JP3340408B2 - 硬質素材の砥材層構造 - Google Patents

硬質素材の砥材層構造

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Noritake Super Abrasive Co Ltd
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はダイヤモンド砥粒、
CBN砥粒などの超砥粒または柱状ダイヤモンドを用い
た硬質素材、とくに研磨、研削用の工具類の耐摩耗性が
要求される部分の材料として基材に接合して用いられる
硬質素材に関する。
【0002】
【従来の技術】ワークセンタやセンタレスブレードなど
の研磨、研削用の工具類の耐摩耗性が要求される部分の
材料として、ダイヤモンド砥粒やCBN砥粒などの超砥
粒とマトリックスボンドからなる硬質素材が基材に接合
して用いられている。このような工具類に用いられる材
料としては、工具類の寿命、強度、精度を確保するため
に、耐摩耗性、緻密性、表面の平滑性、耐熱性などの特
性が要求され、とくにワークを削ってしまうことがない
ように表面の平滑性が重要視される。
【0003】このような硬質材料として、たとえば特開
昭54−37599号公報には、ダイヤモンドの含有量
が焼結体全体の重量で90〜50%の範囲にあり、残部
が銅を主成分とする結合相中に重量%で5〜50%のF
e,Co,Ni,Cr,Mnの中の一つ以上の元素を含
有したダイヤモンド焼結体が記載されている。このダイ
ヤモンド焼結体によれば、加熱による劣化の少ない耐摩
耗性に優れた焼結体の結合相が得られ、また極めて微細
なダイヤモンド粒子の焼結体が得られるとされている。
【0004】また、特開平8−52602号公報には、
ダイヤモンド焼結体を用いたレースセンタが記載されて
いる。このレースセンタに用いられているダイヤモンド
焼結体は、ダイヤモンド粒子とAl,Si,Fe,C
o,Ni,Cuの単体金属、合金、金属間化合物から選
ばれる金属材を含有するマトリックスからなるものであ
る。このマトリックスとダイヤモンド粒子とからなるダ
イヤモンド焼結体は、砥粒層と基材とが直接結合型の焼
結体であることから、立体的構造を有する比較的大型の
ものを製造することができるとされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載のダイヤモンド焼結体は、超高圧、高温下で焼
結することにより製作されるものであり、その製作に大
がかりな設備を必要とし、製作コストも高いという難点
がある。また、特開昭54−37599号公報に記載の
ダイヤモンド焼結体は、焼結体の形状が円筒状や平板状
のものに限られ、たとえば円錐状などの立体的な形状の
焼結体を得ることが難しい。
【0006】また上記した従来のダイヤモンド焼結体
は、粒径がほぼ同じ大きさのダイヤモンド粒子をメタル
ボンドで結合したものであり、全体として密にダイヤモ
ンド粒子を混合したとしても、材料表面においては粒子
と粒子の間のボンド層が露出しており、ダイヤモンド粒
子が粗粒の場合はボンド層の摩耗による比較的大きな窪
みが生じ、砥粒が切刃となってワークを削ってしまい、
以後の使用が困難になる。逆にダイヤモンド粒子が細粒
の場合は、ダイヤモンド粒子が1層脱落した後に凹凸の
あるボンド層が出現し、砥粒の突き出しが大きくなって
ワークを削るために、以後の使用が困難になる。
【0007】本発明が解決すべき課題は、工具類の耐摩
耗性が要求される部分の材料として基板に接合して用い
られる硬質素材において、表面に連続して緻密に砥材を
配列させるとともに表面の平滑性を高めて、表面層の凹
凸による影響を抑制することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の硬質素材の砥材
層構造は、ダイヤモンド砥粒、CBN砥粒などの超砥粒
または柱状ダイヤモンドからなる砥材がろう材で結合さ
れ、工具類の耐摩耗性が要求される部分の材料として基
材に接合された硬質素材において、隣り合う砥材どうし
が互いに接触して基材表面上に1層に配列され、砥材ど
うしの隙間にはろう材が充填されて砥材層が形成され、
この砥材層の表面が一様な平坦面に研削されていること
を特徴とする。
【0009】個々の砥材どうしが互いに接触するように
密に配列され、隙間にはろう材が充填され、かつ表面が
研削されていることにより、砥材層表面は大部分が砥材
で占められて耐摩耗性が高く、かつ平坦な表面の硬質素
材が得られる。この硬質素材を工具類の耐摩耗性を要求
