JP2002521225A - ろう付けダイアモンド層を含むロータリードレッシング工具 - Google Patents
ろう付けダイアモンド層を含むロータリードレッシング工具Info
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Abstract
Description
シング(目直し)するために設計されたロータリードレッシング工具に関する。
そして砥石のデザインにより決められた仕様に合わせて、設計され、つくられな
ければならない。これらの工具は品質仕様が限られており、形状および機械的特
性における偏差の許容誤差が小さい。ドレッシング工具は種々の材料および方法
を利用する種々の方法で組立てられているが、この分野で知られるたいていの方
法は、簡単にいかず、不十分である。
型のキャビティのパターンへ手作業で埋め込まれ、ついで粉末の金属ボンド材料
がダイアモンドのまわりの場所へ添加され加圧される。加圧された材料は浸透、
ホットプレス、焼結、もしくはその組合わせにより、その場にダイアモンドを固
定し、工具を形成する。もう1つの代表的方法において、ダイアモンド層は特注
で設計された金型に埋め込まれ、逆電気めっきによりその場に固定される(たと
えば、米国特許第4,826,509号明細書参照)。焼結もしくはめっき工程
の次は、広範な研削工程であり、砥粒の高い場所を除去し、表面を平滑化する。
、ダイアモンド砥粒は、粗面化し、その表面積を大きくし、そして砥粒をボンド
内に配置させるように前処理され、その結果、大部分の砥粒は隣接する砥石と直
接に接触する。これらの前処理されたダイアモンド砥粒は、ついでニッケルもし
くはコバルト、またはニッケルもしくはコバルトの合金で基体表面に電気めっき
される。
金属粉末ボンド焼結の間、共融に近い銅−リン組成物で浸透される。 ドレッシング工具のための多くの粉末金属マトリックス研磨成分は、粉末マト
リックス内に埋め込まれる比較的小さいダイアモンド砥粒(たとえば径0.5mm
未満)を用い、そして得られる複合物は要求される形状に研削される。このよう
な研磨成分はあまり尖鋭ではなく、それらを用いる砥石ドレッシングは、工具の
急速な磨耗のために相対的に不十分である。このような粉末マトリックスが大き
いダイアモンド砥粒とともに使用されると、複合物が要求される形状に研削され
るにつれて、仕上げ処理はかなりの量のダイアモンドを失う。粉末金属ボンドで
ダイアモンド砥粒からつくられた工具において、耐久性の、細かい(たとえば約
0.127mm(0.005インチ))ドレッシングチップ半径を達成するのは不
可能である。
立てるのに使用されてきた。PCDインサートは粉末金属マトリックス中に埋め
込まれ、工具上へ焼結され、ついで要求される形状および表面仕上げに研削され
る。たとえば、米国特許第4,685,440号明細書参照。PCDインサート
は比較的平滑な表面を提供し、仕上げ工程の間、要求される形状に容易に研削さ
れ得、またはある形状については正味に近い形状部品として供給されうる。しか
しながら、PCDはダイアモンド100%ではない。PCD材料は初めに金属触
媒を有意な量(10〜12wt%)含み、その金属触媒はPCD材料からこして取
られるのが通常であるが、空隙を残して、理論密度の約90〜95%の密度を有
する、本質的に純粋なダイアモンドを生じる。したがって、PCDインサートで
つくられるドレッシング工具は、十分に密な、100%ダイアモンド材料である
ダイアモンド砥粒でつくられるドレッシング工具の耐久性を欠く。
ータリーダイアモンド工具は、化学蒸着(CVD)法を用いて工具の基板上に直
接ダイアモンド膜の層を堆積させ、そして堅さを与えるために一対の支持板とと
も基板を組立てることにより作成されている。この方法によると、ダイアモンド
の切断点は創出されておらず、硬い、平滑なダイアモンド表面があるにすぎない
。ドレッシング工具において、平滑ダイアモンド表面は、ボンドを切断し、砥石
