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技術 超砥粒砥石

出願人 大阪ダイヤモンド工業株式会社
発明者 星加昌則秋田恭伯福西利夫
出願日 1997年4月30日 (23年6ヶ月経過) 出願番号 1997-128004
公開日 1998年11月10日 (22年0ヶ月経過) 公開番号 1998-296637
状態 特許登録済
技術分野 研磨体及び研磨工具
主要キーワード カッターボディ メタルボンドダイヤモンド砥石 レジンボンドダイヤモンド砥石 多結晶ダイヤモンド焼結体 揺動幅 超硬質材料 微小破壊 自生発刃
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年11月10日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

PCD、PCBNの研削性を高める。

解決手段

ダイヤモンド砥粒ガラス質またはセラミック質結合材によって焼結してなる超砥粒砥石であって、砥粒を25〜40vol%、上記結合材を60〜75vol%とし、その結合材が、ガラスを66vol%〜99vol%、六方晶窒化硼素(h−BN)を1〜17vol%、SiCを0〜15vol%とから成る。このとき、超砥粒、SiC及びh−BNの合計量は50vol%以下、上記結合材のガラスは、結晶化ガラスを0〜50vol%含むもの、h−BNは平均粒径が、20μm以下のものを採用する。h−BNの潤滑性により、結合剤が適宜に微小破壊して、砥粒の自生発刃切り屑の排除作用が行われ、PCD、PCBNでも円滑な切削を行い得る。

概要

背景

PCDは、従来、天然ダイヤモンドが使われていたあらゆる分野において重要な役割を果しており、微細粒径のそろったダイヤモンド粉末超硬合金基台の上に載せ、超高圧高温下で焼結した、多結晶体であって、天然ダイヤモンドのようにある方向に対して脆いという欠点が無く、均質で極めて強靱な多結晶体である。

また、PCBNは、ダイヤモンド鉄族金属と容易に反応する弱点を解決するために発明されたものであって、立方晶窒化硼素(CBN)の粉末をPCDと同様にして焼結したものである。

これらPCD及びPCBNは、超硬合金、セラミックスに比べ耐摩耗性破壊靱性値およびヤング率が高いなどの優れた物理的特性を有するため、切削工具素材および耐磨工具素材として使用されている。その使用態様は、使用目的に応じて適当な寸法に切断し、鋼製シャンクまたはカッターボディなどに固着して切削工具等として使用される。このとき、使用する機械、加工する材料、加工条件に応じて、刃先の形状を基台の超硬合金とともに研削加工して仕上げる場合が多い。

この切削工具は耐摩耗性に優れるので、超硬合金切削工具に比べ寿命は数十倍であるが、使用するにつれて刃先が摩耗し、切削能率が低下するため、ある時間使用すると再研磨が必要になる。この再研磨は、PCD等の硬度が高いため、研削加工に長時間を必要とする。また、この加工は専用に設計された高精度・高剛性研削盤を用いて行われる。

その研削加工には、一般に特殊メタルボンドダイヤモンド砥石または金属粉末フィラーとして加えたレジンボンドダイヤモンド砥石が用いられている。しかし、PCD、PCBNの主成分はダイヤモンドなど硬いものなので、砥石工作物の硬さがほぼ同じであり、砥石は激しく目つぶれ、目ずまりを生じ、頻度の高いドレッシングが必要になる。

この点を改良したとする砥石として、特公昭56−41391号公報には、所要量の超砥粒ガラス質によって結合焼成したものが開示されている。

概要

PCD、PCBNの研削性を高める。

ダイヤモンド砥粒をガラス質またはセラミック質結合材によって焼結してなる超砥粒砥石であって、砥粒を25〜40vol%、上記結合材を60〜75vol%とし、その結合材が、ガラスを66vol%〜99vol%、六方晶窒化硼素(h−BN)を1〜17vol%、SiCを0〜15vol%とから成る。このとき、超砥粒、SiC及びh−BNの合計量は50vol%以下、上記結合材のガラスは、結晶化ガラスを0〜50vol%含むもの、h−BNは平均粒径が、20μm以下のものを採用する。h−BNの潤滑性により、結合剤が適宜に微小破壊して、砥粒の自生発刃切り屑の排除作用が行われ、PCD、PCBNでも円滑な切削を行い得る。

目的

本発明は、結合剤中に上記h−BNの添加量を考慮して、PCD、PCBNなどの超硬質材料をより円滑に研削し得るようにすることを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

