KR20140005911A - 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날 및 그 제조 방법 - Google Patents

초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날 및 그 제조 방법 Download PDF

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타케히사 미노와
하루카즈 마에가와
요시후미 나가사키
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

초경 합금으로 형성되고, 원형 링 형상 박판의 베이스 플레이트의 외주 가장자리부 위에, 절단날부를 갖는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날로서, 절단날부가 미리 자성체가 코팅되어 이루어지는 다이아몬드 지립 및/또는 cBN 지립과, 지립 사이 및 지립과 베이스 플레이트 사이를 연결하는 전기 도금 또는 무전해 도금에 의해 형성된 금속 또는 합금과, 지립 사이 및 지립과 베이스 플레이트 사이에 함침시킨 융점이 350℃ 이하인 열가소성 수지, 또는 지립 사이 및 지립과 베이스 플레이트 사이에 함침시킨 경화온도가 350℃ 이하의 액체상의 열경화성 수지 조성물을 경화시켜 이루어지는 열경화성 수지를 포함하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날, 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날 및 그 제조 방법{SUPER HARD ALLOY BASEPLATE OUTER CIRCUMFERENCE CUTTING BLADE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 희토류 소결 자석의 절단에 적합한 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
희토류 영구자석(소결 자석)의 절단 가공에는 내주 절단이나 와이어 소어 절단 등 각종 수법이 실시되고 있다. 이 중에서, 외주날에 의한 절단 가공은 가장 널리 채용되고 있는 절단 방법이다. 이 방법은, 절단기의 가격이 싸고, 초경날을 사용하면, 절단부위도 그다지 크지 않아, 피작업물의 치수정밀도가 좋고, 가공속도도 비교적 빠른 등의 특징이 있어, 양산성이 우수한 가공 방법으로서, 희토류 소결 자석의 절단에 널리 이용되고 있다.
희토류 영구자석의 절단에 사용되는 외주날로서는 일본 특개 평9-174441호 공보, 일본 특개 평10-175171호 공보, 일본 특개 평10-175172호 공보 등에, 초경 합금 베이스 플레이트의 외주부에 페놀 수지, Ni 도금 등으로 다이아몬드 지립(砥粒)이나 cBN 지립 등을 고정하는 기술이 개시되어 있다. 베이스 플레이트에 초경 합금을 사용함으로써, 종래의 합금 공구강이나 고속도강에 비해 베이스 플레이트의 기계강도가 향상된 결과, 가공절단 정밀도의 향상, 얇은 날의 사용에 따른 절단 부위의 삭감에 의한 피작업물의 수율 향상, 고속 가공에 의한 가공 비용의 삭감이 가능하게 되었다.
이와 같이 초경 합금 베이스 플레이트를 사용한 외주날은 종래의 외주날보다 우수한 절단 및 가공성능을 나타내지만, 시장으로부터의 비용 삭감의 요망은 계속되고 있으며, 더욱 고정밀도이고 고속의 가공을 실현시키는 고성능 절단 지석(砥石)의 개발이 강하게 요구되고 있다.
일본 특개 평9-174441호 공보 일본 특개 평10-175171호 공보 일본 특개 평10-175172호 공보 일본 특개 2005-193358호 공보 일본 특개 평7-207254호 공보 일본 특허 제2942989호 공보 일본 특개 2005-219169호 공보 국제공개 96/23630호 팜플렛 일본 특개 2009-172751호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
본 출원인은, 먼저, 링 형상의 초경 합금 베이스 플레이트의 외주부에 페놀 수지 등의 레진으로 다이아몬드 지립을 고정하는 기술이나, 초경 합금 베이스 플레이트의 외주부에 적당한 영률을 갖는 금속결합재로 다이아몬드 지립이나 cBN 지립 등의 지립을 고정하는 기술을 제안했다(일본 특개 2009-172751호 공보).
희토류 소결 자석의 절단에 사용하는 외주절단날은 절단날부와 베이스 플레이트의 2개의 부분으로 구성되어 있다. 이 외주절단날의 대부분을 차지하는 베이스 플레이트를 고강성의 초경 합금으로 변경함으로써, 기계강도가 향상되어, 그때까지의 합금공구강이나 고속도강을 베이스 플레이트로 한 외주절단날에 비해, 절단 가공의 정밀도가 향상되었다. 또한 이 초경 합금 베이스 플레이트와 아울러, 결합재를 적당한 영률을 갖는 금속으로 변경함으로써, 외주절단날 전체의 기계적 강도를 향상시켜, 그때까지의 페놀 수지나 폴리이미드 수지를 지립 결합재로 한 레진 본드의 외주절단날에 비해, 가공정밀도의 향상, 얇은 날에 의한 재료 수율의 향상, 절단속도의 고속화에 의한 가공 비용의 저감이라고 하는 3가지의 고성능화가 가능하게 되었다.
또한 초경 합금 외주절단날의 제조에 관해서는, 베이스 플레이트의 외주 가장자리부 근방에 자장을 형성하고, 그 자장이, 미리 자성체로 코팅한 지립 피막에 작용하여 피막을 자화시킴으로써 지립을 베이스 플레이트 외주부에 흡인시키고, 그 상태에서 도금함으로써 지립을 고정하는 외주절단날의 제조 방법에 의해, 초경 합금 외주절단날의 제조 비용 저감이 가능하게 되었다.
상기한 기술에 의해 제공되는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날은 높은 성능을 나타내는 외주절단날이지만, 희토류 소결 자석의 절단 가공에 있어서, 자석이 비스듬히 절단되는 것이나 자석의 절단면에 외주절단날의 절단 자국이 남는 것 등으로 치수정밀도가 악화되는 경우가 있다. 구체적으로는, 외경 80∼200mm, 두께 0.1∼1.0mm, 내측 구멍의 직경 30∼80mm의 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 사용하여, 단위시간당의 절삭 체적이 200mm3/min 이상의 고속·고부하 절단 가공을 행했을 때에, 치수 공차가 50㎛ 이상이 되는 경우가 있었다. 치수정밀도가 악화된 경우, 자석에는 절단면을 정밀 연마하는 래핑 가공 등의 공정을 늘릴 필요가 있어, 외주절단날에는 지석을 사용한 드레싱을 실시하는 것이나 절단조건을 변경하는 것이 필요하다.
이것은, 예를 들면, 요크와 자석의 클리어런스에 엄밀한 관리가 요구되는 리니어 모터나 하드 디스크 VCM(보이스 코일 모터) 등, 절단면의 평면도를 포함한 높은 치수정밀도와 생산 비용 저감의 양립이 요구되는 자석을 가공하는 경우에 있어서 장해가 된다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 높은 치수정밀도를 갖는 희토류 소결 자석을 가공할 수 있는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 제공하는 것, 또한 이 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 저비용으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
희토류 소결 자석이 비스듬히 절단되는 현상은 외주절단날의 날끝 형상이 좌우 대칭이 아니고, 칼날이 절삭하기 쉬운 방향으로 잘라나가 버리는 것이나, 가공기에 외주절단날을 부착했을 때에 칼날이 휘어 버림으로써 생긴다고 생각된다. 또한 자석에 절단 자국이 남는 현상은, 상기의 이유에 의해 자석을 비스듬히 절단하고 있었던 외주절단날이 절단 도중에 갑자기 진행방향을 바꿈으로써, 그때까지의 절단면으로 새롭게 생긴 절단면과의 연결선이 매끄럽게 연결되지 않아, 단차가 됨으로써 발생한다고 생각된다.
절단중에 외주절단날의 진행방향이 갑자기 변하는 것은, 예를 들면, 날끝의 일부에 어떠한 이유로 변형이나 탈락이 생기는 경우, 절단날부의 선단 형상이 갑자기 변하는 경우, 절단날부에서의 연삭속도보다 외주절단날의 이송 속도가 빠르기 때문에, 외주절단날의 날끝이 변형되고, 그 변형에 의해 외주절단날에 발생하는 내력이 외주절단날이 피작업물로부터 받는 힘(외력)보다도 커져, 날끝에 변형을 주고 있던 힘이 해방된 경우, 절단중에 발생하는 슬러지나 계외로부터의 이물이 절삭홈에 막힘으로써 외주절단날의 진행이 방해되는 경우 등에 있어서 발생한다고 생각된다. 따라서, 이러한 상황에서 발생하는 절단 자국을 없애기 위해서는, 절단날부의 선단 형상이 급격하게 변하지 않고, 또한 절단중에 날끝의 진행방향이 변하는 것과 같은 힘이 가해진 경우에도, 절단날부가 어느 정도 변형하여 절단면을 매끄럽게 연결하도록 하는 것이 유효하다.
지립을 베이스 플레이트에 전기 도금 또는 무전해 도금에 의해 고착하여 절단날부를 형성한 외주절단날에서는, 지립으로서 어느 정도의 입경의 것이 사용되기 때문에, 고착된 지립은 지립과 지립 사이, 및 지립과 베이스 플레이트 사이에서, 일부분에서밖에 접촉할 수 없어, 그것들 사이의 간극을 도금으로 완전히 메우지는 못한다. 그 때문에 절단날부에는, 도금후에도, 간극, 즉, 절단날부 표면으로 연통하는 공극이 존재한다.
절단중의 외주절단날에의 부하가 적은 경우, 이들 간극이 있어도 절삭중에 받는 힘에 의해 큰 변형을 일으키지 않고 고정밀도의 절단을 행할 수 있지만, 초경 합금 베이스 플레이트가 변형하는 것과 같은 고부하 절단이 행해지는 상황에서는, 날끝의 일부가 변형하거나, 탈락하거나 할 우려가 있다. 날끝의 변형이나 탈락을 막기 위해서는, 날끝의 강도를 높이는 방법이 유효하지만, 절단날부에는, 후술하는 바와 같이, 변형되어 절단면을 매끄럽게 연결할 수 있는 탄성도 필요하여, 변형되기 어렵도록 단지 고강도로 한 것만으로는 대응할 수 없는 것을 알았다.
그래서, 본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토하여, 고강도와 탄성이 양립하는 절단날부의 구성과, 절단날부의 기계적인 성질에 대하여 검토한 바, 상기한 지립와 지립 사이, 지립과 베이스 플레이스 사이에 존재하는 간극을 이용하여, 이 간극에 열가소성 수지를 용융시켜서 함침하여 고화시킨, 또는 액체상의 열경화성 수지 조성물을 함침하여 경화시킨 절단날부가 유효하며, 이러한 절단날부를 형성한 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날이, 절단 가공하는 자석의 치수정밀도의 향상에 유효하며, 또한 열가소성 수지의 용융과 함침과 고화, 또는 액체상의 열경화성 수지 조성물의 함침과 경화라고 하는 수법이 외주절단날의 고정밀도, 또는 저렴한 제조에 유효한 것을 발견하고, 본 발명을 이루게 되었다.
