JPH0929645A - 切断砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】本発明は、切断研削粉による切断砥石表面に対
する傷の発生がなく、かつ切断砥石の刃厚が薄くても寿
命が長く、さらに精度よく被切断物を切断することがで
きるダイヤモンドまたはＣＢＮ切断砥石を提供する。 【解決手段】ダイヤモンド砥粒またはＣＢＮ砥粒を砥石
台板端部に固着した切断砥石において、超硬合金製の砥
石台板の表面がＰＶＤ法による超硬質物質層で0.5 〜15
μｍの厚さにコーティングされていることを特徴とする
切断砥石。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種硬質材料をス
ライス切断するのに用いられるダイヤモンドまたはＣＢ
Ｎ切断砥石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種の硬質材料を切断するのに、
ダイヤモンド砥粒あるいはＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）
砥粒の微粒子を含む砥石が広く用いられている。これ
は、ダイヤモンド砥粒およびＣＢＮ砥粒の微粒子が大き
な硬度をもち、さらに近年工業的に安価にこれらの微粒
子が生産されるようになってきたためである。各種ダイ
ヤモンド砥石（以下、特に断らない限りＣＢＮ砥石を含
むものとする）には、図１に示したような薄板円板を砥
石台板としてその外周部分にダイヤモンド砥粒を接着し
た外周切断ダイヤモンド砥石や、図２に示したような薄
板ドーナツ状円板の内周部分にダイヤモンド砥粒を接着
した内周切断ダイヤモンド砥石等があり、本発明の対象
とするものである。

【０００３】切断砥石を使用して硬質材料の切断加工す
る際、例えばある大きさのブロックを切断して多数の製
品を切り出す場合には、切断砥石の刃厚と被切断物の材
料歩留りとの関係が重要となり、できるだけ薄い刃を用
いて切断加工代を少なくし、得られる製品の数を多くし
て材料歩留りを上げ、生産性を高めることが肝要であ
る。薄い切断刃にするためには、当然砥石台板を薄くす
る必要がある。各種砥石台板材料のなかでも機械強度の
できるだけ大きなものを使用することにより、現状、外
周切断砥石では0.2mm 程度、内周切断砥石では0.05mm程
度の薄さの砥石台板まで製作可能である。砥石台板材料
としては、材料コスト、熱処理コスト及び機械強度を考
慮し、適切な材料が選択されて使用されている。

【０００４】このような切断砥石において、砥石台板の
薄板化に伴い以下に説明するような問題点が発生してき
た。一般に、図１の外周切断砥石１に示したように、ダ
イヤモンド砥粒層４を砥石台板５の表面から0.02〜0.2m
m 突出させて、被切断物との間に隙間ｒ（以下、逃げと
もいう）が設けられている。この逃げｒは被切断物に切
断砥石が切り込んでその切り込み深さが外周切断刃のダ
イヤモンド砥粒層の帯幅ｑよりも深くなった時に、被切
断物から発生する切断研削粉を排除する役目をしてい
る。切断加工代即ち刃厚ｐを小さくするにはこの逃げや
砥石台板を出来るだけ薄くする必要があり、例えば砥石
台板の厚さが0.7mm 以下のような場合には逃げは片側で
僅か0.02〜0.05mm程度になってしまう。薄板砥石台板に
よる切断加工の問題点は、この逃げが小さ過ぎるため切
断研削粉を排除しきれなくなり、この切断研削粉が被切
断物と砥石台板の間に挟まって砥石台板に傷を付けてし
まうことである。被切断物が硬質材料の場合、一般的に
砥石台板材料よりも硬くて脆いのが普通である。これら
の硬くて脆い材料の切断破片が逃げから排除されずに溜
ってきて砥石台板と被切断物との間に挟まって高速回転
し、砥石台板に傷を付けることになる。砥石台板にこの
ような傷がつくと、傷部の塑性変形が原因となって砥石
台板表裏の応力バランスが狂い、曲がりやうねり等の変
形が砥石台板に発生する。薄い砥石台板であればある程
小さな傷によって、このような曲がりやうねりが大きく
発生する。一度このような傷によって砥石台板が変形し
てしまうと、切断時の応力がこの変形した砥石台板をさ
らに変形させるように加わり、曲がりやうねりは助長さ
れるので、得られた切断物の寸法精度は大きく失われる
ことになる。この現象は、図２に示した内周切断砥石２
においても同様である。

