JP2013018099A - Method of manufacturing porous structure, and porous structure - Google Patents

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正志 平舘
Takeshi Tonomura
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a porous structure capable of increasing the polished amount of a workpiece.SOLUTION: This method of manufacturing the porous structure 10 including a porous metal 20 having an open pore structure includes: a first step of forming an abrasive grain layer 30 including abrasive grains 31 on the surface of the framework of the porous metal 20; and a second step of cutting the surface of the porous metal 20 on the framework surface of which the abrasive grain layer is formed to remove a part of the abrasive grain layer 30 so as to increase the area of the abrasive grain layer 30 on the cut surface. The step of forming the abrasive grain layer 30 is a step of electroplating.

Description

本発明は、加工用工具などに用いられる多孔性構造体の製造方法及び多孔性構造体に関する。   The present invention relates to a method for producing a porous structure used for a processing tool or the like and a porous structure.

研磨用工具として、溶融したアルミニウムなどの基地金属に、増粘材と、ダイヤモンド砥粒と、を加え、これらを攪拌しながら発泡剤を添加し、発砲した金属材料を冷却、凝固させることにより形成された、多数の気泡を有し、かつ、表面に多数のダイヤモンド砥粒が突出した発砲金属ホイールが知られている(例えば、特許文献1を参照)。この発砲金属ホイールは、網目状の骨格が三次元に連なって形成されており、その骨格は、基地金属の中にダイヤモンド砥粒が混入して形成されている。   Formed by adding a thickener and diamond abrasive grains to a base metal such as molten aluminum as a polishing tool, adding a foaming agent while stirring them, and cooling and solidifying the fired metal material A fired metal wheel having a large number of bubbles and having a large number of diamond abrasive grains protruding on the surface is known (see, for example, Patent Document 1). This foaming metal wheel has a mesh-like skeleton formed in three dimensions, and the skeleton is formed by mixing diamond abrasive grains in a base metal.

特開平1−193173号公報JP-A-1-193173

しかし、特許文献1の金属ホイールは、骨格の表面だけでなく、基地金属内部にもダイヤモンド砥粒が混入している。そのため、骨格の表面から高い密度でダイヤモンド砥粒を突出させることができず、被加工物の研削量あるいは研磨量を増加させることができなかった。   However, in the metal wheel of Patent Document 1, not only the surface of the skeleton but also diamond abrasive grains are mixed inside the base metal. For this reason, diamond abrasive grains cannot be protruded from the surface of the skeleton at a high density, and the amount of grinding or polishing of the workpiece cannot be increased.

本発明はこれらの問題に着目してなされたもので、被加工物の研削量あるいは研磨量を増加させることができる多孔性構造体の製造方法及び多孔性構造体を提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to these problems, and an object of the present invention is to provide a porous structure manufacturing method and a porous structure capable of increasing the amount of grinding or polishing of a workpiece. .

上記目的を達成するための本発明の第1の観点に係る多孔性構造体の製造方法は、
開気孔構造を有する多孔質金属より構成される多孔性構造体の製造方法であって、
前記多孔質金属の骨格の表面に、砥粒を含む砥粒層を形成する第1の工程と、
前記骨格の表面に砥粒層が形成された前記多孔質金属の表面を削って前記砥粒層の一部を除去することにより、削った面における前記砥粒層の面積を増加させる第2の工程と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for producing a porous structure according to the first aspect of the present invention comprises:
A method for producing a porous structure composed of a porous metal having an open pore structure,
A first step of forming an abrasive layer containing abrasive grains on the surface of the porous metal skeleton;
The surface of the porous metal having the abrasive layer formed on the surface of the skeleton is scraped to remove a part of the abrasive layer, thereby increasing the area of the abrasive layer on the scraped surface. Process,
It is characterized by providing.

上記多孔性構造体の製造方法の前記第2の工程において、前記骨格の表面に砥粒層が形成された前記多孔質金属の表面を削って、さらに前記多孔質金属の骨格の一部を除去するようにしてもよい。   In the second step of the method for producing a porous structure, the surface of the porous metal having an abrasive layer formed on the surface of the skeleton is shaved, and a part of the skeleton of the porous metal is further removed. You may make it do.

上記多孔性構造体の製造方法において、前記第1の工程は、電気めっき工程であってもよい。   In the method for manufacturing a porous structure, the first step may be an electroplating step.

上記多孔性構造体の製造方法において、前記多孔質金属を、Ni、Cu、Zn、Al、Au、Ag、Fe、Coからなる群から選択された1種の金属若しくはその合金又は2種以上の金属を含む合金により形成してもよい。   In the method for producing a porous structure, the porous metal may be one metal selected from the group consisting of Ni, Cu, Zn, Al, Au, Ag, Fe, and Co, or an alloy thereof, or two or more thereof. You may form with the alloy containing a metal.

上記多孔性構造体の製造方法において、前記砥粒を、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素(CBN)からなる群から選択される超砥粒により形成してもよい。   In the method for manufacturing a porous structure, the abrasive grains may be formed of superabrasive grains selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride (CBN).

上記多孔性構造体の製造方法において、前記砥粒を、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、シリカ(SiO2)、セリア(CeO2)、チタニア(TiO2)、マグネシア(MgO)からなる群から選択される酸化物により形成してもよい。 In the manufacturing method of the porous structure, the abrasive grains are alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silica (SiO 2 ), ceria (CeO 2 ), titania (TiO 2 ), magnesia (MgO And an oxide selected from the group consisting of:

上記多孔性構造体の製造方法において、前記砥粒を、炭化ケイ素(SiC)、炭化ホウ素(B4C)からなる群から選択される炭化物により形成してもよい。 In the method for producing a porous structure, the abrasive grains may be formed of a carbide selected from the group consisting of silicon carbide (SiC) and boron carbide (B 4 C).

