■技術名

技術 の

微粒単層ビトリファイド工具 特許出願済［著者］花井 寛弥、櫻井 暁
開発・技術本部 研究開発センター
研磨開発グループ

切り屑の排出性を高めた
微粒単層工具［展開性・目指す方向性］

微粒単層ビトリファイド工具の製品化

単層工具は砥粒をニッケルめっきで固着した電着工具や、砥粒を樹脂で固着した研磨布紙が一般的ですが、これらは固着砥粒数が多いため、ワークによっては切り屑による目詰まりが起こりやすいといった課題があります。
ノリタケでは、砥粒を固着する結合剤にビトリファイドボンドを用いた単層ビトリファイド工具の開発を行っています。
その中でも粒径が小さい砥粒を用いて、砥粒切れ刃の間隔や突出し高さを制御することにより、高精度と高能率研削の両立を目指しています。

01 新しい単層 工 具 の 提 案
単層工具としてよく知られている電着工具は、鉄など金属の台金※上にダイヤモンドやCBN※といった超砥粒をニッケルめっきで埋め込み固着した構造です（図1）。電着工具は切れ味がよいため、セラミックスや超硬合金等の硬脆性ワーク、焼入れした鉄系
これを解決するためワーク等の難削材を高能率に研削できます。一方で砥粒密度が高く、溶着※による目詰まりの発生が課題です。に、食器事業で培った技術を活用し、結合剤（ボンド）にビトリファイドボンドを用いた単図1 研削工具の砥粒層構造
ニッケルめっき

砥粒ボンド

砥粒ボンド

気孔砥粒

層工具を開発し、特に砥粒サイズが細かい領域において、従来の電着工具では難しかった砥粒間隔を実現しました。
今回は評価事例などを交えて、単層ビトリファイド工具をご提案します。

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台金
電着工具

メタル及びレジンボンドホイール

ビトリファイドボンドホイール

［技術の芽］微粒単層ビトリファイド工具

02 単層ビトリファイド工 具 の 特 徴
単層ビトリファイド工具は砥粒の間隔や突出し高さ、砥粒固着数を制御した工具です。超砥

図2 単層ビトリファイド工具の構造
超砥粒（ダイヤモンド、CBN）

粒を一層固着した構造となっており（図2）､ボ基材ンドには硬さと靭性を最適化したビトリファイドビトリファイドボンドボンドを使用しています。
また､砥粒の固着面積比率も幅広い範囲に調整可能です（表1）。製造

表1 電着工具と単層ビトリファイド工具の砥粒面積比率の比較（粒度325番）
一般電着工具可能な粒度は170番〜2000番で、固着砥粒数

単層ビトリファイド高集中度品

単層ビトリファイド低集中度品

500μm

500μm

や粒度の変更で、高精度と高能率研削の両立がSEM画像できます。開発している主な工具形状は平面工
500μm

具、軸付き工具、溝研削用工具です
（図3）。

60%

砥粒面積比率18%2%
黒い部分が砥粒でグレーの部分がボンド面①高精度な研削が可能
単層ビトリファイド工具は、砥粒間隔を広げて

図3 工具形状イメージ

固着できるので浮き砥粒がなく、突出し高さの砥粒層

砥粒層

工具先端拡大ばらつきを低減できるため（図4）、高精度な研砥粒層削が可能となります。

平面工具

軸付き工具

溝研削用工具②乾式研削に対応
砥粒間隔を広げることで、チップポケット※が大きくなり、

図4 工具概略図

溶着や目詰まりが抑制され、乾式研削が可能となります。
また、ビトリファイドボンドは低熱膨張率であり耐熱性に優れるため、ワークとの接触点が高温となる乾式研削でも変形台金

台金

電着工具

単層ビトリファイド工具を起こさず安定した研削が可能です。図5は樹脂に無機材料を添加したワークのイメージ図です。
このワーク表面を平面工具で乾式研削し、研削後の工具使用面を観察しました（図6）。電着工具は溶着が発生しているのに対し、単層ビトリファイド工具には溶着が見られません。