【０００５】本発明者は先にこのような問題点を解決す
るため、鉄鋼板製砥石台板の表面にＰＶＤ法（特願平07
- 109764号）およびＣＶＤ法（特願平07- 109772号）に
より超硬質物質を砥石台板表面にコーティングすること
を提案した。この提案により砥石台板を薄くしても切断
精度が失われることなく、切断加工代が少なくなり、材
料歩留りが向上した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鉄鋼板
製砥石台板の表面に超硬質物質層をコーティングする際
に、鉄鋼板製砥石台板の温度がＣＶＤ法では約1000℃
に、ＰＶＤ法では約 500℃になる場合もあるため、その
熱が原因で鉄鋼板製砥石台板が熱変形を起こしてしま
い、砥石台板として使用できなくなることが多々あり、
切断砥石の製造歩留りが悪かった。本発明は、このよう
な問題点を解決した、高温時の機械的強度を高めた砥石
台板にダイヤモンドまたはＣＢＮ砥粒を強力に結合した
ダイヤモンド切断砥石またはＣＢＮ切断砥石を提供しよ
うとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、かかる問
題点を解決すべく鋭意検討した結果、超硬合金製の砥石
台板表面がＰＶＤ（物理蒸着）法によってＴi Ｃ、Ｔi
Ｎ、Ｔi （Ｃ，Ｎ）、Ａl₂Ｏ₃ 等の超硬質物質層でコー
ティングされており、ダイヤモンドまたはＣＢＮ砥粒が
メタルボンド、レジンボンド、ビトリファイドボンド、
電鋳ボンド等の方法で砥石台板端部に結合された切断砥
石が極めて有効であることを見出し、本発明を完成した
もので、その要旨は、ダイヤモンド砥粒またはＣＢＮ砥
粒を砥石台板端部に固着した切断砥石において、超硬合
金製の砥石台板の表面がＰＶＤ法による超硬質物質層で
0.5 〜15μｍの厚さにコーティングされていることを特
徴とする切断砥石にある。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
最大の特徴は、砥石台板材料として超硬合金を用い、そ
の表面にＴiＣ、Ｔi Ｎ、Ｔi （Ｃ，Ｎ）、Ａl₂Ｏ₃ 等
の超硬質物質層を0.5 〜15μｍの厚さにＰＶＤ法でコー
ティングすることにある。本発明を図面に基づいて説明
すると、図１は外周切断砥石１の一例で、（ａ）は平面
図、（ｂ）はＡ−Ａ線縦断面図、（ｃ）は外周端部拡大
図である。砥石台板５の表面にＰＶＤ法により超硬質物
質層３をコーティングし、砥石台板外周端部にダイヤモ
ンドまたはＣＢＮ砥粒を固着して砥粒層４とし、外周切
断砥石を得る。図２は内周切断砥石２の一例で、（ａ）
は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線縦断面図、（ｃ）は内周端
部拡大図である。砥石台板５の表面にＰＶＤ法により超
硬質物質層３をコーティングし、砥石台板内周端部にダ
イヤモンドまたはＣＢＮ砥粒を固着して砥粒層４とし、
内周切断砥石を得る。

【０００９】本発明の対象となる砥石台板は、超硬合金
を材料として作られた薄板円板である。超硬合金は、Ｗ
Ｃ、Ｔi Ｃ、Ｍo Ｃ、Ｎb Ｃ、Ｔa Ｃ、Ｃr₃Ｃ₂ 等のＩ
Ｖa、Ｖa、ＶＩa 族に属する金属の炭化物粉末をＣo、Ｎi、
Ｍo、Ｆe、Ｃu、Ｐb、Ｓn またはそれらの合金を用いて焼結
結合した合金であり、これらの中でも特にＷＣ−Ｃo
系、ＷＣ−Ｔi Ｃ−Ｃo 系、ＷＣ−Ｔi Ｃ−Ｔa Ｃ−Ｃ
o 系の合金が良く使用され、本発明でもこれらの超硬合
金を使用することが好ましい。更に本発明ではこれら超
硬合金を薄板状にして使用するため、その抗折力が250k
g/cm² を越えるような強度の高い超硬合金が好ましい。
このような高抗折力を有する超硬合金を得るためには、
Ｃo 量、Ｃ量、ＷＣ粒子の粒度、焼結助剤等の添加物の
種類、添加量等を適切に制御することが必要である。

