JP2008132565A - 超砥粒工具 - Google Patents

Abstract

【課題】超砥粒がメタルボンドで結合された超砥粒チップを台金にロー付け接合した超砥粒工具で、ビスマスや錫など融点が低い金属が含まれるメタルボンドの超砥粒チップであっても台金との接合強度を安定して向上させることができる超砥粒工具を提供する。
【解決手段】メタルボンド４ａに融点が６００℃以下の金属を含む超砥粒チップ４の台金２と接合する面には金属被覆５を設ける。金属被覆は、銅またはニッケルを使うのが好ましく、メッキまたは溶射で形成するのが好ましい。また金属被覆は、超砥粒チップの全面に設けることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、石材、コンクリート、アスファルト、その他各種材料の切断や研磨加工を行うための超砥粒工具に関するものであり、特にメタルボンドの超砥粒チップと台金との接合力を安定して向上させた超砥粒工具に関する。

石材、コンクリートあるいはアスファルトなどを加工する代表的な工具の例として、切断砥石がある。切断砥石は円板状の台金の周囲に超砥粒層を設けたものであり、超砥粒層は台金の外周に連続して形成されたもの（図示せず）や、図１のような断続的にセグメント状の超砥粒チップが設けられたものがある。図１に示す切断砥石を例にすると、円板状の台金２の周囲にダイヤモンド砥粒や立方晶窒化硼素砥粒などの超砥粒をメタルボンドからなる結合材で結合したセグメント状の超砥粒チップ４が設けられており、この超砥粒チップ４はロー付けなどにより台金２に接合されている。

切断砥石の具体例として、特許文献１に記載のものがある。この切断砥石は、台金の外周にメタルボンドからなる切刃（本願の超砥粒チップに相当）を設けたものであり、切れ味を落とすことなく長寿命化を図るために切刃の側面に切刃のマトリックスよりも硬さが高い高質金属被膜を形成している。この切断砥石の切刃周辺の断面を図４に示す。切刃４のマトリックスであるメタルボンド４ａは主に青銅系、鉄系、コバルト系などが使用され、メタルボンド４ａの硬さはビッカース硬さＨｖ１５０〜４００程度のものであるのに対し、高質金属被膜７は高質クロムメッキ、ニッケル・リン合金メッキ、ニッケル・ホウ素合金メッキ、ニッケル・ホウ素・タングステン合金メッキ、ニッケル・リン・炭化珪素複合メッキなどＨｖ４００〜１５００の硬い被膜を形成することが記載されている。

また、メタルボンドの切断砥石の別の例として、特許文献２に記載の切断砥石がある。この切断砥石の超砥粒チップ周辺の断面を図５に示す。この切断砥石１も円板状の台金２の外周にメタルボンドの超砥粒チップ４をロー付けしたものであり、超砥粒チップ４と台金２との接合強度を向上させるために、超砥粒チップ４の台金２との接合部に銅などの金属薄板層８を設けて、金属薄板層８を台金２の外周部にロー付けしたものである。超砥粒チップ４に金属薄板層８を設けるにあたっては、型内で超砥粒４ｂを含む金属粉末を金属薄板８上に充填し焼結することで得られ、この方法により金属粉末と金属薄板８とが焼付き、強固な接着強度を有する一体化された超砥粒チップ４が得られる。そして、この超砥粒チップ４と台金２との接合においては、金属薄板８と台金２の外周をロー付けすることで接着強度の優れた切断砥石にすることができるとされている。

特開平６−７９６３５号公報（段落番号００１５、図８） 特開昭６３−２２２７４号公報

ところで、超砥粒チップを形成するメタルボンドは、それを構成する成分により切れ味や寿命などの性能に大きく影響する。メタルボンドの一般的な組成として、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｃｕ−ＳｎやＣｏ−Ｃｕ−Ｓｎを主成分とするものがあるが、切れ味を向上させるための一つの方法としてＢｉを添加するのが有効である。これは、Ｂｉを添加するとメタルボンドを焼結する際にＣｏの粒成長が妨げられ切れ味が向上するためである。

