(57)【要約】      （修正有）【課題】セラミックスのような超硬質材料の研削に適したメタルボンド砥石及びその製造方法を提供する。【解決手段】砥石の台金に濡れ性の良いロー材からなる浅い第１接合材層３３により砥粒３２の底部を台金３１表面に着座させて保持し、次に、濡れ性の良いロー材からなる深い第２接合材層３５を第１接合材層３３に重合させる共に砥粒３２がその頂部近辺を残して埋没されるように形成する。砥粒３２は、台金３１表面に確実に着座されて頂部高さが整列され、頂部近辺を残して第１及び第２接合材層内に埋没されて強固に保持され、隣接する砥粒間に底部の浅い凹陥部が研削屑排出ポケット３７として形成される。ロー材として、チタン（周期律表第４Ａ族）、バナジウム（周期律表第５Ａ族）、クロム（周期律表第６Ａ族）のうちのいずれか１つの族の金属の粉末、及び周期律表第１Ｂ族の金属の粉末の混合組成が使用される。【選択図】        図３
2004181597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる多数の砥粒と、これら多数の砥粒を前記基台上に接合する金属材料からなる接合材とで構成され、前記接合材としての濡れ性の良いロー材により前記砥粒を前記基台に固定してなるメタルボンド砥石において、前記接合材が、前記砥粒を前記基台表面に着座状態で定着させるための比較的薄い第１接合材層と、この第１接合材層により前記基台表面に定着された各砥粒の頂部近辺を残して各砥粒を埋没させると共に前記第１接合材層の表面を覆う第２接合材層と、からなるメタルボンド砥石。
【請求項２】
前記基台が金属材料からなり、前記第１接合材層が隣接する２つの砥粒間に形成する凹陥部の底部の前記基台表面からの平均高さが前記砥粒の前記基台表面からの平均高さの５割以下であることを特徴とする請求項１に記載のメタルボンド砥石。
【請求項３】
前記基台が金属材料からなり、前記第２接合材層が隣接する２つの砥粒間に形成する凹陥部の底部の前記基台表面からの平均高さが前記砥粒の前記基台表面からの平均高さの８割を越えないことを特徴とする請求項１又は２に記載のメタルボンド砥石。
【請求項４】
前記第１及び第２接合材層が、チタン（Ｔｉ  ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃｒ  ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか１つの族の金属と、周期律表第１Ｂ族の金属との合金からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のメタルボンド砥石。
【請求項５】
１又はそれ以上の金属粉末と有機バインダとを混合してペースト状物質を作る工程と、このペースト状物質を砥石の基台上に塗布する第１塗布工程と、前記基台に塗布された前記ペースト状物質に対しダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）のうちのいずれか一方の多数の砥粒或いはそれらを混合した多数の砥粒を均一な分布状態に植え込んで前記基台表面に定着させる工程と、前記砥粒を前記基台表面に保持する前記ペースト状物質を所定の温度にて焼成して第１接合材層を形成する焼成工程と、この焼成工程により前記砥粒が前記基台表面に着座された状態において、前記第１接合材層を覆うように１又はそれ以上の金属粉末と有機バインダとの混合物であるペースト状物質を塗布する第２塗布工程と、この第２塗布工程で塗布したペースト状物質を所定の温度にて焼成して第２接合層を前記第１接合層上に重合して形成する再焼成工程と、からなることを特徴とするメタルボンド砥石の製造方法。
【請求項６】
前記基台を金属材料で形成し、前記第１塗布工程における前記ペースト状物質の塗布厚さは、前記焼成工程の後に隣接する２つの砥粒間に形成される凹陥部の底面の前記基台表面からの高さがこの基台表面からの前記砥粒の頂部の平均高さの５割以下となるように選定されることを特徴とする請求項５記載のメタルボンド砥石の製造方法。
【請求項７】
前記基台を金属材料で形成し、前記第２塗布工程における前記ペースト状物質の塗布厚さは、前記再焼成工程の後に隣接する２つの砥粒間に形成される前記第２接合材層の凹陥部の底面の前記基台表面からの高さがこの基台表面からの前記砥粒の頂部の平均高さの８割を超えないように選定されることを特徴とする請求項５又は６記載のメタルボンド砥石の製造方法。
