JP2998160B2 - Artificial whetstone - Google Patents

Artificial whetstone

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JP2998160B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基材上の予め設定した位置に、制御された
大きさのダイヤモンド粒またはCBN(立方晶窒化ホウ
素)粒を気相成長させてなる人工砥石に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is to grow diamond grains or CBN (cubic boron nitride) grains of a controlled size at a predetermined position on a substrate by vapor phase growth. It is related to artificial whetstones.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

超硬合金やセラミックなどのような硬く脆い材料に精
密加工を施す場合は、ダイヤモンド,CBNの如き超砥粒を
用いた砥石による研削,研磨等の加工が必要である。従
来の超砥粒砥石としては、例えば超砥粒であるダイヤモ
ンドの結合材に長石系のボンドを用いたビトリファイド
ボンド砥石、熱硬化性樹脂または硬質熱可塑性樹脂を結
合材としたレジノイドボンド砥石、金属を結合材とした
メタルボンド砥石、および砥粒をベースの表面に保持し
ながらニッケルメッキを施して砥粒を機械的に固定した
電着砥石がある。
When precision processing is performed on hard and brittle materials such as cemented carbides and ceramics, processing such as grinding and polishing using a grindstone using superabrasive grains such as diamond and CBN is required. As a conventional superabrasive grindstone, for example, a vitrified bond grindstone using a feldspar-based bond as a binder of diamond, which is a superabrasive, a resinoid bond grindstone using a thermosetting resin or a hard thermoplastic resin as a binder, a metal And an electrodeposition whetstone in which the abrasive grains are mechanically fixed by nickel plating while holding the abrasive grains on the surface of the base.

一方また、こうした従来の一般的なダイヤモンド砥石
はすべて砥粒に天然または人工ダイヤモンド粒を用いて
いるのに対して、析出生成人工ダイヤモンド粒で構成さ
れたダイヤモンド研削砥石が特開昭60−201878号公報及
び特開昭60−201879号公報に提案されている。この従来
例は、砥石の基体の少なくとも研磨作用面がW,Mo,およ
びNb,並びにその合金のうちの1種以上が分散相として
存在する組織を有する蒸着層(または焼結合金)で構成
され、かつ前記分散相上には人工ダイヤモンド析出生成
法により形成した人工ダイヤモンド粒が密着した構造の
ダイヤモンド研磨砥石である。
On the other hand, while these conventional general diamond grinding wheels all use natural or artificial diamond grains for the abrasive grains, a diamond grinding wheel composed of precipitation-generated artificial diamond grains is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-201878. And Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-201879. In this conventional example, at least a polishing action surface of a whetstone substrate is formed of a vapor-deposited layer (or a sintered alloy) having a structure in which at least one of W, Mo, and Nb, and an alloy thereof is present as a dispersed phase. And a diamond polishing wheel having a structure in which artificial diamond grains formed by an artificial diamond precipitation generation method are in close contact with the dispersed phase.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

一般に硬く脆い材料に研削・研磨加工を施す超砥粒砥
石に対しては、次のような性能が求められている。
Generally, the following performance is required for a superabrasive grindstone that performs grinding and polishing on a hard and brittle material.

ツルーイングやドレッシングが容易もしくは不要なこ
と。
Easy or unnecessary truing or dressing.

適切な砥粒間隔や集中度や砥粒突出量に基づく適切な
チップポケットを有すること。
Have appropriate chip pockets based on appropriate abrasive grain spacing, degree of concentration and amount of abrasive grain protrusion.

強固な砥粒保持力を有し、砥粒脱落による被加工面の
成形精度の劣化等を防止できること。
It has strong abrasive grain holding power and can prevent the deterioration of the forming accuracy of the work surface due to the abrasive grains falling off.

砥粒の形・大きさが揃い、初期性能が均一で、且つ砥
粒の摩耗も平均化され、高精度で長寿命であること。
Abrasive grains of uniform shape and size, uniform initial performance, average wear of abrasive grains, high accuracy and long life.

しかし、上記ビトリファイドボンド砥石,レジノイド
ボンド砥石,メタルボンド砥石は、いづれもツルーイン
グによる砥石形状の成形、目づまり時におけるドレッシ
ング成形が必要であり、その作業に手間がかかる。しか
もその際、砥粒のへき開や破砕が生じ易く、成形精度が
低下して被加工製品の面粗度を低下せしめたり、砥石の
寿命を縮めるなどの砥石性能の劣化が起きやすいという
問題点があった。
However, the vitrified bond grindstone, the resinoid bond grindstone, and the metal bond grindstone all require forming of a grindstone shape by truing and dressing forming at the time of clogging, and the work is troublesome. In addition, at this time, cleavage and crushing of the abrasive grains are apt to occur, and there is a problem that the grinding accuracy is easily deteriorated due to a reduction in the molding accuracy, a reduction in the surface roughness of the workpiece, and a reduction in the life of the grinding wheel. there were.

