KR100407227B1 - 복합본드숫돌 및 수지결합상을 보유하는 숫돌 - Google Patents

복합본드숫돌 및 수지결합상을 보유하는 숫돌 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 레진본드숫돌보다 내마모성이 우수하고, 메탈본드숫돌보다 자생발인작용이 우수한 복합본드숫돌을 제공하는 것이다.
초연삭입자(12)를 복합본드숫돌(21)의 전체에 걸쳐서 분산배치한다. 금속결합상(13)은, 코발트를 함유한 금속속에 외부로 개구된 기공(15)을 분산배치시켜 형성한다. 기공(15)에는 열경화성수지를 충전시키는 것과 동시에, 열경화성수지에 의해 금속결합상(13)의 외표면을 피복하여 가교구조를 이루는 수지결합상(14)을 형성한다. 수지결합상(14)에는 실란커플링제(16)를 혼입시켜 분산배치한다. 금속결합상(13)과 수지결합상(14) 각각을 가교구조로 하여 물리적으로 일체화시키는 것과 동시에, 실란커플링제(16)를 통해서 화학적으로 결합된다. 초연삭입자(12)는 금속결합상(13)에 의해서 물리적으로 유지되는 것과 동시에, 수지결합상(14)과 화학적으로 결합되어 고착된다.

Description

복합본드숫돌 및 수지결합상을 보유하는 숫돌{COMPOSITE BOND WHEEL AND WHEEL HAVING RESIN BONDING PHASE}
본 발명은, 각종 피연삭재의 절단, 홈파기, 연마등에 사용되는 숫돌에 관한것이다.
근래에, 예를 들면 전자기기의 정밀부품으로서 알루미나 혹은 질화규소 등의 세라믹스재료가 많이 사용되고 있고, 이러한 종류의 연삭하기 어려운 재료에 대해서도 높은 정밀도의 가공을 행하는 것이 요구되고 있다.
이와 같이 연삭하기 어려운 재료의 가공에는, 예를 들면, CBN이나 다이아몬드 등의 초연삭입자를 구비한 메탈본드숫돌이나 레진본드숫돌이 사용되고 있다.
메탈본드숫돌에서는, 예를 들면 단체의 금속 또는 합금으로 이루어진 금속결합상(金屬結合相)에 초연삭입자가 분산배치되어 유지되고 있다. 금속결합상은 딱딱하기 때문에, 피연삭재나 칩 등과의 마찰에 의해서 마모되기 어려워 내마모성이 우수하다. 한편, 초연삭입자의 유지력이 지나치게 강하기 때문에, 자생발인작용(自生發刃作用), 즉, 메탈본드숫돌의 표면위에 돌출된 초연삭입자가 순차로 탈락되어 새로운 초연삭입자가 다시 생겨나는 작용이 부족하고, 초연삭입자의 선단이 감모(減耗)에 의해서 무디어진 시점에서 날카로움이 나빠지는 문제가 생긴다.
레진본드숫돌에서는, 예를 들면 열경화성수지로 이루어진 수지결합상(樹脂結合相)에 초연삭입자가 분산배치되어 유지되고 있다. 수지결합상은 자생발인작용이 우수하여 양호한 날카로움이 지속되지만, 마모가 빨리 되고, 강도부족때문에 고속연삭 및 고속절단을 할 수 없다는 문제가 있다.
그래서, 금속결합상에서 나타나는 우수한 내마모성과, 수지결합상에서 나타나는 우수한 자생발인작용과의 쌍방을 잘 균형시켜 겸비한 복합본드숫돌이 필요로 되고 있다.
이와 같은 요구에 대하여, 메탈본드숫돌에 개량을 가한 것이나, 레진본드숫돌을 개량한 것이 알려져 있다.
이하, 상기 종래기술에 대해서 도4 및 도5를 참조하여 설명한다.
도4는 상기 메탈본드숫돌의 일례에 대해서 표시한 확대단면도이다. 이 메탈본드숫돌(1)은, 연삭입자층(2)에 있어서 예를 들면 다이아몬드 연삭입자로 이루어진 초연삭입자(3)가, 예를 들면, Ni로 이루어진 금속상(4)에 분산배치된 상태로 유지되어 있고, 금속상(4)의 표면위에는 예를 들면 페놀수지가 녹아서 부착되어 수지상(5)이 피복되어 있고, 초연삭입자(3)가 수지상(5)의 표면위로부터 노출되어 있다.
도5는 상기 레진본드숫돌의 일례에 대해서 표시한 확대단면도이다.
레진본드숫돌(6)은, 연삭입자층(7)에 있어서, 예를 들면 다이아몬드 연삭입자로 이루어진 초연삭입자(8)가, 수지, 예를 들면 폴리이미드수지로 이루어진 수지본드상(9)에 분산배치된 상태로 유지되어 있고, 수지본드상(9)에는 예를 들면 구리와 주석으로 이루어진 금속의 혼합분말이 메탈충전재(10)로서 첨가되어 분산배치되어 있다.
상기 구성의 메탈본드숫돌(1)에서는, 금속상(4)의 표면위에 녹아서 부착되어 형성된 수지상(5)이 부드럽기 때문에, 피연삭재나 칩과의 마찰에 의해서 수지상(5)이 마모되고, 초연삭입자(3)가 감모에 의해서 날카로움이 저하될 때쯤에 수지상(5)으로부터 탈락되어 새로운 초연삭입자(3)가 수지상(5)의 표면위로 돌출되는 자생발인(自生發刃)이 작용한다.
