JPH03131475A - ダイヤモンド工具の製作法 - 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】

〔産業上の利用分野〕 この発明にダイヤモンド工具の製作法、荷にダイヤモン
ド粒子上基体に対しろう付けして単層ダイヤモンドの研
磨或は切削工具ｒ製作する方法に関するものである。こ
の発明は結合剤によって研磨材粒子が保持されしる強度
の調整を容易とする。 〔発明の背景〕 研磨用或は切削用のダイヤモンド工具ヲ製作するのには
檻々の方法がある。この発明は工具基体上にダイヤモン
ド研磨材粒子を一層のみ有する単層ダイヤモンド研磨工
具に係る。単層ダイヤモンドの研磨工具は、工具基体な
いし芯体に対し個別的なダイヤモンド研磨材粒子を取付
けるのが困難である。ろう付は或は半田付は法が採用さ
れる場合においては、特にそうである。 ダイヤモンド或は他の炭素含有研磨材ｔろう付は或は半
田付けする窺めにこｎまで、様々な結合方法が用いられ
て来ている。現在のところ、ダイヤモンド研磨材用の公
知ろう付は合金は銅、鉄添加物をドーピングした銀また
は金、コバルト及びニッケルを基体とする合金があり、
これらの合金を各別に、或は互に組合せて用いている。 ま友銅−チタン、銀−チタン、金−チタン、スズ−チタ
ン、鉛−チタン、銅−モリブデン、銅−ジルコニウム、
銅−バナジウム、金−タンタル、金−ニオプ、銅−銀一
チタン、銅−金−チタン。 青銅−チタン、及び銅−スズ−チタンのようなろう付は
合金も知らｎでいる。この工うな合金中のＴｉ　、　Ｎ
ｏ、Ｚｒ及びＶの含有ｒａバ一般ＫＩＤ重ｉパーセント
まででめる−例えばユウ　ブイ　ナイデヒ（Ｙｕ　Ｖ、
　Ｎａ１ｄｉｃｈ　）及びシイ　エイ　コレスイセンコ
（Ｇ、　Ａ、　Ｋｏｌｅｓｕｉｃｈｅｎｋｏ）　’４　
「ダイヤ−Ｅ−７ド及びグラファイトの表面に関する金
属溶融物の儒ｎと相互作用ＣＷｅｔｔｉｎｇ　ａｎｄ　
Ｉｎｔｅｒａｃｔｔｏｎ　ｏｆ　ＭｅｔａｌＭｅｌｔｓ
　ｗｉｔｈ　５ｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　Ｄｉａｍｏｎｄ　
ａｎｄ　Ｇｒａｐｈｉｔｅ）Ｊ（ロシャ語）　　（＃エ
フ市の出版社「Ｎａｕｋｏｖａ　ｄｕｍｋｕＪ１９６７
年発行］参照。 ダイヤモンドについて用いらｎる別のろう付は合金に本
質的に、タンタル２１−２５重量パーセント含む金の合
金である（米国特許Ｎｕ　３．１９２，６２０）。 この合金はしかし融点が高く（約１０５０℃以上）、用
途がせまい分野に限定される。何故なら１０５０℃及び
そｆ’Ｌ’１ｌｌ−越えた温度ではダイヤモンドが活発
に六面体構造の炭素に移行しやすく、そして本構造の炭
素は研磨材の強度を低めることになるからである。 現在普通に使用さｎている別のダイヤそンドろう付は合
金は、７５重量パーセントの銅と２５重量パーセントの
チタンより成る。 この合金の欠点は、脆いと共に熱膨張係数がダイヤモン
ドの熱膨張係数と実質的に異なる点にある０これらの性
質からして仕上げ製品中に熱応力が発生し、このため使
用中、早期に駄目になる。 つまり本研磨材嫂の工具の高い、そして尚早な摩耗が生
じるのである。 以上に述べたろう付は合金は全てダイヤモンド、六方晶
窒化ホウ素、コランダム等力島ら製作さ几る研磨材の金