さらに、従来のメタルボンド砥石では、適切な砥粒突
出量を得るために電解ドレッシング等をしなければなら
ず、一層時間や手間がかかるという問題点があった。
Furthermore, in the conventional metal bond whetstone, electrolytic dressing or the like must be performed in order to obtain an appropriate amount of protruding abrasive grains, and there is a problem that it takes more time and effort.

これに対して、電着砥石ではツルーイング・ドレッシ
ングは不要であるが、砥石製造に際して砥粒間隔や集中
度を期待値どうりに制御することはできず、したがって
チップポケットを最適に形成することはできない。その
ため切粉の排出が適切になされず、砥石の目づまりで研
削・研磨抵抗の上昇やキズ・ヤケなど製品面粗度の劣化
が起きやすい。特にダイヤモンド砥石の場合は研削熱の
放熱が抑制されて温度が上昇し、高温で化学的に不安定
なダイヤモンド砥粒の消耗が促進されやすい、等の問題
点があった。
On the other hand, truing and dressing are not required for electrodeposited whetstones, but the grain spacing and concentration cannot be controlled as expected in the manufacture of whetstones. Can not. For this reason, the chips are not properly discharged, and the grinding / polishing resistance is increased due to clogging of the grindstone, and the surface roughness of the product such as scratches and burns is likely to deteriorate. In particular, in the case of a diamond whetstone, there are problems that the heat radiation of the grinding heat is suppressed, the temperature rises, and the consumption of diamond abrasive grains that are chemically unstable at high temperatures is easily promoted.

一方、析出生成人工ダイヤモンド粒で構成した従来例
にあっては、砥粒の粒度分布を狭くして比較的均一な粒
度に制御することは可能であるが、やはり砥粒間隔や集
中度を期待値どうりに制御することは難しい。それ故、
従来の電着砥石と同じく、砥石にとって不可欠なチップ
ポケットを適切に作ることができない。したがって、切
粉の排出が困難で砥石の目づまりを起こしや易く、加工
抵抗上昇やキズ・ヤケなどが発生して製品面粗度の劣化
が起きやすく、特に、ダイヤモンド砥石において温度上
昇によるダイヤモンド砥粒の消耗が生じ易いという上記
電着砥石におけると同様の問題点は未解決のまま残され
ている。
On the other hand, in the conventional example composed of precipitation-produced artificial diamond grains, it is possible to control the grain size distribution of the abrasive grains to be narrow and relatively uniform, but still expect the grain spacing and the degree of concentration. It is difficult to control the value. Therefore,
As in the case of the conventional electrodeposition whetstone, a chip pocket which is indispensable for the whetstone cannot be appropriately formed. Therefore, it is difficult to discharge cutting chips and it is easy to cause clogging of the grindstone, and it is easy for the machining resistance to increase and scratches and burns to occur, resulting in deterioration of the product surface roughness. The same problem as in the above-mentioned electrodeposition whetstone, which is liable to be consumed, remains unsolved.

そこで本発明は、上記従来の問題点に着目してなされ
たものであり、その目的とするところは、ツルーイング
・ドレッシングが不要であり、また砥粒間隔や集中度や
砥粒突出量を任意に制御可能で最適なチップポケットが
構成でき、更には必要に応じて極めて強固な砥粒保持力
を付与でき、また砥粒の形・大きさが均一で高精度・長
寿命を有する人工砥石を提供して、上記従来の問題点を
解決することにある。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and aims at eliminating the need for truing and dressing, and arbitrarily adjusting the abrasive grain spacing, the degree of concentration, and the abrasive grain protrusion amount. Controllable and optimal tip pockets can be configured, and if necessary, extremely strong abrasive holding power can be provided.In addition, artificial abrasives with uniform shapes and sizes of abrasives, high accuracy and long life can be provided. Then, it is in solving the said conventional problem.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、
砥石の基材の表面に砥粒を人工的に形成してなる人工砥
石であって、前記基材の金属またはセラミックスの微細
加工表面、または前記基材の表面に選択的に形成した窒
化膜,炭化膜及び酸化膜のいずれか一種の膜からなる中
間層の表面の、いずれか一つを砥粒形成核面とし、当該
核面にダイヤモンド粒またはCBN粒を気相生成法で形成
させてなる人工砥石において、前記気相生成法で形成さ
れるダイヤモンド粒またはCBN粒の結晶方向が、砥石研
削面に対しミラー指数で(111)あるいは(100)の少な
くとも一つからなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is:
An artificial grindstone formed by artificially forming abrasive grains on the surface of a grindstone base material, wherein the base material is a finely processed metal or ceramic surface, or a nitride film selectively formed on the base material surface; One of the surfaces of the intermediate layer made of any one of a carbonized film and an oxide film is used as an abrasive grain forming nucleus surface, and diamond particles or CBN particles are formed on the nucleus surface by a vapor phase generation method. In the artificial grindstone, the crystal direction of diamond grains or CBN grains formed by the vapor phase generation method is characterized by being at least one of (111) and (100) as a mirror index with respect to the grindstone grinding surface.

