JP2008272860A - Single layer diamond wheel and its use - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として携帯用グラインダー等に取付けるダイヤモンドホイールであって、火花の発生を可及的に抑えたものに関する。 The present invention relates to a diamond wheel that is mainly attached to a portable grinder or the like and suppresses the generation of sparks as much as possible.
一例として、原子力発電所の定期点検等において、配管や支持構造物,架台補修等の作業では、切断作業や研削或いは切削作業が多く行われる。ところがこのような発電所建屋内では、防火対策を万全に行う必要があり、そのために作業エリアを不燃シートで覆い、そのエリアから火花が出ないようにして切削作業或いは研削作業を行っていた。これは、鋼材の切削等に主にレジノイド研削砥石が使用され、バリ取り作業や荒削作業,配管の開先或いは切断作業を行うとき、火花が激しく発生するからである。 As an example, in periodic inspections of nuclear power plants, cutting, grinding, or cutting operations are often performed in operations such as piping, support structures, and gantry repairs. However, in such a power plant building, it is necessary to take thorough fire prevention measures. For this purpose, the work area is covered with a non-combustible sheet, and cutting or grinding work is performed so that no sparks are emitted from the area. This is because resinoid grinding wheels are mainly used for cutting steel materials, and sparks are violently generated when deburring, roughing, pipe beveling or cutting.
この作業の際に、砥粒およびその結合材が徐々に脱落し、新たな砥粒が現れることによって切削等が継続される。そのため、砥粒と結合材と切粉が粒塵として発生し、作業環境を悪化すると共に、切断粉は針状に放出され、作業者の手袋に刺さり易い。そのため、十分な保護具と注意が必要であった。
建屋の作業エリアにおいて、可及的に火花を少なくすると共に、切削および研削作業に伴い砥粒の脱落や結合材の脱落を防止して作業環境を良好とすることが望まれていた。
そこで本発明は、係る問題点を解決することを課題とする。
In the work area of the building, it has been desired to reduce the sparks as much as possible and to prevent the abrasive grains from dropping and the binder from falling off during the cutting and grinding work, thereby improving the working environment.
Then, this invention makes it a subject to solve the problem which concerns.
請求項1に記載の本発明は、平面円形の基板の表面に多数のダイヤモンド粒が単層に分散配置されてろう付け固定された単層ダイヤモンドホイールにおいて、
そのダイヤモンド粒がNiろう材により基板にろう付け固定され、次いでそのダイヤモンド粒の表面およびろう材表面に細粒な球状のガラスビーズがブラスト装置により噴射されて、ダイヤモンド粒表面のろう材が取り除かれると共に、ろう材表面がなめらかな平滑に形成されてなることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールである。
The present invention according to
The diamond particles are brazed and fixed to the substrate with Ni brazing material, and then fine spherical glass beads are sprayed on the surface of the diamond particles and the brazing material surface by a blasting device to remove the brazing material on the surface of the diamond particles. In addition, a single-layer diamond wheel is characterized in that the surface of the brazing material is formed smoothly and smoothly.
請求項2に記載の本発明は、請求項1において、
前記ガラスビーズの粒度が#80〜140であるものが用いられ、基板の両面にそのガラスビーズが噴射されて、その噴射に伴う一方側の歪みを他方側より取り除いたことを特徴とする単層ダイヤモンドホイールである。
The present invention according to
The glass beads having a particle size of # 80 to 140 are used, the glass beads are jetted on both sides of the substrate, and distortion on one side due to the jetting is removed from the other side. Diamond wheel.
請求項3に記載の本発明は、請求項1または請求項2において、
前記ガラスビーズが噴射された後に、イオンプレーティングにより表面全体がTiAlN膜で蒸着被覆されてなる単層ダイヤモンドホイールである。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect,
After the glass beads are sprayed, the entire surface is vapor-deposited with a TiAlN film by ion plating.
