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技術 超砥粒砥石及びその製造方法

出願人 大阪ダイヤモンド工業株式会社
発明者 田中宏
出願日 1996年2月21日 (24年9ヶ月経過) 出願番号 1996-059985
公開日 1997年9月2日 (23年2ヶ月経過) 公開番号 1997-225837
状態 特許登録済
技術分野 研磨体及び研磨工具
主要キーワード ビットチップ 鋳鋼品 電融ムライト 円弧半径 鉄系金属材料 加工初期 研削加工面 レジノイド砥石
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この項目の情報は公開日時点(1997年9月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

研削性能が良く、長寿命超砥粒砥石、特に鉄系金属材料研削に好適な超砥粒砥石を提供する。

解決手段

砥粒が、非品質結合剤焼成中に反応析出した結晶質骨材を含有する非晶質結合相によって結合され、かつ該結晶質骨材は結合相の15〜70体積%であることを特徴とする。そして超砥粒はCBN、結晶質骨材はβ−スポジュメンS.S.を主体とすることを今一つの特徴とする。

概要

背景

この種砥石結合剤としては、合成樹脂を用いたいわゆるレジノイド砥石がよく知られている。またより高精度の研削加工を行うため、合成樹脂に替えガラス質又はセラミックス質の非晶質結合剤を用いたいわゆるビトリファイド砥石も使用されている。

このビトリファイド砥石においても、例えば特公52-27394号公報において、述べられているように、結合相焼成時の収縮を減じ、強度を向上させるために、非晶質結合剤にアルミナ質砥粒炭化けい素質砥粒よりなる骨材を添加することが知られている。また同公報においては、これらの骨材による長所を伸ばし、短所を捨てるものとして、ジルコンムライトなどの修正モース硬度11以下、融点900℃以上の結晶を主成分とする特定の骨材を用いることが提案されている。

概要

研削性能が良く、長寿命超砥粒砥石、特に鉄系金属材料研削に好適な超砥粒砥石を提供する。

超砥粒が、非品質結合剤を焼成中に反応析出した結晶質骨材を含有する非晶質結合相によって結合され、かつ該結晶質骨材は結合相の15〜70体積%であることを特徴とする。そして超砥粒はCBN、結晶質骨材はβ−スポジュメンS.S.を主体とすることを今一つの特徴とする。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
5件

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請求項1

砥粒が、非晶質結合剤焼成中に反応析出した結晶質骨材を含有する非晶質結合相によって結合され、かつ結晶質骨材は該結合相の15〜70体積%である、超砥粒層具備することを特徴する超砥粒砥石

請求項2

結晶質骨材はβ−スポジュメンS.S.を主体としてなることを特徴とする請求項1記載の超砥粒砥石。

請求項3

超砥粒はCBN(立方晶系ちっ化ほう素)であることを特徴とする請求項1又は2記載の超砥粒砥石。

請求項4

超砥粒層中には充填材としてのアルミナ質砥粒及び又は炭化けい素質砥粒が含有されてなることを特徴とする請求項1,2又は3記載の超砥粒砥石。

請求項5

超砥粒層の形成が、超砥粒を、下記A、B、C、D、E、F、Gよりなる非晶質結合剤に、1時結合剤を加えてなる調整結合剤と混合する工程と、該混合物を型に装填して成形する工程と、該成形品加熱焼成する工程とを具備してなり、かつ該加熱焼成する工程においては、Gの存在により、非晶質結合剤中より結晶質骨材が析出する反応が行われることを特徴とする超砥粒砥石の製造方法。A SiO2 40〜60 重量%B Al2 O3 8〜18 重量%C B2 O3 1〜10 重量%D P2 O5 1〜6 重量%E CaO,MgO,BaOの1種以上 2〜12 重量%F Li2 O又はこれにNa2 O,K2 Oの1種を加えたもの 1〜6 重量%G ZrO2 ,TiO2 の1種以上 1〜6 重量%

請求項6

核形成剤酸化チタン及び又は酸化ジルコニウム、1時結合剤はデキストリン水溶液又は合成樹脂有機溶剤に溶かしたもの、結晶質骨材はβ−スポジュメンS.S.を主体とするもの、加熱焼成の工程は、 900〜1200℃における保持時間が1〜5時間であることを特徴とする請求項5記載の製造方法。