また、請求項2に係る発明は、上記請求項1に係る発
明である人工砥石において、前記ダイヤモンド粒または
CBN粒の砥石研削面での砥粒集中度が50〜200(2.2〜8.8
ct/cm3)である。
The invention according to claim 2 is the artificial grinding wheel according to claim 1, wherein the diamond grains or
The concentration of abrasive grains on the grinding surface of CBN grains is 50 to 200 (2.2 to 8.8
ct / cm 3 ).

〔作用〕[Action]

本発明による砥石は、被加工物の形状に合わせて予め
高精度に成形された金属またはセラミックスの基材の上
に、気相成長させた単層のダイヤモンド粒またはCBN粒
を有している。そのため、ツルーイングをしなくてもよ
い。
The grindstone according to the present invention has a single layer of diamond grains or CBN grains that are vapor-phase grown on a metal or ceramic base material that has been formed with high precision in advance according to the shape of the workpiece. Therefore, it is not necessary to perform truing.

また、気相成長させるべき砥粒の核発生位置をフォト
ファブリケーション法や高精度に形成したマスクを利用
して予め精密に設定できるから、砥粒間隔は任意に制御
可能である。加えて、砥粒の生成条件を制御することに
より砥粒の粒径の調整も自在に行えるから、集中度も任
意に制御可能である。そのため、被加工物の性状に応じ
た砥粒間隔や集中度を設定して最適なチップポケットを
形成し、切粉の排出を容易に行うことができ、砥粒の目
づまりが抑制される。それ故ドレッシングは不要であ
る。
Since the nucleus generation position of the abrasive grains to be vapor-phase grown can be precisely set in advance using a photofabrication method or a mask formed with high precision, the abrasive grain spacing can be arbitrarily controlled. In addition, the particle size of the abrasive grains can be freely adjusted by controlling the conditions for forming the abrasive grains, so that the degree of concentration can be arbitrarily controlled. Therefore, the optimum chip pocket can be formed by setting the abrasive grain interval and the degree of concentration according to the properties of the workpiece, and the chips can be easily discharged, and the clogging of the abrasive grains is suppressed. Therefore, no dressing is required.

また、必要に応じて、気相成長で形成された砥粒間
に、金属メッキ層を任意に制御した厚さで形成すること
により、適切な砥粒突出量を得ることもでき、これによ
って砥石の目づまり防止が一層促進されると共に、各砥
粒を極めて強固に基材に保持することができる。
Also, if necessary, by forming a metal plating layer with an arbitrarily controlled thickness between the abrasive grains formed by vapor phase growth, it is also possible to obtain an appropriate amount of abrasive grain protrusion, whereby the grinding stone can be obtained. Is further promoted, and each abrasive grain can be extremely firmly held on the substrate.

また、気相成長法で形成される砥粒は、その結晶方向
や形や大きさが均一にでき、砥粒の摩耗が平均化され初
期性能もバラツキがなく均一で、その結果、高精度且つ
長寿命の砥石が得られる。
In addition, the abrasive grains formed by the vapor phase growth method can have uniform crystal direction, shape and size, the wear of the abrasive grains is averaged, the initial performance is uniform without variation, and as a result, high precision and A long life grinding wheel can be obtained.

以下、更に詳細に説明する。 Hereinafter, this will be described in more detail.

本発明の砥石は、基材として金属もしくはセラミック
スを用いる。それらの基材は、直接にその表面にダイヤ
モンド(もしくはCBN。以下、同じ)が気相合成可能な
ものと、しからざるものとが利用できる。前者は、例え
ばW(タングステン),Ta(タンタル),Mo(モリブデ
ン),Si(ケイ素)Nb(ニオブ),Au(金),Ag(銀),Cu
(銅),Al(アルミニウム)及びこれらを含む合金であ
る。
The grindstone of the present invention uses metal or ceramic as a base material. As the base material, there can be used one in which diamond (or CBN; hereinafter the same) is directly vapor-phase-synthesized on the surface thereof, and one in which diamond is not formed. The former includes, for example, W (tungsten), Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Si (silicon), Nb (niobium), Au (gold), Ag (silver), Cu
(Copper), Al (aluminum) and alloys containing them.

また、直接に表面にダイヤモンドが気相合成可能なセ
ラミックスとしては、例えばAl2O3(アルミナ),Si3N4
(窒化ケイ素),WC(炭化タングステン)がある。これ
らを含む合金もまた利用可能である。
Examples of ceramics on which diamond can be directly vapor-phase synthesized on the surface include Al 2 O 3 (alumina), Si 3 N 4
(Silicon nitride) and WC (tungsten carbide). Alloys containing these are also available.