請求項4に記載の本発明は、請求項1〜請求項3のいずれかにおいて、
前記基板の外周端面の断面が全幅にわたり凸弧状に滑らかに湾曲されてなる単層ダイヤモンドホイールである。
A fourth aspect of the present invention provides the method according to any one of the first to third aspects,
It is a single-layer diamond wheel in which the cross section of the outer peripheral end surface of the substrate is smoothly curved in a convex arc shape over the entire width.
請求項5に記載の本発明は、
請求項1〜請求項4のいずれかに記載の単層ダイヤモンドホイールを、火気を嫌う環境の場所で、または火気を嫌う対象に対して、金属の研削加工または切削加工に用いることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法である。
The present invention according to
The single-layer diamond wheel according to any one of
請求項6に記載の本発明は、請求項5において、
火気を嫌う環境の場所が発電所建屋内であることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法である。
The present invention described in
This is a method of using a single-layer diamond wheel, characterized in that the place where the environment that dislikes fire is inside the power plant building.
請求項7に記載の本発明は、請求項5において、
火気を嫌う対象として、油配管の切断に用いることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法である。
なお、本発明における単層ダイヤモンドホイールの「単層」とは、基板上に1層のみのダイヤモンド粒が存在することをいう。
The present invention described in
It is a method of using a single-layer diamond wheel characterized by being used for cutting oil pipes as a subject that dislikes fire.
The “single layer” of the single-layer diamond wheel in the present invention means that only one layer of diamond grains exists on the substrate.
本発明の単層ダイヤモンドホイールは、ダイヤモンド粒2がNiろう材3によりろう付け固定された後に、ダイヤモンド粒2の表面およびろう材3の表面に微細な球状のガラスビーズがブラスト装置により噴射されて、ダイヤモンド粒2の表面のろう材が取り除かれると共に、ろう材3表面が平滑に形成されたものであるから、研削等の際、研削屑がろう材3の表面から円滑に排除され、目詰まりの生じにくい寿命の長いダイヤモンドホイールとなり得る。即ち、ろう材3の表面が滑らかで平滑に形成されているため、そこに研削屑が付着することがない。これは、ブラスト装置により噴射されるガラスビーズが球状に形成されているため、ろう材表面が極めて滑らかに形成されるからである。
さらには、ダイヤモンド粒2はNiろう材3によって基板1にろう付け固定されたものであり、Niの溶融温度が極めて高いため、研削時の発熱によってもダイヤモンド粒2が脱落することがなく、作業環境を良好に保つと共に、ダイヤモンドホイールの寿命を著しく伸ばすことができる。
また、ダイヤモンド粒2の表面のろう材が取り除かれているため、ダイヤモンド粒2による切れ味が鋭く、研削効率の良いホイールを提供できる。
In the single-layer diamond wheel of the present invention, after the
Further, the
Further, since the brazing material on the surface of the
上記構成において、ガラスビーズの粒度を#80〜140とし、基板1の両面にそれを噴射して、その噴射に伴う一方側の歪みを他方側より取り除くことができる。この場合には、基板1に歪みのない精度のよいダイヤモンドホイールを提供できる。
また、ガラスビーズの粒度を上記範囲に限定することにより、平滑度が高く且つ、基板1に歪みを残すことのない研削力の高いダイヤモンドホイールとなり得る。即ち、上記の粒度の下限を下回ると衝突エネルギーが小さく、ろう材表面が平滑とならないと共に、上限を超えると衝撃エネルギーが大き過ぎて基板表面に歪みを残してそれを取り除くことができないものとなる。
In the above configuration, the particle size of the glass beads is set to # 80 to 140, and the glass beads are jetted onto both surfaces of the
Further, by limiting the particle size of the glass beads to the above range, a diamond wheel having high smoothness and high grinding force that does not leave any distortion in the
上記構成において、ガラスビーズの噴射後にイオンプレーティングにより表面全体をTiAlN膜で蒸着被覆することができる。この蒸着被膜によって、それがない場合に比べ2倍程度の寿命が延びることが判った。これは、その被膜によって研削屑の排除がさらに効果的に行われるからである。即ち、ろう材表面がさらに滑らかになり、そこに研削屑が付着することを効果的に防止できる。
さらにこの蒸着被膜が断熱層を構成し、研削時に発生する熱を基板1に伝え難くし、基板1を比較的低温に保って、ダイヤモンド粒2の脱落を防止することができる。即ち、被膜はろう材3の溶融を防ぎ得る。
In the above configuration, the entire surface can be vapor-deposited with a TiAlN film by ion plating after the glass beads are jetted. It has been found that this deposited film extends the life by about twice as compared with the case without it. This is because the removal of grinding waste is more effectively performed by the coating. That is, it is possible to effectively prevent the brazing filler metal surface from becoming smoother and the grinding dust from adhering thereto.
