(57)【要約】【課題】  研削性能の向上を可能となすべく特性の異なる異種の砥粒を混合使用する新規構成のビトリファイド砥石を提供する。【解決手段】  第１の単結晶アルミナ砥粒とそれより強度が低く且つ靱性が高い第２の単結晶アルミナ砥粒とを、体積比で第１の単結晶アルミナ砥粒対第２の単結晶アルミナ砥粒が７０：３０〜９７：３となるように、含むことを特徴とするビトリファイド砥石。第１の単結晶アルミナ砥粒は、アルミナ結晶を機械的に解砕して得られたものである。第２の単結晶アルミナ砥粒は、アルミナ結晶をその粒界介在物を溶解することで解砕して得られたものである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の単結晶アルミナ砥粒と該第１の単結晶アルミナ砥粒より強度が低く且つ靱性が高い第２の単結晶アルミナ砥粒とを体積比で前記第１の単結晶アルミナ砥粒対前記第２の単結晶アルミナ砥粒が７０：３０〜９７：３となるように含むことを特徴とするビトリファイド砥石。
【請求項２】
前記第１の単結晶アルミナ砥粒と前記第２の単結晶アルミナ砥粒とを体積比７５：２５〜９５：５で含むことを特徴とする、請求項１に記載のビトリファイド砥石。
【請求項３】
前記強度は平均圧壊荷重によるものであり、前記第１の単結晶アルミナ砥粒は前記第２の単結晶アルミナ砥粒より平均圧壊荷重が大きいことを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載のビトリファイド砥石。
【請求項４】
前記強度は引張破壊応力によるものであり、前記第１の単結晶アルミナ砥粒は前記第２の単結晶アルミナ砥粒より引張破壊応力が大きいことを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載のビトリファイド砥石。
【請求項５】
前記靱性は破砕性指数によるものであり、前記第１の単結晶アルミナ砥粒は前記第２の単結晶アルミナ砥粒より破砕性指数が大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のビトリファイド砥石。
【請求項６】
前記第１の単結晶アルミナ砥粒はその化学組成（酸化物換算）において９９．５重量％以上のＡｌ２Ｏ３を含み、前記第２の単結晶アルミナ砥粒はその化学組成（酸化物換算）において０．１重量％以上のＴｉＯ２及び１重量％以上のＳＯ３を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のビトリファイド砥石。
【請求項７】
前記第１の単結晶アルミナ砥粒は、アルミナ結晶を機械的に解砕して得られたものであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のビトリファイド砥石。
【請求項８】
前記第２の単結晶アルミナ砥粒は、アルミナ結晶をその粒界介在物を溶解することで解砕して得られたものであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のビトリファイド砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビトリファイド砥石に関するものであり、特に特性の異なる異種の砥粒を混合使用することで研削性能の向上を企図したビトリファイド砥石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼などの金属からなる部材の研削とくにその表面の研削または研磨のための工具として、ビトリファイド砥石が広く使用されている。このビトリファイド砥石は、アルミナ等の砥粒をガラス質のビトリファイド結合材により結合して、該結合材により多数の砥粒を分散して保持したものである。ビトリファイド砥石の研削性能を決定する要因は数多くあるが砥粒自体の機械的特性がその大きなウェイトを占めている。従って、特定の砥粒のみを使用するよりも、特性の異なる複数種類の砥粒を混合して使用することが研削性能の向上に役立つ場合がある。
【０００３】
砥粒としてアルミナ砥粒を用いたビトリファイド砥石において、結合材中に複数種類の砥粒を分散保持して研削性能の向上を目指したものとして、例えば、特開２００１−３８６３３号公報（特許文献１）に、褐色アルミナ砥粒と解砕型アルミナ砥粒とを所定割合で混合してなるビトリファイド砥石が開示されている。このビトリファイド砥石によれば、研削比及びドレス間隔の改善がなされる。
【０００４】
しかるに、近年、ビトリファイド砥石の研削性能の更なる向上が要望されている。
