JP2009269151A

JP2009269151A - 超砥粒工具

Info

Publication number: JP2009269151A
Application number: JP2008123579A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Ishihara; 俊彦石原
Original assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2009-11-19

Abstract

【課題】超砥粒の割れや脱離をさらに低減させた超砥粒工具を提供する。
【解決手段】ワイヤ工具１０等の台金１４の研削面１６にダイヤモンドからなる超砥粒１８を固定するロウ材４０は、６．０〜８．０重量％のＣｒ、２．７５〜３．５０重量％のＢ、４．０〜５．０重量％のＳｉ、２．５〜３．５重量％のＦｅ、０．０６重量％以下のＣ、０．０２重量％以下のＰ、及び残部のＮｉからなるニッケルロウ材、すなわちＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して、当該ニッケルロウ材の５〜２０重量％のＣｕが添加されたものである。これにより、台金１４に固定されたダイヤモンドからなる超砥粒１８に与える応力が軽減され、超砥粒１８の割れを低減させる。また、ロウ材４０は、超砥粒１８を台金１４に固着させる力を十分に有し、加工時における超砥粒１８の脱離を防止することも可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超砥粒工具に関し、特には台金の研削面に超砥粒をロウ付けにより固定した超砥粒工具に関する。

シリコンやサファイヤなどの硬脆材料の加工や、アルミ合金と鋳鉄とからなるレシプロエンジン（Reciprocating engine）のシリンダーブロック等の加工において、台金の研削面に超砥粒（硬度が高いＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素：Cubic Boron Nitride）やダイヤモンドからなる砥粒）を固着した超砥粒工具を用いることが知られている。台金に合成樹脂により超砥粒を固定したレジンボンド工具は、超砥粒を台金に固定する力が弱く、超砥粒が台金から脱離し易いという問題がある。これに対して、台金に超砥粒をロウ付けで固定したロウ付け工具は、レジンボンドワイヤ工具より超砥粒を台金に固定する力が強く、超砥粒が台金から脱離し難い。

そのため、例えば、特許文献１では、超微粒ＣＢＮ基焼結体をＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｇｅのいずれか1種以上からなる金属、さらに必要によってはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの一種以上の金属を０．２〜７０体積％含有した金属によって、超硬合金、ハイス、鋼、セラミックス、サーメットの少なくとも１種の基材に接合したロウ付け工具が開示されている。
特開２００２−３０２７３２号公報

しかしながら、超砥粒を、一般的に用いられるＮｉを主成分とするニッケルロウ材等により台金にロウ付けすると、ロウ付けによる応力によって台金に固定した超砥粒に割れが生じる場合がある。台金に固定した超砥粒に割れが生じた場合、被削材に不要な傷を付けてしまう可能性がある。一方、合成樹脂により超砥粒を台金に固定したレジンボンド工具は、超砥粒に割れは生じないものの、上述のように超砥粒を台金に固定する力が弱く、超砥粒が台金から脱離し易いという問題がある。そのため、超砥粒の割れや脱離をさらに低減させた超砥粒工具が望まれている。

本発明は、斯かる実情に鑑み、超砥粒の割れや脱離をさらに低減させた超砥粒工具を提供しようとするものである。

本発明は、研削面を有する台金と、台金の研削面に固定されたダイヤモンドからなる超砥粒と、台金と超砥粒とを固定するためのロウ材とを備え、ロウ材は、６．０〜８．０重量％のＣｒ、２．７５〜３．５０重量％のＢ、４．０〜５．０重量％のＳｉ、２．５〜３．５重量％のＦｅ、０．０６重量％以下のＣ、０．０２重量％以下のＰ、及び残部のＮｉからなるニッケルロウ材に対して、ニッケルロウ材の５〜２０重量％のＣｕが添加されたものである超砥粒工具である。

この構成によれば、ロウ材は、６．０〜８．０重量％のＣｒ、２．７５〜３．５０重量％のＢ、４．０〜５．０重量％のＳｉ、２．５〜３．５重量％のＦｅ、０．０６重量％以下のＣ、０．０２重量％以下のＰ、及び残部のＮｉからなるニッケルロウ材、すなわちＢＮｉ−２（日本工業規格：ＪＩＳＺ３２６５）のニッケルロウ材に対して、当該ニッケルロウ材の５重量％以上のＣｕが添加されたものであるため、台金に固定されたダイヤモンドからなる超砥粒に与える応力が軽減され、超砥粒の割れを低減させることが可能となる。一方、ロウ材は、当該ニッケルロウ材の２０重量％以下のＣｕが添加されたものであるため、超砥粒を台金に固着させる力を十分に有し、加工時における砥粒の脱離を防止することも可能となる。

