JP2013010148A - 超砥粒工具およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で超砥粒の脱落が起こらない長寿命のロータリードレッサを提供することを目的とする。
【解決手段】ダイヤモンドロータリードレッサ１は、溶射により形成されて、気孔率が３％以下である溶射層２３と、溶射層２３上に形成されて、１層の超砥粒２１が結合材２２により保持されている超砥粒層２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超砥粒工具およびその製造方法に関するものであり、特に、反転型を用いて製造されるロータリードレッサに関するものである。

ロータリードレッサとはロールの外周面に、所定の形状になる様にダイヤモンドを埋め込み固定したダイヤモンドドレッサのことである。これを回転させながら被加工物であるアルミナ質砥粒を用いた砥石、炭化ケイ素質砥粒を用いた砥石、またはＣＢＮホイールに押し当て、ドレッサの形状を転写する。このようなことからロータリードレッサは複雑な形状をしたものが多く、その超砥粒層の形状には高い寸法精度が求められる。

ロータリードレッサの製法の一つに反転法（「反転めっき法」または「電鋳法」とも呼ばれる）が知られている。一般的に、反転法は下記（１）〜（４）の工程により構成されている。

工程（１）は、型の内面に所定の形状を形成した反転型を製作し、めっき法を利用してこの内面に超砥粒を付着させる工程である。

工程（２）は、さらに肉盛りめっきを行い、超砥粒がめっき金属により埋め込んで完全に固定する工程である。

工程（３）は、反転型の中心に芯金をセットし、超砥粒層と芯金との間に低融点合金等の充填物を流し込み超砥粒層と芯金を接合する工程である。

工程（４）は、反転型にあらかじめ設けた基準面により芯出しを行い、軸穴、端面を仕上げた後、外側の反転型を取り除く工程である。

ここで、工程（２）において、超砥粒がめっき金属により完全に埋め込まれる程、めっき層が厚くなければならない。このようにしなければ超砥粒の保持力とめっき層の強度が不足して、超砥粒工具の使用時に砥粒の脱落やめっき層の変形が起こるためである。工程（２）ではめっき液が入った槽に電極と被めっき物である反転型を浸漬し、それぞれに正負の電場をかけて、めっきによる超砥粒の埋め込みを行うことが、例えば、特許文献１（特開平２−２５６４６４号公報）および特許文献２（特開２００１−３８６３０号公報）で開示されている。

さらに、プラズマ溶射を利用したロータリードレッサの製造方法が知られている。
この方法は、反転型にダイヤモンドを接着剤、ニッケルめっきなどにより付着させ、その表面にプラズマスプレーガンによって溶射金属を肉盛りするものある。溶射金属としてはコバルトベースのステライト合金、ステライト合金、ハイネス合金、ハステロイ合金、ニッケルベースの合金が好ましいとされている。この方法によれば反転型の温度上昇を低く抑えながら溶射金属を吹き付けダイヤモンドの埋め込みができるため、付着させたダイヤモンドの保持力を高めることができる。さらに、溶射を使用した場合、ダイヤモンドの埋め込み速度はめっきなどと比較して格段に速く、短い期間で製品を製作することができる特長があることが、例えば、特許文献３（特開昭６２−８４９７６号公報）で開示されている。

溶射金属皮膜の強度について以下のことが知られている。
溶射金属被膜は、全面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。つまり溶射金属膜は局部的な荷重になればなるほど弱い。ロータリードレッサは、ロールの外周面に、比較的粗い粒度のダイヤモンド砥粒を埋め込み、固定したドレッサであり、アルミナ質砥粒を用いた砥石、炭化ケイ素質砥粒を用いた砥石、またはＣＢＮホイールに押し当て、ドレッサの形状を転写するのに使用される。すなわち、その使用時において、砥粒がめっき被膜から飛び出たその境界付近には局部的な荷重がかかると考えられ、その内容は、例えば、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）で開示されている。

