JPH09323046A

JPH09323046A - 研削工具用の被覆研削材

Info

Publication number: JPH09323046A
Application number: JP9010983A
Authority: JP
Inventors: Bradley Ross Karas; ブラッドリー・ロス・カラス; Daniel Richard Riehle; ダニエル・リチャード・リエル
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 1997-12-16
Also published as: KR100462912B1; EP0786506B1; KR970059261A; ES2197300T3; EP0786506A1; DE69721094D1; DE69721094T2

Abstract

(57)【要約】【課題】砥粒の保持性及び研削性能の向上した研削工
具の提供。【解決手段】立方晶窒化ホウ素又はダイヤモンドのよ
うな砥粒の表面に、多層複合皮膜又は単一層としての同
時析出金属皮膜を設ける。多層複合皮膜は、第１の金属
層が砥粒表面に化学的に結合しているときには４層で構
成され、第１の金属層が砥粒の表面に物理的に付着して
いるときには３層で構成される。４層の場合の例はチタ
ン、ニッケル−リン、ニッケル及びニッケル−リンであ
り、３層の場合の例はニッケル−リン、ニッケル及びニ
ッケル−リンである。単一層としての同時析出金属皮膜
は砥粒表面にニッケル−コバルト−リンを同時析出させ
てなる。かかる被覆砥粒を研削砥石の製造に使用する
と、研削砥石の研削性能が大幅に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、特に研削砥石な
どの研削工具又はそれに類する工具の研削効率を向上さ
せるための、かかる工具用の被覆研削材に関するもので
ある。研削砥石又はそれに類する工具は一般に砥粒を樹
脂母材で結合したものからなっていて、母材内での砥粒
の保持性の向上を図るために砥粒はその表面上に特定の
金属皮膜を有している。砥粒としては、立方晶窒化ホウ
素（以下ＣＢＮと略す）、ダイヤモンド或いは研削砥石
その他同様の工具に使用される同様の研削材が挙げられ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばＣＢＮ砥粒などの砥粒表面のニッ
ケル又はチタン皮膜によって、研削砥石のような研削工
具の樹脂母材中における砥粒の保持性が向上すること
は、当技術分野において公知である。被覆砥粒の喪失
は、（ａ）皮膜からの砥粒の離脱並びに（ｂ）母材から
の被覆砥粒の離脱に起因するのが通例である。摩耗して
鈍化した砥粒が失われることは、新しい砥粒の露出によ
って研削工具を鋭利な状態に維持するために必要であ
り、さもないと研削工具の効率が落ちてしまう。

【０００３】ＣＢＮ砥粒にチタン皮膜を施す場合、米国
特許第２７４６８８８号に記載されているような慣用的
塩浴技術によって行われるのが通例である。米国特許第
４３９９１６７号には別の方法が記載されており、その
方法ではＣＢＮ砥粒とチタン粉末の混合物が熱処理に付
される。いずれの方法においても、ＣＢＮ砥粒に化学的
に結合していると考えられるチタン薄膜が得られる。

【０００４】ＣＢＮ砥粒にニッケル皮膜を施す場合、電
気めっき、無電解めっき及び／又は蒸着技術によって、
砥粒と皮膜の合計重量を基準にして最高７０重量％にも
達する厚い層をなすように成膜するのが通例である。こ
れらの被覆砥粒は研削砥石のような工具において良好な
性能を示すものの、ＣＢＮ砥粒の喪失が時期尚早である
と思われることがある。そのため、砥粒の切削性能を損
なわずに砥粒の保持性を向上させることが望まれてい
る。

【０００５】

【解決すべき課題】本発明は、研削工具に用いられる砥
粒（ＣＢＮ、ダイヤモンド、その他同様の研削材など）
のための新規な皮膜（コーティング）に関するものであ
る。好ましい研削材はＣＢＮであり、本発明についての
以降の説明はＣＢＮ砥粒に関してなされるが、本発明は
その他の砥粒（例えば、ダイヤモンドやそれに類する砥
粒）に対しても適用可能である。ＣＢＮについて言及す
る場合、ＣＢＮは本発明を説明するための例示として用
いているにすぎず、その他の砥粒も包含した意味で用い
ているものと理解されたい。

【０００６】本発明の目的の一つは被覆砥粒を提供する
ことである。本発明のもう一つの目的は、研削工具又は
研磨工具における砥粒の保持を助長する強固に密着した
皮膜によって被覆された砥粒を提供することである。本
発明のまた別の目的は、研削砥石その他の研削工具にお
けるＣＢＮ砥粒の保持を助長する強固に密着した皮膜に
よって被覆されたＣＢＮ砥粒を提供することである。

