JP3791254B2

JP3791254B2 - Compound bond wheel

Info

Publication number: JP3791254B2
Application number: JP24918799A
Authority: JP
Inventors: 吉隆池田; 純二星; 賢一鈴木; 吉裕澤田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JP2000198075A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種被削材の切断、溝入れ、研磨等に使用される砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば電子機器などの精密部品としてアルミナや窒化ケイ素などのセラミックス材料が多く使用されており、この種の難削材料に対しても高精度の加工を行うことが要求されている。
このような難削材料の加工には、例えばＣＢＮやダイヤモンド等の超砥粒を備えたメタルボンド砥石やレジンボンド砥石が使用されている。
メタルボンド砥石では、例えば単体の金属もしくは合金からなる金属結合相に超砥粒が分散配置されて保持されている。金属結合相は硬いため、被削材や切粉等との摩擦によって摩耗され難く、耐摩耗性に優れている。その一方で超砥粒の保持力が強すぎるために自生発刃作用、すなわちメタルボンド砥石の表面上に突出した超砥粒が順次脱落して新しい超砥粒に生え替わる作用に乏しく、超砥粒の先端が減耗により鈍くなった時点で切れ味が劣化するという問題が生じる。
レジンボンド砥石では、例えば熱硬化性樹脂からなる樹脂結合相に超砥粒が分散配置されて保持されている。樹脂結合相は自生発刃作用に優れて良好な切れ味が持続するものの、摩耗が早く、強度不足のため高速研削および高速切断ができないという問題がある。
そこで、金属結合相に見られる優れた耐摩耗性と、樹脂結合相に見られる優れた自生発刃作用との双方をバランス良く兼ね備えた複合ボンド砥石が必要とされている。
【０００３】
このような要求に対して、メタルボンド砥石に改良を加えたものや、レジンボンド砥石を改良したものが知られている。
以下、上記従来技術について図４及び図５を参照しながら説明する。
図４は上記メタルボンド砥石の一例について示した拡大断面図である。このメタルボンド砥石１は、砥粒層２において例えばダイヤモンド砥粒からなる超砥粒３が、例えばＮｉからなる金属相４に分散配置された状態で保持されており、金属相４の表面上には例えばフェノール樹脂が焼き付けられて樹脂相５が被覆されており、超砥粒３が樹脂相５の表面上から露出している。
【０００４】
図５は上記レジンボンド砥石の一例について示した拡大断面図である。
レジンボンド砥石６は、砥粒層７において例えばダイヤモンド砥粒からなる超砥粒８が、樹脂例えばポリイミド樹脂からなる樹脂ボンド相９に分散配置された状態で保持されており、樹脂ボンド相９には例えば銅と錫からなる金属の混合粉末がメタルフィラー１０として添加されて分散配置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のメタルボンド砥石１では、金属相４の表面上に焼き付けられて形成された樹脂相５が柔らかいため、被削材や切粉との摩擦によって樹脂相５が摩耗されていき、超砥粒３が減耗によりその切れ味を低下させる頃には樹脂相５から脱落して、新しい超砥粒３が樹脂相５の表面上に突き出すという自生発刃が作用する。
しかし、樹脂相５は金属相４の表面上に設けられているだけであり、樹脂相５の摩耗が進行して完全に消失してしまうと、金属のみで超砥粒３を保持する金属相４が残るだけであるから自生発刃作用は低下する。従って、例えば硬脆材料の加工時には樹脂相５が早期に消失して仕上げ面品位が悪化するという問題がある。
【０００６】
また、上記構成のレジンボンド砥石６では、樹脂ボンド相９にメタルフィラー１０として添加された金属粉末は個々に孤立しており、金属粒子の間に結合状態が形成されていないために、被削材や切粉との摩擦に対する樹脂ボンド相９の耐摩耗性を向上させる効果に乏しく、レジンボンド砥石の欠点である摩耗の早さを改善することはできなかった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、各種被削材の切断、溝入れ、研磨等において、自生発刃作用により良好な切れ味を維持するとともに、耐摩耗性に優れた砥石の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の複合ボンド砥石は、砥粒層が砥粒と結合相からなり、前記結合相が金属と樹脂から形成された複合ボンド砥石であって、前記金属間には相互に結合状態が形成されて孤立した部分がなく、前記砥粒は前記金属中に分散配置されており、前記金属中には外部に開口した気孔が分散配置されており、前記気孔には前記樹脂が充填されていることを特徴としている。
上記構成の複合ボンド砥石では、金属中に外部に開口した気孔が分散配置されているため、メタルボンド砥石のように金属のみで形成された結合相に比べて結合相が摩耗し易いため砥粒の脱落が生じて自生発刃が起こりやすい。また、上記気孔は金属中の全体にわたって分散配置されているため、研削加工時に自生発刃が繰り返し作用して良好な切れ味を持続することができる。
さらに、上記気孔には樹脂が充填されているため、特に複合ボンド砥石の表面上に突出した砥粒に対して、金属のみで砥粒を保持する場合に比べて弾性が付加されており、研削加工時に被削材と砥粒との間で生じる機械的な衝撃を緩和して、被削材の研削面に発生するスクラッチや切断面に発生するチッピング等を低減することができる。
そして、上記金属は架橋構造をなしており、金属間には相互に結合状態が形成されて孤立した部分がないため、レジンボンド砥石のように樹脂のみで砥粒を保持する場合に比べて砥粒の保持力が強く、被削材や切粉との摩擦に対して耐摩耗性が高くなり砥石寿命の延命化に資することができる。さらに、熱伝導性が良く、強度が高いので例えば薄刃砥石や薄刃ブレード等として使用可能である。
【０００９】
さらに、請求項２記載の本発明の複合ボンド砥石は、前記金属にはコバルトが含まれていることを特徴としている。
上記構成の複合ボンド砥石では、金属にはコバルト（Ｃｏ）が含まれており、例えばコバルトを含む金属粉末を焼結することによって外部に開口した気孔を有する金属を形成する場合、コバルト粉末の外表面には焼結が生じずに未反応部分として残存する領域が比較的多く存在することとなり、焼結後の金属に含まれる気孔の量を増大させることができると共に、このコバルト粉末の量を調整することによって気孔の量を調整することができる。
なお、金属には多孔質成分としてのコバルトに代えて、例えばニッケル、鉄、亜鉛、銅等を含んでいても良く、結合成分として錫、銀等を含んでいても良い。
【００１０】
さらに、請求項３記載の本発明の複合ボンド砥石は、前記気孔は、前記砥粒層の全体積に対して５〜６０ｖｏｌ％とされていることを特徴としている。
上記構成の複合ボンド砥石では、金属中に分散配置された気孔の量によって、砥石の耐摩耗性と自生発刃作用の起こりやすさを調整することが可能であるが、気孔の量が砥粒層の全体積に対して５ｖｏｌ％未満になると、砥粒の保持力が強すぎるために自生発刃作用が起こり難くなり、研削精度が低下する。逆に６０ｖｏｌ％を越えると、砥粒の保持力が弱すぎるために複合ボンド砥石の寿命が短くなる。
【００１１】
