JP3323827B2 - 精密部品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、硬くて脆い材
料、例えばセラミック、ガラス、又はセラミック若しく
はガラスを含む複合材料を１６０ｍ／秒までの周縁砥石
車速度で精密な円柱形研削を行う方法に関する。この方
法は金属で結合された研磨リムに取り付けられた砥石コ
ア又はハブを有する新規な研磨工具を用いる。これらの
研磨工具は、従来の研磨工具よりも砥石磨耗が少なく加
工品の損傷が少なくて、高い材料除去速度で（例えば、
１９〜３８０ｃｍ³ ／分／ｃｍ）脆い材料を研削する。

【０００２】この発明は、契約ＤＥ−ＡＣ０５−８４−
ＯＲ２１４００の下に合衆国政府の後援を受けエネルギ
ー省に賞を与えられて創作された。合衆国政府は本発明
に対して何らかの権利を有する。

【０００３】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】リー
（Ｌｉ）の米国特許Ｎo.5607489 には、セラミックの研
削方法及びサファイヤ及び他のセラミック材料を研削す
るに適した研磨工具が開示されている。この工具は、２
〜２０容量％の固体潤滑剤と少なくとも１０容量％の多
孔度を有するガラス質マトリックス中に結合され、金属
で覆われたダイヤモンドを含むものであると、記載され
ている。

【０００４】キート（Ｋｅａｔ）の米国特許Ｎo.３９２
５０３５には、１５〜５０容量％のグラファイトのよう
な選択された充填材を有する金属マトリックス中に結合
されたダイヤモンドを含む研磨工具を用いて超硬合金を
研削する方法が記載されている。

【０００５】Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐｙｌの米国特許Ｎo.２
２３８３５１には、金属で結合されたダイヤモンドで作
られた切断砥石が開示されている。前記結合材は、銅、
鉄、錫、及び任意にニッケルからなり、この結合された
砥粒は、スチールのコアに焼結され、任意に、適当な接
着を確保するために、ハンダ付け工程が加わる。最高の
結合は、ロックウェルＢ硬度７０を有すると報告されて
いる。

【０００６】米国再発行特許Ｎo.２１１６５には、比較
的低い融解温度の金属結合材、例えばブロンズ結合剤中
に結合された微細なダイヤモンド粒子（ボルト）を有す
る研磨工具が開示されている。この低融点結合材は前記
微細なダイヤモンド粒子の酸化の回避に役立つ。研磨リ
ムが、単一の環状研磨セグメントとして構築され、次い
でアルミニウム又は他の材料の中央ディスクに取り付け
られる。

【０００７】これらのいずれの方法も、精密部品の精密
な円柱形研削には完全には満足できないものであること
が分かった。これらの方法は、先行技術の工具によって
制限され、商業的に実現可能な研削速度で作動させると
き部品の形状、サイズ、及び表面品質についての厳格な
仕様に適合しない。殆どの円柱形研削操作は、樹脂又は
ガラスで結合された超砥粒砥石を用い、精密部品に対す
る表面及び内層面の損傷を避けるために、これらの砥石
は比較的低い研削効率（例えば、高性能セラミックにつ
いては１〜５mm³ ／ｓ／mm）で操作される。セラミック
加工品がそのような工具の砥石表面に詰まりを生じて頻
繁な砥石のドレッシング及び精密な形状を維持するため
の形直しが必要になるという傾向のために、研削効率は
更に減少する。

【０００８】エンジン、耐熱性装置及び電子装置（例え
ばウェーハー、磁気ヘッド及びディスプレーウィンド
ー）のような製品における精密セラミック部品に対する
市場の要求が成長するに従ってセラミック及び他の脆い
精密部品の精密な円柱形研削の改善された方法に対する
需要が成長している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の工程を含
む、仕上げの後に前記セラミック部品が、研削によるク
ラックも内層面の損傷も無い、脆い精密部品の円柱形仕
上げ方法である： （ａ）円柱形加工物をジグに設置する工程； （ｂ）砥石車を研削機に設置する工程であって、ここ
に、前記砥石車はコアと連続的な研磨リムとを有し、こ
のコアは、最小比強度２．４ＭＰａ−ｃｍ³ ／ｇを有
し、また、研磨リム中の少なくとも１つの研磨セグメン
トに熱的に安定な結合剤で接着により結合された環状周
縁部を有し、前記研磨セグメントは本質的に砥粒と破壊
靱性が１．０〜６．０ＭＰａ・ｍ^1/2 で最大多孔度が５
容量％である金属結合剤マトリックスからなる工程； （ｃ）前記砥石車を２５〜１６０ｍ／秒の速度で回転す
る工程； （ｄ）前記砥石車を回転している加工物の外表面に接触
させる工程；並びに （ｅ）前記加工物を１９〜３８０ｃｍ ³ ／分／ｃｍのＭ
ＲＲで研削して前記脆い精密部品の外表面を仕上げる工
程。

【００１０】本発明の円柱形研削方法において、正方向
の駆動力によって駆動される加工物は固定された軸の周
りに回転し、加工物の表面は、この加工物の表面上に回
転軸の周りに精密な形状を作りだすために回転する砥石
車との接触によって研削される。本発明の円柱形研削
は、種々の仕上げ操作を含み、例えば円柱形表面のトラ
バース研削及びテーパーのトラバース研削；並びに任意
に複数の又は単数の直径又は隣接するバンドを用いる円
柱形表面、テーパー又は種々の形状のプランジ研削を含
む。加工物を固定するための２つの端部（回りセンター
又は止まりセンター）を有するジグは、加工物を研削す
るためには、一般にアスペクト比が３：１又はそれ以上
であることが必要である。より小さいアスペクト比の加
工物は、研削の間、その一端を回転する主軸台スピンド
ルに固定してもよい。本発明に属する他の例は、ロータ
リ表面研削、クランク軸研削、カム研削、反りの付いた
円柱形研削及び多角形のような形状の研削を含む。

【００１１】加工物材料、要求される表面仕上げ品質、
研削機のデザイン、及び他の工程変数（ｐｒｏｃｅｓｓ
ｖａｒｉａｂｌｅｓ）いかんによって、前記研削操作
は冷却剤と共に又はこれなしに実施することができる。
形直し及びドレッシング操作は、任意ではあるが、好ま
しくは、研削操作に先立って、そして任意に操作の間に
必要に応じて、砥石車について実施される。本発明方法
において、ある種の研削工程においては砥石車のドレッ
シングなしに実施される。

【００１２】研削の間、前記加工物は砥石車と同じ方向
に、又は反対方向に回転することができる。前記加工物
は、一般に砥石車の速度より小さい速度、好ましくは砥
石車の速度よりも一桁小さい速度で回転される。例え
ば、砥石車速度が８０ｍ／秒では、前記加工物の速度
は、この加工物の形状及び組成、使用される研削機、研
削される幾何学的形状、物質除去速度、及び他の変数に
依存して、好ましくは１〜２０ｍ／秒である。比較的小
さい加工物は、好ましくは、比較的大きい加工物よりも
速い速度で回転される。効率的な研削のためには、比較
的硬い加工物（例えば窒化ケイ素）は、比較的高い標準
研削力を必要とし、比較的高い機械的強度を有する加工
物（例えば炭化タングステン）は、比較的高い研削力を
必要とする。当業者は、与えられた加工物及び研削操作
に対して最大の効率を得るために適正な研削機を選ぶで
あろう。

