JP2007136559A - ビトリファイド砥石及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変色の問題を伴う無機接着剤を使用することなく、流し込みによりビトリファイド砥石を製造することができる方法を提供すること。
【解決手段】砥粒が無機結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するビトリファイド砥石の製造方法であって、砥粒、無機結合剤、水、及びデンプン粉を均一に混合する工程と、前記工程により得られた流動性混合物を所定の型に流し込む工程と、前記流動性混合物を５０〜１００℃の温度で一次硬化させる工程と、前記硬化工程により得られた硬化体を７００〜９００℃の温度で焼成する工程と、を含むことを特徴とする前記製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、ビトリファイド砥石の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、変色の問題を伴う無機接着剤を使用することのない、流し込みによる、多気孔のビトリファイド砥石の製造方法に関する。

研削及び研磨用砥石の主な種類を、使用する結合剤により区別すると、ビトリファイド砥石、レジノイド砥石、メタル砥石、及び電着砥石が挙げられる。
これらの中で、切れ味がよく、耐久性が高くかつドレス性がよいことから、ビトリファイド砥石が主に使用されている。

このビトリファイド砥石は、砥粒及び無機結合剤を一次結合剤とともに混合し、得られた混合物を金型に充填してプレス成型し、乾燥工程を経た後、６００〜１３００℃の高温で焼成することにより製造されるのが一般的である。

一方、プレス成型ではなく、流し込みによりビトリファイド砥石を製造する方法も開発されている（特許文献１参照）。この方法は、砥粒、無機結合剤、及び発泡剤に無機接着剤を添加し、水と共に混合して流動性混合物を形成し、これを所定の型に流し込み、常温〜３００℃で加熱して、無機接着剤の作用により一次硬化させると同時に、発泡剤の作用により乾燥硬化体中に気孔を形成し、その後６００〜１０００℃で焼成する方法である。

しかしながら、上記の方法にしたがうと、砥粒としてＣＢＮ、又は炭化ケイ素を使用した場合、焼成後の砥石において砥石が黒く変色する、特に、砥石の内部が変色するという不具合が発生した。これはＣＢＮの場合は無機接着剤と反応して分解反応が発生したため、炭化ケイ素の場合は、炭化ケイ素と無機接着剤が焼成中に化学反応をおこし炭化ケイ素（ＳｉＣ）が分解し炭素元素が析出したためと考えられる。このような作用が発生した砥石は、機械的強度が減少し、使用時にクラック又は破壊の可能性があるので使用できない。
特願２００４−１１２０２８号

したがって、本発明は、変色の問題を伴う無機接着剤を使用することなく、流し込みによりビトリファイド砥石を製造することができる方法を提供することを課題とする。

本発明のビトリファイド砥石の製造方法は、砥粒が無機結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するビトリファイド砥石の製造方法であって、砥粒、無機結合剤、水、及びデンプン粉を均一に混合する工程と、前記工程により得られた流動性混合物を所定の型に流し込む工程と、前記流動性混合物を５０〜１００℃の温度で一次硬化させる工程と、前記硬化工程により得られた硬化体を７００〜９００℃の温度で焼成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明のビトリファイド砥石の製造方法においては、混合工程において、更に無機質充填剤、無機質中空体又は有機質粉体の気孔形成剤、液状又は粉末の発泡剤を添加することができる。

本発明のビトリファイド砥石の製造方法の一態様においては、砥粒が、少なくともＣＢＮを含むことが好ましい。
また、本発明のビトリファイド砥石の製造方法の別の態様においては、 砥粒が、少なくとも炭化ケイ素系砥粒を含むことが好ましい。

本発明にしたがえば、変色の問題を伴う無機接着剤を使用することなく、流し込みによりビトリファイド砥石を製造することができる方法が提供される。本発明により、砥粒としてＣＢＮ又は炭化ケイ素を使用した多気孔のビトリファイド砥石を流し込みにより安定して製造することが可能となる。