さらに、請求項４記載の本発明の複合ボンド砥石は、前記金属の外表面に前記樹脂が被覆されており、前記金属と前記樹脂はそれぞれ架橋構造をなして物理的に一体化するとともに、前記砥粒は前記金属と前記樹脂のそれぞれによって保持されていることを特徴としている。
上記構成の複合ボンド砥石では、金属と樹脂がそれぞれ架橋構造をなしているため、砥粒は金属と樹脂のそれぞれによって保持されることになり、自生発刃作用と耐摩耗性のバランスを保って研削精度と砥石寿命を同時に向上できる。
しかも、複合ボンド砥石の表面から突出した砥粒の保持において弾性が増すため、例えば硬脆材料の加工時において、研削面に発生するスクラッチや、切断面および被削材の端面に発生するチッピング等を低減して、被削材の仕上がり面品位を向上することができる。
【００１２】
さらに、請求項５記載の本発明の複合ボンド砥石は、前記砥粒及び前記金属と、前記樹脂とはシランカップリング剤を介したシランカップリング反応によって化学的に結合されていることを特徴としている。
上記構成の複合ボンド砥石では、金属と樹脂とはそれぞれが架橋構造をなして物理的に一体化しており、砥粒は金属と樹脂のそれぞれによって保持されているが、これに加えて、砥粒と樹脂及び金属と樹脂のそれぞれは、シランカップリング剤を介したシランカップリング反応によって化学的に結合している。
従って、砥粒は金属によって物理的に保持されるとともに、樹脂と化学的に結合して固着されており、樹脂は金属とも化学的に結合しているため、砥粒の保持力が一層強化されており、砥石寿命の延命化に資することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複合ボンド砥石の第１の実施形態について図１を参照しながら説明する。図１は本発明の複合ボンド砥石１１を示す拡大断面図である。
本実施の形態による複合ボンド砥石１１は、例えば切断用の薄刃ブレードをなすものであり、例えば円環板状に形成されており、ダイヤモンド砥粒からなる超砥粒１２と、金属結合相１３と、樹脂結合相１４とによって構成されている。
【００１５】
超砥粒１２は、複合ボンド砥石１１の全体にわたって分散配置されている。
金属結合相１３は、コバルト及びその他の金属例えば銅、錫、鉄の混合物から形成されている。金属結合相１３は超砥粒１２を保持するとともに、金属中に外部に開口した任意形状の気孔１５が分散配置された構造とされており、いわば金属による架橋構造をなしている。
金属結合相１３中に設けられた気孔１５は、複合ボンド砥石１１の全体積に対して５〜６０ｖｏｌ％とされている。ここで、気孔１５の量が５ｖｏｌ％未満になると、超砥粒１２の保持力が強すぎるために自生発刃作用が起こり難くなり、逆に６０ｖｏｌ％を越えると、超砥粒１２の保持力が弱すぎるために複合ボンド砥石１１の寿命が短くなる。
樹脂結合相１４は、熱硬化性樹脂例えばフェノール樹脂によって形成されている。樹脂は金属結合相１３中の気孔１５に充填されているとともに、金属結合相１３の外表面上を覆っている。従って、気孔１５が金属結合相１３の外部に開口した部分において、金属結合相１３中の個々の気孔１５に充填された樹脂は外表面上の樹脂と結合しており、樹脂による架橋構造が形成されている。
このように、金属結合相１３と樹脂結合相１４とはそれぞれが架橋構造を形成しているとともに一体化しており、個々の超砥粒１２は金属結合相１３と樹脂結合相１４のそれぞれによってその外表面が覆われて保持されている。ただし、複合ボンド砥石１１の表面上においては超砥粒１２が突出している。
【００１６】
次に、本実施の形態の複合ボンド砥石１１の製造方法について説明する。
まず、超砥粒１２と、コバルト粉末及びその他の金属粉末例えば銅、錫、鉄の混合物と、有機バインダー例えばメチルセルロースとを混ぜ合わせるとともに、内部に気孔１５が入り込むように混練してスラリー状の原料を生成する（ステップＳ１）。ここで、スラリー状の原料には適宜の粘度を持たせて超砥粒１２及び金属粉末が沈降したり、内部の気孔１５が潰れてしまうことが無いようにする。スラリー状の原料は所定の厚さを持つ板状体に成形して乾燥した後に、適宜の形状を有する粗原型に打ち抜く（ステップＳ２）。粗原型にはコールドプレスをおこなって、粗原型中の気孔１５の量を調整する（ステップＳ３）。粗原型を構成する原料の質量が既知であるため、コールドプレスをした後の粗原型の重量と体積から粗原型中の気孔率が把握できる。
【００１７】
次に、粗原型に含まれる有機バインダーを分解あるいは揮発させて除去する（ステップＳ４）。ここでは、例えば内部を不活性雰囲気にした加熱炉等に粗原型を入れて加熱処理をおこなう。
有機バインダーの除去が完了したら焼結処理をおこなって粗原型を焼結する（ステップＳ５）。この焼結によって金属粉末中の金属粒子は相互に結合して架橋構造をなし、金属結合相１３が形成される。金属結合相１３には超砥粒１２が分散されて保持されているとともに、外部に開口した気孔１５が分散配置されている。
焼結の完了した粗原型には真空雰囲気において熱硬化性樹脂を含浸させてホットプレスをおこなう（ステップＳ６）。これにより金属結合相１３の気孔１５が熱硬化性樹脂で満たされるとともに、金属結合相１３の外表面が熱硬化性樹脂で覆われて樹脂結合相１４が形成される。従って、個々の気孔１５の内部に充填された熱硬化性樹脂と、金属結合相１３の外表面を覆う熱硬化性樹脂とが相互に結合し、熱硬化性樹脂による架橋構造が形成される。
これによって、金属結合相１３と樹脂結合相１４とはそれぞれが架橋構造をなして相互に一体化しており、超砥粒１２が金属結合相１３と樹脂結合相１４のそれぞれによって保持されている。
その後、粗原型から砥石の形状に打ち抜き、ラップ加工により所定の厚さとする（ステップＳ７）。
【００１８】
本実施の形態による複合ボンド砥石１１は上述の構成を備えており、次に、複合ボンド砥石１１を用いて研削加工をおこなう際の作用について説明する。
【００１９】
複合ボンド砥石１１の表面上には超砥粒１２が突出しており、被削材の研削面に押圧されて研削がおこなわれる。この際、超砥粒１２は金属結合相１３に加えて樹脂結合相１４によっても保持されているため、超砥粒１２の保持に弾性が付加されて被削材と接触する際の衝撃が和らげられる。
被削材の研削に伴って超砥粒１２には次第に減耗が生じてその先端が鈍くなっていく。一方、複合ボンド砥石１１の表面上には超砥粒１２を保持する金属結合相１３と樹脂結合相１４の双方若しくはどちらか一方が露出しており、研削加工時に発生する切粉等との摩擦によって摩耗されていく。ただし、樹脂結合相１４は金属結合相１３よりも柔らかいので、金属結合相１３より早く摩耗が進行する。
金属結合相１３と樹脂結合相１４の摩耗が進むと、複合ボンド砥石１１の表面上に突出した超砥粒１２の保持力は低下し、研削抵抗に耐えきれなくなった時点で超砥粒１２の脱落が生じる。この後、さらに金属結合相１３と樹脂結合相１４の摩耗が進むと、より下層に配置されていた新しい超砥粒１２が表面上に突出してくる。
【００２０】
このような本実施形態の複合ボンド砥石１１では、金属結合相１３中に外部に開口した気孔１５が分散配置されていることから、金属のみで超砥粒１２を保持する場合に比べて超砥粒１２の保持力が低下しており、研削加工時に自生発刃が起こりやすいとともに、自生発刃が繰り返し作用して良好な切れ味を持続することができる。
また、金属結合相１３は金属による架橋構造をなしており、金属間には相互に結合状態が形成されて孤立した部分がないため、樹脂のみで超砥粒１２を保持する場合に比べて超砥粒１２の保持力が強く、被削材や切粉との摩擦に対して耐摩耗性が高くなり砥石寿命の延命化に資することができる。
