JPH01146664A - ブリツヂ型メタルボンドダイヤモンド砥石およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 ダイヤモンド砥石はセラミックスなどの硬脆材料の研削
加工に用いられ、その応用範囲は急速に拡大し重要性を
増している。近年、これら硬脆材料はその機械的性質の
向上とともに研削加工の困難ないわゆる難削材となり、
現在市販されているダイヤモンド砥石では切れ味、耐久
性、ツルーイングおよびドレッシングなど研削加工に必
要な性能の点で不充分となり、高性能のダイヤモンド砥
石の出現が望まれている。本発明はこのような産業界の
要望に完全に応えようとするものである。

（ロ）従来の技術 石材やいわゆるオールドセラミックスと称される研削加
工の容易ないわゆる易削性の硬脆材料の研削加工は一般
のメタルボンドダイヤモンド砥石で容易に行うことがで
きる。メタルボンドダイヤモンド砥石は１強靭で熱伝導
性の良好な金属を素地とし、これにダイヤモンド砥粒が
埋め込まれたいわゆるマトリックス型構造を有しており
、耐摩耗性が良好で、ダイヤモンド砥粒に熱がこもらな
いため研削能力の低下が少ない。しかし、金属マトリッ
クスが切れ味を阻害し１通常の研削条件では研削抵抗が
極めて高く、利用は易削性の硬脆材料に限られ、いわゆ
るニューセラミックスなどの難削性のものに対しては全
く歯が立たない、また精密研削作業の前提として必要な
ツルーイングおよびドレッシングが非常に困難である。

このため、比較的難削性の硬脆材料の研削加工に対して
はレジンボンドダイヤモンド砥石が使用されている。レ
ジンボンドダイヤモンド砥石は。

軟質で減耗し易い合成樹脂を素地とし、これにダイヤモ
ンド砥粒が埋め込まれたマトリックス型構造を有してお
り９合成樹脂結合剤は容易に減耗してダイヤモンド砥粒
の切れ刃が突出して切れ味を持続することができる。し
かし、著しく難削性の硬脆材料に対しては、結合剤の有
する弾性のため。

ダイヤモンド切れ刃が加工物へ喰い込みに＜＜。

研削加工能力が乏しい。また、結合剤の耐熱性が低く、
熱伝導率が悪い欠点があるほか、ツルーイングおよびド
レッシングがかなり困難である。

近年、著しく難削性の硬脆材料の研削加工を行う必要性
が増大しており、切れ味が良好でツルーイングおよびド
レッシングが容易なダイヤモンド砥石に対する強い要望
に応えるため、ビトリファイドダイヤモンド砥石が出現
した。この砥石はダイヤモンド砥粒をガラス質の結合剤
で架橋して接合したブリッヂ型ダイヤモンド砥石で、気
孔率が高く、それらの気孔はお互いに連続していわゆる
連通気孔であり、切り屑を排出する役目のチップポケッ
トとして作用するため、切り屑の排出が容易で目詰まり
がなく、結合剤がガラス質であるため剛性に冨み、切り
込みをかけただけ研削できるた均切り残しがなく切れ味
が良好である。また。

ツルーイングおよびドレッシングが容易である。

この砥石の欠点は結合剤がガラス質で脆弱である上、ブ
リッヂ型であるため、苛酷なまたは振動を伴う研削条件
では砥石の減耗が著しい。また、結合剤の熱伝導率が悪
いため、ダイヤモンド砥粒に熱がこもって研削性能が低
下することがある。

なお、メタルボンドダイヤモンド砥石の切れ味が悪いと
いう欠点を改良するため、金属マトリックス部に、製造
前にあらかじめ可溶性物質を添加し、焼結後に溶解除去
を行って気孔を生ぜしめる方法が開発されているが２本
質的にはマトリックス型メタルボンドダイヤモンド砥石
であり、根本的解決ではない。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 メタルボンドダイヤモンド砥石の結合剤は強靭で耐摩耗
性に富み、熱伝導性も良好であるため。

本質的には最もすぐれているが、マトリックス型構造の
ため充分その性能を発揮できず、難削性の硬脆材料の研
削加工は不可能である。一方、ビトリファイドダイヤモ
ンド砥石は砥粒、結合剤、気孔の三要素からなる理想的
な構造の砥石であるが。

結合剤が脆弱で熱伝導性が悪いという欠点がある。

このような観点から、構造はビトリファイドダイヤモン
ド砥石で、結合剤が金属であれば、切れ味。

耐久性、ツルーイングおよびドレッシングの点で極めて
すぐれた性能を示すことが考えられる。しかし、このよ
うな理想的なブリッヂ型メタルボンドダイヤモンド砥石
の製造は全く不可能であった。