【０００７】本発明のさらに別の目的は、研削工具にお
ける砥粒の保持を助長するとともに研削工具の効率を向
上させる皮膜を表面に有するＣＢＮ砥粒で構成される研
削工具を提供することである。上記の目的及びその他の
目的は、本発明についての以降の詳細な説明から明らか
となろう。

【０００８】

【解決手段】本発明の上記の目的は、金属又は合金組成
物からなる特定の皮膜（コーティング）で砥粒を被覆す
ることによって達成される。本発明の皮膜は、特定の多
層複合皮膜をなす複数の金属組成物からなるか、或いは
少なくとも１つの層をなす特定の同時析出金属皮膜組成
物からなる。砥粒表面に設けられる多層複合皮膜の第１
の金属層又は少なくとも１つの層からなる同時析出金属
皮膜は、例えばＣＢＮのような砥粒の表面に密着してい
る。多層複合皮膜における第１の金属層は、好ましく
は、ＣＢＮ砥粒の表面に化学的に結合している。このよ
うにＣＢＮ砥粒の表面に多層複合皮膜の第１の金属層が
化学的に結合していると、皮膜内及び研削工具内におけ
る砥粒の保持性が向上する。追加の層は、研削砥石のよ
うな研削工具の樹脂母材内における砥粒の保持性をさら
に向上させる。以降で述べる通り、かかる多層複合皮膜
は金属及び／又は合金組成物で構成され、複合皮膜の層
の数は少なくとも３つであって各々の層はそれぞれ特定
の金属組成物からなる。

【０００９】一方、同時析出(co-deposited)金属皮膜組
成物は少なくとも１つの層をなす。この同時析出金属皮
膜は、たとえ単一の層であっても、研削工具の性能を大
幅に向上させることが判明した。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施に際して用いられる
ＣＢＮ砥粒は、例えば１７０／２００ＵＳメッシュサイ
ズのものなど、研削砥石において従来慣用されていた粒
度のものであるが、それ以外にも研削砥石その他の研削
工具で使われる粒度を有するものでもよい。そのような
粒度としては例えば８０／１００〜３２５／４００ＵＳ
メッシュサイズであってもよいし、その他研削工具（特
に研削砥石）に通例用いられるメッシュサイズであれば
よい。かかる砥粒の粒度は、１〜１０００ミクロンの範
囲内で広く変更することができる。ただし、砥粒は、切
削プロフィール(cuttingprofile) を与えるとともに金
属皮膜によって過度に希釈されないようにするために十
分な粒度のものを選択すべきであり、さもないと工具の
性能が十分に発揮されなくなるおそれがある。

【００１１】本発明で用いられるＣＢＮ砥粒は、通例
は、米国特許第４２８９５０３号、同第２９４７６１７
号、同第４１８８１９４号及び同第３２１２８５２号に
記載されているような、触媒の存在下もしくは不在下で
の高温高圧下での六方晶窒化ホウ素の転化によって得ら
れる。好適な形態の六方晶窒化ホウ素には、熱分解窒化
ホウ素(pyrolytic boron nitride) 及び黒鉛型窒化ホウ
素(graphitic boron nitride) が挙げられる。なお、
「立方晶窒化ホウ素」という用語には、六方最密構造に
近いウルツ鉱型構造を有する窒化ホウ素（ＷＣＮ）も包
含される。

【００１２】変換プロセスで得られたままの粒度のＣＢ
Ｎ砥粒を使用するのが好ましい。ただし、本発明では大
きな粒度の材料を慣用技術で所望粒度まで粉砕又は微粉
化して得られるＣＢＮ砥粒を使用することもできる。用
いるＣＢＮ砥粒は、金属被覆ＣＢＮ微粒子を焼結して大
きな塊とし、次いでこの塊を所望粒度の集合体へと微粉
化して得られる集合体の形態のものであってもよい。

【００１３】本発明の多層複合皮膜について述べると、
ＣＢＮ砥粒を被覆する第１の金属層は、第１の金属層の
組成、成膜温度及び砥粒の結晶構造に応じて、ＣＢＮ砥
粒の表面に化学的に結合したものでもよいし、或いは物
理的に結合したものでもよい。化学的結合が望まれる場
合には、粒子表面への金属の化学的結合を可能にする技
術が用いられる。化学的結合は、金属の炭化物、ホウ化
物又は窒化物からなる間隙層(interstitial layer)を生
み出す。従って、使用される好ましい金属は通常の成膜
条件下で炭化物、ホウ化物、酸化物又は窒化物を生成し
得るものである。かかる金属には、チタン、ジルコニウ
ム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロ
ム、モリブデン、タングステンなど、並びにそれらの合
金が含まれる。化学的結合が望まれる場合の多くの用途
ではチタンが好ましい。本明細書中で用いられる「金
属」という用語には、上記の金属のホウ化物、窒化物、
炭化物及び酸化物（例えば炭化チタンや窒化チタンな
ど）も包含される。

