JPS5894965A - 複合ラツプ工具 - 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】 本発明は抜合ラップ工具に関するものである。

削加工された工作物の平面度を高め良好な仕上は商をつ
くる工作法としてラッピングがあり、従来では加工物よ
り軟質のラップと加工物のあいだに遊離砥粒と油剤を混
合したラップ剤を介在させ、あるいはラップ表面に配し
た微小穴に砥粒を押込み、この状態でラップと工作物表
面を相対摺割させる方法がとられていた。しかし、前者
の方法は、砥粒の流出による無駄が多い点、砥粒の転勤
により加工面の梨地状化が生じやすい点、およびラップ
の離耗量が多くラップ表面平担度の耐久性に乏しい点に
それぞれ欠点かあった。まな、後者の方法は細かい砥粒
を装着する作業かきわめて煩雑であると共に、砥粒の固
定か不十分で使用中に容易に砥粒離脱を起す点に欠点が
あった。

このようなことから、本発明者らＦｉ昭昭和５隼 を母材としこれには粒を混８合して成形焼結したラップ
工具を提案した。このラップ工具は既存のこの棟工具と
違って砥粒が定盤と遊離しておらず（頭初から固定され
ているためＲ＋１記した従来工具の欠点がなく、被加工
物が硬脆材料であっても塑性流動による良好な加工面が
形成され、従って精密加工において遊離砥粒によるラッ
ピングより非常に有利であるという利点があった。

しかし、このラップ工具は砥粒が大きくこれと鋳鉄粉の
粒度と同程度の場合には鋳鉄粒子間の結合する部分が多
いため砥粒保持力はす かなり大きいか、砥粒が　１０００以下のように微粉と
なった場合には焼結晶としての機械的弾度（圧珈強さ、
ダ１張り強さ）が低下し、また、砥粒の保持力が弱く、
砥粒の離脱により仕上面に急影慟を与えるという不具合
があり、これを改善するため砥粒と鋳鉄粉の粒度比を１
２１０以上（メツシュサイズ）にしても＋２０００以下
になると砥粒保持効果が少ないという間融があった。

本発明は前記した従来のものの欠点を解消し、砥粒粒度
が一０００以下のような微粒であっても優良な砥粒保持
力を発揮し、圧環強さや引張り強さも良好な研撃工具を
提供しより うとするものである。

この目的のため本発明者らはさきに提案したラップ工具
の不具合発生原因について詳細な検討を加えた。その結
果、鋳鉄粉に砥粒を混合して成形焼結した当該工具は鋳
鉄粉の境界にそって砥粒が配列分布した工具（セメント
）組織になるのを特徴としているが、砥粒が細粒である
ときには鋳鉄粒子の空間に砥粒が釉粒状にかたまり、こ
れによる一種の壁現象によシ焼結の際に金属相互の接合
が妨けられ、また保持力が低下して使用中に砥粒が離脱
する傾向となることがわかった。

そこで本発明は、単に鋳鉄粉と砥粒を用いるだけでなく
、これに純鉄粉を添加して成形焼結した複合体とするも
のであり、鋳鉄粉は鋳鉄粒子と完全遊離の黒鉛粉の混合
した伏動にあるが、これに微粒の砥粒と純鉄粉を混合す
れば、混合過程で鋳鉄粒子の間に砥粒、純鉄および鋳鉄
粉から遊離した黒鉛の混合物が充填される。そして、こ
れを成形し焼結することにより、さきの工具組織におい
て間融となっていた鋳鉄粒子の空隙部分が前記混合物に
よし埋められると同時に母地と同じ一様な鋳鉄組織が形
成され、この鋳鉄組織に砥粒がしっかりと包埋され、砥
粒保持力が著しく増強されるものである。

以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図ないし第８図は本発明に係る複合ラップ工具の一
例を示すもので、円盤１の上にＩｌ数のセグメント２を
配列接着しており、各セグメント間には所定の間隔で溝
３を形成している。前記各セグメント２は、鋳鉄粉と微
粒の研摩剤（以下砥７粒と称す）およθ適量のｍｅ粉を
混合して成形しそれを焼結してなる焼結複合体から＃Ｓ
成されており、砥粒５は第８図のごとく一様な鋳鉄組織
８，８に包埋され、表層の砥粒５はその先端を母地表面
８１に歎少に突出している。