以下、本発明のビトリファイド砥石の製造方法の好適な実施形態について説明する。
本発明のビトリファイド砥石の製造方法は、砥粒が無機結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するビトリファイド砥石の製造方法であって、砥粒、無機結合剤、水、及びデンプン粉を均一に混合する工程と、前記工程により得られた流動性混合物を所定の型に流し込む工程と、前記流動性混合物を５０〜１００℃の温度で硬化させる工程と、前記硬化工程により得られた硬化体を７００〜９００℃の温度で焼成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明においては、まず、砥粒、無機結合剤、水、及びデンプン粉を均一に混合する。
本発明は、砥石を構成する材料の一次硬化剤としてデンプン粉を使用することを特徴とする。デンプンは、ブドウ糖を単位として数百個から数千個、あるいは数万個の鎖状又は房状に連なった高分子物質であり、アミロースとアミロペクチンの２種成分から構成される。種子や根茎から取り出されたデンプンは白色の微粉末であるが、種類によっては粒子の大きさや形が異なり、アミロース及びアミロペクチンの構成比率も異なる。デンプンは水を加えても溶解せず沈澱するだけであるが、加熱すると粒子は水を含んで数十倍に膨らみ、粘りが出て糊状となる。この糊液をそのまま放置すると次第に白濁しゲル化する。本発明のビトリファイド砥石の製造方法は、このようなデンプンのゲル化作用を利用するものであり、かかる作用により砥石を構成する材料を一次硬化させる。従来のビトリファイド砥石の製造方法では、無機接着剤により一次硬化していたが、本発明により無機接着剤を使用することなく一次硬化させることが可能となる。

本発明において使用することができるデンプン紛としては、馬鈴薯デンプンやとうもろこしデンプン、タピオカデンプンなどが挙げられる。その他各種のデンプンも、ゲル化作用により砥石を構成する材料を一次硬化させる本発明の趣旨を逸脱しない限り使用することができる。

デンプン粉の使用量は、流動性混合物全量に対して、０．１〜１．０重量％であるものとする。
本発明において使用することができる砥粒としては、溶融アルミナ系砥粒、ゾルゲルアルミナ質砥粒、炭化ケイ素系砥粒、アルミナ−ジルコニア系砥粒、酸化セリウム系砥粒、シリカ系砥粒、及び、ＣＢＮ又はダイヤモンドのような超砥粒などが挙げられる。砥粒は、研削条件等にしたがって、上記列挙したものから１種類以上を選択して使用することができる。砥粒は、好ましくは、少なくともＣＢＮ又は炭化ケイ素系砥粒を含むものである。

砥粒の粒径は、１ｍｍ〜サブミクロンの粒径まで幅広く使用することができる。
本発明において使用することができる無機結合剤としては、ガラスフリット、粘土、長石などの無機質粉体が挙げられる。無機結合剤は、研削条件等にしたがって、これらのうちの１種、又は２種以上を適宜選択して使用することができる。

本発明において、水の使用量は、流動性混合物全量に対して３０〜４５重量％であるものとする。
また、本発明においては、必要に応じて無機質充填剤を添加してもよい。無機質充填剤は、砥石を構成する材料を水中に混合した流動性混合物において、粘度調整剤としても作用することができる。本発明において使用することができる無機質充填剤としては、例えば、シリカ微粉、クリオライト、ムライト微粉などが挙げられる。無機質充填剤は、好ましくは、シリカ微粉である。無機質充填剤は、研削条件等にしたがって適宜選択することができる。また、発明の趣旨を逸脱しない限り他の材料も使用することができる。

以上説明したような砥石を構成する材料を所定量計量し、混合機に投入して混合機で均一に混合する。混合時間等については使用する混合機、混合容量、混合材料などの条件を考慮して適宜決定することができる。

本発明においては、次いで、前記工程により得られた流動性混合物を所定の型に流し込む。
本発明においては、次いで、前記流動性混合物を５０〜１００℃の温度で硬化させる。５０〜１００℃に保持することにより、デンプンの硬化作用により、流動性混合物を一次硬化するとともに水分を乾燥させることができる。硬化温度は、好ましくは、６０〜８０℃である。一次硬化及び乾燥は、３６〜６０時間行えばよい。製造する砥石の寸法、体積により、さらに時間を延長してもよい。

本発明においては、次いで、前記硬化工程により得られた硬化体を７００〜９００℃の温度で焼成する。
ビトリファイド砥石は焼成後気孔が生成されるが、さらなる多気孔の砥石が望まれる場合には、気孔形成剤を使用することにより砥石の結合剤組織中に気孔を形成することができる。気孔形成剤は混合工程において添加すればよい。

