(57)【要約】【課題】核となる安価で粗大な砥粒の表面に、前記粗大な砥粒よりも微細で硬質な砥粒を複合化した複合砥粒を製造し、該複合砥粒を用いて砥石を製造することで、低コストで加工性能の高い砥石を提供すること。【解決手段】核となる第１の砥粒と、該第１の砥粒よりも微細な砥粒およびボンド材を混合して混合砥粒を作製し、該混合砥粒を複合化装置に投入した後に、該混合砥粒に圧縮力とせん断力を作用させることにより複合砥粒を製造し、該複合砥粒を耐熱容器に入れた後、該耐熱容器を真空中、または不活性ガス雰囲気中、または強還元雰囲気中のいずれかで焼成を行い、前記複合砥粒を母材金属粉末と混合して混合粉末を作製し、該混合粉末を鋳造用鋳型に投入した後に母材金属溶湯を鋳造用鋳型に流し込むことにより、母材金属中に複合砥粒が分散したメタルボンド複合砥粒砥石を製造する方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核となる第１の砥粒の表面に、該第１の砥粒よりも微細な第２の砥粒を複合化した複合砥粒。
【請求項２】
前記第２の砥粒がダイヤモンドである請求項１記載の複合砥粒。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の複合砥粒を、金属、合金、セラミックスまたは樹脂等の母材中に分散した複合砥粒砥石。
【請求項４】
核となる第１の砥粒と、該第１の砥粒よりも微細な砥粒およびボンド材を混合して混合砥粒を作製し、該混合砥粒を複合化装置に投入した後に、該混合砥粒に圧縮力とせん断力を作用させることにより複合砥粒を製造し、該複合砥粒を耐熱容器に入れた後、該耐熱容器を真空中、または不活性ガス雰囲気中、または強還元雰囲気中のいずれかで焼成を行い、前記複合砥粒を母材金属粉末と混合して混合粉末を作製し、該混合粉末を鋳造用鋳型に投入した後に母材金属溶湯を鋳造用鋳型に流し込むことにより、母材金属中に複合砥粒が分散したメタルボンド複合砥粒砥石を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種分野で使用され、機械加工することが比較的困難とされる難加工材（特に炭素繊維強化プラスチック、セラミックス、チタン及びチタン合金等）の精密加工を可能とする複合砥粒、複合砥粒砥石及び複合砥粒砥石の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
砥石は、アルミナやシリコンカ−バイドといった高硬度の砥粒をボンド材で固めたものである。また、シリコンカ−バイドなどの硬質な材料を加工する際には、特許文献１に示すようなダイヤモンドを砥粒として用いたダイヤモンド砥石が広く用いられている。
【０００３】
近年、航空機等の構造材料としてチタンや炭素繊維強化プラスチックの様な難加工材が使用されるようになっている。特に炭素繊維強化プラスチック等を機械加工する際には、ダイヤモンド工具が採用されるようになってきている。最近では、該難加工材の機械加工用装置として非特許文献１に示すような、ダイヤモンド砥石等を用いた新しい精密穴あけ加工機、すなわちジャイロ式穴あけ加工機が発明され、該難加工材の精密加工が実現されている。
【０００４】
上記のようにダイヤモンド砥粒は、硬質な材料や難加工材（例えば、炭素繊維強化プラスチック、セラミックス、チタン及びチタン合金等）を加工する際に非常に有用である。しかしながらダイヤモンド砥粒は価格が従来の砥粒と比較して高く、そのためダイヤモンド砥石の価格が割高になるという問題点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2010−234507号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Yoshimi Watanabe、 Eri Miura−Fujiwara、Hisashi Sato、Kunio Takekoshi、Hideaki Tsuge、Tadashi Kaga、Naoyuki Bando、Shigemasa Yamagami、Kazumasa Kurachi and  Hisanori Yokoyama；International Journal of Materials and Product Technology、42（2011）29−44。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記点を鑑みて、核となる安価で粗大な砥粒の表面に、前記核となる粗大な砥粒よりも微細で硬質な砥粒を複合化した複合砥粒を製造し、該複合砥粒を用いて砥石を製造することで、低コストで加工性能の高い砥石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】
