JP3051908B2 - ダイヤモンド砥石 - Google Patents

ダイヤモンド砥石

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JP3051908B2
JP3051908B2 JP5307333A JP30733393A JP3051908B2 JP 3051908 B2 JP3051908 B2 JP 3051908B2 JP 5307333 A JP5307333 A JP 5307333A JP 30733393 A JP30733393 A JP 30733393A JP 3051908 B2 JP3051908 B2 JP 3051908B2
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wheel
crystal
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彰 金井
次郎 久田
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリコンやガラス,セラ
ミックス等の脆性材を脆性延性遷移点以下の微小切込み
量で研削加工するのに適したダイヤモンド砥石、特に基
材となる台金あるいはホィールの周面あるいは端面に単
結晶ダイヤモンド粒を固着したダイヤモンド砥石に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンド砥石としては、従来、天然
ダイヤモンドを粉砕した微小ダイヤモンドをボンド剤と
混合してホィール状に焼成したもの、あるいは粉砕され
た微小ダイヤモンドをボンド剤とともにペレット状に焼
成し、これを基材のホィールや台金の研削作業面に所定
のパターンで配列、固定したものが知られている。この
場合、ダイヤモンド砥粒の切刃は被加工面に対して垂直
に対向するのが好ましいとされるため、ダイヤモンド砥
粒が砥石の研削作業面に垂直になるようにホィールや台
金に埋設、固定している。例えば特公昭57−2535
1号公報においては、ダイヤモンド砥粒を固着する台金
の表面に離隔して、縦横比の大きいダイヤモンド砥粒が
縦方向に通過できる透孔を形成したカバーを配置し、全
体に振動を加えつつカバー上にダイヤモンド砥粒を散布
し、該カバーの透孔を直立状態で通過したダイヤモンド
砥粒を下方の台金の表面に付着させることが開示されて
いる。また特開平2−262963号公報に示す岩石穿
孔用ダイヤモンド工具は、磁界を利用してダイヤモンド
粒を上下に直立させ、この状態で下方のカーボンモール
ド内に自由落下させて結合剤とともに焼結、固定し、こ
れによって各ダイヤモンド粒の切刃を被加工物に直立し
て対向するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般にダイヤモンド砥
石は砥粒の結晶方位によって破壊強度や摩耗特性が異な
るが、従来のダイヤモンド砥石はダイヤモンド粒の結晶
方位が不揃いであるため実際の使用に際して各結晶粒の
摩耗が不均一となる。上述した2件の先行技術によるダ
イヤモンド砥石は結晶粒が被加工物に対向して直立状態
に配列されているものの、これは各結晶粒の形状を一方
向に揃えただけであり、結晶方位はばらばらであるた
め、1つの砥石についてその各々のダイヤモンド粒の摩
耗速度に差が生じ、充分な加工面精度が得られず、また
研削方向に対して強度の高い部分と弱い部分が混在する
ので研削作業中に脆性破壊を起す原因となる。さらに従
来のものは砥石の製造過程で焼成するときにダイヤモン
ドの結晶にクラックが入ったものが生じ、結晶方位が不
揃いのまま基材に固着するので研削中に破壊を起し易
い。
【0004】また、従来の粉砕した微小ダイヤモンドと
ボンド剤を混合して焼成するダイヤモンド砥石はボンド
剤とダイヤモンド結晶粒との結合に弱いものがあり、研
削動作中にダイヤモンド粒が脱落する危険がある。砥粒
の脱落があると、例えば0.1μm以下の微小切込みの
場合でも加工面の面粗度を悪化させる。これを解決する
ためにダイヤモンドを数μm以下まで微細化し、ブロン
ズ等の金属でダイヤモンド砥粒を強固に固定することも
行われているが、上述の問題点の完全な解決にはなって
いない。ダイヤモンド砥粒の脱落があることからツルー
イングやドレッシングの回数も増え、研削作業の能率向
上が阻害されている。
【0005】本発明は上述した従来の問題を解決し、特
に耐摩耗性および耐破壊強度にすぐれ、加工条件や加工
面の要求精度に合せて単結晶ダイヤモンドの取付個数や
配列を容易に選定でき、またツルーイングやドレッシン
グ作業の回数も減少させ得るダイヤモンド砥石を提供す
ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によるダイヤモン
ド砥石は、ホィールの研削作業面に所定深さの複数個の
孔が所定の配列パターンで形成され、これらの孔に結合
剤を介して柱状の単結晶ダイヤモンドをそれぞれ同方向
に結晶方位を揃えてかつ該研削作業面から同じ高さで垂
直に埋め込み、前記結合剤で前記単結晶ダイヤモンドを
前記孔内に固定したものである。本発明の1形態によれ
ば、前記孔の孔底は中心部が深くなった縦断面テーパ形
に形成され、この孔底中心部および孔内壁と前記単結晶
ダイヤモンドとの間に前記結合剤が充填される。
【0007】
【作用】円筒形ホィールの周面あるいはカップ形ホィー
ルの先端面に埋込まれた柱状の複数の単結晶ダイヤモン
ドチップの結晶方位が揃っているので、研削作業面上の
どの結晶粒も均一に摩耗し、従ってツルーイング作業は
最初だけで済む。ダイヤモンドチップの間隔および突出
量を大きくすることでチップ間の空隙即ちチップポケッ
トを大きくでき、ドレッシング作業を大巾に減少でき
る。またチップの突出量を必要最小限に小さくし、かつ
研削方向に対し強度の強い結晶方位に揃えることによ
り、動作中の結晶粒の脆性破壊が起りにくく、また、砥
粒の保持が均一であるため動作中の砥粒の脱落が起りに
くく、加工面の面粗度悪化が防げる。比較的大きな結晶
片を高さを揃えて配置することにより、有効作用砥粒数
が増加し、脆性延性遷移点以下の極微小切込みを行うこ
とにより面粗度の向上も可能となる。研削作業面に穿孔
される孔はその底面がテーパ形に中心部が窪んでいるの
で、この部分にも結合剤が溜まり、前記柱状の単結晶ダ
イヤモンドは前記孔内で基部端面および柱周囲が強固に
前記結合剤で固められる。
【0008】
【実施例】次に本発明を実施例について図面を参照して
説明する。図1は本発明の実施例に係るダイヤモンド砥
石を、該砥石の研削作業面に対して垂直な平面で裁断し
た部分的な断面図、図2(A),(B)はそれぞれ図1
で矢視F方向からみた場合の単結晶ダイヤモンドチップ
の植付け方向、即ち各チップの結晶方位の各種例を示し
たものである。ダイヤモンド砥石の保持基材であるホィ
ール1の研削作業面1Aに複数個の所定深さの孔2が穿
孔されており、これらの各孔2にボンド剤3を介して柱
状の単結晶ダイヤモンドチップ4が埋込まれている。
示のように孔2はその孔底の面がテーパ形に中心部が窪
んでいるので、ダイヤモンドチップ4の基端面と前記孔
底の面との間に隙間ができ、この部分にもボンド剤3が
溜まり、ダイヤモンドチップ4の強い結合強度が得られ
る。この場合の単結晶ダイヤモンドチップ4としては天
然ダイヤモンドまたは人工合成ダイヤモンドのいずれで
もよいが、形状,寸法を一定化するためには合成ダイヤ
モンドが望ましい。じっう例のチップ4は角柱状の合成
ダイヤモンドチップであり、長さは約2〜5mm、横巾
が約数10μm〜数mmの範囲で研削条件等により適切
な大きさのものが選定され、また1つのホィールについ
て各チップ4はすべて同一形状としてある。各チップ4
の研削作業面1Aからの突出高さはすべて同じ高さとし
てある。
【0009】なお、この実施例では、各チップ4の研削
作業面1Aに対して、単結晶ダイヤモンドチップ4の切
刃は垂直に固定されている。実際の研削条件としては、
切刃を研削作業面1Aに対して垂直に固定するのが一番
良いのであるが、垂直状態から或る程度傾いていても良
い。
【0010】図3に拡大して示すように角柱状の単結晶
ダイヤモンドチップ4は各結晶面(110),(11
1),(211),・・・を有し、その結晶方位(図中
矢印で示す)が各チップについて同じ方向になるように
切断されている。このようなダイヤモンドチップ4は例
えば図2(A)または(B)に示す如くすべてその結晶
方位を同じ向きに揃えてホィール1の孔2に植込まれ、
接着剤,樹脂あるいはメッキ等の強力なボンド剤3によ
って固定される。配列パターンは研削方向に1列あるい
は図4に例示する如く複数列で等間隔に配列され、その
ピッチP(チップ間隔)あるいは全体の個数は被加工面
の面粗度,被削材の材質あるいは加工サイクルタイム等
の研削条件によって任意に定められる。また各チップ4
の研削作業面1Aからの突出量hもチップ4のサイズを
考慮して研削条件により決定される。
【0011】図5(A),(B)は本発明を適用してカ
ップ形ホィール5に単結晶ダイヤモンドチップ4を埋込
んだ場合の実施例であり、図6(A),(B)は円筒形
ホィール6に本発明を適用した例である。カップ形ホィ
ール5の先端面5A(図5)に1列に、あるいは円筒形
