JP3779329B2 - 金属被覆された砥粒を含むガラス質研削工具 - Google Patents

Description

金属被覆された超砥粒が開発されて以来、ガラス質結合工具の多くの改良は、鋼その他の金属の研削、とりわけＣＢＮ砥粒を用いた金属の研削に関係するものである。セラミックその他の非鉄系材料の研削に用いられるガラス質結合工具における被覆ダイヤモンドの使用については、殆ど報告がされていない。
米国特許第４１５７８９７号において、超硬合金物品の乾式研削のため、２３％〜５３％（結合剤の体積を基準に）の結晶質（フレーク）グラファイトを含む、銅、銀、ニッケル、コバルト、モリブデン、及びこれらの合金が、ビトリファイド結合剤工具に使用されるダイヤモンドのコーティングとして提案されている。この発明の工具には、合計で１０％以下の気孔率を有する研削砥石と、１５％以下の気孔率を有するホーンがある。金属クラッドは、この研削工具の任意要素であり、被覆されていないダイヤモンドに対するニッケル被覆されたダイヤモンドの、焼結炭化タングステンに対する研削性能の改良（測定値はない）が記載されている。
ここで、金属被覆された超砥粒が、少なくとも１０％の気孔率と約２％〜２０％の固体潤滑剤（例えば、グラファイト）を含むガラス質結合剤の研削工具の研削性能を顕著に改良することが新たに見出された。研削性能の改良には、研削砥石の摩耗速度に対する材料除去速度の高い比（Ｇ比）、加工物の低下した表面うねりが挙げられる。これらの改良は、店頭のスキャニング装置に一般に使用されるサファイヤ窓の表面研削に特に有益である。
発明の要旨
本発明は、超砥粒とグラファイトその他の潤滑剤を含むガラス質結合剤の研削工具であって、本研削工具は、１２％〜５０％の結合剤、５％〜５０％の金属被覆された超砥粒、少なくとも１５％の気孔率、及び２％〜２０％の固体潤滑剤を含むことを特徴とする。これらの研削工具には、１２％〜５０％の結合剤、５％〜５０％の金属被覆された超砥粒、少なくとも１５％の気孔率、及び２％〜２０％の固体潤滑剤を含むことを特徴とする研削砥石が挙げられる。本研削工具は、好ましくは、チタン、銅、又はニッケルで被覆されたダイヤモンドを含んでなる。被覆ダイヤモンドを含む本研削工具は、被覆されていないダイヤモンドを含む同様な研削工具よりも高い破壊係数と高いＧ比を特徴とする。本研削工具は、好ましくは、結合剤、金属被覆された超砥粒、固体潤滑剤、及び随意の第２砥粒又はフィラーを含む混合物を、最終砥石に必要なサイズと形状を有する型の中でホットプレスすることによって製造された砥石である。
好ましい態様の詳細な説明
本発明の研削工具には、焼成後の体積基準で、１２％〜５０％の結合剤、５％〜５０％の金属被覆された超砥粒、少なくとも１０％の気孔、２％〜２０％の固体潤滑剤、及び所望による４０％までのフィラー、第２砥粒、及び加工助剤を含んでなる固定砥粒の砥石、ディスク、砥石車セグメント、ストーン、ホーンが挙げられる。
任意の超砥粒の粒子サイズが使用されてよい。セラミック材料の研削に使用されるダイヤモンドに関し、米国標準メッシュ粒子サイズで５０／８０〜３２５／４００、好ましくは８０／１２０〜２７０／３２５（１００〜３２０グリット）が選択される。同様な粒子サイズがＣＢＮについても適切である。ある用途においては、非常に微細な砥粒のミクロンサイズの範囲（即ち、０．５〜５００μｍ）が適切である。
任意の多くの公知のビトリファイド又はガラス質結合剤が使用されてよく、シリカ、酸化ホウ素、酸化ナトリウム、酸化アルミニウム、アルカリ金属、アルカリ土類金属を含む一般的な結合剤が挙げられる。結合剤は、素原料の混合物、所望の粒子サイズに粉砕・分別されたガラスフリット、又はこれら双方の組み合わせの形態であることができる。本発明に使用するのに適切な代表的な結合剤は、米国特許第５４７２４６１号と米国特許第５２０３８８６号に記載されている。
