(57)【要約】【課題】超硬質粒子の先端の高さ位置が高精度で揃う超砥粒工具及びその製造方法を提供する。【解決手段】基材１１にボンド層１２を介して超硬質砥粒１３を固着させた超砥粒工具１０であって、ボンド層１２が、セラミックスからなるサポート粒子１２ｂを含有する樹脂１２ａからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材にボンド層を介して超硬質砥粒を固着させた超砥粒工具であって、
前記ボンド層が、セラミックスからなるサポート粒子を含有する樹脂からなる
ことを特徴とする超砥粒工具。
【請求項２】
請求項１に記載の超砥粒工具において、
前記ボンド層が、前記サポート粒子を１０〜８０体積％含有している
ことを特徴とする超砥粒工具。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超砥粒工具において、
前記ボンド層の前記サポート粒子の平均粒径が、０．１〜２０μｍである
ことを特徴とする超砥粒工具。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超砥粒工具において、
前記ボンド層の前記樹脂が、熱硬化性樹脂である
ことを特徴とする超砥粒工具。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超砥粒工具の製造方法であって、
前記サポート粒子を含有させた硬化前の前記樹脂を前記基材の表面に層状をなすように設けるボンド層配設工程と、
前記基材に設けられた層状の前記樹脂の前記ボンド層上に前記超硬質砥粒を設ける砥粒配設工程と、
前記ボンド層上に設けられた前記超硬質砥粒の先端の高さ位置を揃える砥粒高さ調整工程と、
前記超硬質砥粒の先端の高さ位置を揃えられた前記ボンド層の前記樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と
を行うことを特徴とする超砥粒工具の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の超砥粒工具の製造方法において、
前記ボンド層配設工程が、前記超硬質砥粒の平均粒径の長さに２０〜１００μｍの長さを加えた厚さで前記ボンド層を前記基材に設ける工程である
ことを特徴とする超砥粒工具の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の超砥粒工具の製造方法において、
前記砥粒高さ調整工程が、前記超硬質砥粒の先端を前記ボンド層の内部に埋没させる工程である
ことを特徴とする超砥粒工具の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の超砥粒工具の製造方法において、
硬化した前記ボンド層の前記樹脂から前記超硬質砥粒の先端を突出させるように当該ボンド層の表面を研削するドレッシング工程を行う
ことを特徴とする超砥粒工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材にボンド層を介して超硬質砥粒を固着させた超砥粒工具及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
砥石は、ワークを研削すると、局所的に摩耗してしまうことから、基材にボンド層を介して超硬質砥粒を固着させた超砥粒工具（ドレッシング工具）により、均一面となるように矯正研削（ツルーイング）されて修正されている。このような砥石の矯正研削に使用される超砥粒工具においては、超硬質砥粒の先端の高さ位置のバラつき具合が、砥石の修正精度を左右してしまうことから、当該超硬質砥粒の先端の高さ位置をできる限り揃えることが求められている。
【０００３】