また、本発明は、研削面を有する台金と、台金の研削面に固定された立方晶窒化ホウ素からなる超砥粒と、台金と超砥粒とを固定するためのロウ材とを備え、ロウ材は、６．０〜８．０重量％のＣｒ、２．７５〜３．５０重量％のＢ、４．０〜５．０重量％のＳｉ、２．５〜３．５重量％のＦｅ、０．０６重量％以下のＣ、０．０２重量％以下のＰ、及び残部のＮｉからなるニッケルロウ材に対して、ニッケルロウ材の５〜２０重量％のＣｕと、ニッケルロウ材の３〜９重量％のＴｉとが添加されたものである超砥粒工具である。

この構成によれば、ロウ材は、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して、当該ニッケルロウ材の３〜９重量％のＴｉとが添加されたものであるため、ＣＢＮからなる砥粒を脱離することなく台金に固定することが可能となる。また、ロウ材は、当該ニッケルロウ材の５重量％以上のＣｕが添加されたものであるため、台金に固定されたＣＢＮからなる超砥粒に与える応力が軽減され、超砥粒の割れを低減させることが可能となる。さらに、一方、ロウ材は、当該ニッケルロウ材の２０重量％以下のＣｕが添加されたものであるため、超砥粒を台金に固着させる力を十分に有し、加工時における砥粒の脱離を防止することも可能となる。

本発明の超砥粒工具によれば、超砥粒の割れや脱離をさらに低減させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１〜３は、本発明の超砥粒工具をそれぞれワイヤ工具、カップ型研削工具、及びホイール型研削工具として実現した例を示す斜視図である。図１に示すワイヤ工具１０は、主に、大型石材等の硬脆材料の切断に用いられるものである。図１に示すようにワイヤ工具１０は、ピアノ線、撚り線等からなる線状体である芯線１２に、円柱状の台金１４が等間隔で固定されている。台金１４の研削面１６には、ダイヤモンドあるいはＣＢＮからなる超砥粒１８がロウ材によるロウ付けにより固定されている。

図２は、本実施形態に係るワイヤ工具１０の研削面を示す断面図である。図２に示すように、超砥粒１８は台金１４の研削面１６にロウ材４０によって、単層に固定されている。超砥粒１８を台金１４の研削面１６に、複数の層にわたって固定するようにしても良いが、超砥粒１８を研削面１６に単層に固定することにより、超砥粒１８の脱離により研削面１６からの超砥粒１８の固定位置が変動して、加工精度が損なわれることを防止することができる。

超砥粒１８は、ダイヤモンドあるいはＣＢＮからなるものである。ここで、超砥粒１８にダイヤモンドからなる砥粒を用いた場合は、当該ダイヤモンド砥粒に、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、及び金属被覆した合成ダイヤモンドのいずれかから選択されるものからなる砥粒を用いることができる。また、超砥粒１８にＣＢＮからなる砥粒を用いた場合は、当該ＣＢＮ砥粒に、ＣＢＮからなる砥粒及び金属被覆したＣＢＮ砥粒のいずれかから選択されるものからなる砥粒を用いることができる。

本実施形態における超砥粒工具は微細な加工に用いても効果を発揮するが、後述するように超砥粒の割れや脱離が低減されているため、粗研削及び重研削に適用して場合においてより効果を発揮する。そのため、超砥粒１８の平均粒径は、好ましくは６５μｍ〜１２００μｍであり、より好ましくは１４９μｍ〜１２００μｍであり、さらに好ましくは２９７μｍ〜〜１２００μｍとすることにより、本発明の効果をより発揮させることが可能となる。

本実施形態において、超砥粒１８にダイヤモンド砥粒を用いた場合は、ロウ材４０の組成は、６．０〜８．０重量％のＣｒ、２．７５〜３．５０重量％のＢ、４．０〜５．０重量％のＳｉ、２．５〜３．５重量％のＦｅ、０．０６重量％以下のＣ、０．０２重量％以下のＰ、及び残部のＮｉからなるＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材の５〜２０重量％のＣｕが添加されたものである。

Ｃｕの添加量は、後述するようにＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して１０重量％を超える添加量とすることにより無添加の場合に比べて、超砥粒１８に割れが生じ難くなり、超砥粒１８の保持力が５０％以上向上する。さらに、Ｃｕの添加量は、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して１５重量％の添加量とすることにより無添加の場合に比べて超砥粒１８の保持力が１５０％以上向上する。

一方、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対するＣｕの添加量が１０重量％を超えると、加工時における超砥粒１８に割れよりも脱離が多く生じる傾向が顕著になってくる。この場合、加工時に超砥粒１８にかかる負荷よりも、超砥粒１８の保持力が大きければ超砥粒１８の脱離は生じないため、特に研削面１６に超砥粒１８が単層で固定されている場合において、超砥粒工具を長寿命化することができ、優れた特性を持つものとなる。