これは、金属とダイヤモンドの接合が一般に不良である
ことと、成形助剤として金属粉末に有機−時結合剤を加
えると、窒素、アンモニア、アルゴンまたは水素の雰囲
気中または真空度１０−’〜１０−５の真空中で焼結す
る際に有機−時結合剤が炭化して金属の溶融焼結を妨げ
ることによる。

（ニ）問題を解決するための手段 本発明は前述に鑑み、それぞれのダイヤモンド砥粒が、
■、属金属を主成分とし遷移金属と融点１５６〜４２０
℃の低融点金属を従成分とする合金柱で架橋接合されて
いることを特徴とするもので。

ダイヤモンド砥粒を遷移金属の薄層で化学還元メッキ法
により被覆し、さらに、　　Ｉｂ属金属を化学還元メッ
キ法により被覆し、さらに、融点１５６〜４２０℃の低
融点金属を化学置換メッキ法により被覆した金属多層被
覆ダイヤモンド砥粒を成形用型に装填して加圧成形し、
窒素、アンモニア、アルボンまたは水素の雰囲気中また
は真空度１０−１〜１０１Ｔｏｒｒの真空中で溶融焼結
させて、ダイヤモンド砥粒間に合金柱を成長させて架橋
することを特徴とするものである。

（ホ）作用 本発明の作用を図面に基づいて説明すると、第１図の（
ａ）〜（ｄ）は金属多層被覆ダイヤモンド砥粒の製造工
程を示すもので、（ａ）はダイヤモンド砥粒ｌを示し、
（ｂ）は前記砥粒ｌに化学還元メッキ法によって遷移金
属２の薄層を被覆した状況を示す。この遷移金属２はダ
イヤモンドとの親和力が強いのでダイヤモンド砥粒との
接合力は大きい。次に。

（Ｃ１は前記山）にさらに、化学還元メッキ法によって
Ｉｂ属金属を３被覆した状況、（ｄ）はさらに、化学置
換メッキ法によって低融点金属４を被覆した状況を示す
。

次に、第２図の（ａ）〜（Ｃ）はブリッヂ型メタルボン
ドダイヤモンド砥石の製造工程における結合剤の変化過
程を示すもので、（ａ）は金属多層被覆ダイヤモンド砥
粒を加圧成形することによって砥粒が接触した状態を示
し、１１属金属は比較的軟質であるので、加圧成形時に
各砥粒が接触して接合し。

成形強度を保持することができるが、最外周部の軟質の
低融点金属４の被覆により成形強度はさらに向上する。

世）は焼結中に、温度が溶融焼結温度に上昇する過程で
各金属が拡散によって均一に合金化して接触部が融合し
始めた状態を示し、ダイヤモンド砥粒との接合力の向上
に役立った遷移金属２は焼結中にＩｂ属金属を３低融点
金属４と互いに合金５化する。Ｉｂ属金属を３．この砥
石の結合剤の主成分を占め、その融点は９６１〜１０８
５℃であり９合金５の融点は更にこれより低い。従って
、この温度で、窒素、アンモニア、アルゴンまたは水素
の雰囲気中または真空度１０−１〜１０’　Ｔｏｒｒの
真空中で焼結すれば、ダイヤモンドが黒鉛化する温度で
ある１１００℃より低いため、ダイヤモンドが消失ない
し劣化することがない。次に（Ｃ）は溶融焼結温度に保
持中に１合金柱６が成長し、ブリッヂ型メタルボンドダ
イヤモンド砥石が完成した状態を示す。この合金柱６は
ダイヤモンド砥粒の結合剤に適した硬度と剛性を有して
おり、ブリッヂ型メタルボンドダイヤモンド砥石のすぐ
れた切れ味、耐久性、ツルーイング性およびドレッシン
グ性を賦与するものである。

（へ）実施例 〔実施例１〕 粒度１４０／１７０の人造ダイヤモンド砥粒の表層に硫
酸ニッケルと次亜燐酸ナトリウムの水溶液を用いた化学
還元メッキ法でニッケル２μｍを被覆し。

さらに、硫酸銅とロッシェル塩の水溶液を用いた化学還
元メッキ法で銅を３０μｍ被覆し、さらに。

塩化第一錫、チオ尿素およびロッシェル塩の水溶液を用
いた化学置換メッキ法で錫を５μｍ被覆する。このよう
にして作製した金属多層被覆ダイヤモンド砥粒を、外径
１００ｍ、内径８０ｍ、厚さ３ｆｌの薄肉リング用の金
型に装填し、　８０ｋｇｆ／ｃＩＭの圧力で加圧成形し
て成形体を製造する。この成形体を１０’　Ｔｏｒｒの
真空中で毎時２００℃の上昇速度で８５０℃迄昇温し、
この温度に１時間保持する。このようにして得られた焼
結体は曲げ強さ３．２１＋ｒｆ／ｗ”。

