JPH0420745B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超硬合金あるいはセラミツクス等
の難削材の研削または切断に使用して好適なメタ
ルボンド砥石に係り、特に超砥粒の集中度を高め
た焼結メタルボンド砥石に関する。

［従来の技術］ 周知の通り、超硬合金やセラミツクス、フエラ
イト等の硬脆材料の研削にはダイヤモンド砥石、
CBN（立方晶窒化硼素）砥石などの砥石が賞用さ
れている。この種の砥石は、ダイヤモンド砥粒や
CBN砥粒などの硬質砥粒をレジノイドボンド、
メタルボンド、ビトリフアイドボンドなどの結合
剤と混合して型込めした後、焼結したものであ
る。そして、メタルボンドを結合剤とするもの
は、砥粒保持力、耐磨耗性が高いので、半導体、
セラミツクなどの精密切断や、石材の切断、超硬
工具の研削などに用いられている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来の混合法によるメタル
ボンド砥石には次のような欠点があつた。

(1) 混合法では、砥粒径の違いや比重差によつて
均一な混合ができず、砥石中の硬質砥粒の分布
が不均一になる。また、集中度の高い砥石の製
造が難しい。ここで、集中度とは、砥粒と結合
剤とからなる砥粒層中に占める砥粒の割合を示
すもので、砥粒率25vol％を集中度100と規定し
ている。

(2) メタルボンド相の成分分布がマクロ的に不均
一であり、使用時に局部的に急激な摩耗を生じ
る。

(3) 焼結性不良にともなうメタルボンド層の強度
不足により、薄くて高強度のカツテイングブレ
ードの製造が難しい。

(4) ダイヤモンド砥粒を保持する力が小さく、砥
石摩耗が大きい。

(5) 砥粒層中の砥粒分布が不均一であるため、砥
石外周作用部における砥粒分布も不均一にな
り、切刃の連続性（周期性）がなく、被削材表
面粗さが不均一となる。

この発明は、このような背景の下になされたも
ので、硬質砥粒の分布が均一で、かつ高集中度に
して、砥粒保持力およびボンド相強度の高い、耐
久性に優れた焼結メタルボンド砥石を提供するこ
とを目的とする。

［発明の基礎となつた着想］ 上記問題点を解決するために、次の着想に基づ
いて研究を行つた。

(1) メタルボンド相を形成する金属を硬質砥粒に
被覆した複合砥粒を焼結する方法によれば、硬
質砥粒の分布を均一かつ高集中度にして、しか
もメタルボンド相の成分分布がマクロ的に均一
なメタルボンド砥石が得られる。

(2) 更に、前記複合砥粒の金属層を複層にするこ
とにより、メタルボンド相のミクロ的成分分布
を調整できる。

(3) 従つて、メタルボンド相の特性の大幅な向上
が期待できる。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、上記の研究から生まれたもので、
個々の硬質砥粒に、最外層の被覆金属の融点が内
層の被覆金属の融点よりも低融点である２層以上
の金属被膜を、前記硬質砥粒の含有率が５〜
70vol％の範囲となるように被覆した複合砥粒が、
前記金属被膜の外層部分を溶着させて焼結成形さ
れており、前記硬質砥粒の間には、溶着された前
記金属被膜の外層部分の被覆金属より成り、該硬
質砥粒の周囲に残存する前記金属被膜の内層部分
よりも耐摩耗性の低い凝固層が形成されているこ
とを特徴とするものである。

［作用］ 上記手段によれば、 (1) 焼結後にメタルボンド相となる凝固層が予め
被覆金属として硬質砥粒に被覆されており、こ
うして被覆形成された複合砥粒のみが充填され
て焼結成形されるので、従来の混合法等の如く
硬質砥粒と結合剤との比重差等による混合の不
均一が生じたり、硬質砥粒の移動凝集を生じる
ことがない。このため、得られたメタルボンド
砥石において、硬質砥粒の分布は均一にして、
かつ高集中度にでき、しかもメタルボンド相の
成分分布はマクロ的に均一である。

なお、前記複合砥粒における硬質砥粒の含有
率を５〜70vol％としたのは、この含有率が
5vol％未満の場合には集中度が低くなつて研削
効果が小さくなるおそれがあり、逆に70vol％
を超える場合は砥粒保持力が弱くなるおそれが
あるからである。

(2) 硬質砥粒の近傍に相対的に高融点の金属層が
存在するため、砥粒の保持力が高い。研削時に
は砥石の温度が上昇し、特に、被削材に接する
砥粒およびその近傍は高温となるので、前記金
属層として、常温はもちろん高温でも高い変形
抵抗を維持できる材料を選ぶことにより、より
一層高い砥粒保持力を実現できる。

