JPH0536191B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超硬合金あるいはセラミツクス等
の難削材の研削または切断に使用して好適なメタ
ルボンド砥石の製造方法に係り、特に超砥粒の集
中度を高めたメタルボンド砥石の製造方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 周知の通り、セラミツクス、フエライト等の硬
脆材料の研削には、ダイヤモンド砥石、CBN（立
方晶窒素硼素）砥石などの砥石が賞用されてい
る。

この種の砥石は、ダイヤモンド砥粒やCBN砥
粒などの硬質砥粒をレジノイドボンド、メタルボ
ンド、ビトリフアイドボンドなどの結合剤と混合
して型込めした後、焼結することにより製造され
たものである。そして、メタルボンドを結合剤と
するものは、砥粒保持力、耐磨耗性が高いので、
半導体、セラミツクなどの精密切断や、石材の切
断、超硬工具の研削などに用いられている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来の混合法によるメタル
ボンド砥石の製造方法には、次のような欠点があ
つた。

(1) 混合法では、砥粒径の違いや比重差によつて
均一な混合ができず、砥石中の硬質砥粒の分布
が不均一になつてしまう。

(2) また、焼結性が悪く、高集中度の砥石の製造
が難しい。ここで、集中度とは、砥粒と結合剤
とからなる砥粒層中に占める砥粒の割合を示す
もので、砥粒率25Vol％を集中度100と規定し
ている。

(3) 焼結性が悪く、かつ結合剤の成分分布が不均
一となり、硬質砥粒の保持力およびボンド相の
強度の高いものを得るのが難しい。

この発明は、このような背景の下になされたも
ので、硬質砥粒の分布が均一で、かつ高集中度の
メタルボンド砥石を得ることができるメタルボン
ド砥石の製造方法を提供することを目的とするも
のである。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの発明は、硬質
砥粒に最外層の被覆金属の融点が内層の被覆金属
の融点よりも低融点である２層以上の金属被膜
を、その全被覆量が30〜95Vol％の範囲になるよ
うに被覆した複合砥粒を単一の主原料とし、これ
ら複合砥粒を圧縮成形した後に、前記複合砥粒の
最外層の前記被覆金属を溶融させる焼結を行つ
て、硬質砥粒を金属被膜を介して硬質砥粒を結合
させることを特徴とするものである。

［作用］ 上記手段によれば、硬質砥粒の表面に施された
金属被覆が結合剤として作用するため、混合を必
要とせず、型込めの後、直ちに圧縮成形して焼結
することが可能である。この圧縮成形および焼結
の際、上記金属被膜は変形可能なため、焼結性が
良く、砥石強度、砥粒保持力が高く、均一にして
高集中度の砥石を容易に製造することができる。

硬質砥粒上に形成される２層以上の金属被覆
は、第１層目に相対的に融点の高い金属被覆を行
い、最外層に他の層に比べて融点の低い金属被覆
を行う。この理由は次の通りである。

(1) 第１層目は、硬質砥粒の保持に最も寄与する
層であり、硬質砥粒はこの第１層目に直接接触
した状態で保持される。ところが、この硬質砥
粒は研削時の摩耗により発熱するため、第１層
目が低融点の金属であると硬質砥粒との結合強
度の低下が起きるおそれがある。従つて、この
第１層目としては、高温における強度が高い金
属、すなわち、高融点金属が適当なのである。

(2) 最外層の金属被覆層は、砥石化に際して融着
層として機能するため、焼結をより容易にする
ためには、比較的低融点であることが適当なの
である。なお、研削時の摩擦熱により高温とな
る硬質砥粒とこの最外層の金属被覆層との間に
は、上記第１層を初めとする内層の金属被膜が
介在し、これにより硬質砥粒から最外層に向け
て温度勾配が生じ、温度は内層を介して伝わる
ため、砥石化により融着した最外層の結合強度
が上記摩擦熱によつて損なわれるようなことは
ない。

(3) そして、最外層被膜のみが融点する温度で焼
結を行うと、内層被膜を構成する金属は溶融し
ないから、ダイヤモンド、CBN等を素材とす
る硬質砥粒自体が近接して間に干渉層が無くな
ることが防止され、各硬質砥粒が金属被膜に弾
性的にかつ強固に保持される。

また、硬質砥粒表面に形成される金属被膜量
は、30〜95Vol％の範囲にすることが必要であ
る。これ以下では、砥石化した場合は砥粒保持
力が低く、砥石強度を低下する。また、これ以
上では、得られた砥石中における砥粒含有率が
低く、研削効果が低下してしまう。