【００１４】一方、砥粒の固有の性質及び少なくとも第
１の金属層の成膜温度に対する砥粒の耐性の点で化学的
結合が適当でない場合には、多層複合皮膜の第１の金属
層は砥粒の表面に物理的に付着させる。例えば、多層複
合皮膜における第１の金属層の成膜温度が結晶構造強度
の低下や減損をもたらすようなときには、本発明の第１
の金属層に対してもっと低い成膜温度を用いて、砥粒表
面に第１の金属層が化学的結合ではなく物理的に付着す
るようにする必要がある。

【００１５】本発明の技術的範囲には、単一層の皮膜も
含まれる。このような単一層の皮膜は、同時析出金属組
成物からなる少なくとも１つの層からなる。かかる単一
の層が好ましいが、同時析出金属層をさらに金属組成物
で被覆してもよく、かかる金属組成物は同時析出金属層
の上に１以上の追加の層を形成し得る。本発明の実施に
際して使用されるＣＢＮ砥粒は、理想化した形態が四面
体、好ましくは角落とし四面体(truncated tetrahedra)
であるような結晶の形状からなるものであってもよい。
ＣＢＮ砥粒の別の形態としては、ある割合の結晶が高次
の結晶面（すなわち面取りされた稜 (beveled edges)）
を有しているような角落とし四面体でもよい。さらに別
の形態のＣＢＮ砥粒としては、双晶形成が共通して起こ
り稜上に高次の結晶面を生じた角落とし四面体からなる
ものでもよい。

【００１６】本発明の技術的範囲に属するものとして
は、ダイヤモンド砥粒も挙げられる。ダイヤモンド結晶
とＣＢＮ結晶の構造はどちらも正四面体結合で強固に共
有結合している点で類似しているが、ダイヤモンドが対
称中心を有するのに対してＣＢＮは有しない点で異な
る。各々の結晶は「形態指数(Morphology Index)」と呼
ばれる簡単な結晶系で表記・識別することができる。

【００１７】本発明の基準を満足するものであれば、そ
の他の砥粒も本発明の技術的範囲に含まれる。この基準
とは、その砥粒が本発明の金属組成物で被覆できるもの
であること並びに被覆砥粒が研削工具の性能の向上をも
たらすことである。このような他の砥粒としては、酸化
アルミニウム、炭化ケイ素及びその他同様の公知の砥粒
が挙げられる。

【００１８】ＣＢＮ砥粒上に設けられる多層複合皮膜の
第１の金属層又は単一層としての同時析出金属層の厚さ
及び／又は量は広い範囲で変更し得る。サブミクロン、
すなわち１．０μｍ未満（例えば、０．５μｍ）の厚さ
を使用することもできる。ただし、多層複合皮膜では、
１又はそれ以上の「他の金属層」（すなわち、第１の金
属層以外の金属層）が皮膜の大部分をなすのが好まし
い。好ましくは、多層複合皮膜の第１の金属層の厚さ
は、米国特許第２７４６８８８号に記載されているよう
な従来の塩浴析出(salt bath deposition)技術で得られ
るものである。かかる塩浴析出技術が、ＣＢＮ砥粒上に
第１の金属層を成膜するための好ましい方法である。金
属の析出には、１種類又はそれ以上のアルカリ金属又は
アルカリ土類金属ハロゲン化物とゼロより高い原子価状
態の金属からなる溶融塩浴中にＣＢＮ砥粒を浸漬するの
が通例である。さらに高い原子価状態の金属をもつ化合
物（例えば、金属塩化物）を使用することもできるし、
或いは塩浴を電気分解してイオン化された金属を得るた
めに電極間に直流電流を流すこともできる。チタン皮膜
を析出させる場合、チタンは二ハロゲン化チタンとして
２価の状態にあるか、或いはチタン電極を通して直流を
流すことによって２価の状態にさせられる。チタン塩浴
の温度は通例８００〜１５００°Ｆの範囲内にある。好
適なプロセスについてのさらに詳細な説明は米国特許第
２７４６８８８号に記載されている。

