(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径が４５μｍ以下の微細砥粒と、結合剤と、平均粒子径が０．０１〜０．１ｍｍの人工気孔剤との混合物を造粒操作して平均造粒径が０．２〜２ｍｍの範囲で、かつ、前記人工気孔剤の５〜１００倍の範囲にある原粒を形成し、その原粒を１０〜５０ＭＰａの圧力で圧縮成形し、その後、生成形体を８０℃以下で本乾燥し、乾燥後、最高温度８４０℃で焼成することから成る超仕上げ用砥石の製造方法。
【請求項２】
上記原粒を圧縮成形する前に内部加熱によって乾燥硬化させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の超仕上げ用砥石の製造方法。
【請求項３】
上記原粒の圧縮成形時に柔軟性および可塑性付加剤を添加するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超仕上げ用砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平均粒子径が４５μｍ以下の微細砥粒からなる超仕上げ用砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の超仕上げ用砥石は、仕上げ面粗度の向上と同時に、精度の維持向上から砥粒はより微細化するとともに、高切削性、すなわち、目詰まり、目潰れが無く、切り屑の排出機能に優れた砥石が必要とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超仕上げ用砥石として、図２に例示したような構造の砥石２０は、気孔３は有するものの、砥粒１と気孔３が偏在しており、結合剤層２が占める割合の多い所で部分的に目詰まり・目潰れを起こし易く、やがては、砥石作用面全体で広く目詰まり・目潰れを起こすことになる。
【０００４】
この発明では、一般に超仕上げ用とされる”平均粒子径４５μｍ以下の微細砥粒”を使用して形成する超仕上げ用砥石が、従来のものに比べて切り屑の排出機能に優れていること、すなわち、目詰まり、目潰れのないものが得られるようにすることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明では、上記平均粒子径の微細砥粒と、結合剤と、平均粒子径が０．０１〜０．１ｍｍの人工気孔剤との混合物を造粒操作して、平均造粒径が０．２〜２ｍｍの範囲で、かつ、前記人工気孔剤の５〜１００倍の範囲にある原粒を形成し、その原粒を１０ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力で圧縮成形し、その後、生成形体８０℃以下で本乾燥し、乾燥後、最高温度８４０℃で焼成することにより、前記微細砥粒が結合剤で結合され、その結合剤の部分に一次気孔が形成されてなる単位の造粒小砥石同士が二次気孔を形成した形で融着結合されており、各造粒小砥石の平均径が０．０８〜１．２ｍｍの範囲にあり、各二次気孔が各造粒小砥石の平均径より小さく形成されている超仕上げ用砥石を作製したのである。
【０００６】
以上のようにして形成したこの発明の超仕上げ用砥石の内部構造を図１に模式的に示す。図中、符号１を付したものが上記平均粒子径の微細砥粒であり、２が結合剤、３が一次気孔、４が造粒小砥石、５が二次気孔である。
【０００７】
その際、前記人工気孔剤の平均粒子径を０．０１〜０．１ｍｍとしたのは、０．０１ｍｍより小さいと、その人工気孔剤が消失して形成される一次気孔３が、十分な切り屑排出機能を満たすための大きさにならないからであり、０．１ｍｍより大きすぎると造粒小砥石４の形成が困難だからである。
【０００８】
また、造粒小砥石４の原粒の平均造粒径が人工気孔剤の５〜１００倍までで、かつ、０．２〜２ｍｍの範囲にあるようにし、かつ、それを１０ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力で圧縮成形し、その後、生成形体８０℃以下で本乾燥し、乾燥後、最高温度８４０℃で焼成するようにしたのは以下の理由による。
【０００９】
先ず、原粒の平均造粒径が人工気孔剤の１００倍より大きいと、小砥石４間に形成される前記二次気孔５が、切り屑を排出するには大き過ぎ、かつ、数の少ないものとなり、目詰まり、目潰れを起こし易く、逆に、原粒の平均造粒径が人工気孔剤の５倍より小さいと、切り屑を排出するには小さ過ぎる二次気孔５が多数形成されるだけで、そうなると、切り屑の排出が一層困難となるからである。
【００１０】
