JPH05305561A - 窒化ケイ素系セラミックスの研削加工方法及びその加工製品 - Google Patents
窒化ケイ素系セラミックスの研削加工方法及びその加工製品Info
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- JPH05305561A JPH05305561A JP4112649A JP11264992A JPH05305561A JP H05305561 A JPH05305561 A JP H05305561A JP 4112649 A JP4112649 A JP 4112649A JP 11264992 A JP11264992 A JP 11264992A JP H05305561 A JPH05305561 A JP H05305561A
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
- B24B19/22—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
- Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 最大高さ粗さ、Ｒｍａｘで０．１μｍ以下、
十点平均粗さ、Ｒｚで０．０５μｍという十点平滑な表
面粗度が得られ、しかも研削加工中に表面損傷を修復し
うる工業的に可能な窒化ケイ素系セラミックスの研削加
工方法を得ること。 【構成】 研削砥石の工作物への加工速度の内、工作物
への垂直方向への切込み速度が、砥石作業面１回転当
り、０．００５μｍ以上、０．１μｍ以下の範囲で線形
もしくは複数のステップ状で構成され、かつ水平方向へ
の加工速度が２５ｍ／秒以上、７５ｍ／秒以下で研削加
工することにり、研削加工中に工作物と硬質砥粒との間
に発生する接触圧力および研削熱の機械的、熱的作用を
複合させて、最大高さ粗さ、Ｒｍａｘで０．１μｍ以
下、十点平均粗さ、Ｒｚで０．０５μｍという十分平滑
な表面層を工作物表面に形成する。
十点平均粗さ、Ｒｚで０．０５μｍという十点平滑な表
面粗度が得られ、しかも研削加工中に表面損傷を修復し
うる工業的に可能な窒化ケイ素系セラミックスの研削加
工方法を得ること。 【構成】 研削砥石の工作物への加工速度の内、工作物
への垂直方向への切込み速度が、砥石作業面１回転当
り、０．００５μｍ以上、０．１μｍ以下の範囲で線形
もしくは複数のステップ状で構成され、かつ水平方向へ
の加工速度が２５ｍ／秒以上、７５ｍ／秒以下で研削加
工することにり、研削加工中に工作物と硬質砥粒との間
に発生する接触圧力および研削熱の機械的、熱的作用を
複合させて、最大高さ粗さ、Ｒｍａｘで０．１μｍ以
下、十点平均粗さ、Ｒｚで０．０５μｍという十分平滑
な表面層を工作物表面に形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化ケイ素系セラミック
スを用いた、機械部品、とくにアジャスティングシム、
ロッカーアーム、ローラーロッカー、カム、ピストンリ
ング、ピストンピン、アペックスシール等の金属部品と
の高速摺動部品やすべり軸受け、転がり軸受け等の軸受
け部品等のセラミックス製品およびその表面加工方法に
関するものである。
スを用いた、機械部品、とくにアジャスティングシム、
ロッカーアーム、ローラーロッカー、カム、ピストンリ
ング、ピストンピン、アペックスシール等の金属部品と
の高速摺動部品やすべり軸受け、転がり軸受け等の軸受
け部品等のセラミックス製品およびその表面加工方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化ケイ素系セラミックスは、硬度、強
度、耐熱性等の点において優れた機械的性能を有するの
で、機械構造材料としての応用が期待されている。しか
しながら、窒化ケイ素系セラミックスは典型的な硬脆材
料であり最終製品として必要な幾何学的形状を与えるた
めの加工方法の選択、また加工後における強度、あるい
は寿命の点で未解決な問題点が多い。
度、耐熱性等の点において優れた機械的性能を有するの
で、機械構造材料としての応用が期待されている。しか
しながら、窒化ケイ素系セラミックスは典型的な硬脆材
料であり最終製品として必要な幾何学的形状を与えるた
めの加工方法の選択、また加工後における強度、あるい
は寿命の点で未解決な問題点が多い。
【０００３】現在のところ窒化ケイ素系セラミックスの
加工方法として最もよく用いられているのはダイヤモン
ド砥石による研削加工であるが、加工表面にはクラック
等の表面損傷が残留し、これが強度低下あるいは信頼性
低下の原因となり、加工製品としての応用の妨げとなっ
ている場合が多い。
加工方法として最もよく用いられているのはダイヤモン
ド砥石による研削加工であるが、加工表面にはクラック
等の表面損傷が残留し、これが強度低下あるいは信頼性
低下の原因となり、加工製品としての応用の妨げとなっ
ている場合が多い。
【０００４】例えば、伊藤（最新ファインセラミック技
術、工業調査会編・刊、ＰＰ２１９、１９８３年）が示
すように窒化ケイ素系セラミックスの研削加工表面粗さ
と抗折強度には相関があり、ここでは表面粗さを１μｍ
以下に抑えることが、強度の信頼性を維持するために必
要であることを示している。また吉川（ＦＣレポート、
ｖｏｌ８、Ｎｏ．５、ＰＰ１４８、１９９０年）が示す
ように、研削加工時に導入されるクラック深さはダイヤ
モンド砥粒の粒度により影響を受け、その深さは窒化ケ
イ素材料の場合で２０〜４０μｍに達することが示され
ている。このオーダーは実際製品として考えた場合、致
命的な欠陥となり得ると考えられる。
術、工業調査会編・刊、ＰＰ２１９、１９８３年）が示
すように窒化ケイ素系セラミックスの研削加工表面粗さ
と抗折強度には相関があり、ここでは表面粗さを１μｍ
以下に抑えることが、強度の信頼性を維持するために必
要であることを示している。また吉川（ＦＣレポート、