따라서, 본 발명은, 제 1로, 영률 450∼700GPa의 초경 합금으로 형성되고, 외경 80∼200mm, 내경 30∼80mm, 두께 0.1∼1.0mm인 원형 링 형상 박판의 베이스 플레이트의 외주 가장자리부 위에, 절단날부를 갖는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날로서,
상기 절단날부가, 미리 자성체가 코팅되어 이루어지는 다이아몬드 지립 및/또는 cBN 지립와, 상기 지립 사이 및 상기 지립과 베이스 플레이트 사이를 연결하는 전기 도금 또는 무전해 도금에 의해 형성된 금속 또는 합금과, 상기 지립 사이 및 상기 지립과 베이스 플레이트 사이에 함침시킨 융점이 350℃ 이하인 열가소성 수지, 또는 상기 지립 사이 및 상기 지립과 베이스 플레이트 사이에 함침시킨 경화온도가 350℃ 이하의 액체상의 열경화성 수지 조성물을 경화시켜 이루어지는 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 제공한다.
또한 그 바람직한 태양으로서 상기 함침에 제공하는 수지가 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 및 그것들의 변성 수지 로부터 선택되는 1종 이상인 것, 및, 상기 함침에 제공하는 수지의 포와송비가 0.3∼0.48인 상기 외주절단날을 제공한다.
또한 그 바람직한 태양으로서 상기 베이스 플레이트의 포화자화가 40kA/m(0.05T) 이상인 상기 외주절단날을 제공한다.
또한 그 바람직한 태양으로서 상기 지립의 평균 입경이 10∼300㎛인 것, 및, 상기 지립의 질량자화율(χg)이 0.2 이상인 상기 외주절단날을 제공한다.
또한 본 발명은, 제 2로, 영률 450∼700GPa의 초경 합금으로 형성되고, 외경 80∼200mm, 내경 30∼80mm, 두께 0.1∼1.0mm인 원형 링 형상 박판의 베이스 플레이트의 외주 가장자리부에 근접하여 영구자석을 배열 설치하고, 이 영구자석이 형성하는 자장에 의해, 미리 자성체를 코팅하여 이루어지는 다이아몬드 지립 및/또는 cBN 지립을 상기 베이스 플레이트의 외주 가장자리부 근방에 자기적으로 흡인 고정하고,
이 흡인 고정을 유지한 상태에서, 전기 도금 또는 무전해 도금에 의해, 상기 지립 사이 및 상기 지립과 베이스 플레이트 사이를 연결하여 상기 베이스 플레이트 외주단부에 지립을 고착시켜 절단날부를 형성하고,
상기 지립 사이 및 상기 지립과 베이스 플레이트 사이에 존재하는 공극에, 융점이 350℃ 이하인 열가소성 수지를 함침하거나, 또는 경화온도가 350℃ 이하의 액체상의 열경화성 수지 조성물을 함침하고, 경화시키는 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날의 제조 방법을 제공한다.
또한 그 바람직한 태양으로서, 상기 함침에 제공하는 수지가 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 및 그것들의 변성 수지로부터 선택되는 1종 이상인 것, 및, 상기 함침에 제공하는 수지의 포와송비가 0.3∼0.48인 상기 제조 방법을 제공한다.
또한 그 바람직한 태양으로서, 상기 베이스 플레이트의 포화자화가 40kA/m(0.05T) 이상인 상기 제조 방법을 제공한다.
또한 그 바람직한 태양으로서, 상기 지립의 평균 입경이 10∼300㎛인 상기 제조 방법, 및, 상기 지립의 질량자화율(χg)이 0.2 이상인 상기 제조 방법을 제공한다.
또한 그 바람직한 태양으로서 상기 영구자석에 의해 베이스 플레이트의 외주단으로부터 10mm 이내의 공간에 8kA/m 이상의 자장을 형성하는 상기 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 채용함으로써 절단조작만으로 피작업물의 치수를 고정밀도로 마무리할 수 있어, 절단 후의 후처리 공정을 생략할 수 있으므로, 높은 치수정밀도를 갖는 희토류 자석을 저렴하게 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한 본 발명의 제조 방법은 이 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 우수한 코스트 퍼포먼스를 가지고 제조할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 외주절단날을 도시하는 도면으로, (a)는 평면도, (b)는 (a)에 있어서의 선 B-B에서의 단면도, (c)는 (b)에 있어서의 C 부분의 확대 단면도이다.
도 2는 본 발명에 사용하는 지그 중 하나의 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 베이스 플레이트를 협지한 지그 본체의 선단부의 확대 단면도이다.
도 4(a)∼(d)는 각각 베이스 플레이트에 형성된 절단날부의 상태를 도시하는 일부 생략 단면도이다.
도 5는 실시예 1의 외주절단날의 절단날부의 날끝 측면의 현미경 사진이다.
도 6은 실시예 1∼4 및 비교예 1에서 제작한 외주절단날을 사용하여 절단 가공한 희토류 소결 자석의 절단 매수와 절단정밀도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 1∼4 및 비교예 1에서 제작한 외주절단날의 절단날부의 변형량과 응력과의 관계를 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명의 외주절단날은, 예를 들면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 원형 박판의 베이스 플레이트(10)의 외주 가장자리부 위에, 다이아몬드 지립 및/또는 cBN 지립이 전기 도금 또는 무전해 도금에 의해 형성된 금속 또는 합금(금속결합재)으로 결합된 절단날부(20)가 형성되어 있는 것이다.
상기 베이스 플레이트(10)는 원형 박판(중앙부에는 내측구멍(12)이 형성된 도넛 형상의 박판)이며, 두께가 0.1∼1.0mm, 바람직하게는 0.2∼0.8mm이고, 외경이 80∼200mm, 바람직하게는 100∼180mm, 내측구멍의 직경(내경)이 30∼80mm, 바람직하게는 40∼70mm의 치수를 갖는다.
여기에서, 상기 베이스 플레이트(10)의 원형 박판은, 도 1과 같이, 중앙의 내측구멍과 외측의 원주부를 구비하고 있다. 본 발명에서, 외주절단날의 치수를 설명할 때에 사용되는 「직경방향」 및 「축방향」은 이 원형 박판의 중심과 상대하여 사용되며, 두께는 축방향 치수이고, 길이(높이)는 직경방향 치수이다. 마찬가지로, 「「내측」 또는 「내방」이나 「외측」 또는 「외방」도 원형 박판의 중심 또는 외주절단날의 회전축과 상대하여 사용된다.
두께 0.1∼1.0mm이고 외경 200mm 이하의 범위로 한 것은, 정밀도가 좋은 베이스 플레이트의 제작이 가능한 것과, 희토류 소결 자석 등의 피작업물(워크)을 치수정밀도 좋게 장기에 걸쳐 안정하게 절단할 수 있기 때문이다. 두께 0.1mm 미만이면, 외경에 상관없이 큰 휨이 발생하기 쉽기 때문에, 정밀도 좋은 베이스 플레이트의 제작이 어렵고, 또한 1.0mm를 초과하면 절단 가공 부위가 커진다. 외경을 φ200mm 이하로 한 것은 현행의 초경 합금의 제조기술 및 가공기술에서의 제작 가능한 치수에 의한 것이다. 내측 구멍의 직경에 대해서는, 가공기의 절단날 부착 축의 굵기에 맞추어, φ30∼φ80mm로 한다.
베이스 플레이트의 재질은 초경 합금이며, 예를 들면, WC, TiC, MoC, NbC, TaC, Cr3C2 등의 주기표 IVB, VB, VIB족에 속하는 금속의 탄화물 분말을 Fe, Co, Ni, Mo, Cu, Pb, Sn, 또는 그것들의 합금을 사용하여 소결 결합한 합금이 바람직하고, 도한 이것들 중에서도 특히 WC-Co계, WC-Ti계, C-Co계, WC-TiC-TaC-Co계의 대표적인 것을 사용하고, 영률이 450∼700GPa의 것을 사용한다. 또한 이들 초경 합금에서는, 도금을 할 수 있을 정도의 전기전도성을 갖거나, 또는 팔라듐 촉매 등에 의해 전기전도성을 부여할 수 있는 것이 바람직하다. 팔라듐 촉매 등에 의한 전기전도성의 부여에 대해서는, 예를 들면, ABS 수지에 도금하는 경우 등에 사용되는 도전화 처리제 등, 공지의 것을 이용할 수 있다.
또한, 베이스 플레이트의 자기적 특성은 지립을 자기 흡인에 의해 베이스 플레이트에 고정하기 위하여 포화자화가 큰 쪽이 바람직하지만, 가령, 포화자화가 작아도, 후술하는 바와 같이 자석 위치나 자계의 세기를 제어함으로써 미리 자성체로 코팅된 지립을 베이스 플레이트에 자기 흡인시키는 것이 가능하기 때문에, 40kA/m(0.05T) 이상이면 된다.
베이스 플레이트의 포화자화는 소정 두께의 베이스 플레이트로부터 가로세로 5mm의 측정 시료를 잘라내고, Vibrating Sample Magnetometer(VSM)를 사용하여 24∼25℃의 사이에서 자화곡선(4πI-H)을 측정하고, 제 1 사분면에 있어서의 자화의 값의 상한을 베이스 플레이트의 포화자화로 할 수 있다.
베이스 플레이트 외주부는 금속결합재로 지립이 고착되어 형성된 절단날부와의 결합강도를 높이기 위하여, C 모따기나 R 모따기를 시행하는 것도 효과적이다. 이들 모따기를 행함으로써, 날 두께 조정시에 베이스 플레이트와 지립층과의 경계선을 잘못해서 지나치게 연삭한 경우에도, 금속결합재가 경계선에 남음으로써 절단날부의 탈락을 막을 수 있다. 모따기의 각도나 양은 가공할 수 있는 범위가 베이스 플레이트의 두께에 의존하기 때문에, 사용하는 베이스 플레이트의 두께와 고착하는 지립의 평균 입경에 따라 결정한다.
절단날부를 형성하는 지립으로서는 다이아몬드 지립 및/또는 cBN 지립을 사용하지만, 이들 지립은 미리 자성체에 의해 코팅해 놓을 필요가 있다. 자성체에 의해 코팅되는 지립의 크기나 경도는 목적에 따라 정한다.
