JP2007245251A - 研削工具及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】研削工具の研磨粉末の脱粒と不均一性を改善することで、研削精度の高度化を図り研削工具の寿命を長くする。
【解決手段】ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末にバインダーとして有機けい素化合物を添加混合したものを成形して成形体を得る工程と、成形体を加熱処理してプリフォームを得る工程と、プリフォームを金型内に設置して溶融アルミニウム合金を加圧浸透させる工程と、を含む金属−セラミックス複合材料からなる研削層５がアルミニウム合金基体６と一体化された研削工具の製造方法。
【選択図】 図２
【解決手段】ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末にバインダーとして有機けい素化合物を添加混合したものを成形して成形体を得る工程と、成形体を加熱処理してプリフォームを得る工程と、プリフォームを金型内に設置して溶融アルミニウム合金を加圧浸透させる工程と、を含む金属−セラミックス複合材料からなる研削層５がアルミニウム合金基体６と一体化された研削工具の製造方法。
【選択図】 図２
Description
本発明は、金属、石材などを研削するホイール形状やカップ形状をした研削工具及びその製造方法に関するもので、特に、アルミニウム合金マトリックス中にダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が複合された金属−セラミックス複合材料からなる研削層がアルミニウム合金基体と一体化された研削工具及びその製造方法に関するものである。
一般に従来の研削工具は、アルミニウム合金基体の上に、ダイヤモンドやＳｉＣの研磨粉末をゴム質やプラスチック質などのバインダーを利用して貼り付けているもの、或いは、研磨粉末を金属粉末と共に混合して、焼結粉末成形体を作りこの成形体をアルミニウム合金よりなる基体の部分に有機接着材を用いて貼り付けていた。
しかしながら、前記従来方法のアルミニウム合金基体の上に研磨粉末を有機物で貼り付けているものは、研磨粉末層が比較的薄肉であって、工具としての寿命が短いことなど経済性に問題があるばかりでなく、接着層の剪断強度も、アルミニウム合金一体物のようには大きくはない。そのため、しばしば重研削などの場合研磨粉末層の剥離などが起こるという問題があった。
こうした課題に対して、研磨粉末を金型に堆積させアルミニウム合金を鋳造凝固して一体成形した研削工具が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平８-２９４８６８号公報
こうした課題に対して、研磨粉末を金型に堆積させアルミニウム合金を鋳造凝固して一体成形した研削工具が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、上述した研削工具においても研磨粉末同士の結合はなく、マトリックスであるアルミニウム系材料の摩耗と共に研磨粉末が脱粒しやすく、工具寿命の点で十分とは言えなかった。また、工具の研削層の場所による研磨粉末密度が不均一であり、場合によっては研磨粉末の少ない箇所が発生していた。
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究した結果、金属−セラミックス複合材料からなる研削層を作成するに際して、研磨粉末同士を予めバインダーで結合したものをプリフォームとなした後に、アルミニウム合金と複合化させることで、研磨粉末の脱粒と不均一性が改善できることを見出して本発明を完成した。
すなわち、本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、課題を解決するための手段として以下の（１）、（２）を提供する。
（１）アルミニウム合金マトリックス中にダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が複合された金属−セラミックス複合材料からなる研削層がアルミニウム合金基体と一体化された研削工具であって、前記ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が前記研削層中に実質的に均一に分散していることを特徴とする研削工具。
（２）ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末にバインダーとして有機けい素化合物を添加混合したものを成形して成形体を得る工程と、前記成形体を加熱処理してプリフォームを得る工程と、前記プリフォームを金型内に設置して溶融アルミニウム合金を加圧浸透させる工程と、を含むことを特徴とする（１）に記載の研削工具の製造方法。
（２）ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末にバインダーとして有機けい素化合物を添加混合したものを成形して成形体を得る工程と、前記成形体を加熱処理してプリフォームを得る工程と、前記プリフォームを金型内に設置して溶融アルミニウム合金を加圧浸透させる工程と、を含むことを特徴とする（１）に記載の研削工具の製造方法。
