JP2011088263A - メタルボンドホイールおよび工具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研削抵抗が小さく、研削比が高いメタルボンドホイールおよび工具の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】メタルボンドホイール１は、ダイヤモンド砥粒および立方晶窒化ホウ素砥粒の少なくともいずれかを含む複数の超砥粒１３１と、複数の超砥粒１３１の各々の間に介在してこれらを結合するメタルボンド１３２とを備え、メタルボンド１３２は９０質量％以上９９質量％以下の金属部と、１質量％以上１０質量％以下の低圧相窒化ホウ素とを含み、金属部は、５５質量％以上７０質量％以下の銅と、３０質量％以上４５質量％以下のスズとを含む。
【選択図】図２

Description

この発明は、メタルボンドホイールおよび工具の製造方法に関し、より特定的には、ダイヤモンド砥粒および立方晶窒化ホウ素砥粒の少なくともいずれかを含む複数の超砥粒を有するメタルボンドホイールおよび工具の製造方法に関するものである。

従来、加工用のホイールは、たとえば特開２００３−３９３２８号公報（特許文献１）、特開昭５９−２０５２６９号公報（特許文献２）、特開平１１−２２１７７２号公報（特許文献３）、特開昭５８−２５３８０号公報（特許文献４）、特開平１０−２９６６３７号公報（特許文献５）、特開２００６−３２０９９２号公報（特許文献６）、特開平３−２２８５７８号公報（特許文献７）、特開平３−１４９１８６号公報（特許文献８）、特開昭６１−１００３７４号公報（特許文献９）に開示されている。

特開２００３−３９３２８号公報 特開昭５９−２０５２６９号公報 特開平１１−２２１７７２号公報 特開昭５８−２５３８０号公報 特開平１０−２９６６３７号公報 特開２００６−３２０９９２号公報 特開平３−２２８５７８号公報 特開平３−１４９１８６号公報 特開昭６１−１００３７４号公報

特許文献１では、ダイヤモンド砥粒またはＣＢＮ砥粒などの超砥粒を使用するメタルボンドホイールにおいて、メタルボンドの化学組成としてＣｏを７０〜９８質量％、Ｓｎを２〜３０質量％含有することを特徴とするＣｏ−Ｓｎ系結合剤を使用したメタルボンドホイールが開示されている。

特許文献２では、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素等の砥粒を焼結法、または電着法によってメタルボンドした砥石の一部分に、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素等の砥粒と樹脂、溶剤、可塑剤にさらに二硫化タングステン、二硫化モリブデン、炭素繊維、窒化ホウ素等の固体潤滑剤を混合、混練したインクで印刷しかつ焼付けした切断加工用砥石の製造方法が開示されている。

特許文献３では、超砥粒、レジン、フィラーおよび潤滑剤を含有する超砥粒層を有するレジンボンドホイールにおいて、超砥粒がレジンにより被覆され、潤滑剤と非接触状態にあることを特徴とするレジンボンドホイール、ならびに、超砥粒を潤滑剤を含まないレジンで被覆してレジンコーテッド超砥粒とし、レジンコーテッド超砥粒と潤滑剤と、あるいは、潤滑剤を含んだレジンと混合して加圧焼成することを特徴とするレジンボンドホイールの製造方法が開示されている。

特許文献４では、金属相と任意に５０容積％まで分散された粒子状潤滑充填剤とからなる金属マトリックス中に結合されたダイヤモンド砥粒または立方晶窒化ホウ素の研削剤部を有する研削砥石において、金属相がホットプレスされたアルミニウム５〜３０容積％、亜鉛１０〜３５容積％、銅２０〜７０容積％、および錫５〜３０容積％の微粒子混合物から本質的になることを特徴とする研削砥石が開示されている。