また、原粒の平均造粒径が０．２ｍｍ以下の場合は、通常の多孔性砥石に比べて大きな性能差を発揮できないからであり、２ｍｍ以上の場合は、加工面に作用する造粒小砥石４あるいは二次気孔５の数が減少して、この発明がもたらすところの目詰まり、目潰れのない高切削性が発揮できないからである。
【００１１】
そして、造粒小砥石４を１０〜５０ＭＰａの圧力で圧縮成形するのは、１０ＭＰａより小さいと、造粒小砥石４間での結合（融着）が悪くなり、５０ＭＰａより大きいと適度な大きさの二次気孔５を生成することができないからである。
【００１２】
次に、圧縮成形の後、上記のような条件で焼成するのは、先ず、焼成砥石内の造粒小砥石径は０．０８〜１．２ｍｍの範囲のものが良く、好ましくは０．１〜１ｍｍの範囲のものが良いことが実験から判っている。
【００１３】
他方、造粒小砥石４は乾燥、焼成工程を経て縮小変化するので、最終的に上記の範囲の造粒小砥石径を得るには、原粒の範囲が、前記したように人工気孔剤の５〜１００倍までで、かつ、０．２〜２ｍｍの範囲であることが必要であり、この範囲のものから０．０８〜１．２ｍｍの範囲のものに縮小変化させるための乾燥、焼成条件として、圧縮成形した後、生成形体８０℃以下で本乾燥し、乾燥後、最高温度８４０℃で焼成したのである。
【００１４】
この条件は実験から得られたものであり、本乾燥を８０℃以上で行うと、例えば、１００〜１２０℃で乾燥した場合、生成形体の収縮量が過度に過ぎて、前記のような範囲（０．０８〜１．２ｍｍ）に収まらないばかりか、焼成砥石は硬位に特化されて、砥石組織間の観察では、各造粒小砥石４間の気孔容積（二次気孔５）の縮小が見られ、砥石は目詰まり、目潰れし易いものとなる。
【００１５】
焼成温度については、それが８４０℃を越すと、この場合も砥石収縮量が過度に過ぎ、造粒小砥石間の空隙容積が減少して砥石が硬くなる。すなわち、目詰まり、目潰れし易いものとなる。また、８４０℃未満、８３０℃以下では、造粒小砥石４間の結合力は弱いものとなり、砥石損耗量が増して、正常な切削作用が得られないものとなる。
【００１６】
上記のようなこの発明の超仕上げ用砥石１０は、加工面に位置する前記造粒小砥石４が各々独立して切削作用を分担するので、切削性が向上し、また、造粒小砥石４間に形成された前記二次気孔５によって切削中の切り屑の排出が活発化されるので、目詰まり、目潰れの発生が抑制され、砥石の加工面への馴染み性も増す。
【００１７】
また、上記原粒を圧縮成形する前に、その造粒小砥石４を内部加熱によって乾燥硬化させるようにすることが好ましく、そのようにすれば、適度な強度と柔軟性を得て保形性を有するようになるので、圧縮成形時に崩壊することなく、造粒小砥石４同士の接合融着による二次気孔５の形成が安定して行われる。内部加熱によって硬化させるのは、熱風等による外部加熱より適度な柔軟性と可塑性を持った硬化状態となるからである。内部加熱の方法として、遠赤外線やマイクロ波による加熱がある。
【００１８】
さらにまた、上記原粒の圧縮成形時に柔軟性・可塑性付加剤を添加するようにすることが好ましく、そのようにすれば、原粒が柔軟性・可塑性を有するようになり、接触変形による結合力の増加が見込まれ、分離・絶縁しなくなるので、原粒同士が連続して接合され、二次気孔５の形成が容易となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（１）砥粒
この発明に用いる砥粒は、その材質を特に限定されるものでもなく、酸化アルミニウム系または炭化珪素系等の一般砥粒の適用も可能であるが、実施形態では、前記したように、ダイヤモンド、ＣＢＮ等、超仕上げ砥石用として一般に用いられている硬質砥粒を用い、その大きさも、通常、超仕上げ砥石用で、ミクロンサイズと呼ばれる平均粒子径が４５μｍ以下の微細砥粒を用い、好ましくは、凝集作用によって二次粒子を形成し易い、あるいは、空間率の増加によって嵩密度が急減する２０〜２５μｍ以下のものとする。
【００２０】
（２）結合剤
結合剤は、例えば、後述の実施例では、通常広く使用されている無機質のビトリファイド結合剤を用いているが、無機質のセラミックボンド、有機質のレジンボンド、あるいは各種合成樹脂ボンド、さらにはメタルボンド等、いずれを適用してもよい。
【００２１】
（３）気孔剤
気孔剤は、成形された造粒小砥石を焼成する際に焼失し、砥石組織内に気孔（一次気孔）を生成させるものであるから、完全に焼失してしまうものであることが望ましく、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、又は、アクリル樹脂等の有機性粒子が挙げられる。
【００２２】
