(57)【要約】【課題】特に溝付き工具の溝等のクリープフィード研削に用いて、研削熱を確実かつ効果的に発散することができ、研削比の一層の向上やワークをより高い精度で研削することが可能なレジンボンド砥石を提供する。【解決手段】樹脂をバインダーとするボンド相に超砥粒が分散された砥粒層を有するレジンボンド砥石であって、ボンド相には、カーボンが５〜２０vol%の範囲で、Ａｇ粒子とＣｕ粒子とが、互いの体積比を１：３〜３：１の範囲とし、かつボンド相に対して７〜３０vol%の範囲で、バインダーが５０〜７０vol%の範囲で、それぞれ含有されている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂をバインダーとするボンド相に超砥粒が分散された砥粒層を有するレジンボンド砥石であって、
上記ボンド相には、
カーボンが５〜２０vol%の範囲で、
Ａｇ粒子とＣｕ粒子とが、互いの体積比を１：３〜３：１の範囲とし、かつ上記ボンド相に対して７〜３０vol%の範囲で、
上記バインダーが５０〜７０vol%の範囲で、
それぞれ含有されていることを特徴とするレジンボンド砥石。
【請求項２】
上記ボンド相にはさらに粒径６０μｍ以下の硬質粒子が２０vol%以下の範囲で含有されていることを特徴とする請求項１に記載のレジンボンド砥石。
【請求項３】
上記硬質粒子は、ＷＡまたはＳｉＣであることを特徴とする請求項２に記載のレジンボンド砥石。
【請求項４】
上記ボンド相にはさらに平均粒径４０〜２００μｍの中空ガラス粒子が１５vol%以下の範囲で含有されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のレジンボンド砥石。
【請求項５】
上記砥粒層における上記超砥粒の含有量が１５〜３５vol%の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のレジンボンド砥石。
【請求項６】
クリープフィード研削用砥石であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のレジンボンド砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばドリルやエンドミルのような溝付き工具の溝のクリープフィード研削に用いて好適なレジンボンド砥石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような溝付き工具の溝のクリープフィード研削に用いるレジンボンド砥石としては、例えば特許文献１に、樹脂結合相中にフィラーとしてアモルファスカーボンとファイバーカーボンとが所定の混合割合で、なおかつ樹脂結合相に対して所定の含有比率で分散配置されたものが提案されている。また、特許文献２には、例えば半導体ウェハーなどの高脆性材料の鏡面研削などに用いられるレジンボンド砥石として、特許文献１と同様に樹脂結合相中にアモルファスカーボンを分散配置するとともに、このアモルファスカーボンの他に耐摩耗性フィラーとして、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどを樹脂結合相中に分散することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２７０１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１３８２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このうち特許文献１に記載のレジンボンド砥石では、アモルファスカーボンやファイバーカーボンが有する固体潤滑性により研削抵抗を低減して砥石の切れ味を良くし、研削比を向上させて長寿命な砥石を得ている。ところが、特に上述の溝付工具の溝研削におけるクリープフィード研削では、切込みが深くて送り速度が遅い上に研削熱が籠もりやすいため、潤滑性を良くしてもワークや砥石に生じた熱により、結合相による砥粒の保持力が低下して研削比が損なわれやすいとともに、砥粒層自体の形状も維持し難くなってワークの成形精度も劣化するおそれがある。
【０００５】
