JP4215525B2

JP4215525B2 - 超砥粒メタルボンド砥石

Info

Publication number: JP4215525B2
Application number: JP2003017532A
Authority: JP
Inventors: 裕二赤司; 智彦秋山
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: JP2004223690A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルボンド砥石に関し、特に連続研削を安定して行うことが可能な超砥粒メタルボンド砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
砥粒保持力に優れ、寿命を向上させた超砥粒メタルボンド砥石として、コバルト、銅及び銀を用いてメタルボンドを形成したメタルボンド砥石の製造方法が、特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−１９０６７２号公報（第１頁〜第２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このメタルボンド砥石は、砥粒保持力が優れているために、焼入れ鋼等のように表面硬度が高い材料のホーニング研削では、砥粒の先端が平滑に摩耗しても砥粒が脱落せず、摩耗した砥粒によって研削が行われることとなる。このように摩耗した砥粒によって研削が行われると、研削の際の消費電力が大きくなり、研削焼けが発生する。そのため、連続研削を安定して行うことができない。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、研削焼けの発生を防止して、連続研削を安定して行うことが可能なメタルボンド砥石を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、コバルト及び錫を主成分とするメタルボンドによってボンド層が形成され、このボンド層に砥粒を固着してなるメタルボンド砥石であって、コバルト粒子への錫の拡散深さが、コバルト粒子の平均半径の６０％以下であることを特徴とする超砥粒メタルボンド砥石である。ここで、コバルト粒子の平均半径とは、コバルト粒子の平均粒径を２で割った値をいう。
コバルト粒子への錫の拡散深さが、コバルト粒子の平均半径の６０％を超えると、コバルト粒子と錫粉末が強固に結合して砥粒層の強度が必要以上に強くなり、研削時に砥粒が強固に保持され、砥粒の先端が平滑に摩耗しても砥粒が脱落せず、消費電力が大きくなり、研削焼けが発生して本発明の効果が得られにくい。
従って、コバルト粒子への錫の拡散深さを、コバルト粒子の平均半径の６０％以下とすることによって、メタルボンドの弾性を高め、強度を弱めて、平滑に摩耗した砥粒を適度に脱落させて目替りを促進させることができ、研削による焼けの発生を抑制して、連続研削を安定して行うことが可能となる。
【０００６】
本発明においては、コバルト粒子の平均粒径が１μｍ以上７０μｍ以下であることが好ましい。
コバルト粒子の平均粒径が１μｍ未満であると、砥粒層が形成されるためにはある程度の焼結温度を必要とするが、その焼結温度内では錫粉末が容易にコバルト粒子に拡散するため、コバルト粒子の平均半径の６０％以下の拡散深さを得ることが困難となる。また、コバルト粒子の平均粒径が７０μｍを超えると大きな粒径のコバルト粉末が脱落することにより砥粒層が過多に摩耗し、平滑に摩耗した砥粒のみならず鋭利な砥粒も脱落し、適度な目替りが進行せず本発明の効果が得られにくい。
【０００７】
本発明においては、メタルボンドの重量に対するコバルトの重量割合が３０重量％以上９０重量％以下であることが好ましい。
メタルボンドの重量に対してコバルトの重量割合が３０重量％未満であると、砥粒層の弾性率が低くなり、研削時に砥粒がメタルボンド内に埋まりこみ、平滑摩耗した砥粒が脱落せず本発明の効果が得られにくい。また、メタルボンドの重量に対してコバルトの重量割合が９０重量％を超えると、砥粒層を形成するための焼結温度内ではコバルト粉末同士の拡散結合が進み、結果的に砥粒層強度が必要以上に高くなり本発明の効果が得られにくい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係るメタルボンド砥石の一例として、図１（ａ）にメタルボンドホイールを、図１（ｂ）にメタルボンドホーニング砥石を形成したときの外観を示す。
図１（ａ）において、メタルボンドホイール１は、台金２の上面に砥粒層３を設けて形成されたものであり、砥粒層３は、コバルト及び錫を主成分とするメタルボンドからなるボンド層に砥粒を固着することによって形成されている。
同様に図１（ｂ）において、メタルボンドホーニング砥石４は、台金５の上面に砥粒層６を固着することによって形成されている。
ボンド層の組成と、各組成粒子の粒径及び重量割合を表１に示す。
【０００９】
【表１】

