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技術 粉末高速度工具鋼を基板とした超砥粒切断ホイール

出願人 株式会社アライドマテリアル
発明者 山本義仁
出願日 2000年3月10日 (20年9ヶ月経過) 出願番号 2000-065899
公開日 2001年9月18日 (19年3ヶ月経過) 公開番号 2001-252876
状態 拒絶査定
技術分野 研磨体及び研磨工具 熱処理
主要キーワード 基台材料 鋼製基板 直角精度 累積ピッチ 切断ホイール 浸炭剤 切断加工条件 粉末高速度工具鋼
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この項目の情報は公開日時点(2001年9月18日)のものです。
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図面 (3)

課題

解決手段

粉末高速度工具鋼製の基板を用いる。より好ましくは、浸炭処理窒化処理浸炭窒化処理等の硬化処理を施した、粉末高速度工具鋼製の基板を用いる。硬化処理を施す場合の硬化層は、深さが0.1mm以上、硬さがHv500以上必要で、Hv700以上であることがより好ましい。

概要

背景

従来の超砥粒切断ホイール基台材料は主として鋼であり、例えば、炭素工具鋼合金工具鋼、及び溶解法による高速度工具鋼が用いられている。結合材としては、熱硬化性樹脂を主成分としたレジンボンド、及び銅、錫、鉄、コバルトニッケル等の合金を主成分としたメタルボンド、及びガラス質等の無機材料を主成分としたビトリファイドボンド、及び電気メッキ及び化学メッキによって析出した金属を主成分とした電着ボンド等が用いられている。

超砥粒切断ホイールがよく用いられるものとしては、例えば、磁性材料光学ガラス及びセラミックス切断加工溝入れ加工がある。例えば、光学ガラスの素材からプリズムを切断して分離するのに用いられる超砥粒切断ホイールとしては、外径がΦ50mm〜Φ300mm、刃部の厚みが0.1mm〜4.0mm、鋼製基板の外周にレジンボンド、メタルボンド及び電着ボンドでダイヤモンド砥粒を固着したものがよく用いられる。溝入れ加工の場合は、磁気ヘッドコアとなるフェライトブロックに溝を形成するのに超砥粒切断ホイールが用いられる。

超砥粒切断ホイールは単刃で使用されることは少なく、特に、電子部品光学部品等の量産ラインにおいては、同時に多数の切断加工又は溝入れ加工ができるように、複数の超砥粒切断ホイールがスライシングマシンホイールフランジに組み込まれたものや、または、刃先形状の異なった超砥粒ホイールのいくつかの種類のものをそれぞれ複数個、ホイールフランジに組み込んで、溝入れ加工と切断加工が同時にできるようにしたものが多い。この組み合わせホイールは、一般的にマルチセットホイールと呼ばれている。

超砥粒切断ホイールで、磁性材料、光学ガラス、半導体材料及び光学ガラスを加工する際には、高能率で高精度な加工が要求される。特に加工精度に対する要求は厳しく、組み立てられたマルチセットホイールの単一ピッチ精度累積ピッチ精度および溝入れ幅精度はそれぞれ数ミクロン満足しなければならない。

しかしながら、高能率加工する際には、大きな研削応力が発生することにより、超砥粒切断ホイールの基板のひずみが問題となることがしばしば発生する。この基板のひずみが大きくなると、超砥粒切断ホイールが蛇行して、加工された工作物の切断面および溝の直角精度、幅精度及び平面精度などの要求精度を満足できなくなる。さらに大きな研削応力を受けると、基板はより大きなひずみを発生し、工作物のコーナー部に大きなチッピングも発生し、加工された工作物は不良となり、多大の損害被ることになる。

また、超砥粒切断ホイールにより切断加工及び溝入れ加工する際には、超砥粒切断ホイールの基板と工作物の接触による摩擦熱が発生する場合がある。この摩擦熱は超砥粒層及び基板を熱膨張させるが、ほとんどの場合、超砥粒層と基板の熱膨張係数が異なるため超砥粒切断ホイール全体に熱ひずみが発生し、これも加工精度低下やチッピングの原因となっていた。