(3) 一方、原料粉末である複合砥粒の最外層には
内層より低融点の金属被膜が形成されており、
この最外層の被膜を介して結合するようにして
いるから、焼結時に内層の金属被膜まで溶融す
ることがなく、硬質砥粒自体が近接して間に干
渉層が無くなることが防止され、各硬質砥粒が
金属被膜に弾性的にかつ強固に保持される。さ
らに、焼結時に複合砥粒間の溶着が容易に進む
ため、得られるメタルボンド砥石のボンド強度
が高い。さらにまた、硬質砥粒の間に形成され
た凝固層は、該硬質砥粒の周囲に残存する金属
被膜の内層部分より耐摩耗性が低く、研削の進
行に伴つてこの凝固層が硬質砥粒の近傍より大
きく摩耗して微細な凹部が形成され、これが切
削屑の逃げを助けるため、切れ味が良くなる。

(4) このように、この発明の焼結メタルボンド砥
石は、硬質砥粒の保持力およびボンド強度が高
く、ボンド相の成分分布がマクロ的に均一で摩
耗にムラがないために、耐久性に優れ、更に、
硬質砥粒の分布が均一にして高集中度にでき、
ボンド相の摩耗状態から研削屑の逃げもスムー
ズで、切れ味が良好である。そして、硬質砥粒
の分布が均一であるから砥石切刃が周期的連続
性を有し、被削材表面粗さを均一に細かくする
ことができ、この効果は特に高集中度砥石の場
合に顕著である。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を説明する。

本実施例では、第１図に示すようにダイヤモン
ド砥粒１（＃140/170）の表面に、まずCVDによ
りＷを被覆してＷ層２を形成し、次に無電解めつ
きによりNi層３を形成し、最後に電気めつきに
よりSn層４を被覆して複合砥粒５を作成した。

次に、この複合砥粒５に振動を加えつつ型込め
した後、コールドプレス（5ton／cm²）を行つてダ
イヤモンド砥粒１の充填密度を高め、ホツトプレ
ス（800℃、350Kg／cm²、５分）を施して焼結し、
集中度250のメタルボンド砥石を作製した。

作製したメタルボンド砥石は、鋼製の芯金の外
周に、幅６mm、厚さ３mmの砥石層が形成されたも
ので、この砥石層の組織は第２図に示すようであ
つた。

すなわち本実施例では、硬質砥粒であるダイヤ
モンド砥粒１に被覆された金属被膜のうち、最外
層であるSn層４が溶融し、液相のSnがNi層３と
反応して液相拡散凝固層８となつて個々の複合砥
粒５が結合されている。凝固後はSnとNiとの間
で相互に固相拡散が進み、ダイヤモンド砥粒１間
の中央部程Sn量が高く、一方Ｗ層２に近いNi部
程Sn量が少ないNi−Sn固相拡散層７が形成す
る。また、個々のダイヤモンド砥粒１は、その周
囲に残存する前記金属被膜の内層部分であるＷ層
２と、このＷ層２のさらに周囲に形成されるNi
−Sn凝固拡散層７，８とによつて保持されてい
る。

そして本実施例では、この第２図に示されるよ
うにダイヤモンド砥粒１の分布は均一であり、か
つ高集中度とすることができる。このため、砥石
切刃が周期的連続性を有し、個々の砥粒の仕事量
を一定にし得て、さらに砥石表面の摩耗が一様で
荒れを小さくできるので、被削材表面粗さを均一
に細かくして良好な仕上げ面を得ることができる
とともに、チツピング等の加工損傷の発生を防ぐ
ことが可能となる。また、メタルボンド相となつ
たNi−Sn層７，８（凝固拡散層）の成分分布も、
ミクロ的にその濃度分布が制御されるとともに、
マクロ的に均一であつて偏析等の発生が抑えら
れ、かつ真密度を高くすることができるため、強
度および耐久性の高い砥石を提供することができ
る。

さらに、ダイヤモンド砥粒１はその周囲に残
存・形成されたＷ層２によつて強固に保持され
る。特に、このＷ層２は高融点の被覆金属より成
るものであるから、研削熱によつて砥石が高温に
なつた場合でも高い変形抵抗を維持してダイヤモ
ンド砥粒１を保持する。従つてダイヤモンド砥粒
１の脱落が抑えられて砥石の摩耗速度が低減で
き、砥石寿命の延長が図られるとともに、砥粒の
切れ味の持続性が保たれて砥石修正サイクルを長
く設定することができる。また前記Ｗ層２、Ni
層３、およびSn層４は、複合砥粒５を形成する
時にダイヤモンド砥粒１に被覆されるものである
から、該ダイヤモンド砥粒１の周囲に空隙等が生
じることはなく、かつ砥粒保持力を均一化するこ
とができる。

