JP5900298B2 - レジン砥石切断刃及び希土類磁石のマルチ切断加工方法 - Google Patents

レジン砥石切断刃及び希土類磁石のマルチ切断加工方法 Download PDF

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Description

本発明は、希土類磁石合金をマルチ切断する場合に用いるレジン砥石切断刃及び希土類磁石のマルチ切断加工方法に関するものである。
希土類磁石の製品を製造する場合、プレス成形の段階で製品形状とほぼ同様な形状とする1個取りを行う場合と、大きなブロック状に成形し、加工工程で切断する場合(多数個取り)がある。1個取りの場合、成形品、焼結・熱処理品及び加工処理品(製品)において、形状と大きさがほぼ同じであり、正常な焼結をすることができれば、加工工程の負担が比較的少なく、ニアネットシェイプな焼結体を得ることができる。但し、小さい製品や磁化方向の厚みが薄い製品を製造する場合、プレス成形、焼結において正常な形状の焼結体を得ることが難しくなり、歩留まりの劣化を招き易く、ひどい場合は製造できなくなってしまう。
これに対し、多数個取りの場合、上記のような問題もなく、またプレス成形、焼結・熱処理等の工程での生産性が高く、汎用性もあるため希土類磁石製造の主流となってきている。但し、この場合、成形品及び焼結・熱処理品においては、形状と大きさがほぼ同じであるが、その後の工程である加工時に切断工程が必要であり、いかに効率よく無駄なく切断加工して、加工処理品を得ることができるかが重要なポイントとなってくる。
希土類磁石の切断刃としては、薄板ドーナツ状円板の内周部分にダイヤモンド砥粒を接着したダイヤモンド砥石内周刃や、薄板円板を台板としてその外周部分にダイヤモンド砥粒を固着したダイヤモンド切り刃部の2種類があるが、最近では特に生産性の点から外周刃を用いた切断が主流となってきている。即ち、内周刃の場合、単刃切断であり生産性が低いのに対し、外周刃の場合、例えば、図1に示されるような、外周縁部に砥粒部(切り刃部)11aを薄板ドーナツ円板状の砥石台板11bに固着した切断刃11を複数、スペーサー12を介して回転軸(シャフト)(図示せず)に取り付け、組み上げたマルチ切断刃1を用いれば、一度に多数個取りができるいわゆるマルチ切断が可能であるためである。
このような外周刃のダイヤモンド砥粒の結合剤として、樹脂結合剤であるレジンボンド、金属結合剤であるメタルボンド及びメッキによる電着の3種類が代表的であり、希土類磁石の切断に広く使用されている。
切断砥石を使用して希土類磁石を切断加工するとき、前述のようにある大きさのブロックを切断して多数の製品を切り出す場合には、切断砥石の刃厚と被切断物(希土類磁石)の材料歩留まりとの関係が非常に重要となり、できるだけ薄い刃を用い、しかも精度よく切断して切断加工代を少なくし、切断屑を減らし、得られる製品の数を多くして材料歩留まりを上げ、生産性を高めることが肝要である。
材料歩留まりの観点から、薄い切断刃にするためには、当然砥石台板を薄くする必要がある。図1に示されるような切断刃11の場合、その砥石台板11bの材質として従来は主に材料コスト及び機械強度の点から鉄鋼材料が用いられており、特に実用化されているものとして、JIS規格でSK、SKS、SKD、SKT、SKH等と規定される合金工具鋼が専ら使用されてきた。しかし、希土類磁石のような硬質材料を薄い切断刃によって切断しようとすると、前述した従来の合金工具鋼の合板では機械強度が不足し、切断に際し湾曲などの変形を生じ、寸法精度が失われてしまう。
