JP2003181765A - Porous supergrain grinding stone and method for manufacturing the same - Google Patents

Porous supergrain grinding stone and method for manufacturing the same

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JP2003181765A
JP2003181765A JP2002372690A JP2002372690A JP2003181765A JP 2003181765 A JP2003181765 A JP 2003181765A JP 2002372690 A JP2002372690 A JP 2002372690A JP 2002372690 A JP2002372690 A JP 2002372690A JP 2003181765 A JP2003181765 A JP 2003181765A
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JP
Japan
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superabrasive
grindstone
binder
porous
phase
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JP2002372690A
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Japanese (ja)
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Hitoshi Onishi
人司 大西
Kozo Ishizaki
幸三 石崎
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous supergrain grinding stone, which is able to efficiently grind a workpiece and has excellent strength, and to provide a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The porous supergrain grinding stone is composed of supergrains 1, such as diamond or cubic boron nitride, having a mean grain size not more then 60 μm and bond 3 which is able to form a fused phase 7 by fusing with the supergrains under heated conditions. The bond 3 is a porous body having continuous pores 5. The thickness t of the fused phase 7 formed at the interface between the bond and the supergrain is not more than 1.5 μm. The fused phase is composed of the component of the supergrain and one or more kinds selected from the group composed of Ti, Ni, Fe, Si, Ta, W, Cr, and Co. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、精密加工分野で用
いられる多孔質の超砥粒砥石に関するものであり、特に
高能率で強度に優れた多孔質超砥粒砥石とその製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a porous superabrasive grain grindstone used in the field of precision machining, and particularly to a porous superabrasive grain grindstone having high efficiency and strength and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素(以
下、「cBN」と記す)の砥粒は、きわめて高い硬度を
有するので「超砥粒」と呼ばれ、鋼、高硬度金属、ガラ
ス、セラミクス、石材などの精密な研削加工に多く用い
られている。この超砥粒を用いた超砥粒砥石(以下、単
に「砥石」という)は一般に、超砥粒を結合材によって
結合し成形して製造される。この結合材として、合成樹
脂を用いたものはレジンボンド砥石、ガラス質を用いた
ものはビトリファイドボンド砥石、金属を用いたものは
メタルボンド砥石と呼ばれ、それぞれ被研削体の特性に
よって使い分けられる。
2. Description of the Related Art Abrasive grains of diamond or cubic boron nitride (hereinafter referred to as "cBN") have an extremely high hardness and are called "superabrasive grains". They are called steel, high hardness metal, glass, ceramics, It is often used for precision grinding of stone materials. A superabrasive grindstone using the superabrasive grains (hereinafter, simply referred to as "grindstone") is generally manufactured by bonding the superabrasive grains with a binder and molding the superabrasive grains. As the binder, a synthetic resin is called a resin bond grindstone, a vitreous bond is called a vitrified bond grindstone, and a metal is called a metal bond grindstone, each of which is properly used depending on the characteristics of the object to be ground.

【0003】最近では、薄膜プロセスを用いた集積回路
に代表されるように、素子の高密度化が進み、また広く
普及してくると、経済的理由から基板の切断代の幅を、
例えば0.3mm以下とするような細密な切断が要求さ
れるようになり、この切断を可能とする薄刃の研削砥石
が求められるようになった。
In recent years, as represented by integrated circuits using a thin film process, the density of devices has been increased and the devices have become widely used.
For example, fine cutting with a thickness of 0.3 mm or less has been required, and a grinding blade with a thin blade that enables this cutting has been demanded.

【0004】従来、この種の細密研削に用いられる薄刃
砥石は、強度的な観点からほとんどがメタルボンド砥石
であった。メタルボンド砥石は、Niやブロンズ系合金
を結合材として電鋳法や焼結法により作製されるが、結
合材相の組織が緻密であるために、ドレッシング(目立
てを含む)が困難であり、電解法などの煩雑で高価な技
術と装置を必要とした。
Conventionally, most of the thin blade grindstones used for this type of fine grinding were metal bond grindstones from the viewpoint of strength. The metal bond grindstone is produced by an electroforming method or a sintering method using Ni or a bronze alloy as a binder, but since the structure of the binder phase is dense, dressing (including dressing) is difficult, It required complicated and expensive technology and equipment such as electrolysis.

【0005】すなわち、砥石を活性化するためには、超
砥粒の切刃を結合材相の表面から突出させる必要があ
る。一般に、砥石が成形された状態では、砥石表面で、
超砥粒と結合材相とは同一レベルにある。この状態から
超砥粒の切刃を突出させるためには、超砥粒を残したま
ま結合材相の表層をある程度の深さまで除去しなければ
ならない。この作業が「目立て」であるが、結合材相の
表層が平滑であると、超砥粒を残したまま、結合材相の
表層のみを、例えば掻き取りのような方法で除去するこ
とはきわめて困難であり、電解法などによって結合材相
の表層を溶出除去するなどの煩雑で高価な方法が必要に
なる。
That is, in order to activate the grindstone, it is necessary to project the cutting edge of the superabrasive grains from the surface of the binder phase. Generally, when the grindstone is molded, on the surface of the grindstone,
The superabrasive grains and the binder phase are at the same level. In order to project the cutting edge of the superabrasive grains from this state, the surface layer of the binder phase must be removed to a certain depth while leaving the superabrasive grains. This work is "sharpening", but if the surface layer of the binder phase is smooth, it is extremely difficult to remove only the surface layer of the binder phase while leaving the superabrasive grains, for example, by scraping. It is difficult and requires a complicated and expensive method such as eluting and removing the surface layer of the binder phase by an electrolytic method or the like.

【0006】一方、ビトリファイドボンド砥石は、一般
に結合材であるセラミクス粒子と超砥粒との混合物を成
形し、圧力下に焼結して製造されるものであって、結合
材相が多孔質であり、組織が粗いので特別な目立てが不
要であり、また研削作業中に生じる研削屑などは、気孔
が形成するポケットに捕捉されて排除されるので目詰ま
りが起こり難く、また、砥粒の切刃が摩耗しても、結合
材相が粗く脆いので適度に崩落して新たな切刃が現れ、
目潰れも起こり難い。
On the other hand, a vitrified bond grindstone is generally produced by molding a mixture of ceramic particles and a superabrasive grain, which are binders, and sintering the mixture under pressure. The binder phase is porous. Since the texture is coarse, no special sharpening is required, and grinding debris generated during the grinding operation is captured and eliminated in the pockets formed by the pores, so clogging is less likely to occur and the cutting of abrasive grains is also avoided. Even if the blade wears, the binder phase is coarse and brittle, so it falls off moderately and a new cutting edge appears,
Blinding is also unlikely.

【0007】しかしビトリファイドボンド砥石は、結合
材相が脆いばかりでなく、結合材と超砥粒との結合力も
弱いので、例えば厚みが0.3mm以下となるような薄
刃の砥石とすることができず、また目こぼれを起こし易
いので、高硬度の難研削性被研削体を強い押しつけ圧で
研削する場合には消耗が激しくて経済的でない。
However, the vitrified bond grindstone is not only brittle in the binder phase, but also weak in the bond strength between the binder and the superabrasive grains, so that it can be made into a thin blade grindstone having a thickness of 0.3 mm or less, for example. In addition, since it easily causes eye spillage, it is not economical because wear is severe when grinding a highly hard-to-be-ground object to be ground with a strong pressing pressure.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】そこで、研削効率がよ
く、強度が高く、かつ結合材と超砥粒との結合力も強い
砥石を得るために、メタルボンド砥石の組織中に気孔を
形成して多孔質とすることが考えられた。この多孔質メ
タルボンド砥石は、例えば超砥粒と結合材金属粒子とを
混合し、熱揮発性の結合剤を用いまたは用いずに、砥石
の形状に圧縮成形し、結合材金属が粒状を保ったままそ
の粒子どうし、および結合材粒子と超砥粒との間に結合
が生じる程度の温度と圧力を加えて焼結することによっ
て製造できる。
Therefore, in order to obtain a grindstone having high grinding efficiency, high strength, and strong bonding force between the bonding material and the superabrasive grains, pores are formed in the structure of the metal bond grindstone. It was considered to be porous. This porous metal bond grindstone mixes, for example, superabrasive grains and binder metal particles and is compression molded into the shape of the grindstone with or without the use of a thermally volatile binder to keep the binder metal granular. It can be produced by sintering the particles as they are, and by applying a temperature and a pressure at which bonding between the bonding material particles and the superabrasive particles occurs.

【0009】このようにして製造された多孔質メタルボ
ンド砥石は、結合材と超砥粒との結合力が強く、しかも
結合材相が粗いので目立て性が良好であり、また研削作
業中に生じた研削屑などは気孔のポケットに捕捉されて
除去されるので目詰まりが起こり難く、砥粒の切刃が摩
耗しても、結合材相が粗いので適度に崩落して新たな切
刃が現れ、目潰れも起こり難くなることが期待された。
The porous metal-bonded grindstone manufactured in this manner has a strong binding force between the binder and the superabrasive grains, and has a rough binder phase, so that it has good sharpness and is produced during the grinding operation. Grinding debris is captured and removed by the pore pockets, so clogging is less likely to occur, and even if the cutting edge of the abrasive grains wears, the binder phase is coarse because it falls off moderately and a new cutting edge appears. , It was expected that blindness would not occur easily.

【0010】しかし、上記の多孔質メタルボンド砥石に
おいては、超砥粒と結合材との結合が強いとはいえ、気
孔率を高くして超砥粒の切刃を突出させ、砥石の切れ味
を良くしようとすると、目こぼれが多くなって消耗が激
しくなり、気孔率を下げて切刃高を低くすれば、目こぼ
れは少なくなるが、擦り減った超砥粒が脱落しないので
目詰まりや目潰れが起こり易いという問題が起こる。こ
の問題を解決するためには、気孔率を適度に維持しなが
ら、しかも目こぼれなどが起こり難いような結合力を超
砥粒と結合材との間に付与する技術が求められた。
However, in the above-mentioned porous metal-bonded grindstone, although the bonding between the superabrasive grains and the bonding material is strong, the porosity is increased so that the cutting edge of the superabrasive grains is projected to make the grindstone sharp. If you try to improve it, the amount of eye bleeding increases and the wear becomes more severe.If you lower the porosity and lower the cutting edge height, the eye spillage will decrease, but since the worn superabrasive grains do not fall off, clogging and eyes There is a problem that crushing is likely to occur. In order to solve this problem, there has been a demand for a technique for imparting a bonding force between the superabrasive grains and the bonding material while maintaining an appropriate porosity and at which spillage is unlikely to occur.

