JP4293411B2

JP4293411B2 - Grinding wheel, grinding wheel manufacturing method, grinding wheel manufacturing device and grinding wheel holding device

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Publication number: JP4293411B2
Application number: JP2001318605A
Authority: JP
Inventors: 昭小島; 国彦寺沢
Original assignee: 有限会社三山産業; 昭小島
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: JP2003117838A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円盤状基板の外周部に超砥粒層が形成された研削砥石の製造方法、製造装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、研削砥石として、円盤状基板の外周部に超砥粒層が形成されたものが知られている。ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等の超砥粒は、一般の砥粒に比べて非常に硬質であるため、砥石摩耗が少ない。そのため、超砥粒層を有する研削砥石は、摩耗による寸法変化やバラツキが少なく、高精度の研削加工が可能であり、主として難削材の切断に使用されている。
【０００３】
図９（Ａ），（Ｂ）に、超砥粒層を有する研削砥石１の従来構成を示す。
【０００４】
これらの図において、２は円盤状の基板、６は超砥粒層である。基板２は、鋼（普通鋼、合金工具鋼、高速度鋼、ステンレス鋼等）から形成されることが一般的である。研削砥石１が切断用に使用される場合、当該砥石１の厚みが薄いほど切断加工代が少なくなり、材料の歩留まりが上がる。すなわち、生産性が高まることになる。そのため、円盤状基板２は、薄くなる傾向にある。なお、基板２の中央部には、取付用の穴５が開けられている。
【０００５】
また、超砥粒層６は、基板２の外周部３に超砥粒と結合材との混合物を焼結し、焼結後にその両側面と外周面とを仕上加工して所定寸法とすることにより形成されている。この超砥粒層６の両側面部分（７Ａ，７Ｂ）は、基板２の対応する各側面部分（４Ａ，４Ｂ）よりも突出しており、両側に逃げが形成されている。このように両側に逃げを形成するのは、材料を深く切り込んだ際に基板２の各側面部分（４Ａ，４Ｂ）が材料と接触して摩擦熱が発生し曲がってしまうのを防止するとともに、当該材料から発生する切断研削粉等を円滑に排除できるようにするためである。結合材としては、樹脂結合材（レジンボンド）、金属結合材（メタルボンド）、ガラス質結合材（ビトリファイドボンド）が知られている。
【０００６】
上記した研削砥石１は、図１０（Ａ）に示す研削保持装置５０Ｐを用いて図示しない研削装置の主軸（砥石軸）に装着される。研削保持装置５０Ｐは、砥石軸に脱着可能で外周部に研削砥石１を保持可能に形成されたフランジ５１Ｐを有している。研削砥石１をマルチで使用する場合には、図１１（Ａ）に示すように、複数の砥石１間にスペーサ５５Ｐが介装される。なお、フランジ５１Ｐおよびスペーサ５５Ｐは鋼製とされている。
【０００７】
稀土類磁石等の材料Ｗを切断する場合には、図１０（Ｂ）または図１１（Ｂ）に示すように、当該材料Ｗを切断冶具Ｊに固定する。次に、上記研削砥石１が装着された砥石軸を回転駆動しつつ切断治具Ｊ側を相対移動させて、材料Ｗを切断する。
【０００８】
なお、上記切断において、研削砥石１の周速を高めれば加工効率の向上および砥石長寿命化が図られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記研削砥石１では、超砥粒層６が高い硬度と靭性とをもつことから、周速が８０ｍ／ｓを超える高速切断が可能であるが、円盤状基板２の側に不具合が生じる。
【００１０】
すなわち、鋼製の基板２は、回転時の遠心力に伴う伸びが大きいため加工精度が低下してしまう。また、鋼は熱膨張係数が大きいため、研削加工時の熱などによって、鋼製の基板２が膨張して加工精度の低下を招く。また、研削砥石１の基板２や、研削砥石保持装置５０Ｐのフランジ５１Ｐ・スペーサ５５Ｐは、鋼製であるので重い。そのため、研削砥石１を回転する際に、砥石軸や砥石軸駆動モータへ大きな負荷が掛かり、当該部分における発熱量が大きくなる。そのため、これらの熱がフランジ５１Ｐ等を介して基板２にも伝わり、当該基板２の熱膨張を更に大きくする原因にもなっている。
【００１１】
さらに、基板２が切断抵抗に耐えられずに撓んでしまい、切れ方が曲がったり、被切断材料Ｗと擦れたりすることがある。基板２が被切断材料Ｗと擦れると、摩擦熱が発生し、当該基板２が極端に曲がって使用不能となることが多い。また、切断終了時に研削砥石１が逃げたりしてバリが発生することがある。
【００１２】
最近では、伸びや曲り変形が小さく機械的強度が大きい超硬合金で基板を形成した研削砥石が開発されてはいるが、鋼製基板２の研削砥石１に比べて非常に高価である。また、超硬合金製基板の研削砥石は、鋼製基板２と同様に重く砥石軸や砥石軸駆動モータ等に大きな負荷を掛けることになる。
【００１３】
ところで、各産業分野では、非金属系の新素材（セラミック，複合プラスチック材料，炭素繊維含有樹脂，炭素繊維強化炭素材等）の利用が活発になされている。研削砥石の分野でも、セラミックや複合プラスチック材料で基板を形成することが提案されているが、上記不具合を総て解消することはできていないのが現状である。
【００１４】
そこで、本発明者は、上記研削砥石の基板素材として炭素繊維強化炭素材を適用することが試みられていないことに着目し、当該材料でテスト用基板を作製するとともに各種実験をしてみた。その結果、炭素繊維強化炭素材で基板を形成すれば上記不都合は一掃されることが判明したが、新たに厄介な問題〔基板が反る。超砥粒と結合材との混合物の一部が焼結される際に基板の外周部よりも内側の側面部分まで流れ込んで固結してしまうことがある。固結した混合物は基板（炭素繊維強化炭素材）を傷めずに除去するのは実際上不可能である。〕が発生した。
【００１５】
本発明の目的は、軽量化を達成でき、かつ円盤状基板が反ったり、超砥粒と結合材との混合物が焼結される際にその一部が基板の外周部よりも内側の側面部分まで流れ込んで固結してしまうのを防止でき、しかも伸びや熱変形が少ないとともに基板が切断時に材料と擦れて発熱して曲がったりバリ等が発生しない研削砥石の製造方法および製造装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、炭素繊維強化炭素材製の円盤状基板とその外周部に超砥粒と結合材との混合物を焼結して成形された超砥粒層とからなり当該超砥粒層の両側面が当該円盤状基板の対応する各側面よりも突出して両側に逃げが形成された研削砥石の製造方法において、外型部および内型部ならびに当該両型部の間に形成された充填用溝内の超砥粒と結合材との混合物を押圧可能なパンチとからなり当該充填用溝に通じる狭間隙が形成された金型と、当該充填用溝内の混合物を所定温度に加熱可能な加熱手段とを備え、前記内型部に、前記円盤状基板を外周部が前記充填用溝内に位置しかつ当該外周部を除いた両側面部分が当該内型部の各押圧面と密着して当該充填用溝と隔離されるように位置決め保持し、次に前記充填用溝に前記混合物を焼結後の両側の逃げ量が同一となる量だけ充填し、その後パンチで前記充填用溝内の混合物を押圧するとともに前記加熱手段で所定温度に加熱して焼結し、この焼結時に前記混合物の余剰部分が前記狭間隙へ流れ込み可能とした研削砥石の製造方法である。
【００１７】
上記請求項１の発明の場合、内型部に円盤状基板を位置決め保持した後、充填用溝に混合物を焼結後の両側の逃げ量が同一となる量だけ充填し、その後当該混合物をパンチで押圧しつつ加熱して焼結する。ここで、上記混合物が温度低下して収縮する場合に、当該混合物のうち基板よりも一方側に突出した部分と他方側に突出した部分との収縮力は同一となる。そのため、上記混合物の収縮によって、基板には曲げモーメントは発生せず、反ることはない。したがって、上記混合物を、焼結後に反りのない平坦な基板の一側面部分を基準面として高精度に仕上加工して超砥粒層を形成できる。また、上記焼結方法を採ることにより、混合物の一部が焼結される際に基板の外周部よりも内側側面部分まで流れ込んで固結してしまうのも効果的に阻止できる。そのため、両側に逃げを形成した効果（基板側面部分の摩擦熱発生による曲がり防止、被切断箇所から発生する切断研削粉等の円滑排除）が損なわれるのを防止できる。特に、本発明の場合、焼結時に混合物の余剰部分が発生した場合でも、当該余剰部分は狭間隙へ流入するので、基板の外周部を除いた両側面部分への流れ込みは阻止される。したがって、軽量化を達成でき、かつ円盤状基板が反ったり、両側に逃げを形成した効果（基板側面の摩擦熱発生による曲がり防止、被切断箇所から発生する切断研削粉等の円滑排除）が損なわれるのを一段と確実に防止できる。また、伸びや熱変形が少ないとともに基板が切断時に材料と擦れて発熱して曲がったりバリ等が発生しない研削砥石を製造できる。
【００１８】