【請求項８】
前記基台を金属材料で形成し、前記第２塗布工程における前記ペースト状物質の塗布厚さは、前記再焼成工程の前では前記砥粒の平均高さの８割以上とされるが、前記再焼成工程の後では前記第２接合材層の隣接する砥粒間に形成される凹陥部の底面の前記基台表面からの高さがこの基台表面からの前記砥粒の頂部の平均高さの８割を超えないように選定されることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載のメタルボンド砥石の製造方法。
【請求項９】
前記ペースト状物質は、チタン（Ｔｉ  ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃｒ  ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか１つ族の金属粉末と、周期律表第１Ｂ族の金属粉末と、有機バインダを混合して作られることを特徴とする請求項５〜８の何れかに記載のメタルボンド砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤモンド砥粒や立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒等の超砥粒を用いたメタルボンド砥石及びその製造方法に関するもので、特に、セラミックスや超硬工具材料のような超硬質材料の研削加工に適したメタルボンド砥石とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ダイヤモンド等の超砥粒を用いたメタルボンド砥石においては、超砥粒と台金の結合強度を高めるため、その接合材として濡れ性の良いロー材が用いられており、そのようなものが、例えば特開平３−１３１４７５号公報等により、既に公知となっている。
また、このような従来技術による砥石の切れ味不足を改善したメタルボンド砥石として、本願出願人は、特開平１１−１３８４４５号公報に開示されるメタルボンド砥石を提案した。
【０００３】
このような従来の単一砥粒層のメタルボンド砥石は、図５に模擬的に示すように、砥粒１３２が砥粒高さの半分程が接合材層１３３中に埋没され、隣接する２つ砥粒間には中間位置に底面を持つ凹陥部１３４を形成するように構成されている。各砥粒１３２を保持する接合材層１３３として濡れ性のよいロー材を選定使用することにより、焼成時にロー材が十分に濡れ上がる。このため、台金１３１表面からの高さの低い、つまり底面の深い凹陥部１３４を形成しつつ台金１３１表面からの高い保持位置を確保して各砥粒１３２の粒子を保持できるようにしている。台金１３１表面からの高い保持位置までの砥粒１３２と接合材層１３３との結合により大きな砥粒保持強度を確保でき、一方、深い凹陥部１３４の形成により研削屑の排出作用をなす大きなポケット１３７を確保している。このため、このような従来のメタルボンド砥石を、炭素鋼等のスチール系材料の研削に適用した場合、比較的良い研削性能が発揮されることが確認されている。
【特許文献１】
特開平３−１３１４７５号公報（第５頁、図３）
【特許文献２】
特開平１１−１３８４４５号公報（第３〜５頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、本願発明者らは、このような従来のメタルボンド砥石を用いてセラミックスの研削加工を試みたが、期待したような研削性能が得られなかった。この研削加工の後の砥石表面を顕微鏡等で観察したところ、図６に示すように、砥粒１３２の接合材層１３３による保持位置から突出している部分が欠損したり、あるいは砥粒全体が倒れたりし、この倒れが大きくなると脱落を生じるなどの表面性状を検知することができた。これは、従来のメタルボンド砥石では、隣接する砥粒間に形成した凹陥部１３４が深いため砥粒１３２の頂部と凹陥部の底面との段差Ｈｄが大きく、砥粒１３２の保持強度が不足したために生じたものと推定された。つまり、セラミックスのような超硬質材料を研削するためのメタルボンド砥石としては、砥粒が被加工物から除去した研削屑の排出を優先する前に、砥粒が被加工物から材料を除去する研削作用の達成が第１に考慮されなければなれないとの結論に至った。
