JP2024126675A - Abrasives used in the manufacture of vitrified grinding wheels, and vitrified grinding wheels - Google Patents
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Abstract
Description
ここに開示される技術は、ビトリファイド砥石の製造に用いる砥材、および、ビトリファイド砥石に関する。 The technology disclosed herein relates to abrasives used in the manufacture of vitrified grinding wheels, and to vitrified grinding wheels.
金属材料等を研削する工具の一例として、ビトリファイド砥石が広く用いられている。このビトリファイド砥石の製造では、砥粒とビトリファイドボンド(ガラス質結合剤)とを含む坏土を焼成する。この焼成処理では、溶融したビトリファイドボンドが複数の砥粒の間隙を流動する。これによって、ビトリファイドボンドを介して複数の砥粒が結合された結合ネットワークが形成される。なお、ビトリファイド砥石に用いられる砥粒として、ダイヤモンド砥粒、立方晶窒化ホウ素(cBN)砥粒などが挙げられる。 Vitrified grinding wheels are widely used as an example of a tool for grinding metal materials, etc. In the manufacture of vitrified grinding wheels, a clay containing abrasive grains and a vitrified bond (a glassy binder) is fired. In this firing process, the molten vitrified bond flows through the gaps between the multiple abrasive grains. This forms a bond network in which multiple abrasive grains are bonded together via the vitrified bond. Examples of abrasive grains used in vitrified grinding wheels include diamond grains and cubic boron nitride (cBN) grains.
また、ビトリファイド砥石の分野では、砥粒をコート材で被覆する技術が提案されている。例えば、特許文献1に記載の技術では、砥粒の表面に、酸化物ではないセラミックスからなるコーティング層を形成している。これによって、ビトリファイドボンド中の酸化物と砥粒とが焼成中に反応することを防止できるとされている。また、特許文献2に記載の技術では、cBN砥粒の表面を酸化アルミニウム層や酸化ケイ素層で被覆している。これによって、cBN砥粒とビトリファイドボンドとの密着性を改善できるとされている。 In the field of vitrified grinding wheels, a technique has been proposed in which abrasive grains are coated with a coating material. For example, in the technique described in Patent Document 1, a coating layer made of ceramics, not oxides, is formed on the surface of the abrasive grains. This is said to prevent the oxides in the vitrified bond from reacting with the abrasive grains during firing. In addition, in the technique described in Patent Document 2, the surface of the cBN abrasive grains is coated with an aluminum oxide layer or a silicon oxide layer. This is said to improve the adhesion between the cBN abrasive grains and the vitrified bond.
ところで、近年では、被加工物の高硬度化に伴って、ビトリファイド砥石のさらなる強度向上が要求されている。ここに開示される技術は、かかる要求を鑑みてなされたものであり、ビトリファイド砥石の強度向上に貢献できる砥材、および、当該砥材を用いたビトリファイド砥石を提供することを目的とする。 However, in recent years, as the hardness of workpieces increases, there is a demand for further improvements in the strength of vitrified grinding wheels. The technology disclosed here has been made in consideration of such demands, and aims to provide an abrasive material that can contribute to improving the strength of vitrified grinding wheels, and a vitrified grinding wheel that uses said abrasive material.
上記目的を実現するべく、ここに開示される技術によって、以下の構成の砥材が提供される。なお、詳しくは後述するが、本明細書における「砥材」とは、砥粒を主体とする粒子材料のことをいう。 In order to achieve the above objective, the technology disclosed herein provides an abrasive having the following configuration. As will be described in detail later, in this specification, "abrasive" refers to a particulate material mainly composed of abrasive grains.
ここに開示される砥材は、ビトリファイド砥石の製造に用いられる砥材である。かかる砥材は、砥粒と、砥粒の表面の少なくとも一部に付着したコート材とを含む。そして、ここに開示される技術におけるコート材は、少なくともAlとBiとを含むAl-Biコートである。 The abrasive material disclosed herein is an abrasive material used in the manufacture of vitrified grinding wheels. Such an abrasive material includes abrasive grains and a coating material attached to at least a portion of the surface of the abrasive grains. The coating material in the technology disclosed herein is an Al-Bi coating that includes at least Al and Bi.
本発明者は、上記目的を実現するために実験と検討を重ねた結果、AlとBiとを含むコート材(Al-Biコート)を砥粒表面に付着させると、製造後のビトリファイド砥石の強度が向上することを発見した。ここに開示される技術を限定することを意図するものではないが、かかる強度向上効果が得られるのは、以下の作用によるものと推測される。まず、ビトリファイド砥石の製造にAl-Biコート付の砥粒を用いると、砥石製造過程において砥粒表面にAl酸化物とBi酸化物を生じさせることができる。これらの酸化物は、ビトリファイドボンドとの濡れが良好であるため、ビトリファイドボンドによる砥粒間の結合ネットワークが好適に形成される。また、これらの酸化物の一部または全部は、砥石製造過程においてビトリファイドボンドに取り込まれ得る。これによって、砥粒の表面近傍に、Al2O3とBi2O3を多く含むガラスが生じる。ここで、砥粒近傍のガラスのAl2O3量とBi2O3量が多くなると、砥石製造工程における軟化流動性が向上し砥粒に対する定着性が向上する。ここに開示される砥材によると、上述の作用によって、焼成中の砥粒とビトリファイドボンドとの濡れ性を改善していると推測される。この結果、製造後のビトリファイド砥石では、ビトリファイドボンドを介した砥粒間の結合ネットワークが強固に形成されるため優れた強度を発揮できる。 The inventors of the present invention conducted experiments and studies to achieve the above object, and found that the strength of the vitrified grinding wheel after manufacture is improved by attaching a coating material containing Al and Bi (Al-Bi coating) to the surface of the abrasive grains. Although it is not intended to limit the technology disclosed herein, it is presumed that such an effect of improving the strength is achieved by the following actions. First, when abrasive grains with an Al-Bi coating are used in the manufacture of a vitrified grinding wheel, Al oxides and Bi oxides can be generated on the surface of the abrasive grains during the grinding wheel manufacturing process. These oxides have good wettability with the vitrified bond, so that a bond network between the abrasive grains is suitably formed by the vitrified bond. In addition, a part or all of these oxides can be incorporated into the vitrified bond during the grinding wheel manufacturing process. As a result, glass containing a large amount of Al 2 O 3 and Bi 2 O 3 is generated near the surface of the abrasive grains. Here, when the amount of Al2O3 and Bi2O3 in the glass near the abrasive grains is increased, the softening fluidity during the grinding wheel manufacturing process is improved , and the adhesion to the abrasive grains is improved. It is presumed that the above-mentioned action of the abrasive material disclosed herein improves the wettability between the abrasive grains and the vitrified bond during firing. As a result, the vitrified grinding wheel after manufacture has a strong bond network between the abrasive grains via the vitrified bond, and therefore exhibits excellent strength.
ここに開示される砥材の好ましい一態様では、Al-Biコートは、金属酸化物または有機金属化合物である。Al-Biコートは、これらの形態の何れであっても、上述した強度向上効果を適切に発揮できる。 In a preferred embodiment of the abrasive material disclosed herein, the Al-Bi coating is a metal oxide or an organometallic compound. Regardless of the form of the Al-Bi coating, it can adequately exhibit the strength-improving effect described above.
ここに開示される砥材の好ましい一態様では、Al-Biコートは、AlとBiとの合計モル数に対するAlのモル数の比率(Al/Al+Bi)が0.1以上0.9以下である。これによって、Al-Biコートによる強度向上効果がより好適に発揮される。 In a preferred embodiment of the abrasive disclosed herein, the Al-Bi coating has a ratio of the number of moles of Al to the total number of moles of Al and Bi (Al/Al+Bi) of 0.1 or more and 0.9 or less. This allows the strength-improving effect of the Al-Bi coating to be more suitably exerted.
ここに開示される砥材の好ましい一態様では、砥粒は、ダイヤモンド砥粒および立方晶窒化ホウ素砥粒からなる群から選択される一種を含む。ここに開示される技術は、これらの砥粒に対して特に好適に使用できる。 In a preferred embodiment of the abrasive material disclosed herein, the abrasive grains include one selected from the group consisting of diamond abrasive grains and cubic boron nitride abrasive grains. The technology disclosed herein is particularly suitable for use with these abrasive grains.