これらの問題点は、切断加工条件及び溝入れ加工条件がハードである程、換言すれば、高速送りかつ高切り込みで、材料除去率の値が大きい程、顕著になることはいうまでもない。また特に切り込み深さが大きい場合、例えば20mm以上の切り込み深さの重切断加工では基板と工作物が接触する頻度が高くなり、これが基板に傷を発生させ、大きな歪みの原因となっていた。

概要

光学ガラス、セラミックス、水晶、磁性材料、半導体材料などの切断加工・溝入れ加工に用いられる超砥粒切断ホイールの性能をさらに高める。

粉末高速度工具鋼製の基板を用いる。より好ましくは、浸炭処理窒化処理浸炭窒化処理等の硬化処理を施した、粉末高速度工具鋼製の基板を用いる。硬化処理を施す場合の硬化層は、深さが0.1mm以上、硬さがHv500以上必要で、Hv700以上であることがより好ましい。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

円盤状の基板の外周に、超砥粒結合材で固着した超砥粒切断ホイールであって、上記の基板が粉末高速度工具鋼からなることを特徴とする超砥粒切断ホイール。

請求項2

上記の基板には、浸炭処理窒化処理浸炭窒化処理のいずれかひとつの硬化処理が施されていることを特徴とする請求項1記載の超砥粒切断ホイール。

請求項3

上記の硬化処理による硬化層は、その深さが0.01mm以上、かつ硬度がHv500以上であることを特徴とする請求項1又は2記載の超砥粒切断ホイール。

請求項4

上記の結合材は、レジンボンドメタルボンドビトリファイドボンドまたは電着ボンドのいずれかひとつ、またはこれらの複合ボンドであることを特徴とする請求項1、2又は3記載の超砥粒切断ホイール。

--

0001

本発明は、光学ガラスセラミックス水晶磁性材料半導体材料などの精密切断加工・溝入れ加工に用いられる超砥粒切断ホイールに関するものである。

背景技術

0002

従来の超砥粒切断ホイールの基台材料は主として鋼であり、例えば、炭素工具鋼合金工具鋼、及び溶解法による高速度工具鋼が用いられている。結合材としては、熱硬化性樹脂を主成分としたレジンボンド、及び銅、錫、鉄、コバルトニッケル等の合金を主成分としたメタルボンド、及びガラス質等の無機材料を主成分としたビトリファイドボンド、及び電気メッキ及び化学メッキによって析出した金属を主成分とした電着ボンド等が用いられている。

0003

超砥粒切断ホイールがよく用いられるものとしては、例えば、磁性材料、光学ガラス及びセラミックスの切断加工や溝入れ加工がある。例えば、光学ガラスの素材からプリズムを切断して分離するのに用いられる超砥粒切断ホイールとしては、外径がΦ50mm〜Φ300mm、刃部の厚みが0.1mm〜4.0mm、鋼製基板の外周にレジンボンド、メタルボンド及び電着ボンドでダイヤモンド砥粒を固着したものがよく用いられる。溝入れ加工の場合は、磁気ヘッドコアとなるフェライトブロックに溝を形成するのに超砥粒切断ホイールが用いられる。

0004

超砥粒切断ホイールは単刃で使用されることは少なく、特に、電子部品光学部品等の量産ラインにおいては、同時に多数の切断加工又は溝入れ加工ができるように、複数の超砥粒切断ホイールがスライシングマシンホイールフランジに組み込まれたものや、または、刃先形状の異なった超砥粒ホイールのいくつかの種類のものをそれぞれ複数個、ホイールフランジに組み込んで、溝入れ加工と切断加工が同時にできるようにしたものが多い。この組み合わせホイールは、一般的にマルチセットホイールと呼ばれている。

