(57)【要約】【課題】  本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、砥粒が脱落しにくく、寿命が長い砥石及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  砥石１は、円盤状の台金６の外周面に、平均粒径３００μｍの超砥粒２を一層配置したものである。台金６の表面における超砥粒２の配置パターンは、長方形の基本パターンを繰り返したものである。超砥粒２は、台金６の外周表面全体にわたって設けられた結合剤層３により、台金６に固定されている。結合剤層３は、台金６の外周表面全体を覆うとともに、超砥粒２における台金６側の一部を保持する結合剤第１層３ａと、超砥粒２が存在する部分に局所的に設けられ、その上方では超砥粒２の突出端側を覆い、その下方においては結合剤第１層３ａと接続する結合剤第２層３ｂとから成る。【選択図】  図５
2007098548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台金と、
前記台金の表面に形成された結合剤層と、
前記結合剤層により前記台金に固定された砥粒と、を備えた砥石であって、
前記結合剤層が、前記砥粒の突出端側を覆っていることを特徴とする砥石。
【請求項２】
前記結合剤層が前記砥粒の突出端側を覆う部分において、前記結合剤層の厚みが、前記砥粒の厚みに対し、１００〜１３０％の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の砥石。
【請求項３】
前記結合剤層が、前記砥粒における前記台金側を保持する結合剤第１層と、前記砥粒の突出端側を覆う結合剤第２層とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の砥石。
【請求項４】
前記砥粒のうち、前記結合剤第１層により保持される部分の深さは、前記砥粒の粒径に対し、２０〜７０％の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の砥石。
【請求項５】
隣接する前記砥粒の各中心を通る断面において、前記砥粒間のチップポケットの投影面積が、前記砥粒の断面積の０．３〜３０倍の範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の砥石。
【請求項６】
前記砥粒の配置パターンが、任意の基本パターンの繰り返しであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の砥石。
【請求項７】
前記砥粒の配置パターンが、前記砥粒を直線配置した列を、平行に並べたものであるとともに、
前記列の伸びる方向と、砥石の研削方向との成す角度が、０〜９０℃の範囲にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の砥石。
【請求項８】
台金の表面に、結合剤第１層を形成する工程と、
前記結合剤第１層の上に、砥粒を、前記砥粒の突出端側が露出された状態で一層配置する工程と、
前記砥粒の突出端側を覆うように、結合剤第２層を形成する工程と、を有することを特徴とする砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒を用いた研削砥石、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ダイヤモンドやＣＢＮ砥粒等の超砥粒を、台金上に、金属結合剤を用いて固着した研削砥石が知られている。この研削砥石は、次のように製造される。まず、台金上に結合剤を塗布し、次に、超砥粒を、その上に配置する。このとき、超砥粒の下部のみが結合剤に保持され、超砥粒の上部（突出端側）は露出する。最後に、焼成し、超砥粒と台金とを本固定する。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２０００−３４３４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような研削砥石は、超砥粒と台金との結合力が弱く、超砥粒が脱落し易い場合があった。また、超砥粒が脱落し易いため、研削砥石の寿命が短くなってしまうことがあった。
【０００４】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、砥粒が脱落しにくく、寿命が長い砥石及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１の発明は、
台金と、前記台金の表面に形成された結合剤層と、前記結合剤層により前記台金に固定された砥粒と、を備えた砥石であって、前記結合剤層が、前記砥粒の突出端側を覆っていることを特徴とする砥石を要旨とする。
【０００６】