예를 들면, 다이아몬드(천연 다이아몬드, 공업용 합성 다이아몬드) 지립, cBN(입방정 질화 붕소) 지립을 각각 단독으로 사용해도 되고, 다이아몬드 지립과 cBN 지립의 혼합 지립을 사용하는 것도 가능하다. 또한 피작업물에 따라, 각각의 지립을 단결정 또는 다결정 중에서, 각각 단독 또는 혼합하여 사용하는 등 하여, 깨지기 쉬운 것을 조절하는 것도 가능하다. 또한 이들 지립의 표면에 Fe, Co, Cr 등의 금속을 1㎛ 정도 스퍼터링 해 두는 것도 후술의 코팅하는 자성체와의 결합강도를 향상시키는 방법으로서 유효하다.
지립의 크기는, 베이스 플레이트의 두께에 따라서도 다르지만, 평균 입경으로 10∼300㎛인 것이 바람직하다. 평균 입경이 10㎛ 미만이면, 지립과 지립의 간극이 적어지기 때문에, 절단 중의 막힘이 발생하기 쉬워져 절단능력이 저하되고, 평균 입경 300㎛를 초과하면, 자석의 절단면이 거칠어지는 등의 문제가 발생해 버릴 우려가 있다. 이러한 범위에서, 절단 가공성이나 수명 등을 고려하여, 특정 크기의 지립을 단독 또는 몇 개의 조합으로 사용하면 된다.
지립을 코팅하는 자성체는, 예를 들면, 포화자화가 낮은 초경 합금 등의 베이스 플레이트이어도 단시간에 자기 흡인할 수 있고, 도금법으로 고착할 때에 탈락하지 않도록, 지립의 질량자화율(χg)이 0.2 이상, 바람직하게는 0.39 이상이 되도록, Ni, Fe 및 Co로부터 선택되는 1종의 금속, 이들 금속으로부터 선택되는 2종 이상으로 이루어지는 합금, 또는 이들 금속 혹은 합금의 1종과 P 및 Mn으로부터 선택되는 1종 혹은 2종과의 합금을, 스퍼터링, 전기 도금, 무전해 도금 등의 공지의 방법에 의해, 피막의 두께가 지립 직경의 0.5∼100%, 바람직하게는 2∼80%가 되도록 코팅한다.
지립의 자화율은 코팅하는 자성체의 자화율과 코팅할 때의 두께에 의존하기 때문에, 지립의 크기에 따라 필요한 흡인력이 얻어지도록 자성체의 종류에 대하여 고려할 필요가 있는데, 예를 들면, 무전해 니켈인 도금과 같이 인 함유율이 높아 자화율이 작은 것이어도, 열처리를 시행함으로써, 어느 정도 자화율을 크게 하는 것도 가능하고, 자화율이 작은 코팅의 위에 자화율이 큰 코팅을 시행하도록 상이한 자화율의 코팅으로 복층화하는 것도 가능하므로, 상황에 맞추어 적당한 범위에서 조절한다.
이와 같이 지립의 질량자화율(χg)을 0.2 이상, 바람직하게는 0.39 이상으로 하면, 후술하는 베이스 플레이트 외주 가장자리부에 근접하여 형성되는 자장에 의해, 신속하게 지립이 자화되기 때문에, 베이스 플레이트와 영구자석 유지 도구(지그 본체)로 형성되는 후술하는 도 3의 간극(64)의 모든 부위에서, 거의 균등하게 지립이 자기 흡인된다. 지립의 질량자화율(χg)이 0.2 미만이면, 상기 간극에 지립이 잘 흡인되지 않아, 도금중에 지립이 탈락하는 등 하여 지립층(절단날부)을 형성할 수 없거나, 또는 지립층에 구멍부 등을 생기게 하기 때문에, 결과적으로 지립층의 기계강도를 약화시켜 버릴 우려가 있다.
또한, 지립의 질량자화율은 이하의 방법으로 측정할 수 있다. 우선, 외경 φ8mm, 높이 5mm 정도이고, 내경 φ6mm의 수지제 용기 내에, 지립이 1∼2층 정도가 되도록, 가능한 한 얇고 균일하게 편 뒤 용기로부터 꺼내서 지립의 중량을 측정하고, 다시 용기에 되돌리고나서, 그 위에 융점 50℃ 정도의 파라핀을 씌우고, 전체를 60℃의 오븐에 넣어 가열한다. 다음에 파라핀이 녹은 상태에서 용기에 뚜껑을 덮고, 냉각한다. 다음에 이 시료를 온도 24∼25℃에서, VSM(진동 시료형 자력계: Vibrating Sample Magnetometer)을 사용하여, 초기자화곡선(4πI-H)을 측정한다. 이 초기자화 곡선에서의 미분자화율을 곡선의 변곡점에서의 기울기로부터 구하고, 시료 중량으로 나누어 지립의 질량자화율(χg)로 한다. 또한, 자장은 Ni 표준시료로 교정하고, 지립의 밀도는 탭 부피 밀도를 사용하여 측정한다.
코팅하는 자성체의 두께는 절단날부를 형성했을 때에 만드는 간극의 크기에도 영향을 주므로, 특히 적절한 범위로 하는 것이 필요하다. 최소 두께는 도금으로 코팅하는 경우에도 지립 전체를 거의 간극 없이 코팅할 수 있는 두께인 2.5㎛ 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기한 지립의 바람직한 평균 입경 범위의 최대값 300㎛의 경우에서는 0.5% 이상, 특히 0.8% 이상이면 된다. 코팅의 두께를 이렇게 함으로써, 외주절단날로서 절단 가공할 때에도, 지립의 탈락을 저감할 수 있는 유지력을 얻을 수 있고, 또한 코팅하는 자성체의 종류를 적절하게 선택함으로써, 도금 공정 중에 탈락하지 않고, 지립이 자장에 의해 베이스 플레이트 외주 가장자리부 위 또는 근방에 흡인된다.
최대 두께는, 예를 들면, 상기한 지립의 바람직한 평균 입경 범위의 최소값 10㎛인 경우에는, 절단 가공에서 유효하게 기능하지 않는 부분이나, 지립의 자생 작용을 방해하는 부분이 늘어나, 가공 능력이 저하되므로, 지립의 평균 입경에 대하여 100%까지로 하는 것이 바람직하다.
지립을 결합하는 금속결합재는 후술하는 도금 금속(합금)이다. 절단날부의 형성에는, 베이스 플레이트의 외주 가장자리부에 근접하여 영구자석을 배열 설치하는 것이 필요하며, 예를 들면, 베이스 플레이트의 외주단보다 내측의 베이스 플레이트면 위, 또는 외주단보다 내측이고 베이스 플레이트 측면으로부터의 거리가 20mm 이내가 되는 공간 내에, 잔류 자속밀도가 0.3T 이상인 영구자석을 2개 이상 배치함으로써 베이스 플레이트의 적어도 외주단으로부터 10mm 이내의 공간에 8kA/m 이상의 자장을 형성하고, 또한 미리 자성체를 코팅하여 이루어지는 다이아몬드 지립 및/또는 cBN 지립에, 이 자장을 작용시켜 자기흡인력을 생기게 하고, 그 흡인력에 의해 이들 지립을 베이스 플레이트 외주 가장자리부 위 또는 근방에 자기적으로 흡인 고정하고, 그 상태 그대로 베이스 플레이트 외주 가장자리부 위에 전기 도금 또는 무전해 도금을 하여, 베이스 플레이트 외주 가장자리부 위에 고착하는 방법을 채용할 수 있다.
이 때에 사용하는 지그로서는 베이스 플레이트의 외경보다 큰 외경을 갖는 절연체로 이루어지는 커버와, 이 커버에, 베이스 플레이트의 외주단보다 내측이 되도록 배치, 고정된 영구자석을 갖는 1쌍의 지그 본체를 사용할 수 있다. 도금은 이들 지그 본체 사이에 베이스 플레이트를 유지하여 행할 수 있다.
도 2, 3은 이 도금 시에 사용하는 지그의 1 예를 도시하는 것으로, 50, 50은 한 쌍의 지그 본체이며, 이들 지그 본체(50, 50)는 각각 절연체제의 커버(52, 52)와, 이들 커버(52, 52)에 장착된 영구자석(54, 54)을 갖고, 지그 본체(50, 50) 사이에 베이스 플레이트(1)가 유지된다. 또한, 영구자석(54, 54)은 커버(52, 52) 내에 매설하는 것이 바람직하지만, 베이스 플레이트(1)와 맞닿도록 설치해도 된다.
지그에 내장하는 영구자석에는, 도금법으로 금속결합재를 석출시켜 지립을 고착시키는 동안, 베이스 플레이트에 지립을 계속해서 흡인하는 것만큼의 자력이 필요하다. 필요로 하는 자력은 베이스 플레이트 외주 가장자리부와 자석과의 거리나, 미리 지립을 코팅하고 있는 자성체의 자화나 자화율에 따라서도 다르지만, 잔류 자속밀도 0.3T 이상, 보자력 0.2MA/m 이상, 바람직하게는 잔류 자속밀도 0.6T 이상, 보자력 0.8MA/m 이상, 보다 바람직하게는 잔류 자속밀도 1.0T 이상, 보자력 1.0MA/m 이상인 영구자석을 사용함으로써 얻어진다.
영구자석의 잔류 자속밀도는 값이 클수록 형성하는 자장의 구배를 크게 할 수 있기 때문에, 국소적으로 지립을 흡인하고 싶은 경우에는 적절하다. 따라서, 도금중에 발생하는 도금액의 교반이나 베이스 플레이트와 지그의 요동에 의한 진동으로 지립이 베이스 플레이트로부터 떨어져 버리는 것을 막기 위하여, 0.3T 이상의 잔류 자속밀도의 영구자석을 사용하는 것이 바람직하다.
보자력은 값이 클수록 고온의 도금액에 노출되어도 장기간 지립을 베이스 플레이트에 강하게 자기 흡인할 수 있어, 사용하는 자석의 위치, 형상, 크기에 대한 자유도가 커져 지그 제작이 용이하게 되므로, 필요한 잔류 자속밀도를 충족시킨 것에서 선택하면 된다.