本研削工具における被覆されたダイヤモンドの十分な利点を得るためには、研削工具の体積を基準に、少なくとも１０％の気孔率、好ましくは少なくとも１５％の気孔率、最も好ましくは２０％の気孔率を有する多孔質の研削工具を提供することが必要である。研削工具の製造においてホットプレスのプロセスを調整することにより、約２５％に及ぶ気孔率を得ることができる。気孔は、砥粒と結合剤の混合物に、中空のセラミック球の成分や、焼成される工具に、泡、気孔、又はチャンネルを生じさせる適切な形状を有するその他の耐熱材料を添加することによって導入することもできる。米国特許第５４７２４６１号に記載のタイプの中空セラミック球やより小さい直径の同様な球が最も好ましい。このようなフィラーを添加し、焼成後の研削工具の体積を基準に１０％〜５０％の好ましい全気孔率を得ることができる。
気孔は、工具組成物の一部としての固体状で供給される潤滑剤又は湿式研削操作の際に添加される液体冷却剤と組み合わされて、工具表面や加工物から研削屑を除去し、潤滑剤を研削面に供給し、工具と加工物を冷却・潤滑するのを助長し、改良された研削性能を提供する。当業者であれば、これらの効果を最大限にし、乾式及び湿式の研削操作を可能にするように、工具組成の気孔率と固体潤滑剤のバランスを選択できよう。気孔率と固体潤滑剤の合計は、焼成後の全工具体積を基準に１２％〜６０％、好ましくは約２０％〜４０％である。
好ましい固体潤滑剤はグラファイト、とりわけ微細なフレークのグラファイトである。適切なグラファイトの例は、米国特許第５４７２４６１号に記載されており、アズベリーグラファイトミルズ社より入手可能である。また、本発明の研削工具に有用なものは、硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン、六方晶窒化ホウ素、及びその他のビトリファイド結合の研削工具に有用するのに適切なことが知られている固体潤滑剤である。
この他、所望による研削工具の成分が使用されてよい。当業者は、多くは、研削工具の全体的コストを下げるため、超砥粒を含む工具混合物に第２砥粒を添加する。限定されるものではないが、アルミナや溶融アルミナの砥粒、ゾルゲルの種付けされた又は種付けされていないα−アルミナ砥粒、炭化ケイ素、などの第２砥粒が、焼成された研削工具の体積を基準に約０．１％〜４０％、好ましくは約１％〜２０％のレベルで使用されることができる。超砥粒と第２砥粒の合計の含有率は、研削工具の体積を基準に約４０％〜５０％が好ましい。同様に、工具の生産性及び／又は研削性能を高めるため、限定されるものではないが、金属粉末、中空セラミック又はガラスの球状物、炭化ケイ素、アルミナ、充実ムライト、ヒュームドシリカ、二酸化チタンなどの種々の形状や物理的形態のフィラーが、例えば、焼成後の研削工具の体積を基準に約０．１％〜４０％、好ましくは４％〜１０％の有効量で添加されてよい。また、当該技術で公知の一時バインダーのような加工助剤が使用されることもできる。
研削工具のこれらの成分は、一般に、混合され、スクリーニングされ、プレス加工用の適当な型に入れられ、そして加熱される。プレス加工は、冷間プレス、熱間プレス、加熱圧印などの当業者に公知の任意の手段によって行われることができる。好ましいポットプレス技術は、米国特許第４１５７８９７号や米国特許第５４７２４６１号に記載されている。好ましいプロセスにおいて、ホットプレスは、砥石のサイズと形状に応じて、６００℃〜９００℃において１分間〜４時間にわたって行われることができる。冷間プレスのプロセスにおいては、未焼成の成形体の研削工具が、当該技術で公知の方法により、最終的物品を作成するのに一時的な工業的焼成サイクルと条件下で加熱される。加熱は、一般に、プレスのタイプや砥石のサイズと形状に応じ、６００℃〜１２００℃の温度で数時間〜数日間にわたって行われる。
研削工具は、ガラス質結合剤の研削工具の製造に現状で使用される公知の方法によってバランスが取られ、仕上げられる。本発明のこれらの研削工具は、精密な研削処理を必要とする種々のセラミック、研削物品、硬化金属物品の製造に有用である。
下記の例は、本発明を例証するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。特に明記がない限り、全ての組成は、焼成後の研削工具の体積割合を基準に示す。
例１
チタン被覆されたダイヤモンド砥粒（７５μｍ（２２０グリット）のＲＶＧダイヤモンド上の８〜１０％チタン、ゼネラルエレクトリック社より入手）と、比較として被覆されていないダイヤモンド（７５μｍ）（２２０グリット）を含む対照標準を用い、下記の組成物よりセグメント式表面研削砥石を調製した。
研削砥石の組成