このため、例えば、下記特許文献１等においては、ダイヤ粒子と有機糊剤及び自溶合金粉末とを混合した混合物を基材に塗布したら、ダイヤ粒子の先端を押えるように板状の治具で加圧することにより、ダイヤ粒子の先端の突出量を調整した後、乾燥処理（８０℃）して有機糊剤を揮発除去すると共に、加熱処理（９５０〜１１５０℃）して自溶合金粉末を溶融させてダイヤ粒子を基材に固着させることで当該粒子の先端の高さ位置を揃えるようにすることを提案している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０４６０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１等に記載されている方法は、ダイヤ粒子の先端の突出量を調整した後に高温（９５０〜１１５０℃）で加熱処理するため、製造時に熱歪が加わってしまい、上記粒子の先端の高さ位置を十分な精度で揃えることができないという問題を生じてしまう。
【０００６】
このようなことから、本発明は、超硬質砥粒の先端の高さ位置が高精度で揃う超砥粒工具及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る超砥粒工具は、基材にボンド層を介して超硬質砥粒を固着させた超砥粒工具であって、前記ボンド層が、セラミックスからなるサポート粒子を含有する樹脂からなることを特徴とする。
【０００８】
第二番目の発明に係る超砥粒工具は、第一番目の発明において、前記ボンド層が、前記サポート粒子を１０〜８０体積％含有していることを特徴とする。
【０００９】
第三番目の発明に係る超砥粒工具は、第一番目又は第二番目の発明において、前記ボンド層の前記サポート粒子の平均粒径が、０．１〜２０μｍであることを特徴とする。
【００１０】
第四番目の発明に係る超砥粒工具は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記ボンド層の前記樹脂が、熱硬化性樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
また、前述した課題を解決するための、第五番目の発明に係る超砥粒工具の製造方法は、第一番目から第四番目の発明のいずれかの超砥粒工具の製造方法であって、前記サポート粒子を含有させた硬化前の前記樹脂を前記基材の表面に層状をなすように設けるボンド層配設工程と、前記基材に設けられた層状の前記樹脂の前記ボンド層上に前記超硬質砥粒を設ける砥粒配設工程と、前記ボンド層上に設けられた前記超硬質砥粒の先端の高さ位置を揃える砥粒高さ調整工程と、前記超硬質砥粒の先端の高さ位置を揃えられた前記ボンド層の前記樹脂を硬化させる樹脂硬化工程とを行うことを特徴とする。
【００１２】
第六番目の発明に係る超砥粒工具の製造方法は、第五番目の発明において、前記ボンド層配設工程が、前記超硬質砥粒の平均粒径の長さに２０〜１００μｍの長さを加えた厚さで前記ボンド層を前記基材に設ける工程であることを特徴とする。
【００１３】
第七番目の発明に係る超砥粒工具の製造方法は、第六番目の発明において、前記砥粒高さ調整工程が、前記超硬質砥粒の先端を前記ボンド層の内部に埋没させる工程であることを特徴とする。
【００１４】
第八番目の発明に係る超砥粒工具の製造方法は、第七番目の発明において、硬化した前記ボンド層の前記樹脂から前記超硬質砥粒の先端を突出させるように当該ボンド層の表面を研削するドレッシング工程を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る超砥粒工具及びその製造方法によれば、１０００℃前後の高温環境下に曝されることなくボンド層を硬化させて超硬質砥粒を保持することができることから、熱歪を生じさせることなく製造することができるので、超硬質砥粒の先端の高さ位置を高精度で揃えることができる。また、ボンド層の内部に超硬質砥粒が沈降してしまうことを著しく抑制することができ、高精度に揃った超硬質砥粒の先端の高さ位置及び研削性能を長期にわたって維持することができると共に、ボンド層の耐摩耗性を向上させることができ、長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る超砥粒工具及びその製造方法の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１７】
［主な実施形態］
本発明に係る超砥粒工具及びその製造方法の主な実施形態を図１，２に基づいて説明する。図１は、超砥粒工具の要部の概略構成図、図２は、図１の超砥粒工具の製造方法の説明図である。
