JPH0639716A - 砥石ドレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ダイヤモンド粒子の結晶方向，サイズ，形状が
揃い、製作が容易でかつ安定した切れ味が得られる砥石
ドレッサを提供する。 【構成】気相合成ダイヤモンド薄膜から得られた柱状ダ
イヤモンド多結晶体２を焼結，電鋳，電着等の手段でド
レッサ基体１に固定した。気相合成の薄膜ダイヤモンド
は、合成条件により成長面が決まるから、ダイヤモンド
粒子の結晶方向が特定でき、粒子形状を揃え易く製造が
容易で且つ切刃の切れ味を安定させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ｃＢＮ（立方晶窒化ホ
ウ素）砥石などの研削砥石の形状修正（ツルーイング）
や目立て（ドレッシング）を行うのに使用する砥石ドレ
ッサの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の砥石ドレッサは、適当な大きさの
天然または合成のダイヤモンド粒子を焼結，電鋳，電着
等の手段で基体に固定して切刃を形成しており、例えば
特開昭５９−２１４５６１号公報，特開昭６４−３４６
６７号公報等に示されるものがある。前者は、円板状基
体の外周面に多数の小径ダイヤモンド粒を固定した砥石
ツルーイング用ダイヤモンドホイールであって、高温高
圧法で製造された円柱状の焼結ダイヤモンド体を放射状
に並べ、少なくとも全長の２分の１をメタルボンドにて
埋没保持して構成されている。

【０００３】一方、後者は、ＣＶＤ膜状ダイヤモンドを
金属薄膜を介して積層した積層体によって切刃を構成し
たものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、焼結ダ
イヤモンド体の場合はその多結晶を構成する微粒子の大
きさ、結晶方向を揃えるのが難しいという問題点があっ
た。これに対して、ＣＶＤ膜状ダイヤモンドを金属薄膜
とともに積層したものは、製作が困難で手間がかかると
いう問題点があった。

【０００５】本発明はかかる従来の問題点に着目してな
されたもので、粒子の結晶方向が特定できて粒子形状を
揃え易く、製作が容易で且つ安定した切れ味が得られる
とともに切れ味が劣化しにくい砥石ドレッサを提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、気相合成ダイ
ヤモンド薄膜から得られた所定形状のダイヤモンド切刃
を焼結，電鋳，電着等の手段でドレッサ基体に固定した
ことを特徴とする。

【０００７】

【作用】気相合成薄膜ダイヤモンドを用いると、合成条
件により成長面及び粒子径が決まるから、ダイヤモンド
粒子の結晶方向が特定でき、また粒子形状を揃え易い。
粒子形状が揃うと切刃の切れ味を安定させることができ
る。薄膜は多結晶体であるから、微細破壊をおこしても
新生の刃先が鋭利になり、切れ味が劣化しにくい。

【０００８】以下、本発明の砥石ドレッサを更に詳細に
説明する。本発明のダイヤモンド砥石ドレッサは、気相
合成した所定の厚さのダイヤモンド薄膜を利用して角柱
状のダイヤモンド切刃を形成し、個々の柱状ダイヤモン
ド切刃を積層することなく単体のままでドレッサ基体に
固定して構成したものである。

【０００９】本発明のダイヤモンド薄膜の気相合成にあ
たっては、プラズマジェット法，ＣＶＤ法，火炎法など
公知の合成法のいずれかを利用することができる。いず
れにしても、使用ガスの種類，組成，圧力，基板温度等
の合成条件を選択することにより成長面が決まり、形成
されるダイヤモンドの結晶方向を特定できる。ガスの種
類はメタンガス，一酸化炭素，アルコール等から選定
し、水素ガスと混合して用いる。例えば、ＣＶＤ法によ
るダイヤモンド合成条件を二，三例示すると、メタン
ガス0.5 vol ％と水素ガスとを用い、マイクロ波プラズ
マＣＶＤでシリコン基板上に合成する、メタンガス2
vol ％と水素ガスとを用いて圧力180Torr,基板温度1100
℃の条件下にＤＣプラズマＣＶＤでシリコン基板上に合
成する、一酸化炭素4.8 vol ％と水素ガスとを用いて
圧力0.1Torr,基板温度800 ℃の条件下にＥＣＲマイクロ
波プラズマＣＶＤでシリコン基板上に合成する等の公知
の手段を用いることができる。

