KR102554674B1

KR102554674B1 - 초지립 및 초지립 휠

Info

Publication number: KR102554674B1
Application number: KR1020207001229A
Authority: KR
Inventors: 아키토 이시이; 가츠미 오카무라; 도모카즈 나카무라; 노부히데 나카무라
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤; 가부시끼가이샤 아라이도 마테리아루
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2023-07-11
Also published as: EP3750969A4; US20200156213A1; JP7012729B2; JPWO2019155749A1; MX2019014994A; KR20200117970A; WO2019155749A1; EP3750969A1; CN110892036A

Abstract

입방정 질화붕소, 또는 다이아몬드로 이루어지는 지립 본체부와, 상기 지립 본체부의 표면의 적어도 일부를 덮는 세라믹스로 이루어지는 피복막을 구비하는 것인, 초지립이 제공된다.

Description

초지립 및 초지립 휠

본 개시는 초지립 및 초지립 휠에 관한 것이다. 본 출원은 2018년 2월 8일에 출원한 일본 특허 출원인 특허 출원 제2018-020958호에 기초한 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허 출원에 기재된 모든 기재 내용은 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

정밀 가공에 이용되는 공구로서 특허문헌 1의 초지립 공구(휠)가 알려져 있다. 이 초지립 공구는, 원판형의 기판과, 기판의 외주부에 형성된 지립층을 구비한다. 지립층은, 초지립(다이아몬드 지립이나 입방정 질화붕소 지립)과, 초지립을 결합하여 초지립을 기판의 외주부에 고착시키는 결합재를 포함한다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2002-137168호 공보

본 개시에 따른 초지립은,

입방정 질화붕소, 또는 다이아몬드로 이루어지는 지립 본체부와,

상기 지립 본체부의 표면의 적어도 일부를 덮는 세라믹스로 이루어지는 피복막을 구비한다.

본 개시에 따른 초지립 휠은,

원판형의 기판과,

상기 기판의 적어도 외주면을 덮는 초지립층을 구비하고,

상기 초지립층은, 상기 본 개시에 따른 초지립을 갖는다.

도 1은 실시형태에 따른 초지립의 개략을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 초지립의 파선원으로 둘러싸인 영역을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 3은 실시형태에 따른 초지립 휠의 개략을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 초지립 휠을 (IV)-(IV) 절단선으로 절단한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 초지립 휠의 파선원으로 둘러싸인 영역을 확대하여 나타내는 단면도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

전술한 지립층에 포함되는 초지립은, 초지립 자체(지립 본체부)가 나지립(裸砥粒; bare abrasive grain)이기 때문에, 피삭재로부터 큰 응력을 받기 쉽다. 그 때문에, 지립이 파쇄 등 손상될 우려가 있다.

그래서, 지립 본체부가 손상되기 어려운 초지립을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.

또한, 연삭비가 높은 초지립 휠을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.

[본 개시의 효과]

상기 초지립은, 지립 본체부가 손상되기 어렵다.

상기 초지립 휠은, 연삭비가 높다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

먼저 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.

(1) 본 개시의 일 양태에 따른 초지립은,

상기 구성에 따르면, 지립 본체부가 손상되기 어렵다. 지립 본체부의 표면의 적어도 일부를 덮는 피복막을 구비함으로써, 피삭재와의 접촉에 따른 지립 본체부에의 충격력을 완화하기 쉽기 때문이다. 그에 의해, 지립 본체부에 파쇄의 기점이 되는 균열 등이 형성되기 어려운 데다가, 균열이 형성되어도 균열이 진전하기 어렵다. 따라서, 연삭비가 높은 초지립 휠 등의 연삭 공구(지석)를 구축할 수 있다. 연삭비란, 「연삭에 의해 제거된 피삭재의 체적/초지립의 총마모 체적」이다.

(2) 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 지립 본체부의 결정 조직은, 단결정인 것을 들 수 있다.

상기 구성에 따르면, 지립 본체부의 결정 조직이 다결정인 경우와 비교하여, 지립 본체부 자체의 강도를 높이기 쉽다.

(3) 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 지립 본체부의 결정 조직은, 다결정인 것을 들 수 있다.

상기 구성에 따르면, 지립 본체부의 결정 조직이 다결정이어도, 피복막을 구비함으로써, 지립 본체부의 결정 조직이 단결정의 경우와 비교하여 연삭비를 높이기 쉽다.

(4) 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 피복막의 평균 결정 입경이, 500 ㎚ 이하인 것을 들 수 있다.

상기 구성에 따르면, 피복막의 평균 결정 입경이 작기 때문에, 피복막의 강도가 높아, 피삭재와의 접촉에 따른 충격력(응력)에 의한 피복막 자체의 손상을 억제하기 쉽다. 그 때문에, 피삭재와의 접촉에 따른 지립 본체부에의 충격력을 완화하기 쉽다.

(5) 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 피복막의 평균 결정 입경이, 50 ㎚ 이하인 것을 들 수 있다.

상기 구성에 따르면, 피복막의 평균 결정 입경이 한층 더 작기 때문에, 피복막의 강도를 한층 더 높일 수 있다.

(6) 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 피복막은, 이하의 (a) 및 (b) 중에서 선택되는 1종을 포함하는 것을 들 수 있다.

(a) 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소, Al, Si, Y, Mg 및 Ca 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산화물, 또는 산질화물,

(b) 다이아몬드형 카본, 또는 다이아몬드.

상기 구성에 따르면, 피복막이 고경도이며 내마모성이 우수하기 때문에, 지립 본체부의 손상을 억제하기 쉽다.

(7) 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 피복막은, (Ti₁ _- _xb1 _- _yb1Si_xb1M1_yb1)(C_1- _zb1N_zb1), 또는 (Al₁ _- _xb2M2_xb2)(C_1- _zb2N_zb2)를 포함하는 것을 들 수 있다.

M1 = 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소 및 Al 중에서 선택되는 1종 이상의 원소(단 Ti를 제외함),

xb1 = 0 이상 0.45 이하,

yb1 = 0 이상 0.5 이하.

zb1 = 0.2 이상 0.5 이하,

M2 = 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소 및 Si 중에서 선택되는 1종 이상의 원소,

xb2 = 0.025 이상 0.475 이하,

zb2 = 0.2 이상 0.5 이하.

상기 구성에 따르면, 특히 내마모성이 우수하다.

(8) 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 피복막의 두께는, 1 ㎚ 이상 5000 ㎚ 이하인 것을 들 수 있다.

피복막의 두께가 1 ㎚ 이상이면, 피복막 자체의 강도를 높이기 쉬워, 피복막의 손상을 억제하기 쉽다. 그 때문에, 지립 본체부의 손상을 억제하기 쉽다. 피복막의 두께가 5000 ㎚ 이하이면, 피복막의 두께가 너무 과도하게 두껍지 않아 박리하기 어렵기 때문에, 지립 본체부의 외주에 피복막을 형성한 상태를 유지하기 쉽다.

(9) 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 피복막은, 세라믹스의 층을 복수 적층한 다층 구조를 갖는 것을 들 수 있다.

상기 구성에 따르면, 다층 구조로 함으로써 각 층의 잔류 응력이 상승하기 때문에, 피복막을 고경도화할 수 있어 피복막의 손상 억제 효과를 높이기 쉽다.

(10) 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 피복막의 외표면을 덮는 절연막을 구비하는 것을 들 수 있다.

상기 구성에 따르면, 전착(電着)에 의해 초지립을 초지립 휠의 기판의 외주면에 고착시키기 쉽다. 즉, 전착에 의한 도금막을 초지립 휠의 기판의 외주면에 초지립을 고착시키는 결합재로서 이용하기 쉽다. 절연막을 구비함으로써, 전착에 의한 도금막이 절연막의 표면에 성장하기 어려워, 도금막에 의해 연삭비의 과도한 저하를 억제할 수 있기 때문이다.