この点、特許文献２に記載のレジンボンド砥石においては、特に耐摩耗性フィラーとしてＡｇやＣｕ等の金属フィラーを分散した場合には、かかる金属が有する熱伝導率の高さによって砥粒層に籠もりがちな熱を発散させることができる。しかしながら、これらの金属フィラーのうち、Ｃｕは熱伝導率がより高くて熱の発散性では優れる反面、酸化されやすくてこの高い熱伝導率が早期に失われてしまうという問題がある。その一方で、Ａｇは酸化はされ難いものの、熱伝導率はＣｕに比べると低いため、速やかな熱の発散を期待することはできない。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、特に上述した溝付き工具の溝等のクリープフィード研削に用いて、研削熱を確実かつ効果的に発散することができ、研削比の一層の向上やワークをより高い精度で研削することが可能なレジンボンド砥石を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、樹脂をバインダーとするボンド相に超砥粒が分散された砥粒層を有するレジンボンド砥石であって、上記ボンド相には、カーボンが５〜２０vol%の範囲で、Ａｇ粒子とＣｕ粒子とが、互いの体積比を１：３〜３：１の範囲とし、かつ上記ボンド相に対して７〜３０vol%の範囲で、上記バインダーが５０〜７０vol%の範囲で、それぞれ含有されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このようなレジンボンド砥石においては、ボンド相に５〜２０vol%の範囲で含有されるカーボンによる固体潤滑性によって研削抵抗を低減して研削比の向上を図ることができるとともに、７〜３０vol%の範囲で含有されるＡｇ粒子とＣｕ粒子により砥粒層の耐摩耗性を高めてその形状、寸法を維持し、成形精度を確保することができる。そして、これらＡｇ粒子とＣｕ粒子とは、互いの体積比が１：３〜３：１の範囲となるように、すなわち一方が他方に対して１／３以上３倍以下の体積比となるようにして含有されており、砥粒層の研削部位において生じた研削熱は熱伝導率の高いＣｕ粒子によって速やかに発散させられるとともに、このＣｕ粒子が酸化されても、残存する研削熱を酸化され難いＡｇ粒子によって確実に発散させることができる。
【０００９】
従って、上記構成のレジンボンド砥石によれば、特に上述のような溝付き工具の溝研削などにおけるクリープフィード研削用砥石として用いても、籠もりがちな研削熱を効率的に、しかも確実に発散させることができ、ボンド相における超砥粒の保持力を維持して研削比の一層の向上を図ることが可能となるとともに、砥粒層を所定の形状、寸法に保持してより高い精度でワークを研削することができる。ここで、Ａｇ粒子とＣｕ粒子との体積比が１：３〜３：１の範囲を越えると、両粒子の含有バランスが損なわれてＣｕ粒子による速やかな熱の発散性とＡｇ粒子による持続する熱の発散性とのいずれか一方が奏功されなくなり、このような効果を得ることができなくなる。
【００１０】
なお、これらＡｇ粒子およびＣｕ粒子と、上記カーボンとバインダーとしての樹脂とは、その総合計としてボンド相の体積の１００vol%を越えるものでなければよく、例えばカーボンが２０vol%、Ａｇ粒子とＣｕ粒子とが３０vol%で含有されている場合には、バインダーの含有量は５０vol%となる。また、ボンド相にはこれらの成分以外のフィラーが含有されていてもよく、この場合にはＡｇ粒子およびＣｕ粒子とカーボンとバインダー樹脂との総合計はボンド相の１００vol%未満となる。
【００１１】
このようなフィラーとして、上記ボンド相にはさらに粒径６０μｍ以下の硬質粒子が２０vol%以下の範囲で含有されていてもよく、これによりボンド相の耐摩耗性をさらに向上させてワークを一層高い精度で研削することが可能となる。なお、このような硬質粒子としては、ＷＡまたはＳｉＣが含有されるのが望ましい。また、このような硬質粒子に代えて、あるいは該硬質粒子とともに、上記ボンド相にはさらに平均粒径４０〜２００μｍの中空ガラス粒子が１５vol%以下の範囲で含有されていてもよく、この場合には研削時に中空ガラス粒子が破砕されて砥粒層表面にチップポケットが形成されることにより、切屑排出性が向上するのは勿論、上記Ａｇ粒子やＣｕ粒子も砥粒層表面に露出してより一層の熱発散を促すことが可能となる。
【００１２】