【００１０】ダイヤモンドを気相合成する基板としては
シリコンに限らず、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ などのセラ
ミックスや超硬合金基板を用いることも可能である。こ
のようにして基板面上に形成したダイヤモンド薄膜か
ら、角柱状のダイヤモンドを得るには、以下の三通りの
手段のいずれかが用いられる。第１の手段は、まずレー
ザー加工機またはダイヤモンドホイールを用いてシリコ
ン基板上面のダイヤモンド薄膜に基板面に達する溝を形
成し、その後エッチングでシリコン基板を除去するもの
である。エッチングはＫＯＨ，ＮａＯＨ等の強アルカリ
溶液等を使用して行うことができる。

【００１１】第２の手段は、上記第１の場合とは逆に、
ダイヤモンド薄膜が上面に合成されているシリコン基板
の方をダイシングマシンやエッチング等により切断して
溝を切る。次いで、切った溝に沿ってダイヤモンド薄膜
を割るというものである。その割り方は、例えば溝を切
った薄膜合成済のシリコン基板をゴム板の上に置き、ダ
イヤモンド薄膜の上から鋼製のローラでローラ掛けして
圧力をかければよい。ダイヤモンド粒子の下面に付着し
ているシリコン等のセラミックス基板材料は、その後に
エッチング液で除去する。

【００１２】第３の手段は、ダイヤモンド薄膜を形成す
る以前に、予めシリコン基板の上面をダイヤモンド合成
ができない成分材料で一定間隔に縞状にマスキングして
おき、その上面にダイヤモンド薄膜を気相合成するもの
である。具体的には、コバルト等をスパッタリング又は
蒸着等のプレーティングをしてシリコン基板面を縞状に
コーティングし、その上からダイヤモンド気相合成を施
すと、シリコン基板の露出している部分にはダイヤモン
ド薄膜ができ、コバルト上にはグラファイトや不定形炭
素が合成される。その後、エッチングでシリコン基板を
除去すると、柔らかいグラファイト部分でばらばらにな
る。

【００１３】以上の第１ないし第３のいずれの手段によ
っても、結晶方向と形状のそろった柱状ダイヤモンドを
簡単に得ることができる。本発明の砥石ドレッサは、こ
うして得られた柱状ダイヤモンドを、砥石ドレッサ基体
に焼結，電鋳，電着等の手段を利用して固定することに
より形成されている。すなわち、砥石ドレッサの完成品
形状を反転した形状の母型を黒鉛等で形成し、その内面
の所定箇所に上記のようにして形成した柱状ダイヤモン
ドの端面を接着して立設した後、電鋳法または電着でメ
ッキ層を堆積せしめてなるボンド層にダイヤモンド粒子
を包み込み固定する。あるいは、同じく母型の内面に柱
状ダイヤモンドを接着して立設した後、ドレッサ基体に
成形用粉体材料を充填し焼結、又はニッケル，銅，ハン
ダ，銀ろう等の溶融材（粉末）を加えて所定温度で溶融
することによりボンド層を形成してダイヤモンド粒子を
固定する。

【００１４】最後に、固定したダイヤモンド切刃を覆う
部分のボンド層を研磨で除去して切刃を露出せしめ砥石
ドレッサを得る。なお、ダイヤモンドを気相合成する基
板としてセラミックスや超硬合金基板を用いた場合に
は、シリコン基板の場合のように基板の除去をせずに、
合成したダイヤモンドをその基板ごとボンド層に埋め込
み、ドレッサに固着して使用する。その場合、ドレス方
向に対するダイヤモンドの結晶方向の自由度はシリコン
基板を除去して固定するものより少なくなるが、切刃と
ボンド層との結合力が高くなる。