特許文献５では、ダイヤモンド砥粒をガラス質またはセラミック質の結合剤によって焼結してなる超砥粒砥石であって、砥粒を２５〜４０ｖｏｌ％、上記結合剤を６０〜７５ｖｏｌ％とし、その結合剤が、ガラスを６６ｖｏｌ％〜９９ｖｏｌ％、六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）を１〜１７ｖｏｌ％、ＳｉＣを０〜１５ｖｏｌ％とからなる超砥粒砥石が開示されている。このとき、超砥粒、ＳｉＣおよびｈ−ＢＮの合計量は５０ｖｏｌ％以下、上記結合剤のガラスは結晶化ガラスを０〜５０ｖｏｌ％含むもの、ｈ−ＢＮは平均粒径が、２０μｍ以下のものを採用し、ｈ−ＢＮの潤滑性により、結合剤が適宜に微小破壊して、砥粒の自生発刃、切屑の排除作用が行なわれ、ＰＣＤ、ＰＣＢＮでも円滑な切削を行ない得る構成が開示されている。

特許文献６では、レジノイド砥石部作成工程において砥粒および固体潤滑剤をエポキシ樹脂結合剤で結合することにより作製されたレジノイド砥石部が、そのレジノイド砥石部よりも剛性の高いコア（支持体）に固着されることにより支持されて構成されることから、エポキシ樹脂結合剤中の固体潤滑剤の作用により、研削切り粉の排出が容易となるとともに、その潤滑性が高められることによって研削抵抗が低減されて切れ味が向上し、また砥石摩耗が少なくなるため砥石寿命が長くなる構成が開示されている。

特許文献７では、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド等の超砥粒と骨材とをビトリファイド結合剤にて結合してなるビトリファイド超砥粒砥石において、骨材が、セラミック粒子をビトリファイド結合剤にて焼結してなる粒子であることを特徴とするビトリファイド超砥粒砥石が開示されている。

特許文献８では、砥粒と、固体潤滑剤と、マトリックスを形成する金属粉末とを一体に焼成してなるメタルボンド工具において、砥粒としてダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素の少なくとも１種を含有する一方、固体潤滑剤として二硫化モリブデンおよび六方晶窒化ホウ素の少なくとも１種を１〜５重量％含有するとともに、上記固体潤滑剤の平均粒径を砥粒の平均粒径の１／３以下に設定したことを特徴とするメタルボンド工具が開示されている。

特許文献９では、ダイヤモンド粒子または立方晶窒化ホウ素粒子の研磨剤と、有機重合体を基材とする結合剤とからなる研削工具において、結合剤が炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、二酸化ケイ素の少なくとも１種２０〜３５容量％、および二硫化タングステン、六方晶窒化ホウ素の少なくとも１種３〜１５容量％を充填剤として含有し、かつ充填剤の粒径が５０μｍ以下である研削工具が開示されている。

しかしながら、上記の従来の技術において研削抵抗を低減し、研削比を大きくしすなわち寿命を長くし、工作物の表面粗さを小さくするということは困難であるという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、研削抵抗が小さく、研削比が高いメタルボンドホイールおよび工具の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に従ったメタルボンドホイールは、ダイヤモンド砥粒および立方晶窒化ホウ素砥粒の少なくともいずれかを含む複数の超砥粒と、複数の超砥粒の各々の間に介在してこれらを結合するメタルボンドとを備え、メタルボンドは９０質量％以上９９質量％以下の金属部と、１質量％以上１０質量％以下の低圧相窒化ホウ素とを含み、金属部は、５５質量％以上７０質量％以下の銅と、３０質量％以上４５質量％以下のスズとを含む。

このように構成されたメタルボンドホイールでは、金属部と低圧相窒化ホウ素との割合を特定の範囲とし、かつ、金属部および低圧相窒化ホウ素の構成元素を限定することで、切削抵抗が小さく、かつ、研削比の大きなメタルボンドホイールを得ることができる。

好ましくは、低圧相窒化ホウ素は六方晶窒化ホウ素を含む。
好ましくは、メタルボンドホイールは、サーメット、超硬合金および高速度鋼の重研削に用いられる。

好ましくは、メタルボンドホイールは、ドリル、リーマおよびエンドミルの溝部の研削加工に用いられる。

好ましくは、溝部の材質は、超硬合金または鋼である。
好ましくは、上記のいずれか１項に記載のメタルボンドホイールを用いてドリル、リーマおよびエンドミルのいずれかの溝部を研削加工して工具を形成する。

