JP2004082276A

JP2004082276A - メタルボンド研削工具

Info

Publication number: JP2004082276A
Application number: JP2002247005A
Authority: JP
Inventors: Sokichi Takemura; 竹村　曽吉; Tadao Ishikawa; 石川　唯夫
Original assignee: Tenryu Saw Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tenryu Saw Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18
Also published as: EP1393860A1; DE60304261T2; EP1393860B1; US20040043716A1; DE60304261D1; US6994614B2

Abstract

【課題】メタルボンドで砥粒を強力に保持することにより、長寿命で研削性能が高く、長時間研削性能が変動しない研削工具を提供することである。
【解決手段】メタルボンド研削工具３であって、台金４と、台金上にＣｕ系合金を主成分とするボンド部材６によって接着された砥粒８とを含んでいる。ボンド部材６は３．８〜１９．２ｗｔ％のＺｒとＴｉの混合物を含んでいる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削砥粒を金属によって固定するメタルボンド研削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のメタルボンド研削工具は、砥粒を金属粉末と混合した後所定形状に成形し、この成形体を工具の台金（ベース）に一体的に燒結して、砥粒を台金に固定して製造していた（インプリグネイティッド焼結工具）。
【０００３】
他の製造方法として、研削工具の台金上に砥粒を置き、ニッケルメッキ（電気的又は化学的に）で砥粒が埋まるようにニッケル金属を析出させ、析出したニッケル金属で砥粒を機械的に固定していた。
【０００４】
しかし、これらの従来の研削工具では、砥粒がメタルボンドに機械的に固定されているだけなので、メタルボンドによる砥粒を保持する力に限界があるため、比較的短期間で砥粒がメタルボンドから脱落するという問題があった。
【０００５】
更に、砥粒突出高さが小さいので、メタルボンドの露出面が被研削物と接触しているため、メタルボンドの表面での接触抵抗、エロージョン磨耗が生じ易く、研削工具としての研削能力及び耐久性に乏しいという問題があった。
【０００６】
メタルボンドはエロージョン磨耗することによって砥粒を露出させるが、従来の研削工具ではメタルボンドと砥粒との間に化学的な結合がないため、砥粒が容易にメタルボンドから脱落してしまう。従って、砥粒の有効使用効率が極めて低く、不安定な研削と工具寿命が極めて短いという問題があった。
【０００７】
これらの従来の問題点を解決したメタルボンド研削工具を本出願人は先に提案した（特開２００１−２５９６９）。この公開公報に記載されたメタルボンド研削工具は、砥粒がＣｕ系合金を主成分とするボンド部材によって台金上に接着されており、ボンド部材はＴｉ，Ａｌ及びこれらの混合物からなる群から選択される物質を含んでいる。
【０００８】
このメタルボンド研削工具によると、Ｔｉ，Ｔｉ化合物、Ａｌ又はＡｌ化合物がその還元力により砥粒を濡らす性質を有しているため、メタルボンド部材と砥粒との間に化学的な結合が形成される。これにより、砥粒がメタルボンド部材に強固に結合されてメタルボンド部材から脱落することが防止され、長時間の安定した研削性能を維持できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公開公報に記載されたメタルボンド研削工具は、一般的には満足すべき研削性能を提供するが、石材のような非常に硬い物質の研削を長時間行うと、砥粒がメタルボンド部材から脱落する場合があることが確認された。
【００１０】
よって、本発明の目的は、砥粒がメタルボンドから脱落することがなく、長時間研削性能が変動しないメタルボンド研削工具を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、メタルボンド研削工具であって、台金と、前記台金上にＣｕ系合金を主成分とするボンド部材によって接着された砥粒とを具備し、前記ボンド部材はＺｒ及びＴｉの合金相、混合相又は金属間化合物を含んでいることを特徴とするメタルボンド研削工具が提供される。
【００１２】
好ましくは、ＺｒとＴｉの合金相、混合相又は金属間化合物はボンド部材中に３．８〜１９．２ｗｔ％含まれており、更に好ましくは６．４〜１４．１ｗｔ％含まれている。また、Ｚｒに対するＴｉの重量比は、０．５〜２．０の範囲が好ましく、更に好ましくは０．７〜１．３の範囲である。
【００１３】
好ましくは、Ｃｕ系合金は１０〜３３ｗｔ％Ｓｎの青銅、５〜２０ｗｔ％Ｚｎの黄銅及び５〜２０ｗｔ％Ａｌのアルミニウム青銅からなる群から選択される。砥粒は、ダイヤモンド，ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素），ＳｉＣ及び超硬合金粉砕粒からなる群から選択される。
【００１４】
本発明のメタルボンド研削工具によると、メタルボンド部材からの砥粒の突出高さを非常に大きくすることができるので、被研削材の切りくず排出性が良く、メタルボンド部材と被研削材の接触がないので研削抵抗が減少する。そのため高い研削性を発揮することができ、研削熱の放熱性も良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明実施形態のディスク状研削工具２の側面図が示されている。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。台金（ベース）４は中心に装着穴１０を有しており、この装着穴１０に研削機のシャフトを取り付けることにより研削機に装着される。
【００１６】
図２に最も良く示されるように、台金４の外周部には多数のダイヤモンド砥粒８がメタルボンド部材６により接着され、固定されている。
【００１７】
メタルボンド部材６は、１０〜３３ｗｔ％Ｓｎの青銅、５〜２０ｗｔ％Ｚｎの黄銅、又は５〜２０ｗｔ％Ａｌのアルミニウム青銅を主成分とし、ＺｒとＴｉの合金相、混合相又は金属間化合物を３．８〜１９．２ｗｔ％含んでいる。
【００１８】
本発明は、特開２００１−２５９６９号に開示されているメタルボンド研削工具から出発し、メタルボンド部材中にＴｉに加えてＺｒを所定量加えるとＺｒとＴｉの相乗効果により、砥粒のメタルボンドへの接着力が増大することを見出したものである。以下、本発明実施形態のメタルボンド研削工具２の製造法について説明する。
【００１９】
２３ｗｔ％Ｓｎの青銅粉末と、Ｚｒ化合物粉末と、Ｔｉ化合物粉末と、バインダとしてのステアリン酸２２ｗｔ％の結合剤混合物（ボンド混合物）を得、この結合剤混合物を混練器にて良く撹拌して混練し、ペースト状混合物を得た。
【００２０】
Ｚｒ及びＴｉは元素又は化合物の形のどちらでも結合剤混合物に加えることができる。Ｚｒ及びＴｉを化合物の形で加える場合、化合物がロウ付け工程の間に解離する水素化チタン（ＴｉＨ_２）及び水素化ジルコニウム（ＺｒＨ_２）として結合剤混合物中に加えるのが良い。
【００２１】
バインダとしてのステアリン酸を２２ｗｔ％で一定に保ちながら、表１に示すようにＺｒＨ_２粉末及びＴｉＨ_２粉末をそれぞれ１．０ｗｔ％〜８．５ｗｔ％の間で変化させ、残部を青銅粉末した異なる組成の結合剤混合物を、混練器にて混練して、組成の異なる複数のペースト状混合物を得た。
【００２２】
これらのペースト状混合物を鋼テストピース（１２×２０ｍｍ）の表面にへらを使用して塗布した。メタルボンドの厚さを目標の厚さにするため、厚みゲージ治具で余分な量のペースト状混合物を取り除き、ペースト状混合物を所定の均一な厚さとするのが好ましい。
【００２３】
その後、必要な量のダイヤモンド砥粒をペースト状混合物上に散布し、付着させた。次いで、テストピースを真空炉中に入れ、真空度３．９Ｐａまで真空引きし、温度９２０℃で２０分間保持し、テストピースを真空炉から取り出して常温まで冷却した。
【００２４】
真空炉中でテストピースを加熱する過程で水素化チタンは解離してチタンと水素となり、水素化ジルコニウムは解離してジルコニウムと水素となる。更に、バインダとしてのステアリン酸はロウ付けの間に残留物を残さずに実質的に完全に蒸発する。
【００２５】
９２０℃で２０分間真空炉中でテストピースを保持することにより、ペースト状混合物が溶融し、この溶融物が常温に冷却されて固化し、ダイヤモンド砥粒がメタルボンドを介してテストピースに接着される。
【００２６】
Ｚｒ及びＴｉは公知のようにダイヤモンド砥粒を濡らす性質があり、青銅によく溶ける。よって、ダイヤモンド砥粒はメタルボンドに化学的に強く固着され、ダイヤモンド砥粒がメタルボンドから脱落することが防止される。
【００２７】
このようにして作成した複数の組成の異なるメタルボンドを有するテストピースを図３に示すような接着強度測定装置にセットし、ダイヤモンド砥粒の接着強度を測定した結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】