【０００５】
従って、本発明の主たる目的は、セラミックスのような超硬質材料の被加工物を研削する場合における材料除去能力を上記した従来のメタルボンド砥石に比べて格段に大きくすることができる構造のメタルボンド砥石を提供することにある。
また、本発明の別の主たる目的は、砥石の基台表面に砥粒が確実に着座状態或いは近接状態にあって、実質的に砥粒が基台上に強固に基礎を置いて設置されており、これにより、砥粒保持強度が大きいばかりでなく、焼成後に、砥粒の頂部を基台の回転中心軸と同心的に整列させることのできるメタルボンド砥石の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した従来のメタルボンド砥石に係わる問題点及び目的に鑑みてなされたもので、請求項１記載のメタルボンド砥石は、濡れ性の良いロー材を焼成固化してなる第１接合材層により砥粒を基台表面上に確実に着座させ、また同じく濡れ性の良いロー材を第１接合材層に積層して焼成固化してなる第２接合材層により砥粒の頂部近辺を残してこの第２接合材層中に埋没させたものである。
このような２層の接合材層により保持された砥粒は、セラミックスのような超硬質材料を研削加工するとき、その頂部近辺以外が全て接合材層中に埋没されているので、研削抵抗に強固に対抗し、欠損や倒れ或いは脱落が殆んど生じない。また、砥粒は、基台表面に確実に着座していて、研削抵抗に対して逃げないため、接合材層内での緩みを生ぜず、加工精度にも悪影響を与えない。
【０００７】
好ましくは、請求項２に記載されるように、第１接合材層の砥粒間に形成する凹陥部の底面高さを砥粒平均高さの５割以下とする。この場合、砥粒は金属材料からなる基台上に定着されるとき、第１砥粒層を形成する溶融ロー材中で浮遊することがなく、確実に基台表面に着座した状態で焼成固化される。
好ましく、請求項３に記載されるように、第１接合材層に積層される第２接合材層を、砥粒間に形成される凹陥部の底面高さが砥粒平均高さの８割を越えないように形成する。これにより、第２接合材層は砥粒をその頂部近辺を除き埋没させて強固に保持し、同時に砥粒の頂部が形成する実質的な砥石表面と凹陥部の上面との間に研削屑の排出ポケットを形成する。このポケットは、研削加工において、研削点においてワークから除去した材料を研削点から排出するように働く。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、第１及び第２接合材層を形成するロー材として、チタン（Ｔｉ  ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃｒ  ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか１つ族の金属粉末と、周期律表第１Ｂ族の金属粉末との混合物を用いる。この溶融状態における濡れ性の良いロー材を選定することにより、第１接合材層は、砥粒側面に濡れ上がって砥粒を基台表面に着座状態で定着させ、第２接合材層は、溶融状態において砥粒の頂部近辺まで濡れ上がる一方、砥粒間に底部を下げたパラボラ或いは双曲面状の凹陥部を形成し、研削屑排出ポケットを確保する。また、第１及び第２接合材層を同一の混合物とすることにより、第１及び第２接合材層の界面の接合強度が向上する。
【０００９】
請求項５に記載のメタルボンド砥石の製造方法は、基台表面からの厚さの薄い第１接合材層により砥粒を基台上に保持し、次に第１接合材層に重合して第２接合材層を形成するようにした。第１接合材層は、焼成時の溶融状態において、薄い層であるので砥粒を浮き上がらせることがない。この焼成終了後において第１接合材層に着座して当初の配置通りに保持された砥粒は、第２接合材層の形成により頂部近辺を残してこの第２接合材層内に埋没され、強固に保持される。