【００１９】多層複合皮膜の第１の金属層の成膜には、
他の方法も適しており、例えば化学蒸着（ＣＶＤ； che
mical vapor deposition）技術、さらに好ましくは低圧
化学蒸着（ＬＰＣＶＤ；low pressure chemical vapor
deposition）技術が挙げられる。これらの技術では、通
例、減圧及び高温が用いられる。様々な化学蒸着法が周
知であり、特に、窒化チタンや炭化チタンを始めとする
金属炭化物、ホウ化物、窒化物及び酸化物についての化
学蒸着法はよく知られている。好適な化学蒸着技術、シ
ステム及び機器は、Ｋｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒＥｎｃｙ
ｃｌｏｐｅｄｉａｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１５（１９８１）の２６２〜
２６４頁に記載されている。

【００２０】炭化チタンＬＰＣＶＤ皮膜は、四塩化チタ
ン、メタンガス及び水素ガスから得られる。窒化チタン
ＣＶＤ皮膜は、窒素ガスと四塩化チタンから得られる。
窒化チタン皮膜は、その窒素がＣＢＮ砥粒の表面に由来
するようにして形成することもできる。ＣＶＤ又はＬＰ
ＣＶＤ技術でＣＢＮ砥粒を被覆する場合、バキュームフ
ァイヤリング(vacuum firing) によって表面から酸化物
及び揮発性不純物（特に酸化ホウ素のような表面夾雑酸
化物）を除去するのが好ましい。これらの不純物を除去
するための好適な技術は、米国特許第４２８９５０３号
にさらに詳細に記載されている。バキュームファイヤリ
ングに先立って、通常の酸洗浄でＣＢＮ砥粒表面から残
留金属や有機物を除去しておくのが望ましいこともあ
る。

【００２１】多層複合皮膜の第１の金属層を作成するた
めのその他の好適な方法としては、米国特許第４３９９
１６７号に記載されているような金属粉体存在下でＣＢ
Ｎ砥粒を熱処理する方法或いはＣＢＮ砥粒を金属又は合
金で無電解めっき又は電気めっきする方法がある。選択
した金属で、金属炭化物又は金属窒化物間隙層の形成に
際して十分な結合強度が得られなければならない。

【００２２】その他の金属層は、無電解めっき、電気め
っき及び蒸着技術を始めとする様々な技術によって作成
することができる。無電解めっき及び電気めっきについ
ての技術及びシステムは、Ｋｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒＥ
ｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１５（１９８１）の２
４１〜２４７頁に記載されている。これらの技術は厚い
金属層が形成されるような条件下で実施するのが好まし
い。所望により、これらの二次的な金属層はＬＰＣＶＤ
技術又は塩浴析出技術によって作成することもできる。

【００２３】本発明の同時析出金属層は一般に無電解め
っき法で作成されるが、この方法については上記の文献
に記載されている。多層複合皮膜について、第１の金属
層を覆う層に用いるのに適した金属には、ニッケル、コ
バルト、それらの合金、並びにそれらのホウ化物、窒化
物、リン化物及び酸化物が含まれる。これらの金属の中
では、ニッケルとコバルトが好ましく、通例約２５０°
Ｆ未満の温度におけるニッケル又はコバルト／次亜リン
酸塩溶液での無電解被覆技術によって被覆され、この方
法では少量のリンも析出する。多層複合皮膜における他
の金属組成物層には、コバルト／ニッケル／次亜リン酸
塩溶液から同時析出させた層も適しており、この場合も
少量のリンが析出し、その結果コバルト−ニッケル−リ
ンの同時析出金属層が得られる。好適な無電解めっき法
は米国特許第３５５６８３９号に記載されている。

【００２４】多層複合皮膜において、ＣＢＮ砥粒に対し
て、第１の金属層（例えばチタン）の後に設けられる他
の被覆層は異なる金属層である。このような後続の金属
層は、純金属又は金属−リン或いはそれらの組合せから
なる。例えば、多層複合皮膜で被覆されたＣＢＮ砥粒
は、（ＣＢＮ砥粒の表面に化学的に結合した）チタンか
らなる第１の層、ニッケル−リンからなる第２の層、純
ニッケルからなる第３の層及びニッケル−リンからなる
第４の層を有するものであってもよい。また、多層複合
皮膜で被覆されたＣＢＮ砥粒は、チタンからなる第１の
層、ニッケル−リンからなる第２の層、コバルト−リン
からなる第３の層及びニッケル−リンからなる第４の層
を有するものであってもよい。また、多層複合皮膜の後
続層がニッケル−コバルト−リンのような複数の材料の
組合せを同時析出させたものから基本的になるものも、
本発明の技術的範囲に含まれる。これらの材料の組合せ
は例示を目的としたものであって、限定的なものではな
い。

