JP3238007B2 - 研磨剤コンパクトの製造法 - Google Patents

研磨剤コンパクトの製造法

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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、研磨剤コンパクト（研
磨材成形体）の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】研磨剤コンパクトは、切削、フライス加
工、研磨、掘削およびその他の研磨、切削操作に広く用
いられている。研磨剤コンパクトは、ダイヤモンドまた
は窒化ホウ素立方晶粒子の集合体を結合し、緊密に結合
した多結晶集塊体となしたものである。研磨剤コンパク
ト中の研磨剤粒子の含有量は、極めて高いもので、粒子
間直接結合を大量に含有するのが一般的である。研磨剤
コンパクトの製造は、研磨剤粒子が、ダイヤモンドであ
れ、立方晶窒化ホウ素であれ、結晶形態学上安定である
高温高圧条件下に行われるのが一般である。
【０００３】研磨剤コンパクトは、脆くて壊れやすいも
のなので、使用に当たっては焼結炭化物の基体又は支持
体に結合することによって支持されることが多い。研磨
剤コンパクトは複合研磨剤コンパクトとして当業界に知
られている。複合研磨剤コンパクトは、研磨工具の作動
表面上での研磨剤として使用することができる。
【０００４】複合研磨剤コンパクトの記載例は、米国特
許第３，７４５，６２３号、第３．７６７，３７１号お
よび第３，７４３，４８９号明細書に見出される。
【０００５】複合研磨剤コンパクトは、研磨剤コンパク
トを形成するに必要な成分（粒子形状である）を焼結炭
化物基体上に据置することによって製造するのが一般で
ある。この未結合状態の集合体を反応カプセルに装入
し、次いでこのカプセルを従来的高温高圧装置中の反応
帯域へ入れ、反応カプセルの内容物を高温高圧の好適な
条件に曝す。
【０００６】米国特許第４，８６１，３５０号明細書に
は、焼結炭化物の支持体に結合された研磨剤コンパクト
から成る工具部品の記載があり、この研磨剤コンパクト
は互いに連結する共通な境界面で結合されている二つの
帯域を有するものである。上記帯域の片方は、工具部品
の切削端または切削点となり、他方の帯域は焼結炭化物
支持体に結合されるものである。上記工具部品の態様の
一つにおいては切削端または切削点となる帯域に付いて
いる超硬度研磨剤粒子は、他方の帯域の超硬度研磨剤粒
子より微細なものである。ただし、超硬度研磨剤粒子が
異なる粒径の混合物を用いるということは開示されてい
ない。
【０００７】米国特許第４，３１１，４９０号明細書に
は、結合された研磨剤粒子が粗粒の層と微細粒の層とか
ら成る研磨剤コンパクトの記載がある。しかし、ここで
も異なる粒径の研磨剤粒子の混合物を用いるということ
は開示されていない。
【０００８】米国特許第４，６０４，１０６号明細書に
は、ダイヤモンド結晶と予備焼結炭化物粒子との少なく
とも一つの層から成り、これらを高温高圧下に圧縮し
て、複合多結晶物質を生成させた複合ダイヤモンド研磨
剤コンパクトの記載があり、ここでは多結晶のダイヤモ
ンドと予備焼結炭化物粒とはお互いに均一に分散されて
いる。態様の一つにおいては、ダイヤモンド粒子の混合
物が用いられており、粒子の６５％が粒径４〜８ミクロ
ンで、３５％が粒径０．５〜１ミクロンである。
【０００９】米国特許第５，０１１，５１４号明細書に
は、一個一個ごとに金属を被覆したダイヤモンド粒子複
数を包含する熱安定性ダイヤモンドコンパクトの記載が
あり、ここでは隣接する粒子の間の金属被覆物は、お互
いに結合され、焼結マトリックスを形成する。金属被覆
物の例は、炭化物形成物質、例えばタングステン、タン
タルおよびモリブデンである。上記の一個一個ごとに金
属を被覆したダイヤモンド粒子は、ダイヤモンド合成の
温度、圧力条件下に接合される。この特許の詳細には、
上記金属被覆ダイヤモンド粒子に混ぜるに、該被覆粒子
の間の隙間の寸法の無被覆の小さな粒径のダイヤモンド
粒子を用いて行うことが開示されている。これらの小さ
な粒子は、空隙率を減少させ、成形コンパクトのダイヤ
モンド含有量を増加させると言われている。二モード
の、つまり粒径が異なる二種類の粒子を含むコンパクト
や三モードの、つまり粒径が異なる三種類の粒子を含む
コンパクトの例が記載されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による、研磨剤コ
