JP3119098B2 - Diamond abrasive grains, grindstones and methods for producing them - Google Patents
Diamond abrasive grains, grindstones and methods for producing themInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、比較的少量の結合剤で
満足のゆく抗折強度を持つ砥石及びその製造方法に関す
るものである。また、このような砥石を原料となるダイ
ヤモンド砥粒及びその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a grindstone having satisfactory bending strength with a relatively small amount of a binder and a method for producing the same. The present invention also relates to a diamond abrasive grain using such a grindstone as a raw material and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、多数のダイヤモンド砥粒を結
合剤で結合してなる砥石は、広く知られている。そし
て、ダイヤモンド砥粒と結合剤との結合力を向上させ、
抗折強度の高い砥石を得るために、種々の提案が行われ
ている。例えば、特開平２−２４３２７０号公報には、
ダイヤモンド砥粒と結合剤との結合力を向上させるため
に、ダイヤモンド砥粒表面に、浸漬法に由来する金属炭
化物（炭化バナジウムや炭化クロム等）や金属窒化物
（窒化チタン等）を被覆することが提案されている。し
かしながら、この方法では、単にダイヤモンド砥粒表面
を粗面化して、ダイヤモンド砥粒と結合剤との結合力を
向上させるものであるため、比較的少量の結合剤で満足
のゆく抗折強度を持つ砥石を得ることは困難であった。2. Description of the Related Art Conventionally, a grindstone formed by bonding a large number of diamond abrasive grains with a binder has been widely known. And improve the bonding force between the diamond abrasive and the binder,
Various proposals have been made to obtain a grindstone having high bending strength. For example, JP-A-2-243270 discloses that
Coating the surface of diamond abrasive grains with metal carbide (such as vanadium carbide or chromium carbide) or metal nitride (such as titanium nitride) derived from the immersion method to improve the bonding force between the diamond abrasive grains and the binder Has been proposed. However, in this method, the surface of the diamond abrasive grains is simply roughened to improve the bonding force between the diamond abrasive grains and the binder, so that a relatively small amount of the binder has a satisfactory bending strength. It was difficult to obtain a whetstone.
【０００３】また、その他にも、無電解メッキ法によっ
てダイヤモンド砥粒表面を、金属等の皮膜で被覆する方
法や、ＣＶＤ法（化学蒸着法）によってダイヤモンド砥
粒表面を、金属等の皮膜で被覆する方法が提案されてい
るが、いずれも前述の方法によるものと大差のないもの
であった。[0003] In addition, a method of coating the surface of diamond abrasive grains with a film of metal or the like by electroless plating, or a method of coating the surface of diamond abrasive grains with a film of metal or the like by CVD (chemical vapor deposition). There have been proposed methods of doing so, but none of them have much difference from the above-mentioned methods.
【０００４】比較的少量の結合剤でダイヤモンド砥粒群
を結合して砥石を得ることの利点は、次のような点にあ
る。即ち、結合剤の量を抑制することによって、砥石中
に多量の気孔を存在させることができる点である。多数
の気孔を持つ砥石は、ダイヤモンド砥粒が完全に結合剤
に埋め込まれておらず、外気と接触しているため、以下
のような利点を持つものである。つまり、ダイヤモンド
砥粒が完全に結合剤に埋め込まれていないため、砥石表
面のダイヤモンド砥粒は露出していることになる。従っ
て、この露出しているダイヤモンド砥粒によって、良好
な研削が図れるのである。そして、研削を続けてゆく
と、ダイヤモンド砥粒が脱落するが、その下層に存在す
るダイヤモンド砥粒も完全に結合剤で埋め込まれていな
いため、新たに外部に露出することになる。従って、こ
のダイヤモンド砥粒によって良好な研削を図ることがで
きるのである。即ち、比較的少量の結合剤を用いてなる
砥石は、砥石中の結合剤を除去しながら研削を行う必要
がなく、研削効率の大幅な向上が図れるという利点があ
るのである。[0004] The advantages of combining diamond abrasive grains with a relatively small amount of binder to obtain a grindstone are as follows. That is, by suppressing the amount of the binder, a large amount of pores can be present in the grindstone. A grindstone having a large number of pores has the following advantages because the diamond abrasive grains are not completely embedded in the binder and are in contact with the outside air. That is, since the diamond abrasive grains are not completely embedded in the binder, the diamond abrasive grains on the grindstone surface are exposed. Therefore, good grinding can be achieved by the exposed diamond abrasive grains. Then, as the grinding is continued, the diamond abrasive grains fall off, but the diamond abrasive grains present in the lower layer are not completely embedded with the binder, so that they are newly exposed to the outside. Therefore, good grinding can be achieved by the diamond abrasive grains. In other words, a grindstone using a relatively small amount of binder does not require grinding while removing the binder in the grindstone, and has the advantage of greatly improving grinding efficiency.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このため、本発明者等
は、従来の方法と全く異なる方法でダイヤモンド砥粒表
面を改質して、ダイヤモンド砥粒表面を結合剤との親和
性（濡れ性）に優れたものにすることによって、比較的
少量の結合剤で満足のゆく抗折強度を持つ砥石を得るこ
とを試みた。その結果、ダイヤモンド砥粒本体と珪素と
を混合して、気相反応又は固相反応を進行させ、ダイヤ
モンド砥粒表面にＳｉＣを形成させると、このＳｉＣと
結合剤との結合力が格段に向上し、比較的少量の結合剤
で高い抗折強度を持つ砥石が得られることが判明し、本
発明に到達したのである。For this reason, the present inventors have modified the surface of diamond abrasive grains by a method completely different from the conventional method, and made the surface of the diamond abrasive grains compatible with the binder (wetting property). By trying to make the grinding wheel excellent in (1), an attempt was made to obtain a grindstone having satisfactory bending strength with a relatively small amount of binder. As a result, when the diamond abrasive body and silicon are mixed and a gas phase reaction or a solid phase reaction is allowed to proceed to form SiC on the diamond abrasive surface, the bonding force between the SiC and the binder is significantly improved. However, it has been found that a grindstone having high bending strength can be obtained with a relatively small amount of binder, and the present invention has been achieved.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、ダイヤ
モンド砥粒本体表面の構成元素である炭素に、珪素が化
学結合して、表面にＳｉＣが形成されてなり、該ＳｉＣ
の結晶の種類が、主としてβ−ＳｉＣ［ＪＣＰＤＳ Ｎ
ｏ ２９−１１２９］であることを特徴とするダイヤモ
ンド砥粒に関するものである。また、ダイヤモンド砥粒
本体と珪素粉末とを混合して、不活性ガスの存在下で１
０００〜１６００℃に加熱することを特徴とするダイヤ
モンド砥粒の製造方法に関するものである。更に、この
ダイヤモンド砥粒を用いた砥石及びその製造方法に関す
るものである。That is, the present invention provides a method for forming SiC on the surface of silicon, which is chemically bonded to carbon, which is a constituent element of the surface of a diamond abrasive grain body.