また、円盤状基板の素材である炭素繊維強化炭素材は、炭素繊維で強化された高強度・高弾性炭素材料であり、強化繊維もマトリックスも総て炭素（黒鉛）で形成されているので、従来の炭素材料の持つ優れた資質を受け継いでいる。例えば、炭素繊維強化炭素材は、嵩比重が１．５程度で鋼製基板の１／６、超硬合金製基板の１／５と大幅な軽量化を図れる。この軽量化によって、砥石軸や当該砥石軸の駆動モータに掛かる負荷が軽減されることになり、当該部分の発熱量が小さくなる。その結果、研削砥石への熱伝達量が減少し、熱変形（熱膨張）による加工精度の低下を抑えることができる。そして、駆動モータの消費電力も小さくなり、ランニングコストを低下できる。
【００１９】
また、炭素繊維強化炭素材は、引張り強さが大きい。そのため、炭素繊維強化炭素材製の基板は、回転時の遠心力に伴う伸びが小さく加工精度の低下を抑えることができる。また、上記基板は、熱膨張率および高温におけるクリープが小さいので研削加工時の熱変形が小さく、この点からも加工精度の低下を抑えることができる。
【００２０】
また、炭素繊維強化炭素材製の基板は、機械的強度、放熱性、耐衝撃性、破壊靭性値および耐熱性が高く、疲労蓄積性がないので、切断抵抗による撓み量も小さく、切れ方が曲がったりすることはない。また、上記基板は、被切断材料と擦れて発熱し曲がるような事態は生じない。また、切断終了時に研削砥石が逃げたりしてバリが発生するようなこともない。
【００２１】
なお、炭素繊維強化炭素材は、厚さが種々異なる板状のものが市販されている。かかる板状の炭素繊維強化炭素材は、超硬合金に比べて格安であり、レーザ加工機等を用いて容易かつ高精度に切断加工できる。したがって、コスト高とならず高精度の研削砥石を提供できる。
【００２２】
請求項２の発明は、前記円盤状基板の外周部を除いた両側面部分を、マスキング材で隙間なく覆った後、前記金型の内型部に位置決め保持するようにしたものである。
【００２３】
上記請求項２の発明の場合、焼結時に混合物の余剰部分が発生した場合でも、当該余剰部分が基板の外周部を除いた両側面部分へ流れ込むのを一段と確実に阻止できる。したがって、軽量化を達成でき、かつ基板が反ったり、両側に逃げを形成した効果（基板側面部分の摩擦熱発生による曲がり防止、被切断箇所から発生する切断研削粉等の円滑排除）が損なわれるのを防止できる。また、伸びや熱変形が少なく高精度切断等を実現できる研削砥石を製造できる。
【００２４】
請求項３の発明は、炭素繊維強化炭素材製の円盤状基板とその外周部に超砥粒と結合材との混合物を焼結して成形された超砥粒層とからなり当該超砥粒層の両側面が当該円盤状基板の対応する各側面よりも突出して両側に逃げが形成された研削砥石を製造する製造装置において、外型部および内型部ならびに当該両型部の間に形成された充填用溝内の超砥粒と結合材との混合物を押圧可能なパンチとからなり当該充填用溝に通じる狭間隙が形成された金型と、当該充填用溝内の混合物を所定温度に加熱可能な加熱手段とを備え、前記内型部が、円盤状基板を外周部が前記充填用溝内に位置しかつ当該外周部を除いた両側面部分が当該内型部の各押圧面と密着して当該充填用溝と隔離されるように位置決め保持可能に形成され、当該充填用溝が前記混合物を焼結後の両側の逃げ量が同一となる量だけ充填可能に形成され、前記外型部と内型部との間に、前記充填用溝に通じる狭間隙を形成し、焼結時に混合物の余剰部分が当該間隙へ流れ込み可能に構成された研削砥石の製造装置である。
【００２５】
上記請求項３の発明の場合、円盤状基板の外周部に超砥粒層を形成するには、まず内型部に円盤状基板を位置決め保持した後、充填用溝に混合物を焼結後の両側の逃げ量が同一となる量だけ充填する。次に、その状態で、充填用溝内の混合物をパンチで押圧しつつ加熱して焼結する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２７】
本発明に係る研削砥石１０は、図１〜図４に示すように、基本的構成は従来例（図９）と同様であるが、円盤状基板１１を炭素繊維強化炭素材から形成するとともに、仕上加工前の両側の逃げ量（Ｃ１’，Ｃ２’）が同一となるように超砥粒と結合材との混合物Ｍを焼結して超砥粒層１５を形成したものである。
【００２８】
本研削砥石１０は、各種研削加工に使用することができるが、この実施形態では材料切断に使用するものとされている。被切断材料としては、ネオジウム磁石、オーディオヘッド（フェライト）、プリント基板（アルミナ）、電子部品（セラミックス、石英ガラス、水晶、シリコンウエファー等）が挙げられる。
【００２９】
次に、円盤状基板１１の素材である炭素繊維強化炭素材は、炭素繊維に樹脂またはピッチなどを含浸して硬化後、それを炭素化、場合によっては黒鉛化を行い、密度を高めるためにマトリックス用の樹脂あるいはピッチなどを再含浸した後、炭化処理を数回繰り返すことにより成る。なお、この実施形態では、基板１１は、外径が２５０ｍｍ以下、厚みが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍとされている。なお、図４中、１４は取付用穴である。
【００３０】
炭素繊維は、織物、編物、不織布、ペーパー、マット、ストランド、チョップド状、ミルド状などである。要求性能によって適宜選択できる。炭素繊維織物には、平織り、朱子織り、多次元織り、多重織りなどがある。上記した炭素繊維強化炭素材では、炭素繊維から作られた平織りあるいは朱子織りなどを所定枚数、積層させて製作する。層間剥離が生じるのを防ぐために、織物間に炭素繊維フィラメントで縫うことや、ニードルパンチを行うことや、基板を一つの織物や、あるいは編物で構成する方法が採られることがある。
【００３１】
また、通常の炭素繊維は、１２Ｋ（フィラメント数１２，０００本）からなる炭素繊維ストランドが使用されるが、最近生産された４８Ｋ（フィラメント数４８，０００本）品を使用すれば嵩高な織物が作られる。
【００３２】
一方、炭素繊維強化炭素材の組織は緻密であることが望まれることから、できるだけフィラメント数の少ない炭素繊維ストランドから構成された織物がある。これならば、表面の凹凸も少なく平坦基板となる。炭素繊維強化炭素材の製造は、通常は常圧下での炭素化が行われる。炭素繊維織物の層間剥離を防止するならば、ホットプレスを用い、加圧時の加熱によって層間剥離は防止できる。
【００３３】
この実施形態では、炭素繊維強化炭素材として、日本カーボン株式会社製のＣＣＭ（登録商標）−１０１Ｃ(厚さ２ｍｍの板材）を使用するものとしている。このＣＣＭ−１０１Ｃをレーザ加工機を用いて穴明き円盤形状とし、基板１１を形成している。このＣＣＭ−１０１Ｃを含め一般に市販されている炭素繊維強化炭素材は、超硬合金に比べて格安であり、加工も容易かつ高精度に行える。したがって、コスト高とならず高精度の研削砥石１０を提供できる。
【００３４】
かかる炭素繊維強化炭素材で形成された円盤状基板１１は、次のような特徴を有している。
【００３５】
イ炭素繊維強化炭素材（ＣＣＭ−１０１Ｃ）は、嵩比重が１．５（鋼の１／６、超硬合金の１／５）であるので、従来基板（鋼製基板など）よりも大幅な軽量化が図れる。この軽量化によって、砥石軸や当該砥石軸の駆動モータに掛かる負荷が軽減される。そのため、当該部分の発熱量が小さくなり、その結果、研削砥石１０への熱伝達量が減少し熱変形（熱膨張）による加工精度の低下を抑えることができる。また、駆動モータの消費電力も小さくなり、ランニングコストを低下できる。
【００３６】
ロまた、炭素繊維強化炭素材（ＣＣＭ−１０１Ｃ）は、引張り強さが大きい（３００ＭＰａ）。そのため、炭素繊維強化炭素材製の基板１１は、回転時の遠心力に伴う伸びが小さく加工精度の低下を抑えることができる。また、上記基板１１は、熱膨張率が小さく〔繊維に平行方向：０．３×１０−６Ｋ，繊維に直角方向：４．０×１０−６Ｋ〕、高温におけるクリープも小さいので、研削加工時の熱変形が小さく、この点からも加工精度の低下を抑えることができる。
【００３７】
ハまた、炭素繊維強化炭素材は、機械的強度、放熱性、耐衝撃性、破壊靭性値および耐熱性が高く、疲労蓄積性がないので、切断抵抗による撓み量も小さく、切れ方が曲がったりすることはない。具体的には、ＣＣＭ−１０１Ｃは、曲げ強さ３００ＭＰａ，曲げ弾性率１００ＧＰａ，引張り強さ３００ＭＰａ，引張り弾性率１００ＧＰａ，層間せん断強さ１３ＭＰａである。また、比熱８５０Ｊ／ｋｇＫである。
【００３８】
そのため、炭素繊維強化炭素材製の基板１１は、切断抵抗による撓み量も小さく、切れ方が曲がったりすることはない。また、上記基板１１は、被切断材料と擦れて発熱し曲がるような事態は生じない。また、切断終了時に研削砥石１０が逃げたりしてバリが発生するようなこともない。
【００３９】
次に、本研削砥石１０の超砥粒層１５は、図２および図３に示す製造装置の金型２０と加熱手段（図示省略）とを用いて仕上加工前の両側の逃げ量（Ｃ１’，Ｃ２’）が同一となるように混合物Ｍを焼結し、焼結後に仕上加工して形成される。この実施形態では、切れ味重視の観点から、超砥粒としてダイヤモンド砥粒が選定され、結合材としてレジンボンドが選定されている。切れ味よりも耐久性を重視する場合には、メタルボンドを使用する。
【００４０】
ここで、製造装置の金型２０は、外型部（２１）と、内型部３１と、両型部（２１，３１）の間に形成された充填用溝４２内の混合物Ｍを押圧可能なパンチ３８とを備えている。この金型２０の充填用溝４２は、混合物Ｍを両側の逃げ量（Ｃ１，Ｃ２）が同一となる量だけ充填可能に形成されている。
【００４１】
