JPS5851076A - 金属結合ダイヤモンド研摩材凝結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は焼結炭化タングステンの乾式研削を行うといし
車の研削比を標準品に比べて著しく改善するような改良
された金属結合ダイヤモンド研摩材凝結体に関するもの
である。　なお、「研削比」という用語は単位体積のと
いし車が摩耗する間に除去される工作物材料の体積を表
わす割合である。

金属結合剤中に埋込まれたダイヤモンド研摩材の使用は
公知である。　米国特許第Ｒｅ　２／／６３１２７３７
≠ｊｔおよびｘｘｉり７号明細書中には、各種の銅合金
結合剤および青銅結合剤中に埋込まれたダイヤモンドか
ら成る研摩体が開示されている。

金属で結合された研摩材凝結体もまた公知である。　米
国特許第２２ｉｔ’ｙｘ号明細書中には、様々な形態の
金属およびガラス結合凝結体が開示されている。　米国
特許第３’？ｊ！；３２≠号明細書中にはまた、ダイヤ
モンドが金属によって完全に包囲されているような金属
−ダイヤモンド凝結体が開示されている。　更に米国特
許第１Ｉ−０２１１−６７３号明細書中には、金属粉末
の５−ｉｏ％に相当する量の添加剤（チタン、ジルコニ
ウム、クロム、バナジウムまたはケイ素］を含有する焼
結ダイヤモンド−金属凝結体が記載されている。　かか
る添加剤は、ダイヤモンド結晶粒と金属との間に必要と
□ される湿潤性および個々め結晶粒同士の結合をもたらす
ものであると言われている。

（引用によって本明細書中に併合される）米国特許第’
ｌ−２’ｌｌ、００７．号明細書中には、米国特許第１
１０２’Ａｌ、’Ｂ号明細書中に記載のごとき湿潤剤を
含有する金属−ダイヤモンド凝結体中において使用され
る銀−銅合金結合剤が開示されている。　かかる合金は
初期混合物中に粉末状で使用することもできるが、初期
混合物中に個々の合金成分を添加してその場で合金を生
成させる方が好ましい。

凝結体製造用の初期混合物中に使用される合金粉末の量
は一般に全重量のｔｉｏ〜１０＜重量）係であり、また
湿潤剤は金属重量のｊ〜／！（重量）係とするのが通例
である。□　南アフリカ特許出願第７７　／　７／３３
号の発明も、圧潰可能な容器内において焼結を行う点を
除けば米国特許第１１．２’ｌ−１，００７，号のもの
と同様である。

米国特許第１／Ｌコ弘６００６号の凝結体中に使用され
るダイヤモンドとしては、フライアテスト・インデック
ス（Ｆｒ１ａｔｅｓｔ　Ｉｎｄｅｘ　）　、金属含量、
色、形状および表面あらさに基づいて３種のものが上記
の特許明細豊中に定義されている。　フライアテスト・
インデックスとは、ダイヤモンドの強度または脆弱度（
すなわち砕は易さ）を表わす尺度の７つである。　かか
る脆弱度試験に際しては、通例、特定粒度のダイヤモン
ド粒子の試料を硬鋼製の球と共にカプセル内に入れ、そ
してそれを所定の時間にわたって振るという操作が行わ
れる。

次いで、研摩材粒子とカプセルから取出した後、元の粒
子の粒度を決定するために使用した２種のふるいのうち
で網目が小さい方よりも更に網目が１段小さいふるいを
用いてふるい分けが行われる。

スナわち、６０　／　１０　メツシュ（−１ｔＯ／　１
１０ミクロン）のダイヤモンドを試験する場合に使用さ
れるふるいは、ｔｏメツシュまたは１０ミクロンより１
段小さい網目の標準ふるいである。　ふるい上に残った
ダイヤモンドの重量を元の試料の重量で割れば、／段小
さな粒度以下に破壊されなかったダイヤモンドの割合を
表わす値（靭性指数）が得られることになる。