請求項６〜８に記載の発明は、第１接合材層の凹陥部の底面高さを砥粒平均高さの５割以下とし、或いは第２接合材層の凹陥部の底面高さを砥粒平均高さの８割を超えないように第１接合材層を形成するロー材の塗布厚さ及び第２接合材層を形成するロー材の塗布暑さを選定したものである。これにより、第１接合材層及び第２接合材層は請求項２及び３に記載の発明と同様に作用する。また請求項９の記載の発明は、請求項４に記載の組成を持つロー材を使用するようにした。これにより、請求項９に記載の発明は、請求項４に記載のタルボンド砥石を製造可能としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を参照して本発明の実施の形態について説明する。符号１０は、本発明の実施の形態に係わるメタルボンド砥石を示し、この砥石１０はシャンク部２０とこれと一体の砥石部３０からなり、シャンク部２０を図略の工具ホルダに固着し、この工具ホルダを公知のマシニングセンタの主軸に装着して使用するように構成される。本実施の形態では、メタルボンド砥石１０は、砥石部３０が直径１０ｍｍ程度の比較的小径の軸付砥石として例示されるが、公知の円筒研削盤の砥石軸に装着するような直径が１００ｍｍ〜６００ｍｍ程度の比較的直径が大きな円盤形砥石車の形態であってもよい。本実施の形態に係るメタルボンド砥石１０は、セラミックスのような超硬質材料を研削するために特に設計された単一砥粒層を持つもので、その構成上の特徴が図１のＡ−Ａ線に沿った断面として図２に示されている。
【００１１】
図２において、３１は砥石１０の軸部基体或いは基台としての炭素鋼製の台金を示し、この台金３１の表面に多数の超砥粒３２が基礎をおいて、つまり底部が台金３１の表面に接触あるいは非常に狭い隙間のみ存して実質的に接触したような形態で着座している。超砥粒３２としては、典型的にはダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなるが、これらに準ずる硬質の研削材も使用できる。超砥粒３２は、メタルボンドとしての第１接合材層３３により基部が台金３１上に保持されて定着される。この第１の接合材層３３は、後述する濡れ性の良いロー材を用いることにより、隣接する砥粒間にその大略中間位置が底面となるパラボラ曲面状或いは双曲面状の凹陥部３４を形成し、この凹陥部３４の両端は両側の砥粒３２の側面に沿って濡れ上がって各砥粒３２の平均高さＨ１の半分程まで到達している。台金３１表面からの凹陥部３４の底面の高さＨ２は、砥粒３２の平均高さＨ１の５割以下、好ましくは２〜３割程度の高さに設定される。
【００１２】
メタルボンドとしての第２接合材層３５が第１接合材層３３に被さって積層され、この第２接合材層３５には隣接する各２つの砥粒３２間に第１接合材層３３の凹陥部３４より窪み深さの浅い同じく双曲面状の凹陥部３６が形成されている。この凹陥部３６は、第１接合材層３３と同様に濡れ性のよりロー材を用いることにより、焼成時にその両側が砥粒３２の側面に沿って濡れ上がる結果として形成される。第２接合材層３５は、第１接合材層３３の全表面を覆うように堆積されると共に、各砥粒の頂部或いは頂部近辺を残して第１接合材層３５により覆われていない砥粒３２の側面をも被覆し、各砥粒３２を第１接合材層３３を介して台金３１に強固に保持している。第２接合材層３５の凹陥部３６は、凹陥部３４と同様に、隣接する２つの砥粒３２の大略中間位置が最も深い底面をなし、台金３１表面からのこの底面の高さＨ３は平均砥粒高さＨ１の８割を超えないことが望ましい。これにより、平均砥粒高さＨ１の２割の深さ、すなわち砥粒３２の頂部が形成する砥石の実質的外周面から砥粒３２の平均高さの２割の深さを持つ研削屑排出用のパラボラ状のポケット３７が隣接する砥粒３２間に形成される。
【００１３】
上記第１及び第２接合材層３３、３５を形成する濡れ性の良いロー材としては、チタン（Ｔｉ  ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃｒ  ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか１つの族の金属と、銅（Ｃｕ  ）、銀（Ａｇ  ）、金（Ａｕ  ）を含む周期律表第１Ｂ族のなかの少なくともいずれか１つの金属との合金からなるものが用いられる。
【００１４】
