JP2015504786A - 多結晶ｃｖｄ合成ダイヤモンドホイールドレッサを用いた研磨用ホイールのドレッシング方法及び多結晶ｃｖｄ合成ダイヤモンドホイールドレッサの製作方法 - Google Patents

Abstract

多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを用いてホイールをドレッシングする方法であって、この方法は、ホイールを回転させるステップと、ホイールの作業面に多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面を接触させるステップとを含み、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサは、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の先導エッジが多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の後続エッジよりも大きな砥粒で作られるよう差し向けられることを特徴とするホイールのドレッシング方法。【選択図】 図１

Description

本発明の或る特定の実施形態は、多結晶ＣＶＤダイヤモンドホイールドレッサ部品及びその利用方法。

グラインディングホイール（研削砥石）、ポリッシングホイール（バフ車）及びカッティングホイールが種々の工業プロセスで用いられている。かかるホイールは、一般に、ホイールの外周面にそってぐるりと作業面を形成する研磨粒子のマトリックスを有する。使用に当たり、かかるホイールを回転させながら、研削され、研磨され又は切断されるべき部品に接触させる。使用中、かかるホイールがこれらのもとのホイール輪郭形状から変形してホイールの作業面のところの砥粒が丸くなるためにつるつる状態になる場合があり又は汚染物質で目詰まり状態になる場合がある。ホイールをドレッシング（目直し）することは、ホイールの作業面を部分的に除去するようになっており、その目的は、ホイールをそのもとの輪郭形状に戻し、つるつるになっている砥粒を脱落させて新たな砥粒を露出させると共に／或いはホイールから汚染物質を除くことにある。これは、ホイールを回転させると共にホイールの作業面を横切ってホイールドレッサツールを動かすことによって達成される。

図１は、ホイールドレッシングプロセスを示している。作業面４を備えたホイール２を方向Ｒに回転させる。ホルダ１０内に入れられたドレッサワークピース８を有するドレッサツール６をホイールの作業面に当て、そして回転方向に垂直な方向Ｘにホイールの作業面を横切って或いは接触箇所のところに位置し且つホイールの回転軸線に平行なホイールの作業面を横切って前後に動かす。材料がホイールの作業面から除去されて良好な作業面が取り戻され、その結果ホイールの使用寿命又は耐用年数を延ばすことができる。

ダイヤモンド材料は、その硬度及び耐摩耗性が極めて高いのでドレッサツールの製作に有用であることが判明している。かかるダイヤモンドドレッサツールは、一般に、ホルダ内に設けられたダイヤモンドワークピースを有し、このダイヤモンドワークピースは、例えば、金属材料を用いて製作される場合がある。ダイヤモンドワークピースは、天然ダイヤモンド材料、ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料又はＨＰＨＴ合成ダイヤモンド材料の単結晶を用いて製作される場合がある。別法として、ダイヤモンドワークピースは、バインダ又は結合材のマトリックス中に結合された複数個のダイヤモンド砥粒から成る場合がある。さらに別法として、ダイヤモンドワークピースは、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料を用いて製作される場合があり、かかる多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料は、ＣＶＤ成長方法の結果としてダイヤモンドとダイヤモンドの結合を介して互いに直接結合された複数個のダイヤモンド砥粒から成る。

本発明は、特に、ダイヤモンドワークピースが多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドワークピースで形成されたダイヤモンドドレッサツールに関する。かかる多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサが図２に示されるように製作される。最初に、例えばマイクロ波プラズマ作動式ＣＶＤダイヤモンド合成技術を用いて多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の自立型ディスクを製作する。次に、複数本のドレッサログ（log ）２２を多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料のディスク２０からレーザ切断するのが良い（分かりやすくするために、ドレッサログ２２は、１つしか示されていない）。ドレッサログ２２は、作業面２４を有する。ドレッサログを作業面２４がドレッシング作業のために露出された状態でホルダ２６内に収納する。使用の際、作業面２４を図１に示されているようにホイールの作業面に当てる。経時的に、作業面２４が摩耗し、ドレッサログは、次第に、図２に示されているように長さｌに沿って短くなり、ついには、ドレッサログは、完全に摩耗してしまい、新品のツールが必要とされる。

本発明の実施形態の目的は、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサ部品の摩耗率を減少させ、それにより使用に当たってのこれらの寿命を延ばすことにある。