米国特許第１１−２１１−１，００４．号明細書中に述
べられている通り、使用するダイヤモンド粒子は全て微
細であって約１２３ミクロン未満の粒度を有することが
好ましい。　ダイヤモンド粒子と合金との粉末状混合物
は非酸化条件下において合金の液相線温度より高い温度
（通例７００〜／２００　Ｃの範囲内の温度）で１０−
２０分間にわたり焼結される。　焼結後に冷却して得ら
れた塊状体を破砕して分級すれば、所望粒度の凝結粗粒
子が製造されることになる。　その場合の破砕は、圧縮
ではなく主に剪断によって塊状体を破壊する手段を用い
て行うことが好ましい。　このことは、以下に記載する
本発明にも当てはまる。　適当な破砕機としては、（。

ショークラッシャあるいはアメリカ合衆甲マサチューセ
ッツ州ナティック市所在のアルパイン・アメリカン社（
Ａｌｐｉｎｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｏｒｐ、　）　製
のフルパイン・パープレックスミルのごとき実験室用ミ
ルが挙げられる。

現在、南アフリカ国ヨハネスブルグ市所在のデビーア（
ＤｅＢｅｅｒｓ　）社工業用ダイヤモンド部門からＯＤ
Ａ−Ｍという名称の凝結ダイヤモンド粗粒が商業的に入
手し得る。　ｅＤＡ−Ｍ粗粒は比較的大きいもので１０
メツシユ（１１０ミクロン）前後の粒度を有している。

　　しかしながら、約１ｔｉ−ｏメツシュ（１０６ミク
ロン）以下の広い粒度範囲にわたる小さなダイヤモンド
粗粒成分も含まれると言われている。　また、ＯＤＡ−
Ｍ粗粒中に使用される合金結合剤は全重量の約ｊよ（重
量）％を占めると言われている。

研摩材業界においては各種の工業用ダイヤモンドが認め
られているが、主なものとしては樹脂結合用ダイヤモン
ド、金属結合用ダイヤモンドおよびのこ刃用ダイヤモン
ドの３種がある。　樹脂結合用ダイヤモンドは樹脂結合
またはガラス結合といし車用として適するもので、通例
ニッケル合金または銅で被覆された砕は易い不規則な結
晶から成っている。　金属結合用ダイヤモンドは金属結
合剤母体またはめっき工具中において使用されるもので
、黄緑色から淡黄色にまでわたる色および中位の靭性を
持った規則的な結晶から成っている。　結晶包有物は一
般に少ないが、包有物の多い結晶が部分的に存在するこ
ともある。　のこ刃用ダイヤモンドは石、コンクリート
および耐火物の切削や穴あけにおいて使用されるもので
、主として平滑な表面を有する靭性の大きい（砕は難い
ン塊状の面取り立方体形結晶から成っている。

かかるのと刃用ダイヤモンドの結晶は、淡黄色から中等
度の黄緑色にまでわたる色を持った透明捷たは半透明の
ものである。　のこ刃用ダイヤモンドは衝撃強さまたは
靭性が大きいため、切削作業中におけるそれの破砕は極
めて少なく、摩滅は主として摩耗過程によって起こる。

のこ刃用ダイヤモンドは、一般に、金属結合用または樹
脂結合用ダイヤモンドよりもずんぐりした塊状を成す（
すなわち縦横比が小さい）。

ダイヤモンドの分級は、ダイヤモンドの結晶をその縦横
比に応じて分離する形状選別機を用いて行うことができ
る。　かかる選別機は形状に応じて粒子を分離させる振
動傾斜台を含んでいて、こうして分離された各種の粒子
分画は別個のカップまたは容器内に捕集される。　この
ような機械は当−轡ダイヤー（Ｈ，Ｂ、　Ｄｙｅｒ　）
の論文しインダスト八 リアル・ダイヤモンド・レビュー（ｌり６≠年ｒ月）、
／９２〜ｌり６頁〕中に記載されている。

