JP3311261B2 - 超砥粒レジノイドボンドホイール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超砥粒レジノイドボ
ンドホイール、より詳しくは、超硬合金製の台金を有す
る超砥粒レジノイドボンドホイールに関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドやＣＢＮ砥粒等の超砥粒を
樹脂系の接着剤で成形した砥粒層を有するレジノイドボ
ンドホイールは、金属粉を結合剤としたメタルボンドホ
イール、ガラス質の結合剤を使用したビトリファイドボ
ンドホイールと共に、ホイールを代表するものの一つで
ある。この中でレジノイドボンドホイールは、特に、当
たりが軟らかく、切れ味に優れることから、超硬合金、
サーメット工具、セラミックス工具などの研削加工に使
用されている。

【０００３】レジノイドボンドホイールの製造は、一般
に、樹脂系（フェノール系又はエポキシ系）接着剤を塗
布した台金を金型内に挿入し、混合撹拌された砥粒及び
レジンボンド粉体を砥粒層となる部分に充填する。その
後、約２００℃前後まで加熱しながら加圧し、これによ
って、砥粒層の形成と砥粒層の台金表面への接合が同時
に達成される。また、レジノイドボンドホイールの台金
としては、一般に、剛性に優れた鉄系のものや、軽量性
に優れたアルミ系のものが使用されている。

【０００４】近年特に精密加工の要請から、使用される
砥粒層や台金も薄型化・小型化の傾向にあり、このた
め、特公昭６３−３３９８９号公報、実公平２−３４２
８号公報などに開示されているように、電着ホイールに
おいて超硬合金（ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ）
製の台金が一部用いられるようになった。

【０００５】超硬合金は、炭化タングステン、炭化チタ
ンなどの非常に硬い化合物の粉末と、コバルトなどの金
属粉末を結合剤として高圧で圧縮し、高温に加熱して、
焼結・成形させたもので、高硬度、高剛性、高耐磨耗性
が最大の特徴である。したがって、超砥粒ホイールの台
金に超硬合金を採用した場合、従来の材質では所定の剛
性が得られないような薄い台金や細長い形状の台金の場
合にも、変形が生じにくく磨耗も少ないため、高剛性、
高耐磨耗性台金、すなわち高精度、高能率加工に対応で
きる超砥粒ホイールを得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが現在のところ
超硬合金製の台金とレジノイドボンド砥粒層の接合に適
した接着剤がなく、台金は充分な剛性がありながらも、
使用中に砥粒層が剥離したりあるいは破損したりするな
どの問題が発生している。

【０００７】この対策として、台金と砥粒層の接合に銀
ローを使用することが考えられるが、メタルボンドの場
合には特に問題がないものの、接合温度が６００℃以上
となりレジンボンドの耐熱温度を越えるため、レジノイ
ドボンドホイールには銀ローによる接合法は採用できな
い。

【０００８】また、特公昭６３−３３９８９号公報、実
公平２−３４２８号公報では、超硬合金表面にチッ化チ
タンをコーティングしたり、金属を溶着させたりするこ
とが提案されているが、これらはいずれも電着ホイール
に関するものであり、しかもこれらの処理はいずれも数
百℃以上の温度が必要であり、台金の形状によっては台
金に歪み、変形を生じるため、再加工仕上げが必要とな
る。

【０００９】そこで、本発明において解決すべき課題
は、超硬合金製台金とレジノイドボンド砥粒層との接合
力を高め、超硬合金製台金のレジノイドボンドホイール
への適用を可能にすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、超硬合金へ
の接着剤の濡れ性が悪く接合力が小さい原因について詳
細に検討した結果、以下の知見を得た。

【００１１】一般に、超硬合金はＷＣ，ＴｉＣなどの炭
化物が９５〜８９重量％、Ｃｏなどの金属成分が５〜１
１重量％である。ところが従来の樹脂系接着剤は、ＷＣ
やＴｉＣなどの炭化物への接合はほとんど期待できず、
接合が期待できるのはＣｏなどの金属成分に対してのみ
である。しかし、超硬合金表面のＣｏ成分の面積は２０
％程度以下であるので、これが台金と砥粒層の接合力を
低下させる原因になっていると思われる。

【００１２】本発明者はこのような知見に着目し鋭意研
究の結果、超硬合金製の台金表面に樹脂接着剤との接合
が期待できる金属成分からなる中間層を設けることによ
り、これらの問題が解決できることを見いだした。

【００１３】すなわち本発明は、台金の表面にレジノイ
ドボンド砥粒層を固着形成した超砥粒レジノイドボンド
ホイールにおいて、前記台金を金属炭化物と金属結合材
とを焼結して成形した超硬合金製とし、かつ前記台金と
レジノイドボンド砥粒層の間に１〜１００μｍの金属層
を介在させていることを特徴とする。