属化のｔめにも、利用されている。そしてこれらの合金
とは別に研磨材、すなわちダイヤモンド、六方晶窒化ホ
ウ素、炭化ケイ素及び炭化タングステン、の表面金属化
（単層または多重層ンのために用いら几るいくっかの合
金及び単体金属も、公知でおる。初期１％　’を形成す
るためにはニッケル、銅、亜鉛、スズ、金、鉛、或はＣ
ｆＬらの合金が用いらｆＬ、第２層を形成したい場合に
は鉄−ニッケル合金等が用いらルる。第３層を形成する
ためには普通、銅または背銅が用いられる。 次に多結晶ダイヤモンド・コンパクト（圧縮成形体）ｔ
つくるのには、研磨用及び切削用の焼結金部結合工具の
製造において普通に用いらｎているように塗布した結晶
が用いらｎる。 ダイヤモンドその他の研磨材を金属化するのに次のＬつ
な合金、すなわち銀−金−チタン−コバルト−タンタル
、銅−スズータングステン及ヒ／まｔはモリブデン−タ
ンタル−ニッケル及び／まｔｃはコバルト−鉛及び／ま
′Ｉ′ｃはビスマス−チタン及び／ｌたはジルコニウム
を、用いることが公知である。ろう付けのｍめに使用さ
ｎる合金は銅−スズ−タングステン、モリブデン−タン
タル−チタン及び／またはジルコニウム−コバルトＩｌ
ｌヒ／ま７′ｃはニッケルー鉛及び／ま７ｔはビスマス
の合金である（例えば米国特許部４，００９，０２７参
照）。 さらに別のろう付は合金としては、ニッケル及ヒ／また
はコバルト−クロム−ホウ素及び／ま几はケイ素及び／
またはリンがある（例えば米国特許Ｎｌ　４，０１＆５
７６　参照ン。、５う付は材へのダイヤモンドの強い取
付けを生じさせるダイヤモンド表面の濡ｎ２生じさせる
には、クロムを必要とする。 上述の方法の一つの共通する欠点は、ろう付は材がダイ
ヤモンドに対し結合さ几る強度を変更できる範囲が制限
される点にある。いくつかの方法に共通する他の欠点は
、価格的に貴重である金属と１０　トル（Ｔｏｒｒ）の
真空とを用いる点にある。 銅のような金属を用いることでさえ、それらの活性な金
属の水素化物が形成さｎないようにするため該金属を、
高高度真空または高価な乾性水素炉を用いることなしに
は処理できないことからして、経済的ではない。 さらに従来のほとんどの方法は各別に実施さｎて高価に
つく操作、つまり金属化等による研磨材のコーティング
と次いでの附加的操作によるろう材の施用金、必要とし
ていた。 し友がって工具基体に対し単層のダイヤモンド粒子ろう
付けするための低コストで賽用的である方法全開発する
必要が、残さｎている。 〔発明の説明〕 この発明はろう付けさ几たダイヤモンド粒子単層を形成
する方法に係り、前述の諸従来法と比較してエリ単純且
つ有効である方法を提供するものである。 この発明の方法では炭化物形成元素を含む炭化物形成物
質を、仮結合剤中でろう材と混合する。 こうして得たコーティング材料を工具基体上にコーティ
ングし、その上に単層のダイヤモンド粒子ｋｍ丁。得ら
ｎた中間製品

【、炭化物形成物質がダイヤモンドの表面
上に初期の元素炭化物層を形成し１次にろう材が炭化物
層に容易に取付いて工具基体に対しダイヤモンド１に竪
固に保持することとなるような適当温度に加熱する。 この発明の方法によると加熱工程が進行するにつｎて炭
化物及びろう材層がダイヤモンド粒子の側面上？Ｃはい
上り、そルによって製品工具の強度が高めら几ることに