上記多孔性構造体の製造方法において、前記砥粒を、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)からなる群から選択される窒化物により形成してもよい。 In the method for manufacturing a porous structure, the abrasive grains may be formed of a nitride selected from the group consisting of aluminum nitride (AlN) and silicon nitride (Si 3 N 4 ).

上記多孔性構造体の製造方法において、前記砥粒を、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、セリア(CeO2)、チタニア(TiO2)、マグネシア(MgO)からなる群から選択される2種以上の酸化物の複合酸化物により形成してもよい。 In the method for producing a porous structure, the abrasive grains are selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), titania (TiO 2 ), and magnesia (MgO). You may form with the complex oxide of 2 or more types of oxides.

上記目的を達成するための本発明の第2の観点に係る多孔性構造体は、
開気孔構造を有する多孔質金属より構成される多孔性構造体であって、
前記多孔質金属の骨格の表面に、砥粒を含む砥粒層を形成し、
前記骨格の表面に砥粒層が形成された前記多孔質金属の表面を削ることにより、該削った面における前記砥粒層の面積を増加させることにより製造される、
ことを特徴とする。
The porous structure according to the second aspect of the present invention for achieving the above object is
A porous structure composed of a porous metal having an open pore structure,
Forming an abrasive layer containing abrasive grains on the surface of the porous metal skeleton;
Manufactured by increasing the area of the abrasive layer on the scraped surface by scraping the surface of the porous metal on which the abrasive layer is formed on the surface of the skeleton,
It is characterized by that.

本発明により、被加工物の研削量あるいは研磨量を増加させることができる多孔性構造体の製造方法及び多孔性構造体を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION By this invention, the manufacturing method and porous structure of a porous structure which can increase the grinding amount or polishing amount of a to-be-processed object can be provided.

本発明の実施形態に係る多孔性構造体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the porous structure which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る多孔性構造体を示す拡大写真である。It is an enlarged photograph which shows the porous structure which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る多孔性構造体の骨格の断面を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the cross section of the frame | skeleton of the porous structure which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る多孔性構造体の骨格を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a skeleton of a porous structure according to an embodiment of the present invention. (a)は、本発明の実施形態に係る多孔性構造体を削る前の状態の骨格を図4のIV方向から見た模式図であり、(b)は、面11Bまで削った状態の骨格を図4のIV方向から見た模式図であり、(c)は、面11Cまで削った状態の骨格を図4のIV方向から見た模式図である。(A) is the schematic diagram which looked at the frame | skeleton of the state before cutting the porous structure which concerns on embodiment of this invention from the IV direction of FIG. 4, (b) is the frame | skeleton of the state cut | disconnected to the surface 11B 4 is a schematic view of the skeleton in a state of being cut down to the surface 11C from the IV direction of FIG. 4. (a)は、本発明の実施形態に係る多孔性構造体を11Dまで削った状態の骨格を模式的に示す図4のV−V断面図であり、(b)は、11Eまで削った状態の骨格を模式的に示す図4のV−V断面図である。(A) is the VV sectional view of Drawing 4 showing typically the frame of the state where the porous structure concerning an embodiment of the present invention was shaved to 11D, (b) is the state shaved to 11E 5 is a VV cross-sectional view of FIG. 4 schematically showing the skeleton of FIG. 本発明の実施形態に係る多孔性構造体を製造する多孔性構造体製造装置の図である。It is a figure of the porous structure manufacturing apparatus which manufactures the porous structure which concerns on embodiment of this invention. (a)は、本発明の実施形態に係る多孔性構造体を削る前の状態を示す模式図であり、(b)は、多孔性構造体を面11aまで削った状態を示す模式図であり、(c)は、多孔性構造体を面11bまで削った状態を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the state before shaving the porous structure which concerns on embodiment of this invention, (b) is a schematic diagram which shows the state which shaved the porous structure to the surface 11a (C) is a schematic diagram which shows the state which shaved the porous structure to the surface 11b. 本発明の他の実施形態に係る多孔性構造体の骨格を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the frame | skeleton of the porous structure which concerns on other embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態を説明する。尚、以下に記載する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素又は全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。   Embodiments of the present invention will be described below. In addition, embodiment described below is for description and does not restrict | limit the scope of the present invention. Therefore, those skilled in the art can employ embodiments in which each or all of these elements are replaced with equivalent ones, and these embodiments are also included in the scope of the present invention.

図1に示すように、多孔性構造体10は、例えば直方体状に形成されており、側面101、上面102等を研磨などのための作業面として使用することができる構造体である。また、図1及び図2に示すように、多孔性構造体10は、網目状の骨格10a(図2のグレー部分参照)が三次元に連なって形成されている。また、網目状の骨格10aの間には、開気孔21(図2の黒色部分参照)が形成されている。なお、開気孔とは、一方の面から、その反対側に位置する他方の面まで通じる気孔のことである。   As shown in FIG. 1, the porous structure 10 is formed in a rectangular parallelepiped shape, for example, and can use the side surface 101, the upper surface 102, etc. as work surfaces for polishing or the like. As shown in FIGS. 1 and 2, the porous structure 10 is formed by a three-dimensional network structure 10 a (see the gray portion in FIG. 2). In addition, open pores 21 (see black portions in FIG. 2) are formed between the mesh-like skeletons 10a. The open pores are pores that communicate from one surface to the other surface located on the opposite side.