特定の条件下では、金属結合ダイヤモンド研摩材凝結体
は樹脂結合型のニッケルまたは銅被覆研摩材よりも高い
研削比を示し得る。　本発明は、米国特許第枚υ弘１，
７３および弘２μ６００６号の凝結体を更に改良しよう
として完成されたものである。

さて本発明に従えば、ダイヤモンド用の湿潤剤を含有す
る銀−銅合金結合剤の母体中に保持されたダイヤモンド
粒子から成る研摩材粒子凝結体において、前記凝結体中
に含有されるダイヤモンドが平均して７３ミクロン未満
の最大寸法を有する微粉砕されたのと刃用ダイヤモンド
であることを特徴とする研摩材粒子凝結体が提供される
。

本発明の改良は、主として、市販の標準的な研摩材凝結
体の場合よりもダイヤモンドの平均粒度を低下させるこ
とによって実現される。　実際、ダイヤモンドの平均粒
度は米国標準ふるいに基づいて２７０　／２３３メツシ
ュ（１３／≠ｊミクロン）であることが好ましく、また
全てのダイヤモンドが７０ミクロン未満であることが好
ましい。

かかる小さな粒度全達成するには、気流中においてダイ
ヤモンド結晶を高速度に加速してから相互にかつ装置内
壁に衝突させるジェットミルのごとき装置を用いてのこ
刃用ダイヤモンドを微粉砕すればよい。　本発明の開発
に当って使用するために微粉砕したのこ刃用ダイヤモン
ド原料は、主として２０メツシユ（♂ｊＯミクロン）を
越える粒度の結晶集塊であった。　こうして微粉砕され
たのこ刃用ダイヤモンドは通常ののこ刃用ダイヤモンド
の天然結晶面全示さず、また同じ粒度範囲の金属結合ダ
イヤモンドよりも靭性が小さい（すなわち砕は易いン。

　ある試験例によれば、微粉砕後ののこ刃用ダイヤモン
ドの靭性指数は同等粒度の金属結合ダイヤモンドの値の
約６９係であることが示されている。

ダイヤモンドと金属母体との体積比？−１／：２０から
ダニｌまでの範囲内にあればよく、また好適な範囲は一
二／から４ｔ：／１でである。

ダイヤモンド用の湿潤剤は、全重量のｊ〜／ｊ（重量）
％の割合で存在するのが通例である。

以下、好適な実施態様に関連して本発明’ｋ　一層詳し
く説明しよう。

本発明の凝結体中における金属母体く銀−銅合金および
チタン】の割合は約５ｏ−ｒｏ＜重量〕憾であることが
好ましく、またＪ″θ〜６ｊ′（重量）憾であれば一層
好ましい。　なお、凝結体製造用の初期混合物中におけ
る金属母体の比率は一般に最終比率よりも小さいことに
注意すべきである。

その原因は、微粉砕および分級工程において凝結体から
一部のダイヤモンドが分離されることにある。

原料となるのと刃用ダイヤモンドの縦横比については、
ｌ／Ｌ：ｌ以下であることが好ましく、また２：ｌ以下
であれば一層好ましい。

更に、銀および銅の粉末を混合してその場で合金を生成
させるより、銀および銅の予め合金化１１：′： した混合物を使用する方が好ましい。

本発明の開発時における試験結果によれば、ダイヤモン
ド用湿潤剤（この実験の場合にはチタン］は性能に対し
て大きな影響を与えることが示されている。　ダイヤモ
ンドを濡らすためには少なくとも約ｊ（重量）係のチタ
ンが必要であったが、チタンの量がそれより増加するの
に伴って研削比は低下した。　系中にチタンを導入する
には、ダイヤモンドをそれで被覆する方法並びにダイヤ
モンドおよび合金粉末にそれを混合する方法が使用され
た。　ダイヤモンドをチタンで被債する技術（たとえば
スパッタリング］は当業界において公知である（たとえ
ば米国特許第３６ｍ１ｉｏ。