【特許文献１】特開２００１−３８６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、更なる研削性能の向上を可能となすべく特性の異なる異種の砥粒を混合使用する新規構成のビトリファイド砥石を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
第１の単結晶アルミナ砥粒と該第１の単結晶アルミナ砥粒より強度が低く且つ靱性が高い第２の単結晶アルミナ砥粒とを体積比で前記第１の単結晶アルミナ砥粒対前記第２の単結晶アルミナ砥粒が７０：３０〜９７：３となるように含むことを特徴とするビトリファイド砥石、
が提供される。
【０００７】
本発明の一態様においては、前記ビトリファイド砥石は、前記第１の単結晶アルミナ砥粒と前記第２の単結晶アルミナ砥粒とを体積比７５：２５〜９５：５で含む。
【０００８】
本発明の一態様においては、前記強度は平均圧壊荷重によるものであり、前記第１の単結晶アルミナ砥粒は前記第２の単結晶アルミナ砥粒より平均圧壊荷重が大きい。本発明の一態様においては、前記強度は引張破壊応力によるものであり、前記第１の単結晶アルミナ砥粒は前記第２の単結晶アルミナ砥粒より引張破壊応力が大きい。本発明の一態様においては、前記靱性は破砕性指数によるものであり、前記第１の単結晶アルミナ砥粒は前記第２の単結晶アルミナ砥粒より破砕性指数が大きい。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記第１の単結晶アルミナ砥粒はその化学組成（酸化物換算）において９９．５重量％以上のＡｌ２Ｏ３を含み、前記第２の単結晶アルミナ砥粒はその化学組成（酸化物換算）において０．１重量％以上のＴｉＯ２及び１重量％以上のＳＯ３を含む。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記第１の単結晶アルミナ砥粒は、アルミナ結晶を機械的に解砕して得られたものである。本発明の一態様においては、前記第２の単結晶アルミナ砥粒は、アルミナ結晶をその粒界介在物を溶解することで解砕して得られたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ビトリファイド砥石において砥粒として単結晶アルミナ砥粒のみを用い、但し該単結晶アルミナ砥粒として強度及び靱性の異なる第１及び第２のものを混合使用することで、研削性能を著しく高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
本発明において、第２の単結晶アルミナ砥粒として例示される「砥粒Ａ」は、その製造に際し硫化物を含んだアルミナ溶湯をゆっくりと冷却してアルミナ結晶を成長させる。その際、硫化物は粒界に偏析しており、この硫化物を溶かすことで結晶を解砕して単結晶砥粒を得る。このように、第２の単結晶アルミナ砥粒である「砥粒Ａ」は、その製造過程において機械的な応力をかけていないという特徴がある。
【００１４】
これに対して、第１の単結晶アルミナ砥粒として例示される「砥粒Ｂ」は、その製造に際し硫化物を使用することなくアルミナ結晶を成長させ、その後機械的に解砕して単結晶砥粒を得る。このように、第１の単結晶アルミナ砥粒である「砥粒Ｂ」は、その製造過程において硫化物を使用していないため、「砥粒Ａ」に比べて不純物が少ないという特徴がある。
【００１５】
この２種類の砥粒（いずれも＃３６）の形状及び表面状態をＳＥＭ（ＪＥＯＬ社製ＪＳＭ−５３００［商品名］）により観察したところ、「砥粒Ａ」より「砥粒Ｂ」の方が尖った形状をなしており角が鋭角であった。表面状態については、「砥粒Ａ」の表面は凹凸が目立つのに対して、「砥粒Ｂ」の表面は平滑であった。これは製造方法の相違をよく反映しているものと考えられる。この表面状態は、ビトリファイド結合材と結合する際の結合面積に関係するため、砥粒の保持力に影響し、その結果、砥石の研削性能に大きな影響があるものと推測される。
【００１６】
以上の２種類の砥粒の化学組成につき分析を行った。分析は、砥粒を粉砕して粉末状にした後に、蛍光Ｘ線の半定量分析により測定した。以下の結果が得られた：
「砥粒Ａ」（第２の単結晶アルミナ砥粒）
Ａｌ２Ｏ３：９７．４１重量％
ＴｉＯ２：０．３５重量％
ＳｉＯ２：０．２９重量％
ＣａＯ：０．０２重量％
Ｆｅ２Ｏ３：０．０３重量％
ＳＯ３：１．８７重量％
「砥粒Ｂ」（第１の単結晶アルミナ砥粒）
Ａｌ２Ｏ３：９９．７１重量％
ＳｉＯ２：０．０５重量％
Ｎａ２Ｏ：０．２１重量％
ＣａＯ：０．０１重量％
Ｆｅ２Ｏ３：０．０２重量％
尚、測定結果は酸化物に換算して示している。
【００１７】