【００１０】
この組成によるメタルボンドの焼結圧力を４０ＭＰａとし、焼結温度を変化させて焼結したときの、焼結温度に対するボンド層の弾性率と抗折強度の関係を図２に示す。図２に示すように、焼結温度が５００℃から７００℃の範囲においては、弾性率が約７０ＧＰａ程度に高く維持されるが、焼結温度が８００℃になると、弾性率が低下している。また、焼結温度が９００℃になると、ボンドが流出してボンド層を形成することができなかった。
【００１１】
このような弾性率の変化は、ボンド層中でコバルト粒子に対して錫が拡散する深さによって左右される。図３は、ボンド層において、錫の溶融層中に存在するコバルト粒子に対して錫が拡散している様子を示すものである。
【００１２】
図４に、焼結温度によって、コバルト粒子に対する錫の拡散深さが変わる様子をＴＥＭ観察した結果を示す。焼結温度が７００℃のときに、錫の拡散深さは０．９μｍであり、これはコバルト粒子の平均半径の６０％に相当する。図２において示したように、焼結温度が７００℃以下であれば弾性率を高く維持することができることから、コバルト粒子に対する錫の拡散深さは、コバルト粒子の平均半径の６０％以下であることが好ましい。
【００１３】
図５に、焼結温度を変えて作製された砥石の研削性能を調査した結果を示す。砥粒としてｃＢＮを用いており、砥粒の粒度は３２５、集中度は７５である。
加工条件を以下に示す。
研削盤メカ拡張ホーニング盤
被削材焼入れ鋼ＳＣＭ４３５Ｈ
硬度ＨＲＣ６１
寸法内径２０×厚み
砥石寸法長さ２０ｍｍ×幅１．２５ｍｍ×高さ２ｍｍの４本セット
砥石周速０．７５ｍ／ｓｅｃ
砥石拡張速度 φ０．２ｍｍ／ｍｉｎ
研削液油性研削液ノリタケカットＳＦ８０５（商品名）
【００１４】
図５からわかるように、コバルト粒子に対する錫の拡散深さが、コバルト粒子の平均半径の６０％以下であるときには、研削の際の消費電力が低く抑えられているが、コバルト粒子に対する錫の拡散深さがこれより大きくなると、砥石摩耗量が低下して研削焼けが発生し安定した連続研削ができなかった。研削後の砥面状態を観察した結果、コバルト粒子に対する錫の拡散深さがコバルト粒子の平均半径の６０％を超えると砥粒先端が平滑に摩耗した砥粒で多く残っていた。このことから、コバルト粒子に対する錫の拡散深さがコバルト粒子の平均半径の６０％を超えることによって、砥粒先端が平滑に摩耗した砥粒で研削が行われ、焼けが発生したことがわかる。
【００１５】
次に、ボンド層に含まれるコバルト粒子の粒径を変化させて砥石を作製したときに、砥石の研削性能を調査した結果を示す。
コバルト粒子の粒径を表２に示す。
【００１６】
【表２】

【００１７】
ボンドの組成は表１に示すものと同様である。また、砥粒としてｃＢＮを用いており、砥粒の粒度は３２５、集中度は７５である。ボンドの焼結条件は、焼結温度が６００℃、焼結圧力が４０ＭＰａである。また、コバルト粒子に対する錫の拡散深さは、コバルト粒子の平均半径の５０％とした。しかしながら、Ｎｏ１砥石（平均粒径０．５μm）は錫の拡散深さは８０％であった。
【００１８】
図６に、コバルト粒子の粒径を変えて作製された砥石の研削性能を調査した結果を示す。
図６からわかるように、コバルト粒子の粒径が１．０μｍ以上７０μｍ以下であるときは、研削時の消費電力、砥石摩耗量ともに安定しているのに対して、コバルト粒子の粒径が０．５μｍのときは、研削焼けの発生が顕著になるとともに、砥石摩耗量は低下する。一方、コバルト粒子の粒径が１００μｍのときは、消費電力は低下するものの、砥石摩耗量が著しく増大する。
以上の結果から、研削時の焼けの発生を防止するためには、コバルト粒子の粒径を１．０μｍ以上７０μｍ以下とすることが効果的であることがわかる。
【００１９】
次に、ボンド層に含まれるコバルト粒子の含有量を変化させて砥石を作製したときに、砥石の研削性能を調査した結果を示す。
コバルト粒子の含有量と、その他の粒子の含有量を表３に示す。なお、表３中の数値は重量％を示す。
【００２０】
【表３】

