(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒としてダイヤモンドおよび結合剤として鋳鉄粉末が化学反応を起こし、鋳鉄粉末がその硬質粒子中に食い込む性質の硬質粒子を添加した鋳鉄粉末からなり、硬質粒子が鋳鉄粉末と化学反応を起こし、鋳鉄粉末がその硬質粒子中に食い込む性質の硬質粒子であり、多孔質鋳鉄ボンド中に結合剤自体の耐摩耗性を向上させるための硬質粒子を分散させ添加された硬質粒子は鋳鉄粉末との化学反応により結合剤中で強固に保持され、かつ、砥粒であるダイヤモンドの炭素分が鋳鉄と表面で反応していることによる結合剤と砥粒表面との化学反応に起因して結合剤が砥粒に食い込んでいる道路切断用多孔質鋳鉄ボンド砥石。
【請求項２】
硬質粒子がダイヤモンド砥粒よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒である請求項１の道路切断用多孔質鋳鉄ボンド砥石。
【請求項３】
多孔質鋳鉄ボンド砥石のチップを親板の外周部に接合し、成形・目立て作業を施し切断砥石とする請求項１または２の砥石を道路切断用砥石として使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業の属する技術分野】
本発明は、多孔質鋳鉄ボンド砥石、特に道路切断用多孔質鋳鉄ボンド砥石に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セメントコンクリート舗装やアスファルトコンクリート舗装等が施された道路では、舗装部分の修繕や、道路地下への埋設工事などのため舗装部分を切断する工事が行われる。このときに使用される工具は、鋼鉄製円盤（親板）の周囲に、ダイヤモンド砥粒と金属（結合剤）とで構成されるチップが接合された切断砥石である（図２参照）。
【０００３】
舗装道路の表面（表層）は、一般に細骨材（砂）や粗骨材（砕石、砂利）が混在したセメントやアスファルト等で構成されている。簡易舗装道路の構成例を図３に示す。
【０００４】
舗装道路を切断する場合には、表層や路盤中の骨材が切り屑の中に含まれて排出されるため、切断砥石のチップは著しく摩耗する。このため従来の結合剤には、チップの耐摩耗性を向上させるために炭化タングステン、コバルト、ニッケル、鉄等の素材を混合したものを使用している。この様な結合剤は、石材をはじめ各種切断加工に使用される砥石の結合剤の中でも、最も耐摩耗性の高いものである。
従来の道路切断用砥石のチップは、このような耐摩耗性の高い粉末とダイヤモンド砥粒を混合し、高温高圧下で極短時間のうちに加圧焼結することにより作製されている。
【０００５】
従来の切断砥石に使用されるチップは、ダイヤモンド砥粒と耐摩耗性の高い結合剤用粉末との混合物を、極短時間に加圧焼結することにより作製される。このため、ダイヤモンド砥粒と結合剤との化学反応量は極めて少なく、結合剤がダイヤモンド砥粒を化学的・機械的に保持する力は極めて小さい（図４参照）。
【０００６】
従来の砥石で道路切断を行った場合、ダイヤモンド砥粒は、それ自身の摩耗は少なく未だ十分に切断に寄与できる状態であっても、結合剤の砥粒保持力が小さいことによりチップ表面から容易に脱落する。ダイヤモンド砥粒が脱落した部分では、被削材（道路）と結合剤が擦れあうようになり結合剤が摩耗する。このとき、耐摩耗性の高い結合剤と被削材が擦れることにより摩擦抵抗が生じ、砥石の切れ味は悪くなる。
一方、ダイヤモンド砥粒が脱落せず被削材を切断している場合の結合剤の摩耗量と、ダイヤモンド砥粒が脱落し結合剤が被削材と擦れることにより生じる結合剤の摩耗量とでは、後者の方が多い。したがって、道路切断のように砥石が非常に摩耗しやすい加工形態では、砥粒保持力の小ささが砥石寿命を短くしている。
【０００７】