この実施形態では、外型部は、内径が円盤状基板１１の外径よりも大きい円環状の外枠２１から形成されている。内型部３１は、基板１１の外周部１２を除く下側の側面部分１３Ｂと密着可能な押圧面３３を有する下側プレート３２と、基板１１の外周部１２を除く上側の側面部分１３Ａと密着可能な押圧面３６を有する上側プレート３５と、両プレート（３２，３５）の押圧面（３３，３６）が所定圧力で基板１１の上下側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）と密着するように当該両プレート（３２，３５）を締付け固定可能な固定具（ボルト３７Ａ、ナット３７Ｂ）とを含み、基板１１を外周部１２が充填用溝４２内に位置しかつ当該上下側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）が両プレート（３２，３５）の押圧面（３３，３６）と密着して当該充填用溝４２と隔離されるように位置決め保持可能に形成されている。
【００４２】
より具体的には、下側プレート３２は、厚肉円板形状とされており、外枠２１の内側部分に所定のクリアランス（例えば、０．０５〜０．１ｍｍ）をもって嵌合されている。この下側プレート３２の押圧面３３の外側円周部分には、充填用溝４２を形成するための段差部３４が設けられている。一方、上側プレート３５は、下側プレート３２と基板１１を挟んで対向する位置に配置されており、下側プレート３２の押圧面３３の直径相当の外径を有する厚肉円板形状とされている。この上側プレート３５の外周面と、下側プレート３２の段差部３４と、外枠２１の内周面とによって、上記充填用溝４２は形成されている。この充填用溝４２には、上方から円環状のパンチ３８が圧入され、当該溝４２内に充填された混合物Ｍを所定圧力で押圧可能とされている。
【００４３】
そして、外枠２１と内型部３１の間には、充填用溝４２に通じる狭間隙４５が形成されており、焼結時に混合物Ｍの余剰部分が当該狭間隙４５へ流れ込み可能とされている。この実施形態では、上記充填用溝４２内の混合物Ｍがパンチ３８で所定圧力に押圧された状態にあるときに、当該混合物Ｍの外側の余剰部分の流入を許容可能な円環状の凹部から狭間隙４５が形成されている。なお、円環状の凹部（狭間隙４５）は、図１（Ａ）等では説明便宜上、実寸法よりも相当大きく図示しているが、実際は極小である。
【００４４】
上記製造装置を用いて、次のような方法で基板１１の外周部１２に超砥粒層１５が形成される。
【００４５】
まず、図２（Ａ）に示すように、外枠２１の内側部分に固定具（３７Ａ，３７Ｂ）付きの下側プレート３２を嵌合する。次に、同図（Ｂ），（Ｃ）に示すように、下側プレート３２の押圧面３３上に基板１１を載置し、その上方から上側プレート３５を被せる。
【００４６】
この実施形態では、基板１１の両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）は、図７に示すマスキング材４７で隙間無く覆われている。マスキング材４７の素材としては、焼結時の高温にも耐えられるポリイミド樹脂またはフォトレジスト（感光性樹脂）が挙げられる。ここで、フォトレジストは、紫外線照射によって化学反応が起きて、照射部と未照射部とで現像液に対する溶解性に差異が生じる高分子材料である。感光部が不溶化するレジストをネガ形、逆に可溶化するレジストをポジ形という。ネガ形レジストは、環化イソプレンゴムと感光剤のビスアジド化合物とからなる。ポジ形レジストは、一般にはノボラック樹脂とジアゾ化合物の混合物である。
【００４７】
マスキング材４７の被覆層は、例えばスクリーン印刷法を利用して基板１１の両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）上に形成される。被覆層形成は以下の手順で行われる。
【００４８】
まず、図８（Ａ）に示すように、基板１１の両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）の平面形状相当部分（図中ハッチングされた部分）が黒色で塗りつぶされたポジ６１を作製する。次に、スクリーン６２の全面にネガ形レジストを塗り、その後当該スクリーン６２にポジ６１を当て紫外線を照射する。これにより、紫外線が当たった箇所のネガ形レジストは硬化する。光が当たらなかった箇所は硬化しないままとなる。
【００４９】
紫外線照射後にスクリーン６２を現像剤で洗うと、未硬化部分のみがスクリーン６２から洗い流されて、図８（Ｂ）に示すように、リング状の抜き部６３が形成される。こうして作製されたスクリーン印刷版６０上に、印刷用ペーストＪ（例えば、ネガ形レジスト）を乗せ、スキージ６５を用いて当該印刷版６０の抜き部６３から印刷用ペーストＪを押し出す〔図８（Ｃ），（Ｄ）〕。
【００４８】
これにより、印刷台６９上に載置された基板１１の上側の側面部分（１３Ａ）上には、スクリーン印刷版６０の抜き部６３と同一形状の印刷層が形成される。この基板１１の上側の側面部分（１３Ａ）に形成された印刷層は紫外線照射されて硬化される。上記した手順を、基板１１の一方側面部分（１３Ａ）と他方側面部分（１３Ｂ）とで実行することにより、図７に示すように、マスキング材４７の被覆層が、基板１１の両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）に形成される。なお、基板１１の各側面にネガ形レジストを塗布し、続いて図８（Ｅ）に示すポジ（図中ハッチング部分は黒色）６８を介して紫外線を照射し、その後現像剤で洗うことによりマスキング材４７の被覆層を形成してもよい。
【００４９】
次に、図２（Ｃ）に示すように、両プレート（３２，３５）を固定具（ボルト３７Ａ，ナット３７Ｂ）を用いて固定する。これにより、基板１１は、その外周部１２が充填用溝４２内に位置しかつ両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）が両プレート（３２，３５）の各押圧面（３３，３６）と密着して当該充填用溝４２と隔離されるように位置決め保持される。
【００５０】
次に、上記充填用溝４２内に充填する混合物Ｍ（超砥粒、結合材）の量を、厳密に秤量・体積計算して求め、求めた量の混合物Ｍをよく掻き混ぜた後、焼結後の両側の逃げ量（Ｃ１’，Ｃ２’）が、図１（Ｂ）に示すように、同一となるように充填する。
【００５１】
このような、混合物Ｍの充填方法を採用したのは、以下の理由による。
【００５２】
本発明者は、本発明を完成する前に試作品製作の段階で、従来例(鋼製基板の外周部に超砥粒層を固着した研削砥石）と同様に、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、上側の逃げ量Ｃ１’が下側の逃げ量Ｃ２’よりも極僅か大きくなるように充填用溝４２内に混合物Ｍを充填して焼結してみた。ここで、従来例において上記した混合物の充填を行うのは、焼結後の混合物の上側側面の方が下側側面よりも凹凸が多かったり平面度が出ていなかったりする傾向にあるので、冷却後に仕上加工して上下の逃げ量を同一にするには、当該上側側面の仕上げ代を大きく取る必要があることによる。
【００５３】
しかし、上記焼結方法では、基板１１が図６（Ｂ）中で下側に向けて凸となるように反ってしまった。また、混合物Ｍの一部が基板１１の内側側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）まで流れ込んで固結してしまう事態が生じることがあった。
【００５４】
ここで、基板１１が反る原因を種々検討した結果、焼結された混合物Ｍが温度低下して収縮する場合に、当該混合物Ｍのうち基板１１側面よりも上側に突出した部分の収縮力の方が下側に突出した部分の収縮力よりも大きいため、基板１１に曲げモーメントが発生して反るものと判明した。
【００５５】
実際、上側の逃げ量Ｃ１’が下側の逃げ量Ｃ２’と同等となるように充填用溝４２内に混合物Ｍを充填し、パンチ３８で当該混合物Ｍを所定圧力で押圧しつつ加熱手段で所定温度（例えば、２００℃）に所定時間だけ保持して焼結したところ、基板１１には反りは発生しなくなった。これにより、図１（Ｂ）に示すように、上記混合物Ｍの両側面（１６Ａ，１６Ｂ）および外周面１７を、焼結後に反りのない平坦な基板１１の一側面（１３Ａ又は１３Ｂ）を基準面として高精度に仕上加工して超砥粒層１５を形成することができる〔図１（Ｃ）に示すように、製品完成後の両逃げ量（Ｃ１，Ｃ２）も同一とされる。例えば、Ｃ１＝Ｃ２＝０．０５ｍｍである〕。また、混合物Ｍの基板１１の両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）への流れ込みも殆ど生じなくなった。
【００５６】
なお、本発明では、焼結時に混合物Ｍの余剰部分が発生した場合、当該余剰部分は狭間隙４５へ流入するので、基板１１の両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）への流れ込みは阻止される。また、上記基板１１の両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）は、マスキング材４７で覆われているので、混合物Ｍが焼結される際に基板１１の両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）に流れ込んで固結してしまうのを一段と確実に防止できる。
【００５７】
これにより、両側に逃げを形成した効果〔材料を深く切り込んだ際に基板側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）が材料と接触して摩擦熱が発生し曲がってしまうのを防止できる効果、当該材料から発生する切断研削粉等を円滑に排除できる効果〕が損なわれるのを防止できる。
【００５８】