【００１３】セラミック加工物を仕上げるために本発明
方法を実施するときは、セラミック中に割れ及び内層面
の損傷を生じる条件、例えば高い研削力、熱衝撃、研削
ゾーンからの熱の除去不足、大きな接触応力及びびび
り、又は研削ゾーンにおける持続的な長期振動は、ここ
に記載された研削工具を用いることによって最小にする
ことができる。望みの研削工程パラメーターと共同し
て、砥粒のサイズ、形状及び濃度を調節することによっ
て、研削効率を損じることなく、許容できるレベルの内
層面損傷ですませることができる。材料除去速度（ｍａ
ｔｅｒｉａｌ ｒｅｍｏｖａｌ ｓｐｅｅｄ）（以下、
ＭＲＲと記載することがある。）約１９〜３８０cm ³ ／
分／cmで、脆性破壊によるセラミック加工物の研削は最
小化され、０．０２５μm 未満のオーダーの変動性を有
する優れた表面仕上げを得ることができる。これとは対
照的に、先行技術の樹脂で結合したダイヤモンド砥石車
は、表面及び内層面の損傷が明らかになるまでに、最大
ＭＲＲ１９cm ³ ／分／cm未満が可能である。

【００１４】本発明方法は、ある種の新規な研磨工具を
用い、この工具は研削車であり、この車は、これ自体を
研削機に設置するための中央の穴を有するコアを有し、
このコアは前記車の周縁に沿って金属で結合された超砥
粒リムを支持するように設計されている。この車の前記
２部分は熱的に安定な結合材で相互に保持され、この車
及びその部品は、少なくとも８０ｍ／秒まで、好ましく
は１６０ｍ／秒までの車周縁速度で生じる応力に耐える
ように設計されている。最良の結果は６０〜１００ｍ／
秒で得られる。好ましい工具は円柱形研削機に設置する
ために設計されたタイプ１Ａ車（ｗｈｅｅｌ）である。

【００１５】このコアは、形状が実質的に円形である。
このコアは、最小比強度２．４ＭＰａ−cm³ ／ｇ、好ま
しくは４０〜１８５ＭＰａ−cm³ ／ｇを有するどんな材
料も含みうる。この材料は密度が、好ましくは０．５〜
８．０ｇ／cm³ 、最も好ましくは２．０〜８．０ｇ／cm
³ である。適当な材料の例は、スチール、アルミニウ
ム、チタン及び青銅、並びにそれらの複合材及び合金、
並びにそれらの組み合わせである。指定された最小比強
度を有する強化プラスチックも前記コアを作るのに使用
できる。複合材料及び強化コア材料は、典型的には金属
又はプラスチックのマトリックスの連続相を有し、この
マトリックスはしばしば粉末の形態をしており、これ
に、比較的硬い、比較的弾力的な、及び／又は比較的密
度の低い材料の繊維又は粗粒又は粒子が、不連続相とし
て加えられる。本発明の工具のコアに使用するに適した
強化材料の例としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミ
ド繊維、セラミック繊維、セラミック粒子（ｐａｒｔｉ
ｃｌｅｓ ａｎｄ ｇｒａｉｎｓ）、及びガラス、ムラ
イト、アルミナ等の中空充填材料、及びゼオライト（商
標）球がある。

【００１６】密度が０．５〜８．０ｇ／cm³ であるスチ
ール及び他の金属は、本発明の工具用のコアを作るため
に最も好ましい。高速度研削（例えば、少なくとも８０
ｍ／秒）に使用されるコアを作るとき、粉末形態の軽量
金属（即ち、密度約１．８〜４．５ｇ／cm³ の金属）、
例えばアルミニウム、マグネシウム及びチタン、並びに
これらの合金、並びにこれらの混合物が好ましい。アル
ミニウム及びアルミニウム合金は特に好ましい。もし、
工具を作るのに共焼結組み立て法（ｃｏ−ｓｉｎｔｅｒ
ｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｐｒｏｃｅｓｓ）が使用さ
れるならば、焼結温度４００〜９００℃、好ましくは５
７０〜６５０℃の金属が選択される。前記コアの重量を
減らすために低密度充填材を加えても良い。多孔質及び
／又は中空のセラミック又はガラスの充填材、例えばガ
ラス球及びムライト球は、この目的に適した材料であ
る。無機で非金属の繊維材料も有用である。加工条件が
指示するときは、プレス成形及び焼結の前に、金属結合
材及び超砥粒の技術分野で公知の有効量の滑剤又は他の
加工助剤を、前記金属粉末に加えてもよい。

【００１７】高速度操作によって生じる潜在的破壊力に
耐えるために、前記工具は強く、耐久性で、寸法安定で
あるべきである。接線方向接触速度８０〜１６０ｍ／秒
を達成するために必要な非常に高い角速度で研削車を操
作するために、前記コアは或る最小比強度を持たなけれ
ばならない。そのような速度で、本発明に使用されるコ
ア材料に必要な最小比強度パラメーターは、２．４ＭＰ
ａ−cm³ ／ｇであり、４０〜１８５ＭＰａ−cm ³／ｇの
範囲のより高いパラメーターが好ましい。

【００１８】前記比強度パラメーターは、コア材料の降
伏強さ（又は破壊強さ）をコア材料密度で割った比とし
て定義される。降伏強さよりも破壊強さが低い脆い材料
の場合、前記比強度パラメーターは、小さい方の数、即
ち破壊強さを用いることによって決定される。材料の降
伏強さは、その材料の歪みが更に力を増すことなく増加
するときの張力に掛けられる最小の力である。例えば、
約２４０（ブリネルスケール）より高く硬化されたＡＮ
ＳＩ ４１４０スチールは、７００ＭＰａを超える引っ
張り強さを有する。このスチールの密度は約７．８ｇ／
cm³ である。従って、その比強度はパラメーターは約９
０ＭＰａ−cm³ ／ｇである。同様に、ある種のアルミニ
ウム合金、例えばＡ１ ２０２４、Ａ１ ７０７５及び
Ａ１ ７１７８（これらは熱処理してブリネル硬度を約
１００より高くすることができる）は、引っ張り強さが
約３００ＭＰａより大きい。そのようなアルミニウム合
金は密度が約２．７ｇ／cm³ と低く、従って比強度パラ
メーターが１１０ＭＰａ−cm³ ／ｇより大きい。密度が
８．０ｇ／cm³ 以下となるように製作されたチタン合金
及び青銅複合材及び合金も、使用に適している。

【００１９】前記コア材料は、強靱で、研削ゾーン近く
で到達する温度（例えば、約５０〜２７０℃）で熱的に
安定で、研削で用いられる冷却剤及び滑剤との化学反応
に対して抵抗性で、そして研削ゾーン中の切削屑の動き
に由来する損食による磨耗に対して抵抗性であるべきで
ある。アルミナ及び他のセラミックの中には、許容でき
る破壊値（即ち、６０ＭＰａ−cm³ ／ｇより大）を持つ
ものもあるが、それらは一般に脆過ぎて、破損のために
高速度研削には構造的に失敗する。従って、セラミック
は工具コアに使用するには適していない。金属、特に硬
化された工具品質のスチール、及び金属マトリックス複
合材が好ましい。

