JPH10128668A - Super-abrasive grain grinding wheel and its manufacture - Google Patents

Super-abrasive grain grinding wheel and its manufacture

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JPH10128668A
JPH10128668A JP28706796A JP28706796A JPH10128668A JP H10128668 A JPH10128668 A JP H10128668A JP 28706796 A JP28706796 A JP 28706796A JP 28706796 A JP28706796 A JP 28706796A JP H10128668 A JPH10128668 A JP H10128668A
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superabrasive
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binder
grinding
sintering
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勝彦 靱
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人司 大西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To heighten grinding efficiency and mechanical strength and uniformly continue grinding performance by providing binder particles having a bulk density within a specified multiple of super abrasive grain and a thermal expansion coefficient within a specified multiple of super abrasive grain. SOLUTION: A super abrasive grain grinding wheel 10 uses fine diamond particles or cBN particles which have a high hardness and the average particle diameter of 0.5μm-60μm as super-abrasive grains 1, so that soft ground material such as ceramics or cemented carbide is precisely ground. The bulk density of binder particles 2 is in the range of 0.5-2 times as large as that of super abrasive grain, and at the time of mixing in manufacture, super abrasive grains 1 and binder particles 2 can be uniformly dispersed. Accordingly, uniform cutting capability can be continued until the grinding wheel is used up. A thermal expansion coefficient of the binder particle 2 is in the range of 0.3-3 times as large as that of super abrasive grains 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、精密加工分野で用
いられる超砥粒砥石に関するものであり、特に高い研削
能率が持続すると共に物理的強度も優れた超砥粒砥石と
その製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superabrasive grindstone used in the field of precision machining, and more particularly to a superabrasive grindstone having a high grinding efficiency and excellent physical strength, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、セラミックス、超硬合金など研削
が困難な難研削材料が多用されるようになり、これらを
高能率で精密に研削する要望が高まってきている。例え
ば、構造用セラミックスを機械部品などに利用する場合
に、製造の最終工程で形状付与や寸法出しのために研削
加工が必要になる。これらセラミックス材料など難研削
材料の精密加工には、砥粒としてダイヤモンドや立方晶
窒化ホウ素(以下、「cBN」と記す)などのいわゆる
「超砥粒」を含む砥石が用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, difficult-to-grind materials, such as ceramics and cemented carbide, which are difficult to grind, have been frequently used, and there has been an increasing demand for highly efficient and precise grinding of these materials. For example, when structural ceramics are used for machine parts and the like, a grinding process is required in order to give shapes and determine dimensions in the final production process. For precision machining of difficult-to-grind materials such as ceramic materials, grindstones containing so-called “super-abrasive grains” such as diamond and cubic boron nitride (hereinafter referred to as “cBN”) are used as abrasive grains.

【0003】この超砥粒を含む砥石は「超砥粒砥石」と
呼ばれ、一般に、超砥粒を結合材によって結合し成形し
て製造される。この結合材として、合成樹脂を用いたも
のはレジンボンド砥石、ガラス質を用いたものはビトリ
ファイドボンド砥石、また金属を用いたものはメタルボ
ンド砥石と呼ばれ、それぞれ被研削体の特性によって使
い分けられる。
[0003] A grindstone containing such superabrasive grains is called a "superabrasive grindstone", and is generally manufactured by bonding superabrasive grains with a binder and molding. As the binder, those using synthetic resin are called resin-bonded grindstones, those using glassy materials are called vitrified bond grindstones, and those using metal are called metal-bonded grindstones. .

【0004】最近では、薄膜プロセスを用いた集積回路
に代表されるように、素子の高密度化が進み、また広く
普及してくると、経済的理由から基板の切断代の幅を、
例えば0.3mm以下とするような細密な切断が要求さ
れるようになり、この切断を可能とする薄刃の研削砥石
が求められるようになった。
Recently, as represented by an integrated circuit using a thin-film process, as the density of elements has increased and spread, the width of the cutting allowance for the substrate has been reduced for economic reasons.
For example, fine cutting such as 0.3 mm or less has been required, and a thin blade grinding wheel capable of performing this cutting has been required.

【0005】従来、難研削性のセラミックスなどの精密
研削加工に用いられる薄刃砥石は、砥石の機械的強度の
観点から、砥石自体の剛性が高い無気孔型のメタルボン
ド砥石が用いられてきた。メタルボンド砥石は、一般
に、砥粒を結合材に均一に分散させ、電鋳法や焼結法に
よって形成される。結合材としては、例えばCu−Sn
系、Cu−Sn−Co系、Cu−Sn−Fe−Co系な
ど青銅系の軟質金属が用いられる。
Conventionally, non-porous metal bond grindstones having high rigidity have been used as thin blade grindstones used for precision grinding of hard-to-grind ceramics and the like from the viewpoint of the mechanical strength of the grindstones. In general, a metal-bonded grindstone is formed by uniformly dispersing abrasive grains in a binder and by electroforming or sintering. As the binder, for example, Cu-Sn
A bronze-based soft metal such as a copper-based, Cu-Sn-Co-based, or Cu-Sn-Fe-Co-based metal is used.

【0006】これらの従来のメタルボンド砥石は、無気
孔性であるために他のビトリファイドボンド砥石やレジ
ンボンド砥石に比べ、砥石自体の機械的強度は格段に高
く、難研削材の研削に際して特に重要となる結合材によ
る砥粒の保持力も優れているが、結合材組織が緻密で摩
滅し難いため、砥石の表面に絶えず砥粒の新しい切り刃
が現れる現象、いわゆる「自生発刃作用」が小さく、ま
た研削時に発生する切り屑の排出を助ける気孔がないた
め、目詰まりし易く、研削抵抗が大きくなり、いわゆる
「切れ味」が落ちて被研削体の高能率加工が困難になる
などの問題があった。
Since these conventional metal-bonded grinding wheels are non-porous, the mechanical strength of the grinding wheel itself is much higher than other vitrified bond wheels or resin-bonded grinding wheels, and is particularly important for grinding difficult-to-ground materials. Although the holding power of the abrasive grains by the bonding material is excellent, the structure of the bonding material is dense and hard to wear, so the phenomenon that new cutting edges of the abrasive grains constantly appear on the surface of the grinding stone, so-called `` self-generated cutting action '' is small. In addition, since there are no pores that help discharge chips generated during grinding, clogging is likely to occur, grinding resistance increases, and so-called "sharpness" drops, making it difficult to perform highly efficient machining of the workpiece. there were.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】これらの問題を解決す
るものとして、鋳鉄を結合材として用いた砥石が提案さ
れている(特開平3−264263号公報参照)。この
鋳鉄ボンド砥石は、高剛性であり、結合材組織が塑性流
動を起こさず脆性的破壊を起こすので、目詰まりが起こ
り難いなど多くの利点を有するものの、強度が高すぎて
ドレッシング(目立て)性が悪いという問題があった。
また、鋳鉄の微粉末は一般に入手困難であり高価であ
る。
To solve these problems, a grindstone using cast iron as a binder has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-264263). This cast iron bond whetstone has high rigidity and the bridging fracture occurs without causing plastic flow in the binder structure. Therefore, it has many advantages such as difficulty in clogging, but its strength is too high and its dressing (sharpening) property is high. There was a problem that was bad.
Also, fine powder of cast iron is generally difficult to obtain and expensive.