一方、ステンレス鋼のようなFe(鉄)系金属や、Co
(コバルト),Ni(ニッケル)などは、グラファイト等
が生成してしまい、直接にその表面にダイヤモンドを気
相合成することはできない。
On the other hand, Fe (iron) -based metals such as stainless steel, Co
For (cobalt), Ni (nickel), etc., graphite or the like is generated, and it is not possible to directly vapor-phase synthesize diamond on its surface.

これらの材料を用いて形成される本発明の砥石の基材
は、研削ないし研磨加工される被加工個所の形状に合わ
せて予め高寸法精度で成形しておくことができる。所定
形状に成形された基材の面に、砥粒を気相成長で単層に
形成すれば、極めて高形状精度を有する砥石が得られ
て、ツルーイングが不要になる。
The base material of the grindstone of the present invention formed using these materials can be preliminarily formed with high dimensional accuracy in accordance with the shape of the processed portion to be ground or polished. If abrasive grains are formed in a single layer by vapor phase growth on the surface of a base material formed into a predetermined shape, a grindstone having extremely high shape accuracy can be obtained, and truing becomes unnecessary.

本発明にあっては、直接には表面にダイヤモンドが気
相合成できない基材を用いた場合には、その基材の表面
に中間層を形成し、その中間層を介してダイヤモンドを
気相成長で合成する。中間層としては例えばAl2O3,SiO2
(酸化ケイ素),MgO(酸化マグネシウム)等の金属酸化
膜、SiC(炭化ケイ素),TiC(炭化チタン),B4C(炭化
ホウ素),TiCN(炭窒化チタン)等の炭化膜、TiN(窒化
チタン),Si3N4,BN(窒化ホウ素)等の窒化膜、或いは
上記各種酸化物,炭化物,窒化物がMo,Cr等の金属と複
合してなるサーメット膜例えばTiC基サーメット膜等が
好適である。
In the present invention, when a substrate on which diamond cannot be directly vapor-phase synthesized is used, an intermediate layer is formed on the surface of the substrate, and diamond is vapor-grown through the intermediate layer. To synthesize. As the intermediate layer, for example, Al 2 O 3 , SiO 2
(Silicon oxide), metal oxide films such as MgO (magnesium oxide), carbide films such as SiC (silicon carbide), TiC (titanium carbide), B 4 C (boron carbide), TiCN (titanium carbonitride), and TiN (nitride) A nitride film such as titanium), Si 3 N 4 , BN (boron nitride), or a cermet film in which the various oxides, carbides, and nitrides are combined with a metal such as Mo or Cr, such as a TiC-based cermet film, is preferable. It is.

本発明のダイヤモンド砥粒は、上記基材面に上記中間
膜を介して、或いは中間膜を介さず直接に、気相成長で
形成されるが、例えばCO(一酸化炭素)、H2(水素)、
CH4(メタン)等の化合物の分解によるCVD(化学蒸着
法)が好適に利用できる。
The diamond abrasive grains of the present invention are formed by vapor phase growth on the base material surface via the intermediate film or directly without the intermediate film. For example, CO (carbon monoxide), H 2 (hydrogen ),
CVD (chemical vapor deposition) by decomposition of a compound such as CH 4 (methane) can be suitably used.

本発明のダイヤモンド砥粒の結晶方向は、CVDにおけ
る成分ガス濃度と基材温度とを制御することにより任意
に形成可能で、例えば基材温度が高いとミラー指数(11
1)、炭素濃度が高く基材温度が低いと(100)の結晶が
得られる。ちなみに、ミラー指数(111)のものは三角
錐形砥粒となるから研削加工用の砥石として有用であ
り、ミラー指数(100)のものは平板形砥粒となるから
研磨加工用の砥石として有用なものになる。
The crystal direction of the diamond abrasive grains of the present invention can be arbitrarily formed by controlling the component gas concentration in CVD and the substrate temperature. For example, when the substrate temperature is high, the Miller index (11
1) When the carbon concentration is high and the substrate temperature is low, crystals of (100) can be obtained. Incidentally, those with a Miller index (111) are useful as grinding stones because they are triangular pyramid-shaped abrasive grains, and those with a Miller index (100) are useful as abrasive wheels for polishing because they are flat-type abrasive grains. It becomes something.