영구자석의 코팅은 도금액에 자석이 접촉하는 경우도 고려하여, 도금액에 대한 코팅재의 용출이나 도금액 중의 금속종과의 치환이 가능한 한 적어지는 것과 같은 조건으로 선정하여, 영구자석의 내식성을 높이도록 한다. 예를 들면, Ni 도금액을 사용하여 금속결합재를 석출하는 것이라면 Cu, Sn, Ni의 금속이나, 에폭시 수지나 아크릴 수지의 코팅이 적합하다.
지그에 내장하는 영구자석의 형상과 치수 및 수는 베이스 플레이트가 되는 초경 합금의 크기, 원하는 자장의 위치와 방향과 세기에 따른다. 예를 들면, 베이스 플레이트 외주 가장자리부에 균일하게 지립을 고착시키고 싶은 경우에는, 베이스 플레이트의 외경에 맞는 링 형상이나 원호 형상의 자석, 또는, 1변의 길이가 수 mm 정도의 직방체 형상 자석을 베이스 플레이트 외주를 따라 간극 없이 연속으로 배치한다. 또한, 자석에 걸리는 비용을 적게 할 목적으로, 이들 자석 사이에 균등하게 공간을 설치하여 개수를 줄여서 배치해도 된다.
또한 사용하는 자석의 잔류 자속밀도에 따라서도 다르지만, 자석 간격을 크게 함으로써 미리 자성체에 의해 코팅되어 있는 지립이 흡인되는 부분과 흡인되지 않는 부분을 설치하여, 고착되는 지립이 있는 부분과 없는 부분을 만들고, 직사각형 형상의 절단날부를 형성시킬 수도 있다.
또한, 베이스 플레이트 외주 가장자리부에 생기게 하는 자장은, 베이스 플레이트를 사이에 끼는 2개의 지그 본체에 고정되는 영구자석의 위치와 자화방향의 방향의 조합에 의해 다양하게 만들어 낼 수 있기 때문에, 베이스 플레이트의 적어도 외주단으로부터 10mm 이내의 공간에 8kA/m 이상, 바람직하게는 40kA/m 이상의 자장이 형성되도록 자장 해석과 실증을 반복하여 결정한다. 자장의 세기가 8kA/m 미만이면, 미리 자성체에 의해 코팅되어 있는 지립의 흡인력이 부족하기 때문에, 그 상태에서 도금하면, 도금중에 지립이 움직여 버려, 간극이 많은 절단날부가 형성되거나, 지립이 나무 가지 형상으로 고정되거나 하여 절단날부의 치수가 원하는 것보다도 커질 우려가 있다. 그 결과, 정형 가공중에 절단날부가 탈락하거나, 정형 가공에 걸리는 시간이 길어지거나 하기 때문에, 제조 비용이 증대하는 경우가 있다.
영구자석의 위치는 가능한 한 지립을 흡인시키고 싶은 부분에 가까운 편이 바람직하지만, 대략적으로는, 베이스 플레이트의 외주단보다 내측의 베이스 플레이트면 위 또는 외주단보다 내측이고 베이스 플레이트면으로부터의 거리가 20mm 이내인 공간 내, 더욱 바람직하게는 거리 10mm 이내인 공간 내가 보다 바람직하다. 이 범위의 특정 위치에 0.3T 이상의 잔류 자속밀도를 갖는 영구자석을 그 전체 또는 일부분이 포함되도록 2개 이상(지그 본체 1개당 1개 이상) 배치함으로써 베이스 플레이트의 적어도 외주단으로부터 10mm 이내의 공간 내에 8kA/m 이상의 자장을 형성할 수 있기 때문에, 합금공구강이나 고속도강과 같이 포화자화가 커 자력을 유도하기 쉬운 재질은 물론, 초경 합금과 같이 포화자화가 낮아 자력의 유도가 작은 재질이어도, 베이스 플레이트 외주 가장자리부에 자력이 적절한 자장을 형성시킬 수 있다. 이 자장 내에 미리 자성체로 코팅된 지립을 받아들임으로써 코팅 피막이 자화되기 때문에, 결과적으로 원하는 베이스 플레이트 외주 가장자리부 위 또는 근방에 지립을 흡인 유지하는 것이 가능하게 된다.
베이스 플레이트 외주단으로부터의 자석의 위치가, 예를 들면, 외주단으로부터 0.5mm 외측(외주절단날로 했을 때의 회전축으로부터 이간하는 쪽)인 경우와 같이, 베이스 플레이트 외주단에 극히 가까운 위치이어도, 상기의 범위에 포함되지 않는 경우에는, 베이스 플레이트 외주단 근방의 자장 강도는 강해지지만, 자장 구배가 반전하는 영역이 발생하기 쉬워지기 때문에, 지립이 베이스 플레이트로부터 들뜨는 것과 같은 거동을 보여 지립이 탈락하기 쉬워진다. 또한 베이스 플레이트 외주단보다도 내측에 있어도 외주단으로부터의 거리가 20mm를 초과해 버리는 것과 같은 경우에는, 베이스 플레이트의 외주단으로부터 10mm 이내의 공간에 생기는 자장의 강도가 8kA/m 미만이 되기 쉽기 때문에, 지립을 자기적으로 흡인하는 힘이 부족해 버릴 우려가 있다. 또한 이러한 경우, 자장의 강도를 높이기 위하여, 자석을 크게 하는 방법도 있지만, 이 방법으로는 지립을 흡인시키고 싶은 부위 근방의 자장 강도를 전체적으로 올려 버리기 때문에, 지립을 흡인시키고 싶지 않은 위치에 지립이 부착되기 쉬워져서 바람직하지 않다. 또한 이 자석을 크게 하는 방법은 자석을 유지하는 지그도 커져 버리기 때문에, 그다지 현실적이지 않다.
지그의 형상은 사용하는 베이스 플레이트의 형상에 맞춘다. 또한 그 치수는 지그로 베이스 플레이트를 사이에 끼웠을 때에 베이스 플레이트에 대하여 영구자석을 원하는 위치에 고정할 수 있는 것과 같은 것으로 한다. 예를 들면, 베이스 플레이트의 크기가 외경 φ125mm, 두께 0.26mm이고, 영구자석의 크기가 L2.5mm×W2mm×t1.5mm인 경우에는, 외경 125mm 이상, 두께 20mm 정도의 원판을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로는, 지그의 외경은 원하는 지립층의 높이(직경방향으로의 돌출량)(도 1(c)의 H2)를 확보할 수 있도록, 베이스 플레이트의 외경+(지립층의 높이×2) 이상으로 하고, 그 두께는 재질에 따라 다르지만, 고온의 도금액에 넣고 뺄 때의 급격한 온도변화 등에 의해 휨 등이 발생하지 않을 정도의 강도를 확보할 수 있는 것으로 한다. 또한, 지립과 접하는 부분의 지그 두께는 지립층이 베이스 플레이트의 두께 방향으로 튀어나온 양(도 1(c)의 T3)이 얻어지도록 얇게 해도 되고, 튀어나온 양과 동등한 두께의 마스킹 테이프를 사용하여 다른 부분과 동일한 두께로 해도 된다.
지그의 재질은 베이스 플레이트를 끼운 지그 전체를 고온의 도금액에 침지하여 금속결합재를 석출시키므로, 도금이 석출되지 않는 절연체가 바람직하고, 그 중에서도 내약품성, 90℃ 정도까지의 내열성, 도금액으로의 넣고 뺄 때에 발생하는 급격한 온도변화를 반복하여 받아도 안정한 치수를 유지할 수 있는 것과 같은 내열충격성을 갖는 것이 요망된다. 또한 고온의 도금액에 침지했을 때에도 성형시나 가공시에 축적된 내부응력 등으로 휨을 일으켜 베이스 플레이트와의 사이에 간극을 생기게 하지 않는 것과 같은 치수안정성도 필요하다. 물론, 임의의 위치에 영구자석을 내장하기 위한 홈을 깨짐이나 빠짐 없이 고정밀도로 가공할 수 있는 가공성도 요구된다.
구체적인 것으로서는 PPS, PEEK, POM, PAR, PSF, PES 등의 엔지니어링 플라스틱이나 알루미나 등의 세라믹스를 사용할 수 있다. 이러한 재질을 사용하고, 기계강도도 고려하여 두께 등의 치수를 정하고, 영구자석을 유지하는 홈이나, 전기 도금법을 사용하는 경우에 필요한 급전 전극 등이 들어가는 홈을 설치한다. 이와 같이 제작한 1쌍의 지그 본체 2개를 베이스 플레이트 1매와 일체화하여 사용한다. 일체화할 때는, 전기 도금을 할 수 있도록 베이스 플레이트에 통전하기 위한 전극 등을 사용하여 체결할 수 있도록 하면, 급전부의 확보와 체결을 양립할 수 있어, 전체도 소형화 할 수 있다. 물론, 한번에 복수의 베이스 플레이트에 도금할 수 있도록, 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 지그를 연결할 수 있는 것과 같은 구조로 하면, 보다 효율적인 생산이 가능하게 되므로 바람직하다.
즉, 도 2에 있어서, 56, 56은 각각 커버(52, 52)의 중앙부에 장착된 베이스 플레이트 누름부를 겸한 전기 도금용 음극체이며, 이들 음극체(56, 56)는 1쌍의 지그 본체(50, 50)를 지지, 고정하는 도전성의 지지봉(58)과 접촉하고, 이 지지봉(58)으로부터 통전할 수 있도록 되어 있다. 또한 도 2의 지그는 2조의 1쌍의 지그 본체(50, 50)가 소정 간격 이간하여 지지봉(58)에 부착되는 것이다. 도 2 중, 60은 조인트, 62는 엔드캡이다. 또한, 이 도 2의 지그는 전기 도금용이며, 무전해 도금용의 경우에는, 음극체는 필요로 하지 않고, 그 대신에 비도전성의 누름부를 형성해도 되고, 지지봉은 반드시 도전성일 필요는 없다.
이러한 지그를 사용하여 도금을 행하는 경우, 자성체를 코팅한 지립은 필요에 따라 천평 등으로 임의의 질량을 칭량하여 취하고, 영구자석을 유지한 1쌍의 지그 본체로 베이스 플레이트를 사이에 끼웠을 때에 베이스 플레이트 외주부와 지그에 의해 형성된 간극에 흡인 유지시킨다. 도 3은 이 간극을 설명한 것으로, 1쌍의 지그 본체(50, 50)(커버(52, 52))의 베이스 플레이트(1)로부터 전방으로 돌출하는 돌출부(52a, 52a)와 베이스 플레이트(1)의 선단부와의 사이에 간극(64)이 형성되고, 이 간극(64)에 지립을 자기 흡인하는 것이다.
