(57)【要約】【課題】研削加工時にボンド層の後退が生じにくい研削加工用の砥石において、砥粒の保持力を低下させることなくボンド層の強度を低減させて、研削加工時にボンド層の後退を生じやすくする。【解決手段】レジノイド砥石の砥材層中に、熱分解点または融点が４５０℃超で、平均粒径が砥粒平均粒径の３０〜１００％の大きさの水溶性固形物Ｋを含有させることにより、ボンド層Ｂによる砥粒Ｄの保持力を維持したうえで、研削加工時にボンド層Ｂの後退を促進させることができる。とくに水溶性固形物Ｋの平均粒径を５０μｍ未満とした場合は、水溶性固形物Ｋの比表面積が大きくなり、ボンド層Ｂの強度が低くなってボンド層Ｂの後退性がより良好となる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥材層中に水溶性固形物を含有したレジノイド砥石であって、砥材層中に含まれる砥粒の平均粒径が５０〜１６０μｍで、かつ前記水溶性固形物の熱分解点または融点が４５０℃超で、前記水溶性固形物の平均粒径が使用する前記砥粒の平均粒径の３０〜１００％の大きさである研削加工用レジノイド砥石。
【請求項２】
前記砥粒を固定するボンド層の曲げ強度が４５〜６０ＭＰａである請求項１記載の研削加工用レジノイド砥石。
【請求項３】
前記砥粒を固定するボンド層の硬度がＨＲＨ７３〜８５である請求項１または２記載の研削加工用レジノイド砥石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削加工時にボンド層の後退が生じやすいようにした研削加工用レジノイド砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば超硬合金からなる被加工物の研削加工において、通常の平面研削の場合は、切り込みが０．０３ｍｍ程度以下と浅く、送り速度は５０００〜２００００ｍｍ／ｍｉｎ程度と高速である。このため、砥石の切れ刃にかかる負荷が大きくて砥粒の脱落が生じやすく、ボンド層の後退が促進され、定電力での研削加工が可能である。
【０００３】
これに対し溝研削の場合は、切り込みは１ｍｍ以上と深く、送り速度は３０〜１００ｍｍ／ｍｉｎと低速である。このため、砥石の切れ刃にかかる負荷は小さくて砥粒の脱落が生じにくく、砥粒脱落によるボンド層の後退は生じにくい。また、研削加工時に排出される切粉は数μｍ程度と非常に小さいために、切粉によるボンド層の後退も生じにくい。このため溝研削では、研削量の増加とともに砥粒の突き出しが減少した状態で研削を続けると、ボンド面と被加工物との摩擦による消費電力の上昇が発生し、研削機械の出力以上の消費電力になると研削加工の続行が不可能となる。
【０００４】
一方、高能率研削用砥石として、研削加工時に気孔を発生させる、いわゆる気孔発生型のレジノイド砥石が知られている（たとえば特開平９−５７６３０号公報、特開２０００−２６３４４９号公報参照）。この気孔発生型砥石は、砥材層中に水溶性固形物を含有させ、研削加工時にこの水溶性固形物が研削液に溶出して気孔を発生するものである。研削砥石において砥材層中の気孔は、研削加工中に発生した切粉を気孔内に一時捕捉し、砥石作業面が被加工物から離れるときに放出することにより砥石の目詰まりを防止して砥石の切れ味を向上させ、また、研削加工中に発生する多量の研削熱を放散させるという作用があり、難削材の研削加工のように目詰まりが生じやすく、研削焼けの生じやすい加工に用いられる砥石には、気孔発生型砥石が適しているといえる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の気孔発生型砥石は、水溶性固形物が溶出した後に生じる気孔がいわゆるポケットとして切粉の一次捕捉と排出を円滑に行わせる、ということを主眼としたものであり、したがって、使用する水溶性固形物は砥粒の大きさに対して比較的大きな粒径のものが使用されている。上記の公開公報に記載の砥石においては、水溶性固形物は粒径５０〜２００μｍのものが使用されている。
【０００６】
水溶性固形物として比較的大きな粒径のものを使用することにより、大きなポケットを形成して切粉の一時的捕捉と排出を良くし、切れ味を向上させることはできる。しかし、ボンド層の後退はボンド層の強度が低下することによって生じるものであるから、ボンド層に含まれる水溶性固形物の粒径が大きい場合は、ボンド層の強度が大であるために、砥粒の保持力は大きくなるが、ボンド層の後退性を改善することは期待できない。
【０００７】