(11) 상기 절연막을 구비하는 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 절연막은, Al, Si, Zr, Ti 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 산화물 및 산질화물 중 어느 하나의 화합물을 포함하는 것을 들 수 있다.

상기 구성에 따르면, 절연막의 절연 성능이 우수하기 때문에, 전착에 의해 초지립을 초지립 휠의 기판의 외주면에 고착시키기 쉽다.

(12) 상기 절연막을 구비하는 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 절연막의 두께는, 1 ㎚ 이상 5000 ㎚ 이하인 것을 들 수 있다.

절연막의 두께가 1 ㎚ 이상이면, 절연 성능을 높이기 쉽다. 절연막의 두께가 5000 ㎚ 이하이면, 너무 과도하게 두껍지 않아 박리하기 어렵기 때문에, 피복막의 외표면에 절연막을 형성한 상태를 유지하기 쉽다.

(13) 상기 초지립의 일 형태로서,

상기 지립 본체부의 입경은, 1 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하인 것을 들 수 있다.

지립 본체부의 입경이 1 ㎛ 이상이면, 너무 과도하게 작지 않기 때문에, 피삭재를 연삭하기 쉬운 데다가, 취급하기 쉬워 후술하는 초지립 휠을 구축하기 쉽다. 지립 본체부의 입경이 600 ㎛ 이하이면, 너무 과도하게 크지 않기 때문에, 피삭재와의 접촉에 따른 지립 본체부에의 충격력에 의해 파쇄 등 손상되기 어렵다.

(14) 본 개시의 일 양태에 따른 초지립 휠은,

원판형의 기판과,

상기 기판의 적어도 외주면을 덮는 초지립층을 구비하고,

상기 초지립층은, 상기 (1) 내지 상기 (13) 중 어느 하나의 초지립을 갖는다.

상기 구성에 따르면, 지립 본체부가 손상되기 어려운 초지립을 구비하기 때문에, 연삭비가 높다.

《본 개시의 실시형태의 상세》

본 개시의 실시형태의 상세를, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다.

〔초지립〕

주로 도 1, 도 2(적절하게 도 3∼도 5)를 참조하여, 실시형태에 따른 초지립(1)을 설명한다. 초지립(1)은, 피삭재을 깎는 데 사용되는 부재이며, 지립 본체부(2)와, 그 표면을 덮는 피복막(3)을 구비한다. 이 초지립(1)의 특징의 하나는, 피복막(3)이 특정 조직을 갖는 점에 있다. 이하, 상세를 설명한다.

[지립 본체부]

지립 본체부(2)의 재질은, 입방정 질화 붕소(cBN), 또는 다이아몬드이다. 이 지립 본체부(2)의 조직은, 단결정 또는 다결정이다. 지립 본체부(2)의 입경은, 1 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하가 바람직하다. 지립 본체부(2)의 입경이 1 ㎛ 이상이면, 너무 과도하게 작지 않기 때문에, 피삭재를 연삭하기 쉬운 데다가, 취급하기 쉬워 후술하는 초지립 휠(10)(도 3∼도 5) 등의 연삭 공구(지석)를 구축하기 쉽다. 지립 본체부(2)의 입경이 600 ㎛ 이하이면, 너무 과도하게 크지 않기 때문에, 피삭재와의 접촉에 따른 지립 본체부(2)에의 충격력(응력)에 의해 파쇄 등 손상되기 어렵다. 지립 본체부(2)의 입경은, 10 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하가 더욱 바람직하며, 20 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하가 특히 바람직하다. 지립 본체부(2)의 입경은, 지립 본체부(2)의 조직이 단결정인 경우, 결정 입경이라고도 할 수 있다. 지립 본체부(2)의 입경은, 후술하는 초지립 휠(10)과 같이 초지립(1)의 수가 복수인 경우, 평균 입경이다. 지립 본체부(2)의 조직이 다결정인 경우, 평균 결정 입경은, 100 ㎚ 이상 6000 ㎚ 이하가 바람직하고, 200 ㎚ 이상 4000 ㎚ 이하가 더욱 바람직하며, 300 ㎚ 이상 2000 ㎚ 이하가 특히 바람직하다.

조성 분석은, 에너지 분산형 X선(EDS) 분석에 의해 행할 수 있다. 조직 분석은, X선 회절(피크 강도의 측정), 또는 주사형 투과 전자 현미경(STEM) 관찰에 의해 행할 수 있다. 지립 본체부(2)의 입경은, 「(초지립(1)의 평균 입경)-(피복막(3)의 막 두께+절연막(4)의 막 두께)×2」로 구한다. 초지립(1)의 평균 입경은, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(예컨대, 가부시키가이샤 시마즈세이사쿠쇼 제조, SALD 시리즈)로 측정한다. 피복막(3)과 절연막(4)의 두께는, 후술하는 측정 방법으로 측정한다. 지립 본체부(2)의 평균 결정 입경은, FIB(집속 이온 빔)에 의해 노출시킨 지립 본체부(2)의 단면의 STEM(JEM-ARM200F Dual-X 니혼덴시 가부시키가이샤 제조)에 의한 HAADF(High-angle Annular Dark Field: 고각 환형 암장)-STEM상으로부터 구한다. HAADF-STEM상에 있어서의 각 결정립의 콘트라스트의 차이로부터 화상 분석 소프트에 의해 각 결정립의 단면적을 도출하고, 그 단면적과 동일 면적을 갖는 원의 직경(원상당 직경)을 구한다. 이 10개 이상의 결정립에 있어서의 원상당 직경의 평균값을 지립 본체부(2)의 평균 결정 입경으로 한다.

[피복막]

피복막(3)은, 지립 본체부(2)의 표면의 적어도 일부를 덮어, 피삭재와의 접촉에 따른 지립 본체부(2)에의 충격력(응력)을 완화한다. 이 피복막(3)은, 본 예에서는 지립 본체부(2)의 표면의 대략 전역에 걸쳐 형성된다. 피복막(3)을 구비함으로써, 지립 본체부(2)에 파쇄의 기점이 되는 균열 등이 형성되기 어려운 데다가, 균열이 형성되어도 균열이 진전하기 어렵다. 따라서, 지립 본체부(2)가 손상되기 어렵기 때문에, 연삭비가 높은 초지립 휠(10)을 구축할 수 있다.

연삭비란, 「연삭에 의해 제거된 피삭재의 체적/초지립의 총마모 체적」이다. 연삭에 의해 제거된 피삭재의 체적은, 연삭 전의 피삭재와 연삭 후의 피삭재의 체적차로부터 구할 수 있다. 초지립의 총마모 체적은, 다음과 같이 하여 구할 수 있다. 연삭 가공의 전후에 카본판을 깎음으로써 초지립이 고착된 초지립 휠의 지면(砥面; abrasive surface)의 기복을 카본판에 전사한다. 카본판을 깎을 때에는, 카본판을 움직이지 않고 초지립 휠을 회전시켜 절입시킨다. 연삭 가공의 전후에 전사한 각 카본판의 기복의 단면 형상을 초지립 휠의 회전 방향에 수직인 방향으로부터 촉침식의 면조도계로 계측한다. 연삭 가공 전후의 2개의 단면 형상을 비교하여 감소한 면적을 구한다. 「(감소한 면적)×(초지립 휠의 직경)」을 초지립(1)의 총마모 체적으로 한다. 제거 체적량은, 절입 깊이와 피삭재 길이와 두께의 곱으로 구한다. 횡축을 재료 제거 체적량으로 하고, 종축을 마모량으로 하는 변화 플롯을 취하고, 이것으로부터 최소 제곱법에 따라 변화의 일차 함수를 구하여, 경사를 산출한다. 이것을 이용하여, 임의의 제거 체적량에 있어서의 초지립의 총마모 체적을 산출한다.

(재질)

피복막(3)의 재질은, 세라믹스로 이루어진다. 구체적인 세라믹스는, 이하의 (a) 및 (b) 중에서 선택되는 1종을 들 수 있다. 그렇게 하면, 지립 본체부(2)가 손상되기 어렵다. 이하의 재질의 피복막(3)은, 고경도이며 내마모성이 우수하기 때문이다.