그러나, 수지상(5)은 금속상(4)의 표면위에 설치되어 있을 뿐이고, 수지상(5)의 마모가 진행되어 완전히 소실되어 버리면, 금속만으로 초연삭입자(3)를 유지하는 금속상(4)만이 남아있게 되어 자생발인작용은 저하된다. 따라서, 예를 들면, 딱딱하고 부서지기 쉬운 재료의 가공시에는 수지상(5)이 조기에 소실되어 마무리면 품질이 악화되는 문제가 있다.
또한, 상기 구성의 레진본드숫돌(6)에서는, 수지본드상(9)에 메탈충전재(10)로서 첨가된 금속분말은 각각 고립되어 있어 금속입자간에 결합상태가 형성되어 있지 않으므로, 피연삭재나 칩과의 마찰에 대한 수지본드상(9)의 내마모성을 향상시키는 효과가 부족하고, 레진본드숫돌의 결점인 마모가 빠른 것을 개선시킬 수 없었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 각종 피연삭재의 절단, 홈파기, 연마 등에 있어서, 자생발인작용에 의해 양호한 날카로움을 유지하는 것과 동시에, 내마모성이 우수한 숫돌을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하고 관련 목적을 달성하기 위해서, 청구항1에 기재된 본 발명의 복합본드숫돌은, 연삭입자층이 연삭입자와 결합상으로 이루어져 있고, 상기 결합상이 금속과 수지로 형성된 복합본드숫돌로서, 상기 연삭입자는 상기 금속속에 분산배치되어 있고, 상기 금속속에는 외부로 개구된 기공이 분산배치되어 있고, 상기 기공에는 상기 수지가 충전되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 복합본드숫돌에서는, 금속속에 외부로 개구된 기공이 분산배치되어 있으므로, 메탈본드숫돌과 같이 금속만으로 형성된 결합상과 비교해서 결합상이 마모되기 쉬우므로 연삭입자의 탈락이 발생하여 자생발인이 일어나기 쉬워진다. 또한, 상기 기공은 금속속의 전체에 걸쳐서 분산배치되어 있으므로, 연삭가공시에 자생발인이 반복 작용하여 양호한 날카로움을 지속할 수 있다.
또한, 상기 기공에는 수지가 충전되어 있으므로, 특히 복합본드숫돌의 표면위에 돌출된 연삭입자에 대하여, 금속만으로 연삭입자를 유지하는 경우와 비교해서 탄성이 부가되어 있고, 연삭가공시에 피연삭재와 연삭입자 사이에서 생기는 기계적인 충격을 완화시켜, 피연삭재의 연삭면에 발생하는 스크래치나 절단면에 발생하는 치핑(chipping) 등을 감소시킬 수 있다.
그리고, 상기 금속은 가교(架橋)구조를 이루고 있고, 금속간에는 서로 결합상태가 형성되어 고립된 부분이 없으므로, 레진본드숫돌과 같이 수지만으로 연삭입자를 유지하는 경우와 비교해서 연삭입자의 유지력이 강하고, 피연삭재나 칩과의 마찰에 대하여 내마모성이 높아져서 숫돌수명의 연장화에 이바지할 수 있다. 또한, 열전도성이 양호하고, 강도가 높으므로, 예를 들면, 얇은 칼날 숫돌이나 얇은 칼날 블레이드로서 사용이 가능하다.
또한, 청구항2에 기재된 본 발명의 복합본드숫돌은, 상기 금속에 코발트가 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 복합본드숫돌에서는, 금속에 코발트(Co)가 함유되어 있어서, 예를 들면, 코발트를 함유한 금속분말을 소결함으로써 외부로 개구된 기공을 보유하는 금속을 형성하는 경우, 코발트분말의 외표면에는 소결이 생기지 않는 미반응부분으로 잔존하는 영역이 비교적 많이 존재하게 되어, 소결후의 금속에 함유되는 기공의 양을 증대시킬 수 있는 것과 동시에, 코발트분말의 양을 조정함으로써 기공의 양을 조정할 수 있다.
그리고, 금속에는 다공질성분으로서의 코발트를 대신하여, 예를 들면, 니켈, 철, 아연, 구리 등을 포함시켜도 좋고, 결합성분으로서 주석, 은 등을 포함시켜도 좋다.
또한, 청구항3에 기재된 본 발명의 복합본드숫돌에서, 상기 기공은 상기 연삭입자층의 전체 체적에 대하여 5~60vol% 로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 복합본드숫돌에서는, 금속속에 분산배치된 기공의 양에 의해서, 숫돌의 내마모성과 자생발인작용이 쉽게 일어나게 하는 것을 조정할 수 있지만, 기공의 양이 연삭입자층의 전체 체적에 대하여 5vol% 미만으로 되면, 연삭입자의 유지력이 지나치게 강해지므로 자생발인작용이 일어나기 어렵게 되어, 연삭정밀도가 저하된다. 반대로 60vol% 를 초과하면, 연삭입자의 유지력이 지나치게 약해지므로 복합본드숫돌의 수명이 짧아진다.