本発明によれば、金属−セラミックス複合材料からなる研削層を作成するに際して、研磨粉末同士を予めバインダーで結合したものをプリフォームとなした後に、アルミニウム合金と複合化させることで、研磨粉末の脱粒と不均一性が改善できる。
したがって、研削精度の高度化が図られ、研削工具の寿命を長くできるという効果がある。
したがって、研削精度の高度化が図られ、研削工具の寿命を長くできるという効果がある。
以下、本発明について、更に詳しく説明する。
本発明では、アルミニウム合金マトリックス中にダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が複合された金属−セラミックス複合材料からなる研削層がアルミニウム合金基体と一体化された研削工具であって、前記ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が前記研削層中に実質的に均一に分散していることを特徴とする研削工具を提案している。
本発明では、アルミニウム合金マトリックス中にダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が複合された金属−セラミックス複合材料からなる研削層がアルミニウム合金基体と一体化された研削工具であって、前記ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が前記研削層中に実質的に均一に分散していることを特徴とする研削工具を提案している。
ここで、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末を強化材とする金属−セラミックス複合材料を研削層として用いる理由は、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が高硬度で研磨粉末として好適であり、かつ、これをアルミニウム合金と複合化させた研削層はアルミニウム合金基体と一体化することができるからである。
また、後述する製造方法によれば、本発明の研削工具はダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末を研削層中に実質的に均一に分散することができる。ここで、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が実質的に均一に分散しているとは、研削層中の場所による研磨粉末（本発明では、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末）の分散密度が均一である状態を言う。本発明によれば、従来例のように、研削層の場所によっては研磨粉末の少ない箇所が発生するようなことはない。
また、後述する製造方法によれば、本発明の研削工具はダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末を研削層中に実質的に均一に分散することができる。ここで、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が実質的に均一に分散しているとは、研削層中の場所による研磨粉末（本発明では、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末）の分散密度が均一である状態を言う。本発明によれば、従来例のように、研削層の場所によっては研磨粉末の少ない箇所が発生するようなことはない。
ここで、アルミニウム合金としては、公知のＡｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金等を用いることができる。
また、研磨粉末としてのダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末は、種々の形状と粒度のものが目的に応じて用いられる。
また、研磨粉末としてのダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末は、種々の形状と粒度のものが目的に応じて用いられる。
次に、複合材料中の研磨粉末としてのダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末の含有率は、４０〜８０体積％であることが好ましい。その理由は、研磨粉末の含有率が、４０体積％より小さいと研削層中の研磨粉末が少ないため研削効率が低下するなどの問題があるからである。
また、研磨粉末の含有率が８０体積％より大きいと、プリフォームの作製が困難となり複合材料の作成ができないからである。
また、研磨粉末の含有率が８０体積％より大きいと、プリフォームの作製が困難となり複合材料の作成ができないからである。
ここで、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末を強化材とする金属−セラミックス複合材料を研削層の厚みとしては、例えば、０．５〜１０ｍｍものが、用途に応じて適宜に用いられる。
次に、本発明では、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末にバインダーとして有機けい素化合物を添加混合したものを成形して成形体を得る工程と、前記成形体を加熱処理してプリフォームを得る工程と、前記プリフォームを金型内に設置して溶融アルミニウム合金を加圧浸透させる工程と、を含むことを特徴とする前記の研削工具の製造方法を提案している。