しかしながら、超砥粒１８の割れを防止し、保持力を維持しつつも、超砥粒１８の脱離を防止する見地から、Ｃｕの添加量は、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して、好ましくは１０〜１８重量％であり、より好ましくは１３〜１６重量％が好ましいと考えられる。

本実施形態において、超砥粒１８にＣＢＮ砥粒を用いた場合は、ロウ材４０の組成は、６．０〜８．０重量％のＣｒ、２．７５〜３．５０重量％のＢ、４．０〜５．０重量％のＳｉ、２．５〜３．５重量％のＦｅ、０．０６重量％以下のＣ、０．０２重量％以下のＰ、及び残部のＮｉからなるＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材の５〜２０重量％のＣｕと、ニッケルロウ材の３〜９重量％のＴｉとが添加されたものである。

Ｃｕの添加量は、上記ダイヤモンド砥粒の場合と同様に、超砥粒１８の割れを防止し、保持力を維持しつつも、超砥粒１８の脱離を防止する見地から、Ｃｕの添加量は、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して、好ましくは１０〜１８重量％であり、より好ましくは１３〜１６重量％が好ましいと考えられる。

また、Ｔｉの添加量は、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材の３〜９重量％であり、より好ましくは４〜８重量％であり、さらに好ましくは５〜７重量％とする。

このようなロウ材４０は、例えば、アトマイズ容器中に、各々の組成物を含有させた金属溶湯を、アトマイズガスを用いて噴射するガスアトマイズ法によって製造することにより、各々の組成物の偏析を防止し、安定した組成のロウ材４０を製造することが可能となる。

図３は、本実施形態に係るカップ型研削工具を示す斜視図である。図３に示すように、本実施形態のカップ型研削工具２０は、一端に電動機のチャックに取り付けるための取付部２５が設けられたカップ状の台金２４の研削面２６に、上記ワイヤ工具１０と同様に、ダイヤモンドあるいはＣＢＮからなる超砥粒２８がロウ材によるロウ付けにより固定されている。

また、図４は、本実施形態に係るホイール型研削工具を示す斜視図である。図３に示すように、本実施形態のホイール型研削工具３０は、電動機のチャックに取り付けるための取付部３５が設けられた円筒状の台金３４の研削面３６に、上記ワイヤ工具１０と同様に、ダイヤモンドあるいはＣＢＮからなる超砥粒３８がロウ材によるロウ付けにより固定されている。

これらの本実施形態のカップ型研削工具２０及びホイール型研削工具３０は、超砥粒２８，３８の割れや脱離を少なくすることが可能であるため、例えば、自動車用エンジンのシリンダーブロックを構成するアルミニウム合金や鋳鉄等を、粗研削加工、重研削加工あるいは上面仕上げ加工等を行なう場合に特に最適である。

以上、本実施形態によれば、ワイヤ工具１０等の台金１４の研削面１６にダイヤモンドからなる超砥粒１８を固定するロウ材４０は、６．０〜８．０重量％のＣｒ、２．７５〜３．５０重量％のＢ、４．０〜５．０重量％のＳｉ、２．５〜３．５重量％のＦｅ、０．０６重量％以下のＣ、０．０２重量％以下のＰ、及び残部のＮｉからなるニッケルロウ材、すなわちＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して、当該ニッケルロウ材の５重量％以上のＣｕが添加されたものであるため、台金１４に固定されたダイヤモンドからなる超砥粒１８に与える応力が軽減され、超砥粒１８の割れを低減させることが可能となる。一方、ロウ材４０は、当該ニッケルロウ材の２０重量％以下のＣｕが添加されたものであるため、超砥粒１８を台金１４に固着させる力を十分に有し、加工時における超砥粒１８の脱離を防止することも可能となる。

さらに、ワイヤ工具１０等の台金１４の研削面１６にダイヤモンドからなる超砥粒１８を固定するロウ材４０は、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して、当該ニッケルロウ材の３〜９重量％のＴｉとが添加されたものであるため、ＣＢＮからなる超砥粒１８を脱離することなく台金１４に固定することが可能となる。また、ロウ材４０は、当該ニッケルロウ材の５重量％以上のＣｕが添加されたものであるため、台金１４に固定されたＣＢＮからなる超砥粒１８に与える応力が軽減され、超砥粒１８の割れを低減させることが可能となる。さらに、一方、ロウ材４０は、当該ニッケルロウ材の２０重量％以下のＣｕが添加されたものであるため、超砥粒１８を台金１４に固着させる力を十分に有し、加工時における超砥粒１８の脱離を防止することも可能となる。