(a) 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소, 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산화물, 또는 산질화물

(b) 다이아몬드형 카본, 또는 다이아몬드

주기표의 제4족 원소는, 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf)이다. 주기표의 제5족 원소는, 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta)이다. 주기표의 제6족 원소는, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)이다.

세라믹스의 조성은, 특히, (Ti₁ _- _xb1 _- _yb1Si_xb1M1_yb1)(C_1- _zb1N_zb1), 또는 (Al₁ _-xb2M2_xb2)(C_1-zb2N_zb2)인 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 지립 본체부(2)의 손상을 한층 더 억제하기 쉽다. 이들 조성을 만족하는 피복막(3)은, 특히 내마모성이 우수하기때문이다.

xb1 = 0 이상 0.45 이하,

yb1 = 0 이상 0.5 이하,

zb1 = 0.2 이상 0.5 이하,

xb2 = 0.025 이상 0.475 이하,

zb2 = 0.2 이상 0.5 이하.

상기 질화물은, 상기 원소를 2종 포함하는 것이 대표적이고, 그 외에, 상기 원소를 3종 포함하는 것을 들 수 있다. 상기 원소를 2종 포함하는 질화물은, 구체적으로는, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al 및 Si 중에서 선택되는 1종의 원소와, Ti를 포함하는 것을 들 수 있다. 보다 구체적인 상기 원소를 2종 포함하는 질화물은, TiVN, TiCrN, TiZrN, TiNbN, TiMoN, TiHfN, TiTaN, TiWN, TiAlN 및 TiSiN을 들 수 있다. 그 외의 상기 원소를 2종 포함하는 질화물은, AlCrN을 들 수 있다. 상기 원소를 3종 포함하는 질화물은, 구체적으로는, Zr, Nb, Ta 및 Si 중에서 선택되는 1종의 원소와, Ti와, Al을 포함하는 것을 들 수 있다. 보다 구체적인 상기 원소를 3종 포함하는 질화물은, TiAlZrN, TiAlNbN, TiAlTaN 및 TiAlSiN을 들 수 있다. 이들 질화물 중에서도, 특히 TiAlN, AlCrN 및 TiAlSiN이 바람직하다. 특히 내마모성이 우수하기 때문이다.

상기 탄화물 및 상기 탄질화물은, 상기 질화물과 마찬가지로, 상기 원소를 2종 포함하는 것이 대표적이다. 즉, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al 및 Si 중에서 선택되는 1종의 원소와, Ti를 포함하는 탄화물 및 탄질화물을 들 수 있다. 보다 구체적인 상기 탄화물은, TiVC, TiCrC, TiZrC, TiNbC, TiMoC, TiHfC, TiTaC, TiWC, TiAlC 및 TiSiC를 들 수 있다. 보다 구체적인 상기 탄질화물은, TiVCN, TiCrCN, TiZrCN, TiNbCN, TiMoCN, TiHfCN, TiTaCN, TiWCN, TiAlCN 및 TiSiCN을 들 수 있다.

상기 산화물은, 구체적으로는, Ti, Cr, Zr, Hf, Ta, W, Al 및 Si 중에서 선택되는 1종의 원소를 포함하는 것을 들 수 있다. 보다 구체적인 상기 산화물은, TiO₂, Cr₂O₃, ZrO₂, HfO₂, Ta₂O₅, WO₃, Al₂O₃ 및 SiO₂를 들 수 있다.

상기 산질화물은, 구체적으로는, SiAlON을 들 수 있다.

피복막(3)의 조성 분석은, 지립 본체부(2)의 조성 분석과 마찬가지로, EDS 분석에 의해 행할 수 있다.

(조직·평균 결정 입경)

피복막(3)의 조직은, 예컨대 다결정인 것을 들 수 있다. 피복막(3)의 평균 결정 입경이 500 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 피복막(3)의 평균 결정 입경이 작아 피복막(3)의 강도가 높다. 그에 의해, 피삭재와의 접촉에 따른 충격력(응력)에 의한 피복막(3) 자체의 손상을 억제하기 쉬운 데다가, 피삭재와의 접촉에 따른 지립 본체부(2)에의 충격력을 완화하기 쉽다. 그 때문에, 지립 본체부(2)가 손상되기 어렵다. 피복막(3)의 평균 결정 입경은, 작을수록 피복막(3) 자체의 강도를 높일 수 있어, 200 ㎚ 이하가 더욱 바람직하며, 50 ㎚ 이하가 특히 바람직하다. 피복막(3)의 평균 결정 입경은, 1 ㎚ 이상이 바람직하다.

피복막(3)의 평균 결정 입경은, STEM에 의한 HAADF-STEM상으로부터 구할 수 있다. 피복막의 HAADF-STEM상을 관찰하는 데 있어서, 피복막(3)의 두께가 100 ㎚ 이상인 경우, 피복막(3)을 기계 연마하고, Ar-이온 밀링법에 따라 피복막(3)의 두께를 100 ㎚ 이하로 한다. STEM의 배율을 650만배로 하고, 피복막(3)의 HAADF-STEM상에 있어서 원자 배열이 보이는 영역을 10개 이상 관찰한다. 이 원자 배열이 보이는 하나의 영역을 하나의 결정립으로 한다. HAADF-STEM상은, 결정 방위가 다른 결정립은 보이지 않기 때문에 원자 배열이 보인 영역을 결정립으로 간주한다. 이 10개 이상의 결정립의 평균 입경을 피복막(3)의 평균 결정 입경으로 한다. 이때, 원자 배열이 보이는 하나의 영역의 원상당 직경을 하나의 결정 입경으로 한다.

(구조)

피복막(3)의 구조는, 상기 세라믹스로 이루어지는 단층 구조로 하여도 좋고, 상기 세라믹스로 이루어지는 층을 복수 적층한 다층 구조(도 2)로 하여도 좋다. 다층 구조의 피복막(3)은, 단층 구조의 피복막에 비해서, 각 층의 잔류 응력이 상승하기 때문에, 피복막(3)을 고경도화할 수 있어 피복막 자체의 손상을 억제하기 쉽다. 그 때문에, 지립 본체부(2)의 손상을 억제하기 쉽다. 피복막(3)을 다층 구조로 하는 경우, 층수는, 2층이나 3층 등을 들 수 있다. 이 경우, 인접하는 층의 재질은, 서로 다른 세라믹스로 하는 것을 들 수 있다. 예컨대, 피복막(3)의 구조가 3층 구조의 경우(도 2), 지립 본체부(2)측으로부터 외측을 향하여 순서대로 제1 층(31)∼제3 층(33)이라고 할 때, 제2 층(32)의 재질을 제1 층(31) 및 제3 층(33)과 다른 재질로 하면, 제1 층(31)과 제3 층(33)의 재질은 서로 동일한 재질로 하여도 좋고, 서로 다른 재질(3층 전부 다른 재질)로 하여도 좋다. 피복막(3)의 구조는, STEM에 의한 단면 관찰에 의해 분석할 수 있다.

(두께)

피복막(3)의 두께는, 1 ㎚ 이상 5000 ㎚ 이하가 바람직하다. 피복막(3)의 두께가 1 ㎚ 이상이면, 피복막(3) 자체의 강도를 높이기 쉬워, 피복막(3)의 손상을 억제하기 쉽다. 피복막(3)의 두께가 5000 ㎚ 이하이면, 피복막(3)의 두께가 너무 과도하게 두껍지 않아 박리하기 어렵기 때문에, 지립 본체부(2)의 외주에 피복막(3)을 형성한 상태를 유지하기 쉽다. 피복막(3)의 두께는, 10 ㎚ 이상 2500 ㎚ 이하가 더욱 바람직하며, 100 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하가 특히 바람직하다. 피복막(3)의 두께는, 전술한 바와 같이 피복막(3)이 다층 구조인 경우, 각 층의 두께의 합계로 한다. 다층 구조로 하는 경우, 각 층의 두께는 동일한 두께로 하여도 좋고 다른 두께로 하여도 좋다.