詳細に説明すると、図3に示すように、多孔性構造体10の骨格10aは、多孔質金属20と、多孔質金属20の表面を被覆する砥粒層30と、からなる。また、砥粒層30には、砥粒31が取り込まれている。一部の砥粒、例えば砥粒31aは砥粒層30から開気孔21側に突出した状態で、母材30aを介して多孔質金属20に固定されている。また、他の砥粒、例えば31bは砥粒層30の内部に埋没した状態で、母材30aを介して多孔質金属20に固定されている。尚、本実施形態において、砥粒31は、平均粒径3μmで形成されており、砥粒層30は約16〜17μmの厚さで形成されている。   More specifically, as shown in FIG. 3, the skeleton 10 a of the porous structure 10 includes a porous metal 20 and an abrasive layer 30 that covers the surface of the porous metal 20. Further, abrasive grains 31 are taken into the abrasive grain layer 30. Some abrasive grains, for example, abrasive grains 31a, are fixed to the porous metal 20 via the base material 30a in a state of protruding from the abrasive grain layer 30 toward the open pores 21. Further, other abrasive grains, for example, 31b are fixed to the porous metal 20 via the base material 30a in a state of being buried in the abrasive grain layer 30. In the present embodiment, the abrasive grains 31 are formed with an average particle diameter of 3 μm, and the abrasive grain layer 30 is formed with a thickness of about 16 to 17 μm.

以下、本実施形態に係る多孔性構造体10を構成する各要素について説明する。尚、本実施形態において、砥粒31には、多孔質金属20及び砥粒層30の母材30aのモース硬度より大きなモース硬度を有する物質が選択される。本発明におけるモース硬度とは、硬さの指標を10段階としてそれぞれに対応する標準物質を設定したものである。モース硬度1の標準物質は滑石、2は石膏、3は方解石、4は蛍石、5は燐灰石、6は正長石、7は石英、8はトパーズ、9はコランダム、10はダイヤモンドである。モース硬度は、モース硬度の標準物質で被測定物質の表面を引っ掻き、キズの有無を調べることで相当するモース硬度を決定するものである。   Hereinafter, each element which comprises the porous structure 10 which concerns on this embodiment is demonstrated. In the present embodiment, a material having a Mohs hardness greater than the Mohs hardness of the base metal 30 a of the porous metal 20 and the abrasive grain layer 30 is selected as the abrasive grain 31. The Mohs hardness in the present invention is a standard material corresponding to each of ten hardness indices. The standard material of Mohs hardness 1 is talc, 2 is gypsum, 3 is calcite, 4 is fluorite, 5 is apatite, 6 is orthoclase, 7 is quartz, 8 is topaz, 9 is corundum, and 10 is diamond. The Mohs hardness determines the corresponding Mohs hardness by scratching the surface of the substance to be measured with a standard material of the Mohs hardness and examining the presence or absence of scratches.

多孔質金属20は、ニッケル(Ni、モース硬度:3〜4)から形成されており、網目状の骨格が三次元に連なって形成された開気孔構造を有している。また、多孔質金属20は、直方体状(図1参照)に形成されている。尚、多孔質金属20は、ニッケル(Ni)の他に、銅(Cu、モース硬度:2〜4)、亜鉛(Zn、モース硬度:2〜3)、アルミニウム(Al、モース硬度:2〜3)、金(Au、モース硬度:2〜3)、銀(Ag、モース硬度:2〜3)、鉄(Fe、モース硬度:4〜5)、コバルト(Co、モース硬度:5〜6)からなる群から選択された1種の金属若しくはその合金又は2種以上の金属を含む合金から形成されていてもよい。   The porous metal 20 is made of nickel (Ni, Mohs hardness: 3 to 4), and has an open pore structure in which a network skeleton is formed in three dimensions. The porous metal 20 is formed in a rectangular parallelepiped shape (see FIG. 1). The porous metal 20 is made of copper (Cu, Mohs hardness: 2-4), zinc (Zn, Mohs hardness: 2-3), aluminum (Al, Mohs hardness: 2-3) in addition to nickel (Ni). ), Gold (Au, Mohs hardness: 2-3), silver (Ag, Mohs hardness: 2-3), iron (Fe, Mohs hardness: 4-5), cobalt (Co, Mohs hardness: 5-6) You may form from the metal of 1 type selected from the group which consists of, or its alloy, or the alloy containing 2 or more types of metals.

また、多孔質金属20として、種々の製造方法により形成されたものを用いることができる。例えば、基材としての発泡体、不織布、メッシュ体等の三次元網目状多孔体の表面にカーボン塗布、化学メッキあるいは蒸着により導電性を付与した後、電気めっきを施し、その後、焼成により上記基材を焼き飛ばして金属層により三次元網目状の骨格を形成したものを用いることができる。   Moreover, what was formed by the various manufacturing method as the porous metal 20 can be used. For example, the surface of a three-dimensional network porous body such as a foam, a nonwoven fabric, or a mesh body as a base material is imparted with conductivity by carbon coating, chemical plating, or vapor deposition, then electroplated, and then fired to form the above-mentioned base. A material obtained by burning a material and forming a three-dimensional network skeleton by a metal layer can be used.