ンパクトの製造に好適な高温高圧の条件に超硬度研磨剤
粒子集合体を曝す工程を含む研磨剤コンパクトの製造法
は、その超硬度研磨剤粒子集合体が、平均粒径１０〜１
００ミクロンの範囲で、少なくとも三種類の異なる平均
粒径を有する粒子(i)を含むことを特徴とする。
【００１１】本発明は、さらにこの方法によって製造さ
れる研磨剤コンパクト、および基体の孔開け加工若しく
は旋盤加工または切削加工における工具挿入物としてそ
のようなコンパクトの使用を方法提供する。
【００１２】以下に好ましい態様を説明する。上記の超
硬度粒子はダイヤモンドまたは窒化ホウ素のいずれでも
差し支えないが、ダイヤモンド粒子であることが好まし
い。
【００１３】上記超硬度研磨剤粒子集合体は、研磨剤コ
ンパクトを製造するのに必要な既知の温度及び圧力条件
に曝される。これらの条件は、研磨剤粒子自体を合成す
るのに必要とされる条件が典型である。一般に、使用圧
力は４０〜７０キロバールの範囲であり、使用温度は１
３００OＣ〜１６００OＣの範囲である。
【００１４】本発明の方法によって製造される研磨剤コ
ンパクトには、結合剤が含まれることが一般であり、か
つ好ましい。この結合剤は、使用される超硬度研磨剤に
対する触媒及び（又は）溶剤であることが好ましい。ダ
イヤモンドおよび窒化ホウ素に対する触媒及び（又は）
溶剤は業界に既知である。ダイヤモンドの場合は、結合
剤としては、コバルト、ニッケル、鉄、またはこれらの
金属を一種またはそれ以上含む合金であるのが好まし
い。
【００１５】結合剤を用いる時には、特にダイヤモンド
コンパクトの場合は、コンパクト製造の際に研磨剤粒子
集合体に含浸させるようにすることができる。結合剤の
詰め物または薄片をこの目的のために使用することがで
きる。この結合剤が粒子状であることも別法としてはあ
り、また好ましいものである。結合剤の典型的な含有量
は、製造される研磨剤コンパクト中に１０〜２５質量％
なる量である。
【００１６】研磨剤コンパクトは、特にダイヤモンドコ
ンパクトについては、焼結炭化物の支持体または基体に
結合され、複合研磨剤を形成するのが普通である。この
ような複合研磨剤コンパクトを製造するためには、研磨
剤粒子の集合体をまず焼結炭化物本体の表面の上に据置
し、しかる後にコンパクト製造に必要な高温高圧条件に
これを曝す。焼結炭化物の支持体または基体としては、
業界に既知のものならどんなものでもよい。例えば、焼
結炭化タングステン、焼結炭化タンタル、焼結炭化チタ
ン、焼結炭化モリブデンまたはこれらの混合物である。
このような炭化物に対する結合剤は、業界に既知のもの
ならどんなものでもよい。例えば、ニッケル、コバル
ト、鉄、またはこれらの金属を一種またはそれ以上含む
合金である。典型的には、この結合剤は、１０〜２０質
量％なる量存在するが、６質量％と低くてもよい。結合
剤金属の中には、一般にコンパクト形成の際に研磨剤コ
ンパクトに浸透するのも幾つかある。
【００１７】本発明の方法の特徴は、使用される超硬度
研磨剤粒子の集合体である。該超硬度研磨剤粒子集合体
は、平均粒径がお互いに異なる研磨剤粒子を少なくとも
三種類含むものである。粒子の大部分は規定の粒径に近
いものである。もっとも規定の粒径より大きいものも小
さいものも粒子の数には限定されるが存在する。粒子分
布のピークは、規定の粒径のものである。従って、例え
ば、平均粒径が１０ミクロンであるとすると、１０ミク
ロンより大きい粒子もあり、小さい粒子もあるが、粒子
の大部分は粒径が概略１０ミクロンであり、粒子の分布
のピークも１０ミクロンである。平均粒径がお互いに異
なる研磨剤粒子を少なくとも三種類使用することは粒子
の粒径分布を広げる効果を有し、充填を密にすることが
可能となり、さらに結合剤が存在する時には、結合剤の
プール形成を最小限に抑えることができる。本発明に使
われる粒子はすべて無被覆であることが好ましい。
【００１８】本発明の特徴ある超硬度研磨剤粒子集合体
においては、該超硬度研磨剤粒子集合体の少なくとも２
５％は、１０〜１００ミクロンの範囲の平均粒径を有
し、平均粒径のみが異なる少なくとも三種類の超硬度研
磨剤粒子から成るものである。このような超硬度研磨剤
粒子の混合体の例は、以下のようである（ここに提示の
百分率は、全超硬度研磨剤粒子質量に対する質量％であ
る）。
【００１９】 ２５〜５０ミクロン ３０〜７０％ １５〜２４ミクロン １５〜２５％ ８〜１４ミクロン ５〜１５％
【００２０】本発明の特徴ある混合体の最小の超硬度研
磨剤粒子(ii)は、１０ミクロン未満の平均粒径好ましく
