）とゾルゲル焼結アルミナ質砥粒（低嵩ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒）の粒度・嵩比重・真比重・偏平度を示す。
【００２２】
【表５】
0003539853.tif 000006
【００２３】
【表６】
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【００２４】
【表７】
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【００２５】
Ｎｏ．１〜６の砥石の製造方法を説明する。(１)  砥粒（砥材）、ビトリファイボンド（ホウ珪酸ソーダガラス）及び適量のデキストリン水溶液を混合し、混合坏土を得た。(２)  混合坏土を角形の金型に装填しプレス成形して、長さ８０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚み２０ｍｍの成形体（生角砥石）を得た。ここで、前記プレス成形は成形体の密度が、焼成後砥石構造が表６に示した砥石構造となるように行った。(３)  得られた成形体を９００℃で焼成した。但し、ＷＡを原料とするＮｏ１、２は１１００℃で焼成した。(４)  表５に示したそれぞれの面が砥石の研削面（使用面）となるように、角砥石から長さ２７ｍｍ、幅３．５ｍｍ、厚み３．０ｍｍの寸法の砥石を切り出し、それらの使用面を仕上げ加工した。
【００２６】
得られたＮｏ．１〜６の砥石を用いて、それらのプレス方向とプレス側面方向（図１（ａ）参照）における超音波伝播速度を測定した。表８にこの試験結果を示す。表８より、プレス方向とプレス側面方向で超音波伝播速度が異なることから、得られた砥石において砥粒が所定方向に配向していることが分かる。また、Ｎｏ．３，４とＮｏ．６の砥石における伝播速度を対比して、振動成形により砥粒の配向度が変化することが分かる。
【００２７】
【表８】
0003539853.tif 000009
【００２８】
ここで、前述の表５に示したＮｏ．１〜６の砥石の内、Ｎｏ．１〜５の砥石を用いて研削性能試験を行った。試験条件は表４に示した通りである。図４に、これらの砥石における消費電力値と研削比の関係、図５に、消費電力値と面粗度の関係を示す。図４及び図５より、Ｎｏ．５の低嵩ゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を用いた砥石が、切れ味及び面粗度に関して最も優れていることが分かる。また、同じくゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を用いたＮｏ．３と４の砥石を対比して、プレス側面を使用面としたＮｏ．３の砥石は切れ味は良いが研摩面の平滑度が劣り、プレス面を使用面としたＮｏ．４の砥石は切れ味はやや劣るが研摩面の平滑度が高くなり、高精度の研摩面を得ることを目的とするホーニング加工用の砥石として優れていることが分かる。従って、図４，図５及び表８より、プレス面の法線方向（Ｐ方向）の超音波伝播速度とプレス側面の法線方向（Ｓ方向）の超音波伝播速度の比（Ｐ方向／Ｓ方向）が好ましくは０．９８以下であること、より好ましくは０．９６以下、さらに好ましくは０．９５以下であることが分かる。また、この試験例では、Ｓ方向とＰ方向の超音波伝搬速度の差が２００ｍｓ以上であることが好ましい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ゾルゲル焼結アルミナ質砥石の特徴である切れ味の良さを備え、しかも面粗度の良好な研摩面を得ることができるゾルゲル焼結アルミナ質砥石が提供される。このような特性をもった砥石は、高精度の研摩面を得ることを目的とするホーニング加工用砥石として好適に使用される。また、本発明の砥石においては、砥材としてゾルゲル焼結アルミナ質砥粒と一般砥粒とを混合して用いても所定の効果を得ることができるため、比較的高価なゾルゲル焼結アルミナ質砥粒の使用量を削減し、砥石の価格を低下させることができる。また、生成形体のプレス加工によってゾルゲル焼結アルミナ質砥粒を所定方向に配向させることができるため、上記特性を有する砥石を安価な製造コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る砥石の構造を説明するための図であって、（ａ）は一軸プレス成形による角砥石、（ｂ）は遠心成形による丸砥石を示す。
【図２】本発明の一実施例に係る砥石らの研削試験結果（面粗度）を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施例に係る砥石らの研削試験結果（研削比）を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施例に係る砥石らの研削試験結果（研削比）を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施例に係る砥石らの研削試験結果（面粗度）を説明するための図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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