その大きさは前記したように平均粒子径が０．０１〜０．１ｍｍの範囲のものとし、好ましくは０．０１〜０．０６ｍｍぐらいがよい。
【００２３】
（４）混合成分の密度比、粒径比
砥粒、結合剤、気孔剤の各混合成分の密度（ｇ／ｃｍ3 ）は、砥粒がダイヤモンドの場合は３．５２、ＣＢＮの場合は３．４８のものを用いる。ビトリファイド結合剤は２．０〜３．０、気孔剤は１．０〜１．２の範囲のものを用いる。混合粉体が均一混合されるには、混合成分の密度比、粒径比は小さいものが好ましく、１：１０以下、好ましくは１：５以下がよい。上記の場合の各混合成分の密度比は略１：３．５である。
【００２４】
（５）造粒小砥石
造粒によって形成する小砥石（造粒小砥石）は、その原粒の大きさが、前記したように、０．２〜２ｍｍの範囲にあり、かつ、人工気孔剤の５〜１００倍の大きさになるようにする。理由は前記した通りである。
【００２５】
この造粒小砥石は、焼成後、縮小変化するが、その変化の度合いとして、例えば、前記原粒の０．２〜２ｍｍの範囲から０．０８〜１．２ｍｍの範囲ぐらいへの変化が好ましく、さらには、０．１〜１ｍｍぐらいの範囲に収まるのが好ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例の砥石について説明する。比較例については、異なる部分のみを説明する。
先ず、砥粒は平均粒子径が４５μｍのＣＢＮを用い、結合剤はビトリファイドボンドで、その組成がＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｎａ2 Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯのものを用い、配合比は砥粒の単位重量当たり０．４重量部としている。
【００２７】
人工気孔剤は平均粒子径が０．０１５ｍｍのアクリル樹脂を用い、その配合比を実施例、比較例とも、０、０．１、０．２、０．３５および、０．４５重量部の５段階に変化させており、それぞれ実施例（比較例）１、２、３、４、５としている。
【００２８】
上記混合異成分粒子（砥粒、結合剤、気孔剤）から成る各試料は、スラリー（泥漿）状態で攪拌混合した後、鋳込み低温乾燥を経て脱水後、粉体化する。
【００２９】
次に、この生粉試料に、デキストリンとエチレングリコールから成る液体バインダを加えて調湿する。この液体バインダについては、本発明の実施例では、十分な湿り状態になるまで、０．１８±０．０３容量部の範囲で各試料に添加して再混練し、比較例では混合粉体の単位重量に対し、０．１３±０．０３容量部とした。
【００３０】
混練の後、各実施例については、混練後の試料を０．７１ｍｍの「ふるい目開き」を通過させて、平均粒子径が０．５〜０．７ｍｍの造粒小砥石の原粒を得る。この原粒を、数十秒間マイクロ波で加熱処理（内部加熱）して表面を硬化させる。
【００３１】
また、比較例についても、混練後の試料を、均質化のため、更に混捏した後、０．３ｍｍ、次いで０．１５ｍｍの「ふるい目開き」を通過させて、平均粒子径が０．０２〜０．１ｍｍの原粒を得る。
【００３２】
続いて、実施例、比較例とも、所定の角金型を使用して、面圧力１９．６ＭＰａで圧縮成形する。生成形体は８０℃以下で本乾燥し、乾燥後の試料は最高温度８４０℃、焼成サイクル２４時間で焼成する。
【００３３】
焼成後、実施例の砥石は、表面をラップ仕上げした。そして、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により内部を観察すると、図１に示すように、硬質微細砥粒１のＣＢＮがビトリファイド結合剤２で結合され、そのビトリファイド結合剤２の部分に一次気孔３が形成された単位の造粒小砥石４同士が二次気孔５を形成した形で融着されており、各造粒小砥石４の平均径が０．２〜０．３５ｍｍの範囲にあり、各二次気孔５も各造粒小砥石４の平均径より小さく形成されている構造が見られた。
【００３４】
この造粒小砥石４の平均粒子径の０．２〜０．３５ｍｍの範囲の大きさというのは、この発明で提唱する０．０８〜１．２ｍｍの範囲に入る大きさである。また、この０．２〜０．３５ｍｍの範囲も、前記人工気孔剤の平均粒子径の１３〜２３倍の範囲に入っており、これもこの発明で提唱する５〜１００倍の範囲内である。
【００３５】
他方、比較例のものについても焼成後、表面をラップ仕上げして、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により内部を観察したが、実施例のような構造はそもそも見られず、前記図２に示したような、気孔は見られるものの、粒界が不明確で、緻密で一様な砥石組織が見られた。このような構造は、前記したように、目詰まり・目潰れを起こし易い構造である。