【0011】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、従ってその目的は、超砥粒と結合材相
との結合力が強く、目立て性、目こぼれ性、目詰まり
性、目潰れ性などがバランスよく改善され、微細加工用
の薄刃砥石としても使用可能な強度を有する多孔質超砥
粒砥石とその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems. Therefore, the purpose thereof is to have a strong bonding force between superabrasive grains and a binder phase, and to improve sharpening property, spilling property, clogging property, It is an object of the present invention to provide a porous superabrasive grain grindstone having a well-balanced improvement in crushing property and the like and having a strength that can be used as a thin blade grindstone for microfabrication, and a method for producing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の課題は、ダイヤモ
ンドおよび立方晶窒化ホウ素からなる群から選ばれ、平
均粒径が60μm以下である超砥粒と、加熱下にこの超
砥粒と融合して融合相を形成し得る結合材とからなり、
この結合材が連続気孔を有する多孔質体であり、この結
合材と超砥粒との界面にそれらの融合相が形成され、こ
の融合相の厚みが1.5μm以下であり、該融合相が、
超砥粒構成成分と、Ti、Ni、Fe、Si、Ta、
W、Cr、ならびにCoからなる群から選ばれた1種以
上とからなることを特徴とする多孔質超砥粒砥石を提供
することによって解決できる。上記の課題は、ダイヤモ
ンドおよび立方晶窒化ホウ素からなる群から選ばれ、平
均粒径が60μm以下である超砥粒と、加熱下にこの超
砥粒と融合して融合相を形成し得る結合材とからなり、
この結合材が連続気孔を有する多孔質体であり、この結
合材と超砥粒との界面にそれらの融合相が形成され、こ
の融合相の厚みが1.5μm以下であり、該融合相が、
CuまたはAgを含んでなることを特徴とする多孔質超
砥粒砥石を提供することによって解決できる。
[Means for Solving the Problems] The above-mentioned problems are selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride, and the superabrasive grains having an average grain size of 60 μm or less are fused with the superabrasive grains under heating. And a binder that can form a fused phase by
This binder is a porous body having continuous pores, a fused phase thereof is formed at the interface between the binder and superabrasive grains, and the thickness of the fused phase is 1.5 μm or less, and the fused phase is ,
Superabrasive grain constituents and Ti, Ni, Fe, Si, Ta,
The problem can be solved by providing a porous superabrasive grindstone characterized by comprising at least one selected from the group consisting of W, Cr, and Co. The above-mentioned problems are superabrasive grains selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride and having an average grain size of 60 μm or less, and a binder capable of being fused with the superabrasive grains under heating to form a fused phase. Consists of
This binder is a porous body having continuous pores, a fused phase thereof is formed at the interface between the binder and superabrasive grains, and the thickness of the fused phase is 1.5 μm or less, and the fused phase is ,
The problem can be solved by providing a porous superabrasive grindstone characterized by containing Cu or Ag.

【0013】ここで、「融合相」とは、超砥粒と結合材
の原子が接触界面において熱的拡散により入り交じるこ
とによって形成される、共融混合物、固溶体または化合
物からなる形成相を意味する。
The term "fused phase" as used herein means a forming phase composed of a eutectic mixture, a solid solution or a compound formed by the superabrasive grains and the atoms of the bonding material intermingling at the contact interface by thermal diffusion. To do.

【0014】上記の結合材は、Fe、Cu、Ni、C
o、Cr、Ta、W、Ti、Si、ならびにZrからな
る単体元素、およびCo、Cr、Ta、V、Nb、W、
Ti、Si、ならびにZrの炭化物、Ti、Si、A
l、Ce、Mg、FeならびにZrの酸化物、Ta、T
i、ならびにSiの窒化物、およびTa、Ti、ならび
にSiのホウ化物からなる群から選ばれた1種以上であ
ることが好ましい。
The above binders are Fe, Cu, Ni and C.
a single element consisting of o, Cr, Ta, W, Ti, Si, and Zr, and Co, Cr, Ta, V, Nb, W,
Ti, Si, and Zr carbides, Ti, Si, A
l, Ce, Mg, Fe and Zr oxides, Ta, T
It is preferably at least one selected from the group consisting of i and Si nitrides, and Ta, Ti, and Si borides.

【0015】前記の融合相の厚みは、0.05μm〜0.
5μmの範囲内であることが好ましい。また、この多孔
質超砥粒砥石の気孔率は、5%〜60%の範囲内、更に
好適には5%〜45%の範囲内であることが好ましい。
The thickness of the above-mentioned fused phase is from 0.05 μm to 0.1 μm.
It is preferably within the range of 5 μm. Further, the porosity of this porous superabrasive grain grindstone is preferably in the range of 5% to 60%, and more preferably in the range of 5% to 45%.

【0016】本発明はまた、ダイヤモンドおよび立方晶
窒化ホウ素からなる群から選ばれ、平均粒径が60μm
以下であり、Ti、Ni、Fe、Si、Ta、W、C
r、ならびにCoからなる群から選ばれた1種以上であ
ってその厚みが1.5μm以下の金属層で被覆した金属
被覆超砥粒と、加熱下に前記金属被覆超砥粒と融合して
融合相を形成し得る結合材粒子とを混合し、この粉体混
合物を成形した状態で、前記金属被覆超砥粒の金属層部
分にそれらの融合相が1.5μm以下の厚みに形成さ
れ、かつ結合材粒子どうしが焼結して気孔率が5%〜6
0%の範囲内となるように、調節された温度と圧力を加
えて焼結する工程を含むことを特徴とする多孔質超砥粒
砥石の製造方法を提供する。本発明は、ダイヤモンドお
よび立方晶窒化ホウ素からなる群から選ばれ、平均粒径
が60μm以下であり、CuまたはAgからなる厚みが
1.5μm以下の被覆層で被覆した金属被覆超砥粒と、
加熱下に前記金属被覆超砥粒と融合して融合相を形成し
得る結合材粒子とを混合し、この粉体混合物を成形した
状態で、前記金属被覆超砥粒の金属層部分にそれらの融
合相が1.5μm以下の厚みに形成され、かつ結合材粒
子どうしが焼結して気孔率が5%〜60%の範囲内とな
るように、調節された温度と圧力を加えて焼結する工程
を含むことを特徴とする多孔質超砥粒砥石の製造方法を
提供する。
The present invention is also selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride, having an average particle size of 60 μm.
Below, Ti, Ni, Fe, Si, Ta, W, C
a metal-coated superabrasive grain coated with a metal layer having a thickness of 1.5 μm or less, which is one or more selected from the group consisting of r and Co, and is fused with the metal-coated superabrasive grain under heating. The binder phase capable of forming a fusion phase is mixed, and in the state where this powder mixture is molded, the fusion phase is formed in the metal layer portion of the metal-coated superabrasive grains to a thickness of 1.5 μm or less, Moreover, the binder particles are sintered to each other and the porosity is 5% to 6
There is provided a method for producing a porous superabrasive grindstone, which comprises a step of sintering by applying a temperature and a pressure adjusted so as to be within a range of 0%. The present invention is a metal-coated superabrasive grain selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride, having an average particle size of 60 μm or less, and a coating layer of Cu or Ag having a thickness of 1.5 μm or less,
The binder particles capable of forming a fused phase by fusing with the metal-coated superabrasive grains under heating are mixed, and in a state where this powder mixture is molded, those particles are added to the metal layer portion of the metal-coated superabrasive grains. Sintering under controlled temperature and pressure so that the fusion phase is formed to a thickness of 1.5 μm or less, and the binder particles sinter and the porosity falls within the range of 5% to 60%. There is provided a method for producing a porous superabrasive grain grindstone, characterized by including the step of:

【0017】上記の結合材粒子としては、Fe、Cu、
Ni、Co、Cr、Ta、V、Nb、W、Ti、Si、
ならびにZrからなる単体元素、およびCo、Cr、T
a、W、Ti、Si、ならびにZrの炭化物、Ti、S
i、Al、Ce、Mg、FeならびにZrの酸化物、T
a、Ti、ならびにSiの窒化物、およびTa、Ti、
ならびにSiのホウ化物からなる群から選ばれた1種以
上の粒子であって、その平均粒径が、前記超砥粒の平均
粒径の5%〜50%の範囲内であるものを用いることが
好ましい。
Examples of the binder particles include Fe, Cu,
Ni, Co, Cr, Ta, V, Nb, W, Ti, Si,
And a simple element consisting of Zr, Co, Cr, and T
a, W, Ti, Si, and Zr carbides, Ti, S
Oxides of i, Al, Ce, Mg, Fe and Zr, T
a, Ti, and Si nitrides, and Ta, Ti,
And one or more kinds of particles selected from the group consisting of Si boride and having an average particle diameter within the range of 5% to 50% of the average particle diameter of the superabrasive particles. Is preferred.

【0018】前記の焼結に際して加える温度と圧力は、
超砥粒と結合材粒子との界面に、それらの融合相が0.
05μm〜0.5μmの範囲内の厚みに形成されるよう
に調節することが好ましい。また、前記の焼結に際して
加える温度と圧力は、気孔率が5%〜45%の範囲内と
なるように調節することが好ましい。
The temperature and pressure applied during the above sintering are
At the interface between the superabrasive grains and the binder particles, the fusion phase of them is 0.
It is preferable to adjust the thickness so that the thickness is in the range of 05 μm to 0.5 μm. In addition, the temperature and pressure applied during the above-mentioned sintering are preferably adjusted so that the porosity is in the range of 5% to 45%.

【0019】前記の超砥粒として、予め、Ti、Ni、
Fe、Si、Ta、W、Cr、ならびにCoからなる群
から選ばれた1種以上であってその厚みが1.5μm以
下の金属層で被覆された金属被覆超砥粒を用い、焼結に
際しては、この金属層が融合相となって超砥粒と結合材
粒子とが結合されるように、温度と圧力とを調節するこ
とが好ましい。または、前記の超砥粒として、予め、C
uまたはAgを含む前記結合材のいずれかである被覆層
で被覆されたものを用い、焼結に際しては、この被覆層
が融合相となって超砥粒と結合材粒子とが結合されるよ
うに、温度と圧力とを調節することが好ましい。
As the above-mentioned superabrasive grains, Ti, Ni,
At the time of sintering, using metal-coated super-abrasive grains coated with a metal layer of at least one selected from the group consisting of Fe, Si, Ta, W, Cr, and Co and having a thickness of 1.5 μm or less. It is preferable to adjust the temperature and pressure so that the metal layer serves as a fusion phase to bond the superabrasive grains and the binder particles. Alternatively, as the above-mentioned superabrasive grains, C
A material coated with a coating layer that is one of the above binders containing u or Ag is used, and during sintering, this coating layer serves as a fusion phase to bond the superabrasive grains and the binder particles. Moreover, it is preferable to adjust the temperature and the pressure.

【0020】前記の焼結は、放電プラズマ焼結法により
行い、焼結時の温度を600℃〜2000℃の範囲内と
し、かつ圧力を5MPa〜50MPaの範囲内とするこ
とが好ましい。または、前記の焼結をホットプレス焼結
法により行い、焼結時の温度を600℃〜2000℃の
範囲内とし、かつ圧力を5MPa〜50MPaの範囲内
とすることが好ましい。
It is preferable that the above-mentioned sintering is carried out by a discharge plasma sintering method, the temperature at the time of sintering is in the range of 600 ° C. to 2000 ° C., and the pressure is in the range of 5 MPa to 50 MPa. Alternatively, it is preferable that the sintering is performed by a hot press sintering method, the temperature at the time of sintering is in the range of 600 ° C. to 2000 ° C., and the pressure is in the range of 5 MPa to 50 MPa.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の基本形態につい
て、実施例によって図面を用いて説明する。 (基本構成例1)図1は、請求項1に対応する本発明の
多孔質超砥粒砥石(以下、「本砥石」という)の一基本
例の構成を模式的に示したものである。図1において、
符号10は本砥石の表層部の構成を示している。本砥石
10は、この実施例では平均粒径20μm〜30μm
(#660)のダイヤモンド単結晶からなる超砥粒1、
1、…が、加熱下にこの超砥粒1と融合して融合相を形
成し得る単体元素であるNiを結合材3として固定され
てなっている。この結合材3の相(結合材相)には多数
の連続気孔5が形成され、これによって、本砥石10は
気孔率が39%、すなわち5%〜60%の範囲内である
多孔質体となっている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The basic mode of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. (Basic Configuration Example 1) FIG. 1 schematically shows the configuration of one basic example of a porous superabrasive grain grinding stone (hereinafter referred to as "main grinding stone") of the present invention corresponding to claim 1. In FIG.
Reference numeral 10 indicates the configuration of the surface layer portion of the main grindstone. The present grindstone 10 has an average particle size of 20 μm to 30 μm in this embodiment.
(# 660) superabrasive grain 1 consisting of diamond single crystal,
, Are fixed as Ni as a binder 3 which is a simple element that can fuse with the superabrasive grains 1 under heating to form a fused phase. A large number of continuous pores 5 are formed in the phase of the binder 3 (binder phase), whereby the main grindstone 10 is a porous body having a porosity of 39%, that is, in the range of 5% to 60%. Has become.

