JP2725660B2 - ドレッサー用単結晶ダイヤモンドチップおよびダイヤモンドドレッサー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は砥石を修正加工する
際に使用されるダイヤモンドドレッサーに関するもの
で、高性能で経済的なドレッサー用単結晶ダイヤモンド
チップおよびダイヤモンドドレッサーを提供するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは高硬度、高耐摩耗性を有
するため耐摩工具や切削工具等の工業分野で広く利用さ
れている。特にＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ等を母材とした研削用
回転砥石の目立て用に使用されるドレッサーには、図１
（イ），（ロ）に示すように主に単結晶ダイヤモンドチ
ップを一個または多数個保持部材に埋設した構成のブレ
ードドレッサーと呼ばれる形態が多く用いられている。
１は単結晶ダイヤモンドチップを示し、２は保持部を示
す。特にブレードドレッサーやロータリードレッサーに
対しては、特開昭59-30668号および特開平5-1853373号
に示されるように単結晶ダイヤモンドチップを棒状にす
ることでドレッサーとしての性能が安定しかつ長い寿命
が得られることが知られている。

【０００３】単結晶ダイヤモンドの耐摩耗性は結晶の面
方位によって大幅に変わることが知られており、これを
工具材料として使用する場合には工具寿命の点から面方
位の選択が非常に重要な課題となる。従来の単結晶ダイ
ヤモンドドレッサーは、例えば特開昭59-30668号および
特開平5-1853373号に示されるように砥石のドレッシン
グに作用する端面が｛１１０｝、｛１００｝または｛１
１１｝面を有する棒状単結晶ダイヤモンドチップを使用
していた。しかし、当該端面の面方位が｛１１０｝また
は｛１００｝であるダイヤモンドドレッサーはその耐摩
耗性が低い点が問題となっていた。また端面の面方位が
｛１１１｝であるダイヤモンドドレッサーは、単結晶ダ
イヤモンドが｛１１１｝面で劈開し易い性質を持ってい
るため、砥石に作用する端面が使用中劈開剥離または折
損し易い点から工具寿命が短くなり、工具を頻繁に交換
する必要があった。

【０００４】単結晶ダイヤモンドドレッサーにおいてダ
イヤモンドチップはドレッシング方向すなわち修正加工
される砥石による摩擦方向に対してダイヤモンドの耐摩
耗性の最も高い方向が平行になるように埋設されること
がドレッサーとしての寿命の点で有利であることは明白
である。図２（イ）は｛１１０｝面を端面とし対向する
側面を｛１１１｝面としたときの端面における最耐摩方
向すなわち＜１１０＞方向を、（ロ）は｛１００｝面を
端面とし側面も｛１００｝面としたときの端面における
最耐摩方向すなわち＜１１０＞方向を矢印で示してい
る。従来は当該最耐磨耗方向を正確に見出すため、Ｘ線
回折等により結晶面を同定し当該耐摩方向を判定し埋設
する方法、または作業者の熟達した技能により結晶面を
割り出し埋設する方法が採られていた。

【０００５】一方通常のドレッサー用棒状チップの製造
工程については、特開平3-138106号に示されているよう
にダイヤモンド原石を劈開して薄板を作製し、これをレ
ーザー等により切断加工を行って角柱状に加工する方法
が最も経済的なチップの製造方法である。このようにし
て作製したチップの端面を｛１１０｝とした場合、特開
平5-185373号に示されるように、端面の耐摩方向は図２
（イ）に示すように各側面に平行とはならず５５度傾け
て埋設されることが要求される。これは特に多石ドレッ
サーを作製する際に問題となり、全てのチップを正確に
最耐摩耗方向に揃えて埋設することが困難となるため、
作業効率が悪く経済的にも問題があることに加え、製品
としてのドレッサーの性能ばらつきにもつながるもので
あった。