本発明が解決すべき課題は、超硬合金の溝研削加工の場合のように、研削加工時にボンド層の後退が生じにくい研削加工用の砥石において、砥粒の保持力を低下させることなくボンド層の強度を低減させて、研削加工時にボンド層の後退を生じやすくすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、レジノイド砥石による超硬合金の溝研削加工において、ボンド層の後退が促進される条件について種々検討した結果、砥材層中に研削液に溶解する水溶性固形物を含有させ、この水溶性固形物の粒径を特定の範囲とすることにより、砥粒の保持力を低下させることなくボンド層の強度を低減させて、研削加工時にボンド層の後退を生じやすくすることができることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち本発明は、砥材層中に含まれる砥粒の平均粒径が５０〜１６０μｍで、かつ前記水溶性固形物の熱分解点または融点が４５０℃超で、前記水溶性固形物の平均粒径が使用する前記砥粒の平均粒径の３０〜１００％の大きさである研削加工用レジノイドである。
【００１０】
水溶性固形物の平均粒径を、使用する砥粒の平均粒径の３０〜１００％の大きさとすることにより、ボンド層による砥粒の保持力が低下することなく加工時にボンド層の後退が促進されるようになる。図１は水溶性固形物の平均粒径の大きさの適否を説明するための模式図である。水溶性固形物Ｋの平均粒径が使用する砥粒Ｄの平均粒径より大きくなると、図１の（ａ）に示すように、ボンド層Ｂの表面に気孔Ｈが連続的に生成することはなく、ボンド層の曲げ強度が６０ＭＰａを越え、硬度がＨＲＨ８５超となり研削加工中の被加工物との接触によるボンド層Ｂの後退は期待できない。また水溶性固形物Ｋの間隔が広いため、砥粒Ｄの保持力を低下させる効果が薄い。水溶性固形物Ｋの平均粒径が砥粒Ｄの平均粒径の３０％より小さいと、同図（ｃ）に示すように、ボンド層Ｂの表面に生成する微小な気孔Ｈによりボンド層の曲げ強度が４５ＭＰａ未満、硬度ＨＲＨ７３未満となり、研削加工中の被加工物との接触によりボンドブリッジが破壊され、研削抵抗の低減効果が生じる。しかし、水溶性固形物Ｋの間隔が狭く、ボンド層の曲げ強度、硬度が低い為、被加工物との接触によりボンドブリッジが破壊されると、その下に存在する水溶性固定物が気孔となり、ボンド層Ｂの後退が進みすぎて、砥粒Ｄの脱落を招くことになる。水溶性固形物Ｋの平均粒径が砥粒Ｄの平均粒径の３０〜１００％の場合は、同図（ｂ）に示すように、ボンド層Ｂの表面に気孔Ｈが均一に生成し、研削応力に対し適正なボンド層の曲げ強度、硬度が得られ、研削加工中の被加工物との接触によりボンドブリッジが破壊され、研削抵抗の低減効果を発揮する。
以上のように、水溶性固形物Ｋの平均粒径を調整することによって、砥粒を固定するボンド層の曲げ強度と硬度を好適な値とすることができ、砥粒を固定するボンド層の曲げ強度は４５〜６０ＭＰａであることが好ましく、砥粒を固定するボンド層の硬度はＨＲＨ７３〜８５であることが好ましい。
【００１１】
ここで、使用する砥粒の平均粒径を５０〜１６０μｍとし、水溶性固形物の平均粒径を５０μｍ未満とするのがより望ましい。たとえば砥粒として＃２３０（平均粒径６３μｍ）のダイヤモンド砥粒を使用した場合、水溶性固形物の適当な平均粒径の範囲は１９〜６３μｍとなる。しかし、水溶性固形物の平均粒径が５０μｍ以上になると、水溶性固形物の比表面積が小さくなり、ボンド層の強度が高くなってボンド層の後退不足となる傾向がある。
【００１２】
ここで、ボンド層を形成する樹脂としては、耐熱温度が３００℃以上の樹脂を使用することが望ましい。たとえば、切り込みが深く送り速度の低いクリープフィード研削において、耐熱温度３００℃未満のフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、および塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂では研削熱の発生によりボンド層に焼けが発生し、研削不能となる。耐熱温度が３００℃以上の樹脂としては、ポリイミド樹脂やポリベンズイミダゾール樹脂をあげることができる。
【００１３】
水溶性固形物としては、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、ＮａＣｌなどの、熱分解点または融点が４５０℃超の水溶性固形物を使用する。ボンド層を形成する樹脂として耐熱温度が３００℃以上の樹脂を使用し、砥材層の製造過程における加圧加熱硬化工程での加熱温度を３００℃以上（たとえば４５０℃）としたとき、水溶性固形物の熱分解点または融点が加熱温度以下であると、加圧加熱硬化工程において水溶性固形物が熱分解または溶融してしまうので、熱分解点または融点が４５０℃以下の水溶性固形物は本発明には不適である。
【００１４】
これらの水溶性固形物を、粉砕、分級などにより平均粒径を前記の範囲に調整し、砥粒、粉末樹脂、フィラ材からなるマトリックス中に５〜４０体積％の範囲で含有させる。ここで前記水溶性固形物の含有量は、５体積％未満であるとボンド層の後退性を改善する効果がなく、４０体積％を超えると砥材層の成形時に粗密のむらが生じるので、上記の範囲が望ましい。
【００１５】
上記の粒度調整した水溶性固形物を、砥粒、粉末樹脂、フィラ材と撹拌混合し、台金とともに金型に充填した後、圧力１００ＭＰａ程度、温度４５０℃程度で加圧加熱硬化することによって砥材層を成形する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を超硬合金の溝加工用砥石に適用した実施形態について説明する。図２は実施形態のレジノイド砥石を示す斜視図、図３は図２の砥石の砥材層を模式的に示す拡大断面図、図４は同砥石の使用態様を示す図である。