피복막(3)의 두께는 「{(초지립(1)의 원상당 직경)-(지립 본체부(2)의 원상당 직경)}/2」로 구할 수 있다. 초지립(1) 및 지립 본체부(2)의 원상당 직경은, 초지립(1)의 단면에 있어서, 초지립(1)과 지립 본체부(2)의 각각의 윤곽을 특정하고, 각 윤곽으로 둘러싸이는 면적(S)과 동일한 면적을 갖는 원의 직경으로 한다. 즉, 원상당 직경=2×{상기 윤곽 내의 면적(S)/π}^1/2로 나타난다. 초지립(1)의 수가 복수인 경우, 초지립(1) 및 지립 본체부(2)의 원상당 직경은, 각각 30개 이상의 초지립(1)의 단면에 있어서의 원상당 직경의 평균으로 한다.

초지립(1)의 단면은, 다음과 같이 하여 노출시킨다. 초지립(1)을 에폭시 수지로 매설한 성형체를 제작한다. 성형체에 있어서의 초지립(1)의 함유량은, 수지에 대하여 50 체적％ 이상으로 한다. 성형체의 형상은, 직방체 또는 입방체로 한다. 이 성형체를 CP(크로스 섹션 폴리셔) 가공한다. 이 가공은, 2단계로 나누어 행한다. 1단계째의 가공으로서, 적어도 하나의 초지립(1)의 단면이 보일 때까지 성형체의 어느 하나의 면을 가공한다. 초지립(1)의 단면을 확인하였다면, 2단계째의 가공으로서, 초지립(1)의 평균 입경의 50％만큼, 더욱 가공면을 가공한다. 이 초지립(1)의 평균 입경은, 전술한 바와 같이 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치로 측정한 값으로 한다.

성형체의 단면을 관찰하여, 초지립(1) 및 지립 본체부(2)의 원상당 직경을 구한다. 단면 관찰은, 주사형 전자 현미경(SEM), 에너지 분산형 X선 분석(EDX), 전자선 후방 산란 해석법(EBSP) 등을 이용하여 행한다. 지립 본체부(2)와 피복막(3)과 수지 부분을 화상 분석의 2치화 처리에 의해 분리한다. 그 화상으로부터, 초지립(1) 및 지립 본체부(2)의 각각 단면적을 도출하여, 초지립(1) 및 지립 본체부(2)의 각각의 원상당 직경을 구한다.

(피복 방법)

피복막(3)의 지립 본체부(2)의 표면에의 형성은, 아크 이온 플레이팅(AIP)법, HIPIMS(High Power Impulse Magnetron Sputtering: 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링)법, 아크 플라즈마 분말법 등의 물리 증착법에 의해 행해지지만, 예컨대, 아크 플라즈마 분말법이 알맞다. 피복 조건은, 방전 전압을 10 V 이상 200 V 이하, 방전 주파수를 1 ㎐ 이상 20 ㎐ 이하, 콘덴서 용량을 360 μF 이상 1800 μF 이하, 스팟(Shot)수를 1000 이상 10000000 이하, 열 처리 온도 100℃ 이상 2000℃ 이하로 하는 것을 들 수 있다. 특히, 열 처리 온도를 낮게 하면, 평균 결정 입경이 작은 피복막을 형성하기 쉽다. 예컨대, 열 처리 온도를 1000℃ 이하로 하면, 피복막의 평균 결정 입경을 500 ㎚ 이하로 하기 쉽고, 200℃ 이하로 하면, 피복막의 평균 결정 입경을 50 ㎚ 이하로 하기 쉽다. 피복막의 막 두께는, 피복 시간을 짧게 함으로써 얇게 하기 쉽고, 피복 시간을 150 hr[지립 본체부(2)의 질량이 10 g인 경우] 이하로 하면, 피복막의 두께를 1 ㎚ 이상 5000 ㎚ 이하로 할 수 있다.

[절연막]

초지립(1)은, 또한, 피복막(3)의 외표면을 덮는 절연막(4)을 구비해도 좋다(도 1, 도 2). 그렇게 하면, 전착에 의해 초지립(1)을 초지립 휠(10)(도 3, 도 4)의 기판(11)의 외주면(111)(도 4)에 고착시키기 쉽다. 즉, 전착에 의한 도금막을 기판(11)의 외주면(111)에 초지립(1)을 고착시키는 결합재(13)(도 5)로서 이용하기 쉽다. 절연막(4)을 구비함으로써, 전착에 의한 도금막이 절연막(4)의 표면에 성장하기 어려워, 도금막에 의해 연삭비의 과도한 저하를 억제할 수 있기 때문이다.

(재질)

절연막(4)의 재질은, Al, Si, Zr, Ti 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 산화물, 또는 산질화물의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 재질은, 절연 성능이 우수하기 때문에, 전착에 의해 초지립(1)을 초지립 휠(10)의 기판(11)의 외주면(111)(도 4)에 고착시키기 쉽다. 구체적인 절연막(4)의 재질은, Al₂O₃, ZrO₂, SiAlON 등을 들 수 있다. 절연막(4)의 조성 분석은, 피복막(3)의 조성 분석과 마찬가지로, EDS 분석에 의해 행할 수 있다.

(두께)

절연막(4)의 두께는, 1 ㎚ 이상 5000 ㎚ 이하가 바람직하다. 절연막(4)의 두께가 1 ㎚ 이상이면, 절연 성능을 높이기 쉽다. 절연막(4)의 두께가 5000 ㎚ 이하이면, 너무 과도하게 두껍지 않아 박리하기 어렵기 때문에, 피복막(3)의 외표면에 절연막(4)을 형성한 상태를 유지하기 쉽다. 절연막(4)의 두께는, 100 ㎚ 이상 2000 ㎚ 이하가 더욱 바람직하며, 200 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하가 특히 바람직하다.

절연막(4)을 구비하는 경우, 초지립(1)의 피복막(3)의 두께는, 「{(피복막(3)의 외주의 원상당 직경)-(지립 본체부(2)의 원상당 직경)}/2」로 구할 수 있고, 초지립(1)의 절연막(4)의 두께는, 「{(초지립(1)의 원상당 직경)-(피복막(3)의 외주의 원상당 직경)}/2」로 구할 수 있다. 초지립(1)의 원상당 직경과 지립 본체부(2)의 원상당 직경을 구하는 방법은, 전술한 바와 같다. 피복막(3)의 외주의 원상당 직경이란, 피복막(3)과 절연막(4)의 경계 부분의 원상당 직경이며, 피복막(3)과 지립 본체부(2)의 합계 단면적과 동일 면적을 갖는 원의 직경으로 한다. 단면 화상 상에 투명 시트를 배치하여, 피복막(3)과 절연막(4)의 계면을 관찰자가 찾아내고, 이 계면의 내측[피복막(3)과 지립 본체부(2)]의 영역만을 검게 칠한다. 화상 해석 소프트를 이용하여, 검은 부분과 흰 부분으로 2치화 처리함으로써 분리한 화상으로부터 피복막(3)과 지립 본체부(2)의 합계 단면적을 도출한다. 이 합계 단면적과 동일 면적을 갖는 원의 직경을 구하고, 피복막(3)의 외주의 원상당 직경을 구한다. 또한, 피복막(3)과 절연막(4)의 계면은, 피복막(3)과 절연막(4)의 콘트라스트의 차이 등으로부터 화상 분석 소프트로 추출할 수도 있다.

(피복 방법)

절연막(4)의 형성 방법은, 피복막(3)의 형성 방법과 마찬가지로, 아크 플라즈마 분말법에 의해 행할 수 있다.

[용도]

실시형태에 따른 초지립(1)은, 초지립 휠 등의 연삭 공구(지석)의 지립에 적합하게 이용할 수 있다.

