(57)【要約】【課題】  要求される研削能力が異なる同一ワーク上の複数の加工箇所を同時に研削可能な一体型複合砥石を提供すること。【解決手段】  ワークＷの第１加工箇所ｗ１を研削する第１砥石層１４と、ワークＷの第２加工箇所ｗ２を第１加工箇所ｗ１の加工と同時に研削する第２砥石層１５とを設ける。第１及び第２砥石層１４、１５は、ワークＷの第１加工箇所ｗ１及び第２加工箇所ｗ２が要求する加工負荷の違いに応じて、それぞれが互いに異なる結合材、例えば、ビトリファイドボンドとメタルボンドにて組成する。ビトリファイドボンドにて組成される第１砥石層１４を焼成して製造した後、第１砥石層１４の一部に開口する所定形状の空間内にメタルボンドと砥粒Ｐｇとの混合物を充填して型込成形し、その後、不活性ガス雰囲気中で焼成して、両砥石層１４、１５が一体結合された複合砥石層１３のセグメントを構成し、このセグメントを砥石基板１１の外周に複数個接着固定して一体型複合砥石１０を製作する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの第１加工箇所を研削する第１砥石層と前記ワークの第２加工箇所を前記第１加工箇所の加工と同時に研削する第２砥石層とを有し、これら第１砥石層と第２砥石層は、前記ワークの前記第１加工箇所及び第２加工箇所が要求する加工負荷の違いに応じて、それぞれが互いに異なる結合材にて組成されると共に、それぞれの砥石層が一体結合されて複合砥石層を構成することを特徴とする一体型複合砥石。
【請求項２】
請求項１に記載の一体型複合砥石において、前記第１砥石層の結合材は、アルミナ（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）等の酸化物を主成分とする物質からなるビトリファイドボンドであり、前記第２砥石層の結合材は、砥粒との濡れ性の良いロー材のメタルボンドであることを特徴とする一体型複合砥石。
【請求項３】
請求項２に記載の一体型複合砥石において、前記メタルボンドは、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一つと、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を含む周期律表第１Ｂ族の金属との合金からなることを基本とすることを特徴とする一体型複合砥石。
【請求項４】
請求項１〜４の何れかに記載の一体型複合砥石において、前記第１及び第２砥石層に埋設される砥粒をＣＢＮ砥粒、ダイヤモンド砥粒等の超砥粒とし、前記複合砥石層を砥石セグメントとして形成し、複数の前記複合砥石層を砥石基板の外周に接着固定して構成されることを特徴とする一体型複合砥石。
【請求項５】
多数の砥粒と結合材を混合し、この混合物を型込成形及び焼成して第１砥石層を製作する工程と、この第１砥石層の少なくとも一部に接着された状態で多数の砥粒が含有された結合材を所定形状に成形して配置すると共にこの結合材を焼成して前記第１砥石層に一体結合された第２砥石層を製作する工程と、各々が互いに一体結合された前記第１及び第２砥石層からなる複数個の砥石セグメントを砥石基板に接着固定する工程とからなり、前記第１及び第２砥石層に要求される研削能力に応じて第１砥石層の結合材と第２砥石層の結合材を異ならせたことを特徴とする一体型複合砥石の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法において、前記第１砥石層を組成する結合材としてアルミナ（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）等の酸化物を主成分とする物質からなるビトリファイドボンドを使用し、前記第２砥石層を組成する結合材としてチタン（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一つと、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を含む周期律表第１Ｂ族の金属との合金からなることを基本とするロー材を使用したことを特徴とする一体型複合砥石の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の製造方法において、前記第１及び第２砥石層に埋設される多数の砥粒をＣＢＮ砥粒、ダイヤモンド砥粒等の超砥粒とし、前記第２砥石層を製作する工程は、前記多数の砥粒と前記ロー材と有機バインダとを混合し乾燥した後に粉砕して各砥粒が前記ロー材を含有する樹脂層にて包囲された多数の砥粒片を製作する工程と、前記第１砥石層の前記少なくとも一部に開放された所定形状の空間に前記多数の砥粒片を型込成形する工程と、前記第１砥石層と一体の多数の砥粒片の成形体とを不活性ガス雰囲気中で焼成して第１砥石層と第２砥石層の結合体を製作する工程と、からなることを特徴とする一体型複合砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥石に対する加工負荷が異なるワーク上の複数の加工箇所を同時に研削加工できるように、異なる研削能力の複数の砥石層を一体に結合した一体型複合砥石及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