【００２１】
図７に、コバルト粒子の含有量を変えて作製された砥石の研削性能を調査した結果を示す。
図７からわかるように、メタルボンドの重量に対するコバルト粒子の含有量が３０重量％以上９０重量％以下であるときは、研削時の消費電力、砥石摩耗量ともに安定している。これに対し、コバルトの含有量が１００％のものは、砥石摩耗量が低下し研削焼けの発生が顕著であった。その一方、コバルトの含有量が２０％のものは、錫が溶出して製品として形成することができなかった。
以上の結果から、研削時の焼けの発生を防止するためには、コバルト粒子の含有量をメタルボンドの重量に対して３０重量％以上９０重量％以下とすることが効果的であることがわかる。
【００２２】
以上の検討結果に基づき、以下の条件でホイールを作製した。
砥粒はｃＢＮを用い、その粒度は１４０、集中度は５０である。
発明品のボンドの組成を表４に示す。
【００２３】
【表４】

【００２４】
ボンドの焼結条件は、焼結温度が６００℃、焼結圧力が４０ＭＰａである。ホイールの寸法は、外径１５０ｍｍ×厚み３０ｍｍ×内径８０ｍｍ×砥粒層幅３ｍｍ×砥粒層高さ５ｍｍである。
この発明品と比較するために、焼結温度を８００℃とし、他の条件は発明品と同一として作製された比較品を用いて、研削性能を調査した。研削条件は以下の通りである。
【００２５】
研削盤立軸平面研削盤
被削材焼入れ鋼ＳＣＭ４３５Ｈ
硬度ＨＲＣ６１
寸法外径１８５ｍｍ×内径１４５ｍｍ×高さ４０ｍｍ
ホイール周速度２０００ｍ／ｍｉｎ
被削材回転数３００ｍｉｎ^-1
切込み速度０．０２０ｍｍ／ｍｉｎ
研削液ノリタケクールＳＥＣ−５００（商品名）を５０倍に希釈
【００２６】
以上の研削試験の結果、焼結温度を６００℃とした発明品は、安定して連続研削を行うことが可能であったが、焼結温度を８００℃とした比較品は、研削途中において研削焼けが発生し、研削を中止せざるを得なかった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、以下の効果を奏することができる。
（１）コバルト粒子への錫の拡散深さを、コバルト粒子の平均半径の６０％以下とすることによって、メタルボンドの弾性を高め、強度を弱めて、平滑に摩耗した砥粒を適度に脱落させて目替りを促進させることができ、表面硬度が高い材料を研削する場合であっても、研削による焼けの発生を抑制して、連続研削を安定して行うことが可能となる。
【００２８】
（２）コバルト粒子の平均粒径を１μｍ以上７０μｍ以下とすることにより、焼結温度内で錫がコバルト粒子の平均半径の６０％以下の拡散深さで拡散することが容易になるとともに、適度な目替りを進行させることができる。
【００２９】
（３）メタルボンドの重量に対するコバルトの重量割合を３０重量％以上９０重量％以下とすることにより、研削時に砥粒がメタルボンド内に埋まりこむことを防止しつつ、コバルト粉末同士の拡散結合が進むことを防止して砥粒層強度が必要以上に高くなることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るメタルボンド砥石の一例を示す図であり、（ａ）は、メタルボンドホイールを形成したときの外観を示し、（ｂ）は、メタルボンドホーニング砥石を形成したときの外観を示す図である。
【図２】焼結温度を変化させて焼結したときの、焼結温度に対するボンド層の弾性率と抗折強度の関係を示す図である。
【図３】ボンド層において、錫の溶融層中に存在するコバルト粒子に対して錫が拡散している様子を示す図である。
【図４】焼結温度によって、コバルト粒子に対する錫の拡散深さが変わる様子をＴＥＭ観察した結果を示す図である。
【図５】焼結温度を変えて作製された砥石の研削性能を調査した結果を示す図である。
【図６】コバルト粒子の粒径を変えて作製された砥石の研削性能を調査した結果を示す図である。
【図７】コバルト粒子の含有量を変えて作製された砥石の研削性能を調査した結果を示す図である。
【符号の説明】
１メタルボンドホイール
２台金
３砥粒層
４メタルボンドホーニング砥石
５台金
６砥粒層

Claims

砥粒にダイヤまたはｃＢＮ砥粒を用い、コバルト及び錫を主成分とするメタルボンドによってボンド層が形成され、このボンド層に砥粒を固着してなるメタルボンド砥石であって、コバルト粒子の平均粒径が１μｍ以上７０μｍ以下であり、前記コバルト粒子への錫の拡散深さが、コバルト粒子の平均半径の６０％以下であることを特徴とする超砥粒メタルボンド砥石。
前記メタルボンドの重量に対するコバルトの重量割合が３０重量％以上９０重量％以下であることを特徴とする請求項１記載の超砥粒メタルボンド砥石。