ｖｏｌ８、Ｎｏ．５、ＰＰ１４８、１９９０年）が示す
ように、研削加工時に導入されるクラック深さはダイヤ
モンド砥粒の粒度により影響を受け、その深さは窒化ケ
イ素材料の場合で２０〜４０μｍに達することが示され
ている。このオーダーは実際製品として考えた場合、致
命的な欠陥となり得ると考えられる。
【０００５】特開昭６３−１５６０７０号公報等にある
ように、ＪＩＳＲ１６０１準拠の抗折強度が１００kg／
mm2 以上の窒化ケイ素系セラミック材料においては、通
常のダイヤモンド砥石を用いた研削加工においては難加
工性が増大し、表面損傷を残留させる可能性は高まると
考えられる。
ように、ＪＩＳＲ１６０１準拠の抗折強度が１００kg／
mm2 以上の窒化ケイ素系セラミック材料においては、通
常のダイヤモンド砥石を用いた研削加工においては難加
工性が増大し、表面損傷を残留させる可能性は高まると
考えられる。
【０００６】これに対し、従来技術ではダイヤモンド砥
石により通常研削加工後に、欠陥の残留する表面層をラ
ッピングポリシング等の遊離砥粒による磨き加工により
仕上げ、除去するといった方法により強度の信頼性を確
保するといった、経済的にみて極めて問題のある加工方
法を選択せざるをえない場合もある。
石により通常研削加工後に、欠陥の残留する表面層をラ
ッピングポリシング等の遊離砥粒による磨き加工により
仕上げ、除去するといった方法により強度の信頼性を確
保するといった、経済的にみて極めて問題のある加工方
法を選択せざるをえない場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイヤ
モンド砥石による研削加工方法は、加工設備の汎用性や
加工コスト等の点において優れた加工方法であり、窒化
ケイ素系セラミックスの加工方法としても上記の表面損
傷の影響をなくしたダイヤモンド砥石による研削加工技
術の確立が必須であると考えられる。
モンド砥石による研削加工方法は、加工設備の汎用性や
加工コスト等の点において優れた加工方法であり、窒化
ケイ素系セラミックスの加工方法としても上記の表面損
傷の影響をなくしたダイヤモンド砥石による研削加工技
術の確立が必須であると考えられる。
【０００８】窒化ケイ素系セラミックスの研削加工によ
る表面損傷の影響を除去する方法としては、例えば窒化
ケイ素系セラミックスであるβ−サイアロンを研削加工
した後に、大気中において１２００℃で熱処理すること
により、表面に酸化膜を生成させ、この酸化膜によって
加工損傷を埋めて強度の改善を図る方法が、岸ら（窯業
協会誌９４巻、１号、ＰＰ１８９、１９８６年）によっ
て開示されている。また、この方法によると、β−サイ
アロン材料について抗折強度及びその信頼性、ワイブル
係数の増加がみられるということも知られている（窯業
協会誌、９５巻、６号、ＰＰ６３０、１９８７年）。
る表面損傷の影響を除去する方法としては、例えば窒化
ケイ素系セラミックスであるβ−サイアロンを研削加工
した後に、大気中において１２００℃で熱処理すること
により、表面に酸化膜を生成させ、この酸化膜によって
加工損傷を埋めて強度の改善を図る方法が、岸ら（窯業
協会誌９４巻、１号、ＰＰ１８９、１９８６年）によっ
て開示されている。また、この方法によると、β−サイ
アロン材料について抗折強度及びその信頼性、ワイブル
係数の増加がみられるということも知られている（窯業
協会誌、９５巻、６号、ＰＰ６３０、１９８７年）。
【０００９】しかしながら、上記の方法では研削加工に
よって最終形状に仕上げ加工を実施した後に熱処理等を
行うために、寸法精度の低下を生じたり、また岸ら（窯
業協会誌、９５巻、６号、ＰＰ６３５、１９８７年）も
述べている様に、熱処理前の加工損傷の大きさにより十
分バラツキを抑えることができない可能性が高い等の問
題点があり、製品製造に適用することが困難であると考
えられる。
よって最終形状に仕上げ加工を実施した後に熱処理等を
行うために、寸法精度の低下を生じたり、また岸ら（窯
業協会誌、９５巻、６号、ＰＰ６３５、１９８７年）も
述べている様に、熱処理前の加工損傷の大きさにより十
分バラツキを抑えることができない可能性が高い等の問
題点があり、製品製造に適用することが困難であると考
えられる。
【００１０】ところで、上記のような問題点を解決する
ためには、十分平滑な表面粗度（例えば、Ｒｍａｘ＜
０．１μｍ）が得られ、しかも研削加工後にクラック等
の表面損傷を極力抑えたり、あるいは研削加工中にそう
した表面損傷を修復しながら加工しうる加工方法が必要
となる。
ためには、十分平滑な表面粗度（例えば、Ｒｍａｘ＜
０．１μｍ）が得られ、しかも研削加工後にクラック等
の表面損傷を極力抑えたり、あるいは研削加工中にそう
した表面損傷を修復しながら加工しうる加工方法が必要
となる。
【００１１】従来、このような方法として、例えば市田
ら（窯業協会誌、９４巻、１号、ＰＰ２０４、１９８６
年）は、β−サイアロン焼結体を微粒ダイヤモンド砥石
により、流れ形切り屑を生成しながら鏡面研削加工しう
ることを示している。また、伊藤は、通常のアルミナ系
砥石を用いて、窒化ケイ素系セラミックスの鏡面研削加
工の可能性を示している（最新ファインセラミック技
術、工業調査会編・刊、ＰＰ２１９、１９８３年）。
ら（窯業協会誌、９４巻、１号、ＰＰ２０４、１９８６
年）は、β−サイアロン焼結体を微粒ダイヤモンド砥石
により、流れ形切り屑を生成しながら鏡面研削加工しう
ることを示している。また、伊藤は、通常のアルミナ系
砥石を用いて、窒化ケイ素系セラミックスの鏡面研削加
工の可能性を示している（最新ファインセラミック技
術、工業調査会編・刊、ＰＰ２１９、１９８３年）。
【００１２】かかる方法により得られた加工面の表面粗
度はいずれも最大高さ粗さ、Ｒｍａｘ＝０．０３μｍで
あり、窒化ケイ素及びβ−サイアロン個々の結晶粒径が
数μｍであることを考慮すれば、上記の文献において、
市田や伊藤らが述べている「塑性変形を主体とする流れ
形切り屑生成による材料除去」あるいは「摩耗と微小破