請求項7

超砥粒はCBNであることを特徴とする請求項5又は6記載の製造方法。

請求項8

混合する工程において、充填材としてのアルミナ質砥粒及び又は炭化けい素質砥粒も併せて添加混合することを特徴とする請求項5,6又は7記載の製造方法。

技術分野

0001

本発明は金属、非金属材料など各種材料の研削に用いられるダイヤモンド、CBN(立方晶系ちっ化ほう素)などの超砥粒をもって超砥粒層を形成した研削砥石に関する。そして特に鋼材鋳鋼品など鉄系金属材料研削加工用のCBN砥石に係る。

背景技術

0002

この種砥石結合剤としては、合成樹脂を用いたいわゆるレジノイド砥石がよく知られている。またより高精度の研削加工を行うため、合成樹脂に替えガラス質又はセラミックス質の非晶質結合剤を用いたいわゆるビトリファイド砥石も使用されている。

0003

このビトリファイド砥石においても、例えば特公52-27394号公報において、述べられているように、結合相焼成時の収縮を減じ、強度を向上させるために、非晶質結合剤にアルミナ質砥粒や炭化けい素質砥粒よりなる骨材を添加することが知られている。また同公報においては、これらの骨材による長所を伸ばし、短所を捨てるものとして、ジルコンムライトなどの修正モース硬度11以下、融点900℃以上の結晶を主成分とする特定の骨材を用いることが提案されている。

発明が解決しようとする課題

0004

従来の非晶質結合相では機械的強度が弱いために、結合相が破砕されやすく、寿命が短かくて、研削加工面の表面粗さも悪化し易かった。寿命を向上させるために結合相量を増加させると、逆に研削抵抗が高くなり、切れ味が鈍る。

0005

また非晶質結合相のみの場合では軟化点が低いために、ツルーイング時の高い加工熱により結合相が軟化し、砥粒表面に結合相の被りを生じたり、気孔の穴を埋めてしまうことがあった。その結果ツルーイング直後、加工初期において研削抵抗が高いという欠点もあった。逆にこの結合相自体の強度を上げようと、軟化点を高くした配合にすれば、CBN砥石の焼成温度範囲で充分に焼成出来ないと言う問題を生じる。

0006

従って、前記提案の非晶質の結合剤に結晶質骨材を添加し、焼成してなる砥石は、上記非晶質結合相による従来の砥石の多くの問題点を解消する秀れたものである。然し乍ら、この結晶質骨材は例示説明されているように、CBNと非晶質結合剤と骨材の三者を混合、焼成してなるもので、骨材は焼成時に非晶質結合剤と全く反応又は溶解しないか、1部のみしかしないものを用いることにより、骨材の働きをせしめたものである。

0007

このことは、極めて効果的な反面、混合によって骨材はCBNに直接接した状態で焼成されるなど、偏析を生じる心配があり、骨材を結合相中内に均一に分散させるには困難性がある。また骨材と非晶質結合剤との濡れ性は必らずしもよなく、安定した強度の向上が充分とは言い難い。

課題を解決するための手段

0008

本発明は上述のような問題を解決しようとしてなされたもので、その特徴とするところは次の通りである。
(1)超砥粒と非晶質結合剤とを混合し、焼成して超砥粒層を形成する。この焼成中に非晶質結合剤中より結晶質骨材を反応析出せしめる。従って、超砥粒層は、超砥粒とこれを結合する非晶質結合相とよりなり、かつ該結合相中には結晶質骨材を分散含有した構成となる。この結合相中における結晶質骨材の含有量体積%で15〜70である。

0009

(2)上記反応析出される結晶質骨材として、β−スポジュメンS.S.を主体とすることを第2の特徴とする。ZrSiO4 など他の骨材と共存してもよい。
(3)そして超砥粒として最も効果的に使用されるものはCBNであることを第3の特徴とする。

0010

(4)今一つの特徴は、超砥粒と非晶質結合剤との混合時、充填材としてアルミナ質砥粒及び又は炭化けい素質砥粒も併せて混合し、超砥粒層中に充填材を含有せしめることである。超砥粒の集中度の低い場合などにおける、超砥粒層の熱膨張係数の変動の緩和などにも効果がある。