本発明の砥石では、砥粒が結合剤層により、その突出端側まで覆われているので、砥粒の結合不良を減少させることができる。また、砥石の製造工程において砥石を焼成し、その後冷却したときに、結合剤層による熱応力の砥粒に対する局所的な作用を緩和することができる。上記のように、台金と砥粒との結合力が強く、砥粒への熱応力による損傷が少ないので、本発明の砥石は砥粒が脱落しにくく、又、欠け、割れが少ないため、寿命が長い。
本発明において、図５（ａ）に示すように、結合剤層３が砥粒２を完全に包むことが、上記効果を一層高めることができるので好ましい。
【０００７】
なお、本発明の砥石は、砥粒の突出端側が結合剤層により覆われていても、使用時には、図５（ｂ）に示すように砥粒２の突出端２ａが露出するので、優れた研削性能を奏することができる。
【０００８】
前記結合剤層は、例えば、金属結合剤を塗布して形成することができる。具体的には、例えば、粉末ロウ剤をバインダーと混合したもの、ペーストロウ剤等を用いて形成することができる。
【０００９】
前記砥粒の材質は、特に限定されないが、例えば、ダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒を用いることができる。
前記砥粒の粒径は、１０〜２０００μｍの範囲が好適であり、特に、３０〜１０００μｍの範囲が好適である。
（２）請求項２の発明は、
前記結合剤層が前記砥粒の突出端側を覆う部分において、前記結合剤層の厚みが、前記砥粒の厚みに対し、１００〜１３０％の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の砥石を要旨とする。
【００１０】
本発明では、結合剤層が砥粒の突出端側を覆う部分において、結合剤層の厚み（砥粒も含む厚み）が、砥粒の厚みに対して、１００％以上（より好ましくは１０５％以上）であるので、結合剤層で砥粒の突出端側を覆うことができる。また、結合剤層が砥粒の突出端側を覆う部分において、結合剤層の厚み（砥粒も含む厚み）が砥粒の厚みに対して、１３０％以下（より好ましくは１１０％以下）であるので、結合剤層が研削の邪魔になることがない。
（３）請求項３の発明は、
前記結合剤層が、前記砥粒における前記台金側を保持する結合剤第１層と、前記砥粒の突出端側を覆う結合剤第２層とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の砥石を要旨とする。
【００１１】
本発明は、結合剤層の構造を例示する。前記結合剤第１層は、例えば、台金の表面全体を覆うとともに、砥粒における台金側（突出端側を除く部分、例えば、砥粒の下側、側面）を保持するものとすることができる。また、結合剤第２層は、砥粒が存在する部分に局所的に設けられ、砥粒の突出端側を覆うとともに、その下方において結合剤第１層と接続するものとすることができる。
【００１２】
前記結合剤第１層と結合剤第２層とは、同一種類の材料（結合剤）から成るものであってもよいし、異なる種類の材料から成るものであってもよい。
（４）請求項４の発明は、
前記砥粒のうち、前記結合剤第１層により保持される部分の深さは、前記砥粒の粒径に対し、２０〜７０％の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の砥石を要旨とする。
【００１３】
本発明の砥石は、砥粒のうち、結合剤第１層により保持される部分の深さが、砥粒の粒径に対し、２０％以上（より好ましくは３０％以上）であることにより、研削時に砥粒にかかる負荷に対し、十分な砥粒保持強度を有する。
【００１４】
また、砥粒のうち、結合剤第１層により保持される部分の深さが、砥粒の粒径に対し、７０％以下（より好ましくは６０％以下）であることにより、研削時に砥粒を十分露出させ、研削性能を高めることができる。
（５）請求項５の発明は、
隣接する前記砥粒の各中心を通る断面において、前記砥粒間のチップポケットの投影面積が、前記砥粒の断面積の０．３〜３０倍の範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の砥石を要旨とする。
【００１５】
本発明の砥石は、砥粒間のチップポケットの投影面積が、砥粒の断面積の０．３〜３０倍の範囲（より好ましくは、０．５〜１０倍の範囲）にあることにより、研削対象が金属又は非金属の軟質材であっても、十分に切り粉を排出し、目詰まりを防止することができる。
（６）請求項６の発明は、
前記砥粒の配置パターンが、任意の基本パターンの繰り返しであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の砥石を要旨とする。
【００１６】
本発明の砥石では、砥粒の配置パターンが、基本パターンを繰り返したものであるので、砥石の研削面が広い場合でも、その基本パターンを繰り返すだけで、容易に砥粒を配置することができる。そのため、砥石の製造が容易であり、製造に使用する設備も小規模で済む。