【０００６】

【発明が解決しょうとする課題】ダイヤモンドは、地球
上に存在する物質の中で、最も硬度の高い物質であるこ
とはよく知られている。しかしながら、ダイヤモンドを
ドレッサーとして用いる場合、ダイヤモンド単結晶の方
位によって、耐摩耗性が大きく異なっている。図２に示
すような従来のダイヤモンド単結晶チップでは、その略
対角線方向が最も摩耗量が少ないので、図１に示すよう
なダイヤモンドドレッサーとならざるを得なかった。こ
のとき、ダイヤモンド単結晶チップの略対角線と、ドレ
ッサーが砥石によって摩擦される方向すなわちドレッサ
ーの側面を平行にしなければならない。通常、この種の
ドレッサーはダイヤモンド単結晶チップを傾けて、金属
粉末中に埋設し焼結して得られる。このときの傾きは理
想的には５５゜であるべきである。しかしながら、ダイ
ヤモンド単結晶チップは不安定な状態なので、どうして
も設定どおりの傾きを与えることが困難であった。特に
多数のダイヤモンド単結晶チップを用いる場合には、個
々のダイヤモンド単結晶チップの傾きが発生するので、
安定した耐摩耗性を有するダイヤモンドドレッサーを製
造することが一層困難であった。本発明は、上記の課題
を解決するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ダイヤモンドチップとし
ては、棒状に加工された単結晶ダイヤモンドで、その長
手方向に対し垂直な端面の結晶方位が｛２１１｝面であ
り、かつ長手方向側面の対向する２面の結晶方位が｛１
１１｝である。用いるダイヤモンド単結晶は、５ppmか
ら３００ppmの窒素を含有する人工的に合成されたもの
が望ましい。上記のダイヤモンドチップを１個または複
数個、端面が砥石に対して作用面となるよう保持体に埋
設し、そのチップの端面を形成する多角形の対向する２
辺が、作用する砥石の摩擦方向と平行となるよう埋設し
たダイヤモンドドレッサーである。

【０００８】本発明は上記の問題を解決する目的で、砥
石面を修正加工する単結晶ダイヤモンドの長手方向の端
面を｛２１１｝面とし、かつ対向する側面を｛１１１｝
面とすることにより、安価で耐摩耗性が高くかつ耐摩方
向の判定およびチップ埋設が容易な経済性に優れたドレ
ッサー用単結晶ダイヤモンドチップおよびドレッサーを
提供するものである。図３の（イ）は本発明品の多石ド
レッサーの形状、（ロ）は正面図である。本発明品は、
砥石面を修正加工する作用面の結晶面方位が結晶面の性
質上｛１１０｝や｛１００｝よりも高い耐摩耗性を有
し、かつ｛１１１｝よりも耐欠損性、耐折損性を有する
｛２１１｝面であるため工具寿命が向上するものであ
る。

【０００９】一般に単結晶ダイヤモンド工具を作製する
場合その作用面に｛１００｝または｛１１０｝面を使用
する場合が多い。これは｛１００｝または｛１１０｝面
が容易に研磨可能であるところによる場合が多い。言い
換えれば｛１００｝または｛１１０｝面は容易に磨耗す
ることにつながるため、ドレッサーの作用面としては好
適ではない。また｛１１１｝面は最も耐磨耗性が高い面
として知られているが、ダイヤモンドの性質としてこの
面で劈開し易いことが工具の破損につながり易いため一
般に工具の作用面としては利用されないことが多い。

【００１０】本発明者等は、上記の点について種々の検
討した結果、砥石に対する作用面として｛２１１｝面を
採用すると、耐摩耗性が高くかつ劈開性を持たないこと
を見出した。先に述べたように通常のダイヤモンド工具
はその製造工程で作用面が研磨により形成されることが
必要となるため、研磨の困難な｛２１１｝面は作用面と
して使われない。しかしながら本願発明の対象であるド
レッサーはそのチップの端面がすでにレーザー等により
平坦な面に加工されているため、その製造工程でチップ
の端面を研磨する必要がなく、さらに使用中にチップが
磨耗していっても再研磨を要せず最後まで使用すること
ができるため、従来の工具には使用されなかった研磨の
困難な｛２１１｝面を使用することでドレッサーとして
の飛躍的な性能の向上を見出したものである。このよう
なダイヤモンドチップは、ダイヤモンド単結晶を｛１１
１｝面で劈開した板状ダイヤモンドから、さらに短冊状
に切断して得ることができる。従来のダイヤモンドチッ
プである図２に示すものも同様の工程を経て製造され
る。従来のものとの相違は、｛１１１｝面を有する板状
ダイヤモンドから、短冊状に切断するときの角度が異な
る。図２のものは、単純な面方位を用いるので、切断角
度の設定が容易であり、かつ製品歩留りが高いという長
所がある。しかしながら、ダイヤモンドドレッサーとし
ての実用性に劣ることは前記した通りである。