砥粒31は、ダイヤモンド(モース硬度:10)から形成されており、その平均粒径は3μmである。平均粒径の測定は、砥粒のSEM(走査電子顕微鏡)写真を画像解析して行ったが、他の方法、例えば粒度測定器などを用いて行うこともできる。尚、砥粒31は、ダイヤモンドの他に、立方晶窒化ホウ素(CBN、モース硬度:10)などの超砥粒、アルミナ(Al2O3、モース硬度:8〜9)、ジルコニア(ZrO2、モース硬度:7〜9)、シリカ(SiO2、モース硬度:6〜7)、セリア(CeO2、モース硬度:5〜7)、チタニア(TiO2、モース硬度:5〜8)、マグネシア(MgO 、モース硬度:5〜6)などの酸化物、炭化ケイ素(SiC、モース硬度:8〜9)、炭化ホウ素(B4C、モース硬度:8〜9)などの炭化物、窒化アルミニウム(AlN、モース硬度:6〜8)、窒化ケイ素(Si3N4、モース硬度:5〜7)などの窒化物、から形成されていてもよい。また、砥粒31は、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、セリア(CeO2)、チタニア(TiO2)、マグネシア(MgO)からなる群から選択される2種以上の酸化物の複合酸化物から形成されていてもよい。 The abrasive grains 31 are made of diamond (Mohs hardness: 10), and the average particle diameter is 3 μm. The average particle size was measured by image analysis of a SEM (scanning electron microscope) photograph of the abrasive grains, but it can also be performed using other methods such as a particle size measuring instrument. The abrasive grains 31 include, in addition to diamond, superabrasive grains such as cubic boron nitride (CBN, Mohs hardness: 10), alumina (Al 2 O 3 , Mohs hardness: 8 to 9), zirconia (ZrO 2 , Mohs hardness: 7-9), silica (SiO 2, Mohs hardness: 6-7), ceria (CeO 2, Mohs hardness: 5-7), titania (TiO 2, Mohs hardness: 5-8), magnesia (MgO , Oxides such as Mohs hardness: 5-6), carbides such as silicon carbide (SiC, Mohs hardness: 8-9), boron carbide (B 4 C, Mohs hardness: 8-9), aluminum nitride (AlN, Mohs) Hardness: 6-8) and nitrides such as silicon nitride (Si 3 N 4 , Mohs hardness: 5-7) may be used. The abrasive grains 31 are two or more oxides selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), titania (TiO 2 ), and magnesia (MgO). It may be formed from the complex oxide.

砥粒層30の母材30aは、ニッケル(Ni)から形成されている。尚、砥粒層30の母材30aは、ニッケル(Ni)の他に、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、コバルト(Co)、鉄(Fe)からなる群から選択された1種の金属若しくはその合金又は2種以上の金属を含む合金から形成されていてもよい。   The base material 30a of the abrasive grain layer 30 is formed from nickel (Ni). The base material 30a of the abrasive grain layer 30 is not only nickel (Ni) but also copper (Cu), zinc (Zn), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), cobalt (Co), You may form from the metal of 1 type selected from the group which consists of iron (Fe), its alloy, or the alloy containing 2 or more types of metals.

次に、図4〜図6を用いて、本実施形態にかかる多孔性構造体10の作業面(図1の101、102を参照)が削られた場合の作用について説明する。図4に示した骨格10aは、作業面近傍の骨格10aである。面11A〜11Eは、多孔性構造体10の外形を規定している面(複数の骨格10aが外接することにより形成される仮想の面)である。そして、面11A〜11Eは、例えば、多孔性構造体10の側面101のように、砥石として用いられた場合に研磨のための作業面として使用される面である。尚、説明を簡単にするため、図4に示した骨格10aは、作業面である面11A〜11Eに平行なX部と垂直なY部とを有している。また、面11A〜11Eは全て平行である。   Next, the operation when the work surface (see 101 and 102 in FIG. 1) of the porous structure 10 according to the present embodiment is shaved will be described with reference to FIGS. The skeleton 10a illustrated in FIG. 4 is the skeleton 10a in the vicinity of the work surface. The surfaces 11A to 11E are surfaces that define the outer shape of the porous structure 10 (virtual surfaces formed by circumscribing the plurality of skeletons 10a). And surface 11A-11E is a surface used as a work surface for grinding | polishing, when it is used as a grindstone like the side surface 101 of the porous structure 10, for example. For the sake of simplicity, the skeleton 10a shown in FIG. 4 has an X portion parallel to the surfaces 11A to 11E, which are work surfaces, and a Y portion perpendicular thereto. The surfaces 11A to 11E are all parallel.

まず、骨格10aのうち、面11A〜11Cに対して平行なX部について説明する。   First, the X portion parallel to the surfaces 11A to 11C in the skeleton 10a will be described.

図5(a)に示すように、X部では、面11Aが削られる前において、砥粒31を取り込んだ砥粒層30が、多孔質金属20の周囲全体に、形成されている。そして、領域B1では、砥粒31が面11Aから突出している。   As shown in FIG. 5A, in the portion X, the abrasive grain layer 30 incorporating the abrasive grains 31 is formed on the entire periphery of the porous metal 20 before the surface 11A is cut. And in the area | region B1, the abrasive grain 31 protrudes from the surface 11A.

面11Aが削られ、砥粒層30の一部が除去されると、図5(b)に示すように、面11Bが新たに形成される。このとき、領域B2では、砥粒31が面11Bから突出している。そして、図5(b)の面11Bにおける領域B2の面積は、図5(a)の面11Aにおける領域B1の面積より大きいので、面11Bで被加工物を研磨した場合、面11Aで研磨した場合より大きく研磨することができる。   When the surface 11A is shaved and a part of the abrasive layer 30 is removed, a surface 11B is newly formed as shown in FIG. At this time, the abrasive grains 31 protrude from the surface 11B in the region B2. And since the area of area | region B2 in the surface 11B of FIG.5 (b) is larger than the area of area | region B1 in the surface 11A of Fig.5 (a), when the workpiece was grind | polished with the surface 11B, it grind | polished with the surface 11A. Larger polishing than possible.

さらに、面11Bが削られると、砥粒層30及び多孔質金属20の一部が除去され、図5(c)に示すように、新たに面11Cが形成される。このとき、図5(c)の面11Cにおける領域B3の面積は、図5(a)の面11Aにおける領域B1の面積より大きいので、面11Cで被加工物を研磨した場合、面11Aで研磨した場合より大きく研磨することができる。   Further, when the surface 11B is cut, a part of the abrasive grain layer 30 and the porous metal 20 is removed, and a new surface 11C is formed as shown in FIG. At this time, since the area of the region B3 in the surface 11C of FIG. 5C is larger than the area of the region B1 in the surface 11A of FIG. 5A, when the workpiece is polished by the surface 11C, the surface 11A is polished. It is possible to polish larger than the case.