しかして、従来のように鋳鉄粉と砥粒を混合して成形焼
結した場合には、第４図のごとく鋳鉄粉（鋳鉄粒子）４
．４の境界に空ｍｓが形成されると共に、この空ａ８に
砥粒５が層粒状にかたまる。このかたまりとなった砥粒
５は鋳鉄粉４より固定化されていないため、被加工材と
の相対摺動により容易に離脱しやす・い。

これに対し、本発明においては、＃鉄粉４に対し砥粒５
だけでなく純鉄粉６を併せて添加するため、それらの混
合によ抄第２図のごとく各鋳鉄粒子４．４の空１ｍ１部
分９が砥粒５と純鉄粉６および遊離黒鉛７の混合物によ
り充填される。そして、こうした鋳鉄粉４と砥粒５およ
び純鉄粉６の配合を成形したのち焼結することにより、
第８図の如く＃鉄粉４゜４の溶着により鋳鉄母地８が形
成されると共に、空隙部分に充填されていた純鉄粉６と
遊離炭素７が反応して前記鋳鉄母地８と同じパーライシ
組織などの小さなボリュームのｆ１７Ｎ＃ｆｋ組６　ａ
’となり鋳鉄母地８と一体不可分に結合される。これに
よシ砥粒５は鋳鉄母地８と同等の均一な鋳鉄組織で包埋
固定され、図示のように空隙部分が生じな−ため、きわ
めて強固な保持力が達成されるものである。

仁こで、前記砥粒５は天然又は人造ダイヤモンド（Ｎ　
Ｄ　ｔ　ｓＤ　）　、ホワイトアランダム（ＷＡ）、球
状窒化糟う素（ＣＥＮ）など任麓の材質のものを用いる
ことができる。また、＠鉄粉４ＩＩ′ｉ鋳鉄材料や鋳鉄
朧品の切削や研削加工で生じた屑を粉砕ふるい分けした
もの、あるいけさらにこれを脱炭処理した鋳鉄粉などを
用いることができる。さらに、純鉄粉６は、カーボニル
鉄粉、電解鉄粉、還元鉄粉などを用いることができる。

この純鉄粉６はいずれにしても鋳鉄粉４よりも粒度の小
さいことか必要であり、添加量は鋳鉄粉４の材質や砥粒
５の材質、粒度および焼結条件などに応じて適当に設定
すればよく、−例としては鋳鉄粉に対し、砥粒を５〜１
５＊＃％添加した場合、純鉄粉を砥粒重量に対し２〜８
倍添加するごとくである。なお、砥粒５と鋳鉄粉４社砥
粒が細粒の場合はそれらの粒度比が１＝１０＠ｉが適当
である。例えば”ｇ　ｏ　ｏ　ｏ砥粒に対し鋳鉄粉は”
１５０−”２５０のものを選定することが望ましい。

次いで本発明によるラップ工具の製造を説明すると、第
５図のように母地となる鋳鉄粉４に対し砥粒５と純鉄粉
６を所１’１ｌｌＪ合で添加し、それらをボールミルな
どにより均一に混合する。この混合により第２図のごと
く鋳鉄粉粒子４，４０間に砥粒５と純鉄粉６および鋳鉄
粉から遊離した黒鉛Ｔが充填される。次いでこのような
混合粉をダイスに充填し、ホ゛ンチにより加圧成形する
。このとき混合粉の下に予め所要厚さに鋳鉄粉を充填し
てポンチにより加圧成形することにより、鋳鉄ベースで
裏打ちされた成形体が得られる。