また、ここに開示される技術の他の側面として、ビトリファイド砥石が提供される。かかるビトリファイド砥石は、複数の砥材と、複数の砥材を結合するビトリファイドボンドとを含む。そして、ここに開示されるビトリファイド砥石の砥材は、上記構成の砥材である。かかる構成のビトリファイド砥石は、ビトリファイドボンドを介した結合ネットワークが強固に形成されているため、優れた強度を有している。 As another aspect of the technology disclosed herein, a vitrified grinding wheel is provided. Such a vitrified grinding wheel includes a plurality of abrasives and a vitrified bond that bonds the plurality of abrasives. The abrasives of the vitrified grinding wheel disclosed herein are the abrasives having the above-mentioned configuration. A vitrified grinding wheel having such a configuration has excellent strength because a strong bond network is formed via the vitrified bond.
ここに開示されるビトリファイド砥石の好ましい一態様では、ビトリファイドボンドは、砥粒の表面近傍に、他の領域よりもAlとBiを多く含むAl-Bi領域を有している。ここに開示されるビトリファイド砥石では、砥粒の表面近傍に、Al-Biコートに由来するAl-Bi領域が形成されることがある。 In a preferred embodiment of the vitrified grinding wheel disclosed herein, the vitrified bond has an Al-Bi region near the surface of the abrasive grain that contains more Al and Bi than other regions. In the vitrified grinding wheel disclosed herein, an Al-Bi region resulting from the Al-Bi coating may be formed near the surface of the abrasive grain.
ここに開示されるビトリファイド砥石の好ましい一態様では、断面SEM画像に対してエネルギー分散型X線分析に基づいた元素分析を行った際に、Al-Bi領域における金属元素と半金属元素との合計原子数に対するAlとBiの合計原子数の割合が30%以上である。これによって、ビトリファイドボンドを介した結合ネットワークをより強固に形成できる。 In a preferred embodiment of the vitrified grinding wheel disclosed herein, when elemental analysis based on energy dispersive X-ray analysis is performed on a cross-sectional SEM image, the ratio of the total number of Al and Bi atoms to the total number of atoms of metal elements and metalloid elements in the Al-Bi region is 30% or more. This allows the formation of a stronger bond network via the vitrified bond.
ここに開示されるビトリファイド砥石の好ましい一態様では、ビトリファイドボンドは、Biを含むガラス材料である。これによって、ビトリファイド砥石の強度を特に好適に改善できる。 In one preferred embodiment of the vitrified grinding wheel disclosed herein, the vitrified bond is a glass material containing Bi. This can particularly effectively improve the strength of the vitrified grinding wheel.
以下、ここに開示される技術の一実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、ここに開示される技術の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。ここに開示される技術は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本明細書において数値範囲を示す「A~B」との表記は、特にことわりの無い限り「A以上B以下」を意味する。なお、図面は模式的に描かれており、図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、実際の寸法関係を反映するものではない。 An embodiment of the technology disclosed herein is described below. Note that matters other than those specifically mentioned in this specification that are necessary for implementing the technology disclosed herein can be understood as design matters for a person skilled in the art based on the conventional technology in the relevant field. The technology disclosed herein can be implemented based on the contents disclosed in this specification and the technical common sense in the relevant field. Note that in this specification, the notation "A to B" indicating a numerical range means "A or more and B or less" unless otherwise specified. Note that the drawings are drawn diagrammatically, and the dimensional relationships in the drawings (length, width, thickness, etc.) do not reflect the actual dimensional relationships.
1.砥材
図1は、本実施形態に係る砥材を模式的に示す図である。上述した通り、本明細書における「砥材」とは、砥粒を主体とする粒子材料のことをいう。図1に示すように、本実施形態に係る砥材10は、砥粒12と、Al-Biコート14とを含む。以下、本実施形態に係る砥材10に含まれる各構成について説明する。
1. Abrasive Fig. 1 is a diagram showing a schematic diagram of an abrasive according to the present embodiment. As described above, the term "abrasive" in this specification refers to a particulate material mainly composed of abrasive grains. As shown in Fig. 1, the abrasive 10 according to the present embodiment includes
(1)砥粒
砥粒12は、所定の硬度を有する粒子である。この砥粒12は、製造後のビトリファイド砥石において、被加工物を直接的に研削する機能を有する。なお、砥粒12の種類は、特に限定されず、砥粒として使用され得る従来公知の粒子から、被加工物の性質や使用態様等に応じた適切な粒子を適宜選択することができる。当該砥粒12の成分の一例として、鉱物、金属または半金属の炭化物、酸化物、窒化物等が挙げられる。具体的には、砥粒12は、ダイヤモンド砥粒、立方晶窒化ホウ素(cBN)砥粒、シリカ砥粒、アルミナ砥粒、セリア砥粒等であり得る。なお、ここでのダイヤモンド砥粒は、天然ダイヤモンドでもよいし、人工ダイヤモンドでもよい。これらのなかでもダイヤモンド砥粒とcBN砥粒は、ここに開示される技術を特に好ましく適用できる。具体的には、ダイヤモンド砥粒は、4000以上(典型的には、7000~8000程度)という高いヌープ硬度を有しているため、高硬度の被加工物を容易に加工できる。しかし、ダイヤモンド砥粒を用いたビトリファイド砥石の製造では、砥粒の酸化を抑制するために焼成温度を低温(例えば700℃以下)にする必要がある。これによって、焼成中のビトリファイドボンドの流動性が十分に確保できずに、製造後のビトリファイド砥石で結合ネットワークの形成不良が生じる可能性がある。これに対して、ここに開示される技術によると、後述するAl-Biコート14によって、ビトリファイドボンドと砥粒12との濡れ性を十分に改善できる。これによって、ダイヤモンド砥粒の酸化を防止するための低温焼成を実施した場合でも、強固な結合ネットワークを有するビトリファイド砥石を製造できる。一方、cBN砥粒も、4000以上(4700程度)という高いヌープ硬度を有している。しかし、cBN砥粒は、焼成中にビトリファイドボンドと反応することがある。この場合、cBN砥粒が目減りするため、製造後のビトリファイド砥石の加工能力が低下するおそれがある。これに対して、ここに開示される技術では、砥粒12の表面がAl-Biコート14によって被覆されているため、ビトリファイドボンドとcBN砥粒との反応を抑制できる。
(1) Abrasive grains The