３４Ａ７２７ｊ／、３３２６３り３．３３３／！ｌ／−
３オ！　ヒ３１ＪＯ７／ＩＩ号明細書を参照されたい）
。

凝結体中における金属母体の割合、は（高いチタン濃度
の下で多少の影響を及はず可能性があることを除けば）
実験誤差を越える顕著な影響を研削比に及ぼすことはな
かったが、これはエネルギー消費量に影響することが判
明した。　金属母体すなわち銀−鋼合一および（°また
旧チタンの量が増加するのに伴ってエネルギー消費率は
増大した。

本発明を一層明確に説明するため以下に実施例を示すが
、これらはもっばら例示を目的とするものに過ぎない。

　これらの実施例中には研削試験の結果が記載される。

　いずれの研削試験におかつ樹脂結合剤中に集中度７ｊ
で研摩材を含有する標準的な／／Ｖ−タフレアカップ形
の樹脂結合といし車が使用された。　なお、樹脂結合と
いし車の製造方法は当業界において公知である（たとえ
ば米国特許第３６１１３７０６．３３１Ｊ−ｕｌｌ−１
３６＆１１１１／り、３７７り７２７および３タダ平６
１号明細書を参照されたい）。　樹脂結合といし車の典
型的な製造方法を述べれば、粒状樹脂（たとえばフェノ
ール−ホルムアルデヒド樹脂）、研摩材粒子（ダイヤモ
ンド）および充填剤の混合物がといし車用の金型内に装
入される。　次いで、個々の樹脂に適する成形圧（通例
数千ボンド／平方インチ）を加えた後、樹脂を塑性変形
させ（かつ熱硬化性樹脂の場合には硬化させ）るのに十
分な温度にまで金型を加熱すればよい。

といし当業界においては、集中１ｆ１００は通例もびカ
ラット／ｃｍ３として定義されている（ただしｌカラッ
ト＝０．２９）。　研摩材粒子の集中度は単位体積当り
のカラット数に正比例する。　従って、集中度７ｊはと
いし車の研摩部分／　ｃｍについて約３．３カラツトの
研！材を含有することを意味するわけである。

いずれの研削試験においても、使用した実験用凝結体の
粒度は２３０　／　１３０ミクロンであった。

対照品ｌは公称／１０ミクロンの粒度を有する市販の凝
結体粗粒ＣＤＡ−Ｍであった。　′また、対照品２はゼ
ネラル・エレクトリック社からＲＶ　Ｇ　−’　Ｗの名
称で入手し得る市販のニッケル被接単結晶ダイヤモンド
粗粒であった。　更に、対照品３はゼネラル・エレクト
リック社からＲＶＧ−Ｄの名称で入手し得る市販の銅被
覆単結晶ダイヤモンド粗粒であった。

以下の実施例においては、ＳＤは微粉砕されたのこ刃用
ダイヤモンドｌ、ＭＤは金属結合用ダイヤモンドを、ま
たＲＤは樹脂結合用ダイヤモンドを表わす。

実施例　／ 下記のような２種類の標準条件下で一連の研削試験″ｆ
：実施した。

といし単速度（ｍ／秒）　　　　　　　ｕ　　　　　　
／１送り　（ｍｍ）　　　　　　　　　　　　０．０６
１１　　　　Ｏ，０７６テ一ブル速度（ｍ／分）　　　
　　　ＩＪ　　　　　／Ｊ工作物材ＩＰｒ　　　　　　
　　　ＷＣ−Ｃｏ″　　Ｔ；ｆｉｌｃ−Ｃｏ’中ゼネラ
ル・エレクトリック社からカーボロイ弘参入超硬合金の
名称で入手し得る６％コバルト含有焼結炭化タングステ
ン。

試験したいずれの研摩材凝結体も４！ｊ（重量）係の銀
−鋼合金および１０　（重量）俤のチタンの混合物から
成るもので、一部はダイヤモンドであった。　破砕後に
おけるｉ体の割合は６弘〜６ｒ（重量）憾であった。　
凝結体の製造に当っては、アルゴン中において９２０Ｃ
で１時間の液相焼結を行い、次いで破砕およびふるい分
けを行った。