【００１４】これによって、レジノイドボンド砥粒層を
接合させる接着剤は、金属層全表面に対して濡れ性を持
ち、結果として１００％の接合が期待できることとな
る。また、金属層と超硬合金製台金との接合力は、超硬
成分中の金属上を拠点として析出し成長することにより
超硬合金製台金の全表面に広がりをもって形成される金
属メッキ層によって確保することができる。

【００１５】前記の金属メッキ層としては、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｆｅまたはれらの合金からなるメッキ
層とすることができ、たとえばＮｉ電気メッキにより形
成することができる。この場合、メッキ処理温度は３０
〜６０℃と低温であるため、たとえ超硬合金製台金の形
状が薄肉円盤や細長い軸状のものでも、熱歪みがほとん
ど生ぜず、処理後の再仕上げは不要である。その他、無
電解メッキの場合においても、メッキ処理温度はせいぜ
い４０〜１００℃程度であり、同様に低温であるから熱
歪みの問題を生じない。

【００１６】超硬合金製台金とメッキ金属層間の接合力
は、メッキ処理前に超硬合金表面に適正なエッチングを
施すことにより、レジンボンド層と金属メッキ層間に必
要とされる接合力以上の接合力が得られる。エッチング
方法としては、超硬合金には一般的に１００〜２００ｇ
／ｌピロリン酸ナトリウム溶液を使用し、２０〜６０℃
で実施することが有効である。

【００１７】さらに、金属層と超砥粒層との接合力を向
上させるために、金属層表面に粗面加工を施すことが望
ましい。粗面加工を施すことによって接合面積が増加
し、またアンカー効果が期待できる。粗面加工の方法と
しては、ショットブラスト、遊離砥粒によるラッピン
グ、エッチングを用いることができる。粗面加工後の表
面粗度は、Ｒ_max ＝０．１〜１０μｍの範囲が望まし
い。Ｒ_max が０．１μｍ未満では、接合面積の増加、ア
ンカー効果が少なく、一方Ｒ_max が１０μｍを越えると
金属層自体の強度低下を誘発する可能性があり好ましく
ない。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態である
超砥粒レジノイドボンドホイール（以下、超砥粒ホイー
ルという）による加工状況を示す斜視図、図２の（ａ）
は図１に示す超砥粒ホイールの断面構造を示す模式図で
あり、同図の（ｂ）は従来の超砥粒ホイールの断面構造
を示す模式図である。

【００１９】超砥粒ホイール１０は、円盤状の超硬合金
製台金（以下、台金という）３の外周に砥粒層１が固着
されたもので、台金材料として、ＷＣとＣｏの合金から
なる超硬合金を使用している。

【００２０】従来の超砥粒ホイールは図２の（ｂ）に示
すように、砥粒層１が接着剤層２を介して超硬合金製台
金３に接合されたものである。これに対し本実施形態の
超砥粒ホイールは同図の（ａ）に示すように、接着剤層
２と台金３との間に金属層４が形成されており、砥粒層
１は接着剤層２と金属層４を介して台金３に接合されて
いる。砥粒層１は、超砥粒１１をレジンボンド１２で結
合したものであり、接着剤層２は樹脂系の接着剤からな
り、台金３はＷＣ（炭化物）３１とＣｏ（金属）３２と
からなるものである。

【００２１】本実施形態の超砥粒ホイールは１０、砥粒
層１を台金３に接合するにあたり、まず台金３の砥粒層
接合面に電気メッキ法により厚さ約１０μｍのＮｉメッ
キ層（金属層）４を形成する。このＮｉメッキ層４と台
金３との接合は、台金３の表面のＣｏ（金属）３２部分
を核として網目状の金属結合をなし、これにより両者が
強固に接合される。

【００２２】ついで、Ｎｉメッキ層４の表面をショット
ブラスト法により、表面粗度Ｒ_max がＮｉメッキ層４の
厚さの１／１０程度となるように粗面加工を施す。これ
によってＮｉメッキ層４と砥粒層１のより強固な接合が
得られることになる。

【００２３】このＮｉメッキ層４を形成した台金３に、
従来と同様な方法により樹脂系の接着剤を用いて砥粒層
１を接合する。樹脂系の接着剤とメッキにより形成され
たＮｉメッキ層４との接合力は、樹脂系の接着剤と超硬
合金との接合力よりも大きいので、本実施形態の超砥粒
ホイールは従来の超砥粒ホイールに比して高い接合強度
を有することになる。

【００２４】

【実施例】上記の実施形態により製作したＮｉメッキ層
を有する超砥粒ホイールと、Ｎｉメッキ層の表面に粗面
加工を施した超砥粒ホイール、および、比較品として中
間金属層を有しない超硬合金製台金の超砥粒ホイールに
ついて、砥粒層と台金の接合強度を調査した結果を図３
に示す。