面から砥粒を消費させ、それによりさらなる研削のための砥石面を開くことより
もむしろ、砥石面を押しつぶす作用をするにすぎない。
のロータリーダイアモンド工具は、工具の回転軸に直交する面にダイアモンド砥
石の単層を形成することにより作成される。ダイアモンド砥石の層は金属支持板
の2つの層の間に挟まれる。ダイアモンド層は、金属粉末を焼結するために適切
な金型内で、金属支持板の間でダイアモンド砥石および金属粉末をホットプレス
することによりその板に結合される。4,915,089号は代りのデザインに
も言及し、そこではダイアモンド砥粒は、めっきもしくは金属接合により工具の
片側もしくは両側に付着されているが、この代りのデザインはダイアモンド保持
が十分でないという不利を受けると教示する。好適なデザインにおいて、ダイア
モンド砥粒および板の積層アセンブリのアーチ形断片はドレッシング工具を形成
するために、任意には連続研磨リムとともに、ディスク形状金属砥石の周囲にろ
う付けされる。しかしながら、この工具デザインの形状と一致して、その特許は
、工具は直線状砥石面をドレッシングするのに使用されるが、工具は研削砥石面
へのプロファイルドレッシングには有用でない、と教示す。
デザインに配置された、電気めっきダイアモンド砥粒の単層を有するドレッシン
グ工具を開示する。本発明の工具に使用される活性ろう付け結合と異なり、EP
116668の工具の電気めっき結合では、比較的不十分なダイアモンド砥粒保
持、比較的短い工具寿命そして比較的高い製造コストが予測される。
わりの研磨リムを有するロータリープロファイルドレッシング工具であり、コア
および研磨リムは工具の回転軸に直交する方向に向いており、研磨リムは活性ろ
う付けによりコアに結合された研磨成分を含有し、そしてその研磨成分は単層に
配置されたダイアモンド砥粒およびダイアモンド膜インサートならびにそれらの
組合わせからなる群より選ばれる。代わりのデザインにおいて、研磨リムは工具
のコアの外周に機械的に締結された多くの研磨インサートを含み、そして研磨イ
ンサートは活性ろう付けにより基材要素に結合された研磨成分を含み、研磨成分
は単層に配置されたダイアモンド砥粒およびダイアモンド膜インサートならびに
それらの組合わせより選ばれる。
れるプロファイルドレッシングおよびツルーイング操作に有効である。ドレッシ
ング工具3は、軸(長信符線5で図1に示される)のまわりを回転され、砥石の
プロファイル(輪郭)をドレッシングもしくはツルーイングする必要に応じて、
X軸(矢印6)もしくはY軸(矢印7)のいずれかに沿う方向に研削砥石1のプ
ロファイル面2に接触して動く。
ing”)は砥石を回わして所望の輪郭(contours)を形成するのに用
いられる操作をいう。「ドレッシング」(“dress”もしくは“dress
ing”)は、研削効率を向上させ、そして工作物の焼け、または研削中に砥石
面が目つぶれをおこすときに生じる、他の損傷を避けるために、研削砥石の研削
表面(もしくは面)を開くために用いられる操作をいう。さらされた尖鋭な砥粒
が費消され、または砥石面が、新しい砥粒を侵食し、さらす結合の不足により、
または研削操作由来のくずによる砥石面の目づまり(loading)のために
、砥石表面が平滑になるとき、砥石面は目つぶれをおこす。
るのを可能にするが、他のものはそうではない。ツルーイングは、研削砥石が最
初に使用のために機械に載せられるとき、そして操作が砥石に回転を停止させ、
もしくはその輪郭を失わさせるときはいつでも、必要になるのが通常である。特
定の研削操作に依存して、本発明のドレッシング工具は、トルーイングもしくは
ドレッシングまたはその両方に使用されうる。
ダイアモンド砥粒8の単層は金属ろう付け9中に埋め込まれ、工具の金属コア1
1に結合される。工具の金属コアは、軸5のまわりに工具を回転するための手段
を備えた、機械の駆動スピンドル上に工具を載せるためのセンター穴を含む。さ