は２〜５ミクロン範囲の粒径を有し、少なくとも４質量
％なる量で混合体に存在しているのが好ましい。一般
に、この最小の超硬度研磨剤粒子(ii)は、１２質量％を
越える量では存在しない。
【００２１】さて、本発明の実施例を以下に記載する。
【００２２】ダイヤモンド集合体を、コバルト粉体（混
合体の２０質量％）と混ぜ、従来型高圧／高温装置の反
応カプセル中の２０％コバルト接合炭化物基板の表面に
据置した。この反応カプセルを該装置の反応帯域に装入
し、１４００℃の温度、および５０〜６０キロバールの
圧力に曝し、これらの高温高圧条件を１０分間維持し
た。反応帯域から得られたものは、焼結炭化物基板に結
合されたダイヤモンドコンパクトから成る複合ダイヤモ
ンドコンパクトであった。このコバルトは、焼結ダイヤ
モンド集合体中に均一かつ均等に分散されていることが
分かり、コバルトのプールは観察されなかった。
【００２３】このコンパクトを製造するのに使用された
ダイヤモンド集合体の構成は、３０ミクロンダイヤモン
ド６５質量％、２２ミクロンダイヤモンド２０質量％、
１２ミクロンダイヤモンド１０質量％、そして４ミクロ
ンダイヤモンド５質量％であった。なお、上記のミクロ
ン表示の各粒径は、平均粒径である。
【００２４】同じような複合ダイヤモンド研磨剤コンパ
クトを製造した。ただし、使用したダイヤモンド粒子
は、一種類のダイヤモンド粒径のみ、つまり２５ミクロ
ンから構成されるものであった。本コンパクトの一つ、
Ａと名付けられたものの場合、ダイヤモンド粒子と焼結
炭化物基体との間に置いたコバルト詰めものからコバル
トを上記ダイヤモンド集合体に浸透させた。本コンパク
トの一つ、Ｂと名付けられたものの場合、ダイヤモンド
粒子に粉状コバルトを混合した。
【００２５】本発明の複合研磨剤コンパクトと従来型の
二種の複合研磨剤コンパクトについて以下の幾つかの試
験と評価を行なった。
【００２６】１．旋盤試験 各形式の４個のコンパクトを用いて性能試験を行なっ
た。表面速度は４種類で行ない、０．５ｍｍ磨耗に至る
時間を分単位で測定した。この時間が長いほど優れたコ
ンパクトである。得られた結果は、図１にグラフで示
す。この図でＡとＢと示しているのは、従来技術のコン
パクトを示し、発明としているのは、本実施例のコンパ
クトを示す。注目されることは、本発明によって製造さ
れた研磨剤コンパクトで、４モードと名付けられたもの
が、従来技術のコンパクトに比較してより高い性能示し
たことである。
【００２７】２．形削り盤試験 ノライト（Ｎｏｒｉｔｅ）御影石について形削り盤試験
を４回行なった。判明したことは、本発明によって製造
されたコンパクトのスポーリング（ｓｐａｌｌｉｎｇ）
が従来技術の二種のコンパクトに比べて比較的均一で、
しかも低いことである。
【００２８】３．本発明によって製造された研磨剤コン
パクトは、標準Ｖノッチ式堅牢性試験において従来技術
の二種のコンパクトに比べて優れていることが判明し
た。
【００２９】４．本発明によって製造されたコンパクト
を、標準熱膨張試験を用いてＢと名付けられた従来技術
のコンパクトと比較した。この試験において、焼結炭化
物基体からコンパクト層を取り外し、小量付着している
残りの炭化物は磨き落とした。各コンパクト層から試料
を切り取って、アルゴンガス雰囲気中で膨張計に装入し
た。試験の一つでは７５０℃まで温度を上げ他の試験で
は８００℃まで温度を上げ、永久的な膨張が観察される
までの時間を時単位で測定した。永久膨張は、グラファ
イト化が起こったことを示す。得られた結果は、図２に
グラフで示す。この図で永久膨張は、膨張係数が急激に
増加することで示される。
【００３０】注目されることは、８００℃では本発明の
コンパクトが、Ｂと名付けられた従来技術のコンパクト
よりも後で永久膨張の段階に達したことである。７５０
℃では４５時間後でも永久膨張は観察されなかったが、
Ｂのコンパクトでは約４１時間で永久膨張が見られた。
【００３１】この試験の示すことは、本発明のコンパク
トが、従来技術のＢコンパクトに比較して優れた充填特
性を有し、コバルトプール化も少ないと言うことであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンパクトと従来技術のコンパクトを
用いて行った比較試験において、速度（メートル／秒）
の変化対磨耗０．５ｍｍに至る寿命の変化を示す。
【図２】本発明のコンパクトと従来技術のコンパクトを
用いて行った比較試験において、時間対膨張係数の変化
を示す。