【００１５】本発明の砥石ドレッサのダイヤモンド切刃
の形状に関しては、以上述べた単体の角柱状とは限ら
ず、一定間隔に並べた複数個の角柱の根元を一体的に結
合した櫛形でもよい。このような櫛形のダイヤモンド切
刃セグメントは、シリコン基板を櫛形に成形してその上
面にダイヤモンド薄膜を気相合成し、その後シリコン基
板をエッチングで除去することにより得られる。或い
は、シリコン基板面にコバルト等をスパッタリング又は
蒸着等のプレーティングをして予め櫛形のパターンのマ
スキングを施しておき、その上にダイヤモンド薄膜を気
相合成することにより形成してもよい。

【００１６】このような櫛形のダイヤモンド切刃セグメ
ントは、その一体的に結合した根元部と角柱の長さの大
部分とをメタルボンドで埋めるようにしてドレッサ基体
に固着され、多石ドレッサまたはロータリドレッサを構
成する。上記櫛形のダイヤモンド切刃セグメントは、ま
た、シリコン基板の代わりに櫛形に形成した超硬基板を
用いて、その面に気相合成して形成しても良く、その場
合は櫛形ダイヤモンド切刃セグメントをセラミックス又
は超硬合金基板ごとドレッサ基体に固着する。

【００１７】本発明の砥石ドレッサのダイヤモンド気相
合成時に使用されるシリコン基板は、その表面を矩形の
凹凸が交互に連続した矩形波状とか、円弧形の凹凸が交
互に連続した波状とか、三角形の凹凸が交互に連続した
山形にしたものを用いることができる。これらの形は、
シリコン基板面を切削または異方性エッチング等の手段
で加工することで得ることができる。例えば異方性エッ
チングの場合、四角な孔の開いたマスクを使用し、シリ
コン基板の面方位を選定してエッチングすれば、基板面
には前記四角い孔を底面とするピラミット形の穴明けも
可能である。このようにして凹凸を形成したシリコン基
板面にダイヤモンド薄膜を気相合成して、その後シリコ
ン基板を除去すると、基板面の形状に応じた矩形波形，
波形，山形等のダイヤモンド薄膜が得られる。これを砥
石ドレッサの切刃セグメントとして用いると、切れ味の
安定した多石ドレッサまたはロータリードレッサを提供
することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、従来と同一または相当部分には同一の符号
を付してある。図１は、本発明の第１の実施例に係る多
石ドレッサの斜視図であり、角ブロック状のドレッサ基
体１の切刃面１ａに、気相合成してなるダイヤモンド薄
膜から角柱状に形成したダイヤモンド切刃としての柱状
ダイヤモンド多結晶体２が多数、焼結，電鋳等の手段で
形成したメタルボンド７で埋設固着されている。

【００１９】図２ないし図４は、上記柱状ダイヤモンド
２の製造手順を示したもので、まず幅Ｗが１〜２mm程度
のシリコン基板３の一表面３ａ上に厚さＴが0.1 〜0.2m
m 程のダイヤモンド薄膜４を気相合成法で形成する。そ
の際、先に述べたように使用ガスの種類，組成，圧力，
基板温度等の合成条件を選択して形成されるダイヤモン
ドの結晶方向を定める。次に、ダイヤモンド薄膜４をレ
ーザー５（例えばＹＡＧ，炭酸ガス等）で一定間隔に切
断する（図３）。その後、シリコン基板３をエッチング
で除去することにより、結晶方向，寸法がそろった複数
個の柱状ダイヤモンド多結晶体２を得た（図４）。