Furthermore, this deposited film constitutes a heat insulating layer, making it difficult to transfer heat generated during grinding to the
上記構成において、基板1の外周端面の断面を全幅に渡って凸弧状に滑らかに湾曲させることができる。この場合には、ホイールの周囲の研削を円滑に行うことができる。
In the above configuration, the cross section of the outer peripheral end face of the
上記構成において、本ダイヤモンドホイールを火気の嫌う環境の場所で、または火気を嫌う対象に対して、金属の研削加工または切削加工に用いることができる。この場合には、ホイールの回転数を比較的低速とすることにより、研削または切削時に火花の生じることを可及的に少なくすることができる。これはろう材としてNiろう材を用いるため、研削時にろう材3やダイヤモンド粒2が脱落することがなく、蒸着被膜4による金属表面の研削または切削を円滑に行い、その研削を常にダイヤモンド粒2によって鋭く行うことにより、発熱を可及的に少なくし、火花の発生を抑えることができるからである。
In the above-described configuration, the diamond wheel can be used for metal grinding or cutting in a place where an environment where fire does not like or an object which does not like fire. In this case, the occurrence of sparks during grinding or cutting can be reduced as much as possible by setting the rotational speed of the wheel to a relatively low speed. This uses Ni brazing material as the brazing material, so that the
火気を嫌う環境の場所である発電所建屋内で本単層ダイヤモンドホイールを使用することにより、火花の発生を抑えて、安全に金属の研削加工または切削加工を行うことができる。
さらには、火気を嫌う対象として油配管の切断に用いた場合に、切断に伴って油への引火を防止できる。
By using this single-layer diamond wheel in a power plant building, which is an environment where fire is hateful, it is possible to suppress the generation of sparks and safely perform metal grinding or cutting.
Furthermore, when used for cutting oil piping as a subject that dislikes fire, it is possible to prevent ignition of the oil along with the cutting.
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図1は本発明のダイヤモンドホイールの要部を示す部分拡大断面図であり、その製造工程を順に示す。また、図2は同ホイールの平面図およびB−B矢視断面図である。
この単層ダイヤモンドホイール6は、金属板をプレス加工して円板状に形成され、中心に取付孔7が設けられ、その中心部に円形凹部8が設けられている。そして、段差部11を介してその半径方向外側に平坦な環状部9が設けられ、その環状部9の外周端面は全幅に渡り滑らかに湾曲した凸弧状部5が設けられている。その凸弧状部5と環状部9の表面にはダイヤモンド粒2がNiろう材により一体的にろう付け固定されている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partially enlarged cross-sectional view showing the main part of the diamond wheel of the present invention, and shows the manufacturing process in order. FIG. 2 is a plan view of the wheel and a cross-sectional view taken along line BB.