0005

超砥粒切断ホイールで、磁性材料、光学ガラス、半導体材料及び光学ガラスを加工する際には、高能率で高精度な加工が要求される。特に加工精度に対する要求は厳しく、組み立てられたマルチセットホイールの単一ピッチ精度累積ピッチ精度および溝入れ幅精度はそれぞれ数ミクロン満足しなければならない。

0006

しかしながら、高能率加工する際には、大きな研削応力が発生することにより、超砥粒切断ホイールの基板のひずみが問題となることがしばしば発生する。この基板のひずみが大きくなると、超砥粒切断ホイールが蛇行して、加工された工作物の切断面および溝の直角精度、幅精度及び平面精度などの要求精度を満足できなくなる。さらに大きな研削応力を受けると、基板はより大きなひずみを発生し、工作物のコーナー部に大きなチッピングも発生し、加工された工作物は不良となり、多大の損害被ることになる。

0007

また、超砥粒切断ホイールにより切断加工及び溝入れ加工する際には、超砥粒切断ホイールの基板と工作物の接触による摩擦熱が発生する場合がある。この摩擦熱は超砥粒層及び基板を熱膨張させるが、ほとんどの場合、超砥粒層と基板の熱膨張係数が異なるため超砥粒切断ホイール全体に熱ひずみが発生し、これも加工精度低下やチッピングの原因となっていた。

0008

これらの問題点は、切断加工条件及び溝入れ加工条件がハードである程、換言すれば、高速送りかつ高切り込みで、材料除去率の値が大きい程、顕著になることはいうまでもない。また特に切り込み深さが大きい場合、例えば20mm以上の切り込み深さの重切断加工では基板と工作物が接触する頻度が高くなり、これが基板に傷を発生させ、大きな歪みの原因となっていた。

発明が解決しようとする課題

0009

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものである。すなわち、光学ガラス、セラミックス、水晶、磁性材料、半導体材料などの切断加工・溝入れ加工に用いられる超砥粒切断ホイールの性能をさらに高めることにある。

課題を解決するための手段

0010

上記の問題点を解決するために、この発明は、円盤状の基板の外周に超砥粒を結合材で固着した超砥粒切断ホイールであって、基板が粉末冶金法で作られた粉末高速度工具鋼(Sintered high speed steel)からなることを特徴とする超砥粒切断ホイールである。粉末高速度工具鋼の有する、超硬合金匹敵する硬さと、極めて高いじん性及び耐磨耗性等の優れた特性に着目し、高精度かつ高性能な超砥粒切断ホイールを発明するに至ったものである。

0011

粉末高速度工具鋼とは、アトマイズ装置によって製造された球状の合金微粉末軟鋼容器充填し、真空脱気して封じ、HIP法加圧焼結して鋼塊を製造するのが一般的である。この時の条件は、温度が1000℃〜1200℃、圧力がおよそ25000MPaで、鋼種、その他の条件によって変動する。このようにして製造された鋼塊は、焼結完了後、鍛造圧延して鋼材となる。粉末高速度工具鋼は、偏析の無い微細炭化物が均一に分散する組織となり、その結果、じん性が著しく向上すること、硬度がHRCで70を超えるものができること、耐磨耗性では超硬合金に匹敵するものができること、偏析が無いため熱処理ひずみを少なくすることができること等、溶解法と比較して優れた特性を有している。

0012

そして、基板には、浸炭処理窒化処理浸炭窒化処理のいずれかひとつの硬化処理が施されていることを特徴とするものである。ここで硬化処理する基板の部位は、少なくとも、基板と工作物が接触するおそれのある両側面の一部分とする。一般的には、硬化処理の処理法からして超砥粒層を形成する前の基板全体に硬化処理を施すのが手間がかからず、低コストで可能である。浸炭処理とは、鋼または合金鋼浸炭剤中でA1点以上に加熱し炭素を表面に侵入拡散させて表面を硬鋼にし、ついでに焼入れによって表面の硬鋼層を硬化することである。窒化処理とは、アンモニアガス高温で分解することによって生じる発生期窒素が鉄または含有元素化合して窒化物を作り、これが時間と共に内部に拡散し窒化層を形成し、表面を硬化することである。浸炭窒化処理とは、アルカリ青化物を基剤とする塩浴鉄鋼を浸漬して、炭素と窒素を侵入させ、浸炭と窒化の両作用を同時に施す方法である。