このように、従来の砥石は砥石寿命を長くすべく耐摩耗性の高い結合剤を使用しているにもかかわらず、砥粒保持力が小さいために、切れ味と砥石寿命の低下が生じていることが問題となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、切断砥石における結合剤の砥粒保持力を大きくするとともに、結合剤自体の耐摩耗性も向上させ、切断寿命が長く、かつ切れ味の良い道路切断用砥石を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、砥粒としてダイヤモンドおよび結合剤として硬質粒子を添加した鋳鉄粉末からなり、多孔質鋳鉄ボンド中に硬質粒子を分散させ、かつ、結合剤と砥粒表面との化学反応に起因して結合剤が砥粒に食い込んでいる多孔質鋳鉄ボンド砥石を要旨としている。
【００１０】
上記化学的結合は、砥粒であるダイヤモンドの炭素分が鋳鉄と表面で反応しているものであり、その場合、本発明は、砥粒としてダイヤモンドおよび結合剤として硬質粒子を添加した鋳鉄粉末からなり、多孔質鋳鉄ボンド中に硬質粒子を分散させ、かつ、砥粒であるダイヤモンドの炭素分が鋳鉄と表面で反応している結合剤と砥粒表面との化学反応に起因して結合剤が砥粒に食い込んでいる多孔質鋳鉄ボンド砥石である。
【００１１】
多孔質鋳鉄ボンド中に分散させた硬質粒子が、鋳鉄粉末と化学反応を起こし、鋳鉄粉末がその硬質粒子中に食い込んでおり、その場合、本発明は、砥粒としてダイヤモンドおよび結合剤として硬質粒子を添加した鋳鉄粉末からなり、多孔質鋳鉄ボンド中に硬質粒子を分散させ、分散した粒子が、鋳鉄粉末と化学反応を起こし、鋳鉄粉末がその粒子中に食い込んでおり、かつ、結合剤と砥粒表面との化学反応に起因して、より詳細には砥粒であるダイヤモンドの炭素分が鋳鉄と表面で反応している結合剤と砥粒表面との化学反応に起因して、結合剤が砥粒に食い込んでいる多孔質鋳鉄ボンド砥石である。
【００１２】
硬質粒子がダイヤモンド砥粒よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒であり、その場合、本発明は、砥粒としてダイヤモンドおよび結合剤としてダイヤモンド砥粒よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒である硬質粒子を添加した鋳鉄粉末からなり、多孔質鋳鉄ボンド中に硬質粒子を分散させ、分散した粒子が、鋳鉄粉末と化学反応を起こし、鋳鉄粉末がその粒子中に食い込んでおり、かつ、結合剤と砥粒表面との化学反応に起因して、より詳細には砥粒であるダイヤモンドの炭素分が鋳鉄と表面で反応している結合剤と砥粒表面との化学反応に起因して、結合剤が砥粒に食い込んでいる多孔質鋳鉄ボンド砥石である。
【００１３】
また、本発明は、砥粒としてダイヤモンド、および結合剤として、硬質粒子、好ましくはダイヤモンド砥粒よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒を添加した鋳鉄粉末からなり、多孔質鋳鉄ボンド中に硬質粒子を分散させ、分散した粒子が、鋳鉄粉末と化学反応を起こし、鋳鉄粉末がその粒子中に食い込んでおり、かつ、結合剤と砥粒表面との化学反応に起因して、より詳細には砥粒であるダイヤモンドの炭素分が鋳鉄と表面で反応している結合剤と砥粒表面との化学反応に起因して、結合剤が砥粒に食い込んでいる多孔質鋳鉄ボンド砥石の道路切断用砥石への使用を要旨としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
多孔質金属ボンドダイヤモンド砥石（特願平６−５９７３８号）の一種である多孔質鋳鉄ボンド砥石は、結合剤である鋳鉄粉末とダイヤモンド砥粒との化学反応に起因して鋳鉄粉末がダイヤモンド砥粒に食い込んでいる（図５参照）。このため、ダイヤモンド砥粒は、結合剤である鋳鉄粉末により機械的・化学的に強固に保持される。これにより多孔質鋳鉄ボンド砥石は良好な切れ味と長い砥石寿命を実現する。
【００１５】
本発明では、多孔質鋳鉄ボンドを道路切断用砥石の結合剤に適用し、ダイヤモンド砥粒の早期脱落を防止する。これにより道路切断用砥石における良好な切れ味の確保を図る。さらに従来の多孔質鋳鉄ボンドよりも結合剤自体の耐摩耗性を向上させるための硬質粒子を、結合剤中に添加する。添加する硬質粒子は、前述のダイヤモンド砥粒（以下、粗粒ダイヤモンドと呼ぶ）よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒である（粗粒ダイヤモンドと区別するため、以下、硬質粒子と呼ぶ）。添加された硬質粒子は鋳鉄粉末との化学反応により結合剤中で強固に保持される。これにより、結合剤の耐摩耗性が飛躍的に向上する。