【００３６】
次に、以上のような実施例と比較例の砥石について、ＲＨ硬度と砥石組織の測定および実削試験をする。
先ず、ＲＨ硬度はロックウエル硬度計Ｈスケール（３．１７５ｍｍ鋼球圧子、試験荷重６０ｋｇ、ダイヤルＢの指示数値）による。マイナスＲＨ硬度は、長針が３０のセット点を過ぎ、更に０点を通過して停止する場合、マイナスの値となり、この時、砥石は軟位のものとなる。各試料の平均ＲＨ硬度を表１に示す。
【００３７】
また、砥石組織については、各試料の砥粒体積含有量を測定したものを表１にコンセントレーションで示している。コンセントレーション１００が体積百分率で２５％に相当する。
【００３８】
次に、実削試験は、専用機を用いて玉軸受の内輪（材質ＳＵＪ２、硬さＨＲｃ６０）の軌道面を超仕上げする。各試料は焼成砥石から断面が５×５．５ｍｍの角形スティック状砥石を切り出して、実削用試料とする。
【００３９】
超仕上げ条件は、加工物周速３２７ｍ／ｍｉｎ、砥石揺動数６４０ｃｐｍ、砥石最大振角±１５°、最大砥石揺動速度３．４ｍ／ｍｉｎ、砥粒（砥石）の正弦波運動軌跡の形状を与える最大傾斜角３６分とした。砥石面圧力は２．２１ＭＰａで、加工時間は１５秒とした。加工油は硫化脂肪油とする。各砥石試料は、実削前に加工面に対して一様な当たり面となるよう成形する。
【００４０】
超仕上げ特性値は、連続３０個加工した時の平均値を採り、それぞれ、加工物１個当たりの砥石損耗量Ｗ（μｍ／ＰＣ．）、切削量Ｔ（μｍ／ＰＣ．）および仕上げ比Ｔ／Ｗについて求める。その実削結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
0004854132.tif 000002
【００４２】
表１から判るように、実施例のものは、比較例のものに対して、砥石損耗量Ｗ（μｍ／ＰＣ．）は約２０〜５０％の減少となり、切削量Ｔ（μｍ／ＰＣ．）は約１０％以上、硬位の砥石においては２倍以上と切削性に優れている。この結果、仕上げ比Ｔ／Ｗは確実に２倍以上経済的なものとなる。仕上げ面粗さも改善傾向にある。
【００４３】
また、実削後の砥石作用面の目詰まり状態についても観察し、その結果を表１に記号で示す。表１の白丸記号は目詰まりの無い状態を示し、目詰まりがある場合には、その程度に応じて、白丸の内部を黒く塗って表している。
【００４４】
表１から判るように、実施例のものは目詰まりの発生がなく、比較例のものは、比較例１が非常に大きな目詰まりの発生を示し、比較例２もかなりの目詰まりを示している。なお、比較例３、４、５は、明確な目詰まりの発生は無いものの、ＣＢＮ多孔性砥石特有ともいえる光沢のある斑点状の金属付着が認められ、切削結果として、仕上げ比が小さかったり（比較例４、５）、比較例３については、次に述べる「馴染み性」が低く出たりしている。
【００４５】
その「馴染み性」は、超硬質砥粒を使用した砥石において問題となるものであり、これは砥石の作用面が加工面に一様に当たるようになるまでの加工個数（ＰＣＳ）を採取して判断するものである。表１にみられるように、実施例では、五つのものそれぞれが１００個以下と少なく、比較例に対し、硬位あるいは軟位（前記ＲＨ硬度がマイナスの実施例４と５および比較例４と５）の砥石を通じて約１．５倍以上の良好な結果を得ている。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、目的とする平均粒子径が４５μｍ以下の大きさの微細砥粒と、結合剤と、所定の平均粒子径の人工気孔剤との混合物を造粒操作して原粒を形成し、その原粒を所定の圧力で圧縮成形し、焼成することにより、前記微細砥粒が結合剤で結合され、その結合剤の部分に一次気孔が形成されてなる単位の造粒小砥石同士が二次気孔を形成した形で融着結合されており、各二次気孔が各造粒小砥石の平均径より小さく、かつ、各造粒小砥石の平均径が所定の範囲にある超仕上げ用砥石を作製したので、従来に比べて、目詰まり、目潰れの抑制された、従って、広い砥石作用面での切り屑の排出機能に優れた超仕上げ用砥石が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の砥石内の構造を示す模式図である。
【図２】従来の多孔性砥石内の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１  硬質微細砥粒（ＣＢＮ）
２  ビトリファイド結合剤
３  一次気孔
４  造粒小砥石
５  二次気孔
【図１】
0004854132.tif 000003
【図２】
0004854132.tif 000004