本実施の形態におけるメタルボンド砥石１０の特徴は、砥粒３２を台金３１表面上に確実に着座させるように、第１接合材層３３は比較的浅い層とし、この第１接合材層３３により砥粒３２の着座が確実にされた後、第２接合材層３３を積層して砥粒３２を強固に保持するようにした点にある。セラミックスのような超硬質材料を研削する場合、研削屑の排出のための大きなチップポケット３７を確保する前に、強大な研削抵抗に打ち勝つ強靭な砥粒保持力を確保することが先決であることを本発明者らはセラミックスの研削テストを通じて知得した。このため、本実施の形態におけるメタルボンド砥石１０は、図５及び図６に示した従来のそれとは発想を転換して、第１接合材層３３上に厚い第２接合材層３５を積層し、砥粒３２をその頂部或いは頂部とその近辺以外が第２接合材層３５から突出しないように埋没させ、研削屑の排出のためのポケット３７の空間を小さくしてある。
【００１５】
上記のように構成される実施の形態の研削加工における作用について説明すれば、砥粒３２の頂部がセラミックスのような超硬質材料を研削除去する時、各砥粒３２には強大な研削負荷が作用する。この場合、第２接合材層３５は、各砥粒３２の倒れや欠損を防止し、各砥粒３２を強大な研削負荷に打ち勝つようにバックアップ作用する。各砥粒３２に対するこのようなバックアップ作用により、各砥粒３２の頂部は超硬質材料の内部に喰い込みこの材料を除去する。この間、各砥粒３２は頂部或いは頂部近辺以外は第２接合材層３５内に埋没されているので、加工中に振動が生じても第２接合材層３５に対して緩むことがなく、加工面にビビリ振動紋様を残すことが防止される。図５に示す従来のメタルボンド砥石の場合、図６に模擬的に図示するように、単一の接合材層１３３に対する砥粒１３２の緩みや、接合材層１３３から砥粒高さの略中間位置の突き出る部位において欠損を生じるが、本実施の形態によるメタルボンド砥石１０の場合、このような問題は生じない。
【００１６】
（メタルボンド砥石の製造方法）
図３（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明によるメタルボンド砥石の製造方法に係わる実施形態を示している。まず、チタン（Ｔｉ  ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃｒ  ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか１つの族の金属粉末と、銅（Ｃｕ  ）、銀（Ａｇ  ）、金（Ａｕ  ）等の周期律表第１Ｂ族の金属粉末とを適当な有機バインダを加えて混合し、ペースト状のもの（ペースト状物質）４１を調合する。そして、このようなペースト状物質４１を図３の（Ａ）に示す如く台金３１上に塗布する。次に、このような状態のペースト状物質４１の上から、図３（Ｂ）に示す如く、予め所定粒度の篩いにかけた人工ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等の多数の超砥粒３２を所定の砥粒集中度となるように略均一配置で植え込み、台金３１の表面にそれら砥粒３２の底面を着座させる。
【００１７】
次に、砥石構成体、すなわち、ペースト状物質４１により砥粒３２を保持した台金３１を図略の焼成炉内へ入れて焼成する（定着のための焼成工程）。この焼成工程は、前記ロー材の組成である金属材が酸化物を形成しないようにするため、焼成炉内をアルゴンガス等の不活性ガスが充填された雰囲気或いは真空状態にして行う。この場合、炉内は摂氏約７００度以上の所定の温度に保持される。この温度は、砥粒３２の表面にチタンカーバイト（Ｔｉ  Ｃ）からなるメタライジング層を形成するとともに、ロー材を構成する各種金属が溶融して合金を形成する範囲の温度である。あまり高温状態で、かつ、長時間加熱されると、砥粒３２が例えばダイヤモンドである場合、砥粒３２の表面のチタンカーバイト層（Ｔｉ  Ｃ）が深くなり過ぎ、ロー材との結合強度が低下するおそれがある。また、ダイヤモンドを砥粒３２とする場合では、ダイヤモンドが炭化し始める摂氏約９００度以下の温度するように、焼成条件が所定の温度範囲内及び適宜時間内に設定される。
【００１８】