さらに、気孔１５には樹脂が充填されているとともに、この樹脂は金属結合相１３の外表面を覆う樹脂と結合しており、架橋構造をなす樹脂結合相１４が形成されているため、特に複合ボンド砥石１１の表面上から突出した超砥粒１２に対して、金属のみで超砥粒１２を保持する場合に比べて弾性が付加されており、研削加工時に被削材と超砥粒１２との間で生じる機械的な衝撃を緩和して、被削材の研削面に発生するスクラッチや切断面に発生するチッピング等を低減することができる。
【００２１】
また、金属結合相１３にはコバルト（Ｃｏ）が含まれており、コバルト粉末を含む金属粉末を焼結する際に、コバルト粉末の外表面には、焼結が生じずに未反応部分として残存する領域が比較的多く存在することとなり、焼結後の金属結合相１３に分散配置されている気孔１５の量を増大させることができると共に、このコバルト粉末の量を調整することによって気孔１５の量を調整することができる。
さらに、金属結合相１３と樹脂結合相１４とはそれぞれが架橋構造をなして相互に一体化しており、超砥粒１２が金属結合相１３と樹脂結合相１４のそれぞれによって保持されているため、自生発刃作用と耐摩耗性のバランスをとりながら研削精度と砥石寿命を同時に向上できる。ここで、樹脂の充填される気孔１５が複合ボンド砥石１１の全体積に対して５ｖｏｌ％未満になると、超砥粒１２の保持力が強すぎるために自生発刃作用が起こり難くなって研削精度が低下し、逆に６０ｖｏｌ％を越えると、超砥粒１２の保持力が弱すぎるために砥石の寿命が短くなるが、５〜６０ｖｏｌ％の範囲内に設定することによってこれらの問題を回避することができる。
【００２２】
次に、本発明の複合ボンド砥石の第２の実施形態について図２を参照しながら説明する。なお、上述した第１の実施形態と同一部分には同じ符号を配して説明を簡略または省略する。図２は本実施の形態による複合ボンド砥石２１を示す拡大断面図である。
本実施の形態による複合ボンド砥石２１は、例えば切断用の薄刃ブレードをなすものであり、例えば円環板状に形成されており、超砥粒１２と、金属結合相１３と、樹脂結合相１４とによって構成されている。
【００２３】
超砥粒１２は例えばダイヤモンド砥粒の表面に銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等が被覆されてなり、複合ボンド砥石２１の全体にわたって分散配置されると共に、複合ボンド砥石２１の表面上から突出している。
樹脂結合相１４は、熱硬化性樹脂例えばフェノール樹脂によって形成されており、例えば有機ケイ素化合物からなるシランカップリング剤１６が混ぜ込まれている。
金属結合相１３と樹脂結合相１４とはそれぞれが架橋構造を形成しているとともに物理的に一体化しており、超砥粒１２は金属結合相１３と樹脂結合相１４のそれぞれによって保持されている。
これに加えて、樹脂結合相１４にシランカップリング剤１６が混ぜ込まれていることによって、超砥粒１２及び金属結合相１３と、樹脂結合相１４とは、シランカップリング剤を介したシランカップリング反応によって化学的に結合されている。従って、超砥粒１２は金属結合相１３によって物理的に保持されるとともに、樹脂結合相１４と化学的に結合して固着されており、樹脂結合相１４は金属結合相１３とも化学的に結合している。
【００２４】
次に、本実施の形態の複合ボンド砥石２１の製造方法について説明する。ただし、上述した第１の実施形態と異なるのはステップＳ５の後の処理だけであるので、ステップＳ１〜ステップＳ５までの説明は省略し、焼結処理後の処理について説明する。
焼結の完了した粗原型には真空雰囲気において熱硬化性樹脂を含浸させてホットプレスをおこなう。ただし、あらかじめ熱硬化性樹脂にはシランカップリング剤１６を混入して分散配置させておく（ステップＳ１１）。これにより金属結合相１３の気孔１５が熱硬化性樹脂で満たされるとともに、金属結合相１３の外表面が熱硬化性樹脂で覆われて樹脂結合相１４が形成される。従って、個々の気孔１５の内部に充填された熱硬化性樹脂と、金属結合相１３の外表面を覆う熱硬化性樹脂とが相互に結合し、熱硬化性樹脂による架橋構造が形成される。
【００２５】
これによって、金属結合相１３と樹脂結合相１４とはそれぞれが架橋構造をなして相互に物理的に一体化しており、超砥粒１２が金属結合相１３と樹脂結合相１４のそれぞれによって保持されている。さらに、樹脂結合相１４に分散配置されたシランカップリング剤１６によって、超砥粒１２及び金属結合相１３と、樹脂結合相１４との間にはシランカップリング反応が生じており、超砥粒１２は金属結合相１３によって物理的に保持されるとともに、樹脂結合相１４と化学的に結合して固着されており、樹脂結合相１４は金属結合相１３とも化学的に結合している。
その後、粗原型から砥石の形状に打ち抜き、ラップ加工により所定の厚さとする（ステップＳ１２）。
【００２６】
本実施の形態による複合ボンド砥石２１は上述の構成を備えており、次に、複合ボンド砥石２１を用いて研削加工をおこなう際の作用について説明する。
この場合、上述した第１の実施形態と同様の作用が生じることに加えて、樹脂結合相１４が弾性変形した場合にも、樹脂結合相１４はシランカップリング剤１６によって超砥粒１２及び金属結合相１３と化学的に結合されているので、樹脂結合相１４と超砥粒１２及び金属結合相１３との間に隙間が生じることはない。
【００２７】
このような本実施形態の複合ボンド砥石２１では、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏することができることに加えて、樹脂結合相１４に分散配置されたシランカップリング剤１６によって、超砥粒１２及び金属結合相１３と、樹脂結合相１４との間にはシランカップリング反応が生じて化学的に結合している。従って、超砥粒１２は金属結合相１３によって物理的に保持されるとともに、樹脂結合相１４と化学的に結合して固着されており、樹脂結合相１４は金属結合相１３とも化学的に結合しているため、超砥粒１２の保持力が一層強化されており、砥石寿命の延命化に資することができる。
【００２８】
なお、上述した第１及び第２の実施形態では、複合ボンド砥石１１，２１を超砥粒１２と金属結合相１３と樹脂結合相１４とによって構成された円環板状としたが、これに限定されず、超砥粒１２と金属結合相１３と樹脂結合相１４とによって構成された砥粒層が、各種形状の砥石台金上に形成されていてもよい。
砥粒としては、ダイヤモンドやＣＢＮ等の超砥粒１２のみならず、ＳｉＣやＡｌ₂Ｏ₃等の一般砥粒も使用可能である。
金属結合相１３を形成する金属粉末は、コバルト粉末及びその他の金属粉末例えば銅、錫、鉄の混合物としたが、これに限定されず、これらの合金であっても良く、さらに、多孔質成分としてのコバルト粉末に代えて、例えばニッケル、鉄、亜鉛、銅等の金属粉末を含んでいても良く、結合成分として、錫、銀等の金属粉末を含んでいても良い。
樹脂結合相１４は、フェノール樹脂から構成されているとしたが、これに限定されず、他の熱硬化性樹脂であってもよい。
なお、上述した第１及び第２の実施形態では、金属結合相１３の気孔１５が熱硬化性樹脂で満たされるとしたが、これに限定されず、気孔１５が完全に熱硬化性樹脂で満たされていなくても良い。
【００２９】
以下、複合ボンド砥石１１の製造方法の一実施例について説明する。