0011

(5)上述のような超砥粒層の構成を具備した超石を製造する方法としては、以下のことを特徴とする。その1つは、超砥粒と混合する結合剤としては、予め準備された次の構成の結晶質骨材は含まない調整結合剤を用いることである。即ち調整結合剤はガラス粉砕してなる下記A,B,C,D,E,F,Gよりなる非結晶質結合剤を1時結合剤と混和してなるものである。そしてこの調整結合剤と超砥粒の混合物を型に装填して成形し、該成形品加熱焼成する工程中において、Gの存在により非晶質結合剤中より結晶質骨材が析出する反応が行われることである。
A SiO2 40〜60 重量%
B Al2 O3 8〜18 重量%
C B2 O3 1〜10 重量%
D P2 O5 1〜6 重量%
E CaO,MgO,BaOの1種以上 2〜12 重量%
F Li2 O又はこれにNa2 O,K2 Oの
1種を加えたもの 1〜6 重量%
G ZrO2 ,TiO2 の1種以上 1〜6 重量%

0012

(6)従って、Gは核形成剤として作用すると思われるが、1時結合剤としてはデキストリン水溶液又は合成樹脂を有機溶剤に溶かしたものが好ましい。焼成は 900〜1200℃に1〜5時間保持して行われ、焼成時反応析出される結晶質骨材は、β−スポジュメンS.S.主体とするものである。

0013

(7)混合する超砥粒としてはCBNを用いる。
(8)又上記結合剤と超砥粒の混合に際し、例えば超砥粒の集中度が低い場合において、超砥粒層の熱膨張係数の変動を緩和するためなどで、充填材としてのアルミナ質砥粒及び又は炭化けい素質砥粒を併せて添加混合する。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下実施例により具体的な実施の形態を説明する。

0015

図1は、外径D1 が約 334mm、厚みTが16mm、穴径Hが 127mmの鉄製ボディ1の外周端面に、超砥粒層3をベース層2を介して固着してなる外径D2 が 350mmのストレート砥石である。超砥粒層3とベース層2は、予め次のように構成されたビットチップ4を、ボディ外周端面上に28枚、密接して貼り付け固着して形成した。

0016

即ちビットチップ4は、図2A,Bに示すように、長さLが40mm、幅Wが16mmで、上面側の厚さX2 が3mmの超砥粒層3と、下面側の厚さX1 が4mmのベース層2とよりなっており、かつその28枚が図1に示すように鉄製のボディ1の外周端面上に隙間なく密接して貼付け固着されるように、上面の円弧R2 は 175mm、下面の円弧R1 は 167mmに形成されている。

0017

そしてこのビットチップ4は次のようにして製作されたものである。表1の実施例の組成を有するガラス粉砕品20部と、1時結合剤としての50%デキストリン水溶液10部とを混合して、予め調整結合剤を準備しておき、この調整結合剤に超砥粒として#80/100 のCBN80部を加えて混合する。この混合物を金型に装填し、かさ比重2.5となるように成形する。この成形部分が超砥粒層3を形成する部分である。

0018

0019

同時に上記表1の実施例の組成を有するガラス粉砕品20部と、1時結合剤としての50%デキストリン水溶液15部と# 100/140 の電融ムライト80部とを混合しておき、この混合物を上記超砥粒層3形成部上に装填して、かさ比重2.2になるように成形する。この重ねた成形部分がベース層2を形成する部分である。

0020

次いで、この重ね合わせた成形体昇温速度100 〜300 ℃/hrで1000℃まで昇温し、4時間保持して焼成し、降温速度100 〜300 ℃/hrで冷却後図2形状寸法仕上げる。焼成中に、ガラス粉砕品中のTiO2 、またはこれにZrO2 を加えたものが核形成剤となって、化学反応起し結合層中にβ−スポジュメンS.S.を主体とした結晶性骨材が析出される。本実施例においては、体積%で40のβ−スポジュメンS.S.と、10のZrSiO4 の結晶性骨材が析出されていた。なお図7はそのX線回折値を示す。

0021

上記実施例の超砥粒砥石に比較するものとして、成形、焼成の条件並びに形状寸法は同一で、ビットチップ4の超砥粒層3の構成に関する部分を次のように替えた比較例を作製した。