一方、ダイヤモンド砥粒１間に形成されるNi
−Sn層７，８（凝固拡散層）は、前記Ｗ層２に
比べて耐摩耗性が低く、このため研削の進行に伴
い、このNi−Sn層７，８が摩耗して個々のダイ
ヤモンド砥粒１の間に、その中央部程摩耗した微
細な凹部が形成される。このNi−Sn層７，８は、
ダイヤモンド砥粒１の間の中央部に形成される液
相拡散凝固層のNi−Sn層８の方が、Ｗ層２に近
接接する固相拡散Ni−Sn層７より耐摩耗性が小
さい。そして、これによりダイヤモンド砥粒１が
相対的に突出して十分に露出するとともに、前記
凹部がチツプポケツトとして作用するので、円滑
な研削屑の逃げが促され、また砥石切刃の切れ味
向上がなされて、結果的に研削抵抗の低減を図る
ことができる。

さらにまた、前記のＷ層２及び液相を生じない
Ni部の存在により、ダイヤモンド砥粒１同志が
必要以上に近接することが避けられて、個々のダ
イヤモンド砥粒１の間に干渉層が確保される。こ
れにより、前記凹部が局部的に小かくなつて研削
屑詰まりが生じるような事態が未然に防がれると
ともに、ダイヤモンド砥粒１の近傍には前記Ｗ層
２及び固相拡散層のNi−Sn層７の周囲に、常に
ある程度の液相拡散凝固層のNi−Sn層８が存在
することになり、従つてダイヤモンド砥粒１を前
記Ｗ層２及び凝固拡散層７，８ごと弾性的に保持
することも可能となる。

この砥石について、ガラスを被削材とし、研削
条件としては、砥石車の周速1500ｍ／min、切り
込み0.7mm、テーブル送り10ｍ／min、テーブル
クロス送り２mm／pass、湿式として、研削試験を
実施したところ、研削比は17000で、研削抵抗は
小さく良好であつた。研削試験後の砥石表面を走
査型電子顕微鏡で観察したところ、第３図のよう
になつていた。

すなわち、ダイヤモンド砥粒１の近傍にＷ層２
が残存してダイヤモンド砥粒１をしつかりと保持
し、このＷ層２の周辺に存在するNi−Sn層７，
８（凝固拡散層）が摩耗していた。さらにこの摩
耗は、Ｗ層２近傍のNi−Sn固相拡散層７よりも
個々のダイヤモンド砥粒１間の中央部分のNi−
Sn液相拡散凝固層８の方が大きかつた。前述の
ように研削抵抗が小さかつたのは、このようにダ
イヤモンド砥粒１が十分に露出し、かつ個々のダ
イヤモンド砥粒１間のNi−Sn層７，８（凝固拡
散層）が摩耗しているため、研削屑の逃げが良好
であつたためである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明では、硬質砥粒と結
合剤との比重差等による混合の不均一や硬質砥粒
の移動凝集による組織の不均一がなく、硬質砥粒
の分布が均一で、かつ高集中度であるとともに、
メタルボンド相となる凝固拡散層もマクロ的に偏
析がなく均一である。このため、硬質砥粒が周期
的連続性を有し、被削材の表面粗さを細かくし得
て良好な仕上げ面を得ることができ、また砥石強
度の向上を図ることができる。

さらに、硬質砥粒は複合砥粒を形成する際に被
覆される高融点の被覆金属によつて保持されるた
め、砥粒の周囲に空隙が生じることはなく、また
高温状態にあつても強固に保持される。これによ
り、砥粒の脱落が抑えられて砥石寿命を延長する
ことができる。

一方、硬質砥粒の間には複合砥粒の外層部分が
溶着して耐摩耗性の低い凝固層が形成され、この
凝固層が研削に伴い摩耗してチツプポケツトとな
る凹部形成を促進するので、円滑に研削屑を逃が
して研削抵抗の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に用いた複合砥粒
５の断面略図、第２図は同実施例による砥石層の
組織を示す断面略図、第３図は同実施例による砥
石層の研削後の表面組織を示す断面略図である。 １……ダイヤモンド砥粒（硬質砥粒）、２……
Ｗ層、３……Ni層、４……Sn層、５……複合砥
粒、７……Ni−Sn固相拡散層、８……Ni−Sn液
相拡散凝固層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 個々の硬質砥粒に、最外層の被覆金属の融点
   が内層の被覆金属の融点よりも低融点である２層
   以上の金属被膜を、前記硬質砥粒の含有率が５〜
   70vol％の範囲となるように被覆した複合砥粒が、
   前記金属被膜の外層部分を互いに溶着させて焼結
   成形されてなり、前記硬質砥粒の間には、溶着さ
   れた前記金属被膜の外層部分の被覆金属より成
   り、該硬質砥粒の周囲に残存する前記金属被膜の
   内層部分よりも耐摩耗性の低い凝固層が形成され
   ていることを特徴とする焼結メタルボンド砥石。 ２ 前記凝固層と、前記硬質砥粒の周囲に残存す
   る前記被覆金属の内層部分との間には、該凝固層
   を構成する被覆金属と前記内層部分を構成する金
   属との拡散層が形成されていることを特徴とする
   請求項１の焼結メタルボンド砥石。