Ｃｕ−３０ｗｔ％，Ｓｎ−５ｗｔ％，Ｆｅ−１５ｗｔ％，Ｃｏ−５０ｗｔ％の金属混合粉と、有機バインダーと、例えば「＃６００」のダイヤモンド砥粒とを混合し、内部に気孔が入り込むように混練してスラリー状の原料を生成した。スラリー状の原料は板状に成形して乾燥させて砥石材料を生成した。
この砥石材料をプレス型粗打ち抜きして砥石の粗原型を得た。粗原型には一枚あたり２００ｔｏｎの圧力でコールドプレスをおこなって、粗原型中の気孔率が５〜６０ｖｏｌ％となるように仮成形した。
【００３０】
仮成形した粗原型は４２０℃で６０分間加熱して脱バインダー処理をおこなった後に、７００℃で３０分間焼結をおこなって金属結合相を形成した。これによって、ダイヤモンド砥粒は金属結合相に分散配置されて保持されるとともに、外部に開口した気孔が金属結合相に分散配置されている。
次に、真空中において、例えば「液体レジン」のレジノイドを粗原型に含浸させてから、１８０℃に加熱して粗原型一枚あたり０．５ｔｏｎの圧力で１０分間のホットプレスをおこなった。これによって、気孔にレジノイドが充填されるとともに、金属結合相の外表面がレジノイドで覆われて樹脂結合相が形成される。
ここで、金属結合相と樹脂結合相とはそれぞれが架橋構造をなして相互に一体化しており、ダイヤモンド砥粒が金属結合相と樹脂結合相のそれぞれによって保持されている。
その後、粗原型からプレス型精打ち抜きしてラップ加工を施し、レジンとメタルの複合ボンド砥石を得た。
【００３１】
次に、本実施の形態による複合ボンド砥石１１を使用して行った切断試験について説明する。なお、上述した本実施の形態による複合ボンド砥石１１を実施例とし、樹脂例えばポリイミド樹脂からなる樹脂ボンド相にダイヤモンド砥粒からなる超砥粒が分散配置されてなるレジンボンド砥石を比較例１とし、例えばＣｕ―Ｓｎからなる金属相にダイヤモンド砥粒からなる超砥粒が分散配置されてなるメタルボンド砥石を比較例２とする。
【００３２】
ここで、実施例及び比較例１，２に対する剛性の測定値を図３に示した。
実施例の複合ボンド砥石１１では、レジンボンド砥石とメタルボンド砥石のほぼ中間の剛性を有していることが確認できる。
切断試験では、実施例及び比較例１，２において、複合ボンド砥石１１及びレジンボンド砥石及びメタルボンド砥石をそれぞれ円環板状の薄刃ブレードとし、その外径を９８ｍｍ、内径を４０ｍｍ、厚みを０．１５ｍｍに形成した。
これらの薄刃ブレードの回転数を１００００ｒｐｍとして、厚さ０．５ｍｍのアルミナ（含有率９９．６％）のワーク（被削材）に対して、テーブル送り速度ｆを変化させて、切断長１０ｍｍの切断をおこなった。
そして、実施例及び比較例１，２について、主軸モータの主軸電流値（Ａ）と、薄刃ブレードの半径方向の摩耗量（μｍ）とを測定した。なお、主軸モーターの主軸電流値（Ａ）とは、薄刃ブレードを一定速度１００００ｒｐｍで回転させつつ被削材のアルミナを切断した時に、主軸モータを所定速度で回転させるために必要な電流値（Ａ）であり、この主軸モータに供給する電流値を測定してこれを切削抵抗とした。
以下に、主軸電流値（Ａ）の測定結果を表１に、摩耗量（μｍ）の測定値を表２にそれぞれ示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

【００３５】
表１に示す結果から、テーブル送り速度ｆが速くなると、比較例２のメタルボンド砥石では切断抵抗が大きくなってワークを破損してしまうが、実施例の複合ボンド砥石１１は、比較例１のレジンボンド砥石とほぼ同じ程度の切断抵抗を示すだけで、テーブル送り速度ｆが速くなっても切断抵抗の増加は僅かである。
さらに、表２に示す結果から、実施例の複合ボンド砥石１１は、比較例１のレジンボンド砥石に比べて摩耗量がほぼ半分程度であり、砥石寿命が延命化されていることが確認できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の本発明の複合ボンド砥石によれば、金属中に外部に開口した気孔が分散配置されているため、メタルボンド砥石のように金属のみで砥粒を保持する場合に比べて砥粒の保持力が低下しており、研削加工時の複合ボンド砥石の表面上において砥粒の脱落が生じて自生発刃が起こりやすい。また、気孔は金属中の全体にわたって分散配置されているため、研削加工時に自生発刃が繰り返し作用して良好な切れ味を持続することができる。
さらに、気孔には樹脂が充填されているため、特に複合ボンド砥石の表面上に突出した砥粒に対して、金属のみで砥粒を保持する場合に比べて弾性が付加されており、研削加工時に被削材と砥粒との間で生じる機械的な衝撃を緩和して、被削材の研削面に発生するスクラッチや切断面に発生するチッピング等を低減することができる。
そして、金属は架橋構造をなしており、金属間には相互に結合状態が形成されて孤立した部分がないため、レジンボンド砥石のように樹脂のみで砥粒を保持する場合に比べて砥粒の保持力が強く、被削材や切粉との摩擦に対して耐摩耗性が高くなり砥石寿命の延命化に資することができる。さらに、熱伝導性が良く、強度が高いので例えば薄刃砥石や薄刃ブレード等として使用可能である。
【００３７】
さらに、請求項２記載の本発明の複合ボンド砥石では、金属にはコバルト（Ｃｏ）が含まれていることから、焼結後の金属に含まれる気孔の量を増大させることができると共に、このコバルト粉末の量を調整することによって気孔の量を調整することができる。
さらに、請求項３記載の本発明の複合ボンド砥石では、気孔の量が砥粒層の全体積に対して５ｖｏｌ％未満になると、砥粒の保持力が強すぎるために自生発刃作用が起こり難くなり、研削精度が低下する。逆に６０ｖｏｌ％を越えると、砥粒の保持力が弱すぎるために複合ボンド砥石の寿命が短くなる。
さらに、請求項４記載の本発明の複合ボンド砥石では、金属と樹脂がそれぞれ架橋構造をなしているため、砥粒は金属と樹脂のそれぞれによって保持されることになり、自生発刃作用と耐摩耗性のバランスを保って研削精度と砥石寿命を同時に向上できる。しかも、複合ボンド砥石の表面から突出した砥粒の保持において弾性が増すため、例えば硬脆材料の加工時において、研削面に発生するスクラッチや、切断面および被削材の端面に発生するチッピング等を低減して、被削材の仕上がり面品位を向上することができる。
【００３８】
さらに、請求項５記載の本発明の複合ボンド砥石では、砥粒と樹脂そして金属と樹脂のそれぞれは、シランカップリング剤を介したシランカップリング反応によって化学的に結合しているため、砥粒は金属によって物理的に保持されるとともに、樹脂と化学的に結合して固着されており、樹脂は金属とも化学的に結合しているため、砥粒の保持力が一層強化されており、砥石寿命の延命化に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる複合ボンド砥石の第１の実施形態について示した拡大断面図である。
【図２】本発明に係わる複合ボンド砥石の第２の実施形態について示した拡大断面図である。
【図３】本発明に係わる複合ボンド砥石の剛性について示す図である。
【図４】従来のメタルボンド砥石について示した拡大断面図である。
【図５】従来のレジンボンド砥石について示した拡大断面図である。
【符号の説明】
１１，２１複合ボンド砥石
１２砥粒
１３金属結合相
１４樹脂結合相
１５気孔
１６シランカップリング剤[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a grindstone used for cutting, grooving, polishing and the like of various work materials.