〔작용 효과〕

실시형태에 따른 초지립(1)은, 지립 본체부(2)의 표면이 강도가 높은 피복막(3)으로 덮여 있어, 피삭재와의 접촉에 따르는 충격력이 지립 본체부(2)에 전달되기 어렵기 때문에, 지립 본체부(2)가 손상되기 어렵다. 그 때문에, 연삭비가 높은 지석을 구축할 수 있다.

〔초지립 휠〕

주로 도 3∼도 5를 참조하여, 실시형태에 따른 초지립 휠(10)을 설명한다. 초지립 휠(10)은, 원판형의 기판(11)과, 기판(11)의 외주면(111)(도 4)을 덮는 초지립층(12)을 구비한다.

[기판]

기판(11)의 재질은, Al이나 Al 합금, 철이나 철 합금, 탄소 공구강, 고속도 공구강, 합금 공구강, 초경 합금, 서멧 등을 들 수 있다. 기판(11)의 사이즈(내·외직경, 두께)는, 예컨대, 초지립 휠(10)을 설치하는 머시닝 센터 등의 공작 기계의 사이즈, 즉 피삭재의 사이즈에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 기판(11)은, 공지의 초지립 휠의 기판을 이용할 수 있다.

[초지립층]

초지립층(12)은, 본 예에서는 기판(11)의 외주면(111)의 표리면과 외주 단면을 일련으로 덮도록 형성된다(도 3, 도 4). 초지립층(12)의 사이즈(두께 및 폭)는, 기판(11)의 사이즈(두께 및 폭)에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 두께는, 초지립 휠(10)의 축 방향을 따른 길이를 말하며, 폭은, 초지립 휠(10)의 직경 방향을 따른 길이를 말한다. 이 초지립층(12)은, 초지립(1)과 결합재(13)를 구비한다(도 5).

(초지립)

초지립(1)은, 전술한 바와 같다. 이 초지립(1)의 수는 복수로 하는 것을 들 수 있다. 초지립층(12)의 표면측의 초지립(1)은, 그 일부가 결합재(13)로부터 노출되고, 그 노출 부위가 피삭재를 연삭하는 절삭날부를 제공한다. 한편, 초지립층(12)의 기판(11) 측의 초지립(1)은, 그 전부가 결합재(13)에 매설된다. 매설된 초지립(1)은, 초지립 휠(10)로 피삭재를 연삭하는 도중에 초지립층(12)의 표면측의 초지립(1)이 마모되어 탈락하고 결합재(13)가 마모되는 과정에서, 그 일부가 결합재(13)로부터 노출되어 피삭재를 연삭한다. 복수의 초지립(1)은 전부, 동일 구성(재질이나 사이즈)의 지립 본체부(2)와 동일 구성(재질이나 두께)의 피복막(3)으로 구성되어도 좋고, 일부의 초지립(1)의 지립 본체부(2)나 피복막(3)은, 타부(他部)의 초지립(1)의 지립 본체부(2)나 피복막(3)과 다른 구성(재질이나 사이즈)이어도 좋다. 예컨대, 일부의 초지립(1)의 지립 본체부(2)가 cBN을 포함하고, 타부의 초지립(1)의 지립 본체부(2)가 다이아몬드를 포함하며, 일부와 타부의 초지립(1)의 피복막(3)이 동일 구성(재질, 두께, 결정 입경)을 포함해도 좋다.

초지립(1)의 평균 입경은, 초지립층(12)의 결합재(13)를 산 등에 의해 녹여 초지립(1)을 취출하고, 취출한 초지립(1)을 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치로 측정함으로써 구한다. 초지립층(12)이 큰 경우에는, 초지립층(12)을 정해진 체적(예컨대, 0.5 ㎤)만큼 절취하여, 그 부분으로부터 전술한 바와 같이 결합재(13)를 녹여 초지립(1)을 취출한다. 지립 본체부(2)의 평균 입경은, 결합재(13)와 함께 초지립(1)의 피복막(3)이나 절연막(4)을 녹여 지립 본체부(2)만을 취출하고, 취출한 지립 본체부(2)를 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치로 측정함으로써 구한다. 또는, 피복막(3)과 절연막(4)을 녹이지 않고 결합재(13)만을 녹여 초지립(1)을 취출하고, 전술한 바와 같이 「(초지립(1)의 평균 입경)-(피복막(3)의 막 두께+절연막(4)의 막 두께)×2」로 구하여도 좋다.

(결합재)

결합재(13)는, 초지립(1)을 외주면(111)(도 4)에 고착시킨다. 결합재(13)의 종류는, 예컨대, 레진 본드, 메탈 본드, 비트리파이드 본드, 전착 본드 및 이들을 복합한 본드 중에서 선택되는 1종의 본드, 또는 금속납을 들 수 있다. 이들 본드나 금속납은, 공지의 본드나 금속납을 이용할 수 있다. 예컨대, 레진 본드는, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지 등의 열 경화성 수지를 주성분으로 하는 것을 들 수 있다. 메탈 본드는, 구리, 주석, 철, 코발트, 또는 니켈을 포함하는 합금을 주성분으로 하는 것을 들 수 있다. 비트리파이드 본드(vitrified bond)는, 유리질을 주성분으로 하는 것을 들 수 있다. 전착 본드는, 니켈 도금을 들 수 있다. 금속납은, 은(Ag)납 등을 들 수 있다. 결합재(13)의 종류는, 초지립(1)의 피복막(3)의 재질이나 절연막(4)의 유무 등에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예컨대, 초지립(1)의 피복막(3)이 도전성을 갖지만 절연막(4)을 갖지 않는 경우, 결합재(13)는, 전착 본드를 제외하고, 레진 본드, 메탈 본드, 비트리파이드 본드 및 금속납을 이용할 수 있다. 초지립(1)의 피복막(3)이 절연성을 갖거나, 또는 피복막(3)의 재질에 상관없이 절연막(4)을 갖는 경우, 전착 본드를 포함하는 상기 모든 본드와 금속납을 이용할 수 있다.

초지립 휠(10)(도 3)은, 지립 본체부(2)의 표면의 적어도 일부에 피복막(3)이 피복된 복수의 초지립(1)(도 1)을 준비하고, 결합재(13)(도 5)에 의해 복수의 초지립(1)을 기판(11)의 외주면(111)에 고착시킴으로써 제조할 수 있다. 또한, 초지립 휠(10)은, 피복막(3)이 피복되지 않은 복수의 지립 본체부(2)를 준비하고, 결합재(13)에 의해 복수의 지립 본체부(2)를 기판(11)의 외주면(111)에 고착시킨 후, 지립 본체부(2)의 표면(절삭날부)을 덮도록 피복막(3)을 형성함으로써 제조하여도 좋다. 이 경우, 피복 방법은, 전술한 AIP법, HIPIMS법 및 아크 플라즈마 분말법 중 어느 것이나 이용할 수 있다.

[용도]

실시형태에 따른 초지립 휠(10)은, 자동차 부품, 광학 유리, 자성 재료, 반도체 재료 등의 연삭이나, 엔드 밀, 드릴, 리머 등의 홈 연삭, 날끝 교환 칩의 브레이커 연삭, 각종 공구의 중연삭에 적합하게 이용할 수 있다.

〔작용 효과〕

실시형태에 따른 초지립 휠(10)은, 지립 본체부(2)가 손상되기 어려운 초지립(1)을 구비하기 때문에, 연삭비가 높다.

《시험예 1》

초지립에 있어서의 피복막의 결정 입경의 차이에 의한 연삭 성능의 차이를 평가하였다.