【0022】本砥石10において、超砥粒1と結合材3
との接触界面には、これらのいずれか、または双方から
の原子拡散によって、融合相7が形成されている。この
融合相7の厚みtは、この実施例では約0.43μm、
すなわち1.5μm以下となっている。
In the main grindstone 10, the superabrasive grains 1 and the bonding material 3
At the contact interface with and, a fusion phase 7 is formed by atomic diffusion from either or both of them. The thickness t of the fused phase 7 is about 0.43 μm in this embodiment,
That is, it is 1.5 μm or less.

【0023】この砥石は、超砥粒1と結合材3とが、上
記のように限定された厚みの融合相7によって強固に結
合されているので、研削作業中に超砥粒1が無駄に脱落
することがない。融合相の厚みが1.5μmを越える
と、図2に示すように、融合相8が超砥粒1から剥離し
て超砥粒1と結合材3との結合力が低下することがわか
った。
In this grindstone, since the superabrasive grains 1 and the bonding material 3 are firmly bonded by the fused phase 7 having the limited thickness as described above, the superabrasive grains 1 are wasted during the grinding operation. It will never fall out. It was found that when the thickness of the fused phase exceeds 1.5 μm, the fused phase 8 is separated from the superabrasive grains 1 and the binding force between the superabrasive grains 1 and the bonding material 3 is reduced as shown in FIG. .

【0024】また、本砥石は、結合材3の相が多孔質と
されていて、表面が粗いので、電解目立てなどの煩雑な
手段を用いなくても、研削作業中に自動的に目立てが行
われる。しかも、気孔率が高いので、超砥粒1の切刃が
結合材3の表面レベルから高く突出し、切れ味がよい砥
石が得られる。
In addition, since the phase of the binder 3 is porous and the surface of the present grindstone is rough, dressing is automatically performed during grinding work without using a complicated means such as electrolytic dressing. Be seen. Moreover, since the porosity is high, the cutting edge of the superabrasive grain 1 protrudes higher than the surface level of the bonding material 3, and a sharp whetstone can be obtained.

【0025】また、本砥石10は、結合材3の相が連続
気孔の多孔質とされているので、この気孔5を通して冷
却液を循環させることができ、砥石の冷却効果を高め、
また、気孔5によって表面に形成されるポケット9は、
研削作業中に発生する研削屑などを捕捉し、系外に排除
するので目詰まりが起こり難い。
Further, in the present grindstone 10, since the phase of the binder 3 is porous with continuous pores, the cooling liquid can be circulated through the pores 5 to enhance the cooling effect of the grindstone.
The pocket 9 formed on the surface by the pores 5 is
Clogging is less likely to occur because it captures grinding debris generated during grinding work and removes it outside the system.

【0026】更に、結合材3は、気孔5の存在によって
ある程度脆くなっているので、超砥粒1の切刃が摩耗す
る程度の研削が行われた場合には、摩耗した超砥粒1
と、その周辺に融合相7を介して結合された結合材3の
一部分とが一緒に剥ぎ取られ、目潰れを防ぐとともに、
砥石の最外層が除去されることによって、内層にあった
超砥粒1が、新たに表面に現れて本砥石10の研削力を
持続することになる。
Furthermore, since the bonding material 3 becomes brittle to some extent due to the presence of the pores 5, when the grinding is performed to such an extent that the cutting edge of the superabrasive grain 1 is worn, the worn superabrasive grain 1 is removed.
And a part of the bonding material 3 which is bonded to the periphery of the bonding material 3 via the fusion phase 7 are peeled off together to prevent crushing of eyes, and
By removing the outermost layer of the grindstone, the superabrasive grains 1 in the inner layer newly appear on the surface and the grinding force of the main grindstone 10 is maintained.

【0027】基本構成例1の本砥石10は、以下の方法
で製造した。#660の人造ダイヤモンド単結晶からな
る超砥粒1と、純度99.5%以上、平均粒径5μmの
Ni粉末とを3(超砥粒):4(結合材)の容量割合で
混合し、得られた粉体混合物を、放電プラズマ焼結装置
のドーナツ型ダイに充填し、800℃、10MPa、5
分の条件で焼結し、外径92mm、内径40mm、厚み
0.3mmのドーナツ円板状の焼結体として、実施例1
の砥石10を得た。このものの気孔率は39%であっ
た。また電子顕微鏡により、融合相7の厚みを測定した
ところ、約0.1μmであった。超砥粒1と融合相7の
界面に空隙は認められなかった。
The main grindstone 10 of the basic configuration example 1 was manufactured by the following method. Superabrasive grains 1 consisting of # 660 artificial diamond single crystal and Ni powder having a purity of 99.5% or more and an average grain size of 5 μm were mixed in a volume ratio of 3 (superabrasive grains): 4 (bonding material), The obtained powder mixture was filled in a doughnut-type die of a discharge plasma sintering apparatus, and the temperature was set to 800 ° C., 10 MPa, 5 MPa.
Example 1 as a donut disk-shaped sintered body having an outer diameter of 92 mm, an inner diameter of 40 mm, and a thickness of 0.3 mm was sintered under the condition of minutes.
The grindstone 10 was obtained. The porosity of this product was 39%. Further, the thickness of the fused phase 7 was measured by an electron microscope, and it was about 0.1 μm. No void was observed at the interface between superabrasive grain 1 and fused phase 7.

【0028】基本構成例1の砥石を試料として、工具研
削盤を用い、定圧研削法で切断試験を行った。砥石のド
レッシングはGC#240スティックを用いて行った。
被研削体としてはアルチック(Al23・TiC)(曲
げ強さ588MPa、ビッカース硬さ19.1GPa)
の断面2mm×5mmのブロックを用いた。
Using the grindstone of the basic structure example 1 as a sample, a cutting test was conducted by a constant pressure grinding method using a tool grinder. Dressing of the grindstone was performed using a GC # 240 stick.
AlTiC (Al 2 O 3 · TiC) as the object to be ground (bending strength 588 MPa, Vickers hardness 19.1 GPa)
A block having a cross section of 2 mm × 5 mm was used.

【0029】比較試料として、実施例1と同様の超砥粒
と結合材とを用い、電着法で作成された外径92mm、
内径40mm、厚み0.3mmのドーナツ円板状のメタ
ルボンド砥石をELIDで目立てしたものを作製し、実
施例1の砥石試料と研削速度を比較したところ、基本構
成例1の試料は、比較試料の1.5倍の研削速度で被研
削体を切断できた。この結果は基本構成例1の砥石の研
削効率が従来のメタルボンド砥石より優れていることを
示している。
As a comparative sample, using the same superabrasive grains and binder as in Example 1, an outer diameter of 92 mm prepared by an electrodeposition method,
A donut disk-shaped metal bond grindstone having an inner diameter of 40 mm and a thickness of 0.3 mm was prepared by ELID, and the grinding speed of the grindstone sample of Example 1 was compared with that of the basic configuration example 1. It was possible to cut the object to be ground at a grinding speed 1.5 times higher than the above. This result shows that the grinding efficiency of the grindstone of the basic configuration example 1 is superior to that of the conventional metal bond grindstone.

【0030】上記基本構成例1および図1に示したよう
に本砥石は、基本的には超砥粒1と結合材3とからな
り、この結合材3の相は連続気孔の多孔質に形成され、
また結合材3と超砥粒1との界面には、それらの融合相
7が形成されているものである。
As shown in the basic configuration example 1 and FIG. 1, the present grindstone basically comprises superabrasive grains 1 and a binder 3, and the phase of the binder 3 is formed into a porous structure having continuous pores. Is
At the interface between the bonding material 3 and the superabrasive grain 1, a fusion phase 7 of them is formed.

【0031】ここに用いられる超砥粒1は、単結晶また
は多結晶のダイヤモンド、または単結晶または多結晶の
cBN(立方晶窒化ホウ素)のいずれか、またはそれら
の任意の2種以上の混合物であって、平均粒径が60μ
m以下のものである。平均粒径が60μmを越えるもの
は、例えば基板を研削代0.3mm以下で切断するよう
な細密研削やラッピングなどに用いるには、被研削面の
仕上げが粗くなって不適当である。
The super-abrasive grain 1 used here is either single crystal or polycrystal diamond, or single crystal or polycrystal cBN (cubic boron nitride), or a mixture of any two or more thereof. The average particle size is 60μ
m or less. If the average particle size exceeds 60 μm, the surface to be ground becomes rough and unsuitable for use in, for example, fine grinding such as cutting the substrate with a grinding allowance of 0.3 mm or less, or lapping.

【0032】超砥粒としては、例えばセラミクス材料な
どの被研削体を細密加工する場合には、最高硬度を有す
るダイヤモンドを用いることが好ましい。このダイヤモ
ンドは、単結晶のもののほかに多結晶のものであっても
よく、天然ダイヤモンド、人造ダイヤモンドのいずれで
もよい。また、鉄系の被研削体では、ダイヤモンドの使
用に問題があるので、この場合にはcBNを用いること
が好ましい。このcBNも、単結晶のもの、多結晶のも
のいずれでもよい。
As the super-abrasive grains, it is preferable to use diamond having the highest hardness when the object to be ground such as ceramics material is finely processed. The diamond may be a single crystal or a polycrystal, and may be a natural diamond or an artificial diamond. Further, since iron-based objects to be ground have a problem in using diamond, it is preferable to use cBN in this case. This cBN may be either single crystal or polycrystal.

【0033】上記の超砥粒1とともに用いられる結合材
3は、選択された超砥粒1との界面に加熱時に融合相が
形成されるものであればいずれでもよい。しかし、精密
研削用の本砥石の結合材3として特に好ましいものは、
Fe、Cu、Ni、Co、Cr、Ta、V、Nb、W、
Ti、Si、Zrからなる単体元素;Co、Cr、T
a、W、Ti、Si、Zrの炭化物;Ti、Si、Z
r、Al、Ce、Mg、Feの酸化物;Ta、Ti、S
iの窒化物;またはTa、Ti、Siのホウ化物のいず
れか、またはそれらの任意の2種以上の混合物である。
The binder 3 used together with the above-mentioned superabrasive grains 1 may be any as long as a fused phase is formed at the interface with the selected superabrasive grains 1 during heating. However, particularly preferable as the binding material 3 of the main grindstone for precision grinding is
Fe, Cu, Ni, Co, Cr, Ta, V, Nb, W,
Elemental element consisting of Ti, Si, Zr; Co, Cr, T
Carbides of a, W, Ti, Si, Zr; Ti, Si, Z
Oxides of r, Al, Ce, Mg, Fe; Ta, Ti, S
i nitride; or Ta, Ti, Si boride, or a mixture of any two or more thereof.