らに図2には、工具の金属コアを支持要素(図示せず)に付着させるためにセン
ターアーバ穴のまわりに4つの穴12を有する本発明の任意の形態が示される。
好適な態様の1つにおいて構成されうる。図3において、砥粒8およびろう付け
9は、金属コア10の単一の組立ての1部である基材要素13により支持される
。図4において、砥粒8およびろう付け9は独立しており(self−supp
orting)、研磨リム4の内径に沿ってのみ金属コア10にろう付けされる
。このような組立ては、工具の各側でさらされた砥粒を有するドレッシング工具
が、X軸(矢印6)に沿ういずれかの方向で操作され得、その結果ドレッシング
操作の効率を倍化し、そして単一の工具構成では従来得られなかった輪融を生じ
させる、という利点を有する。
にみえなくなり、金属結合単層研削切断工具のようには必ずしもみえない。この
ような独立した研磨成分は、もしドレッシング工具のコアに砥粒を結合するため
に電気めっき法が利用されると、組立てられない。なぜなら電気めっきダイアモ
ンド複合体は使用するのに十分な強度を欠くからである。ダイアモンド砥粒が、
ここで述べるように、工具の構造要素として機能するような活性ろう付けを利用
するろう付け単層ダイアモンド研磨工具を作成するときに可能であるにすぎない
。
を構成するために活性ろう付け15を有する金属コア10に結合されうる。ここ
で使用されるように、ダイアモンド膜はダイアモンド種品で、もしくは無しでC
VDもしくはジェットプラズマ法により製造される材料の薄層を意味し、ダイア
モンド約100%からなる。ダイアモンド膜製造の例は米国特許第5,314,
652;5,679,404;および5,679,446号明細書に提供されて
おり、言及によりここに組み入れられる。ダイアモンド膜は工具インサートのた
めの所望の大きさを有する薄層(たとえば、100〜1000μm)にされ、つ
いでダイアモンド膜インサートは、ダイアモンド砥粒が金属コアにろう付けされ
るのと実質的に同一の態様で、そして同一種類のろう付けを用いて金属コア10
の基材要素13部分にろう付けされる。
に示される研磨成分は、ドレッシング工具に望まれる精密表面を得るためにあま
り強力でない仕上げ操作を求める。PCDインサートのように、ダイアモンド膜
インサート(図5)は平たい膜である。単層ダイアモンド砥粒の態様(図3およ
び4)については、ある初めの表面研削が必要とされうるが、単層砥粒は粉末金
属結合における砥粒の複合体マトリックスの一様でない特性を消去する。
一のチップ半径を示すように設計される。なぜならダイアモンド砥粒の単層(も
しくはダイアモンド膜インサート)の幅は、ドレッシング操作に影響されないか
らである。最外のダイアモンド砥粒が費消されると、その下の単一の砥粒はドレ
ッシング工具の半径チップで存在し、そしてドレッシングチップの半径は工業が
使用されても一定のままである。このように、本発明の工具は自生作用があり、
費消されても精密な形状を維持する。
ッシングおよびツルーイングにおいて、長い寿命および優れた効率を有する。 基材要素の角度は、0〜90°、好ましくは10〜45°の範囲に及び、そし
て最も好ましくはビトリファイド研削砥石での使用のために設計されたドレッシ
ング工具において15〜30°の範囲に及ぶ。
〜900℃、そして好ましくは活性青銅もしくはニッケルろう付けを用いて80
0〜900℃で実施される。「活性ろう付け」はダイアモンド砥粒の表面と化学
的に反応する少くとも1つの材料(たとえばチタンもしくはクロム)を含有する
ろう付けである。加熱されると、ろう付けはろう付け材料、ダイアモンド砥粒、
および任意には工具の金属コア、の間で化学的結合を創り出す。好適な活性青銅
ろう付けは、銅、スズおよびチタン水素化物の混合物、任意には銀粉末を付加し
て、の混合物から製造され、その方法は1997年8月28日に出願された、共
有に係る米国出願08/920,242号に記載されており、引用によりここに