さらに、このような砥粒層における上記超砥粒の含有量は１５〜３５vol%の範囲であることが望ましく、これよりも超砥粒含有量が少ないと如何にボンド相の熱発散性が向上しても高い研削比を得ることができなくなる一方、これより超砥粒含有量が多くても砥粒層に占めるボンド相の割合が少なくなって超砥粒が脱落しやすくなり、砥粒層の形状や寸法を確実に維持することが困難となるおそれが生じる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、Ａｇ粒子とＣｕ粒子とをバランス良くボンド相に含有させることにより、研削熱を確実かつ速やかに、しかも持続的に効率よく発散させることができる。従って、たとえ研削熱が籠もりがちな溝研削などにおけるクリープフィード研削でも、研削比の向上を図ることができるとともに高い成形精度を確保することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態のレジンボンド砥石は、超硬合金、ハイス、セラミックス、ガラス、水晶、焼き入れ鋼などの材質のワークをクリープフィード研削するのに用いられ、より具体的には超硬合金やハイス等からなるドリルやエンドミル等の溝付き工具の溝（フルート）研削加工や超硬合金、ダイス鋼等からなる金型の研磨に用いて好適なものであって、中心軸線回りに回転される円盤状の砥石本体の外周に、例えば研削する溝の断面形状に応じた断面の砥粒層を備えている。
【００１５】
そして、この砥粒層は、熱硬化性フェノールやポリイミド等の樹脂をバインダーとするボンド相にｃＢＮまたはダイヤモンド等の超砥粒が均一に分散されたものであって、このうち超砥粒を除く上記ボンド相にはさらに、５〜２０vol%のカーボンと、合計で７〜３０vol%のＡｇ粒子およびＣｕ粒子とが、５０〜７０vol%の上記バインダーにやはり均一に分散されてそれぞれ含有されており、このうちＡｇ粒子とＣｕ粒子とは互いの体積比が１：３〜３：１の範囲となるようにされている。また、砥粒層における超砥粒の含有量は１５〜３５vol%の範囲とされている。
【００１６】
ここで、上記カーボンとしては、例えば比重が１．３〜２．０で、最大繊維長７０μｍ、繊維直径６〜１０μｍ程度のカーボンファイバーを必要に応じて粉砕したものが用いられ、本実施形態では比重１．７６、繊維長３０μｍ、繊維直径７μｍ、かさ密度０．７５程度のものが用いられている。なお、このカーボンは、特許文献１記載のレジンボンド砥石と同様にアモルファスカーボンであってもよい。また、Ａｇ粒子としては、純度９９．９５％以上、比重１０．５０程度の板状ないしは片状の電解銀粉が用いられ、その粒径（最大寸法）は１〜３０μｍとされている。さらに、Ｃｕ粒子としては、理論密度８．９６ｇ／ｃｍ３、見掛け密度１．４５ｇ／ｃｍ３程度の電解銅粉が用いられ、その平均粒径は２〜９μｍとされて、本実施形態では３μｍとされている。
【００１７】
上記ボンド相は、これらカーボンと、Ａｇ粒子およびＣｕ粒子と、樹脂バインダーとによってのみ形成されていてもよく、例えばカーボンの含有量が最大の２０vol%、Ａｇ粒子とＣｕ粒子の合計含有量がやはり最大の３０vol%のときには、バインダーの含有量は最小の５０vol%とされる。一方、例えばカーボンの含有量が最少の５vol%で、Ａｇ粒子とＣｕ粒子の合計含有量もやはり最少の７vol%の場合には、バインダーの含有量は最大でも７０vol%であるので、そのような場合にはボンド相にカーボン、Ａｇ粒子およびＣｕ粒子以外のフィラーが含有される。
【００１８】
このようなフィラーとして、第１に、ボンド相には粒径６０μｍ以下の硬質粒子が２０vol%以下の範囲で含有されていてもよい。ここで、かかる硬質粒子としては、例えばＷＡまたはＳｉＣが用いられる。また、第２に、平均粒径４０〜２００μｍの中空ガラス粒子が１５vol%以下の範囲で含有されていてもよく、これら硬質粒子と中空ガラス粒子との双方が含有されていてもよい。さらに、これら硬質粒子や中空ガラス粒子以外の、例えばＣｒ２Ｏ３粒子等が含有されていてもよい。
【００１９】
このようなカーボン、Ａｇ粒子およびＣｕ粒子、バインダー樹脂と、必要に応じて上記硬質粒子や中空ガラス粒子等とは、上記超砥粒とともに、それぞれのボンド相または砥粒層に対する含有量が上記各範囲となるように、かつその総和がボンド相および砥粒層の１００vol%となるように均一に混合され、ホットプレス等によって焼成されることにより、本実施形態のレジンボンド砥石が製造される。
【００２０】
従って、このように構成されたレジンボンド砥石では、まずボンド相にカーボンが５〜２０vol%の範囲で含有されており、その固体潤滑性により研削抵抗の低減を図って研削比を向上させることができる。また、ボンド相には金属フィラーとしてＡｇ粒子とＣｕ粒子とが合計で７〜３０vol%の範囲で含有されていて、これにより砥粒層の耐摩耗性を高めることができて、該砥粒層の形状や寸法を維持することが可能となり、従って上述のような溝研削加工を行う場合でもワークに高い成形精度を確保することができる。