しかしながら、Ｂｉのように融点が低い金属が含まれるチップをロー付けした場合、ロー付け時に加熱することによりＢｉがＢｉ単体やＳｎ−ＢｉやＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉの液相となってロー材の中に溶出するため、ロー材の強度を著しく低下させ、チップと台金との接合強度を低下させるという問題が生じやすい。この問題は、加熱時間や温度を細かく制御することで改善させることはできるが、接合強度を安定させるのは容易ではない。

特許文献２に記載の切断砥石のように超砥粒チップの台金との接合部に金属薄板層を設ければ、メタルボンドに融点が低い金属が含まれロー付け時にロー材の中に溶出しようとしてもある程度は防止することができると思われる。しかしながら、金属薄板層を設けて焼結した時点で金属薄板層の周囲には融点の低い金属が溶出している恐れがあり、この状態でロー付けを行えばすでに溶出している金属がロー材に混ざって強度を低下させる恐れがある。

本発明は、このような問題を解決するものであり、融点が低い金属が含まれるメタルボンドのチップであっても台金との接合強度を安定して向上させることができる超砥粒工具を提案するものである。

本発明の超砥粒工具の第１の特徴は、超砥粒がメタルボンドで結合された超砥粒チップを台金にロー付け接合した超砥粒工具であって、
前記メタルボンドには、融点が６００℃以下の金属を含み、
前記超砥粒チップの少なくとも前記台金と接合する面には、金属被覆を有することである。

メタルボンドに融点が低い金属が含まれロー付けの際に加熱されても、超砥粒チップの台金と接合する面に金属被覆を有しているので、融点の低い金属がロー材へ溶出することが防止され、ロー材の強度低下が防止されて超砥粒チップと台金との接合強度を安定して向上させることができる。

第２の特徴は、前記融点が６００℃以下の金属は、ビスマス、錫、または亜鉛のいずれかであることである。

ビスマス、錫、または亜鉛のいずれかを含むメタルボンドとすることで、切れ味の優れた超砥粒工具とすることができる。

第３の特徴は、前記金属被覆は、メッキまたは溶射で形成されたものであることである。

金属被覆をメッキまたは溶射で行えば容易に形成することができる。

第４の特徴は、前記金属被覆は、銅またはニッケルであることである。

金属被覆を銅またはニッケルにすることで、被覆が容易にできる上、金属被覆とメタルボンドとは強固に接着されるので、金属被覆が超砥粒チップから剥がれることもなく、超砥粒チップと台金との接合強度を高くすることができる。

第５の特徴は、前記金属被覆は、前記超砥粒チップの全面に設けられていることである。

金属被覆は、少なくとも超砥粒チップの台金と接合する面に設けられていれば、融点の低い金属がロー材へ溶出することは防止できるが、加熱時間が長くなったり加熱温度が高くなった場合に、超砥粒チップの側面などから融点の低い金属が溶出して流れ出しロー材に混ざる恐れがあるが、超砥粒チップの全面に設けることでこの恐れもなくなり、より完全にロー材への溶出を防止することが可能になる。

本発明の超砥粒工具によれば、ビスマスなどの融点の低い金属を含むメタルボンドとして切れ味の優れたものとしながら、超砥粒チップと台金との接合強度も安定して向上させることができる。

本発明の超砥粒工具として、切断砥石を例にあげて説明する。図１は切断砥石の一部を示す正面図であり、図２は本発明の切断砥石の超砥粒チップ周辺の断面を表した模式図である。

切断砥石１は、円板状で厚みの薄い台金２の外周に超砥粒チップ４がロー付けにより接合されている。超砥粒チップ４は、メタルボンド４ａを構成する金属粉末とダイヤモンド砥粒４ｂとが混合され、成形・焼結されたものである。メタルボンド４ａの成分として、コバルト、銅、錫、ビスマスなどが使われ、切味を向上させるために融点が６００℃以下であるビスマスあるいは錫などが含まれている。この超砥粒チップ４の台金との接合を行う面には、銅メッキやニッケルメッキなどの金属メッキ、あるいは銅やニッケルなどが溶射された金属被覆層５が形成されている。この金属被覆層５は、超砥粒チップ４が焼結されたあとに形成されるため、その表面にはメタルボンドに含まれる成分が溶出することは起こらない。そして、超砥粒チップ４は台金２にロー付けされているため、金属被覆層５と台金２との間にロー材層６が形成されている。