【0008】この鋳鉄ボンド砥石の欠点を改善するもの
として、多孔質メタルボンド砥石が提案された(特開平
7−251379号公報参照)。この多孔質メタルボン
ド砥石は、結合材として金属粉末を用い、砥粒である超
砥粒が、粉末焼結により形成された結合材の多孔質組織
に分散保持されているので、その気孔率を調節すること
によって、砥石の機械的強度および/または砥粒の保持
力を制御することができる。この砥石は目詰まりが起こ
らず、長時間の連続研削が可能であり、ドレッシング性
に優れ、また研削比も高いので優れた砥石ではあるが、
気孔を有するために砥石自体の剛性が低く、薄刃砥石な
ど高剛性が要求される砥石を製造することは困難であっ
た。
[0008] A porous metal bond grinding wheel has been proposed to improve the disadvantages of the cast iron bond grinding wheel (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-251379). This porous metal bond whetstone uses metal powder as a binder, and superabrasive grains, which are abrasive grains, are dispersed and held in a porous structure of a binder formed by powder sintering, so that the porosity thereof is reduced. By adjusting, the mechanical strength of the grinding wheel and / or the holding power of the abrasive grains can be controlled. This whetstone does not cause clogging, is capable of continuous grinding for a long time, has excellent dressing properties, and has a high grinding ratio.
Because of the pores, the rigidity of the grindstone itself is low, and it has been difficult to manufacture a grindstone requiring high rigidity such as a thin blade grindstone.

【0009】また、上記の精密加工用多孔質メタルボン
ド砥石は、砥粒と結合材との微粒粉末を混合して型に入
れ、加圧下に焼結する粉末焼結法によって製造される
が、この際超砥粒と結合材の微粒粉末どうしの均一な分
散が困難で互いに分離し易く、均質な砥石が得難いとい
う問題もあった。
The above-mentioned porous metal bond grindstone for precision processing is manufactured by a powder sintering method in which fine powder of abrasive grains and a binder is mixed and put into a mold and sintered under pressure. In this case, there is a problem that it is difficult to uniformly disperse the superabrasive grains and the fine powder of the binder, and it is easy to separate them from each other, so that it is difficult to obtain a uniform grindstone.

【0010】上記のように、精密加工用砥石において
は、砥石の研削性能と機械的強度とは相反する要素であ
って、これらを両立させることは困難であり、また粉末
焼結に際しては超砥粒と結合材との均一な混合、分散が
困難であった。本発明は、これらの課題を解決するため
になされたものであって、従ってその目的は、研削能率
と機械的強度が共に高く、かつ超砥粒が結合材中に均一
に混合分散されて、研削性能が均一に持続する超砥粒砥
石とその製造方法を提供することにある。
[0010] As described above, in the grinding wheel for precision machining, the grinding performance and the mechanical strength of the grinding wheel are contradictory elements, and it is difficult to achieve both. It was difficult to uniformly mix and disperse the particles and the binder. The present invention has been made to solve these problems, and therefore, the object is to achieve both high grinding efficiency and high mechanical strength, and that superabrasive grains are uniformly mixed and dispersed in a binder, It is an object of the present invention to provide a superabrasive grindstone in which grinding performance is maintained uniformly and a method for producing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する手
段として本発明は、平均粒径が0.5μm〜60μmの
範囲内であるダイヤモンドまたはcBNからなる超砥粒
と結合材粒子との焼結体からなり、この結合材粒子が、
前記超砥粒の0.5倍〜2倍の範囲内の嵩密度と、前記
超砥粒の0.3倍〜3倍の範囲内の熱膨張係数とを有す
るものである超砥粒砥石を提供する。
As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a method for firing super-abrasive grains of diamond or cBN having an average particle diameter in the range of 0.5 μm to 60 μm and binder particles. Consisting of binders, the binder particles
A superabrasive grain having a bulk density in the range of 0.5 to 2 times the superabrasive grain and a coefficient of thermal expansion in the range of 0.3 to 3 times the superabrasive grain. provide.

【0012】前記において、結合材は、W、Zr、C
r、Mo、TaならびにVからなる単体元素、Wならび
にSiの炭化物、Ti、Si、ならびにWの酸化物、お
よびSiの窒化物からなる群から選ばれた1種以上であ
ることが好ましい。
In the above, the binder is W, Zr, C
It is preferably at least one element selected from the group consisting of elemental elements consisting of r, Mo, Ta, and V, carbides of W and Si, Ti, Si, oxides of W, and nitrides of Si.

【0013】本発明はまた、平均粒径が0.5μm〜6
0μmの範囲内であるダイヤモンドまたはcBNからな
る超砥粒と、この超砥粒の0.5倍〜2倍の範囲内の嵩
密度と前記超砥粒の0.3倍〜3倍の範囲内の熱膨張係
数とを有する結合材粒子とを混合し、得られた粉体混合
物を、0.5Tm(Tmは絶対温度゜Kで表す結合材の
融点または液相生成温度である)以下の温度で焼結する
ことからなる超砥粒砥石の製造方法を提供する。
[0013] The present invention also provides an average particle size of 0.5 μm to 6 μm.
A superabrasive made of diamond or cBN in the range of 0 μm, a bulk density of 0.5 to 2 times the superabrasive, and a 0.3 to 3 times of the superabrasive. The powder mixture obtained is mixed with binder particles having a coefficient of thermal expansion of 0.5 Tm (Tm is the melting point or liquid phase formation temperature of the binder represented by absolute temperature ゜ K) or less. The present invention provides a method for producing a superabrasive grindstone comprising sintering.

【0014】前記の製造方法において、超砥粒と結合材
粒子との混合は、揮発性有機溶剤の存在下に行い、次い
で乾燥して、粉体混合物を得ることが好ましい。前記の
焼結は、放電プラズマ焼結法(以下、「SPS法」と記
す)またはホット・アイソスタチック・プレス焼結法
(以下、「HIP法」と記す)を用いて行うことが好ま
しい。また前記の焼結は、5MPa〜50MPaの範囲
内の圧力下に行うことが好ましい。
In the above-mentioned production method, it is preferable that the mixing of the superabrasive grains and the binder particles is carried out in the presence of a volatile organic solvent and then drying to obtain a powder mixture. The sintering is preferably performed using a spark plasma sintering method (hereinafter, referred to as “SPS method”) or a hot isostatic press sintering method (hereinafter, referred to as “HIP method”). Preferably, the sintering is performed under a pressure in the range of 5 MPa to 50 MPa.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明を一実施形態によっ
て説明する。図1に模式的に示すように、この実施形態
の超砥粒砥石10は、ダイヤモンドまたはcBNの超砥
粒1と、結合材粒子2との焼結体からなっている。そし
て、この超砥粒の平均粒径は0.5μm〜60μmの範
囲内とされ、また、結合材粒子2は、例えばW(タング
ステン)などから形成されていて、前記超砥粒1の0.
5倍〜2倍の範囲内の嵩密度と、前記超砥粒1の0.3
倍〜3倍の範囲内の熱膨張係数とを有している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment. As schematically shown in FIG. 1, a superabrasive grindstone 10 of this embodiment is made of a sintered body of superabrasive grains 1 of diamond or cBN and binder particles 2. The average particle size of the superabrasive grains is in the range of 0.5 μm to 60 μm, and the binder particles 2 are formed of, for example, W (tungsten).
The bulk density in the range of 5 to 2 times and 0.3 of the superabrasive 1
Thermal expansion coefficient in the range of 2 to 3 times.

【0016】この超砥粒砥石10は、例えば下記の方法
により製造することができる。すなわち、平均粒径が
0.5μm〜60μmの範囲内であるダイヤモンドまた
はcBNからなる超砥粒1と、例えばWなどから形成さ
れ前記の超砥粒1の0.5倍〜2倍の範囲内の嵩密度と
前記超砥粒1の0.3倍〜3倍の範囲内の熱膨張係数と
を有する結合材粒子2とを、例えばメタノールなどの揮
発性有機溶剤の存在下に均一に混合し、この溶剤を乾燥
させて得られた粉体混合物を、例えばSPS法を用い、
5MPa〜50MPaの範囲内の圧力を加え、0.5T
m(Tmは絶対温度゜Kで表す結合材の融点または液相
生成温度)以下の温度で焼結する。
The superabrasive grindstone 10 can be manufactured, for example, by the following method. That is, the super-abrasive grains 1 made of diamond or cBN having an average particle diameter in the range of 0.5 μm to 60 μm, and in the range of 0.5 to 2 times the super-abrasive grains 1 formed of, for example, W and the like. And the binder particles 2 having a bulk density of 0.3 and a coefficient of thermal expansion in the range of 0.3 to 3 times that of the superabrasive grains 1 are uniformly mixed in the presence of a volatile organic solvent such as methanol. The powder mixture obtained by drying the solvent is used, for example, by using the SPS method.
A pressure in the range of 5 MPa to 50 MPa is applied, and 0.5 T
Sintering is performed at a temperature equal to or lower than m (Tm is the melting point of the binder or the liquid phase generation temperature represented by the absolute temperature ゜ K).