Is mainly β-SiC [JCPDS N
o 29-1129]. Further, the main body of the diamond abrasive grains and the silicon powder are mixed to form a mixture in the presence of an inert gas.
The present invention relates to a method for producing diamond abrasive grains, characterized by heating to 000 to 1600 ° C. Further, the present invention relates to a grindstone using the diamond abrasive grains and a method of manufacturing the grindstone.
【０００７】本発明に用いるダイヤモンド砥粒本体とし
ては、従来よりダイヤモンド砥粒として使用されている
ものが好適に使用しうる。代表的には、多結晶ダイヤモ
ンド砥粒を使用することができ、例外的に単結晶ダイヤ
モンド砥粒を使用することもできる。使用するダイヤモ
ンド砥粒本体の粒度は、５０〜１５０μ程度であり、好
ましくは８０〜１４０μ程度であり、最も好ましくは１
００μ程度のものである。As the diamond abrasive grains used in the present invention, those conventionally used as diamond abrasive grains can be suitably used. Typically, polycrystalline diamond abrasives can be used, with the exception of single crystal diamond abrasives. The particle size of the diamond abrasive body used is about 50 to 150 μm, preferably about 80 to 140 μm, and most preferably 1 to 150 μm.
It is about 00μ.
【０００８】本発明で用いる珪素粉末としては、一般的
に市販されている、純度が９６〜９８％程度のものが使
用される。珪素粉末の粒度は、ダイヤモンド砥粒本体よ
りも小さい方が好ましく、５０μ以下であり、より好ま
しくは１０μ以下であり、最も好ましくは１μ程度であ
る。なお、本発明における粒度は、全てメジアン径を採
用している。。As the silicon powder used in the present invention, commercially available silicon powder having a purity of about 96 to 98% is used. The particle size of the silicon powder is preferably smaller than that of the diamond abrasive grain main body, and is 50 μm or less, more preferably 10 μm or less, and most preferably about 1 μm. In addition, the median diameter is adopted as the particle size in the present invention. .
【０００９】以上のようにして準備されたダイヤモンド
砥粒本体と珪素粉末とが、均一に混合される。ダイヤモ
ンド砥粒本体と珪素粉末との混合割合は、ダイヤモンド
砥粒本体１００重量部に対して、珪素粉末１〜４０重量
部程度が好ましい。珪素粉末が１重量部未満であると、
ダイヤモンド砥粒表面に形成されるＳｉＣの量が少なく
なって、結合剤とダイヤモンド砥粒との親和性（濡れ
性）が低下し、結合力が低下する傾向が生じる。逆に、
珪素粉末が４０重量部を超えると、ダイヤモンド砥粒の
表面のみならず、内部までＳｉＣが形成されてゆき、ダ
イヤモンド砥粒の硬度が低下し、研削性能が低下する傾
向が生じる。[0009] The diamond abrasive body prepared as described above and the silicon powder are uniformly mixed. The mixing ratio of the diamond abrasive body to the silicon powder is preferably about 1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the diamond abrasive body. When the silicon powder is less than 1 part by weight,
The amount of SiC formed on the surface of the diamond abrasive grains is reduced, and the affinity (wetting property) between the binder and the diamond abrasive grains is reduced, and the bonding strength tends to be reduced. vice versa,
If the silicon powder exceeds 40 parts by weight, SiC is formed not only on the surface of the diamond abrasive grains but also inside thereof, and the hardness of the diamond abrasive grains tends to decrease and the grinding performance tends to decrease.
【００１０】ダイヤモンド砥粒本体と珪素粉末とを混合
する際、バインダーを添加しておくのが好ましい。この
バインダーの作用によって、ダイヤモンド砥粒本体表面
に珪素粉末が密着して被覆され、ダイヤモンド砥粒本体
表面を構成している炭素原子と珪素粉末中の珪素原子と
が反応しやすくなり、ＳｉＣが形成されやすくなるから
である。バインダーとしては、接着作用を持つ合成樹脂
であればどのようなものでも使用しうるが、特にアクリ
ル系樹脂を使用するのが好ましい。アクリル系樹脂は、
ダイヤモンド砥粒表面と珪素粉末の両者に対して親和性
が良く、接着力が大きいからである。バインダーを使用
する際には、溶媒に溶解させて使用するのが好ましく、
例えば、アクリル系樹脂を使用した場合には、アルコー
ル溶媒に溶解して使用するのが好ましい。また、バイン
ダーの使用量は、ごく微量で差し支えなく、ダイヤモン
ド砥粒本体１００重量部に対して、１重量部未満で差し
支えない。When mixing the diamond abrasive body and the silicon powder, it is preferable to add a binder. Due to the action of the binder, the surface of the diamond abrasive grain body is coated with silicon powder in close contact, and the carbon atoms constituting the surface of the diamond abrasive grain body and the silicon atoms in the silicon powder easily react with each other to form SiC. This is because it is easy to be done. Any binder may be used as long as it is a synthetic resin having an adhesive action, but it is particularly preferable to use an acrylic resin. Acrylic resin is
This is because it has good affinity for both the diamond abrasive grain surface and the silicon powder, and has a large adhesive strength. When using a binder, it is preferable to use dissolved in a solvent,
For example, when an acrylic resin is used, it is preferable to use it after dissolving it in an alcohol solvent. The amount of the binder used may be very small, and may be less than 1 part by weight based on 100 parts by weight of the diamond abrasive main body.