［発明の付帯的事項］ (1) 硬質砥粒に第１層目の金属被覆を施す方法と
して、PVD、CVD等の気相めつきと無電解め
つきとが可能であるが、成膜速度、コスト等の
点から無電解めつきが好ましい。第２相目以降
の金属被覆を施す方法としては、前記の他に電
気めつき法が適用できる。

(2) 複合砥粒を用いての砥石の製造方法において
は、砥石成分が複合砥粒に全て含まれているわ
けであるから、混合等は必要なく、そのまま成
型すればよい。この場合、異種粉末の混合のよ
うに振動によつて分離することがないので、型
込め時に振動を加えて複合砥粒の充填密度を上
げることも可能である。なお、圧縮成形及び焼
結する方法としては、従来知られている方法が
適用できる。例えばホツトプレスする方法、コ
ールドプレスした後ホツトプレスする方法ある
いはコールドプレスした後焼結する方法などが
適用できる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を説明する。

実施例 １ 第１図のダイヤモンド砥粒１（＃140／170）の
表面に、無電解めつきによつて、Cu被膜（銅被
膜）５を形成した後、Cu被膜５の表面に、置換
めつきによつて、Sn被膜（錫被膜）６を形成し、
複合砥粒７を作成した。この複合砥粒７の組成
は、ダイヤモンド63Vol％、Cu30Vol％、
Sn7Vol％であつた。

次に、上記複合砥粒７に振動を加えつつ型込め
した後、コールドプレス（5ton／cm²）を行つてダ
イヤモンド砥石１の充填密度を高め、ホツトプレ
ス（700℃、300Kg／cm²、５分）を施して焼結し、
高集中度メタルボンド砥石を作製した。

こうして作製した高集中度メタルボンド砥石
は、鋼製の芯金の外周に、幅６mm、厚さ３mmの砥
石層が形成されたもので、集中度は250であつた。

次に、本実施例と同一組成、同一集中度、同一
形状のダイヤモンド砥石を従来法、すなわち、所
定量のダイヤモンド粉、Cu粉、Sn粉とを混合し、
型込めした後、本実施例と同様な焼結条件で焼結
したところ、得られたダイヤモンド砥石は、型バ
ラシ時に砥石層が芯金から脱落し、目的とする砥
石形状を得ることができなかつた。

次いで、本実施例のダイヤモンド砥石を用いて
研削試験を行つた。研削試験は、ガラスを被削剤
とし、研削条件としては、砥石車の周速1500ｍ／
min、切り込み0.7mm、テーブル送り100ｍ／min、
テーブルクロス送り２mm／pass、湿式とした。。
研削試験の結果、本実施例によるダイヤモンド砥
石の研削比は13500で非常に優れていた。

このように本実施例１によれば、前記複合砥粒
７のみが単一の主原料として使用されるため、従
来の混合法等の如く砥粒と結合剤との比重差等に
よる混合の不均一が生じたり、砥粒の移動凝集を
生じたりすることがなく、ダイヤモンド砥粒１の
分布を均一にすることが可能となる。これととも
に、原料の取扱いがきわめて容易であるため、作
業者の熟練等を要することがなく、製造装置の自
動化も容易に進めることが可能となる。

また、本実施例１のように型込め時に振動を加
えつつ充填することにより、複合砥粒７の充填密
度の向上を図ることができる。

さらに、本実施例において複合砥粒７は、最外
層に被覆されるSn被膜６は低融点であり、焼結
時にSn被膜６は液相を形成して隣り合う複合砥
粒７同士を融着させるとともに、溶融したSn被
膜６はCu被膜５との間で相互拡散を生じて凝固
し、複合砥粒７同士を強固に接合する。この溶融
凝固部の耐摩耗性がダイヤモンド砥粒１と接する
Cu被膜５に比して小さいため、研削加工におい
て複合砥粒７間の中央部の摩耗が相対的に大きく
なり、チツプポケツトが形成され、良好な切れ味
を有する。また前記Cu被膜５は、複合砥粒７の
形成時にダイヤモンド砥粒１に被覆されるもので
あるから、該ダイヤモンド砥粒１の周囲に空隙等
が生じることはなく、従つて確実に充分な砥粒保
持力を得ることが可能である。