【0017】得られた超砥粒砥石10は、砥粒1として
硬度が高くかつ平均粒径0.5μm〜60μmの微細な
ダイヤモンド粒子またはcBN粒子が用いられているの
で、セラミックスや超硬合金などの難研削材料を精密に
研削することができる。
The obtained superabrasive grindstone 10 uses fine diamond particles or cBN particles having a high hardness and an average particle size of 0.5 μm to 60 μm as the abrasive particles 1. Can be ground precisely.

【0018】結合材粒子2の嵩密度を超砥粒の0.5倍
〜2倍の範囲内とすれば、超砥粒1の嵩密度と結合材粒
子2の嵩密度とが近似するので、製造時の混合に際し
て、超砥粒1と結合材粒子2とを均一に分散させること
ができる。このため、焼結後の砥石本体内で超砥粒1が
偏在することなく全体に均一に分布し、砥石を使いきる
まで均一な切削能力を持続することができる。
If the bulk density of the binder particles 2 is in the range of 0.5 to 2 times that of the superabrasive grains, the bulk density of the superabrasive grains 1 and the bulk density of the binder particles 2 are close to each other. During mixing at the time of production, superabrasive grains 1 and binder particles 2 can be uniformly dispersed. For this reason, the superabrasive grains 1 are uniformly distributed throughout the grindstone body after sintering without uneven distribution, and a uniform cutting ability can be maintained until the grindstone is used up.

【0019】結合材粒子2の熱膨張係数が、例えばW
(熱膨張係数4.6×10-6)のように、超砥粒1(例
えばダイヤモンドの熱膨張係数3.0×10-6)の0.
3倍〜3倍の範囲内とされていれば、製造時の、例えば
焼結後の冷却に際して発生する熱膨張係数の差に由来す
る材料間の不整合、例えば熱収縮率の差によって粒子の
焼結界面に発生する内部応力が緩和され、これらに起因
する微細な亀裂や砥石のソリ、ウネリなどが防止され、
超砥粒砥石の物性や成形性が向上する。
The coefficient of thermal expansion of the binder particles 2 is, for example, W
(Coefficient of thermal expansion: 4.6 × 10 −6 ), the super-abrasive 1 (for example, the coefficient of thermal expansion of diamond: 3.0 × 10 −6 ) has a 0.1 μm.
If it is within the range of 3 to 3 times, the mismatch between the materials due to the difference in the coefficient of thermal expansion generated during manufacturing, for example, during cooling after sintering, for example, the difference in the thermal shrinkage rate causes The internal stress generated at the sintering interface is relaxed, resulting in the prevention of minute cracks, warping of the grinding wheel, undulation, etc.
The physical properties and formability of the superabrasive stone are improved.

【0020】次に、本発明の超砥粒砥石を構成する諸要
素について詳しく説明する。本発明の超砥粒砥石10に
用いられる超砥粒1は、ダイヤモンドまたはcBNであ
る。例えばセラミックス材料などの硬い被研削体を細密
加工するなどの場合には、最高硬度を有するダイヤモン
ドを用いることが好ましい。このダイヤモンドは、単結
晶のものであっても多結晶のものであってもよく、天然
ダイヤモンド、人造ダイヤモンドのいずれも使用でき
る。
Next, various elements constituting the superabrasive grinding wheel of the present invention will be described in detail. The superabrasive grains 1 used in the superabrasive grain wheel 10 of the present invention are diamond or cBN. For example, in the case of finely processing a hard object to be ground such as a ceramic material, it is preferable to use diamond having the highest hardness. This diamond may be a single crystal or a polycrystal, and any of natural diamond and artificial diamond can be used.

【0021】しかし、鉄系の被研削体を加工する場合
は、ダイヤモンドの使用に問題があるので、この場合に
はcBNを用いることが好ましい。このcBNも、単結
晶のもの、多結晶のものいずれでもよい。また、本発明
に用いる超砥粒は、前記の任意の2種類以上の混合物で
あってもよい。
However, when processing an iron-based workpiece, there is a problem in using diamond. In this case, it is preferable to use cBN. This cBN may be either single-crystal or polycrystalline. The superabrasive grains used in the present invention may be a mixture of any two or more of the above.

【0022】超砥粒1の平均粒径は、0.5μm〜60
μmの範囲内とされる。平均粒径が0.5μm未満では
粒子が微細にすぎて研削能力が十分に発現せず、60μ
mを越えると、例えばこの砥石を細密研削やラッピング
などに用いる場合に、被研削面の仕上げが粗くなって不
適当である。
The average particle size of superabrasive 1 is 0.5 μm to 60 μm.
μm. If the average particle size is less than 0.5 μm, the particles are too fine and the grinding ability is not sufficiently exhibited,
If it exceeds m, for example, when this grindstone is used for fine grinding or lapping, the finish of the surface to be ground becomes rough, which is inappropriate.

【0023】結合材としては、熱膨張係数が前記の範囲
内にあり、かつその粒子の嵩密度が前記の範囲内にあっ
て、熱圧を加えたときに超砥粒と焼結体を形成し得るも
のであればいずれも使用可能である。好ましい結合材の
例としては、W、Zr、Cr、Mo、TaならびにVか
らなる単体元素、WならびにSiの炭化物、Ti、S
i、ならびにWの酸化物、およびSiの窒化物などを挙
げることができる。特にWは、超砥粒としてダイヤモン
ドを用いる場合に好適な結合材である。
The binder has a coefficient of thermal expansion in the above range and a bulk density of the particles in the above range, and forms a superabrasive and a sintered body when hot pressure is applied. Any of these can be used. Examples of preferred binders include simple elements consisting of W, Zr, Cr, Mo, Ta and V, carbides of W and Si, Ti, S
i, an oxide of W, a nitride of Si, and the like. In particular, W is a suitable binder when diamond is used as the superabrasive.

【0024】超砥粒(ダイヤモンド)と代表的な結合材
について、融点、熱膨張係数、および粒子の粒径とその
粒径における嵩密度とを表1に示す。また参考として、
本発明の超砥粒砥石の結合材としては範囲外であるが、
従来から一般に用いられている結合材であるCoとFe
とについて同様なデータを表2に示す。
Table 1 shows the melting point, the coefficient of thermal expansion, the particle size of the particles, and the bulk density at the particle sizes of the superabrasives (diamonds) and typical binders. As a reference,
Although it is out of the range as a binder of the superabrasive grinding wheel of the present invention,
Conventionally commonly used binders, Co and Fe
Table 2 shows the same data for and.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

【0026】結合材粒子2の粒径は、前記の嵩密度の条
件を満たすものであれば特に限定されないが、一般には
超砥粒の平均粒径の5%〜50%の範囲内とすることが
好ましい。超砥粒に対する結合材粒子の粒径が50%を
越えると、焼結の際、混合物が型に充填された状態で超
砥粒と結合材粒子との接触面積が小さくなり、焼結時の
結合力が不足して砥石自体の強度が低下する。また5%
未満では、接触面積は十分に大きいから焼結時の結合力
は問題ないが、気孔率および気孔径が小さくなって、焼
結物は無気孔メタルボンド砥石と大差がなくなる。
The particle size of the binder particles 2 is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned bulk density condition, but is generally in the range of 5% to 50% of the average particle size of the superabrasive particles. Is preferred. If the particle size of the binder particles with respect to the superabrasive particles exceeds 50%, the contact area between the superabrasive particles and the binder particles in the state where the mixture is filled in the mold during sintering becomes small, Insufficient bonding force reduces the strength of the grindstone itself. Also 5%
If it is less than 10, the contact area is sufficiently large, so that there is no problem in the bonding force at the time of sintering, but the porosity and the pore diameter are small, and the sintered product is not much different from the non-porous metal bond grindstone.