ロー材を濡れ性のよい材料とすることにより、ロー材の溶融につれて各砥粒３２の周囲のロー材はその砥粒３２の側面に沿って上昇する濡れ上がりの作用をし、この結果、隣接する２つの砥粒３２の間には、それらの中間位置が底面となるパラボラ状或いは双曲面状の凹陥部３４が形成される。砥粒３２は、予めサイズが篩いにかけられて略同一寸法に調製されたものが使用され、台金３１表面に対する凹陥部３４の底面の高さＨ２が砥粒３２の平均高さＨ１の５割以下、好ましくは、２〜３割以下とするように、図３（Ａ）に示す塗布工程（第１塗布工程）におけるペースト状物質４１の塗布厚さが選定される。この焼成工程が終了すると、砥粒３２は濡れ上がった金属製のロー材によって略中間の高さ位置まで被覆され、台金３１の表面に着座した状態で定着保持される。またロー材も台金３１の表面に金属結合されて第１接合材層３３を形成する。
【００１９】
台金３２に塗布するペースト状物質４１の塗布厚さ、すなわち、焼成工程終了後の第１接合材層３３の凹陥部３４の底面高さＨ２を砥粒３２の平均高さＨ１の５割以上とする場合、焼成工程における溶融ロー材による浮力によって砥粒３２が浮き上がり、その結果、焼成工程の終了後には、図４に模擬的に示すように、砥粒３２の姿勢の傾きや台金３１表面からの浮き上がりが生じる。この結果、砥粒３２の頂部高さが各砥粒毎に不揃いとなり、頂部を整列するための厄介なツルーイング作業が後工程で必要となり、同時に台金３１の表面から離脱している砥粒が研削加工における研削抵抗に対し強固に対抗しきれない等の問題に繋がる。本発明は、このような問題を生じさせないため、その特徴の１つとして、図３（Ｃ）に示す焼成工程の後に、凹陥部３４の底面高さＨ２が好ましくは平均砥粒高さＨ１の２〜３割程度となるようにし、５割を超えないようにして、砥粒３２が台金３２の表面に確実に着座するようにしている。厳密に言えば、溶融ロー材中における砥粒３２の浮き上がりは、ロー材の材質と砥粒の質量とにより影響を受けるので、上記した凹陥部３４の底面高さについて例示した数値は、多少変動するものとして理解されるべきである。
【００２０】
次に、図３（Ｄ）に示すように、常温まで冷却された砥石構成体の表面に上記と同じ組成のペースト状物質４３を上塗りする（第２塗布工程）。この場合、ペースト状物質４３は、第１接合材層３３のために調合した材料と同一配合の材料を用いるが、配合成分および配合割合に多少の変更を加えてもよい。しかし、同一配合材料を用いる場合は、ペースト状物質４３が後述するように再焼成後に第２接合材層３５として形成されるとき、第１接合材層３３と一体化して強靭な砥粒保持機能を与えることができる。それ故、ベースト状物質４３の組成は、第１接合材層３３を形成するそれと同一組成とすることが望ましい。
ペースト状物質４３は、第１接合材層３３の凹陥部３４上の空間を充填し、砥粒３２の頂部側を１割〜２割程度露出させた状態で塗布される。この場合、各砥粒３２の頂部はペースト状物質４３が塗布されないようにすることが望ましいが、塗布した後に各砥粒３２の頂部についたペースト状物質を除去するようにしてもよい。さらには、各砥粒３２の頂部にもペースト状物質を塗布した状態で、後述する再焼成工程を行い、再焼成後に固化したロー材を除去するようにしてもよい。
【００２１】
続く再焼成工程において、第１接合材層３３上にペースト状物質４３を重ね塗りした砥石構成体を再び焼成炉内に収容してペースト状物質４３を焼成する。この再焼成工程における焼成温度及び焼成時間は第１接合材層３３を焼成したときの条件とほぼ同一に設定する。しかし、既に固化した第１接合材層３３を完全に再び溶融して砥粒３２を遊離状態にしないように焼成時間或いはペースト物質４３の組成配合を調整することが必要である。この再焼成工程においては、ペースト状物質４３が溶融し、第１接合材層３３との界面部においてこの第１接合材層３３と互いに溶融し会って一体結合し、表層部において砥粒３２の側面に沿って濡れ上がって砥粒３２をその頂部或いは頂部近辺を除いて埋没させ、また隣接する砥粒３２間には凹陥部４５が形成される。再焼成工程後の断面形状を示す図３（Ｅ）に見られるように、この凹陥部４５は、隣接する２つの砥粒３２の間の中間位置が底面となる双曲面或いはパラボラ形状となる。
【００２２】
この凹陥部４５の底面の台金３１表面からの高さＨ３は、台金３１表面からの砥粒３２の平均高さＨ１の８割を超えないようにすることが望ましく、この高さＨ３は図３（Ｄ）に示すペースト状物質の塗布高さＨ４を調節することにより設定される。底面の高さＨ３が砥粒平均高さＨ１の８割を超える場合では、凹陥部４５の砥粒３２頂部からの凹み空間、すなわち砥粒３２の頂部を結ぶ砥石の表面からの凹み空間が小さくなり、研削屑の排出ポケット３７としての機能が低下するので望ましくない。第２接合材層３５の凹陥部４５の双曲面深さを第１接合材層３３の凹陥部３４の双曲面深さに比較して浅くする場合、砥粒保持強度が一層高められる。このような双曲面深さの調整は、ペースト状物質の配合や、焼成時間を調節することにより可能である。