一方、複合砥粒７の最外層に被覆されるSn被
膜６は低融点であり、良好な焼結性を示すため、
真密度を高くすることができ、かつ前述のように
充填性も良いため、結果的に強度および耐久性の
高い砥石を提供することができる。これにより、
例えば肉厚のきわめて薄い砥石の製造等も容易に
行うことが可能となる。

さらにまた、前記Cu被膜５の存在により、ダ
イヤモンド砥粒１同志が必要以上に近接すること
が避けられて、個々のダイヤモンド砥粒１の間に
干渉層が確保される。このため、ダイヤモンド砥
石１の近傍には、常にある程度のCu被膜５より
なるメタルボンド相が存在することになり、これ
によつてダイヤモンド砥粒１を弾性的に保持する
ことも可能となる。

実施例 ２ 次に、実施例１と同様にして、ダイヤモンド砥
粒１（８〜16μｍ）の表面に、Cu−Snの２層被膜
５，６を形成し、複合砥粒７（ダイヤモンド
62.5Vol％、Cu30Vol％、Sn7.5Vol％）を作成し
た。この複合砥粒７をホツトプレス（60℃、300
Kg／cm²、５分）で焼結して1A8タイプ（台金な
し）の高集中度（集中度249）カツテイングプレ
ード（55.0φ×0.5t）を作製した。ここで、ホツ
トプレス温度は600℃であり、この温度では、最
外層のSn層のみ溶融し、内層のCu層は溶融しな
い。したがつて、最外層のみが融液を形成して焼
結が進むため、焼結中にボンド内をダイヤモンド
砥粒が移動することがなく、焼結後も砥粒層内に
おけるダイヤモンド砥粒の分布は均一で、偏差を
生ずることはない。本実施例に示したように複層
の金属被膜の全てが溶融することがない条件で焼
結を行うことが好ましく、このためには、内層の
被覆金属の融点より最外層の被覆金属の融点が
150℃以上低いことが、焼結条件の管理をより容
易にする点からも好ましい。これを従来法による
メタルカツテイングブレードと比較した。ただ
し、従来法では、本実施例と同一組成、同一集中
度のカツテイングブレードを製作することができ
なかつたので、従来法で限界の集中度150のカツ
テイングブレード（結合剤中の金属成分の組成比
は実施例３と同一）を製作し、実施例２との切断
比較試験を実施した。

切断試験の条件としては、0.5mm厚のブレード
を使用し、92％Al₂O₃を、周速1800ｍ／min、テ
ーブル送り30mm／min、湿式でフルカツトした。
この切断試験の結果、本実施例による高集中度カ
ツテイングブレードでは、比較品に比べて切断抵
抗が約20％低下し、砥石の摩耗も60％少なかつ
た。このように、本実施例２においても、前記実
施例１と同様の効果を得ることが可能である。

なお、上記実施例においては、複合砥粒７をそ
のまま焼結したが、複合砥粒の最外層金属被膜に
よる結合構造を変えない程度の結合剤、すなわ
ち、金属粉あるいはフイラーを添加して焼結する
ようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明では、硬質砥粒
に最外層の被覆金属の融点が内層の被覆金属の融
点よりも低融点である２層以上の金属被膜を、そ
の全被覆量が30〜95Vol％の範囲になるように被
覆した複合砥粒を単一の主原料とし、これら複合
砥粒を圧縮成形した後に、前記複合砥粒の最外層
の前記被覆金属を溶融させる焼結を行つて、硬質
砥粒を圧縮成形及び焼結を行つて、硬質砥粒を金
属被膜を介して結合させるので、焼結性がよく、
この結果充分な砥粒の保持力と、均一な砥粒分布
および高い砥粒集中度とを併せもつメタルボンド
砥石を、簡便にかつ確実に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

図は、この発明の第１実施例による複合砥粒の
構成を示す断面略図である。 １……ダイヤモンド砥粒（硬質砥粒）、５，６
……金属被膜、７……複合砥粒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 個々の硬質砥粒に最外層の被覆金属の融点が
   内層の被覆金属の融点よりも低融点である２層以
   上の金属被膜を、その全被覆量が30〜95Vol％の
   範囲になるように被覆した複合砥粒を単一の主原
   料とし、これを圧縮成形した後に、前記複合砥粒
   の最外層の前記被覆金属を溶融させる焼結を行つ
   て、前記硬質砥粒を前記金属被膜を介して結合さ
   せることを特徴とするメタルボンド砥石の製造方
   法。 ２ 前記圧縮成形における型込め時に振動を加え
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   メタルボンド砥石の製造方法。