JPS606356A - 微細短繊維焼結型研摩材 - Google Patents

微細短繊維焼結型研摩材

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JPS606356A
JPS606356A JP11049483A JP11049483A JPS606356A JP S606356 A JPS606356 A JP S606356A JP 11049483 A JP11049483 A JP 11049483A JP 11049483 A JP11049483 A JP 11049483A JP S606356 A JPS606356 A JP S606356A
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健三 塙
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清 鈴木
Takeo Nakagawa
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Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
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    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B24D3/10Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements for porous or cellular structure, e.g. for use with diamonds as abrasives

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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】 本発明は研摩材と9わけ微細金属短繊維と砥粒との複合
した研摩材に関するものである。
セラミックをはじめとする硬脆材料や超硬合金等のラッ
ピング、超仕上加工あるいは微少切込みの研削による超
精密仕上げなど前加工された工作物の平面度を高め、良
好な仕上は面を作る手段として研摩材(砥石)が汎用さ
れており、一般にダイヤモンド、CBN1アルミナなど
の砥粒を結合剤で保持した構造となっている。この結合
剤としては金属、非金属があるが、前者は後者に比べて
結合力が良いため、ダイヤモンドやCBN などの高性
能砥粒の結合に用いられている。かかる金属を結合剤と
する研摩材の製造法として電着法や焼結法があるが、従
来では次のような問題があった。
すなわちそのひとつの問題は砥粒含有量が少ない点でお
る。研摩材としての性能向上を図るにはできるだけ多量
の砥粒を含有させることが必要であるが、電着法は溶製
材にニッケルメッキ等で砥粒を固着させる関係から一層
しか形成できす、砥粒含有量には自ら限界がある。また
、焼結法も、砥粒を多く配合すると、混合の均一性(非
分離性)、成形性及び焼結性の低下が著しく、条件を最
良にしてもせいぜい15wt%、実用的には10wt%
程度が限度であった。
次の問題は砥粒の分散性と保持力であり、これも研摩材
において重要であるが、従来の方法はいずれもこの特性
が良好でなく、ことに焼結法は、砥粒と粉末粒子との比
重差、粒度差などによシ砥粒がうまく分散しにくく、ま
た砥粒が粉末粒子間の空隙に顆粒状にかたまるため保持
力が低く、使用中に砥粒が離脱しゃするいこれは特に砥
粒の粒度が小さい場合に起)やすく、前記焼結性の不十
分なこととあいまち研摩材としての機械的強度を低下さ
せる一因となっている。
本発明は前記のような従来の研摩材の問題点を解消する
ために研究を重ねて創案されたもので、砥粒を非常に多
量にかつ均一に含有すると共に強度及び砥粒保持力が良
好で、しかもダイヤモンドなどの砥粒の焼結による損耗
を低減できる実用的な研摩材を提供しようとするもので
ある。
この目的のため本発明は、母材をびびシ振動切削して製
造したアスペクト比がほぼ4〜70の微細短繊維を砥粒
と混合、成形、焼結し、微細短繊維により骨格を作り、
この骨格中に砥粒を分散包埋させるようにしたものであ
る。
以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
第1図は本発明に係る繊維焼結型研摩材の一例を示すも
ので、lはセグメント状の研摩材であシ、任意の厚さと
外形を有する焼結体とりわけ微細短繊維の焼M組織2を
骨格としてこれに砥粒3が分散包埋さ九た複合構造から
なっている。
しかして、本発明は、砥粒結合剤として粉末を用いず、
微細な金属短繊維とくに母材からびびシ振動切削方式に
より直接分離創生したアスペクト比が約4〜7oの微a
短繊維4を用いる。母材金属?′i鋳鉄をはじめとする
鉄系金属、黄銅や青銅などの銅合金などを用いることが
できる。結合材として金属粉末を用いた場合には、はぼ
球に近い形状(粒子)をなしていることから、成形にあ
たって高い成形圧を要するうえに、成形可能な範囲でカ
ロ圧力を最小としても成形体空孔率が低く、砥粒を多量