【００２５】上記は４つの金属層からなる場合について
説明したものであるが、本発明の多層複合皮膜の範囲内
に含まれるものとしては、第１の金属層がチタン以外の
もの或いはＣＢＮ砥粒の表面に化学的に結合しているよ
うな類似の金属以外のものである場合に、ＣＢＮ砥粒を
３つの層で被覆したものものがある。この実施の形態
は、チタンのような第１の金属層を約８００°Ｆを上回
る温度で付着させるときのように、第１金属層の成膜温
度が結晶特性の変質を引起こしてしまう場合に特に有用
である。例えば、本発明の３層皮膜はニッケル−リン又
はコバルト−リンの第１の層を有し得る。第２層はニッ
ケル又はコバルト或いはニッケル−コバルト−リンの同
時析出層とすることができ、第３層はニッケル−リン又
はコバルト−リンでもよいし、第２層がニッケル−コバ
ルト−リンの同時析出層でなければニッケル−コバルト
−リンの同時析出層であってもよい。この実施の形態
は、第１金属層の成膜温度が約２５０°Ｆ未満で、第１
金属層が砥粒の表面に化学的結合ではなく物理的に付着
する結果をもたらす場合に、適用可能である。

【００２６】前述の通り、砥粒はダイヤモンド、ＣＢＮ
又はその他類似の研削材とし得る。その多層複合材にお
ける皮膜層、特に第１皮膜層は、結晶が構造強度を失わ
ずに結晶基材への皮膜層の成膜温度に耐え得るようなも
のでなければならない。したがって、結晶構造が、結晶
構造の変質（これは研削特性に影響を与える）を起こさ
ずに成膜温度に耐えることが必要とされる。例えば、あ
る種のＣＢＮ結晶は約８００°Ｆを上回る温度における
第１層としてのチタン被覆処理に耐え得るが、別の種類
のＣＢＮ結晶は第１層としてのチタン被覆処理温度に耐
えることができず、そのため第１層として例えばニッケ
ル−リンなどが必要とされる。本発明の実施に際して
は、用いるＣＢＮ結晶が、チタンの第１層としての被覆
処理温度に対して結晶の変質を起こさずに耐え得るもの
であることが好ましい。チタンの代りに使用し得るその
他の好適な金属は、砥粒上の第１の金属皮膜に使用し得
るものとして上記に記載したものである。ある特定の結
晶が多層複合皮膜の少なくとも第１の金属層の成膜温度
に耐え得るか否かは、簡単な実験で判定できる。ただ
し、双晶形成が共通して起こり稜上に高次の結晶面を生
じた角落とし四面体からなるＣＢＮ砥粒は、チタン又は
多層複合皮膜の第１層としてチタンの代りに使用し得る
その他の好適な金属の成膜温度に耐えることができない
と考えられる。

【００２７】ＣＢＮ砥粒に適用される多層複合金属皮膜
又は少なくとも１層の同時析出金属皮膜は、通例、上記
のような金属層からなる。かかる金属皮膜は、ＣＢＮ砥
粒と皮膜の合計重量の約３０〜９５重量％に相当する量
で設けられる。好ましい量はＣＢＮ砥粒と皮膜の合計重
量の約６０〜８０重量％の範囲内である。皮膜の厚さ
は、約３５μｍを上回る粒度のＣＢＮ砥粒に対しては、
５μｍを超えるのが好ましい。樹脂母材との密着性の向
上を図るため組織の粗い表面を与えるように厚い皮膜が
望ましい。金属皮膜の量がＣＢＮ砥粒と皮膜の合計重量
の約９５重量％を上回ると、研削工具内での砥粒の保持
性は向上するが、砥粒が過度に希釈されて切削性能が低
下することがある。皮膜の厚さが５μｍを上回る場合、
合計重量の約３０重量％を下回る量の金属皮膜が大きな
ＣＢＮ砥粒に対して有用であることもあり得るが、この
ような被覆をもつＣＢＮ砥粒が本発明のすべての有益な
効果を発揮するとは限らない。

【００２８】典型的な実施形態は、多層複合皮膜の第１
の金属層が塩浴技術で成膜され、その他の層が無電解め
っき技術で成膜されたものである。かかる皮膜の具体例
は、第１の金属層が塩浴技術で析出させたチタンである
もので、他の金属層はニッケル−リン、コバルト−リ
ン、同時析出ニッケル−コバルト−リンなどで無電解め
っき技術で析出させることができる。一方、純粋な金属
の層を無電解めっき技術で析出させてもよい。