【００２３】
再焼成工程後においては、図３（Ｅ）に示すように、各砥粒３２はそれらの底部において台金３１の表面に確実に着座された状態で、それらの頂部或いは頂部とその近辺を残して第２接合材層３５内に埋没されて強固に保持される。これにより、セラミックスのような超硬質材料を研削する場合では、各砥粒３２は研削抵抗に強固に打ち勝って超硬質材料の表面に食い込み、これから材料を除去する。除去された材料、すなわち研削屑は、第２接合材層３５が砥粒３２間に形成する凹陥部４５の空間であるチップポケット３７を介して研削点から排出される。なお、図２及び図３（Ｅ）においては、説明を容易にするため、第１接合材層３３と第２接合材層３５との境界面を明確に区画して図示したが、再焼成時には両接合材層はこの境界面において互いに溶融して一体化することが理解されるべきである。
【００２４】
（研削テスト）
次に、上記のように構成される実施例のメタルボンド砥石と図５に示す従来例とについて行った研削テストについて説明する。図１に示す形状の実施例及び従来例の軸付砥石を図略のＢＴシャンク付工具ホルダに固着し、この工具ホルダを縦形マシニングセンタに取り付け、直径２９５ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円盤状アルミナ材をマシニングセンタのテーブルに取り付け、その外周を下記の条件で研削加工した。
使用機械：    豊田工機製ＰＶ４Ｓ形マシニングセンタ
使用砥石：    直径１０ｍｍ軸付砥石（＃８０ダイヤモンド砥粒）
砥石回転数：  １２００ｍｉｎ−１
送り速度：    １２００ｍｍ／ｍｉｎ
切込み量：    ０．１５ｍｍ（半径）
回転方向：    ダウンカット
クーラント：  ＭＩＣ２０００（ユシロ工業製）
【００２５】
１つの接合材層１３３により砥粒１３２を台金１３１の表面に固着保持した図５に示す従来例では、研削送り距離が１メートルに達した時点で砥粒１３２の脱落が顕著となり、それ以上の研削加工の続行ができなくなった。これに対し、図３を参照して説明した製造方法による図２の実施例の場合では、研削送り距離が３０メートルに達しても顕著な砥粒の脱落は認められず、研削加工の続行が可能であった。このことから、本実施例のメタルボンド砥石は、セラミックス材料を研削する場合、図５に示す従来のメタルボンド砥石に比べて３０倍以上の研削能力を発揮することが確認された。
【００２６】
（他の実施の形態或いは変形例）
上記した実施の形態においては、第１及び第２接合材層３３、３５を形成する材料組成は、濡れ性の良好なものとして、チタン（Ｔｉ  ）を含む周期律表第４Ａ族の金属、バナジウム（Ｖ）を含む周期律表第５Ａ族の金属、及びクロム（Ｃｒ  ）を含む周期律表第６Ａ族の金属のうちのいずれか１つの族の金属粉末と、銅（Ｃｕ  ）、銀（Ａｇ  ）、金（Ａｕ  ）等の周期律表第１Ｂ族の金属粉末とを適当な有機バインダを加えた混合材を例示したが、その他の組成物も利用できる。台金３１の材質も実施の形態で例示した炭素鋼及び第１接合材層３３との親和性のよいその他の金属材料或いは金属以外の材料も使用できる。
特に、接合材層３３、３５を形成する材料としてチタンを組成の一部とする場合では、毎秒２００メートル程度あるいはそれ以上の砥石周速度で回転する高速研削盤の砥石基盤として用いる軽量化したチタン材料製の円盤状の台金との親和性が良いため、この高速研削用の砥石の砥粒保持能力を一層向上させることができる。上述した軸付き棒状形及び円盤形以外のその他の砥石形状としては、環状の突出部の外周面、内周面或いは端面に図２示す砥石層を形成したカップ形や、基盤の環状端面に着脱可能な六角頭付ボルトを円周方向に略等角度配置で螺子込み固着し、これら六角頭の端面に図２に示す砥石層を形成した変形カップ形であってもよい。
【００２７】
