JP2012086304A - 超砥粒ホイールならびに成形体およびその加工方法 - Google Patents

超砥粒ホイールならびに成形体およびその加工方法 Download PDF

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Abstract

【課題】切断工程において、切断能力を向上させることが可能な超砥粒ホイールを提供することを目的とする。
【解決手段】超砥粒ホイール1は、互いに対向する第一および第二側面11,12を有する円板形状の超砥粒層と、第一および第二側面11,12の少なくとも一方に設けられたニッケルメッキからなるコーティング層21,22とを備える。超砥粒層は、分散して配置された複数の超砥粒31と、超砥粒31を結合する導電性の結合材10とを含む。
【選択図】図5

Description

この発明は、超砥粒ホイールならびに成形体およびその加工方法に関し、より特定的には、ゴム、樹脂、セラミックス、半焼結の粉末成形体、焼結前の粉末成形体などの切断加工や溝入れ加工などに用いられる超砥粒ホイールに関するものである。
電子回路等に用いられるセラミックコンデンサの量産用のチップ状焼結体は、以下の工程で量産されている。
まず、金属粉末と有機系のバインダとを混練してシート状に成形する。つぎに、このシート状の成形体を脱バインダ処理した後、焼結する。その後、このシート状の焼結体を超砥粒ホイールなどにより格子状に切断し、チップ状焼結体を量産する。
しかしながら、焼結体は高硬度でしかも脆い材料であるため、超砥粒ホイールの摩耗がはげしく、短寿命であり、さらに切断時の割れが発生する問題があった。
このような問題点を回避するために、近年、シート状の粉末成形体を焼結前に予めチップ状に切断しておき、これらチップ状の粉末成形体を加熱してバインダの除去処理をし、その後に焼結する方法も採用されている。
その他、セラミックスの小型部品を製造する際には、上記と同様の製造方法が採用されている。これらの製造工程で用いられるバインダは、成形後に成形体を加熱してバインダを除去できる化合物であれば特に限定されるものではなく、たとえば、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルアセタール、メチルセルロース、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルビチラール、ワックス類、多糖類などが用いられる。
このような技術は、特開2002−316312号公報(特許文献1)に開示されている。
また、超砥粒ホイールに関しては、たとえば特開2009−6406号公報(特許文献2)、実開昭62−121061号公報(特許文献3)、実開昭62−178066号公報(特許文献4)、実開昭62−195453号公報(特許文献5)、特開平3−281175号公報(特許文献6)、特開2001−300853号公報(特許文献7)、特開2001−300854号公報(特許文献8)、特開平3−294182号公報(特許文献9)および特開昭59−110560号公報(特許文献10)に開示されている。
特開2002−316312号公報 特開2009−6406号公報 実開昭62−121061号公報 実開昭62−178066号公報 実開昭62−195453号公報 特開平3−281175号公報 特開2001−300853号公報 特開2001−300854号公報 特開平3−294182号公報 特開昭59−110560号公報
しかしながら、切断加工されるシート状の粉末成形体は、切断加工前に脱バインダ処理が全く実施されていないので、粉末成形体および切断時に飛散する切粉にも、粘着性のあるバインダが含まれている。この切粉が超砥粒ホイールの側面に付着して切れ味を低下させるだけでなく、切断面の表面を粗くするため、そのまま焼結すると不良品とな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、良好な切断性能を有する超砥粒ホイールならびに成形体およびその加工方法を提供することを目的とする。