〔시료 No.1-1∼No.1-9〕

시료 No.1-1∼No.1-9의 초지립은, 지립 본체부와 그 표면 전역을 덮는 피복막으로 구성하였다. 본 예에서는, 피복막의 외측에 절연막을 형성하지 않는다. 이 초지립은, 지립 본체부의 표면에 피복막을 피복함으로써 제작하였다. 지립 본체부에는, 평균 입경 70 ㎛의 단결정의 입방정 질화 붕소를 이용하였다. 피복막의 피복은, 아크 플라즈마 분말법에 의해 행하였다. 피복 장치 및 피복 조건은, 이하와 같다.

피복 장치: 나노 입자 형성 장치 APD-P 어드밴스리코 가부시키가이샤 제조

타겟: Ti를 50 원자％, Al을 50 원자％

도입 가스: N₂

성막 압력: 0.88 ㎩

방전 전압: 150 V

방전 주파수: 6 ㎐

콘덴서 용량: 1080 μF

스팟수: 80만

처리 분말량: 30 g

분말 용기의 회전수: 50 rpm

피복막의 조성(원자％), 평균 결정 입경(㎚) 및 평균 두께(㎚)를 표 1에 나타낸다. 피복막의 평균 결정 입경은, 각종 장치로 피복한 후, 일반적인 진공 열 처리로(1×10^-3 ㎩ 이하 니혼도쿠슈기카이 가부시키가이샤 제조 NRF-658-0.7D1.5V형)에서, 표 1에 나타내는 바와 같이 열 처리 온도를 여러 가지 변경함으로써 다르게 하였다. 조성 분석은, EDS 분석에 의해 행하였다.

피복막의 평균 결정 입경은, STEM(JEM-ARM200F Dual-X 니혼덴시 가부시키가이샤 제조)에 의한 HAADF-STEM상으로부터 구하였다. 피복막의 HAADF-STEM상을 관찰하는 데 있어서, 피복막을 기계 연마하고, Ar-이온 밀링법(Dual Mill 600형 GATAN 제조)에 의해 피복막의 두께를 100 ㎚ 이하로 하였다. 그리고, 가속 전압을 200 ㎸, 배율을 650만배로 하여, 피복막의 HAADF-STEM상에 있어서 원자 배열이 보이는 영역을 10개 관찰하였다. 이 원자 배열이 보이는 하나의 영역을 하나의 결정립으로 하여, 이 10개의 결정립의 평균 입경을 피복막의 평균 결정 입경으로 하였다. 원자 배열이 보이는 하나의 영역의 원상당 직경을 하나의 결정 입경으로 하였다.

피복막의 평균 두께는, 「{(초지립의 원상당 직경)-(지립 본체부의 원상당 직경)}/2」로 구하였다. 초지립 및 지립 본체부의 원상당 직경은, 각각 30개 이상의 초지립의 단면에 있어서의 원상당 직경의 평균으로 하였다. 초지립의 단면은, 다음과 같이 하여 노출시켰다. 초지립을 에폭시 수지로 매설한 성형체를 제작하였다. 그 성형체에 있어서의 초지립의 함유량은, 수지에 대하여 50 체적％ 이상으로 하였다. 성형체의 형상은, 직방체 또는 입방체로 하였다. 이 성형체를 CP(크로스 섹션 폴리셔) 가공하였다. 이 가공은, 2단계로 나누어 행하였다. 1단계째의 가공으로서, 적어도 하나의 초지립의 단면이 보일 때까지 성형체의 어느 하나의 면을 가공하였다. 초지립의 단면을 확인하였다면, 2단계째의 가공으로서, 초지립의 평균 입경의 50％만큼, 더욱 가공면을 가공하였다. 초지립의 평균 입경은, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치로 측정한 값으로 하였다. 성형체의 단면을 관찰하여, 각 초지립 및 각 지립 본체부의 원상당 직경을 구하였다. 지립 본체부와 피복막과 수지 부분을 화상 분석의 2치화 처리에 의해 분리한 화상으로부터, 각 초지립 및 각 지립 본체부의 단면적을 도출하여, 각 초지립 및 각 지립 본체부의 원상당 직경을 구하여 각각 평균화하였다.

이 초지립을 이용하여, 도 3∼5를 참조하여 설명한 초지립 휠(10)과 마찬가지로, 원판형의 기판과 기판의 적어도 외주면을 덮는 초지립층을 구비하는 초지립 휠을 제작하였다. 각 시료의 초지립 휠의 제작은, 결합재에 의해 복수의 초지립을 기판의 외주면에 고착시킴으로써 행하였다. 여기서는, 기판은, S45C를 포함하고, 직경(외직경): 50 ㎜, 부착 구멍 직경(내직경): 20 ㎜, 두께: 8 ㎜의 것을 준비하였다. 결합재에는, Ag 납재를 이용하였다.

[연삭 성능의 평가]

각 시료의 초지립 휠의 연삭 성능의 평가는, 연삭비를 구함으로써 행하였다. 연삭비는, 이하의 장치에 각 시료의 초지립 휠을 설치하고, 이하의 조건으로 피삭재를 180분간 연삭하여, 「연삭에 의해 제거된 피삭재의 체적/초지립의 총마모 체적」으로부터 요구하였다. 즉, 연삭비가 높을수록, 연삭 성능이 우수하다. 연삭비의 결과는 표 1에 나타낸다.

피삭재: SCM415 소입강(3.5 ㎜×60 ㎜×100 ㎜)

장치: 머시닝 센터 V-55 가부시키가이샤 마키노프라이스세이사쿠쇼 제조

지석 주속도: 2700 ㎜/min

절입: 1.2 ㎜

이송 속도: 50 ㎜/min

냉각제: 에멀션 타입[유시로켄(등록 상표)]

〔시료 No.101〕

시료 No.101은, 초지립을 지립 본체부만으로 구성한 점, 즉 피복막을 구비하지 않는 점을 제외하고, 시료 No.1-1 등과 동일하게 하여 연삭 성능을 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

〔시료 No.1-11∼No.1-19, No.102〕

시료 No.1-11∼No.1-19, No.102는 각각, 표 2에 나타내는 바와 같이, 초지립의 지립 본체부의 결정 구조를 다결정(평균 결정 입경 1000 ㎚)으로 한 점을 제외하고, 시료 No.1-1∼No.1-9, No.101과 동일하게 하여, 연삭 성능을 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

〔시료 No.1-21∼No.1-29, No.103〕

시료 No.1-21∼No.1-29, No.103은 각각, 표 3에 나타내는 바와 같이, 초지립의 지립 본체부를 단결정의 다이아몬드로 한 점과, 피삭재를 시판의 인코넬 718(Inconel: 등록 상표)로 한 점을 제외하고, 시료 No.1-1∼No.1-9, No.101과 동일하게 하여, 연삭 성능을 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