0013

上記の各種の硬化処理のなかでも窒化処理は、処理に要する時間は数時間ですみ、しかも処理温度が比較的低温(450〜570℃)であるため、変形も少なく、深度も調節し易い特長がある。例えば、イオン窒化処理ガス窒化処理の欠点を補う方法として開発されたもので、低圧下(弱真空)の炉内で、処理物マイナス極、窒化物を入れる容器をプラス極とし、これに500Vの電圧をかけると処理物の周囲は蛍光色に加熱されグロー放電を生じる。外部からの加熱は一切不要で自己発熱タイプである。この時にアンモニアガスを導入するとガスイオン化して窒化処理が短時間で行われるものである。

0014

そして、硬質処理による硬化層は、深さが0.01mm以上、かつ硬度がHv500以上であることを特徴とするものである。硬化層の深さは、一般的な用途では0.01mm以上、好ましくは0.03mm以上あれば十分な効果を期待できる。切り粉が硬く、基板が浸食され易い場合には0.1mm以上とし、場合によっては更に厚くすることも可能である。硬化層の硬さは、工作物との接触や切り粉から基板を保護するするために少なくともHv500必要であり、Hv700以上であることがより好ましい。特に硬度が必要な場合には、Hv1000以上の硬度が容易に得られる窒化処理が好適である。

0015

また、結合材は、レジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンドまたは電着ボンドのいずれか、またはこれらの複合結合材であることを特徴とするものである。基板と結合材の接合性は良好で、結合材については何ら制約を受けないので従来から用いられている、レジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンドまたは電着ボンドおよびレジンメタル複合結合材、レジン−ビトリファイド複合結合材が適用できる。

発明を実施するための最良の形態

0016

発明実施の形態については実施例の項で述べる。

0017

(実施例1)外径Φ144mm、厚み0.7mm、穴径Φ40mmの粉末高速度工具鋼の基板を準備し、これを金型セッティングした。そして、フェノール樹脂を主成分とし、SiC粉末フィラーとしたレジンボンドに、粒度#140(平均粒径107μm )のレジンボンド用ダイヤモンド砥粒を配合し、均一に混合した。次にこの混合物を金型に充填し、180℃に加熱し、700Kgf/cm2の圧力で加圧し、粉末高速度工具鋼の基板の外周部にダイヤモンド層を固着した。次に、金型から取り出し、冷却後、ダイヤモンド層をドレッシング機でツルーイング・ドレッシングして、サイズがΦ150−0.8t−3x−40H、仕様がSD140−集中度100−Bの本発明の超砥粒切断ホイールを完成させた。本発明の効果を確認するために、実施例1の超砥粒切断ホイールを用いて、フェライト磁石被加工物として次の切断試験を行った。超砥粒切断ホイールを5枚を3mmピッチでマルチに組んで、回転数5000rpm、被加工物の送り速度10mm/min、でフェライト磁石を切断加工した。フェライト磁石の切断面のサイズは、幅が50mm、高さが10mmであった。切断試験開始後、切断回数10回ごとに、それぞれ5枚の超砥粒切断ホイールで切断されたフェライト磁石の中央部1点と、隅部4点の合計5点の厚みをマイクロメータで測定し、5点の最大値最小値の差を平行度すなわち切断精度とした。実施例1の切断精度の平均値は、0.015mm(15μm)であった。比較例として、溶解法による高速度工具鋼からなる基板を用いた上記と同一サイズ同一仕様の超砥粒切断ホイールを用いて同一の切断試験を行い、切断精度を測定した。測定された切断精度の平均値は、0.028mm(28μm)であり、実施例1より良好な切断精度は得られなかった。