【００１７】
本実施形態の砥石１０は、超硬クリープフィード研削加工用レジノイド砥石であり、外径１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状の台金１１の外周部に厚さ３ｍｍ、高さ５ｍｍの砥材層１２を成形したものである。この砥石１０は図示しない研削盤に取り付けられ、図４に示すように、固定テーブル３０上の被加工物３１の研削箇所である溝３２に砥材層１２を押し付け回転させながら、被加工物３１の溝３２を研削するのに使用される。
【００１８】
砥材層１２には、＃２３０（平均粒径６３μｍ）のダイヤモンド砥粒２１、ポリイミド樹脂２２、その他図示しないフィラ材からなるマトリックス中に、水溶性固形物２３としてのＮａ２ＳＯ４が均一に分散されている。水溶性固形物２３は、平均粒径４２μｍに粒度調整した粉末をマトリックス中に約２０体積％含有させたものである。
【００１９】
この砥石１０は、水溶性固形物２３を砥材層１２に含有することから、研削加工時に砥材層１２の表層部の水溶性固形物２３が研削液である水溶液に溶出して微小気孔２４を発生し、表層部のボンド層の摩耗が促進されてボンド層が後退しやすくなる。
【００２０】
〔試験例〕
図２に示した砥石と同じ寸法形状で、水溶性固形物の粒径を変えた本発明品１〜３、水溶性固形物の粒径が本発明の範囲外である比較品１，２、および水溶性固形物なしの従来品１の砥石を用いて溝加工の研削試験を行った。表１に各砥石の水溶性固形物の粒径、水溶性固形物の溶解によって生じる気孔の大きさ、ボンド層の曲げ強度、硬度を示す。
【００２１】
【表１】
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注１）粒径は砥粒平均粒径Ｄｄに対する水溶性固形物の粒径Ｄｋの比Ｄｋ／Ｄｄ（×１００％）で示す。
注２）気孔径は砥材層表面の開口の内径を示す。
【００２２】
研削条件は以下の通りである。
使用機械：大隈ＣＮＣ成形平面研削盤ＧＳ３６Ｎ
被加工物：超硬合金（Ｋ１０）　溝寸法　幅３ｍｍ×長さ１００ｍｍ
砥石周速：１５００ｍ／ｍｉｎ（回転速度３１８５ｍｉｎ−１）
テーブル速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ
切り込み量：１．０ｍｍ／ｐａｓｓ
研削液：ノリタケクールＮ−７０ＴＣＳ（５０倍希釈水溶液）
【００２３】
図５に試験結果を示す。同図からわかるように、気孔発生剤として適正な粒径の水溶性固形物を添加した発明品１〜３は、水溶性固形物が研削液に溶解して適正な大きさの気孔が発生し、砥粒の保持力を低下させることなく、ボンド層の後退性を改善する。水溶性固形物の粒径が小さすぎる場合（比較品１）は、ボンド層の強度および硬度が低いためボンド層の後退が促進され、消費電力は少なくなる（切れ味が良くなる）が、ボンド層の摩耗が大となり、水溶性固形物の粒径が大きすぎる場合（比較品２）は、ボンド層の強度および硬度が高すぎて十分な効果が得られない。従来品はボンド層の後退性が悪く、研削量の増加とともに消費電力が著しく高くなっている。
【００２４】
【発明の効果】
研削加工用レジノイド砥石の砥材層中に、熱分解点または融点が４５０℃超で、平均粒径が砥粒平均粒径の３０〜１００％の大きさの水溶性固形物を含有させることにより、ボンド層による砥粒の保持力を維持したうえで、研削加工時にボンド層の後退を促進させることができる。とくに水溶性固形物の平均粒径を５０μｍ未満とした場合は、水溶性固形物の比表面積が大きくなり、ボンド層の強度および硬度が低くなってボンド層の後退性がより良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水溶性固形物の平均粒径の大きさの適否を説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施形態のレジノイド砥石を示す斜視図である。
【図３】図１の砥石の砥材層を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】図１の砥石の使用態様を示す断面図である。
【図５】試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１０　砥石
１１　台金
１２　砥材層
２１　ダイヤモンド砥粒
２２　ポリイミド樹脂
２３　水溶性固形物
２４　気孔
３０　固定テーブル
３１　被加工物
３２　溝
Ｂ　ボンド層
Ｄ　砥粒
Ｈ　気孔
Ｋ　水溶性固形物
【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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