【0034】これらの結合材3は、上記の超砥粒1と接
触した状態で、例えば600℃〜2000℃の範囲に加
熱すると、その界面において原子の拡散が行われ、図1
に示したように、共融混合物、固溶体または化合物から
なる融合相7が形成される。超砥粒1と結合材3とは、
この融合相7によって強固に結合される。従って、切れ
味を良くするために深く目立てされ、超砥粒1と結合材
3との接触面積が比較的小さくなった場合にも、研削作
業中の超砥粒1の無駄な脱落が起こり難い。
When these bonding materials 3 are heated in the range of, for example, 600 ° C. to 2000 ° C. in contact with the above-mentioned superabrasive grains 1, atoms are diffused at the interface, and
As shown in Figure 1, a fused phase 7 consisting of a eutectic mixture, a solid solution or a compound is formed. The super abrasive grain 1 and the bonding material 3 are
The fusion phase 7 provides a strong bond. Therefore, even if the surface is deeply sharpened to improve sharpness and the contact area between the superabrasive grains 1 and the bonding material 3 becomes relatively small, it is unlikely that the superabrasive grains 1 will be unnecessarily removed during the grinding operation.

【0035】しかし、この融合相の厚みが過大になる
と、図2に示したように、この融合相8と超砥粒1との
間に剥離が起こることがわかった。これは、融合相の過
剰生成によって接触界面に対して、ダイヤモンドでは
C、cBNではNの移動度が高く、空乏層が形成される
ことや、水平方向にズレ応力が発生するとともに、超砥
粒本体と融合相8との熱膨張係数が異なるため、熱的変
化によって融合相8に皺が発生するなどの理由によるも
のと考えられる。この観点から、本砥石における融合相
7の厚みは1.5μm以下とされる。特に0.5μm以下
であることが好ましい。
However, it has been found that when the thickness of this fused phase becomes excessively large, separation occurs between this fused phase 8 and the superabrasive grains 1 as shown in FIG. This is because diamond has a high mobility of C and cBN has a high mobility of N with respect to the contact interface due to the excessive generation of the fusion phase, a depletion layer is formed, and a displacement stress occurs in the horizontal direction. Since the thermal expansion coefficient of the main body is different from that of the fused phase 8, it is considered that wrinkles are generated in the fused phase 8 due to thermal change. From this viewpoint, the thickness of the fused phase 7 in the present grindstone is set to 1.5 μm or less. In particular, it is preferably 0.5 μm or less.

【0036】一方、融合相7の厚みを極端に小さくする
と、図3に示すように、融合相7が超砥粒の表面に一様
な被膜として形成されず、島状に点在するようになるこ
とがわかった。この場合には、超砥粒1と結合材3との
結合が不十分なものとなる。融合相7が超砥粒1の表面
に一様に形成される最低の厚みは、超砥粒1と結合材3
の種類や平均粒径、また製造時に加える温度、圧力、時
間などによって変化するが、普通は約0.05μmであ
る。この観点から、融合相7の厚みは0.05μm以上
とすることが好ましい。
On the other hand, if the thickness of the fused phase 7 is made extremely small, the fused phase 7 is not formed as a uniform film on the surface of the superabrasive grains but is scattered like islands as shown in FIG. I found out. In this case, the bonding between the superabrasive grains 1 and the bonding material 3 becomes insufficient. The minimum thickness at which the fused phase 7 is uniformly formed on the surface of the superabrasive grain 1 is the superabrasive grain 1 and the binder 3
It is usually about 0.05 μm, though it varies depending on the type, average particle size, temperature, pressure and time applied during production. From this viewpoint, the thickness of the fused phase 7 is preferably 0.05 μm or more.

【0037】この融合相7の厚みは、超砥粒1と結合材
3との粉体混合物を焼結成形する際に加える温度と時間
を調節することによって制御可能である。この温度と時
間は、選定された超砥粒1と結合材3の種類と粒度、焼
結方法と装置、および焼結時の圧力などによって変化す
るので、実際に用いる好適温度は実験によって決定され
るべきである。一般的な選定温度範囲は、600℃〜2
000℃である。
The thickness of the fused phase 7 can be controlled by adjusting the temperature and time applied when sintering the powder mixture of the superabrasive grains 1 and the binder 3. Since this temperature and time vary depending on the type and particle size of the selected superabrasive grains 1 and the bonding material 3, the sintering method and apparatus, the pressure during sintering, etc., the suitable temperature actually used is determined by experiments. Should be. A general selection temperature range is 600 ° C to 2
It is 000 ° C.

【0038】本砥石は多孔質に形成されている。その気
孔率は、5%〜60%の範囲内、特に5%〜45%の範
囲内とされることが好ましい。気孔率が5%未満になる
と、気孔によるポケット容量が不足し、また冷却液の循
環も不十分となり、目詰まりなどが起こり易く、45
%、特に60%を越えると、結合材相の物性が低下し、
目こぼれや目潰れが起こり易くなり、また薄刃砥石を製
造したときは、折れ易くなる。
The present grindstone is made porous. The porosity is preferably in the range of 5% to 60%, particularly preferably in the range of 5% to 45%. If the porosity is less than 5%, the pocket volume due to the pores will be insufficient, and the circulation of the cooling liquid will be insufficient, so that clogging easily occurs.
%, Especially above 60%, the physical properties of the binder phase deteriorate,
Eye spilling and eye crushing are likely to occur, and when a thin blade grindstone is manufactured, it easily breaks.

【0039】多孔質の本砥石を製造するに際しては、結
合材3を粉体として超砥粒1と混合し、この粉体混合物
を型に充填し、加圧下に超砥粒1と結合材粒子(3
p)、および結合材粒子3pどうしを焼結することが好
ましい。このとき、超砥粒1と結合材粒子3pのそれぞ
れの平均粒径、混合割合、焼結圧力、焼結温度、焼結時
間などを調節することによって、気孔率を好適範囲に調
節することができる。
In manufacturing the porous main grindstone, the binder 3 is mixed as a powder with the superabrasive grains 1, the powder mixture is filled in a mold, and the superabrasive grains 1 and the binder particles are pressurized. (3
It is preferable to sinter p) and the binder particles 3p. At this time, the porosity can be adjusted to a suitable range by adjusting the average particle size, mixing ratio, sintering pressure, sintering temperature, sintering time, etc. of each of the superabrasive grains 1 and the binder particles 3p. it can.

【0040】上記の結合材粒子3pの平均粒径について
は、超砥粒1の平均粒径の5%〜50%の範囲内とする
ことが好ましい。超砥粒1に対する結合材粒子3pの粒
径比が1:1に近づくと、図4(a)に模式的に示すよ
うに、緊密充填状態においても超砥粒1と結合材粒子3
pとの接点が少なく、従って焼結時の結合力が不足して
目こぼれなどの原因となり易い。
The average particle size of the binder particles 3p is preferably in the range of 5% to 50% of the average particle size of the superabrasive grains 1. When the particle size ratio of the binding material particles 3p to the superabrasive particles 1 approaches 1: 1, the superabrasive particles 1 and the binding material particles 3 are even in the close packing state, as schematically shown in FIG. 4 (a).
Since there are few contact points with p, the binding force at the time of sintering is insufficient, and it is easy to cause spillage.

【0041】超砥粒1に対する結合材粒子3pの粒径比
が1:0.05〜0.5の範囲であれば、図4(b)に模
式的に示すように、超砥粒1と結合材粒子3pとの接点
数が十分多くなるので、焼結に際して融合相7が超砥粒
1のほぼ全表面に薄膜状に形成され、超砥粒1と結合材
3との結合力が大となり、しかも適度の気孔率が保たれ
る。
If the particle size ratio of the binder particles 3p to the superabrasive grains 1 is in the range of 1: 0.05 to 0.5, as shown in FIG. Since the number of contact points with the binder particles 3p is sufficiently large, the fused phase 7 is formed in a thin film shape on almost the entire surface of the superabrasive grains 1 during sintering, and the binding force between the superabrasive grains 1 and the binder 3 is large. And the appropriate porosity is maintained.

【0042】超砥粒1に対する結合材粒子3pの粒径比
が1:0.05より小さくなると、接点数は十分に多い
から焼結時の結合力は問題ないが、気孔率および気孔径
が小さくなって、焼結物は無気孔メタルボンド砥石と大
差がなくなる。
When the particle size ratio of the binder particles 3p to the superabrasive grains 1 is smaller than 1: 0.05, the number of contacts is sufficiently large so that the bonding force at the time of sintering is not a problem, but the porosity and the pore diameter are large. As it becomes smaller, the sintered product does not differ much from a non-porous metal bond grindstone.

【0043】超砥粒1と結合材粒子3pとを型に充填
し、圧力と温度とを加えて焼結すると、結合材粒子3p
が一部溶融し、超砥粒1と接触しているものはその表面
に濡れ広がり、融合相7を形成する。結合材粒子3pど
うしが接触している場合は、その接触表面で融合が起こ
り、図5に示すように、結合材粒子3pどうしがネック
3nで相互に連結され、非接触部分が連続気孔5を形成
する。
When the mold is filled with the superabrasive grains 1 and the binder particles 3p, and the pressure and temperature are applied to sinter the binder particles 3p.
Part of which melts and which is in contact with the superabrasive grain 1 wets and spreads on the surface thereof to form a fused phase 7. When the binder particles 3p are in contact with each other, fusion occurs on the contact surface, and as shown in FIG. 5, the binder particles 3p are connected to each other by the neck 3n, and the non-contact portion forms the continuous pores 5. Form.

【0044】焼結に際して超砥粒1と結合材粒子3pと
の混合割合は、超砥粒:結合材粒子の容量比で1:3〜
2:1とすることが好ましい。1:3より超砥粒1の割
合が少ない場合は、研削能力が不足するようになり、
2:1より超砥粒1の割合が多い場合は、超砥粒1の密
度が高すぎて焼結体の強度が低下し、目こぼれなどが起
こりやすくなる。
During sintering, the mixing ratio of the superabrasive grains 1 and the binder particles 3p is 1: 3 by volume ratio of superabrasive grains to binder particles.
It is preferably 2: 1. When the ratio of super abrasive grains 1 is less than 1: 3, the grinding ability becomes insufficient,
When the ratio of the superabrasive grains 1 is more than 2: 1, the density of the superabrasive grains 1 is too high, the strength of the sintered body is lowered, and spills and the like are likely to occur.

【0045】焼結には、従来から知られている各種の方
法が採用できる。これらの内で、放電プラズマ焼結法は
特に好ましい方法である。放電プラズマ焼結法は、例え
ば図6に示す放電プラズマ焼結装置を用いて行うことが
できる。図6において、この放電プラズマ焼結装置は、
ダイ21と、このダイ21の内部に挿入される上パンチ
22および下パンチ23と、下パンチ23を支え、後述
するパルス電流を流す際の一方の電極ともなる基台24
と、上パンチ22を下方に押圧し、パルス電流を流す他
方の電極となる基台25と、上下のパンチ22、23に
挟まれた粉体原料26の温度を測定する熱電対27とを
有している。
Various conventionally known methods can be adopted for the sintering. Of these, the spark plasma sintering method is a particularly preferable method. The spark plasma sintering method can be performed using, for example, a spark plasma sintering device shown in FIG. In FIG. 6, the spark plasma sintering apparatus is
A die 24, an upper punch 22 and a lower punch 23 which are inserted into the die 21, and a base 24 which supports the lower punch 23 and also serves as one electrode when a pulse current described later is passed.
And a base 25, which is the other electrode for pressing the upper punch 22 downwards and sends a pulse current, and a thermocouple 27 for measuring the temperature of the powder raw material 26 sandwiched between the upper and lower punches 22 and 23. is doing.