또한, 청구항4에 기재된 본 발명의 복합본드숫돌은, 상기 금속의 외표면에 상기 수지가 피복되어 있고, 상기 금속과 상기 수지는 각각 가교구조를 이루어 물리적으로 일체화되는 것과 동시에, 상기 연삭입자는 상기 금속과 상기 수지 각각에 의해서 유지되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 복합본드숫돌에서는, 금속과 수지가 각각 가교구조를 이루고 있으므로, 연삭입자는 금속과 수지 각각에 의해서 유지되고, 자생발인작용과 내마모성의 균형을 유지하여 연삭정밀도와 숫돌수명을 동시에 향상시킬 수 있다.
또한, 복합본드숫돌의 표면으로부터 돌출된 연삭입자의 유지에 있어서 탄성이 증가되므로, 예를 들면 딱딱하고 부서지기 쉬운 재료의 가공시에 있어서, 연삭면에 발생하는 스크래치나, 절단면 및 피연삭재의 단면에 발생하는 치핑을 감소시켜, 피연삭재의 마무리면 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 청구항5에 기재된 본 발명의 복합본드숫돌은, 상기 연삭입자 및 상기 금속과, 상기 수지가, 실란커플링제를 통한 실란커플링 반응에 의해서 화학적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 복합본드숫돌에서는, 금속과 수지는 각각 가교구조를 이루어 물리적으로 일체화되어 있고, 연삭입자는 금속과 수지 각각에 의해서 유지되고 있지만, 이것에 더해, 연삭입자와 수지 및 금속과 수지 각각은, 실란커플링제를 통한 실란커플링 반응에 의해서 화학적으로 결합되어 있다.
따라서, 연삭입자는 금속에 의해서 물리적으로 유지되는 것과 동시에, 수지와 화학적으로 결합되어 고착되어 있고, 수지는 금속과도 화학적으로 결합되어 있으므로, 연삭입자의 유지력이 한층 더 강화되고, 숫돌수명의 연장화에 이바지할 수 있다.
또한, 청구항6에 기재된 본 발명의 숫돌은, 수지결합상을 보유하는 숫돌로서, 연삭입자는 상기 수지결합상에 분산배치되어 있고, 상기 연삭입자와 상기 수지결합상은 실란커플링제를 통한 실란커플링 반응에 의해서 화학적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 숫돌에서, 숫돌 전체에 걸쳐서 분산배치된 연삭입자는 수지에 의해서 유지되는 것과 동시에, 연삭입자와 수지는 실란커플링제를 통한 실란커플링 반응에 의해서 화학적으로 결합되어 있다. 따라서, 연삭입자는 수지에 의해서 물리적으로 유지되어 있을 뿐만 아니라, 화학적으로 결합되어 고착되어 있다. 이것에 의해서 연삭입자의 유지력이 강화되어 숫돌수명의 연장화가 도모된다.
도 1은 본 발명에 관한 복합본드숫돌의 제1실시형태에 대해서 표시한 확대단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 복합본드숫돌의 제2실시형태에 대해서 표시한 확대단면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 복합본드숫돌의 강성에 대해서 표시한 도이다.
도 4는 종래의 메탈본드숫돌에 대해서 표시한 확대단면도이다.
도 5는 종래의 레진본드숫돌에 대해서 표시한 확대단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11,21‥‥‥‥‥복합본드숫돌 12 ‥‥‥‥‥초연삭입자
13‥‥‥‥‥금속결합상 14‥‥‥‥‥수지결합상
15‥‥‥‥‥기공 16‥‥‥‥‥실란커플링제
이하, 본 발명의 복합본드숫돌의 제1실시형태에 대해서 도1을 참조하여 설명한다. 도1은 본 발명의 복합본드숫돌(11)을 표시한 확대단면도이다.
본 실시형태에 의한 복합본드숫돌(11)은, 예를 들면 절단용의 얇은 칼날 블레이드를 이루고 있는 것으로, 예를 들면 원환판(圓環板)형상으로 형성되어 있고, 다이아몬드 연삭입자로 이루어진 초연삭입자(12)와, 금속결합상(13)과, 수지결합상(14)으로 구성되어 있다.
초연삭입자(12)는 복합본드숫돌(11)의 전체에 걸쳐서 분산배치되어 있다.
금속결합상(13)은 코발트 및 그 외의 금속, 예를 들면 구리, 주석, 철의 혼합물로 형성되어 있다. 금속결합상(13)은 초연삭입자(12)를 유지하는 것과 동시에, 금속속에 외부로 개구된 임의형상의 기공(15)이 분산배치된 구조로 되어 있고, 말하자면 금속에 의한 가교구조를 이루고 있다.
금속결합상(13)속에 설치된 기공(15)은, 복합본드숫돌(11)의 전체 체적에 대하여 5~60vol% 로 되어 있다. 여기에서, 기공(15)의 양이 5vol% 미만으로 되면, 초연삭입자(12)의 유지력이 지나치게 강해지기 때문에 자생발인작용이 일어나기 어렵게 되고, 반대로 60vol%를 초과하면, 초연삭입자(12)의 유지력이 지나치게 약해지기 때문에 복합본드숫돌(11)의 수명이 짧아진다.
