JPS60186374A - ダイヤモンド−金属鑞材含有複合体 - 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、ダイヤモノ１粒子を金属鑞材中に包含させて
なる複合体（いわゆるコンポジット）に関するものであ
る。この複合体は、ダイヤモンド工具（たとえば研削用
砥材、半導体テパイス用デンダーの放熱用部材等）やダ
イヤモンｒ埋込ペンダントの如きダイヤモンド粒子含有
金属体の製造原料として非常に有利に使用で色るもの亡
ある。。

ここＩ＝「ダイヤモンド粒子」は、粉末すなわち粉体を
も包含する広い意味を有する用語である。

周知の如くダイヤモンドは本来炭素原子の最密充填構造
を有する物質であって、その表面と内部は炭素原子が整
然と配列−炭素−炭素間の原子間距離が現存物質中最短
であり、そのために内部はもとより表面においても不活
性に近い性質をもっている。

したがって、ダイヤモンド粒子を金属粉（たさえばｌｌ
’ｅ、　Ｆｅ−８ｎ、　？ｅ−Ｏｕ−８ｎ％０ｕ−Ｅｌ
ｎ合金、ならびにＷ、　Ｗｃ、Ｇｏ含有合金等の粉末）
と混合して圧粉成彩しメタル鱈？ンド系ダイヤモンド工
具を製作しても、ダイヤモンド粒子は金属粉の焼結体曲
＝実貞的に不活性状態ｔ′＃在するだけにすぎず、した
がって作業中ダイヤモンドは前記成形体から脱落し易い
。従来は一般に上記の方法！ダイヤモンド工具が作られ
ていたため（二、ダイヤモンド粒子が脱落し易いという
大力る欠点があった。

以前に本発明者は、レコードが１の製造について金城針
頂面に非剥離性金鵬メッキを施したダイヤモンド単粒を
接合ｊ−所定の型状に削り上げ研酷する事からなる改良
技術を開発した（特公昭３７−１８９７３号および特公
昭３９−４２５３号公報）６そのダイヤモンドの形状は
レコード盤につけられている溝の開口部の最大長を下ま
わるものであってはならない。すなわち最小ｆも０．１
２φを維持しなければならなかった。と云ふ事はダイヤ
モンドの極微粒子に非剥離性鍍金を施しそれを回収する
事は非常に困難をきわめ（メッキ中に析出する純金属の
極微粒子と非剥離性メッキを施されたダイヤモンド極微
粒子の分離工程）たため、実現しなかったが、今度技術
改良と新しい万作の出現によりそれが可能となり、大は
ｌｅｔ、以・上１か・ら小は０〜１μの微粉に至る迄非
剥離性メッキが施せる様になった。

前記のごとくダイヤモンドの表面に密着したメッキ層は
非常に強くそれを剥離するＣ二はＩ　ｍ’　（７）面積
あたり一１！最低約６細の力が必要↑、最大は測定不可
能である。その理由は金属針の頂面（二鎖ローを施した
材料を二本用意して、その非剥離性メッキを施したダイ
ヤモンドをサンドイッチ状に溶接し他方を固定し他の一
方を真すぐに引くことにより約６Ｋｐ／ｒａ”以上の力
が加わると溶接面と思われる部分が離反しない。殆んど
の場合金属針の（３） 頂面のロー材部分の上でダイ・ヤモンＰが強く付着して
いるのｔその非剥離性メッキ々ダイヤモンＰとの結合強
度は測定出来ないの１ある。

現今販売されている金属被覆ダイヤモンド粉体は、先に
も書いた１由りダイヤモンドの不活性の状態を有機樹脂
、ツユ。ノール樹脂やイリイミド等と混合圧粉し加熱成
形しても完全結合は出来ないし、又ダイヤモンドを包み
込んでいる有機樹脂体自身耐強１Ｗは強くない事は衆知
の通り１あり゛ます。そこ１有機樹脂類よりも強い金属
被膜をかけたダイヤモンド粒子を有機樹脂中に混合成形
すれば金属と有機物の接合性の方がダイヤモンＰ有機樹
脂より接合性が優れており、ダイヤモンドシ：対して有
Ｍ樹脂包囲より金属包囲の方が強度が優れていると云ふ
理由からで、又当社以外の金属被機ダイヤモンド粒子を
粉末冶金法によるメタルＩンドダイヤモンド工具を作っ
てみてもその場合の金属被橿はダイヤモンドとの結合強
度はＯＫｇ　／ｗｉ、”　１’あり前記の通りの結束に
訃わるわけ１ある。