本発明の砥石の砥粒の位置は、フォトファブリケーシ
ョンの技術を利用して、またはマスキングの技術を用い
て、極めて微細に基材面上に予め設定される。これによ
り砥粒間隔と集中度とをミクロンオーダで制御する。こ
こに集中度とは、ダイヤモンド砥粒の重量パーセントを
いい、1cm3当たり4.4ct含まれる場合を集中度100とされ
る。計算上、下限は集中度0(0ct/cm3)、上限は集中
度400(17.6ct/cm3)であるが、超砥粒砥石としての一
般的な使用範囲は50〜200が適当である。ちなみに、一
般に集中度が大きい程、砥石寿命は長く、被加工物の粗
さ精度は良好で、砥石の大きさは小さくなるが、反面で
は高価で且つツルーイングやドレッシングが困難にな
る。
The positions of the abrasive grains of the grindstone of the present invention are preliminarily finely set on the base material surface by using a photofabrication technique or a masking technique. Thus, the abrasive grain spacing and the degree of concentration are controlled on the order of microns. Here, the degree of concentration refers to the weight percentage of the diamond abrasive grains, and a concentration of 100 ct / cm 3 is defined as 100. In terms of calculation, the lower limit is 0 (0 ct / cm 3 ) and the upper limit is 400 (17.6 ct / cm 3 ), but the general range of use as a superabrasive is 50 to 200. . In general, the greater the degree of concentration, the longer the life of the grindstone, the better the accuracy of roughness of the workpiece, and the smaller the size of the grindstone, but on the other hand, it is expensive and makes truing and dressing difficult.

この砥粒の集中度の制御は、形成される砥粒の大きさ
も関与する。しかして砥粒の大きさは、気相成長におけ
る合成条件である砥粒の合成時間を制御して自在に設定
できる。
The control of the degree of concentration of the abrasive grains also depends on the size of the formed abrasive grains. Thus, the size of the abrasive grains can be freely set by controlling the synthesis time of the abrasive grains, which is the synthesis condition in vapor phase growth.

本発明にあっては、上記のようにして制御された砥粒
間隔および集中度をもって形成した砥粒を、ニッケルや
銅などのメッキ金属層でより強固に固着することができ
る。これにより強い砥粒保持力を備える。
According to the present invention, the abrasive grains formed with the controlled abrasive grain spacing and concentration as described above can be more firmly fixed with a plated metal layer such as nickel or copper. This provides a strong abrasive holding power.

また、メッキ層の厚さはメッキ時間を管理することで
微細に制御可能であり、これによって砥粒の突出量を自
在に調整する。かくして、本発明にあっては、砥粒間
隔,集中度とあいまって砥粒突出量を制御し、最適なチ
ップポケットを設定する。これにより、目づまりしにく
い砥石が得られて、ドレッシングが不要になる。
Further, the thickness of the plating layer can be finely controlled by controlling the plating time, whereby the protrusion amount of the abrasive grains can be freely adjusted. Thus, in the present invention, the amount of protrusion of the abrasive grains is controlled in combination with the interval between the abrasive grains and the degree of concentration, and an optimum chip pocket is set. As a result, a grindstone that is hard to clog is obtained, and dressing is not required.

次に、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明
する。
Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

(第1実施例) この実施例は、直接には表面にダイヤモンドが気相合
成できない基材を用いた場合の例である。
(First Embodiment) This embodiment is an example in which a substrate on which diamond cannot be directly vapor-phase synthesized is used on the surface.

第1図I〜IXは製造工程を模式的に示したものであ
る。基材1は直径100mmのステンレス鋼SUS304の円板で
あり、まず工程Iで平面研削により表面1aを仕上げる。
1 to IX schematically show the manufacturing process. The substrate 1 is a disk made of stainless steel SUS304 having a diameter of 100 mm. First, in step I, the surface 1a is finished by surface grinding.

工程IIで、その表面1aに約1μmのSi3N4膜2を化学
蒸着で成膜した。成膜条件は次の通りである。
In step II, a Si 3 N 4 film 2 of about 1 μm was formed on the surface 1a by chemical vapor deposition. The film forming conditions are as follows.

反応ガス :SiH4(モノシラン)100ccm NH3 25ccm 基材温度:約300℃ 合成時間:約30分 工程IIIでは、最初に、Si3N4膜2を成膜した基材1を
#2000のダイヤモンドパウダーを分散させたアルコール
溶液中に浸漬し、10分間超音波を付加した。これは、Si
3N4膜2の面に微細な疵を付けて、気相合成されるダイ
ヤモンド結晶の核発生密度を増加せしめ、所定位置に確
実に結晶を生成させるためである。
Reaction gas: SiH 4 (monosilane) 100 ccm NH 3 25 ccm Base material temperature: about 300 ° C. Synthesis time: about 30 minutes In the process III, first, the base material 1 on which the Si 3 N 4 film 2 is formed is a diamond of # 2000. The powder was immersed in an alcohol solution in which the powder was dispersed, and ultrasonic waves were applied for 10 minutes. This is Si
3 N 4 with a surface fine flaws of the membrane 2, allowed increasing the nucleation density of the diamond crystals to be vapor-deposited, in order to produce a reliable crystal at a predetermined position.