この改善策として、超硬合金を用いた台金を使用し、レジンボンド、メタルボンド及びメッキ電着の結合剤でダイヤモンド、cBN等の高硬度砥粒を台金に結合した希土類磁石合金用切断刃が開発され(特許文献1:特開平10−175172号公報)、超硬合金を台金材料として使用することにより、加工時の応力による座屈変形が軽減され、希土類磁石を精度よく切断できるようになった。しかし、希土類磁石の切断において、切り刃部と希土類磁石の摩擦抵抗が高い場合、精度のよい加工が行えない。特に直接研削を行っていない切り刃部側面と希土類磁石との摩擦が大きいと研削抵抗が大きくなり、超硬合金の台金を使用したとしても、チッピングや曲がりが生じ、加工状態に悪影響を及ぼす。
このような問題点を解決するために、研削液に脂肪酸等の潤滑性を有する成分を混合するなどの対策が取られているが、切断刃と被切断物である希土類磁石との間の空間は非常に狭く、切断中に切断刃と希土類磁石の間にクーラントを効率よく介在させることは非常に困難であった。
特開平10−175172号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、希土類磁石のマルチ切断において、切断刃と希土類磁石の切断抵抗を軽減し、従来に比べて薄い切断刃を用いても、高精度な切断を高速に行うことができる希土類磁石のレジン砥石切断刃及び希土類磁石のマルチ切断加工方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、薄板円板状又は薄板ドーナツ円板状の台板の外周縁部に切り刃部を備える切断砥石ブレード(切断刃)を回転軸にその軸方向に沿って所定の間隔で複数配設し、上記複数の切断砥石ブレードを回転させて希土類磁石をマルチ切断加工する際に用いる切断刃において、切り刃部の材質が、切断時の切り刃部と磁石の摩擦を下げる性質の材料(潤滑補助剤)を含有するレジン砥石切断刃を開発した。該切断刃を用いて希土類磁石を切断することで、切断抵抗を軽減でき、より薄い切断砥石刃を用いても従来通りの切断生産性、精度が得られることを知見し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、以下の希土類磁石マルチ切断用のレジン砥石切断刃及び希土類磁石のマルチ切断加工方法を提供する。
〔1〕
薄板円板状又は薄板ドーナツ円板状の台板の外周縁部に幅0.2〜2mmの切り刃部を備える切断刃を回転軸にその軸方向に沿って所定の間隔で複数配設し、上記複数の切断刃を回転させて希土類磁石をマルチ切断加工する際に用いる切断刃において、
上記切り刃部の材質が、砥粒とその結合剤としてレジンとを含むものであり、
かつ上記砥粒としてダイヤモンド及び/又はcBNを10〜40質量%含有し、
構造材として粒径の範囲がそれぞれ1〜100μmのSiC、1〜100μmのSiO 2 、1〜100μmのAl 2 3 、0.1〜50μmのWC、1〜200μmのFe,Ni,Cuから選ばれる1種又は2種以上を20〜60質量%含有し、
切断時の切り刃部と切断される被切断物との摩擦を下げる潤滑補助剤として粒径の範囲がいずれも1〜200μmのボロンナイトライド、カーボン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、フッ化黒鉛、及びポリテトラフルオロエチレンから選ばれる1種又は2種以上を1〜50質量%含有し、
更に上記レジンとして熱硬化性樹脂を10〜50質量%含有することを特徴とするレジン砥石切断刃。
〔2〕
上記潤滑補助剤の配合量が、ボロンナイトライドでは1〜40質量%、カーボンでは1〜40質量%、二硫化モリブデンでは1〜40質量%、二硫化タングステンでは5〜50質量%、フッ化黒鉛では5〜40質量%、ポリテトラフルオロエチレンでは5〜40質量%である〔1〕記載のレジン砥石切断刃。
〔3〕
上記砥粒の粒径範囲が10〜200μmである〔1〕又は〔2〕記載のレジン砥石切断刃。
〔4〕
上記結合剤の熱可塑性樹脂が、フェノール樹脂、メラミン樹脂、又は尿素樹脂である〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のレジン砥石切断刃。
〔5〕
〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のレジン砥石切断刃を回転軸にその軸方向に沿って所定の間隔で複数配設したカッターを用い、上記複数の切断刃を回転させて希土類磁石をマルチ切断加工することを特徴とする希土類磁石のマルチ切断加工方法。
本発明によれば、希土類磁石のマルチ切断において、従来に比べて切断抵抗を少なくでき、切断後の精度向上が図れ、その結果、刃厚の薄いマルチ切断砥石ブレードを用いても、高精度な切断を高速に行うことができ、産業上その利用価値は極めて大きい。
本発明に用いるマルチ切断砥石ブレードの一例を示し、(a)は斜視図、(b)は断面図である。 切断刃の一部省略断面図である。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明に係るレジン砥石切断刃(切断砥石ブレード)は、図2に示したように、薄板円板状又は薄板ドーナツ円板状の台板21の外周縁部に切り刃部22を備える切断刃23を回転軸にその軸方向に沿って所定の間隔で複数配設し、上記複数の切断刃を回転させて希土類磁石をマルチ切断加工する際に用いる切断刃において、切り刃部の材質が、砥粒24とその結合剤としてレジンとを含むと共に、切断時の切り刃部と切断される被切断物との摩擦を下げる潤滑補助剤を含有することを特徴とするものである。
この場合、潤滑補助剤としては、ボロンナイトライド、カーボン(黒鉛、無定形炭素)、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、フッ化黒鉛、及びポリテトラフルオロエチレンから選ばれる1種又は2種以上が用いられるが、これら潤滑補助剤が切断刃の内部に存在していることから、通常の切断時にはクーラントによる潤滑効果を効率的に行うことがなかなかできなかった、切り刃部側面と被切断磁石との間の摩擦力を効率よく下げることができ、切断中の刃先のブレを防ぐことができる。このことにより、切断刃は切断刃のラジアル方向のみに力を伝えることができ、薄い台金を用いた抗折力の小さなカッターでも精度よく切断を行うことができる。
潤滑補助剤の量は少ないと側面部の摩擦低減効果が低く、多いと構造材としては強度が弱いため、カッターの切り刃部の強度を低下させてしまうばかりか研削加工面の摩擦力が低下してしまい、研削効率が悪化するおそれがあることから、切り刃部を形成する材料中1〜50質量%含有することが好ましい。この場合、特にボロンナイトライドでは1〜40質量%、カーボン(黒鉛、無定形炭素)では1〜40質量%、二硫化モリブデンでは1〜40質量%、二硫化タングステンでは5〜50質量%、フッ化黒鉛では5〜40質量%、ポリテトラフルオロエチレンでは5〜40質量%が好ましい。更に好ましくは、ボロンナイトライドでは5〜30質量%、カーボン(黒鉛、無定形炭素)では5〜30質量%、二硫化モリブデンでは5〜30質量%、二硫化タングステンでは10〜40質量%、フッ化黒鉛では10〜30質量%、ポリテトラフルオロエチレンでは10〜30質量%である。これらの潤滑補助剤2種類以上を同時に用いる場合にも1〜50質量%の範囲で使用することが肝要であり、好ましくは5〜40質量%がよい。
潤滑補助剤の粒径については、切り刃部の幅が0.2〜2mmであり、0.2mm(200μm)を超える粒径は不適切であり、あまり細かいと嵩が増し、カッターの切り刃部の強度低下を招くため、1μm以上が好ましい。特に好ましくは10〜150μmである。