【００２０】本発明に使用するための研削車の研磨セグ
メントは、コアに搭載されたセグメントに分けられた又
は連続的なリムである。セグメントに分けられた研磨リ
ムを図１に示す。コア２は、パワー駆動装置のアーバー
（図示していない）に前記車を設置するための中央穴３
を持っている。前記車の研磨リムは、金属マトリックス
結合材５中に埋められた（好ましくは均一の濃度で）超
砥粒４を有する。複数の研磨セグメント６が図１に示さ
れた研磨リムを作り上げている。図示の具体例は１０個
のセグメントを示しているが、セグメントの数は重要で
はない。個々の研磨セグメントは、図１に示すように、
長さ、ｌ、幅、ｗ、及び深さ、ｄを特徴とする切形正方
形環形状（弓形状）を持っている。

【００２１】図１に示した研削車の具体例は、本発明方
法に従って首尾よく操作できる車の代表例であると考え
られるが、本発明を限定するものと考えられるべきでは
ない。場合によっては、前記コア中の隙間又はギャップ
は、研削ゾーンへ冷却剤を通すため及びこのゾーンから
切削屑を送り出す通路を提供するために使用される。前
記車が加工物に半径方向に浸入したとき削り屑と接触し
て浸食されることからコア構造体を保護するために、コ
アよりも幅の広いセグメントが時折使用される。

【００２２】前記車は、最初に予め選択された寸法の個
々のセグメントを形成し、次いでこれら予め形成された
セグメントを適当な接着剤で前記コアの円形周縁（円
周）に取り付けることにより製作され得る。他の好まし
い製作方法は砥粒及び結合材の粉末混合物のセグメント
前駆体単位を形成し、この組成物を前記コアの円周の周
りに成形し、そして熱と圧力をかけて前記セグメント
を、その場で（即ち、前記コアとリムを共焼結させる）
作り、取り付けることを含む。

【００２３】前記連続的な研磨リムは、型の中で別に焼
結され、次いで、熱的に安定な結合材（即ち、研削の間
に、研削面から遠い方のセグメントの部分で出会う温
度、典型的には約５０〜３５０℃で安定な結合材）でコ
アに個々に装備される１つの研磨セグメント又は少なく
とも２つの研磨セグメントを含んでいてもよい。セグメ
ントに分けられた複数の連続的研磨リムは、環状に単一
の片として成形された単一の連続的研磨リムよりも好ま
しい。それは、多数の研磨セグメントから工具を作る間
に真に丸く平坦な形状を得るのが遥かに容易であるから
である。

【００２４】前記研磨リム成分は金属マトリックス結合
材中に保持された超砥粒を含み、典型的には金属結合材
粉末及び砥粒の混合物を、研磨リム又は複数の研磨リム
構成セグメントの所望のサイズ及び形状を生じるように
設計された型の中で焼結させることにより形成される。

【００２５】前記研磨リム中に使用される超砥粒は、天
然及び合成のダイヤモンド、及びＣＢＮ並びにこれら研
磨材の混合物から選ぶことができる。粒子のサイズ及び
タイプの選択は加工物の性質と研削工程の種類如何によ
って変化する。例えば、サファイヤの研削及び磨きにお
いては、２〜３００μm の範囲の超砥粒粒度が好まし
い。アルミナの研削のためには、約１２５〜３００μm
（６０〜１２０グリット；ノートンカンパニーのグリッ
トサイズ）が一般に好ましい。窒化ケイ素の研削のため
には、粒度約４５〜８０μm （２００〜４００グリッ
ト）が、一般に好ましい。

【００２６】研磨リムの体積パーセンテージとしては、
これらの工具は１０〜５０容量％、好ましくは１０〜４
０容量％の超砥粒を含む。加工物材料の硬度に等しいか
又はこれより小さい硬度を有する、少量の耐磨耗性材料
が、結合材の磨耗速度を変えるために結合材充填材とし
て加えられてもよい。前記リム成分の容量パーセンテー
ジとして、前記充填材は、０〜１５容量％、好ましくは
０．１〜１０容量％、最も好ましくは０．１〜５容量％
を用いることができる。利用できる充填材の例として
は、炭化タングステン、酸化セリウム、及びアルミナ粒
子がある。

【００２７】超砥粒を結合するに適し、破壊靱性が１．
０〜６．０ＭＰａ・ｍ^1/2 、好ましくは２．０〜４．０
ＭＰａ・ｍ^1/2 である全ての金属結合材が、ここで用い
得る。破壊靱性は、ある材料中に生じたクラックがこの
材料中に生長しこの材料の破壊に導く応力強さ因子であ
る。破壊靱性は、Ｋ_1c＝（σ_f ）（π^1/2 ）（ｃ^1/2）
（ここに、Ｋ_1cは破壊靱性であり、σ_f は破壊のとき加
えられる応力であり、ｃはクラックの長さの１／２であ
る。）で表される。破壊靱性を測定するための幾つかの
方法があり、各々は、既知の寸法のクラックが試験材料
に生ぜしめられる初期工程を持っており、次いでこの材
料の破壊まで応力負荷がかけられる。破壊時の前記応力
及びクラック長さが、前記式に置換され、前記破壊靱性
が計算される（例えば、スチールの破壊靱性は約３０〜
６０ＭＰａ・ｍ^1/2 、アルミナのそれは約２〜３ＭＰａ
・ｍ^1/2 、窒化ケイ素のそれは約４〜５ＭＰａ・ｍ
^1/2 、そしてジルコニアのそれは約７〜９ＭＰａ・ｍ
^1/2 である）。

【００２８】車寿命及び研削性能を最適化するために
は、前記結合材の磨耗速度は、研削操作中の砥粒の磨耗
速度に等しいか又はこれより少し高くあるべきである。
前記車の磨耗速度を低下させるために前記金属結合材
に、上記のような充填材を添加することができる。研削
の間に比較的高い材料除去速度を可能にするために、比
較的密な結合材構造（即ち、多孔度５容量％未満）を形
成する傾向のある金属粉末が好ましい。

【００２９】前記リムの金属結合材マトリックスに有用
な材料としては、銅、錫、亜鉛、コバルト及び鉄、並び
にそれらの合金、例えば青銅及び黄銅、並びにこれらの
混合物を挙げることができるが、これらに限られる訳で
はない。これらの金属は、任意に、粒子／結合材界面を
強化するために選ばれた焼結条件の下で超砥粒の表面で
粒子と結合材の間の炭化物又は窒化物化学結合を形成す
ることのできるチタン若しくは水素化チタン、又は他の
超砥粒反応性（即ち、活性結合材成分）材料と共に使用
することができる。比較的強い粒子／結合材界面は、時
期尚早な粒子の損失及び加工物の損傷並びに時期尚早な
粒子損失によって引き起こされる短縮された工具寿命を
制限するであろう。

【００３０】研磨リムの好ましい具体例において、前記
金属結合材マトリックスはリムの４５〜９０容量％、よ
り好ましくは６０〜８０容量％を構成する。充填材が前
記結合材に加えられるときは、この充填材はリムの金属
マトリックスの０〜５０容量％、好ましくは０．１〜２
５容量％を構成する。この金属結合材マトリックスの多
孔度は、前記研磨セグメントの製造の間に最大５容量％
で確定されるべきである。前記金属結合材マトリックス
は、好ましくはヌープ硬度が０．１〜３ＧＰａである。