この発明に従った超砥粒ホイールは、互いに対向する第一および第二側面を有する円板形状の超砥粒層と、第一および第二側面の少なくとも一方に設けられたニッケルメッキからなるコーティング層とを備え、超砥粒層は、分散して配置された複数の超砥粒と、超砥粒を結合する導電性の結合材とを含む。
このように構成された超砥粒ホイールにおいては、超砥粒層がコーティング層に覆われているため、超砥粒ホイール表面における超砥粒の突出が抑制されて、表面への切粉の付着を抑制することができる。
好ましくは、超砥粒層は、半径方向に幅を有し、コーティング層は、超砥粒層の外周端から超砥粒層の幅の1/3以上の幅の部分までを被覆する。
好ましくは、コーティング層の厚みは超砥粒の平均粒径以下である。
好ましくは、コーティング層は、無電解ニッケルメッキ法により形成される。
好ましくは、コーティング層の表面は梨地状仕上げで、かつ、表面粗さは0.1μmRa以上5μmRa以下である。
好ましくは、半焼結の粉末成形体または焼結前の粉末成形体の切断加工または溝入れ加工に用いられる。
好ましくは、超砥粒層の外周部には、第一および第二側面と外周面とに開口する切り欠き溝が設けられている。
この発明に従った成形体の加工方法は、上記のいずれかの超砥粒ホイールを用いて、半焼結の粉末成形体または焼結前の粉末成形体の切断加工および溝入れ加工を行う。
この発明に従った成形体は、上記方法を用いて加工される。
この発明の実施の形態1に従った超砥粒ホイールの正面図である。 図1中の矢印IIで示す方向から見た超砥粒ホイールの側面図である。 図1中のIII−III線に沿った断面図である。 図1中の矢印IV−IV線に沿った拡大図である。 図3中のVで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。 図1中のVI−VI線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態2に従った超砥粒ホイールの断面図である。 この発明の実施の形態3に従った超砥粒ホイールの正面図である。 比較品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を100倍に拡大して示す写真である。 比較品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を1000倍に拡大して示す写真である。 本発明品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を100倍に拡大して示す写真である。 本発明品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を1000倍に拡大して示す写真である。 比較品の電鋳ブレード側面のある部分における切粉の溶着状態を100倍に拡大して示す写真である。 比較品の電鋳ブレード側面の別の部分における切粉の溶着状態を100倍に拡大して示す写真である。
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。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1に従った超砥粒ホイールの正面図、図2は、図1中の矢印IIで示す方向から見た超砥粒ホイールの側面図、図3は、図1中のIII−III線に沿った断面図、図4は、図1中の矢印IV−IV線に沿った拡大図である。図1から図4を参照して、超砥粒ホイール1の外周には半径方向に延びるスリット2が形成されている。そして隣接するスリット2間の間が刃部3となっている。円板形状の超砥粒ホイール1の中心には超砥粒ホイール1を貫通する穴19が設けられている。
図5は、図3中のVで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。図6は、図1中のVI−VI線に沿った断面図である。図5および図6を参照して、超砥粒ホイール1は、互いに対向する第一および第二側面11,12を有する円板形状の超砥粒層40と、第一および第二側面11,12の少なくとも一方に設けられたニッケルメッキからなるコーティング層21,22とを備える。超砥粒層40は、分散して配置された複数の超砥粒31と、超砥粒31を結合する導電性の結合材10とを含む。
