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よくわかる
砥石の構造

砥粒

結合剤（ 組 織と集中度 ）研削砥石の構造について
気モデル図と研削データを交えて孔基礎からわかりやすく解説します。

図1 研削砥石の写真（ビトリファイドCBNホイール）

研削砥石とス ペック

スペックは、「砥粒」
・「粒度」
・「結合度」
・「組織」
・「結合研削砥石は機械加工において使われる工具の１つですが、一体どのようなものなのでしょうか。ある研削砥

剤」の5因子によって表されています。この5因子はそれぞれ次のような内容を示しています。

石を例として顕微鏡を使い拡大して見てみましょう。一般
的に研削砥石は上の図1に示すような「砥粒」、「 結合剤（ボンド）」、「気孔」の3要素によって構成されており、それぞれは次のような役割をもっています。

■一般砥石の5因子

1．
「砥粒」： 物を削る粒の種類

2．
「粒度」： 砥粒の大きさ

3．
「結合度」： 砥粒を結合する強さ

1．砥粒：工具の刃先に相当し、主としてワークを除去する。
2．結合剤（ボンド）：砥粒と砥粒を結合させ、加工中に砥粒へ負荷が加わった際に砥粒を保持する。

4．
「組織」： 砥粒が含まれている割合（砥粒率）

5．
「結合剤」： 砥粒同士を結び付けている種類

なお、研削砥石は使用する原料によって一般砥石 ※と超砥粒ホイール ※とに呼び分けられ、超砥粒ホイールで

3．気孔：・砥粒がワークを除去する際に生じる切り屑を取り除くために必要な隙間。

は「組織」を「集中度」と表現します。研削砥石の研削性能は5因子によって大きく変わるため、求める加工精度を得・研削液を保持し、加工点に供給する。
・加工点付近に発生する熱を大気中に放出させる。

るには5因子と研削性能の関わりについて知ることが重要です。急速に変化する生産現場の課題に対して従来のこれら3要素は研削砥石のスペックと密接な関係が砥石構造では対応が困難な場合も出てきており、ノリタあります。つまり、皆さんが研削砥石を使って研削加工をケでは研削砥石の構造に着目することで新しい性能を付しようとする時、スペックを理解することによって、その与した、砥粒の分散性に優れる均質構造の製品を開発し研削砥石がどのような物なのかを知ることができます。ています。研削砥石の均質性が研削性能に及ぼす影響をスペック例

04WA
砥粒80粒度

J

結合度7

組織V35
結合剤

論じるにあたり、まず組織および集中度という構造に起因する因子について解説します。

［技術講座］よくわかる砥石の構造（組織と集中度）「 組織」
・「集 中 度 」とは表1は一般砥石の組織と砥粒率の関係、表2は超砥粒

一般砥石の「組織」と超砥粒ホイールの「集中度」とは、ホイールの集中度と砥粒率の関係です。

砥石または砥材層中にどのくらいの体積割合で砥粒が組織は6を砥粒率50%とし、数字が1変わるごとに砥含まれているかを示すもので、この割合を「砥粒率」と呼粒率が2%変化していきます。JIS規格として0～25までびます。砥粒率が高くなれば、砥石中に含まれる砥粒のの記載がありますが、一般的な研削加工では7～10が使数が多くなるので、「密」な構造となり、逆に砥粒率が低く用されます。集中度は100を砥粒率25%とした比になっなれば「粗」な構造になります。ており、集中度を4で割ると砥粒率となります。

表1 一般砥石の組織と砥粒率の関係

密粗組

織01234567891011121314

砥 粒 率（％）

626058565452504846444240383634

表2 超砥粒ホイールの集中度と砥粒率の関係

粗密

集中度25

砥 粒 率（％） 6.25

5075

100125150

175

12.50

18.75

25.00

31.25

37.50

43.75 50.00「 組織」
・「集 中 度 」が 変 わ ると
研 削性能はどの ように 変 わ るか「組織」・「集中度」が変わると研削性能がどのように変200