なる。また結合強度の変更を。 最初の混合物中で使用する炭化物形成物質の量を変える
ことと炭化物のはい上りｔ開側するように加熱処理時開
を変えることとによって、達成することができる。 一般的に言ってこの発明に係る切削用或は研磨用のダイ
ヤモンド工具の製作法は次の工程、すなわち（５）、炭
化物を形成可能な元素を含む炭化物形成物質、この炭化
物形成物質と合金を形成するろう材、及び仮結合材を混
合してコーティング材料全作成し。 田）、このコーティング材料を基体上に施し。 （Ｃ）、　　その上に少なくとも単層のダイヤモンド粒
子を施し、 （ＤＪ、　　工程（Ｃ）の製品に、Ｍ初にダイヤモンド
上に上記元素の炭化物の被膜が形成され次に該炭化物で
被覆され次ダイヤモンドが基体に対しろう付けされる温
度に加熱する。といつ比工程七備える。 図面上参照して説明すると、本発明の＠１工程では炭化
物形成物質１０、ろう材１２．及び仮結合剤１８の混合
物が作成され、次に同混合物を第１図に例示するように
工具基体１６に施す。 炭化物形成物質１０は、加熱工程中にダイヤモンド粒子
土で金属炭化物層を形成する金属上官んでいるのが望ま
しい。適当した炭化動形成金ｌ！４はよく知られており
、それには例えば鉄、モリブデン、クロム、タンタル、
チタン、ジルコニウム、タングステン、ニオブ、バナジ
ウム、マンガン、ゲルマニウム、及びケイ素、及びこ１
らの混合物が、含まルる。このような炭化物形成金属を
、例えばケイ化モリブデン或は炭化タングステンのよう
にその遊離金属が炭化物を形成可能である炭化物形成化
合物の形で用いることもできる。鉄及びモリブデンは好
ましい金属であり、単独或は組合せて使用できる。約２
−３０％の炭化物形成物質１．２０−８０％のろう材と
混合するが望ましへ選択する仮結合剤】８は加熱工程で
容易に躯除さｎるものでなけ九ばならないが、炭化物形
成物質の成分及びろう材成分をコーティング材料中で一
時的に保留可能なものとさｎる。仮結合剤は上記しｔ成
分ヲ芥易に保留しりるよう、成る程度粘性であることが
好ましい。また使用する仮結合剤は上記混合物で被覆さ
ｆした工具基体面上でダイヤモンド粒子を拘束するよう
に、幾分べとつくものであることが好ましい。好ましい
仮結合剤は、ＷａｌｌＣｏｌｍｏｎｙ　「Ｓ　Ｊ　（商
品名）タイプの結合剤のようなウレタン基体の接着剤で
ある。他の適当した仮結合剤としてはアクリル樹脂、メ
タクリル酸メチル樹脂、ラッカー類、ペイント類等があ
る。ｔｘ仮仮台合剤、最終の加熱工程で他成分に悪影＃
に及ぼすことのない、比較的不活性のものでなければな
らない。 使用するろう材としては炭化物形成物質中の特定の炭化
物形成金属と共存性のもの、つまり炭化物形成金属と合
金を形成するものが選択さｎる。 適当したろう材としてはニッケル、銀、金′！！友は銅
基体のろう材がある。適当なろう材は市販さｎており、
例えばアメリカ合衆国、ミシガン州、デトロイトのウオ
ール　コルモニー　コーポレーション（Ｗａｌｌ　Ｃｏ
１ｎｏｎｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の販売に係るＮ
１ｃｒｏｂｒａｚ　（登録商標）系列のものがある。 本発明方法の第２工程では炭化物形成物質、ろう材及び
仮結合剤の混合物を工具基体１６の所望する表面上に、
成る程度−様な層の形でコーティングする。このコーテ