特開平２−２５６４６４号公報 特開２００１−３８６３０号公報 特開昭６２−８４９７６号公報

平石正廣著、「溶接技術」、産報出版、２００３年５月、ｐ．１０７

上記方法で必要なめっき厚みを得るためには、長時間にわたるめっきが必要となる。一方、めっき時間を短縮するために、電流密度を上げ、めっき速度を上げることが考えられる。しかしながら、ロータリードレッサは非常に複雑な形状をしているので、電流密度を上げた場合、めっき厚みの均一性が極端に悪化し、砥粒保持の面から十分なめっき厚みを得ることができない部位が発生する問題があった。その結果、ロータリードレッサの使用時に砥粒の脱落がおこる問題があった。

さらに、気孔の多い溶射金属被膜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層を介して局部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、ついには超砥粒の脱落を起こす問題があった。

本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものである。すなわち、高精度で、超砥粒の脱落が起こらない長寿命のロータリードレッサを短期間で提供するためになされたものである。

この発明に従った超砥粒工具は、溶射により形成されて、気孔率が３％以下である溶射層と、溶射層上に形成されて、１層の超砥粒が結合材により保持されている超砥粒層とを備える。

このように構成された超砥粒工具では、溶射層の気孔率を低く保っているため、溶射層の強度が向上する。その結果、溶射層による保持されている超砥粒の脱落を防止することができる。

好ましくは、結合材はニッケルめっきにより形成される。
好ましくは、溶射層は、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。

好ましくは、溶射層は、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を溶射材とする溶射により形成される。

好ましくは、超砥粒工具は、ロータリードレッサである。
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、型枠の内面に超砥粒をニッケルめっきにより埋め込んで超砥粒層を形成する工程と、ニッケルめっきの表面に溶射により溶射層を形成する工程とを備える。

好ましくは、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。

この発明の実施の形態に従った、超砥粒層を有するダイヤモンドロータリードレッサの断面図である。 図１で示す、実施の形態に従ったダイヤモンドロータリードレッサの製造方法を説明するための断面図である。 図１で示す、実施の形態に従ったダイヤモンドロータリードレッサの製造方法を説明するための断面図である。 図１で示す、実施の形態に従ったダイヤモンドロータリードレッサの製造方法を説明するための断面図である。 図１で示す、実施の形態に従ったダイヤモンドロータリードレッサの製造方法を説明するための断面図である。 図１で示す、実施の形態に従ったダイヤモンドロータリードレッサの製造方法を説明するための断面図である。

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、以下の実施の形態では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。

図１は、この発明の実施の形態に従った、超砥粒層を有するダイヤモンドロータリードレッサの断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態に従ったダイヤモンド工具としてのダイヤモンドロータリードレッサ１は、超砥粒層２０と、その超砥粒層２０内側に設けられる接合層４０と、内側に設けられる台金３０とを有する。

台金３０は、円筒状であり、内部には貫通孔３１が設けられる。貫通孔３１にシャフトを通し、このシャフトと台金３０とを固定することでシャフトと一体的に台金３０およびダイヤモンドロータリードレッサ１を回転させることが可能である。

なお、この実施の形態では、台金３０に貫通孔３１が設けられる構成が開示されているが、貫通孔３１は必ずしも設けられていなくてもよい。

接合層４０は、台金３０と、超砥粒層２０とを接合するための層であり、台金３０および溶射層２３の両方に密着性のよい材料で構成される。

溶射層２３は、金属を溶射することにより構成される。溶射層２３は、金属のみで構成されていてもよく、金属と他の物質との複合体であってもよい。

溶射層２３表面には超砥粒層２０が形成されている。超砥粒層２０においては、超砥粒２１が結合材２２により保持されている。超砥粒２１は、たとえばダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素を採用することができる。結合材２２は、超砥粒２１を保持する働きを有する。超砥粒層２０の表面にはワークを加工するための凹部２８が形成されている。