このように、作業面に対して平行な骨格では、砥粒層が削られる前より、削られた後の方が、被加工物と接触する砥粒の数が増えるため、被加工物の研磨量が増加する。   In this way, in the skeleton parallel to the work surface, the number of abrasive grains that come in contact with the workpiece increases after the cutting, compared to before the abrasive layer is cut. The amount increases.

次に、骨格10aのうち、面11A〜11Eに対して垂直なY部について説明する。   Next, the Y portion perpendicular to the surfaces 11A to 11E in the skeleton 10a will be described.

図6(a)に示すように、Y部では、多孔質金属20の周囲には、砥粒31を取り込んだ砥粒層30が形成されている。そして、図6(a)の領域C1では、面11Dから砥粒31が突出している。   As shown in FIG. 6A, an abrasive grain layer 30 incorporating abrasive grains 31 is formed around the porous metal 20 in the Y portion. And in the area | region C1 of Fig.6 (a), the abrasive grain 31 protrudes from the surface 11D.

面11Dが削られると、多孔質金属20及び砥粒層30が共に摩耗し、図6(b)に示すように、新たに面11Eが形成される。このとき、図6(b)の面11Eにおける領域C2の面積は、図6(a)の面11Dのおける領域C1の面積と略同一である。そのため、領域C1において面11Dから突出している砥粒31の量と、領域C2において面11Eから突出している砥粒31の量は略同一である。そのため、被加工物の研磨量も略同一である。   When the surface 11D is cut, both the porous metal 20 and the abrasive layer 30 are worn, and a new surface 11E is formed as shown in FIG. At this time, the area of the region C2 on the surface 11E of FIG. 6B is substantially the same as the area of the region C1 on the surface 11D of FIG. Therefore, the amount of abrasive grains 31 protruding from the surface 11D in the region C1 and the amount of abrasive particles 31 protruding from the surface 11E in the region C2 are substantially the same. Therefore, the polishing amount of the workpiece is also substantially the same.

次に、本実施形態に係る多孔性構造体10の製造方法について説明する。詳細には、ニッケルからなる多孔質金属20に、ダイヤモンドからなる砥粒31を含有した砥粒層30を、電気めっき法(電着法)により形成した多孔性構造体10の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the porous structure 10 according to this embodiment will be described. In detail, the manufacturing method of the porous structure 10 which formed the abrasive grain layer 30 containing the abrasive grain 31 which consists of the diamond on the porous metal 20 which consists of nickel by the electroplating method (electrodeposition method) is demonstrated. .

まず、めっきされる多孔質金属20の金属表面の油脂を除去するために、脱脂を行い、その後、水洗する。そして、多孔質金属20の金属表面の酸化物層を除去するために、酸処理を行い、その後、水洗する。   First, in order to remove oil and fat on the metal surface of the porous metal 20 to be plated, degreasing is performed, and then water washing is performed. Then, in order to remove the oxide layer on the metal surface of the porous metal 20, acid treatment is performed, and then washed with water.

次に、図7に示す多孔性構造体製造装置50の電着槽51内に、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとホウ酸とを有するめっき液52を蓄える。そして、そのめっき液52に、平均粒径3μmのダイヤモンドの砥粒31を混入する。ここで、ダイヤモンドの砥粒31の液中での状態を調整するために添加剤を入れてもよい。   Next, a plating solution 52 containing nickel sulfate, nickel chloride, and boric acid is stored in the electrodeposition tank 51 of the porous structure manufacturing apparatus 50 shown in FIG. Then, diamond abrasive grains 31 having an average particle diameter of 3 μm are mixed in the plating solution 52. Here, an additive may be added to adjust the state of the diamond abrasive grains 31 in the liquid.

次に、めっき液52に、めっきされる多孔質金属20と、ニッケルからなる電解金属55とを浸漬し、多孔質金属20を通電手段60のマイナス端子に接続し、電解金属55を通電手段60のプラス端子に接続する。   Next, the porous metal 20 to be plated and the electrolytic metal 55 made of nickel are immersed in the plating solution 52, the porous metal 20 is connected to the negative terminal of the energizing means 60, and the electrolytic metal 55 is energized by the energizing means 60. Connect to the positive terminal.

そして、通電手段60から多孔質金属20と電解金属55との間に電圧を加え、めっき液52に混入した砥粒31を多孔質金属20の表面上に堆積させるとともに、溶解した電解金属55によって多孔質金属20の表面をめっきし、砥粒31を取り込んだ砥粒層30を成長させる。   A voltage is applied between the porous metal 20 and the electrolytic metal 55 from the energizing means 60 to deposit the abrasive grains 31 mixed in the plating solution 52 on the surface of the porous metal 20, and the dissolved electrolytic metal 55 The surface of the porous metal 20 is plated, and the abrasive grain layer 30 incorporating the abrasive grains 31 is grown.

その後、砥粒層30が約16〜17μmの厚さまで形成され、めっき液52からめっきされた多孔質金属200を取り出し、水洗し、乾燥する。   Then, the abrasive grain layer 30 is formed to a thickness of about 16 to 17 μm, and the plated porous metal 200 is taken out from the plating solution 52, washed with water, and dried.

図8(a)に示すように、めっき液52から取り出しためっきされた多孔質金属200の骨格の表面には、砥粒層30が均一な厚さで形成されている。このとき、めっきされた多孔質金属200の外形を規定している面(複数の骨格が外接することにより形成される仮想の面)110の領域D1では、砥粒31が面110から突出している。尚、図8(a)は、砥粒層30がめっきされた多孔質金属200の骨格のうち、面110に対して平行(図4のX部参照)な骨格である20a、20b、20c、20d、20e、20f・・・のみを模式的に示している。   As shown in FIG. 8A, the abrasive grain layer 30 is formed with a uniform thickness on the surface of the skeleton of the plated porous metal 200 taken out from the plating solution 52. At this time, the abrasive grains 31 protrude from the surface 110 in the region D1 of the surface 110 defining the outer shape of the plated porous metal 200 (a virtual surface formed by circumscribing a plurality of skeletons). . 8A shows 20a, 20b, 20c, which are skeletons parallel to the surface 110 (see the X part in FIG. 4), among the skeletons of the porous metal 200 plated with the abrasive grain layer 30. Only 20d, 20e, 20f... Are schematically shown.