その後、基材1を取り出し洗浄し、その基材1のSi3N
4膜2にポジ型レジスト(OFPR800、東京応化社)を約1
μmの厚さに塗布してフォトレジスト膜3で被覆した。
Thereafter, the substrate 1 is taken out and washed, and the Si 3 N
4 Approximately 1 positive resist (OFPR800, Tokyo Ohkasha) on film 2
It was applied to a thickness of μm and covered with a photoresist film 3.

工程IVでは、別途製作したガラスパターン4(20μm
間隔の碁盤目に直径5μmのドット4Dが形成されたも
の)を前記フォトレジスト膜3の上に密着せしめ、前記
ドット4D以外の個所のフォトレジスト膜3を水銀灯で露
光した。
In the process IV, a glass pattern 4 (20 μm
A dot 4D having a diameter of 5 μm was formed on the grid of the interval, and the photoresist film 3 was brought into close contact with the photoresist film 3, and the photoresist film 3 other than the dots 4D was exposed with a mercury lamp.

工程Vで、所定の現像液を用いて定法通り現像し、未
露光のドット4Dの部分のフォトレジスト膜3を残して他
のフォトレジスト膜3は除去した。
In step V, development was performed using a predetermined developing solution according to a standard method, and the remaining photoresist film 3 was removed except for the portion of the photoresist film 3 where dots 4D had not been exposed.

工程VIで、規則正しく配列している残留フォトレジス
ト膜3で部分的に保護されたSi3N4膜2に対してエッチ
ングを行った。この実施例ではCF4ガスを100ccmの流量
で送り、約30分間のプラズマエッチングを施すことによ
り露出している個所のSi3N4膜2を除去した。ちなみ
に、中間層をSi3N4膜ではなくSiO2膜で形成した場合
は、エッチング液を用いるウエットエッチングでもよ
い。
In step VI, etching was performed on the Si 3 N 4 film 2 partially protected by the regularly arranged residual photoresist film 3. In this embodiment, the exposed Si 3 N 4 film 2 was removed by sending CF 4 gas at a flow rate of 100 ccm and performing plasma etching for about 30 minutes. Incidentally, when the intermediate layer is formed of not a Si 3 N 4 film but an SiO 2 film, wet etching using an etchant may be used.

工程VIIで、残留フォトレジスト膜3を剥離する。こ
れにより、基材1の表面1a上に、ガラスパターンのドッ
ト4Dに対応して、直径5μm,高さ1μmのSi3N4ランド2
Dが間隔20μmの配列で露出される。
In step VII, the remaining photoresist film 3 is stripped. Thereby, on the surface 1a of the substrate 1, corresponding to the dots 4D of the glass pattern, Si 3 N 4 lands 2 having a diameter of 5 μm and a height of 1 μm 2
D is exposed in an array with a spacing of 20 μm.

工程VIIIでは、上記Si3N4ランド2Dのパターンを有す
る基材1の表面1aにダイヤモンドを気相成長法で合成し
た。ダイヤモンド合成条件は次の通りである。
In Step VIII, diamond was synthesized on the surface 1a of the substrate 1 having the pattern of the Si 3 N 4 lands 2D by a vapor phase growth method. The diamond synthesis conditions are as follows.

装置:マイクロ波プラズマCVD装置 マイクロ波電力 1000 W 反応ガス :CO 5 ccm H2 95 ccm 基材温度:約900 ℃ 合成時間:約20 時間 圧 力 :40 Torr かくして、粒径5μm,ミラー指数(111)のダイヤモ
ンド粒5が各Si3N4ランド2D上にそれぞれ形成された。
Apparatus: Microwave plasma CVD equipment Microwave power 1000 W Reactant gas: CO 5 ccm H 2 95 ccm Base material temperature: about 900 ° C. Synthesis time: about 20 hours Pressure: 40 Torr Thus, the particle size is 5 μm, Miller index (111) ) Diamond grains 5 were formed on each Si 3 N 4 land 2D.

工程IXで、この20μmの間隔で粒径5μmのダイヤモ
ンド粒5が整然と配列された基材1の砥石面に、次の条
件下に無電解ニッケルメッキを施した。
In step IX, electroless nickel plating was performed on the grindstone surface of the substrate 1 on which the diamond particles 5 having a particle size of 5 μm were regularly arranged at intervals of 20 μm under the following conditions.

メッキ液:SUMER S−790 (日本カニゼン製) 液温度 :70℃ メッキ時間:20分 これにより約2μm厚さのニッケル金属層6が形成さ
れ、ダイヤモンド粒5が強固に固着されて、第2図
(a)に示すような形状の砥石を得た。
Plating solution: SUMER S-790 (manufactured by Nippon Kanigen) Solution temperature: 70 ° C Plating time: 20 minutes As a result, a nickel metal layer 6 having a thickness of about 2 μm is formed, and the diamond grains 5 are firmly fixed. A grindstone having a shape as shown in (a) was obtained.