【００１８】
本実施形態に係る超砥粒工具は、図１に示すように、基材１１にボンド層１２を介して超硬質砥粒１３を固着させた超砥粒工具１０であって、前記ボンド層１２が、セラミックスからなるサポート粒子１２ｂを含有する樹脂１２ａからなるものである。
【００１９】
前記基材１１は、超砥粒工具に一般的に利用されている金属材料（例えば、Ｓ４５ＣやＳ２５Ｃ等の炭素鋼等）からなり、特に限定されるものではない。
【００２０】
前記ボンド層１２の前記樹脂１２ａは、外的要素（例えば、熱や紫外線等）が加わることにより硬化する性質（例えば、熱硬化性、紫外線硬化性等）を有する樹脂からなり、特に、熱硬化性を有する樹脂（例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリイミド等）であると、必要十分な耐熱性を有すると共に、製造を容易に行うことができるので、非常に好ましい。
【００２１】
前記ボンド層１２の前記サポート粒子１２ｂは、Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＳｉＯ2，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4等のような硬質性のセラミックスからなるものであると好ましい。
【００２２】
前記超硬質砥粒１３は、超砥粒工具に一般的に利用されている材料（例えば、ダイヤモンドやｃＢＮ等）からなり、特に限定されるものではない。
【００２３】
このような材料からなる本実施形態に係る超砥粒工具１０は、以下のようにして製造される。
【００２４】
図２に示すように、まず、前記サポート粒子１２ｂを含有させた硬化前の前記樹脂１２ａを前記基材１１の表面に層状をなすようにコーティングして設け（ボンド層配設工程（図２Ａ参照））、当該基材１１に設けられた層状の上記樹脂１２ａのボンド層１２上に前記超硬質砥粒１３を均一に散布して設けたら（砥粒配設工程（図２Ｂ参照））、当該超硬質砥粒１３の先端を上記ボンド層１２の内部に埋没させるように押圧手段である押圧板１で押圧することにより、当該ボンド層１２上に設けられた上記超硬質砥粒１３の先端の高さ位置を揃え（砥粒高さ調整工程（図２Ｃ参照））、当該超硬質砥粒１３の先端の高さ位置を揃えられた当該ボンド層１２の上記樹脂１２ａを硬化させた後（樹脂硬化工程（図２Ｄ参照））、硬化した当該ボンド層１２の上記樹脂１２ａから上記超硬質砥粒１３の先端を突出させるように当該ボンド層１２の表面を研削することにより（ドレッシング工程（図２Ｅ参照））、超砥粒工具１０を製造することができる。
【００２５】
ここで、上記製造方法について、より詳しく説明する。
【００２６】
前記ボンド層配設工程は、上述したように、ボンド層１２を基材１１に設ける工程であり、硬化前の上記樹脂１２ａ中に上記サポート粒子１２ｂを混合するに先立って、当該サポート粒子１２ｂを洗浄処理（例えば、アルコール等の溶剤中で超音波洗浄（室温×１０〜２０分）してから、塩酸水溶液や硝酸水溶液等の酸水溶液で酸洗浄した後、水洗する。）すると、当該サポート粒子１２ｂの表面が清浄化され、上記樹脂１２ａとの密着性が向上して、非常に好ましい。
【００２７】
また、上記ボンド層１２中の前記サポート粒子１２ｂの平均粒径が、０．１〜２０μｍであると好ましく、特に、０．５〜３μｍであるとさらに好ましい。なぜなら、サポート粒子１２ｂの平均粒径が、０．１μｍ未満であると、当該サポート粒子１２ｂが凝集しやすくなってしまい、上記樹脂１２ａ中に均一に分散させることが難しくなってしまい、サポート粒子１２ｂの平均粒径が、０．５μｍ未満であると、当該サポート粒子１２ｂが上記樹脂１２ａ中に均一に分散するのに時間を要してしまい、サポート粒子１２ｂの平均粒径が、３μｍを超えると、当該サポート粒子１２ｂが硬化前の上記樹脂１２ａ中で沈降しやすくなり、作業を手早く行う必要を生じてしまい、サポート粒子１２ｂの平均粒径が、２０μｍを超えると、上記樹脂１２ａ中の当該サポート粒子１２ｂの間隔が大きくなってしまい、前記超硬質砥粒１３を十分に保持できずに上記樹脂１２ａ中に沈降させてしまう可能性が高くなるからである。