【００１１】本願発明は、ダイヤモンドチップを製造す
る上での困難性をあえて無視して、ダイヤモンドドレッ
サーとしての使いよさと性能を重視することによって初
めて成し得たものである。また、本発明のダイヤモンド
チップは、最耐摩の方向が｛１１１｝面に平行なので、
埋設時の角度のズレを極めて小さくでき、ひいては耐摩
耗性のバラツキが小さいダイヤモンドドレッサーを提供
することができた。

【００１２】本発明を有効に実施するためにはその結晶
方位の精度は高いほど好ましく、本発明におけるドレッ
サー用単結晶ダイヤモンドチップ端面の結晶方位の精度
は｛２１１｝面から５度以内の誤差であることが好適で
ある。更に端面を｛２１１｝面とした場合、当該｛２１
１｝面に対し垂直な面方位の１つに｛１１１｝面がある
ことから、チップの１組の対向する側面を｛１１１｝面
とすることによりチップ作製の際に、特開平3-138106に
示されているような劈開を利用した加工方法を用いるこ
とが可能となる。

【００１３】レーザーやダイヤモンドブレードによる切
断に比べ、この加工方法の使用により加工代が少なく高
価なダイヤモンド原石を高い歩留で薄板に加工すること
ができる上、原石の切断加工にかかる長い加工時間を飛
躍的に短縮することができる。このようにして得られた
薄板はその上下面が平坦な｛１１１｝面で、これをレー
ザー加工機等により短冊状に切断することでチップを安
価で容易に作製することが可能となる。なおチップの断
面は長方形または正方形が代表的であるが、平行四辺形
あるいは台形等の形状であってもかまわない。

【００１４】またチップの端面の面方位である｛２１
１｝面においては耐摩耗性が最も高い方向が＜１１０＞
方向であり、端面である｛２１１｝面と側面である｛１
１１｝面の交差する稜線が上記の最耐摩方向＜１１０＞
と一致するため、チップを埋設する際に容易にその耐摩
方向が識別できる。砥石の修正作業に際して、ドレッサ
ーに埋設されたダイヤモンドチップの作用面において耐
磨耗の最も高い方向が砥石の回転方向、言い替えれば砥
石をドレッシングする方向と一致することが望ましいこ
とは衆知の事実である。したがってドレッサーを製作す
る際のチップ埋め込み作業をそのドレッシング方向とチ
ップの最耐摩方向が一致するよう確実にかつ高精度に行
うことが、特に複数個のチップを有するドレッサーの場
合、工具自体の性能を決定する重要な要素である。一般
的にはドレッサー用ダイヤモンドチップの支持体への埋
設は、作業中の大きな応力にもチップの抜けやゆるみが
ないよう、粉末金属中にチップを埋め込んだ後圧力をか
け高温にて金属を焼結収縮させることで行う。

【００１５】したがって特開平5-1853373号に示される
ようにチップをシャンク部に対して大きく傾けて埋設す
る必要がある場合、粉末金属の中に正確な角度を保ちつ
つチップを配置させること自体が作業上容易ではなく、
更に加圧加熱工程を経て結晶方位を正確に保持すること
はきわめて困難であった。本発明では平坦な状態にした
粉末金属の上にチップを並べるだけでその耐磨耗方向が
ドレッサーの使用方向に一致するため、当該作業をきわ
めて容易に実行することができる。したがって当該作業
の容易性および埋設の精度における本発明の効果は埋設
するチップの個数が多いほど有効に発揮される。特に外
周部に数十個ないしは数百個のチップを埋設したロータ
リードレッサーにおいてきわめて効果的であることは自
明である。