端が平滑に摩滅摩耗しやすくなります。よって研削砥石の切れ味はやや犠牲になるものの、加工後のワーク表面粗さが細かくなる傾向になります。

わるのでしょうか？ここでは砥粒間の結びつきの強さを一方、組織が粗になる場合は、砥粒の割合が減り気孔一定とし、砥粒と気孔の割合だけを変化させた場合で考の割合が増えるため、図2の粗な構造のように砥粒と砥えてみましょう。

粒の間隔が広くなります。この場合は密な構造とは逆に、組織が密になると、砥粒の割合が増えて気孔の割合が研削加工時に砥粒とワークとの接点が少なく、砥粒1粒当た減るため、図2の密な構造のように砥石中の砥粒と砥粒りにかかる負荷が大きくなります。そのため砥粒が割れての間隔が狭くなります。この場合、研削加工時に砥粒と鋭利な切れ刃が砥粒先端に出やすくなります。よって研削ワークとの接点が多く、砥粒1粒当たりにかかる負荷が小砥石の切れ味は良いものの、加工後のワーク表面粗さが粗さくなります。そのため砥粒が割れにくくなり、砥粒の先くなる傾向となります。

図2 組織のモデル図
砥粒

結合剤

粗な構造

密な構造｜ 05

［技術講座］よくわかる砥石の構造（組織と集中度）

図3は組織が粗になった場合の研削性能をノリタケで電力値が低いと研削砥石の切れ味が良いことを意味して評価した結果を示しています。ここでは研削砥石の切れいます。実際に組織が粗になると、消費電力値が低く、表味を砥石軸の消費電力値で表しており、一般的には消費面粗さは粗い傾向であることが分かります。

図3 組織差による研削性能の違い
0.8注）無負荷電力値を除く

5組織7（密な構造）

43組織12（粗な構造）

210050100

表面粗さ Ra（μm）

消費電力値（kW）

6組織12（粗な構造）
0.60.4

組織7（密な構造）0.2050

加工数（個）

分散性と研 削 性 能 について

100

加工数（個）

配列が均質でない（分散性が劣る）場合、砥粒が凝集した同じ砥粒率でも気孔の大きさと研削砥石中の砥粒部分ができる反面、大きな気孔を有します。凝集した部分の分散状態によって研削性能が変わってきます。砥粒の砥粒は砥粒間隔が狭く非常に強固な結合力を持ってお配列の均質さの事をノリタケでは分散性と呼んでいます。

り頑丈であることや、大きな気孔部が懐の深いチップポ

図4（a）と（b）は、同じ砥粒率なので、「組織」は同じです。

ケットの役割を果たすことから、特定の加工方法や加工条

しかし、砥粒配列の均質さは異なります。図4（a）の砥粒件下においては良好な研削性能を示します。
しかし加工条件によっては、砥粒の凝集部が溶着の発生（悪化すると集図4 砥粒配列のイメージ図（a）
均質でない場合［分散性が劣る］ （b）均質な場合［分散性が優れる］
砥粒の凝集と大きな気孔を有する均質で小さな気孔を有するや研削焼けに繋がる場合がありま団で砥粒が脱落※する）す。
そのような研削加工現場では、図4（b）の様な砥粒配列が均質である構造の砥石（分散性が優れる）が適していることが明らかになってきました。
次に、研削加工をモデル化し、砥粒配列が均質な構造（分散性が優れる）が研削加工にもたらすメリットとそのメカニズムを解説します。

均質構造に よってもた らされ る効果とメカニズ ム

デル図です。

「研削」は、研削砥石の表面にある無数の砥粒がワーク

図5の g は、砥粒切込み深さと呼ばれるパラメータでと干渉することで微小領域における切削現象を起こし無す。細かな式の導出はここでは省略しますが、平面研削数の切り屑を作りながらワークを削っていく現象です。