本発明の第１の観点によれば、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを用いてホイールをドレッシングする方法であって、この方法は、
ホイールを回転させるステップと、
ホイールの作業面に多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面を接触させるステップとを含み、
多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサは、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の先導エッジが多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の後続エッジよりも大きな砥粒で作られるよう差し向けられることを特徴とするホイールのドレッシング方法が提供される。

本発明の第２の観点によれば、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを製作する方法であって、この方法は、
核形成フェース及び成長フェースを備えた多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の自立型ウェーハを製作するステップを含み、成長フェースは、核形成フェースよりも大きな砥粒を有し、
多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の自立型ウェーハを切断して多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを形成するステップを含み、
多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサをマーキングして多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサのどちらの面が大きな砥粒を有する成長フェースに対応するかを指示するステップを含み、使用中、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の先導エッジが多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の後続エッジよりも大きな砥粒で作られるよう一貫して差し向けることができることを特徴とする方法が提供される。

次に、本発明の良好な理解を得ると共に本発明をどのようにすれば実施することができるかを示すために、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、これは例示に過ぎない。

ホイールドレッシングプロセスを示す図である。 多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを製作する際のステップを示す図である。 多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面を示す図である。 ドレッシング中のホイールの運動に対する多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の種々の取り得る向きのうちの１つを示す図である。 ドレッシング中のホイールの運動に対する多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の種々の取り得る向きのうちの別の１つを示す図である。 ドレッシング中のホイールの運動に対する多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の種々の取り得る向きのうちの別の１つを示す図である。 使用中におけるドレッサ部品の好ましい向きを示す図である。 使用の際に好ましい向きに容易に差し向けることができる多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを製作する際のステップを示す図である。

多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料は、本来的に異方性である。これは、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料のディスクを成長させているときにこの材料の粒径が次第に増大するからである。したがって、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドディスクの核形成フェースは、成長フェースよりも小さい砥粒を有する。ドレッサ部品を図２に示されているように多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料のディスクからレーザ切断すると、ディスクの厚さ中の粒径のこの異方性は、ドレッサ部品の作業端面を横切って粒径の対応の異方性に移される。

本発明者は、構造におけるこの固有の異方性により摩耗率の対応の異方性が生じるということになるではなかろうかと想像した。しかしながら、結晶方位特性は、特定の結晶面及び方向について互いに異なる摩耗率を関連付ける単結晶ダイヤモンドドレッサ部品について観察されたが、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサ部品に関する先のデータの示唆するところによれば、ドレッサ部品用途における多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の摩耗率は、使用の際の多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサ部品の向きとは無関係である。

図３は、ドレッサ部品の作業面の平面図である。作業面は、ドレッサ部品を切断するもとになるディスクの成長面側に対応した大きな砥粒を含む第１のエッジ３０と、第１のエッジ３０と反対側に位置していて、ドレッサ部品を切断するもとになるディスクの核形成面側に対応した小さな砥粒を含む第２のエッジ３２と、第１のエッジから第２のエッジまで延びていて、サイズが第１のエッジから第２のエッジまで次第に減少する砥粒を含む側エッジ３４とを有している。

ドレッサ部品の作業面は、ドレッシング作業の際にホイール上に配置されると、上述のエッジのうちの任意の１つが回転ホイールの一部分を通過させる先導エッジを形成するよう差し向けられるのが良い。側エッジ３４は、同一の構造的結晶方位に対応しているので、この結果、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示されているように３つの考えられる作業方位が得られる（図中、図１に示されている仕方と同様な仕方で、ホイール回転方向は、符号Ｒで示され、ドレッサ部品の横方向（左右）運動は、符号Ｘで示されている）。
（ｉ）ドレッサ部品の作業面を回転ホイールに当てて第１のエッジ３０が先導エッジを形成することができる。この場合、回転ホイールの一部分は、まず最初に、大きな砥粒を含むエッジ３０を通過し、次に、ドレッサの作業面を横切って進み、その後、小さな砥粒を含む第２のエッジ３２により形成される後続エッジのところで作業面から離れる。この構成は、図４（ａ）に示されている。
（ｉｉ）ドレッサ部品の作業面を回転ホイールに当てて第２のエッジ３２が先導エッジを形成することができる。この場合、回転ホイールの一部分は、まず最初に、小さな砥粒を含む第２のエッジ３２を通過し、次にドレッサの作業面を横切って進み、その後、大きな砥粒を含む第２のエッジ３０により形成される後続エッジのところで作業面から離れる。この構成は、図４（ｂ）に示されている。
（ｉｉｉ）動作部品の作業面を回転ホイールに当てて側エッジ３４が先導エッジを形成することができる。この場合、回転ホイールの一部分は、まず最初に、大きな砥粒及び小さな砥粒を含む側エッジ３４を通過し、次にドレッサの作業面を横切って進み、その後、これ又大きな砥粒及び小さな砥粒を含む反対側の側エッジ３４により形成される後続エッジのところで作業面から離れる。この構成は、図４（ｃ）に示されている。