この発明に従えば、切削抵抗が小さく、かつ、研削比の大きなメタルボンドホイールを得ることができる。

この発明の実施の形態に従った、溝加工用のメタルボンドホイールの斜視図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った溝加工用のメタルボンドホイールの断面図である。 この発明の実施の形態に従ったメタルボンドホイールにおけるドリルの溝加工の例を示す図である。 この発明に従ったメタルボンドホイールを用いたタップの溝の加工方法を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態に従った、溝加工用のメタルボンドホイールの斜視図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った溝加工用のメタルボンドホイールの断面図である。

図１および図２を参照して、この発明の実施の形態に従ったメタルボンドホイール１は、台金１１と、台金１１の外周に設けられた中間層１２と、中間層１２と接触するように設けられた超砥粒層１３とを有する。台金１１には貫通孔２が設けられている。

台金１１の外周に設けられた中間層１２は、超砥粒層１３が台金１１との接合性を向上させるための層である。超砥粒層１３は、超砥粒１３１がメタルボンド１３２で固められた構成を有する。複数の超砥粒１３１の各々の間にメタルボンド１３２が介在して複数の超砥粒１３１を結合する。

超砥粒１３１として、立方晶窒化ホウ素粒子およびダイヤモンド粒子が用いられる。メタルボンド１３２は、９０質量％以上９９質量％以下の金属部と、１質量％以上１０質量％以下の低圧相窒化ホウ素とを含み、金属部は、５５質量％以上７０質量％以下の銅と、３０質量％以上４５質量％以下のスズとを含む。低圧相窒化ホウ素は、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）、菱面体晶窒化ホウ素（ｒＢＮ）および、乱層構造窒化ホウ素（ｔＢＮ）を含むことが可能である。

図３は、この発明の実施の形態に従ったメタルボンドホイールにおけるドリルの溝加工の例を示す図である。図３を参照して、ドリル１００の溝１０１を加工する場合には、超砥粒ホイールとしてのメタルボンドホイール１を矢印Ｒ１で示す方向に回転される。同時に、ドリル１００も矢印Ｒ２で示す方向に回転させる。この状態で、ドリル１００の溝１０１にメタルボンドホイール１の超砥粒層１３を押付ける。そして、メタルボンドホイール１を矢印Ｒ１で示す方向に回転させつつ、ドリル１００を矢印Ｒ２で示す方向に回転させる。これにより、ドリル１００の溝加工を行なう。

図４は、この発明に従ったメタルボンドホイールを用いたタップの溝の加工方法を示す図である。図４を参照して、タップ２００の溝を加工する場合には、タップ２００の溝２０１にメタルボンドホイール１の超砥粒層１３を押付ける。この状態で、メタルボンドホイール１を回転させることにより、タップ２００の溝２０１を作製することができる。

この発明に従ったメタルボンドホイール１は、サーメット、超硬合金および高速度鋼の重研削に用いられる。また、ドリル、リーマおよびエンドミルの溝部の研削加工に用いられてもよい。その溝部の材質は、超硬合金または鋼である。

実施例１では、表１で示す仕様のホイールを準備した。なお、ホイールの直径は１５０ｍｍ、厚みは８ｍｍとした。

表１中、比較品２において「９５（７０Ｃｕ−３０Ｓｎ）−５Ｇｒ」とは、金属部とグラファイト（Ｇｒ）との質量比が９５：５であり、金属部中のＣｕとＳｎの質量比が７０：３０であることを示している。本発明品１において「９５（７０Ｃｕ−３０Ｓｎ）−５ｈＢＮ」とは、金属部と六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）との質量比が９５：５であり、金属部中のＣｕとＳｎの質量比が７０：３０であることを示している。「粒度（＃）」の欄において「３２５」は平均粒径が４４μｍであること、「４００」は平均粒径が３７μｍであることを示している。

実施例１における溝加工の加工条件を表２で示す。

表２の条件に従い、溝の加工を行った。加工結果を表３に示す。

表３中の工作物表面粗さＲｚの単位はμｍである。Ｆｔは接線方向の抵抗、Ｆｎは法線方向の抵抗を示す。

表３より、本発明品１では、レジンボンドで構成される比較品１よりも切削抵抗が低く、研削比が高いことがわかった。さらに、潤滑材としてＧｒを含む比較品２よりも、研削抵抗が低く、研削比が高いことがわかった。