【0027】本発明の超砥粒砥石10において、超砥粒
と結合材との配合割合は、超砥粒:結合材粒子の容量比
で1:0.5〜1:3の範囲内とされていることが好ま
しい。1:0.5より結合材の割合が少ない場合は、超
砥粒の密度が高すぎて焼結体の強度が低下し、目こぼれ
などが起こりやすくなる。1:3より結合材の割合が多
い場合は、研削能力が不足するようになる。
In the superabrasive grindstone 10 of the present invention, the mixing ratio of the superabrasive grains and the binder is in the range of 1: 0.5 to 1: 3 in the volume ratio of the superabrasive grains: the binder particles. Is preferred. If the ratio of the binder is less than 1: 0.5, the density of the superabrasive grains is too high, so that the strength of the sintered body is reduced and dropout or the like is likely to occur. When the ratio of the binder is larger than 1: 3, the grinding ability becomes insufficient.

【0028】本発明の超砥粒砥石10は、粉粒体の表面
焼結によって成形されるので、図1に示すように、その
組織内には多数の気孔4が含まれ、多孔質になってい
る。この気孔率は、5%〜60%の範囲内とされている
ことが好ましい。気孔率が5%未満では、結合材の組織
が緻密となって摩滅し難く、従って自生発刃作用が起こ
り難くなるばかりでなく、研削時に発生する切り屑を収
容するポケット(図1の符号5)の容量が不足し、また
冷却液の循環も不十分となり、目詰まりや摩擦熱による
溶融などが起こり易い。気孔率が60%を越えると、砥
石自体の物性が低下し、また目こぼれや目潰れが起こり
易くなる。これら観点から、気孔率は5%〜45%の範
囲内とすることが更に好ましい。気孔率は、超砥粒と結
合材粒子のそれぞれの粒径、混合割合、焼結時に加える
圧力、混合時の揮発性介在物の有無などの諸条件を選定
することにより調節することができる。
Since the superabrasive grindstone 10 of the present invention is formed by surface sintering of a granular material, as shown in FIG. 1, its structure contains many pores 4 and becomes porous. ing. The porosity is preferably in the range of 5% to 60%. If the porosity is less than 5%, the structure of the binder becomes dense and hard to wear, so that not only the autogenous cutting action hardly occurs, but also a pocket for accommodating chips generated during grinding (reference numeral 5 in FIG. 1). 2) capacity is insufficient, and the circulation of the cooling liquid is also insufficient, so that clogging and melting due to frictional heat are likely to occur. If the porosity exceeds 60%, the physical properties of the grindstone itself are reduced, and dropout or crushing is likely to occur. From these viewpoints, the porosity is more preferably in the range of 5% to 45%. The porosity can be adjusted by selecting various conditions such as the particle size of the superabrasive grains and the binder particles, the mixing ratio, the pressure applied during sintering, and the presence or absence of volatile inclusions during mixing.

【0029】次に本発明の超砥粒砥石の製造方法につい
て詳しく説明する。この製造方法は、順次、混合工程と
焼結工程とに大別される。上記の超砥粒1と結合材粒子
2とは、混合工程において均一に混合される。この混合
は、超砥粒と結合材粒子とを揮発性有機溶剤の存在下
に、例えばボールミルなどにより攪拌混合し、次いで溶
剤を乾燥することによって行うことが好ましい。
Next, the method for producing a superabrasive grindstone of the present invention will be described in detail. This manufacturing method is roughly divided into a mixing step and a sintering step. The superabrasive grains 1 and the binder particles 2 are uniformly mixed in the mixing step. This mixing is preferably performed by stirring and mixing the superabrasive grains and the binder particles in the presence of a volatile organic solvent, for example, with a ball mill or the like, and then drying the solvent.

【0030】揮発性有機溶剤としては、炭化水素類、ア
ルコール類、エステル類、エーテル類などがいずれも使
用できるが、特に揮発の容易さ、価格などの観点から、
エタノールまたはメタノールを用いることが好ましい。
揮発性有機溶剤の存在によって、攪拌混合時の粒子間の
潤滑性が向上し、より均一な分散が達成されると共に、
粒子相互の摩擦が緩和されるので、超砥粒の切り刃の摩
耗や結合材の微粉化が防止される。この揮発性有機溶剤
は、焼結に先だって、好ましくは減圧下に蒸発乾燥さ
せ、粉体混合物を得る。
As the volatile organic solvent, any of hydrocarbons, alcohols, esters, ethers and the like can be used.
Preferably, ethanol or methanol is used.
Due to the presence of the volatile organic solvent, lubricity between particles during stirring and mixing is improved, and more uniform dispersion is achieved,
Since friction between particles is alleviated, wear of the cutting edge of the superabrasive grains and pulverization of the binder are prevented. This volatile organic solvent is evaporated to dryness, preferably under reduced pressure, prior to sintering to obtain a powder mixture.

【0031】焼結は、SPS法またはHIP法を用いて
行うことが好ましい。これらはいずれも粉末焼結法であ
り、これらの焼結法によれば、超砥粒と結合材粒子との
界面における拡散、反応、固溶などが促進され、超砥粒
と結合材粒子との結合力が強化される。
The sintering is preferably performed by using the SPS method or the HIP method. These are all powder sintering methods, and according to these sintering methods, diffusion, reaction, solid solution, etc., at the interface between the superabrasive grains and the binder particles are promoted, and the superabrasive grains and the binder particles are formed. Is strengthened.

【0032】SPS法は、例えば図2に概略を示す放電
プラズマ焼結装置(SPS装置)を用いて行うことがで
きる。図2において、このSPS装置は、筒状のダイ2
1と、このダイ21と同軸的に挿入された中子22と、
これらのダイ21および中子22と嵌合する上部パンチ
23および下部パンチ24と、これら上下のパンチ2
3、24に挟まれた粉体混合物25の温度を測定する熱
電対26とを有している。この上部パンチ23および下
部パンチ24は、ダイ21と中子22との間隙に充填さ
れた粉体混合物25を上下から挟圧するためのプレス
(図示せず)に連結されていると共に、粉体混合物25
にパルス電流を印加するためのそれぞれの電極を構成し
ている。このSPS装置において、少なくとも上下のパ
ンチ23,24に挟まれた部分はチャンバ(図示せず)
内に収容され、このチャンバ内は真空に排気されるか、
または不活性ガスが導入されるようになっている。
The SPS method can be performed using, for example, a discharge plasma sintering apparatus (SPS apparatus) schematically shown in FIG. In FIG. 2, this SPS device is a cylindrical die 2.
1, a core 22 inserted coaxially with the die 21,
An upper punch 23 and a lower punch 24 fitted to the die 21 and the core 22, and upper and lower punches 2
And a thermocouple 26 for measuring the temperature of the powder mixture 25 sandwiched between 3 and 24. The upper punch 23 and the lower punch 24 are connected to a press (not shown) for pressing the powder mixture 25 filled in the gap between the die 21 and the core 22 from above and below. 25
Each electrode for applying a pulse current to the electrodes is constituted. In this SPS device, at least a portion sandwiched between upper and lower punches 23 and 24 is a chamber (not shown).
And the inside of this chamber is evacuated to a vacuum or
Alternatively, an inert gas is introduced.