【００１１】また、ダイヤモンド砥粒本体と珪素粉末と
を混合する際、そこに触媒を添加混合してもよい。この
触媒は、ダイヤモンド砥粒本体表面を構成している炭素
原子と、珪素粉末中の珪素原子との反応を促進させるも
のである。触媒としては、鉄系触媒，ニッケル系触媒，
コバルト系触媒等の公知の触媒を使用することができ
る。特に、フェルニコ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）を触媒
して使用するのが好ましい。触媒は、一般的には粉末の
形態で添加され、その粒度はダイヤモンド砥粒本体及び
珪素粉末の粒度よりも小さいものを使用するのが好まし
い。従って、一般的に１０μ以下程度のものが好まし
く、特に１μ程度のものが好ましい。また、触媒の添加
量は、ダイヤモンド砥粒本体１００重量部に対して、１
０重量部以下であるのが好ましく、特に５重量部以下で
あるのが好ましい。Further, when mixing the diamond abrasive body and the silicon powder, a catalyst may be added and mixed therewith. This catalyst promotes a reaction between carbon atoms constituting the surface of the diamond abrasive grain main body and silicon atoms in the silicon powder. Catalysts include iron-based catalysts, nickel-based catalysts,
A known catalyst such as a cobalt-based catalyst can be used. In particular, it is preferable to use Fernico (Fe-Ni-Co alloy) as a catalyst. The catalyst is generally added in the form of a powder, and its particle size is preferably smaller than that of the diamond abrasive body and the silicon powder. Therefore, generally about 10 μm or less is preferable, and especially about 1 μm is preferable. The amount of the catalyst added was 1 to 100 parts by weight of the diamond abrasive body.
It is preferably at most 0 parts by weight, particularly preferably at most 5 parts by weight.
【００１２】ダイヤモンド砥粒本体と珪素粉末との混合
物は、又は場合によりこれらとバインダーや触媒との混
合物は、容器に収納し、容器内に不活性ガスを充満させ
る。不活性ガスとしては、一般的にアルゴンガスが使用
されるが、窒素ガス等の他の不活性ガスを使用しても差
し支えない。そして、容器内が不活性ガスで完全に充満
された後、１０００〜１６００℃に加熱して、反応を進
行させる。また、反応時間は、１〜１０時間程度が好ま
しく、３〜７時間程度がより好ましく、５時間程度が最
も好ましい。この反応は、固体状のダイヤモンド砥粒本
体と固体若しくは加熱により気体となった珪素とが反応
するものであり、固相反応又は気相反応である。加熱温
度が１０００℃未満では、ダイヤモンド砥粒本体表面を
構成している炭素原子と、珪素粉末中の珪素原子との反
応が進行しにくく、ダイヤモンド砥粒表面にＳｉＣが形
成されにくくなるので、好ましくない。逆に、加熱温度
が１６００℃を超えると、ダイヤモンド砥粒本体を構成
している炭素原子がダメージを受けて、ダイヤモンド砥
粒の硬度が低下する恐れがあるので、好ましくない。The mixture of the diamond abrasive body and the silicon powder, or the mixture of these and the binder and the catalyst in some cases, are stored in a container, and the container is filled with an inert gas. As the inert gas, argon gas is generally used, but other inert gas such as nitrogen gas may be used. Then, after the inside of the container is completely filled with the inert gas, the reaction is heated to 1000 to 1600 ° C. to advance the reaction. The reaction time is preferably about 1 to 10 hours, more preferably about 3 to 7 hours, and most preferably about 5 hours. This reaction is a reaction between the solid diamond abrasive body and silicon that has been solid or gasified by heating, and is a solid-phase reaction or a gas-phase reaction. When the heating temperature is less than 1000 ° C., the reaction between the carbon atoms constituting the diamond abrasive grain main body surface and the silicon atoms in the silicon powder does not easily proceed, and SiC is less likely to be formed on the diamond abrasive grain surface. Absent. Conversely, if the heating temperature exceeds 1600 ° C., the carbon atoms constituting the diamond abrasive grains may be damaged, and the hardness of the diamond abrasive grains may decrease, which is not preferable.
【００１３】不活性ガスの存在下でダイヤモンド砥粒本
体と珪素粉末とを反応させる際、容器内に微量の酸素を
流通させるのが好ましい。これは、ダイヤモンド砥粒本
体が加熱によってダメージを受け、炭化物が不活性ガス
中に遊離してきた場合、この炭化物を二酸化炭素や一酸
化炭素にするためである。炭化物が不活性ガス中に遊離
していると、この炭化物がダイヤモンド砥粒本体表面に
再付着する恐れがあり、得られるダイヤモンド砥粒の硬
度が低下する恐れがあるからである。When reacting the diamond abrasive body with the silicon powder in the presence of an inert gas, it is preferable to flow a small amount of oxygen through the container. This is because, when the diamond abrasive body is damaged by heating and carbides are liberated in the inert gas, the carbides are converted into carbon dioxide or carbon monoxide. If the carbides are liberated in the inert gas, the carbides may reattach to the surface of the main body of the diamond abrasive grains, and the hardness of the obtained diamond abrasive grains may decrease.