【００２９】研削工具の砥粒保持特性、潤滑特性及び熱
拡散特性の調整には、金属皮膜の厚さを変更してもよい
し、金属皮膜の種類を変更してもよいし、さらには砥粒
の粒度を変更してもよい。目的とする工具についての好
ましい金属皮膜、粒度及び皮膜の厚さは、当業者が型通
りの試験で決定できる。前述の通り、本発明の一つの態
様における重要な特色は多層複合皮膜及びそれの組成に
ある。これは、用いる多層複合皮膜に応じて少なくとも
３つの層又は少なくとも４つの層を含んでいて、各層は
金属組成物からなる。かかる金属組成物層は、基材とし
ての砥粒が皮膜層の成膜温度（特に砥粒表面への金属層
の付着時に第１層が砥粒の表面に化学的に結合する場
合）に耐え得る限り、本明細書に記載した金属組成物か
ら独立に選択される。好ましくは、第１層は結晶基材に
よってはチタンであり、或いはその合金、炭化物又は窒
化物である。例えばＣＢＮ砥粒の表面にチタンを結合さ
せる場合、その境界はおそらく窒化チタンであると考え
られる。また、多層複合皮膜の最後の層（すなわち最外
層）がニッケル−リン、コバルト−リン、同時析出ニッ
ケル−コバルト−リン、或いは本発明の範囲に属するよ
うなその他の合金のような合金皮膜であるものも好まし
い。

【００３０】金属層又は合金層の作成において、それが
多層複合皮膜であっても或いは少なくとも１つの層をな
す同時析出金属皮膜であっても、用いたプロセスで、金
属組成の同じ２以上の層が形成され、同じ金属組成物
（純金属又は合金）の層が連続した複数の層で構成され
るようになることがある。その層の組成が同じ金属組成
物（すなわち、純金属又は合金）からなる場合は、本発
明では単一の層とみなす。例えば、ニッケル−リン皮膜
の作成又は析出には、用いるプロセスによっては、所要
の厚さのニッケル−リン層を得るために複数のニッケル
−リン層を連続して堆積させることが必要とされること
もある。これには２又はそれ以上のニッケル−リン層が
関与することになる。しかし、本発明の目的からすれ
ば、かかるニッケル−リン層はたとえ連続した複数のニ
ッケル−リン層からなる場合でも単一の層とみなされ
る。このことは、用いたプロセスで複数の純金属層が連
続して堆積するような場合の純金属層の析出についても
適用される。このような場合、本発明の目的からすれ
ば、かかる純金属層はたとえ一連の純金属層で構成され
ていたとしても単一の層とみなされる。本発明の実施に
際して、隣り合った層同士は異なる金属組成のものでな
ければならない。

【００３１】前述の通り、基材として用いる砥粒は、結
晶構造強度の減損も劣化も起こさずに、少なくとも第１
の金属組成物層の被覆処理温度に耐え得るものでなけれ
ばならない。例えば、ある種のＣＢＮ砥粒では、その結
晶構造のために、その表面に化学的に結合させるチタン
の被覆処理に耐えることができない。そのため、かかる
砥粒に対して適用される少なくとも第１の金属層として
は、ニッケル−リン層、コバルト−リン層又は同時析出
ニッケル−コバルト−リン合金層のような成膜温度の低
い皮膜を用いる必要がある。この場合も、チタンの成膜
温度に耐え得る砥粒を使用するのが好ましい。

【００３２】本発明の皮膜組成物で被覆した後のＣＢＮ
砥粒は、適当な樹脂母材中に被覆砥粒を浸漬することに
よって、研削砥石のような研削工具の製造に使用し得
る。被覆ＣＢＮ砥粒の樹脂母材中での浸漬処理は、例え
ばタカハシの米国特許第４６７１０２１号に記載されて
いるような従来技術で実施し得る。通例、被覆粒子をフ
ェノール樹脂と混合し、その混合物を金型の中で所望の
形状に成形する。次いで、フェノール樹脂を昇温下で硬
化させて、被覆粒子を固体母材内に結合して高い引張強
度の固体凝集物とする。好ましい工具は、従来と同様の
粒度（例えば１７０／２００メッシュサイズの粒度分
布）のＣＢＮ砥粒を上述の通り本発明の皮膜組成物で被
覆しフェノール樹脂で結合してなる研削砥石である。