【００３１】タイプ１Ａ研削車の好ましい具体例におい
ては、前記コアはアルミニウムから作られ、リムは銅及
び錫の粉末（８０／２０重量％）から、並びに任意にこ
れに０．１〜３．０重量％、好ましくは０．１〜１．０
重量％の燐／銅粉末の形態の燐を加えて作られる青銅結
合材が含まれる。研磨セグメントの製造の間に、この組
成物の前記金属粉末は１００〜４００グリット（１６０
〜４５μｍ）のダイヤモンド砥粒と混合し、研磨リムセ
グメントに成形し、そして２０〜３３ＭＰａで４００〜
５５０℃の範囲で焼結するか又は緻密化され、好ましく
は密度が理論密度の少なくとも９５％（即ち、多孔度約
５容量％以下）である緻密な研磨リムを生じる。

【００３２】典型的な共焼結車製造プロセスにおいて
は、コアの金属粉末をスチールの型に注入し、８０〜２
００ｋＮ（約１０〜５０ＭＰａの圧力）で冷圧し、前記
コアの望みの最終厚さの１．２〜１．６倍を有するグリ
ーン部品を形成する。このグリーンコア部品をグラファ
イト型に入れ、前記砥粒及び前記金属結合材粉末ブレン
ドの混合物を、前記コア及び前記グラファイト型の外側
リムの間の空洞に加える。セッティングリング（ｓｅｔ
ｔｉｎｇ ｒｉｎｇ）を用いて、前記砥粒及び金属結合
材粉末をコアプリフォームと同じ厚さに圧縮してもよ
い。次いで、前記グラファイト型内容物を２０〜４８Ｍ
Ｐａの圧力下、３７０〜４１０℃で、６〜１０分熱圧す
る。当技術分野で知られているように、温度は段をなし
て上昇させ（ｒａｍｐ ｕｐ）てもよいし（例えば、２
５℃から４１０℃へ６分で上げ；４１０℃で１５分保持
する）又は徐々に増加させた後、型の内容物に圧力を掛
けてもよい。

【００３３】熱圧に続いて、前記グラファイト型を前記
部品から取り去り、この部品を冷却し、従来法で仕上げ
して望みの寸法と公差を有する研磨リムを得る。例え
ば、前記部品は研削機の上のビトリファイド研削砥石又
は旋盤の上の超硬カッタを用いて所望のサイズに仕上げ
ることができる。

【００３４】本発明のコア及びリムを共焼結するとき、
この部品をその最終形状にするのに必要な材料除去は非
常に少ない。研磨リム及びコアの間の熱的に安定な結合
を形成するための他の方法においては、各部品のかみ合
わせと接合のために適当な表面を確保するために接合、
連結又は拡散の工程に先立って、コア及びリムの両方の
機械加工が必要であろう。

【００３５】セグメントに分かれた研磨リムを利用し
て、前記リム及び前記コアの間に熱安定な結合材を作る
に当たっては、１６０ｍ／秒までの周縁車速度に耐える
強度を有するどんな熱的に安定な接着剤も使用すること
ができるであろう。熱的に安定な接着剤は、研削面とは
反対方向の研磨セグメントの部分で研削の間に出会うこ
とのある研削プロセス温度に対して安定である。そのよ
うな温度は典型的には約５０〜３５０℃である。

【００３６】前記接着層は、研削車の回転の間及び研削
操作の間に存在する破壊力に耐えるために機械的に非常
に強くなければならない。２液型エポキシ樹脂接合剤が
好ましい。好ましいエポキシ結合剤、Ｔｅｃｈｎｏｄｙ
ｎｅ（商標）ＨＴ−１８エポキシ樹脂（タオカ化学、日
本から得た）、及びその変性されたアミン硬化剤を、樹
脂１００部に対して硬化剤１９部の割合で混合するとよ
い。結合剤の粘度を増すために、充填材、例えば微細な
シリカ粉末を樹脂１００部あたり３．５部の割合で加え
てもよい。前記金属コアの周囲は、前記セグメントの取
り付けに先立ってある程度の粗さを得るためにサンドブ
ラストを掛けてもよい。前記増粘したエポキシ結合剤は
セグメントの端部及び底部に適用され、このセグメント
は実質的に図１に示したコアの周りに配置され、硬化の
間その場に機械的に保持される。前記エポキシ結合剤は
硬化させられる（例えば、室温で２４時間、その後６０
℃で４８時間）。硬化中の前記結合材の滴垂れ及びセグ
メントの動きは、前記エポキシ結合剤の粘度を最適化す
るのに充分な充填材を添加することによって、最小にさ
れる。

【００３７】接着層強度は、前記車の破裂（ｂｕｒｓ
ｔ）速度を測定する時になされるように、４５ｒｐｍに
促進して回転試験を行うことにより試験することができ
る。この車は、米国において現在適用されている安全基
準の下で１６０ｍ／秒の接線方向の接触速度での操作の
資格を得るためには、少なくとも２７１ｍ／秒の接線方
向の接触速度に等しい実証された破裂速度が必要であ
る。

【００３８】これらの研磨工具を用いて、硬くて、脆く
て、耐磨耗性の材料、例えば高性能セラミック材料、ガ
ラス、セラミック材料又はガラスを含む成分、及びセラ
ミック複合材料の本発明の精密円柱形研削及び仕上げを
実施することができる。本発明の脆くて精密な成分は、
破壊靱性が約０．６（シリコン）〜約１６（炭化タング
ステン）を有する材料であり、最適な利益は破壊靱性が
約２〜８ＭＰａ・ｍ^{1/ 2} のセラミックを研削するときに
達成される。

【００３９】本発明方法で研削するのが好ましい材料に
は、シリコン；単結晶及び多結晶の酸化物、炭化物、窒
化物、ホウ化物及びケイ化物；多結晶ダイヤモンド；ガ
ラス；並びに非セラミックマトリックス中のセラミック
の複合体；並びにこれらの組み合わせがあるが、これら
に限られない。典型的な加工物材料の例としては、窒化
ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、二酸化ケイ素（例え
ば、石英）、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム−炭
化チタン、炭化タングステン、炭化チタン、炭化バナジ
ウム、炭化ハフニウム、酸化アルミニウム（例えばサフ
ァイヤ）、酸化ジルコニウム、ホウ化タングステン、炭
化ホウ素、窒化ホウ素、二ホウ化チタン、酸窒化ケイ素
及び安定化されたジルコニア並びにこれらの組み合わせ
があるが、これらに限られない。また、ある種の金属マ
トリックス複合材料、例えば超硬合金、硬くて脆い無定
形物質、例えばミネラルガラス、多結晶ダイヤモンド及
び多結晶立法晶窒化ホウ素も含まれる。単結晶又は多結
晶セラミックのいずれかが有効に研削できる。各タイプ
のセラミックに関して、セラミック部品の品質及び本発
明方法における研削操作の効率は、本発明方法における
周縁車速度が１６０ｍ／秒にまで増すにつれて、増す。

【００４０】本発明方法を用いて改善される精密部品に
は、セラミックのエンジンバルブ及びロッド、ポンプの
シール、ボールベアリング及び付属品、切削工具インサ
ート、磨耗部品、金属成形用ドローイングダイ（ｄｒａ
ｗｉｎｇ ｄｉｅｓ）、耐火物部品、ヴィジュアルディ
スプレーウインドー（ｖｉｓｕａｌ ｄｉｓｐｌａｙｗ
ｉｎｄｏｗｓ）、風防ガラス、ドア及び窓用の平板ガラ
ス、絶縁体及び電気部品、並びにセラミック電子部品
（シリコンウェーハー、磁気ヘッド、及び電子基板を含
むが、これらに限られない）がある。