（実験例）
以下、本発明の実験例について説明する。図４に示すようなホイール型研削工具３０において、ダイヤモンドからなる超砥粒３８を様々なロウ材の組成を用いて作製した。さらに、これらのロウ付けを行なった超砥粒３８に対してフォースゲージにより負荷を与え、超砥粒３８に割れや脱落が生じたときの最大荷重を砥粒保持力として測定した。図５に結果を示す。

図５に示すように、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対するＣｕ添加量が１０重量％を超える添加量とすることにより無添加の場合に比べて、超砥粒３８の保持力が５０％以上向上することが判る。さらに、Ｃｕの添加量は、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対して１５重量％の添加量とすることにより最大となり、無添加の場合に比べて超砥粒３８の保持力が１５０％以上向上することが判る。

図６は、実験例における保持力調査後のロウ材４０の組成と超砥粒３８の割れ及び脱落が生じた数との関係を示す表である。図６に示すように、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対するＣｕ添加量が増加するにつれて、超砥粒３８の割れが少なくなり、超砥粒３８の状態に変化が無いか、超砥粒３８が脱落する割合が増加することが判る。特に、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対するＣｕ添加量が１０重量％を超える添加量とすることにより、超砥粒１８の割れが激減し、超砥粒３８が脱落する傾向が顕著となることが判る。加工時に超砥粒３８にかかる負荷よりも、超砥粒３８の保持力が大きければ超砥粒３８の脱離は生じないため、特に研削面３６に超砥粒３８が単層でロウ付けにより固定されているホイール型研削工具３０において、ホイール型研削工具３０を超寿命化することができ、優れた特性を持つものとなる。

一方、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対するＣｕ添加量が２０重量％を超える添加量とすると、超砥粒３８が脱落する傾向が顕著となり、超砥粒３８の保持力も低下するため、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対するＣｕ添加量は２０重量％以下とすることが好ましいことが判る。

上記作製したＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対するＣｕ添加量が１５重量％であるホイール型研削工具３０と、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対するＣｕ添加量が０重量％である従来のホイール型研削工具とを用いて、それぞれアルミニウム合金と鋳鉄とからなる自動車用エンジンのシリンダーブロックの研削を行なった。図７は、実験例におけるロウ材の組成と被削材、被削材の材質及び加工数との関係を示す表である。図７に示すように、ＢＮｉ−２のニッケルロウ材に対するＣｕ添加量が１５重量％であるホイール型研削工具３０は、超砥粒３８に生じる割れや脱落が比較的に少なく、工具の寿命は２倍以上となった。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本実施形態に係るワイヤ工具を示す斜視図である。本実施形態に係るワイヤ工具の研削面を示す断面図である。本実施形態に係るカップ型研削工具を示す斜視図である。本実施形態に係るホイール型研削工具を示す斜視図である。実験例におけるロウ材の組成と砥粒保持力との関係を示すグラフ図である。実験例における保持力調査後のロウ材の組成と砥粒の割れ及び脱落が生じた数との関係を示す表である。実験例におけるロウ材の組成と被削材、被削材の材質及び加工数との関係を示す表である。

符号の説明

１０…ワイヤ工具、１２…芯線、１４，２４，３４…台金、１６，２６，３６…研削面、１８，２８，３８…超砥粒、２０…カップ型研削工具、２５，３５…取付部、３０…ホイール型研削工具、４０…ロウ材。

Claims

研削面を有する台金と、
前記台金の前記研削面に固定されたダイヤモンドからなる超砥粒と、
前記台金と前記超砥粒とを固定するためのロウ材と、
を備え、
前記ロウ材は、６．０〜８．０重量％のＣｒ、２．７５〜３．５０重量％のＢ、４．０〜５．０重量％のＳｉ、２．５〜３．５重量％のＦｅ、０．０６重量％以下のＣ、０．０２重量％以下のＰ、及び残部のＮｉからなるニッケルロウ材に対して、前記ニッケルロウ材の５〜２０重量％のＣｕが添加されたものである、超砥粒工具。
研削面を有する台金と、
前記台金の前記研削面に固定された立方晶窒化ホウ素からなる超砥粒と、
前記台金と前記超砥粒とを固定するためのロウ材と、
を備え、
前記ロウ材は、６．０〜８．０重量％のＣｒ、２．７５〜３．５０重量％のＢ、４．０〜５．０重量％のＳｉ、２．５〜３．５重量％のＦｅ、０．０６重量％以下のＣ、０．０２重量％以下のＰ、及び残部のＮｉからなるニッケルロウ材に対して、前記ニッケルロウ材の５〜２０重量％のＣｕと、前記ニッケルロウ材の３〜９重量％のＴｉとが添加されたものである、超砥粒工具。