なお、焼結後、金型２０が分解されて、混合物Ｍ（超砥粒層１５）付きの基板１１が取り出される。金型２０の分解は、外枠２１の底部を図示しない固定具で支持した状態で、内型部３１に上から衝撃を加え、当該内型部３１をパンチ３８ごと下へ抜く。そして、パンチ３８の取り外し、ナット３７Ｂのボルト３７Ａからの取り外し等を行う。ここで、焼結時に狭間隙４５へ流入したもの（混合物Ｍの一部分）は、当該狭間隙４５で固化するが、極薄であるので、上記衝撃が加えられた際に基板１１に固着された混合物Ｍから分断される。したがって、上記した内型部３１の抜きの妨げにはならない。また、狭間隙４５に残留したものは、剃刀などを用いて簡単に除去できる。
【００５９】
上記した研削砥石１０は、図５に示す研削砥石保持装置５０を用いて砥石軸５７に装着される。
【００６０】
ここで、研削砥石保持装置５０は、砥石軸５７に脱着可能で外周部５２に研削砥石（この実施形態では研削砥石１０）を保持可能なフランジ５１を有しており、当該フランジ５１が炭素材から形成されている。ここで、炭素材としては、炭素繊維を含む炭素材（炭素繊維強化炭素材、炭素繊維分散炭素材、炭素繊維添加炭素材）、等方性黒鉛材、ガラス状炭素材、硬質炭素材が挙げられる。なお、研削砥石は、従来の鋼製の基板を有するものでもよい。また、図５中、５９は固定ナットである。
【００６１】
また、フランジ５１の外周部５２に複数の研削砥石（１０）を保持する際に用いられるスペーサ５５も炭素材で形成されている。この実施形態では、フランジ５１およびスペーサ５５は、それぞれ炭素繊維強化炭素材で形成されている。
【００６２】
上記構成により研削砥石保持装置５０は、大幅な軽量化を図れる。この軽量化によって、砥石軸５７や当該砥石軸５７の駆動モータに掛かる負荷が軽減されることになり当該部分の発熱量が小さくなる。その結果、研削砥石（１０）への熱伝達量が減少し熱変形（熱膨張）による加工精度の低下を抑えることができる。そして、駆動モータの消費電力も小さくなり、ランニングコストを低下できる。また、炭素繊維強化炭素材製のフランジ５１は、放熱性が高いので、研削砥石（１０）の熱も効果的に下げることができ、この点からも熱変形による加工精度の低下を抑えることができる。また、炭素繊維強化炭素材製のフランジ５１やスペーサ５５は、放熱性が高いので、研削砥石（１０）の熱も効果的に下げることができ、この点からも熱変形による加工精度の低下を抑えることができる。
【００６３】
なお、研削砥石保持装置５０は、上記した研削砥石１０以外（例えば、基板が鋼製の砥石）の保持装置としても勿論使用できる。
【００６４】
また、研削砥石１０の基板１１の両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）の表面に硬質被膜層を形成してもよい。すなわち、基板１１の両側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）の表面に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）等からなる硬質被膜を化学的蒸着法（ＣＶＤ）や物理的蒸着法（ＰＶＤ）等を用いて形成してもよい。これにより、例えば研削加工（材料切断等）時に基板側面部分（１３Ａ，１３Ｂ）に切断研削粉等が当たっても擦り傷が付くのが防止される。その結果、一段と耐久性の向上を図ることができる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、外型部と内型部の間に充填用溝に通じる狭間隙を形成したので、混合物の焼結時に当該混合物の余剰部分が発生した場合でも、基板の外周部を除いた両側面部分への流れ込みは阻止される。したがって、軽量化を達成でき、かつ円盤状基板が反ったり、両側に逃げを形成した効果（基板側面部分の摩擦熱発生による曲がり防止、被切断箇所から発生する切断研削粉等の円滑排除）が損なわれるのを防止できる。また、伸びや熱変形が少ないとともに基板が切断時に材料と擦れて発熱して曲がったりバリ等が発生しない研削砥石を製造できる。
【００６６】
請求項２の発明によれば、円盤状基板の外周部を除いた両側面部分をマスキング材で隙間無く覆うので、焼結時に混合物の余剰部分が基板の両側面部分へ流れ込むのを一段と確実に阻止できる。したがって、軽量化を達成でき、かつ基板が反ったり、両側に逃げを形成した効果（基板側面の摩擦熱発生による曲がり防止、被切断箇所から発生する切断研削粉等の円滑排除）が損なわれるのを防止できる。また、伸びや熱変形が少なく高精度切断等を実現できる研削砥石を製造できる。
【００６７】
請求項３の発明によれば、内型部が、円盤状基板を外周部が充填用溝内に位置しかつ当該外周部を除いた両側面部分が当該内型部の各押圧面と密着して当該充填用溝と隔離されるように位置決め保持可能に形成され、当該充填用溝が超砥粒と結合材との混合物を両側の逃げ量が同一となる量だけ充填可能に形成され、外型部と内型部の間に、充填用溝に通じる狭間隙を形成し、焼結時に混合物の余剰部分が当該間隙へ流れ込み可能に構成されているので、軽量化を達成でき、かつ円盤状基板が反ったり、両側に逃げを形成した効果（基板側面部分の摩擦熱発生による曲がり防止効果、被切断箇所から発生する切断研削粉等の円滑排除効果）が損なわれるのを防止できる。また、伸びや熱変形が少ないとともに基板が切断時に材料と擦れて発熱して曲がったりバリ等が発生しない研削砥石を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研削砥石、その製造方法および製造装置を説明するための図である。
【図２】同じく、製造方法および製造装置を説明するための縦断面図である。
【図３】同じく、金型の狭間隙を説明するための縦断面図である。
【図４】同じく、研削砥石の外観を説明するための図である。
【図５】同じく、研削砥石保持装置を説明するための縦断面図である。
【図６】同じく、超砥粒層を形成する際の問題点を説明するための図である。
【図７】同じく、マスキング材を説明するための図である。
【図８】同じく、マスキング材の被覆層を形成する方法を説明するための図である。
【図９】従来の研削砥石を説明するための図である。
【図１０】従来の研削砥石保持装置（１）を説明するための図である。
【図１１】従来の研削砥石保持装置（２）を説明するための図である。
【符号の説明】
１０研削砥石
１１基板
１２外周部
１３Ａ，１３Ｂ側面部分
１５超砥粒層
２０金型
２１外枠（外型部）
３１内型部
３２下側プレート
３３押圧面
３５上側プレート
３６押圧面
３８パンチ
４２充填用溝
４５狭間隙[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  In the present invention, a superabrasive layer is formed on the outer periphery of a disk-shaped substrate.Manufacturing method and apparatus for grinding wheelAbout.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, a grinding wheel in which a superabrasive layer is formed on the outer periphery of a disk-shaped substrate is known. Superabrasive grains such as diamond and cubic boron nitride (CBN) are very hard as compared with general abrasive grains, and therefore wear on the grindstone is small. For this reason, a grinding wheel having a superabrasive layer has little dimensional change and variation due to wear, can be subjected to high-precision grinding, and is mainly used for cutting difficult-to-cut materials.
[0003]
  9A and 9B show a conventional configuration of a grinding wheel 1 having a superabrasive layer.
[0004]
  In these figures, 2 is a disk-shaped substrate and 6 is a superabrasive layer. The substrate 2 is generally formed from steel (regular steel, alloy tool steel, high speed steel, stainless steel, etc.). When the grinding wheel 1 is used for cutting, the thinner the grinding wheel 1 is, the smaller the cutting cost is and the higher the material yield. That is, productivity is increased. Therefore, the disk-shaped substrate 2 tends to be thin. A mounting hole 5 is formed in the center of the substrate 2.