砕が主の材料除去」だけではその現象を十分にとらえて
いるとは考え難い。また、前者の文献による報告におい
ては、工作物は常圧焼結体であり、実際に今後、精密加
工部品として用いられると考えられている窒化ケイ素系
セラミックスの機械的特性と比較すれば若干見劣りする
ものであり、その点からも材料除去のメカニズムも材料
特性に依存し変化する可能性も考えられる。
度はいずれも最大高さ粗さ、Ｒｍａｘ＝０．０３μｍで
あり、窒化ケイ素及びβ−サイアロン個々の結晶粒径が
数μｍであることを考慮すれば、上記の文献において、
市田や伊藤らが述べている「塑性変形を主体とする流れ
形切り屑生成による材料除去」あるいは「摩耗と微小破
砕が主の材料除去」だけではその現象を十分にとらえて
いるとは考え難い。また、前者の文献による報告におい
ては、工作物は常圧焼結体であり、実際に今後、精密加
工部品として用いられると考えられている窒化ケイ素系
セラミックスの機械的特性と比較すれば若干見劣りする
ものであり、その点からも材料除去のメカニズムも材料
特性に依存し変化する可能性も考えられる。
【００１３】そこで、本発明は、最大高さ粗さ、Ｒｍａ
ｘで０．１μｍ以下、十点平均粗さ、Ｒｚで０．０５μ
ｍという十点平滑な表面粗度が得られ、しかも研削加工
中に表面損傷を修復しうる工業的に可能な方法を得よう
とするものである。
ｘで０．１μｍ以下、十点平均粗さ、Ｒｚで０．０５μ
ｍという十点平滑な表面粗度が得られ、しかも研削加工
中に表面損傷を修復しうる工業的に可能な方法を得よう
とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段とその作用】上記の課題を
解決するために、本発明においては、研削加工中に工作
物と硬質砥粒（ダイヤモンド砥粒等）との間に発生する
接触圧力および研削熱の機械的、熱的作用を複合させる
ことにより、工作物表面に新たに表面層を設け、経済的
で、かつ十分平滑な表面粗度を得るようにしたのであ
る。
解決するために、本発明においては、研削加工中に工作
物と硬質砥粒（ダイヤモンド砥粒等）との間に発生する
接触圧力および研削熱の機械的、熱的作用を複合させる
ことにより、工作物表面に新たに表面層を設け、経済的
で、かつ十分平滑な表面粗度を得るようにしたのであ
る。
【００１５】そして、本発明においては、上述した機械
的、熱的作用を複合化させるために最も重要な作用が砥
石の工作物への加工速度、そのなかでも機械的作用につ
いては、工作物への垂直方向への切込み速度が砥石作業
面１回転当り０．００５μｍ以上、０．１μｍ以下の範
囲で線形もしくは複数のステップ状で構成され、かつ熱
的作用については、水平方向への加工速度が２５ｍ／秒
以上、７５ｍ／秒以下の条件が必須であることを見いだ
したものである。この内、切込み速度が０．００５μｍ
未満であると機械的作用の効果が低く、加工時間の増加
につながる。一方、０．１μｍを越えると機械的作用が
強すぎ、工作物表面に脆性的な破砕を伴う材料除去をま
ねく。また水平方向の加工速度については、２５ｍ／秒
未満であると熱的作用が十分でなく、すなわち研削熱の
発生が十分に期待できなく、また７５ｍ／秒を越える
と、研削盤の機械的コストの問題や高速駆動に伴う外乱
の発生等の問題が生じる。
的、熱的作用を複合化させるために最も重要な作用が砥
石の工作物への加工速度、そのなかでも機械的作用につ
いては、工作物への垂直方向への切込み速度が砥石作業
面１回転当り０．００５μｍ以上、０．１μｍ以下の範
囲で線形もしくは複数のステップ状で構成され、かつ熱
的作用については、水平方向への加工速度が２５ｍ／秒
以上、７５ｍ／秒以下の条件が必須であることを見いだ
したものである。この内、切込み速度が０．００５μｍ
未満であると機械的作用の効果が低く、加工時間の増加
につながる。一方、０．１μｍを越えると機械的作用が
強すぎ、工作物表面に脆性的な破砕を伴う材料除去をま
ねく。また水平方向の加工速度については、２５ｍ／秒
未満であると熱的作用が十分でなく、すなわち研削熱の
発生が十分に期待できなく、また７５ｍ／秒を越える
と、研削盤の機械的コストの問題や高速駆動に伴う外乱
の発生等の問題が生じる。
【００１６】更に、本発明は、一般的な鏡面研削加工に
より得られる加工表面粗度が容易に得られることと、窒
化ケイ素セラミックスの大部分を占める窒化ケイ素結晶
粒の大きさが１〜１０μｍレベルあることから、単純に
粒界相等の塑性変形を伴う流れ形切り屑の生成での表面
平滑度が得られているとは考えられないことに注目し
て、研削加工表面を詳細に解析した結果、上述の研削加
工方法により窒化ケイ素セラミック材料の表面に析出す
る、酸素と窒素の原子比、Ｏ／Ｎが０．２５以上、１．
０以下の範囲で連続もしくは断続的に変化する、Ｓｉを
主成分とする非晶質、結晶質の１種以上より構成される
場合、強度の信頼性、表面の平滑度、経済性の点で優れ
た窒化ケイ素系セラミック加工製品を得る知見にも併せ
てよるものである。この析出層の一部が加工前に表面に
残留しているクラック等の開口部を埋める作用をし、こ
れにより加工表面の平滑度を得るとともに、残存クラッ
ク等の開口部が消失することから、この発明の加工方法
を施した製品の特性は、例えば抗折力特性においてその
絶対値を向上させるとともに、そのバラツキを顕著に低
下させるものである。この発明による加工製品は下記の
条件を満足する必要がある。
より得られる加工表面粗度が容易に得られることと、窒
化ケイ素セラミックスの大部分を占める窒化ケイ素結晶
粒の大きさが１〜１０μｍレベルあることから、単純に
粒界相等の塑性変形を伴う流れ形切り屑の生成での表面
平滑度が得られているとは考えられないことに注目し
て、研削加工表面を詳細に解析した結果、上述の研削加
工方法により窒化ケイ素セラミック材料の表面に析出す
る、酸素と窒素の原子比、Ｏ／Ｎが０．２５以上、１．
０以下の範囲で連続もしくは断続的に変化する、Ｓｉを
