(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒、或いは砥粒と骨材が無機結合剤により結合されたビトリファイド砥石組織を備えたビトリファイド砥石であって、
前記砥粒は、６０乃至８００メッシュの粒径であるとともに、前記ビトリファイド砥石組織は、連続気孔を有する多孔質であって２０乃至７５容積％の気孔率を備えたものであり、
該ビトリファイド砥石組織内の連続気孔内に、固体潤滑剤を含む樹脂が含浸させられて硬化させられている
ことを特徴とする固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
【請求項２】
前記樹脂は、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂から選択された少なくとも１種類の熱硬化性樹脂である請求項１の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
【請求項３】
前記砥粒は、ダイヤモンド砥粒、或いはＣＢＮ砥粒である請求項１の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
【請求項４】
前記固体潤滑剤は、六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、黒鉛、グラファイトから選択されるものである請求項１の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
【請求項５】
前記固体潤滑剤は、前記樹脂に対して１乃至８０重量％の範囲で含まれるものである請求項１の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
【請求項６】
前記無機結合剤の前記砥粒に対する熱膨張差は、−２×１０-6乃至＋２×１０-6の範囲内である請求項１の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビトリファイド砥石組織内に固体潤滑剤を含む熱硬化性樹脂が含浸され且つ硬化させられた固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス質の無機（ビトリファイド）結合剤により砥粒または砥粒と骨材が結合されて多数の気孔が砥粒間に形成されたビトリファイド砥石組織を有するビトリファイド砥石は、砥粒保持力が強く且つ目立てが容易であるなどの優れた特徴を備えているため、精密研削などに多用されている。近年、研削時間の短縮の要請に従って高能率で研削できるものが求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、無機結合剤の割合を高くすることにより強度および結合度を高くしたビトリファイド砥石が提案され、実用に供されつつある。これによれば、ビトリファイド砥石が硬くなるため、高能率研削という目的はある程度の範囲で達成できるが、未だ十分ではなかった。無機結合剤の割合を高くすることで高強度となることから高能率研削が可能となるが、無機結合剤の割合を高くすると、気孔が極端に少なくなるだけでなく砥粒の破砕および離脱が不十分となって研削焼け、切粉の目詰まりや溶着が発生し易くなるなどの研削性能上の不都合が発生するのに加えて、使用時においてビトリファイド砥石の欠けが発生し易くなるという欠点があった。
【０００４】
一方、ビトリファイド砥石原料をホットプレスなどを用いて成形することにより得た気孔の少ないビトリファイド砥石を製造してそれを高能率研削に用いることが考えられるが、このような場合には、特殊且つ能率の低い製造設備を用いることになって、製品が高価となるだけでなく、製造可能な砥石寸法の制限がある。
【０００５】
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、ビトリファイド砥石の特徴である目立ての容易性を保持したままで、研削焼け、切粉の目詰まりや溶着が発生し難く、砥粒の保持力に優れ、しかも、研削液を用いないで、水或いは冷風によっても比較的充分な研削性能が得られるビトリファイド砥石を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石の要旨とするところは、砥粒、或いは砥粒と骨材が無機結合剤により結合されたビトリファイド砥石組織を備えたビトリファイド砥石であって、前記砥粒は、６０乃至８００メッシュの粒径であるとともに、前記ビトリファイド砥石組織は、連続気孔を有する多孔質であって２０乃至７５容積％の気孔率を備えたものであり、前記ビトリファイド砥石組織内の連続気孔内に、固体潤滑剤を含む樹脂が含浸させられて硬化させられていることにある。