【００２１】
そして、さらにこれらＡｇ粒子とＣｕ粒子とは、互いの体積比が１：３〜３：１の範囲となるようにされており、すなわち互いに一方が他方に対して少なくとも１／３の含有量が確保されるようにボンド相に含有されており、上述したような高硬度の材質よりなるワークをクリープフィード研削するときに発生した研削熱を、まずは熱伝導率の高いＣｕ粒子によって速やかに発散させることができる。これは、特にワークが上述のような溝付き工具であってその溝研削を行う場合のように、ワーク側に発生した研削熱が溝内に籠もりがちとなってレジンボンド砥石側の砥粒層における熱の発散も妨げられ易い場合に特に効果的である。
【００２２】
その一方で、かかるＣｕ粒子は酸化されやすくてこのような高い熱伝導率を長く維持するのは難しいのに対し、Ａｇ粒子は、Ｃｕ粒子と比較して熱伝導率は低いものの酸化され難く、長期に亙って安定した熱の発散を図ることができる。従って、上記構成のレジンボンド砥石によれば、Ｃｕ粒子による即効性とＡｇ粒子による持続性とによって研削熱を確実かつ効率的に発散させることができるので、かかる研削熱の滞留によってボンド相の超砥粒保持力が損なわれるのを防いで研削比の一層の向上を図ることができるとともに、砥粒層自体の形状や寸法についてもより確実に維持することが可能となり、ワークの成形精度についても一層の向上を図ることができる。
【００２３】
ここで、ボンド相に含有されるこれらＡｇ粒子とＣｕ粒子との体積比が１：３〜３：１の範囲を越えて、一方が他方に対して１／３を下回るような含有量となってしまうと、この含有量が少なくなった両粒子のうちの一方による熱発散の即効性または持続性のいずれかの効果が確実に奏功されなくなり、発生した研削熱を速やかに発散させることができなくなったり、あるいは熱の発散性が早期に失われてしまったりするおそれがある。また、これらＡｇ粒子およびＣｕ粒子の合計含有量がボンド相全体に対して７vol%を下回るほど少なくなると、たとえその体積比が上記範囲内にあったとしても絶対的な粒子の含有量が少なくなって、やはり熱発散の即効性または持続性あるいはこれらの双方が確実に奏功されなくなるおそれがある。
【００２４】
一方、これらＡｇ粒子およびＣｕ粒子の合計含有量がボンド相に対して３０vol%を上回るほど多かったり、あるいはカーボンの含有量が２０vol%を上回るほど多かったりすると、相対的にボンド相における樹脂バインダーの含有量が少なくなって却って超砥粒の保持力が低下してしまうおそれがあり、逆にこの樹脂バインダーの含有量が７０vol%を越えるほど多すぎると、ボンド相の強度が低下して砥粒層の形状や寸法を確実に維持することが困難となるおそれがある。また、カーボンの含有量が５vol%を下回るほど少ないと、十分な固体潤滑性が得られずに研削抵抗を低減することができず、研削比を確実に向上させることができなくなるおそれがある。
【００２５】
さらに、これらカーボンとＡｇ粒子およびＣｕ粒子とに加え、他のフィラーとして、第１に上述したＷＡまたはＳｉＣのような硬質粒子をボンド相に含有させた場合には、ボンド相の耐摩耗性を高めて砥粒層の形状、寸法を一層安定化させ、ワークの成形精度をさらに向上させることが可能となる。ただし、このような硬質粒子は、その粒径が大きすぎたりボンド相における含有量が多すぎたりすると、Ａｇ粒子およびＣｕ粒子による研削熱の発散を阻害して上述の効果を損なうおそれがあるため、粒径は６０μｍ以下とされるのが望ましく、またボンド相における含有量は２０vol%以下とされるのが望ましい。なお、この硬質粒子は、ＷＡとＳｉＣとのうちの１種でもよく、またこれら２種を混合して含有させてもよい。
【００２６】
また、このような硬質粒子に代えて、あるいは該硬質粒子とともに、ボンド相に中空ガラス粒子を分散して含有させた場合には、研削時にこの中空ガラス粒子が破砕されることによって砥粒層の表面にチップポケットが形成されるので、研削によって生成される微細な切屑をこのチップポケットを介して排出することができて、研削抵抗の一層の低減を図ることができるとともに、ボンド相に含有された上記Ａｇ粒子やＣｕ粒子をこのチップポケットから砥粒層の表面に多く露出させることができ、これにより一層効率的な研削熱の発散を促すことが可能となる。ただし、このような中空ガラス粒子についても、その粒径が小さすぎるとこのような効果を得ることができない一方、粒径が大きすぎたり含有量が多すぎたりすると、形成されるチップポケットも大きくなりすぎて砥粒層が早期に摩耗するおそれがあるので、中空ガラス粒子の粒径は平均粒径で４０〜２００μｍとされるのが望ましく、またボンド相への含有量は１５vol%以下とされるのが望ましい。