유지시키는 지립의 양은 사용하는 베이스 플레이트의 외경과 두께, 지립의 크기 및 원하는 절단날부의 높이나 폭에 의존한다. 또한, 베이스 플레이트 외주의 모든 위치에서 단위체적당의 지립의 양을 균등하게 할 수 있고, 또한 도금법으로 지립을 견고하게 고착시킬 수 있도록, 지립을 유지시키고 도금을 여러번 반복하여 행하는 것도 바람직하다.
이렇게 하여 절단날부를 형성하지만, 절단날부에 있어서의 지립의 부피율은 10∼80체적%, 특히 30∼75체적%의 범위가 바람직하다. 10체적% 미만에서는, 절단에 기여하는 지립의 비율이 적고, 절단시의 저항이 증가한다. 80체적%를 초과하면 절단중의 날끝 변형량이 적어지기 때문에, 절단면에 절단 자국이 남아 피작업물의 치수정밀도나 외관을 나쁘게 해 버린다. 이들 이유로 절단속도를 느리게 하지 않을 수 없게 되므로, 목적에 따라 지립에 코팅하는 자성체의 두께를 변경함으로써 입경을 바꾸어 체적률을 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1(c)에 도시하는 바와 같이, 절단날부(20)는 협지부(22a, 22b)와 본체(20)로 구성되어 있고, 협지부(22a, 22b)로 베이스 플레이트의 외주 가장자리부를 협지하고, 본체(20)가 베이스 플레이트(10)의 외주부보다 전방으로 돌출하여 형성되어 있다. 여기에서, 본체와 협지부의 설명은 편의상의 것이며, 이것들은 일체적으로 절단날부를 형성하고 있다. 그리고, 이 절단날부(20)의 두께는 베이스 플레이트(10)의 두께보다 두꺼워지도록 형성되어 있는 것이 유효하며, 따라서, 이와 같이 도 3에서 도시되는 간극(64)을 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 도 1(c)에 있어서, 절단날부의 베이스 플레이트 외주부를 협지하는 1쌍의 협지부(22a, 22b)의 길이(H1)는 각각 0.1∼10mm, 특히 0.5∼5mm인 것이 바람직하다. 또한 이들 1쌍의 협지부(22a, 22b)의 두께(T3)는 각각 5㎛(0.005mm) 이상, 보다 바람직하게는 5∼2,000㎛, 더욱 바람직하게는 10∼1,000㎛이며, 따라서, 이들 1쌍의 협지부(22a, 22b)의 합계 두께(즉, 절단날부가 베이스 플레이트보다 두꺼운 부분의 두께)는 바람직하게는 0.01mm 이상, 보다 바람직하게는 0.01∼4mm, 더욱 바람직하게는 0.02∼2mm이다. 협지부(22a, 22b)의 길이(H1)가 0.1mm 미만이면 베이스 플레이트 외주 가장자리부의 빠짐이나 깨짐을 막는 효과는 있지만, 베이스 플레이트의 보강 효과가 적어, 절단시의 저항에 의한 베이스 플레이트의 변형을 막을 수 없는 경우가 있다. 또한 H1이 10mm를 초과하는 경우에는 베이스 플레이트를 보강하는 것에 대한 코스트 퍼포먼스가 저하될 우려가 있다. 한편, T3이 5㎛ 미만이면 베이스 플레이트의 기계적 강도를 높일 수 없어, 절단 슬러지를 효과적으로 배출할 수 없게 될 우려가 있다.
또한, 도 4(a)∼(d)에 도시한 바와 같이, 협지부(22a, 22b)는 금속결합재(24)와 지립(26)으로 형성되어 있어도 되고[도 4 (a)], 금속결합재만으로 형성되어 있어도 되고[도 4(b)], 금속결합재만으로 베이스 플레이트(10)를 덮고, 또한 이것을 피복하여 금속결합재와 지립의 층을 형성하도록 해도 된다[도 4(c)]. 또한 도 4(c)의 외측에 전체를 덮도록 금속결합재를 석출시켜 [도 4(d)]와 같이 하면, 절단날부의 강도를 더욱 높일 수 있다.
또한 도 4(b)∼(d)와 같이, 협지부의 베이스 플레이트(10)에 접하는 부분을 금속결합재(24)만으로 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 베이스 플레이트의 협지부가 형성될 부분만을 노출시키고 다른 부분을 마스킹하고, 이 상태에서 도금을 행한 후, 상기한 지그를 장착하고, 간극(64)에 지립(26)을 충전하여 도금을 행하는 방법이 채용되고, 지립(26)을 전착한 후에, 예를 들면, 전착 부분이 노출되는 것과 같은 외경의 도 2의 커버(52, 52)로 베이스 플레이트(10)를 마스킹하고 도금을 더 행함으로써, 도 4(d)와 같이, 절단날부 최외층으로서 금속결합재(24)만으로 이루어지는 층을 형성할 수 있다.
절단날부(20)의 베이스 플레이트(10)보다 전방으로 돌출해 있는 돌출부의 돌출길이(도 1(c)의 H2)는 고착하는 지립의 크기에 따르지만 0.1∼10mm, 특히 0.3∼8mm인 것이 바람직하다. 돌출길이가 0.1mm 미만이면, 절단시의 충격이나 마모에 의해 절단날부가 없어질 때까지의 시간이 짧아, 결과적으로 칼날의 수명이 짧아져 버리고, 10mm를 초과하면 날 두께(도 1의 T2)에 따라서도 다르지만, 절단날부가 변형되기 쉬워져, 절단면이 꾸불꾸불하거나 하여 절단한 자석의 치수정밀도가 나빠질 우려가 있다. 또한, 절단날부는 금속결합재(24) 및 지립(26)과 후술의 함침 금속 및/또는 함침 합금으로 형성되어 있다.
금속결합재는 도금에 의해 형성된 금속 또는 합금이며, Ni, Fe, Co, Cu 및 Sn으로부터 선택되는 1종의 금속, 이들 금속으로부터 선택되는 2종 이상으로 이루어지는 합금, 또는 이들 금속 혹은 합금의 1종과 P 및 Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종과의 합금이 바람직하고, 이것을 도금에 의해 지립 사이 및 지립과 베이스 플레이트 사이를 연결하도록 석출시킨다.
금속결합재를 도금으로 형성하는 방법에는, 크게 나누어 전착법(전기 도금법)과 무전해 도금법의 2종류가 있지만, 본 발명에서는, 결합재에 잔류하는 내부응력의 제어가 용이하고 생산 비용이 싼 전착법과, 도금액이 들어가기만 하면 금속결합재를 비교적 균일하게 석출할 수 있는 무전해 도금법을, 절단날부에 포함되는 간극이 후술하는 적당한 범위가 되도록, 각각 단독으로 또는 조합하여 사용한다.
Ni 도금이나 Cu 도금 등의 단일 금속, 예를 들면, 술파민산Ni 도금액을 사용한 전기 도금법을 사용하는 경우에는, 주성분이 되는 술파민산니켈의 농도, 도금 시의 전류밀도, 도금액의 온도를 적합한 범위로 하고, 또한 오르소벤젠술폰이미드나 파라톨루엔술폰아미드 등의 유기 첨가물의 첨가나, Zn, S, Mn 등의 원소를 가하고, 피막의 응력을 조정하는 등 하여 실시하면 된다. 그 밖에, Ni-Fe 합금, Ni-Mn 합금, Ni-P 합금, Ni-Co 합금, Ni-Sn 합금 등의 합금 도금의 경우에는, 합금 중의 Fe, Mn, P, Co, Sn의 함유량, 도금액의 온도 등을 적합한 범위로 하는 등 하여 피막의 응력을 조정한다. 물론 이들 합금 도금의 경우에도 응력을 조정할 수 있는 유기 첨가물의 병용은 효과적이다.
도금은, 단일금속 또는 합금을 석출시키는 종래 공지의 도금액을 사용하여 그 도금액에서의 통상의 도금 조건을 채용하여 공지의 방법으로 행할 수 있다.
적합한 전기 도금액으로서는, 예를 들면, 술파민산니켈이 250∼600g/L, 황산니켈이 50∼200g/L, 염화니켈이 5∼70g/L, 붕산이 20∼40g/L, 오르소벤젠술폰이미드가 적당량의 전기 술파민산 와트 니켈 도금액, 피로인산구리가 30∼150g/L, 피로인산칼륨이 100∼450g/L, 25% 암모니아수가 1∼20mL/L, 질산칼륨이 5∼20g/L의 전기 피로인산구리 도금액 등을 들 수 있다. 또한 무전해 도금액으로서는 황산니켈이 10∼50g/L, 차아인산나트륨이 10∼50g/L, 아세트산나트륨이 10∼30g/L, 시트르산나트륨이 5∼30g/L, 티오요소가 적당량의 무전해 니켈·인 합금 도금액 등을 들 수 있다.
이러한 방법에 의해, 다이아몬드 지립, cBN 지립 또는 다이아몬드 지립과 cBN 지립의 혼합 지립을 베이스 플레이트의 외주부에 최종 형상에 가까운 치수로 고정밀도로 형성한다.
본 발명에서는, 상기한 방법으로 얻어진, 절단날부의 지립 사이 및 지립과 베이스 플레이트 사이에 존재하는 공극에, 융점이 350℃ 이하인 열가소성 수지를 함침하거나, 또는 경화온도가 350℃ 이하의 액체상의 열경화성 수지 조성물을 함침하고, 이것을 경화시켜 열경화성 수지로 한다. 이것에 의해, 본 발명의 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날에서는, 절단날부의 내부 및 표면의, 입자 사이 및 지립과 베이스 플레이트 사이에, 융점이 350℃ 이하인 열가소성 수지, 또는 경화온도가 350℃ 이하의 액체상의 열경화성 수지 조성물의 경화물, 및, 열경화성 수지가 포함된다.