以上の２種類の砥粒の化学組成には、製造方法の相違が反映されている。即ち、「砥粒Ａ」では解砕のために添加した硫化物に起因する硫黄が多く（ＳＯ３換算で１重量％以上）含まれている。これに対して、「砥粒Ｂ」には不純物が殆ど入っていない（Ａｌ２Ｏ３９９．５重量％以上）。また、「砥粒Ａ」には、ＴｉＯ２やＳｉＯ２が比較的多く含まれている（ＴｉＯ２０．１重量％以上）。アルミナ中にＴｉＯ２等が固溶すると破壊靱性が向上するため、「砥粒Ａ」は「砥粒Ｂ」より破壊靱性が高く従って強靱な砥粒である。
【００１８】
次に、以上の２種類の砥粒の機械的性質を評価するため、平均圧壊加重Ｗを測定した。また、ＳＥＭ像から砥粒の平均投影断面積Ａを測定し、引張破壊応力σを式σ＝Ｗ／（０．３２Ａ）により算出した。
【００１９】
更に、研削時の砥粒の破砕性を評価するため、ＪＩＳ−Ｒ６１２８（人造研削剤のじん性の試験法）に準拠して以上の２種類の砥粒の破砕性指数を測定した。破砕性指数は研削時における砥粒の破砕の程度を表しており、数値が大きいほど破砕性が高い。尚、測定した砥粒は、上記引張破壊応力などの測定に用いた＃３６と後述の研削実施例で使用した＃８０の２種類の粒度のものである。
【００２０】
以上により得られた平均圧壊加重Ｗ、平均投影断面積Ａ、引張破壊応力σ、及び破砕性指数は、次の通りであった：
「砥粒Ａ」（第２の単結晶アルミナ砥粒）
平均圧壊加重Ｗ：３６Ｎ（＃３６）
平均投影断面積Ａ：３．３×１０−７ｍ２
引張破壊応力σ：０．２５ＧＰａ（＃３６）
破砕性指数：７０．９（＃３６），５３．６（＃８０）
「砥粒Ｂ」（第１の単結晶アルミナ砥粒）
平均圧壊加重Ｗ：４３Ｎ（＃３６）
平均投影断面積Ａ：３．３×１０−７ｍ２
引張破壊応力σ：０．３３ＧＰａ（＃３６）
破砕性指数：７８．４（＃３６），６２．６（＃８０）
これらの結果から、「砥粒Ａ」は「砥粒Ｂ」に比べて強度は低いが靱性が高い強靱な砥粒であり、「砥粒Ｂ」は「砥粒Ａ」に比べて強度は高いが靱性が低く破砕しやすい砥粒である。そのため、実際の研削において、それぞれの砥粒が切れ刃として作用する場合、「砥粒Ａ」は逃げ面がすり減り平坦化されていく摩滅的摩耗形態をとり、「砥粒Ｂ」は一部分が欠落する破砕的摩耗形態をとるものと推測される。
【００２１】
本発明のビトリファイド砥石は、例えばＳＵＪ、ＳＫＤ、ＳＫＨ、ＳＣＭ、ＳＣ、ＳＵＳ等の鋼材の研削に好適である。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例及び比較例により、本発明を更に説明する。以下の実施例及び比較例では、研削性能に及ぼす異種砥粒の混合比率の影響を測定した。
【００２３】
横軸平面研削盤（岡本工作機械製作所製ＰＳＧ−５２ＤＸ［商品名］）を使用して、水平方向回転軸の周りで回転する円盤状砥石｛＃８０の「砥粒Ｂ」（第１の単結晶アルミナ砥粒）と＃８０の「砥粒Ａ」（第２の単結晶アルミナ砥粒）とを以下の表１に示す体積比［「砥粒Ｂ」：「砥粒Ａ」］で含むもの｝の外周面をその下方の工作物（被削材）｛高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２（硬さ：ＨＲＣ６２）｝の上面に沿って水平方向に移動させる湿式プランジ平面研削（上向き研削）を行った。研削条件を以下に示す：
工作物寸法：１００Ｌ×５Ｔ×３０Ｈｍｍ
工作物速度：９ｍ／ｍｉｎ
砥石寸法：２００Ｄ×２０Ｔ×５０．８Ｈｍｍ、
砥石周速度：２０００ｍｍ／ｍｉｎ
砥石切り込み量：１０μｍ
研削液：ソリュブルタイプ（ＪＩＳ：Ｗ−２−２）２％溶液
尚、砥石はいずれも６．５φ−＃３０インプリダイヤモンドドレッサを用いて、砥石周速度２０００ｍｍ／ｍｉｎ、ドレッシング送り速度０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ドレッサ切り込み量１０μｍ／ｐａｓｓ、湿式の条件で、ドレス量０．１ｍｍのドレッシングを行った後に、工作物の研削に供した。
【００２４】
以下の表１に、「砥粒Ｂ」：「砥粒Ａ」の比率を変化させた場合の、砥石摩耗量、研削比、研削抵抗及びドレス間隔（工作物の表面粗さが所定の値になるまでの工作物の研削量）の結果を示す。尚、表１における砥石摩耗量、研削比、研削抵抗及びドレス間隔の数値は、比較例１のものを１とした時の相対値で示されている。
【００２５】
【表１】
2005254350.tif 000002
尚、参考のために「砥粒Ａ」に代えて褐色アルミナ砥粒を使用したこと以外は実施例３と同様に実施したところ、砥石摩耗量０．９１、研削比１．１１、研削抵抗１．０２及びドレス間隔１．１７の結果が得られた。
【００２６】
以上の結果から分かるように、本発明の範囲内（実施例１〜６）の場合には、総合的に優れた研削性能が得られた。特に、実施例２〜５では一層高い研削性能が得られた。