同一ワーク上の互いに近傍に或いは結合して位置し、それぞれ砥石に対する加工負荷が大きく異なる第１及び第２の加工箇所を研削する場合、研削工程を２分割して加工するようにしている。典型的には、図１３に示すように、第１加工箇所としての円筒部ｗ１と第２加工箇所としてのスラスト部或いは端面部ｗ２とを有するワークＷにおいて、円筒部ｗ１の砥石に対する加工負荷としての取代ｔ１に比べて端面部ｗ２の取代ｔ２が大きくて砥石に対する加工負荷が大きい場合、端面部ｗ２を先に端面用の砥石Ｇ２で研削し、次に円筒部ｗ１を別の砥石Ｇ１で研削するようにしている。
【０００３】
図１３に示すワークＷを単一の砥石により１回の研削工程で加工することも知られている。この場合、砥石に円筒部研削用の第１砥石層と端面部研削用の第２砥石層とを一体に設け、第２砥石層の砥粒の種類、粒度、集中度、結合度などを第１砥石層のそれに変えて、第２砥石層の研削能力を大きくした一体型複合砥石が用いられる。
【０００４】
１回の研削工程により加工するための別の単一砥石としては、円筒部研削用の第１砥石層と端面部研削用の第２砥石層とを別体として形成し、第２砥石層の研削能力を第１砥石層のそれに比べて大きなものとし、両砥石層を砥石の基板に接着剤にて接着するようにした張り合わせ砥石も考えられる。
【０００５】
また、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒やダイやモンド砥粒のような超砥粒を保持する結合材として、ビトリファイドボンドやメタルボンドが広く使用されている。特に、重研削用として、本願出願人が保有する特許第３４１７７３９号公報に記載されるように、砥粒の保持力が強く、かつ研削屑の排出性に優れたメタルボンド砥石が知られている。
【特許文献１】特許第３４１７７３９号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
然しながら、研削工程を２分割して加工する場合では、ツールコストは比較的小さくできるが、加工時間が長くなり、それ以上に２台の加工機、つまり端面加工用の研削盤と円筒部加工用の研削盤とが必要となり、或いは、ターレット式砥石台やツイン砥石台を備える研削盤のような特殊研削盤が必要となる。
【０００７】
砥粒の種類、粒度、集中度、結合度などを両砥石層間で変えた一体型複合砥石を用いて１回の研削工程で加工する方法は、両加工箇所の砥石に対する加工負荷、例えば、取代が極端に異なる場合では、実際上は対応できない。特に、端面部の砥石磨耗が激しいため加工したワークの形状精度の劣化が著しく、これを回避するため頻繁なツルーイングが必要となり、結果としてツールコストの上昇と加工能率の低下を招くことになる。
【０００８】
上述した張り合わせ砥石により１回の研削工程で加工する方法は、第１砥石層と第２砥石層とは一体成形されていないため、熱歪みや応力歪みにより両砥石層の繋ぎ目の形状精度が不正確になり、この繋ぎ目に対応してワークに突起や段が形成されたりして形状精度が不安定となり、高精度加工が要求される状況下では、採用は事実上困難となる。
従って、本発明の主たる目的は、同一ワーク上の要求される研削能力が異なる複数の加工箇所を同時に研削可能な砥石及びその製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、前記複数の加工箇所の繋ぎ目の形状精度を安定して維持できる砥石及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、ワークの第１加工箇所を研削する第１砥石層とワークの第２加工箇所を第１加工箇所の研削と同時に研削する第２砥石層とを有し、これら第１砥石層と第２砥石層を、ワークの第１加工箇所及び第２加工箇所が要求する加工負荷の違いに応じて、それぞれが互いに異なる結合材にて組成すると共に、それぞれの砥石層を互いに一体結合して複合砥石層を構成したことである。
【００１０】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１に記載のものにおいて、第１砥石層の結合材は、アルミナ（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）等の酸化物を主成分とする物質からなるビトリファイドボンドとし、第２砥石層の結合材は、砥粒との濡れ性の良いロー材のメタルボンドとしたことである。