This single-
このような単層ダイヤモンドホイール6は、次のようにして製造することができる。
先ず、厚さ0.7〜2mm程度の基板1をプレス加工して図2に示す平面形状および断面形状の円板形に形成する。そして、その基板1の表面に粉末状またはペースト状のNi系ろう材をダイヤモンド粒2の最大高さよりも薄く均一に載置または塗布する。次いで、多数のダイヤモンド粒2を少なくともそのダイヤモンド粒2の最大径以上、互いに離間して多数分散位置する。なお、このダイヤモンド粒は、FEPA(Federation of European Producers of Abrasives)基準の破壊検査方法(FRIATEST)による測定値が、粒度40/50のもので、Performance Index(PI)が200以上、Toughness Index(TI)が140以上のグレードを使用する。
Such a single-
First, the
このように準備された基板1を高温の炉内に挿入し、ろう材3の溶融温度である1000℃よりも僅かに高い1030℃〜1050℃程度に炉内を維持し、ろう材3を溶融し、次いでそれを冷却固化することによって、ダイヤモンド粒2をろう材3によって一体的にろう付け固定する。このとき、Ni系ろう材3中の添加成分とダイヤモンド粒2の表面の炭素とが化学結合し、基板1とダイヤモンド粒2とが強固に固定される。図1(A)はそのろう付け後の状態を示し、ろう材3表面は凹凸状に形成されている。そして、ダイヤモンド粒2の一部のみがろう材3から露出する。さらにダイヤモンド粒2上には、飛散した飛散ろう3aが付着している。
The
そこで、同図においてその上面側からブラスト装置により、微細な球状のガラスビーズをろう材3およびダイヤモンド粒2の表面にエアと共に噴射する。このときのエアの圧力は3〜5kg/cm2程度であり、ガラスビーズは市販の球状のもので粒径が#80〜140程度のものである。このときブラスト装置のセラミックノズルは、先端の内直径が4mm程度のものを使用した。そして、ホイールの表側部分にガラスビーズを噴射して後に、その裏面側(ダイヤモンド粒2が付着されていない)を同様にガラスビーズを噴射したものである。このように裏面側をも噴射したのは、表面側への最初のガラスビーズの噴射によって、基板1に歪みが生じるからである。それを取り除くために、同一条件で裏面側からガラスビーズの噴射を行った。
Therefore, in the same figure, fine spherical glass beads are sprayed together with air onto the surfaces of the
これらの作業により、図1(B)の如くダイヤモンド粒2の表面の飛散ろう3aが綺麗に取り除かれると共に、図1(A)のように凹凸表面のろう材3が滑らかに形成される。実験によれば、ガラスビーズの粒径は#120が最良であり、これは粒径#80〜140を含むものである。#80以下のガラスビーズを用いると、衝突エネルギーが小さく、ろう材3の表面を滑らかに形成することができない。また、粒径が#140を超えると衝突エネルギーが大きすぎ基板1の歪みが大きくなり、それを修正することができなかった。なお、このときの基板1の厚みは1.5mmである。
By these operations, the scattering
本発明の単層ダイヤモンドホイール6は、図1(B)の状態でそのまま使用することができる。ダイヤモンド粒2の表面に飛散ろう3aが付着していないと共に、ろう材3表面が滑らかに形成されているため、研削の際に生ずる研削粉はろう材3から円滑に除去される。即ち、ろう材3上に目詰まりが生じることはない。
なお、ダイヤモンド粒2の表面はろう付けの際の高温で僅かに変色するが、ダイヤモンドホイールとして使用する上で差し支えはない。また、ガラスビーズはその外周が前述のように球状に形成されている。そのためろう材3の表面を極めて滑らかに形成すると共に、他のブラスト材の如く、それがろう材3の表面に突き刺さることはなかった。
The single-
In addition, although the surface of the
本発明のダイヤモンドホイールは、図1(B)の状態で十分使用に耐え得るものであるが、さらに好ましくは図1(C)の如く基板1およびダイヤモンド粒2の表面上に蒸着被膜4を被覆することが好ましい。この蒸着被膜4は、Ti−Al−Nの合金層であり、PVD(物理蒸着法)のイオンプレーティングにより表面全体に被覆されている。即ち、1〜27Paの減圧下で且つ、窒素ガスの雰囲気中でTiAlを加熱して、蒸発した原子をグロー放電または高周波プラズマで部分的にイオン化し、バイアス電圧をかけた表面に蒸着させるものである。そして、TiAl金属の窒化物がろう材3,ダイヤモンド粒2の表面に蒸着される。
The diamond wheel of the present invention can sufficiently be used in the state of FIG. 1 (B), but more preferably, the deposited film 4 is coated on the surface of the
この蒸着法は、前述の如く、PVDにおけるイオンプレーティングであり且つ、アークプラズマ方式を採用したものである。この特徴は、密着力が高く比較的厚膜コーティングが可能で表面硬度が高い。特に、TiAlNの表面被膜は高硬度で耐熱性の高いものなる。
実験によれば、蒸着被膜4の存在するダイヤモンドホイールは、それがない場合に比べて1.8倍以上の寿命があることが判った。
As described above, this vapor deposition method is ion plating in PVD and employs an arc plasma method. This feature has a high adhesion and a relatively thick film coating, and a high surface hardness. In particular, the surface coating of TiAlN has high hardness and high heat resistance.