【００１６】
本発明の道路切断用多孔質鋳鉄ボンド砥石のチップの構成を図１に示す。
道路用多孔質鋳鉄ボンド砥石の作製は、例えば、粗粒ダイヤモンドと硬質粒子からなるダイヤモンド砥粒群と鋳鉄粉末とを混合し、所定の寸法形状に成形する。その後、不活性ガスもしくは真空雰囲気中９００〜１２００℃で加熱焼結することによりチップとする。作製されたチップを親板の外周部に接合し、成形・目立て作業を施し切断砥石とする。
【００１７】
硬質粒子添加の効果について検討した。粗粒ダイヤモンドとして粒径４０メッシュ（約３５０μｍ）のダイヤモンド砥粒を使用し、集中度が３０（７．５体積％）になるよう作製したものを砥石ａとする。これに対し、硬質粒子として粒径１７０メッシュ（約９０μｍ）のダイヤモンド砥粒を集中度１０（２．５体積％）、集中度１５（３．７５体積％）で追加したものを、それぞれ砥石ｂ、砥石ｃとする。なお、試作した砥石は外径１２インチである。これら３種類の多孔質鋳鉄ボンド切断砥石と、同じ外径を有する市販品の４種類でアスファルト厚さ５ｃｍの簡易舗装道路を切断した。このときの試験結果を表１に示す。表１から、硬質粒子の添加量が増加すると、結合剤の耐摩耗性が改善され砥石寿命が長くなることがわかる。また、多孔質鋳鉄ボンドの採用により切れ味は市販品に比べて非常に良い。しかしながら、硬質粒子を添加した砥石においても、切断寿命は市販品よりも短い。このことは、粗粒ダイヤモンドの大きさと添加量に対する硬質粒子の粒径並びに添加量が最適でないことを示している。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
次に、粗粒ダイヤモンドの粒径の影響について検討した。粗粒ダイヤモンドの集中度が４０（１０体積％）、さらに硬質粒子として粒径８０メッシュ（約１８０μｍ）のダイヤモンド砥粒を集中度１５（３．７５体積％）で添加した多孔質鋳鉄ボンド切断砥石を試作した。なお、粗粒ダイヤモンドの粒径は４０メッシュ（約３５０μｍ）、５０メッシュ（約３００μｍ）、６０メッシュ（約２５０ミクロン）の３種類（それぞれ砥石ｄ、砥石ｅ、砥石ｆとする。）であり、試作した砥石の外径は１２インチである。表２にアスファルト厚さ５ｃｍの簡易舗装道を切断した場合の、試験結果を示す。粗粒ダイヤモンドが大きい場合は切れ味は良いものの切断距離は短く、反面、粗粒ダイヤモンドの粒径を硬質粒子の大きさに近づけすぎると切れ味が悪くなり切断不能となる。このことから、粗粒ダイヤモンドの粒径については、硬質粒子の粒径と添加量に対して、砥石寿命と切れ味の観点から、最適な粒径が存在することがわかる。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
道路切断砥石の高性能化について、表１及び表２の結果をもとに、多孔質鋳鉄ボンド切断砥石の長寿命化を検討した。粗粒ダイヤモンドとしては粒径５０メッシュ（約３００μｍ）のダイヤモンド砥粒を集中度で３０（７．５体積％）になるように、さらに硬質粒子として粒径８０メッシュ（約１８０μｍ）のダイヤモンド砥粒を添加した。硬質粒子の集中度は１０（２．５体積％）、２０（５．０体積％）、２５（６．２５体積％）の３種類（それぞれ砥石ｇ、砥石ｈ、砥石ｉとする。）である。これら３種類の多孔質鋳鉄ボンド切断砥石で、アスファルト厚さ５ｃｍの簡易舗装道を切断した。このときの試験結果を表３に示す。硬質粒子の添加量を増加させることにより、切断距離は長くなるが、切れ味は悪くなる傾向を示す。市販品と同程度の切れ味を有する砥石８においては、市販品の１．５倍の砥石寿命を示している。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