[0002]
[Prior art]
In recent years, ceramic materials such as alumina and silicon nitride are often used as precision parts for electronic devices, for example, and high-precision processing is required for this kind of difficult-to-cut material.
For the processing of such difficult-to-cut materials, for example, a metal bond grindstone or a resin bond grindstone provided with superabrasive grains such as CBN or diamond is used.
In a metal bond grindstone, for example, superabrasive grains are dispersed and held in a metal binder phase made of a single metal or alloy. Since the metal binder phase is hard, it is not easily worn by friction with the work material or chips, and has excellent wear resistance. On the other hand, since the holding power of superabrasive grains is too strong, the self-generated blade action, i.e., the superabrasive grains protruding on the surface of the metal bond grindstone are sequentially dropped and replaced with new superabrasive grains. There arises a problem that the sharpness deteriorates when the grain tip becomes dull due to wear.
In a resin bond grindstone, superabrasive grains are dispersed and held in a resin binder phase made of, for example, a thermosetting resin. The resin binder phase has an excellent self-sharpening action and maintains a good sharpness, but has a problem that it is worn quickly and cannot be ground and cut at high speed due to insufficient strength.
Therefore, there is a need for a composite bond grindstone that has both the excellent wear resistance found in the metal binder phase and the excellent self-generated blade action found in the resin binder phase in a well-balanced manner.
[0003]
In response to such demands, there are known a metal bond grindstone improved and a resin bond grindstone improved.
The above prior art will be described below with reference to FIGS.
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing an example of the metal bond grindstone. In the metal bond grindstone 1, superabrasive grains 3 made of, for example, diamond abrasive grains are held in an abrasive layer 2 in a state of being dispersedly arranged in a metal phase 4 made of, for example, Ni, on the surface of the metal phase 4. For example, phenol resin is baked to cover the resin phase 5, and the superabrasive grains 3 are exposed from the surface of the resin phase 5.
[0004]
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing an example of the resin bond grindstone.
In the resin bond grindstone 6, superabrasive grains 8 made of, for example, diamond abrasive grains are held in the abrasive grain layer 7 in a state of being dispersedly arranged in a resin bond phase 9 made of a resin, for example, a polyimide resin. Is, for example, a metal mixed powder composed of copper and tin added as the metal filler 10 and dispersed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the metal bond grindstone 1 having the above-described configuration, the resin phase 5 formed by baking on the surface of the metal phase 4 is soft, so that the resin phase 5 is worn by friction with the work material and chips, and the superabrasive When the grain 3 decreases its sharpness due to depletion, a self-generated blade acts that the new superabrasive grain 3 protrudes on the surface of the resin phase 5 by dropping off from the resin phase 5.
However, the resin phase 5 is only provided on the surface of the metal phase 4, and when the wear of the resin phase 5 proceeds and disappears completely, the metal phase that holds the superabrasive grains 3 only with metal. Since only 4 remains, the spontaneous blade action is reduced. Therefore, for example, when processing hard and brittle materials, there is a problem that the resin phase 5 disappears early and the finished surface quality deteriorates.
[0006]
Further, in the resin bond grindstone 6 having the above-described configuration, the metal powder added as the metal filler 10 to the resin bond phase 9 is individually isolated, and a bonded state is not formed between the metal particles. The effect of improving the wear resistance of the resin bond phase 9 with respect to friction with the material and chips is poor, and the speed of wear, which is a defect of the resin bond grindstone, cannot be improved.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the cutting, grooving, polishing, etc. of various work materials, while maintaining a good sharpness by the self-generated blade action, providing a grindstone with excellent wear resistance Objective.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, the composite bond grindstone of the present invention according to claim 1 has an abrasive layer composed of abrasive grains and a binder phase, and the binder phase is formed of a metal and a resin. A composite bond whetstone, There is no isolated part formed between the metals by the bonding state, The abrasive grains are dispersedly disposed in the metal, and pores opened to the outside are dispersedly disposed in the metal, and the pores are filled with the resin.
In the composite bond grindstone having the above structure, since the pores opened to the outside are dispersed in the metal, the abrasive grains are easily worn out compared to the bond phase formed only of metal like the metal bond grindstone. Occurrence of falling, and self-generated blades are likely to occur. Further, since the pores are dispersedly arranged throughout the metal, the self-generated blade can repeatedly act during grinding to maintain a good sharpness.
In addition, since the pores are filled with resin, elasticity is added to the abrasive grains protruding on the surface of the composite bond grindstone, compared to the case where the abrasive grains are held only by metal, and grinding. The mechanical impact generated between the work material and abrasive grains during processing can be alleviated, and scratches generated on the ground surface of the work material, chipping generated on the cut surface, and the like can be reduced.
The metal has a cross-linked structure, and a bonded state is formed between the metals so that there is no isolated portion. Therefore, compared to the case where the abrasive grains are held only by the resin like a resin bond grindstone, the metal is abraded. The holding power of the grains is strong, and the wear resistance against the friction with the work material and chips becomes high, which can contribute to the extension of the life of the grindstone. Furthermore, since it has good thermal conductivity and high strength, it can be used as, for example, a thin blade grindstone or a thin blade blade.
[0009]
Furthermore, the composite bond grindstone of the present invention according to claim 2 is characterized in that the metal contains cobalt.
In the composite bond grindstone configured as described above, the metal contains cobalt (Co). For example, when forming a metal having pores opened to the outside by sintering a metal powder containing cobalt, There will be a relatively large number of regions that remain as unreacted parts on the surface without sintering, and the amount of pores contained in the sintered metal can be increased. The amount of pores can be adjusted by adjusting.
The metal may contain, for example, nickel, iron, zinc, copper or the like instead of cobalt as the porous component, and may contain tin, silver or the like as the binding component.
[0010]
Furthermore, the composite bond grindstone of this invention of Claim 3 is characterized by the said porosity being 5-60 vol% with respect to the whole volume of the said abrasive grain layer.
In the composite bond grindstone having the above configuration, it is possible to adjust the wear resistance of the grindstone and the ease of the spontaneous blade action depending on the amount of pores dispersed in the metal. If it is less than 5 vol% with respect to the total volume of the layer, the holding force of the abrasive grains is too strong, so that the self-generated blade action hardly occurs and the grinding accuracy is lowered. On the other hand, if it exceeds 60 vol%, the holding power of the abrasive grains is too weak and the life of the composite bond grindstone is shortened.
[0011]
Furthermore, in the composite bond grindstone of the present invention according to claim 4, the resin is coated on the outer surface of the metal, and the metal and the resin are each physically integrated by forming a crosslinked structure, and The abrasive grains are held by the metal and the resin, respectively.