導電性の結合材10としては、メタルボンド、ニッケルメッキ、導電性フィラーを含有するレジンボンド、導電性フィラーを含有するビトリファイドボンドなどを適用することが可能である。そして、ニッケルメッキからなるコーティング層21,22は、電解ニッケルメッキまたは無電解ニッケルメッキの両方を適用可能である。そして、コーティング層21,22の厚みt1は、超砥粒31の平均粒径以下であることが好ましい。
ここで、平均粒径は、株式会社島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置SALDシリーズで測定した平均粒径をいう。
粒度分布の場合、それに対応する粒子径の値は連続的な値になるので、小さな区間に分割した上で各区間について代表粒子径を定め、飛び飛びの数値に置き換えてから平均粒径を計算する。また、粒子径の区間は、対数スケールに基づいており、まず対数スケール上での平均値を求め、その結果を通常の粒子径の単位を持った平均値に戻すという作業をする。
具体的には、まず測定対象となる粒子径範囲(最大粒子径:x1、最小粒子径:xn+1)をn分割し、それぞれの粒子径区間を[xj、xj+1](j=1,2,…n)とする。この場合の分割は対数スケール上での等分割となる。また対数スケールに基づいてそれぞれの粒子径区間での代表粒子径は以下の式で計算する。
(log10j+log10j+1)/2
代表径に関しては対数をとっているため、この時点で粒子径の単位ではない。さらに、qj(j=1,2,…n)を粒子径区間[xj、xj+1]に対応する相対粒子量(差分%)とし、全区間の合計を100%とすると、対数スケール上での平均値μは、以下の式で表わされる。
このμは対数スケール上での数値であり、粒子径としての単位を持たないので、粒子径の単位に戻すために10のμ乗を計算する。
この10のμ乗をSALDシリーズでは平均値(平均粒子径)としてデータシート上で表示する。
さらに、コーティング層21,22は、無電解ニッケルメッキ法により被覆するのが容易に均一なメッキ皮膜が得られて好ましい。
電解ニッケルメッキでも適用可能であるが、電解ニッケルメッキの場合は超砥粒ホイールに電極を接続しなければならないので工数が余分に必要であり、コスト高になるだけでなく、超砥粒ホイール1のコーナー部のメッキ厚が他の部分に比較して厚くなりやすい。
さらに、コーティング層21,22の表面は梨地状仕上げで、かつその表面粗さは0.1μmRa以上5μmRa以下であることが好ましい。
ここで、梨地状仕上げとは、目視で観察した際に、金属光沢がなく、しかも方向性のある条痕が観察できないような仕上げをいう。
詳しくは、JIS B0601において定義されるRaにおいて、0.1μmRa以上5μmRa以下であることが好ましい。
なお、0.2μmRa以上4μmRaであることがより好ましく、0.2μmRa以上3μmRa以下であることが最も好ましい。
コーティング層21,22の表面粗さを0.1μmRa以上5μmRa以下の範囲内とするためには、コーティング層21,22を超砥粒層40の表面に形成するので、超砥粒層40の表面粗さを予め0.1μmRa以上5μmRa以下の範囲内に仕上げておく必要がある。
コーティング層21,22を形成する前の超砥粒層40の表面仕上げは、研削加工、ラップ加工、放電加工、化学加工等によって仕上げておくことが好ましく、より好ましくは、ラップ加工、放電加工、化学加工等により目視で梨地状に観察されるように仕上げておく。
そして、超砥粒ホイール1では、側面に切粉がほとんど付着しない特徴があり、バインダを含有する工作物、たとえば半焼結の粉末形成体、焼結前の粉末成形体などの切断加工や溝入れ加工に用いても長期間にわたって切れ味が良好であり、しかも良好な切断加工面が得られる。
そして、超砥粒層の外周部には、両側面と外周面とに開口する切り欠き溝としてのスリット2が複数本形成されている。そしてバインダを含有する、半焼結の粉末成形体、焼結前の粉末成形体などの切断加工や溝入れ加工に用いる際にはスリット2が複数形成されていることが最も好ましい。