【００１０】コーティング材料である超硬質物質として
は、Ｔi Ｃ等の炭化物、Ｔi Ｎ等の窒化物、Ｔi （Ｃ，
Ｎ）等の炭窒化物、Ａl₂Ｏ₃ 等の酸化物等が使用され
る。これらのコーティング材から選択された１種を単層
で、あるいは２種以上を複層に組み合わせて、0.5 〜15
μｍ、好ましくは１〜10μｍの厚さにコーティングを行
う。コーティング厚さを0.5 〜15μｍに限定したのは、
コーティング厚さが0.5μｍ未満では切断時に砥石台板
に傷が付き易くなり、本発明の効果が十分に得られない
ためであり、また、15μｍを越えるとコーティングする
際に時間やコストがかかり過ぎる上、超硬合金の強度が
劣化してしまい、切断加工中に切断砥石が損傷してしま
う等のトラブルが生じ易くなるためである。一般には、
密着性等の点から単層コーティングを施す際には、Ｔi
Ｃ層を用いることが多く、複層で用いる場合には、Ｔi
Ｃ層とＴi Ｎ層、Ｔi Ｃ層とＴi （Ｃ，Ｎ）層、Ｔi Ｃ
層とＡl₂Ｏ₃ 層の組合せで使用されることが多い。

【００１１】コーティングに使用するＰＶＤ法は公知の
真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングの内
から選択されるいずれかの方法でよく、コーティングす
る物質の種類等によって適宜選択されるが、特にイオン
プレーティング法を用いるのが被膜の密着性の点から好
ましい。超硬質物質層を複層化する場合には、ＰＶＤ中
に導入するガスの組成をコーティング途中で切り替える
ことによって可能である。

【００１２】真空蒸着法では、容器内を１×10^-6Torr以
下の高真空とし、その中で超硬質物質を加熱蒸発させて
蒸発粒子を砥石台板に堆積させてコーティングする。ま
た、高真空容器内に窒素、アンモニア、エチレン、酸
素、アセチレン等のガスを10^-5〜10^-3Torr程度導入し、
Ｔi、Ａl 等の金属を原料として加熱、蒸発させて、その
蒸気と上記導入ガスとを反応させて砥石台板上に薄膜を
形成させてコーティングしてもよい。コーティングされ
る砥石台板の温度は、コーティングする超硬質物質の種
類等によって適切に選択されるものであるが、砥石台板
の温度を管理することは、良質のコーティングをする上
で重要な因子となる。

【００１３】スパッタリング法では、高真空の容器内に
アルゴンガスを導入してイオン化し、このアルゴンイオ
ンを電界によって加速して超硬質物質に衝突させてその
衝撃により超硬質物質の原子を叩き出して砥石台板に堆
積させる。スパッタリング法においても窒素、アンモニ
ア、エチレン、アセチレン等のガスを導入し、Ｔi、Ａl
等の金属をスパッタし、その蒸発金属原子と導入反応性
ガスとを反応させて砥石台板にコーティングすることが
できる。

【００１４】イオンプレーティング法は、超硬質物質ま
たは超硬質物質を構成する金属元素を加熱によってアル
ゴンガス中または窒素、アンモニア、エチレン、アセチ
レン、酸素等の反応性ガスを含むアルゴンガス中に蒸発
させ、イオン化して電界で加速し、そのまま又は反応性
ガスと反応させて砥石台板上に薄膜を形成し、コーティ
ングする。

【００１５】砥石台板の端部には、結合剤を用いてダイ
ヤモンド砥粒またはＣＢＮ砥粒を固着させる。結合剤に
は公知のメタルボンド、レジンボンド、ビトリファイド
ボンドまたは電着ボンドがあり、切断砥石の用途によっ
て適切なものが使用される。メタルボンドは、ブロンズ
系（Ｃu-Ｓn 系）等の合金粉末をダイヤモンド砥粒やＣ
ＢＮ砥粒と混合して1000℃以下の温度で焼き固めて砥石
台板に固着させる。また、レジンボンドでは一般に熱硬
化性フェノール樹脂が結合剤として用いられる。この樹
脂とダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒とを混合し、50〜20
0kg/cm² で加圧形成し、100 〜200 ℃で加熱して砥石台
板に固着させる。