また、砥粒３２としては、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）及びこれらに準ずる高硬度砥粒のいずれか或いはこれらの２以上の混合物でもよく、また砥粒３２の粒度も実施形態で例示した＃８０に限定されるのではなく、これよりも粗い或いは細かい砥粒を加工目的に応じて使用できる。平均粒径或いは靭性が異なる２種以上の砥粒を組み合わせて使用することもできる。粒径の異なるものを混合する場合、再焼成工程後において、小径砥粒の頂部を第２接合材層３５から突出させるように第２接合材層３５の凹陥部４５の低面高さＨ３を設定する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明による請求項１に記載のメタルボンド砥石は、濡れ性の良いロー材により砥粒を基台に着座させる第１接合材層と各砥粒の頂部近辺を残して砥粒及び第１接合材層を覆う第２接合材層により砥粒を強固に保持するようにしたので、セラミックスのような超硬質材料に対しても研削能率を向上しツールコストを低減できる実用上顕著な効果を奏することができる。また、請求項２及び３のように第１接合材層及び第２接合材層の凹陥部の底面高さを設定したので、砥粒が基台表面に確実に着座した状態で頂部近辺以外の全ての面が強固に保持され、超硬質材料の研削に特有な大きな研削抵抗及びこれに伴うビビリ振動に対し強固に打ち勝つことのできるメタルボンド砥石が得られる。さらに、第１及び第２接合材の組成を請求項４に示すものとしたので、第１及び第２接合材層の各焼成時にこの接合材層を形成するロー材が砥粒の側面に沿って濡れ上がって隣接する砥粒間にその中間位置が底面となる凹陥部を形成し、第１接合材層は砥粒を基台表面に着座状態で定着させ、第２接合材層の凹陥部は研削屑の排出ポケットとして機能し、その結果、砥粒保持強度が大きくかつ比較的少量の材料を確実に研削点から排出できる性能を持つセラミックスのような超硬質材料の研削に特に適したメタルボンド砥石が得られる。
【００２９】
請求項５に記載のメタルボンド砥石の製法によれば、ペースト状物質の浅い層に砥粒を基台に着座させて植え込み、その状態で焼成したので、焼成後の砥粒は当初の植え込み姿勢を保持して基台に着座した状態で保持され、従って次工程の砥粒保持力強化のための第２接合材層の焼成も砥粒の当初の植え込み姿勢は不変に保持され、その結果、各砥粒が確実に基台表面に着座されると共に第１及び第２接合材層により強固に保持されたメタルボンド砥石を提供できる。また、本発明の製法によれば、請求項６〜８に記載のように、第１塗布工程及び第２塗布工程におけるロー材としてのペースト状物質の塗布厚さを設定したので、請求項２及び３に定義の凹陥部の底面高さを持つ第１接合材層及び第２接合材層を形成でき、これら請求項２及び３のメタルボンド砥石と同一の作用効果と同一の効果を発揮できるメタルボンド砥石を提供できる。また、第１及び第２接合材層の組成材料として請求項９に記載のものを用いることにより、請求項４のメタルボンド砥石を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるメタルボンド砥石の１実施の形態としての軸付砥石の全体を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視方向から見た拡大断面図である。
【図３】本発明によるメタルボンド砥石の製造方法の１実施の形態を示す製造工程説明図である。
【図４】接合材層の厚いメタルボンド砥石を従来の製造方法により製造する場合の不具合を説明するための説明図である。
【図５】従来例のメタルボンド砥石の構造を示す部分断面図である。
【図６】従来例のメタルボンド砥石により超硬質材料を研削加工した場合に砥石表面に生じる不具合を説明するための部分断面図ある。
【符号の説明】
１０…メタルボンド砥石、２０…軸部、３０…砥石部、３１…台金、３２…砥粒、３３…第１接合部、３５…第２接合部、３４，３６…凹陥部、３７…研削屑排出ポケット、４１、４３…ペースト状物質。
【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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【図６】
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