【００１１】
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項２に記載のものにおいて、メタルボンドは、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一つと、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を含む周期律表第１Ｂ族の金属との合金からなることを基本とするロー材としたことである。
【００１２】
請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜３の何れかに記載のものにおいて、第１及び第２砥石層に埋設される砥粒をＣＢＮ砥粒、ダイヤモンド砥粒等の超砥粒とし、複合砥石層を砥石セグメントとして形成し、複数の複合砥石層セグメントを砥石基板の外周に接着固定して構成したことである。
【００１３】
請求項５に記載の発明の構成上の特徴は、多数の砥粒と結合材を混合し、この混合物を型込成形及び焼成して第１砥石層を製作する工程と、この第１砥石層の少なくとも一部に接着された状態で多数の砥粒が含有された結合材を所定形状に成形して配置すると共にこの結合材を焼成して前記第１砥石層に一体結合された第２砥石層を製作する工程と、各々が互いに一体結合された前記第１及び第２砥石層からなる複数個の砥石セグメントを砥石基板に接着固定する工程とからなり、前記第１及び第２砥石層に要求される研削能力に応じて第１砥石層の結合材と第２砥石層の結合材を異ならせたことである。
【００１４】
請求項６に記載の発明の構成上の特徴は、請求項５に記載の製造方法において、第１砥石層を組成する結合材としてアルミナ（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）等の酸化物を主成分とする物質からなるビトリファイドボンドを使用し、第２砥石層を組成する結合材としてチタン（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一つと、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を含む周期律表第１Ｂ族の金属との合金からなることを基本とするロー材を使用したことである。
請求項７に記載の発明の構成上の特徴は、請求項６記載の製造方法において、第１及び第２砥石層に埋設される多数の砥粒をＣＢＮ砥粒、ダイヤモンド砥粒等の超砥粒とし、第２砥石層を製作する工程は、多数の砥粒とロー材と有機バインダとを混合し乾燥した後に粉砕して各砥粒がロー材を含有する樹脂層にて包囲された多数の砥粒片を製作する工程と、第１砥石層の前記少なくとも一部に開放された所定形状の空間に多数の砥粒片を型込成形する工程と、第１砥石層と一体の多数の砥粒片の成形体とを不活性ガス雰囲気中で焼成して第１砥石層と第２砥石層の結合体を製作する工程と、からなることである。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成の請求項１の発明によれば、ワークの第１加工箇所及び第２加工箇所が要求する加工負荷の違いに応じて、第１砥石層と第２砥石層をそれぞれが互いに異なる結合材にて組成したので、砥石に対する加工負荷が大きく異なる同一ワーク上の複数の加工箇所を同時に研削することができ、これにより加工時間が短縮され、また別工程加工を行うことによる製造設備費の増大等の不具合が解消される。また、第１砥石層と第２砥石層は一体結合されて複合砥石層を構成したので、両砥石層の繋ぎ目の形状精度が高精度でかつ安定して維持され、これにより砥石の熱変形や加工負荷の局部的集中により両砥石層の繋ぎ目が変形することによりワークの対応部位に突起や段が形成されたりする不具合が解消される。
【００１６】
上記構成の請求項２の発明によれば、第２砥石層の結合材を砥粒との濡れ性の良いロー材のメタルボンドとしたので、焼成工程においてこのロー材が溶融される時、ロー材は砥粒に対しては砥粒表面に盛り上がるように溶着し、砥粒間の連結部位では中細りとなって砥粒間に凹部を形成し、この凹部が気孔を構成する。これにより、第２砥石層はメタルボンド砥石でありながら、ボンド層には多数の気孔が形成され、研削屑の排出や研削液の流通が容易となり、第２砥石層は高負荷研削に耐えながら高精度な加工を行うことができる。また、第１砥石層の結合材であるビトリファイドボンドは、アルミナ（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）等の酸化物を主成分とする物質で構成したので、第１砥石層の砥粒とこれら酸化物との間にメタライジング層が形成され、このメタライジング層が第２砥粒層のロー材と融和して強固に結合され、この結果、第２砥石層が第１砥石層に強固に一体結合される。これにより、両砥石層の継ぎ目の形状精度が高精度に維持され、ワーク研削面の対応する部位の加工精度も高精度に維持され、この結果、形状修正のためにツルーイングインターバルを必要以上に短くする必要がなく、砥石寿命の低下とツールコストの増大と云った不具合が排除される。