함침하는 열가소성 수지 및 열경화성 수지로서는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 이것들의 변성 수지를 들 수 있고, 이것들로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
열가소성 수지 및 열경화성 수지를 절단날부에 함침하는 방법으로서 구체적으로는, 열가소성 수지의 경우에는, 예를 들면, φ0.1∼2.0mm, 바람직하게는 φ0.8∼1.5mm의 선상, 분말상, 또는 절단날부의 형상 치수와 동일하고 두께가 0.05∼1.5mm의 링 형상의 박막 형상으로 가공한 열가소성 수지를, 절단날부에 올려놓고, 핫플레이트와 같은 가열기 위에, 오븐 속 등에서, 융점 이상으로 승온하여, 용융한 수지를, 절단날부에 함침시키고, 그 후에 서서히 냉각하여 실온으로 되돌리는 방법을 들 수 있다. 또한 열경화성 수지의 경우에는, 예를 들면, 유기용제, 경화제 등을 포함하는 액상의 열경화성 수지 조성물을 절단날부에 올려놓고 침투시키고, 경화온도 이상으로 승온하여, 경화시키고, 서서히 냉각하여 실온으로 되돌리는 방법을 들 수 있다. 이밖에, 절단날부의 근방에 어느 정도의 클리어런스가 있는 하금형에, 함침 전의 외주절단날을 넣은 후, 미리 예측한 수지나 수지 조성물을 충전하고 상금형을 끼우고, 상하로 적절하게 가압하면서 가열하여, 수지나 수지 조성물을 절단날부에 함침시키고, 냉각하고나서 압력을 제거하여, 금형으로부터 꺼내는 방법도 가능하다. 가열 후는, 변형이 남지 않도록, 서서히 냉각한다.
젖음성이 비교적 높은 수지를 함침시키는 경우에는, 베이스 플레이트를 스테인리스, 철, 구리 등의 금속으로 끼우고나서 통전하고, 이 금속을 발열시킴으로써 베이스 플레이트 및 절단날부를 가열하고, 수지를 녹인 용융액 또는 액상의 수지 조성물에 발열한 절단날부를 접촉시켜 함침할 수도 있다.
이렇게 하여 얻어진 절단날부는, 지립, 지립을 코팅하고 있는 자성체, 금속결합재, 간극에 함침한 수지가 적절하게 분산된 상태로 되어 있다.
또한, 이들 절단날부에 함침시키는 수지의 물성은 이하의 것이 적합하다. 융점은 350℃ 이하의 범위인 것이 바람직하다. 열가소성 수지의 경우, 융점의 상한온도에 대해서는, 초경 합금 베이스 플레이트에 변형이 생겨 치수정밀도가 악화하는 것, 기계적 강도가 변화되는 것, 초경 합금 베이스 플레이트와 절단날부의 열팽창 차가 현저하게 되어 절단날부가 변형되거나, 변형이 남거나 하는 것을 막기 위하여 350℃ 이하, 바람직하게는 300℃ 이하가 적합하다. 한편, 열경화성 수지의 경우, 실온 부근에서 조성물을 함침시키기 위하여 충분한 유동성이 있으면 되고, 융점은 10℃ 이상이 바람직하다.
수지의 탄성은 포와송비가 0.3∼0.48, 바람직하게는 0.33∼0.44인 것이 적합하다. 포와송비가 0.3보다 낮은 경우, 유연성이 부족하여, 절단면을 매끄럽게 연결하는 것이 어렵게 된다. 포와송비가 0.48보다도 높은 경우에는, 경도 등 다른 물성이 부족하기 때문에, 날끝의 변형이 지나치게 커진다. 포와송비는, 함침에 제공하는 수지의 15×15×15mm의 시료를 사용하여, 펄스 초음파법에 의해 측정할 수 있다.
수지의 경도는, 절단 중에 지립이 마멸, 파괴, 탈락하는 등 해도 다음 지립이 노출되어 절단에 기여하는 작용(지립의 자생 작용)을 방해하지 않을 정도면 되고, 지립을 피복하고 있는 자성체나 지립을 고착하고 있는 금속결합재보다도 낮은 것이 바람직하다. 또한 절삭 가공할 때에 사용되는 가공유나 쿨런트에 노출되어도 강도 변화나 부식을 일으키지 않는 것도 필요하다.
수지를 함침시킨 절단날부는, 필요에 따라, 산화알루미늄, 탄화규소, 다이아몬드 등의 지석에 의한 연삭 가공이나, 방전 가공 등을 사용하여 원하는 치수로 조절한다. 이때, 날 두께에 따라서도 다르지만, 날끝에 C 0.1 이상 또는 R 0.1 이상의 모따기를 시행하는 것은, 절단면의 절단 자국을 적게 하는 것과 아울러, 자석 단면의 결손도 저감할 수 있으므로 유효하다.
본 발명의 외주절단날을 적용한 절단은 그 피작업물(피절단물)로서는 R-Co계 희토류 소결 자석, R-Fe-B계 희토류 소결 자석(R은 Y를 포함하는 희토류 원소 중 적어도 1종)에 대한 절단에 있어서 효과적이다. 이들 자석은, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조된다.
R-Co계 희토류 소결 자석은 RCo5계, R2Co17계 등이 있다. 이 중, 예를 들면, R2Co17계에서는, 질량백분률로 20∼28%의 R, 5∼30%의 Fe, 3∼10%의 Cu, 1∼5%의 Zr, 잔부 Co로 이루어진다. 이러한 성분비로 원료를 칭량하여 용해, 주조하고, 얻어진 합금을 평균 입경 1∼20㎛까지 미분쇄하여, R2Co17계 자석 분말을 얻는다. 그 후에 자장중 성형하고, 또한 1,100∼1,250℃에서 0.5∼5시간 소결하고, 이어서 소결 온도보다 0∼50℃ 낮은 온도에서 0.5∼5시간 용체화하고, 최후에 700∼950℃에서 일정 시간 유지한 후, 냉각하는 시효 처리를 시행한다.
R-Fe-B계 희토류 소결 자석은 질량백분률로 5∼40%의 R, 50∼90%의 Fe, 0.2∼8%의 B로 이루어지고, 자기 특성이나 내식성을 개선하기 위하여, C, Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Zr, Nb, Mo, Ag, Sn, Hf, Ta, W 등의 첨가원소를 가한다. 이들 첨가원소의 첨가량은, Co의 경우, 질량백분률로 30% 이하, 그 밖의 원소의 경우에는 질량백분률로 8% 이하이다. 이러한 성분비로 원료를 칭량하여 용해, 주조하고, 얻어진 합금을 평균 입경 1∼20㎛까지 미분쇄하여, R-Fe-B계 자석 분말을 얻는다. 그 후에 자장 중 성형하고, 또한 1,000∼1,200℃에서 0.5∼5시간 소결하고, 400∼1,000℃에서 일정시간 유지한 후, 냉각하는 시효 처리를 시행한다.
이러한 본 발명의 외주절단날은, 특히, 날끝의 압축 전단응력이 소정의 범위에 있으면, 절단면에 절단 자국를 남기지 않고, 높은 치수정밀도로 희토류 자석을 잘라낼 수 있어, 유효하다. 예를 들면, 외주절단날에 있어서, 절단날부의 두께를 0.1∼1.0mm, 외경을 80∼200mm, 날끝의 모따기를 R 또는 C로 0.1 이상으로 조정한 후, 외주절단날을 수평으로 절단날부만 노출하는 두께 5mm의 원형 철판으로 외주절단날을 상하로부터 사이에 끼는 지지 지그를 사용하여, 가압시에 베이스 플레이트 부분이 휘어지지 않도록 유지하고, 초경 합금 베이스 플레이트의 외주로부터 외방으로 0.3mm 떨어진 위치에서, 절단날부를, 접촉부의 길이가(절단날부의 돌출량-0.3mm), 폭이 10mm의 가압 도구로, 외주절단날의 회전축 방향(절단날부의 두께 방향)으로 선속도 1mm/min으로 가압하고, 이것을 절단날부가 파단할 때까지 계속해서 가압 도구의 이동량에 대한 응력을 측정한다. 이 경우에 가압 도구의 이동량이 커지면, 그래프가 직선성을 나타내는 영역, 즉, 가압 도구의 이동량과 응력이 비례하는 영역이 확인된다. 이 변형량과 응력의 비례영역의 기울기를 산출하면, 100∼10,000N/mm의 범위의 것이, 절단면에 절단 자국를 남기지 않고, 높은 치수정밀도의 자석을 잘라낼 수 있어, 특히 유효하다.
(실시예)
이하, 실시예 및 비교예를 제시하여, 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
질량백분률로 WC가 90%, Co가 10%의 초경 합금을 외경 φ125mm×내경 φ40mm×두께 0.3mm의 도넛 형상 구멍 뚫린 원판으로 가공하여, 베이스 플레이트로 했다. 이 베이스 플레이트의 영률은 600GPa, 포화자화는 127kA/m(0.16T)이었다.
이 베이스 플레이트를 외주단으로부터 내측 1.0mm의 부분만이 노출되도록 점착테이프로 마스킹하고, 시판의 알칼리 탈지 수용액에 40℃, 10분간 침지한 후, 수세하고, 50℃의 피로인산나트륨 30∼80g/L의 수용액에 2∼8A/dm2로 통전하면서 전해했다. 다음에 초경 합금 베이스 플레이트를 순수 속에서 초음파 세정한 후, 50℃의 술파민산 와트 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하여 하지 도금한 후, 마스킹 테이프를 벗기고 수세했다.
이어서, 외경 φ130mm, 두께 10mm의 PPS 수지제 원반의 일측면에, 외경 φ123mm, 내경 φ119mm, 깊이 1.5mm의 홈을 형성하고, 이 홈에 길이 2.5mm×폭 2mm×두께 1.5mm의 영구자석(신에츠 레어어스 마그넷제 N39UH, Br=1.25T)을, 두께 방향을 원반의 깊이 방향으로 하여, 균등 간격으로 원반 1개당 75개 배열시킨 후, 홈을 에폭시 수지로 메워 자석을 고정한 커버를 제작하고, 이 커버 2매로 이루어지는 지그 본체로, 자석측을 내측으로 하여 베이스 플레이트를 협지했다. 이 때, 자석은 베이스 플레이트 외주단으로부터 베이스 플레이트 측면 내측방향으로 1mm 떨어져 있었다. 또한, 베이스 플레이트 외주단으로부터 10mm까지의 공간 내에 형성되는 자장에 대하여 자계 해석한 바, 자장강도는 8kA/m(0.01T) 이상이었다.
미리 NiP 도금한 질량자화율(χg) 0.588, 평균 입경 135㎛의 다이아몬드 지립 0.4g을 지그와 베이스 플레이트로 만들어지는 오목부에 전체 둘레 균등하게 되도록 자기 흡인시켰다. 다음에 지립이 자기 흡인된 상태 그대로, 지그마다 50℃의 술파민산 와트 니켈 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하여 전기 도금한 후, 수세했다. 그 후, 다이아몬드 지립 0.4g을 자기 흡인시키고, 상기와 마찬가지로 도금하고 수세하는 조작을 반복했다.