なお、砥粒12の大きさは、ここに開示される技術を限定するものではなく、使用目的や使用態様に応じて適宜変更できる。例えば、砥粒12の平均粒径は、0.05μm以上でもよく、0.1μm以上でもよく、0.5μm以上でもよく、1μm以上でもよい。また、砥粒12の平均粒径は、1000μm以下でもよく、500μm以下でもよく、100μm以下でもよく、50μm以下でもよく、25μm以下でもよい。なお、本明細書における「平均粒径」は、電子顕微鏡等で観察された100個以上の粒子の円相当径の算術平均値である。
The size of the
また、砥粒12の形状も、特に限定されず、従来公知の形状から適宜選択できる。例えば、砥粒12は、球状、板状、不定形状(金平糖形状など)等であってもよい。また、砥粒12の平均アスペクト比は、1以上2以下でもよく、1.1以上1.8以下でもよい。なお、本明細書における「アスペクト比」は、電子顕微鏡画像において砥粒に外接する矩形を描き、当該矩形の短辺の長さ(a)と長辺の長さ(b)との比率(b/a)を計算することによって求めることができる。そして、「平均アスペクト比」は、100個以上の粒子のアスペクト比の算術平均値である。
The shape of the
また、砥粒12は、BET比表面積が一定以下であることが好ましい。BET比表面積が低い砥粒12を使用することによって、後述するAl-Biコート14の形成が容易になる傾向がある。具体的には、砥粒12のBET比表面積は、100m2/g以下が好ましく、80m2/g以下がより好ましく、40m2/g以下がさらに好ましく、10m2/g以下が特に好ましい。一方、砥粒12のBET比表面積の下限値は、特に限定されず、0.01m2/g以上でもよく、0.1m2/g以上でもよく、0.5m2/g以上でもよく、1m2/g以上でもよい。なお、本明細書における「BET比表面積」は、吸着質として窒素(N2)ガスを用いたガス吸着法によって測定された吸着等温線をBET法で解析した値をいう。
Moreover, it is preferable that the
(2)Al-Biコート
Al-Biコート14は、砥粒12の表面に付着したコート材である。このAl-Biコート14は、少なくともアルミニウム(Al)とビスマス(Bi)とを含む。詳しくは後述するが、Al-Biコート14を砥粒12に付着させると、焼成中の砥粒12とビトリファイドボンドとの濡れ性を大幅に改善できる。この結果、ビトリファイドボンドを介した砥粒間の結合ネットワークが強固に形成されるため、優れた強度を有するビトリファイド砥石を製造できる。
(2) Al-Bi Coating The Al-
なお、Al-Biコート14は、金属酸化物でもよいし、有機金属化合物(レジネート)でもよい。詳しくは後述するが、Al-Biコート14は、焼成中の砥材12表面に、Al酸化物(Al2O3など)とBi酸化物(Bi2O3など)を生じさせることによって、砥粒12とビトリファイドボンドとの濡れ性を改善すると解される。これに対して、Al-Biコート14が金属酸化物である場合には、Al酸化物とBi酸化物が砥粒12の表面に予め存在しているため、濡れ性を改善する効果が容易に発揮される。一方、Al-Biコート14が有機金属化合物である場合には、焼成処理の初期において有機金属化合物が分解されて、Al酸化物とBi酸化物が砥粒12の表面に生成される。このような場合でも、焼成中の砥粒12とビトリファイドボンドとの濡れ性を改善できる。なお、Al-Biコート14が金属酸化物である場合、当該Al-Biコート14は、微細なAl酸化物とBi酸化物とが混合された混合物でもよいし、Al元素とBi元素を含む複合酸化物でもよい。
The Al-
Al-Biコート14は、AlとBiとの合計モル数に対するAlのモル数の比率(Al/Al+Bi)が所定の範囲内であることが好ましい。これによって、製造後のビトリファイド砥石の強度をより好適に向上できる。具体的には、上記Al/Al+Biは、0.1以上が好ましく、0.15以上がより好ましく、0.2以上がさらに好ましく、0.25以上が特に好ましい。これによって、Al-Biコート14に十分なAlが含まれるため、焼成中の砥粒12近傍のビトリファイドボンドの定着性がより好適に向上する。一方、上記Al/Al+Biは、0.9以下が好ましく、0.85以下がより好ましく、0.8以下がさらに好ましく、0.75以下が特に好ましい。これによって、Al-Biコート14に十分なBiが含まれるため、焼成中の砥粒12近傍のビトリファイドボンドの流動性がより好適に向上する。なお、Al-Biコート14に含まれる「金属元素のモル数」は、砥材10のAl-Biコート14のEDXによる元素分析を行うことによって測定することができる。
It is preferable that the ratio of the number of moles of Al to the total number of moles of Al and Bi (Al/Al+Bi) of the Al-
なお、Al-Biコート14は、AlとBiを主要元素として構成されていることが好ましい。具体的には、Al-Biコート14は、上記EDXによる元素分析で確認された金属元素と半金属元素との合計モル数の過半数がAlとBiで占められていることが好ましい。例えば、Al-Biコート14中の金属元素の総モル数を100mol%としたとき、AlとBiの合計モル数の割合は、50mol%以上(好適には60mol%以上、より好適には70mol%以上、さらに好適には80mol%以上、特に好適には90mol%以上)であるとよい。これによって、上述した強度向上効果をより好適に発揮できる。一方、AlとBiの合計モル数の割合の上限は、特に限定されず、100mol%以下でもよく、99mol%以下でもよく、95mol%以下でもよい。なお、Al-Biコート14に含まれ得る他の金属元素としては、Na、Mg、Zn、K、Ca、Ti、Fe、Mn、Sr、Y、Zr、Ce、Ba、Liなどが挙げられる。また、半金属元素としては、Si、B、Sb、Teが挙げられる。
It is preferable that the Al-
また、Al-Biコート14は、砥粒12の表面の少なくとも一部に付着していればよく、砥粒12の表面全体を完全に被覆していなくてもよい。例えば、砥粒12の重量(100wt%)に対するAl-Biコート14の付着量は、0.1wt%以上(好適には0.2wt%以上、より好適には0.3wt%以上、特に好適には0.5wt%以上)であればよい。これによって、Al-Biコート14による強度向上効果を充分に発揮できる。一方、Al-Biコート14の付着量の上限値は、50wt%以下でもよく、30wt%以下でもよい。但し、Al-Biコート14の付着量が多くなりすぎると、製造後のビトリファイド砥粒において、ビトリファイドボンドに取り込まれずに残留したAl-Biコートを起点として、砥粒12とビトリファイドボンドとの界面が剥離する可能性がある。かかる観点から、Al-Biコート14の付着量の上限値は、20wt%以下が好ましく、10wt%以下がより好ましく、5wt%以下がさらに好ましく、3wt%以下が特に好ましい。なお、本明細書における「Al-Biコートの含有量」は、所定の溶媒にAl-Biコートを溶解除去し、ICP発光分析等によってその溶液中に含まれるAl、Bi成分を定量し、それぞれをAl2O3とBi2O3に換算することにより求めることができる。
Moreover, the Al-
(3)粉体材料
なお、上記構成の砥材10は、当該砥材10を主体とする粉体材料(微粒子の集団(particles))の状態で使用され得る。ここでの「砥材を主体とする」とは、粉体材料に含まれる微粒子のうち、重量基準で最も多く含まれる微粒子が、上記構成の砥材(すなわち、Al-Biコートが付着した砥粒)であることを意味する。より具体的には、砥材の粉体材料は、Al-Biコートが付着した砥粒を50重量%以上(好適には60重量%以上、より好適には70重量%以上、さらに好適には80重量%以上、特に好適には90重量%以上)含んでいることが好ましい。なお、この粉体材料は、ここに開示される技術による強度向上効果を著しく損なわない限りにおいて、上記構成の砥材以外の微粒子を含んでいてもよい。このような副成分としては、Al-Biコートが付着していない砥粒や、シリカ粒子、アルミナ粒子、セリア粒子、有機バインダ粒子などが挙げられる。
(3) Powder material The abrasive 10 having the above-mentioned configuration may be used in the form of a powder material (a group of fine particles) mainly composed of the abrasive 10. Here, "mainly composed of abrasive" means that the fine particles contained in the powder material in the largest amount by weight are the abrasive having the above-mentioned configuration (i.e., abrasive grains having an Al-Bi coating attached thereto). More specifically, the powder material of the abrasive preferably contains 50% by weight or more (preferably 60% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, even more preferably 80% by weight or more, and particularly preferably 90% by weight or more) of abrasive grains having an Al-Bi coating attached thereto. The powder material may contain fine particles other than the abrasive having the above-mentioned configuration, as long as the strength improving effect of the technology disclosed herein is not significantly impaired. Examples of such subcomponents include abrasive grains not having an Al-Bi coating attached thereto, silica particles, alumina particles, ceria particles, and organic binder particles.