次いで前工程で得られた鋳鉄粉４と砥粒５と純鉄粉６お
よび遊離黒鉛１からなる圧粉成形体を炉中に装入し、ア
ンモニア分解ガスや水素音素混合ガスなどの還元性雰井
気中で無加圧１１あるいは加圧しながら焼結する。なお
、焼結後に予熱ダイス中で加圧するなどして鍛造しても
よく、さらに焼鈍工程を付加してもよい。このときの焼
結条件としては、１１００〜１１５０℃のごときで行え
ばよく、予熱−加熱−冷却のサイクルは檀々の選定が可
能である。とくに冷却速度により母地の組瞭が変化し、
一般には４Ｏ−４０−４０（分）のサイクルのごときを
採用することで能率的に好結果が得られる。

上記のような工程でラップセグメント２が得られ、これ
を研削して定寸仕上げし、円盤に整列接着することで第
１図のような工具となる。この工具の初表面を整えるｋ
は表面研削仕上けの後、修正リングなどによる温式ラッ
ピングやポリシングを行えばよい。これｋより母地のわ
ずかな減耗により目立が行われ、亀裂のない一様かつ平
坦な鋳鉄母地上に微少で一様な粗さの切刃（砥粒先端）
が分散状に配されたラップ工具となる。なお本発明はセ
グメント化せずに全体を一度に作ってもよいのは勿−で
ある。

本発明による複合ラップ工具は上記のような構成からな
るので、第１図の状態のものをラップ盤に取付け、これ
を回転させながら表面に軽油などの砥粒を含まない油剤
を付着させ、被加工物を押付ければよい。この場合、本
発明においては単に鋳鉄粉と砥粒だけでなく純鉄粉を添
加した焼結複合体でラップが構成されており、第８図の
ように鋳鉄粉粒子のあいだの空隙が純鉄粉と遊離黒船の
反発部−８すなわち鋳鉄組織で満たされると同時にこれ
と一体化しており、砥粒５Ｆｉ突出部分以外をさきの反
応組織８て完全に包埋されており、各砥粒５，５が該粒
状に密集する形態とならない。そのため砥粒５が微粒で
あってもきわめて確実強固に保持され、砥粒離脱やこれ
の転勤による破さい面を生じさせない。そのため、被加
工材が硬脆材料や鋳鉄製品、シリコンなどの麹加工材で
あってもこれを短時間のうちに美麗な光沢面に研摩する
ことができる。

さらにａきのように砥粒が離脱しないため工具としての
耐摩耗性が非常に良好となり紗済効果も大きい。

次に本発明の具体的な実施例を示す。

実施例 １．１１１鉄粉に砥粒を添加すると共に純鉄粉を加えて
混合焼成し、複合ラップを作った。このとき母地となる
鋳鉄粉の粒度分布き化学成分は下記第１表のとおりであ
る。

第　　１　　表 １、砥粒は圧珈テスシ用としてＷＡ砥粒％ｏｏ。

を用い、それ以外はｓ　ｎ！　ｏ　ｏむとＮＤす２００
０を用い、その含有量け５、？、「、１０％の８種とし
た。純鉄粉としてはカーボニル鉄粉（粒径１０／Ｊ襲）
と電解鉄粉（粒度４θμ藁）を用い、それらの含有量は
砥粒重量の２倍および８倍の２’１Ｍとした。

カーボニル鉄粉はＦ＃　：　９９．６９％、Ｃ：０Ｊ）
１％残部不可避的不純物からなる組成のものを用ψ、電
解鉄粉Ｆ！Ｆａｇ９９．５％以上のものを用いた。

１、上記の粉をボールミルで混合し、ラップ工具の要素
である８０Ｘ８０Ｘ１０−のセグメントを製作した。こ
のとき砥粒の消費を最小限にし同時に機械的性質を保持
するため表面層１〜１．５１１１１のみに砥粒を含有さ
せ残部を普通鋳鉄組織となるよう成形ダイスに充填した
。成形圧力は８を１夕１とし、焼結はアンモニア分解ガ
ス雰囲気中で１１００〜１１４σＣで行い、予熱−加熱
−冷却のサイクル゛は４Ｏ−４０−４０Ｈで行った。得
られたセグメントを円盤上に普ぺて接着し、φ１２０−
の機械ラップを構成し、表面研削仕上げ後砥粒のＷＡ遊
離砥粒によるラッピングを行いラップ定蝿とした。