上記切り刃部を形成する材料は、上記潤滑補助剤を含有するが、砥粒及び結合剤としてレジンを含むほか、構造材として、粒径範囲がそれぞれ1〜100μmのSiC、1〜100μmのSiO2、1〜100μmのAl23、0.1〜50μmのWC、1〜200μmのFe,Ni,Cuのうち1又は複数種類を用いることが好ましいが、構造材の役割としては、切り刃部の強度を上げ切断中のカッター進行方向に垂直な方向への切り刃部の変形を防ぎ、切断中の刃先のブレを防ぐことにより、切断刃はラジアル方向のみに力を伝えることができ、薄い台金を用いた抗折力の小さなカッターでも精度よく切断を行うことができる。構造材の粒径があまりに細かいと嵩が大きくなり、切り刃部で十分な強度が得られなくなり、逆に大きいと切り刃部の幅に対し1個の粒しか存在しないことになり、やはり強度の低下を招く。従って上記の粒径が好ましい。更に好ましくは、2〜50μmのSiC、2〜50μmのSiO2、2〜50μmのAl23、1〜30μmのWC、10〜150μmのFe,Ni,Cuである。
上記構造材の含有量が、上記材料中20〜60質量%であることが好ましく、更に好ましくは25〜50質量%である。その量が少なすぎると上記効果を発揮し難く、多すぎると、切り刃部の強度が損なわれるおそれがある。
上記砥粒としては公知のものを使用し得るが、ダイヤモンドやcBNが好ましい。その粒径範囲は10〜200μmであることが好ましく、より好ましくは50〜200μmである。200μmより大きいと、切り刃部より大きくなってしまい、細かい場合は研削効率が悪くなり、高速切断がしにくく、生産性が損なわれるおそれがある。使用量は20〜60質量%がよく、特に好ましくは20〜40質量%である。少ない場合は、研削量が少なくなり、多すぎると切り刃部の強度が損なわれるためである。
潤滑補助剤、構造材及びダイヤモンドやcBNを高強度に結合し、薄くても剛性の高い切り刃部を形成させる結合剤としては、熱硬化性樹脂が最適であり、このうちフェノール樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂が特に好ましい。特にフェノールとホルムアルデヒドを縮合して得られるフェノールホルムアルデヒド樹脂は耐熱、耐水性に優れ、構造材を強力に結着するので最適である。メラミンとホルムアルデヒドから作られるメラミン樹脂も好ましい。結合剤は10〜50質量%が好ましい。少ないと他の構造材を結着する力が弱く、多すぎると他の構造材の量が少なくなり、強度不足や、研削量不足、潤滑不良を引き起こす。
上記切り刃部が形成される台板の材質としては、超硬合金が好ましく、上記特許文献1で示された超硬合金が好適に用いられる。
本発明は、希土類磁石を好適に切断の対象とし、この被切断物である希土類磁石(希土類焼結磁石)は特に限定されるものではないが、一例を挙げれば、特にR−Fe−B系(RはYを含む希土類元素のうちの少なくとも1種、以下同じ)の希土類磁石(希土類焼結磁石)の切断に好適に適用できる。
R−Fe−B系希土類焼結磁石としては、質量百分率で5〜40%のR、50〜90%のFe、0.2〜8%のBを含有するもの、更に、磁気特性や耐食性を改善するために、必要に応じてC,Al,Si,Ti,V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Zr,Nb,Mo,Ag,Sn,Hf,Ta,Wなどの添加元素の1種以上を含むものが好適である。これらの添加元素の添加量は、Coの場合は30質量%以下、その他の元素の場合は8質量%以下が通常である。添加元素をこれ以上加えると逆に磁気特性を劣化させてしまう。
R−Fe−B系希土類焼結磁石は、例えば、原料金属を秤量して、溶解、鋳造し、得られた合金を平均粒径1〜20μmまで微粉砕し、R−Fe−B系希土類永久磁石粉末を得、その後、磁場中で成形し、次いで1,000〜1,200℃で0.5〜5時間焼結し、更に400〜1,000℃で熱処理して製造することが可能である。
なお、上記レジン切断刃を用いたカッターにて希土類磁石をマルチ切断加工する方法としては、公知の方法が採用し得る。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[実施例1]