砥粒ガラス質またはセラミック質結合材によって焼結してなる超砥粒砥石であって、上記超砥粒を25〜40vol%、上記結合材を60〜75vol%とし、その結合材が、ガラスを66vol%〜99vol%、六方晶窒化硼素を1〜17vol%、SiCを0〜15vol%とから成ることを特徴とする超砥粒砥石。

請求項2

上記超砥粒、SiC及び六方晶窒化硼素の合計量が50vol%以下であることを特徴とする請求項1記載の超砥粒砥石。

請求項3

上記結合材のガラスは、結晶化ガラスを0〜50vol%含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の超砥粒砥石。

請求項4

上記六方晶窒化硼素は平均粒径が、20μm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の超砥粒砥石。

請求項5

上記超砥粒がダイヤモンド砥粒であって、多結晶ダイヤモンド焼結体又は多結晶立方晶窒化硼素焼結体研削加工に用いられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の超砥粒砥石。

技術分野

0001

本発明は、特に多結晶ダイヤモンド焼結体(PCD)、多結晶立方晶窒化硼素焼結体(PCBN)のような超硬質材料研削加工超砥粒砥石に関するものであるが、超硬合金セラミックスサーメットガラス、その他の硬質材料の研削加工にも広く応用が可能なものである。

背景技術

0002

PCDは、従来、天然ダイヤモンドが使われていたあらゆる分野において重要な役割を果しており、微細粒径のそろったダイヤモンド粉末を超硬合金製基台の上に載せ、超高圧高温下で焼結した、多結晶体であって、天然ダイヤモンドのようにある方向に対して脆いという欠点が無く、均質で極めて強靱な多結晶体である。

0003

また、PCBNは、ダイヤモンド鉄族金属と容易に反応する弱点を解決するために発明されたものであって、立方晶窒化硼素(CBN)の粉末をPCDと同様にして焼結したものである。

0004

これらPCD及びPCBNは、超硬合金、セラミックスに比べ耐摩耗性破壊靱性値およびヤング率が高いなどの優れた物理的特性を有するため、切削工具素材および耐磨工具素材として使用されている。その使用態様は、使用目的に応じて適当な寸法に切断し、鋼製シャンクまたはカッターボディなどに固着して切削工具等として使用される。このとき、使用する機械、加工する材料、加工条件に応じて、刃先の形状を基台の超硬合金とともに研削加工して仕上げる場合が多い。

0005

この切削工具は耐摩耗性に優れるので、超硬合金切削工具に比べ寿命は数十倍であるが、使用するにつれて刃先が摩耗し、切削能率が低下するため、ある時間使用すると再研磨が必要になる。この再研磨は、PCD等の硬度が高いため、研削加工に長時間を必要とする。また、この加工は専用に設計された高精度・高剛性研削盤を用いて行われる。

0006

その研削加工には、一般に特殊メタルボンドダイヤモンド砥石または金属粉末フィラーとして加えたレジンボンドダイヤモンド砥石が用いられている。しかし、PCD、PCBNの主成分はダイヤモンドなど硬いものなので、砥石工作物の硬さがほぼ同じであり、砥石は激しく目つぶれ、目ずまりを生じ、頻度の高いドレッシングが必要になる。

0007

この点を改良したとする砥石として、特公昭56−41391号公報には、所要量の超砥粒ガラス質によって結合焼成したものが開示されている。

発明が解決しようとする課題

0008

上記公報記載の砥石は、特殊メタルボンドダイヤモンド砥石、レジンボンドダイヤモンド砥石に比べれば、目つぶれ、目ずまりの改良がなされているが、作業の能率化が要求される今日では、そのより改良が望まれる。

0009

ところで、特開平1−289668号公報には、ビトリファイド結合剤中に潤滑性を高めるために、h−BNを配合して、切粉を円滑に排出して目詰りを防止した考えが示されている。

0010

本発明は、結合剤中に上記h−BNの添加量を考慮して、PCD、PCBNなどの超硬質材料をより円滑に研削し得るようにすることを課題とする。

課題を解決するための手段

0011

上記課題を達成するために、本発明は、超砥粒をガラス質またはセラミック質結合材によって焼結してなる超砥粒砥石であって、上記超砥粒を25〜40vol(容)%、上記結合材を60〜75vol%とし、その結合材が、ガラスを66vol%〜99vol%、h−BNを1〜17vol%、SiCを0〜15vol%とから成る構成としたのである(請求項1)。