私得られた工具についてまず圧銅テストを行い焼結性の
良否を破めた。試験片は１５Ｘ８０φ、ｗＡ％　ｏ　ｏ
　Ｏ，５，７，５，１ｏａｔ襲、カーボニル鉄粉ｆＡＸ
ｇ、ＷＡＸ８を用いた。比較のため純鉄粉を無添加とし
それ以外を上記と陶じ条件としたセグメント（従来品）
を作り同条件で試験を行った。

この結果を示すと第６図のとおりである。

第６図から明らかなように、本発明品は従来品よりも圧
銅強さが大きい。これは鉄粉が砥粒周辺を包埋し、焼結
の際に鋳鉄粒子間の媒介として寄与し、従って鋳鉄粒子
間に空輸かなく一様な鋳鉄組織になったためであると考
えられる。砥粒含有量が大きくなると従来品離着しい強
度の低下をきたすが、本発明の場合に祉その傾向が少）
く、とくに純鉄粉を砥粒重量に対し８倍添加したものは
、砥粒含有量７．５曹ｔ％において従来品の１．５倍、
１０　ｖｎ　ｔ　％において２倍もの高い強度を得てい
る。

７９次にラップセグメントの摩耗試験を行った。

試験片形状はφ２０■、厚さ６閤であり、ＦＣＩＢｆｌ
ｌ鉄粉にＳ　Ｄ”２０００を１．５ｗｔ％含有とし、純
鉄粉はカーボニル鉄粉（ＳＤｘ　８　ｗ’％　）　、電
解粉（ｓｎｘ　８　ｗｉ％　）の２種とした。対向の摩
擦板はＷ、４”８００．１０ｗｅ−を含有した鋳鉄ラッ
プ定盤を使用し、軽油を注入し、摩擦速度”　９　”／
１１１１　’圧力０．７　嗅、１とし念。

この試験結果を示すと第７図のとおりであり、純鉄粉無
添加の従来品は４時間（６ｊａＢＫＷ＆　）の走行で、
かなり摩耗するが、本発明の場合けはとんど摩耗せず、
きわめて良好であった。このことは、”ｇ　ｏ　ｏ　ｏ
又はそれ以下の微細な砥粒を使用する場合に、純鉄粉添
加が砥粒保持力の強化ＫＩＦＬい効果のあることを示す
ものである。

１次に上記試験中に本発明に係る工具と従来品の工具の
各表面を観察すると第８図（ａ）　（Ａ）、第９図およ
び第１０図の写真のごとくである。まず第８図（ａ）は
カーボニル鉄粉を添加した本発明品であり、砥粒ｔｉｔ
離脱することなく境界に沿って一様に分布し、良好な保
持状態となっている。第８図（ｂ）は第８図（−）の試
料をエツチングして１個の砥粒の周辺の金属組織を示す
ものであり、遊離黒鉛と鋳鉄の反応によりパーライト組
織となっており、砥粒を強固に包埋保持していることが
わかる。

次に第９図は電解鉄粉を添加した本発明品であり、砥粒
はやはり遊離黒鉛と鉄粉の反応による鋳鉄組織に喰込み
保持されており、砥粒の鴫脱は少ない。

第１０ｅは純鉄粉を無添加とした従来品であり、緊密一
様な鋳鉄組織となっておらず空隙が多いため砥粒の離脱
が著しいことかわかる。

■０次ニ本発明品（ＮＤ”ｇｏｏｏ、７．５　ｗｔ％、
カーｙニルｇｇ、５ｗｔ５　）により４種の材料をラッ
ピングしてみた。

被加工材料社、サファイア（前加工；研削、前加工粗さ
４．０　／１ｓ１）、ＧＧＧ（［加工：スライシング、
前加工粗さ８．０μ５１１）、水晶（多刃式切断、８−
１　ｐ−）　、およびシリコンウェハ（スライシング、
１．７μ襲）であり、実験条件はラップ液：軽油、ラッ
プ圧カニｏｓｓ、０．５．１．０．１゜５４−′、ラッ
ピング速度：平均１　ａ”／’ｉｎ、ラッピング時間：
１〜６０ｍとした。