での g の研削理論により導かれる理論式は式1のように砥粒配列が均質な構造の研削砥石では、加工中の砥粒なります。

1粒にかかる負荷がほぼ均等になります。ここで、一般的な平面研削を例に挙げて考えてみましょう。
図5は分散性が劣る場合と優れる場合に、砥粒がワー06

クにどのように作用して切り屑を作り出すかを考えたモ

図5の a は砥粒間隔を示すので、先に述べたように組織と密接な関係があります。
「砥粒が切込む深さ」≒「切り屑の厚さ」と考えられており、a が大きい場合、つまり

［技術講座］よくわかる砥石の構造（組織と集中度）

図5 砥粒間隔と砥粒切込み深さの関係（平面研削の場合）（a）分散性が劣る場合

砥粒A

砥石回転方向ワーク（b）分散性が優れる場合
砥石回転方向

砥粒B

g1

g1

g2

g2

a2

a1

a1 a2 , g1 g2

g = 2a Vv

√t

D

砥粒A

a1
ワークa2

砥粒B

a1≒a2 , g1≒g2

砥粒 A によって削り取られる部分

砥粒 B によって削り取られる部分

ダメージが入り、研削性能を十分に発揮する前に砥粒が………式11g：砥粒切込み深さ a：砥粒間隔 V：砥石周速度v：ワーク周速度 D：砥石直径 t：1パス当たりの砥石切込み量脱落してしまう場合があります。
一方、砥粒間隔が狭い部分 a1 における砥粒 Aは、砥粒間隔が広い部分 a2 の砥粒 B に比べて砥粒切込み深さが砥粒の間隔が広ければ砥粒がワークを切り取る深さが小さいため研削による負荷が小さくなります。研削負荷深くなり、砥粒への負荷が高くなります。

が小さいと砥粒破砕による自生発刃※が起こりにくく、砥

図5（a）の分散性が劣る場合は、局所的に見ると砥粒粒先端が摩滅摩耗して研削砥石の切れ味が悪くなりま間隔が狭い所 a1 と砥粒間隔が広い所 a2 が混在しておす。そのため砥粒とワークの摩擦熱が大きくなってしまり、それぞれ砥粒への負荷が異なります。そのため、研削い、研削焼けなどの不具合発生に繋がりやすくなります。
図5（b）の分散性が優れる場合は、
砥粒 Aと砥粒 B の砥

性能が不安定となる場合があります。
図5（a）の砥粒間隔が広い部分 a2 では、砥粒Aの切込粒切込み深さが揃っています。
この場合、研削負荷は全てのみ深さ g1 と比べて、砥粒Bの切込み深さ g2 の方が大き砥粒でほぼ同じとなるので研削性能が安定する傾向になりいため、砥粒 Aに比べて砥粒 B の方が研削による負荷がます。
つまり、極度の脱落や砥粒の摩滅を防ぎ、適度な自生大きくなります。研削負荷が大きすぎると、砥粒が大きく発刃が生じることで安定した加工性能を得られるという理割れたり、砥粒と砥粒を結び付けている結合剤に大きな想的な研削加工に近づけることが可能と考えています。

以上、研削砥石の構造について筆者の考えをなるべく解りやすく解説してみました。
拙い文章ではありますが、この記事が皆様にとって一助となれば幸いです。

［注釈］※一般砥石 ： アルミナ（Al 2 O 3 ）を主成分とした砥粒もしくは炭化ケイ素（SiC）を主成分とした砥粒を使用して製造された研削砥石※超砥粒ホイール ： ダイヤモンド砥粒もしくは立方晶窒化ホウ素（CBN）砥粒を使用して製造された研削砥石※脱落 ： 砥粒が砥石から抜け落ちる現象※自生発刃 ： 砥粒先端が摩耗して鈍化すると砥粒が局部的に破砕し新しい切れ刃が再生される。破砕が繰り返された後に砥粒の保持力が一定以下になると最終的に砥粒は抜け落ち、下層から新しい砥粒が現れ切れ味が継続される現象［文献］
1 五十君 智 ：「研削砥石の基礎」, 機械と技術, 第65巻, 第4号（2017）. 32.

［著者］山本 将之
工業機材事業本部 技術本部
研削ソフト技術部 加工技術グループ｜ 07