【０００７】
【発明の効果】
このようにすれば、砥粒が６０乃至８００メッシュの粒径であり且つ連続気孔を有する多孔質であって２０乃至７５容積％の気孔率を備えたビトリファイド砥石組織内の連続気孔内に、固体潤滑剤を含む樹脂が含浸させられて硬化させられていることから、以下の効果が得られる。すなわち、固体潤滑剤を含む樹脂がビトリファイド砥石組織内の空隙内に含浸且つ硬化させられているので、研削焼け、切粉の目詰まりや溶着が発生し難く、研削加工上の問題が解消されるとともに、砥粒の保持力が高められて研削比が大幅に改善され、しかもビトリファイド砥石の目立ての容易性が保持されつつ、そのビトリファイド砥石の欠けが好適に防止される。換言すれば、ビトリファイド砥石組織内に含浸させられる樹脂の存在によって気孔が埋められているので、金属粉がチップポケットに詰まることがなく、溶着や目詰まりの発生が好適に防止されるとともに、気孔を埋める熱硬化性樹脂は砥粒に比較して軟質であるので、被削材に対しては凹んだ状態となるので、砥粒の破砕や脱粒が適度に行われて研削焼けも好適に防止され、しかも、無機結合剤により弱く保持されている砥粒は熱硬化性樹脂によっても保持されることにより保持力が高められてその早期の脱粒が抑制されるので、高い研削比が得られるのである。そして、固体潤滑剤がビトリファイド砥石組織内の空隙内に含浸させた樹脂中に含まれているので、潤滑効果を備えた研削液を用いないで、水や冷風のみでも研削が可能となった。
【０００８】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記ビトリファイド砥石は、好ましくは１０より大きく且つ２３０未満程度、さらに好ましくは２０〜２００の集中度でダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、或いはそれらの混合砥粒などのヌープ硬度が３０００以上であって６０メッシュ（平均粒径２２０μｍ）乃至８００メッシュ（平均粒径２０μｍ）の超砥粒を含むものである。また、前記樹脂含浸前のビトリファイド砥石は、２０〜７５容積％、さらに好ましくは３０〜６５容積％の気孔率を備える。
【０００９】
また、好適には、前記無機結合剤は、超砥粒を用いた場合に適当なもの、たとえばホウ珪酸ガラス、結晶化ガラスが用いられる。この結晶化ガラスとしては、たとえばウィレマイトを析出するガラスである。また、無機結合剤としては、砥粒の保持力を充分なものとするために、超砥粒の熱膨張係数に対して−２×１０−６乃至＋２×１０−６  （１／Ｋ：室温〜  ５００℃）  の範囲の熱膨張係数が選択される。
【００１０】
また、好適には、前記無機結合剤は、砥粒の保持力を維持し且つ前記のような気孔率を備えるために前記ビトリファイド砥石に対して１５〜３５体積％の範囲の割合で用いられる。また、前記ビトリファイド超砥粒砥石には、必要に応じて、無機バルーンのような無機質中空物質のような気孔形成材が骨材として含まれてもよい。
【００１１】
また、好適には、前記樹脂は、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂から選択された少なくとも１種類の熱硬化性樹脂である。このようにすれば、熱可塑性樹脂を用いる場合に比較して、研削砥石の強度が高くされる。
【００１２】
また、好適には、前記固体潤滑剤は、前記ビトリファイド砥石の気孔よりも十分に小さな径、たとえば平均粒径が１μｍ以下の六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、黒鉛、グラファイトである。このようにすれば、固体潤滑剤がビトリファイド砥石組織内に均一に配置されるので、その固体潤滑剤の潤滑効果が好適に得られる。
【００１３】
また、好適には、前記固体潤滑剤は、前記ビトリファイド砥石組織内に含浸させる樹脂に対して１乃至８０重量％の範囲で含まれる。１重量％を下まわる場合には固体潤滑剤の効果が充分に得られ難くなり、８０重量％を越えると、樹脂の粘性が高くなってビトリファイド砥石組織に対する含浸が充分に行われ難くなる。