そして、多孔質金属200の面110(図8(a)参照)を削り、図8(b)に示すように、砥粒層30の一部を除去して面11aを形成する。このようにして、多孔性構造体10が製造される。尚、削って除去される厚さは砥粒層30の厚さより小さい。このとき、面11aの領域D2では、砥粒31が面11aから突出している。また、めっきされた多孔質金属200の面110は、砥石、紙やすり、又は本発明によって既に製造された多孔性構造体を用いて削られる。   Then, the surface 110 (see FIG. 8A) of the porous metal 200 is shaved, and as shown in FIG. 8B, a part of the abrasive grain layer 30 is removed to form the surface 11a. In this way, the porous structure 10 is manufactured. The thickness removed by shaving is smaller than the thickness of the abrasive layer 30. At this time, the abrasive grains 31 protrude from the surface 11a in the region D2 of the surface 11a. Further, the surface 110 of the plated porous metal 200 is scraped using a grindstone, a sandpaper, or a porous structure already manufactured according to the present invention.

以上のようにして、製造された多孔性構造体10では、面110を削った後の面11aにおける砥粒層30の面積(領域D2)は、面110を削る前の状態(図8(a))の面110における砥粒層30の面積(領域D1)よりも大きい。砥粒層が形成された多孔質金属の表面を削ることで、被加工物と接触する砥粒の数を増加させることができるため、被加工物の研削量あるいは研磨量を増加させることができる。
また、作業面に垂直なY部(図4参照)では、削った前後において被加工物の研磨量は略同一であり、作業面に平行なX部(図4参照)では、削る前より削った後の方が被加工物の研磨量を増加させることができる。そのため、多孔性構造体全体では、削った後の方が、被加工物の研削量あるいは研磨量を増加させることができる。
In the porous structure 10 manufactured as described above, the area (region D2) of the abrasive grain layer 30 on the surface 11a after the surface 110 is shaved is the state before the surface 110 is shaved (FIG. 8A )) Larger than the area (region D1) of the abrasive grain layer 30 on the surface 110. By scraping the surface of the porous metal on which the abrasive layer is formed, the number of abrasive grains in contact with the workpiece can be increased, so that the amount of grinding or polishing of the workpiece can be increased. .
Further, in the Y portion perpendicular to the work surface (see FIG. 4), the polishing amount of the workpiece is substantially the same before and after cutting, and in the X portion (see FIG. 4) parallel to the work surface, the workpiece is ground before cutting. The amount of polishing of the workpiece can be increased later. Therefore, in the entire porous structure, the amount of grinding or polishing of the workpiece can be increased after cutting.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。   In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various deformation | transformation is possible.

上記実施形態の図8(b)の多孔性構造体10をさらに削ることもできる。図8(c)は、多孔性構造体10をさらに削って、砥粒層30だけでなく骨格20a等を削ることによって、新たに面11bが形成された状態を示している。ここで、多孔性構造体10の外形を規定している面11bは、骨格20c、20d、20e及び20fによって形成されている。尚、骨格20c、20d、20e及び20fは、めっきされた多孔質金属200の面110が削られる前において、めっきされた多孔質金属200の外径を規定する面を形成していなかった骨格である。このとき、面11bの領域D3では、砥粒31が突出している。図8(c)の面11bにおける砥粒層30の面積(領域D3)は、図8(a)の面110における砥粒層30の面積(領域D1)より大きいため、被加工物の研削量あるいは研磨量をさらに増加させることができる。   The porous structure 10 of FIG. 8B of the above embodiment can be further shaved. FIG. 8C shows a state in which the surface 11b is newly formed by further cutting the porous structure 10 to cut not only the abrasive grain layer 30 but also the skeleton 20a. Here, the surface 11b defining the outer shape of the porous structure 10 is formed by the skeletons 20c, 20d, 20e, and 20f. The skeletons 20c, 20d, 20e, and 20f are skeletons that did not form a surface that defines the outer diameter of the plated porous metal 200 before the surface 110 of the plated porous metal 200 was shaved. is there. At this time, the abrasive grains 31 protrude in the region D3 of the surface 11b. Since the area (region D3) of the abrasive layer 30 on the surface 11b in FIG. 8C is larger than the area (region D1) of the abrasive layer 30 on the surface 110 in FIG. 8A, the amount of grinding of the workpiece Alternatively, the polishing amount can be further increased.

また、上記実施形態では、多孔性構造体10は直方体状に形成されていたが、これに限定されるものではなく、例えば、シート状又はリング状に形成されていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the porous structure 10 was formed in the rectangular parallelepiped shape, it is not limited to this, For example, you may form in the sheet form or the ring shape.

また、上記実施形態では、砥粒層30は、砥粒31の平均粒径3μmより厚い約16〜17μmで形成されていたが、これに限定されるものではない。図9に示すように、砥粒層30は、砥粒31の平均粒径3μmの1/2である約1.5μmで形成されていてもよく、砥粒層30の厚さは、砥粒31が砥粒層30から脱落しない厚さであればよい。この場合、砥粒層30が多孔質金属20の骨格の太さに対して十分薄いため、多孔性構造体10を所望の形状に容易に変形させることができる。   Moreover, in the said embodiment, although the abrasive grain layer 30 was formed with about 16-17 micrometers thicker than the average particle diameter of 3 micrometers of the abrasive grain 31, it is not limited to this. As shown in FIG. 9, the abrasive grain layer 30 may be formed with about 1.5 μm which is 1/2 of the average grain diameter of 3 μm of the abrasive grain 31. It suffices that the thickness 31 does not fall off from the abrasive layer 30. In this case, since the abrasive layer 30 is sufficiently thin with respect to the thickness of the skeleton of the porous metal 20, the porous structure 10 can be easily deformed into a desired shape.