[0005]
  The superabrasive layer 6 sinters a mixture of superabrasive grains and a binder on the outer peripheral portion 3 of the substrate 2 and finishes both side surfaces and the outer peripheral surface after sintering to have a predetermined dimension. It is formed by. The side surface portions (7A, 7B) of the superabrasive grain layer 6 protrude from the corresponding side surface portions (4A, 4B) of the substrate 2, and reliefs are formed on both sides. Forming relief on both sides in this way prevents the side surface portions (4A, 4B) of the substrate 2 from coming into contact with the material when the material is deeply cut and generating frictional heat and bending. This is because cutting grinding powder and the like generated from the material can be smoothly removed. Known binders include resin binders (resin bonds), metal binders (metal bonds), and vitreous binders (vitrified bonds).
[0006]
  The grinding wheel 1 described above is mounted on a main shaft (grinding wheel shaft) of a grinding device (not shown) using a grinding holding device 50P shown in FIG. The grinding holding device 50P has a flange 51P that can be attached to and detached from the grinding wheel shaft and that can hold the grinding stone 1 on the outer periphery. When the grinding wheel 1 is used as a multi, the spacer 55P is interposed between the plurality of grinding wheels 1 as shown in FIG. The flange 51P and the spacer 55P are made of steel.
[0007]
  When cutting the material W such as a rare earth magnet, the material W is fixed to the cutting jig J as shown in FIG. 10B or FIG. Next, the material W is cut by relatively moving the cutting jig J side while rotationally driving the grinding wheel shaft on which the grinding wheel 1 is mounted.
[0008]
  In the above cutting, if the peripheral speed of the grinding wheel 1 is increased, the processing efficiency can be improved and the life of the wheel can be extended.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, in the grinding wheel 1, since the superabrasive layer 6 has high hardness and toughness, it can be cut at a high speed exceeding a peripheral speed of 80 m / s, but there is a problem on the disk-like substrate 2 side. .
[0010]
  That is, the steel substrate 2 has a large elongation due to the centrifugal force at the time of rotation, so that the processing accuracy is lowered. Moreover, since steel has a large coefficient of thermal expansion, the steel substrate 2 expands due to heat during grinding and the like, resulting in a decrease in processing accuracy. The substrate 2 of the grinding wheel 1 and the flange 51P / spacer 55P of the grinding wheel holding device 50P are heavy because they are made of steel. Therefore, when the grinding wheel 1 is rotated, a large load is applied to the grinding wheel shaft and the grinding wheel shaft drive motor, and the amount of heat generated in the portion increases. For this reason, these heats are also transmitted to the substrate 2 through the flange 51P and the like, which causes the thermal expansion of the substrate 2 to be further increased.
[0011]
  Further, the substrate 2 may bend without being able to withstand the cutting resistance, and the cut may be bent or rub against the material to be cut W. When the substrate 2 rubs against the material W to be cut, frictional heat is generated, and the substrate 2 is often bent extremely and becomes unusable. Moreover, the grinding wheel 1 may escape at the end of cutting, and burrs may occur.
[0012]
  Recently, although a grinding wheel in which a substrate is formed of a cemented carbide having a small elongation and bending deformation and a high mechanical strength has been developed, it is very expensive compared to the grinding wheel 1 of the steel substrate 2. Also, the grinding wheel of the cemented carbide substrate is heavy like the steel substrate 2 and places a heavy load on the grinding wheel shaft and the grinding wheel shaft drive motor.
[0013]
  By the way, in various industrial fields, non-metallic new materials (ceramics, composite plastic materials, carbon fiber-containing resins, carbon fiber reinforced carbon materials, etc.) are actively used. Even in the field of grinding wheels, it has been proposed to form a substrate with ceramic or composite plastic material, but the present situation is that all the above problems have not been solved.
[0014]
  Accordingly, the present inventor has paid attention to the fact that no attempt has been made to apply a carbon fiber reinforced carbon material as the substrate material of the grinding wheel, and has made various tests while producing a test substrate using the material. As a result, it has been found that if the substrate is formed of a carbon fiber reinforced carbon material, the above inconvenience is eliminated, but a new troublesome problem [the substrate warps. When a part of the mixture of the superabrasive grains and the binder is sintered, the mixture may flow into the side surface portion inside the outer peripheral portion of the substrate and solidify. It is practically impossible to remove the consolidated mixture without damaging the substrate (carbon fiber reinforced carbon material). 〕There has occurred.
[0015]
  The object of the present invention is to achieve a reduction in weight, and when a disc-like substrate is warped or a mixture of superabrasive grains and a binder is sintered, a part of the side surface portion is inside the outer peripheral portion of the substrate. Provided are a grinding wheel manufacturing method and a manufacturing apparatus that can prevent the material from flowing into a solid and solidify, and that are less stretched and thermally deformed, and that the substrate is rubbed with the material during cutting to generate heat and bend or generate burrs. There is.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention of claim 1A disk-shaped substrate made of carbon fiber reinforced carbon material, and a superabrasive layer formed by sintering a mixture of superabrasive grains and a binder on the outer periphery thereof, both sides of the superabrasive layer are the discs In a grinding wheel manufacturing method in which reliefs are formed on both sides protruding from corresponding side surfaces of a shaped substrate, the super mold in the filling groove formed between the outer mold part and the inner mold part and the two mold parts A mold comprising a punch capable of pressing a mixture of grains and a binder, and having a narrow gap leading to the filling groove, and a heating means capable of heating the mixture in the filling groove to a predetermined temperature. In the inner mold portion, the disk-shaped substrate has an outer peripheral portion located in the filling groove and both side surface portions excluding the outer peripheral portion are in close contact with the pressing surfaces of the inner mold portion. Hold the positioning so that it is isolated, and then flank both sides after sintering the mixture into the filling groove Are filled in the same amount, and then the mixture in the filling groove is pressed with a punch and heated to a predetermined temperature by the heating means to be sintered. Of grinding wheel that can flow intoIt is.
[0017]
  In the case of the first aspect of the invention, after positioning the disk-shaped substrate on the inner mold portion, the filling groove is filled with the mixture so that the amount of relief on both sides after sintering is the same, and then the mixture is punched. Heat and sinter while pressing. Here, when the mixture shrinks due to a decrease in temperature, the contraction force of the portion protruding to one side of the mixture and the portion protruding to the other side of the mixture are the same. Therefore, the bending moment does not occur in the substrate due to the shrinkage of the mixture, and it does not warp. Therefore, the superabrasive layer can be formed by finishing the above mixture with high accuracy using one side surface portion of a flat substrate without warping after sintering as a reference surface. Further, by adopting the above-described sintering method, it is possible to effectively prevent the mixture from being solidified by flowing from the outer peripheral portion to the inner side surface portion when part of the mixture is sintered. Therefore, it is possible to prevent the effects of forming the reliefs on both sides (preventing bending due to frictional heat generation on the side surface portion of the substrate and smooth removal of cutting grinding powder generated from the cut portion) from being impaired.In particular, in the case of the present invention, even when a surplus portion of the mixture is generated during sintering, the surplus portion flows into the narrow gap, so that the flow into the both side portions excluding the outer peripheral portion of the substrate is prevented. Therefore, the weight reduction can be achieved, and the effect of the warpage of the disk-shaped substrate and the formation of relief on both sides (prevention of bending due to frictional heat generation on the side surface of the substrate, smooth removal of cutting grinding powder generated from the cut site) is impaired. Can be prevented more reliably. Further, it is possible to manufacture a grinding wheel that has little elongation and thermal deformation, and that does not bend or generate burrs due to heat generated by rubbing against the material when the substrate is cut.
[0018]
  In addition, the carbon fiber reinforced carbon material that is the material of the disk-shaped substrate is a high-strength, high-elasticity carbon material reinforced with carbon fiber, and the reinforced fiber and matrix are all made of carbon (graphite). It inherits the excellent qualities of conventional carbon materials. For example, the carbon fiber reinforced carbon material has a bulk specific gravity of about 1.5 and can be significantly reduced in weight by 1/6 of a steel substrate and 1/5 of a cemented carbide substrate. By this weight reduction, the load applied to the grindstone shaft and the drive motor of the grindstone shaft is reduced, and the amount of heat generated in the portion is reduced. As a result, the amount of heat transfer to the grinding wheel is reduced, and a reduction in processing accuracy due to thermal deformation (thermal expansion) can be suppressed. And the power consumption of a drive motor also becomes small and a running cost can be reduced.
[0019]
  Moreover, the carbon fiber reinforced carbon material has a high tensile strength. Therefore, the substrate made of carbon fiber reinforced carbon material has a small elongation due to the centrifugal force at the time of rotation and can suppress a decrease in processing accuracy. Further, since the substrate has a low coefficient of thermal expansion and creep at a high temperature, thermal deformation at the time of grinding is small, and also from this point, it is possible to suppress a decrease in processing accuracy.
[0020]
  In addition, the substrate made of carbon fiber reinforced carbon material has high mechanical strength, heat dissipation, impact resistance, fracture toughness and heat resistance, and has no fatigue accumulation, so the amount of bending due to cutting resistance is small, and how to cut There is no bending. Further, the substrate does not rub against the material to be cut to generate heat and bend. Moreover, there is no case where the grinding wheel escapes at the end of cutting and burrs are generated.