【００１７】
上記構成の請求項３の発明によれば、前記メタルボンドの組成を、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一つと、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を含む周期律表第１Ｂ族の金属との合金からなることを基本組成としたので、第２砥石層の焼成時において、各砥粒表面と前記合金との間にメタライジング層が形成され、このメタライジング層が第２砥石層の砥粒同士と強固に結合する一方、第１砥石層の結合材とも強固に結合し、これにより、請求項２に記載の発明の効果を一層顕著に奏することができる。
【００１８】
上記構成の請求項４の発明によれば、第１及び第２砥石層に埋設される砥粒をＣＢＮ砥粒、ダイヤモンド砥粒等の超砥粒とし、複合砥石層を砥石セグメントとして形成し、複数の複合砥石層を砥石基板の外周に接着固定して構成したので、上述した各発明の効果に加えて、比較的容易な製造プロセスにより、高精度な形状精度が確保された複合研削砥石を得ることができる。
【００１９】
上記構成の請求項５の発明によれば、第２砥石層は、第１砥石層の少なくとも一部に接着された状態で多数の砥粒が含有された結合材を所定形状に成形して配置すると共にこの結合材を焼成して前記第１砥石層に一体結合するようにし、かつ第１及び第２砥石層に要求される研削能力に応じて第１砥石層の結合材と第２砥石層の結合材を異ならせたので、上述した請求項１の発明と同様な効果が奏せられる。また、第１砥石層の焼成工程と第２砥石層の焼成工程とは分離するようにしたので、焼成温度、時間、雰囲気等の焼成条件が大きく異なる結合材により第１及び第２砥石層を組成でき、結合材が異なる砥石層を一体結合して複合化することが可能となる。
【００２０】
上記構成の請求項６の発明によれば、第１砥石層を組成する結合材としてアルミナ（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）等の酸化物を主成分とする物質からなるビトリファイドボンドを使用し、第２砥石層を組成する結合材としてチタン（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一つと、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を含む周期律表第１Ｂ族の金属との合金からなることを基本とするロー材を使用するようにしたので、請求項３の発明と同様の効果が奏せられる。
上記構成の請求項７の発明によれば、多数のＣＢＮ砥粒、ダイやモンド砥粒等の超砥粒とロー材と有機バインダとを混合し乾燥した後に粉砕して、各砥粒の周囲にはロー材が樹脂層にて保持される多数の砥粒片を造り、この砥粒片を第１砥石層の少なくとも一部に開放された所定形状の空間に型込成形し、焼成して第２砥石層を形成するようにしたので、各砥粒間を連結するロー材が均等に分散され、砥粒の結合強度を第２砥石層全体に亘って均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
(実施例１)
以下、添付図面を参照して本発明による一体型複合砥石及びその製造方法の実施例について説明する。図１は、本発明による一体型複合砥石１０の断面図を示す。この複合砥石１０は、スチール、アルミニュウム、チタン等の何れかの材料により形成される砥石基板１１と、この基板１１の外周に形成された下地層１２と、この下地層１２上に接着固定された一体型複合砥石層１３とから構成される。複合砥石層１３は、ワーク（工作物）Ｗの第１研削箇所としての円筒部ｗ１を研削するための第１砥石層としての円筒研削砥石層１４と、ワークＷの第２研削箇所としての端面部ｗ２を研削するための第２砥石層としての端面研削砥石層１５とからなる。円筒研削砥石層１４と端面研削砥石層１５とは、基本的に結合材の種別を変えて構成される。具体的には、円筒研削砥石層１４は、ダイヤモンド或いは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等の超砥粒をビトリファイドボンドで結合してなるもので、端面研削砥石層１５は、前記超砥粒をメタルボンドで結合して組成されている。本実施の形態においては、円筒研削砥石層１４及び端面研削砥石層１５は、超砥粒として共にＣＢＮ砥粒を使用している。