主成分とする非晶質、結晶質の１種以上より構成される
場合、強度の信頼性、表面の平滑度、経済性の点で優れ
た窒化ケイ素系セラミック加工製品を得る知見にも併せ
てよるものである。この析出層の一部が加工前に表面に
残留しているクラック等の開口部を埋める作用をし、こ
れにより加工表面の平滑度を得るとともに、残存クラッ
ク等の開口部が消失することから、この発明の加工方法
を施した製品の特性は、例えば抗折力特性においてその
絶対値を向上させるとともに、そのバラツキを顕著に低
下させるものである。この発明による加工製品は下記の
条件を満足する必要がある。
【００１７】 研削加工表面の表面粗さが最大高さ粗
さ、Ｒｍａｘで０．１μｍ以下、十点平均粗さ、Ｒｚで
０．０５μｍ以下であること。この条件は、その表面粗
さが０．１μｍ以上であれが十分に加工面の平滑度が得
られていないことに加え、上述の加工前の残留クラック
等の埋没効果も十分ではないことによる。
さ、Ｒｍａｘで０．１μｍ以下、十点平均粗さ、Ｒｚで
０．０５μｍ以下であること。この条件は、その表面粗
さが０．１μｍ以上であれが十分に加工面の平滑度が得
られていないことに加え、上述の加工前の残留クラック
等の埋没効果も十分ではないことによる。
【００１８】 研削加工中に析出する表面層の厚みが
２０μｍ以下であること。この表面層が２０μｍを越え
て生成した場合には当該層の熱的性質、機械的性質が母
材と異なるため、母材との間に引張応力を生じ表面層を
劣化させる可能性があるためである。
２０μｍ以下であること。この表面層が２０μｍを越え
て生成した場合には当該層の熱的性質、機械的性質が母
材と異なるため、母材との間に引張応力を生じ表面層を
劣化させる可能性があるためである。
【００１９】一方、上記の条件を満足する加工製品を得
るためには、本発明による研削加工方法においては、下
記の条件を満足する必要がある。
るためには、本発明による研削加工方法においては、下
記の条件を満足する必要がある。
【００２０】 使用するダイヤモンド砥石の砥粒粒度
が平均粒径で５０μｍ以下、５μｍ以上、集中度が７５
以上、１５０以下であること、およびその結合材が好ま
しくは有機物系であること。かかる条件は、砥粒粒度が
平均粒度で５０μｍを越えると研削点における工作物と
砥粒の接触面積が大きくなり、研削点で発生する研削熱
が上記の表面層を析出させる効果が十分得られないため
である。また、５μｍを下回ると、砥石の目づまり現象
により、加工能率の低下が生じ、経済性の点で問題があ
る。一方、集中度が７５未満であると、加工中の作用砥
粒数が現象し、砥粒切込み深さが大きくなり研削点にお
いて塑性歪を伴うクラックを発生させる可能性がある。
また１５０を越えると、砥石のチップポケットの減少か
ら砥石の目づまり現象が生じ、加工能率の低下につなが
る。以上の知見は従来技術の単純に細粒砥粒砥石を用い
れば良好な鏡面加工表面が得られるという考えに反する
ものである。
が平均粒径で５０μｍ以下、５μｍ以上、集中度が７５
以上、１５０以下であること、およびその結合材が好ま
しくは有機物系であること。かかる条件は、砥粒粒度が
平均粒度で５０μｍを越えると研削点における工作物と
砥粒の接触面積が大きくなり、研削点で発生する研削熱
が上記の表面層を析出させる効果が十分得られないため
である。また、５μｍを下回ると、砥石の目づまり現象
により、加工能率の低下が生じ、経済性の点で問題があ
る。一方、集中度が７５未満であると、加工中の作用砥
粒数が現象し、砥粒切込み深さが大きくなり研削点にお
いて塑性歪を伴うクラックを発生させる可能性がある。
また１５０を越えると、砥石のチップポケットの減少か
ら砥石の目づまり現象が生じ、加工能率の低下につなが
る。以上の知見は従来技術の単純に細粒砥粒砥石を用い
れば良好な鏡面加工表面が得られるという考えに反する
ものである。
【００２１】 研削系の振動成分が研削砥石の振動変
位で０．５μｍ以下であること。これは、振動変位が
０．５μｍ以上になると、砥粒と工作時間の接触圧力
が、この振動のため変動し上記の表面層を析出させるに
十分な接触圧力を安定して維持できなくなるためであ
る。このためいわゆるスクラッチングと呼ばれる入傷を
加工表面に残留させることになる。
位で０．５μｍ以下であること。これは、振動変位が
０．５μｍ以上になると、砥粒と工作時間の接触圧力
が、この振動のため変動し上記の表面層を析出させるに
十分な接触圧力を安定して維持できなくなるためであ
る。このためいわゆるスクラッチングと呼ばれる入傷を
加工表面に残留させることになる。
【００２２】以上述べてきた表面層の析出の詳細なメカ
ニズムは定かではないが、研削加工時に工作物に付与さ
れる熱的及び機械的な負荷により、粒界相の軟化作用と
同時に、例えば幾原ら（日本セラミック協会１９９０年
夏期予稿集、Ｐ４６１）が窒化ケイ素系セラミックの高
温クリープ時の微細構造解析でも知見を述べているよう
に窒化ケイ素結晶粒内に導入される転位等の欠陥の集積
が結晶粒の変形や、物質拡散を生じさせることや、メカ
ノケミカル作用により酸素の固溶を伴う表面積の合成を
生じるのではないかと考えられる。
ニズムは定かではないが、研削加工時に工作物に付与さ
れる熱的及び機械的な負荷により、粒界相の軟化作用と
同時に、例えば幾原ら（日本セラミック協会１９９０年
夏期予稿集、Ｐ４６１）が窒化ケイ素系セラミックの高
温クリープ時の微細構造解析でも知見を述べているよう
に窒化ケイ素結晶粒内に導入される転位等の欠陥の集積
が結晶粒の変形や、物質拡散を生じさせることや、メカ
ノケミカル作用により酸素の固溶を伴う表面積の合成を
生じるのではないかと考えられる。
【００２３】かくして表面粗度を向上させた窒化ケイ素
系セラミック加工製品は、例えばアジャスティングシ
ム、ピストンピン、ピストンリング等の金属部品との高
速摺動部品として適用した場合、摺動摩擦抵抗を低減さ
せ、従来の金属部品を使用する場合に比較し、顕著に摩
擦エネルギーロスを低減させることが可能である。また