[0021]
  In addition, the carbon fiber reinforced carbon material is commercially available in plate shapes with different thicknesses. Such plate-like carbon fiber reinforced carbon materials are cheaper than cemented carbide, and can be easily and highly accurately cut using a laser processing machine or the like. Therefore, a high-precision grinding wheel can be provided without increasing the cost.
[0022]
  According to a second aspect of the present invention, the both side surfaces except for the outer peripheral portion of the disk-shaped substrate are covered with a masking material without any gap, and then positioned and held on the inner mold portion of the mold.
[0023]
  In the case of the second aspect of the invention, even when an excessive portion of the mixture is generated during sintering, the excessive portion can be more reliably prevented from flowing into both side surface portions excluding the outer peripheral portion of the substrate. Therefore, weight reduction can be achieved, and the effects of warping the substrate and forming relief on both sides (preventing bending due to generation of frictional heat on the side surface of the substrate, smooth elimination of cutting grinding powder generated from the cut portion) are impaired. Can be prevented. Further, it is possible to manufacture a grinding wheel that can achieve high-precision cutting and the like with little elongation and thermal deformation.
[0024]
  The invention of claim 3A disk-shaped substrate made of carbon fiber reinforced carbon material, and a superabrasive layer formed by sintering a mixture of superabrasive grains and a binder on the outer periphery thereof, both sides of the superabrasive layer are the discs In a manufacturing apparatus for manufacturing a grinding wheel that protrudes from the corresponding side surfaces of the substrate and has reliefs formed on both sides, the outer mold part, the inner mold part, and the filling groove formed between the two mold parts A mold comprising a punch capable of pressing a mixture of superabrasive grains and a binder, and having a narrow gap leading to the filling groove, and a heating means capable of heating the mixture in the filling groove to a predetermined temperature The inner mold portion is a disk-shaped substrate, the outer peripheral portion is located in the filling groove, and both side surface portions excluding the outer peripheral portion are in close contact with the pressing surfaces of the inner mold portion. It is formed so that it can be positioned and isolated so as to be separated from the groove, and the filling groove after the mixture is sintered It is formed so that it can be filled by the same amount of relief on both sides, and a narrow gap leading to the filling groove is formed between the outer mold part and the inner mold part, and an excess part of the mixture is concerned during sintering Grinding wheel manufacturing equipment configured to flow into the gapIt is.
[0025]
  In the case of the invention of claim 3 above, in order to form a superabrasive grain layer on the outer peripheral portion of the disc-shaped substrate, the disc-shaped substrate is first positioned and held in the inner mold portion, and then the mixture is sintered in the filling groove. Fill with the same amount of relief on both sides. Next, in this state, the mixture in the filling groove is heated and sintered while being pressed with a punch.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
  As shown in FIGS. 1 to 4, the grinding wheel 10 according to the present invention has the same basic configuration as the conventional example (FIG. 9), but the disk-shaped substrate 11 is formed from a carbon fiber reinforced carbon material, The superabrasive layer 15 is formed by sintering a mixture M of superabrasive grains and a binder so that the relief amounts (C1 ′, C2 ′) on both sides before finishing are the same.
[0028]
  The grinding wheel 10 can be used for various grinding processes, but in this embodiment, it is used for material cutting. Examples of the material to be cut include a neodymium magnet, an audio head (ferrite), a printed circuit board (alumina), and an electronic component (ceramics, quartz glass, crystal, silicon wafer, etc.).
[0029]
  Next, the carbon fiber reinforced carbon material which is the material of the disk-shaped substrate 11 is obtained by impregnating a resin or pitch into the carbon fiber and curing it, then carbonizing it, and in some cases graphitizing it to increase the density After re-impregnating with matrix resin or pitch, carbonization is repeated several times. In this embodiment, the substrate 11 has an outer diameter of 250 mm or less and a thickness of 0.1 mm to 2.0 mm. In FIG. 4, 14 is a mounting hole.
[0030]
  The carbon fibers are woven fabric, knitted fabric, non-woven fabric, paper, mat, strand, chopped shape, milled shape, and the like. It can be selected appropriately according to the required performance. Carbon fiber fabrics include plain weave, satin weave, multidimensional weave, and multiple weave. The above-mentioned carbon fiber reinforced carbon material is manufactured by laminating a predetermined number of plain weaves or satin weaves made from carbon fibers. In order to prevent delamination, a method of sewing with carbon fiber filaments between fabrics, performing needle punching, or configuring the substrate with one fabric or knitted fabric may be employed.
[0031]
  In addition, carbon fiber strands made of 12K (12,000 filaments) are used as ordinary carbon fibers, but if a recently produced 48K (48,000 filaments) product is used, a bulky woven fabric can be obtained. Made.
[0032]
  On the other hand, since the structure of the carbon fiber reinforced carbon material is desired to be dense, there is a woven fabric composed of carbon fiber strands having as few filaments as possible. In this case, a flat substrate is obtained with less surface irregularities. The carbon fiber reinforced carbon material is usually produced by carbonization under normal pressure. If delamination of the carbon fiber fabric is prevented, delamination can be prevented by heating at the time of pressurization using a hot press.
[0033]
  In this embodiment, CCM (registered trademark) -101C (plate material having a thickness of 2 mm) manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd. is used as the carbon fiber reinforced carbon material. This CCM-101C is formed into a perforated disk shape using a laser processing machine, and the substrate 11 is formed. Carbon fiber reinforced carbon materials that are generally available on the market including this CCM-101C are cheaper than cemented carbide and can be processed easily and with high accuracy. Therefore, it is possible to provide the grinding wheel 10 with high accuracy without increasing the cost.
[0034]
  The disc-shaped substrate 11 formed of such a carbon fiber reinforced carbon material has the following characteristics.
[0035]
    B Since the carbon fiber reinforced carbon material (CCM-101C) has a bulk specific gravity of 1.5 (1/6 of steel, 1/5 of cemented carbide), it is much larger than conventional substrates (such as steel substrates). Weight can be reduced. This weight reduction reduces the load applied to the grindstone shaft and the drive motor of the grindstone shaft. As a result, the amount of heat generated in the portion is reduced, and as a result, the amount of heat transfer to the grinding wheel 10 is reduced, and a reduction in processing accuracy due to thermal deformation (thermal expansion) can be suppressed. Further, the power consumption of the drive motor is reduced, and the running cost can be reduced.
[0036]
    In addition, the carbon fiber reinforced carbon material (CCM-101C) has a high tensile strength (300 MPa). Therefore, the substrate 11 made of carbon fiber reinforced carbon material has a small elongation due to the centrifugal force at the time of rotation and can suppress a decrease in processing accuracy. Further, the substrate 11 has a small coefficient of thermal expansion (parallel to the fiber: 0.3 × 10 −6 K, perpendicular direction to the fiber: 4.0 × 10 −6 K), and also has a small creep at a high temperature. The thermal deformation of is small, and it is possible to suppress a decrease in processing accuracy from this point.
[0037]
    The carbon fiber reinforced carbon material has high mechanical strength, heat dissipation, impact resistance, fracture toughness and heat resistance, and has no fatigue accumulation. Therefore, the amount of bending due to cutting resistance is small and the cutting is bent. Never do. Specifically, CCM-101C has a bending strength of 300 MPa, a bending elastic modulus of 100 GPa, a tensile strength of 300 MPa, a tensile elastic modulus of 100 GPa, and an interlayer shear strength of 13 MPa. The specific heat is 850 J / kgK.
[0038]
  Therefore, the substrate 11 made of carbon fiber reinforced carbon material has a small amount of bending due to the cutting resistance, and the cutting method is not bent. Further, the substrate 11 is not rubbed with the material to be cut to generate heat and bend. Further, there is no possibility that the grinding wheel 10 escapes at the end of cutting and burrs are generated.
[0039]
  Next, the superabrasive grain layer 15 of the present grinding wheel 10 has a clearance (C1 ′) on both sides before finishing using the mold 20 and heating means (not shown) of the manufacturing apparatus shown in FIGS. , C2 ′) are sintered, and the mixture M is sintered and finished by finishing after sintering. In this embodiment, diamond abrasive grains are selected as superabrasive grains and resin bonds are selected as binders from the viewpoint of sharpness. Use metal bonds when durability is more important than sharpness.
[0040]
  Here, the mold 20 of the manufacturing apparatus can press the mixture M in the filling mold 42 formed between the outer mold part (21), the inner mold part 31, and the both mold parts (21, 31). Punch 38. The filling groove 42 of the mold 20 is formed so that the mixture M can be filled by an amount in which the escape amounts (C1, C2) on both sides are the same.