ィングは刷毛塗り、吹きかけ、或は工具基体１６の面の
混合物中への浸漬によってなしつる。この混合物層がま
だねばついている間に、混合物層上に単層のダイヤモン
ド粒子ｔ４２施す。ダイヤモンド粒子１４は手を使って
１固別的にのせることもできるし、工具上にまき散らす
こともできる。 本発明方法の第４工程ではコーティング混合物及びダイ
ヤモンド材のＮＩヲもつ、第１図に図示のような「未熟
の（ｇｒｅｅｎ　）　Ｊ工具ｔ１ダイヤモンド表面に対
し化学的に結合する初期の金属炭化物層１０ａが形成さ
几るＬうな温度に加熱する。これによってろう材が、ダ
イヤモンドに取付きうる共存性金属炭化物の表面被膜？
確保することになる。好ましい実施態様においては加熱
工程を、約１０　トルの真空中で実施する。しかし本発
明方法を水素含有雰囲気中または減圧雰囲気中で実施し
て％優几た結果を得るζ、とも可能である。 何らかの特別な理論に拘束さ；Ａ７Ｃ＜はないが、初期
にダイヤモンドが金属炭化物形成粒子の少なくともいく
つかと接触しているか、或は炭化物形成物′Ｒを含んで
いるｇ＠ろう材液が流動する間に炭化物形成物質と接触
するに至ると、考えら几る。 適当した温度に加熱さｎるとダイヤモンド上で金属炭化
物層１０ａが、グラファイト化されたダイヤモンド面に
直接に隣接している炭化物形成金属から形成さ几始める
。その後に溶融ろう材１２ａが、ダイヤモンドに対し取
付く適当した場ＰＪｊ　ｋもつに至る。 本発明方法で生じる反応は毛細管現象に類似して、ダイ
ヤモンドの側面に沿いろう材がダイヤモンド面上を所望
のレベルまで、或は希望するならばダイヤモンド全体音
ろう材層で完全に覆うように、はい上るように進行する
。この現象は初期の炭化物層の形成、そしてその後にろ
う材が取付いてエリ多くの炭化物形成物質がダイヤモン
ド面に対し接触して化学的に結合することｔ可能とし、
それによりまたろう材が取付くのに適当した析たな場所
が売供さ几るといったように、生じると考えらｎる。こ
のようにしてろう材はダイヤモンド粒子の側面玉盆、擬
似毛細管現象により所望のレベルに１でひき上げら几る
。ろう材層のレベルは、加熱工程の時間全変更すること
によって制御できる０ し九がって加熱工程中にダイヤモンドは、その表面上に
遊離の炭素原子が形成さｎると共に限定領域の炭化物形
成金属から所望の金属炭化物被膜が形成さｎるのに十分
な温度にＷ熱できる。金属炭化物の形成により、ろう材
金属によるダイヤモンド表面の濡れが促される。加熱工
程の時間と温度は１選択して使用する粒状炭化物形成金
属とろう材組成によって決定さｎる。上限はダイヤモン
ドの過剰のグラファイト化、或は極端にはダイヤモンド
の完全な変質が起きない二うに、決定さｎる。下限は作
用的に、金属炭化物の形成とろう材の溶融とが確保さｎ
るのに十分な加熱が行なわｎる工うに、決定さｎる。そ
して加熱工程の時間と温度は、ろう材によるダイヤモン
ド表面の被覆割合及びダイヤモンド粒子周りの望ましい
縁どり量ｋｉｉ１４整する九めに利用できる。 前述した工うにろう材としては共存性のもの、つまりダ
イヤモンド表面上で金属炭化物と金金會形成するものが
１選択さｎる。したがってダイヤモンド−炭化物界面で
の良好な濡ルが達成さｎて、強固なろう付は結合が得ら
几る。 〔実　施　例〕 以下、本発明方法を実施例に基いてエリ具体的に説明す