【0033】超砥粒と結合材との粉体混合物25は、所
定の砥石の形状に成形されたダイ21と中子22との間
隙に所定量が充填され、チャンバ内が真空にされ、また
は不活性ガスで置換された後に、上部パンチ23および
下部パンチ24で上下から、好ましくは5MPa〜50
MPaの範囲内の圧力で圧縮され、次いでパルス電流が
印加される。
A predetermined amount of the powder mixture 25 of the superabrasive grains and the binder is filled in a gap between the die 21 and the core 22 formed into a predetermined grinding stone shape, and the inside of the chamber is evacuated, or After being replaced with an inert gas, the upper punch 23 and the lower punch 24 preferably use a pressure of 5 MPa to 50
It is compressed at a pressure in the range of MPa and then a pulsed current is applied.

【0034】このSPS法によれば、通電電流を調節す
ることにより、粉体混合物25を所定の焼結温度に均一
に素早く昇温することができ、また温度管理や焼結時間
管理も厳密に行うことができる。上記のSPS法に用い
ることができるSPS装置としては、例えば住友石炭鉱
業社製モデルSPS−2050型放電プラズマ焼結装置
などを挙げることができる。
According to this SPS method, the powder mixture 25 can be uniformly and quickly heated to a predetermined sintering temperature by adjusting the current, and the temperature control and the sintering time control are strictly controlled. It can be carried out. Examples of the SPS device that can be used in the above-described SPS method include a model SPS-2050 type discharge plasma sintering device manufactured by Sumitomo Coal Mining Co., Ltd.

【0035】一方、HIP法は、例えば超砥粒と結合材
粒子との混合物に成形助材としてワックスなどを加え、
単軸プレスなどを用いて圧力10MPa程度に加圧して
粉体圧縮成形物をつくり、この粉体圧縮成形物を真空中
約800℃に加熱してワックスの除去と仮焼結とを行
い、次いで形状整形の後に、真空または不活性ガス雰囲
気中で熱圧を加えて本焼結を行い焼結体を得る方法であ
る。
On the other hand, in the HIP method, for example, wax or the like is added as a molding aid to a mixture of superabrasive grains and binder particles,
Using a uniaxial press or the like, pressurize to a pressure of about 10 MPa to produce a powder compression molded product, and heat the powder compression molded product to about 800 ° C. in a vacuum to remove wax and perform preliminary sintering. After shaping, the main body is sintered by applying heat and pressure in a vacuum or an inert gas atmosphere to obtain a sintered body.

【0036】いずれの焼結方法においても、焼結温度は
0.5Tm以下とされる。ここでTmとは、絶対温度゜
Kで表す結合材粒子の融点または液相生成温度である。
焼結温度を0.5Tm以下とすることによって、結合材
粒子どうしはその表層のみによって融着し、砥石自体の
強度を維持しながら適度の崩落性を有して自生発刃作用
を現し、良好な研削性が維持されるようになる。
In any of the sintering methods, the sintering temperature is 0.5 Tm or less. Here, Tm is the melting point or liquid phase generation temperature of the binder particles represented by the absolute temperature ΔK.
By setting the sintering temperature to 0.5 Tm or less, the binder particles are fused only by their surface layers, exhibiting a self-destructive cutting action with a suitable collapsibility while maintaining the strength of the grindstone itself. Good grindability is maintained.

【0037】焼結温度の下限は、用いられる結合材粒子
の特性と焼結圧力に依存するが、少なくとも粒子どうし
が互いに表面融着して融合相を形成し得る温度とされ
る。この下限温度は、通常600℃以上である。この観
点から、実際上好ましい焼結温度範囲は600℃〜15
00℃の範囲内とされる。
The lower limit of the sintering temperature depends on the characteristics of the binder particles used and the sintering pressure, but is set to a temperature at which at least the particles can fuse to each other to form a fusion phase. This lower limit temperature is usually 600 ° C. or higher. From this viewpoint, a practically preferable sintering temperature range is 600 ° C. to 15 ° C.
It is within the range of 00 ° C.

【0038】粉末焼結法においてダイ中で焼結を行うに
際して、粉体混合物に加える圧力は、5MPa〜50M
Paの範囲内とすることが好ましい。圧力が5MPa未
満では、焼結物である砥石の気孔率が高くなりすぎて、
砥石全体の機械的強度が大幅に低下する。また圧力が5
0MPaを越えると、砥石の気孔率が低下しすぎてほと
んど無気孔型となり、研削効率が大幅に低下する。
In sintering in a die in the powder sintering method, the pressure applied to the powder mixture is 5 MPa to 50 M
It is preferable to be within the range of Pa. If the pressure is less than 5 MPa, the porosity of the sintering whetstone is too high,
The mechanical strength of the whole grindstone is greatly reduced. If the pressure is 5
If it exceeds 0 MPa, the porosity of the grindstone will be too low to be almost void-free, and the grinding efficiency will be greatly reduced.

【0039】いずれの焼結工程においても、焼結は、不
活性ガスまたは酸素分圧が0.01MPa以下の雰囲気
中で行うことが好ましい。酸素分圧が0.01MPaを
越える雰囲気で熱圧を加えて焼結を行うと、超砥粒や結
合材粒子が変質する惧れがある。不活性ガスとしては、
2 またはArなどが好適に用いられる。
In any of the sintering steps, sintering is preferably performed in an atmosphere having an inert gas or an oxygen partial pressure of 0.01 MPa or less. If sintering is performed by applying heat pressure in an atmosphere where the oxygen partial pressure exceeds 0.01 MPa, the superabrasive grains and the binder particles may be deteriorated. As an inert gas,
N 2 or Ar is preferably used.

【0040】次に本発明の実施例を示す。これらの実施
例はいずれも、外径が120mm、内径が114mm、
厚みが3mmのカップ型に成形された超砥粒砥石であ
り、前記の本発明の実施形態に準じて製造されている。
Next, examples of the present invention will be described. Each of these examples has an outer diameter of 120 mm, an inner diameter of 114 mm,
It is a superabrasive grain formed in a cup shape having a thickness of 3 mm, and is manufactured according to the above-described embodiment of the present invention.

【0041】(実施例1)ボールミルに、下記の超砥粒
100容量部と、結合材粒子128容量部とを仕込み、
更にメタノール200容量部を添加して24時間攪拌混
合した。
Example 1 A ball mill was charged with 100 parts by volume of the following superabrasive grains and 128 parts by volume of binder particles.
Further, 200 parts by volume of methanol was added and mixed with stirring for 24 hours.

【0042】得られたスラリー状の混合物をボールミル
から取り出し、減圧乾燥によりエタノールを除去し、超
砥粒が結合材中に均一に分散した粉体混合物を得た。次
にこの混合物を、図2に示したSPS装置のダイ21と
中子22との間隙に充填し、下記の条件で焼結し、前記
寸法のカップ型超砥粒砥石を製造した。 焼結温度:1260℃ 焼結圧力:20MPa
The resulting slurry mixture was taken out of the ball mill, and ethanol was removed by drying under reduced pressure to obtain a powder mixture in which superabrasive grains were uniformly dispersed in the binder. Next, this mixture was filled in the gap between the die 21 and the core 22 of the SPS apparatus shown in FIG. 2 and sintered under the following conditions to produce a cup-type superabrasive wheel having the above dimensions. Sintering temperature: 1260 ° C Sintering pressure: 20 MPa

【0043】得られた実施例1の超砥粒砥石は、断面を
電子顕微鏡で10000倍に拡大して観察すると、概略
を図1に示したように、ダイヤモンド超砥粒1が互いに
分離して結合材粒子2の焼結組織体中に均一に分布し、
超砥粒1と結合材2粒子とがその接触面3で互いに融着
しており、また、結合材粒子2の焼結組織体中には多数
の気孔4が形成されていた。実施例1の超砥粒砥石の気
孔率と物性を表3に示す。
When the cross section of the obtained superabrasive grindstone of Example 1 was magnified 10000 times with an electron microscope and observed, the diamond superabrasive grains 1 were separated from each other as schematically shown in FIG. Uniformly distributed in the sintered structure of the binder particles 2,
The superabrasive grains 1 and the binder 2 particles were fused to each other at their contact surfaces 3, and a large number of pores 4 were formed in the sintered structure of the binder particles 2. Table 3 shows the porosity and physical properties of the superabrasive grindstone of Example 1.