このように構成された実施の形態に従った超砥粒ホイール1によれば、切粉がホイール側面に付着することがないので、バインダを含有する粉末成形体などの切断加工に用いても長期間にわたって良好な切れ味が得られ、しかも良好な切断面が得られる。さらに、ニッケルメッキからなるコーティング層21,22は、超砥粒層40から剥離し難く、しかも耐熱性に優れているので、乾式で加工を行なうような過酷な条件下でも長期間にわたって安定した性能を発揮することが可能である。
(実施の形態2)
図7は、この発明の実施の形態2に従った超砥粒ホイールの断面図である。図7を参照して、この発明の実施の形態2に従った超砥粒ホイール1では、超砥粒層40は、半径方向に幅W1を有する。コーティング層21,22は、超砥粒層40の外周端18から超砥粒層40の幅W1の1/3以上の幅W2を有する。すなわち、コーティング層21,22は、超砥粒層40の外周から、超砥粒層40の半径方向の幅の1/3以上の幅で被覆されている。超砥粒ホイール1はホイールフランジに組込んで使用されるので、ホイールフランジから突き出す部分にコーティング層21,22を形成すれば性能を確保する上で十分であるため、超砥粒層40の外周から、超砥粒層40の半径方向の幅の1/3以上の幅で被覆されているのが好ましい。また、超砥粒ホイール1全体が超砥粒層40であるような薄刃超砥粒ホイールの場合は、側面全体にコーティング層21,22を形成する方が製造工程が少なくなることでより好ましい。両方の側面全体にコーティング層21,22を形成する方が製造工程を一層少なくすることができ最も好ましい。
(実施の形態3)
図8は、この発明の実施の形態3に従った超砥粒ホイールの正面図である。図8を参照して、実施の形態3に従った超砥粒ホイール1では、刃部3の数が実施の形態1に従った超砥粒ホイール1よりも少ない。
本発明の実施例1の超砥粒ホイールについて、図1から6を用いて説明する。図1から6の超砥粒ホイールは、電鋳薄刃ホイールとも呼ばれる。
実施例1の電鋳薄刃ホイールは、薄板円板状をなし、この電鋳薄刃ホイールは結合材10を構成するNiからなる金属めっき相(金属結合相)内に超砥粒31としてのダイヤモンド砥粒(粒度40/60μm)を分散して形成された外径75mm、厚みが0.3mmの薄板円板状をなしており、全体が超砥粒層40で形成される。中心の穴19の直径は40mmである。
超砥粒層40の外周部には、両側面と外周面に開口する切り欠き溝(スリット2)が形成されている。切り欠き溝の寸法は、幅1mm、半径方法深さが3mmで、外周部を64等分するように形成されている。切り欠き溝は研削加工によって形成した。さらに、両側面の全体に渡ってコーティング層21,22として無電解Niめっきが施されている。無電解Niめっきの片面の厚みは約5μmである。
実施例1の電鋳薄刃ホイールは以下のようにして製作した。まず公知の電鋳ホイールの製造方法により、ダイヤモンド砥粒が分散して形成された、外径76mm、厚み0.35mmの薄板円板状の超砥粒層を得た。次に、遊離砥粒方式の両面ラップ盤により、両面をラップ加工し、厚みを0.3mmに仕上げた。この段階における側面の表面粗さは1.8μmRaであった。次に、公知の方法で超砥粒層の表面を全体に渡って無電解Niめっきを施した。無電解Niめっきの厚みは約5μmであった。次に、内面研削盤により超砥粒層の穴を内径40mmに仕上げた。次に研削加工により幅1mm、半径方法深さが3mmで、外周部を64等分するように切り欠き溝を設けた。最後に、円筒研削盤により外周をツルーイング・ドレッシングして、外径75mmに仕上げて実施例1の電鋳薄刃ホイールを完成させた。完成後の無電解Niめっきの表面粗さは1.3μmRaであった。無電解Niめっきの表面仕上げは、目視で金属光沢が無く、しかも方向性のある条痕が確認できない梨地状に仕上げた。
この実施例1の電鋳薄刃ホイールを用いてセラミック粉末の成形体(グリーンコンパクト)を切断加工して、本発明の効果を確認した。セラミックス粉末の成形体は板状の形状で厚みが約0.5mmである。電鋳薄刃ホイールを精密切断機に取り付け、回転数15000/min、送り速度15mm/min、乾式切断したところ良好な切れ味を発揮し、電鋳薄刃ホイールの両側面に切粉がほとんど付着することはなく、切断加工面も要求品質を満足できるものであった。
比較例1