なお、砥石形状は、研削または研磨加工される個所の
形状・寸法に応じて予め成形される基材1の形状で定ま
る。第2図(b),(c),(d),(e)は、上記実
施例で形成したその他の砥石形状を例示したものであ
る。
The shape of the grindstone is determined by the shape of the base material 1 that is formed in advance in accordance with the shape and dimensions of the portion to be ground or polished. FIGS. 2 (b), (c), (d), and (e) illustrate other grinding stone shapes formed in the above embodiment.

(第2実施例) この実施例は、直接にダイヤモンドが気相合成できる
基材を用いた場合の例である。
(Second Embodiment) This embodiment is an example in which a base material capable of directly synthesizing diamond in a vapor phase is used.

第3図I〜Vは製造工程を模式的に示したものであ
る。基材11は第2図(b)に示す軸付円筒形状(但し半
断面のみ表している)に成形された超硬合金であるISO
分類のK10からなる。
3A to 3I schematically show the manufacturing process. The base material 11 is a cemented carbide alloy formed into a cylindrical shape with a shaft shown in FIG. 2 (b) (however, only a half section is shown).
Consists of the classification K10.

工程Iで、まずその表面11aが研削加工で仕上げられ
る。
In step I, the surface 11a is first finished by grinding.

工程IIで、ダイヤモンド結晶の核発生密度を増加せし
めるべく、基材11を#2000のダイヤモンドパウダーを分
散させたアルコール溶液中に浸漬し、10分間超音波を付
加した。
In step II, the base material 11 was immersed in an alcohol solution in which # 2000 diamond powder was dispersed, and ultrasonic waves were applied for 10 minutes in order to increase the nucleation density of diamond crystals.

その後、別途に製作した厚さ50μmのステンレスパタ
ーン12(40μm間隔の碁盤目に直径10μmの穴13が打ち
抜き形成されたもの)を、前記基材の表面11aに密着し
て巻き付け、マスキングした。
Thereafter, a separately manufactured stainless steel pattern 12 having a thickness of 50 μm (having holes 13 having a diameter of 10 μm punched in a grid at intervals of 40 μm) was tightly wound around the surface 11a of the base material and masked.

工程IIIで、上記ステンレスパターン12でマスキング
されていない個所の基材11の表面11aに、基材11を回転
させながらダイヤモドを気相成長法で合成した。ダイヤ
モンド合成条件は次の通りである。
In step III, diamod was synthesized by vapor phase epitaxy on the surface 11a of the base material 11 not masked by the stainless steel pattern 12 while rotating the base material 11. The diamond synthesis conditions are as follows.

装置:熱フィラメントCVD装置 タングステンフィラメントと基材表面11a間の
距離 10mm 反応ガス :CH4 3 ccm H2 97 ccm フィラメントの温度:約2000 ℃ 基材温度:約600 ℃ フィラメント放射のみ、冷却なし 合成時間 :20 時間 圧 力 :100 Torr かくして、粒径10μm,高さ約6μm,ミラー指数(10
0)のダイヤモンド粒15が、ステンレスパターン12の各
穴13の個所にそれぞれ形成された。
Equipment: Hot filament CVD equipment Distance between tungsten filament and substrate surface 11a 10mm Reaction gas: CH 4 3 ccm H 2 97 ccm Filament temperature: about 2000 ℃ Base material temperature: about 600 ℃ Filament radiation only, no cooling Synthetic time : 20 hours Pressure: 100 Torr Thus, the particle size is 10μm, height is about 6μm, Miller index (10
Diamond grains 15 of 0) were formed at the locations of the holes 13 of the stainless steel pattern 12, respectively.

工程IVで、ステンレスパターン12を、40ボーメのFeCl
3溶液を用いて、約10分間シャワー方式でウエットエッ
チングした。
In step IV, the stainless steel pattern 12 is
Using the three solutions, wet etching was performed by a shower method for about 10 minutes.

工程Vでは、40μmの等間隔で粒径1μmのダイヤモ
ンド粒15が整然と配列された基材11の砥石面に、常法に
したがい厚さ4μmの電解銅メッキを施し、銅金属層16
でダイヤモンド粒15を強固に固着させた。これによりダ
イヤモンド粒15の突出量は約2μmとなった。
In step V, a 4 μm-thick electrolytic copper plating is applied to the grindstone surface of the base material 11 on which diamond particles 15 having a particle size of 1 μm are regularly arranged at regular intervals of 40 μm according to a conventional method.
The diamond grains 15 were firmly fixed by using. As a result, the protrusion amount of the diamond grains 15 became about 2 μm.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、砥粒が予め設
定した所定の間隔,形状,大きさを有して均一に形成さ
れており、且つ最適なチップポケットが構成されてツル
ーイング・ドレッシングが不要であり、更には極めて強
固な砥粒保持力を備え、高精度の研削または研磨加工に
好適で長寿命を有する砥石が、比較的容易に得られると
いう効果がある。
As described above, according to the present invention, the abrasive grains are uniformly formed at predetermined intervals, shapes, and sizes set in advance, and an optimum chip pocket is formed, so that truing and dressing can be performed. There is an effect that a grindstone that is unnecessary, has a very strong abrasive grain holding force, is suitable for high-precision grinding or polishing, and has a long life can be obtained relatively easily.