지그 본체를, 얻어진 지립층 양측면이 노출되도록, 외경 φ123mm, 두께 10mm의 PPS 수지제 원반으로 교환하고, 50℃의 술파민산 와트 니켈 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하고, 절단날부 전체를 덮도록 도금 석출시킨 후, 수세하고, 지그로부터 떼어내어, 건조했다.
이어서, 비스페놀A디글리시딜에테르와 디시안디아미드를 수지 주성분으로서 유기용매에 용해시킨 액상 에폭시 수지 조성물을 외주절단날의 절단날부 측면에 도포하여 3분간 유지하고, 그 상태 그대로 180℃의 오븐에 넣어 약 120분간 유지한 후, 가열을 멈추고 오븐 내에서 자연냉각했다. 또한, 이 경화한 에폭시 수지의 포와송비는 0.34이다. 도 5에 절단날부의 날끝 측면의 현미경 사진을 도시한다.
그 후에 공구연삭반을 사용하여, 초경 합금 베이스 플레이트로부터의 지립층의 튀어나옴이 한쪽 50㎛가 되도록 지석으로 연삭하고, 지립층의 튀어나옴, 두께 및 외경을 조정한 후, 드레싱하여 두께 0.4mm, 외경 127mm의 지립층(절단날부)을 형성한 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 얻었다.
[실시예 2]
질량백분률로 WC가 90%, Co가 10%의 초경 합금을 외경 φ125mm×내경 φ40mm×두께 0.3mm의 도넛 형상 구멍 뚫린 원판으로 가공하여, 베이스 플레이트로 했다.
이 베이스 플레이트를 외주단으로부터 내측 1.5mm의 부분만이 노출되도록 점착테이프로 마스킹하고, 시판의 알칼리 탈지 수용액에 40℃, 10분간 침지한 후, 수세하고, 50℃의 피로인산나트륨 30∼80g/L의 수용액으로 2∼8A/dm2로 통전하면서 전해했다. 다음에 초경 합금 베이스 플레이트를 순수 중에서 초음파 세정한 후, 50℃의 술파민산 와트 니켈 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하여 하지 도금한 후, 마스킹 테이프를 벗기고 수세했다.
이어서, 외경 φ130mm, 두께 10mm의 PPS 수지제의 원반의 일측면에, 외경 φ123mm, 내경 φ119mm, 깊이 1.5mm의 홈을 형성하고, 이 홈에, 길이 1.8mm×폭 2mm×두께 1.5mm의 영구자석(신에츠 레어어스 마그넷제 N32Z, Br=1.14T)을, 두께 방향을 원반의 깊이 방향으로 하고, 균등 간격으로 원반 1개당 105개 배열시킨 후, 홈을 에폭시 수지로 메워 자석을 고정한 커버를 제작하고, 이 커버 2매로 이루어지는 지그 본체로, 자석측을 내측으로 하여 베이스 플레이트를 협지했다. 이 때, 자석은 베이스 플레이트 외주단으로부터 베이스 플레이트 측면 내측 방향으로 1.5mm 떨어져 있었다. 또한, 베이스 플레이트 외주단으로부터 10mm까지의 공간 내에 형성되는 자장에 대하여 자계해석한 바, 자장강도는 16kA/m(0.02T) 이상이었다.
미리 NiP 도금한 질량자화율(χg) 0.588, 평균 입경 135㎛의 다이아몬드 지립 0.4g을 지그와 베이스 플레이트로 만들어지는 오목부에 전체 둘레 균등하게 되도록 자기 흡인시켰다. 다음에 지립이 자기 흡인된 상태 그대로, 지그마다 50℃의 술파민산 와트 니켈 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하여 전기 도금한 후, 수세했다. 그 후에 다이아몬드 지립 0.4g을 자기 흡인시키고, 상기와 마찬가지로 도금하여 수세하는 조작을 3회 반복했다.
지그 본체를, 얻어진 지립층 양측면이 노출되도록, 외경 φ123mm, 두께 10mm의 PPS 수지제 원반으로 교환하고, 50℃의 술파민산 와트 니켈 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하고, 절단날부 전체를 덮도록 도금 석출시킨 후, 수세하고, 지그로부터 떼어내어, 건조했다.
이어서, 실시예 1에서 사용한 액상 에폭시 수지 조성물을 외주절단날의 절단날부 측면에 도포하여 5분간 유지하고, 그 상태 그대로 180℃의 오븐에 넣어 약 120분간 유지한 후, 가열을 멈추고 오븐 내에서 자연냉각했다.
그 후에 공구연삭반을 사용하여, 초경 합금 베이스 플레이트로부터의 지립층의 튀어나옴이 한쪽 50㎛가 되도록 지석으로 연삭하고, 지립층의 튀어나옴, 두께 및 외경을 조정한 후, 드레싱하여, 두께 0.4mm, 외경 129mm의 지립층(절단날부)을 형성한 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 얻었다.
[실시예 3]
질량백분률로 WC가 90%, Co가 10%의 초경 합금을 외경 φ125mm×내경 φ40mm×두께 0.3mm의 도넛 형상 구멍 뚫린 원판으로 가공하여, 베이스 플레이트로 했다.
이 베이스 플레이트를 외주단으로부터 내측 1.0mm의 부분만이 노출되도록 점착테이프로 마스킹하고, 시판의 알칼리 탈지 수용액에 40℃, 10분간 침지한 후, 수세 하고, 50℃의 피로인산나트륨 30∼80g/L의 수용액에 2∼8A/dm2로 통전하면서 전해했다. 다음에 초경 합금 베이스 플레이트를 순수 중에서 초음파 세정한 후, 50℃의 술파민산 와트 니켈 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하여 하지 도금한 후, 마스킹 테이프를 벗기고 수세했다.
이어서, 실시예 1에서 사용한 지그 본체로 베이스 플레이트를 협지하고, 미리 NiP 도금한 질량자화율(χg) 0.392, 평균 입경 130㎛의 다이아몬드 지립 0.4g을 지그와 베이스 플레이트로 만들어지는 오목부에 전체 둘레 균등하게 되도록 자기 흡인시켰다. 다음에 지립이 자기 흡인된 상태 그대로, 지그마다 40℃의 피로인산구리 도금액에 침지하고, 1∼20A/dm2의 범위에서 통전하여 전기 도금한 후, 수세하고, 지그로부터 떼어내어, 건조했다.
이어서, 실시예 1에서 사용한 액상 에폭시 수지 조성물을 외주절단날의 절단날부 측면에 도포하여 5분간 유지하고, 그 상태 그대로 180℃의 오븐에 넣어 약 120분간 유지한 후, 가열을 멈추고 오븐 내에서 자연냉각했다.
그 후에 공구연삭반을 사용하여, 초경 합금 베이스 플레이트로부터의 지립층의 튀어나옴이 한쪽 50㎛가 되도록 지석으로 연삭하고, 지립층의 튀어나옴, 두께 및 외경을 조정한 후, 드레싱하여, 두께 0.4mm, 외경 126mm의 지립층(절단날부)을 형성한 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 얻었다.
[실시예 4]
질량백분률로 WC가 95%, Co가 5%의 초경 합금을 외경 φ125mm×내경 φ40mm×두께 0.3mm의 도넛 형상 구멍 뚫린 원판으로 가공하고, 베이스 플레이트로 했다. 이 베이스 플레이트의 영률은 580GPa, 포화자화는 40kA/m(0.05T)이었다.
이 베이스 플레이트를 외주단으로부터 내측 1.0mm의 부분만이 노출되도록 점착테이프로 마스킹하고, 시판의 알칼리 탈지 수용액에 40℃, 10분간 침지한 후, 수세 하고, 50℃의 피로인산나트륨 30∼80g/L의 수용액에 2∼8A/dm2로 통전하면서 전해했다. 다음에 초경 합금 베이스 플레이트를 순수 중에 초음파 세정한 후, 50℃의 술파민산 와트 니켈 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하여 하지 도금한 후, 마스킹 테이프를 벗기고 수세했다.
이어서, 실시예 1에서 사용한 지그 본체로 베이스 플레이트를 협지하고, 미리 NiP 도금한 질량자화율(χg) 0.392, 평균 입경 130㎛의 다이아몬드 지립 0.3g을 지그와 베이스 플레이트로 만들어지는 오목부에 전체 둘레 균등하게 되도록 자기 흡인시켰다. 다음에 지립이 자기 흡인된 상태 그대로, 지그마다 80℃의 무전해 니켈·인 합금 도금액에 침지하고 무전해 도금한 후, 수세했다. 그 후에 다이아몬드 지립 0.3g을 자기 흡인시키고, 상기와 마찬가지로 도금하여 수세하는 조작을 2회 반복하고, 지그로부터 떼어내어, 건조했다.
이어서, 메타크릴산메틸, 메타크릴산디에스테르, 클로로술폰화폴리에틸렌 및 쿠멘하이드로퍼옥시드를 포함하는 액상 아크릴 수지 조성물을, 외주절단날의 절단날부 측면에 도포하고, 80℃의 오븐에 넣고 적절하게 진공상태까지 감압하고 나서 60분간 가열한 후, 감압상태 그대로 오븐 내에서 냉각했다. 또한, 이 경화한 아크릴 수지의 포와송비는 0.4이다.
그 후에 공구연삭반을 사용하여, 초경 합금 베이스 플레이트로부터의 지립층의 튀어나옴이 한쪽 50㎛가 되도록 지석으로 연삭하고, 지립층의 튀어나옴, 두께 및 외경을 조정한 후, 드레싱하여, 두께 0.4mm, 외경 127mm의 지립층(절단날부)을 형성한 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 얻었다.
[비교예 1]
질량백분률로 WC가 90%, Co가 10%의 초경 합금을 외경 φ125mm×내경 φ40mm×두께 0.3mm의 도넛 형상 구멍 뚫린 원판으로 가공하고, 베이스 플레이트로 했다.
이 베이스 플레이트를 외주단으로부터 내측 1.0mm의 부분만이 노출되도록 점착테이프로 마스킹하고, 시판의 알칼리 탈지 수용액에 40℃, 10분간 침지한 후, 수세하고, 50℃의 피로인산나트륨 30∼80g/L의 수용액에 2∼8A/dm2로 통전하면서 전해했다. 다음에 초경 합금 베이스 플레이트를 순수 중에서 초음파 세정한 후, 50℃의 술파민산 와트 니켈 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하여 하지 도금한 후, 마스킹 테이프를 벗기고 수세했다.