【００２２】
第１砥石層としての円筒研削砥石層１４は、多数のＣＢＮ砥粒をビトリファイドボンドにより分散保持してなるもので、ビトリファイドボンドはアルミナ（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）等の酸化物を主成分とする物質からなる。第２砥石層としての端面研削砥石層１５は、多数のＣＢＮ砥粒をメタルボンドにより分散保持してなる。このメタルボンド砥石層は、図7に示すように、多数のＣＢＮ砥粒Ｐｇがロー材１５ａによりロー付けされ、後述するように、溶融状態のロー材１５ａに対し濡れ性のよいメタライジング層がＣＢＮ砥粒Ｐｇの表面に形成されるので、溶融したロー材１５ａはＣＢＮ砥粒Ｐｇの周囲及び下地層に強い保持力で付着し、砥粒Ｐｇの各間に金属粒間の隙間が集合して多数の気孔１５ｂが形成される。下地層１２は、円筒研削砥石層１４のビトリファイドボンド層の特性と砥石基板１１の特性の中間的な特性を持つように構成されている。つまり、下地層１２は、砥石基板１１及び円筒研削砥石層１４との親和性に優れ、円筒研削砥石層１４を砥石基板１１に強固に固着する仲立ちをしている。
【００２３】
図２に示すように、複合砥石層１３は、砥石基板１１の円周方向に分割したセグメント砥石として構成され、適宜接着剤により、下地層１２上に順次接着固定され、砥石基板１１の外周全域に一続きの研削面を形成している。
【００２４】
このように構成される砥石１０を用いてワークＷを研削する場合、砥石１１とワークＷは相対的にプランジ研削送りされる。この場合、第２砥石層１５が最初にワークＷの端面部ｗ２に当接し、この端面部ｗ２を研削する。第２砥石層１５は、メタルボンドによる強靭な砥粒保持作用により、取代ｔ２が大きな端面部を強力に研削して行く。このメタルボンドにより組成される第２砥石層１５は、ＣＢＮ砥粒Ｐｇが図７に示すように、これらＣＢＮ砥粒Ｐｇを結合するロー材１５ａがＣＢＮ砥粒Ｐｇの周囲及び下地層１２に強い保持力で付着し、砥粒Ｐｇの各間に金属粒間の隙間が集合して多数の気孔１５ｂが形成されているので、研削屑の排出や研削液の供給が十分に確保され、目詰まりしにくい構造となっている。これにより、端面部ｗ２の研削は能率よく行われる。
【００２５】
プランジ研削工程の最終段階において、第２砥石層１５がワークＷの端面部ｗ２を研削している状態において、第１砥石層１４がワークＷの円筒部ｗ１に当接し、この円筒部ｗ１を研削する。第１砥石層１４は、ビトリファイドボンドにて構成され、結合材自体の砥粒保持力は比較的強固であるが脆いため、研削屑や破砕砥粒片の排出作用に優れ、結果としてこの第１砥粒層１４にて研削される円筒部ｗ１の仕上面精度を向上することができる。すなわち、本実施例による一体型複合砥石１０によれば、一つのワークＷ上の加工負荷が大小異なる複数の加工箇所ｗ１、ｗ２を、加工負荷の大きな加工箇所ｗ２は第２砥石層１５にて高能率に研削でき、加工負荷が小さく高い面精度を必要とする加工箇所ｗ１は第１砥石層１４にて高精度に研削できる特徴を備えるものである。
【００２６】
この実施例による砥石１０においては、第１及び第２砥石層１４、１５は、略同一粒度及び集中度のＣＢＮ砥石として構成されるが、両砥石層１４、１５は第１砥石層１４がビトリファイドボンド砥石として構成され、第２砥石層１５がメタルボンド砥石として構成される点において異なっている。つまり、砥石に対する加工負荷が異なる加工箇所ｗ１、ｗ２を研削するためにこれらの加工箇所ｗ１、ｗ２に対して、結合材としてビトリファイドボンドとメタルボンドとの組み合わせにより結合材に差異を持たせることにより、必要とされる加工負荷に対する研削能力を第１及び第２砥石層１４、１５とで差異を持たせるようにしている。
【００２７】
また、この実施例による砥石１０においては、ビトリファイドボンドにて構成される第１砥石層１４とメタルボンドにて構成される第２砥石層１５とが一体結合されている。両砥石層１４、１５が一体結合されているため、両砥石層１４、１５の接合部の形状は常に安定している。本実施例による砥石においては、従来の張り合わせ砥石が持つ不具合、つまり砥石基板に異なる加工箇所のための別個の砥石層を砥石基板に接着剤にて接着固定する構成から生じる砥石基板の熱変形や遠心膨張変形に伴う両砥石層の接合部の形状の変形が殆どない。これにより、本実施例の複合砥石層１３においては、直線部と円弧部との繋ぎ目が正確となり、加工されるワークＷには直線部と円弧部との繋ぎ目に円周突起や段が形成される等の不具合がなくなる。
【００２８】