ここで、本発明の実施の形態を説明するため概略断面図である図１と本発明に係る研削工具の模式的な断面図である図２を用いて本発明の研削工具の製造方法について具体的に説明する。
先ずダイヤモンド粉末あるいはＳｉＣ粉末と、金属マトリックスとしてのアルミニウム合金を用意する。次に、用意したダイヤモンド粉末あるいはＳｉＣ粉末で４０〜８０体積％の充填率を有するプリフォームを形成する。プリフォームの形成方法としては、ダイヤモンド粉末あるいはＳｉＣ粉末に有機けい素バインダーを添加混合したものをプレスして成形体を得た後、あるいはプレスしながら加熱し、形成する方法が挙げられる。ここで、成形体を加熱処理する温度としては１００〜３００℃の温度が好適に用いられる。
先ずダイヤモンド粉末あるいはＳｉＣ粉末と、金属マトリックスとしてのアルミニウム合金を用意する。次に、用意したダイヤモンド粉末あるいはＳｉＣ粉末で４０〜８０体積％の充填率を有するプリフォームを形成する。プリフォームの形成方法としては、ダイヤモンド粉末あるいはＳｉＣ粉末に有機けい素バインダーを添加混合したものをプレスして成形体を得た後、あるいはプレスしながら加熱し、形成する方法が挙げられる。ここで、成形体を加熱処理する温度としては１００〜３００℃の温度が好適に用いられる。
また、本発明においてバインダーとして用いる有機けい素化合物としては、ポリカルボシラン、ポリシラザン等が挙げられるが、加熱により保形性を持たせることが出来ればよく、これら以外のものも本発明に含まれる。
次いで、図１に示すように、得られたプリフォーム１を溶湯加圧装置内の金型２内に設置する。次に、予め用意しておいた７５０〜９００℃の溶融アルミニウム合金を溶湯加圧装置内に入れ加圧浸透法を実行する。すなわち、１０MPa〜１００MPaの圧力でプレス機によって加圧棒４を加圧しながら、溶融アルミニウム合金３をプリフォーム１に浸透させ複合化させて複合材料（研削層となる部分である。）を作成している。
その後、余分なアルミニウム合金の部分を加工により除去することにより、図２に示すように、アルミニウム合金マトリックス中にダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が複合された金属−セラミックス複合材料からなる研削層５がアルミニウム合金基体６と一体化された研削工具を得る。
その後、余分なアルミニウム合金の部分を加工により除去することにより、図２に示すように、アルミニウム合金マトリックス中にダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が複合された金属−セラミックス複合材料からなる研削層５がアルミニウム合金基体６と一体化された研削工具を得る。
このように、本発明では、研磨粉末（本発明では、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末）にバインダーを添加混合したものをプレス成形しているため粉末の分布が均一となる作用がある。かつ、この均一性は、成形体の加熱処理によるプリフーム化および溶融アルミニウム合金を加圧浸透させて複合材料化させる過程においても、その均一性は損なわれることはない。
したがって、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が研削層中に実質的に均一に分散した研削工具が得られるため、重研削の場合でも研磨粉末が脱落しにくくなるという効果がある。
したがって、ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が研削層中に実質的に均一に分散した研削工具が得られるため、重研削の場合でも研磨粉末が脱落しにくくなるという効果がある。
以下、本発明のダイヤモンド粉末を研磨粉末として用いた実施例と比較例を具体的に挙げ、本発明をより詳細に説明する。（なお、ＳｉＣ粉末を研磨粉末として用いた実施例も、同様に本発明の効果が得られた。）
（実施例）
（１）研削工具の作製
市販のダイヤモンド粉末（ニラコ社製、平均粒径２０μｍ）１００重量部に、バインダーとして有機けい素(三洋化成社製)を５重量部添加し、これを金型に入れプレスした後１５０℃で加熱して直径５０mm×厚さ１mmで５０体積％の充填率を有するプリフォームを形成した。
得られたプリフォームをＮ2中、７００℃で予熱し、に加圧浸透法により７５０℃で加熱した溶融アルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＣ８Ａ）を浸透、複合化させ、冷却して、アルミニウム合金マトリックス中にダイヤモンド粉末が複合された金属−セラミックス複合材料からなる厚さ１mmの研削層がアルミニウム合金基体（直径５０mm×高さ２０mm）と一体化された研削工具を作製した。
（実施例）
（１）研削工具の作製
市販のダイヤモンド粉末（ニラコ社製、平均粒径２０μｍ）１００重量部に、バインダーとして有機けい素(三洋化成社製)を５重量部添加し、これを金型に入れプレスした後１５０℃で加熱して直径５０mm×厚さ１mmで５０体積％の充填率を有するプリフォームを形成した。