【００２８】
さらに、上記ボンド層１２が、上記樹脂１２ａ中に上記サポート粒子１２ｂを１０〜８０体積％含有していると好ましく、特に、２０〜５０体積％含有しているとさらに好ましい。なぜなら、ボンド層１２中のサポート粒子１２ｂの含有量が、１０体積％未満であると、当該サポート粒子１２ｂをボンド層１２中に添加した効果を十分に発現させることが難しくなってしまい、ボンド層１２中のサポート粒子１２ｂの含有量が、２０体積％未満であると、硬化前の上記樹脂１２ａの粘度が低くなりやすく、当該サポート粒子１２ｂが硬化前の当該樹脂１２ａ中で沈降しやすくなって、作業を手早く行う必要を生じてしまい、ボンド層１２中のサポート粒子１２ｂの含有量が、５０体積％を超えると、硬化前の上記樹脂１２ａ中に混入した気泡が抜けにくくなって、乾燥に時間を要するようになってしまい、ボンド層１２中のサポート粒子１２ｂの含有量が、８０体積％を超えると、ボンド層１２が脆くなってしまい、使用に伴って、割れを生じやすくなってしまうからである。
【００２９】
そして、上記ボンド層配設工程は、前記超硬質砥粒１３の平均粒径の長さＲ（５０〜３００μｍ）に２０〜１００μｍの長さを加えた厚さで前記ボンド層１２を前記基材１１に設けるようにすると好ましい。なぜなら、基材１１上に設けるボンド層１２の厚さが、上記Ｒ＋２０μｍよりも小さいと、上記超硬質砥粒１３の先端を当該ボンド層１２の内部に埋没させることが簡単にできなくなってしまい、基材１１上に設けるボンド層１２の厚さが、上記Ｒ＋１００μｍよりも大きいと、当該ボンド層１２が厚過ぎてしまい、無駄を生じてしまうからである。
【００３０】
前記樹脂硬化工程は、上述したように、上記ボンド層１２の上記樹脂１２ａを硬化させる工程であり、当該樹脂１２ａが、例えば、熱硬化性樹脂の場合には、加熱処理を施し、紫外線硬化樹脂の場合には、紫外線を照射する。具体的には、上記樹脂１２ａが熱硬化性樹脂のとき、例えば、エポキシ樹脂の場合には、１００〜１７０℃で１〜２時間加熱処理し、フェノール樹脂の場合には、３００〜３５０℃で１〜２時間加熱処理し、熱硬化性ポリイミドの場合には、３５０〜４００℃で１〜２時間加熱処理することにより、当該樹脂１２ａの内部で上記超硬質砥粒１３を沈降させることなく当該超硬質砥粒１３の先端を揃えたままの状態で保持しながら当該樹脂１２ａを硬化させることができる。
【００３１】
このように上記樹脂１２ａを硬化させるに先立って、当該樹脂１２ａから溶剤成分を除去するように当該樹脂１２ａの硬化性状に応じた温度（１００〜２００℃）で当該樹脂１２ａを予熱する予熱処理工程を行うと（１〜２時間）、硬化した樹脂１２ａ中に気泡が生じにくくなり、非常に好ましい。
【００３２】
前記ドレッシング工程は、上述したように、超硬質砥粒１３の先端を突出させるようにボンド層１２の表面を研削する工程であり、例えば、バフ加工等により、超硬質砥粒１３の先端を揃えたままの状態で上記樹脂１２ａを表面から研削除去することができる。
【００３３】
このとき、超硬質砥粒１３の平均粒径Ｒに対して２０〜５０％の割合で当該超硬質砥粒１３の先端を前記ボンド層１２の表面から突出させるように当該ボンド層１２を研削すると好ましい。なぜなら、超硬質砥粒１３の平均粒径Ｒに対する突出量が２０％未満であると、超砥粒工具１０としての研削性能を十分に発現させることが難しくなってしまい、超硬質砥粒１３の平均粒径Ｒに対する突出量が５０％を超えると、当該超硬質砥粒１３を安定して保持することが難しくなってしまい、研削の際にボンド層１２から脱落しやすくなってしまうからである。
【００３４】
このようにして製造された本実施形態に係る超砥粒工具１０においては、１０００℃前後の高温環境下に曝されることなくボンド層１２が硬化して超硬質砥粒１３を保持していることから、熱歪を生じさせることなく製造することができる。
【００３５】
したがって、本実施形態によれば、超硬質砥粒１３の先端の高さ位置を高精度で揃えることができる。
【００３６】