【００４１】

【実施例】 特に断らない限り、以下の例の全ての部及び
パーセンテージは、重量基準である。これらの例は、本
発明を単に説明するもので、本発明を限定しようとする
ものではない。

【００４２】（例１）本発明方法に有用な砥石車を、以
下に記載した材料及び方法を用いて１Ａ１金属で結合さ
れたダイヤモンド砥石車の形態に調製した。

【００４３】４３．７４重量％の銅粉末（Ｄｅｎｄｒｉ
ｔｉｃ ＦＳグレード、粒度＋２００／−３２５メッシ
ュ、Ｓｉｎｔｅｒｔｅｃｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌＭａｒｋｅｔｉｎｇ Ｃｏｒｐ．，Ｇｈｅｎｔ，ＮＹ
から入手）；６．２４重量％の燐／銅粉末（グレード１
５０１、粒度＋１００／−３２５メッシュ、ＮｅｗＪｅ
ｒｓｅｙ Ｚｉｎｃ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｐａｌｍｅｒｔ
ｏｎ，ＰＡから入手）；及び５０．０２重量％の錫粉末
（グレード ＭＤ１１５、粒度は３２５メッシュより大
きいものが０．５％以下、Ａｌｃａｎ Ｍｅｔａｌ Ｐ
ｏｗｄｅｒｓ，Ｉｎｃ．，Ｅｌｉｚａｂｅｔｈ，Ｎｅｗ
Ｊｅｒｓｅｙから入手）のブレンドを調製した。ダイ
ヤモンド砥粒（３２０グリットのサイズの合成ダイヤモ
ンドで、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，Ｗｏｒｔ
ｈｉｎｇｔｏｎ，Ｏｈｉｏから入手）を、前記金属粉末
ブレンドに加え、この組み合わせをそれが均一に配合さ
れるまで混合した。この混合物をグラファイト型に入
れ、理論密度の９５％を超える目標密度を持ったマトリ
ックス（例えば、例２で使用した＃６車用のもの：理論
密度の９８．５％より大）が得られるまで、４０７℃で
１５分、３０００ｐｓｉで熱圧した。＃６車用に作った
セグメントのロックウェルＢ硬度は１０８であった。セ
グメントは１８．７５容量％の砥粒を含んでいた。これ
らセグメントを、機械加工したアルミニウムコア（７０
７５Ｔ６アルミニウム、ＹａｒｄｅＭｅｔａｌｓ，Ｔｅ
ｗｋｓｂｕｒｙ，ＭＡから入手可能）の周縁に適合する
ように必要な弓形の幾何学的形状に研削し、外径が約３
９３mmで、セグメント厚さ０．６２cmの砥石車を得た。

【００４４】前記研磨セグメント及びアルミニウムコア
を、シリカで充填したエポキシ接着剤系（Ｔｅｃｈｎｏ
ｄｙｎｅ ＨＴ−１８接着剤、タオカ化学、日本、から
入手）で組み立てて、多数の研磨セグメントからなる連
続的リムを有する研削車を作った。このコアとセグメン
トの接触表面を、適切な接着を確保するために、脱脂
し、サンドブラスト掛けをした。

【００４５】この新しいタイプの車の最大操作速度を記
述するために、フルサイズの車を意図的に回転させて破
壊させ、破裂速度を測定し、ノートン カンパニー最大
操作速度試験法に従って最大操作速度を評価した。以下
の表は、直径３９３mmの実験金属で結合された車の典型
的な例についての破裂試験データをまとめたものであ
る。

【００４６】 実験金属で結合された車の破裂強度データ 車＃ 車直径 破裂 破裂 破裂 最大操作 cm ＲＰＭ 速度 速度 速度 （インチ） (m/s) (sfpm) (m/s) ４ 39.24 9950 204.4 40242 115.8 （15.45) ５ 39.29 8990 185.0 36415 104.8 （15.47) ７ 39.27 7820 160.8 31657 91.1 (15.46) ９ 39.27 10790 221.8 43669 125.7 (15.46)

【００４７】これらのデータによれば、この設計の実験
研削車は、９０ｍ／秒（１７，７１７表面フィート／
分）までの操作速度について資格があるであろう。１６
０ｍ／秒までのより高い操作速度は、製作方法及び車設
計における幾らかの更なる修正によって容易に達成する
ことができる。

【００４８】（例２） （研削性能評価）：上記例１の方法で作られた、直径３
９３mm、厚さ１５mm、中央穴１２７mm、実験用の金属で
結合されたセグメントに分けられた３つの車（理論密度
の９５．６％を有するセグメントを有する＃４；理論密
度の９７．９％の＃５；理論密度の９８．５％の＃６）
を、本発明の方法で研削性能について試験した。３２及
び８０ｍ／秒での初期試験は、＃６の車が３つのうちで
最良の研削性能を有することを明らかにした。尤も、全
ての実験した車は許容できるものであった。車＃６の試
験は次の３つの速度で行った：３２ｍ／ｓ（６２５２
ｓｆｐｍ）、５６ｍ／ｓ（１１，０００ ｓｆｐｍ）、
及び８０ｍ／ｓ（１５，７５０ ｓｆｐｍ）。高性能セ
ラミック材料を研削するために推奨されている２つの商
業的な先行技術の砥石車を対照として、それらを本発明
の方法において金属で結合された車と共に試験した。１
つはガラスで結合したダイヤモンド車（Ｎｏｒｔｏｎ
Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，ＭＡから入手し
たＳＤ３２０−Ｎ６Ｖ１０車）で、もう一つは樹脂で結
合したダイヤモンド車（Ｎｏｒｔｏｎ Ｃｏｍｐａｎ
ｙ，Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，ＭＡから入手したＳＤ３２０
−Ｒ４ＢＸ６１９Ｃ車）であった。この樹脂車を全ての
３つの速度で試験した。前記ガラス車は速度に対する耐
久性を考慮して、３２ｍ／ｓのみで試験した。

【００４９】幅６．３５mm（０．２５インチ）及び深さ
６．３５mm（０．２５インチ）の１０００を超えるプラ
ンジ研削を、窒化ケイ素加工物に対して行った。この研
削試験の条件は次のようであった：

【００５０】研削試験条件： 機械：Ｓｔｕｄｅｒ Ｇｒｉｎｄｅｒ Ｍｏｄｅｌ Ｓ
４０ ＣＮＣ 車仕様：ＳＤ３２０−Ｒ４ＢＸ６１９Ｃ，ＳＤ３２０−
Ｎ６Ｖ１０ サイズ：直径３９３mm、厚さ１５mm、及び穴１２７mm 車速度：３２、５６、及び８０ｍ／ｓ（６２５２、１１
０００、及び１５７５０ｓｆｐｍ） 冷却剤：Ｉｎｖｅｒｓｏｌ ２２ ＠６０％油及び４０
％水 冷却剤圧力：２７０ｐｓｉ（１９ｋｇ／cm² ） 材料除去速度：３．２mm³ ／ｓ／mm（０．３インチ³ ／
分／インチ）から出発して変化 加工材料：Ｓｉ₃ Ｎ₄ （Ｎｏｒｔｏｎ Ａｄｖａｎｃｅ
ｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｎｏｒｔｈｂｏｒｏ，Ｍａｓｓ
ａｔｈｕｓｅｔｔｓから得たＮＴ５５１窒化ケイ素で作
られた棒）直径２５．４mm（１インチ）×長さ８８．９
mm（３．５インチ） 加工速度：０．２１ｍ／ｓ（４２ｓｆｐｍ）、一定 加工開始直径：２５．４mm（１インチ） 加工仕上げ直径：６．３５mm（０．２５インチ）