In the composite bond grindstone with the above configuration, since the metal and the resin each have a cross-linked structure, the abrasive grains are held by each of the metal and the resin, maintaining a balance between the self-generated blade action and the wear resistance. Grinding accuracy and wheel life can be improved at the same time.
Moreover, since the elasticity increases in holding the abrasive grains protruding from the surface of the composite bond grindstone, for example, scratches generated on the grinding surface, chipping generated on the cut surface and the end surface of the work material when processing hard and brittle materials, etc. The finished surface quality of the work material can be improved.
[0012]
Furthermore, the composite bond grindstone of the present invention according to claim 5 is characterized in that the abrasive grains, the metal, and the resin are chemically bonded by a silane coupling reaction through a silane coupling agent. Yes.
In the composite bond grindstone configured as described above, the metal and the resin are each physically integrated with a cross-linked structure, and the abrasive grains are held by the metal and the resin, respectively. The resin and the metal and the resin are chemically bonded to each other by a silane coupling reaction via a silane coupling agent.
Therefore, the abrasive grains are physically held by the metal, and are chemically bonded and fixed to the resin. Since the resin is also chemically bonded to the metal, the holding power of the abrasive grains is further strengthened. This can contribute to the extension of the life of the grinding wheel.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of a composite bond grindstone of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a composite bond grindstone 11 of the present invention.
The composite bond grindstone 11 according to the present embodiment forms a thin blade for cutting, for example, is formed in an annular plate shape, for example, superabrasive grains 12 made of diamond abrasive grains, and a metal bonded phase 13. And the resin binder phase 14.
[0015]
The superabrasive grains 12 are distributed over the entire composite bond grindstone 11.
The metal bonded phase 13 is formed from a mixture of cobalt and other metals such as copper, tin, and iron. The metal binder phase 13 holds the superabrasive grains 12 and has a structure in which pores 15 having an arbitrary shape opened to the outside are dispersed in the metal, which is a cross-linked structure of metal.
The pores 15 provided in the metal bonded phase 13 are 5 to 60 vol% with respect to the total volume of the composite bond grindstone 11. Here, when the amount of the pores 15 is less than 5 vol%, the holding power of the superabrasive grains 12 is too strong, so that the self-generated blade action hardly occurs, and conversely, when the volume exceeds 60 vol%, the holding power of the superabrasive grains 12 is reduced. Is too weak, the life of the composite bond grindstone 11 is shortened.
The resin binder phase 14 is formed of a thermosetting resin such as a phenol resin. The resin fills the pores 15 in the metal bonded phase 13 and covers the outer surface of the metal bonded phase 13. Therefore, in the portion where the pores 15 are opened to the outside of the metal bonded phase 13, the resin filled in the individual pores 15 in the metal bonded phase 13 is bonded to the resin on the outer surface, and a crosslinked structure is formed by the resin. Has been.
Thus, each of the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 forms a cross-linked structure and is integrated, and each superabrasive grain 12 is formed by each of the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14. The outer surface is covered and held. However, superabrasive grains 12 protrude on the surface of the composite bond grindstone 11.
[0016]
Next, the manufacturing method of the composite bond grindstone 11 of this Embodiment is demonstrated.
First, the superabrasive grains 12, a mixture of cobalt powder and other metal powders such as copper, tin and iron, and an organic binder such as methylcellulose are mixed together and kneaded so that the pores 15 enter inside, thereby forming a slurry-like raw material Is generated (step S1). Here, the slurry-like raw material is given an appropriate viscosity so that the superabrasive grains 12 and the metal powder do not settle or the internal pores 15 are not crushed. The slurry-like raw material is formed into a plate-like body having a predetermined thickness, dried, and then punched into a rough prototype having an appropriate shape (step S2). The rough pattern is cold pressed to adjust the amount of pores 15 in the rough pattern (step S3). Since the mass of the raw material constituting the rough prototype is known, the porosity in the rough prototype can be determined from the weight and volume of the rough prototype after cold pressing.
[0017]
Next, the organic binder contained in the rough prototype is removed by decomposition or volatilization (step S4). Here, for example, the rough prototype is placed in a heating furnace or the like having an inert atmosphere inside, and the heat treatment is performed.
When the removal of the organic binder is completed, a sintering process is performed to sinter the rough prototype (step S5). By this sintering, the metal particles in the metal powder are bonded to each other to form a crosslinked structure, and the metal bonded phase 13 is formed. The superabrasive grains 12 are dispersed and held in the metal binder phase 13, and pores 15 opened to the outside are dispersedly arranged.
The sintered rough mold is impregnated with a thermosetting resin in a vacuum atmosphere and hot pressed (step S6). As a result, the pores 15 of the metal bonded phase 13 are filled with the thermosetting resin, and the outer surface of the metal bonded phase 13 is covered with the thermosetting resin to form the resin bonded phase 14. Therefore, the thermosetting resin filled in the individual pores 15 and the thermosetting resin covering the outer surface of the metal binder phase 13 are bonded to each other, and a crosslinked structure is formed by the thermosetting resin.
Thus, the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 are integrated with each other in a cross-linked structure, and the superabrasive grains 12 are held by the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 respectively.
Thereafter, the rough prototype is punched into the shape of a grindstone, and a predetermined thickness is obtained by lapping (step S7).
[0018]
The composite bond grindstone 11 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the operation when performing grinding using the composite bond grindstone 11 will be described.
[0019]
Superabrasive grains 12 protrude on the surface of the composite bond grindstone 11, and are pressed by the grinding surface of the work material to be ground. At this time, since the superabrasive grains 12 are held not only by the metal binder phase 13 but also by the resin binder phase 14, elasticity is added to the holding of the superabrasive grains 12 to reduce the impact when contacting the work material. It is done.
As the work material is ground, the superabrasive grains 12 are gradually depleted and their tips become dull. On the other hand, the metal bonded phase 13 and / or the resin bonded phase 14 holding the superabrasive grains 12 are exposed on the surface of the composite bond grindstone 11, and the friction with chips and the like generated during the grinding process is exposed. It will be worn out by. However, since the resin bonded phase 14 is softer than the metal bonded phase 13, the wear proceeds faster than the metal bonded phase 13.
As the wear of the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 progresses, the holding power of the superabrasive grains 12 protruding on the surface of the composite bonded grindstone 11 decreases, and when the superabrasive grains 12 cannot withstand the grinding resistance, Dropout occurs. Thereafter, as the wear of the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 further proceeds, new superabrasive grains 12 arranged in a lower layer protrude on the surface.
[0020]
In the composite bond grindstone 11 of this embodiment, since the pores 15 opened to the outside are dispersedly arranged in the metal bonded phase 13, the superabrasive is compared with the case where the superabrasive grains 12 are held only by the metal. The holding power of the grains 12 is reduced, and the self-generated blade is likely to occur during grinding, and the self-generated blade can repeatedly act to maintain a good sharpness.
In addition, the metal bonding phase 13 has a cross-linking structure with metal, and since a bonding state is formed between the metals and there is no isolated portion, the metal bonding phase 13 is super in comparison with the case where the superabrasive grains 12 are held only by the resin. The holding power of the abrasive grains 12 is strong, and the wear resistance against the friction with the work material and chips becomes high, which can contribute to the extension of the life of the grindstone.
Further, the pores 15 are filled with resin, and this resin is bonded to the resin covering the outer surface of the metal bonded phase 13, and the resin bonded phase 14 having a crosslinked structure is formed. Elasticity is added to the superabrasive grains 12 protruding from the surface of the bond grindstone 11 as compared with the case where the superabrasive grains 12 are held only by a metal. It is possible to reduce the mechanical shock that occurs between the two, and to reduce scratches generated on the ground surface of the work material and chipping generated on the cut surface.