に混合して成形を行うと、砥粒が粉末粒子のまわりヲ取
p巻き、粉末粒子同志の接触を妨げる。そして、砥粒を
粉末粒子とは比重に大きな差があるため、混合後金型等
へ充填する際などに容易に分離し、偏析が生じゃすい。
このことから本発明は結合剤として微細短繊維を用いる
が、この微細短繊維としてなかなか良好なものがなく、
たとえば液体から押し出したものや引き抜き法や切削法
による長繊維を寸断したものでは寸法や物性が不均一で
あったり、表面性状が悪いため容易に折損し粉末化され
るなどの欠点も多く、このような方法で作られた短繊維
は成形性、焼結性などの特性を著しく低下させることに
なる。種々の短繊維を検討した結果、微細短繊維として
、とくに母材をぴびシ振動切削により創生させた特定寸
法範囲の短繊維がもっとも有効であった。
このびびり振動切削による短繊維製造体、柱状や棒状を
なす母材ブロックを回転させるかまたは高い固有振動数
を持つ弾性工具を母材金属のまわシで回転させ、この弾
性工具に所定量の微少な送!r与えながら積極的にびび
シ振動を発生させ、ひび勺1サイクルごとに母材表層を
強制的に分断して繊維化するもので、振動数に対応した
本数と切込み深さに対応した長さの微細で均一な寸法、
物性の短繊維が製造される。このひびQ振動切削による
微細短繊維4は加工硬化にょQ母材以上の強度を示し、
がっ、乾式でブロックから直接分離創生されるため表面
の接合に対する活性度が高いと同時に酸化物や他の異物
が少ない。
そして、断面が千藩面と破さい面及び粗面とからなる略
三角形類似をなし、表面積が大きい。
ただ、このびびシ振動切削で製造した微細短繊維は粒子
よpも流動性が低いため、長めで太さが細いと繊維のか
らみ合いが強すぎてファイバーボールと称する塊を形成
し、砥粒の効果的な分散封入を図れなくなる。また、逆
にあ甘り短く太さ金欠にすると、粒子に近くなるため、
成形性、焼結性が低下し、砥粒の高含有率化を達成でき
ない。本発明者らの検討したところによれば、びびシ振
動切削で製造した微細短繊維をアスペクト比がはぼ4〜
70の範囲にすると、びびり振動切削繊維の特性を十分
に発揮させることができると同時に、流動性、成形性、
焼結性などがきわめて良くなり、砥粒の高含有率化、強
度などの目的を達成できた。製造条件を含めた微細短繊
維の若干例を示すと下記第1表のとおりである。
第 1 表 しかして本発明は、前記のような特定の微細短繊維4と
砥粒3たとえばアルミナ(WA)、ダイヤモンド、立方
晶、窒化はう素(CBN)などをボールミルなどの任意
の容体に装入し、手動又は機械的に攪拌する。アスペク
ト比が適正であるため、微細短繊維4は塊を形成するこ
となくほどよくからみ合い、第4図及び第4a図のよう
に少なくとも一部が互いに接触し合ったきわめて目の細
かい多層網目状の骨格5が形成され、その網目状の骨格
の微少な全空@(速成空孔)6に砥粒3が充填される。
なお、必要に応じて微細短繊維4と砥粒3との配合に微
細短繊維と同系の材質の金属粉末たとえば鋳鉄の微細短
繊維であればカルボニルなどの純鉄粉を添加してもよい
次いで、前工程で得られた混合物1を所望の成形手段た
とえば第5図のような金型8に充填し、所定の圧力で加
圧する。このときの加圧力は、結合材が微細短繊維であ
るため、粉末粒子の場合に比べてかなシ低圧力で足シ、
この成形時に微細短繊維の配信および骨格間の空隙方向
がほぼ繊維軸線が加圧方向と直角に近い方向に調整され
ると共に必要な密度となシ、砥粒3は厚さ方向の断面に
おいてほぼ整列するようなかたちで分散封入される。な
お成形方法としては、上記のような金型への充填圧縮の
ほか、圧延ロールなどによる圧延方式を採ってもよく、
この方法をとればシート状の研摩材とすることができる
次に成形体を水素雰囲気などの還元性雰囲気にて加熱、
焼結させる。この焼結によシ微細短繊維群からなる網目
状の骨格が互いに溶着して第2図のように溶製材に近い
均質な焼結組織となり、その組織中に砥粒3が分散包埋
される。本発明の場合、多量に砥粒を含有させるにもか
かわらず、金属粉末に砥粒を配合した圧粉体に較べ低い
焼結温度で焼結される。その理由は必ずしも明確ではな
いが、ひび力振動切削によシ母材から直接分離創生した
短繊維が、油分等の異物の付着のない清浄でかつ接合に
対する活性度の高い表面性状であること、表面積が大き
いうえに適正なアスペクト比であるため溶着効率が良い
ことなどが考えられる。
以上のような工程で第1図や第2図に示すような研摩材
が得られ、そのままあるいは工具本体に接着し、目立て
憂行えばよい。なお、必要に応じ焼結後に再焼結などの
熱処理を行ったシ、再圧縮などを行ってもよいのは勿論
である。
本発明による研摩材は、上記のようにひび多振動切削に
よシ製造したアスペクト比が4〜70の微細短繊維に砥
粒を添加混合し、成形、焼成したので、塊を形成するこ
となく微細短繊維がからみ合ってきわめて空孔率の高い
多層の微細網目状骨格が形成されると同時にその微細網
目状骨格の各空隙(速成空孔)に砥粒が多量に分散充填
され、低い成形圧によって所望の形状に成形される。そ
して、成形後焼結することにより砥粒を封じ込んだ微細
網目状骨格が溶着して溶製材状の母地となり、この母地
に多量の砥粒が均一に分散した状態で包埋さn1従って