【0046】上記の基台24、基台25には別途設けた
通電装置が接続されていて、この通電装置から、プラズ
マ放電のためのパルス電流が、上下のパンチ22、23
に印加されるようになっている。この放電プラズマ焼結
装置において、少なくとも基台24と基台25とに挟ま
れた部分はチャンバ(図示せず)に収容され、このチャ
ンバ内は真空に排気され、また雰囲気ガスが導入される
ようになっている。
A separate energizing device is connected to the bases 24 and 25, and a pulse current for plasma discharge is supplied from the energizing device to the upper and lower punches 22, 23.
Is applied to. In this spark plasma sintering apparatus, at least a portion sandwiched between the base 24 and the base 25 is housed in a chamber (not shown), and the inside of the chamber is evacuated to a vacuum and atmospheric gas is introduced. It has become.

【0047】超砥粒と結合材との粉体混合物26は、所
定の砥石の形状に成形されたダイ21に充填され、チャ
ンバ内が真空にされ、または不活性雰囲気ガスで置換さ
れた後、パンチ22、23で上下から加圧圧縮され、次
いでパルス電流が印加される。この放電プラズマ焼結法
によれば、通電電流を調節することにより、原料粉末を
焼結温度に均一に素早く昇温することができ、また温度
管理も厳密に行うことができる。
The powder mixture 26 of superabrasive grains and a binder is filled in a die 21 formed into a predetermined grindstone shape, and the inside of the chamber is evacuated or replaced with an inert gas atmosphere. The punches 22 and 23 apply pressure compression from above and below, and then a pulse current is applied. According to this discharge plasma sintering method, the raw material powder can be uniformly and quickly heated to the sintering temperature by adjusting the applied current, and the temperature can be strictly controlled.

【0048】上記の放電プラズマ焼結法に用いることが
できる放電プラズマ焼結装置としては、例えば住友石炭
鉱業社製モデルSPS−2050型放電プラズマ焼結装
置を挙げることができる。放電プラズマ焼結法以外に
も、例えばホットプレス焼結法やセラミクス粉体の焼結
にしばしば用いられるHIP( Hot Isostatic Press)
法などが有利に採用できる。
Examples of the discharge plasma sintering apparatus that can be used in the above-mentioned discharge plasma sintering method include a model SPS-2050 type discharge plasma sintering apparatus manufactured by Sumitomo Coal Mining Co., Ltd. In addition to the spark plasma sintering method, for example, HIP (Hot Isostatic Press) often used for hot press sintering method and sintering of ceramic powder.
The method can be advantageously adopted.

【0049】次に、上記HIP法を用いた本砥石の基本
構成例について説明する。 (基本構成例2)#1000の人造ダイヤモンド単結晶
からなる超砥粒と、3.11重量%の炭素を含む平均粒
径5μmの鋳鉄粉とを1(超砥粒):1.28(結合
材)の容量割合で混合し、これに成形助材として2重量
%のワックスを加え、単軸プレスを用いて圧力10MP
aで1分間加圧して粉体圧縮成形物を得た。この粉体圧
縮成形物を真空中800℃で1時間処理してワックス除
去と仮焼成を行った。
Next, an example of the basic structure of the present grindstone using the HIP method will be described. (Basic configuration example 2) 1 (superabrasive grain): 1.28 (bonded) superabrasive grains made of # 1000 artificial diamond single crystal and cast iron powder containing 3.11% by weight of carbon and having an average grain size of 5 μm 2% by weight of wax as a molding aid, and the pressure is 10MP using a uniaxial press.
The powder was pressed for 1 minute with a to obtain a powder compression molded product. This powder compression-molded product was treated in vacuum at 800 ° C. for 1 hour to remove wax and pre-fire.

【0050】次に、形状整形を行った後に、1000
℃、200MPaに1時間保持する条件でHIP法によ
る焼成を行い、焼成体を得た。このものの気孔率は53
%であった。また電子顕微鏡により、融合相の厚みを測
定したところ、約1.5μmであった。そして、観察の
結果、超砥粒と融合相の界面に空隙が形成されはじめて
いた。このことから、融合相の厚みの許容上限は1.5
μmと判断された。この焼成体をカップ砥石に仕上げ、
実施例2の砥石とした。
Next, after shape shaping, 1000
Firing was performed by the HIP method under the conditions of holding at 200 ° C. and 200 MPa for 1 hour to obtain a fired body. The porosity of this product is 53
%Met. The thickness of the fused phase was measured by an electron microscope and found to be about 1.5 μm. Then, as a result of observation, voids began to be formed at the interface between the superabrasive grains and the fused phase. From this, the allowable upper limit of the thickness of the fusion phase is 1.5
It was determined to be μm. Finish this fired body into a cup grindstone,
The grindstone of Example 2 was used.

【0051】この砥石を試料として、工具研削盤を用
い、定圧研削法で切断試験を行った。ドレッシングはG
C#240の簡単なブレーキツルアを用いて行い、被研
削体としてはアルチック(Al23・TiC)の断面2
mm×5mmのブロックを用いた。
Using this grindstone as a sample, a cutting test was conducted by a constant pressure grinding method using a tool grinder. Dressing is G
This was performed using a simple brake truer of C # 240, and the object to be ground was a cross section of AlTiC (Al 2 O 3 .TiC) 2.
A block of mm × 5 mm was used.

【0052】比較試料として、基本構成例2と同様な割
合の超砥粒を含むビトリファイド砥石を作成し、実施例
2の砥石試料と研削速度を比較したところ、基本構成例
2の試料は比較試料の約3倍の研削速度が得られた。こ
の結果は実施例2の砥石が、研削効率においてビトリフ
ァイド砥石より優れていることを示している。
As a comparative sample, a vitrified grindstone containing superabrasive grains in the same ratio as in the basic constitution example 2 was prepared, and the grinding speed of the grindstone sample of the example 2 was compared with that of the basic constitution example 2. The grinding speed was about 3 times that of the above. This result shows that the grindstone of Example 2 is superior in grinding efficiency to the vitrified grindstone.

【0053】以下の表1に、各種結合材を用いた場合
の、放電プラズマ法(以下、「SPS法」と略称する)
とホットプレス法における焼結最適温度範囲と、両焼結
法に共通した最適焼結圧力範囲を示す。表1は超砥粒と
して平均粒径15μmの人造ダイヤモンドを用いた場合
である。
Table 1 below shows the discharge plasma method (hereinafter abbreviated as "SPS method") when various binders are used.
And the optimum sintering temperature range in the hot pressing method and the optimum sintering pressure range common to both sintering methods are shown. Table 1 shows the case where artificial diamond having an average particle size of 15 μm is used as the superabrasive particles.

【0054】[0054]

【表1】 [Table 1]

【0055】砥石の3要素の一つである気孔は、研削屑
の排出や冷却液の供給および切刃を結合材相から突出さ
せて切れ味を良くし、ドレッシング(目立て)性をよく
するために重要である。この観点から、本砥石の一例を
市販の無気孔鋳鉄ボンド砥石と比較した実施例を以下に
示す。
The pores, which are one of the three elements of the grindstone, are used for discharging grinding dust, supplying cooling liquid, and making the cutting edge protrude from the binder phase to improve sharpness and dressing (dressing) property. is important. From this viewpoint, an example in which an example of the present grindstone is compared with a commercially available non-porous cast iron bond grindstone will be shown below.

【0056】(基本構成例3)ダイヤモンド砥粒#10
0/#110(平均粒径180μm)と、炭素量3.5
重量%、粒径20μm以下のアトマイズ法で製造された
鋳鉄粉を体積比30(超砥粒):40(結合材)で混合
し、2重量%のワックスを加えた後、粉末成形し、真空
中1000℃、1時間の条件でワックスを除去し、窒素
雰囲気中、1120℃、200MPa、1時間の条件で
HIP法で焼結して気孔率26%の砥石(基本構成例
3)を得た。
(Basic Structure Example 3) Diamond abrasive grain # 10
0 / # 110 (average particle size 180 μm) and carbon amount 3.5
A cast iron powder having a weight percentage of 20 μm or less and manufactured by an atomizing method is mixed in a volume ratio of 30 (superabrasive grains): 40 (bonding material), and 2 wt% of wax is added, followed by powder molding and vacuum forming. The wax was removed under the conditions of medium temperature of 1000 ° C. for 1 hour and sintered by HIP method under the condition of nitrogen atmosphere of 1120 ° C., 200 MPa for 1 hour to obtain a grindstone with a porosity of 26% (basic constitution example 3). .

【0057】基本構成例3の砥石と、市販の無気孔鋳鉄
ボンド砥石(#100/#120)とについて、定圧法
で、それぞれの研削量と研削エネルギーとを測定した。
定圧研削の被研削体は、アルミナ(曲げ強さ588MP
a、ビッカース硬さ19GPa)の断面3mm×4mm
のブロックである。
The grinding amount and the grinding energy of the grindstone of the basic configuration example 3 and the commercially available non-porous cast iron bond grindstone (# 100 / # 120) were measured by the constant pressure method.
Grinding object of constant pressure grinding is alumina (bending strength 588MP
a, Vickers hardness 19 GPa) cross section 3 mm x 4 mm
Is a block.

【0058】上記被研削体を、カップ状に成形したそれ
ぞれの砥石面に0.4MPaで押しつけ、周速1100
m/分で研削し、その際の研削抵抗と除去量とを測定
し、研削量(1秒当りの研削体積)および研削エネルギ
ー(研削抵抗×周速/除去量)を算出した。結果を表2
に示す。
The above-mentioned objects to be ground were pressed against the surface of each grindstone formed into a cup shape at 0.4 MPa, and the peripheral speed was 1100.
Grinding was performed at m / min, the grinding resistance and the removal amount at that time were measured, and the grinding amount (grinding volume per second) and the grinding energy (grinding resistance × peripheral speed / removal amount) were calculated. The results are shown in Table 2.
Shown in.

【0059】[0059]

【表2】 [Table 2]

【0060】上記の結果から、気孔率がほぼ0%(5%
以下)の市販の無気孔鋳鉄ボンド砥石に比べ、実施例3
の砥石では、時間当りの研削量が6倍以上であり、しか
も研削エネルギーは約2.5分の1であり、気孔が研削
効率に大きな改善効果をもたらしていることは明かであ
る。
From the above results, the porosity is almost 0% (5%
Example 3 compared to the commercially available non-porous cast iron bond grindstone
In the whetstone of No. 3, the grinding amount per hour is 6 times or more, and the grinding energy is about 1 / 2.5, and it is clear that the pores bring about a great improvement effect on the grinding efficiency.

【0061】(基本構成例4)超砥粒1と結合材粒子3
pの種類と粒径を固定しても、焼結条件によって、得ら
れる砥石の気孔率は変化する。その一例として、#10
00(平均粒径10μm〜20μm)の人造ダイヤモン
ドを超砥粒1とし、平均粒径5μmの鋳鉄粉を結合材粒
子3pとして、放電プラズマ焼結法によって、直径20
mm、厚み0.5mmの円板状砥石を製造し、成形時の
温度、圧力と、得られた砥石の気孔率を測定した。その
結果を表3に示す。
(Basic Structure Example 4) Superabrasive grains 1 and binder particles 3
Even if the type and particle size of p are fixed, the porosity of the obtained grindstone changes depending on the sintering conditions. As an example, # 10
The artificial diamond of 00 (average particle size 10 μm to 20 μm) was used as the superabrasive grain 1, and the cast iron powder having an average particle size of 5 μm was used as the binder particles 3p.
A disc-shaped grindstone having a thickness of 0.5 mm and a thickness of 0.5 mm was manufactured, and the temperature and pressure during molding and the porosity of the obtained grindstone were measured. The results are shown in Table 3.