特に、気相成長法で形成されるダイヤモンド粒または
CBN粒の結晶方向が、砥石研削面に対しミラー指数で(1
11)あるいは(100)の少なくとも一つからなるものと
した請求項1に係る発明にあっては、ミラー指数(11
1)とすることにより三角錐形砥粒となって研削加工用
の砥石に適し、ミラー指数(111)とした場合は平板形
砥粒になって研磨加工用砥石に適するという具合にそれ
ぞれの用途に最適の砥石を提供できるという効果を奏す
る。
In particular, diamond grains formed by vapor deposition or
The crystal direction of CBN grains is mirror index (1
In the invention according to claim 1, which comprises at least one of 11) and (100), the Miller index (11
When 1) is used, it becomes a triangular pyramid-shaped abrasive grain and is suitable for grinding wheels, and when the mirror index (111) is used, it becomes a flat abrasive grain and is suitable for a grinding wheel. The effect is that the most suitable whetstone can be provided.

また、ダイヤモンド粒またはCBN粒の砥石研削面での
砥粒集中度を50〜200とした請求項2に係る発明によれ
ば、超砥粒砥石としての砥石の寿命、被加工物の粗さ精
度を良好に保ちつつ、コスト低減が可能で、且つツルー
イングやドレッシング性も良好に保ちうるという効果も
得られる。
According to the invention of claim 2, wherein the degree of concentration of diamond grains or CBN grains on the grinding wheel grinding surface is 50 to 200, the life of the grinding wheel as a super-abrasive grinding wheel and the accuracy of the roughness of the workpiece are set. , The cost can be reduced, and the truing and dressing properties can also be kept good.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の製造工程の一例を説明する模式図、第
2図は本発明の製造法で形成した砥石形状を例示した斜
視図、第3図は本発明の製造工程の他の例を説明する模
式図である。 図中、1,11は基材、2は中間層、5,15はダイヤモンド砥
粒、6,16は金属層。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the manufacturing process of the present invention, FIG. 2 is a perspective view illustrating the shape of a grindstone formed by the manufacturing method of the present invention, and FIG. 3 is another example of the manufacturing process of the present invention. FIG. In the figure, 1,11 is a substrate, 2 is an intermediate layer, 5 and 15 are diamond abrasive grains, and 6 and 16 are metal layers.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C30B 29/04 C30B 29/04 S (56)参考文献 特開 平2−15976(JP,A) 特開 昭60−76965(JP,A) 特開 平2−279278(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24D 3/00 310 B24D 3/00 320 B24D 3/06 C30B 29/04 ────────────────────────────────────────────────── (5) Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI C30B 29/04 C30B 29/04 S (56) References JP-A-2-15976 (JP, A) JP-A-60-76965 ( JP, A) JP-A-2-279278 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B24D 3/00 310 B24D 3/00 320 B24D 3/06 C30B 29/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】砥石の基材の表面に砥粒を人工的に形成し
てなる人工砥石であって、前記基材の金属またはセラミ
ックスの微細加工表面、または前記基材の表面に選択的
に形成した窒化膜,炭化膜及び酸化膜のいずれか一種の
膜からなる中間層の表面の、いずれか一つを砥粒形成核
面とし、当該核面にダイヤモンド粒またはCBN粒を気相
生成法で形成させてなる人工砥石において、 前記気相生成法で形成されるダイヤモンド粒またはCBN
粒の結晶方向が、砥石研削面に対しミラー指数で(11
1)あるいは(100)の少なくとも一つからなることを特
徴とする人工砥石。
An artificial whetstone obtained by artificially forming abrasive grains on the surface of a base material of a whetstone, wherein said whetstone is selectively applied to a finely processed metal or ceramic surface of said base material or a surface of said base material. One of the surfaces of the formed intermediate layer composed of any one of nitride film, carbon film and oxide film is used as the abrasive grain forming nucleus surface, and diamond or CBN particles are formed on the nucleus surface by vapor phase production. In the artificial whetstone formed by the method, the diamond particles or CBN formed by the vapor phase generation method
The crystal direction of the grains is mirror index (11
An artificial whetstone comprising at least one of (1) and (100).
【請求項2】前記ダイヤモンド粒またはCBN粒の砥石研
削面での砥粒集中度が50〜200(2.2〜8.8ct/cm3)であ
る請求項1記載の人工砥石。
2. The artificial grinding wheel according to claim 1, wherein the degree of concentration of the diamond grains or CBN grains on the grinding wheel grinding surface is 50 to 200 (2.2 to 8.8 ct / cm 3 ).
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