従来、こうしたセラミック部品と金属部品を摺動させた
場合、セラミック部品の表面が摺動する相手の金属部品
の表面を摩耗させたり、入傷させたりする問題点があっ
た。これに対しても本発明の加工方法により得られるセ
ラミック加工製品は、損傷を全く与えない作用効果をも
つものである。またこれらの潤滑等の作用には本発明に
よる表面のＯ元素を多く含む析出層が効果的に作用して
いると考えられる。
系セラミック加工製品は、例えばアジャスティングシ
ム、ピストンピン、ピストンリング等の金属部品との高
速摺動部品として適用した場合、摺動摩擦抵抗を低減さ
せ、従来の金属部品を使用する場合に比較し、顕著に摩
擦エネルギーロスを低減させることが可能である。また
従来、こうしたセラミック部品と金属部品を摺動させた
場合、セラミック部品の表面が摺動する相手の金属部品
の表面を摩耗させたり、入傷させたりする問題点があっ
た。これに対しても本発明の加工方法により得られるセ
ラミック加工製品は、損傷を全く与えない作用効果をも
つものである。またこれらの潤滑等の作用には本発明に
よる表面のＯ元素を多く含む析出層が効果的に作用して
いると考えられる。
【００２４】
〔実施例１〕イミド分解法により得られた宇部興産製α
−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末、ＳＮ−Ｅ１０を９３重量％、及び信
越化学製Ｙ2 Ｏ3 粉末、住友化学製Ａｌ2 Ｏ3 を各々
５、２重量％よりなる原料粉末を、ナイロン製ボールミ
ルにより７２時間、エチルアルコール中で湿式混合、及
び乾燥した混合粉末を５０×１０×１０mm2 の直方体に
プレス成形した。この成形体をＮ2 ガス、３気圧中、１
７００℃×４時間焼結した後、さらに１７５０℃×１時
間、８０気圧Ｎ2 ガス中で２次焼結した。得られた焼結
体の長手方向の４面を♯３２５のレジンボンドダイヤモ
ンド砥石（集中度７５）により、研削条件として砥石周
速１６００ｍ／分、砥石切込み量１０μｍ、水溶性研削
液、スパークアウト研削回数５回を用いて、加工取り代
残り５μｍまで研削加工を実施した。この表面粗度は最
大高さ粗さ、Ｒｍａｘ＝１．８μｍであった。更に、こ
の加工面を最終の加工方法として、以下の表１に示す加
工条件を選択した。用いた加工方法は６Ａｌ型の砥石を
用い、砥石端面による研削加工（いわゆるカップ型砥石
による加工方法）である。この砥石の粒度は♯１０００
のダイヤモンド砥粒を用い、集中度は１００であった。
−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末、ＳＮ−Ｅ１０を９３重量％、及び信
越化学製Ｙ2 Ｏ3 粉末、住友化学製Ａｌ2 Ｏ3 を各々
５、２重量％よりなる原料粉末を、ナイロン製ボールミ
ルにより７２時間、エチルアルコール中で湿式混合、及
び乾燥した混合粉末を５０×１０×１０mm2 の直方体に
プレス成形した。この成形体をＮ2 ガス、３気圧中、１
７００℃×４時間焼結した後、さらに１７５０℃×１時
間、８０気圧Ｎ2 ガス中で２次焼結した。得られた焼結
体の長手方向の４面を♯３２５のレジンボンドダイヤモ
ンド砥石（集中度７５）により、研削条件として砥石周
速１６００ｍ／分、砥石切込み量１０μｍ、水溶性研削
液、スパークアウト研削回数５回を用いて、加工取り代
残り５μｍまで研削加工を実施した。この表面粗度は最
大高さ粗さ、Ｒｍａｘ＝１．８μｍであった。更に、こ
の加工面を最終の加工方法として、以下の表１に示す加
工条件を選択した。用いた加工方法は６Ａｌ型の砥石を
用い、砥石端面による研削加工（いわゆるカップ型砥石
による加工方法）である。この砥石の粒度は♯１０００
のダイヤモンド砥粒を用い、集中度は１００であった。
【００２５】この鏡面研削加工時の砥石と工作物の振動
変位を、回転中の砥石の外周での変位として光学式の微
小変位測定器で測定したところ、０．１μｍであった。
これにより得られた製品の加工面粗度の結果を同表中に
示す。またこの製品の表面を測定試料として、ＥＳＣＡ
により表面層のＮ及びＯ元素の含有比率を測定した結
果、原子比でＯ／Ｎ＝０．５０〜０．７５の範囲であっ
た。またこの表面層をイオンミリングにより順次除去し
ながら、同様の測定をおこなった結果、表面から〜５μ
ｍの厚みにおいてＯ／Ｎ＝０．７５から０．３５まで連
続的に変化する層により構成されていることが明らかと
なった。
変位を、回転中の砥石の外周での変位として光学式の微
小変位測定器で測定したところ、０．１μｍであった。
これにより得られた製品の加工面粗度の結果を同表中に
示す。またこの製品の表面を測定試料として、ＥＳＣＡ
により表面層のＮ及びＯ元素の含有比率を測定した結
果、原子比でＯ／Ｎ＝０．５０〜０．７５の範囲であっ
た。またこの表面層をイオンミリングにより順次除去し
ながら、同様の測定をおこなった結果、表面から〜５μ
ｍの厚みにおいてＯ／Ｎ＝０．７５から０．３５まで連
続的に変化する層により構成されていることが明らかと
なった。
【００２６】一方、比較例として上記の♯２０レジンボ
ンドダイヤモンド砥石で加工した工作物を、残部の加工
取り代分を♯２０００、♯４０００番の遊離ダイヤモン
ド砥粒（平均粒度１〜５μｍ）によるラッピング加工を
２０時間行った。加工後の表面粗さは、最大高さ粗さ、
Ｒｍａｘ＝０．０８μｍ、十点平均粗さ、Ｒｚ＝０．０
２μｍであった。これを上記と同様の手法で表面分析を
行った結果、顕著なＯ元素の存在は認められなかった。
ンドダイヤモンド砥石で加工した工作物を、残部の加工
取り代分を♯２０００、♯４０００番の遊離ダイヤモン
ド砥粒（平均粒度１〜５μｍ）によるラッピング加工を
２０時間行った。加工後の表面粗さは、最大高さ粗さ、
Ｒｍａｘ＝０．０８μｍ、十点平均粗さ、Ｒｚ＝０．０
２μｍであった。これを上記と同様の手法で表面分析を
行った結果、顕著なＯ元素の存在は認められなかった。
【００２７】以上、本発明による加工方法と比較例によ
る加工方法により得られた抗折試験片を３０本、ＪＩＳ