수지결합상(14)은 열경화성수지, 예를 들면 페놀수지에 의해서 형성되어 있다. 수지는 금속결합상(13)속의 기공(15)에 충전되어 있는 것과 동시에, 금속결합상(13)의 외표면위를 덮고 있다. 따라서, 기공(15)이 금속결합상(13)의 외부로 개구된 부분에 있어서, 금속결합상(13)속의 각각의 기공(15)에 충전된 수지는 외표면위의 수지와 결합되어 있고, 수지에 의한 가교구조가 형성되어 있다.
이와 같이, 금속결합상(13)과 수지결합상(14)은 각각 가교구조를 형성하고 있는 것과 동시에 일체화되어 있고, 각각의 초연삭입자(12)는 금속결합상(13)과 수지결합상(14) 각각에 의해서 그 외표면이 덮여져 유지되고 있다. 단, 복합본드숫돌(11)의 표면위에 있어서는 초연삭입자(12)가 돌출되어 있다.
다음에, 본 실시형태의 복합본드숫돌(11)의 제조방법에 대해서 설명한다.
우선, 초연삭입자(12)와, 코발트분말 및 그 외의 금속분말, 예를 들면 구리, 주석, 철의 혼합물과, 유기바인더, 예를 들면 메틸셀룰로우스를 혼합시키는 것과 동시에, 내부에 기공(15)이 인입되도록 교반시켜 슬러리형상의 원료를 생성한다(스텝 S1). 여기에서, 슬러리형상의 원료는 적당한 점도를 가지게하여 초연삭입자(12) 및 금속분말이 침강하여 내부의 기공(15)이 찌부러지지 않게 한다.
슬러리형상의 원료는 소정의 두께를 가진 판형상체로 성형되어 건조된 후, 적당한 형상을 보유하는 기초형으로 구멍을 뚫는다(스텝 S2). 기초형에는 냉간 프레스(cold press)를 행하여 기초형속의 기공(15)의 양을 조정한다(스텝 S3). 기초형을 구성하는 원료의 질량이 이미 알려져 있으므로, 냉간 프레스를 행한 후의 기초형의 중량과 체적으로부터 기초형속의 기공율이 파악될 수 있다.
다음에, 기초형에 함유되어 있는 유기바인더를 분해 혹은 휘발시켜 제거한다(스텝 S4). 여기에서는, 예를 들면 내부를 불활성 분위기로 한 가열로 등에 기초형을 넣어서 가열처리를 행한다.
유기바인더의 제거가 완료되면 소결처리를 행하여 기초형을 소결한다(스텝 S5). 소결에 의해서 금속분말속의 금속입자는 서로 결합되어 가교구조를 이루고, 금속결합상(13)이 형성된다. 금속결합상(13)에는 초연삭입자(12)가 분산되어 유지되어 있고, 외부로 개구된 기공(15)이 분산배치되어 있다.
소결이 완료된 기초형에는 진공분위기에서 열경화성수지를 함침시켜서 열간 프레스(hot press)를 행한다(스텝 S6). 이것에 의해서 금속결합상(13)의 기공(15)이 열경화성수지로 채워지는 것과 동시에, 금속결합상(13)의 외표면이 열경화성수지로 덮여 수지결합상(14)이 형성된다. 따라서, 각각의 기공(15)의 내부에 충전된 열경화성수지와, 금속결합상(13)의 외표면을 덮는 열경화성수지가 서로 결합되어, 열결화성수지에 의한 가교구조가 형성된다.
이것에 의해서, 금속결합상(13)과 수지결합상(14)은 각각 가교구조를 이루어 서로 일체화되어 있고, 초연삭입자(12)가 금속결합상(13)과 수지결합상(14) 각각에 의해서 유지되어 있다.
그 후, 기초형에서 숫돌의 형상으로 구멍을 뚫고, 랩(lap)가공에 의해 소정의 두께로 된다(스텝 S7).
본 실시형태에 의한 복합본드숫돌(11)은 상술한 구성을 구비하고 있고, 다음에, 복합본드숫돌(11)을 사용하여 연삭가공을 행할 때의 작용에 대해서 설명한다.
복합본드숫돌(11)의 표면위에는 초연삭입자(12)가 돌출되어 있어 피연삭재의 연삭면에 눌러서 연삭이 행해진다. 이 때, 초연삭입자(12)는 금속결합상(13)에 더하여 수지결합상(14)에 의해서도 유지되므로, 초연삭입자(12)의 유지에 탄성이 부가되어 피연삭재와 접촉할 때의 충격이 완화된다.
피연삭재의 연삭에 따라 초연삭입자(12)에는 점차 감모가 일어나 그 선단이 무디어진다. 한편, 복합본드숫돌(11)의 표면위에는 초연삭입자(12)를 유지하는 금속결합상(13)과 수지결합상(14)의 쌍방 혹은 어느 한쪽이 노출되어 있고, 연삭가공시에 발생하는 칩 등과의 마찰에 의해서 마모되어 간다. 단, 수지결합상(14)은 금속결합상(13)보다 부드러우므로, 금속결합상(13)보다 빨리 마모가 진행된다.