【0062】[0062]

【表3】 [Table 3]

【0063】表3の結果からは、一般に焼結温度が低い
ほど、また焼結圧力が低いほど、気孔率は高くなる傾向
が認められる。
From the results shown in Table 3, it is generally recognized that the lower the sintering temperature and the lower the sintering pressure, the higher the porosity.

【0064】気孔率は、過大になると砥石の物性が低下
し、砥石の消耗も激しくなる。この気孔率は製法によっ
ても変化する。以下に、放電プラズマ焼結法(SPS
法)とHIP法による気孔率の差と、この差によっても
たらされる物性と研削効率との比較を以下の実施例で示
す。
If the porosity is too large, the physical properties of the grindstone deteriorate, and the grindstone also wears out significantly. This porosity also changes depending on the manufacturing method. Below, spark plasma sintering method (SPS
Method) and the HIP method, and the comparison between the physical properties and the grinding efficiency caused by the difference are shown in the following examples.

【0065】(基本構成例5)平均粒径10μm〜20
μmの人造ダイヤモンドと、炭素含有量3.11重量
%、平均粒径5μmのアトマイズ鋳鉄粉とを容積比25
(超砥粒):32(結合材)で混合し、HIP法とSP
S法を用いてカップ形状の砥石を作製した。
(Basic configuration example 5) Average particle diameter 10 μm to 20
A volume ratio of artificial diamond of μm and atomized cast iron powder with a carbon content of 3.11% by weight and an average particle size of 5 μm is 25
(Super abrasive grain): 32 (bonding material) mixed, HIP method and SP
A cup-shaped grindstone was produced using the S method.

【0066】HIP法で作製した砥石は、表4に示すよ
うに、気孔率が53%であり、#1000程度の超砥粒
を使用すると気孔率の増加が見られる。またSPS法で
は、同様の材料を780℃および720℃、10MPa
の条件で焼結し、それぞれ気孔率が27%と36%の砥
石を得た。SPS法は加圧焼結法であるので、温度の選
択に加え、圧力の選択による気孔率の制御も可能であっ
て、気孔率の制御性に優れているといえる。同じく加圧
焼結法であるホットプレス法でも、SPS法と同様な結
果が得られる。
As shown in Table 4, the grindstone produced by the HIP method has a porosity of 53%, and when superabrasive grains of about # 1000 are used, the porosity increases. Further, in the SPS method, the same material was used at 780 ° C. and 720 ° C. and 10 MPa.
Sintering was performed under the conditions described above to obtain grindstones having porosities of 27% and 36%, respectively. Since the SPS method is a pressure sintering method, the porosity can be controlled by selecting the pressure in addition to the temperature, and it can be said that the controllability of the porosity is excellent. The hot pressing method, which is also a pressure sintering method, can provide the same results as the SPS method.

【0067】上記の各砥石試料を、市販のビトリファイ
ド砥石と比較して、定圧法により研削性能試験を行っ
た。被研削体はアルチック(Al23・TiC)の断面
2mm×5mmのブロックである。
Each of the above-mentioned grindstone samples was compared with a commercially available vitrified grindstone and a grinding performance test was conducted by a constant pressure method. The object to be ground is a block of AlTiC (Al 2 O 3 .TiC) having a cross section of 2 mm × 5 mm.

【0068】上記被研削体を、カップ状に成形したそれ
ぞれの砥石面に0.3MPaで押しつけ、周速1100
m/分で研削し、その際の研削抵抗と除去量とを測定
し、研削速度(1秒間当りの研削長さ)および研削エネ
ルギー(研削抵抗×周速/除去量)を算出した。結果を
比較例として用いた市販のビトリファイド砥石の試験結
果とともに表4に示す。
The object to be ground was pressed at a pressure of 0.3 MPa against the surface of each grindstone formed into a cup shape, and the peripheral speed was 1100.
Grinding was performed at m / min, the grinding resistance and the removal amount at that time were measured, and the grinding speed (grinding length per second) and the grinding energy (grinding resistance × peripheral speed / removal amount) were calculated. The results are shown in Table 4 together with the test results of the commercially available vitrified grindstone used as a comparative example.

【0069】[0069]

【表4】 [Table 4]

【0070】上記の結果から、気孔率が27%〜36%
であるSPS法の砥石では、市販の、この研削条件で研
削性能がよいとされ多用されるビトリファイド砥石に比
べて、十分に良好な研削性能が得られたことがわかる。
HIP法で製造した気孔率53%の砥石は、ヤング率が
低く、研削圧力を1MPaにすると研削継続時間360
秒で砥石に急激な摩耗が発生した。この観点から、気孔
率が高い砥石は、研削圧力が低い用途では十分に有効に
使用できるが、研削圧力が1MPaを越えるような用途
では、気孔率が45%以下であることが好ましいことが
わかる。
From the above results, the porosity is 27% to 36%.
It can be seen that the SPS method grindstone has sufficiently good grinding performance as compared with the commercially available vitrified grindstone which is often used under these grinding conditions and is often used.
The grindstone with a porosity of 53% produced by the HIP method has a low Young's modulus, and when the grinding pressure is 1 MPa, the grinding duration time is 360
Abrupt wear occurred on the grindstone in seconds. From this viewpoint, a grindstone having a high porosity can be effectively used in applications where the grinding pressure is low, but it is preferable that the porosity is 45% or less in applications where the grinding pressure exceeds 1 MPa. .

【0071】次に、本発明に係わる本願の砥石について
説明する。本発明に係る砥石は、融合相7が、超砥粒1
とTi、Ni、Fe、Si、Ta、W、Cr、ならびに
Coからなる群から選ばれた1種以上とからなる多孔質
超砥粒砥石を提供している。
Next, the grindstone of the present invention according to the present invention will be described. In the grindstone according to the present invention, the fused phase 7 is the superabrasive grain 1
And a porous superabrasive grindstone composed of at least one selected from the group consisting of Ti, Ni, Fe, Si, Ta, W, Cr, and Co.

【0072】前記のように、多孔質砥石の場合には、一
般に超砥粒と結合材との結合強度の保持が特に重要であ
り、先に説明した本砥石10においては、その界面に形
成される融合相7の厚みを調節することによって超砥粒
1と融合相7との間の空隙の生成を防ぎ、良好な結合強
度を得ている。この際、結合材3として例えばある種の
単体元素や、酸化物、窒化物、ホウ化物などを用いる
と、場合によって、超砥粒1と融合相7との間に空隙が
発生し、接合力が低下することがある。
As described above, in the case of the porous grindstone, it is generally important to maintain the bonding strength between the superabrasive grains and the binder, and in the main grindstone 10 described above, it is formed at the interface. By adjusting the thickness of the fused phase 7 to be formed, the formation of voids between the superabrasive grains 1 and the fused phase 7 is prevented, and good bond strength is obtained. At this time, if, for example, a certain elemental element, oxide, nitride, boride, or the like is used as the binder 3, a void is generated between the superabrasive grain 1 and the fused phase 7 depending on the case, and the bonding force is increased. May decrease.

【0073】この理由は、一つには焼結の条件において
上記の結合材3の超砥粒1に対する濡れ性が不十分で、
図3に示すように、融合相7が島状にしか形成されない
ため接合力が不十分となること、また、これらの結合材
3と超砥粒1とは一般に、硬度が高い融合相7を形成
し、この融合相7が超砥粒1と熱膨張係数が異なるた
め、熱変化によってその界面に亀裂が生じやすいことな
どによると考えられる。
One of the reasons for this is that the wettability of the above-mentioned binding material 3 with respect to the superabrasive grains 1 is insufficient under the sintering conditions.
As shown in FIG. 3, since the fused phase 7 is formed only in an island shape, the bonding force becomes insufficient. Further, the bonding material 3 and the superabrasive grains 1 generally form the fused phase 7 having high hardness. It is considered that the fused phase 7 formed and the thermal expansion coefficient of the superabrasive grain 1 are different from each other, so that cracks easily occur at the interface due to thermal change.

【0074】Ti、Ni、Fe、Si、Ta、W、C
r、ならびにCoは、超砥粒1との濡れ性が良好であ
り、かつ、特にNi、Fe、CrおよびCoは、超砥粒
1と比較的軟質の融合相7を形成する素材である。そし
てこの融合相7自体は、上記の結合材3との親和性も高
いので、この融合相7が介在することによって超砥粒1
と結合材3とが広い面積で強固に結合し、しかも熱変化
を受けても剥離が起こらないようになる。この場合も融
合相7の厚みは、1.5μm以下に調整される。
Ti, Ni, Fe, Si, Ta, W, C
r and Co have good wettability with the superabrasive grain 1, and Ni, Fe, Cr, and Co are materials that form the fused phase 7 that is relatively soft with the superabrasive grain 1. Since the fused phase 7 itself has a high affinity with the above-mentioned binder 3, the superabrasive grains 1 can be formed by interposing the fused phase 7.
The bonding material 3 and the bonding material 3 are firmly bonded to each other over a wide area, and peeling does not occur even when subjected to heat change. Also in this case, the thickness of the fusion phase 7 is adjusted to be 1.5 μm or less.

【0075】本発明に係る本砥石は、図7に示すよう
に、予めTi、Ni、Fe、Si、Ta、W、Cr、ま
たはCoからなる金属層6を超砥粒1の表面に厚みが
1.5μm以下となるように被覆し、これら金属で被覆
された金属被覆超砥粒1mを、結合材粒子3pと混合
し、この混合物を成形して、好適な温度と圧力下に焼結
することによって製造することができる。金属層6を超
砥粒1の表面に被覆する方法は、従来公知のメッキ技
術、真空蒸着、スパッタリングなど、いずれを用いても
よい。
As shown in FIG. 7, the present grindstone according to the present invention has a metal layer 6 made of Ti, Ni, Fe, Si, Ta, W, Cr, or Co on the surface of the superabrasive grains 1 in advance. 1 m of metal-coated superabrasive grains coated with these metals and coated to 1.5 μm or less are mixed with binder particles 3p, and the mixture is molded and sintered at a suitable temperature and pressure. It can be manufactured by As a method of coating the surface of the superabrasive grain 1 with the metal layer 6, any of conventionally known plating techniques, vacuum deposition, sputtering, and the like may be used.

【0076】(実施例)金属層6としてNiをダイヤモ
ンド砥粒の表面に被覆した金属被覆超砥粒1mと、Ni
粉の結合材粒子3pとを用いて実施例6の本砥石を製造
した。#1000の人工ダイヤモンド単結晶からなる超
砥粒1にNiを43重量%コーティングした金属被覆超
砥粒1mと、平均粒径5μmのNi粉末とを、25(超
砥粒):32(結合材)の容量割合で混合し、得られた
粉体混合物を放電プラズマ焼結装置のドーナツ型ダイに
充填し、10MPa〜20MPaに圧縮してパルス電流
を印加し、680℃〜780℃で焼結した。
(Example) 1 m of metal-coated superabrasive grains in which Ni was coated on the surface of diamond abrasive grains as the metal layer 6, and Ni
The main grindstone of Example 6 was manufactured using powder binder particles 3p. Superabrasive grain 1 consisting of # 1000 artificial diamond single crystal was coated with 1 m of metal-coated superabrasive grain coated with 43% by weight of Ni, and Ni powder having an average grain size of 5 μm, 25 (superabrasive grain): 32 (bonding material ), And the obtained powder mixture was filled in a doughnut-type die of a discharge plasma sintering apparatus, compressed to 10 MPa to 20 MPa, applied with a pulse current, and sintered at 680 ° C to 780 ° C. .