【００１４】本発明に係るダイヤモンド砥粒は、上述し
たように、ダイヤモンド砥粒本体と珪素粉末とを固相反
応又は気相反応で反応させて得られるものである。この
ようなダイヤモンド砥粒は、ダイヤモンド砥粒本体表面
の構成元素である炭素に、珪素が化学結合して、表面に
ＳｉＣが形成されてなるものである。また、このＳｉＣ
の結晶は、主としてβ−ＳｉＣ［ＪＣＰＤＳ Ｎｏ ２
９−１１２９］で形成されているものである。このよう
な結晶構造を持つＳｉＣがダイヤモンド砥粒表面に存在
することによって、結合剤との親和性（濡れ性）が向上
し、抗折強度の高い砥石、換言すれば比較的少量の結合
剤で満足のゆく抗折強度を持つ砥石が得られるのであ
る。ここで、β−ＳｉＣ［ＪＣＰＤＳ Ｎｏ ２９−１
１２９］における、βとはベータ型の結晶構造であると
いう意味であり、［ＪＣＰＤＳ Ｎｏ ２９−１１２
９］とは国際的に統一された番号であり、ＳｉＣの結晶
構造の一種として同定されたものである。また、本発明
に係るダイヤモンド砥粒の表面は、このベータ型のもの
が主体となっていればよく、他にα−ＳｉＣ［ＪＣＰＤ
Ｓ Ｎｏ ２９−１１３０］やα−ＳｉＣ［ＪＣＰＤＳ
Ｎｏ ２９−１１２６］なるＳｉＣが若干量形成され
ていても差し支えない。なお、ダイヤモンド砥粒本体表
面の構成元素である炭素に、珪素が化学結合して、表面
にＳｉＣが形成されており、且つこのＳｉＣの結晶が主
としてβ−ＳｉＣ［ＪＣＰＤＳ Ｎｏ ２９−１１２
９］であるダイヤモンド砥粒は、上述した製造方法によ
って容易に得ることができるが、この方法とは異なる方
法で製造してもよいことは勿論である。As described above, the diamond abrasive according to the present invention is obtained by reacting the diamond abrasive main body with silicon powder by a solid phase reaction or a gas phase reaction. Such diamond abrasive grains are formed by forming silicon carbide on the surface by chemically bonding silicon to carbon, which is a constituent element of the surface of the diamond abrasive grain body. In addition, this SiC
Is mainly composed of β-SiC [JCPDS No 2
9-1129]. By the presence of SiC having such a crystal structure on the surface of the diamond abrasive grains, the affinity (wetting property) with the binder is improved, and a grindstone having high bending strength, in other words, a relatively small amount of binder is used. A whetstone with satisfactory bending strength can be obtained. Here, β-SiC [JCPDS No. 29-1
[129], β means a beta-type crystal structure, and [JCPDS No 29-112]
9] is an internationally unified number, which has been identified as a kind of crystal structure of SiC. In addition, the surface of the diamond abrasive grain according to the present invention may be mainly composed of this beta type, and in addition, α-SiC [JCPD
S No. 29-1130] and α-SiC [JCPDS
No. 29-1126] may be formed in a small amount. In addition, silicon is chemically bonded to carbon, which is a constituent element of the surface of the diamond abrasive grain body, to form SiC on the surface, and the crystal of this SiC is mainly β-SiC [JCPDS No. 29-112.
9] can be easily obtained by the above-described manufacturing method, but it goes without saying that it may be manufactured by a method different from this method.
【００１５】本発明に係るダイヤモンド砥粒は、従来公
知の方法で結合剤によって結合され、砥石とされるので
ある。結合剤としては、従来より使用されているレジノ
イド系結合剤（合成樹脂製の結合剤）又はビトリファイ
ド系結合剤（ガラス系の結合剤）が使用される。特に、
ビトリファイド系結合剤を使用するのが好ましい。ビト
リファイド系結合剤の中でも、Ａｌ2Ｏ3及びＬｉ2ＣＯ3
を主体とするもの、或いはＳｉＯ2及びＰｂＯを主体と
するものを使用するのが、より好ましい。砥石を製造す
る際には、まずこのような結合剤とダイヤモンド砥粒群
とを混合する。混合割合としては、ダイヤモンド砥粒群
１００体積部に対して、結合剤が２０〜７０体積部が好
ましく、２０〜４０体積部がより好ましく、３５体積部
程度が最も好ましい。結合剤の量が２０体積部より少な
いと、ダイヤモンド砥粒に対する結合力が十分でなく、
抗折強度の低い砥石しか得られない恐れがある。また、
結合剤の量を７０体積部を超えて多くしても、もはやダ
イヤモンド砥粒に対する結合力が向上せず、却って得ら
れる砥石中の気孔率が低下する恐れがある。[0015] The diamond abrasive grains according to the present invention are bound by a binder in a conventionally known method to form a grindstone. As the binder, a conventionally used resinoid-based binder (a binder made of a synthetic resin) or a vitrified-based binder (a glass-based binder) is used. In particular,
It is preferred to use vitrified binders. Among the vitrified binders, Al 2 O 3 and Li 2 CO 3
Those mainly composed of, or to use those composed mainly of SiO 2 and PbO is more preferable. When manufacturing a grindstone, such a binder is first mixed with a group of diamond abrasive grains. The mixing ratio is preferably 20 to 70 parts by volume, more preferably 20 to 40 parts by volume, and most preferably about 35 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the diamond abrasive group. If the amount of the binder is less than 20 parts by volume, the bonding force to diamond abrasive grains is not sufficient,
There is a possibility that only a grindstone with low bending strength may be obtained. Also,
Even if the amount of the binder is increased to more than 70 parts by volume, the bonding force to the diamond abrasive grains no longer improves, and the porosity in the obtained grindstone may be reduced.