【０００８】
本発明では、以下の複合砥粒、複合砥粒砥石及び複合砥粒砥石の製造方法が提供される。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、核となる第１の砥粒の表面に、該第１の砥粒よりも微細な第２の砥粒を複合化した複合砥粒にある。
請求項２記載の発明は、前記第２の砥粒がダイヤモンドである請求項１記載の複合砥粒にある。
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の複合砥粒を、金属、合金、セラミックスまたは樹脂等の母材中に分散した複合砥粒砥石にある。
請求項４記載の発明は、核となる第１の砥粒と、該第１の砥粒よりも微細な砥粒およびボンド材を混合して混合砥粒を作製し、該混合砥粒を複合化装置に投入した後に、該混合砥粒に圧縮力とせん断力を作用させることにより複合砥粒を製造し、該複合砥粒を耐熱容器に入れた後、該耐熱容器を真空中、または不活性ガス雰囲気中、または強還元雰囲気中のいずれかで焼成を行い、前記複合砥粒を母材金属粉末と混合して混合粉末を作製し、該混合粉末を鋳造用鋳型に投入した後に母材金属溶湯を鋳造用鋳型に流し込むことにより、母材金属中に複合砥粒が分散したメタルボンド複合砥粒砥石を製造する方法にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低コストで加工性能の高い複合砥粒、複合砥粒砥石及び複合砥粒砥石の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の複合砥粒の製造工程を模式的に描いた図である。
【図２】本発明の棒状複合材料を作製する際に用いる遠心鋳造装置を模式的に描いた図である。
【図３】本発明の棒状複合材料を模式的に描いた図である。
【図４】本発明の砥石製造方法の工程表を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるGC/ダイヤモンド複合砥粒の走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の第２実施形態におけるアルミニウム基GC/ダイヤモンド複合材料の実体顕微鏡写真である。
【図７】本発明の実施形態におけるAl基GC/ダイヤモンド複合材料の先端部（混合粉末領域）における微細組織を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の第２実施形態で製造したジャイロ式穴あけ加工機用メタルボンド複合砥粒砥石による炭素繊維強化プラスチックの穴あけ加工試験結果を示す実体顕微鏡写真である。
【図９】本発明の第２実施形態で製造したジャイロ式穴あけ加工機用メタルボンド複合砥粒砥石によって炭素繊維強化プラスチックにあけた加工穴数と穴の加工表面粗さ、すなわち中心線平均粗さの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
請求項１に記載の複合砥粒は、まず核となる第１の砥粒と該第１の砥粒よりも微細な第２の砥粒およびボンド材を混合することにより混合砥粒１を作製し、該混合砥粒１を複合化装置２に投入する（図１）。次に、該複合化装置２の内部にある回転羽根３によって前記混合砥粒１にせん断力と圧縮力を作用させ、機械的に複合砥粒４を作製する（図１）。その後、該複合砥粒４を耐熱容器に入れ、該耐熱容器を真空中、または不活性ガス雰囲気中、または強還元雰囲気中のいずれかで焼成を行い、ボンド材の接着力を向上させることにより作製される。
【００１２】
請求項２に記載の複合砥粒は、前記請求項１記載の微細な第２の砥粒として微細なダイヤモンド砥粒を用い、まず第１の砥粒と該ダイヤモンド砥粒およびボンド材を混合することにより微細ダイヤモンド混合砥粒を作製し、該微細ダイヤモンド混合砥粒を複合化装置に投入する。次に、該複合化装置の内部にある回転羽根によって前記微細ダイヤモンド混合砥粒にせん断力と圧縮力を作用させ、複合砥粒を作製する。その後、該微細ダイヤモンド混合砥粒を耐熱容器に入れ、その耐熱容器を真空中、または不活性ガス雰囲気中、または強還元雰囲気中のいずれかで焼成を行い、ボンド材の接着力を向上させる。
【００１３】
請求項３に記載の複合砥粒砥石は、請求項１または請求項２に記載の複合砥粒を、金属、合金、セラミックスまたは樹脂等の母材中に分散して製造する。例えば、請求項１または請求項２に記載の複合砥粒を、従来の一般的な砥石製造方法、すなわち樹脂によって基材に接着固定、またはセラミックス、金属及び合金等によって焼結固定、または電着固定することにより、複合砥粒砥石を製造する。