ホィール6の外周面6A(図6)に1列に、それぞれ結
晶方位を揃えた角柱状の単結晶ダイヤモンドチップ4が
埋込まれ、ボンド剤で固定されている。ホィール面から
のチップ4の突出量hおよび取付ピッチPは1つのホィ
ール5または6に対して同じとされているが、前述の如
くこれらの寸法はチップサイズや研削条件により定めら
れる。このように構成された砥石車のツルーイングは、
例えば焼結ダイヤモンドのペレットによる方法あるいは
ラップ定盤とダイヤモンドペーストによる方法等が採用
される。
【0012】ここで、単結晶ダイヤモンドチップ4の結
晶方位の見分け方については、光学顕微鏡で結晶方位を
確認する。また、単結晶ダイヤモンドチップ4をホィー
ル1の孔2に固定する一方法では、エポキシ樹脂系の接
着剤等で固定する。
【0013】本発明による単結晶ダイヤモンド砥石は、
例えばシリコン単結晶やセラミックス,ガラス等の脆性
材料を延性モード研削即ち脆性延性遷移点以下の微小切
込みで仕上げ研削して加工精度特に面粗度を向上させる
のに適している。脆性材料の仕上げ研削は従来、超微小
砥粒により自生発刃を利用して行われているが、本発明
のように強固に固定された比較的大きな砥粒即ち単結晶
ダイヤモンドチップをホィールの研削作業面にチップ高
さを揃えて固着し、これによって有効作用砥粒数を増加
させ、しかも各チップの結晶方位を揃えることで上述の
微小切込みによる面粗度の向上が可能となる。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、柱
状の各単結晶ダイヤモンドチップの結晶方位を同じ方向
に揃えることにより、各チップが均一に摩耗し、砥石の
ツルーイングが良好に維持され、研削作業の能率が向上
する。ダイヤモンドチップの結晶方位を摩耗に強い方向
に揃えることで砥石全体の耐摩耗性を高めることができ
る。各チップの突出量や取付け個数、取付け間隔は研削
条件に応じて選定でき、またチップの突出量を大きくす
ることでチップポケットを大きくし、ドレッシング回数
を少なくでき、逆に突出量を小さく設定しかつ各チップ
を強度の強い結晶方位に揃えることにより加工中のチッ
プの脆性破壊を防ぎ、加工面の面粗度の向上を図ること
ができるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による単結晶ダイヤモンド砥石
の部分的な縦断面図である。
【図2】図1の矢視F方向からみたダイヤモンドチップ
のホィールへの埋込み方向の例を示した図である。
【図3】本発明に適用される角柱状ダイヤモンドチップ
の1例を示す部分的な斜視図である。
【図4】本発明に係る単結晶ダイヤモンドチップの配列
パターンの1例を示す図である。
【図5】本発明の実施例によるカップ形ホィールを用い
たダイヤモンド砥石を示す図である。
【図6】本発明の他の実施例による円筒形ホィールを用
いたダイヤモンド砥石を示す図である。
【符号の説明】
1 ホィール 2 孔 3 ボンド剤 4 単結晶ダイヤモンドチップ 5 カップ形ホィール 6 円筒形ホィール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−208560(JP,A) 特開 昭56−139875(JP,A) 特開 昭53−34193(JP,A) 特開 平2−237770(JP,A) 特開 平2−262964(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24D 3/00 320 B24D 3/00 310

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ホィールの研削作業面に所定深さの複数個
    の孔が所定の配列パターンで形成され、これらの孔に結
    合剤を介して柱状の単結晶ダイヤモンドをそれぞれ同方
    向に結晶方位を揃えてかつ該研削作業面から同じ高さで
    垂直に埋め込み、前記結合剤で前記単結晶ダイヤモンド
    を前記孔内に固定したことを特徴とするダイヤモンド砥
    石。
  2. 【請求項2】前記孔の孔底は中心部が深くなった縦断面
    テーパ形に形成され、この孔底中心部および孔内壁と前
    記単結晶ダイヤモンドとの間に前記結合剤が充填される
    ことを特徴とする請求項第1項に記載したダイヤモンド
    砥石。
JP5307333A 1993-11-12 1993-11-12 ダイヤモンド砥石 Expired - Lifetime JP3051908B2 (ja)

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