【0077】上記の方法により得られた本砥石は、外径
92mm、内径40mm、厚み0.45mmのドーナツ
状円板であり、気孔率は27%であった。この砥石の先
端部約10mmを、GC#240スティックを用いて厚
み0.25mmにドレッシングし、アルチック(Al2
3/TiC)の断面5mm×2mmの試片を被研削体と
して定圧研削法により研削試験を行った。
The main grindstone obtained by the above method was a donut-shaped disc having an outer diameter of 92 mm, an inner diameter of 40 mm and a thickness of 0.45 mm, and the porosity was 27%. Approximately 10 mm of the tip of this grindstone was dressed to a thickness of 0.25 mm using a GC # 240 stick, and the AlTiC (Al 2 O
A grinding test was performed by a constant pressure grinding method using a test piece of 3 / TiC) having a cross section of 5 mm × 2 mm as an object to be ground.

【0078】試験の結果、この砥石は、上記の被研削体
を、研削圧力0.5MPaにおいて研削速度0.2mm3
/秒で研削することができた。これは実施例6の砥石が
厚み0.25mmにおいても十分に実用的な強度を有し
ていて、幅0.3mm以下の研削代で厚み2mm以上の
高硬度の被研削体を高速切断できたことを示している。
As a result of the test, this grindstone was used to grind the above-mentioned object to be ground at a grinding pressure of 0.5 MPa and a grinding speed of 0.2 mm 3.
It was possible to grind in 1 / second. This means that the grindstone of Example 6 has a sufficiently practical strength even at a thickness of 0.25 mm, and a high-hardness workpiece having a thickness of 2 mm or more can be cut at high speed with a grinding allowance of 0.3 mm or less in width. It is shown that.

【0079】次にNi被覆の#1000人工ダイヤモン
ド単結晶を超砥粒1mとして用い、結合材3として粒径
5μmのNi粒子を用いた場合のSPS法における焼結
温度、焼結圧力と、得られた砥石の気孔率の関係を表5
に、また、Ni被覆の#1000人工ダイヤモンド単結
晶を超砥粒1mとして用い、結合材3として粒径5μm
の鋳鉄粒子を用いた場合のSPS法における焼結温度、
焼結圧力と、得られた砥石の気孔率の関係を表6に示
す。
Next, a # 1000 artificial diamond single crystal coated with Ni was used as the superabrasive grain 1 m, and Ni particles with a particle size of 5 μm were used as the binder 3, and the sintering temperature and pressure in the SPS method were obtained. Table 5 shows the relationship of porosity of the grindstones
In addition, the Ni-coated # 1000 artificial diamond single crystal was used as the superabrasive grain 1 m, and the grain size was 5 μm as the binder 3.
Sintering temperature in the SPS method when using the cast iron particles of
Table 6 shows the relationship between the sintering pressure and the porosity of the obtained grindstone.

【0080】[0080]

【表5】 [Table 5]

【0081】[0081]

【表6】 [Table 6]

【0082】次に、本発明に係わる本砥石について説明
する。本発明において、融合相7が、CuまたはAgを
含んでなる多孔質超砥粒砥石を提供している。超砥粒1
と結合材3との界面における融合相7の厚みは、焼結温
度、圧力、及び焼結時間に依存して変化する。前記のよ
うに本砥石においては、その厚みは1.5μm以下に制
御されなければならない。しかし、一方において、焼結
温度、圧力、及び焼結時間は、結合材粒子3pどうしの
結合力にも影響する。すなわち、本砥石の物理的な強度
を、例えば薄刃砥石として使用できる程度に強化するた
めには、結合材粒子3pどうしの結合を強化する観点か
ら、焼結温度、圧力、及び焼結時間の条件を選定する必
要も生じる。
Next, the main grindstone according to the present invention will be described. In the present invention, fused phase 7 provides a porous superabrasive grindstone comprising Cu or Ag. Super abrasive grain 1
The thickness of the fused phase 7 at the interface between the binder 3 and the binder 3 changes depending on the sintering temperature, the pressure, and the sintering time. As described above, the thickness of the main grindstone must be controlled to be 1.5 μm or less. However, on the other hand, the sintering temperature, the pressure, and the sintering time also affect the binding force between the binder particles 3p. That is, in order to strengthen the physical strength of the present grindstone to the extent that it can be used as, for example, a thin blade grindstone, from the viewpoint of strengthening the bonding between the binder particles 3p, the conditions of sintering temperature, pressure, and sintering time are used. It will also be necessary to select

【0083】その条件において、融合相7の厚みが1.
5μmを越える場合には、融合相7の生成を抑制する手
段が必要になる。CuおよびAgは、融合相7の成長を
抑える効果があり、適宜これを添加することで、融合相
の厚みを制御することができる。従ってこれらの金属が
超砥粒1と結合材3との間に介在すると、結合材粒子3
pどうしが強固に結合する焼結条件でも、融合相7が過
大に成長することがない。
Under the conditions, the thickness of the fusion phase 7 is 1.
If it exceeds 5 μm, a means for suppressing the formation of the fused phase 7 is required. Cu and Ag have an effect of suppressing the growth of the fusion phase 7, and the thickness of the fusion phase can be controlled by adding them appropriately. Therefore, when these metals are present between the superabrasive grains 1 and the binder 3, the binder particles 3
The fused phase 7 does not grow excessively even under sintering conditions in which the p's are firmly bonded.

【0084】CuおよびAgはいずれも軟らかい金属で
あるので、この層の厚みが厚いと砥石としての必要な硬
さを維持できない場合がある。このため、CuまたはA
gを含む融合相7の厚みは、超砥粒1の粒径の20%以
下とすることが好ましい。また、例えば融合相7がCu
とFeを含む場合は、硬い被膜を形成することも可能で
あるが、この場合も、熱的変化による剥離が起こりやす
くなるので、やはり融合相7の厚みは、超砥粒1の粒径
の20%以下とすることが好ましい。
Since Cu and Ag are both soft metals, if the thickness of this layer is large, the hardness required as a grindstone may not be maintained in some cases. Therefore, Cu or A
The thickness of the fused phase 7 containing g is preferably 20% or less of the particle diameter of the superabrasive grain 1. Further, for example, the fusion phase 7 is Cu
When Fe and Fe are included, it is possible to form a hard coating film, but also in this case, peeling due to thermal change is likely to occur. Therefore, the thickness of the fused phase 7 is also equal to the grain size of the superabrasive grain 1. It is preferably 20% or less.

【0085】融合相7がCuまたはAgを含む本砥石
は、例えば予めCuまたはAgを含む結合材成分を超砥
粒1の表面に厚みが1.5μm以下となるように被覆
し、被覆された超砥粒を、結合材粒子と混合し、この混
合物を成形して、好適な温度と圧力下に焼結することに
よって製造することができる。CuまたはAgを含む結
合材成分を超砥粒1の表面に被覆する方法は、従来公知
のメッキ技術、真空蒸着、スパッタリングなど、いずれ
を用いてもよい。
The present whetstone in which the fused phase 7 contains Cu or Ag is coated, for example, by coating the surface of the superabrasive grain 1 with a binder component containing Cu or Ag in advance to a thickness of 1.5 μm or less. It can be produced by mixing superabrasive grains with binder particles, shaping the mixture and sintering at a suitable temperature and pressure. As a method for coating the surface of the superabrasive grain 1 with the binder component containing Cu or Ag, any of conventionally known plating techniques, vacuum deposition, sputtering, and the like may be used.

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明の多孔質超砥粒砥石は、ダイヤモ
ンドおよび立方晶窒化ホウ素からなる群から選ばれ、平
均粒径が60μm以下である超砥粒と、加熱下にこの超
砥粒と融合して融合相を形成し得る結合材とからなり、
この結合材が連続気孔を有する多孔質体であり、この結
合材と超砥粒との界面にそれらの融合相が形成され、こ
の融合相の厚みが1.5μm以下であり、該融合相が、
超砥粒構成成分と、Ti、Ni、Fe、Si、Ta、
W、Cr、ならびにCoからなる群から選ばれた1種以
上とからなるので、多孔質体でありながら超砥粒と結合
材との結合力が強く、目立て性に優れ、目こぼれや目詰
まり、目潰れが起こり難く、研削効率が高く、しかも例
えば厚みが0.3mm以下の薄刃砥石としても使用でき
る物理的強度が得られる。
The porous superabrasive grindstone of the present invention is selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride and has an average particle size of 60 μm or less. And a binder capable of fusing to form a fused phase,
This binder is a porous body having continuous pores, a fused phase thereof is formed at the interface between the binder and superabrasive grains, and the thickness of the fused phase is 1.5 μm or less, and the fused phase is ,
Superabrasive grain constituents and Ti, Ni, Fe, Si, Ta,
Since it is made of one or more selected from the group consisting of W, Cr, and Co, it is a porous body, but the binding force between the superabrasive grains and the bonding material is strong, and it has excellent sharpness, and spills and clogging. Further, it is possible to obtain a physical strength that is less likely to cause crushing, has high grinding efficiency, and can be used as a thin blade grindstone having a thickness of 0.3 mm or less.

【0087】融合相が、超砥粒の構成成分とNi、F
e、Cr、またはCoとから形成されてなるものであれ
ば、この融合相は比較的軟質であるために超砥粒との間
に亀裂を生じることなく、超砥粒と結合材との結合を更
に強化することができる。
The fused phase is composed of the constituents of the superabrasive grains and Ni and F.
If it is formed of e, Cr, or Co, the fusion phase is relatively soft, and therefore the superabrasive grains are bonded to the bonding material without causing cracks between them. Can be further strengthened.

【0088】融合相が、CuまたはAgを含んでなるも
のであれば、CuまたはAgは超砥粒との親和性が低い
ので、焼結条件によって融合相の厚みが過大となって亀
裂の原因となることを防ぐ。
If the fused phase contains Cu or Ag, since Cu or Ag has a low affinity for the superabrasive grains, the thickness of the fused phase becomes excessive depending on the sintering conditions and causes the crack. To prevent

【0089】本発明の製造方法によれば、多孔質体であ
りながら、超砥粒と結合材との結合力が強く、目立て性
に優れ、目こぼれや目詰まり、目潰れが起こり難く、研
削効率が高く、しかも例えば厚みが0.3mm以下の薄
刃砥石としても使用できる物理的強度を有する超砥粒砥
石が得られる。
According to the manufacturing method of the present invention, although it is a porous body, the binding force between the superabrasive grains and the bonding material is strong, the sharpening property is excellent, and spilling, clogging, and crushing hardly occur, and grinding is performed. A superabrasive grindstone having high efficiency and physical strength that can be used as a thin blade grind having a thickness of 0.3 mm or less can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の多孔質超砥粒砥石の一基本構成例に
おける、表層部分の断面模式図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a surface layer portion in a basic configuration example of a porous superabrasive grain grindstone of the present invention.

【図2】 融合相の厚みが過大となった砥石の例を示す
断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a grindstone in which a fused phase has an excessively large thickness.

【図3】 融合相の形成が不十分な砥石の例を示す断面
模式図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of a grindstone in which formation of a fused phase is insufficient.

【図4】 (a)および(b)は、それぞれ超砥粒と結
合材粒子との粒径の相互関係を示す断面模式図である。
4A and 4B are schematic cross-sectional views showing the mutual relationship of the particle diameters of superabrasive particles and binder particles, respectively.

【図5】 結合材粒子どうしの焼結状態を示す断面模式
図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a sintered state of binder particles.

【図6】 放電プラズマ焼結装置の一例を示す断面図で
ある。
FIG. 6 is a sectional view showing an example of a discharge plasma sintering apparatus.