2.ビトリファイド砥石の製造方法
次に、上記構成の砥材10を用いたビトリファイド砥石の製造方法の一例を説明する。図2は、ビトリファイド砥石を製造する手順の一例を示すフローチャートである。図2に示すように、このビトリファイド砥石の製造方法は、準備工程S10と、調製工程S20と、成形工程S30と、焼成工程S40とを含む。以下、各工程について説明する。
2. Manufacturing method of vitrified grinding stone Next, an example of a manufacturing method of a vitrified grinding stone using the grinding
(1)準備工程S10
本工程では、Al-Biコート14付の砥粒12を含む砥材10(図1参照)を準備する。例えば、準備工程S10では、砥粒12にAl-Biコート14を付着させる付着処理を実施して砥材10を生成してもよい。かかる付着処理の一例として、以下の手順が挙げられる。
(1) Preparation step S10
In this step, an abrasive 10 (see FIG. 1) containing
まず、Al-Biコート14の前駆物質を液状媒体に溶解させる。これによって、コート用溶液が調製される。このときの前駆物質としては、Alを含む有機金属化合物(Alレジネート)と、Biを含む有機金属化合物(Biレジネート)が挙げられる。また、液状媒体としては、これらのレジネートを溶解できる有機溶媒(アルコールなど)が挙げられる。次に、このコート用溶液に砥粒12を分散させる。そして、乾燥処理を実施して有機溶媒を除去する。これによって、有機金属化合物の状態のAl-Biコート14が砥粒12の表面に付着する。なお、このときの乾燥温度は、50℃~100℃程度が好ましい。また、乾燥時間は、30分~4時間程度が好ましい。
First, the precursor of the Al-
一方、金属酸化物の状態のAl-Biコート14を形成する場合には、上記有機金属化合物が付着した砥粒12を焼成するとよい。これによって、有機金属化合物が分解され、AlとBiの各々が酸化される。この結果、金属酸化物の状態のAl-Biコート14が砥粒12の表面に付着する。このときの焼成温度は、400℃~700℃程度が好ましい。また、焼成時間は、15分~2時間程度が好ましい。
On the other hand, when forming an Al-
なお、準備工程S10では、所望の砥材10を準備することができればよく、上述の付着処理を実施する態様に限定されない。例えば、Al-Biコート14は、物理蒸着(PVD:physical vapor deposition)を用いて砥粒12表面に付着させてもよい。
Note that the preparation step S10 is not limited to the above-mentioned attachment process, as long as the desired
(2)調製工程S20
本工程では、砥材10とビトリファイドボンドとを含む坏土を調製する。なお、ここでの坏土の粘度は、特に限定されない。例えば、坏土は、粘土状であってもよいし、ペースト状であってもよい。以下、坏土の成分について説明する。
(2) Preparation step S20
In this step, a clay containing the abrasive 10 and a vitrified bond is prepared. The viscosity of the clay is not particularly limited. For example, the clay may be clay-like or paste-like. The components of the clay will be described below.
(2-1)砥材
砥材10の構成は、既に説明したため、重複する説明を省略する。なお、坏土中の砥材10とビトリファイドボンドの合計重量(100wt%)に対する砥材10の添加量は、10wt%以上が好ましく、20wt%以上がより好ましく、30wt%以上が特に好ましい。坏土中の砥材10の含有比率が多くなるに従って、製造後のビトリファイド砥石の強度が向上する傾向がある。一方、砥材10の添加量の添加量は、70wt%以下が好ましく、60wt%以下がより好ましく、50wt%以下が特に好ましい。これによって、加工持続性が確保できる。
(2-1) Abrasive The composition of the abrasive 10 has already been described, so a duplicate description will be omitted. The amount of the abrasive 10 added to the total weight (100 wt%) of the abrasive 10 and the vitrified bond in the clay is preferably 10 wt% or more, more preferably 20 wt% or more, and particularly preferably 30 wt% or more. As the content ratio of the abrasive 10 in the clay increases, the strength of the vitrified grinding wheel after manufacture tends to improve. On the other hand, the amount of the abrasive 10 added is preferably 70 wt% or less, more preferably 60 wt% or less, and particularly preferably 50 wt% or less. This ensures processing durability.
(2-2)ビトリファイドボンド
ビトリファイドボンドは、製造後のビトリファイド砥石中で砥粒12同士を結合するガラス質結合剤である。ビトリファイドボンドの種類は、特に限定されず、ビトリファイドボンドとして使用され得る従来公知のガラス材料から、被加工物の性質や使用態様等に応じた適切な材料を適宜選択できる。かかるガラス材料の一例としては、Bi2O3―ZnO-B2O3-SiO2系ガラス、SiO2-RO(Rは、例えばMg、Ca、Zn、Ba、Srを表す。以下同じ。)系ガラス、SiO2-R’2O(R’は、例えばLi、K、Naを表す。以下同じ。)系ガラス、SiO2-RO-Al2O3系ガラス、SiO2-RO-Bi2O3系ガラス、SiO2-RO-Y2O3系ガラス、SiO2-RO-B2O3系ガラス、SiO2-Al2O3系ガラス、SiO2-ZnO系ガラス、SiO2-ZrO2系ガラス、RO-R’2O系ガラス、RO系ガラス、鉛系ガラス、鉛リチウム系ガラス、ホウケイ酸系ガラス等が挙げられる。なお、ビトリファイドボンドは、複数のガラス材料を混合したものであってもよい。
(2-2) Vitrified bond The vitrified bond is a vitrified bonding agent that bonds the
また、ビトリファイドボンド粉体の平均粒子径は、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、10μm以下がさらに好ましく、1μm以下が特に好ましい。微小なビトリファイドボンド粉体を坏土中で適切に分散できると、焼成後のビトリファイド砥石中にビトリファイドボンドが好適に分布するため、ビトリファイド砥石の強度がさらに向上する。一方、ビトリファイドボンドは、通常、微細な粉体材料の状態で他の材料と混合される。ここに開示される技術を限定することを意図したものではないが、ビトリファイドボンド粉体の平均粒子径は、0.05μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましく、0.5μm以上がさらに好ましく、1.0μm以上が特に好ましい。ビトリファイドボンド粉体が大きくなるにつれて、坏土中でビトリファイドボンド粉体を分散させることが容易になる。 The average particle size of the vitrified bond powder is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, even more preferably 10 μm or less, and particularly preferably 1 μm or less. If the fine vitrified bond powder can be properly dispersed in the clay, the vitrified bond is appropriately distributed in the vitrified grinding wheel after firing, and the strength of the vitrified grinding wheel is further improved. On the other hand, the vitrified bond is usually mixed with other materials in the form of a fine powder material. Although it is not intended to limit the technology disclosed herein, the average particle size of the vitrified bond powder is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, even more preferably 0.5 μm or more, and particularly preferably 1.0 μm or more. As the vitrified bond powder becomes larger, it becomes easier to disperse the vitrified bond powder in the clay.
なお、本実施形態に係る砥材10を用いてビトリファイド砥石を製造する場合には、ビトリファイドボンドとして、Biを含むガラス材料を使用することが特に好ましい。このBi系ボンドは、Bi元素がAl-Biコート14と共通しているため。Al-Biコート14に対して好適な親和性を有している。このため、製造後のビトリファイド砥石中により強固な結合ネットワークを形成することができる。例えば、このBi系ボンドは、全体のモル数を100mol%としたときのBi含有量(%)が5mol%以上(好適には10mol%以上、より好適には15mol%以上、さらに好適には20mol%以上、特に好適には25mol%以上)であるとよい。なお、焼成後のボンドの強度を考慮すると、ビトリファイドボンド中のBi含有量の上限は、70mol%以下が好ましく、60mol%以下がより好ましく、50mol%以下がさらに好ましく、40mol%以下が特に好ましい。なお、上述の「Bi含有量(mol%)」は、次の手順に従って測定されたものである。まず、ビトリファイドボンドを対象とした蛍光X線分析(XRF:X‐ray Fluorescence)を実施することによって、測定対象中の金属元素と半金属元素の存在比率を検出できる。しかし、XRFは、ホウ素(B)とリチウム(Li)の定量性が低いという問題を有している。このため、ホウ素(B)をICP-AES(ICP発光分光分析法)で定量化し、リチウム(Li)を原子吸光法で定量化する。そして、測定された原子(Bi、B、Na、Mg、Al、Si、Zn、K、Ca、Ti、Fe、Mn、Sr、Y、Zr、Ce、Ba、Li)中のBiの割合を算出することによって、「Bi含有量(mol%)」を測定できる。
In addition, when manufacturing a vitrified grinding wheel using the grinding
また、上記Bi系ボンドは、酸化物換算の重量比でのBi2O3含有量が10wt%以上(好適には20wt%以上、より好適には30wt%以上、さらに好適には40wt%以上、特に好適には50wt%以上)であるとよい。これによって、Al-Biコート14に対してより好適な親和性を発揮できる。一方、酸化物換算の重量比でのBi2O3含有量の上限値は、90wt%以下でもよく、80wt%以下でもよく、70wt%以下でもよく、60wt%以下でもよい。
The Bi-based bond may have a Bi2O3 content of 10 wt% or more (preferably 20 wt% or more, more preferably 30 wt% or more, even more preferably 40 wt% or more, and particularly preferably 50 wt% or more) in terms of weight ratio of oxide. This allows the bond to exhibit a more favorable affinity with the Al-
なお、また、坏土中の砥材とビトリファイドボンドとの合計重量(100wt%)に対するビトリファイドボンドの添加量は、10wt%以上が好ましく、20wt%以上がより好ましく、30wt%以上が特に好ましい。坏土中のビトリファイドボンドの含有量が多くなるに従って、製造後のビトリファイド砥石の強度が向上する傾向がある。一方、ビトリファイドボンドの添加量は、70wt%以下が好ましく、60wt%以下がより好ましく、50wt%以下が特に好ましい。これによって、他の成分(特に砥材10)の含有量を十分に確保できる。 Furthermore, the amount of vitrified bond added relative to the total weight (100 wt%) of the abrasive and vitrified bond in the clay is preferably 10 wt% or more, more preferably 20 wt% or more, and particularly preferably 30 wt% or more. As the content of vitrified bond in the clay increases, the strength of the vitrified grinding wheel after manufacture tends to improve. On the other hand, the amount of vitrified bond added is preferably 70 wt% or less, more preferably 60 wt% or less, and particularly preferably 50 wt% or less. This ensures a sufficient content of other components (particularly the abrasive 10).