[0021]
Further, the metal binder phase 13 contains cobalt (Co), and when the metal powder containing the cobalt powder is sintered, it remains as an unreacted portion on the outer surface of the cobalt powder without sintering. Therefore, the amount of pores 15 dispersed and arranged in the sintered metal binder phase 13 can be increased, and the amount of the cobalt powder can be adjusted by adjusting the amount of the cobalt powder. The amount can be adjusted.
Furthermore, since the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 are integrated with each other in a crosslinked structure, and the superabrasive grains 12 are held by the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14, respectively. Grinding accuracy and wheel life can be improved at the same time while balancing the self-generated blade action and wear resistance. Here, when the pores 15 filled with the resin are less than 5 vol% with respect to the total volume of the composite bond grindstone 11, the holding power of the superabrasive grains 12 is too strong, so that the self-generated blade action hardly occurs and the grinding accuracy is increased. On the other hand, if it exceeds 60 vol%, the holding power of the superabrasive grains 12 is too weak, so that the life of the grindstone is shortened, but these problems are avoided by setting within the range of 5 to 60 vol%. be able to.
[0022]
Next, 2nd Embodiment of the composite bond grindstone of this invention is described, referring FIG. In addition, the same code | symbol is distribute | arranged to the same part as 1st Embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted or abbreviate | omitted. FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the composite bond grindstone 21 according to the present embodiment.
The composite bond grindstone 21 according to the present embodiment forms, for example, a thin blade for cutting, and is formed in, for example, an annular plate shape, and includes superabrasive grains 12, a metal bonded phase 13, and a resin bonded phase 14. And is composed of.
[0023]
The superabrasive grains 12 are formed by, for example, covering the surface of diamond abrasive grains with copper (Cu), nickel (Ni) or the like, being distributed and disposed over the entire composite bond grindstone 21, and protruding from the surface of the composite bond grindstone 21. ing.
The resin binder phase 14 is made of a thermosetting resin such as a phenol resin, and is mixed with a silane coupling agent 16 made of an organic silicon compound, for example.
The metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 each form a crosslinked structure and are physically integrated, and the superabrasive grains 12 are held by the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 respectively. .
In addition, since the silane coupling agent 16 is mixed in the resin binder phase 14, the superabrasive grains 12, the metal binder phase 13, and the resin binder phase 14 are silane via the silane coupling agent. It is chemically bound by a coupling reaction. Therefore, the superabrasive grains 12 are physically held by the metal bonding phase 13 and are chemically bonded and fixed to the resin bonding phase 14. The resin bonding phase 14 is also chemically bonded to the metal bonding phase 13. is doing.
[0024]
Next, the manufacturing method of the composite bond grindstone 21 of this Embodiment is demonstrated. However, since only the process after step S5 is different from the first embodiment described above, the description of step S1 to step S5 is omitted, and the process after the sintering process will be described.
The sintered rough mold is impregnated with a thermosetting resin in a vacuum atmosphere and hot pressed. However, the silane coupling agent 16 is mixed and dispersed in advance in the thermosetting resin (step S11). As a result, the pores 15 of the metal bonded phase 13 are filled with the thermosetting resin, and the outer surface of the metal bonded phase 13 is covered with the thermosetting resin to form the resin bonded phase 14. Therefore, the thermosetting resin filled in the individual pores 15 and the thermosetting resin covering the outer surface of the metal binder phase 13 are bonded to each other, and a crosslinked structure is formed by the thermosetting resin.
[0025]
As a result, the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 are each physically integrated with each other in a crosslinked structure, and the superabrasive grains 12 are held by the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 respectively. ing. Further, the silane coupling agent 16 dispersed and arranged in the resin binder phase 14 causes a silane coupling reaction between the superabrasive grains 12 and the metal binder phase 13 and the resin binder phase 14. 12 is physically held by the metal bonded phase 13 and is chemically bonded and fixed to the resin bonded phase 14. The resin bonded phase 14 is also chemically bonded to the metal bonded phase 13.
Thereafter, the rough prototype is punched into the shape of a grindstone, and a predetermined thickness is obtained by lapping (step S12).
[0026]
The composite bond grindstone 21 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, an operation when performing grinding using the composite bond grindstone 21 will be described.
In this case, in addition to the effects similar to those of the first embodiment described above, even when the resin bonded phase 14 is elastically deformed, the resin bonded phase 14 is made of superabrasive grains 12 and metal by the silane coupling agent 16. Since it is chemically bonded to the binder phase 13, there is no gap between the resin binder phase 14 and the superabrasive grains 12 and the metal binder phase 13.
[0027]
In such a composite bond grindstone 21 of the present embodiment, in addition to being able to achieve the same effects as those of the first embodiment described above, the silane coupling agent 16 dispersed and arranged in the resin binder phase 14 allows the A silane coupling reaction occurs between the abrasive grains 12 and the metal bonded phase 13 and the resin bonded phase 14 to chemically bond them. Therefore, the superabrasive grains 12 are physically held by the metal bonding phase 13 and are chemically bonded and fixed to the resin bonding phase 14. The resin bonding phase 14 is also chemically bonded to the metal bonding phase 13. Therefore, the holding power of the superabrasive grains 12 is further strengthened, which can contribute to extending the life of the grindstone.
[0028]
In the first and second embodiments described above, the

composite bond grindstones

11 and 21 are in the form of an annular plate constituted by the superabrasive grains 12, the metal binder phase 13, and the resin binder phase 14. It is not limited, The abrasive grain layer comprised by the superabrasive grain 12, the metal binder phase 13, and the resin binder phase 14 may be formed on the grindstone base metal of various shapes.
As abrasive grains, not only superabrasive grains 12 such as diamond and CBN, but also SiC or Al ₂ O _Three General abrasive grains such as can also be used.
The metal powder forming the metal binder phase 13 is a mixture of cobalt powder and other metal powders such as copper, tin, and iron, but is not limited thereto, and may be an alloy of these, and a porous component. Instead of the cobalt powder, for example, a metal powder such as nickel, iron, zinc, or copper may be included, and as a binding component, a metal powder such as tin or silver may be included.
The resin binder phase 14 is made of a phenol resin, but is not limited to this, and may be another thermosetting resin.
In the first and second embodiments described above, the pores 15 of the metal binder phase 13 are filled with the thermosetting resin. However, the present invention is not limited to this, and the pores 15 are completely filled with the thermosetting resin. It does not have to be.
[0029]
Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing the composite bond grindstone 11 will be described.
Mixing metal mixture powder of Cu-30wt%, Sn-5wt%, Fe-15wt%, Co-50wt%, organic binder and diamond abrasive grains of "# 600", for example, so that pores enter inside A slurry-like raw material was produced by kneading. The slurry material was formed into a plate shape and dried to produce a grindstone material.
This grindstone material was roughly punched into a press die to obtain a rough prototype of the grindstone. The rough original mold was cold-pressed at a pressure of 200 tons per sheet, and temporarily molded so that the porosity in the rough original mold was 5 to 60 vol%.
[0030]
The pre-formed rough prototype was heated at 420 ° C. for 60 minutes to remove the binder, and then sintered at 700 ° C. for 30 minutes to form a metal binder phase. Thereby, the diamond abrasive grains are dispersed and held in the metal binder phase, and the pores opened to the outside are dispersed and arranged in the metal binder phase.