その内容は組み入れられる。好適な活性ろう付けは、銅55〜79wt%、スズ1
5〜25wt%およびチタン6〜20wt%を含む。
付けであり、ニッケル60〜92.5wt%、好ましくは70〜92.5wt%ニッ
ケル、そしてクロム5〜10wt%、ホウ素1.0〜4.5wt%、ケイ素1.0〜
8.0wt%および鉄0.5〜5.0wt%を含む。任意には、ニッケルろう付けは
スズ0.1〜10wt%のような、他の材料を含む。
を有する耐摩耗性を有して組立てられる。鋼、特に工具鋼、炭化タングステン、
鉄、コバルトおよびそれらの複合体、ならびにそれらの組合わせがコアにおける
使用に適切である。鋼は好適である。適切な複合体は、金属マトリックス連続相
に含有されるセラミック粒子もしくは繊維を含む。コアはこの分野で周知の方法
により、所望の工具寸法に成型もしくは機械加工されうる。
金属コアに沿って小片(strip)として挿入される。小片は、基材要素上の
引っ込み(indentations)内に置かれるか、または金属コアの周囲
内もしくは通じて、機械加工された溝(slots)に充てんされ得る。 本発明のもう1つの態様(図面に示されない)において、ろう付けされたダイ
アモンド層は硬いコアの2つの側のいずれかの周囲に交互に置かれた多数の分枝
(offset)小片として存在する。このジグザグ(zig−zag)の配置
において、硬いコアの周囲は溝つきである(fluted)ようにみえ、ダイア
モンドは溝つきの周囲の引っ込み内の小片において、ろう付けされる。
インサートを形成するために基材要素にろう付けされ、そして多くの研磨インサ
ートは硬いコアの周囲に機械的に締結(たとえば、ボルトで締められる)される
。 他の態様は、本発明のロータリプロファイルドレッシング工具における使用に
適しており、もし工具の周囲のいかなる地点での一連のダイアモンド砥粒が単一
の切断点として砥石の面に対して存在するように、ダイアモンドが向いているな
らば、この単一のダイアモンドの点が摩耗するにつれて、一連の残りのダイアモ
ンド砥粒は、摩耗砥粒に代るために、もう1つのダイアモンド砥粒を連続的に与
え、その一連の砥粒が消尽するまで単一切断点となる。
)の基材要素上へ、おおよそ100%濃度のSDA100+ダイアモンドグリッ
ト(Debeersから入手、425〜500μm)を真空ろう付けすることに
より、10cm(4インチ)外径のステンレス鋼(304L)から組立てられた。
その工具はドレッシングチップ半径約0.25mm(0.01インチ)、所望の初
めのドレッシングチップ半径に研磨成分を仕上げるように少量の研削の後の工具
に対して選ばれるダイアモンドグリット径におおよそ等しい半径を生じるように
設計された。
けは、77/23銅/スズ合金粉末100質量部および水素化チタン粉末10質
量部の混合物から製造された。その粉末混合物は、13wt%でBrag(商標)
有機バインダーで混合され、ペースト組成物を得、そしてこのペーストは工具の
金属コアリムの指定部分上に拡げられた。ダイアモンド砥粒は単層でペースト状
に散布され、過剰のダイアモンド砥粒は工具から振りおとされた。工具は炉で乾
燥され、バインダーから水分を蒸発させ、そして乾燥工具は0.133Pa(<1
0-3Torr)未満の圧力で、低酸素雰囲気下に88℃で30分間加熱され、ついで
冷却された。仕上げられた工具において、ろう付けは銅70.2wt%、スズ21
.0wt%およびチタン8.8wt%を含有していた。
2mm(0.005インチ)であり、ダイアモンドグリット径は0.212〜0.
25mmであった。 0.25m(0.01インチ)チップ半径工具は、ねじ研削盤(thread grinders)上で商業的な設定で試験された。研削砥石は、46×1.
3×25cm(18×0.50×10インチ)の3SG100−VBX467(ゾ
ルゲルアルミナ砥粒)砥石(Norton Company,Worceste
r,MAから得られる)であり、初めの形状ドレッシング(0.025mm(0.