各々の研摩材からは２個ずつのといし車を製造した。　
各回の試験に先立ち、電力消費量が安定化するまで予備
研削を行った。　各々のといし車について最低弘段階の
送りを設定し、そして各々の送り設定値に関し研削比お
よびエネルギー消費率を記録した。　対照品λの場合を
除けば、各々の研摩材から製造された２個５といし車の
間に（９３％の信頼限界レベルで見て）有意な性能の差
は認められなかった。　各研摩材の一個のといし車に関
する総合的な研削試験を第１表にまとめて示す。

上記の結果を分析すれば、標準条件ｌおよび−のいずれ
についても、金属結合用ダイヤモンドと微粉砕されたの
と刃用ダイヤモンドとの間には有意な性能の差のあるこ
とがわかる。　一般的に言って上記の結果は、粒度を低
下させれば研削比が増大すること、かつまた微粉砕され
たのと刃用ダイヤモンドは金属結合用ダイヤモンドより
大きい研削比を与えることを示している。

実施例　２ アルゴン気流中においてり６０Ｃで１時間の液相焼結を
行うことにより、を稲の実験用研摩材凝結体を製造した
。　いずれの凝結体も、２０メツシユ（ｒｓｏミクロン
ンを越える粒度ののこ刃用ダイヤモンドを微粉砕するこ
とによって得られた原料ダイヤモンドを含有していた。

　焼結後に得られｆｃ、２０ｔの塊状体を先ずショーク
ラッシャによって破砕し、次いでアルパイン・パーブレ
ックスミルの内部に２．お面の半軌道スクリーンを使用
しながら毎分３り００回の速度で２３０　／　１３０ミ
クロンの最終粒度にまで微粉砕した。　こうして得られ
た実験用研摩材凝結体は第２−に示すようなものであっ
た。

研削試験は下記のような条件下で実施した。

パラメータ　　　　　　　　　条　　件といし単速度（
ｍ／秒）　　　　　ｌざテーブル速度（ｍｍ７分）　　
　　　／Ｊ送９（ｍｍ）　　　　　　　’　　　　　　
　　　　　０．０！；０工作物材料　　　　　　　　　
　ＷＣ、−Ｃｏ　”工作物寸法（ｍｍＸｍｍ　３　　　
６．４Ｚｘ／り、１（／ｌ、個）拳ゼネラル・エレクト
リック社がらカーボロイ３７０！１１酸合金の名称で入
手し得る♂、ｊ％コバルト含有焼結炭化タングステン（
７２俤炭化タングステン、ｒ、ｏｓ炭化チタンおよび／
／、ｊチ炭化タンタルＪ０ 各々のといし車について最低弘段階、の送りを設定した
。　対照品ｌおよびコについて、畔ｑ個ずつのといし車
を試験したが、それ以外は各々の研摩材′４２個ず’）
＋７）、、！″！＞シ１１４Ｔを試験Ｌ７’ｔ・かかる
研削試験の結果を第３表に、まとめて示す。

□ 第　　　３　　　表 対照品２＜１０７．／り０ミクロン）　　　、、／！；
　　　　０．９対照品３＜’Ｂ／１．Ｉｌ−ミクロン】
・　　　　／７　　　０．７対照品／　（２３０／／３
０　ミク０　”、ｔ　）　　　　　３１　　　４’、Ｉ
ＲＱＡ−７Ａ　ｇ　（，２Ｊ″０／／３０ミクロンン　
／３６　２と１（ＯＡ−に／Ｄ　（２３０／／３０ミク
ロン）　　　／７　　　’０．７Ｒ，ＧＡ−１２Ｂ＜２
！；０／ｌ！；Ｏミ’）Ｏン）　　　３１　　　　？、
１１匝−ど２　Ｂ　（２３；０／ｌ！０ミクロンフ　　
３タ　　　グ９３上記表中の平均欄の数値は、各研摩材
から製造された全てのといし車に関し、全ての送り設定
値の下で得られた測定値を平均したものである。。