【００２０】図５は第２の実施例に係るロータリードレ
ッサの斜視図であり、円板状のドレッサ基体６の切刃面
６ａに、気相合成してなるダイヤモンド薄膜から形成し
た多数の柱状ダイヤモンド多結晶体２を、図７に示すよ
うにその軸線を放射状になるように並べてメタルボンド
７で保持している。図６はその切刃面６ａを拡大して示
したもので、整列した各柱状ダイヤモンド多結晶体２の
端面が露出している。

【００２１】図８，図９は、この実施例における柱状ダ
イヤモンド多結晶体２の製造手順を示したもので、まず
上記第１の実施例と同様のシリコン基板３の一表面３ａ
上にコバルト８を一定間隔で縞状にスパッタリングし、
次にその上に第１の実施例と同じくダイヤモンド薄膜４
を気相合成法で形成した。ダイヤモンド膜は、シリコン
基板の表面３ａのうちのコバルトでマスクされていない
部分に柱状に形成され、コバルト８の上にはグラファイ
ト９が形成された。その後、シリコン基板３をエッチン
グで除去すると、グラファイト９がばらばらになり多数
の柱状ダイヤモンド多結晶体２が得られた。

【００２２】図１０は、第３の実施例にかかるロータリ
ードレッサの切刃面６ａの拡大図である。この場合は、
第１又は第２の実施例におけるシリコン基板３の代わり
にセラミックス又は超硬合金基板１０を用いてダイヤモ
ンド薄膜４を気相合成した後、その超硬基板１０を除去
することなくそのまま柱状ダイヤモンド多結晶体２と共
にロータリードレッサの基体の切刃面６ａにメタルボン
ド７で埋設固定したものである。切刃面６ａには、柱状
ダイヤモンド多結晶体２の端面とセラミックス又は超硬
合金基板１０の端面とが露出している。

【００２３】図１１ないし図１４は第４の実施例に係る
ロータリードレッサであり、図１１は全体斜視図、図１
２は櫛形のダイヤモンド切刃セグメント１２の斜視図、
図１３は切刃面６ａの拡大図、図１４はその縦断面を示
している。この実施例の櫛形のダイヤモンド切刃セグメ
ント１２は、シリコン基板を櫛形に成形し、その上面に
ダイヤモンド薄膜を気相合成した後、エッチングでシリ
コン基板を除去して形成されたものであり、櫛の刃の部
分が一定間隔に並ぶ複数個の角柱状に形成され、その根
元部分で一体的に結合されている。この櫛形のダイヤモ
ンド切刃セグメント１２は、その根元部と櫛の刃の大部
分をメタルボンド７で埋めるようにしてドレッサ基体６
に固着されている。

【００２４】なお、櫛形のダイヤモンド切刃セグメント
１２は、図１５に示すようにシリコン基板面３にコバル
ト８をスパッタリング又は蒸着等のプレーティングをし
て予め櫛形のパターンのマスキングを施しておき、その
上にダイヤモンド薄膜を気相合成するという、第２の実
施例と同様の手段で形成したものでも良い。図１６ない
し図２０は第５の実施例に係る多石ドレッサであり、図
１６は全体斜視図、図１７は矩形波状のダイヤモンド切
刃セグメント１３の斜視図、図１８は切刃面１ａの拡大
図、図１９はその縦断面を示している。この実施例の矩
形波状のダイヤモンド切刃セグメント１３は、図２０に
示すようにシリコン基板３を切削して表面を矩形の凹凸
が交互に連続した矩形波状に形成し、その上面にダイヤ
モンド薄膜を気相合成した後、エッチングでシリコン基
板３を除去して形成されたものである。この矩形波状の
ダイヤモンド切刃セグメント１３は、縦にして大部分を
メタルボンド７で埋め、その矩形波状の端面を切刃面１
ａに露出させてドレッサ基体１に固着されている。