【0044】(実施例2)下記の素材と製造条件によ
り、実施例1に準じて実施例2の超砥粒砥石を製造し
た。 得られた実施例2の超砥粒砥石の気孔率と物性を表3に
示す。
Example 2 A superabrasive wheel of Example 2 was manufactured according to Example 1 using the following materials and manufacturing conditions. Table 3 shows the porosity and physical properties of the obtained superabrasive grindstone of Example 2.

【0045】(実施例3)下記の素材と製造条件によ
り、実施例1に準じて実施例3の超砥粒砥石を製造し
た。 得られた実施例3の超砥粒砥石の気孔率と物性を表3に
示す。
Example 3 A superabrasive grindstone of Example 3 was manufactured according to Example 1 using the following materials and manufacturing conditions. Table 3 shows the porosity and physical properties of the obtained superabrasive grindstone of Example 3.

【0046】(実施例4)下記の素材と製造条件によ
り、実施例1に準じて実施例3の超砥粒砥石を製造し
た。 得られた実施例4の超砥粒砥石の気孔率と物性を表3に
示す。
Example 4 A superabrasive grindstone of Example 3 was manufactured according to Example 1 using the following materials and manufacturing conditions. Table 3 shows the porosity and physical properties of the obtained superabrasive grindstone of Example 4.

【0047】(比較例1)比較のため、実施例1に示し
た組成と製造方法に準じて、下記の組成および製造条件
に従う比較例1の超砥粒砥石を製造した。この比較例1
は、結合材粒子の熱膨張係数が本発明の範囲外となる例
である。 得られた比較例1の超砥粒砥石の気孔率と物性を表3に
示す。
(Comparative Example 1) For comparison, a superabrasive grindstone of Comparative Example 1 was manufactured according to the following composition and manufacturing conditions according to the composition and manufacturing method shown in Example 1. Comparative Example 1
Is an example in which the thermal expansion coefficient of the binder particles is out of the range of the present invention. Table 3 shows the porosity and physical properties of the obtained superabrasive grindstone of Comparative Example 1.

【0048】(比較例2)実施例1に示した組成と製造
方法に準じて、下記の組成および製造条件に従う比較例
2の超砥粒砥石を製造した。この比較例2は、結合材粒
子の嵩密度が本発明の範囲外となる例である。 得られた比較例2の超砥粒砥石の気孔率と物性を表3に
示す。
(Comparative Example 2) According to the composition and the manufacturing method shown in Example 1, a superabrasive grindstone of Comparative Example 2 was manufactured according to the following composition and manufacturing conditions. Comparative Example 2 is an example in which the bulk density of the binder particles is out of the range of the present invention. Table 3 shows the porosity and physical properties of the obtained superabrasive grindstone of Comparative Example 2.

【0049】(比較例3)比較のため、気孔率と物性を
表3に示す市販のビトリファイド砥石「#1200」を
比較例3として試験に用いた。
Comparative Example 3 For comparison, a commercially available vitrified grindstone “# 1200” whose porosity and physical properties are shown in Table 3 was used as a comparative example 3.

【0050】[0050]

【表3】 [Table 3]

【0051】(研削性能試験)前記の各試料について研
削試験を行った。研削試験としては、砥石のヤング率や
研削盤の剛性や馬力の影響を受けない湿式定圧研削法を
採用した。被研削体としては、Al23・TiCセラミ
ックス(曲げ強さ588MPa、マイクロビッカース硬
さ19GPa)の断面2mm×5mmのブロックを用い
た。
(Grinding Performance Test) A grinding test was performed on each of the above samples. As a grinding test, a wet constant-pressure grinding method that was not affected by the Young's modulus of the grinding wheel, the rigidity of the grinding machine, and the horsepower was adopted. As the object to be ground, a block of Al 2 O 3 .TiC ceramics (bending strength: 588 MPa, micro Vickers hardness: 19 GPa) having a cross section of 2 mm × 5 mm was used.

【0052】図3は、各砥石試料を研削盤に装着し、そ
れぞれの試料の砥面に前記の被研削体の断面を一定時間
(30秒間)押圧し、このときの研削圧力を0.3MP
a、0.5MPa、1MPaおよび2MPaと順次に変
化させたときの、研削量(mm3 )を測定したものであ
る。図4は、前記と同様にして、一定の研削圧力(1M
Pa)で研削時間を30秒、60秒、120秒、240
秒および480秒としたときの研削量(mm3 )を測定
したものである。また図5は、研削開始から30秒間の
研削速度を100%としたときの、各研削時間に対する
研削速度の変化を測定したものである。
FIG. 3 shows that each grindstone sample is mounted on a grinder, and the cross section of the object to be ground is pressed against the grinding surface of each sample for a predetermined time (30 seconds).
a, the amount of grinding (mm 3 ) was measured when sequentially changing to 0.5 MPa, 1 MPa, and 2 MPa. FIG. 4 shows that a constant grinding pressure (1 M
Pa), the grinding time is 30 seconds, 60 seconds, 120 seconds, 240
And 480 seconds were measured for the amount of grinding (mm 3 ). FIG. 5 shows a change in the grinding speed with respect to each grinding time when the grinding speed for 30 seconds from the start of grinding is set to 100%.

【0053】これら物性試験並びに研削性能試験の結果
から、下記の事項が明らかになる。 (1)表3の結果から、実施例1〜実施例3の試料は、
結合材がWであって、その嵩密度が超砥粒の0.75倍
〜1.81倍であるから0.5倍〜2倍の範囲内にあ
り、かつ熱膨張係数が超砥粒の1.53倍であるから
0.3〜3倍の範囲内にある。これらは、嵩密度が超砥
粒の2.2倍である比較例2(Fe)や熱膨張係数が超
砥粒の4.17倍である比較例1(Co)に比べ、物
性、特にヤング率とマイクロビッカース硬さにおいて優
れていることがわかる。実施例4においても同様に結合
材(Cr)の嵩密度が超砥粒の0.83倍であり、熱膨
張係数が超砥粒の2.16倍であるから物性が優れてい
る。
From the results of these physical property tests and grinding performance tests, the following matters become clear. (1) From the results in Table 3, the samples of Examples 1 to 3
The binder is W, and its bulk density is 0.75 to 1.81 times that of the superabrasive, so it is in the range of 0.5 to 2 times, and the coefficient of thermal expansion is that of the superabrasive. Since it is 1.53 times, it is in the range of 0.3 to 3 times. These materials have physical properties, particularly Young, as compared with Comparative Example 2 (Fe), whose bulk density is 2.2 times that of the superabrasive, and Comparative Example 1 (Co), whose coefficient of thermal expansion is 4.17 times that of the superabrasive. It can be seen that the ratio and the micro Vickers hardness are excellent. In Example 4, similarly, the bulk density of the binder (Cr) is 0.83 times that of the superabrasive grains, and the thermal expansion coefficient is 2.16 times that of the superabrasive grains, so that the physical properties are excellent.

【0054】図3の結果から、実施例3の試料は、一定
の時間内で研削する研削量が各比較例に比べて大きく、
切れ味のよい砥石であることがわかる。従って研削工程
の工数を従来より削減することが可能となる。また、研
削圧力を増加させると、これに対応して研削量も直線的
に増大しており、研削精度を制御し易い砥石であること
がわかる。これに対し、各比較例の砥石は、いずれも目
詰まりの影響で研削圧力を増加しても研削量が増大せ
ず、研削精度が制御、維持し難い。
From the results shown in FIG. 3, the sample of Example 3 has a larger amount of grinding in a fixed time than the comparative examples.
It can be seen that the stone is sharp. Therefore, the number of steps in the grinding process can be reduced as compared with the related art. In addition, when the grinding pressure is increased, the amount of grinding increases linearly with the increase of the grinding pressure, indicating that the grinding wheel is easy to control the grinding accuracy. On the other hand, in each of the grindstones of the comparative examples, the grinding amount does not increase even if the grinding pressure is increased due to clogging, and it is difficult to control and maintain the grinding accuracy.