本発明１は、Ａｇ、Ｏｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、　Ｓｎ、　Ｚｎ
（４） 等の金属を含有する金属鑞材（またはハンダ）中に、ダ
イヤモンド粒子を添加して溶融せしめて、金属鑞材中に
該粒子等を包含させてなる複合物を作るの１ある。前記
溶融中にダイヤモンド粒子は前Ｐ、金金属釘材溶融物と
密接に接触し、該粒子は当該金属上密着１〜、すなわち
該粒子上に密着金属層が形成さね、放冷稜には、ダイヤ
モンド粒子が金属鑞材に強固に結合した状態ｆ存在する
複合物が得られる。

かように本発明１は、低融点（たとえば（社）℃）ない
し高融点（たとえば９００℃）の前記金属鑞材中にダイ
ヤセフ１粒子を包含せしめてなる複合物を製造するので
ある。実際には、目的に応じた融点の鑞材中に所望粒径
のダイヤモンド粒子を混入させて複合物を作る。たとえ
ば、第１図に記載の如く金属鑞材ａｓを容器ａＳに入れ
、ダイヤモンド粒子（Ｉυを添加して加熱溶融させ、放
冷することＩ：よって複合体が得られる。

この複合体を使用して、工具等の目的物が簡単Ｉ：製作
１きる。その具体例として、高融点−材中にダイヤモン
ド粒子を添加して複合体を作り、次い１、第６図記載の
如くこの複合体ＯＢを低融点鋼材（至）１別の金属体、
たとえば台金ａ′６に鑞着させることによって、複合体
含有金属体６υを製作することがあげられる。たとえば
板状体の形の複合体を作成し、これを板状の金属板上に
乗せて加熱融着させることによりダイヤモンド研磨板が
得られる。

別の具体例は、型（モールド）にダイヤモンＰ粉体を入
れ、金属鑞材の粉末をその上に散布し加熱溶融してダイ
ヤモンド粒子を固着することであって、この場合シーは
、複雑な形状の複合体１も容易に製造できる。

さらＣ二別の具体例は、ダイヤモンＰ粉体を金属鑞材中
に包含させた複合体を溶融し、これを普通の鑞材の場合
と同様な鑞付操作によって丸棒、角棒またはヤスリ状の
形の金属体の表面に溶融塗布することにより工具を作る
こと１ある。このとき使用される被塗布金属体は鑞付可
能なもの１なければならない。この具体例（；よれば、
表面にダイヤモンＰ粉末を固着させてなる工具が非常に
容易に製作マきる。

また、この複合体のみを所定の形に成形して研磨具等の
工具としてそのまま使用することも勿論可能１ある。

本発明１は前記の如く低融点ないし高融点の種楊の金属
鑞材が使用でき、所望用途に応じて適宜選択するのが好
ましい。実際には、Ｊ工Ｓ規格等に合った市販鑞材が入
手し易く、これを用いるのが一般に便利↑あろう。参考
のために、ＪＩＢ規格（Ｚ−３２６１１の脅１）一部を
＋４１表に示す。

融点の一層低い金属鑞材が必要な場合には、ハンダ等を
使用するのが一般に好ましい。

金属鋼材がダイヤモンド粒子を包含し得る量は、該金属
鑞材がダイヤモンド粒子を鋼らすことが１きる素であり
、一般１ニダイヤモンＰ工具中に含まれるダイヤモンド
粒子の量とは大きな差がある。

そこ１、一般的々ダイヤモンド工具のダイヤモンド含有
率と同じ値になるように前記複合体のダイヤモンド含有
量を調節することが必要な場合があり得る。

従来、ダイヤモンド粉体と金属粉末とを混合してなる混
合物を圧粉成形してダイヤモンド工具等を作る際の該混
合物のダイヤモンド含有率を表わすためＣ：、米国ツー
トン社１制定された表示方法が現在世界的に用いられて
おり、該混合物１　ｃｍ”当りダイヤモンドが４．４カ
ラツト（ｃｔｓ）含まれる場合、すなわち４．４　ｃｔ
ｓ　７ｃｍ３の場合をダイヤモンド含有率（議席）１０
０％と定める。したがって、ダイヤモンドの楡がそれぞ
れ３．３　ａｔｓ　７ｍ３．２．２０ｔ’　／（”ｎ＋
”および１　、　Ｉ　Ｑｔ８７ｃｍ”であ（９） るときのダイヤモンド含有率はそれぞれ７５％、５゜チ
および２５チ１ある。ダイヤモンドの比重を考慮に入れ
ると、前記のダイヤモンド含有率１００％のときの前記
混合物１ｃｒｎ３中のダイヤモンｒの体積は約２５チ（
すなわち約５容量チ）である。