また、上記実施形態では、砥粒31は、平均粒径が3μmで形成されていたが、これに限定されるものではなく、種々の大きさの砥粒を用いることができる。例えば、被加工物の研磨量が小さい多孔性構造体を形成する場合には、平均粒径が小さな砥粒(例えば平均粒径が0.1μm程度)を用いることができる。また、多孔質金属の開気孔が塞がれなければ、平均粒径が大きな砥粒を用いることもでき、例えば、多孔質金属の開気孔の孔径が大きい場合(例えば孔径が2mm)には、平均粒径が大きな砥粒(例えば平均粒径が800μm程度)を用いることができる。平均粒径が大きな砥粒を用いることにより、被加工物の研削量あるいは研磨量をさらに増加させることができる。   Moreover, in the said embodiment, although the abrasive grain 31 was formed with the average particle diameter of 3 micrometers, it is not limited to this, Abrasive grain of various magnitude | sizes can be used. For example, when forming a porous structure with a small amount of polishing of a workpiece, abrasive grains having a small average particle diameter (for example, an average particle diameter of about 0.1 μm) can be used. Further, if the porous metal open pores are not blocked, abrasive grains having a large average particle diameter can be used. For example, when the pore diameter of the porous metal open pores is large (for example, the pore diameter is 2 mm), Abrasive grains having a large average particle diameter (for example, an average particle diameter of about 800 μm) can be used. By using abrasive grains having a large average particle diameter, the amount of grinding or polishing of the workpiece can be further increased.

また、上記実施形態では、砥粒層30は電気めっき法により形成されたが、これに限定されるものではなく、無電解めっき法により形成されていてもよい。詳細には、まず、めっきされる多孔質金属20の金属表面の油脂を除去するために、脱脂を行い、その後、水洗する。そして、多孔質金属20の金属表面の酸化物層を除去するために、酸処理を行い、その後、水洗する。次に、めっき槽内に、硫酸ニッケルと次亜りん酸ナトリウムとを有するめっき液を蓄え、めっき液中に、めっき被覆に取り込まれる砥粒31を混入する。そして、多孔質金属20をめっき液に浸漬する。めっき液に混入した砥粒31を多孔質金属20の表面上に堆積させるとともに、多孔質金属20の表面をめっきし、砥粒31を取り込んだ砥粒層30を成長させる。その後、砥粒層30を所望の厚さ、例えば約15μmまで形成し、めっき液から砥粒層30が形成された多孔質金属20を取り出し、水洗し、乾燥する。以上のようにして、多孔性構造体10を製造する。これにより、電気を使用せず、一層容易に多孔性構造体10を製造することができる。   Moreover, in the said embodiment, although the abrasive grain layer 30 was formed by the electroplating method, it is not limited to this, You may be formed by the electroless-plating method. Specifically, first, degreasing is performed in order to remove oil and fat on the metal surface of the porous metal 20 to be plated, and then water washing is performed. Then, in order to remove the oxide layer on the metal surface of the porous metal 20, acid treatment is performed, and then washed with water. Next, a plating solution containing nickel sulfate and sodium hypophosphite is stored in the plating tank, and abrasive grains 31 taken into the plating coating are mixed in the plating solution. Then, the porous metal 20 is immersed in the plating solution. The abrasive grains 31 mixed in the plating solution are deposited on the surface of the porous metal 20, and the surface of the porous metal 20 is plated to grow the abrasive grain layer 30 incorporating the abrasive grains 31. Thereafter, the abrasive grain layer 30 is formed to a desired thickness, for example, about 15 μm, and the porous metal 20 on which the abrasive grain layer 30 is formed is taken out of the plating solution, washed with water, and dried. The porous structure 10 is manufactured as described above. Thereby, the porous structure 10 can be manufactured more easily without using electricity.

また、上記実施形態では、多孔質金属20は、発泡体などに導電性を付与した後、電気めっきを施すことによって形成されていたが、それに限定されるものではなく、例えば、基礎金属に発泡剤を添加して形成したものを用いることもできる。この場合は、まず、基礎金属を溶融させ、カルシウム、ストロンチウムなどの活性金属を添加して攪拌して基礎金属を増粘させる。そして、その溶融金属中に、発泡剤として、水素化チタンなどを添加し、加熱攪拌により水素化チタンを分解して分子状または原子状の水素を溶融金属中に生成させ、これが凝集して微細な水素ガスの気泡となり、徐々に成長させながら金属中に分散させる。その後、冷却して凝固することにより形成された、三次元網目状の骨格を有する金属多孔体を用いることもできる。   Moreover, in the said embodiment, although the porous metal 20 was formed by giving electroconductivity after giving electroconductivity to a foam etc., it is not limited to it, For example, it foams to a base metal. Those formed by adding an agent can also be used. In this case, first, the base metal is melted, and an active metal such as calcium or strontium is added and stirred to thicken the base metal. Then, titanium hydride or the like is added to the molten metal as a foaming agent, and the titanium hydride is decomposed by heating and stirring to generate molecular or atomic hydrogen in the molten metal. Hydrogen gas bubbles are formed, which are gradually grown and dispersed in the metal. Thereafter, a metal porous body having a three-dimensional network skeleton formed by cooling and solidifying can also be used.