(2-2)他の添加剤
また、坏土は、砥材とビトリファイドボンド以外の添加剤を含んでいてもよい。かかる添加剤の一例として、バインダ、造孔剤などが挙げられる。
(2-2) Other Additives The clay may contain additives other than the abrasive and the vitrified bond. Examples of such additives include a binder and a pore former.
バインダは、焼成前の坏土において、砥粒12やビトリファイドボンドなどの粉体材料を結着させる樹脂材料である。バインダを用いることによって、後述の成形工程S30における成形体の成形が容易になる。かかるバインダの一例として、ポリブチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース系高分子、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のビニル系樹脂、ロジンやマレイン化ロジン等のロジン系樹脂等が挙げられる。なお、バインダは、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、坏土の総重量(100wt%)に対するバインダの添加量は、1wt%~30wt%(より好適には10wt%~20wt%)が好ましい。これによって、好適な成形性を有する坏土を調製できる。
The binder is a resin material that binds powder materials such as
また、造孔剤は、焼成によって焼失する固形分である。かかる造孔剤の一例として、澱粉、カーボン粉末、活性炭、高分子有機材料(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、メラミン樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂)などが挙げられる。これらの造孔剤を坏土に添加することによって、焼成後のビトリファイド砥石に空隙30(図3参照)を容易に形成することができる。この空隙30は、被加工物を研削した際の研削屑を一時的に貯留する空間として機能する。なお、造孔剤の平均粒径は、0.1μm~1000μmが好ましく、1μm~100μmがより好ましい。これによって、好適なサイズの空隙を均一に形成できる。また、坏土の総重量(100wt%)に対する造孔剤の添加量は、1wt%~20wt%(より好適には5wt%~15wt%)が好ましい。これによって、好適な気孔率を有するビトリファイド砥石を製造できる。
The pore-forming agent is a solid that is burned away by firing. Examples of such pore-forming agents include starch, carbon powder, activated carbon, and polymer organic materials (e.g., polyethylene, polypropylene, melamine resin, and polymethyl methacrylate (PMMA) resin). By adding these pore-forming agents to the clay, voids 30 (see FIG. 3) can be easily formed in the vitrified grinding wheel after firing. These
また、添加剤の他の例として、界面活性剤、消泡剤、酸化防止剤、分散剤、レオロジー調整剤等が挙げられる。これらの添加剤は、ここに開示される技術による強度向上効果を著しく損なわない限りにおいて、従来公知の材料を特に制限なく使用することができる。 Other examples of additives include surfactants, defoamers, antioxidants, dispersants, rheology modifiers, etc. As these additives, conventionally known materials can be used without any particular restrictions, so long as they do not significantly impair the strength-improving effect of the technology disclosed herein.
(3)成形工程S30
本工程では、調製後の坏土を所望の形状に成形する。本工程で作成される成形体の形状は、特に限定されず、製造後のビトリファイド砥石の目的や用途に応じて適切な形状を適宜採用することができる。かかる成形体(製造後のビトリファイド砥石)の形状の一例として、円板状(ドーナツ状を含む)、三角錐状、球形状、円柱状などが挙げられる。また、成形体は、上述の形状を任意に分割したチップ状であってもよい。なお、坏土を成形する手段は、特に限定されず、プレス成形などの従来公知の手段を特に制限なく採用できる。
(3) Molding process S30
In this step, the prepared clay is molded into a desired shape. The shape of the molded body produced in this step is not particularly limited, and an appropriate shape can be selected depending on the purpose and use of the vitrified grinding wheel after production. Examples of the shape of the molded body (vitrified grinding wheel after manufacture) include a disk shape (including a doughnut shape), a triangular pyramid shape, a sphere shape, and a cylinder shape. The body may be in the form of chips obtained by dividing the above-mentioned shape into any desired shape. The means for molding the clay is not particularly limited, and any known means such as press molding can be used without particular limitation.
(4)焼成工程S40
本工程では、成形体を焼成する。これによって、成形体中の有機成分(バインダ、造孔剤等)が焼失すると共に、ガラス材料であるビトリファイドボンドが溶融する。そして、溶融したビトリファイドボンドは、複数の砥粒12の間隙を流動し、成形体の全体に拡散する。そして、ビトリファイドボンドは、焼成後に固化することによって、複数の砥粒12を結合する結合ネットワークを形成する。
(4) Firing step S40
In this process, the molded body is fired. As a result, the organic components (binder, pore-forming agent, etc.) in the molded body are burned off and the vitrified bond, which is a glass material, is melted. The molten vitrified bond then flows through the gaps between the multiple
ここで、本実施形態では、砥粒12にAl-Biコート14が付着しているため、焼成中の砥粒12の表面にAl酸化物とBi酸化物とを生じさせることができる。これらの酸化物は、ビトリファイドボンドとの濡れが良好であるため、砥粒12間のビトリファイドボンドのネットワークが好適に形成される。また、これらの酸化物の一部または全部は、焼成中にビトリファイドボンドに取り込まれることがある。これによって、砥粒12の表面近傍に、Al2O3とBi2O3を多く含むガラスが生じる。ここで、砥粒12近傍のガラスのAl2O3量とBi2O3量が多くなると、焼成中の軟化流動性が向上し砥粒12に対するビトリファイドボンドの定着性が向上する。これによって、焼成後のビトリファイド砥石に強固な結合ネットワークが形成されるため、ビトリファイド砥石の強度が向上すると推測される。
Here, in this embodiment, since the Al-
なお、焼成工程S40における焼成条件は、砥粒12やビトリファイドボンドの種類に応じて適宜調節することが好ましい。例えば、焼成温度は、ビトリファイドボンドの軟化点以上であり、かつ、砥粒12の変質を抑制できる温度であることが好ましい。焼成温度の具体例は、300℃~1000℃が好ましく、400℃~800℃がより好ましく、450℃~700℃が特に好ましい。また、焼成時間の具体例は、1時間~10時間が好ましい。また、焼成温度が700℃以下の場合には、焼成雰囲気を酸化雰囲気や大気雰囲気にすることが好ましい。これによって、焼成中の砥粒12表面にAl酸化物とBi酸化物を適切に生じさせることができる。一方、焼成温度が700℃を超える場合には、非酸化雰囲気にすることが好ましい。これによって、砥粒(ダイヤモンドなど)の酸化を防止できる。
The firing conditions in the firing step S40 are preferably adjusted according to the type of
3.ビトリファイド砥石
次に、製造後のビトリファイド砥石100について説明する。図3は、本実施形態に係るビトリファイド砥石を模式的に示す図である。
3. Vitrified Grindstone Next, a description will be given of the manufactured
図3に示すビトリファイド砥石100は、複数の砥材10(砥粒12およびAl-Biコート14)と、複数の砥材10を結合するビトリファイドボンド20とを含んでいる。具体的には、ビトリファイド砥石100には、ビトリファイドボンド20を介して複数の砥粒12が結合された結合ネットワークが形成されている。なお、ビトリファイド砥石100は、複数の空隙30を有する多孔質体であり得る。上述した通り、空隙30は、被加工物を研削した際の研削屑を一時的に貯留する空間として機能する。
The vitrified
ここで、本実施形態におけるビトリファイド砥石100は、Al-Biコート14を有する砥材10を含むため、製造過程において砥粒12表面にAl酸化物とBi酸化物が生じる。これらの酸化物は、ビトリファイドボンド20との濡れが良好であるため、砥粒12間のビトリファイドボンド20のネットワークが好適に形成される。これによって、ビトリファイド砥石100は、優れた強度を発揮することができる。
The vitrified