0022

(比較例1)ガラス粉砕品として、表1の比較例の組成のものを使用した以外は実施例と同様とした。この比較例1においては、成形体の焼成時結晶質骨材は析出されていなかった。

0023

(比較例2)ガラス粉砕品として、表1の比較例の組成のものを使用し、この粉砕品10部と、結晶質骨材としてのβ−スポジュメンS.S.とZrSiO4 の混合粉末10部と、1時結合剤としての50%デキストリン水溶液10部と、超砥粒として#80/100 のCBN80部を混合し、この混合物を金型に装填し、超砥粒層3形成用の成形体とした。他は実施例と同様とした。この比較例においては混合した結晶質骨材は焼成後も存在していた。

0024

表2は、上記実施例及び比較例の砥石における砥粒層の物性を示すもので、実施例によるものは高温強度砥粒保持力が高く、熱膨張係数は低いので接合性がよい。

0025

0026

従って、次の条件による研削試験の結果も、図4に示す砥石半径摩耗量、図5に示す比研削抵抗図6に示すワーク表面粗さ、によって明らかなように、何れにおいても実施例品が秀れている。

0027

0028

このように、実施例品が秀れた物性を備え、実際の研削に当って高い性能と寿命を顕らわす理由は明確ではないが次のように考えられる。図3は、実施例の超砥粒層3の1000倍の組織写真で、画面下側より両側部にわたって、大きく角張っているのがCBN砥粒で、それに直接接して殆ど全面を占めている白い部分が非晶質の結合相である。そして、その白い結合相中には、多数の灰色の小さい角張ったものが分散されている。この角張ったものが、焼成中に析出されたβ−スポジュメンS.S.を主体とする結晶質骨材である。

0029

このような組織は、予め調整された調整結合剤と超砥粒を混合、成形、焼成され、該焼成中に結合剤中より結晶質骨材が析出することにより、形成されるものと考えられる。即ちこの形成法によるものは超砥粒と結合剤の充分な混合、濡れ性の保持ができ、骨材が均一に分散し、充分な強度を持つ結合相が生成されるものと思われる。

0030

β−スポジュメンS.S.はモース硬度7で、超砥粒層の機械的強度の向上に寄与すると共に、熱膨張係数も 1.1×10-6/Cと低いため、 3.5×10-6/CのCBNに近い、3.78×10-6/Cの超砥粒層が得られる。

0031

なお、本発明の実施に当ってはCBNなどの超砥粒の集中度の低い超石の場合、超砥粒層の機械的強度の保持と、熱膨張係数の上昇を防ぐため、結合剤中にアルミナ質砥粒や炭化けい素質砥粒を、充填剤として添加しておくことが好ましい。

0032

また実施例は超砥粒としてCBNを用いたものについて示したが、ダイヤモンド砥粒を用いてもよいことは言うまでもない。調整結合剤の組成、焼成条件、結晶質骨材量の範囲を特定したのは、この範囲を外れたものにおいては、本発明の目的とする効果を奏し得ないからである。

発明の効果

0033

以上各項において述べたように、本発明によれば、超砥粒が結晶質骨材を均一分散した非晶質結合相により強固に保持された、研削性能が高く、寿命の長い超砥粒砥石が提供され、効率的な高品質の研削加工を行うことが出来る。

図面の簡単な説明

0034

図1実施例における超砥粒砥石の縦断側面図である。
図2Aは図1中のビットチップ4の1枚の上面図、Bはその側面図である。
図3ビットチップ4中の超砥粒層3の構成を示す1000部の組織写真である。
図4実施例、比較例の各砥石の砥石半径摩耗量を示す図表である。
図5実施例、比較例の各砥石の比研削抵抗を示す図表である。
図6実施例、比較例の各砥石により研削した被削材のワーク表面粗さを示す図表である。
図7実施例砥粒層のX線回折値を示す図表である。

--

0035

1 鉄製ボディR2 3の円弧半径
2ベース層R1 2の円弧半径
3超砥粒層
4ビットチップ
T 1の厚み
D1 1の外径
D2超砥粒砥石の外径
L 4の長さ
W 4の幅
X1 3の厚さ
X2 2の厚さ

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