【００１６】ビトリファイドボンドはガラス質の結合剤
を用いるもので、砥粒と混合して700 〜900 ℃でガラス
質結合剤を溶かして砥石台板に固着させる。電着ボンド
は、メッキ浴中にダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒を混
合、分散させ、そのメッキ浴中で砥石台板を電気メッキ
することによりメッキ膜中に砥粒を取り込んで砥石台板
に固着させる。また、砥石台板の表面にダイヤモンド砥
粒、ＣＢＮ砥粒を散布し、そのまま砥石台板に電気メッ
キを施して砥粒を砥石台板に固着させる方法もある。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の作用は、砥石台板材料と
して超硬合金を使用することにより、ＰＶＤ法により砥
石台板が高温に曝されても熱変形を生ずることなく、従
って、砥石台板表面に超硬質物質層がコーティングされ
た薄板切断砥石を歩留り良く製造することができること
にある。また、砥石台板表面硬度の増大による耐摩耗性
の向上により、切断加工中に切断研削粉による砥石台板
表面の傷の発生がなく、従って切断砥石の刃厚が薄くて
も寿命が長く、また、精度よく被切断物を切断すること
ができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施態様を実施例を挙げて具
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。 （実施例１、比較例１）ＷＣ−20重量％Ｃo 組成の超硬
合金（抗折力300kg/cm² ）を 115mmφ×40mmφ×0.6mmt
の形状とし、砥石台板とした。この砥石台板に、Ｔi Ｃ
層をイオンプレーティング法により両面を全面コーティ
ングした。コーティング被膜の厚さは、片側各５μｍと
した。イオンプレーティング法においては、蒸発物質を
Ｔi とし、反応容器内に反応ガスとしてＣ₂ Ｈ₂ （アセ
チレン）を導入し、砥石台板温度を 300℃に制御してＴ
i Ｃ層を砥石台板上に堆積させた。次いで、このＴi Ｃ
層を施した砥石台板の外周端部に、ダイヤモンド砥粒を
固着し、外周切断砥石を作製した。ダイヤモンド砥粒の
結合剤はレジンボンドを使用した。円板砥石形状の金型
に上記コーティングされた砥石台板を入れ、この外周部
分に熱硬化性フェノール樹脂をバインダーとし、12μｍ
のＮi コートを施した120 メッシュの人工ダイヤモンド
砥粒を重量比で３（砥粒）：１（レンジ）に混合した粉
末を充填し、次いでプレスにより砥石形状に成形した
後、金型にセットしたまま180 ℃で30分間加熱硬化さ
せ、冷却後ラップ盤にて刃厚の仕上げを行い、刃厚が0.
7mmt外周切断砥石とした。以上の工程により外周切断砥
石を20枚作製した。

【００１９】また、比較例１としてＳＫＤ製砥石台板を
用いて、実施例１と同様にＴi Ｃ層コーティング、ダイ
ヤモンド砥粒の固着を行い、20枚のＳＫＤ製砥石台板を
用いた外周切断砥石を製造した。これら外周切断砥石の
平面度を測定し、平面度が20μｍ以上を不良品とした。
なお、平面度の測定は、夫々の砥石台板の内周端部から
半径方向へ向かって外周端部の砥粒層直前までの平面度
を５ヶ所測定してその平均値を採用した。その結果、超
硬合金製砥石台板により製造された外周切断砥石は20枚
中不良は１枚もなかったが、ＳＫＤ製砥石台板を用いた
外周切断砥石では20枚中５枚が不良品であった。以上に
より、砥石台板材料として超硬合金を用いることによ
り、薄板の砥石台板にＰＶＤ法による超硬質物質層をコ
ーティングして切断砥石を製造すれば、歩留りよく製造
できることが確認できた。

【００２０】（実施例２、比較例２〜４）実施例１で作
製した外周切断砥石を用いて、Ｒ−Ｆe −Ｂ系希土類磁
石を被切断物として切断試験を行った。表１に切断時間
と砥石の変形量および被切断物の切断精度との関係につ
いて記載した。なお、切断試験は次のような条件で行っ
た。切断砥石８枚を２mm間隔でマルチに組んで、回転数
4500rpm 、切断速度８mm/minで被切断物を切断した。被
切断磁石の寸法は幅36mm×高さ10mm×長さ40mmで、これ
をカーボン板に貼り付けてカーボン板と共に切断した。
切断を始めて 500、1000、2000、3000時間後にマルチに
組んだ切断砥石を分解して、夫々の砥石台板の内周端部
から半径方向へ向かって外周端部の砥粒層直前までの平
面度を５ヶ所測定して、その平均を砥石の変形量とし
た。また、切断された切断物の隅部４点と中央部の計５
点の厚みをマイクロメーターで測定し、その最大値と最
小値の差を切断精度とした。比較例２〜４として実施例
２と同様な切断試験を表１に記載した砥石台板材質とコ
ーティング材質の組合せからなる外周切断砥石について
行い、結果を表１に併記した。表１から明らかなように
薄板の超硬合金製砥石台板にＰＶＤ法により超硬質物質
層をコーティングすることにより、刃厚が薄くても寿命
が長く、また、精度よく切断することができることが確
認された。