準拠の３点曲強度試験に供した結果を実施例中のＮｏ．
１との比較で表２に示す。
る加工方法により得られた抗折試験片を３０本、ＪＩＳ
準拠の３点曲強度試験に供した結果を実施例中のＮｏ．
１との比較で表２に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】〔実施例２〕実施例１と同様の焼結体及び
前加工条件により仕上げた窒化ケイ素セラミックスを以
下に示す条件で鏡面研削加工した。その結果を表３に示
す。尚、加工速度は工作物に対し、垂直方向の砥石切込
み速度が砥石作業面１回転当り、０．０２５μｍ、水平
方向に対して４０ｍ／秒であった。
前加工条件により仕上げた窒化ケイ素セラミックスを以
下に示す条件で鏡面研削加工した。その結果を表３に示
す。尚、加工速度は工作物に対し、垂直方向の砥石切込
み速度が砥石作業面１回転当り、０．０２５μｍ、水平
方向に対して４０ｍ／秒であった。
【００３１】
【表３】
【００３２】尚、表面層の元素分析については、表面の
放置による酸化膜層の影響を除くために、溶剤で洗浄後
イオンスパッタリングにより、極表面の酸化膜層相当分
を除去した後、測定を実施した。
放置による酸化膜層の影響を除くために、溶剤で洗浄後
イオンスパッタリングにより、極表面の酸化膜層相当分
を除去した後、測定を実施した。
【００３３】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、強度、
信頼性、とくに金属部材との摺動性及び経済性の点にお
いて、十分満足することができる窒化ケイ素系セラミッ
ク加工製品を得ることが可能である。
信頼性、とくに金属部材との摺動性及び経済性の点にお
いて、十分満足することができる窒化ケイ素系セラミッ
ク加工製品を得ることが可能である。
Claims (5)
- 【請求項１】 研削砥石の工作物への加工速度の内、工
作物への垂直方向への切込み速度が、砥石作業面１回転
当り、０．００５μｍ以上、０．１μｍ以下の範囲で線
形もしくは複数のステップ状で構成され、かつ水平方向
への加工速度が２５ｍ／秒以上、７５ｍ／秒以下であ
り、得られた工作物の研削加工表面の表面粗さが最大高
さ粗さ、Ｒｍａｘで０．１μｍ以下、十点平均粗さ、Ｒ
ｚで０．０５μｍ以下であることを特徴とする窒化ケイ
素系セラミックスの研削加工方法。 - 【請求項２】 用いる研削砥石がダイヤモンド砥石であ
り、その砥粒粒度が平均粒径で５０μｍ以下、５μｍ以
上、集中度が７５以上、１５０以下であることを特徴と
する請求項１記載の窒化ケイ素系セラミックスの研削加
工方法。 - 【請求項３】 研削系の振動成分が研削砥石の振動変位
で０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載
の窒化ケイ素系セラミックスの研削加工方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の研削加工方法により得ら
れる窒化ケイ素系セラミック製品で、該研削加工方法に
より析出する酸素と窒素の原子比、Ｏ／Ｎが０．２５以
上、１．０以下の範囲で連続もしくは断続的に変化す
る、Ｓｉを主成分とする非晶質、結晶質の１種以上より
構成される表面層を有することを特徴とする窒化ケイ素
セラミックス加工製品。 - 【請求項５】 表面層の厚みが２０μｍ以下であること
を特徴とする請求項４記載の窒化ケイ素系セラミックス
加工製品。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4112649A JPH05305561A (ja) | 1992-05-01 | 1992-05-01 | 窒化ケイ素系セラミックスの研削加工方法及びその加工製品 |
| CA002073388A CA2073388C (en) | 1992-05-01 | 1992-07-08 | Method of machining silicon nitride ceramics and silicon nitride ceramics products |
| EP92111691A EP0567686B1 (en) | 1992-05-01 | 1992-07-09 | Method of machining silicon nitride ceramics and silicon nitride ceramics products |
| DE69219585T DE69219585T2 (de) | 1992-05-01 | 1992-07-09 | Verfahren zum Bearbeiten von Silicon-Nitrid-Keramik und Produkten aus derselben Keramik |
| US07/921,255 US5297365A (en) | 1992-05-01 | 1992-07-29 | Method of machining silicon nitride ceramics and silicon nitride ceramics products |
| US08/162,302 US5584745A (en) | 1992-05-01 | 1993-12-06 | Method of machining silicon nitride ceramics and silicon nitride ceramics products |