フロントページの続き (72)発明者 アラン リチャード ジャービス 南アフリカ国ヨハネスブルグ，ベレビュ ー イースト，イシピンゴ ロード，サ ンクレスト 320 (72)発明者 オーレット スチュワート 南アフリカ国ランドバーグ，アレンド アベニュー 45 (56)参考文献 特開 昭61−554（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−61212（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−161275（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24D 3/00 C09K 3/14

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研磨剤コンパクトの製造に好適な高温高
    圧の条件に超硬度研磨剤粒子集合体を曝す工程を含む研
    磨剤コンパクトの製造法において、前記超硬度研磨剤粒
    子集合体が、少なくとも２５質量％の量の、１０〜１０
    ０ミクロン範囲の平均粒径を有し且つ少なくとも異なる
    ３種の平均粒径を有する粒子から成る超硬度研磨剤粒子
    (i)；及び少なくとも４質量％の量の、１０ミクロン未
    満の平均粒径を有する超硬度研磨剤粒子(ii)；から構成
    されることを特徴とする、上記製造法。
  2. 【請求項２】 １０〜１００ミクロン範囲の平均粒径を
    有する超硬度研磨剤粒子(i)が以下の組成、すなわち、 平均粒径 超硬度研磨剤粒子集合体の （ミクロン） 全質量に対する質量％ ２５〜５０ ３０〜７０ １５〜２４ １５〜２５ ８〜１４ ５〜１５ を有する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 超硬度研磨剤粒子集合体中の超硬度研磨
    剤粒子(ii)が、２〜５ミクロン範囲の平均粒径を有す
    る、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 超硬度研磨剤粒子集合体中の超硬度研磨
    剤粒子(ii)が、４〜１２質量％なる量存在する、請求項
    １〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 超硬度研磨剤粒子集合体を高温高圧に曝
    す時に、結合剤を該超硬度研磨剤粒子集合体に浸透させ
    る、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 結合剤を超硬度研磨剤粒子集合体と混合
    させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 結合剤が超硬度研磨剤粒子集合体に対す
    る溶剤及び（又は）触媒である、請求項５又は６に記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 超硬度研磨剤粒子集合体がダイヤモンド
    であり、そして結合剤がコバルト、ニッケル、鉄、及び
    これらの金属を一種以上含有する合金から選択される、
    請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 超硬度研磨剤粒子集合体を高温高圧に曝
    す前に、焼結炭化物本体の表面に該超硬度研磨剤粒子集
    合体を据置する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の
    方法。
  10. 【請求項１０】 高温高圧という条件が、４０〜７０キ
    ロバールの範囲の圧力及び１３００〜１６００℃の範囲
    の温度である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 超硬度研磨剤粒子集合体が、被覆され
    ていないものである、請求項１〜１０のいずれか１項に
    記載の方法。
JP15070794A 1993-05-27 1994-05-27 研磨剤コンパクトの製造法 Expired - Lifetime JP3238007B2 (ja)

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ZA933717 1993-05-27

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