【００２１】

【表１】

【００２２】（実施例３〜７）実施例１と同材質、同形
状の超硬合金砥石台板に表２に記載したコーティング材
質と膜厚との組合せをイオンプレーティング法で施し、
これら砥石台板外周部にＣＢＮ砥粒を電着して電着ボン
ドＣＢＮ外周切断砥石を作製した。砥石台板外周部と電
極結合部を除いてテープおよびマスキング剤にて絶縁し
た後、Ｎi ワット浴に12μｍのＮi コートを施した 120
メッシュのＣＢＮ砥粒をメッキ浴全量に対して５重量％
混合した電着メッキ浴中にて10時間電着処理した。電着
層の厚みはおよそ 100μｍであった。電着メッキ浴はス
ターラーにて撹拌すると共に超音波をかけてＣＢＮ砥粒
の液中での分散を維持した。これらのコーティングを施
した外周切断砥石をそれぞれ20枚ずつ作製し、実施例１
と同様に平面度を測定して切断砥石の製造歩留りを調べ
たところ、これらの切断砥石では不良は生じなかった。
さらにこれらの切断砥石を用いて実施例２と同様な切断
試験を行った。その結果を表２に併記した。

【００２３】

【表２】

【００２４】（実施例８、比較例５）実施例１と同材
質、同形状の超硬合金砥石台板にＴi Ｃ層を表３に示す
ような種々の膜厚さにイオンプレーティング法によりコ
ーティングし、これら砥石台板外周部にダイヤモンド砥
粒を電着し、電着ボンドダイヤモンド外周切断砥石を作
製した。砥石台板外周部と電極結合部を除いてテープお
よびマスキング剤にて絶縁した後、Ｎi ワット浴に12μ
ｍのＮi コートを施した120 メッシュの人工ダイヤモン
ド砥粒をメッキ浴全量に対して５重量％混合した電着メ
ッキ浴中にて10時間電着処理した。電着層の厚みはおよ
そ 100μｍであった。電着メッキ浴はスターラーにて撹
拌すると共に超音波をかけてダイヤモンド砥粒の液中で
の分散を維持した。これらの切断砥石を用いて実施例３
と同様の切断試験を行い、その結果を表３に示した。比
較例５として、Ｔi Ｃ層の膜厚を20μｍにコーティング
したものは、切断試験中 300時間後に切断砥石が割れて
しまい、結果を得ることができなかった。

【００２５】

【表３】

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、歩留りよく超硬合金砥
石台板に超硬質物質層がコーティングされた薄板切断砥
石を製造することができる。このようにして得られた切
断砥石の表面には、耐摩耗性のよい超硬質物質層のコー
ティングが施されているので切断研削粉による砥石台板
表面への傷の発生がなく、従って、切断砥石の刃厚が薄
くても寿命が長く、また、精度よく被切断物を切断する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による外周切断砥石の一例を示す図であ
る。（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ線縦断面図、
（ｃ）は外周端部拡大図である。

【図２】本発明による内周切断砥石の一例を示す図であ
る。（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線縦断面図、
（ｃ）は内周端部拡大図である。

【符号の説明】

１ 外周切断砥石 ２ 内周切
断砥石 ３ 超硬質物質コーティング層 ４ 砥粒層 ５ 超硬合金製砥石台板 ｐ 刃厚ま
たは切断加工代 ｑ 砥粒層帯幅 ｒ 隙間ま
たは逃げ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイヤモンド砥粒またはＣＢＮ砥粒を砥石
   台板端部に固着した切断砥石において、超硬合金製の砥
   石台板の表面がＰＶＤ法による超硬質物質層で0.5 〜15
   μｍの厚さにコーティングされていることを特徴とする
   切断砥石。