る。 実施例　Ｉ ダイヤモンド外周研削砥石のろう付けの友めに直径６．
００インチ（１５，２ｃｘ）％厚さ０．６２５インチ（
１，５９ｃｍ　）の銅芯を用い友。銅芯の外周面にＷａ
ｌｌ　Ｃｏｌｍｏｎｙ［Ｓ　Ｊ　（商品名）セメントか
ら成るペースト上でＷａｌｌ　Ｃｏｌｍｏｎｙ　Ｎ１ｃ
ｒｏｂｒａｚｅ（登録商標）φ１０　Ｆｅ及びＭＯ′に
％次の重量比で刷毛塗りによりコーティングした。 Ｍｉｃｒｏｂｒａｚｅ　　す１０　　　　　　　８６％
（Ｐ二１０％、Ｃ＝０．０６％。 残り−Ｎｉ） Ｆｅ（３２５メツシユ、水素減）　　　　　　＆２％Ｍ
ｏ（６−１２ミクロン）　　　　　　　　　１０．８％
ペーストがまだ湿潤状即にある間に％ｓｏ、”ｔｏ。 メツシュのダイヤモンドをペースト上にまキ散らし几。 コーティングさｎた銅芯を風乾した。次にこの銅芯を、
加熱及び冷却サイクルを注意深くコンピューター制御す
る真空炉中に置いた。銅芯とダイヤモンドの混成物２　
ｉ　ｏ−’　トルで１７４５７（９５２℃）に加熱し、
４５秒間加熱を続けた。 ＣＲ−３９プラスチツク目鏡レンズの縁研削に適当し几
ダイヤモンド砥石が得らｆＬ７を、ダイヤモンドはろう
材中に堅固に保持さルており、約２５パーセントのダイ
ヤモンドが露出してい九〇実施例　■ １鏡レンズ中に光学的曲面を創成するのに用いらｎるカ
ップ型砥石のろう付けの友めに、直径３．５インチ（＆
９０）で曲率０．１２５インチ（０，３１８ａ）の曲面
をもつ銅芯に、Ｗａｌｌ　Ｃｏｌｍｏｎｙ　ｒ　Ｓ　Ｊ
セメントのペーストと、　Ｗａｌｌ　Ｃｏｌｍｏｎｙ　
Ｎ１ｃｒｏｂｒａｚｅ（登録間標）÷１０のＦｅ及びＭ
ｏとの次の重量比の混合物とを、コーティングし友。 Ｎ１ｃｒｏｂｒａｚｅ　　◆１０　　　　　　　　８０
％Ｆｅ（実施例Ｉに同じ）　　　　　　　　　　１０％
Ｍｏ（実施例■に同じ）　　　　　　　　　１０％４０
／４５メツシユのダイヤモンドｔ［石芯上に実施例Ｉと
同様にまき散らし、加熱工程Ｑ　１０−’トルにおいて
１７３０？　（９４３℃）で４５秒間とした他は実施例
Ｉと同様に処理し九。製品砥石は、ＣＲ−３９目鏡レン
ズ金研削するのに成功裏に使用できた。ダイヤモンドは
ろう材中で竪固に保持さｆ）、約２５パーセントのダイ
ヤモンドが表面に露出していた。 実施例　■ 鋼製のルータ・ビット芯を、実施例■におけると同様に
次の組成のろう材温合物でコーティングした。 Ｎ１ｃｒｏｂｒａｚｅ　・４１３０　　　　　　　　８
０％（Ｂ冨３．１％、５Ｉ＝４．５％、 Ｃミ０．０６％、残り＝Ｎｉ） Ｆｅ（実施例Ｉに同じ）　　　　　　　　　１０％Ｍｏ
（実施例Ｉに同じ）　　　　　　　　　　１０％コーテ
ィングしｆｔ−ｔレータ・ビット７１０　　）／しにお
いて１９００７　（１０３８＠Ｃ）で１２秒間。 炉内処理した。 製品工具は大理石の研磨に、極めて良好に用いつるもの
であった。ダイヤモンドはろう材中で堅固に（但しその
程度は実施例Ｉ及び実施例■による各製品におけるより
も氏い。）保持さｎ、約７５パーセントのダイヤモンド
が表面に露出してい亀

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に従って製作さｎる工具ビ未熟」の状
態で示し友断面図、ｇｇ２図は加熱工程中に生じる現象
上図解した横断面図、第３図は加熱工程の完結後のダイ