なお、上記の例では超砥粒チップ４の台金との接合を行う面のみに金属被覆層５を形成した例をあげたが、図３に示すように超砥粒チップ４の側面に形成してもよく、あるいは超砥粒チップ４の全面に形成しても良い。

本発明の切断砥石として、図２および図３に示す構造のものを製作し、従来の切断砥石として、図６に示す構造のものを製作して、比較試験を行った。

本発明１の切断砥石１として、メタルボンド４ａの組成がＣｏ−Ｃｕ−Ｓｎ−Ｂｉのものを使い、このメタルボンド４ａをダイヤモンド砥粒４ｂと混合した上、成形・焼結を行った。そして、焼結後に全面に銅メッキ５を行い超砥粒チップ４とした。最後に、この超砥粒チップ４を試験用の台金２にロー付けした。

本発明２の切断砥石として、超砥粒チップ４の台金２との接合面のみに金属被覆層５を形成したものを製作した（図２に示す構造のもの）。金属被覆層５は、ニッケルを溶射することで形成した。その他の点については、本発明１と同様とした。

従来の切断砥石として、超砥粒チップ４には金属被覆層５を設けないものを製作した（図６に示す構造のもの）。その他の点については、本発明１および２と同様とした。

以上の３種類の切断砥石を使い、超砥粒チップ４の台金２への接合強度を測定した。測定の方法は、台金２を固定しておき、超砥粒チップ４の部分にトルクレンチを使って曲げモーメントを与えることにより超砥粒チップ４が台金２から外れるかどうかを見る方法で行った。

試験の結果、曲げモーメントが９．８Ｎ・ｍの時には、本発明１および２の切断砥石は超砥粒チップが１つも外れなかったのに対し、従来の切断砥石は２５ヶ中４ヶの超砥粒チップが外れた。また、曲げモーメントが１４．７Ｎ・ｍの時には、本発明１は２５ヶ中１ヶ、本発明２は２５ヶ中２ヶの超砥粒チップが外れたのに対し、従来のものは２５ヶ中１８ヶの超砥粒チップが外れ、本発明の切断砥石は超砥粒チップの接合力が大幅に安定して高くなっていることが分かった。

本発明の超砥粒工具は、実施例で示した切断砥石の他、研削砥石や穴明け加工用工具などメタルボンドの超砥粒チップを台金にロー付けした各種工具に利用することができる。

本発明の切断砥石の例の一部を示す正面図である。 本発明の切断砥石の超砥粒チップ周辺の例を示す断面図である。 本発明の切断砥石の超砥粒チップ周辺の別の例を示す断面図である。 従来の切断砥石の超砥粒チップ周辺の例を示す断面図である。 従来の切断砥石の超砥粒チップ周辺の別の例を示す断面図である。 従来の切断砥石の超砥粒チップ周辺の別の例を示す断面図である。

符号の説明

１ 切断砥石
２ 台金
３ 取付孔
４ 超砥粒チップ
４ａ メタルボンド
４ｂ 超砥粒
５ 金属被覆層
６ ロー材層
７ 高質金属被覆層
８ 金属薄板層

Claims (5)

1. 超砥粒がメタルボンドで結合された超砥粒チップを台金にロー付け接合した超砥粒工具であって、
   前記メタルボンドには、融点が６００℃以下の金属を含み、
   前記超砥粒チップの少なくとも前記台金と接合する面には、金属被覆を有する超砥粒工具。
2. 前記融点が６００℃以下の金属は、ビスマス、錫、または亜鉛のいずれかである請求項１に記載の超砥粒工具。
3. 前記金属被覆は、メッキまたは溶射で形成されたものである請求項１または２に記載の超砥粒工具。
4. 前記金属被覆は、銅またはニッケルである請求項３に記載の超砥粒工具。
5. 前記金属被覆は、前記超砥粒チップの全面に設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の超砥粒工具。

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