[0041]
  In this embodiment, the outer mold part is formed from an annular outer frame 21 having an inner diameter larger than the outer diameter of the disk-shaped substrate 11. The inner mold portion 31 is in close contact with the lower side plate 32 having a pressing surface 33 that can be in close contact with the lower side surface portion 13B excluding the outer peripheral portion 12 of the substrate 11 and the upper side surface portion 13A of the substrate 11 excluding the outer peripheral portion 12. The upper plate 35 having a possible pressing surface 36 and both the plates (32, 35) so that the pressing surfaces (33, 36) of the plates (32, 35) are in close contact with the upper and lower side surfaces (13A, 13B) of the substrate 11 at a predetermined pressure. (32, 35) and a fixing tool (bolt 37A, nut 37B) capable of tightening and fixing, the outer peripheral portion 12 of the substrate 11 is located in the filling groove 42, and the upper and lower side surface portions (13A, 13B) are both The plate (32, 35) is formed so as to be positioned and held so as to be in close contact with the pressing surface (33, 36) of the plate (32, 35) and to be isolated from the filling groove 42.
[0042]
  More specifically, the lower plate 32 has a thick disk shape, and is fitted to the inner portion of the outer frame 21 with a predetermined clearance (for example, 0.05 to 0.1 mm). A stepped portion 34 for forming a filling groove 42 is provided on the outer circumferential portion of the pressing surface 33 of the lower plate 32. On the other hand, the upper plate 35 is disposed at a position facing the lower plate 32 with the substrate 11 in between, and has a thick disk shape having an outer diameter corresponding to the diameter of the pressing surface 33 of the lower plate 32. Yes. The filling groove 42 is formed by the outer peripheral surface of the upper plate 35, the step portion 34 of the lower plate 32, and the inner peripheral surface of the outer frame 21. An annular punch 38 is press-fitted into the filling groove 42 from above so that the mixture M filled in the groove 42 can be pressed with a predetermined pressure.
[0043]
  A narrow gap 45 leading to the filling groove 42 is formed between the outer frame 21 and the inner mold portion 31, and an excess portion of the mixture M can flow into the narrow gap 45 during sintering. . In this embodiment, when the mixture M in the filling groove 42 is pressed to a predetermined pressure by the punch 38, the annular recess that allows the inflow of the excess portion outside the mixture M is narrowed. A gap 45 is formed. In addition, although the annular recessed part (narrow gap 45) is shown in FIG. 1 (A) etc. considerably larger than an actual dimension for convenience of explanation, it is actually very small.
[0044]
  The superabrasive layer 15 is formed on the outer peripheral portion 12 of the substrate 11 by the following method using the manufacturing apparatus.
[0045]
  First, as shown in FIG. 2A, the lower plate 32 with the fixtures (37A, 37B) is fitted to the inner portion of the outer frame 21. Next, as shown in FIGS. 2B and 2C, the substrate 11 is placed on the pressing surface 33 of the lower plate 32, and the upper plate 35 is covered from above.
[0046]
  In this embodiment, both side portions (13A, 13B) of the substrate 11 are covered with a masking material 47 shown in FIG. Examples of the material of the masking material 47 include a polyimide resin or a photoresist (photosensitive resin) that can withstand high temperatures during sintering. Here, the photoresist is a polymer material that undergoes a chemical reaction due to ultraviolet irradiation, and causes a difference in solubility in a developer between an irradiated part and an unirradiated part. A resist in which the photosensitive portion is insolubilized is called a negative type, and a resist in which the photosensitive portion is solubilized is called a positive type. The negative resist is composed of a cyclized isoprene rubber and a bisazide compound as a photosensitizer. The positive resist is generally a mixture of a novolak resin and a diazo compound.
[0047]
  The covering layer of the masking material 47 is formed on both side portions (13A, 13B) of the substrate 11 by using, for example, a screen printing method. The coating layer is formed by the following procedure.
[0048]
  First, as shown in FIG. 8A, a positive 61 is produced in which portions corresponding to the planar shape (hatched portions in the drawing) of both side surface portions (13A, 13B) of the substrate 11 are filled with black. Next, a negative resist is applied to the entire surface of the screen 62, and then a positive 61 is applied to the screen 62 and irradiated with ultraviolet rays. As a result, the negative resist at the location exposed to ultraviolet rays is cured. Areas that were not exposed to light remain uncured.
[0049]
  When the screen 62 is washed with the developer after the irradiation with ultraviolet rays, only the uncured portion is washed away from the screen 62, and a ring-shaped extraction portion 63 is formed as shown in FIG. 8B. A printing paste J (for example, a negative resist) is placed on the screen printing plate 60 thus produced, and the printing paste J is pushed out from the punched portion 63 of the printing plate 60 using a squeegee 65 [FIG. ), (D)].
[0048]
  As a result, a printed layer having the same shape as the punched portion 63 of the screen printing plate 60 is formed on the upper side surface portion (13A) of the substrate 11 placed on the printing stand 69. The printed layer formed on the upper side surface portion (13A) of the substrate 11 is cured by being irradiated with ultraviolet rays. By performing the above-described procedure on the one side surface portion (13A) and the other side surface portion (13B) of the substrate 11, as shown in FIG. 13A, 13B). Masking is performed by applying a negative resist on each side surface of the substrate 11 and then irradiating with ultraviolet rays through a positive 68 shown in FIG. 8E (the hatched portion is black) and then washing with a developer. A covering layer of the material 47 may be formed.
[0049]
  Next, as shown in FIG. 2 (C), both plates (32, 35) are fixed using fixtures (bolts 37A, nuts 37B). As a result, the outer peripheral portion 12 of the substrate 11 is positioned in the filling groove 42 and both side surface portions (13A, 13B) are in close contact with the pressing surfaces (33, 36) of both plates (32, 35). It is positioned and held so as to be isolated from the filling groove 42.
[0050]
  Next, the amount of the mixture M (superabrasive grains, binder) to be filled in the filling groove 42 is determined by strictly weighing and volume calculation, and the obtained amount of the mixture M is thoroughly agitated and then sintered. As shown in FIG. 1 (B), filling is performed so that the escape amounts (C1 ′, C2 ′) on both sides after ligation are the same.
[0051]
  The reason for adopting such a filling method of the mixture M is as follows.
[0052]
  The present inventor, in the stage of producing a prototype before completing the present invention, similarly to the conventional example (a grinding wheel having a superabrasive layer fixed to the outer peripheral portion of a steel substrate), FIG. As shown in B), the filling groove 42 was filled with the mixture M and sintered so that the upper clearance C1 ′ was slightly larger than the lower clearance C2 ′. Here, in the conventional example, the above-described mixture filling is performed because the upper side surface of the mixture after sintering tends to have more irregularities or less flatness than the lower side surface. This is because it is necessary to take a large finishing allowance for the upper side surface in order to finish the processing and make the upper and lower clearances the same.
[0053]
  However, in the above sintering method, the substrate 11 is warped so as to protrude downward in FIG. In addition, there is a case where a part of the mixture M flows into the inner side surface portions (13A, 13B) of the substrate 11 and is consolidated.
[0054]
  Here, as a result of various investigations on the cause of warping of the substrate 11, when the sintered mixture M is shrunk due to a decrease in temperature, the shrinkage force of the portion of the mixture M protruding above the side surface of the substrate 11 is reduced. Since this is larger than the contraction force of the portion protruding downward, it has been found that a bending moment is generated in the substrate 11 and warps.
[0055]
  Actually, the filling groove 42 is filled with the mixture M so that the upper relief amount C1 ′ is equal to the lower relief amount C2 ′, and the punch M is pressed with a predetermined pressure by the punch 38 with a heating means. When the substrate 11 was sintered at a predetermined temperature (for example, 200 ° C.) for a predetermined time, the substrate 11 was not warped. As a result, as shown in FIG. 1B, the both side surfaces (16A, 16B) and the outer peripheral surface 17 of the mixture M are based on one side surface (13A or 13B) of the flat substrate 11 without warping after sintering. The superabrasive grain layer 15 can be formed by finishing with high precision as a surface. [As shown in FIG. 1C, both escape amounts (C1, C2) after the product is completed are the same. For example, C1 = C2 = 0.05 mm]. Further, the mixture M hardly flows into both side portions (13A, 13B) of the substrate 11.
[0056]
  In the present invention, when an excess portion of the mixture M is generated during sintering, the excess portion flows into the narrow gap 45, so that the flow into the side surface portions (13A, 13B) of the substrate 11 is prevented. Further, since both side portions (13A, 13B) of the substrate 11 are covered with the masking material 47, when the mixture M is sintered, it flows into the both side portions (13A, 13B) of the substrate 11 and is fixed. It can prevent more reliably that it ties.
[0057]
  As a result, the effect of forming reliefs on both sides [the effect of preventing frictional heat from being generated due to the substrate side surface portions (13A, 13B) coming into contact with the material when the material is cut deeply, generated from the material. [Effect of smoothly removing cutting grinding powder and the like] can be prevented from being impaired.
[0058]
  In addition, after sintering, the metal mold | die 20 is decomposed | disassembled and the board | substrate 11 with the mixture M (superabrasive grain layer 15) is taken out. In disassembling the mold 20, an impact is applied to the inner mold part 31 from above while the bottom of the outer frame 21 is supported by a fixture (not shown), and the inner mold part 31 is pulled down together with the punch 38. Then, the punch 38 is removed, and the nut 37B is removed from the bolt 37A. Here, the material that flows into the narrow gap 45 during sintering (a part of the mixture M) is solidified in the narrow gap 45 but is extremely thin, so that it is fixed to the substrate 11 when the impact is applied. Split from mixture M. Therefore, the above-described inner mold portion 31 is not hindered from being pulled out. Moreover, what remains in the narrow gap 45 can be easily removed using a razor or the like.