得られたプリフォームをＮ2中、７００℃で予熱し、に加圧浸透法により７５０℃で加熱した溶融アルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＣ８Ａ）を浸透、複合化させ、冷却して、アルミニウム合金マトリックス中にダイヤモンド粉末が複合された金属−セラミックス複合材料からなる厚さ１mmの研削層がアルミニウム合金基体（直径５０mm×高さ２０mm）と一体化された研削工具を作製した。
（２）評価
得られた研削工具を研削装置に装着し、鉄材を断面１００mm×１００mmで深さ３mm研削したところ、研削層のダイヤモンド粉末の脱粒は認められなかった。また、深さ方向で±０．５mmの高精度で研削することができた。
得られた研削工具を研削装置に装着し、鉄材を断面１００mm×１００mmで深さ３mm研削したところ、研削層のダイヤモンド粉末の脱粒は認められなかった。また、深さ方向で±０．５mmの高精度で研削することができた。
（比較例）
比較のために比較例では、バインダーとして有機けい素を用いた成形体は用いずに、ダイヤモンド粉末を直接金型に充填して、その上から溶融アルミニウム合金を浸透させて複合化させた以外は実施例と同様な方法及び手段で研削工具を作製した。
得られた研削工具で、実施例と同様の研削評価を行ったところ、研削後の工具の研削層にはダイヤモンド粉末の脱粒が認められた。また、深さ方向において±０．５mmの研削精度を維持して研削することはできなかった。
比較のために比較例では、バインダーとして有機けい素を用いた成形体は用いずに、ダイヤモンド粉末を直接金型に充填して、その上から溶融アルミニウム合金を浸透させて複合化させた以外は実施例と同様な方法及び手段で研削工具を作製した。
得られた研削工具で、実施例と同様の研削評価を行ったところ、研削後の工具の研削層にはダイヤモンド粉末の脱粒が認められた。また、深さ方向において±０．５mmの研削精度を維持して研削することはできなかった。
１；プリフォーム
２；金型
３；溶融アルミニウム合金
４；加圧棒
５；研削層
６；アルミニウム合金基体
２；金型
３；溶融アルミニウム合金
４；加圧棒
５；研削層
６；アルミニウム合金基体
Claims (2)
- アルミニウム合金マトリックス中にダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が複合された金属−セラミックス複合材料からなる研削層がアルミニウム合金基体と一体化された研削工具であって、前記ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末が前記研削層中に実質的に均一に分散していることを特徴とする研削工具。
- ダイヤモンド粉末またはＳｉＣ粉末にバインダーとして有機けい素化合物を添加混合したものを成形して成形体を得る工程と、前記成形体を加熱処理してプリフォームを得る工程と、前記プリフォームを金型内に設置して溶融アルミニウム合金を加圧浸透させる工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の研削工具の製造方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2006068489A JP2007245251A (ja) | 2006-03-14 | 2006-03-14 | 研削工具及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2006068489A JP2007245251A (ja) | 2006-03-14 | 2006-03-14 | 研削工具及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP2007245251A true JP2007245251A (ja) | 2007-09-27 |
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ID=38590072
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009060195A1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-14 | Element Six Limited | Composite material |
| EP3110895A4 (en) * | 2014-02-28 | 2018-04-25 | Melior Innovations Inc. | Polysilocarb materials, methods and uses |
| WO2018125722A1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Process of forming an abrasive article |
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| JPH08294868A (ja) * | 1995-04-26 | 1996-11-12 | Ee M Technol:Kk | 研削・研磨用工具およびその製造方法 |
-
2006
- 2006-03-14 JP JP2006068489A patent/JP2007245251A/ja active Pending
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