【００１６】更にチップ断面形状が長方形又正方形であ
る場合には対向する｛１１１｝面と異なるもう一組の側
面の面方位は｛１１０｝面であり、端面｛２１１｝と側
面｛１１０｝の交差する稜線は＜１１１＞方向で上記の
＜１１０＞方向に近い耐磨耗性を有する。このため工具
の形状または用途に応じてこの方向にドレッサーを使用
することも可能である。発明者らが研究の結果知り得た
知見によれば｛２１１｝面上での＜１１１＞方向は｛１
００｝面上もしくは｛１１０｝面上における最耐摩方向
よりも格段に優れた耐磨耗性を示すことが明らかになっ
ている。したがって本発明は一方向のみならず直交する
２方向に使用可能なドレッサーをも提供できるものであ
る。

【００１７】また、本発明に使用するダイヤモンド単結
晶はチップの形状が棒状であることから、従来から広く
用いられている天然ダイヤモンド原石を未加工のまま保
時体に埋設したいわゆる単石ドレッサー等と比較した場
合、作用面の面積に対し相対的にダイヤモンドの体積が
小さくなる。この問題点を解決するため、ドレッシング
時に発生する熱を放散する高い熱伝導率をダイヤモンド
自身が持つことが望ましい。単結晶ダイヤモンドの熱伝
導率は、結晶内に含有される窒素量及びその含有形態の
差により天然ダイヤモンドに比べ人工的に合成されたダ
イヤモンドの方が高いこと、及び窒素含有量が低い結晶
の方が高い熱伝導率を持つことが知られている。

【００１８】したがって本発明に対しては含有窒素量が
３００ppm以下である合成ダイヤモンドを使用すること
が好適である。しかし一方では合成ダイヤモンドの製造
過程で窒素量を５ppm以下に抑えた結晶を成長させるた
めには成長速度を下げることが必要であることが知られ
ており、合成ダイヤモンド原石自体が高価になり経済的
ではない。さらに本発明のダイヤモンドチップを製造す
るために経済的に最も有効な手段である劈開加工を利用
した工程においても、合成ダイヤモンドを使用すること
でその原石形状が平面によって構成された多面体である
ため容易に｛１１１｝劈開面を割り出せ、曲面によって
構成された天然ダイヤモンド原石を使用した場合に比べ
て好適であると言える。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて以下
に示す。図１に示すブレードドレッサーは、シャンク部
２に棒状に加工された単結晶ダイヤモンドチップ１が複
数本埋設され、ドレッシング時に作用するチップの端面
が露出したものである。なお、チップは焼結金属にて保
持されている。図４に当該ブレードドレッサーの作用面
を示す。

【００２０】上記棒状単結晶ダイヤモンドは、長手方向
4.0mm、断面形状が一辺0.8mmの正方形の四角柱状人工単
結晶ダイヤモンドチップの端面方位が｛２１１｝であり
かつ側面が｛１１１｝および｛１１０｝である本発明品
および、端面方位が｛１１０｝でありかつ側面が｛１１
１｝および｛２１１｝である従来品、端面方位が｛１０
０｝であり側面も全て｛１００｝である従来品および、
耐摩耗性が最も高い｛１１１｝を作用端面とし側面を
｛１１０｝および｛２１１｝としたものをそれぞれ５本
ずつ使用したドレッサーを作製し、ドレッシングテスト
を実施した。

【００２１】上述したブレードドレッサーを 砥石周速1500rpm、 砥石SN80N8V51S 切込量0.1mm/pass 送り 0.5mm/rev 上記湿式の条件で研削砥石の回転軸に平行な方向へ一定
の速度で１０分間往復運動することにより砥石面のドレ
ッシングを行い摩耗量を測定した。埋設精度は、５本の
ダイヤモンドチップの設定角度からのズレの平均値で評
価した。