【００１６】そして、この混合物を所定形状にして、加
圧・加熱（即ち焼結）して結合剤を硬化させ、ダイヤモ
ンド砥粒群が結合剤で結合された砥石が得られるのであ
る。焼結は、従来と同様の条件で行えばよく、例えば８
００〜１５００℃程度の温度で、２００〜４００kg／cm
2程度の加圧力で、且つ１〜１５時間程度の条件でよ
い。また、焼結した後、歪除去等の目的で熱処理をして
も良い。この熱処理の条件としては、５００〜１０００
℃程度の温度で、１０〜３０時間程度の時間でよい。こ
のようにして得られた本発明に係る砥石は、高い抗折強
度を持つという特徴がある。従って、結合剤の量を減少
させても、抗折強度の低下が少なく、このことによっ
て、得られる砥石中に多量の気孔を含有させることがで
きるのである。本発明に係る砥石は、抗折強度の大幅な
低下を伴うことなく、その気孔率を３０体積％以上とす
ることができるという利点があるのである。砥石の気孔
率が３０体積％以上あると、当初より砥石表面にダイヤ
モンド砥粒が露出した状態となっており、そして研削に
伴ってダイヤモンド砥粒が脱落していっても、その下層
に存在するダイヤモンド砥粒が露出した状態で現われる
のである。従って、被研削物に対して、常にダイヤモン
ド砥粒が接触しており、研削効率を向上させることがで
きるのである。例えば、従来技術による砥石の如く、結
合剤中にダイヤモンド砥粒が埋め込まれている場合（気
孔率が概ね０％である場合）には、被研削物を研削する
際、ダイヤモンド砥粒が露出するように結合剤を除去す
る必要があり、また研削を続けていても露出させたダイ
ヤモンド砥粒が脱落した場合には、研削を中止し新たに
結合剤を除去してダイヤモンド砥粒を露出させなければ
ならず、研削効率が低下するのである。なお、砥石の気
孔率（％）は、｛１−［（ダイヤモンド砥粒の体積＋結
合剤の体積）／砥石の体積］｝×１００なる的で算出さ
れるものである。Then, the mixture is formed into a predetermined shape, and the binder is hardened by pressurizing and heating (ie, sintering) to obtain a grindstone in which the diamond abrasive grains are combined with the binder. The sintering may be performed under the same conditions as in the past.
200 to 400 kg / cm at a temperature of about 00 to 1500 ° C
A pressure of about 2 and a condition of about 1 to 15 hours may be used. After the sintering, heat treatment may be performed for the purpose of removing distortion or the like. The conditions of this heat treatment are 500 to 1000
The temperature may be about 10C for about 10 to 30 hours. The thus obtained grindstone according to the present invention is characterized by having high bending strength. Therefore, even if the amount of the binder is reduced, the reduction in the transverse rupture strength is small, and as a result, a large amount of pores can be contained in the obtained grindstone. The grinding wheel according to the present invention has an advantage that its porosity can be set to 30% by volume or more without a significant decrease in bending strength. When the porosity of the grindstone is 30% by volume or more, the diamond abrasive grains are exposed from the surface of the grindstone from the beginning, and even if the diamond abrasive grains fall off with grinding, they are present in the lower layer. It appears with the diamond abrasive exposed. Therefore, the diamond abrasive grains are always in contact with the workpiece, and the grinding efficiency can be improved. For example, when diamond abrasive grains are embedded in a binder (when the porosity is approximately 0%) as in a grindstone according to the related art, the diamond abrasive grains are exposed when grinding the workpiece. If the exposed diamond abrasive grains fall off even if grinding is continued, grinding must be stopped and the new binder must be removed to expose the diamond abrasive grains. The grinding efficiency must be reduced. The porosity (%) of the grindstone is calculated by {1-[(volume of diamond abrasive grains + volume of binder) / volume of grindstone]} × 100.
【００１７】本発明に係る砥石は、所定の形状に成型さ
れてなるものであるが、この形状としては任意の形状を
選択すればよい。一般的には、ホイール状（円板状）に
成型し、その端縁で研削を行う。また、本発明に係る砥
石で研削を行う被研削物としては、超硬工具等として使
用されるセラミックス，フェライト，ガラス，炭化タン
グステン，サーメット（セラミックスと金属との複合材
料）等が挙げられる。The grindstone according to the present invention is formed into a predetermined shape, and any shape may be selected. Generally, it is formed into a wheel shape (disc shape), and the edge is ground. Examples of the workpiece to be ground by the grindstone according to the present invention include ceramics, ferrite, glass, tungsten carbide, and cermet (composite material of ceramics and metal) used as a carbide tool or the like.
【００１８】[0018]
実施例１ ダイヤモンド砥粒本体（ジェネラルエレクトリック社製
の多結晶ダイヤモンドＲＶＧ ＃１２０／１４０）１０
０重量部に、粒度１μ程度以下の珪素粉末１０重量部を
添加し、更に微量のアクリル系樹脂アルコール溶液を添
加して混合した。この混合物をアルミナ製のルツボに入
れて、ルツボ内にアルゴンガスを充満させた。その後、
１４００℃に加熱し、そのまま５時間保持した。以上の
ようにして、得られたダイヤモンド砥粒の表面状態は、
図１に示したとおりであった。なお、比較のため、使用
したダイヤモンド砥粒本体の表面状態を図２として示し
ておく。Example 1 Diamond abrasive body (polycrystalline diamond RVG # 120/140 manufactured by General Electric) 10
10 parts by weight of silicon powder having a particle size of about 1 μ or less was added to 0 parts by weight, and a small amount of an acrylic resin alcohol solution was further added and mixed. This mixture was placed in an alumina crucible, and the crucible was filled with argon gas. afterwards,
It was heated to 1400 ° C. and kept for 5 hours. As described above, the surface state of the obtained diamond abrasive grains is
As shown in FIG. For comparison, FIG. 2 shows the surface state of the diamond abrasive grains used.