次に、本実施例による一体型複合砥石の製造方法について、図３を参照して説明する。この製造方法は、大略、ビトリファイドボンドにて形成される第１砥石層１４の製造プロセスＰＣ１と、この第１砥石層１４に結合した状態でメタルボンドにて第２砥石層１５を形成する製造プロセスＰＣ２と、第１及び第２砥石層１４、１５の結合体としての複合砥石層１３を砥石基板１１に接着固定して一体型複合砥石１０を製造する製造プロセスＰＣ３から構成される。なお、第１砥石層１４及び第２砥石層１５は、いずれも砥石基板１１の外周を包囲する一体成形体としても製造可能であるが、この実施例においては、第１砥石層１４をセグメントとして複数個製作し、各セグメント１４に第２砥石層１５を一体成形するようにしている。
【００２９】
第１砥石層１４の製造プロセスＰＣ１においては、ＣＢＮ砥粒と粘土状のビトリファイドボンドとを混合し、図４に示すよう砥石成形型２０に型込成形する。ビトリファイドボンドは、アルミナ（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）等の酸化物を主成分とする物質により組成される。砥石成形型２０は、下型２１、型枠２２、上型２３を主たる構成要素とし、第２砥石層模擬体２４が型枠２２に上下方向に抜き差し可能に蟻溝係合して保持され、この第２砥石層模擬体２４が下型２１、型枠２２、上型２３と共に第１砥石層１４の成形空間２０ａを画定している。この成形空間２０ａは、各砥石セグメント１４の円弧曲率に対応して紙面と垂直方向に円弧面として形成され、上型２３の前記成形空間２０ａの上面を画定する下面部２３ａも紙面と垂直方向に円弧状に形成されている。なお、上型２３には、後述する第２砥石層１５の円弧面形成部材２６が挿入される蟻溝２５が形成されている。
【００３０】
ＣＢＮ砥粒と粘土状のビトリファイドボンドとの混合物を、砥石成形型２０の砥石成形区間２０ａに適量充填し、上型２３を型枠２２内に押し込んで、第１砥石層に対応する所定形状に成形する。続いて、砥粒とビトリファイドボンドとの混合物の成形体を型抜きし或いは型込めしたまま、焼成工程において、７００℃〜１０００℃の雰囲気中で焼成固化する。これにより、ビトリファイド組織の第１砥石層１４が形成される。
【００３１】
第２砥石層１５の製造プロセスＰＣ２は、メタルボンドに有機バインダを加えて混練し、さらにＣＢＮ砥粒を加えて、ペースト状の混合物を造る。ここにおいて、メタルボンドは、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、およびクロム（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）等を含む周期律表第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ロー材により構成される。
【００３２】
次に、この混合物を約１００℃に加熱して乾燥し、混合物中に含まれる有機バインダを飛散させる。乾燥後、固化した混合物を粉砕し、篩分けして、砥粒片を得る。この砥粒片は、図６に示すように、各ＣＢＮ砥粒Ｐｇの外表面にメタル粉末３１を内包する樹脂層３２が各ＣＢＮ砥粒Ｐｇの外表面に固着したものとなる。このようにして得られた多数の砥粒片を型込成形する。この場合、型枠２２から第２砥石層模擬体２４を抜き取り、これにより、第１砥石層１４の一端面には第２砥石層模擬体２４が抜き取られた状態の型枠２２が形成する第２砥石層形成空間２０ｂが図５に示すように造られる。
【００３３】
この第２砥石層形成空間２０ｂに多数の砥粒片（図６参照）を充填し、上型２３の蟻溝に図５の左端面側から円弧形成部材２６を係合し、上側２３を型枠２２内へ押込んで、第２砥石層１５を成形固化すると共に、円弧形成部材２６の円弧状下面を第２砥石層形成空間２０ｂに充填された多数の砥粒片の上面に押圧し、第２砥石層１５の円弧面を第１砥石層１４の直線部に滑らかに接続する円弧−直線接続面を形成する。この型込成形の後、第１砥石層１４に一体的に型込成形された第２砥石層１５を砥石成形型２０内に保持したまま、下型２１及び型枠２２の組立体を焼成炉内へ運び、アルゴンガス等の不活性ガス又は真空状態の雰囲気にて８４０℃〜９４０℃の焼成温度にて焼成する。
【００３４】
この焼成過程においては、第２砥石層１５を形成するＣＢＮ砥粒表面にはホウ素（Ｂ）とチタン（Ｔｉ）との間にチタンホウ素（ＴｉＢ）等からなるメタライジング層が形成される。これらのメタライジング層と銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）を含む周期律表第１Ｂ族の金属とは融合し易いため、メタライジング層を介してＣＢＮ砥粒とロー材との濡れ性がよくなる。ＣＢＮ砥粒１２２の表面に形成されるメタライジング層は、溶融状態のロー材１２３に対し濡れ性がよいので、図７に示すように、溶融したロー材１５ａはＣＢＮ砥粒Ｐｇの周囲に付着して盛り上がり、隣接するＣＢＮ砥粒Ｐｇ間のロー材１５ａは、ＣＢＮ砥粒Ｐｇと接する部分が高く中間部が低い形状となり、隣接するＣＢＮ砥粒Ｐｇ間に大きい凹み、つまり気孔１５ｂが形成される。これを冷却すれば、ロー材１５ａがＣＢＮ砥粒Ｐｇの周囲に盛り上がって付着し、隣接するＣＢＮ砥粒Ｐｇ間に気孔１５ｂが形成される第２砥石層１５が形成される。