超硬合金(WC−90質量%/Co−10質量%の組成)製の120mmφ×40mmφ×0.3mmtのドーナツ円板状の台板の外周縁部に潤滑補助剤として粒径が5〜30μmのグラファイト10質量%、構造材として#800のSiC(GCパウダー)40質量%及び結合剤フェノールホルムアルデヒド樹脂25質量%をダイヤモンド砥粒(平均粒径150μmの人工ダイヤモンドを25質量%含有させた)と共にプレスし、加熱し、レジンボンド砥石部(切り刃部)を作製した。その後これを加工し、外周切断刃(切断砥石ブレード)を作製した。切り刃部の台板からの突き出しは片側0.05mm、即ち、切り刃部の幅(台板の厚さ方向の幅)は0.4mmとした。切り刃部長さは2.5mm、即ちカッター外径は125mmφである。
この外周切断刃を用いて、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石を被切断物として切断試験を行った。切断試験は次のような条件で行った。外周切断刃を、スペーサーを挟んで2.1mm間隔で41枚組んでマルチ切断砥石ブレードとした。スペーサーは85mmφ×40mmφ×2.1mmtのものを用いた。これは、切断後の希土類磁石の厚さを2.0mmtとする設定である。
41枚の該外周切断刃と40枚のスペーサーで組んだマルチ切断砥石ブレードにより前記のNd−Fe−B系希土類焼結磁石を切断した。希土類焼結磁石は長さ101mm×幅30mm×高さ17mmに竪両頭研磨機を用いて6面とも±0.05mmの精度に加工したものを用いた。長さ方向に外周切断刃で切断し、一度に2.0mm厚の製品を40枚得ることができる。
切断操作は以下の通りとした。
使用する研削液は30L/minとし、マルチ切断砥石ブレードを7,000rpm(周速46m/sec)で回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、20mm/minの速度で切断した。
作製した外周刃を用いて切断された希土類磁石は、切断面間の中央部の厚みをマイクロメーターで測定し、切断寸法管理幅とした2.0±0.05mmであれば合格とし、寸法が外れた場合には、スペーサー厚みを調整し、管理幅内に入るようにマルチ切断砥石ブレードの修正を行った。更に、同じ外周切断刃の位置でスペーサー調整を3回以上実施の場合には、外周切断刃の安定性がないものと判断し、新しい外周切断刃と交換した。このような条件下、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石1,000ブロックを切断した。下記表1に切断状態の評価結果を示した。
[比較例1]
以下の切り刃部の組成以外は実施例1と同様にしてNd−Fe−B系希土類焼結磁石1,000ブロックの切断を実施した。下記表1に切断状態の評価結果を示した。
比較例1の切り刃部の組成は、ドーナツ円板状の台板の外周縁部に構造材として#800のSiC(GCパウダー)45質量%及び結合剤フェノールホルムアルデヒド樹脂30質量%、ダイヤモンド砥粒(平均粒径150μmの人工ダイヤモンド)を25質量%とした。
表1から明らかなように、本発明のマルチ切断加工方法によって、刃厚が薄くても長期に亘り寸法精度が安定し、スペーサー厚の調整、外周切断刃の交換等を減らすことができ、生産性の向上が図れることが確認された。
[実施例2〜10、比較例2]
超硬合金(WC−90質量%/Co−10質量%の組成)製の95mmφ×40mmφ×0.3mmtのドーナツ円板状の台板の外周縁部に下記表2に示される組成の切り刃部を作製した。切り刃部の台板からの突き出しは片側0.025mm、即ち、切り刃部の幅(台板の厚さ方向の幅)は0.35mmとした。切り刃部長さは2.5mm、即ちカッター外径は100mmφである。
この外周切断刃を用いて、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石を被切断物として切断試験を行った。切断試験は次のような条件で行った。外周切断刃を、スペーサーを挟んで1.05mm間隔で38枚組んでマルチ切断砥石ブレードとした。スペーサーは70mmφ×40mmφ×1.05mmtのものを用いた。これは、切断後の希土類磁石の厚さを1.0mmtとする設定である。