【００５１】形直し及びドレッシングに必要な操作のた
めに、本発明の金属で結合した車に適した条件は次のよ
うであった： 形直し操作： 車：５ＳＧ４６ＩＶＳ（Ｎｏｒｔｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ
から得た） 車サイズ：直径１５２mm（６インチ） 車速度：３０００ｒｐｍ；研削車に対して＋０．８の割
合 リード：０．０１５インチ（０．３８mm） 補償：０．０００２インチ ドレッシング操作： スティック：３７Ｃ２２０Ｈ−ＫＶ （ＳｉＣ） モード：手動スティックドレッシング

【００５２】前記窒化ケイ素の棒を研削するにあたって
円柱形外径プランジモードで、試験を行った。研削の間
に加工物材料の最高の硬さを維持するために、前記８
８．９mm（３．５インチ）のサンプルを、研削のために
約３１mm（１−１／４インチ）を暴露してチャック中に
保持した。各セットのプランジ研削試験は各棒の遠い端
から出発した。第一に、前記車は幅６．３５mm（１／４
インチ）、半径深さ３．１８mm（１／８インチ）のプラ
ンジを行って１回の試験を終えた。次いで、加工物の直
径が減ったために加工物速度の低下を補償するために加
工物のｒｐｍを再調整した。更に２回の同様なプランジ
を同じ場所で行い、加工物の直径を２５．４mm（１イン
チ）から６．３５mm（１／４インチ）に減らした。次い
で、この車をチャック寄りに６．３５mm（１／４イン
チ）横方向に移動し次の３回のプランジを行った。サン
プルの同じ側に４回の横方向の移動を行って、サンプル
の一端に１２のプランジを完了した。次いで、このサン
プルを反対にし他端を更に１２回の研削にさらした。各
サンプルについて、合計で２４プランジ研削を行った。

【００５３】本発明の方法についての最初の比較試験
を、３２ｍ／ｓの周縁速度で、約３．２mm³ ／ｓ／mm
（０．３インチ³ ／分／インチ）から約１０．８mm³ ／
ｓ／mm（１．０インチ³ ／分／インチ）の３つの材料除
去速度（ＭＲＲ’）で行った。表１は、１２のプランジ
研削の後の３つの異なったタイプの車の間のＧ比で表し
た性能の差異を示す。Ｇ比は、除去された材料の体積割
る車磨耗体積の、単位の無い割合である。このデータ
は、Ｎグレードガラス車は、比較的高い材料除去速度で
Ｒグレード樹脂車より良いＧ比を持ち、比較的柔らかい
車はセラミック加工物を研削するのによりよい機能を発
揮することを示唆している。しかしながら、硬いほど、
実験の金属で結合された車（＃６）は、全ての材料除去
速度で樹脂車及びガラス車よりもはるかに優れていた。

【００５４】表１は、全ての材料除去速度条件下で樹脂
で結合された車及び新規な金属で結合された車（＃６）
についての評価されたＧ比を示す。金属で結合された車
について各材料除去速度で１２回の研削の後、測定でき
る車磨耗はなかったので、象徴的な値である０．０１ミ
ル（０．２５μm ）の半径車磨耗を、各研削について与
えた。これは計算されたＧ比６０５１を与えた。

【００５５】本発明の金属で結合された車は７５ダイヤ
モンド濃度（研磨セグメント中に砥粒約１８．７５容量
％）を含み、樹脂及びガラスの車は、それぞれ１００濃
度及び１５０濃度（２５容量％及び３７．５容量％）で
あったが、本発明の車は優れた研削性能を示した。これ
らの相対的粒子濃度では、比較的高い容量％の砥粒を含
む対照の車からは優れた研削性能が期待されるところで
ある。従って、実際の結果は全く予期されなかった。

【００５６】表１は、低い試験速度でのこれら３つの車
によって研削されたサンプルについて測定された表面仕
上げ（Ｒａ）及びうねり（Ｗｔ）データを示す。前記う
ねり値、Ｗｔ、はうねりプロファイルの谷高さ（ｖａｌ
ｌｅｙ ｈｅｉｇｈｔ）に対する最大ピークである。全
ての表面仕上げデータは火花を飛ばさないで円柱形プラ
ンジ研削により形成された表面について測定した。これ
らの表面は通常はトラバース研削によって作りだされる
表面より粗いであろう。

【００５７】 ［表１］ サン MRR' 車速度 接線方向 装置 比エネ Ｇ−比 表面 うねり プル mm³ m/s 力 出力 ルギー 仕上げ Ｗｔ /s/mm N/mm W/mm Wxs/mm³ Raμm μm 樹脂 973 3.2 32 0.48 40 12.8 585.9 0.52 0.86 1040 6.3 32 0.98 84 13.3 36.6 0.88 4.01 980 8.9 32 1.67 139 9.5 7.0 0.99 4.50 1016 3.2 56 0.49 41 13.1 586.3 0.39 1.22 1052 6.3 56 0.98 81 12.9 293.2 0.55 1.52 992 3.2 80 0.53 45 14.2 586.3 0.42 1.24 1064 6.3 80 0.89 74 11.8 293.2 0.62 1.80 1004 9.0 80 1.32 110 12.2 586.3 0.43 1.75 ガラス状 654 3.2 32 1.88 60 19.2 67.3 0.7 2.50 666 9.0 32 4.77 153 17.1 86.5 1.6 5.8 678 11.2 32 4.77 153 13.6 38.7 1.7 11.8 実験金属 407 3.2 32 2.09 67 2.1 6051 0.6 0.9 419 6.3 32 4.03 130 20.6 6051 0.6 0.9 431 9.0 32 5.52 177 19.7 6051 0.6 0.8 443 3.2 56 1.41 80 25.4 6051 0.6 0.7 455 6.3 56 2.65 150 23.9 6051 0.5 0.7 467 9.0 56 3.70 209 23.3 6051 0.5 0.6 479 3.2 80 1.04 85 26.9 6051 0.5 1.2 491 6.3 80 1.89 153 24.3 6051 0.6 0.8 503 9.0 80 2.59 210 23.4 6051 0.6 0.8

【００５８】表１は、３種の車についての種々の材料除
去速度での研削動力消費における差異を示す。前記樹脂
車は、他の２つの車よりも低い動力消費を持っていた。
しかしながら、実験金属で結合した車及びガラス車は比
肩できる動力消費を示した。特に、本発明の車について
観察された好ましいＧ比及び表面仕上げのデータに鑑み
れば、実験車は、セラミック研削操作についての許容で
きる量の動力を消費したといえる。一般に、本発明の車
は材料除去速度に比例した動力消費を明らかにした。

【００５９】研削性能を、追加の研削試験にて８０ｍ／
ｓ（１５，７５０ｓｆｐｍ）で研削性能を測定すると、
この樹脂車及び実験金属車は、材料除去速度（ＭＲＲ）
９．０mm³ ／ｓ／mm（０．８インチ³ ／分／インチ）
で、比肩できる動力消費を持っていた。表２に示されて
いるように、この実験車は、性能の低下も許容できない
動力負荷もなしに、増加するＭＲＲで操作された。この
金属で結合された車の動力は、おおよそＭＲＲに比例し
ていた。この検討で到達した最高のＭＲＲは、４７．３
mm³ ／ｓ／mm（２８．４cm³ ／分／cm）であった。