금속결합상(13)과 수지결합상(14)의 마모가 진행하면, 복합본드숫돌(11)의 표면위에 돌출된 초연삭입자(12)의 유지력은 저하되고, 연삭저항을 견딜수 없는 시점에서 초연삭입자(12)의 탈락이 발생한다. 그 후, 금속결합상(13)과 수지결합상(14)의 마모가 더 진행하면, 보다 하층에 배치된 새로운 초연삭입자(12)가 표면위로 돌출된다.
이와 같은 본 실시형태의 복합본드숫돌(11)에서는, 금속결합상(13)속에 외부로 개구된 기공(氣孔)(15)이 분산배치되어 있으므로, 금속만으로 초연삭입자(12)를 유지하는 경우와 비교해서 초연삭입자(12)의 유지력이 저하되어, 연삭가공시에 자생발인이 일어나기 쉬워지는 것과 동시에, 자생발인이 반복 작용되어 양호한 날카로움을 지속할 수 있다.
또한, 금속결합상(13)은 금속에 의한 가교구조를 이루고 있고, 금속간에는 서로 결합상태가 형성되어 고립된 부분이 없기 때문에, 수지만으로 초연삭입자(12)를 유지하는 경우와 비교해서 초연삭입자(12)의 유지력이 강하고, 피연삭재나 칩과의 마찰에 대하여 내마모성이 높아져서 숫돌수명의 연장화에 이바지할 수 있다.
또한, 기공(15)에 수지가 충전되는 것과 동시에 그 수지가 금속결합상(13)의 외표면을 덮는 수지와 결합되어, 가교구조를 이루는 수지결합상(14)이 형성되어 있으므로, 특히 복합본드숫돌(11)의 표면위에서 돌출된 초연삭입자(12)에 대하여 금속만으로 초연삭입자(12)를 유지하는 경우와 비교해서 탄성이 부가되어 있고, 연삭가공시에 피연삭재와 초연삭입자(12) 사이에서 발생하는 기계적인 충격을 완화시켜, 피연삭재의 연삭면에 발생하는 스크래치나 절단면에 발생하는 치핑을 감소시킬 수 있다.
또한, 금속결합상(13)에는 코발트(Co)가 함유되어 있어, 코발트분말을 함유한 금속분말을 소결할 때에 코발트분말의 외표면에는, 소결이 발생하지 않는 미반응부분으로서 잔존하는 영역이 비교적 많이 존재하게 되어, 소결후의 금속결합상(13)에 분산배치되어 있는 기공(15)의 양을 증대시킬 수 있는 것과 동시에, 그 코발트분말의 양을 조정함으로써 기공(15)의 양을 조정할 수 있다.
또한, 금속결합상(13)과 수지결합상(14)은 각각 가교구조를 이루어 서로 일체화되어 있고, 초연삭입자(12)가 금속결합상(13)과 수지결합상(14) 각각에 의해서 유지되고 있으므로, 자생발인작용과 내마모성의 균형을 유지하면서 연삭정밀도와 숫돌수명을 동시에 향상시킬 수 있다. 여기에서, 수지가 충전되는 기공(15)이 복합본드숫돌(11)의 전체 체적에 대해서 5vol% 미만으로 되면, 초연삭입자(12)의 유지력이 지나치게 강해지지 때문에 자생발인작용이 일어나기 어렵게 되어 연삭정밀도가 저하되고, 반대로, 60vol% 를 초과하면, 초연삭입자(12)의 유지력이 지나치게 약해지기 때문에 숫돌의 수명이 짧아지게 되지만, 5~60vol% 범위내에서 설정함으로써 이들 문제를 회피할 수 있다.
다음에, 본 발명의 복합본드숫돌의 제2실시형태에 대해서 도2를 참조하여 설명한다. 그리고, 상술한 제1실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 간략 또는 생략한다. 도2는 본 실시형태에 의한 복합본드숫돌(21)을 표시한 확대단면도이다.
본 실시형태에 의한 복합본드숫돌(21)은, 예를 들면 절단용의 얇은 칼날 블레이드를 이루고 있는 것으로, 예를 들면 원환판형상으로 형성되어 있고, 초연삭입자(12)와 금속결합상(13)과, 수지결합상(14)으로 구성되어 있다.
초연삭입자(12)는, 예를 들면 다이아몬드 연삭입자의 표면에 구리(Cu)나 니켈(Ni)이 피복되어 있고, 복합본드숫돌(21)의 전체에 걸쳐서 분산배치되는 것과 동시에, 복합본드숫돌(21)의 표면위로부터 돌출되어 있다.
수지결합상(14)은, 열경화성수지, 예를 들면 페놀수지로 형성되어 있고, 예를 들면 유기규소화합물로 이루어진 실란커플링제(16)가 혼입되어 있다.
금속결합상(13)과 수지결합상(14)은 각각 가교구조를 형성하고 있는 것과 동시에 물리적으로 일체화되어 있고, 초연삭입자(12)는 금속결합상(13)과 수지결합상(14) 각각에 의해서 유지되고 있다.
이것에 더하여, 수지결합상(14)에 실란커플링제(16)가 혼입되어 있는 것에 의해서, 초연삭입자(12) 및 금속결합상(13)과, 수지결합상(14)은, 실란커플링제를 통한 실란커플링 반응에 의해서 화학적으로 결합되어 있다. 따라서, 초연삭입자(12)는 금속결합상(13)에 의해서 물리적으로 유지되는 것과 동시에, 수지결합상(14)과 화학적으로 결합되어 고착되어 있고, 수지결합상(14)은 금속결합상(13)과도 화학적으로 결합되어 있다.