この実験においては、ＺｒとＴｉはそれぞれ等しい量を添加し、配合組成で１．０ｗｔ％〜８．５ｗｔ％の間で変化させた。接着強度の測定は全て各組成のメタルボンドを有するテストピースについて１５回行い、その平均をとったものである。
【００２９】
表１において、Ｚｒ及びＴｉの含有量について配合組成と製品組成がそれぞれ示されているが、これはバインダとしてのステアリン酸が配合組成で２２ｗｔ％添加されるが、このステアリン酸はロウ付け固定の間に完全に蒸発するためである。配合組成を０．７８で割ることにより製品組成を得ることができる。
【００３０】
図３において、１２はベースであり、ベース１２に万力１４が固定されている。万力１４でテストピース１６を強固に挟み込む。テストピース１６上にはダイヤモンド砥粒２０がメタルボンド１８により接着されている。
【００３１】
ベース１２上には電動ロードセル２２がねじ止め等により固定されており、電動ロードセル２２のピストン２４によりダイヤモンド砥粒２０を押して、ダイヤモンド砥粒２０の接着強度を測定した。
【００３２】
表１から明らかなように、ＺｒとＴｉの和の組成比が２．６ｗｔ％では、接着強度が４１．１ニュートン（Ｎ）と小さく、更にこの組成比が２１．８ｗｔ％の場合には接着強度が４６．１Ｎと小さくなる。
【００３３】
よって、ダイヤモンド砥粒２０の十分な接着強度を得るためには、ＺｒとＴｉの和の組成比は３．８〜１９．２ｗｔ％の範囲内が好ましい。更に好ましくは、接着強度が７０Ｎ以上である６．４〜１４．１ｗｔ％である。
【００３４】
次いで、Ｔｉの組成比を３．５ｗｔ％で固定し、Ｚｒの組成比を１．５ｗｔ％から８．０ｗｔ％まで変化させて、同様な測定を行った結果を図４に示す。
【００３５】
図４に示すように、Ｚｒの組成比が１．５ｗｔ％の場合には、接着強度が約５３Ｎと急に小さくなり、更にＺｒの組成比が８ｗｔ％の場合にも、接着強度が約４９Ｎと急に小さくなる。
【００３６】
よって、Ｚｒの組成比はＴｉ３．５ｗｔ％に対して２．０〜７．０ｗｔ％の範囲が好ましい。換言すると、Ｚｒに対してＴｉの添加割合が０．５〜２．０倍の範囲内が好ましい。より好ましくは、０．７〜１．５の範囲内である。
【００３７】
次に、比較実験として青銅粉末にＴｉ化合物粉末及びバインダとしてのステアリン酸のみを添加し、Ｚｒを添加しないテストピースを作成し、同様な接着強度の測定を行った結果を表２に示す。
【００３８】
【表２】