【００１７】
基本パターンとしては、例えば、長方形のパターン、正方形のパターン、千鳥格子のパターン等がある。基本パターンにおける隣接する砥粒間の間隔は、砥粒径の１．５〜１０倍の範囲が好適である。
（７）請求項７の発明は、
前記砥粒の配置パターンが、前記砥粒を直線配置した列を、平行に並べたものであるとともに、前記列の伸びる方向と、砥石の研削方向との成す角度が、０〜９０℃の範囲にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の砥石を要旨とする。
【００１８】
本発明の砥石では、砥粒を直線配置した列と砥石の研削方向とのなす角度が０〜９０°（特に好ましくは３０〜４５°）となるので、その角度を変えることにより、研削方向から見たときの砥粒のオーバーラップを調整することができる。
（８）請求項８の発明は、
台金の表面に、結合剤第１層を形成する工程と、前記結合剤第１層の上に、砥粒を、前記砥粒の突出端側が露出された状態で一層配置する工程と、前記砥粒の突出端側を覆うように、結合剤第２層を形成する工程と、を有することを特徴とする砥石の製造方法を要旨とする。
【００１９】
本発明によれば、請求項１〜７に係る砥石を製造することができる。
本発明では、結合剤第１層の上に砥粒を配置した後、結合剤第１層を乾燥させる工程を設けることができる。また、結合剤第２層を形成した後、砥石を焼成することで、砥粒と台金とをしっかりと結合させることができる。この焼成は、例えば、非酸化雰囲気で行うことができ、焼成温度を１０００〜１０５０℃とし、焼成時間を０．５〜１時間とすることができる。
【００２０】
前記結合剤第１層と結合剤第２層とは、同一種類の材料（結合剤）から成るものであってもよいし、異なる種類の材料から成るものであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００２２】
イ）まず、本実施例の砥石の構成を図１〜図５を用いて説明する。
図１に示すように、砥石１は、円盤状の台金６の外周面に、平均粒径３００μｍの超砥粒２を一層配置したものである。砥石１は、円盤状の台金６の中心に設けられた回転軸７を中心に回転することにより、その外周面（超砥粒２が設けられた面）が、図１における「砥石回転方向」に移動する。
【００２３】
台金６の表面における超砥粒２の配置パターンは、図２に示すように、辺の長さがそれぞれａ、ｂである長方形の基本パターンを繰り返したものである。従って、図１に示すように、超砥粒２の配置パターンは、超砥粒２を直線配置した砥粒列８が、平行に並んだものとなる。この砥粒列８と回転軸７とは、角度θを成す。また、砥粒列８と砥石の回転方向とのなす角度は、（９０−θ）°となる。上記θの値は０〜９０°の範囲で設定可能であるが、特に、４５〜６０°の範囲が好ましい。
【００２４】
超砥粒２付近の構成を図３、図４、及び図５を用いて説明する。超砥粒２は、台金６の外周表面全体にわたって設けられた結合剤層３により、台金６に固定されている。結合剤層３は、図５（ａ）に示すように、結合剤第１層３ａと結合剤第２層３ｂとから成る。結合剤第１層３ａは、台金６の外周表面全体を覆うとともに、超砥粒２における下半分を保持する。また、結合剤第２層３ｂは、超砥粒２が存在する部分に局所的に設けられ、超砥粒２の上半分（突出端２ａを含む部分）を覆っている。そして、結合剤第１層３ａの上端と、結合剤第２層３ｂの下端とは、超砥粒２の側面において接続している。
【００２５】
図５（ａ）に示すように、結合剤第２層３ｂが超砥粒２の突出端２ａ側を覆う部分における任意の位置で、結合剤層３の厚み（結合剤第２層３ｂの表面から台金６までの距離）をＬ１とし、その位置における超砥粒２の厚みをＬ３としたとき、Ｌ３に対するＬ１の比率は、１００〜１３０％である。また、超砥粒２のうち、結合剤第１層３ａにより保持される部分の深さＬ２は、その超砥粒２の粒径に対し、２０〜７０％の範囲にある。
【００２６】
図４に示すように、隣接する２つの超砥粒２の各中心を通る断面で見たとき、それら２つの超砥粒２間のチップポケット４の投影面積（図４における手前から見たときの面積）は、そのチップポケット４の両側にある超砥粒２の１個あたりの断面積の０．３〜３０倍の範囲にある。
【００２７】
なお、本実施例の砥石１は、未使用のときは、図５（ａ）に示す構成を有しているが、使用したとき、は図５（ｂ）に示すように、結合剤第２層３ｂの表面側が削り取られ、超砥粒２の突出端２ａが露出した状態となる。この状態でも、超砥粒２の周囲（突出端２ａ側を除く）は、結合剤第１層３ａ及び残りの結合剤第２層３ｂにより保持されている。
【００２８】
ロ）次に、本実施例の砥石１の製造方法を説明する。
(i)粉末ロウ剤をバインダーと混合し、ペースト状の結合剤を調製する。
(ii)台金６の外周表面に結合剤を塗布し、結合剤第１層３ａを形成する。
【００２９】