図5 樹脂に無機材料を添加したワークのイメージ図

図6 研削後の工具使用面の写真
無機材
溶着（樹脂）

ダイヤモンド砥粒

ダイヤモンド砥粒
樹脂

250μm

電着工具

250μm

単層ビトリファイド工具

2021 ｜ 47

［技術の芽］微粒単層ビトリファイド工具③台金に直接砥粒の固着が可能
一般的にガラス材（ビトリファイドボンド）を金属に接着することは難しく、多くのノウハウが必要です。
ノリタケでは燃料電池用封止ガラス材料等の開発で実績があり、その異種接合技術を活用し、S50C、SK材等の台金に砥粒をビトリファイドボンドで固着できます。複雑な形状の台金にも対応しているため、加工形状に合わせた精度の良い工具の製造が可能となります（図7）。

図7 さまざまな形状の工具例
粒度1600番 ダイヤモンド砥粒

粒度1600番 ダイヤモンド砥粒粒度325番 ダイヤモンド砥粒粒度325番 ダイヤモンド砥粒

V形状への砥粒固着

ドリル外周部への砥粒固着（台金：S50C）

円形状ペレットへの砥粒固着

円形基板上への砥粒固着（パターン）

03 単層ビトリファイド工 具 の 性 能評 価
単層ビトリファイド工具の代表的なワークは、ダイヤモンド砥粒を固着した単層ビトリファイド工具では超硬材、セラミックス、シリコン、アルミ、有機無機複合材など、CBN砥粒を固着した単層ビトリファイド工具では工具鋼、ステンレス鋼、各種合金となります。
以下に、ダイヤモンド砥粒を固着した単層ビトリファイド工具での性能評価事例を紹介します。

評価事 例 1
表2 試験条件

超硬材を表2に示す条件で、粒度が異なる3種類の平面工具（粒度325、800、1200番）を用いて乾式で研削しました（図8）。
どの粒度においても、目詰まりはなく、研削焼けは発生しませんでした。
また、
図8 使用した平面工具

研削方式

平面研削取り代

約8μm

研削油なし
（乾式）

ワーク

超硬図9 表面粗さ

100μm

粒度325番
大48100μm

粒度800番砥粒径100μm

粒度1200番

表面粗さRa（μm）

0.6
0.5
0.4
0.3
0.20.10

小325番

800番

1200番

ダイヤモンド砥粒の粒度

［技術の芽］微粒単層ビトリファイド工具

粒度を細かくすることでワークの表面粗さは細かくなりました（図9）。
したがって、各粒度の工具を使い分けることでさまざまな加工面の状態を作り出すことが可能です。

評価事例2

図10 表面粗さ比較

トリファイド工具は同じ粒度（325番）の電着工具と比較し、ワークの表面粗さを細かくできます（図10）。

表面粗さ（指数）120

樹脂に無機材料を添加したワーク表面を乾式でハンドラップ※しました。単層ビ100806040200

電着工具

単層ビトリファイド工具

04 今後の展 開
単層ビトリファイド工具は世の中で前例のない工具で、用途開発の最中であり、さまざまな加工へトライしています。その中で、お客様の千差万別の要求や多種多様な工具形状に対応できるよう、技術を積み重ねています。本稿をご覧になり、ご興味を持たれた方は是非ご相談ください。

［注釈］※台金 ： 砥粒および砥粒層を固着させる金属。
※CBN ： 立方晶窒化ホウ素（Cubic Boron Nitride）のことで、ダイヤモンドと同様の結晶構造を持つことから高い硬度を有する。
※溶着 ： ワークが研削熱などの温度上昇によって溶けて、砥粒や砥石の表面に付着した状態。
※チップポケット ： 切り屑の逃げ場となる空間。
※ハンドラップ ： 作業者の手の動きによって、ワークに対して極く微細な研磨作業を施す技法。

QA
QA

台金の再利用は可能でしょうか？
台金の再利用はできません。

複雑な形状は製造できますか？
図7のようなさまざまな形状で製造が可能です。
詳細はお問合せください。

QAQ
A■適用範囲と期待効果
非金属材料

その他

無機材料
有機材料
（ガラス・セラミックス） （ゴム・プラスチック）

先端材料

金属材料
鉄系材料

非鉄系材料
（Al・Cuなど）

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●

サイクルタイム短縮

工具寿命向上

加工品質向上

作業性改善

環境配慮

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湿式研削でも使用できますか？
使用できます。

Q A

どのような研削方式に対応していますか？

＆

主に平面・測面の研削、穴内面研削、溝研削に適応できます。
詳細はお問合せください。

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