【００３５】
また、第１砥石層１４との接合面においては、ビトリファイド組成中の主成分である酸化物にメタライジング層が形成され、このメタライジング層とメタルボンド中の銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）を含む周期律表第１Ｂ族の金属とは融合し易いため、第１砥石層１４のＣＢＮ砥粒と第２砥石層１５のメタルボンド組成とは前記メタライジング層と周期律表第１Ｂ族の金属との融合により両者間の濡れ性が良くなり、両者の結合力は強固になる。この結果、ビトリファイド砥石（第１砥石層）１４にメタルボンド砥石（第２砥石層）１５が金属融合により直接強固に結合されて一体化した複合超砥粒砥石１３が砥石セグメントとして得られる。
【００３６】
このようにして焼成が行われた後、複合砥石セグメント１３は、砥石成形型２０から取外され、砥石基板１１との接着面の当たり具合等の基板取り付けのための形状成形が行われる。その後、複合砥石セグメント１３は、砥石基板１１の外周に適宜接着剤にて接着され、砥石基板１１への接着固定状態における各複合砥石セグメント１３の振れ等の修正、つまり砥石として最終仕上げ形状の成形が行われて、一体型複合砥石１０が完成される。
【００３７】
(その他変形例)
上記した実施例においては第２砥石層１５を多層としたが、図８及図９は、第２砥石層１５を一層とする第１変形例及び第２変形例における製造方法の要部を示す。これら第１及び第２変形例においては、第１砥石層１４に円弧状端面１４ａを形成し、この端面１４ａには、図１０に示すように、ＣＢＮ砥粒Ｐｇの平均粒径よりも若干大きな深さＨ１の円弧状の凹み２９を形成する。
【００３８】
そして、第１変形例の製造方法においては、図８にその製造プロセスの要部を示すように、ＣＢＮ砥粒を含めずにメタルボンドと有機バインダとを混合したペースト状混合物を造り、このペースト状混合物を図１１に示すように前記円弧状の凹み２９に塗布して、塗布層３０を形成する。この場合、塗布層３０の厚さは、ＣＢＮ砥粒Ｐｇの平均粒径の６割程度とする。次ぎに、図１２に示すように、ペースト状混合物の塗布層３０に、ＣＢＮ砥粒Ｐｇを円弧状凹み２９の母線に沿って埋設する。続いて、第１砥石層１４の端面の円弧状凹み２９にＣＢＮ砥粒Ｐｇを埋設した砥石層セグメントを、製造プロセスＰＣ２の焼成工程において焼成炉内の不活性ガス雰囲気中で焼成する。これにより、一層のメタルボンド砥粒層からなる第２砥石層１５がビトリファイド砥粒層からなる第１砥石層１４の円弧状端面１４ａに一体形成された砥石層結合体１３が造られる。この砥石層結合体１３は、前述した製造プロセスＰＣ３を経て、砥石基板１１に接着され、一体型複合砥石１０が製造される。
【００３９】
第２変形例の製造方法においては、図９に製造プロセスの要部を示すように、ＣＢＮ砥粒Ｐｇを含めてメタルボンドと有機バインダとを混合したペースト状混合物を造る。そして、ＣＢＮ砥粒Ｐｇを含むペースト状混合物を、図１０に示す円弧状凹み２９の母線に沿って塗布し、ＣＢＮ砥粒Ｐｇを図１２に示すように円弧状凹み２９に配置する。つまり、この第２変形例の製造方法においては、図１１の工程を省略する。続いて、第１砥石層１４の円弧状端面１４ａの円弧状凹み２９にＣＢＮ砥粒Ｐｇが塗布配置された砥石層セグメントを、製造プロセスＰＣ２の焼成工程において焼成炉内の不活性ガス雰囲気中で焼成し、一層のメタルボンド砥粒層からなる第２砥石層１５がビトリファイド砥粒層からなる第１砥石層１４の円弧状端面に一体形成された砥石層結合体１３が造られる。この砥石層結合体１３は、前述した製造プロセスＰＣ３を経て、砥石基板１１に接着され、一体型複合砥石１０が製造される。
【００４０】
上記した実施例及びその変形例は、砥石１０が結合材組成を異にする２つの砥石層１４、１５を備えるものを例示したが、砥石１０は軸方向に隣接した結合材組成を異にする３つ或いはそれ以上の砥石層を備えていてもよい。この場合、３つの砥石層の場合における一例としては、電着砥石層、メタルボンド砥石層及びビトリファイドボンド砥石層の３つの砥石層を一体結合した複合砥石層として構成される。
【００４１】