【図7】 金属被覆超砥粒を用いた多孔質超砥粒砥石の
製造方法の一部を示す断面模式図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a part of a method for manufacturing a porous superabrasive grain grindstone using metal-coated superabrasive grains.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……超砥粒 3……結合材 5……連続気孔 7……融合相 9……ポケット 10……多孔質超砥粒砥石の表層部 t……融合相の厚み 1 ... Super abrasive grain 3 ... Binder 5 ... Continuous pores 7: Fusion phase 9 ... Pocket 10 ... Surface layer of porous superabrasive grindstone t: thickness of fusion phase

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石崎 幸三 新潟県長岡市長峰町513番地193 Fターム(参考) 3C063 AA02 AB05 BB02 BB07 BC02 BC09 BG10 CC02 CC19    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kozo Ishizaki             193, Nagaminecho, Nagaoka 193, Niigata Prefecture F term (reference) 3C063 AA02 AB05 BB02 BB07 BC02                       BC09 BG10 CC02 CC19

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素か
らなる群から選ばれ、平均粒径が60μm以下である超
砥粒と、加熱下にこの超砥粒と融合して融合相を形成し
得る結合材とからなり、この結合材が連続気孔を有する
多孔質体であり、この結合材と超砥粒との界面にそれら
の融合相が形成され、この融合相の厚みが1.5μm以
下であり、該融合相が、超砥粒構成成分と、Ti、N
i、Fe、Si、Ta、W、Cr、ならびにCoからな
る群から選ばれた1種以上とからなることを特徴とする
多孔質超砥粒砥石。
1. Superabrasive grains selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride and having an average grain size of 60 μm or less, and a binder capable of fusing with the superabrasive grains under heating to form a fused phase. The binder is a porous body having continuous pores, a fused phase thereof is formed at the interface between the binder and superabrasive grains, and the thickness of the fused phase is 1.5 μm or less, The fused phase is composed of superabrasive grain constituents, Ti, and N.
A porous superabrasive grindstone, which comprises at least one selected from the group consisting of i, Fe, Si, Ta, W, Cr, and Co.
【請求項2】 ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素か
らなる群から選ばれ、平均粒径が60μm以下である超
砥粒と、加熱下にこの超砥粒と融合して融合相を形成し
得る結合材とからなり、この結合材が連続気孔を有する
多孔質体であり、この結合材と超砥粒との界面にそれら
の融合相が形成され、この融合相の厚みが1.5μm以
下であり、該融合相が、CuまたはAgを含んでなるこ
とを特徴とする多孔質超砥粒砥石。
2. Superabrasive grains selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride and having an average grain size of 60 μm or less, and a binder capable of fusing with the superabrasive grains under heating to form a fused phase. The binder is a porous body having continuous pores, a fused phase thereof is formed at the interface between the binder and superabrasive grains, and the thickness of the fused phase is 1.5 μm or less, A porous superabrasive grindstone in which the fused phase contains Cu or Ag.
【請求項3】 前記融合相が前記超砥粒と前記結合材の
原子が接触界面において熱的拡散によって入り交じるこ
とにより形成される、共融混合物、固溶体、化合物から
なることを特徴とする請求項1または2に記載の多孔質
超砥粒砥石。
3. The fusion phase comprises a eutectic mixture, a solid solution, and a compound formed by the superabrasive grains and the atoms of the bonding material intermingling at the contact interface by thermal diffusion. Item 3. A porous superabrasive grindstone according to Item 1 or 2.
【請求項4】 上記結合材が、Fe、Cu、Ni、C
o、Cr、Ta、V、Nb、W、Ti、Si、ならびに
Zrからなる単体元素、およびCo、Cr、Ta、W、
Ti、Si、ならびにZrの炭化物、Ti、Si、A
l、Ce、Mg、FeならびにZrの酸化物、Ta、T
i、ならびにSiの窒化物、およびTa、Ti、ならび
にSiのホウ化物からなる群から選ばれた1種以上であ
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の多
孔質超砥粒砥石。
4. The binder is Fe, Cu, Ni, C.
a single element consisting of o, Cr, Ta, V, Nb, W, Ti, Si, and Zr, and Co, Cr, Ta, W,
Ti, Si, and Zr carbides, Ti, Si, A
l, Ce, Mg, Fe and Zr oxides, Ta, T
i, and Si nitride, and at least one selected from the group consisting of Ta, Ti, and Si boride. Grain whetstone.
【請求項5】 前記融合相の厚みが、0.05μm〜0.
5μmの範囲内であることを特徴とする請求項1〜4の
いずれかに記載の多孔質超砥粒砥石。
5. The thickness of the fused phase is from 0.05 μm to 0.1 μm.
It is in the range of 5 μm, The porous superabrasive grindstone according to any one of claims 1 to 4, wherein
【請求項6】 気孔率が5%〜60%の範囲内であるこ
とを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の多孔質
超砥粒砥石。
6. The porous superabrasive grindstone according to claim 1, wherein the porosity is in the range of 5% to 60%.
【請求項7】 気孔率が5%〜45%の範囲内であるこ
とを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の多孔質
超砥粒砥石。
7. The porous superabrasive grindstone according to claim 1, wherein the porosity is in the range of 5% to 45%.
【請求項8】 前記超砥粒に対する結合材粒子の粒径比
が1:0.05〜1:0.5の範囲であることを特徴とす
る請求項1〜7のいずれかに記載の多孔質超砥粒砥石。
8. The porosity according to claim 1, wherein the particle size ratio of the binder particles to the superabrasive particles is in the range of 1: 0.05 to 1: 0.5. Quality superabrasive whetstone.
【請求項9】 ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素か
らなる群から選ばれ、平均粒径が60μm以下であり、
Ti、Ni、Fe、Si、Ta、W、Cr、ならびにC
oからなる群から選ばれた1種以上であってその厚みが
1.5μm以下の金属層で被覆した金属被覆超砥粒と、
加熱下に前記金属被覆超砥粒と融合して融合相を形成し
得る結合材粒子とを混合し、この粉体混合物を成形した
状態で、前記金属被覆超砥粒の金属層部分にそれらの融
合相が1.5μm以下の厚みに形成され、かつ結合材粒
子どうしが焼結して気孔率が5%〜60%の範囲内とな
るように、調節された温度と圧力を加えて焼結する工程
を含むことを特徴とする多孔質超砥粒砥石の製造方法。
9. An average particle size of 60 μm or less selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride.
Ti, Ni, Fe, Si, Ta, W, Cr, and C
a metal-coated superabrasive grain coated with a metal layer having a thickness of 1.5 μm or less, which is one or more selected from the group consisting of
The binder particles capable of forming a fused phase by fusing with the metal-coated superabrasive grains under heating are mixed, and in a state where this powder mixture is molded, those particles are added to the metal layer portion of the metal-coated superabrasive grains. Sintering is performed by adjusting temperature and pressure so that the fusion phase is formed to a thickness of 1.5 μm or less, and the binder particles sinter and the porosity falls within the range of 5% to 60%. A method of manufacturing a porous superabrasive grain grindstone, which comprises the step of:
【請求項10】 ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素
からなる群から選ばれ、平均粒径が60μm以下であ
り、CuまたはAgからなる厚みが1.5μm以下の被
覆層で被覆した金属被覆超砥粒と、加熱下に前記金属被
覆超砥粒と融合して融合相を形成し得る結合材粒子とを
混合し、この粉体混合物を成形した状態で、前記金属被
覆超砥粒の金属層部分にそれらの融合相が1.5μm以
下の厚みに形成され、かつ結合材粒子どうしが焼結して
気孔率が5%〜60%の範囲内となるように、調節され
た温度と圧力を加えて焼結する工程を含むことを特徴と
する多孔質超砥粒砥石の製造方法。
10. Metal-coated superabrasive grains selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride, having an average particle size of 60 μm or less and being coated with a coating layer of Cu or Ag having a thickness of 1.5 μm or less. , Mixing binder particles capable of forming a fused phase by fusing with the metal-coated superabrasive grains under heating, and forming a powder mixture of them in the metal layer portion of the metal-coated superabrasive grains. The fused phase of is formed to a thickness of 1.5 μm or less, and the binder particles are sintered so that the porosity is within the range of 5% to 60%. A method for manufacturing a porous superabrasive grain grindstone including a step of binding.
【請求項11】 上記結合材粒子として、Fe、Cu、
Ni、Co、Cr、Ta、V、Nb、W、Ti、Si、
ならびにZrからなる単体元素、およびCo、Cr、T
a、W、Ti、Si、ならびにZrの炭化物、Ti、S
i、Al、Ce、Mg、FeならびにZrの酸化物、T
a、Ti、ならびにSiの窒化物、およびTa、Ti、
ならびにSiのホウ化物からなる群から選ばれた1種以
上の粒子であって、その平均粒径が、前記超砥粒の平均
粒径の5%〜50%の範囲内であるものを用いることを
特徴とする請求項9または10に記載の多孔質超砥粒砥
石の製造方法。
11. The binder particles include Fe, Cu,
Ni, Co, Cr, Ta, V, Nb, W, Ti, Si,
And a simple element consisting of Zr, Co, Cr, and T
a, W, Ti, Si, and Zr carbides, Ti, S
Oxides of i, Al, Ce, Mg, Fe and Zr, T
a, Ti, and Si nitrides, and Ta, Ti,
And one or more kinds of particles selected from the group consisting of Si boride and having an average particle diameter within the range of 5% to 50% of the average particle diameter of the superabrasive particles. The method for manufacturing a porous superabrasive grindstone according to claim 9 or 10.
【請求項12】 前記超砥粒と結合材粒子との界面に、
それらの融合相が0.05μm〜0.5μmの範囲内の厚
みに形成されるように、調節された温度と圧力を加えて
焼結する工程を含むことを特徴とする請求項9〜11の
いずれかに記載の多孔質超砥粒砥石の製造方法。
12. The interface between the superabrasive grains and the binder particles,
12. The method according to claim 9, further comprising the step of sintering at a controlled temperature and pressure so that the fused phase is formed to a thickness in the range of 0.05 μm to 0.5 μm. A method for producing a porous superabrasive grindstone according to any one of claims.
【請求項13】 気孔率が5%〜45%の範囲内となる
ように、調節された温度と圧力を加えて焼結する工程を
含むことを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載
の多孔質超砥粒砥石の製造方法。
13. The method according to claim 9, further comprising the step of sintering by applying a temperature and a pressure adjusted so that the porosity is in the range of 5% to 45%. A method for producing the porous superabrasive grindstone described.
【請求項14】 前記の焼結を放電プラズマ焼結法によ
り行い、焼結時の温度を600℃〜2000℃の範囲内
とし、かつ圧力を5MPa〜50MPaの範囲内とする
ことを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の多
孔質超砥粒砥石の製造方法。
14. The sintering is performed by a discharge plasma sintering method, and the temperature at the time of sintering is in the range of 600 ° C. to 2000 ° C. and the pressure is in the range of 5 MPa to 50 MPa. A method for manufacturing a porous superabrasive grindstone according to any one of claims 9 to 13.
【請求項15】 前記の焼結をホットプレス焼結法によ
り行い、焼結時の温度を600℃〜2000℃の範囲内
とし、かつ圧力を5MPa〜50MPaの範囲内とする
ことを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の多
孔質超砥粒砥石の製造方法。
15. The sintering is performed by a hot press sintering method, and the temperature at the time of sintering is in the range of 600 ° C. to 2000 ° C. and the pressure is in the range of 5 MPa to 50 MPa. A method for manufacturing a porous superabrasive grindstone according to any one of claims 9 to 13.
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