一方、比較例1として、両側面にコーティング層21,22としての無電解Niめっきを施していない電鋳薄刃ホイールで実施例1と同じ加工条件でセラミック粉末の成形体を乾式切断したところ、加工開始の初期から電鋳薄刃ホイールの両側面に切粉が付着して切れ味が低下し、切断加工面が粗く、要求品質を満足できなかった。
なお、比較例1の電鋳薄刃ホイールは以下のようにして製作した。まず公知の電鋳ホイールの製造方法により、ダイヤモンド砥粒(粒度40/60μm)が分散して形成された、外径76mm、厚み0.35mmの薄板円板状の超砥粒層を得た。次に、遊離砥粒方式の両面ラップ盤により、両面をラップ加工し、厚みを0.3mmに仕上げた。この段階における側面の表面粗さは1.8μmRaであった。次に、内面研削盤により超砥粒層の穴を内径40mmに仕上げた。次に研削加工により幅1mm、半径方法深さが3mmで、外周部を64等分するように切り欠き溝を設けた。最後に、円筒研削盤により外周をツルーイング・ドレッシングして、外径75mmに仕上げて完成させた。
比較例1(比較品)と実施例(本発明品)との表面を観察した。
図9は、比較品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を100倍に拡大して示す写真である。図10は、比較品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を1000倍に拡大して示す写真である。図11は、本発明品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を100倍に拡大して示す写真である。図12は、本発明品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を1000倍に拡大して示す写真である。図13は、比較品の電鋳ブレード側面のある部分における切粉の溶着状態を100倍に拡大して示す写真である。図14は、比較品の電鋳ブレード側面の別の部分における切粉の溶着状態を100倍に拡大して示す写真である。
図9および図10で示すように、比較品では結合材10表面から超砥粒31が突出しているのに対して、図11および図12で示すように、本発明品では超砥粒31がコーティング層21で覆われており、超砥粒31の突出量が小さく、梨地状であることがわかる。
また、図13および図14で示すように、比較品では超砥粒31が突出しているため、切粉200が表面に溶着していることがわかる。
本発明の実施例2の超砥粒ホイールについて、図1から6を用いて説明する。実施例2の超砥粒ホイールは、メタルボンド薄刃ホイールとも呼ばれる。
実施例2のメタルボンド薄刃ホイールは、薄板円板状をなし、このメタルボンド薄刃ホイールは結合材10としての焼結合金(90質量%Cu−10質量%Sn)内に超砥粒31としてのダイヤモンド砥粒(粒度40/60μm)を分散して形成された外径75mm、厚みが0.3mmの薄板円板状をなしており、全体が超砥粒層40で形成される。中心の穴19の直径は40mmである。
超砥粒層40の外周部には、両側面と外周面に開口する切り欠き溝(スリット2)が形成されている。切り欠き溝の寸法は、幅1mm、半径方法深さが3mmで、外周部を64等分するように形成されている。切り欠き溝は放電加工によって形成した。さらに、両側面の全体に渡って無電解Niめっきが施されている。無電解Niめっきの片面の厚みは約5μmである。
実施例2のメタルボンド薄刃ホイールは以下のようにして製作した。まず公知のメタルボンドホイールの製造方法により、ダイヤモンド砥粒が分散して形成された、外径76mm、厚み0.35mmの薄板円板状の超砥粒層を得た。次に、遊離砥粒方式の両面ラップ盤により、両面をラップ加工し、厚みを0.3mmに仕上げた。この段階における側面の表面粗さは2.1μmRaであった。次に、公知の方法で超砥粒層の表面を全体に渡って無電解Niめっきを施した。無電解Niめっきの厚みは約5μmであった。次に、内面研削盤により超砥粒層の穴を内径40mmに仕上げた。次に研削加工により幅1mm、半径方法深さが3mmで、外周部を64等分するように切り欠き溝を設けた。最後に、円筒研削盤により外周をツルーイング・ドレッシングして、外径75mmに仕上げて実施例1のメタルボンド薄刃ホイールを完成させた。完成後の無電解Niめっきの表面粗さは1.5μmRaであった。無電解Niめっきの表面仕上げは、目視で金属光沢が無く、しかも方向性のある条痕が確認できない梨地状に仕上げた。