【００２５】図３から明らかなように、比較品の超砥粒
ホイールの接合強度は１．３Ｋｇ／ｍｍ² 程度で実用的
な接合強度に達せず、Ｎｉメッキ層を有する超砥粒ホイ
ールの接合強度は約４．５Ｋｇ／ｍｍ² 、Ｎｉメッキ層
の表面に粗面加工を施した超砥粒ホイールの接合強度は
約５．８Ｋｇ／ｍｍ² で、実用的に十分な接合強度を有
している。

【００２６】表１は上記の超砥粒ホイールを用いて実際
に研削試験を行った結果を示す。試験条件は以下の通り
である。 機械 ：横軸平研 ホイール：１００Ｄ×０．６Ｔ×３Ｘ×０．５Ｅ 被削材 ：アルミナ 方式 ：湿式切断研削 条件 ：周速 １６００ｍ／ｍｉｎ 送り ３０ｍｍ／ｍｉｎ，５０ｍｍ／ｍｉｎ 切り込み ５ｍｍ

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示すように、本発明品の超砥粒ホイ
ールは砥粒層の剥離もなく良好な研削結果が得られた
が、比較品の超砥粒ホイールは３０ｍｍ／ｍｉｎ送りで
砥粒層の一部剥離が見られ、５０ｍｍ／ｍｉｎ送りでは
砥粒層が全面剥離して事実上使用不可であった。

【００２９】なお上記実施の形態では、ＷＣ−Ｃｏ系の
超硬合金製台金にＮｉメッキした例について述べたが、
ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系
の超硬合金製台金の場合、およびＮｉ合金、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｚｎ、Ｆｅまたはこれらの合金をメッキした場合に
ついても同様の効果が確認された。

【００３０】さらに上記実施の形態では、円盤状台金の
外周に砥粒層を固着した超砥粒ホイールについて述べた
が、本発明はこれに限定されず、例えば、図４に示すよ
うに、棒状の台金５の先端に砥粒層６を固着した内面研
削用の超砥粒ホイールについても無論適用可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏すること
ができる。

【００３２】（１）超硬合金製台金とレジノイドボンド
砥粒層間に金属中間層を設けることにより、レジノイド
ボンド砥粒層を接合させる接着剤は、金属層表面に対し
て濡れ性を持ち、また、金属層と超硬合金製台金との接
合力は、超硬合金製台金の全表面に広がりをもって形成
される金属メッキ層によって確保することができ、結果
としてレジノイドボンド砥粒層が台金に強固に接合され
る。

【００３３】（２）従来剛性、耐摩耗性が問題となり易
く、かつ超硬合金製台金の適用が形状的に制限のあった
薄板状または細長い台金形状を有するレジノイドボンド
超砥粒ホイールも製造可能となり、高能率、高精度加工
への対応が可能となる。

【００３４】（３）金属中間層は金属メッキ法にて形成
することができ、台金の熱変形がなく簡便かつ低コスト
で実用的な対応が可能となる。

【００３５】（４）金属中間層表面に粗面加工を施すこ
とによって、接着面積を増加させかつ活性化させること
により、さらに接合強度を向上させることが可能とあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態である超砥粒レジノイド
ボンドホイールによる加工状況を示す斜視図である。

【図２】 （ａ）は図１に示す超砥粒ホイールの断面構
造を示す模式図であり、（ｂ）は従来の超砥粒ホイール
の断面構造を示す模式図である。

【図３】 砥粒層と台金の接合強度を示すグラフであ
る。

【図４】 本発明の他の実施の形態である超砥粒レジノ
イドボンドホイールによる加工状況を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 砥粒層 ２ 接着剤層 ３ 台金 ４ 金属層（Ｎｉメッキ層） ５ 台金 ６ 砥粒層 １０ 超砥粒ホイール １１ 超砥粒 １２ レジンボンド ３１ ＷＣ（炭化物） ３２ Ｃｏ（金属）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−293763（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−162082（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−108369（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−89258（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭63−33989（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24D 3/00 310 B24D 3/28 B24D 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台金の表面にレジノイドボンド砥粒層を
   固着形成した超砥粒レジノイドボンドホイールにおい
   て、前記台金を金属炭化物と金属結合材とを焼結して成
   形した超硬合金製とし、かつ前記台金とレジノイドボン
   ド砥粒層の間にＮｉまたはＣｕもしくはこれらの合金か
   らなる１〜１００μｍの金属層を介在させ、前記金属層
   の表面に表面粗度Ｒmax が０．１〜１０μｍの粗面加工
   を施していることを特徴とする超砥粒レジノイドボンド
   ホイール。