다음에, 본 실시형태의 복합본드숫돌(21)의 제조방법에 대해서 설명한다. 단, 상술한 제1실시형태와 다른 것은 스텝 S5후의 처리만 이므로, 스텝 S1 ~ 스텝 S5까지의 설명은 생략하고 소결처리후의 처리에 대해서 설명한다.
소결이 완료된 기초형에는 진공분위기에서 열경화성수지를 함침시켜서 열간 프레스를 행한다. 단, 미리 열경화성수지에는 실란커플링제(16)를 혼입하여 분산배치시켜 둔다(스텝 S11). 이것에 의해서 금속결합상(13)의 기공(15)이 열경화성수지로 채워지는 것과 동시에, 금속결합상(13)의 외표면이 열경화성수지로 덮여져 수지결합상(14)이 형성된다. 따라서, 각각의 기공(15)의 내부에 충전된 열경화성수지와, 금속결합상(13)의 외표면을 덮고 있는 열경화성수지가 서로 결합되어, 열경화성수지에 의한 가교구조가 형성된다.
이것에 의하여, 금속결합상(13)과 수지결합상(14)은 각각 가교구조를 이루어 서로 물리적으로 일체화되어 있고, 초연삭입자(12)가 금속결합상(13)과 수지결합상(14) 각각에 의해서 유지되고 있다. 또한, 수지결합상(14)에 분산배치된 실란커플링제(16)에 의해서, 초연삭입자(12) 및 금속결합상(13)과, 수지결합상(14)과의 사이에는 실란커플링 반응이 생기고, 초연삭입자(12)는 금속결합상(13)에 의해서 물리적으로 유지되는 것과 동시에, 수지결합상(14)과 화학적으로 결합되어 고착되어 있고, 수지결합상(14)은 금속결합상(13)과도 화학적으로 결합되어 있다.
그 후, 기초형에서 숫돌의 형상으로 구멍을 뚫고, 랩가공에 의해서 소정의 두께로 만든다(스텝 S12).
본 실시형태에 의한 복합본드숫돌(21)은 상술한 구성을 구비하고 있고, 다음에 복합본드숫돌(21)을 사용하여 연삭가공을 행할 때의 작용에 대해서 설명한다.
이 경우, 상술한 제1실시형태와 동일 양상의 작용이 생기는 것에 덧붙여, 수지결합상(14)이 탄성변형된 경우에도, 수지결합상(14)은 실란커플링제(16)에 의해서 초연삭입자(12) 및 금속결합상(13)과 화학적으로 결합되어 있으므로, 수지결합상(14)과 초연삭입자(12) 및 금속결합상(13)과의 사이에 간격이 생기지 않는다.
이와 같은 본 실시형태의 복합본드숫돌(21)에서는, 상술한 제1실시형태와 동일 양상의 효과를 나타낼 수 있는 것에 덧붙여, 수지결합상(14)에 분산배치된 실란커플링제(16)에 의해서, 초연삭입자(12) 및 금속결합상(13)과, 수지결합상(14)과의 사이에 실란커플링 반응이 생겨서 화학적으로 결합되어 있다. 따라서, 초연삭입자(12)는 금속결합상(13)에 의해서 물리적으로 유지되는 것과 동시에, 수지결합상(14)과 화학적으로 결합되어 고착되어 있고, 수지결합상(14)은 금속결합상(13)과도 화학적으로 결합되어 있으므로, 초연삭입자(12)의 유지력이 한층 강화되어, 숫돌수명의 연장화에 이바지할 수 있다.
그리고, 상술한 제1 및 제2실시형태에서는, 복합본드숫돌(11, 21)을 초연삭입자(12)와 금속결합상(13)과 수지결합상(14)으로 구성된 원환판형상으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 초연삭입자(12)와 금속결합상(13)과 수지결합상(14)으로 구성된 연삭입자층이, 각종 형상의 숫돌대 금속위에 형성되어도 좋다.
연삭입자로서는, 다이아몬드나 CBN의 초연삭입자(12)뿐만 아니라, SiC나 Al2O3의 일반 연삭입자도 사용가능하다.
금속결합상(13)을 형성하는 금속분말은, 코발트분말 및 그 외의 금속분말, 예를 들면, 구리, 주석, 철의 혼합물로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 이들의 합금으로 하여도 좋고, 또한 다공질 성분으로서의 코발트분말을 대신하여, 예를 들면, 니켈, 철, 아연, 구리 등의 금속분말을 함유하여도 좋고, 결합성분으로서 주석, 은 등의 금속분말을 함유하여도 좋다.
수지결합상(14)은 페놀수지로 구성되어 있는 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 열경화성수지로 하여도 좋다.
그리고, 상술한 제1 및 제2실시형태에서는, 금속결합상(13)의 기공(15)이 열경화성수지로 채워져 있지만, 이것에 한정되지 않고, 기공(15)이 완전히 열경화성수지로 채워지지 않아도 된다.
이하, 복합본드숫돌(11)의 제조방법의 하나의 실시예에 대해서 설명한다.