実施例２では、表４で示す仕様のホイールを準備した。なお、ホイールの直径は１５０ｍｍ、厚みは８ｍｍとした。

比較品は潤滑材としてＧｒを含み、本発明品は潤滑材としてｈＢＮを含む。「粒度（＃）」の欄において「１４０」は平均粒径が１０５μｍであることを示している。

実施例２における溝加工の加工条件を表５で示す。

表５の条件に従い、溝の加工を行った。加工結果を表６に示す。

表６中の工作物表面粗さＲｚの単位はμｍである。
表６より、本発明品では、本発明品と同じ量のＧｒを含む比較品よりも研削抵抗が低いことが確認された。

実施例３では、表７で示す仕様のホイールを準備した。なお、ホイールの直径は１５０ｍｍ、厚みは８ｍｍとした。

実施例３における溝加工の加工条件を表８で示す。

表８の条件に従い、溝の加工を行った。加工結果を表９に示す。

表９中の工作物表面粗さＲｚの単位はμｍである。
表９より、本発明品では、本発明品と同じ量のＧｒを含む比較品よりも研削抵抗が低いことが確認された。

実施例４では、実施例３と同じホイールを用いて、送り速度を大きくしてホイールの性能を評価した。具体的には、表１０で示す仕様のホイールを準備した。

実施例４における溝加工の加工条件を表１１に示す。

表１１の条件に従い、溝の加工を行った。加工結果を表１２に示す。

表１２中の工作物表面粗さＲｚの単位はμｍである。
表１２より、本発明品では、レジンボンドホイールである比較品７よりも高速度の送りで切削が可能であることが確認された。さらに、本発明品と同じ量のＧｒを含む比較品よりも研削抵抗が低いことが確認された。

実施例５では、実施例４と同じホイールを用いて、送り速度を大きくしてホイールの性能を評価した。具体的には、表１３で示す仕様のホイールを準備した。

実施例５における溝加工の加工条件を表１４に示す。

表１４の条件に従い、溝の加工を行った。加工結果を表１５に示す。

表１５中の工作物表面粗さＲｚの単位はμｍである。
表１５より、本発明品では、レジンボンドホイールである比較品７、Ｇｒを１０質量％含む比較品９よりも高速度の送りで切削が可能であることが確認された。さらに、本発明品と同じ量のＧｒを含む比較品よりも研削抵抗が低いことが確認された。

以上の実施例より、メタルボンドは９０質量％以上９９質量％以下の金属部と、１質量％以上１０質量％以下の低圧相窒化ホウ素とを含む必要があることが確認された。

金属部は、５５質量％以上７０質量％以下の銅と、３０質量％以上４５質量％以下のスズとを含む必要があることが確認された。

なお、今回開示した上記実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ メタルボンドホイール、２ 貫通孔、１１ 台金、１２ 中間層、１３ 超砥粒層、１００ ドリル、１０１，２０１ 溝、１３１ 超砥粒、１３２ メタルボンド、２００ タップ。

Claims (6)

1. ダイヤモンド砥粒および立方晶窒化ホウ素砥粒の少なくともいずれかを含む複数の超砥粒と、
   前記複数の超砥粒の各々の間に介在してこれらを結合するメタルボンドとを備え、
   前記メタルボンドは９０質量％以上９９質量％以下の金属部と、１質量％以上１０質量％以下の低圧相窒化ホウ素とを含み、
   前記金属部は、５５質量％以上７０質量％以下の銅と、３０質量％以上４５質量％以下のスズとを含む、メタルボンドホイール。
2. 前記低圧相窒化ホウ素は六方晶窒化ホウ素を含む、請求項１に記載のメタルボンドホイール。
3. サーメット、超硬合金および高速度鋼の重研削に用いられる、請求項１または２に記載のメタルボンドホイール。
4. ドリル、リーマおよびエンドミルの溝部の研削加工に用いられる、請求項１または２に記載のメタルボンドホイール。
5. 前記溝部の材質は、超硬合金または鋼である、請求項４に記載のメタルボンドホイール。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のメタルボンドホイールを用いてドリル、リーマおよびエンドミルのいずれかの溝部を研削加工して工具を形成する、工具の製造方法。

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