本発明によれば、ダイヤモンド含有率が最高値慣ある複
合体が製作できる。すなわち容器に前記最高瞳のダイヤ
モンド粉末を充填し、その上に金属鋼材を置き、この鑞
材を加熱溶融−ダイヤモンド粉末中に流入させることに
よって、最高含有率の複合体が得られる。そのときのダ
イヤモンドＪＪ外の隙間は全部鑞材１満たされるが、鑞
材の量を適宜糠らすことによってダイヤモンド粒子とそ
の隣りのダイヤモンド粒子との接点に流れて橋状に接合
させて連続気孔構造を作り出すことも！きる。連続気孔
構造については後！説明する。

かようＣ二、複合体中のダイヤモンド粒子と金属鑞材と
の相対的割合を種々変えることによって、連続気孔構造
を有する複合体から、無気孔の完全充填状態の複合体に
至るまでの種々のダイヤモン（１０） Ｐ粒子充填状態の複合体が製作１きるのである。

本発明の複合体において、ダイヤモンＰが占める空間以
外の空間は最大２５−３５％程度１あり、この場合には
連続気孔構造が形成″ｒ！きる。ダイヤモンド占有空間
以外の空間を、後記の副資材の混入によって最低Ｏ％ま
ｆ減らすことが！きる。この目的のために使用される副
資材は、次の条件をみたす粉粒体１なければならない。

（１）軸材中に包含されてもその鑞材の融点および性能
を変えることのないもの慣あること；（１）該鍾。

材Ｃ二対して濡れ性の大きな金属またはそれに類する物
の粉粒体マあること；　（Ｉｌｌ）使用されたダイヤモ
ンド粒子の粒度に適応する粒度の粉粒体ｔあるとと。こ
の条件をみたす粉粒体の例には、超硬合金およびサーメ
ットの粉砕によって得られかつ粒度調整された粉粒体が
あげられる。

ダイヤモンド工具は用途の多様性があり、また高価であ
ることから、非常に過酷な作業（使用）条件下費用いら
れることがあるの気はじめは低融点の鑞材中にダイヤモ
ンＰを包含させておき、（１１）　５−ｙｒｓ 其後に工具基板に溶着させるときに、この鑞材の金Ｔ！
Ｒ組成を変化させ、これによってダイヤモンド工具の耐
熱性、耐強度性、耐摩耗性等を改善することにより、多
様な使用条件に耐える工具が得られる。

この場合の金属鋼材の組成の変改は、その目的のために
適確な判断によって選ばれた金属材料と溶融することに
よって達成できる。しかして、この場合に選択されるべ
き前記金属材料は、邑該鑞材の性能に変化を与える全綱
材料であって、その例には金、銅、ニッケル、亜鉛、鉄
、タングステン、錫、インジウム、ならびＣ二Ｏｕ　−
８ｎ合金、Ｎｉ−０ｕ合金、Ｆｅ　−Ｏｕ金合金の微粉
末があげられる。

ダイヤモンド含有研削工具を作る場合には、被剛材（た
とえば超硬金礪材）の性質たとえば硬度、粘性、脆性等
を考慮して混入副資材を適確Ｃ：選ぶことが、その工具
の性能を左右する重大なことである。この副資材として
適した材料は、各種の超硬合金やサーメット等１あって
、鑞材一対して濡（１２） れ性がすぐれている物１ある。捷た、場合によっては鍛
造鋳物、８に鋼等も使用マき、粘度が要求されるｔｊｌ
＆にはＳＵ日鋼や鉄粉のダイヤモンＰ粒子対応粒度の物
が使用↑きる。