〔시료 No.1-31∼No.1-39, No.104〕

시료 No.1-31∼No.1-39, No.104는 각각, 표 4에 나타내는 바와 같이, 초지립의 지립 본체부를 다결정(평균 결정 입경 1000 ㎚)의 다이아몬드로 한 점과, 피삭재를 시판의 인코넬 718로 한 점을 제외하고, 시료 No.1-1∼No.1-9, No.101과 동일하게 하여, 연삭 성능을 평가하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 지립 본체부의 표면을 덮는 피복막을 구비하는 시료 No.1-1∼No.1-9의 연삭비는 모두, 1200 이상이고, 피복막을 구비하지 않는 시료 No.101의 연삭비와 비교하여 높은 것을 알았다. 또한, 피복막의 결정 입경이 400 ㎚ 이하인 시료 No.1-1∼No.1-8의 연삭비는 모두, 1400 이상이고, 피복막의 결정 입경이 200 ㎚ 이하인 시료 No.1-2∼No.1-8의 연삭비는, 1430 이상이고, 피복막의 결정 입경이 50 ㎚ 이하인 시료 No.1-4∼No.1-8의 연삭비는 1500 이상이고, 피복막의 결정 입경이 10 ㎚ 이하인 시료 No.1-6∼No.1-8의 연삭비는 1600 이상이고, 피복막의 결정 입경이 1 ㎚인 시료 No.1-8의 연삭비는 1700 이상이다. 즉, 연삭비는, 피복막의 결정 입경이 작을수록 높은 것을 알았다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 지립 본체부에 다결정의 입방정 질화 붕소를 이용한 경우라도, 피복막을 구비하는 시료 No.1-11∼No.1-19의 연삭비는 모두, 1300 이상이고, 피복막을 구비하지 않는 시료 No.102의 연삭비와 비교하여 높은 것을 알았다. 표 3에 나타내는 바와 같이, 지립 본체부에 단결정의 다이아몬드를 이용한 경우라도, 피복막을 구비하는 시료 No.1-21∼No.1-29의 연삭비는 모두, 950 이상이고, 피복막을 구비하지 않는 시료 No.103의 연삭비와 비교하여 높은 것을 알았다. 표 4에 나타내는 바와 같이, 지립 본체부에 다결정의 다이아몬드를 이용한 경우라도, 피복막을 구비하는 시료 No.1-31∼No.1-39의 연삭비는 모두, 990 이상이고, 피복막을 구비하지 않는 시료 No.104의 연삭비와 비교하여 높은 것을 알았다. 이들 표 2∼표 4에 나타내는 바와 같이, 피복막의 결정 입경이 400 ㎚ 이하인 각 시료의 연삭비가 높고, 또한 200 ㎚ 이하, 50 ㎚ 이하, 특히 10 ㎚ 이하, 1 ㎚의 각 시료의 연삭비가 높은 것을 알았다. 즉, 시료 No.1-11∼No.1-19, No.1-21∼No.1-29, No.1-31∼No.1-39의 연삭비는, 시료 No.1-1∼시료 No.1-9와 마찬가지로, 피복막의 결정 입경이 작을수록 높은 것을 알았다.

《시험예 2》

초지립에 있어서의 피복막의 조성의 차이에 의한 연삭 성능의 차이를 평가하였다.

〔시료 No.2계, No.3계, No.4계, No.5계, No.6계〕

시료 No.2계∼No.6계는, 표 5∼표 9에 나타내는 바와 같이, 각각 초지립의 피복막의 조성을 여러 가지 변경하고, 시료 No.1-1 등과 동일하게 하여 연삭 성능을 평가하였다. 피복막의 조성은, 피복 장치에 있어서의 타겟의 종류와 장치 내의 분위기를 여러 가지 변경함으로써 다르게 하였다. 스팟수는 20만으로 하였다. 시료 No.2계∼No.6계의 연삭비의 결과는, 각각 표 5∼표 9에 나타낸다.

표 5∼표 9에 나타내는 바와 같이, 피복막의 조성이 어느 조성이어도, 피복막의 평균 결정 입경이 작은 시료 No.2계∼No.6계의 연삭비는 모두, 1200 이상, 더욱 1300 이상이고, 시험예 1의 시료 No.101과 비교하여, 높은 것을 알았다. 그 중에서도, 시료 No.2계의 전부, No.3-1∼No.3-12, No.4계의 전부, No.5-3, No.5-8, No.6-1∼No.6-6, No.6-8의 연삭비는 모두, 1500 이상으로, 매우 높은 것을 알았다.

《시험예 3》

초지립에 있어서의 피복막의 두께의 차이에 의한 연삭 성능의 차이를 평가하였다.

〔시료 No.7-1∼No.7-7〕

시료 No.7-1∼No.7-7은, 표 10에 나타내는 바와 같이, 초지립의 피복막의 두께를 여러 가지 변경한 점을 제외하고, 시료 No.1-7과 동일하게 하여 연삭 성능을 평가하였다. 피복막의 두께는, 처리 시간을 조정함으로써, 여러 가지 변경하였다. 처리 시간이 길수록 피복막의 두께가 두껍다. 시료 No.7-1∼No.7-7의 연삭비의 결과는, 표 10에 나타낸다.

표 10에 나타내는 바와 같이, 피복막의 평균 결정 입경이 작고 평균 두께가 1 ㎚ 이상인 시료 No.7-2∼No.7-7의 연삭비는 모두, 1200 이상이고, 피복막의 평균 두께가 1 ㎚ 미만인 시료 No.7-1이나 피복막의 평균 결정 입경이 큰 시험예 1의 시료 No.101과 비교하여, 높은 것을 알았다. 그 중에서도, 피복막의 평균 두께가 1 ㎚ 이상 5000 ㎚ 이하인 시료 No.7-2∼No.7-6의 연삭비는, 피복막의 평균 두께가 5000 ㎚ 초과인 시료 No.7-7과 비교하여, 높은 것을 알았다.

《시험예 4》

초지립에 있어서의 피복막의 구조의 차이에 의한 연삭 성능의 차이를 평가하였다.

〔시료 No.8-1, No.8-2〕

시료 No.8-1, No.8-2는, 표 11에 나타내는 바와 같이, 초지립의 피복막의 구조가 세라믹스층을 복수 적층한 다층 구조인 점을 제외하고, 시험예 1과 동일하게 하여 연삭 성능을 평가하였다. 시료 No.8-1의 피복막은 2층 구조로 하고, 시료 No.8-2의 피복막은 3층 구조로 하였다. 시료 No.8-1은, 지립 본체부측의 제1 층과 그 외측의 제2 층의 재질을 다른 재질로 구성하였다. 시료 No.8-2는, 지립 본체부측으로부터 외측을 향하여 순서대로 제1 층부터 제3 층으로 할 때, 제1 층과 제3 층의 재질을 동일한 재질로 구성하고, 제1 층(제3 층)과 제2 층의 재질을 다른 재질로 구성하였다. 각 층의 평균 결정 입경과 평균 두께는 동일하다. 피복막의 구조는, 피복 처리를 2회 행함으로써 2층 구조를 형성하고, 피복 처리를 3회 행함으로써 3층 구조를 형성하였다.

표 11에 나타내는 바와 같이, 시료 No.8-1, No.8-2의 연삭비는 1700 이상이고, 피복막이 단층 구조인 경우와 비교하여, 층수가 많을수록 연삭비가 높은 경향이 있는 것을 알았다.

《시험예 5》

초지립 휠을 제조한 후, 피복막을 피복한 휠에 대해서, 피복막의 결정 입경의 차이에 의한 연삭 성능의 차이를 평가하였다.

〔시료 No.9-1〕

시료 No.9-1은 초지립 휠의 제조 방법이 차이한다. 이 초지립 휠은 피복막이 피복되지 않은 복수의 지립 본체부를 준비하고, 결합재에 의해 복수의 지립 본체부를 원판형의 기판의 외주면에 고착시킨 후, 지립 본체부의 절삭날부를 덮도록 피복막을 형성하여 제작하였다. 피복막의 피복은, 아크 플라즈마 분말법에 의해 행하였다. 피복 장치 및 피복 조건은, 이하와 같다. 이 초지립 휠을 이용하여 시험예 1과 동일하게 하여 연삭 성능을 평가하였다. 그 결과를 표 12에 나타낸다.

타겟: Ti를 50 원자％, Al을 50 원자％

도입 가스: N₂

성막 압력: 0.88 ㎩

방전 전압: 150 V

방전 주파수: 6 ㎐

콘덴서 용량: 1080 μF

스팟수: 1000

분말 용기의 회전수: 50 rpm

표 12에 나타내는 바와 같이, 시료 No.9-1의 연삭비는, 1600 이상으로, 매우 높은 것을 알았다. 이와 같이, 지립 본체부의 표면을 피복막으로 덮음으로써, 연삭비가 향상되는 것을 알았다.

피복막은 지립 본체부의 표면의 전체 둘레를 덮고 있지 않아도 부분적으로 덮고 있으면, 연삭비의 향상에 효과가 있다고 생각된다. 예컨대, 초지립 휠의 조사 연구 등에 의해, 지립 본체부의 절삭날부의 표면에 피복막이 국소적으로 형성되어 있지 않은 부위가 형성되어도, 절삭날부의 표면에 있어서의 50％ 이상의 영역이 피복막으로 피복되어 있으면, 연삭비 향상에 효과가 있다고 생각된다.