驚くべきことに、図４（ａ）に示されている向きの結果として、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示されている向きと比較すると、摩耗率が減少し、ドレッサ部品寿命が延びるということが判明した。すなわち、ドレッシング作業の際、ドレッサ部品の作業面の先導エッジがドレッサ部品を切断するもととなる多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドディスクの成長面に対応した大きな砥粒を含むようドレッサ部品を取り付けることは有利である。試験すると、迅速な摩耗率及び最も短い寿命をもたらす向きは、先導エッジがドレッサ部品を切断するもととなる多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドディスクの成長面に対応した最も小さな砥粒を含む向きであることが判明した（図４（ｂ））。先導エッジが作業面の側エッジで形成されるようドレッサ部品の向きを変えると、その結果として、ドレッサ部品の摩耗率が減少すると共にその寿命が３０％増大した（図４（ｃ））。しかしながら、ドレッサ部品の向きを図４（ａ）に示されている向きに変えると、その結果として、ドレッサ部品の摩耗率が一段と減少すると共にその寿命が７０％増大する。したがって、図４（ａ）に示されている向きが他の考えられる向きよりも著しく良好である。

上述のことに照らして、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド部品を図５に示されている形態に差し向けることが有利であることが明らかである。この場合、ドレッサ部品は、作業面の先導エッジ５０がドレッサ部品を切断するもととなるディスクの成長フェースに対応し、ドレッサ部品を切断するもととなるディスクの核形成フェースに対応した後続エッジ５２と比較して大きな砥粒を含むよう正確に差し向けられる。図中、ホイール５４を方向Ｒに回転させ、ドレッサ部品を方向Ｘにホイールを横切って前後に動かす。

ドレッサ部品を上述したように正確に差し向けるため、ドレッサ部品に先導エッジを目で容易に識別することができるよう適当なマークを設けることが有利である。すなわち、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサは、正しい向きを指示するビジュアルマーカを備え、それにより、イヤモンドドレッサの作業面の先導エッジが多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の後続エッジよりも大きな砥粒で作られるよう一貫して差し向けることができる。ビジュアルマーカをドレッサの表面上に設けるのが良い。しかしながら、かかるマークは、潜在的に使用の際に除かれる。したがって、ビジュアルマーカの１つの代替手段は、作業面が非対称の形状を有するドレッサ部品を提供することである。次に、この非対称形状を用いて先導エッジがドレッサ部品を切断するもととなるもとの多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドウェーハの成長フェースに対応するよう作業面を正確に差し向けるのが良い。例えば、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面は、形状が台形であるのが良い。特に好ましい形態は、台形作業面を設けることであり、大きな砥粒を有する先導エッジは、台形作業面の最も長い平行エッジである。

上述の多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを次の方法によって製作することができ、この方法は、
核形成フェース及び成長フェースを備えた多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の自立型ウェーハを製作するステップを含み、成長フェースは、核形成フェースよりも大きな砥粒を有し、
多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の自立型ウェーハを切断して多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを形成するステップを含み、
多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサをマーキングして多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサのどちらの面が大きな砥粒を有する成長フェースに対応するかを指示するステップを含み、使用中、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の先導エッジが多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面の後続エッジよりも大きな砥粒で作られるよう一貫して差し向けることができる。