弾性率１２００ｋｇｆ／ｍ”　、気孔率４９％であった
。この焼結体を、外径１００鶴、リム幅１０ｍｍ、高さ
２５鶴。

穴径３８．１ｍのアルミニウム合金製プレンカップ６＾
２型の台金上に接着し、工具研削盤（０，７５ＫＷ）に
取り付けて部分安定化ジルコニアを加工圧１．５８ｋｇ
ｆ／＋＋ｎ”、砥石周速１０００ｍ／分の研削条件で湿
式で定圧研削加工を行った。この結果、研削能率は通常
のメタルボンドダイヤモンド砥石の１．５　ｃｆｆｌ／
分、ビトリファイドダイヤモンド砥石の３８．０ｃｄ／
分に比べ４０．５ｃｄ／分、研削比はそれぞれ２２．１
３に比べ２８であり、切れ味、耐久性ともすぐれた値が
得られた。

〔実施例２〕 粒度１７０／２００の天然ダイヤモンド砥粒の表層に塩
化コバルト、次亜塩素酸ナトリウムおよび塩化アンモニ
ウムの水溶液を用いた化学還元メッキ法でコバルト５μ
ｍを被覆し、さらに、硫酸銅とロッシェル塩の水溶液を
用いた化学還元メッキ法で銅を３８μｍ被覆し、さらに
、酸化亜鉛と水酸化ナトリウムの水溶液を用いた化学置
換メッキ法で亜鉛を１０μｍ被覆する。このようにして
作製した金属多層被覆ダイヤモンド砥粒を外径１８０ｍ
、内径１７４ｍｍ、厚さ６龍のリング用の金型に装填し
、　９０ｋｇ　ｆ　／　ｃｉの圧力で加圧成形して成形
体を製造する。

この成形体をアルゴン雰囲気中で毎時２００℃の上昇速
度で９００℃迄昇温し、この温度に１時間保持する。こ
のようにして得られた焼結体は２曲げ強さ６．２ｋｇｆ
／龍２１弾性率１５００ｋｇｆ／ＮＭ”　、気孔率４３
％であった。この焼結体を外径１７４ｍ、厚さ６鶴。

穴径３１．７５ｍｍのアルミニウム合金製ストレー８巴
板ＩＡＩ型コアの外周部に接着し、横軸往復テーブル平
面研削盤（２，２ＫＷ）に取り付け、砥石周速１８００
ｍ／分、テーブル速度１０　ｍ７分、切り込み１０μ／
ストローク、縦送り２ｍ富／ストロークの研削条件で超
硬合金Ｐ−１０を湿式で研削加工を行った。従来はメタ
ルポンドダイヤモンド砥石ではツルーイングおよびドレ
ッシングが不可能であり、従って研削加工も不可能であ
ったが９本発明による砥石ではツルーイングおよびドレ
ッシングがＧＣ砥石のロークリホイールを用いて容易に
行うことができ、研削作業も支障なく行われた。本発明
砥石で研削した場合、切線研削抵抗はレジンボンドダイ
ヤモンド砥石の０．６０ｋｇｆ／＋ｎ、　　ビトリファ
イドダイヤモンド砥石の０．３１ｋｇｆ／ｍｍに対し０
．３５ｋｇｆ／鶴であり、また９本発明砥石の減耗は極
めて少なく、研削比はレジンボンドダイヤモンド砥石の
４２．ビトリファイドダイヤモンド砥石の１５に対し１
６５の高い値を示した。

（ト）発明の効果 以上のように本発明は１強靭な金属を結合剤とし、且つ
結合剤がブリッヂ型構造となっているので、従来のいか
なるダイヤモンド砥石に比ベテモ切れ味が良好で耐久性
に冨み、難削性の硬脆材料の研削に適しており、また、
ツルーイングおよびドレッシングはビトリファイドダイ
ヤモンド砥石と同様に容易に行うことができ、従って研
削加工が困難なため発展が阻害されているニューセラミ
ックスなどの実用化に対して大きな効果を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　それぞれのダイヤモンド砥粒が、 I ＿ｂ属金属を
   主成分とし遷移金属と融点１５６〜４２０℃の低融点金
   属を従成分とする合金柱で架橋接合されていることを特
   徴とするブリツヂ型メタルボンドダイヤモンド砥石。 ２　ダイヤモンド砥粒を遷移金属の薄層で化学還元メッ
   キ法により被覆し、さらに、 I ＿ｂ属金属を化学還元
   メッキ法により被覆し、さらに、融点１５６〜４２０℃
   の低融点金属を化学置換メッキ法により被覆した金属多
   層被覆ダイヤモンド砥粒を成形用型に装填して加圧成形
   し、窒素、アンモニア、アルゴンまたは水素の雰囲気中
   または真空度１０＾−＾１〜１０＾−＾５Ｔｏｒｒの真
   空中で溶融焼結させて、ダイヤモンド砥粒間に合金柱を
   成長させて架橋することを特徴とするブリツヂ型メタル
   ボンドダイヤモンド砥石の製造方法。