【0055】図4の結果から、実施例3の試料は研削時
間に対する研削量が各比較例より大きく、切れ味が持続
する砥石であることがわかる。また図5の結果から、実
施例1〜実施例3の試料が、比較例3(市販品)に比べ
て研削時間に対する研削速度の変化が小さく、研削精度
を一定に保ち易いので、高い品質の被研削物が得られる
ことがわかる。
From the results shown in FIG. 4, it can be seen that the sample of Example 3 has a larger grinding amount with respect to the grinding time than each of the comparative examples, and is a grindstone that maintains the sharpness. Also, from the results in FIG. 5, the samples of Examples 1 to 3 show a small change in the grinding speed with respect to the grinding time and a high precision of the grinding, as compared with Comparative Example 3 (commercially available). It can be seen that an object to be ground is obtained.

【0056】図6(a)は、本発明の超砥粒砥石の一例
における組織を示す顕微鏡写真図である。この超砥粒砥
石は、超砥粒として粒径0.5μm〜2μmのダイヤモ
ンドを用い、結合材として粒径0.39μm〜0.52
μmのW粒子を用い、1260℃、20MPaの条件で
焼成したものである。この図から、ダイヤモンド超砥粒
が結合材組織中に均一に分散していることがわかる。
FIG. 6A is a photomicrograph showing the structure of an example of the superabrasive grindstone of the present invention. This superabrasive grindstone uses diamond having a particle size of 0.5 μm to 2 μm as a superabrasive, and a particle size of 0.39 μm to 0.52 as a binder.
It was fired at 1260 ° C. and 20 MPa using W particles of μm. From this figure, it can be seen that the diamond superabrasive grains are uniformly dispersed in the binder structure.

【0057】図6(b)は、嵩密度が本発明の範囲外で
ある超砥粒砥石の一例における組織を示す顕微鏡写真図
である。この超砥粒砥石は、超砥粒として粒径6μm〜
12μm、嵩密度1.8g/cm3 のダイヤモンドを用
い、結合材として粒径5μm、嵩密度3.8g/cm3
(ダイヤモンドの2.1倍)のCo粒子を用い、780
℃、10MPaの条件で焼成したものである。この図に
おいて、擦過紋様の部分はダイヤモンド砥粒が存在しな
い部分を示している。このように結合材の嵩密度が超砥
粒の2倍を越えるものは、超砥粒の分布が不均一になり
易く、砥石の切削力が持続しない。
FIG. 6B is a photomicrograph showing the structure of an example of a superabrasive grindstone having a bulk density outside the range of the present invention. This superabrasive grindstone has a particle size of 6 μm
A diamond having a particle diameter of 5 μm and a bulk density of 3.8 g / cm 3 was used as a binder, using diamond of 12 μm and a bulk density of 1.8 g / cm 3.
(2.1 times that of diamond) Co particles, and 780
It was fired at 10 ° C. and 10 ° C. In this figure, the rubbing pattern portion indicates a portion where no diamond abrasive grains exist. When the binder has a bulk density of more than twice that of the superabrasive grains, the distribution of the superabrasive grains tends to be nonuniform, and the cutting force of the grindstone is not maintained.

【0058】本発明の超砥粒砥石は、カップ砥石または
薄刃砥石の形状でセラミックスなど超硬材料の研削・切
断に有利に使用できる。図7(a)は、本発明のカップ
砥石30を用いて、例えばAl23・TiCセラミック
スなどの超硬被研削材Sを研削している状態を示してい
る。図7(b)は、本発明の薄刃砥石31を用いて、例
えばAl23・TiCセラミックスなどの超硬被研削材
Sを切断している状態を示している。
The superabrasive grindstone of the present invention can be advantageously used for grinding and cutting superhard materials such as ceramics in the form of a cup grindstone or a thin blade grindstone. FIG. 7A shows a state in which a carbide grinding material S such as, for example, Al 2 O 3 .TiC ceramics is ground using the cup grinding wheel 30 of the present invention. FIG. 7 (b) shows a state in which a material S to be ground, such as Al 2 O 3 .TiC ceramics, is cut using the thin blade grindstone 31 of the present invention.

【0059】本発明の超砥粒砥石は特に、Al23・T
iCセラミックス基板から磁気ヘッドのヘッドチップを
製造する際などに有利に使用できる。このヘッドチップ
の製造方法の一例を図8(a)(b)(c)によって説
明する。図8(a)に示すように、先ずAl23・Ti
Cセラミックス基板40に、コア41、コイル42、お
よびリード端子43からなる磁気ヘッド素子44をメッ
キ、スパッタリング法などにより形成する。次に、この
磁気ヘッド素子44…が多数並列して形成されたウエハ
状のAl23・TiCセラミックス基板40を、並列し
た磁気ヘッド素子44…の両側の線45,45に沿っ
て、本発明のダイヤモンド薄刃砥石を用いて切断する。
これによって、図8(b)に示すように、磁気ヘッドの
スライドレール(46)となる断面46を有する棒状体
47が得られる。次に、この断面46に、本発明のダイ
ヤモンドカップ砥石を用いて垂直方向にスライド面48
となる溝を研削する。これによってスライドレール46
が形成される。次に、本発明のダイヤモンド薄刃砥石を
用いて棒状体47を磁気ヘッド素子44ごとに垂直に切
断すれば、図8(c)に示すように、磁気ヘッド素子4
4とスライドレール46とスライド面48とを有するヘ
ッドチップ50が製造できる。
The superabrasive grindstone of the present invention is particularly suitable for Al 2 O 3 .T
It can be advantageously used, for example, when manufacturing a head chip of a magnetic head from an iC ceramics substrate. One example of a method of manufacturing this head chip will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8A, first, Al 2 O 3 .Ti
A magnetic head element 44 including a core 41, a coil 42, and a lead terminal 43 is formed on a C ceramics substrate 40 by plating, sputtering, or the like. Next, a wafer-like Al 2 O 3 .TiC ceramics substrate 40 formed with a number of the magnetic head elements 44... Formed in parallel is placed along the lines 45 on both sides of the parallel magnetic head elements 44. It cuts using the diamond thin blade of the invention.
As a result, as shown in FIG. 8B, a rod 47 having a cross section 46 serving as a slide rail (46) of the magnetic head is obtained. Next, a slide surface 48 is vertically formed on the cross section 46 using the diamond cup grindstone of the present invention.
Grind the groove that will be. Thereby, the slide rail 46
Is formed. Next, when the rod-shaped body 47 is vertically cut for each magnetic head element 44 using the diamond thin blade grindstone of the present invention, as shown in FIG.
A head chip 50 having the slide rails 4, the slide rails 46, and the slide surfaces 48 can be manufactured.