0018

(実施例2)粉末高速度工具鋼の基板で、外径Φ144mm、厚み0.7mm、穴径Φ40mmのものを準備し、イオン窒化処理を施し、硬度Hv1200、窒化深さ0.1mmの硬化層を得た。このイオン窒化処理済みの基板を金型にセッティングした。そしてフェノール樹脂を主成分とし、SiC粉末をフィラーとしたレジンボンドに、粒度#140(平均粒径107μm )のダイヤモンド砥粒を配合し、均一に混合した混合物を金型に充填し、180℃に加熱し、700Kgf/cm2の圧力で加圧し、粉末高速度工具鋼の基板の外周部にダイヤモンド層を固着した。次に、このダイヤモンド層をドレッシング機でツルーイング・ドレッシングして、サイズがΦ150−0.8t−3x−40H、仕様がSD140−集中度100−Bの本発明のレジンボンドダイヤモンド切断ホイールを完成させた。実施例2についても実施例1と同一条件、同一被加工物で切断試験を行った。切断精度の平均値は、0.012mm(12μm)であり、従来例よりも良好な切断精度が得られた。

0019

(実施例3)粉末高速度工具鋼の基板で、外径Φ144mm、厚み0.7mm、穴径Φ40mmのものを準備し、浸炭窒化処理を施し、硬度Hv820、窒化深さ0.1mmの硬化層を得た。この浸炭窒化処理済みの基板を金型にセッティングした。そしてフェノール樹脂を主成分とし、SiC粉末をフィラーとしたレジンボンドに、粒度#140(平均粒径107μm )のダイヤモンド砥粒を配合し、均一に混合した混合物を金型に充填し、180℃に加熱し、700Kgf/cm2の圧力で加圧し、粉末高速度工具鋼の基板の外周部にダイヤモンド層を固着した。次に、このダイヤモンド層をドレッシング機でツルーイング・ドレッシングして、サイズがΦ150−0.8t−3x−40H、仕様がSD140−集中度100−Bの本発明のレジンボンドダイヤモンド切断ホイールを完成させた。実施例3についても実施例1と同一条件、同一被加工物で切断試験を行った。切断精度の平均値は、0.012mm(12μm)であり、従来例よりも良好な切断精度が得られた。

0020

(実施例4)粉末高速度工具鋼の基板で、外径Φ144mm、厚み0.7mm、穴径Φ40mmのものを準備し、浸炭処理を施し、硬度Hv770、窒化深さ0.1mmの硬化層を得た。この浸炭処理済みの基板を金型にセッティングした。そしてフェノール樹脂を主成分とし、SiC粉末をフィラーとしたレジンボンドに、粒度#140(平均粒径107μm )のダイヤモンド砥粒を配合し、均一に混合した混合物を金型に充填し、180℃に加熱し、700Kgf/cm2の圧力で加圧し、粉末高速度工具工具鋼の基板の外周部にダイヤモンド層を固着した。次に、このダイヤモンド層をドレッシング機でツルーイング・ドレッシングして、サイズ、Φ150−0.8t−3x−40H、仕様、SD140−集中度100−Bの本発明のレジンボンドダイヤモンド切断ホイールを完成させた。実施例4についても実施例1と同一条件、同一被加工物で切断試験を行った。切断精度の平均値は、0.012mm(12μm)であり、従来例よりも良好な切断精度が得られた。

発明の効果

0021

以上、説明したように粉末高速度工具鋼を基板とした超砥粒切断ホイール及びその基板を硬化処理した超砥粒切断ホイールは、溶解法による高速度工具鋼を基板としたものよりも良好な切断精度が得られる。

図面の簡単な説明

0022

図1一実施例の斜視図を示す。
図2一実施例の断面図を示す。

--

0023

W超砥粒切断ホイール
1基板
2 超砥粒層

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