サンプル１は本発明を示し、Ｃ−１はダイヤモンドを被覆していない対照標準であり、サンプルＣ−２とＣ−３はｋｅａｔの米国特許第４１５７８９７号の砥石であるが、但し、ｋｅａｔ砥石のダイヤモンドをチタンではなくニッケル被覆であった。
結合剤は、フェローコーポレーション社より入手のガラスフリットの形態の一般的なシリカ−アルミノホウ酸塩の結合剤であった。
炭化ケイ素の第２砥粒（６６μｍ）（２２０グリット）は、ノートン社から入手した。グラファイト（４４３４グレード）は、アズベリーグラファイトミルズ社から入手し、約１５０〜４５μｍ（１００〜３２５メッシュ）の微細な粒子サイズを有した。砥石（直径２５．４ｃｍ（１０インチ）×厚さ３．２ｃｍ（１／８インチ））は、Ｌｉの米国特許第５４７２４６１号の例１に記載のホットプレス法により、これらの組成物より製造した。これらの砥石は、下記の条件下で湿式研削テストに供した。
機器 ：ブランチャードグラインダー
砥石速度 ：１１５０ｒｐｍ
テーブル回転 ：６４ｒｐｍ
下方送り ：０．０１０ｃｍ（０．００４インチ）
冷却剤 ：脱イオン水中の１％のチャレンジ３００ＨＴ冷却剤（インターサービスダイナミックス社より入手、Ｂｅｔｅｌ、ＣＴ）
研削される材料：サファイヤ
研削テストの結果

結果は、上記のように、同じレベルの潤滑剤と気孔率の被覆なしのダイヤモンドサンプルに比較し、本発明のチタン被覆したダイヤモンドサンプルの顕著なＧ比の向上を示す（約９倍優れる）。チタン被覆したダイヤモンドサンプルの中で、比較的低い気孔率は、Ｇ比と所要電力の双方に悪影響を及ぼした。ｋｅａｔ特許に教示の被覆ダイヤモンドを用いると、５％と１０％の気孔率において、Ｇ比は本発明で得られたものの半分よりもさらに低く、所要電力は２倍であった。

Claims (6)

1. 超砥粒とグラファイトその他の潤滑剤を含んでなり、１２〜５０％の結合剤、５〜５０％の金属被覆された超砥粒、少なくとも２０％の気孔、及び２〜２０％の固体潤滑剤を含むことを特徴とする、ガラス質結合剤の研削砥石。
2. さらに４〜１０％のフィラーを含む、請求項１に記載のガラス質結合剤の研削砥石。
3. 前記金属被覆された超砥粒が、チタン、銅、ニッケル、及びそれらの合金、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される金属で被覆されたダイヤモンドである、請求項１に記載のガラス質結合剤の研削砥石。
4. 前記金属被覆された超砥粒が、０．５〜３５重量％のチタンで被覆された合成ダイヤモンドである、請求項３に記載のガラス質結合剤の研削砥石。
5. 前記固体潤滑剤がグラファイトである、請求項１に記載のガラス質結合剤の研削砥石。
6. ガラス質結合剤の研削砥石が、結合剤、金属被覆された超砥粒、及びグラファイトを含む混合物を、型の中で、約６００〜９００℃の温度で約１分間〜４時間にわたってホットプレスすることによって製造される、請求項５に記載のガラス質結合剤の研削砥石。