本発明においては、粗粒ダイヤモンドの粒径として２５メッシュ（約６００μｍ）から７０メッシュ（約２１０μｍ）の範囲で選択することが望ましい。また粗粒ダイヤモンドの添加量は集中度（１ｃｍ3に４．４ｃｔｓのダイヤモンド砥粒が存在する場合を集中度１００とする）にして、１０〜２４０の範囲で調製すれば良い。
硬質粒子は、粗粒ダイヤモンドより小さければ良いが、８０メッシュ（約１８０μｍ）から２００メッシュ（約７５μｍ）の範囲が好ましい。
結合剤である鋳鉄粉末の粒径は、硬質粒子より小さければ良いが、粗粒ダイヤモンドや硬質粒子の保持力の観点からは５０μｍ以下が望ましい。
【００２４】
【作用】
道路切断用砥石の結合剤として多孔質鋳鉄ボンドを用いることにより、ダイヤモンド砥粒の早期脱落を防止し、道路切断用砥石における良好な切れ味の確保を図る。多孔質鋳鉄ボンド砥石は、結合剤である鋳鉄粉末とダイヤモンド砥粒との化学反応に起因して鋳鉄粉末がダイヤモンド砥粒に食い込んでいる（図５参照）。このため、ダイヤモンド砥粒は、結合剤である鋳鉄粉末により機械的・化学的に強固に保持される。これにより多孔質鋳鉄ボンド砥石は良好な切れ味と長い砥石寿命を実現する。
結合剤中には結合剤自体の耐摩耗性を向上させるための硬質粒子を、添加する。硬質粒子は、切れ刃であるダイヤモンド砥粒よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒を用いることにより、硬質粒子自体も鋳鉄粉末と化学反応を起こし、鋳鉄粉末が硬質粒子中に食い込む。多孔質鋳鉄ボンド中に分散した硬質粒子は、これにより強固に保持され、多孔質鋳鉄ボンドの耐摩耗性を飛躍的に向上させる。鋳鉄と反応を起こさない単純に硬いだけの粒子を添加した場合では、粒子が結合剤から容易に脱落し結合剤の耐摩耗性の向上はあまり期待できない。
【００２５】
【実施例】
本願発明の詳細を実施例で説明する。本願発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２６】
実施例
粗粒ダイヤモンド、硬質粒子および鋳鉄粉末を、焼結後の気孔率が１５％において粗粒ダイヤモンドの集中度が３０、硬質粒子の集中度が２０になるように秤量し混合する。なお、粗粒ダイヤモンドは粒径５０メッシュ（約３００μｍ）と粒径４０メッシュ（約３５０μｍ）の２種類のものを、硬質粒子としては粒径８０メッシュ（約１８０μｍ）のダイヤモンド砥粒を使用した。その後、混合粉末を所定の寸法形状に成形し、真空雰囲気中１０００℃で加熱焼結することによりチップとした。作製されたチップを親板の外周部に接合し、成形・目立て作業を施し、口径１２インチの切断砥石を試作した。
これら２種類の道路切断用多孔質鋳鉄ボンド砥石と、同じ口径を有する市販品の３種類でアスファルト厚さ５ｃｍの簡易舗装道を切断した。このときの試験結果を表４に示す。なお、粒径５０メッシュの粗粒ダイヤモンドを使用したものを砥石１、粒径４０メッシュの粗粒ダイヤモンドを使用したものを砥石２とする。
【００２７】
【表４】
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【００２８】
試作した砥石１は、市販品と同程度の切れ味であるが砥石寿命は１．５倍の値を示す。また砥石２は市販品に比べて切れ味が非常に良く、砥石寿命も２倍以上の値を示す。
以上、本発明は切れ味が良く長寿命な砥石を作製しうるものである。
【００２９】
【発明の効果】
切断砥石における結合剤の砥粒保持力を大きくするとともに、結合剤自体の耐摩耗性も向上させた、切断寿命が長く、かつ切れ味の良い道路切断用砥石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の道路切断用多孔質鋳鉄ボンド砥石のチップの構成を説明する図面である。
【図２】切断砥石の外観概略図である。
【図３】簡易舗装道路の構成例の説明図である。
【図４】従来型チップの構造と特徴を説明する図面である。
【図５】多孔質鋳鉄ボンドの砥粒保持形態を説明する図面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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