【００１４】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例の樹脂含浸補強構造を備えたビトリファイド砥石であるセグメントチップ砥石１０を示している。このセグメントチップ砥石１０は、全体として板材が円弧状に湾曲させられた形状を成し、金属製、繊維強化樹脂製、或いはビトリファイド砥石製のコア部１２の外周面に対して、たとえばエポキシ系の接着剤により隙間なく貼り付けられるものである。図２に示す砥石車１８は、上記セグメントチップ砥石１０がコア部１２の外周面に張り着けられることにより構成されたものである。なお、コア部１２の中央には、回転軸取付穴１９が設けられている。
【００１６】
上記セグメントチップ砥石１０は、専ら研削に関与する外周砥石層１４およびその外周砥石層１４を機械的に支持するための基台として機能する内周砥石層１６とから一体的に構成されている。外周砥石層１４および内周砥石層１６は、相互に共通の無機結合剤により結合されているが、砥粒が主に相違する。すなわち、外周砥石層１４はＣＢＮ砥粒、ダイヤモンド砥粒などのヌープ硬度が３０００以上の超砥粒を備えたものであるが、内周砥石層１６は、溶融アルミナ質、炭化珪素質などの一般砥粒を備えて安価に構成されたものである。なお、上記超砥粒は、６０メッシュ（平均粒径２２０μｍ）乃至８００メッシュ（平均粒径２０μｍ）の範囲内の大きさのものが好適に用いられる。
【００１７】
上記セグメントチップ砥石１０は、たとえば図３に示す工程に従って製造される。先ず、原料調合工程２０では、セグメントチップ砥石１０の原料である砥粒と、ガラス質の無機結合剤と、デキストリンのような粘結剤と、必要に応じて適宜混入される有機物或いは無機バルーンのような気孔形成剤とが外周砥石層１４および内周砥石層１６毎に予め設定された割合で秤量され且つ混合されることによりそれぞれ調合される。上記無機結合剤は、ホウ珪酸ガラス、又はウィレマイトを析出する結晶化ガラスであって、超砥粒の熱膨張係数に対して−２×１０−６乃至＋２×１０−６  ／Ｋ  （室温〜５００℃）程度の熱膨張係数を備えたものである。また、上記無機結合剤は、焼成後のビトリファイドチップ砥石１０において１５乃至３５容積％の範囲内で含有されるように調合される。たとえば、外周砥石層１４の原料としては、ＧＥ社製ＣＢＮ砥粒ｔｙｐｅ−Ｉ＃８０／＃１００を５０．０重量部に対してビトリファイド結合剤を１８．０重量部および糊量を１０．０重量部を混合したものが用意され、内周砥石層１６の原料としては、炭化珪素砥粒（  ＃８０）を５０．０重量部に対してビトリファイド結合剤を１８．０重量部および糊量を１０．０重量部を混合したものが用意される。
【００１８】
次いで、成形工程２２では、所定のプレス金型内に上記外周砥石層１４および内周砥石層１６の原料が充填され、且つプレスされることにより、図１に示す形状に成形される。続く焼成工程２４では、たとえば９００℃程度の温度で成形後の品物が焼成され、たとえば長さ４０ｍｍ、幅１０．４ｍｍ、厚み７．４ｍｍのセグメントチップ砥石１０が得られる。この焼成工程２４では、原料に含まれる粘結剤が消失させられるとともに、無機結合剤が溶融させられて砥粒を相互に結合する。これにより、超砥粒が無機結合剤により結合された多数の連続気孔を有する多孔質のビトリファイド砥石組織が構成される。このビトリファイド砥石組織は、たとえば、１０乃至２３０、この好ましくは２０乃至２００の範囲内の集中度と、２０乃至７５容積％、好ましくは３０乃至６５容積％の気孔率を備えている。
【００１９】
一方、樹脂調合工程２６では、たとえば液状フェノール樹脂が調合されるとともに、固体潤滑剤として平均粒径が１μｍ以下の六方晶窒化ホウ素が上記フェノール樹脂に対して１乃至８０重量％の範囲内で混入される。上記液状フェノール樹脂としては、たとえば住友デュレズ株式会社製ＰＲ−９４００を１００重量部に対して、電気化学株式会社製の六方晶窒化ホウ素であるデンカボロンナイトライドＳＰ−２を１５重量部混合し、３分間攪拌した比較的低粘性のものが用いられる。
【００２０】