【００１４】
請求項４に記載の発明における製造方法では、請求項１または請求項２に記載の複合砥粒と母材金属粉末を混合した混合粉末５を作製し、該混合粉末５を図２に示すような遠心鋳造装置の鋳造用鋳型６に投入する。その後、適当な溶解温度で母材金属７を溶解炉コイル８にて溶解した後、該鋳造用鋳型６に遠心力を作用させながら、該母材金属溶湯を該鋳造用鋳型６に流し込む。凝固後、図３に示すような棒状複合材料の先端部で複合砥粒４が均一分散された複合材料を製造する。該棒状複合材料の先端部を切断することにより、複合砥粒砥石を製造する。該製造工程（図４）を特徴とする複合砥粒砥石の製造方法を本発明の技術的手段とする。
【００１５】
また、請求項４において記載の図２に示される遠心鋳造装置は、上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用可能である。例えば、円筒形状金型を用い、かつ該円筒形状金型の円の中心に回転軸を持った通常のタイプの遠心鋳造装置や、また三角柱、四角柱および多角柱などその他複雑な形状の鋳造用鋳型を持つ遠心鋳造装置においても適用可能である。
【００１６】
さらに、請求項４において記述されている該母材金属粉末と該母材金属７は、同一の種類の金属や合金である必要はなく、例えば、母材金属粉末が銅合金、母材金属７が銅といった様に、その他すべての金属および合金の組み合わせにおいても適用可能である。
（第１実施形態）
第１の砥粒である粒子径150μm以下のGC砥粒300gと、微細な第２の砥粒である粒子径0.1−0.4μｍのダイヤモンド砥粒6.9gおよびボンド材である非晶質シリカ6.9gとからなる混合砥粒を作製し、汎用の複合化装置（ノビルタ：ホソカワミクロン社製）に投入した後、平均回転数2230rpm、出力3kWで3分間複合化して複合砥粒を作製した。その後、ボンド材の接着力を向上させるために、複合砥粒をアルミナ坩堝に投入し、該坩堝をさらに炭素で満たされた別の坩堝に埋め込むことにより強還元雰囲気の下、1200℃で焼成した。この製造工程によりGC砥粒とダイヤモンド粒子から構成される複合砥粒を製造した（図５）。
（第２実施形態）
母材金属粉末である粒子径75−150μmのアルミニウム粉末2.7gと、第１実施形態で得られた複合砥粒1.1gとからなる混合粉末を作製し、図２に示す鋳造用鋳型に充填した。そして母材金属であるアルミニウムインゴット30gを鋳造用溶解炉に装填し、溶解温度1300℃に加熱することでアルミニウム母材溶湯とした後、重力倍数33G（重力倍数1Gが重力場に相当）の遠心力を作用させながら、該アルミニウム母材溶湯を鋳造用鋳型に流し込んだ。この製造工程により棒状複合材料先端部に複合砥粒が分散した複合材料を製造した（図６）。図７は棒状複合材料先端部の微細組織であり、アルミニウム母材中に複合砥粒が分散されている様子が確認できる。
【００１７】
前記製造工程にて作製したアルミニウム基GC／ダイヤモンド複合材料からジャイロ式穴あけ加工機用メタルボンド複合砥粒砥石を作製し、炭素繊維強化プラスチックの穴あけ加工試験を行った。その結果を示す実体顕微鏡写真は図８である。この図より、炭素繊維強化プラスチックに対して、バリのないきれいな穴あけ加工に成功していることがわかる。また、図９は炭素繊維強化プラスチックにあけた加工穴数と穴の加工表面粗さ、すなわち中心線平均粗さの関係を示したグラフである。航空機で必要とされる加工表面粗さの値はおよそ4.8μmであり、図９から本発明の複合砥粒砥石による穴あけ加工結果はすべてこの値を満たしていることがわかり、非常に良好な加工面が得られたことが分かる。以上の結果より、本発明によって作製したメタルボンド複合砥粒砥石は難加工材の加工砥石として有効であり、低コストで加工性能の高い砥石を提供することができる。
【符号の説明】
【００１８】
１  混合粉末
２  複合化装置
３  回転羽根
４  複合砥粒
５  混合粉末
６  鋳造用鋳型
７  母材金属
８  高周波コイル
【図１】
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【図２】
2014100770.tif 000004
【図３】
2014100770.tif 000005
【図４】
2014100770.tif 000006
【図５】
2014100770.tif 000007
【図６】
2014100770.tif 000008
【図７】
2014100770.tif 000009
【図８】
2014100770.tif 000010
【図９】
2014100770.tif 000011