まずラップ量とラップ距離の関係を示すと第１１図であ
り、本発明は長時間にわたりラップ量が減少せず、良好
な耐久性を得て≠ることかわかる。またラップ能率もサ
ファイア以外はかなり高−ことがわかる。

第１２図は被加工材料をＧＧＧにとってＮＤ”１０００
と”ｇ　ｏ　ｏ　ｏの効果を比較したもので、従来加工
し畷かったＧＧＧに対し”ｇ　ｏ　ｏ　ｏで有効に加重
できる仁とが示されている。さらに、第１δ図はラップ
圧力とラップ量の関係を示し、第１４図はこのときの表
面粗さとラップ圧力の関係（ラップ時間８分）を示すも
のである。これらの図から、本発明の場合には実用的な
圧力範囲でラップ量が増しても表面粗さの変化が少いこ
とがわかる。すなわち、ラップ量はラップ圧力に比例し
て増大するが、表面粗さＩＩ′ｉはとんど変化しない。

ＧＧＧもラップ圧力を低くすれば問題ない。サファイア
の場合、ラップ量は低いが加工表面形成は迅速に行われ
る。

■、なお、本発明により炭化けい素（Ｈ，ｇ４００）を
ラッピングしたときのラップ圧力とラップ量および表面
粗さの関係を示すと第１５図のごときであり、表面粗さ
も良好でしかもラップ量が大きく、優れた性能が得られ
ている。このような精度を遊離砥粒方式で得るに−８０
００というような粒度としなければならず、従ってこの
意味からも本発明は実用的である。

以上説明した本発明によるときには、鋳鉄粉と研摩剤お
よび純鉄粉を所要割合で混合して成形焼結し、鋳鉄組織
に研摩剤を包埋保持した形態の複合ラップとしたので、
研摩剤の粒度を微細にした場合に間烏となっていた鋳鉄
粒子の空隙への砥粒のかたまり現象が防止され、空隙の
発生がなくは粒保持力のきわめて増強され念工具とする
ことができ、これにより工具として必要な圧銅強さなど
の機械的強度が優れると共に耐摩耗性のきわめて良好で
美朧な仕上面を形成することのできる実用的な工具を提
供できる。なお、本発明はサファイア、ＧＧＧなどのｔ
子材料のラッピングに好適であるほか、超仕上げやホー
ニングなどの工具として適用され、また超硬合金の金型
研摩具や鋳鉄製品の研拳工具などあらゆる麹加工材の加
工に利用できるものである。