含浸工程２８では、上記焼成工程２４を経た多数の連続気孔を有する多孔質のビトリファイド砥石組織に、上記樹脂調合工程２６で調合された液状フェノール樹脂（熱硬化性樹脂）が含浸させられ、固体潤滑剤も多孔質のビトリファイド砥石組織内に均一に分散させられる。たとえば、調合された流動状態の液状フェノール樹脂をたとえば１０ｍｍ程度の深さとなるように所定のステンレス容器内に収容するとともに、その容器内のフェノール樹脂に成形および焼成後のセグメントチップ砥石１０を全部浸漬した状態で真空脱泡を行うことにより、樹脂含浸が行われる。しかし、多孔質のビトリファイド砥石組織を流動性のフェノール樹脂内に一部浸漬した状態で含浸させてもよい。
【００２１】
硬化工程３０では、上記含浸工程２８でフェノール樹脂が多孔質のビトリファイド砥石組織内に含浸させられたセグメントチップ砥石１０は、必要に応じて余分な樹脂が布などを用いて除去された後、たとえば、所定の乾燥機内で１８０℃程度の乾燥温度で２時間程度保持されることにより、フェノール樹脂が硬化させられる。
【００２２】
以上の工程を経て製造されたセグメントチップ砥石１０は、たとえば３６６ｍｍφのコア部１２の外周面にたとえばエポキシ樹脂接着剤を用いて張り着けられ、たとえば図２に示す砥石車１８が作成される。
【００２３】
上記のように構成された砥石車１８においては、セグメントチップ砥石１０のビトリファイド砥石組織内に含浸させられるフェノール樹脂の存在によって気孔が埋められているので、研削中に被削材から発生する金属粉がチップポケットに詰まることがなく、溶着や目詰まりの発生が好適に防止される。また、気孔を埋めるフェノール樹脂は砥粒に比較して軟質であるので、被削材に対しては凹んだ状態となるので、砥粒の破砕や脱粒が適度に行われて研削焼けも好適に防止される。また、フェノール樹脂は砥粒に比較して軟質であることから、ビトリファイド砥石の特徴である目立ての容易性が保持されつつ、砥石の欠けが好適に防止される。同時に、無機結合剤により弱く保持されている砥粒はフェノール樹脂によっても保持されることにより保持力が高められてその早期の脱粒が抑制されるので、高い研削比が得られる。さらに、従来のビトリファイド砥石の製造工程に樹脂含浸工程および樹脂硬化工程を加えるだけでよいので、特殊且つ能率の低い製造設備を用いるホットプレスなどに比較して、製品が安価となるだけでなく、製造可能な砥石寸法の制限がない。しかも、ビトリファイド砥石組織内に含浸させられるフェノール樹脂には固体潤滑剤である六方晶窒化ホウ素が混入されて均一に分散させられていることから、研削時において潤滑効果のある研削液を用いないで、たとえば水或いは冷風のみでも研削が可能となった。
【００２４】
以下、上記のような工程で製造されたセグメントチップ砥石１０を用いて、それに含浸硬化させられた固体潤滑剤を含むフェノール樹脂と砥石性能との関係を明らかにする実験例を説明する。
【００２５】
【実験例１】
本実験例１において用いるセグメントチップ砥石１０が張り着けられるコア部１２は中央部に取付穴１９を有する円板状スチール板製であり、そのセグメントチップ砥石１０の外周砥石層１４および内周砥石層１６の調合は以下の通りである。
・外周砥石層１４
ＣＢＮ砥粒（ＧＥ社製  Ｔｙｐｅ−Ｉ  ＃８０／＃１００  ）    ５０．０（容量部）
ビトリファイド結合剤                      １８．０（容量部）
糊量（粘結剤）                            １０．０（容量部）
・内周砥石層１６
炭化珪素砥粒（  ＃８０）                      ５０．０（容量部）
ビトリファイド結合剤                      １８．０（容量部）
糊量（粘結剤）                            １０．０（容量部）
【００２６】
上記の配合に従って調合した原料をプレス成形した生砥石を、９００℃で５時間焼成して長さ７０ｍｍ、幅１０．４ｍｍ、厚み７．４ｍｍのセグメントチップ砥石１０を多数作成した。このときの外周砥石層１４および内周砥石層１６の厚みはそれぞれ３．８ｍｍおよび３．６ｍｍである。次いで、フェノール樹脂（住友デュレズ株式会社製ＰＲ−９４００）１００．０重量部に、六方晶窒化ホウ素（電気化学工業株式会社製ＳＰ−２）を１５重量部加え３分間攪拌して混合し、このフェノール樹脂を前述の工程のように上記セグメントチップ砥石１０に含浸させて硬化させたものを実験例１とした。また、上記六方晶窒化ホウ素を含まない他は同様にフェノール樹脂を上記セグメントチップ砥石１０に含浸させて硬化させたものを比較例１とし、フェノール樹脂を含浸させないセグメントチップ砥石１０を比較例２とした。表１は、上記の実験例１、比較例１、比較例２の砥石構造を示すものである。尚、表１の抗折強度の単位はＭＰａであり、他は体積％である。
