JP2013006228A

JP2013006228A - 超砥粒工具およびその製造方法

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Publication number: JP2013006228A
Application number: JP2011139283A
Authority: JP
Inventors: Akira Fukui; 彰福井
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-01-10

Abstract

【課題】超砥粒の脱落を抑制することが可能な超砥粒工具を提供する。
【解決手段】超砥粒ホイール１は、超砥粒層２０を有し、超砥粒２０は、複数の超砥粒２１と、複数の超砥粒２１を互いに結合させる結合材２２とを有し、超砥粒層２０は溶射により形成されて、超砥粒層２０の気孔率は３体積％以下である。
【選択図】図１

Description

この発明は、超砥粒工具およびその製造方法に関し、より特定的には、溶射により形成される超砥粒層を有する超砥粒工具に関するものである。

従来、溶射による超砥粒工具の製造方法では以下の事項が知られている。
結合材と超砥粒を台金に溶射して超砥粒層を形成する方法で、結合材としては、金属または熱可塑性樹脂を用い、超砥粒には、銅、ニッケル、ニッケル−コバルトのいずれかが被覆される。そして、これらの溶射材を、炎溶射、プラズマ溶射する方法が知られている。これらはたとえば特許文献１（特開昭５８−２０２７８０号公報）に開示されている。

また、溶射法によりレジンボンドホイールを製造する方法が、たとえば特許文献２（特開平２−２８４８６９号公報）で開示されている。

また、溶射法によりビトリファイドボンドを製造する方法が特許文献３（特開平５−３２９７７８号公報）に開示されている。

また、溶射金属被膜の強度については、以下のことが知られている。
溶射金属被膜は、全体的荷重や線状の荷重においては良好な耐負荷性能を示すが、点状の荷重には弱い。つまり、溶射金属被膜は局所的な荷重になればなるほど弱い。

ところで、超砥粒工具は、台金の外周面に超砥粒を結合材で固着した超砥粒層を有する。研削加工時においては、超砥粒が結合材から突出しているので、超砥粒付近の結合材には局所的な荷重がかかると考えられており、このことは、たとえば非特許文献１（平石正廣著、「溶接技術」、産報出版、２００３年５月ｐ．１０７）に開示されている。

特開昭５８−２０２７８０号公報特開平２−２８４８６９号公報特開平５−３２９７７８号公報

平石正廣著、「溶接技術」、産報出版、２００３年５月ｐ．１０７

しかしながら、気孔の多い溶射金属を超砥粒層のマトリックスとした場合は、使用に際して超砥粒を介して局所的な荷重が溶射金属被膜に伝わり、超砥粒層にクラックが発生し、遂には超砥粒の脱落を起こすという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、高精度で、超砥粒の脱落が起こらない長寿命の超砥粒工具を提供することを目的とする。

この発明に従った超砥粒工具は、超砥粒層を有する超砥粒工具であって、超砥粒層は、複数の超砥粒と、複数の超砥粒を互いに結合させる結合材とを有し、超砥粒層は溶射により形成されて、超砥粒層の気孔率は３体積％以下である。

好ましくは、結合材は、金属または合金である。
好ましくは、溶射は、ＨＶＡＦ(High Velocity Air-Fuel)溶射法、またはコールドスプレー溶射法を含む。

好ましくは、溶射において、平均粒径が１μｍ以上３００μｍ以下の金属または合金の少なくとも一つからなる粒子と、超砥粒との混合物が溶射材として用いられる。

好ましくは、溶射において、金属または合金で被覆された平均粒径が２ｎｍ以上３００μｍ以下の超砥粒が溶射材として用いられる。

好ましくは、超砥粒工具は、超砥粒ホイールである。
この発明に従った超砥粒工具の製造方法は、上記のいずれかの超砥粒工具の製造方法であって、超砥粒層は、ＨＶＡＦ(High Velocity Air-Fuel)溶射法、またはコールドスプレー溶射法により形成される。

この発明では、気孔率が極めて低いため、超砥粒の保持力に優れた超砥粒層を有する超砥粒工具を提供することができる。

この発明の実施の形態１に従った超砥粒層を有する超砥粒ホイールの断面図である。図１中のＩＩで囲んだ超砥粒層の一部分であって、ドレッシング前の部分を拡大して示す断面図である。ドレッシング後で結合材から露出した超砥粒を有する超砥粒層を示す断面図である。この発明の実施の形態１に従った超砥粒ホイールの製造方法を説明するための図である。この発明の実施の形態２に従った超砥粒層を有する超砥粒ホイールの断面図である。図５中のＶＩで囲んだ、超砥粒層の内部を拡大して示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態において同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った超砥粒層を有する超砥粒ホイールの断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従った超砥粒ホイール１は、円板形状の台金１０と、その台金表面に設けられた超砥粒層２０とを有する。超砥粒工具としての超砥粒ホイール１は、内周面１１と外周面１２とを有し、超砥粒層２０は、台金１０の外周面１２に設けられており、超砥粒２１と、超砥粒２１を固定する結合材２２とを有する。

図１で示す例では、外周面１２の表面に１層のみの超砥粒２１が配列されている構成が示されている。

図２は、図１中のＩＩで囲んだ超砥粒層の一部分であって、ドレッシング前の部分を拡大して示す断面図である。図２を参照して、製造工程においては、溶射により超砥粒層２０を形成するため、溶射直後は、超砥粒２１の全面が結合材２２で覆われている。そのため、超砥粒２１の表面が露出していない。