、保持力が高く、砥粒離脱や砥粒の転動による破さい面
を生じさせない。
そして、砥粒が高含有率で封入されると共に均一に分散
されているため研削効果が高く、かつ砥粒は母地中に分
散されているため、表層の砥粒が摩耗して脱落すると次
層の砥石が表面に表出し、従って切刃の自生力がよく、
切れ味が持続する。加えて、砥粒な多量に含有している
にもかかわらず焼結性が良く、すぐれた引張フカや耐衝
撃性などの特性が得られるうえに、低い焼結温度で処理
できるため、ダイヤモンドを砥粒とする場合に黒鉛化に
よる損耗が少なくて済むという大きなメリットがある。
次に本発明の実施例を示す。
実施例 ■本発明により砥石を製造し、あわせて比較のため結合
剤として粉末を用いて砥石を製造した。
微細短繊維として、下記第2表に示す5種の鋳鉄母材を
第1表に示す条件でびびり振動切削によル製造したもの
を用いた。粉末は第2表のFC15級鋳鉄の切粉を粉砕
し≠120〜に分散したものを用いた。砥粒としてはア
ルミナ粉(WA≠SOO)を用いた。
第 2 表 H上記微細短m雑に砥粒を10〜5Qwt%添加混合し
、10閣X5Q、の長方形ターイスで血圧60〜/圏2
で成形し、焼結条件1140℃、30m1n 、水素雰
囲気中で焼結した。
得られた砥石の引張強さと密度を、粉末鋼)を結合剤と
した場仕と比較して示すと第6図のとおシである。本発
明の場合は、砥粒を10Wtチ添加した場合でも引張シ
強さが1812もちp、−sowt% (約70vot
%)添加しても焼結可能で、2に4//l0II2の引
張り強さがある。これに対し、粉末(鋳鉄粉)ではao
wt%以上添加すると成形不可能であり、20wt%添
加ではなんとか成形できても焼結しなかった。
■上記特性をみるため、成形圧力80 K171m2−
足、焼結時間30m1n一定の条件で焼結温度を950
〜1150℃にとって焼結を行った。
その結果を示すと第7図のとおシであり、粉末の場合は
焼鈍したものを使っても1100℃以上で焼結する必要
があシ、最高の引張り強さが42 K4/rm”である
。これに対し本発明の場合は、成分的に大差ないにもか
かわらず950℃で焼結しても引張シ強さ25〜30K
が−2という強い値を示す。このことから、本発明は砥
粒としてダイヤモンドを使用する場合にきわめて有利で
あることがわかる。
次に、焼結温度1140℃一定、焼結時間30m1n一
定で、成形圧力を20〜80隔−〇にした場合の引張り
強さへの影響を示すと第8図のとおルである。この第8
図から本発明の場合は20 Kg/mn’というかなり
低い成形圧力でも引張シ強さが20〜3 Q Kg/r
tIIt+’もあり、成形性が優れていることがわかる
■得られた砥石(砥粒含有率30wt%)をラップ工具
として用い、超硬合金を被加工材として、加工速度16
〜60 m/min 、加工圧力05〜15 K4f/
cm”で実験を行った結果、長時間にわたシラツブ量が
減少せず、良好な耐久性が示され、またラップ能率、表
面粗さが良好であった。
以上説明した本発明によるときには、従来の固定砥粒型
研摩材に比べ著しく砥粒含有量が多くかつこnが均一に
分散され、しかも砥粒保持力が良好でちると共に引張り
強さ、耐衝撃性など工具として必要な機械的特性に優れ
た実用的な研摩材を提供することができる。
壕だ、焼結性に優れ、低温での焼結によっても十分な強
度が得られるため、特に砥粒としてダイヤモンドを用い
た場合に問題となる焼結時の損耗を効果的に防止するこ
とができる。さらに、製造上も成形圧力が低くて済み小
容量のプレス類を用いることができるため、前記した焼
結温度の低下とあいまち比較的容易かつ経済的に製造で
きるというすぐ九た効果が得られる。
なお本発明は、ラップ工具、超仕上げやホーニングなど
の工具としであるいは超硬合金の金型研摩具や鋳鉄製品
の研摩工具などあらゆる難加工材の加工に用いることが
できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る微細短繊維焼結型研摩材の一例を
示す斜視図、第2図は第1図の一部拡大断面図、第3図
は本発明における複合用材の拡大斜視図、第4図は混合
時の状態を示す拡大断面図、第4a図は同じくその部分
的拡大図、第5図は成形状態を示す断面図、第6図は本
発明における砥粒配合率と引張り強さの関係を示すグラ
フ、第7図は焼結温度と引張シ強さの関係を示すグラフ
、第8図は成形圧力と引張シ強さの関係を示すグラフで
ある。 2・・・焼結組織、3・・・砥粒、4・・・微細短繊維
。 特許出願人 新技術開発事業団 ■ 轢 (2田W/↓5珂β町π1Σ すW/自)DjW11

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 母材をびびシ振動切削して製造したアスペクト比が#1
    は4〜70の微細短繊維を砥粒と混合、成形、焼結し、
    微細短繊維焼結組織を骨格として砥粒を分散包埋せしめ
    てなる微細短繊維焼結型研摩材。
JP11049483A 1983-06-20 1983-06-20 微細短繊維焼結型研摩材 Granted JPS606356A (ja)

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