される部分の材料として用いると、工具表面は平滑とな
るので、工具によりワークが削られることがなくなる。
また、砥材が緻密に配列されているので、表面に凹凸が
できにくく、長時間良好な表面粗さを維持することがで
きる。
【0010】ここで、砥材層表面の研削代が、超砥粒の
粒径または柱状ダイヤモンドの長径の0.3〜0.7倍
に相当する高さであることが望ましい。研削代が超砥粒
の粒径または柱状ダイヤモンドの長径の0.3倍相当よ
り少ないと、砥材層表面に占める砥材の面積が少なく、
使用初期における耐摩耗性の向上代が低くなる。研削代
が超砥粒の粒径または柱状ダイヤモンドの長径の0.7
倍を超えると、同様に砥材層表面に占める砥材の面積が
少なくなるとともに、砥材層が薄くなり、工具寿命が短
くなる。より望ましくは、研削代は超砥粒の粒径または
柱状ダイヤモンドの長径の0.4〜0.6倍とするのが
よい。
【0011】超砥粒の粒径または柱状ダイヤモンドの長
径は200〜1000μmの範囲であるのが望ましい。
粒径または長径が200μm未満であると、基材表面上
に砥材を密に配列するのが困難になる。砥材を密に配列
するためには、基材表面に塗布したろう材面に砥材を撒
いた後、手作業で砥材を互いに接触するように配列させ
ることになるが、砥材が小さすぎるとこの配列作業がし
づらくなる。一方、粒径または長径が1000μmより
大きくなると、砥材どうしの隙間が大きくなり、砥材の
密度が低くなるとともに平滑面の連続性が低くなり、耐
摩耗性の向上が望めなくなるので、上限は1000μm
以下、より望ましくは500μm以下とする。
【0012】また、砥材どうしの隙間に充填するろう材
は、炭化チタン、炭化クロームなどの炭化物系の無機質
粒子を含有するものが好ましい。炭化物系の無機質粒子
を含有するろう材を充填することにより、チタンやクロ
ームがろう材中に拡散して、ろう材と粒子が強固に結合
され、かつ、ろう材の耐摩耗性が高くなり、高寿命の硬
質素材が得られる。また、ろう材として、従来から研削
ホイールやワイヤソーなどに用いられている、Ti,
V,Crなどの活性金属を含有したろう材を用いること
ができる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明にかかる硬質素材は、たと
えばワークセンタに用いる場合、概略つぎのような手順
により製作される。 ろう材として、Cu60〜80重量%、Sn16〜2
0重量%、Ti2〜15重量%、Zr2〜5重量%の活
性金属含有ろう材を準備する。 粒径100μmのTiC粒子をろう材中に10体積%
添加する。 粒径350〜450μm程度の超砥粒(ダイヤモンド
砥粒、CBN砥粒など)または柱状ダイヤモンドを準備
する。 ペースト状の前記活性金属含有ろう材をワークセンタ
の円錐状先端部の表面に塗布する。 塗布したろう材の上に前記砥材を撒き、手作業にて砥
材どうしが互いに接触するように密に配列する。 砥材どうしの隙間に前記ペースト状の活性金属含有ろ
う材を充填する。 非酸化性雰囲気中で1000℃、30分間加熱し、ろ
う材と砥材を結合するとともにワークセンタ先端部に接
合して砥材層を形成する。 砥材層の表層部を、超砥粒の粒径または柱状ダイヤモ
ンドの長径の約1/2に相当する高さ分(約200μ
m)、一様に研削して連続的な平滑面を形成する。
【0014】図1は、このようにして製作されたワーク
センタ先端部(基材)の砥材層における砥材の配列状態
(同図の(a))および表面近傍の断面構造(同図の
(b))を模式的に示す図である。同図に示すように、
基材1の上に砥材2が互いに接触するように密に配列さ
れ、砥材どうしの隙間にはろう材3が充填されている。
砥材層表面は一様に研削され、連続した平滑面となって
いる。
【0015】以下、試験例について説明する。上記の製
造手順にしたがって製作したワークセンタ(発明品1〜
6)と、比較例として特開昭54−37599号公報記
載のダイヤモンド焼結体と特開平8−52602号公報
記載のダイヤモンド焼結体をそれぞれ用いて製作したワ
ークセンタ(比較品1,2)について、これらのワーク
センタを旋盤に取り付けて耐用試験を行った。表1にワ
ークセンタ材料(硬質素材)の仕様を、図2に試験結果
を示す。
【0016】
【表1】
【0017】〔試験条件〕 使用機械 :両センター円筒研削盤 ワークセンタ:φ16、先端角度60度 被研削材 :炭素鋼(S25C)
【0018】〔試験結果〕図2は比較品2のワークセン
タの耐用度指数を100としたときの他のワークセンタ