Next, in vacuum, for example, the resin prototype of “liquid resin” was impregnated into the rough prototype, and then heated to 180 ° C. and hot pressed for 10 minutes at a pressure of 0.5 ton per rough prototype. As a result, the pores are filled with the resinoid, and the outer surface of the metal bonded phase is covered with the resinoid to form a resin bonded phase.
Here, each of the metal bonded phase and the resin bonded phase forms a cross-linked structure and is integrated with each other, and the diamond abrasive grains are held by the metal bonded phase and the resin bonded phase.
Thereafter, a press die was finely punched from the rough mold and lapped to obtain a resin-metal composite bond grindstone.
[0031]
Next, a cutting test performed using the composite bond grindstone 11 according to the present embodiment will be described. The composite bond grindstone 11 according to the present embodiment described above is used as an example, and a resin bond grindstone in which superabrasive grains composed of diamond abrasive grains are dispersedly arranged in a resin bond phase composed of a resin, for example, a polyimide resin, is referred to as Comparative Example 1. For example, a metal bond grindstone in which superabrasive grains made of diamond abrasive grains are dispersedly arranged in a metal phase made of Cu—Sn is referred to as Comparative Example 2.
[0032]
Here, the measured values of stiffness for the examples and comparative examples 1 and 2 are shown in FIG.
In the composite bond grindstone 11 of the example, it can be confirmed that the resin bond grindstone and the metal bond grindstone have substantially intermediate rigidity.
In the cutting test, in Example and Comparative Examples 1 and 2, the composite bond grindstone 11, resin bond grindstone, and metal bond grindstone were each formed as an annular plate-like thin blade blade, the outer diameter was 98 mm, the inner diameter was 40 mm, and the thickness was 0. .15 mm.
The rotation speed of these thin blades was set at 10000 rpm, and the table feed speed f was changed with respect to a 0.5 mm-thick alumina (content 99.6%) workpiece (workpiece) to obtain a cutting length of 10 mm. Cutting was done.
And about the Example and Comparative Examples 1 and 2, the spindle current value (A) of the spindle motor and the wear amount (μm) in the radial direction of the thin blade blade were measured. The spindle current value (A) of the spindle motor is a current value (A) required to rotate the spindle motor at a predetermined speed when cutting the alumina of the work material while rotating the thin blade blade at a constant speed of 10000 rpm. The current value supplied to the spindle motor was measured and used as the cutting resistance.
Table 1 shows the measurement result of the spindle current value (A), and Table 2 shows the measurement value of the wear amount (μm).
[0033]
[Table 1]

[0034]
[Table 2]

[0035]
From the results shown in Table 1, when the table feed speed f is increased, the metal bond grindstone of Comparative Example 2 increases the cutting resistance and breaks the workpiece. However, the composite bond grindstone 11 of the example is that of Comparative Example 1. Only the cutting resistance of about the same level as that of the resin bond grindstone is shown, and even if the table feed speed f is increased, the increase of the cutting resistance is slight.
Furthermore, from the results shown in Table 2, it can be confirmed that the composite bond grindstone 11 of the example has about half the amount of wear compared to the resin bond grindstone of Comparative Example 1, and the life of the grindstone is extended.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the composite bond grindstone of the present invention according to claim 1, since the pores opened to the outside are dispersed in the metal, the abrasive grains are held only by the metal like the metal bond grindstone. Compared to the case, the holding power of the abrasive grains is reduced, and the abrasive grains fall off on the surface of the composite bond grindstone at the time of the grinding process, so that the self-generated blade is likely to occur. Moreover, since the pores are dispersedly arranged throughout the metal, the self-generated blade can repeatedly act during grinding to maintain a good sharpness.
In addition, since the pores are filled with resin, elasticity is added to the abrasive grains protruding on the surface of the composite bond grindstone, compared to the case where the abrasive grains are held only with metal, and grinding processing is performed. It is possible to alleviate the mechanical impact that sometimes occurs between the work material and the abrasive grains, thereby reducing scratches generated on the ground surface of the work material, chipping generated on the cut surface, and the like.
And since the metal has a cross-linked structure, and a bonded state is formed between the metals and there is no isolated part, the abrasive grains are compared with the case where the abrasive grains are held only by the resin like a resin bond grindstone. Has a strong holding power, and has high wear resistance against friction with the work material and chips, which can contribute to extending the life of the grinding wheel. Furthermore, since it has good thermal conductivity and high strength, it can be used as, for example, a thin blade grindstone or a thin blade blade.
[0037]
Furthermore, in the composite bond grindstone of the present invention according to claim 2, since the metal contains cobalt (Co), the amount of pores contained in the sintered metal can be increased, and this The amount of pores can be adjusted by adjusting the amount of cobalt powder.
Furthermore, in the composite bond grindstone according to the third aspect of the present invention, when the amount of pores is less than 5 vol% with respect to the total volume of the abrasive layer, the holding force of the abrasive grains is too strong, so that the self-generated blade action occurs. It becomes difficult and the grinding accuracy decreases. On the other hand, if it exceeds 60 vol%, the holding power of the abrasive grains is too weak and the life of the composite bond grindstone is shortened.
Furthermore, in the composite bond grindstone of the present invention according to claim 4, since the metal and the resin each have a cross-linked structure, the abrasive grains are held by the metal and the resin, respectively, and the self-generated blade action and resistance. Grinding accuracy and wheel life can be improved at the same time while maintaining a balance of wear. Moreover, since the elasticity increases in holding the abrasive grains protruding from the surface of the composite bond grindstone, for example, scratches generated on the grinding surface, chipping generated on the cut surface and the end surface of the work material when processing hard and brittle materials, etc. The finished surface quality of the work material can be improved.
[0038]
Furthermore, in the composite bond grindstone of the present invention according to claim 5, the abrasive grains and the resin and the metal and the resin are chemically bonded by a silane coupling reaction via a silane coupling agent. Is physically held by the metal, and is chemically bonded and fixed to the resin. Since the resin is also chemically bonded to the metal, the holding power of the abrasive grains is further enhanced. It can contribute to the extension of life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a first embodiment of a composite bond grindstone according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a second embodiment of a composite bond grindstone according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing the rigidity of the composite bond grindstone according to the present invention.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a conventional metal bond grindstone.
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a conventional resin bond grindstone.
[Explanation of symbols]
11, 21 Composite Bond Wheel
12 Abrasive grains
13 Metal bonded phase
14 Resin bonded phase
15 pores
16 Silane coupling agent

Claims

The abrasive grain layer is composed of abrasive grains and a binder phase, and the binder phase is a composite bond grindstone formed of a metal and a resin, and the metal is bonded to each other so that there is no isolated part. A composite bond grindstone characterized in that abrasive grains are dispersedly arranged in the metal, pores opened to the outside are dispersedly arranged in the metal, and the pores are filled with the resin.

The composite bond grindstone according to claim 1, wherein the metal contains cobalt.

3. The composite bond grindstone according to claim 1, wherein the pores are 5 to 60 vol% with respect to the total volume of the abrasive layer.

The resin is coated on the outer surface of the metal,
The metal and the resin form a cross-linked structure and are physically integrated, and the abrasive grains are held by the metal and the resin, respectively. A composite bond grindstone according to crab.

5. The composite bond grindstone according to claim 4, wherein the abrasive grains, the metal, and the resin are chemically bonded by a silane coupling reaction through a silane coupling agent.