【００２５】図２１ないし図２３は第６の実施例に係る
ロータリードレッサであり、上記第５の実施例における
矩形波状のダイヤモンド切刃セグメント１３を用いてい
る。図２１は全体斜視図、図２２は矩形波状のダイヤモ
ンド切刃セグメント１３をメタルボンド７で固着してな
る切刃面６ａの拡大図、図２３はその縦断面を示した図
である。

【００２６】なお、第５，第６の実施例におけるダイヤ
モンド切刃セグメントの形状は、矩形波状に限らず、円
弧形の凹凸が交互に連続した波状とか、三角形の凹凸が
交互に連続した山形にしたものを用いることができる。
これらの形は、図２４に示すように基板面を切削加工し
たシリコン基板３や、基板面を四角な孔の開いたマスク
を使用して異方性エッチングした図２５に示すシリコン
基板３等にダイヤモンド薄膜を気相合成することにより
形成できる。

【００２７】こうした凹凸状のダイヤモンド切刃セグメ
ントを砥石ドレッサの切刃として用いると、切れ味の安
定した多石ドレッサまたはロータリードレッサを提供す
ることができる。なお、第１〜第６実施例について説明
したが、これらの実施例を互いに組み合わせて多石ドレ
ッサ又はロータリードレッサにすることも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、気相合
成ダイヤモンド薄膜から得られた所定形状のダイヤモン
ド切刃を焼結，電鋳，電着等の手段でドレッサ基体に固
定した構成としたため、合成条件によりダイヤモンド粒
子の結晶方向が特定できて粒子形状を揃え易く、その結
果、製作が容易で且つ切刃の切れ味が安定し切れ味が劣
化しにくい砥石ドレッサを提供でき、実用上極めて大き
な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る多石ドレッサの斜
視図である。

【図２】ダイヤモンド切刃の製造に使用するシリコン基
板の斜視図である。

【図３】ダイヤモンド切刃の製造手順を説明する斜視図
である。

【図４】ダイヤモンド切刃の製造手順を説明する斜視図
である。

【図５】第２の実施例に係るロータリードレッサの斜視
図である。

【図６】図５に示すものの切刃面の拡大図である。

【図７】図６のVII −VII 線断面図である。

【図８】ダイヤモンド切刃の製造手順を説明する斜視図
である。

【図９】ダイヤモンド切刃の製造手順を説明する斜視図
である。

【図１０】第３の実施例にかかるロータリードレッサの
切刃面の拡大図である。

【図１１】第４の実施例に係るロータリードレッサの全
体斜視図である。

【図１２】図１１に示すもののダイヤモンド切刃セグメ
ントの斜視図である。

【図１３】図１１に示すものの切刃面の拡大図である。

【図１４】図１３のXIV −XIV 線断面図である。

【図１５】図１２に示すダイヤモンド切刃の製造手順を
説明する斜視図である。

【図１６】第５の実施例に係る多石ドレッサの全体斜視
図である。

【図１７】図１６に示すもののダイヤモンド切刃セグメ
ントの斜視図である。

【図１８】図１６に示すものの切刃面の拡大図である。

【図１９】図１８のXIX −XIX 線断面図である。

【図２０】ダイヤモンド切刃の製造に用いるシリコン基
板の斜視図である。

【図２１】第６の実施例にかかるロータリードレッサの
全体斜視図である。

【図２２】図２１に示すものの切刃面の拡大図である。

【図２３】図２２のXXIII −XXIII 線断面図である。

【図２４】ダイヤモンド切刃の製造に用いるシリコン基
板の斜視図である。

【図２５】ダイヤモンド切刃の製造に用いるシリコン基
板の斜視図である。

【符号の説明】

１ ドレッサ基体 ２ 柱状ダイヤモンド多結晶体 ６ ドレッサ基体 ７ メタルボンド １２ ダイヤモンド切刃（セグメント） １３ ダイヤモンド切刃（セグメント）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気相合成ダイヤモンド薄膜から得られた
   所定形状のダイヤモンド切刃を焼結，電鋳，電着等の手
   段でドレッサ基体に固定してなる砥石ドレッサ。