たとえば０２タイプの超硬合金は比％：１４．８−ｔ！
ある。この材料を用いてダイヤモンＰ含有率１００チ、
体積３ｍ３のダイヤモンド工具を作る場合、０２合金３
　ｃｍ３のｉ童は４４．４９Ｑあるが、その体積の２５
％はダイヤモンドで占められ、ることになるの１，０２
合金の占める体積は２．２５ｔＭ　になる。ただし粉体
の場合は最密充填のときｆも粒子間空隙が存在し、この
空隙の占める割合を空間率と称する。粉体の最密充填の
際の空間率を２５チとした場合、前記０２合金の占める
実体積は１．６８７５ｃｒｎ３となり、これは０２合金
２４　、９７５ｐ（二相当する。ダイヤモンド粒子の粒
度に対応する粒度の０２合金粉体を上記量すなわち２４
．９７５５２使用ム換言すればダイヤモンド粉体きＧ２
粉体とを計算値通り計量し、型Ｃ二人れ、金属鑞材を浸
透させて目的物を作ることができる。

（１３） また、他の金属や合金またはその混合物（たとえば合金
とサーメットとの混合物）との混合によってダイヤモン
ｒ含有率を調節することも勿論可能であるが、この場合
には当該金属や合金の比重および前駅空間率を考慮して
ダイヤモンド粉体および上記金属または合金（副骨材）
の量を算出（７て訓整しなければならない。

捷た、ダイヤセフ１粒子を金属鑞材と共に加熱して該粒
子を金属鑞材で洩らし、高温下１該伽材の少なくとも一
部を遠心分離操作等を流出除去させることによって、該
粒子間に“気孔“を有する複合体を作ることもｆきる（
第７図）。この型の複合体を用いて作った研暦具は次の
如き特長を有し、たとえば、この型の回転研削工具では
研削中に、削りカスが気孔から排出され、砥石の目詰ま
りによる切味低下が避けられる。

この点について一層詳細に説明する。研削中に発生する
熱や削りカスを除去しなければならないが、この研削熱
を冷却しまた相互の品質を維持させるために研削液を用
いる。連続状通気孔を有す（１４） るダイヤモンド工具を回転させて研削操作を行う場合に
は、この回転体は中心部より外周部（二対し遠心力によ
って研削液を最外周部から霧状に吹き出すことがｆき、
空気と相まって研削カスの除去および冷却を行うことが
１き、これによって切削力を長時間保つことが〒きる。

また、回転しない研削工具１も、前記研削液の流動によ
って、または適当な方法で洗浄することによって、気孔
中の削りカスが簡単に除去１き、切味が元に戻る。

次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 容器にＪＩＳ規格０）銀鑞ＢＡｇ−■（襟付温度６５０
〜７６０　Ｃ）　Ｌ２３２＝ｄ、を約２．１ｖ人ね、ダ
イヤモンド粒子（３２５〜４００　メツシュ）を約１３
．２０ｔｓ添加し、５ｏｏｃに加熱溶融上放冷して巾１
ｍＸ長さ４　ｃｍ　Ｘ　１９さ２．５η５ダイヤモンド
−金属鑞材含有複合体を得た。

この複合体を長方形の合金に溶着して常温使用ダイヤモ
ンド砥石を作った。この砥石ではダイヤ（１５） モンド粒子が金属マトリックスに堅固に結合していて、
該粒子の脱落は実質的１：起らず、従来の同種の砥石の
３倍の耐久力があることが確認された。

【図面の簡単な説明】

ｔｆｃｊ図は、容器に入れた金属鑞材にダイヤセフ１粒
子を添加して本発明の複合体を作る方法を図示した略式
説明図１ある。 第２図は、本発明の複合体の１例の略式正面図ｆある。 第３図は、第２図記載の複合体の略式断面図１ある。 第４図は、車輪状台金に本発明の複合体を固着させてな
る回転研削工具の１例の略式側面図１ある。 第５図は、細部の一部に本発明の複合体を包被固着させ
てなる納付研削工具の略式正面図である。 第６因は、台金上に本発明の複合体を固着させる方法の
別の具体例を例示した略式説明図１ある。 第７図は、本発明の別の具体例に従って形成された気孔
構造を有する複合体の一部の略式拡大断−一−ｒ　ｔａ
為 面図マある。 １１・・・ダイヤモンド粒子、１３・・・金属鑞材、１
５・・・容器、１７・・・複合体、２１・・・回転研削
工具、２３・・・車輪形台金、５・・・中心Ｊｌ、　２
６・・・柄付研削工具、２８・・・軸部（柄部）、３１
・・・工具等の金属体、３３・・・複合体、３５・・・
中間１＠、３７・・・台金、３９・・・削りカスがたま
った気孔。 出願人　オグラ宝石精機工業株式会社 （１７〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶融金属ｆ１材中（ニダイヤモンド粒子を添加すること
   シニよって、金属鑞材中にダイヤモンド粒子を包含させ
   てなる複合体、