【００３３】本発明で得られる研削工具は、ＣＢＮ砥粒
を用いた工具に従来用いられてきた形態又は形状のもの
であればどんなものであってもよい。通常のダイ及び金
型を利用してこうした研削工具を作成することができ
る。好ましい研削工具は、金属の研削に使われる研削砥
石である。かかる研削砥石は、本発明の皮膜組成物をも
たないＣＢＮ砥粒で製造した研削砥石と比べると、使用
に際して改善された耐摩耗性、潤滑特性及び熱拡散特性
を示す。

【００３４】以下の好ましい具体的な実施例は単なる例
示を目的としたものであって、本明細書の開示内容を限
定するものではない。

【００３５】

【実施例】後出の表に示す結晶構造を有する立方晶窒化
ホウ素砥粒を、金属チタン及びＮａＣｌとＫＣｌとＣａ
Ｃｌを４０／５５／５の比率で含んだ塩混合物の塩浴中
で、チタンで被覆した。塩浴の温度は８００〜１５００
°Ｆであった。約２時間処理した後、砥粒を取出し、秤
量してチタンの付着量を求めた。砥粒は約０．５〜１０
μｍの厚さのチタン皮膜を有していた。

【００３６】チタン被覆ＣＢＮ砥粒を、次いで、表に示
す一連の皮膜層で被覆した。本実施例では、合金皮膜に
ついては無電解めっき法で成膜し、純金属皮膜について
は電気めっきで成膜した。使用した無電解めっき液は、
次亜リン酸型のニッケル又はコバルトめっき液であっ
た。ｐＨは普通約４〜約１２．０の範囲にあり、温度は
６０〜９５℃の範囲に維持した。各層は別個の浴から別
々に析出させ、ニッケル又はコバルトが消尽したときは
浴を廃棄して次の皮膜層には新しい浴を使用した。単一
層の同時析出金属皮膜の場合、用いた被覆方法は無電解
めっき法である。皮膜の量は砥粒と皮膜の合計重量を基
準にして通常約６５〜７０重量％であり、リン含量はそ
の２〜１１％であった。

【００３７】被覆ＣＢＮ砥粒は次に通常のフェノール樹
脂（フェノールホルムアルデヒド樹脂）と混合した。そ
の混合比は研削砥石での砥粒の結合に慣用的に用いられ
ている重量比であった。次に、この混合物を、タカハシ
等の米国特許第４６７１０２１号に記載されているよう
な公知の技術によって、幅７ｍｍ、直径１５０ｍｍの研
削砥石に成形した。

【００３８】表に示した組成において、個々の皮膜層の
後の数値はその皮膜層形成時点での砥粒と皮膜の合計重
量を基準にした金属皮膜の重量百分率であり、最後に示
した数値は砥粒と皮膜の合計重量を基準にした金属皮膜
全体の重量百分率である。相対研削比（研削効率）及び
相対電力は、表１では対照試料１に対する相対値であ
り、表２では対照試料に対する相対値であって、各対照
試料の装置値を１００としたときの値である。