【００１９】得られたダイヤモンド砥粒をＸ線回折法で
解析したところ、図３の如きチャートが得られた。この
チャートと、β−ＳｉＣ［ＪＣＰＤＳ Ｎｏ ２９−１
１２９］のピークとを比較すれば明らかな通り、このダ
イヤモンド砥粒には、β−ＳｉＣ［ＪＣＰＤＳ Ｎｏ
２９−１１２９］が存在していることが分かる。即ち、
このダイヤモンド砥粒は、その表面がβ−ＳｉＣ［ＪＣ
ＰＤＳ Ｎｏ ２９−１１２９］なる結晶構造を持つ、
ＳｉＣで形成されているのであり、また炭素源はダイヤ
モンド砥粒本体であり、Ｓｉ源は珪素粉末であることか
ら、ダイヤモンド砥粒本体表面の構成元素である炭素
に、珪素が化学結合しているものであると認められる。
なお、このチャートには、β−ＳｉＣ［ＪＣＰＤＳ Ｎ
ｏ ２９−１１２９］なる結晶構造の他に、α−ＳｉＣ
［ＪＣＰＤＳ Ｎｏ ２９−１１３０］及びα−ＳｉＣ
［ＪＣＰＤＳ Ｎｏ ２９−１１２６］が確認される
が、これらの結晶構造は不安定であり、時間の経過と共
に消失しやすいものである。従って、この結晶構造が結
合剤との親和性（濡れ性）に寄与しているものとは認め
にくい。When the obtained diamond abrasive grains were analyzed by X-ray diffraction, a chart as shown in FIG. 3 was obtained. This chart and β-SiC [JCPDS No. 29-1
129], the diamond abrasive has β-SiC [JCPDS No.
29-1129]. That is,
The surface of this diamond abrasive is β-SiC [JC
PDS No. 29-1129],
Since it is made of SiC, the carbon source is the diamond abrasive body, and the Si source is silicon powder, silicon is chemically bonded to carbon which is a constituent element of the surface of the diamond abrasive body. Is recognized.
Note that this chart includes β-SiC [JCPDS N
o 29-1129], α-SiC
[JCPDS No 29-1130] and α-SiC
[JCPDS No 29-1126] is confirmed, but these crystal structures are unstable and easily disappear with the passage of time. Therefore, it is difficult to recognize that this crystal structure contributes to the affinity (wetting property) with the binder.
【００２０】次に、得られたダイヤモンド砥粒５０体積
部とビトリファイド系結合剤（品番Ｄ−４）１７体積部
とを混合し、この混合物を加熱温度１１００℃，加圧力
約３００kg／cm2，時間１０時間の条件で焼結した。更
に、焼結後、歪等の除去を目的として、８００℃で２４
時間保持して熱処理を行った。以上のようよして、ホイ
ール状の砥石を得た。なお、ビトリファイド系結合剤の
組成は、Ａｌ2Ｏ3：６０．０重量％，ＳｉＯ2：６．７
重量％，Ｌｉ2ＣＯ3：２６．７重量％，ＴｉＯ2：６．
７重量％である。Next, 50 parts by volume of the obtained diamond abrasive grains and 17 parts by volume of a vitrified binder (Part No. D-4) are mixed, and the mixture is heated at a temperature of 1100 ° C. under a pressure of about 300 kg / cm 2 , Sintering was performed for 10 hours. Further, after sintering, at 800 ° C. for 24 hours to remove distortion and the like.
The heat treatment was performed while holding for a time. Thus, a wheel-shaped grindstone was obtained. The composition of vitrified based binder, Al 2 O 3: 60.0 wt%, SiO 2: 6.7
5.% by weight, Li 2 CO 3 : 26.7% by weight, TiO 2 : 6.
7% by weight.
【００２１】得られた砥石の抗折強度は、３４３kg／cm
2であり、気孔率は３３％であった。なお、抗折強度
は、以下のようにして測定した。即ち、砥石から縦５０
mm，横１０mm，厚さ５mmの試料を採取し、株式会社島津
製作所製のＡＵＴＯＧＵＲＡＰＨ Ｓ−５００を用い、
３点曲げ方法で、スパン３０mm，クロスヘッドスピード
１mm／min，チャートスピード１００mm／minの条件で行
った。そして、抗折強度を三回求め、その平均値を抗折
強度とした。The transverse rupture strength of the obtained grindstone is 343 kg / cm
2 , and the porosity was 33%. In addition, the bending strength was measured as follows. That is, 50
A sample of 10 mm in width, 10 mm in width and 5 mm in thickness was collected, and using AUTOGURAPH S-500 manufactured by Shimadzu Corporation,
The three-point bending was performed under the conditions of a span of 30 mm, a crosshead speed of 1 mm / min, and a chart speed of 100 mm / min. Then, the bending strength was determined three times, and the average value was defined as the bending strength.
【００２２】比較例１ 実施例１で使用したダイヤモンド砥粒本体を使用し、こ
れに何らの処理も施さずに、実施例１と同様の方法で砥
石を作成した。得られた砥石の抗折強度は１０１kg／cm
2であり、気孔率は３３％であった。Comparative Example 1 A grindstone was prepared in the same manner as in Example 1 except that the diamond abrasive body used in Example 1 was used without any treatment. The bending strength of the obtained whetstone is 101 kg / cm
2 , and the porosity was 33%.