【００６０】表２のデータは、１２の研削試験の平均で
ある。１２の試験の各々についての個々の動力の読み
は、各材料除去速度内で実験車について驚くほど一致し
ていた。継続的な研削試験が実施され、車の中の砥粒が
鈍り始めるか、又は車の表面に加工物の材料がたまる
と、通常、動力の増加が観察されるであろう。これはＭ
ＲＲが増すとしばしば観察される。しかしながら、１２
の研削の間の各ＭＲＲ内で観察された動力消費レベルが
安定していたことから、意外にも、実験車は全てのＭＲ
Ｒの点で、試験の長さの間、その鋭い切削点を維持した
ことを証明している。

【００６１】更に、この全試験の間、９．０mm³ ／ｓ／
mm（０．８インチ³ ／分／インチ）から４７．３mm³ ／
ｓ／mm（４．４インチ ³ ／分／インチ）の範囲の材料除
去速度で、実験車の形直しもドレッシングもする必要が
なかった。しかしながら、異なった研削操作では形直し
又はドレッシングが必要になることもあるであろう。

【００６２】この実験車は、１４の異なった材料除去速
度で、１６８プランジの後に、測定しうる程の車磨耗を
示さなかった。実験した金属で結合した車についての車
磨耗の何らの証拠もなしに研削された窒化ケイ素の全累
積量は、車幅cmあたり約２７１cm³ （インチあたり４２
インチ³ ）であった。これとは対照的に、９．０mm³／
ｓ／mm（０．８インチ³ ／分／インチ）の材料除去速度
での１００濃度樹脂車についての前記Ｇ比は、１２プラ
ンジの後に５８３であった。

【００６３】表２は、全ての１４材料除去速度で実験の
金属で結合した車によって研削されたサンプルは、０．
４μm （１６μインチ）〜０．５μm （２０μインチ）
の一定した表面仕上げを維持し、そしてうねり値は１．
０μm （３８μインチ）〜１．７μm （６７μインチ）
であったことを示している。前記樹脂車はこれらの高い
材料除去速度では試験しなかった。しかしながら、約
９．０mm³ ／ｓ／mm（０．８インチ³ ／分／インチ）の
材料除去速度で、前記樹脂車で研削したセラミック棒
は、やや良好であったが、比肩できる表面仕上げ（０．
４３μm 対０．５μm ），及び劣ったうねり（１．７５
μm 対１．１９μm ）を示した。

【００６４】驚くべきことに、材料除去速度が増してい
っても、前記セラミック棒をこの新しい金属で結合され
た車で研削したとき、表面仕上げに何らの目に見えるよ
うな低下はなかった。ここで用いた対照の車のような標
準の車については、切削速度を増したとき一般に表面仕
上げの低下が観察されるのとは、これは対照的である。

【００６５】全体の結果が証明するところでは、本発明
方法においては、実験した金属車は、標準の商業的に使
用される樹脂で結合された車を用いて達成できるＭＲＲ
の５倍のＭＲＲで有効に研削することができた。実験車
は、比較的低いＭＲＲで樹脂車に比べて１０倍を超える
Ｇ比を持っていた。

【００６６】 ［表２］ サン MRR' 接線方向 装置 比エネ Ｇ−比 表面 うねり プル mm³ 力 出力 ルギー 仕上げ Ｗｔ /s/mm N/mm W/mm Wxs/mm³ Raμm μm 樹脂 1004 9.0 1.32 110 12.2 586.3 0.43 1.75 金属（本発明） 805 9.0 1.21 98 11.0 6051 0.51 1.19 817 18.0 2.00 162 9.0 6051 0.41 0.97 829 22.5 2.62 213 9.5 6051 0.44 1.14 841 24.7 2.81 228 9.2 6051 0.47 1.04 853 27.0 3.06 248 9.2 6051 0.48 1.09 865 29.2 3.24 262 9.0 6051 0.47 1.37 877 31.4 3.64 295 9.4 6051 0.47 1.42 889 33.7 4.01 325 9.6 6051 0.44 1.45 901 35.9 4.17 338 9.4 6051 0.47 1.70 913 38.2 4.59 372 9.7 6051 0.47 1.55 925 40.4 4.98 404 10.0 6051 0.46 1.55 937 42.7 5.05 409 9.6 6051 0.44 1.57 949 44.9 5.27 427 9.5 6051 0.47 1.65 961 47.2 5.70 461 9.8 6051 0.46 1.42

【００６７】３２ｍ／ｓ（６２５２ｓｆｐｍ）及び５６
ｍ／ｓ（１１，０００ｓｆｐｍ）の車速度で運転したと
き、試験した全ての材料除去速度で、前記金属で結合さ
れた車についての動力消費は、樹脂で結合された車のそ
れよりも高かった。しかしながら、８０ｍ／ｓ（１５，
７５０ｓｆｐｍ）（表１及び２）の高い車速度では、同
じＭＲＲで運転したとき、金属で結合された車について
の動力消費は樹脂車のそれと比肩できるか又はやや少な
くなった。全体として、趨勢は、樹脂車と実験の金属で
結合された車の両方について、同じ材料除去速度で研削
したとき、車速度の増加と共に動力消費は減少すること
を示した。研削時の動力消費は、その多くは加工物に熱
として移るものであり、金属材料を研削するときに較べ
て、セラミックを研削するときの重要度が低くなる。そ
れは、セラミック材料の熱安定性が大きいからである。
本発明の車で研削されたセラミックサンプルの表面品質
によって証明されるように、動力消費は仕上げ品の品質
を落とさず、許容できるレベルであった。

【００６８】実験した金属で結合された車について、全
ての材料除去速度及び車速度について、Ｇ比は６０５１
で本質的に一定であった。樹脂車について、Ｇ比は、ど
の一定の車速度でも材料除去速度の増加と共に減少し
た。

【００６９】表２は、より高い車速度で研削されたサン
プルに対する表面仕上げ及びうねりにおける改善を示
す。更に、この新しい金属で結合された車で研削された
サンプルは、試験された全ての車速度及び材料除去速度
の下で、測定された最低のうねり値を示した。

【００７０】この新しい金属で結合された車を利用する
本発明の方法のこれら試験は、対照の車に較べて優れた
車寿命を持つことを証明した。商業的な対照の車に較べ
て、広範な研削試験の間、実験車は形直しもドレッシン
グもする必要は全くなかった。この実験車はこれらの試
験において９０ｍ／ｓまでの車速度で首尾よく運転さ
れ、本発明の方法を実施するための１６０ｍ／ｓまでの
速度で、適当な円柱形研削機に対して安全に、効率的に
運転されるように設計された。

【００７１】（例３）８０ｍ／ｓで、先の例において使
用したのと同じ運転条件の下で、実験車（＃６）の続き
の試験において、表面仕上げ（Ｒａ）只の０．５μm
（１２μインチ）を生じ、許容できるレベルの動力を利
用しつつ、３８０cm³ ／分／cmを達成した。セラミック
加工物に表面損傷を与えることのない観察された高い材
料除去速度は、本発明方法を利用することによって達成
されたが、これはどんなタイプの結合材を用いたどんな
商業的研削車を用いてもどんなセラミック材料研削操作
についてもこれまでに報告されなかったものである。