| US08/423,726 US5605494A (en) | 1992-05-01 | 1995-04-18 | Facility for grinding silicon nitride ceramic workpiece |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4112649A JPH05305561A (ja) | 1992-05-01 | 1992-05-01 | 窒化ケイ素系セラミックスの研削加工方法及びその加工製品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05305561A true JPH05305561A (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=14592019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4112649A Pending JPH05305561A (ja) | 1992-05-01 | 1992-05-01 | 窒化ケイ素系セラミックスの研削加工方法及びその加工製品 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US5297365A (ja) |
| EP (1) | EP0567686B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05305561A (ja) |
| CA (1) | CA2073388C (ja) |
| DE (1) | DE69219585T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5817245A (en) * | 1995-04-10 | 1998-10-06 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of and apparatus for tribochemically finishing ceramic workpiece |
| JP2000109385A (ja) * | 1998-10-02 | 2000-04-18 | Japan Fine Ceramics Center | セラミックスの加工方法および加工用工具 |
| CN111663107A (zh) * | 2019-03-05 | 2020-09-15 | Ｊｘ金属株式会社 | 溅射靶及其制造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3363587B2 (ja) * | 1993-07-13 | 2003-01-08 | キヤノン株式会社 | 脆性材料の加工方法及びその装置 |
| WO1995021724A1 (de) * | 1994-02-14 | 1995-08-17 | Wernicke & Co. Gmbh | Vorrichtung zur randbearbeitung von brillengläsern |
| US5725413A (en) * | 1994-05-06 | 1998-03-10 | Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | Apparatus for and method of polishing and planarizing polycrystalline diamonds, and polished and planarized polycrystalline diamonds and products made therefrom |
| US6033483A (en) | 1994-06-30 | 2000-03-07 | Applied Materials, Inc. | Electrically insulating sealing structure and its method of use in a high vacuum physical vapor deposition apparatus |
| JP3055401B2 (ja) * | 1994-08-29 | 2000-06-26 | 信越半導体株式会社 | ワークの平面研削方法及び装置 |
| US5655951A (en) * | 1995-09-29 | 1997-08-12 | Micron Technology, Inc. | Method for selectively reconditioning a polishing pad used in chemical-mechanical planarization of semiconductor wafers |
| US5609718A (en) * | 1995-09-29 | 1997-03-11 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus for measuring a change in the thickness of polishing pads used in chemical-mechanical planarization of semiconductor wafers |
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| JPH10167859A (ja) | 1996-12-05 | 1998-06-23 | Ngk Insulators Ltd | セラミックス部品およびその製造方法 |
| SG70097A1 (en) * | 1997-08-15 | 2000-01-25 | Disio Corp | Apparatus and method for machining workpieces by flushing working liquid to the tool-and-workpiece interface |
| JP2000015557A (ja) * | 1998-04-27 | 2000-01-18 | Ebara Corp | 研磨装置 |
| US6050881A (en) * | 1998-07-27 | 2000-04-18 | Ford Global Technologies, Inc. | Surface finishing covalent-ionic ceramics |