また、多孔質金属20は、例えば、金属粉末あるいは合金粉末を水あるいは有機溶剤に懸濁分散させた塗料を製造し、この塗料を連通孔を有する発泡樹脂等の多孔質材料に含浸塗布し乾燥して金属粉末あるいは合金粉末からなる被膜を形成した後、多孔質材料を含浸塗布した金属あるいは合金の融点以下の温度で燃焼消滅させると共に金属粉末あるいは、合金粉末を焼結させることによって、形成することもできる。   For the porous metal 20, for example, a paint in which metal powder or alloy powder is suspended and dispersed in water or an organic solvent is produced, and this paint is impregnated and applied to a porous material such as a foamed resin having communication holes. After forming a film made of metal powder or alloy powder, it is formed by burning and extinguishing at a temperature below the melting point of the metal or alloy impregnated with porous material and sintering the metal powder or alloy powder. You can also.

10 多孔性構造体
10a 骨格
20 多孔質金属
20a、20b、20c、20d、20e、20f 骨格
21 開気孔
30 砥粒層
30a 母材
31 砥粒
31a 砥粒
31b 砥粒
50 多孔性構造体製造装置
51 電着槽
52 めっき液
55 電解金属
101 側面
102 上面
200 めっきされた多孔質金属
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Porous structure 10a Skeleton 20 Porous metal 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f Skeleton 21 Open pore 30 Abrasive grain layer 30a Base material 31 Abrasive grain 31a Abrasive grain 31b Abrasive grain 50 Porous structure manufacturing apparatus 51 Electrodeposition bath 52 Plating solution 55 Electrolytic metal 101 Side surface 102 Upper surface 200 Plated porous metal

Claims (10)

開気孔構造を有する多孔質金属より構成される多孔性構造体の製造方法であって、
前記多孔質金属の骨格の表面に、砥粒を含む砥粒層を形成する第1の工程と、
前記骨格の表面に砥粒層が形成された前記多孔質金属の表面を削って前記砥粒層の一部を除去することにより、削った面における前記砥粒層の面積を増加させる第2の工程と、
を備えることを特徴とする多孔性構造体の製造方法。
A method for producing a porous structure composed of a porous metal having an open pore structure,
A first step of forming an abrasive layer containing abrasive grains on the surface of the porous metal skeleton;
The surface of the porous metal having the abrasive layer formed on the surface of the skeleton is scraped to remove a part of the abrasive layer, thereby increasing the area of the abrasive layer on the scraped surface. Process,
A method for producing a porous structure, comprising:
前記第2の工程において、前記骨格の表面に砥粒層が形成された前記多孔質金属の表面を削って、さらに前記多孔質金属の骨格の一部を除去することを特徴とする請求項1に記載の多孔性構造体の製造方法。   2. In the second step, the surface of the porous metal having an abrasive layer formed on the surface of the skeleton is shaved, and a part of the skeleton of the porous metal is further removed. The manufacturing method of the porous structure as described in 2. 前記第1の工程は、電気めっき工程であることを特徴とする請求項1又は2に記載の多孔性構造体の製造方法。   The method for producing a porous structure according to claim 1 or 2, wherein the first step is an electroplating step. 前記多孔質金属を、Ni、Cu、Zn、Al、Au、Ag、Fe、Coからなる群から選択された1種の金属若しくはその合金又は2種以上の金属を含む合金により形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の多孔性構造体の製造方法。   The porous metal is formed of one metal selected from the group consisting of Ni, Cu, Zn, Al, Au, Ag, Fe, and Co or an alloy thereof or an alloy containing two or more metals. The method for producing a porous structure according to any one of claims 1 to 3. 前記砥粒を、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素(CBN)からなる群から選択される超砥粒により形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の多孔性構造体の製造方法。   The porous structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the abrasive grains are formed by superabrasive grains selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride (CBN). Production method. 前記砥粒を、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、シリカ(SiO2)、セリア(CeO2)、チタニア(TiO2)、マグネシア(MgO)からなる群から選択される酸化物により形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の多孔性構造体の製造方法。 The abrasive is an oxide selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silica (SiO 2 ), ceria (CeO 2 ), titania (TiO 2 ), and magnesia (MgO). The method for producing a porous structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the porous structure is formed by: 前記砥粒を、炭化ケイ素(SiC)、炭化ホウ素(B4C)からなる群から選択される炭化物により形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の多孔性構造体の製造方法。 The porous structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the abrasive grains are made of a carbide selected from the group consisting of silicon carbide (SiC) and boron carbide (B 4 C). Body manufacturing method. 前記砥粒を、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)からなる群から選択される窒化物により形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の多孔性構造体の製造方法。 The porous material according to any one of claims 1 to 4, wherein the abrasive grains are formed of a nitride selected from the group consisting of aluminum nitride (AlN) and silicon nitride (Si 3 N 4 ). Method for manufacturing the structure. 前記砥粒を、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、セリア(CeO2)、チタニア(TiO2)、マグネシア(MgO)からなる群から選択される2種以上の酸化物の複合酸化物により形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の多孔性構造体の製造方法。 The abrasive grain is a composite of two or more oxides selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), titania (TiO 2 ), and magnesia (MgO). It forms with an oxide, The manufacturing method of the porous structure of any one of the Claims 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. 開気孔構造を有する多孔質金属より構成される多孔性構造体であって、
前記多孔質金属の骨格の表面に、砥粒を含む砥粒層を形成し、
前記骨格の表面に砥粒層が形成された前記多孔質金属の表面を削ることにより、該削った面における前記砥粒層の面積を増加させることにより製造される、
ことを特徴とする多孔性構造体。
A porous structure composed of a porous metal having an open pore structure,
Forming an abrasive layer containing abrasive grains on the surface of the porous metal skeleton;
Manufactured by increasing the area of the abrasive layer on the scraped surface by scraping the surface of the porous metal on which the abrasive layer is formed on the surface of the skeleton,
A porous structure characterized by that.
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