[0059]
    The above-described grinding wheel 10 is mounted on the grinding wheel shaft 57 using the grinding wheel holding device 50 shown in FIG.
[0060]
  Here, the grinding wheel holding device 50 has a flange 51 that can be attached to and detached from the grinding wheel shaft 57 and can hold the grinding wheel (the grinding wheel 10 in this embodiment) on the outer peripheral portion 52, and the flange 51 is a carbon material. Formed from. Here, examples of the carbon material include carbon materials containing carbon fibers (carbon fiber reinforced carbon materials, carbon fiber dispersed carbon materials, carbon fiber-added carbon materials), isotropic graphite materials, glassy carbon materials, and hard carbon materials. It is done. The grinding wheel may have a conventional steel substrate. In FIG. 5, 59 is a fixing nut.
[0061]
  The spacer 55 used when holding the plurality of grinding wheels (10) on the outer peripheral portion 52 of the flange 51 is also formed of a carbon material. In this embodiment, the flange 51 and the spacer 55 are each formed of a carbon fiber reinforced carbon material.
[0062]
  With the above configuration, the grinding wheel holding device 50 can be significantly reduced in weight. By this weight reduction, the load applied to the grindstone shaft 57 and the drive motor of the grindstone shaft 57 is reduced, and the amount of heat generated in the portion is reduced. As a result, the amount of heat transfer to the grinding wheel (10) is reduced, and a reduction in processing accuracy due to thermal deformation (thermal expansion) can be suppressed. And the power consumption of a drive motor also becomes small and a running cost can be reduced. Moreover, since the flange 51 made of carbon fiber reinforced carbon material has high heat dissipation, it is possible to effectively reduce the heat of the grinding wheel (10), and also from this point, it is possible to suppress a decrease in processing accuracy due to thermal deformation. it can. Further, since the flange 51 and the spacer 55 made of carbon fiber reinforced carbon material have high heat dissipation, the heat of the grinding wheel (10) can also be effectively reduced, and also from this point, the processing accuracy is reduced due to thermal deformation. Can be suppressed.
[0063]
  Of course, the grinding wheel holding device 50 can also be used as a holding device other than the grinding wheel 10 described above (for example, a grinding wheel made of steel).
[0064]
  Moreover, you may form a hard film layer in the surface of the both-sides surface part (13A, 13B) of the board | substrate 11 of the grinding wheel 10. FIG. That is, a hard film made of silicon carbide (SiC), titanium carbide (TiC), tungsten carbide (WC) or the like is formed on the surface of both side portions (13A, 13B) of the substrate 11 by chemical vapor deposition (CVD) or physical You may form using a vapor deposition method (PVD) etc. Thereby, for example, even when the cutting grinding powder or the like hits the substrate side surface portions (13A, 13B) at the time of grinding (material cutting or the like), it is possible to prevent scratches. As a result, the durability can be further improved.
[0065]
【The invention's effect】
  According to the invention of claim 1,Since a narrow gap leading to the filling groove is formed between the outer mold part and the inner mold part, even if an excess part of the mixture is generated during sintering of the mixture, it is possible to remove the outer peripheral part of the substrate from both side parts. Inflow is blocked. Therefore, the weight reduction can be achieved, and the effect of bending the disk-shaped substrate and forming relief on both sides (preventing bending due to frictional heat generation on the side surface of the substrate, smooth elimination of cutting grinding powder generated from the cut part) It can be prevented from being damaged. Further, it is possible to manufacture a grinding wheel that has little elongation and thermal deformation, and that does not bend or generate burrs due to heat generated by rubbing against the material when the substrate is cut.
[0066]
  According to the second aspect of the present invention, since the both side portions excluding the outer peripheral portion of the disc-like substrate are covered with the masking material without gaps, the surplus portion of the mixture flows into the both side portions of the substrate more reliably during sintering. I can stop. Therefore, weight reduction can be achieved, and the effects of warping the substrate and forming relief on both sides (preventing bending due to frictional heat generation on the side surface of the substrate, smooth removal of cutting grinding powder generated from the cut portion) are impaired. Can be prevented. Further, it is possible to manufacture a grinding wheel that can achieve high-precision cutting and the like with little elongation and thermal deformation.
[0067]
  According to the invention of claim 3, the inner mold portion is a disc-shaped substrate, the outer peripheral portion is located in the filling groove, and both side surface portions excluding the outer peripheral portion are in close contact with the pressing surfaces of the inner mold portion. The filling groove is formed so that it can be positioned and held so as to be isolated from the filling groove, and the filling groove is formed so as to be able to fill the mixture of the superabrasive grains and the binder by the same amount of relief on both sides. A narrow gap leading to the filling groove is formed between the mold part and the inner mold part, and the excess part of the mixture can flow into the gap during sintering, so that weight reduction can be achieved and a disk shape It can be prevented that the substrate is warped or the effect of forming reliefs on both sides (bending prevention effect due to frictional heat generation on the side surface portion of the substrate, smooth elimination effect of cutting grinding powder generated from the cut portion) is impaired. Further, it is possible to manufacture a grinding wheel that has little elongation and thermal deformation, and that does not bend or generate burrs or the like due to heat generated by rubbing against the material when the substrate is cut.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram for explaining a grinding wheel of the present invention, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus.
FIG. 2 is also a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing method and a manufacturing apparatus.
FIG. 3 is also a longitudinal sectional view for explaining a narrow gap of a mold.
FIG. 4 is also a view for explaining the appearance of a grinding wheel.
FIG. 5 is also a longitudinal sectional view for explaining a grinding wheel holding device.
FIG. 6 is also a diagram for explaining problems in forming a superabrasive grain layer.
FIG. 7 is also a view for explaining a masking material.
FIG. 8 is also a view for explaining a method of forming a masking material covering layer.
FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional grinding wheel.
FIG. 10 is a view for explaining a conventional grinding wheel holding device (1).
FIG. 11 is a view for explaining a conventional grinding wheel holding device (2).
[Explanation of symbols]
10 Grinding wheel
11 Substrate
12 outer periphery
13A, 13B Side part
15 Superabrasive layer
20 Mold
21 Outer frame (outer mold part)
31 Inner mold part
32 Lower plate
33 Press surface
35 Upper plate
36 Press surface
38 punch
42 Filling groove
45 Narrow gap

Claims

A disk-shaped substrate made of carbon fiber reinforced carbon material, and a superabrasive layer formed by sintering a mixture of superabrasive grains and a binder on the outer periphery thereof, both sides of the superabrasive layer are the discs In the method for manufacturing a grinding wheel in which reliefs are formed on both sides protruding from the corresponding side surfaces of the substrate,
A narrow gap is formed which comprises an outer mold part, an inner mold part, and a punch capable of pressing a mixture of superabrasive grains and a binder in a filling groove formed between the two mold parts. And a heating means capable of heating the mixture in the filling groove to a predetermined temperature,
In the inner mold portion, the disk-shaped substrate has an outer peripheral portion located in the filling groove and both side surface portions excluding the outer peripheral portion are in close contact with each pressing surface of the inner mold portion, and the filling groove and Position and hold so as to be isolated, and then fill the filling groove with the mixture so that the amount of relief on both sides after sintering is the same, and then press the mixture in the filling groove with a punch A method for producing a grinding wheel, wherein the heating means is heated to a predetermined temperature and sintered, and an excess portion of the mixture can flow into the narrow gap during the sintering.

The method for manufacturing a grinding wheel according to claim 1, wherein both side portions of the disc-like substrate except for the outer peripheral portion are covered with a masking material without a gap, and then positioned and held on the inner mold portion of the mold.

A disk-shaped substrate made of carbon fiber reinforced carbon material, and a superabrasive layer formed by sintering a mixture of superabrasive grains and a binder on the outer periphery thereof, both sides of the superabrasive layer are the discs In a manufacturing apparatus for manufacturing a grinding wheel that protrudes from the corresponding side surfaces of the substrate and has relief formed on both sides,
A narrow gap is formed which consists of a punch capable of pressing the mixture of the superabrasive grains and the binder in the filling groove formed between the outer mold part and the inner mold part and the mold part, and leading to the filling groove. And a heating means capable of heating the mixture in the filling groove to a predetermined temperature,
The inner mold portion is a disc-shaped substrate, the outer peripheral portion is located in the filling groove, and both side surface portions excluding the outer peripheral portion are in close contact with the pressing surfaces of the inner mold portion, and are isolated from the filling groove. The filling groove is formed so as to be able to be filled by an amount in which the amount of relief on both sides after sintering the mixture is the same between the outer mold part and the inner mold part. And a grinding wheel manufacturing apparatus in which a narrow gap leading to the filling groove is formed, and an excess portion of the mixture can flow into the gap during sintering.