Cu-30wt%, Sn-5wt%, Fe-15wt%, Co-50wt%의 금속혼합분말과, 유기바인더와, 예를 들면, 「#600」의 다이아몬드 연삭입자를 혼합하고, 내부에 기공이 들어가도록 교반시켜 슬러리형상의 원료를 생성하였다. 슬러리형상의 원료를 판형상으로 성형하여 건조시켜서 숫돌재료를 생성하였다.
이 숫돌재료를 프레스형 기초구멍뚫기하여 숫돌의 기초형을 얻었다. 기초형에 1매당 200톤의 압력으로 냉간 프레스를 행하여, 기초형속의 기공율이 5~60vol% 로 되도록 가성형하였다.
가성형된 기초형은 420℃에서 60분간 가열하여 탈바인더처리를 행한 후에, 700℃에서 30분간 소결을 행하여 금속결합상을 형성하였다. 이것에 의해서, 다이아몬드 연삭입자는 금속결합상에 분산배치되어 유지되는 것과 동시에, 외부로 개구된 기공이 금속결합상에 분산배치되어 있다.
다음에, 진공속에서, 예를 들면, 「액체 레진(resin)」의 레지노이드(resinoid)를 기초형에 함침시키고 나서, 180℃로 가열하여 기초형 1매당 0.5톤의 압력으로 10분간 열간 프레스를 행하였다. 이것에 의해서, 기공에 레지노이드가 충전되는 것과 동시에, 금속결합상의 외표면이 레지노이드로 덮여져 수지결합상이 형성된다.
여기에서, 금속결합상과 수지결합상은 각각이 가교구조를 이루어 서로 일체화되어 있고, 다이아몬드 연삭입자가 금속결합상과 수지결합상 각각에 의해서 유지되고 있다.
그 후, 기초형에서 프레스형 정밀구멍뚫기하여 랩가공을 행하고, 레진과 메탈의 복합본드숫돌을 얻었다.
다음에, 본 실시형태에 의한 복합본드숫돌(11)을 사용하여 행한 절단시험에 대해서 설명한다. 그리고, 상술한 본 실시형태에 의한 복합본드숫돌(11)을 실시예로 하고, 수지, 예를들면, 폴리이미드수지로 이루어진 수지본드상에 다이아몬드 연삭입자로 이루어진 초연삭입자가 분산배치되어 이루어지는 레진본드숫돌을 비교예1로 하고, 예를 들면, Cu-Sn으로 이루어진 금속상에 다이아몬드 연삭입자로 이루어진 초연삭입자가 분산배치되어 이루어지는 메탈본드숫돌을 비교예2로 하였다.
여기에서, 실시예1 및 비교예1, 비교예2에 대한 강성의 측정치를 도3에 표시하였다.
실시예의 복합본드숫돌(11)에서는, 레진본드숫돌과 메탈본드숫돌의 대략 중간의 강성을 보유하고 있는 것을 확인할 수 있다.
절단시험에서는, 실시예 및 비교예1, 비교예2에 있어서, 복합본드숫돌(11) 및 레진본드숫돌 및 메탈본드숫돌을 각각 원환판형상의 얇은 칼날 블레이드로 하고, 그 외경을 98㎜, 내경을 40㎜, 두께를 0.15㎜로 형성하였다.
이들 얇은 칼날 블레이드의 회전수를 10000rpm으로 하고, 두께 0.5㎜의 알루미나(함유율 99.6%)의 워크(피연삭재)에 대하여, 테이블 이송속도(f)를 변화시켜 절단길이 10㎜의 절단을 행하였다.
그리고, 실시예 및 비교예1, 비교예2에 대해서, 주축모터의 주축전류치(A)와, 얇은 칼날 블레이드의 반경방향의 마모량(㎛)을 측정하였다. 그리고, 주축모터의 주축전류치(A)는, 얇은 칼날 블레이드를 일정한 속도 10000rpm 으로 회전시키면서 피연삭재인 알루미나를 절단할 때 주축모터를 소정 속도로 회전시키기 위해 필요한 전류치(A)이고, 주축모터에 공급하는 전류치를 측정하여 이것을 절삭저항으로하였다.
이하에, 주축전류치(A)의 측정결과를 표1에, 마모량(㎛)의 측정치를 표2에 각각 표시한다.
표1에 표시한 결과로부터, 테이블 이송속도(f)가 빨라지게 되면, 비교예2의 메탈본드숫돌에서는 절단저항이 커져서 워크를 파손하게 되지만, 실시예의 복합본드숫돌(11)은, 비교예1의 레진본드숫돌과 대략 동일한 정도의 절단저항을 나타내고 있을 뿐이고, 테이블 이송속도(f)가 빨라져도 절단저항의 증가는 아주 작다.
또한, 표2에 표시한 결과에서, 실시예의 복합본드숫돌(11)은, 비교예1의 레진본드숫돌과 비교해서 마모량이 대략 반정도이고, 숫돌수명이 연장화되는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 청구항1에 기재된 본 발명의 복합본드숫돌에 의하면, 금속속에 외부로 개구된 기공이 분산배치되어 있으므로, 메탈본드숫돌과 같이 금속만으로 연삭입자를 유지하는 경우와 비교해서 연삭입자의 유지력이 저하되어, 연삭가공시에 복합본드숫돌의 표면위에 있어서 연삭입자의 탈락이 생겨 자생발인이 돌출되기 쉽다. 또한, 기공은 금속속의 전체에 걸쳐서 분산배치되어 있으므로, 연삭가공시에 자생발인이 반복 작용하여 양호한 날카로움을 지속할 수 있다.