【図面の簡単な説明】

＃！１図は本発明に係る複合ラツプエ其の一実施例を示
す斜視図、第２図と第８図はそれぞれ混合時および焼結
時の組織を模式的に示す１１１１１図、第４図は従来品
の模式的な断面図、第５図は本発明工具の製造工程を示
す説明図、第６図は本発明工具の圧濃強さを従来品と比
較して示すグラフ、第７図は同じく本発明品と従来品の
耐車耗性を比較したグラフ、第８図（６）は本発明品の
ひとつの４１１１微銚写真（ｘｓｓｏ入第８間第８図は
同じくその拡大写真（Ｘ４８００）、第９図は本発明品
の他側の顕微鏡写真（Ｘ８２０）、第１θ図は従来品の
顕微鏡写真（ｘａｇｏ）、４１１１図は本発明品により
各穆材料をラッピングしたときのラップ量とラップ距離
の関係を示すグラフ、第１ｚ図は本発明において砥粒粒
度を変えた場合のラップ効果を比較して示すグラフ、第
１８図は本発明におけるラップ蓋とラップ圧力の関係を
示すグラフ、第１４図は向じ〈表面粗さとラップ圧力の
関係を示すグラフ、第１５図は本発明により炭化けい素
材料をラッピングしたときの性能を示すグラフである。 ２・・・セグメント、　４・・・鋳鉄粉、５・・・研摩
剤（砥粒）、　６・・・純鉄粉、８．８・・・鋳鉄組織 特許出願人　　　　萩　生　１）善　　明第　　１　　
図 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　６　　図 第　　１２　図 第　　１３　図 ラヅフ゛羞７７（吻ＡＪ） 第１４図 第　　１５　図 手続補正書 昭和６７年３月Ｊ日 特許庁長官　島　１）響　＃Ｉ　殿 特許庁審査官　　　　　　　　　　　　　　殿１、事件
の表示 昭和６６年　特　許　　願第　１９８６８１　号３、補
正をする者 事件との関係　　　特許　　出願人 蔽生田曽　明 ４、代理人　〒１ＯＩＩ 東京都中央区京橋１丁目／１番５号 昭和　　年　　月　　日　（自　発） 輔　　　正　　　内　　客 １　本願明細書第８頁Ｉ！！１７行目に「雰囲気」とあ
るのをｒ雰囲気」と訂正する。 ２　同書第１２頁第１６行目から第１７行目にかけて［
普ぺて接着し、φ１２０鄭の」とあるのを、「並べて接
着し、φ２１０−の」と訂正する。 ＆　同書第１８頁第１行目に「硬めた。」とあるのを「
確めた。」と訂正する。 ４　同書第１７頁第１６行目ｋ「す８０００という」と
あるのをｒ”４ｏｏｏという」と訂正する。 五　本願添付図面中第６図を別紙のとおり訂正する。 手続補正書（方式） 昭和６７年　４月７ｚ日 特許庁長官　島　１）春　樹　殿 特許庁審査官　　　　　　　　　　　　　　殿１、事件
の表示 昭和６６年　特　許　願第１９Ｈ１８７号３、補正をす
る者 事件との関係　　　特　許　出願人 萩生田曽　明 ４、代理人　〒１０ダ 東京都中央区京橋１丁目ｌＩＩ番Ｓ号 土屋ビル　電話５ｔｔＩ−ｓｑｑｒ 昭和５７年８月８０日 脅 ７、補正の内容　　　　　別紙のとおり補　　　正　　
　内　　容　゛ １　本願の添付図面中、第８図ないし第１θ図を削除し
、別紙のとおり参考写真として添付する。 ２　本願添付図面中、第１１図ないし第１５図を別紙の
とおり第８図ないし第１２図と訂正する。 ＆　本願明細書中筒１４頁第１７行目から同書第１５頁
第１６行目を削除する。 ４　同書第１５頁第１７行目に「■、」とあるのを１．
Ｊと訂正する。 ＆　同書第１６頁第１０行目に「第１１図は」とあるの
を「第８図は」と訂正する。 ａ　同書第１６頁第１４行目に「第１８図は」とあるの
を、「第９図は」と訂正する。 Ｉ　同書第１６頁第１８行目に「第１８図は」とあるの
を「第１０図は」と訂正する。 ＆　同書第１６頁第１９行目に「第１４図は」とあるの
を「第１１図社」と訂正する。 ９、同書第１７頁第１２行目から第１８行目にかけて［
第１５ｖｉ３Ｊとあるのを「第１！Ｂ図」と訂正する。 ｌα　同書第１９頁第６行目から同頁第１９行目を以下
のように訂正する。 「と従来品の耐摩耗性を比較したグラフ、第８図は本発
明品によ抄各種材料をラッピングしたときのラップ量と
ラップ距離の関係を示すグラフ、第９１轄本発明におい
て砥粒粒度を変えた場合のラップ効果を比較して示すグ
ラフ、第１０図は本発明におけるラップ量とラップ圧力
の関係を示すグラフ、第１１ｖＡｔｊ同じく表面粗さと
ラップ圧力の関係を示すグラフ、第■１社本発明によシ
炭化けい素材料をラッピングしたと愈の性能を示すグラ
フである。」 −・３５２ 第　　７　　図 第８棒図 第　　１４７図 第　ｔゴ１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　紳１粉と研摩剤および純鉄粉を所要割合で混合して
   成形焼結し、鋳鉄組織に研摩剤を包埋した形態の複合ラ
   ップとしたことを特徴とする被合ラップ工具。 ２　純鉄粉がカーボニル鉄粉、還元鉄粉、電解鉄粉のい
   ずれかである特許請求の範囲第１狽に軟の被合ラップ工
   具。