この実施例2のメタルボンド薄刃ホイールを用いてセラミック粉末の成形体(グリーンコンパクト)を切断加工して、本発明の効果を確認した。セラミックス粉末の成形体は板状の形状で厚みが約0.5mmである。メタルボンド薄刃ホイールを精密切断機に取り付け、回転数15000/min、送り速度10mm/min、乾式切断したところ良好な切れ味を発揮し、メタルボンド薄刃ホイールの両側面に切粉はほとんど付着することはなく、切断加工面も要求品質を満足できるものであった。
比較例2
一方、比較例2して、両側面に無電解Niめっきを施していないメタルボンド薄刃ホイールで実施例2同じ加工条件でセラミック粉末の成形体を乾式切断したところ、加工開始の初期からメタルボンド薄刃ホイールの両側面に切り粉が付着して切れ味が低下し、切断加工面が粗く、要求品質を満足できなかった。
なお、比較例2のメタルボンド薄刃ホイールは以下のようにして製作した。まず公知のメタルボンドホイールの製造方法により、ダイヤモンド砥粒(粒度40/60μm)が分散して形成された、外径76mm、厚み0.35mmの薄板円板状の超砥粒層を得た。次に、遊離砥粒方式の両面ラップ盤により、両面をラップ加工し、厚みを0.3mmに仕上げた。この段階における側面の表面粗さは2.1μmRaであった。次に、内面研削盤により超砥粒層の穴を内径40mmに仕上げた。次に研削加工により幅1mm、半径方法深さが3mmで、外周部を64等分するように切り欠き溝を設けた。最後に、円筒研削盤により外周をツルーイング・ドレッシングして、外径75mmに仕上げて完成させた。
今回開示された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と考えられるべきである。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が含まれることが意図される。
1 超砥粒ホイール、2 スリット、3 刃部、10 結合材、11 第一側面、12 第二側面、18 外周面、19 穴、21,22 コーティング層、31 超砥粒、40 超砥粒層、200 切粉。

Claims (9)

  1. 互いに対向する第一および第二側面を有する円板形状の超砥粒層と、
    前記第一および第二側面の少なくとも一方に設けられたニッケルメッキからなるコーティング層とを備え、
    前記超砥粒層は、分散して配置された複数の超砥粒と、前記超砥粒を結合する導電性の結合材とを含む、超砥粒ホイール。
  2. 前記超砥粒層は、半径方向に幅を有し、
    前記コーティング層は、前記超砥粒層の外周端から前記超砥粒層の幅の1/3以上の幅の部分までを被覆する、請求項1に記載の超砥粒ホイール。
  3. 前記コーティング層の厚みは前記超砥粒の平均粒径以下である、請求項1または2に記載の超砥粒ホイール。
  4. 前記コーティング層は、無電解ニッケルメッキ法により形成される、請求項1から3のいずれか1項に記載の超砥粒ホイール。
  5. 前記コーティング層の表面は梨地状仕上げで、かつ、表面粗さは0.1μmRa以上5μmRa以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載の超砥粒ホイール。
  6. 半焼結の粉末成形体または焼結前の粉末成形体の切断加工または溝入れ加工に用いられる、請求項1から5のいずれか1項に記載の超砥粒ホイール。
  7. 前記超砥粒層の外周部には、前記第一および第二側面と外周面とに開口する切り欠き溝が設けられている、請求項1から6のいずれか1項に記載の超砥粒ホイール。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の超砥粒ホイールを用いて、半焼結の粉末成形体または焼結前の粉末成形体の切断加工および溝入れ加工を行う、成形体の加工方法。
  9. 請求項8に記載の方法を用いて加工された成形体。
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