【0060】前記のヘッドチップ50の製造に際して
は、本発明の薄刃砥石およびカップ砥石が用いられてい
るので、研削・切断の仕上げ面はきわめて平滑であり、
また砥石の耐久性が高いので目立ての回数も減少し、高
品質のヘッドチップが高い生産効率で製造できるように
なった。
In manufacturing the head chip 50, since the thin blade grindstone and the cup grindstone of the present invention are used, the finished surface of grinding and cutting is extremely smooth.
In addition, since the durability of the grindstone is high, the number of times of sharpening is reduced, and a high-quality head chip can be manufactured with high production efficiency.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明の超砥粒砥石は、平均粒径が0.
5μm〜60μmの範囲内であるダイヤモンドまたは立
方晶窒化ホウ素からなる超砥粒と結合材粒子との焼結体
からなり、この結合材粒子が、前記超砥粒の0.5倍〜
2倍の範囲内の嵩密度と、前記超砥粒の0.3倍〜3倍
の範囲内の熱膨張係数とを有するものであるので、研削
効率と機械的強度が共に高く、しかもその研削効率を最
後まで均一に持続させることができる。
According to the present invention, the superabrasive grindstone of the present invention has an average particle size of 0.1.
It is made of a sintered body of superabrasive grains made of diamond or cubic boron nitride having a diameter in the range of 5 μm to 60 μm and binder particles, and the binder particles are 0.5 to 0.5 times the superabrasive grains.
Since it has a bulk density in the range of 2 times and a coefficient of thermal expansion in the range of 0.3 to 3 times that of the superabrasive, both the grinding efficiency and the mechanical strength are high, and Efficiency can be maintained uniformly to the end.

【0062】本発明の超砥粒砥石の製造方法は、平均粒
径が0.5μm〜60μmの範囲内であるダイヤモンド
または立方晶窒化ホウ素からなる超砥粒と、この超砥粒
の0.5倍〜2倍の範囲内の嵩密度と前記超砥粒の0.
3倍〜3倍の範囲内の熱膨張係数とを有する結合材粒子
とを混合し、得られた粉体混合物を、0.5Tm(Tm
は絶対温度゜Kで表す結合材の融点または液相生成温度
である)以下の温度で焼結するものであるので、高い研
削効率を均一に維持すると共に、高い機械的強度を有す
る超砥粒砥石が得られる。
The method for producing a superabrasive grindstone of the present invention comprises: a superabrasive made of diamond or cubic boron nitride having an average particle size in the range of 0.5 μm to 60 μm; The bulk density in the range of 2 times to 2 times and 0.
Binder particles having a coefficient of thermal expansion in the range of 3 to 3 times are mixed, and the resulting powder mixture is mixed with 0.5 Tm (Tm
Is the melting point or liquid phase formation temperature of the binder expressed by the absolute temperature ゜ K) or less, so that super abrasive grains having high mechanical strength while maintaining high grinding efficiency uniformly A whetstone is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の超砥粒砥石の一実施形態における断
面模式図
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a superabrasive grindstone of the present invention.

【図2】 放電プラズマ焼結装置の一例を示す断面図FIG. 2 is a sectional view showing an example of a spark plasma sintering apparatus.

【図3】 実施例と比較例の砥石試料における研削圧力
と被研削体の研削量との関係を示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a grinding pressure and a grinding amount of a body to be ground in a grindstone sample of an example and a comparative example.

【図4】 実施例と比較例の砥石試料における研削時間
と被研削体の研削量との関係を示すグラフ
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the grinding time and the amount of grinding of the object to be ground in the grindstone samples of the example and the comparative example.

【図5】 実施例と比較例の砥石試料における研削時間
と研削速度変化率との関係を示すグラフ
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the grinding time and the rate of change of the grinding speed in the grindstone samples of the example and the comparative example.

【図6】 (a)は本発明の超砥粒砥石の一実施例、
(b)は従来型の超砥粒砥石の一例における組織の顕微
鏡写真図
FIG. 6 (a) is an embodiment of a superabrasive grindstone of the present invention,
(B) is a micrograph of the structure of an example of a conventional superabrasive grindstone.

【図7】 (a)(b)はそれぞれ、本発明の超砥粒砥
石の異なる使用形態の例を示す斜視図
FIGS. 7A and 7B are perspective views respectively showing examples of different use forms of the superabrasive grindstone of the present invention.

【図8】 (a)(b)(c)は本発明の超砥粒砥石の
一適用例である磁気ヘッドのヘッドチップを製造する工
程を示す斜視図
FIGS. 8A, 8B, and 8C are perspective views showing steps of manufacturing a head chip of a magnetic head as one application example of the superabrasive grindstone of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……超砥粒 2……結合材粒子 3……焼結面 4……気孔 5……ポケット 10…超砥粒砥石 21…ダイ 22…中子 23…上部パンチ 24…下部パンチ 25…粉体混合物 26…熱電対 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Super-abrasive grain 2 ... Binder material 3 ... Sintered surface 4 ... Pores 5 ... Pocket 10 ... Super-abrasive grain grindstone 21 ... Die 22 ... Core 23 ... Upper punch 24 ... Lower punch 25 ... Powder Body mixture 26 ... thermocouple

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平均粒径が0.5μm〜60μmの範囲
内であるダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素からなる
超砥粒と結合材粒子との焼結体からなり、この結合材粒
子が、前記超砥粒の0.5倍〜2倍の範囲内の嵩密度
と、前記超砥粒の0.3倍〜3倍の範囲内の熱膨張係数
とを有するものであることを特徴とする超砥粒砥石。
1. A sintered body of superabrasive grains made of diamond or cubic boron nitride having an average particle diameter in a range of 0.5 μm to 60 μm and binder particles, and the binder particles are A superabrasive having a bulk density in the range of 0.5 to 2 times the abrasive grains and a coefficient of thermal expansion in the range of 0.3 to 3 times the superabrasives. Grain stone.
【請求項2】 前記の結合材が、W、Zr、Cr、M
o、TaならびにVからなる単体元素、WならびにSi
の炭化物、Ti、Si、ならびにWの酸化物、およびS
iの窒化物からなる群から選ばれた1種以上であること
を特徴とする請求項1に記載の超砥粒砥石。
2. The method according to claim 1, wherein the binder is W, Zr, Cr, M.
Elemental elements consisting of o, Ta and V, W and Si
Carbides, oxides of Ti, Si, and W, and S
2. The superabrasive grinding wheel according to claim 1, wherein the whetstone is at least one member selected from the group consisting of nitrides of i.
【請求項3】 平均粒径が0.5μm〜60μmの範囲
内であるダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素からなる
超砥粒と、この超砥粒の0.5倍〜2倍の範囲内の嵩密
度と前記超砥粒の0.3倍〜3倍の範囲内の熱膨張係数
とを有する結合材粒子とを混合し、得られた粉体混合物
を、0.5Tm(Tmは絶対温度゜Kで表す結合材の融
点または液相生成温度である)以下の温度で焼結するこ
とを特徴とする超砥粒砥石の製造方法。
3. A superabrasive made of diamond or cubic boron nitride having an average particle size in a range of 0.5 μm to 60 μm, and a bulk density in a range of 0.5 to 2 times the superabrasive. And binder particles having a coefficient of thermal expansion in the range of 0.3 to 3 times the superabrasive grains, and the resulting powder mixture is mixed with 0.5 Tm (Tm is an absolute temperature ΔK Sintering at a temperature below the melting point of the binder or the liquid phase formation temperature).
【請求項4】 前記の超砥粒と結合材粒子との混合を、
揮発性有機溶剤の存在下に行い、次いで乾燥して、粉体
混合物を得ることを特徴とする請求項3に記載の超砥粒
砥石の製造方法。
4. The mixing of the superabrasive grains and the binder particles,
The method for producing a superabrasive grindstone according to claim 3, wherein the method is performed in the presence of a volatile organic solvent and then dried to obtain a powder mixture.
【請求項5】 前記の焼結を、放電プラズマ焼結法また
はホット・アイソスタチック・プレス焼結法を用いて行
うことを特徴とする請求項3に記載の超砥粒砥石の製造
方法。
5. The method according to claim 3, wherein the sintering is performed using a spark plasma sintering method or a hot isostatic press sintering method.
【請求項6】 前記の焼結を、5MPa〜50MPaの
範囲内の圧力下に行うことを特徴とする請求項3に記載
の超砥粒砥石の製造方法。
6. The method according to claim 3, wherein the sintering is performed under a pressure in a range of 5 MPa to 50 MPa.
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