ヤモンド粒子の状１！ｌ−示す断面図である〇

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、切削用或は研磨用のダイヤモンド工具を製作する方
   法であつて、 （Ａ）、炭化物を形成可能な元素を含む炭化物形成物質
   、上記元素と合金を形成するろう材、及び仮結合剤を混
   合してコーティング材料を作成し、（Ｂ）、このコーテ
   ィング材料を工具基体に施し、（Ｃ）、その上に少なく
   とも単層のダイヤモンド粒子を施し、 （Ｄ）、工程（Ｃ）の製品を、最初にダイヤモンド上に
   上記元素の炭化物より成る被膜が形成され次に該炭化物
   で被覆されたダイヤモンドが工具基体に対しろう付けさ
   れる温度に加熱する、 工程を備えた製作法。 ２、炭化物を形成する前記元素が炭化物形成金属である
   請求項１の製作法。 ３、炭化物形成金属が粉体である請求項２の製作法。 ４、前記炭化物形成物質が鉄、モリブデン、クロム、チ
   タン、タンタル、ジルコニウム、タングステン、ニオブ
   、バナジウム、ゲルマニウム、ケイ素、マンガン、これ
   らの元素のケイ化物または炭化物、及びこれらの元素の
   混合物から成る群から選択したものである請求項１の製
   作法。 ５、前記炭化物形成物質が鉄である請求項１の製作法。 ６、前記炭化物形成物質がモリブデンである請求項１の
   製作法。 ７、前記炭化物形式物質が鉄とモリブデンの混合物であ
   る請求項１の製作法。 ８、切削用或は研磨用のダイヤモンド工具を製作する方
   法であつて、 （Ａ）、モリブデン及び鉄を含む炭化物形成物質を、モ
   リブデン及び鉄と合金を形成するろう材及び仮結合剤と
   混合してコーティング材料を作成し、（Ｂ）、このコー
   ティング材料を工具基体に施し、（Ｃ）、その上に少な
   くとも単層のダイヤモンド粒子を施し、 （Ｄ）、工程（Ｃ）の製品を、最初にダイヤモンド上に
   炭化物の被膜が形成され次に該炭化物で被覆されたダイ
   ヤモンドが工具基体に対しろう付けされる温度に加熱す
   る、 工程を備えた製作法。 ９、切削用或は研磨用のダイヤモンド工具を製作する方
   法であつて、 （Ａ）、鉄を、鉄と合金を形成するろう材及び仮結合剤
   と混合してコーティング材料を作成し、（Ｂ）、このコ
   ーティング材料を工具基体に施し、（Ｃ）、その上に少
   なくとも単層のダイヤモンド粒子を施し、 （Ｄ）、工程（Ｃ）の製品を、最初にダイヤモンド上に
   炭化物の被膜が形成され次に該炭化物で被覆されたダイ
   ヤモンドが工具基体に対しろう付けされる温度に加熱す
   る、 工程を備えた製作法。 １０、切削用或は研磨用のダイヤモンド工具を製作する
   方法であつて、 （Ａ）、モリブデンを、モリブデンと合金を形成するろ
   う材及び仮結合剤と混合してコーティング材料を作成し
   、 （Ｂ）、このコーティング材料を工具基体に施し、（Ｃ
   ）、その上に少なくとも単層のダイヤモンド粒子を施し
   、 （Ｄ）、工程（Ｃ）の製品を、最初にダイヤモンド上に
   炭化モリブデンの被膜が形成され次に炭化モリブデンで
   被覆されたダイヤモンドが工具基体に対しろう付けされ
   る温度に加熱する、 工程を備えた製作法。