001インチ)/パス)後に0.013mm(0.0005インチ)/パスの切込
みで、ドレッシングの間、30表面m/秒(6000表面フィート/分)で操作
した。ドレッサーの研磨成分の摩耗は12週間の連続運転後も、観察されなかっ
た。これは、6週間の連続運転後に測定しうる摩耗を有するこの商業的設定で用
いられる代表的な市販のロータリードレッシング工具にひけをとらない。加えて
、研削砥石の生産性において約50%の改良がロータリードレッシング工具の尖
鋭度のために観察された。
され、5週間の連続運転後に非常に少ない測定しうる摩耗を示した(すなわち約
2μm/日)。実施例2 ドレッシング工具が、リムに沿って予め形成された溝を有する15cm(6イン
チ)ステンレス銅コアを用いて組立てられ、その中へ0.60〜0.71mm(約
0.025インチ)の径のダイアモンド砥粒がろう付けされ、ドレッシングチッ
プ半径0.3mm(0.012インチ)を有する工具を形成した。ダイアモンドは
ろう付けおよび実施例1の方法を用いて溝の中へろう付けされた。このすじをつ
けられた(striped)構成は直線状の側面を有していた(0°の刃先角)
。工具はビトリファイド結合CBN砥石へのプロファイルドレッシングに有効で
あった。
研削面を有する砥石を示す。
付けされたダイアモンド砥粒の単層の部分断面図である。
されたダイアモンド砥粒の単層の部分断面図である。
付けされたダイアモンド膜インサートの部分断面図である。
面のまわりの研磨リムを有するロータリープロファイルドレッシング工具であり
、コアおよび研磨リムは工具の回転軸に直交する方向に向いており、研磨リムは
コアの外周に機械的に締結された多くの研磨インサートを含み、そして研磨イン
サートは活性ろう付けにより基材要素に結合された研磨成分を含み、研磨成分は
単層に配置されたダイアモンド砥粒およびダイアモンド膜インサートならびにそ
れらの組合わせからなる群より選ばれるロータリードレッシング工具。
ドレッシング工具。
Claims (12)
- 【請求項1】 硬いディスク形状コア、ならびにコア外周の少くとも一表面
のまわりの研磨リムを有するロータリープロファイルドレッシング工具であり、
コアおよび研磨リムは工具の回転軸に直交する方向に向けられており、研磨リム
は活性ろう付けによりコアに結合された研磨成分を含有し、そしてその研磨成分
は単層に配置されたダイアモンド砥粒およびダイアモンド膜インサートならびに
それらの組合わせからなる群より選ばれるロータリードレッシング工具。 - 【請求項2】 研磨リムが基材要素をさらに含み、そ上に研磨成分がろう付
けされてなる請求項1記載のロータリードレッシング工具。 - 【請求項3】 硬いコアが、鋼、工具鋼、炭化タングステン、鉄およびコバ
ルト、およびそれらの補強複合物、ならびにそれらの組合わせからなる群より選
ばれる材料からなる請求項1記載のドレッシング工具。 - 【請求項4】 活性ろう付けが、研磨成分と反応するのに有効な量のチタン
を含む青銅ろう付けである請求項1記載のドレッシング工具。 - 【請求項5】 活性ろう付けが銅55〜79wt%、スズ15〜25wt%およ
びチタン6〜20wt%を含んでなる請求項4記載のドレッシング工具。 - 【請求項6】 研磨成分がダイアモンド砥粒であり、ダイアモンド砥粒は平
均径0.15〜2.0mmを有する請求項1記載のドレッシング工具。 - 【請求項7】 研磨リムがダイアモンド砥粒の平均径の約1/2に等しいチ
ップ半径を有する請求項6記載のドレッシング工具。 - 【請求項8】 コアおよび基材要素が単一構造である請求項2記載のドレッ
シング工具。 - 【請求項9】 活性ろう付けが、ニッケル60〜92.5wt%、クロム5〜
10wt%、ホウ素1.0〜4.5wt%、ケイ素1.0〜8.0wt%および鉄0.
5〜5.0wt%を含有する請求項1記載のドレッシング工具。 - 【請求項10】 活性ろう付けがさらにスズ0.1〜10wt%を含む請求項
9記載のドレッシング工具。 - 【請求項11】 硬いディスク形状コア、ならびにコアの外周の少くとも少
くとも一表面のまわりの研磨リムを有するロータリープロファイルドレッシング
工具であり、コアおよび研磨リムは工具の回転軸に直交する方向に向いており、
研磨リムはコアの外周に機械的に締結された多くの研磨インサートを含み、そし
て研磨インサートは活性ろう付けにより基材要素に結合された研磨成分を含み、
研磨成分は単層に配置されたダイアモンド砥粒およびダイアモンド膜インサート
ならびにそれらの組合わせからなる群より選ばれるロータリードレッシング工具
。 - 【請求項12】 研磨インサートがコアにボルトで締結される請求項11記
載のドレッシング工具。
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