また、Al-Biコート14に由来する酸化物の一部または全部は、砥石製造過程においてビトリファイドボンド20に取り込まれることがある。これによって、砥粒12の表面近傍に、他の領域(中間領域24)よりもAlとBiを多く含むAl-Bi領域22が生じることがある。このAl-Bi領域22は、砥材10のAl-Biコート12に由来する酸化物を取り込んだガラスが固化することによって形成される。かかる構成のビトリファイド砥石100は、Al-Bi領域22を介して砥粒12と中間領域24とが強固に結合されているため、より優れた強度を有している。なお、このAl-Bi領域22が形成されてることは、ここに開示されるビトリファイド砥粒の必須構成要件ではない。例えば、図3に示すように、製造後のビトリファイド砥粒100において、Al-Biコート14が残留することもあり得る。上述の通り、Al-Biコート14は、ビトリファイドボンド20(ガラス)中に取り込まれない場合でも、砥材10とビトリファイドボンド20との濡れ性を改善できるため、ビトリファイド砥石100の強度向上に貢献できる。
In addition, some or all of the oxides originating from the Al-
なお、Al-Bi領域22の厚みは、0.005μm以上が好ましく、0.01μm以上がより好ましく、0.1μm以上がさらに好ましく、0.5μm以上が特に好ましい。このような十分な厚みのAl-Bi領域22を形成することによって、上述した強度向上効果を適切に発揮できる。一方、Al-Bi領域22の厚みは、10μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、2μm以下がさらに好ましく、1μm以下が特に好ましい。これによって、Al-Biコート12由来の酸化物が広範囲に拡散することによる強度向上効果の低減を抑制できる。
The thickness of the Al-
また、このAl-Bi領域22における金属元素と半金属元素との合計原子数に対するAlとBiの合計原子数の割合(以下、「Al-Bi領域22のAl-Bi含有率X」ともいう)は、30%以上(好適には30%~90%、より好適には40%~80%、特に好適には50%~70%)となり得る。このようなAl元素とBi元素を多く含むビトリファイドボンド20(Al-Bi領域22)は、砥粒12と強固に結合するため、ビトリファイド砥石100の強度をより好適に向上できる。なお、Al-Bi領域の構成元素は、ビトリファイド砥石の断面SEM画像(又はTEM画像)から任意の砥粒を選択し、当該砥粒の表面から0.1μmまでの領域に存在するビトリファイドボンドをエネルギー分散型X線分析(EDX分析)用いて分析することによって測定することができる。また、上記「Al-Bi領域のAl-Bi含有率X」は、100個の砥粒を対象とした平均値である。
The ratio of the total number of Al and Bi atoms to the total number of metal elements and metalloid elements in the Al-Bi region 22 (hereinafter also referred to as the "Al-Bi content X of the Al-
また、本実施形態に係るビトリファイド砥石100は、Al-Bi領域22のAl-Bi含有率Xと、中間領域24のAl-Bi含有率Yとの比率(X/Y)が1.1以上(好適には1.2~5、特に好適には1.5~3)であることが好ましい。かかる条件を満たすビトリファイド砥石100は、焼成中にAl酸化物やBi酸化物の拡散が抑制され、流動性と定着性に優れたガラスが砥粒12の近傍に留まっているため、特に優れた強度を有している。なお、中間領域の構成元素は、ビトリファイド砥石の断面SEM画像(又はTEM画像)において、砥粒の表面から5μm以上離れた1μm角の領域を任意に選択し、当該領域の構成元素をエネルギー分散型X線分析(EDX分析)用いて分析することによって測定することができる。また、上記「中間領域のAl-Bi含有率Y」は、100個の測定領域の平均値である。
In addition, the vitrified
そして、本実施形態に係るビトリファイド砥石100は、様々な材質や形状の被加工物の研削に使用することができる。被加工物の材質は、例えば、シリコン、アルミニウム、ニッケル、タングステン、銅、タンタル、チタン、ステンレス鋼等の金属もしくは半金属材料、またはこれらの合金;石英ガラス、アルミノシリケートガラス、ガラス状カーボン等のガラス材料;アルミナ、シリカ、サファイア、窒化ケイ素、窒化タンタル、炭化チタン等のセラミック材料;炭化ケイ素、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム等の半導体基板材料;等であり得る。これらのうち複数の材質により構成された被加工物であってもよい。なかでも、金属材料や半導体材料からなる被加工物の研削等に好適である。ここに開示されるビトリファイド砥石は、砥粒保持力が高く耐久性が向上していることから、例えば超高速研削等の高負荷研削に好適に用いることができる。
The vitrified
以上、ここに開示される技術の一実施形態について説明した。但し、上述の実施形態は、ここに開示される技術を限定することを意図したものではない。すなわち、ここに開示される技術は、上述した実施形態に対して種々の変更を行ったものを包含し得る。 The above describes one embodiment of the technology disclosed herein. However, the above-described embodiment is not intended to limit the technology disclosed herein. In other words, the technology disclosed herein may include various modifications of the above-described embodiment.
[試験例]
次に、ここに開示される技術に関する試験例を説明する。なお、ここに開示される技術は、以下の試験例に限定されるものではない。
[Test Example]
Next, test examples related to the technology disclosed herein will be described. Note that the technology disclosed herein is not limited to the following test examples.
<第1の試験>
本試験では、予備試験として、5種類の砥粒用コート材(コート材A~E)を形成し、各々のコート材のビトリファイドボンドに対する濡れ性を評価した。
First Test
In this test, as a preliminary test, five types of coating materials for abrasive grains (coating materials A to E) were formed, and the wettability of each coating material with respect to the vitrified bond was evaluated.
1.コート材の準備
(1)コート材A
まず、Alレジネート(川研ファインケミカル製 アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート:ALCH, Al2O3換算:18.4wt%)と、Biレジネート(Bi2O3換算:13.1wt%)とを20mlのエタノールに溶解した。このとき、AlレジネートとBiレジネートの添加量は、焼成後のAl2O3とBi2O3の合計量が酸化物換算で0.1gとなるように調節した。また、コート材Aでは、Al/(Al+Bi)が0.2になるように、AlレジネートとBiレジネートとの比率を調節した。そして、このコート材をアルミナ基板に塗布して乾燥処理を行った後に、大気中で焼成処理(500℃、0.5時間)を実施した。これによって、アルミナ基板の表面に、Al-Biコートを形成した。
1. Preparation of coating material (1) Coating material A
First, Al resinate (Kawaken Fine Chemicals aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate: ALCH, Al 2 O 3 equivalent: 18.4 wt %) and Bi resinate (Bi 2 O 3 equivalent: 13.1 wt %) were dissolved in 20 ml of ethanol. At this time, the amount of Al resinate and Bi resinate added was adjusted so that the total amount of Al 2 O 3 and Bi 2 O 3 after firing was 0.1 g in oxide equivalent. In addition, in the coating material A, the ratio of Al resinate to Bi resinate was adjusted so that Al/(Al+Bi) was 0.2. Then, this coating material was applied to an alumina substrate and dried, and then fired in the air (500°C, 0.5 hours). As a result, an Al-Bi coating was formed on the surface of the alumina substrate.
(2)コート材B
コート材Bの形成では、Al/(Al+Bi)を0.5に変更した点を除いてコート材Aと同じ手順に従って、アルミナ基板の表面にAl-Biコートを形成した。
(2) Coating material B
In forming coating material B, an Al--Bi coating was formed on the surface of an alumina substrate following the same procedure as for coating material A, except that Al/(Al+Bi) was changed to 0.5.
(3)コート材C
コート材Cの形成では、Al/(Al+Bi)を0.8に変更した点を除いてコート材Aと同じ手順に従って、アルミナ基板の表面にAl-Biコートを形成した。
(3) Coating material C
In forming coating material C, an Al--Bi coating was formed on the surface of an alumina substrate following the same procedure as for coating material A, except that Al/(Al+Bi) was changed to 0.8.