According to experiments, it has been found that the diamond wheel having the deposited coating 4 has a life of 1.8 times or more compared to the case without the deposited wheel.
次に、図3は本発明の他の実施の形態を示し、これが図2(A)と異なる点は図3ではスリット10が存在することである。このスリット10は、放熱性を良好とさせるものである。
Next, FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, which is different from FIG. 2A in that a
次に、図4は本発明の他の実施の形態を示す単層ダイヤモンドホイール6であって、これは管材や鋼材を切断するためのものである。そしてその外周縁は同図(B)の如く、その全幅に渡って、左右対称の凸弧状部5が形成されている。そして、その先端部および先端部両面のみにダイヤモンド粒2がろう付け固定されている。そのろう材は図1に記載のものと同様にNiろう材であり、次いでガラスビーズによって、そのろう材が平滑に形成されている。また、それらの表面には前記同様にPVDのイオンプレーティングのアークプラズマ方式により、TiAlNが蒸着されている。
さらにこの例では、基板1の外周縁部に等間隔にスリット10が形成され、そのスリット10の端面にもダイヤモンド粒2が付着されている(図上省略)。
Next, FIG. 4 shows a single-
Further, in this example, slits 10 are formed at equal intervals on the outer peripheral edge of the
図4(B)の如く、基板1の先端面全幅に渡って凸弧状部5を形成することにより、外周に面どうしの境界線を無くし、その外周にくまなくダイヤモンド粒2を付着させて、鋼材等を円滑に切断することができる。
実験によれば、図2および図4による鋼材の切削時における火花の発生は、従来の砥石を利用したものに比べて、目視上、1/100以下の発生であった。このときの回転数は、共に10000rpmである。即ち、一般の砥石では、切削時に鋼材から激しく火花が放出されたが、本発明のダイヤモンドホイールでは極めて僅かの火花しか発生しなかった。
As shown in FIG. 4 (B), by forming the convex arc-shaped
According to the experiment, the occurrence of sparks at the time of cutting the steel material according to FIGS. 2 and 4 was visually less than 1/100 compared with that using a conventional grindstone. The number of rotations at this time is 10,000 rpm. That is, with a general grindstone, sparks were violently emitted from the steel material during cutting, but with the diamond wheel of the present invention, very little sparks were generated.
さらに回転数を3000rpmにすると、従来の砥石ではその切削能力が極端に減少したが、本発明のダイヤモンドホイールはそれ程減少することなく切削が行われると共に、そのとき目視上、火花は全く発生していなかった。これに対し、従来の砥石では3000rpmでも相当量の火花が発生していた。これは、目視上、本発明のダイヤモンドホイールにおける回転数10000rpmの火花発生量の数十倍程度の火花が、従来の砥石の回転数3000rpmでは発生していた。
なお、蒸着被膜4としてTiNコーティングを行った場合には、約30%の寿命増加の効果があると共に、研削抵抗が5%減少した。また、TiAlNコーティングによる場合は80%以上の寿命延長効果があると共に、研削抵抗は約30%以上減少した。なお、研削抵抗の判断は同一条件におけるグラインダーのモータに供給される電流値の大小で判断した。
Further, when the rotational speed was set to 3000 rpm, the cutting ability of the conventional grindstone was drastically reduced. However, the diamond wheel of the present invention was cut without much reduction, and at that time, no spark was generated visually. There wasn't. On the other hand, the conventional grindstone generated a considerable amount of sparks even at 3000 rpm. As a result of visual observation, a spark of several tens of times the amount of spark generated at a rotational speed of 10000 rpm in the diamond wheel of the present invention occurred at a rotational speed of 3000 rpm of a conventional grindstone.