次に、図１で示すダイヤモンドロータリードレッサの製造方法について説明する。図２から図６は、図１で示す、実施の形態に従ったダイヤモンドロータリードレッサの製造方法を説明するための断面図である。図２を参照して、まず母型１０を作製する。母型１０は円筒状であり、その内周面１２に凸部１１が形成されている。凸部１１は図１で示す凹部２８に嵌まり合う形状とされている。

図３を参照して、母型１０の内周面１２にダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素からなる超砥粒２１を仮固定する。仮固定の際には複数の超砥粒２１が所定の間隔を隔てて配置される。

図４を参照して、仮固定された超砥粒２１を結合材２２で保持する。結合材２２は、たとえばニッケルで構成されており、ニッケルめっきにより超砥粒２１を埋め込む。これにより超砥粒層２０を形成する。

図５を参照して、超砥粒層２０に接触するように溶射により溶射層２３を形成する。このとき溶射する金属としては、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。

図６を参照して、溶射層２３内側に台金３０を位置決めする。そして台金３０と溶射層２３とを接合層４０で接合し、さらに母型１０を除去することにより、図１で示す、実施の形態に従った超砥粒層を有するダイヤモンドロータリードレッサ１が完成する。

すなわち、この発明の実施の形態に従った超砥粒工具としてのダイヤモンドロータリードレッサ１は、溶射により形成されて、気孔率が３％以下である溶射層２３と、溶射層２３上に形成されて、１層の超砥粒２１が結合材２２により保持されている超砥粒層２０とを備える。結合材２２はニッケルめっきにより形成される。溶射層２３は、ＨＶＡＦ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。溶射層２３は、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つからなる粒子を溶射材とする溶射により形成される。

コールドスプレー溶射法は、他の溶射法と異なり溶射材を溶融させることなく、固体のまま基材に衝突させるため溶射層の温度上昇が少ない。従ってダイヤモンドロータリードレッサの製造工程において、熱膨張による寸法変化から生じる残留応力を低く抑えることができるので、高精度なダイヤモンドロータリードレッサを製造することができる。さらに超音速で粒子を基材に衝突させるため、気孔の少ない膜を得ることができる。酸化が少なく緻密な膜が得られるために、熱伝導性に優れた膜を得ることができる。熱による材料の変質等が無いため、付着しなかった材料を再度使用できる。コーティング時にヒュームの発生を防止することできる。

平均粒径の測定は、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。

気孔率の測定に関しては、溶射層２３の実測密度と、溶射層２３の理論密度（気孔率０％）との比率を充填率とし、１−充填率を気孔率とする。

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。

本発明は、超砥粒工具の製造に用いられることが考えられる。

１ ダイヤモンドロータリードレッサ、１０ 母型、１１ 凸部、１２ 内周面、２０ 超砥粒層、２１ 超砥粒、２２ 結合材、２３ 溶射層、２８ 凹部、３０ 台金、３１ 貫通孔、４０ 接合層。

Claims (7)

1. 溶射により形成されて、気孔率が３％以下である溶射層と、
   前記溶射層上に形成されて、１層の超砥粒が結合材により保持されている超砥粒層とを備えた、超砥粒工具。
2. 前記結合材はニッケルめっきにより形成される、請求項１に記載の超砥粒工具。
3. 前記溶射層は、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、請求項１または２に記載の超砥粒工具。
4. 前記溶射層は、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を溶射材とする溶射により形成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
5. 前記超砥粒工具は、ロータリードレッサである、請求項１から４のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
6. 請求項１から５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、
   型枠の内面に超砥粒をニッケルめっきにより埋め込んで超砥粒層を形成する工程と、
   前記ニッケルめっきの表面に溶射により溶射層を形成する工程とを備えた、超砥粒工具の製造方法。
7. 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、請求項６に記載の超砥粒工具の製造方法。

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