| JP4301623B2 (ja) * | 1999-03-26 | 2009-07-22 | 株式会社東芝 | 耐摩耗部材 |
| US6294469B1 (en) | 1999-05-21 | 2001-09-25 | Plasmasil, Llc | Silicon wafering process flow |
| WO2000072366A1 (en) * | 1999-05-21 | 2000-11-30 | Plasmasil, L.L.C. | Method for improving thickness uniformity of semiconductor wafers |
| EP1129816A3 (en) * | 2000-03-02 | 2003-01-15 | Corning Incorporated | Method for polishing ceramics |
| DE102008009507B4 (de) * | 2008-02-15 | 2010-09-02 | Günter Effgen GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung extrem harter Werkstoffe |
| JP5681252B1 (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-04 | 株式会社リケン | 内燃機関用ピストンリング |
| WO2015056450A1 (ja) * | 2013-10-18 | 2015-04-23 | 株式会社リケン | 内燃機関用ピストンリング |
| KR102316563B1 (ko) * | 2017-05-22 | 2021-10-25 | 엘지디스플레이 주식회사 | 금속으로 형성된 상부 기판을 포함하는 유기 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법 |
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| CA1194318A (en) * | 1981-05-18 | 1985-10-01 | Edwin A. Pascoe | Dry grinding cemented carbide workpieces with silver- coated diamond grit |
| US4663890A (en) * | 1982-05-18 | 1987-05-12 | Gmn Georg Muller Nurnberg Gmbh | Method for machining workpieces of brittle hard material into wafers |
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| JPH04115859A (ja) * | 1990-09-06 | 1992-04-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｓｉ↓３Ｎ↓４系セラミックスの研削加工方法及びその加工製品 |
-
1992
- 1992-05-01 JP JP4112649A patent/JPH05305561A/ja active Pending
- 1992-07-08 CA CA002073388A patent/CA2073388C/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-07-09 DE DE69219585T patent/DE69219585T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-07-09 EP EP92111691A patent/EP0567686B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-07-29 US US07/921,255 patent/US5297365A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-12-06 US US08/162,302 patent/US5584745A/en not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-04-18 US US08/423,726 patent/US5605494A/en not_active Expired - Fee Related
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| CN111663107B (zh) * | 2019-03-05 | 2022-05-06 | Ｊｘ金属株式会社 | 溅射靶及其制造方法 |
Also Published As
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|---|---|
| US5584745A (en) | 1996-12-17 |
| DE69219585D1 (de) | 1997-06-12 |
| EP0567686A2 (en) | 1993-11-03 |
| EP0567686B1 (en) | 1997-05-07 |
| DE69219585T2 (de) | 1997-11-27 |
| US5605494A (en) | 1997-02-25 |
| US5297365A (en) | 1994-03-29 |
| CA2073388C (en) | 1996-01-23 |
| EP0567686A3 (ja) | 1994-03-23 |
| CA2073388A1 (en) | 1993-11-02 |
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