In addition, when TiN coating was performed as the vapor-deposited film 4, the life was increased by about 30% and the grinding resistance was reduced by 5%. In addition, when TiAlN coating was used, there was an effect of extending the life by 80% or more, and the grinding resistance was reduced by about 30% or more. The grinding resistance was judged based on the magnitude of the current value supplied to the grinder motor under the same conditions.
なお、ブラスト装置でガラスビーズの噴射の代わりに、ブラスト材としてSiCを用いた場合、GCを用いた場合、胡桃を用いた場合をそれぞれ実験したところ、SiCおよびGCではそのろう材表面の平滑度が悪いと共に、基板表面に歪みが生じその修正が困難であった。また、胡桃の場合にはその加工時間が長時間に渡り、実用上好ましくないことが判った。 In addition, when SiC was used as the blasting material instead of the glass bead injection in the blasting apparatus, when GC was used, and when walnuts were used, the smoothness of the surface of the brazing material was determined for SiC and GC. In addition, the substrate surface was distorted and its correction was difficult. Moreover, in the case of walnuts, it was found that the processing time is long, which is not practically preferable.
1 基板
2 ダイヤモンド粒
3 ろう材
3a 飛散ろう
4 蒸着被膜
5 凸弧状部
DESCRIPTION OF
6 単層ダイヤモンドホイール
7 取付孔
8 円形凹部
9 環状部
10 スリット
11 段差部
6 single-
Claims (7)
そのダイヤモンド粒がNiろう材により基板にろう付け固定され、次いでそのダイヤモンド粒の表面およびろう材表面に細粒な球状のガラスビーズがブラスト装置により噴射されて、ダイヤモンド粒表面のろう材が取り除かれると共に、ろう材表面がなめらかな平滑に形成されてなることを特徴とする単層ダイヤモンドホイール。 In a single-layer diamond wheel in which a large number of diamond grains are dispersed and arranged in a single layer on the surface of a planar circular substrate and brazed,
The diamond particles are brazed and fixed to the substrate with Ni brazing material, and then fine spherical glass beads are sprayed on the surface of the diamond particles and the brazing material surface by a blasting device to remove the brazing material on the surface of the diamond particles. In addition, a single-layer diamond wheel is characterized in that the surface of the brazing material is formed smoothly and smoothly.
前記ガラスビーズの粒度が#80〜140であるものが用いられ、基板の両面にそのガラスビーズが噴射されて、その噴射に伴う一方側の歪みを他方側より取り除いたことを特徴とする単層ダイヤモンドホイール。 In claim 1,
The glass beads having a particle size of # 80 to 140 are used, the glass beads are jetted on both sides of the substrate, and distortion on one side due to the jetting is removed from the other side. Diamond wheel.
前記ガラスビーズが噴射された後に、イオンプレーティングにより表面全体がTiAlN膜で蒸着被覆されてなる単層ダイヤモンドホイール。 In claim 1 or claim 2,
A single-layer diamond wheel in which the entire surface is deposited and coated with a TiAlN film by ion plating after the glass beads are sprayed.
前記基板の外周端面の断面が全幅にわたり凸弧状に滑らかに湾曲されてなる単層ダイヤモンドホイール。 In any one of Claims 1-3,
A single-layer diamond wheel in which the cross-section of the outer peripheral end face of the substrate is smoothly curved in a convex arc shape over the entire width.
火気を嫌う環境の場所が発電所建屋内であることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法。 In claim 5,
A method for using a single-layer diamond wheel, characterized in that the place where the environment where fire is hated is located in the power plant building.
火気を嫌う対象として、油配管の切断に用いることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法。 In claim 5,
A method of using a single-layer diamond wheel characterized by being used for cutting oil pipes as a subject that dislikes fire.
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