表２から明らかなように、メタルボンドにＴｉのみを添加した場合は、メタルボンドにＺｒとＴｉを共に添加した場合に比較して、ダイヤモンド砥粒の接着強度が大きく劣っている。
【００３９】
このことから、メタルボンドにＺｒとＴｉを所定の割合で添加すると、ＺｒとＴｉの相乗効果により、ダイヤモンド砥粒の接着強度を非常に増強できることがわかる。
【００４０】
銅合金は１０〜３３ｗｔ％Ｓｎの青銅、５〜２０ｗｔ％Ｚｎの黄銅、５〜２０ｗｔ％Ａｌのアルミニウム青銅が使用可能である。特にアルミニウム青銅の場合加熱時の真空度が低い場合でも、Ｚｒ化合物粉及びＴｉ化合物粉の少量の添加で砥粒をメタルボンドに接着できる。
【００４１】
ダイヤモンド砥粒の粒度は切断用工具の場合２０〜８０メッシュ、研削用工具の場合８０〜４００メッシュにするのがよい。砥粒はダイヤモンド砥粒に限定されるものではなく、ＣＢＮ、炭化ケイ素、又は超鋼合金粉末粒の何れをも採用可能である。
【００４２】
バインダはステアリン酸に限定されるものではなく、パラフィン、ポリエチレングリコールなどの単体もしくは混合したものも使用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の研削工具では、砥粒はＺｒとＴｉの相乗効果によりメタルボンドに化学的に強く固着されるので、砥粒がメタルボンドから脱落することなく長時間の安定した研削性能を維持できる。砥粒の脱落がないので、砥粒の有効利用を図ることができ、低コストの研削工具を提供できる。
【００４４】
更に、砥粒の突出量を非常に大きくすることができるので、被研削剤の切り屑排出性がよく、被研削剤とメタルボンドとの接触がないので研削抵抗を小さくできる。その結果、高い研削性能を発揮することができ、研削熱の放散性もよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明研削工具の断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。
【図３】接着強度測定装置の概略図である。
【図４】接着強度のＺｒ組成依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
２　研削工具
４　台金
６　メタルボンド部材
８　ダイヤモンド砥粒
１０　装着穴
１２　ベース
１４　万力
１６　テストピース
１８　メタルボンド部材
２０　ダイヤモンド砥粒
２２　電動ロードセル

Claims

メタルボンド研削工具であって、
台金と、
前記台金上にＣｕ系合金を主成分とするボンド部材によって接着された砥粒とを具備し、
前記ボンド部材はＺｒ及びＴｉの合金相、混合相又は金属間化合物を含んでいることを特徴とするメタルボンド研削工具。
前記Ｚｒ及びＴｉの合金相、混合相又は金属間化合物は前記ボンド部材の３．８〜１９．２ｗｔ％である請求項１記載のメタルボンド研削工具。
前記Ｚｒ及びＴｉの合金相、混合相又は金属間化合物は前記ボンド部材の６．４〜１４．１ｗｔ％である請求項２記載のメタルボンド研削工具。
Ｚｒに対するＴｉの重量比は０．５〜２．０である請求項１記載のメタルボンド研削工具。
前記Ｃｕ系合金は１０〜３３ｗｔ％Ｓｎの青銅、５〜２０ｗｔ％Ｚｎの黄銅及び５〜２０ｗｔ％Ａｌのアルミニウム青銅からなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載のメタルボンド研削工具。
前記砥粒はダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ＳｉＣ及び超硬合金粉からなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載のメタルボンド研削工具。