【００２２】（実施例１） 上述したダイヤモンドチッ
プを図４のイ，ロ，ハ，ニおよびホに示すようにその端
面の各辺に略平行に並べてドレッシングしたときの摩耗
量を比較した。また、それぞれのチップを埋設する際に
要した作業時間、埋設後の面方位精度についても比較を
行った。結果を表１に示す。ここで試料（３）は作用端
面を｛１１１｝としたことによって、ドレッシングの初
期に先端面が劈開剥離してしまい作業の継続が不可能で
あった。試料（１）（２）（４）および（５）について
は継続して安定したドレッシングが可能であった。埋設
時間および埋設精度はどの試料もほとんど差はなかっ
た。特に埋設精度についてはどの試料も１．２度以内で
あり、実施結果は該面方位の摩耗特性を正確に反映して
いるものと考えられる。本発明品である試料（４）およ
び（５）は他の従来品と比較して著しく摩耗量が少な
く、耐摩耗性が優れていることが実証されている。

【００２３】

【表１】

【００２４】（実施例２） 実施例１と同様のチップに
ついて図４に示すヘ，ト，ハおよびニに示すようにそれ
ぞれの面の最耐摩方向をドレッシングの方向と同方向に
配置してドレッシングしたときの摩耗量、埋設時間およ
び埋設精度を比較した。まず、試料（８）は実施例１の
場合と同様にドレッシング初期に劈開による欠損を生
じ、テストの継続実施が可能であった。試料（６）およ
び（７）はダイヤモンドチップの最耐摩方向がチップの
稜辺に対し一定の傾きを有しているため埋設時間を要し
たのに加えて埋設精度を高めることが困難であった。本
発明品である試料（９）は最耐摩方向が稜辺に平行であ
り該耐摩方向を作用方向と同方向に容易に埋設すること
が可能なため作業時間が従来品と比較しても著しく短縮
でき、また埋設精度も良好であった。試料（６）および
（７）は実施例１に対しては耐摩方向を作用方向とほぼ
一致させることができたためその耐磨耗性は大きく改善
されたものの、本発明品の試料（９）と比較するとその
磨耗量は２倍以上となり、本発明品の耐摩耗性が従来品
と比較してきわめて高いことが明らかになった。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明品により従
来品に比べ摩耗量が少なく工具寿命の長いドレッサーが
提供されることに加え、耐摩方向の判定および埋設が容
易であることによる作業の簡略化や精度の向上等が図ら
れることによりドレッサー製作工程での安定性、経済性
が向上する。したがって本発明により製造された長寿命
で安定した性能を持つ安価なドレッサーを使用すること
で、研削加工工程の省人化や簡略化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の実施例の一つであるブレードドレッ
サーを示す斜視図（イ）および断面図（ロ）である。

【図２】従来技術の単結晶ダイヤモンドチップの耐摩耗
方向を矢印で示した図である。

【図３】本発明品のブレードドレッサーの斜視図および
該作用面図である。

【図４】実施例において使用したドレッサーの作用面お
よび埋設されたダイヤモンドチップの結晶方位を示す図
である。図中の矢印はダイヤモンドチップの端面上にお
ける最耐摩方向を示す。

【符号の説明】

１：ダイヤモンドチップ ２：シャンク部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 棒状に加工された単結晶ダイヤモンド
   で、その長手方向に対し垂直な端面の結晶方位が｛２１
   １｝面でありかつ長手方向側面のうち対向する２面の結
   晶方位が｛１１１｝面であることを特徴とするドレッサ
   ー用単結晶ダイヤモンドチップ。
2. 【請求項２】 単結晶ダイヤモンドが人工的に合成され
   かつ該単結晶ダイヤモンド中に含まれる窒素の濃度が５
   ppmから３００ppmであることを特徴とする請求項１に記
   載のドレッサー用単結晶ダイヤモンドチップ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のドレッサー用単結晶ダ
   イヤモンドチップを単数または複数個、端面が砥石に対
   して作用面となるよう保持体に埋設され、かつ当該チッ
   プの端面を形成する多角形の対向する２辺が、作用する
   砥石の摩擦方向と平行となるよう構成されたダイヤモン
   ドドレッサー。
4. 【請求項４】 請求項２に記載のドレッサー用単結晶ダ
   イヤモンドチップを単数または複数個、端面が砥石に対
   して作用面となるよう保持体に埋設され、かつ当該チッ
   プの端面を形成する多角形の対向する２辺が作用する砥
   石の摩擦方向と平行となるよう構成されたダイヤモンド
   ドレッサー。