第１および３表中の結果を比較すれば、チタン濃度を（
第１表における７０％から第３表における５％にまで）
低下させることは対照品ｌに比べて研削比を改善すｎ”
””’、：ｌいう点で有利であることがわかる。　更に
また、平均して７Ｊ″ミクロン未満の最大寸法を持った
ダイヤモンド結晶を凝結体中に使用することの利点は、
試料ＲＧＡ　−７６ＥおよびＲＧＡ　−１ｒ２　Ｂの研
削比を試料に込−１／Ｄの研削比と比較すれば明らかで
ある。　このようにして、微粉砕された微細なのこ刃用
ダイヤモンドが凝結体用の原料として優れていることは
明確に証明された。　原料ダイヤモンドの最大寸法が全
て７６ミクロン未満である好適な場合（試料ＲＧＡ　−
７Ａ　Ｅおよび顧込−０Ｂの場合］には、平均研削比は
対照品ｌを用いて得られた値の／Ｊ３〜３ＪＩ倍に相当
していた。

以上の記載を考察すれば、本発明のその他の実施例は当
業界にとって自ら明らかとなろう。

本明細書中に記載された実施例には、前記特許請求の範
囲によって示された本発明の範囲および精神から逸脱す
ることなく様々な省略、変形および変更を加えることが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改良されたダイヤモンド−、′ ＲＧＡ−７６Ｅ（７）顕微鏡写真（倍率２００Ｘ）、第
２図は本発明の凝結体の製造に際して使用されるような
７５ミクロン未満の粒度を有する微粉砕されたのこ刃用
ダイヤモンド原料を示す顕微鏡写真（倍率４００Ｘ）　
、第３図は金属結合用ダイヤモンドと微粉砕されたのこ
刃用ダイヤモンドとの闇における形状および表面状態の
差異を説明するために提示された金属結合用ダイヤモン
ド粒子の顕微鏡写真（倍率７ｉｌｏｏ×）、そして第４
図は樹脂結合用ダイヤモンドと微粉砕されたのこ刃用ダ
イヤモンドとの間における形状および表面状態の差異を
説明するために提示された樹脂結合用ダイヤモンド粒子
の顕微鏡写真（倍率４００Ｘ）である。 特許出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンバニイ代理人　（７６
３０）　　生　沼　徳　二ｆ″７？″′“７ Ｆｎｒン Ｆ７７ｆ：Ｊ ＦＴｒ″４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　ダイヤモンド用の湿潤剤を含有する銀−銅合金結合
   剤の母体中に保持されたダイヤモンド粒子から成る研摩
   材粒子凝結体において、前記凝結体中に含有されるダイ
   ヤモンドが平均して７３ミクロン未満の最大寸法を有す
   る微粉砕されたのこ刃用ダイヤモンドであることを特徴
   とする研摩材粒子凝結体。 ２、前記の微粉砕されたのと刃用ダイヤモンドが２：ｌ
   以下の縦横比を有する特許請求の範囲第１項記載の研摩
   材粒子凝結体。 ３、特許請求の範囲第１項記載の研摩材粒子凝結体を含
   有する樹脂結合といし車。 仏　前記ダイヤモンド粒子と前記母体との体積比が２二
   ／から弘：ｌまでの範囲内にある特許請求の範囲第１項
   記載の研摩材粒子凝結体。 よ　前記湿潤剤が前記凝結体の約ｊ（重量）係を占める
   割合のチタンであり、かつ前記凝結体中における前記母
   体の割合が６弘〜７ど（重量）係である特許請求の範囲
   第１項記載の研摩材粒子凝結体。 ６、前記ダイヤモンド粒子の平均粒度が５３ミクロン以
   下である特許請求の範囲第５項記載の研摩材粒子凝結体
   。 ７　全ての前記ダイヤモンド粒子の最大寸法が７０ミク
   ロン未満である特許請求の範囲第６項記載の研摩材粒子
   凝結体。 Ｌ　第１図に示された粒子の外観を呈する特許請求の範
   囲第６項記載の研摩材粒子凝結体。