【００２３】実施例１に係る方法で得られた砥石は、比
較例１に係る方法で得られた砥石に比べて、抗折強度が
３倍以上になっていることが分かる。従って、ダイヤモ
ンド砥粒表面に、ある特定のＳｉＣを形成させると、こ
のＳｉＣと結合剤との親和性（濡れ性）が向上し、少量
の結合剤で抗折強度を十分高めることができ、この結
果、気孔率が高く且つ実用上問題のない抗折強度を持つ
砥石を得ることができるのである。It can be seen that the grindstone obtained by the method according to Example 1 has a bending strength three times or more that of the grindstone obtained by the method according to Comparative Example 1. Therefore, when a specific SiC is formed on the surface of the diamond abrasive grains, the affinity (wetting property) between the SiC and the binder is improved, and the bending strength can be sufficiently increased with a small amount of the binder. As a result, it is possible to obtain a grindstone having a high porosity and a bending strength that has no practical problem.
【００２４】実施例２ ダイヤモンド砥粒本体（ジェネラルエレクトリック社製
の単結晶ダイヤモンドＭＢＧ−６６０ ＃１２０／１４
０）１００重量部に、粒度１μ程度以下の珪素粉末１０
重量部を添加すると共に粒度２μ程度のＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金粉末５重量部を添加し、更に微量のアクリル系樹
脂アルコール溶液を添加して混合した。この混合物をア
ルミナ製のルツボに入れた後は、実施例１と同様の方法
で砥石を得た。Example 2 Diamond abrasive body ( single crystal diamond MBG-660 # 120/14 manufactured by General Electric)
0) 100 parts by weight of silicon powder 10 having a particle size of about 1 μ or less
Fe-Ni-C with a particle size of about 2μ
5 parts by weight of o-alloy powder were added, and a small amount of an acrylic resin alcohol solution was further added and mixed. After this mixture was placed in an alumina crucible, a grindstone was obtained in the same manner as in Example 1.
【００２５】比較例２ 実施例２で使用したダイヤモンド砥粒本体を使用し、こ
れに何らの処理も施さずに、実施例２と同様の方法で砥
石を作成した。Comparative Example 2 A grindstone was prepared in the same manner as in Example 2 except that the diamond abrasive body used in Example 2 was used without any treatment.
【００２６】比較例２に係る方法で得られた砥石は、手
で持っただけで折れてしまう程度の抗折強度しか持たな
いものであった。従って、実施例２に係る方法で得られ
た砥石は、１０倍以上抗折強度が高くなっていた。The grindstone obtained by the method according to Comparative Example 2 had a bending strength of such a degree that it could be broken only by holding it by hand. Therefore, the whetstone obtained by the method according to Example 2 had a ten-fold or higher bending strength.
【００２７】実施例３ 粒度２μ程度のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金粉末を使用せず、
且つビトリファイド系結合剤として品番Ｄ−４のものに
代えて品番ＫＭ−１０７７Ｐのものを使用する他は、実
施例２と同様にして砥石を得た。ここで、ビトリファイ
ド系結合剤（品番ＫＭ−１０７７Ｐ）の組成は、Ａｌ2
Ｏ3：１．２重量％，ＳｉＯ2：５８．２重量％，Ｐｂ
Ｏ：２８．７重量％，Ｎａ2Ｏ：７．８重量％，Ｋ2Ｏ：
４．１重量％，ＢａＯ：０．５重量％，ＣａＯ：０．３
重量％，ＭｇＯ：０．０４重量％である。Example 3 An Fe—Ni—Co alloy powder having a particle size of about 2 μm was not used.
A grindstone was obtained in the same manner as in Example 2, except that the vitrified binder used was the product number KM-1077P instead of the product number D-4. Here, the composition of the vitrified binder (part number KM-1077P) is Al 2
O 3 : 1.2% by weight, SiO 2 : 58.2% by weight, Pb
O: 28.7 wt%, Na 2 O: 7.8 wt%, K 2 O:
4.1% by weight, BaO: 0.5% by weight, CaO: 0.3
% By weight, MgO: 0.04% by weight.
【００２８】実施例４ ビトリファイド系結合剤として品番Ｄ−４のものに代え
て品番ＫＭ−１０７７Ｐのものを使用する他は、実施例
２と同様にして砥石を得た。Example 4 A grindstone was obtained in the same manner as in Example 2, except that a vitrified binder having a product number of KM-1077P was used instead of the product having a product number of D-4.
【００２９】比較例３ ビトリファイド系結合剤として品番Ｄ−４のものに代え
て品番ＫＭ−１０７７Ｐのものを使用する他は、比較例
２と同様にして砥石を得た。Comparative Example 3 A grindstone was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that a vitrified binder having a product number of KM-1077P was used instead of the product having a product number of D-4.
【００３０】比較例３に係る方法で得られた砥石の抗折
強度に対して、実施例３に係る方法で得られた砥石の抗
折強度は約１０倍以上であり、実施例４に係る方法で得
られた砥石の抗折強度は約６倍以上であった。The transverse rupture strength of the grindstone obtained by the method according to the third embodiment is about 10 times or more the transverse rupture strength of the grindstone obtained by the method according to the comparative example 3. The transverse rupture strength of the grindstone obtained by the method was about 6 times or more.
【００３１】[0031]
【作用】本発明に係るダイヤモンド砥粒は、表面に結晶
構造がβ−ＳｉＣ（３Ｃ）［ＪＣＰＤＳ Ｎｏ ２９−
１１２９］であるＳｉＣが形成されてなるものである。
このＳｉＣは、結合剤との親和性（濡れ性）が良く、そ
の結果、ダイヤモンド砥粒と結合剤との結合力が向上す
る。従って、少量の結合剤でダイヤモンド砥粒群を高い
結合力で結合して砥石を得ることができる。The diamond abrasive grains according to the present invention have a crystal structure of β-SiC (3C) [JCPDS No. 29-
1129] is formed.
This SiC has a good affinity (wetting property) with the binder, and as a result, the bonding force between the diamond abrasive grains and the binder is improved. Therefore, the grinding stone can be obtained by bonding the diamond abrasive grains with a high bonding force with a small amount of the binder.