《시험예 6》

초지립에 있어서의 피복막의 외표면의 절연막의 유무에 의한 연삭 성능의 차이를 평가하였다.

〔시료 No.10-1∼No.10-8〕

시료 No.10-1∼No.10-8의 초지립은, 지립 본체부와 그 표면 전역을 덮는 피복막과 피복막의 표면 전역을 덮는 절연막으로 구성하였다. 절연막은, 시험예 1의 피복 장치를 이용하여 동일한 조건으로 형성하였다. 시료 No.10-1∼No.10-8의 지립 본체부와 피복막은, 시료 No.2-9와 동일하게 하였다. 시료 No.10-1∼No.10-3의 절연막은, 표 13에 나타내는 바와 같이, 조성을 여러 가지 변경하였다. 이 조성은, 피복 장치에 있어서의 타겟의 종류와 장치 내의 분위기를 여러 가지 변경함으로써 다르게 하였다. 시료 No.10-4∼No.10-8의 절연막은, 조성을 시료 No.10-1과 동일하게 하고, 평균 두께를 여러 가지 변경시켰다. 이 두께는, 처리 시간을 조정함으로써, 여러 가지 변경하였다. 처리 시간이 길수록 절연막의 두께가 두껍다.

이 초지립을 이용하여, 결합재의 종류를 제외하고, 시험예 1과 동일하게 하여 초지립 휠을 제작하였다. 본 예에서는, 결합재를 니켈 도금층으로 구성하였다. 먼저, 기판의 외주면을 제외하는 영역에 마스킹을 실시하여, 외주면을 마스킹으로부터 노출시킨다. 이 노출한 기판의 외주면에 전기 도금법에 의해 니켈 도금층을 석출시켜, 초지립을 가부착한다. 그리고, 니켈 도금층의 표면에 무전해 도금법에 의해 니켈 도금층을 두껍게 하여, 초지립을 기판의 외주면에 고착시켰다.

이 초지립 휠을 이용하여, 시험예 1과 동일하게 하여 연삭 성능을 평가하였다. 그 결과를 표 13에 나타낸다.

〔시료 No.105, No.106〕

시료 No.105의 초지립은, 시료 No.2-9와 동일하며, 절연막을 구비하지 않고, 지립 본체부와 피복막으로 구성하였다. 시료 No.106의 초지립은, 시료 No.101과 동일하며, 피복막과 절연막을 구비하지 않고, 지립 본체부만으로 구성하였다. 시료 No.105, No.106은, 시료 No.10-1 등과 마찬가지로, 전기 도금법 및 무전해 도금법에 의한 니켈 도금층으로 초지립을 기판의 외주면에 고착시켰다.

표 13에 나타내는 바와 같이, 절연막의 평균 두께가 1 ㎚ 초과 5000 ㎚ 이하인 시료 No.10-1∼No.10-3, No.10-6, No.10-7의 연삭비는 높은 것을 알았다.

이에 대하여, 시료 No.10-4, No.10-5, No.10-8, No.105는 연삭 성능이 저하하는 불량이 생겼다. 시료 No.10-4는, 절연막의 평균 두께가 1 ㎚ 미만이고, 절연성이 높여지지 않고 절연막의 표면에 도금막이 성장하였기 때문이다. 시료 No.10-5는, 절연막의 평균 두께가 1 ㎚이고, 국소적으로 절연 성능이 낮은 부위가 형성되어 국소적으로 절연막의 표면에 도금막이 성장하였기 때문이다. 시료 No.10-8은, 절연막의 평균 두께가 6000 ㎚이고, 절연막이 너무 과도하게 두껍기 때문에, 피복막의 외표면을 덮은 상태를 유지할 수 없기 때문이다. 그 결과, 시료 No.10-4와 마찬가지로, 도금막이 성장하였다. 시료 No.105는, 절연막이 없는 데다가 피복막이 도전성을 갖기 때문에, 피복막의 표면에 도금막이 성장하였기 때문이다.

시료 No.106은 피복막 및 절연막이 없어 지립 본체부의 표면에 도금막이 성장하지 않았지만, 피복막이 없기 때문에 연삭비가 낮았다.

본 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 초지립, 2: 지립 본체부, 3: 피복막, 31: 제1 층, 32: 제2 층, 33: 제3 층, 4: 절연막, 10: 초지립 휠, 11: 기판, 111: 외주면, 12: 초지립층, 13: 결합재.

Claims

초지립으로서,
입방정 질화붕소, 또는 다이아몬드로 이루어지는 지립 본체부와, 상기 지립 본체부의 표면의 적어도 일부를 덮는 세라믹스로 이루어지는 피복막을 구비하고,
상기 피복막은 이하의 (i) 내지 (vi) 중에서 선택되는 1종을 포함하는 것인, 초지립.
(i) 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소, Al, Si, Y, Mg 및 Ca 중에서 선택되는 2종 또는 3종의 원소를 포함하는 질화물;
(ii) 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소, Al, Si, Y, Mg 및 Ca 중에서 선택되는 2종의 원소를 포함하는 탄화물;
(iii) 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소, Al, Si, Y, Mg 및 Ca 중에서 선택되는 2종의 원소를 포함하는 탄질화물;
(iv) 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소, Al, Si, Y, Mg 및 Ca 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 산화물;
(v) 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소, Al, Si, Y, Mg 및 Ca 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 산질화물: 및
(vi) 다이아몬드형 카본, 또는 다이아몬드.
초지립으로서,
입방정 질화붕소, 또는 다이아몬드로 이루어지는 지립 본체부와,
상기 지립 본체부의 표면의 적어도 일부를 덮는 세라믹스로 이루어지는 피복막을 구비하고,
상기 피복막이 (Ti_1-xb1-yb1Si_xb1M1_yb1)(C_1-zb1N_zb1), 또는 (Al_1-xb2M2_xb2)(C_1-zb2N_zb2)를 포함하고,
상기 피복막의 평균 결정 입경이 500 ㎚ 이하인 것인, 초지립.
M1 = 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소 및 Al 중에서 선택되는 1종 이상의 원소(단 Ti를 제외함),
xb1 = 0 이상 0.45 이하,
yb1 = 0 이상 0.5 이하,
zb1 = 0.2 이상 0.5 이하,
M2 = 주기표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소 및 Si 중에서 선택되는 1종 이상의 원소,
xb2 = 0.025 이상 0.475 이하,
zb2 = 0.2 이상 0.5 이하.
제2항에 있어서,
상기 피복막은 TiVCN, TiCrCN, TiZrCN, TiNbCN, TiMoCN, TiHfCN, TiTaCN, TiWCN, TiAlCN, TiSiCN, TiCN, TiAlSiCN 및 AlSiCN 중 1종인 것인, 초지립.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지립 본체부의 결정 조직이 단결정인 것인, 초지립.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지립 본체부의 결정 조직이 다결정인 것인, 초지립.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복막의 평균 결정 입경이 50 ㎚ 이하인 것인, 초지립.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복막의 두께가 1 ㎚ 이상 5000 ㎚ 이하인 것인, 초지립.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복막이 세라믹스층을 복수 적층한 다층 구조를 갖는 것인, 초지립.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복막의 외표면을 덮는 절연막을 구비하는 것인, 초지립.
제9항에 있어서,
상기 절연막이 Al, Si, Zr, Ti 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 산화물 및 산질화물 중 어느 하나의 화합물을 포함하는 것인, 초지립.
제9항에 있어서,
상기 절연막의 두께가 1 ㎚ 이상 5000 ㎚ 이하인 것인, 초지립.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지립 본체부의 입경이 1 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하인 것인, 초지립.
초지립 휠로서,
원판형의 기판과,
상기 기판의 적어도 외주면을 덮는 초지립층
을 구비하고,
상기 초지립층이, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 초지립을 갖는 것인, 초지립 휠.
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