図３は、ドレッシング後で結合材から露出した超砥粒を有する超砥粒層を示す断面図である。図３で示すように、ドレッシングを行ない、超砥粒２１表面を覆う結合材２２を除去することで、超砥粒２１が露出する。これにより、超砥粒ホイール１の切れ味を向上させることができる。

図４は、この発明の実施の形態１に従った超砥粒ホイールの製造方法を説明するための図である。図４を参照して、まず台金１０を準備する。台金１０は、鋼、超硬合金、アルミニウム合金、チタン合金およびセラミックスなどにより構成される。台金１０は、図４では厚みが一定の円盤形状であるが、これに限られるものではなく、厚みが一定ではない、すなわち或る部分では厚みが大きく、他の部分では厚みが小さい台金１０を用いてもよい。

そして外周面１２に溶射により超砥粒層を形成する。このときの溶射は、超砥粒２１と結合材２２とを外周面１２に吹き付ける。

超砥粒としてダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素が挙げられる。また結合材として、銅、ニッケル、アルミニウムおよび錫またはこれらの任意の組合せの金属を用いることができる。

溶射方法としては高温スプレー法または低温スプレー法を採用することができる。高温スプレー法の場合には、プラズマ流中に超砥粒を供給し、これをジェット墳流として外周面１２に照射する。低温スプレー法（粉末コールドスプレー法）の場合には、加熱し軟化した金属粉末と、超砥粒との混合物を高速でスプレーし、超砥粒層２０を形成する。この方法では、温度が低く、金属および超砥粒の酸化が少ないというメリットがある。しかしながら、融点が高い金属に関しては軟化しにくいので溶射が困難であるという問題もある。

すなわち、実施の形態に従った超砥粒工具としての超砥粒ホイール１は、超砥粒層２０を有する超砥粒工具であって、超砥粒層２０は、複数の超砥粒２１と、複数の超砥粒２１を互いに結合させる結合材２２とを有し、超砥粒層２０は溶射により形成されて、超砥粒層２０での気孔率は３体積％以下、好ましくは、２体積％以下である。

なお、この気孔率は、超砥粒層２０に含まれる気孔の体積比率を示し、気孔率の測定に関しては、まず、製品から体積２５０ｍｍ³の超砥粒層２０のサンプルを切り出し、超砥粒層２０の密度を測定する。

サンプルを超砥粒２１と結合材２２とに分離できる場合には、各々を分離後に各々の体積比を測定する。その体積比、既知の超砥粒２１の理論密度から、サンプル中の結合材２２の密度を計算する。超砥粒層２０の気孔率は、以下の式で計算する。

気孔率＝１−（サンプル中の結合材の密度）／（結合材の理論密度）
サンプルを超砥粒２１と結合材２２とに分離できない場合には、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いてサンプルの表面を撮影し、超砥粒２１と結合材２２の面積比をこれらの体積比とみなす。その体積比、既知の超砥粒２１の理論密度から、サンプル中の結合材２２の密度を計算する。超砥粒層２０の気孔率は、以下の式で計算する。

気孔率＝１−（サンプル中の結合材の密度）／（結合材の理論密度）
結合材２２は、金属単体であってもよく、または合金であってもよい。

また溶射は、ＨＶＡＦ（High Velocity Air-Fuel）溶射法またはコールドスプレー溶射法を含む。

またその溶射において、平均粒径が１μｍ以上３００μｍ以下の金属または合金の少なくとも１つからなる粒子と、超砥粒との混合物が溶射材として用いられる。その平均粒径の測定においては、超砥粒層２０の表面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で撮影し、超砥粒２１が５０個含まれる写真において、各々の超砥粒２１の長径を超砥粒２１の直径とみなして、その５０個の直径の算術平均を平均粒径とする。

また別の局面では、溶射において、金属または合金で被覆された平均粒径が２ｎｍ以上３００μｍ以下の超砥粒が溶射材として用いられる。

（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に従った超砥粒層を有する超砥粒ホイールの断面図である。図６は、図５中のＶＩで囲んだ、超砥粒層の内部を拡大して示す断面図である。図５および図６を参照して、実施の形態２では、超砥粒層２０内の超砥粒２１が１層ではなく、多層設けられている点で、実施の形態１に従った超砥粒層２０と異なる。厚み方向に複数個の超砥粒２１が配列されることで、超砥粒層２０の厚みを増すことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１超砥粒ホイール、１０台金、１１内周面、１２外周面、２０超砥粒層、２１超砥粒、２２結合材。

Claims

超砥粒層を有する超砥粒工具であって、
前記超砥粒層は、複数の超砥粒と、複数の前記超砥粒を互いに結合させる結合材とを有し、
前記超砥粒層は溶射により形成されて、前記超砥粒層の気孔率は３体積％以下である、超砥粒工具。
前記結合材は、金属または合金である、請求項１に記載の超砥粒工具。
前記溶射は、ＨＶＡＦ(High Velocity Air-Fuel)溶射法、またはコールドスプレー溶射法を含む、請求項１または２に記載の超砥粒工具。
前記溶射において、平均粒径が１μｍ以上３００μｍ以下の前記金属または合金の少なくとも一つからなる粒子と、前記超砥粒との混合物が溶射材として用いられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
前記溶射において、前記金属または合金で被覆された平均粒径が２ｎｍ以上３００μｍ以下の前記超砥粒が溶射材として用いられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
前記超砥粒工具は、超砥粒ホイールである、請求項１から５のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
請求項１から６のいずれか１項に記載の超砥粒工具の製造方法であって、前記超砥粒層は、ＨＶＡＦ(High Velocity Air-Fuel)溶射法、またはコールドスプレー溶射法により形成される、超砥粒工具の製造方法。