また、前記ボンド層１２がサポート粒子１２ｂを含有しているので、当該ボンド層１２の内部に超硬質砥粒１３が沈降してしまうことを著しく抑制することができ、高精度に揃った超硬質砥粒１３の先端の高さ位置及び研削性能を長期にわたって維持することができると共に、当該ボンド層１２の耐摩耗性を向上させることができ、長寿命化を図ることができる。
【００３７】
また、前記ボンド層１２を基材１１の表面に設けてから、当該ボンド層１２上に超硬質砥粒１３を設けて、当該超硬質砥粒１３の先端を当該ボンド層１２の内部に埋没させるようにして当該超硬質砥粒１３の先端の高さ位置を揃えた後に、当該ボンド層１２の硬化処理を行うようにしたことから、例えば、サポート粒子１２ｂと共に超硬質砥粒１３を含有させた硬化前の樹脂１２ａを基材１１の表面に層状をなすように設けて、硬化処理を行う場合よりも、超硬質砥粒１３の周囲にサポート粒子１２ｂが凝集してしまうことを大幅に抑制することができ、超硬質砥粒１３の先端の高さ位置をより高精度で揃えることができる。
【００３８】
［他の実施形態］
なお、前述した実施形態においては、サポート粒子１２ｂを含有させた硬化前の樹脂１２ａを基材１１の表面に設けてボンド層１２を形成して、当該ボンド層１２上に超硬質砥粒１３を設けてから、当該超硬質砥粒１３の先端を上記ボンド層１２の内部に埋没させるように押圧板１で押圧して当該超硬質砥粒１３の先端の高さ位置を揃えた後に、当該ボンド層１２を硬化させるようにしたが、他の実施形態として、例えば、図３に示すように、サポート粒子１２ｂを含有させた硬化前の樹脂１２ａを台金（基材）２１の表面の所定部位２１ａに層状をなすようにコーティングして設ける一方（ボンド層配設工程（図３Ａ参照））、当該台金２１が内部に嵌め込まれることにより当該台金２１の上記所定部位２１ａに対応部位２ａを対面させる押圧手段である金型２の当該対応部位２ａの表面にシリコンオイル等の剥離剤を塗布してから当該対応部位２ａの表面に超硬質砥粒１３を均一に散布して設けたら（図３Ｂ参照）、上記台金２１を上記金型２に嵌め込んで押圧することにより、当該台金２１に設けられた上記ボンド層１２上に上記超硬質砥粒１３を均一に設けると同時に、当該超硬質砥粒１３の先端を上記ボンド層１２の内部に埋没させて、当該ボンド層１２上に設けられた上記超硬質砥粒１３の先端の高さ位置を揃え（砥粒配設工程及び砥粒高さ調整工程（図３Ｃ参照））、当該超硬質砥粒１３の先端の高さ位置を揃えられた当該ボンド層１２の上記樹脂１２ａをそのままの状態、すなわち、上記台金２１を上記金型２に嵌め込んで押圧した状態で硬化させてから（樹脂硬化工程）、当該台金２１を当該金型２から取り外した後（図３Ｄ参照）、硬化した当該ボンド層１２の上記樹脂１２ａから上記超硬質砥粒１３の先端を突出させるように当該ボンド層１２の表面を研削することによって（ドレッシング工程（図３Ｅ参照））、超砥粒工具２０を製造することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る超砥粒工具及びその製造方法は、超硬質砥粒の先端の高さ位置を高精度で揃えることができるのはもちろんのこと、高精度に揃った超硬質砥粒の先端の高さ位置及び研削性能を長期にわたって維持することができると共に、ボンド層の耐摩耗性を向上させることができ、長寿命化を図ることができるので、機械産業等において、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る超砥粒工具の主な実施形態の要部の概略構成図である。
【図２】図１の超砥粒工具の製造方法の説明図である。
【図３】本発明に係る超砥粒工具の製造方法の他の実施形態の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  押圧板
２  金型
２ａ  対応部位
１０  超砥粒工具
１１  基材
１２  ボンド層
１２ａ  樹脂
１２ｂ  サポート粒子
１３  超硬質砥粒
２０  超砥粒工具
２１  台金（基材）
２１ａ  所定部位
【図１】
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【図２】
2010089178.tif 000004
【図３】
2010089178.tif 000005