マーキングは、切断ステップ中に一体に実施されるのが良く、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の自立型ウェーハは、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面が上述したように非対称の形状を有するよう切断される。この点に関し、例えばレーザ切断のような技術を用いて多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料のディスクからドレッサ部品を切断すると、その結果として、カーフ角度が生じることが判明した。これは、かかる切断部が図６に示されているようにディスクの後側フェースが切断される場合と比較して、前側フェースのところの幅が広いということに起因している。図６では、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドディスク６０は、核形成フェース６２及び成長フェース６４を有する。核形成フェースをレーザ切断する（６６）ことにより、レーザカーフロス（kerf loss ：切り溝損失）に起因して台形のドレッサ部品６８が得られる。かくして、ドレッサ部品の作業面７０は、台形の形状を有する。ドレッサ部品は、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドディスクの核形成フェースから成長フェースへの切断方向を用いて切断された場合、ドレッサ部品は、台形の形状を有する作業面を有し、核形成エッジは、成長面エッジよりも短い。その結果、ドレッサ部品は、使用の際の先導エッジが多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドディスク６０の成長フェースに対応した台形作業面の平行エッジのうちの最も長いものであるように容易に差し向けることができる。したがって、有利には、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の自立型ウェーハは、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを形成するよう核形成フェースから成長フェースに向かう方向に切断される。かかる構成では、切断は、視覚的に観察可能なカーフロス角度を生じさせるのに適したエネルギー及び切断速度で実施された場合、カーフロス角度の結果として、それ以上の加工を必要としないで台形の作業面が得られる。例えば、カーフロス角度は、１°から１０°までの範囲、１°から８°までの範囲、１°から６°までの範囲、２°から６°までの範囲又は２°から４°までの範囲にあるのが良い。カーフロス角度は、これを視覚的に観察することができるのに十分に大きいことが必要である。しかしながら、カーフロスは、過剰の材料が切断プロセス中に失われるほど大きいものであってはならない。

好ましい実施形態を参照して本発明を具体的に図示すると共に説明したが、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる本発明の範囲から逸脱することなく形態及び細部の種々の変更を行うことができることが当業者には理解されよう。

Claims (12)

1. 多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを用いてホイールをドレッシングする方法であって、前記方法は、
   前記ホイールを回転させるステップと、
   前記ホイールの作業面に前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの作業面を接触させるステップとを含み、
   前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサは、前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの前記作業面の先導エッジが前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの前記作業面の後続エッジよりも大きな砥粒で作られるよう差し向けられる、ホイールのドレッシング方法。
2. 前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサは、正しい向きを指示するビジュアルマーカを備え、それにより、使用中、前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの前記作業面の先導エッジが前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの前記作業面の後続エッジよりも大きな砥粒で作られるよう一貫して差し向けることができる、請求項１記載のホイールのドレッシング方法。
3. 前記ビジュアルマーカは、非対称の形状を有する前記作業面によって提供される、請求項２記載のホイールのドレッシング方法。
4. 前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの前記作業面は、形状が台形である、請求項３記載のホイールのドレッシング方法。
5. 前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサは、大きな砥粒を有する前記先導エッジが前記台形作業面の最も長い平行なエッジであるように差し向けられる、請求項４記載のホイールのドレッシング方法。
6. 多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを製作する方法であって、前記方法は、
   核形成フェース及び成長フェースを備えた多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の自立型ウェーハを製作するステップを含み、前記成長フェースは、前記核形成フェースよりも大きな砥粒を有し、
   前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の前記自立型ウェーハを切断して多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを形成するステップを含み、
   前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサをマーキングして前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサのどちらの面が大きな砥粒を有する前記成長フェースに対応するかを指示するステップを含み、使用中、前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの前記作業面の先導エッジが前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの前記作業面の後続エッジよりも大きな砥粒で作られるよう一貫して差し向けることができる、方法。
7. 前記マーキングは、前記切断ステップの実施中に一体に実施され、前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の前記自立型ウェーハは、前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの前記作業面が非対称の形状を有するよう切断される、請求項６記載の方法。
8. 前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の前記自立型ウェーハは、前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサの前記作業面が台形の形状を有するよう切断される、請求項７記載の方法。
9. 前記台形作業面の最も長い平行なエッジが前記成長フェースに対応し、前記台形作業面の最も短い平行なエッジが前記核形成フェースに対応する、請求項８記載の方法。
10. 前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の前記自立型ウェーハは、前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドドレッサを形成するよう前記核形成フェースから前記成長フェースに向かう方向に切断される、請求項９記載の方法。
11. 前記切断は、視覚的に観察可能なカーフロス角度を生じさせるのに適したエネルギー及び切断速度で実施される、請求項８〜１０のうちいずれか一に記載の方法。
12. 前記カーフロス角度は、１°から１０°までの範囲、１°から８°までの範囲、１°から６°までの範囲、２°から６°までの範囲又は２°から４°までの範囲にある、請求項１１記載の方法。

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