38枚の外周切断刃と37枚のスペーサーで組んだマルチ切断砥石ブレードを、図1のようにマルチ組みし、カッター最下端は、希土類磁石下面の2mm下になるようにセットした。
また、被切断物であるNd−Fe−B系希土類焼結磁石は長さ50mm×幅30mm×高さ12mmに竪両頭研磨機を用いて6面とも±0.05mmの精度に加工したものを用いた。外周切断刃で切断し、一度に1.0mm厚の製品を多数個取りするが、この場合、磁石1ブロックから37枚を得る37枚取りである。
使用する研削液は30L/minとし、マルチ切断砥石ブレードを7,000rpm(周速37m/sec)で回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、20mm/minの速度で切断した。
作製した実施例2〜10及び比較例2の外周刃を用い、それぞれ上記のNd−Fe−B系希土類焼結磁石を1,000ブロック切断し、切断された希土類磁石の切断面間の中央部の厚みをマイクロメーターで測定し、切断寸法管理幅とした1.0±0.075mm狙いとし測定値のCpkを計算し、下記表2に結果を示した。
表2から明らかなように、本発明の潤滑補助剤を用いたマルチ切断刃使用によって、0.35mmという非常に薄刃切断時においても精度よく切断を行うことができ、更なる取り数向上が図れることがわかった。
1 マルチ切断刃
11 切断刃
11a 切り刃部
11b 台板
12 スペーサー
21 台板
22 切り刃部
23 切断刃
24 砥粒

Claims (5)

  1. 薄板円板状又は薄板ドーナツ円板状の台板の外周縁部に幅0.2〜2mmの切り刃部を備える切断刃を回転軸にその軸方向に沿って所定の間隔で複数配設し、上記複数の切断刃を回転させて希土類磁石をマルチ切断加工する際に用いる切断刃において、
    上記切り刃部の材質が、砥粒とその結合剤としてレジンとを含むものであり、
    かつ上記砥粒としてダイヤモンド及び/又はcBNを10〜40質量%含有し、
    構造材として粒径の範囲がそれぞれ1〜100μmのSiC、1〜100μmのSiO 2 、1〜100μmのAl 2 3 、0.1〜50μmのWC、1〜200μmのFe,Ni,Cuから選ばれる1種又は2種以上を20〜60質量%含有し、
    切断時の切り刃部と切断される被切断物との摩擦を下げる潤滑補助剤として粒径の範囲がいずれも1〜200μmのボロンナイトライド、カーボン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、フッ化黒鉛、及びポリテトラフルオロエチレンから選ばれる1種又は2種以上を1〜50質量%含有し、
    更に上記レジンとして熱硬化性樹脂を10〜50質量%含有することを特徴とするレジン砥石切断刃。
  2. 上記潤滑補助剤の配合量が、ボロンナイトライドでは1〜40質量%、カーボンでは1〜40質量%、二硫化モリブデンでは1〜40質量%、二硫化タングステンでは5〜50質量%、フッ化黒鉛では5〜40質量%、ポリテトラフルオロエチレンでは5〜40質量%である請求項1記載のレジン砥石切断刃。
  3. 上記砥粒の粒径範囲が10〜200μmである請求項1又は2記載のレジン砥石切断刃。
  4. 上記結合剤の熱可塑性樹脂が、フェノール樹脂、メラミン樹脂、又は尿素樹脂である請求項1〜3のいずれか1項に記載のレジン砥石切断刃。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のレジン砥石切断刃を回転軸にその軸方向に沿って所定の間隔で複数配設したカッターを用い、上記複数の切断刃を回転させて希土類磁石をマルチ切断加工することを特徴とする希土類磁石のマルチ切断加工方法。
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