気孔形成剤としては、有機性又は無機性の気孔形成剤を使用することができる。有機性気孔形成剤は、例えば、有機質粉体であり、焼成時に分解して消失しその占有部分が空洞となり気孔を形成するものである。また、無機性気孔形成剤は、例えば、無機質中空体であり、焼成しても砥石中に残存するが中空部分が気孔を形成するものである。

また、気孔を形成するためには、発泡剤を使用してもよい。発泡剤は混合工程において添加すればよい。発泡剤は、一次硬化工程において加熱することにより発泡作用を発揮し、流動性混合物が完全に硬化するまでに発泡作用は完了する。発泡剤は、液状又は粉末の発泡剤を使用することができる。

液状発泡剤の例としては、一般式ＲＯＯＣ−Ｎ＝Ｎ−ＣＯＯＲ（式中、それぞれのＲは直鎖でも分岐鎖でもよい１〜４の低級アルキル基を示す。）で表されるジアルキルアゾジカルボキシレートが挙げられる。好ましいジアルキルアゾジカルボキシレートは、ジイソプロピルアゾジカルボキシレートである。また、本発明に使用することができる他のジアルキルアゾジカルボキシレートとしては、ジメチルアゾジカルボキシレート、ジエチルアゾジカルボキシレート、ジプロピルアゾジカルボキシレート、ジtert−ブチルアゾジカルボキシレート、及びそれらの混合物が挙げられる。

粉末発泡剤としては、例えば、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物、ｐ，ｐ’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、４，４’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、ジニトロソペンタンメチレンテトラミン、ベンゼンスルホニルヒドラジド、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジドなどのヒドラジド化合物などを挙げることができる。

液状及び粉末発泡体は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、上記例示した以外の物質も使用することができる。発泡剤は１種又は２種以上の混合物を使用することができ、気孔形成剤と併用してもよい。

以上説明した本発明の製造方法にしたがって製造されるビトリファイド砥石の組成は次の範囲となる。すなわち、砥粒体積割合は、５体積％〜５５体積％であり、気孔体積率は、５体積％〜８５体積％であり、結合剤率は、［１００−（砥粒体積％）−（気孔体積％）］（％）である。本発明の製造方法にしたがって製造されるビトリファイド砥石の比重は０．７〜２．０である。