【００２７】
【表１】
0003553810.tif 000002
【００２８】
そして、以下に示す研削試験条件Ｉを行うことにより得られた上記の実験例１、比較例１、比較例２の研削性能を表２に示す。また、上記研削試験条件Ｉに用いた研削液に代えて水道水を用いた場合の研削性能を表３に示す。
【００２９】
【研削試験条件Ｉ】
砥石寸法      外径３８０ｍｍφ×厚み１０ｍｍ×内径８０ｍｍ
使用機械      円筒研削盤
研削方式      湿式プランジ研削（エマルジョン系水溶性研削液）
砥石周速      １６０ｍ／ｓｅｃ
被削材        ＳＣＭ４３５
被削材寸法    外径６０ｍｍφ×幅５ｍｍ
取代          ６０ｍｍφ→３７ｍｍφ
研削能率      ７０ｍｍ３  ／ｍｍ
【００３０】
【表２】
0003553810.tif 000003
【００３１】
【表３】
0003553810.tif 000004
【００３２】
表２から明らかなように、実施例１のセグメントチップ砥石は、比較例１および比較例２に比較して、研削比が１．７倍および３．３倍であって、摩耗が少なく、加工面状態も研削焼けがなく比較例１に比較して良好である。また、切粉の溶着もなく、高価なビトリファイド超砥粒砥石を有効に使用できる。また、表３から明らかなように、研削液に代えて水道水を用いた場合でも、実施例１のセグメントチップ砥石は、比較例１および比較例２に比較して、研削比が２．３倍および４．２倍であって、摩耗が少なく、加工面状態も研削焼けがなく比較例１に比較して良好である。
【００３３】
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。
【００３４】
たとえば、前述の実施例では、ビトリファイド砥石組織内に含浸させられる熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂が用いられていたが、１液性或いは２液性のエポキシ樹脂であってもよいし、ウレタン樹脂、ポリビニールアルコールなどの熱可塑性の液状樹脂であってもよい。２液性のエポキシ樹脂の場合には、たとえば、ビスフェノールＡなどの流動性（液状）のエポキシ樹脂主剤にポリアミド系樹脂などから成る流動性（液状）の硬化剤が混合される。
【００３５】
また、前述の実施例のセグメントチップ砥石１０は、専ら研磨に関与する外周砥石層１４とそれをバックアップするための内周砥石層１６とから構成されていたが、全体が外周砥石層１４と同様の組成により構成されても差し支えないし、棒状のホーニング砥石、ブロック状の超仕上げ砥石であってもよい。
【００３６】
また、前述の実施例のセグメントチップ砥石１０の外周砥石層１４は、ＣＢＮ砥粒を含むものであったが、ダイヤモンド砥粒であってもよいし、アランダム（溶融アルミナ質砥粒）、カーボランダム（炭化珪素質砥粒）などの他の一般砥粒であっても差し支えない。
【００３７】
また、前述の実施例のセグメントチップ砥石１０は、所定厚みの円環状部材が分割された形状に成形されていたが、円環状に一体に成形されたものであってもよい。
【００３８】
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固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石であるセグメントチップ砥石を示す斜視図である。
【図２】図１のセグメントチップ砥石が外周面に張り着けられた砥石車を示す斜視図である。
【図３】図１のセグメントチップ砥石の製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
１０：セグメントチップ砥石（固体潤滑剤を含む樹脂含浸ビトリファイド砥石）１４：外周砥石層
１６：内周砥石層
【図１】
0003553810.tif 000005
【図２】
0003553810.tif 000006
【図３】
0003553810.tif 000007