【００３２】[0032]
【発明の効果】依って、本発明に係るダイヤモンド砥粒
を使用して得られた砥石は、結合剤の量を少なくして、
満足のゆく抗折強度を持たせると共に内部に多数の気孔
を含有させることが可能となる。この気孔の存在によっ
て、砥石中のダイヤモンド砥粒は外部に露出しているこ
とになる。即ち、ダイヤモンド砥粒が結合剤中に完全に
埋め込まれた状態となっていない。従って、砥石を使用
する当初から、ダイヤモンド砥粒が露出しており、更に
使用中においてダイヤモンド砥粒が脱落しても、その下
層に存在するダイヤモンド砥粒が露出することになる。
この結果、被研削物を研削する際、当初から結合剤を除
去して使用する必要はなく、そのままの状態で被研削物
を研削することができ、更に研削を続けていっても常に
ダイヤモンド砥粒が露出している状態を維持できるので
ある。依って、本発明に係る砥石を使用すれば、研削効
率が飛躍的に向上するという効果を奏するのである。Therefore, the grindstone obtained by using the diamond abrasive grain according to the present invention can reduce the amount of the binder,
It is possible to have satisfactory bending strength and to have a large number of pores inside. Due to the presence of the pores, the diamond abrasive grains in the grindstone are exposed to the outside. That is, the diamond abrasive grains are not completely embedded in the binder. Therefore, the diamond abrasive grains are exposed from the beginning of using the grindstone, and even if the diamond abrasive grains fall off during use, the diamond abrasive grains present in the lower layer are exposed.
As a result, when grinding an object to be ground, it is not necessary to remove and use the binder from the beginning, and the object to be ground can be ground as it is, and even if grinding is continued, diamond grinding is always performed. The state where the grains are exposed can be maintained. Therefore, when the grindstone according to the present invention is used, there is an effect that the grinding efficiency is dramatically improved.
【図１】実施例１に係る方法で得られたダイヤモンド砥
粒の粒子構造の表面状態を示したものである。FIG. 1 shows a surface state of a particle structure of a diamond abrasive grain obtained by a method according to Example 1.
【図２】実施例１に係る方法で用いるダイヤモンド砥粒
本体（何らの処理も施されていないもの）の粒子構造の
表面状態を示したものである。FIG. 2 shows a surface state of a particle structure of a diamond abrasive grain main body (not subjected to any treatment) used in the method according to the first embodiment.
【図３】実施例１に係る方法で得られたダイヤモンド砥
粒をＸ線回折法により解析した際のチャートである。FIG. 3 is a chart when the diamond abrasive grains obtained by the method according to Example 1 are analyzed by an X-ray diffraction method.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C09K 3/14 550 B24D 3/00 - 3/32 C30B 29/04 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C09K 3/14 550 B24D 3/00-3/32 C30B 29/04
Claims (9)
ある炭素に、珪素が化学結合して、表面にＳｉＣが形成
されてなり、該ＳｉＣの結晶の種類が、主としてβ−Ｓ
ｉＣ［ＪＣＰＤＳ Ｎｏ ２９−１１２９］であること
を特徴とするダイヤモンド砥粒。1. A method in which silicon is chemically bonded to carbon, which is a constituent element of the surface of a diamond abrasive grain body, to form SiC on the surface, and the type of crystal of the SiC is mainly β-S
Diamond abrasive grains characterized by being iC [JCPDS No 29-1129].
合剤で結合し、所定の形状に成型してなることを特徴と
する砥石。2. A grindstone formed by bonding the group of diamond abrasive grains according to claim 1 with a binder and molding it into a predetermined shape.
ビトリファイド系結合剤を用いる請求項２記載の砥石。3. The grinding wheel according to claim 2, wherein a resinoid-based binder or a vitrified-based binder is used as the binder.
又は３記載の砥石。4. The porosity is at least 30% by volume.
Or the whetstone according to 3.
合して、不活性ガスの存在下で１０００〜１６００℃に
加熱することを特徴とする請求項１記載のダイヤモンド
砥粒の製造方法。5. The method for producing diamond abrasive grains according to claim 1, wherein the diamond abrasive body and silicon powder are mixed and heated to 1000 to 1600 ° C. in the presence of an inert gas.
とを混合して、不活性ガスの存在下で１０００〜１６０
０℃に加熱することを特徴とする請求項１記載のダイヤ
モンド砥粒の製造方法。6. Mixing the diamond abrasive body, silicon powder and catalyst in the presence of an inert gas to form a mixture of 1000 to 160
The method for producing diamond abrasive grains according to claim 1, wherein the method is heated to 0 ° C.
合する際、バインダーを添加して、ダイヤモンド砥粒本
体が珪素粉末で被覆されるようにする請求項５又は６記
載のダイヤモンド砥粒の製造方法。7. The production of diamond abrasive grains according to claim 5, wherein, when mixing the diamond abrasive grains with the silicon powder, a binder is added so that the diamond abrasive grains are coated with the silicon powder. Method.
雰囲気中に少量の酸素を流通させる請求項５及至７のい
ずれか一項に記載のダイヤモンド砥粒の製造方法。8. The method for producing diamond abrasive grains according to claim 5, wherein when heating in the presence of an inert gas, a small amount of oxygen is passed through the atmosphere.
れた方法でダイヤモンド砥粒を得た後、該ダイヤモンド
砥粒群と結合剤とを混合した後、この混合物を一定形状
に保持した状態で焼結して、該ダイヤモンド砥粒群を該
結合剤で結合することを特徴とする砥石の製造方法。9. After obtaining diamond abrasive grains by the method according to any one of claims 5 to 8, mixing the diamond abrasive grains with a binder, and keeping the mixture in a constant shape. A method of manufacturing a grinding wheel, comprising sintering in a bonded state and bonding the diamond abrasive grains with the binder.
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