(4)コート材D
コート材Dの形成では、Alレジネートのみを使用した(Al/(Al+Bi)=1)点を除いてコート材Aと同じ手順に従って、アルミナ基板の表面にAlコートを形成した。
(4) Coating material D
Coating material D was formed by following the same procedure as for coating material A, except that only Al resinate was used (Al/(Al+Bi)=1), to form an Al coating on the surface of an alumina substrate.
(5)コート材E
コート材Eの形成では、Biレジネートのみを使用した(Al/(Al+Bi)=0)点を除いてコート材Aと同じ手順に従って、アルミナ基板の表面にBiコートを形成した。
(5) Coating material E
In forming coating material E, a Bi coat was formed on the surface of an alumina substrate following the same procedure as for coating material A, except that only Bi resinate was used (Al/(Al+Bi)=0).
2.評価試験
本試験では、ビトリファイドボンド粉末(TOMATEC(株) TMX-501F Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2系ガラス)をアルコールに分散させた分散液を調製した。そして、当該分散剤をコート材の上に滴下して乾燥させた後に大気中で焼成処理(570℃、2時間)を実施した。そして、焼成後のコート材の表面をFE-SEMで観察した。コート材A~EのFE-SEM写真を図4~図8に示す。
2. Evaluation Test In this test, a dispersion liquid was prepared by dispersing vitrified bond powder (TOMATEC Corporation TMX-501F Bi2O3 - ZnO - B2O3 - SiO2 - based glass) in alcohol. The dispersant was then dropped onto the coating material, which was then dried and then fired in the air (570°C, 2 hours). The surface of the fired coating material was then observed with an FE-SEM. FE-SEM photographs of coating materials A to E are shown in Figures 4 to 8.
まず、図7及び図8に示すように、コート材D、Eでは、焼成後のビトリファイドボンドの大部分がコート材上で球状に存在していた。このことから、AlコートやBiコートのみでは、焼成中のビトリファイドボンドに対する濡れ性が十分ではないことが分かった。一方、図4~図6に示すように、コート材A~Cでは、コート材D、Eと比べて、ビトリファイドボンドが濡れ広がっていた。このことから、AlとBiの両方を含むAl-Biコートは、焼成中のビトリファイドボンドに対する濡れ性を改善する性能に優れていることが分かった。特に、コート材B、Cは、球状にはじかれたビトリファイドボンドが殆ど確認されなかった。 First, as shown in Figures 7 and 8, in coating materials D and E, the majority of the vitrified bond after firing was present in a spherical shape on the coating material. This showed that Al coating or Bi coating alone did not provide sufficient wettability to the vitrified bond during firing. On the other hand, as shown in Figures 4 to 6, in coating materials A to C, the vitrified bond was wet and spread out compared to coating materials D and E. This showed that Al-Bi coatings, which contain both Al and Bi, are excellent in terms of improving the wettability of the vitrified bond during firing. In particular, in coating materials B and C, almost no spherically repelled vitrified bond was observed.
<第2の試験>
次に、本試験では、コート材A~Eが付着した砥粒を用いて、ビトリファイド砥石を製造した。
<Second test>
Next, in this test, vitrified grinding wheels were manufactured using abrasive grains to which coating materials A to E were attached.
1.サンプルの準備
(1)試験例1
まず、ダイヤモンド砥粒(株式会社グローバルダイヤモンド社製、FRM4-6)を9.9g秤量した。そして、コート材A(Al/(Al+Bi)=0.2)を含むコート用溶液(溶剤:エタノール)に砥粒を分散させた。そして、80℃のホットプレート上に設置したフィルム上に、コート用溶液を滴下して乾燥粉を得た。次に、この乾燥粉を乳鉢で解砕した後に、大気雰囲気で焼成した(温度:600℃、昇温速度:10℃/min、時間:30分)。これによって、砥粒の表面に、金属酸化物のAl-Biコートが付着した砥材を得た。
1. Sample preparation (1) Test example 1
First, 9.9 g of diamond abrasive grains (FRM4-6, manufactured by Global Diamond Co., Ltd.) were weighed. Then, the abrasive grains were dispersed in a coating solution (solvent: ethanol) containing coating material A (Al/(Al+Bi)=0.2). Then, the coating solution was dropped onto a film placed on a hot plate at 80°C to obtain a dry powder. Next, the dry powder was crushed in a mortar and then fired in an air atmosphere (temperature: 600°C, heating rate: 10°C/min, time: 30 minutes). This resulted in an abrasive material with a metal oxide Al-Bi coating attached to the surface of the abrasive grains.
(2)試験例2
試験例2では、コート材をコート材B(Al/(Al+Bi)=0.5)に変更した点を除いて試験例1と同じ手順で砥材を得た。
(2) Test Example 2
In Test Example 2, an abrasive was obtained in the same manner as in Test Example 1, except that the coating material was changed to coating material B (Al/(Al+Bi)=0.5).
(3)試験例3
試験例3では、コート材をコート材C(Al/(Al+Bi)=0.8)に変更した点を除いて試験例1と同じ手順で砥材を得た。
(3) Test Example 3
In Test Example 3, an abrasive was obtained in the same manner as in Test Example 1, except that the coating material was changed to coating material C (Al/(Al+Bi)=0.8).
(4)試験例4
試験例4では、解砕後の乾燥粉に焼成処理を行わなかった点を除いて、試験例2と同じ手順で砥材を得た。すなわち、試験例4では、砥粒の表面に、有機金属化合物(レジネート)のAl-Biコートが付着した砥材を作製した。
(4) Test Example 4
In Test Example 4, an abrasive was obtained in the same manner as in Test Example 2, except that the dried powder after crushing was not subjected to a firing treatment. That is, in Test Example 4, an abrasive was produced in which an Al-Bi coating of an organometallic compound (resinate) was attached to the surface of the abrasive grains.
(5)試験例5
試験例5では、コート材をコート材D(Alコート:Al/(Al+Bi)=1)に変更した点を除いて試験例1と同じ手順で砥材を得た。
(5) Test Example 5
In Test Example 5, an abrasive was obtained in the same manner as in Test Example 1, except that the coating material was changed to Coating Material D (Al coating: Al/(Al+Bi)=1).
(6)試験例6
試験例6では、コート材をコート材E(Biコート:Al/(Al+Bi)=0)に変更した点を除いて試験例1と同じ手順で砥材を得た。
(6) Test Example 6
In Test Example 6, an abrasive was obtained in the same manner as in Test Example 1, except that the coating material was changed to Coating Material E (Bi coating: Al/(Al+Bi)=0).
(7)試験例7
試験例6では、コート材を含まないエタノールに砥粒を分散させた点を除いて、試験例1と同じ手順で砥材を得た。すなわち、試験例7では、砥粒の表面にコート材を付着させなかった。
(7) Test Example 7
In Test Example 6, the abrasive was obtained in the same manner as in Test Example 1, except that the abrasive was dispersed in ethanol not containing a coating material. That is, in Test Example 7, no coating material was attached to the surface of the abrasive.