이어서, 실시예 1에서 사용한 지그 본체로 베이스 플레이트를 협지하고, 미리 NiP 도금한 질량자화율(χg) 0.392, 평균 입경 130㎛의 다이아몬드 지립 0.4g을 지그와 베이스 플레이트로 만들어지는 오목부에 전체 둘레 균등하게 되도록 자기 흡인시켰다. 다음에 지립이 자기 흡인된 상태 그대로, 지그마다 50℃의 술파민산 와트 니켈 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하여 전기 도금한 후, 수세했다. 그 후에 다이아몬드 지립 0.4g을 자기 흡인시키고, 상기와 마찬가지로 도금하고 수세하는 조작을 반복했다.
지그 본체를, 얻어진 지립층 양측면이 노출되도록, 외경 φ123mm, 두께 10mm의 PPS 수지제 원반으로 교환하고, 50℃의 술파민산 와트 니켈 도금액에 침지하고, 5∼20A/dm2의 범위에서 통전하고, 절단날부 전체를 덮도록 도금 석출시킨 후, 수세하고, 지그로부터 떼어내고, 건조했다.
그 후에 공구 연삭반을 사용하여, 초경 합금 베이스 플레이트로부터의 지립층의 튀어나옴이 한쪽 50㎛가 되도록 지석으로 연삭하여 지립층의 튀어나옴, 두께 및 외경을 조정한 후, 드레싱하여, 두께 0.4mm, 외경 127mm의 지립층(절단날부)을 형성한 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 얻었다.
표 1에, 실시예 1∼4 및 비교예 1의 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날의 제작 수율을 나타낸다. 여기에서, 도금 수율이란 도금에 의해 지립을 고착시키는 공정까지 실시한 총 수(각 15매) 중, 지립의 탈락이나 지립층의 결손이 없는 것을 우량품으로 하여, 이 도금 우량품의 비율을 100분률로 나타낸 것이며, 가공 수율이란 얻어진 도금 우량품에 대하여, 도금 후의 공정을 드레싱까지 실시하고, 지립층의 결손이 없는 것을 우량품으로 하여, 도금 우량품의 총 수에 대한 가공 우량품의 비율을 100분률로 나타낸 것이다. 또한 종합 수율이란 도금 수율과 가공 수율의 곱으로, 외주절단날의 제작에 제공한 베이스 플레이트에 대한 외주절단날의 완성품으로서의 우량품의 수율을 의미한다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1
도금 수율[%] 100 100 100 93 100
가공 수율[%] 100 100 100 100 87
종합 수율[%] 100 100 100 93 87
표 1로부터, 비교예 1에 비해, 실시예의 수율이 양호한 것, 특히, 도금 후의 가공에 있어서의 수율이 양호하며, 본 발명의 제조 방법이 생산성의 점에서도 우수한 것을 알 수 있다.
도 6에는, 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 사용하여 희토류 소결 자석을 절단하는 조작을 실시했을 때의, 자석의 절단정밀도를 평가한 결과를 나타낸다. 절단정밀도의 평가방법은 이하와 같다.
우선, 실시예 1∼4 및 비교예 1의 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날을 각각 2매씩 계 10매, 간격 1.5mm로, 베이스 플레이트의 구멍에 회전축을 삽입통과시켜 쌓아 올린 절단날로 했다. 이 멀티 절단날에 의해, 회전수 4,500rpm, 이송 속도 30mm/min로, 폭(W) 40mm×길이(L) 130mm×높이(H) 20mm의 Nd-Fe-B계 희토류 소결 자석으로부터, W40mm×L(=두께(t)) 1.5mm×H20mm의 자석을 1,010회 잘라내고, 실시예 및 비교예의 각각의 2매의 외주절단날 사이에서 절단된 것을, 평가대상의 절단자석으로 했다. 절단자석에 대하여, 절단 1매째부터 100매마다 치수 계측 사이클(전체 10 사이클)로 하고 각 사이클에 있어서 최초의 10매분(즉, 최초의 사이클이 1∼10매째, 다음이 101∼110매째, 최후가 1,001∼1,010매째)을 샘플링했다. 각 사이클의 10매에 대하여, 1매마다 중앙부 1점과 코너부 4점의 합계 5점의 두께(t)를 마이크로미터로 측정하고, 5점 중의 최대값과 최소값의 차를 절단정밀도(㎛)로 하여, 10매의 절단정밀도의 평균값을 산출했다. 각 치수 계측 사이클에 있어서의 이 평균값을 플롯한 것이 도 6이다.
비교예 1의 경우에는, 치수 계측 3사이클 이후(절단 매수 301매째 이후), 절단정밀도가 나빠졌지만, 실시예 1∼4의 경우에는 10사이클째(절단 매수 1,010매째까지)까지, 절단정밀도가 떨어지지 않아, 본 발명의 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날의 사용 내구성이 높은 것을 알 수 있다.
또한 얻어진 외주절단날의 탄성(유연성)을 평가한 결과를 도 7에 나타낸다. 여기에서는, 외주절단날의 날끝의 압축 전단응력을 평가했다. 각각의 예의 외주절단날에 있어서, 날끝의 모따기를 R 또는 C로 0.1 이상으로 조정한 후, 초경 합금 베이스 플레이트의 외주로부터 외방으로 0.3mm 떨어진 위치에서, 절단날부를 접촉부의 길이가(절단날부의 돌출량-0.3mm), 폭이 10mm인 가압 도구로, 외주절단날의 회전축 방향(절단날부의 두께 방향)으로 선 속도 1mm/min으로 가압했을 때의, 가압 도구의 이동량에 대한 응력을, 시마즈 세사쿠쇼 강도시험기 AG-1을 사용하여 측정했다. 가압은 절단날부가 파단할 때까지 계속했다. 이 측정에서는, 외주절단날을 수평으로 절단날부만 노출하는 두께 5mm의 원형 철판으로 외주절단날을 상하로부터 사이에 끼는 지지 지그를 사용하여, 가압시에 베이스 플레이트 부분이 휘어지지 않도록 유지했다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 어느 예에서도, 가압 도구의 이동량이 커지면, 그래프가 직선성을 나타내는 영역, 즉, 가압 도구의 이동량과 응력이 비례하는 영역이 확인되었다. 이 직선영역의 기울기(응력/가압 도구의 이동량)를 산출한 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1
기울기[N/mm] 800 300 400 400 18,000
상기한 절단에 의한 평가시, 실시예의 외주절단날을 사용해서 절단하여 얻어진 자석편은 모두 절단면의 외관이 양호했지만, 비교예의 외주절단날을 사용해서 절단하여 얻어진 자석편에서는, 3사이클 이후(절단매수 301매째 이후)에서, 절단면에 절단 자국(단차)이 존재하는 샘플이 발생했다. 이와 같이, 상기한 외주절단날의 탄성(유연성) 평가에 의해 표시되는 가압 도구의 이동량과 응력과 기울기가 지나치게 크지 않고, 어느 정도 유연성을 가진 본 발명의 외주절단날이 절단면에 절단 자국를 남기지 않고, 높은 치수정밀도의 자석을 잘라낼 수 있는 것이 확인되었다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날에 의해 절단함으로써, 절단 후의 마무리 처리를 하지 않고, 희토류 소결 자석 등의 피작업물을 절단만으로 고정밀도로 완성할 수 있어, 피작업물을 높은 치수정밀도로 제공하는 것이 가능하게 된다.

Claims (13)

  1. 영률 450∼700GPa의 초경 합금으로 형성되고, 외경 80∼200mm, 내경 30∼80mm, 두께 0.1∼1.0mm인 원형 링 형상 박판의 베이스 플레이트의 외주 가장자리부 위에, 절단날부를 갖는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날로서,
    상기 절단날부가,
    미리 자성체가 코팅되어 이루어지는 다이아몬드 지립 및/또는 cBN 지립과,
    상기 지립 사이 및 상기 지립과 베이스 플레이트 사이를 연결하는 전기 도금 또는 무전해 도금에 의해 형성된 금속 또는 합금과,
    상기 지립 사이 및 상기 지립과 베이스 플레이트 사이에 함침시킨 융점이 350℃ 이하인 열가소성 수지, 또는 상기 지립 사이 및 상기 지립과 베이스 플레이트 사이에 함침시킨 경화온도가 350℃ 이하의 액체상의 열경화성 수지 조성물을 경화시켜 이루어지는 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 함침에 제공하는 수지가 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 및 그것들의 변성 수지로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 함침에 제공하는 수지의 포와송비가 0.3∼0.48인 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 포화자화가 40kA/m(0.05T) 이상인 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지립의 평균 입경이 10∼300㎛인 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지립의 질량자화율(χg)이 0.2 이상인 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날.
  7. 영률 450∼700GPa의 초경 합금으로 형성되고, 외경 80∼200mm, 내경 30∼80mm, 두께 0.1∼1.0mm인 원형 링 형상 박판의 베이스 플레이트의 외주 가장자리부에 근접하여 영구자석을 배열 설치하고,
    이 영구자석이 형성하는 자장에 의해, 미리 자성체를 코팅하여 이루어지는 다이아몬드 지립 및/또는 cBN 지립을 상기 베이스 플레이트의 외주 가장자리부 근방에 자기적으로 흡인 고정하고,
    이 흡인 고정을 유지한 상태에서, 전기 도금 또는 무전해 도금에 의해, 상기 지립 사이 및 상기 지립과 베이스 플레이트 사이를 연결하여 상기 베이스 플레이트 외주단부에 지립을 고착시켜 절단날부를 형성하고,
    상기 지립 사이 및 상기 지립과 베이스 플레이트 사이에 존재하는 공극에, 융점이 350℃ 이하인 열가소성 수지를 함침하거나, 또는 경화온도가 350℃ 이하의 액체상의 열경화성 수지 조성물을 함침하고, 경화시키는 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 함침에 제공하는 수지가 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 및 그것들의 변성 수지로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날의 제조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 함침에 제공하는 수지의 포와송비가 0.3∼0.48인 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날의 제조 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 포화자화가 40kA/m(0.05T) 이상인 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날의 제조 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지립의 평균 입경이 10∼300㎛인 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날의 제조 방법.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지립의 질량자화율(χg)이 0.2 이상인 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날의 제조 방법.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영구자석에 의해 베이스 플레이트의 외주단으로부터 10mm 이내의 공간에 8kA/m 이상의 자장을 형성하는 것을 특징으로 하는 초경 합금 베이스 플레이트 외주 절단날의 제조 방법.
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