0012

このように、h−BNを添加すると、その潤滑性により、結合材が適宜に崩れて(目つぶれをした超砥粒近傍の結合材が微小破壊して)、超砥粒の自生発刃、及び切り屑の排除作用が行われ、円滑な研削を行い得る。このとき、h−BNが1.0vol%未満であると、前記自生発刃等の作用が発揮されず、逆に、17vol%を超えると、材料除去量は増加するが、砥石摩耗が激しくなり、ワークのチッピング、砥石の偏摩耗を生じ易くなり、研削比((砥石が削った材料の体積)÷(砥石の摩耗体積))が著しく低下する(実施例参照)。

0013

超砥粒が20vol%未満では、超砥粒の集中度が低すぎるため、円滑な研削が行われず、逆に40vol%を越えると、超砥粒が密すぎて、円滑に自生発刃がなされず、目ずまりが生じ易い。

0014

SiCは超砥粒の代替のために骨材として添加し、15vol%を越えると、超砥粒の集中度を低くすることとなり、好ましくない。

0015

上記超砥粒、SiC及びh−BNの合計量は50vol%以下とすることが好ましく(請求項2)、この50vol%を超えると、超砥粒の保持力が低下し、砥石摩耗が激しくなる。

0016

上記結合材のガラスを結晶化ガラス(例えばウルマイト:2ZnO・SiO2)を0〜50vol%含むものとすれば(請求項3)、結晶化ガラスは、高温においても機械的強度が高く、ダイヤモンド砥粒CBN砥粒と近い熱膨張係数を有するので、高い超砥粒の保持が得られる。

0017

上記h−BNを、平均粒径が20μm以下のものとすれば(請求項4)、円滑な潤滑性を得ることができ、自生発刃、目づまり防止の作用がより円滑となる。

0018

上記超砥粒をダイヤモンド砥粒とすれば、多結晶ダイヤモンド焼結体又は多結晶立方晶窒化硼素焼結体の研削加工に非常に有効である(請求項5)。すなわち、上記h−BNの添加量等によって、PCD、PBCNの研削を円滑になし得る。

0019

ダイヤモンド砥粒:♯2000で集中度150とした表1に示す混合割合の実施例1〜5及び比較例1、2を混合機で混合した後、従来と同様にして、成形型充填し、加圧焼成して、外径:150mm、厚さ:15mmの砥石をそれぞれ製作した。このとき、h−BNは平均粒径:5μmのものを、固形成分にはウルマイト20vol%の結晶化ガラス粉をそれぞれ使用した。

0020

つぎに、実施例1〜5及び比較例1、2について、PCD工具研削盤PG300により、切り込み速度(強制切り込み):0.4mm/min、加工時間:10min、砥石周速:942m/min、揺動幅:11mm、研削液:JISW2種2%の条件下で、PCD(幅3.2×厚み0.5mm、GE製1300シリーズ)を研削加工した際の(実切込み量/設定切り込み量)×100(%)、研削抵抗(Fn)、研削比をそれぞれ表1に示す。

0021

ID=000002HE=080 WI=104 LX=0530 LY=1450
この実験結果によると、各実施例は、比較例1(従来例)に対し、(実切込み量/設定切り込み量)は2倍以上、研削抵抗は7分の1から40分の1近くまで低下し、研削比においても、それほどの低下を招いていない。一方、比較例2において、h−BNが18vol%となると、研削比が著しく低下し、砥石摩耗が大きいため、砥石面振れによる大きなチッピングが発生した。このため、h−BNの添加量は17vol%以下とする。

0022

このように、各実施例が比較例1に対し、研削性で優れているのは、図1に示す実施例2、図2に示す比較例1の2000倍の砥面写真において、(a)はドレッシング後、(b)は加工作用後のものであり、実施例2は加工後においてもダイヤモンド砥粒が突き出しているのに対し、比較例1は激しく目ずまりしていることから、窺うことができる。

発明の効果

0023

本発明は以上の説明から理解できるように、超砥粒、結合材の所要の混合比において、h−BNの所要量を添加するようにしたので、従来では得られなかった研削特性のよい超砥粒砥石を得ることができる。

図面の簡単な説明

0024

図1一実施例の砥面写真であり、(a)はドレッシング後、(b)は加工作用後である。
図2従来例の砥面写真であり、(a)はドレッシング後、(b)は加工作用後である。

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