上記実施例においては、砥粒としてＣＢＮ砥粒Ｐｇを使用する例を記載したが、ＣＢＮ砥粒Ｐｇに代えてダイヤモンド砥粒を使用できる。ここで、図７中のＣＢＮ砥粒Ｐｇをダイヤモンド砥粒Ｐｇとして説明すれば、メタルボンドによりダイヤモンド砥粒Ｐｇを保持する第２砥石層１５においては、焼成工程でメタルボンドがアルゴンガス等の不活性ガスまたは真空状態の雰囲気で８４０〜９４０℃の焼成温度で溶融結合される時、ダイヤモンド砥粒Ｐｇの表面にはチタン（Ｔｉ）との間にチタンカーバイド（ＴｉＣ）等からなるメタライジング層が形成される。これらのメタライジング層と銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）を含む周期律表第１Ｂ族の金属とは融合し易く、メタライジング層を介してダイヤモンド砥粒Ｐｇとロー材１５ａとの濡れ性がよくなる。ダイヤモンド砥粒Ｐｇの表面に形成されるメタライジング層は、溶融状態のロー材１５ａに対し濡れ性がよいので、溶融したロー材１５ａはダイヤモンド砥粒Ｐｇの周囲に付着して盛り上がり、隣接するダイヤモンド砥粒Ｐｇ間のロー材１５ａは、ダイヤモンド砥粒Ｐｇと接する部分が高く中間部が低い形状となり、隣接するダイヤモンド砥粒Ｐｇ間に大きい凹みが気孔１５ｂとして形成される。これにより、砥粒保持力が強く、研削屑の排出性に優れたメタルボンドダイヤモンド砥粒層が形成される。
【００４２】
上記した実施例においては、異なる要求特性としての加工負荷に対応する砥石層を持つ砥石として、円筒砥石層と端面砥石層とを一体成形した複合砥石について例示したが、このような組み合わせに本発明は限定されるものではない。例えば、同軸上で隣接する２つの円筒部の材質が異なる複合ワークの場合では、これら２つの円筒部を研削する砥石のそれぞれの砥石層を組成する結合材を変えることにより、これら砥石層に異なる研削能力を与えるようにしてもよい。
【００４３】
また、砥石上の複数の砥石層に異なる加工負荷に対応する研削能力を付与するため、ビトリファイドボンド砥石とメタルボンド砥石との組み合わせを例示したが、他の結合材の組み合わせた砥石としてもよい。例えば、ビトリファイドボンド砥石とレジノイドボンド砥石との組み合わせや、メタルボンド砥石とレジノイドボンド砥石との組み合わせを採用でき、さらには、ビトリファイドボンド砥石、メタルボンド砥石及びレジノイドボンド砥石の何れかを電着砥石と組み合わせて使用できる。
【００４４】
上記した実施例においては、端面研削用の第２砥石層１５は、砥石基板１１の外周全面に連続して形成したものを例示したが、全面になくて点在或いは断続的に形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による一体型複合砥石の実施例と研削されるワークの一例を示す一部断面平面図。
【図２】砥石基板に接着固定される砥石セグメントの取り付け構成を示す斜視図。
【図３】本発明による一体型複合砥石の製造プロセスを示す製造プロセスブロック図。
【図４】円筒部研削用の第１砥石層を型込成形した砥石成形型の断面図。
【図５】第１砥石層の端部に端面部研削用の第２砥石層を型込成形した砥石成形型の断面図。
【図６】外周にメタルボンドを内包する樹脂層により被覆されたＣＢＮ砥粒の断面図。
【図７】砥粒間に気孔を形成するＣＢＮメタルボンド砥石の組織を説明するための断面図。
【図８】図３に示す製造プロセスの一部を変更した第１変形例の製造プロセスの要部ブロック図。
【図９】図３に示す製造プロセスの一部を変更した第２変形例の製造プロセスの要部ブロック図。
【図１０】図８に示す第１変形例における第２砥石層の一部拡大断面図。
【図１１】図８に示す第１変形例における別の製造工程における第２砥石層の一部拡大断面図。
【図１２】図８に示す第１変形例におけるさらに別の製造工程における第２砥石層の一部拡大断面図。
【図１３】円筒部と端面部とを研削する従来の方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・一体型複合砥石、１１・・・砥石基板、１２・・・下地層、１３・・・砥石層、１４・・・円筒砥石層、１５・・・端面砥石層、１５ａ・・・ロー材、１５ｂ・・・気孔、Ｗ・・・ワーク（工作物）、ｗ１・・・円筒加工部、ｗ２・・・端面加工部、ＰＣ１・・・第１砥石層製造プロセス、ＰＣ２・・・第２砥石層製造プロセス、ＰＣ３・・・一体型複合砥石製造プロセス、２０・・・砥石成形型、２１・・・下型、２２・・・型枠、２３・・・上型、２４・・・第２砥石層模擬体、２６・・・円弧面形成部材、Ｐｇ・・・ＣＢＮ砥粒、２９・・・円弧状の凹み、３０・・・塗布層、３１・・・メタルボンド粉末、３２・・・樹脂層。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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