以下、本発明の実施例を説明するが、これらは本発明の実施可能性及び有用性を例証するものであり、本発明の構成を何ら限定するものではない。

本発明の製造方法にしたがい、粒度の異なる砥粒を使用してビトリファイド砥石を製造し、得られた砥石を用いて研削テストを行った。
（原料混合比）
実施例１
砥粒：ＧＣ＃１０００ １５００ｇ
結合剤：ガラスフリット ２４０ｇ
充填剤：シリカ微粉（アエロジル） １０ｇ
発泡剤：液状発泡剤（ジイソプロピルアゾジカルボキシレート） ７ｇ
デンプン粉：タピオカデンプン ９ｇ
水 ７００ｇ
実施例２
砥粒：ＧＣ＃３０００ １４００ｇ
結合剤：ガラスフリット ２４０ｇ
充填剤：シリカ微粉（アエロジル） １３ｇ
発泡剤：液状発泡剤（ジイソプロピルアゾジカルボキシレート） ７ｇ
デンプン粉：タピオカデンプン ９ｇ
水 ７５０ｇ
実施例３
砥粒：ＧＣ＃６０００ １４００ｇ
結合剤：ガラスフリット ２４０ｇ
充填剤：シリカ微粉（アエロジル） ３ｇ
発泡剤：液状発泡剤（ジイソプロピルアゾジカルボキシレート） ７ｇ
デンプン粉：タピオカデンプン ９ｇ
水 ７５０ｇ
（砥石製造手順）
砥粒、結合剤、充填剤、デンプン粉、発泡剤、及び水を所定重量計量し、混合機に投入し、均一になるまで混合して流動性混合物を得た。流動性混合物を外径２１０ｍｍ、軸孔５０ｍｍの型に厚さ１８ｍｍになるまで流し込み、６０℃で４８時間加熱した。得られた硬化体を型から取り出し、最高保留温度９００℃で４時間焼成した。焼成後、仕上げ加工を行い、外周２０５ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、軸孔径５０．８ｍｍの１Ａ砥石を得た。
（砥石組成）
各実施例の焼成後の砥石組成を以下に示す。
実施例１
砥粒体積率＝２６．６、結合剤体積率＝１１．０、気孔体積率＝６２．４
実施例２
砥粒体積率＝２５．６、結合剤体積率＝１０．６、気孔体積率＝６３．８
実施例３
砥粒体積率＝２５．１、結合剤体積率＝１０．４、気孔体積率＝６４．５
（研削テスト条件）
１．被削剤 材質：銅（ビッカーズ硬さＨｖ＝１０１．２）
アクリル（ビッカーズ硬さＨｖ＝２２．９）
寸法：５０×３０ｍｍ
２．研削盤 種類：岡本工作機械製横軸平面研削盤
型式：ＣＮＣ−５２Ｂ（７．５ｋｗ）
３．研削液 名称：クレカット ＮＳ２０１（ソリュブルタイプ）
希釈倍率：５０倍希釈
４．ドレス条件 ドレッサー：単石ダイヤモンドドレッサー
砥石周速度：３３．３ｍ／ｓ
ドレス切込み：０．００１ｍｍ／ｐａｓｓ×４ｐａｓｓ
ドレスリード：０．０１ｍｍ／ｒｅｖ
５．研削条件 研削方式：湿式トラバース研削
砥石周速度：３３．３ｍ／ｓ
クロスフィード：２ｍｍ／ｐａｓｓ（１往復）
スパークアウト：１ｍｍ／ｐａｓｓ（１往復）
取り代：銅；０．００３ｍｍ
アクリル；０．０１０ｍｍ
６．評価項目 仕上げ面粗度 Ｒmax μｍ
７．研削テスト前の被削剤研削面の面粗度（Ｒｍａｘ μｍ）
研削テスト前の被削剤研削面の面粗度（Ｒｍａｘ μｍ）を表１に示すように調整した。

（研削テスト結果）
上記条件にしたがって行った研削テスト後の被削材の面粗度（Ｒｍａｘ μｍ）を表２に示す。

銅について、研削後の面粗度は研削前と比較して小さい値となり、使用する砥粒の粒度に依存して実施例３において最も小さい値が得られた。研削が正常に行われたことが示された。

アクリルについて、研削後の面粗度は研削前と比較して大きい値となった。研削により被削材の加工面は粗くなったが、使用する砥粒の粒度に依存して実施例３において最も小さい値が得られた。研削が正常に行われたことが示された。

本発明により製造された砥石は粗研削及び仕上げ研磨に使用でき、円筒研削、平面研削内面研削のみならず、ラッピング、ホーニング等の最終仕上げにも応用でき、被削材としては鉄系材料に適用できるが、銅などの非鉄金属にも適用でき、超硬、シリコン、アルミナ、炭化物、窒化物、サファイア、石英、各種ガラス、その他セラミック材料などの硬脆性材料に代表される非鉄系材料の研削研磨に好適に用いられる。

Claims (6)

1. 砥粒が無機結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するビトリファイド砥石の製造方法であって、砥粒、無機結合剤、水、及びデンプン粉を均一に混合する工程と、前記工程により得られた流動性混合物を所定の型に流し込む工程と、前記流動性混合物を５０〜１００℃の温度で一次硬化させる工程と、前記硬化工程により得られた硬化体を７００〜９００℃の温度で焼成する工程と、を含むことを特徴とする前記製造方法。
2. 混合工程において、更に無機質充填剤を添加することを特徴とする、請求項１記載のビトリファイド砥石の製造方法。
3. 混合工程において、更に無機質中空体又は有機質粉体の気孔形成剤を添加することを特徴とする、請求項１又は２に記載のビトリファイド砥石の製造方法。
4. 混合工程において、更に粉末又は液状の発泡剤を添加することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のビトリファイド砥石の製造方法。
5. 砥粒が、少なくともＣＢＮを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のビトリファイド砥石の製造方法。
6. 砥粒が、少なくとも炭化ケイ素系砥粒を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のビトリファイド砥石の製造方法。