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