【００７２】以下に、本発明の態様を述べる。 １．次の工程を含む脆い精密部品の仕上げ方法： （ａ）円柱形加工物をジグに設置する工程； （ｂ）砥石車を研削機に設置する工程（但し、ここに、
前記砥石車はコアと連続的な研磨リムとを有し、このコ
アは最小比強度２．４ＭＰａ−ｃｍ³ ／ｇを有し、ま
た、研磨リム中の少なくとも１つの研磨セグメントに熱
的に安定な結合剤で接着により結合された環状周縁部を
有し、前記研磨セグメントは本質的に砥粒と破壊靱性が
１．０〜６．０ＭＰａ・ｍ^1/2 で最大多孔度が５容量％
である金属結合剤マトリックスからなる）； （ｃ）前記砥石車を２５〜１６０ｍ／秒の速度で回転す
る工程； （ｄ）前記砥石車を回転している加工物の外表面に接触
させる工程；並びに （ｅ）前記加工物を３８０ｃｍ³ ／分／ｃｍまでのＭＲ
Ｒで研削して前記脆い精密部品の外表面を仕上げる工
程；これにより、仕上げの後に前記セラミック部品は、
研削によるクラックも内層面の損傷も無いものである。 ２．前記砥石車のコアが密度０．５〜８．０ｇ／cm³ を
有する態様１の方法。 ３．前記コアが、アルミニウム、スチール、チタン及び
青銅、これらの複合材及び合金、並びにこれらの組み合
わせからなる群れから選ばれる金属材料である、態様２
の方法。 ４．前記研磨セグメントが、４５〜９０容量％の金属結
合材及び１０〜５０容量％の砥粒から本質的になる、態
様１〜３のいずれかに記載の方法。 ５．前記砥粒がダイヤモンド及び立法晶窒化ホウ素及び
これらの組み合わせからなる群れから選ばれる、態様１
〜４のいずれかに記載の方法。 ６．前記金属結合材マトリックスがヌープ硬度０．１〜
３ＧＰａを有する、態様１〜５のいずれかに記載の方
法。 ７．前記金属結合材マトリックスが３５〜８４重量％の
銅及び１６〜６５重量％の錫を含む、態様１〜６のいず
れかに記載の方法。 ８．前記金属結合材マトリックスが更に０．２〜１．０
重量％の燐を含む、態様７に記載の方法。 ９．前記研磨セグメントが少なくとも２つの部分からな
り、それぞれが長くてアーチ型の形状をしており、その
内側曲率が前記コアの円形周縁に合致するように選ばれ
ており、各研磨セグメントは２つの隣接する研磨セグメ
ントと合致するように設計され、この研磨リムは連続的
であり、前記研磨セグメントがコアに結合されたときこ
れら研磨セグメントの間に何らのギャップも実質的に無
いようになっている、態様１〜８のいずれかに記載の方
法。 １０．前記砥石車がタイプ１Ａ１車である、態様１〜９
のいずれかに記載の方法。 １１．前記コアが２液型エポキシ接着剤で前記リムに接
着により結合している、態様１〜１０のいずれかに記載
の方法。 １２．前記砥石車が自己ドレッシングである、態様１〜
１１のいずれかに記載の方法。 １３．前記砥石車で窒化ケイ素加工物を研削する工程
が、一定のＭＲＲで砥石車の速度が３２ｍ／秒から８０
ｍ／秒に増加したとき、３０％余分未満の動力を消費す
る、態様１〜１２のいずれかに記載の方法。 １４．前記砥石車で窒化ケイ素加工物を研削する工程
が、一定のＭＲＲで砥石車の速度が５６ｍ／秒から８０
ｍ／秒に増加したとき、５％余分未満の動力を消費す
る、態様１〜１２のいずれかに記載の方法。 １５．ＭＲＲが、９．０〜４７．１mm³ ／ｓ／mmの範囲
にわたって、砥石車速度８０メートル／秒で、砥石車の
１cmあたり少なくとも２７１cm³ の窒化ケイ素加工物を
除いた後に、前記砥石車が測定できる程の磨耗が実質的
にない、態様１〜１４のいずれかに記載の方法。 １６．前記加工物が、シリコン；単結晶の又は多結晶の
酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物及びケイ化物；多結
晶ダイヤモンド；ガラス；非セラミックマトリックス中
セラミックの複合体；並びにこれらの組み合わせから本
質的になる群から選ばれる材料からなる、態様１〜１５
のいずれかに記載の方法。 １７．前記加工物が、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケ
イ素、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニ
ウム−炭化チタン、炭化あングステン、炭化ホウ素、窒
化ホウ素、炭化チタン、炭化バナジウム、炭化ハフニウ
ム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ホウ化タン
グステン、ホウ化チタン、及びこれらの組み合わせから
なる群れから選ばれる、態様１６に記載の方法。 １８．前記精密部品が、セラミックのエンジンバルブ及
びロッド、ポンプのシール、ボールベアリング及び付属
品、切削工具インサート、磨耗部品、金属成形用ドロー
イングダイ（ｄｒａｗｉｎｇ ｄｉｅｓ）、耐火物部
品、ヴィジュアルディスプレーウインドー（ｖｉｓｕａ
ｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｎｄｏｗｓ）、風防ガラス、
ドア及び窓用の平板ガラス、絶縁体及び電気部品、シリ
コンウェーハー、磁気ヘッド、並びに電子基板を含む、
態様１〜１７に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】研磨セグメントの連続的リムが金属コアの周縁
に結合して形成されたタイプ1A研磨研削車の透視図。

【符号の説明】

２…コア ３…中央穴 ４…超砥粒 ５…金属マトリックス結合材 ６…研磨セグメント ７…コアの円形周縁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シー イー クオ アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01581，ウエストボロ，ジェイコブ ア ムスデン ロード 23 (72)発明者 ウィリアム エイチ．ウィリストン アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01520，ホルデン，ドナルド アベニュ 37 (72)発明者 セルゲイ−トミスラブ ブルジャン アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01720，アクトン，ワシントン ドライ ブ 23 (56)参考文献 特開 平８−229826（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−243926（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−315138（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 5/50 B24B 19/22 B24D 3/00 B24D 5/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の工程を含む、仕上げの後にセラミッ
   ク部品が、研削によるクラックも内層面の損傷も無い、
   脆い精密部品の円柱形仕上げ方法： （ａ）円柱形加工物をジグに設置する工程； （ｂ）砥石車を研削機に設置する工程であって、ここ
   に、前記砥石車はコアと連続的な研磨リムとを有し、こ
   のコアは、最小比強度２．４ＭＰａ−ｃｍ³ ／ｇを有
   し、また、研磨リム中の少なくとも１つの研磨セグメン
   トに熱的に安定な結合剤で接着により結合された環状周
   縁部を有し、前記研磨セグメントは本質的に砥粒と破壊
   靱性が１．０〜６．０ＭＰａ・ｍ^1/2 で最大多孔度が５
   容量％である金属結合剤マトリックスからなる工程； （ｃ）前記砥石車を２５〜１６０ｍ／秒の速度で回転す
   る工程； （ｄ）前記砥石車を回転している加工物の外表面に接触
   させる工程；並びに （ｅ）前記加工物を１９〜３８０ｃｍ³ ／分／ｃｍの材
   料除去速度（ＭＲＲ）で研削して前記脆い精密部品の外
   表面を仕上げる工程。