(iii)超砥粒２を、図１に示す配置パターンとなるように、結合剤第１層３ａの上に、一層配置する。
(iv)結合剤第１層３ａを、大気中で、８０℃にて２時間乾燥させる。
【００３０】
(v)個々の超砥粒２の上に、結合剤を局所的に塗布し、結合剤第２層３ｂを形成する。
(vi) 結合剤第２層３ｂを、大気中で、８０℃にて２時間乾燥させる。
(vii)超砥粒２、及び結合剤層３を配置した台金６を、非酸化雰囲気中にて、約１０００℃の温度で０．５時間焼成し、超砥粒２と台金６とを本結合させる。
【００３１】
ハ）次に、本実施例の砥石１が奏する効果を説明する。
(i)超砥粒２が結合剤層３により、その突出端２ａ側まで覆われているので、超砥粒２の結合不良を減少させることができる。また、砥石１を焼成した後の冷却時における、結合剤層３による熱応力の超砥粒２に対する局所的な作用を緩和することができる。
【００３２】
なお、超砥粒２の突出端２ａ側が結合剤層３により覆われていても、使用時には、図５（ｂ）に示すように超砥粒２の突出端２ａが露出するので、優れた研削性能を奏することができる。
【００３３】
(ii) 超砥粒２のうち、結合剤第１層３ａにより保持される部分の深さＬ２は、その超砥粒２の粒径に対し、２０〜７０％の範囲にあるので、本実施例の砥石１は、研削時に超砥粒２にかかる負荷に対し、十分な砥粒保持強度を有する。
【００３４】
(iii)超砥粒２の配置パターンが、長方形の基本パターンを繰り返したものであるので、砥石１の研削面が広い場合でも、その基本パターンを繰り返すだけで、容易に超砥粒２を配置することができる。そのため、砥石１の製造が容易であり、製造に使用する設備も小規模で済む。
【００３５】
(iv)台金６の表面における超砥粒２の配置パターンは、図２に示すように、超砥粒２を直線配置した砥粒列８と砥石の回転方向とのなす角度が（９０−θ）°となるものである。そのため、θの値を変えることにより、「砥石回転方向」から見たときの超砥粒２のオーバーラップを調整することができる。
【００３６】
(v)超砥粒２間のチップポケット４の投影面積が、超砥粒２の断面積の０．３〜３０倍の範囲にあることにより、研削対象が金属又は非金属の軟質材であっても、十分に切り粉を排出し、目詰まりを防止することができる。
【００３７】
ニ）次に、本実施例の砥石１の効果を確かめるための実験について説明する。
(i)実験に使用した砥石
本実施例の砥石１と、比較例の砥石とを使用した。この比較例の砥石は、本実施例の砥石１と基本的な構成は同一であるが、結合剤層３が、結合剤第１層３ａのみから成る。つまり、比較例の砥石では、超砥粒２のうち、結合剤第１層３ａにより覆われない部分（突出端側）は、使用前から露出している。比較例の砥石に含まれる超砥粒２のうち、結合剤第１層３ａにより保持される部分の深さは、超砥粒２の粒径に対し、５０％である。
【００３８】
(ii)研削条件
研削機械：平面研削盤
砥石形状：寸法、３Ａ１  １５０Ｄ×１５Ｔ×５０．８Ｈ×１０Ｕ
研削材：鋳鉄（ＦＣ２５０）
研削条件：砥石周速度２３．５６ｍ／ｓｅｃ、切り込み７０μｍ
(iii)研削試験結果
本実施例の砥石１は、比較例の砥石に比較して、研削初期における砥粒の脱落が約８３％減少した。また、本実施例の砥石１は、比較例の砥石に比較して、砥石寿命が、約１．４３倍となった。また、本実施例の砥石１は、目詰まり、研削焼けを生じさせず、研削試験後における研削材の面粗度は、比較例の砥石を使用した場合と同等であった。
【００３９】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、超砥粒２の配置パターンは、図６に示す千鳥パターンを基本パターンとするものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】砥石１の構成を表す平面図である。
【図２】砥石１における超砥粒２の配列パターンを表す説明図である。
【図３】砥石１の構成を表す平面図である。
【図４】砥石１の構成を表す、図３のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図５】超砥粒２周辺の構成を表す断面図であって、（ａ）は使用前の状態を表し、（ｂ）は使用中の状態を表す。
【図６】砥石１における超砥粒２の配列パターンを表す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・砥石
２・・・超砥粒
３・・・結合剤層
３ａ・・・結合剤第１層
３ｂ・・・結合剤第２層
４・・・チップポケット
７・・・回転軸
８・・・砥粒列
【図１】
2007098548.tif 000003
【図２】
2007098548.tif 000004
【図３】
2007098548.tif 000005
【図４】
2007098548.tif 000006
【図５】
2007098548.tif 000007
【図６】
2007098548.tif 000008