2.評価試験
(1)ビトリファイド砥石の作製
砥材(試験例1~7)と、ビトリファイドボンド粉末(TOMATEC(株) TMX-501F Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2系ガラス)と、気孔形成剤(積水化成品工業株式会社製のテクノポリマー、MB30X-8Y)と、バインダ(共栄社科学株式会社製のオリコックス、#2435E)とを混合することによって坏土を調製した。なお、砥材の添加量は8.12gに設定し、ビトリファイドボンドの添加量は7.89gに設定した。また、気孔形成剤の添加量は1.97gに設定し、バインダの添加量は3.03gに設定した。なお、坏土の調製では、撹拌機(あわとり錬太郎、AR-550L-2)を用いて各材料をペースト状になるまで混合した。そして、この坏土を100℃で4時間乾燥し、乳鉢を用いて解砕して砥石坏土を得た。次に、この砥石坏土3.0gをプレス成形して成形体(長さ:55mm、幅:6.5mm、厚み:4mm)を作製した。この成形体を大気雰囲気で焼成することによって、試験用のビトリファイド砥石を作製した。なお、焼成条件は、5時間かけて400℃まで昇温して400℃で2時間保持した後に、1時間40分かけて570℃まで昇温して570℃で2時間保持するという条件に設定した。そして、焼成後の成形体は、4時間以上冷却した。
2. Evaluation test (1) Preparation of vitrified grinding stone Abrasive (Test examples 1 to 7), vitrified bond powder (TOMATEC Co., Ltd. TMX-501F Bi 2 O 3 -ZnO-B 2 O 3 -SiO 2- based glass), pore former (Sekisui Chemical Co., Ltd. Technopolymer, MB30X-8Y), and binder (Kyoeisha Kagaku Co., Ltd. Oricox, #2435E) were mixed to prepare a clay. The amount of abrasive added was set to 8.12g, and the amount of vitrified bond added was set to 7.89g. The amount of pore former added was set to 1.97g, and the amount of binder added was set to 3.03g. In the preparation of the clay, the materials were mixed until a paste was formed using a mixer (Awatori Rentaro, AR-550L-2). The clay was then dried at 100°C for 4 hours and crushed using a mortar to obtain a grindstone clay. Next, 3.0 g of the grindstone clay was press molded to produce a molded body (length: 55 mm, width: 6.5 mm, thickness: 4 mm). The molded body was fired in an air atmosphere to produce a vitrified grindstone for testing. The firing conditions were set to raise the temperature to 400°C over 5 hours, hold the temperature at 400°C for 2 hours, raise the temperature to 570°C over 1 hour and 40 minutes, and hold the temperature at 570°C for 2 hours. The fired molded body was then cooled for 4 hours or more.
(1)3点曲げ強度の測定
各例の試験用砥石に対して、株式会社島津製作所製のEZ-testを用いて3点曲げ強度試験を行った。当該試験では、砥石試験片を固定する支持具の支点間距離Lを30mmに設定した。また、試験中の加圧速度は0.5mm/minに設定した。結果を表1に示す。なお、表1中の3点曲げ強度(MPa)は、5個の試験用砥石の3点曲げ強度の算術平均値である。
(1) Measurement of three-point bending strength A three-point bending strength test was performed on the test grindstones of each example using an EZ-test made by Shimadzu Corporation. In this test, the distance L between the supports of the support for fixing the grindstone test pieces was set to 30 mm. The pressure application speed during the test was set to 0.5 mm/min. The results are shown in Table 1. The three-point bending strength (MPa) in Table 1 is the arithmetic average value of the three-point bending strength of five test grindstones.
表1に示すように、試験例1~4は、試験例5~7と比較して3点曲げ強度が顕著に向上していた。これは、焼成後のビトリファイド砥石に強固な結合ネットワークが形成されたためと推測される。また、試験例2と試験例4とでは、3点曲げ強度が殆ど変化しなかった。このことから、Al-Biコートは、金属酸化物と有機金属化合物(レジネート)の何れの形態でも、好適な強度向上効果を発揮することが分かった。これは、有機金属化合物のAl-Biコートは、焼成処理の初期でAl酸化物とBi酸化物に変化し、金属酸化物のAl-Biコートと同じ状態になるためと推測される。 As shown in Table 1, the three-point bending strength of Test Examples 1 to 4 was significantly improved compared to Test Examples 5 to 7. This is believed to be due to the formation of a strong bond network in the vitrified grinding wheel after firing. In addition, there was almost no change in the three-point bending strength between Test Examples 2 and 4. This shows that the Al-Bi coating exhibits a favorable strength-improving effect in both the metal oxide and organometallic compound (resinate) forms. This is believed to be due to the fact that the organometallic compound Al-Bi coating changes to Al oxide and Bi oxide in the early stages of the firing process, becoming in the same state as the metal oxide Al-Bi coating.
以上、ここに開示される技術を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。すなわち、ここに開示される技術は、以下の項目1~項目7に記載の形態を包含する。 The technology disclosed herein has been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples given above. In other words, the technology disclosed herein includes the forms described in items 1 to 7 below.
<項目1>
ビトリファイド砥石の製造に用いられる砥材であって、
砥粒と、
前記砥粒の表面の少なくとも一部に付着したコート材と、
を含み、
前記コート材は、少なくともAlとBiとを含むAl-Biコートである、砥材。
<Item 1>
An abrasive material used in the manufacture of vitrified grinding wheels,
Abrasive grains and
a coating material attached to at least a portion of the surface of the abrasive grain;
Including,
The abrasive, wherein the coating material is an Al--Bi coating containing at least Al and Bi.
<項目2>
前記Al-Biコートは、金属酸化物または有機金属化合物である、項目1に記載の砥材。
<Item 2>
2. The abrasive of claim 1, wherein the Al-Bi coating is a metal oxide or an organometallic compound.
<項目3>
前記Al-Biコートにおける前記Alと前記Biの合計モル数に対する前記Alのモル数の比率(Al/Al+Bi)が0.1以上0.9以下である、項目1または2に記載の砥材。
<Item 3>
3. The abrasive according to item 1 or 2, wherein a ratio (Al/Al+Bi) of the number of moles of Al to the total number of moles of Al and Bi in the Al-Bi coat is 0.1 or more and 0.9 or less.
<項目4>
前記砥粒は、ダイヤモンド砥粒および立方晶窒化ホウ素砥粒からなる群から選択される一種を含む、項目1~3のいずれか一項に記載の砥材。
<Item 4>
The abrasive material according to any one of items 1 to 3, wherein the abrasive grains include one selected from the group consisting of diamond abrasive grains and cubic boron nitride abrasive grains.
<項目5>
複数の砥材と、
前記複数の砥材を結合するビトリファイドボンドと、
を含み、
前記砥材は、項目1~4の何れか一項に記載の砥材である、ビトリファイド砥石。
<Item 5>
A plurality of abrasives;
a vitrified bond that bonds the plurality of abrasives;
Including,
The abrasive material is a vitrified grinding wheel according to any one of items 1 to 4.
<項目6>
前記ビトリファイドボンドは、前記砥粒の表面近傍に、他の領域よりもAlとBiを多く含むAl-Bi領域を有している、項目5に記載のビトリファイド砥石。
<Item 6>
6. The vitrified grinding wheel according to item 5, wherein the vitrified bond has an Al-Bi region near the surface of the abrasive grains, the Al-Bi region containing more Al and Bi than other regions.
<項目7>
断面顕微鏡画像に対してエネルギー分散型X線分析に基づいた元素分析を行った際に、前記Al-Bi領域における金属元素と半金属元素との合計原子数に対する前記Alと前記Biの合計原子数の割合が30%以上である、項目5または6に記載のビトリファイド砥石。
<Item 7>
Item 7. The vitrified grinding wheel according to item 5 or 6, wherein, when an elemental analysis based on energy dispersive X-ray analysis is performed on a cross-sectional microscope image, a ratio of a total number of atoms of the Al and the Bi to a total number of atoms of metal elements and metalloid elements in the Al-Bi region is 30% or more.
<項目8>
前記ビトリファイドボンドは、Biを含むガラス材料である、項目5~7の何れか一項に記載のビトリファイド砥石。
<Item 8>
8. The vitrified grinding wheel according to any one of items 5 to 7, wherein the vitrified bond is a glass material containing Bi.
10 砥材
12 砥粒
14 Al-Biコート
20 ビトリファイドボンド
22 Al-Bi領域
24 中間領域
30 空隙
100 ビトリファイド砥石
10
Claims (8)
砥粒と、
前記砥粒の表面の少なくとも一部に付着したコート材と、
を含み、
前記コート材は、少なくともAlとBiとを含むAl-Biコートである、砥材。 An abrasive material used in the manufacture of vitrified grinding wheels,
Abrasive grains and
a coating material attached to at least a portion of the surface of the abrasive grain;
Including,
The abrasive, wherein the coating material is an Al--Bi coating containing at least Al and Bi.
前記複数の砥材を結合するビトリファイドボンドと、
を含み、
前記砥材は、請求項1に記載の砥材である、ビトリファイド砥石。 A plurality of abrasives;
a vitrified bond that bonds the plurality of abrasives;
Including,
The abrasive material is the abrasive material according to claim 1 , in a vitrified grinding wheel.
The vitrified grinding wheel according to claim 5 or 6, wherein the vitrified bond is a glass material containing Bi.
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