の耐用度指数を示す図である。ここで耐用度とは、素材
表面の形状が崩れ、工具交換に至るまでの使用時間をも
って表したものである。発明品1〜6のワークセンタは
比較品2のワークセンタに比して耐用度が2〜40%向
上しており、とくに砥粒粒径を500μm以下とした発
明品1〜3は一段と耐用度が高いことがわかる。このよ
うに本発明によれば、基材表面に砥材が密に充填され、
かつ、表面が研削されて平滑化されていることにより、
砥材層表面は大部分が砥材で占められて耐摩耗性が高
く、優れた耐用度が得られることが確認された。また、
工具によりワークが削られることがなくなり、ワークへ
の悪影響がなくなることが確認された。
【0019】
【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。
【0020】(1)個々の砥材どうしが互いに接触する
ように密に配列され、隙間にはろう材が充填され、かつ
表面が研削されていることにより、砥材層表面は大部分
が砥材で占められて耐摩耗性が高く、かつ平坦な表面の
硬質素材が得られる。この硬質素材を工具類の耐摩耗性
を要求される部分の材料として用いると、工具表面は平
滑となるので、工具によりワークが削られることがなく
なる。また、砥材が緻密に配列されているので、表面に
凹凸ができにくく、長時間良好な表面粗さを維持するこ
とができる。
【0021】(2)砥材層表面の研削代を超砥粒の粒径
または柱状ダイヤモンドの長径の0.3〜0.7倍に相
当する高さとすることにより、砥材層表面に占める砥材
の面積を多くして耐摩耗性を高めることができ、工具寿
命を向上させることができる。
【0022】(3)超砥粒の粒径または柱状ダイヤモン
ドの長径を200〜1000μmの範囲とすることによ
り、砥材を基材表面上に密に配列するのが容易になると
ともに、表面研削後の平滑面の連続性を高めることがで
き、耐摩耗性をより向上させることができる。
【0023】(4)砥材どうしの隙間に充填するろう材
として炭化物系の無機質粒子を含有するろう材を用いる
ことにより、ろう材と粒子が強固に結合され、かつろう
材の耐摩耗性が高くなり、高寿命の硬質素材が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態におけるワークセンタ先端
部の砥材の配列状態および表面近傍の断面構造を模式的
に示す図である。
【図2】 耐用試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1 基材 2 砥材 3 ろう材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B24D 3/06 B24D 3/06 C (56)参考文献 特開2000−343437(JP,A) 特開 平8−90428(JP,A) 特開 平10−202530(JP,A) 特公 昭54−37599(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24D 3/00 310 B24D 3/00 320 B24D 3/00 330 B24D 3/02 310

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイヤモンド砥粒、CBN砥粒などの超
    砥粒または柱状ダイヤモンドからなる砥材がろう材で結
    合され、工具類の耐摩耗性が要求される部分の材料とし
    て基材に接合された硬質素材において、隣り合う砥材ど
    うしが互いに接触して基材表面上に1層に配列され、砥
    材どうしの隙間にはろう材が充填されて砥材層が形成さ
    れ、この砥材層の表面が一様な平坦面に研削されている
    ことを特徴とする硬質素材の砥材層構造。
  2. 【請求項2】 前記砥材層表面の研削代が超砥粒の粒径
    または柱状ダイヤモンドの長径の0.3〜0.7倍に相
    当する高さである請求項1記載の硬質素材の砥材層構
    造。
  3. 【請求項3】 前記超砥粒の粒径または柱状ダイヤモン
    ドの長径が200〜1000μmの範囲である請求項1
    または2記載の硬質素材の砥材層構造。
  4. 【請求項4】 前記超砥粒または柱状ダイヤモンドどう
    しの隙間に充填されたろう材が炭化物系の無機質粒子を
    含有するものである請求項1から3のいずれかに記載の
    硬質素材の砥材層構造。
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