【００３９】表では、以下の略号を用いた。Ｎｉ＝ニッケルＴｉ＝チタンＮｉＰ＝ニッケル−リンＣｏＰ＝コバルト−リンＣｏ−Ｎｉ−Ｐ＝同時析出ニッケル−コバルト−リン相対的な研削性能の試験実施例で製造した研削砥石の研削性能を表１、表２及び
表３に示す。すべての研削砥石について、往復式研削作
業台に設置した被削試料としてのＳＫＨ５１（ＨＲｃ６
３）工具鋼工作物に対する研削性能を試験した。砥石速
度は３０ｍ／ｓｅｃであった。作業台は１５ｍ／ｍｉｎ
の速度で往復させ、下方送り量は０．０２５ｍｍであっ
た。所定時間（通例５分以上）研削した後、各々の研削
砥石について研削比（砥石減量／工作物減量）を求め
た。研削比の高い研削砥石ほど、優れた（すなわち、小
さい）摩耗速度をもつことになる。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】表１、表２及び表３から明らかな通り、多
層複合皮膜又は単一層の同時析出ニッケル−コバルト−
リン皮膜を有する本発明の研削材組成物では研削効率が
著しい改善されている。例えば、表１には、多層複合皮
膜が４つの層で構成されていてチタンが第１の金属層と
してＣＢＮ砥粒の表面に化学的に結合しているものにつ
いて示してあるが、そのＧ比（研削比）、相対Ｇ比（相
対研削比）及び相対電力にみられるように、本発明の研
削材組成物では研削効率が著しく改善されている。表２
から、多層複合皮膜が３つの層で構成されていて第１の
金属層がＣＢＮ砥粒の表面に物理的に付着しているもの
（試料１、２及び４）も研削効率が著しく改善されてい
ることが分かる（Ｇ比及び相対Ｇ比を参照）。表２から
は、単一層の同時析出金属皮膜（試料３）も研削効率に
著しい改善を示すことが分かる。表３に示す多層複合皮
膜では、プランジ研削性能が劇的な向上が認められる。
プランジ研削は苛酷な研削試験であって、その向上は対
照試料のほぼ４倍にも達する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記（ａ）〜（ｃ）：（ａ）少なくとも４つの金属層を含んでなる多層複合皮
膜であって、第１の金属層が砥粒の表面に化学的に結合
していて、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジ
ウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タング
ステン及びそれらの合金からなる群から選択され、それ
に続く複数の金属層がニッケル、コバルト、それらの合
金、それらのホウ化物、窒化物、リン化物及び酸化物並
びにそれらの同時析出金属組成物からなる群から選択さ
れ、かつ最外層がその直前の層とは異なる金属組成を有
する合金である、多層複合皮膜、（ｂ）少なくとも３つ
の層を含んでなる多層複合皮膜であって、第１の層が砥
粒の表面に物理的に付着していて、ニッケル−リン及び
コバルト−リンからなる群から選択され、それに続く複
数の金属層がニッケル、コバルト、ニッケル−リン、コ
バルト−リン及び同時析出ニッケル−コバルト−リンか
らなる群から選択され、かつ最外層がその直前の層とは
異なる組成を有する合金である、多層複合皮膜、並びに
（ｃ）ニッケル−コバルト−リンの同時析出金属組成物
からなり、砥粒の表面に物理的に付着した少なくとも１
つの金属層からなる群から選択される皮膜で被覆された
砥粒を含んでなる、研削工具での使用に適した研削材組
成物。
【請求項２】前記砥粒が、第１の金属層が前記砥粒の
表面に化学的に結合したチタンであるような多層複合皮
膜で被覆されている、請求項１記載の研削材組成物。
【請求項３】前記砥粒が立方晶窒化ホウ素又はダイヤ
モンドである、請求項１記載の研削材組成物。
【請求項４】前記多層複合皮膜の最外層がニッケル−
リンである、請求項１記載の研削材組成物。
【請求項５】前記砥粒が立方晶窒化ホウ素であって、
かつ多層複合皮膜が（１）砥粒の表面に化学的に結合し
たチタン、（２）その隣接層としてのニッケル−リン、
（３）（２）に隣接する層としてのニッケル、及び
（４）最外層としてのニッケル−リンから基本的になる
４つの金属層を含んでなる、請求項３記載の研削材組成
物。
【請求項６】前記砥粒が立方晶窒化ホウ素であって、
かつ多層複合皮膜が（１）砥粒の表面に化学的に結合し
たチタン、（２）その隣接層としてのニッケル−リン、
（３）（２）に隣接する層としてのコバルト、及び
（４）最外層としてのニッケル−リンから基本的になる
４つの金属層を含んでなる、請求項３記載の研削材組成
物。
【請求項７】前記砥粒が立方晶窒化ホウ素であって、
かつ多層複合皮膜が（１）砥粒の表面に化学的に結合し
たチタン、（２）その隣接層としてのニッケル−リンの
層、（３）（２）に隣接する層としてのコバルト−リ
ン、及び（４）最外層としてのニッケル−リンから基本
的になる４つの層を含んでなる、請求項３記載の研削材
組成物。
【請求項８】前記砥粒が立方晶窒化ホウ素であって、
かつ多層複合皮膜が（１）砥粒の表面に化学的に結合し
たチタン、（２）その隣接層としてのニッケル−リン、
（３）（２）に隣接する層としてのコバルト、及び
（４）最外層としてのニッケル−リンから基本的になる
４つの層を含んでなる、請求項３記載の研削材組成物。
【請求項９】前記多層複合皮膜が（１）砥粒の表面に
物理的に結合したニッケル−リン、（２）その隣接層と
してのニッケル、及び（３）最外層としてのニッケル−
リンから基本的になる３つの層を含んでなる、請求項１
記載の研削材組成物。
【請求項１０】前記多層複合皮膜が（１）砥粒の表面
に物理的に結合したニッケル−リン、（２）その隣接層
としてのコバルト、及び（３）最外層としてのニッケル
−リンから基本的になる３つの層を含んでなる、請求項
１記載の研削材組成物。