【００２７】
さらに、本実施形態では、このようにカーボン、Ａｇ粒子およびＣｕ粒子、樹脂バインダー、および必要に応じて硬質粒子や中空ガラス粒子を含有したボンド相に上記超砥粒を合わせた砥粒層において、この超砥粒の含有量が１５〜３５vol%の範囲とされており、上述したＡｇ粒子およびＣｕ粒子の熱発散性による高い研削比をより確実に維持することが可能となる。すなわち、この超砥粒の含有量が１５vol%を下回るほど小さいと、切刃となるべき超砥粒が少ないために高い研削比を得ることはできず、かといって超砥粒含有量が３５vol%を上回るほど多くても、超砥粒を保持するボンド相自体の体積が少なくなるために如何に熱発散性が高められても超砥粒の脱落が促進されることが避けられず、やはり研削比の向上が阻害されることになる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例を挙げて上述した効果について実証する。本実施例では、上記実施形態に基づいて、比重１．７６、繊維長３０μｍ、繊維直径７μｍ、かさ密度０．７５のカーボンファイバーを５〜２０vol%の範囲で含有し、また純度９９．９５％以上、比重１０．５０で粒径（最大寸法）が５μｍの板状ないしは片状の電解銀粉よりなるＡｇ粒子と、理論密度８．９６ｇ／ｃｍ３、見掛け密度１．４５ｇ／ｃｍ３、平均粒径が３μｍの電解銅粉よりなるＣｕ粒子とを、互いの体積比が１：３〜３：１の範囲となるようにして７〜３０vol%の範囲で含有し、さらに熱硬化性フェノール樹脂よりなるバインダーを５０〜７０vol%の範囲で含有したボンド相に、超砥粒として平均粒径８０μｍのダイヤモンド砥粒を集中度１００および１２５（砥粒層に対する含有量２５vol%および３１．２５vol%）で分散した複数種のレジンボンド砥石を製造した。これらを実施例１〜１０とする。
【００２９】
なお、このうち実施例１においては平均粒径１２０μｍ、比重２．５の中空ガラス粒子を１０vol%で、実施例１、３〜６、８、１０においては硬質粒子として平均粒径３５μｍのＳｉＣを１５vol%で、実施例２、７、９においては硬質粒子として平均粒径４８μｍのＷＡを１５vol%で、それぞれボンド相に含有させ、さらに実施例６、７ではＳｉＣ、ＷＡに加えて平均粒径０．５μｍのＣｒ２Ｏ３を７．５vol%で含有させた。また、これらの実施例に対する比較例として、カーボンの含有量が５vol%未満で、Ａｇ粒子とＣｕ粒子の体積比が上記の範囲外とされ、さらに一部で樹脂バインダーの含有量や硬質粒子の含有量も上記範囲外とされた複数種のレジンボンド砥石を製造した。これらを比較例１〜５とする。
【００３０】
そして、これら実施例１〜１０および比較例１〜５とにより、超硬合金よりなるワークに対してクリープフィード研削を行い、その際の研削比と、砥粒層の形状、寸法の変化の指標として研削終了後のコーナーだれの大きさとを測定した。この結果を、各実施例および各比較例のレジンボンド砥石における砥粒集中度およびボンド相の組成と合わせて表１に示す。なお、レジンボンド砥石はホイール寸法：２００Ｄ／７Ｔ／３Ｘ／５０．８Ｈ、仕様：ＳＤＣ２００−１００Ｂで、研削条件は周速：２５ｍ／秒、テーブル送り速度：０．１７ｍ／秒、湿式研削（ソリューションタイプ、５０倍希釈）、研削長は１０ｍであった。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
この表１の結果より、本発明に係わる実施例１〜１０のレジンボンド砥石では研削比がいずれも３００を上回り、コーナーだれも小さく抑えられていたのに対し、カーボンの含有量が少なく、またＡｇ粒子とＣｕ粒子の体積比も１：３〜３：１の範囲外で、さらに一部で樹脂バインダーの含有量や硬質粒子の含有量も上記範囲外とされた比較例１〜５のレジンボンド砥石では研削比が３００未満で、コーナーだれも比較的大きくなっている。特に、実施例１〜１０のうちでも、ボンド相にカーボンと、Ａｇ粒子およびＣｕ粒子と、硬質粒子と、そしてさらに中空ガラス粒子とが、それぞれ上述した所定の範囲で含有された実施例１のレジンボンド砥石では、他の実施例２〜１０に比べても優れた研削性能が得られていることが分かる。