또한, 기공에는 수지가 충전되어 있으므로, 특히 복합본드숫돌의 표면위에 돌출된 연삭입자에 대하여, 금속만으로 연삭입자를 유지하는 경우와 비교해서 탄성이 부가되어 있어, 연삭가공시에 피연삭재와 연삭입자 사이에서 생기는 기계적인 충격을 완화시켜, 피연삭재의 연삭면에 발생하는 스크래치나 절단면에 발생하는 치핑 등을 감소시킬 수 있다.
그리고, 금속은 가교구조를 이루고 있고, 금속간에는 서로 결합상태가 형성되어 고립된 부분이 없으므로, 레진본드숫돌에서와 같이 수지만으로 연삭입자를 유지하는 경우와 비교해서 연삭입자의 유지력이 강하고, 피연삭재나 칩과의 마찰에 대하여 내마모성이 높아져서 숫돌수명의 연장화에 이바지할 수 있다. 또한, 열전도성이 양호하고, 강도가 높으므로, 예를 들면 얇은 칼날 숫돌이나 얇은 칼날 블레이드로서 사용이 가능하다.
또한, 청구항2에 기재된 본 발명의 복합본드숫돌에서는, 금속에는 코발트(Co)가 함유되어 있으므로, 소결후의 금속에 함유되어 있는 기공의 양을 증대시킬 수 있는 것과 동시에, 그 코발트분말의 양을 조정함으로써 기공의 양을 조정할 수 있다.
또한, 청구항3에 기재된 본 발명의 복합본드숫돌에서는, 기공의 양이 연삭입자층의 전체 체적에 대해서 5vol% 미만으로 되면, 연삭입자의 유지력이 지나치게 강해지므로 자생발인작용이 일어나기 어려우며 연삭정밀도가 저하된다. 반대로 60vol% 를 초과하면, 연삭입자의 유지력이 지나치게 약해져 복합본드숫돌의 수명이 짧아진다.
또한, 청구항4에 기재된 본 발명의 복합본드숫돌에서는, 금속과 수지가 각각 가교구조를 이루고 있으므로, 연삭입자는 금속과 수지 각각에 의해 유지되는 것으로 되고, 자생발인작용과 내마모성의 균형을 유지하여 연삭정밀도와 숫돌수명을 동시에 향상시킬 수 있다. 게다가, 복합본드숫돌의 표면으로부터 돌출된 연삭입자의 유지에 있어서, 탄성이 증가되므로, 예를 들면, 딱딱하고 부서지기 쉬운 재료의 가공시에, 연삭면에 발생하는 스크래치나 절단면 및 피연삭재의 단면에 발생하는 치핑 등을 감소시켜, 피연삭재의 마무리면 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 청구항5에 기재된 본 발명의 복합본드숫돌에서는, 연삭입자와 수지, 그리고, 금속과 수지 각각은, 실란커플링제를 통한 실란커플링 반응에 의해서 화학적으로 결합되어 있으므로, 연삭입자는 금속에 의해서 물리적으로 유지되는 것과 동시에, 수지와 화학적으로 결합되어 고착되어 있고, 수지는 금속과도 화학적으로 결합되어 있으므로, 연삭입자의 유지력이 한층 강화되어 숫돌수명의 연장화에 이바지할 수 있다.
또한, 청구항6에 기재된 본 발명의 숫돌에서, 연삭입자는 수지에 의해서 물리적으로 유지되는 것뿐만 아니라, 화학적으로 결합되어 고착되어 있다. 이것에 의해서, 연삭입자의 유지력이 강화되어, 숫돌수명의 연장화가 도모된다.

Claims (6)

  1. 연삭입자층이 연삭입자와 결합상으로 이루어지고, 상기 결합상이 금속과 수지로 형성된 복합본드숫돌로서, 상기 연삭입자는 상기 금속속에 분산배치되어 있고, 상기 금속속에는 외부로 개구된 기공이 분산배치되어 있고, 상기 기공에는 상기 수지가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 복합본드숫돌.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속에는 코발트가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 복합본드숫돌.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기공은 상기 연삭입자층의 전체 체적에 대하여 5~60vol% 로 되어 있는 것을 특징으로 하는 복합본드숫돌.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속의 외표면에 상기 수지가 피복되어 있고,
    상기 금속과 상기 수지는 각각 가교구조를 이루어 물리적으로 일체화되는 것과 동시에, 상기 연삭입자는 상기 금속과 상기 수지 각각에 의해서 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 복합본드숫돌.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연삭입자 및 상기 금속과, 상기 수지는, 실란커플링제를 통한 실란커플링 반응에 의해서 화학적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 복합본드숫돌.
  6. 수지결합상을 보유하는 숫돌로서, 연삭입자는 상기 수지결합상에 분산배치되어 있고,
    상기 연삭입자와 상기 수지결합상은, 실란커플링제를 통한 실란커플링 반응에 의해서 화학적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 숫돌.
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