(57)【要約】【課題】砥粒の突き出し量を十分に確保し、砥粒の分散状態を良好に保って切れ味を良好に維持しつつ、砥粒保持力に優れたｃＢＮろう付け研削ホイールを提供する。【解決手段】ｃＢＮ砥粒２は、その周囲に電気陰性度の高い元素、例えば塩素５が付着されている。この塩素５が付着されたｃＢＮ砥粒２は、ろう材３によって台金に固着されている。ろう材３にはチタン６が０．５質量％以上５質量％以下の範囲で含有されている。この状態で焼結すると、ｃＢＮ砥粒２とろう材層７との境界部にＴｉＮからなる反応層８が形成される。ｃＢＮ砥粒２には電気陰性度の高い元素が付着されているため、ろう材３中に陽イオンとして存在するチタンイオンは、表面がマイナスに帯電したｃＢＮ砥粒２に引きつけられ、ｃＢＮ砥粒２とろう材層７との境界付近でのチタンイオンの濃度が高まり、ＴｉＮからなる反応層８が形成されやすくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃＢＮ砥粒を台金にろう付けして形成されたｃＢＮろう付け研削ホイールにおいて、電気陰性度の高い元素を付着したｃＢＮ砥粒が、Ｔｉを含むろう材によって固着され、ｃＢＮ砥粒とろう材層との境界部にＴｉＮからなる反応層が形成されていることを特徴とするｃＢＮろう付け研削ホイール。
【請求項２】
前記反応層の厚みが２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のｃＢＮろう付け研削ホイール。
【請求項３】
前記電気陰性度の高い元素は、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｆ、Ｉのいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載のｃＢＮろう付け研削ホイール。
【請求項４】
前記ろう材は、Ｔｉを０．５質量％以上５質量％以下含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のｃＢＮろう付け研削ホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｃＢＮ砥粒をろう付けにより台金に固着したｃＢＮろう付け研削ホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品等の加工において、ダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒を用いた研削ホイールが使用されている。ダイヤモンド砥粒は研削用の砥粒として広く用いられているが、鉄系材料やその複合材料を研削する際には、ダイヤモンド砥粒よりもｃＢＮ砥粒のほうが適合している。
【０００３】
また、砥粒を固着する方法として、メタルボンドやろう付けなどがあり、用途に応じて固着方法が選択されている。メタルボンドホイールでは、砥粒の突き出しを大きくすることや砥粒を均一に分散させることが難しく、ろう付けによる研削ホイールはこの点でメタルボンドホイールより優れている。
【０００４】
以上の点から、鉄系材料やその複合材料を切れ味良く研削するためには、ｃＢＮ砥粒をろう付けして形成された研削ホイールを用いることが好ましい。しかし、ダイヤモンド砥粒をろう付けする場合と異なり、ｃＢＮ砥粒をろう付けする場合には、砥粒とろう材とが化学反応することなく、単に物理固着となるため、砥粒保持力が十分に得られない。
ろう付けまたはメタルボンドによる砥石について、砥粒保持力を高めることを目的としてなされた技術の一例が特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３４１１２３３号公報
【特許文献２】特開平１０−２６４０３４号公報
【特許文献３】特開２００４−８２２７６号公報
【特許文献４】特開平０１−３０１０７０号公報
【特許文献５】特開２００６−１３０６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、表面凹部または貫通孔を単独にまたは組み合わせて形成した砥粒を台金上に１層または複数層配設し、砥粒の前記凹部または貫通孔にろう材を充填させることによって、ろう材の成分を操作することなく砥粒の固着力を上げることが記載されている。
【０００７】
特許文献２には、砥粒の周囲に活性粉末成分を含む結合材をコーティングすることにより砥粒保持力を高めることが記載されている。
【０００８】
特許文献３には、台金と、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、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むことによって、砥粒保持力を高めたメタルボンド研削工具が記載されている。
【０００９】
特許文献４には、炭化物形成金属で被覆したダイヤモンド粒子をろう付けしたダイヤモンド切断研磨工具が記載されている。
【００１０】
特許文献５には、台金と、台金上に設けられた砥粒と、台金に前記砥粒を保持するろう材とを備え、ろう材は、銅及びチタンを含有する合金と、バナジウムとを含有することによって、砥粒頭頂部へのろう材のかぶりを抑制するようにした研削工具が記載されている。
【００１１】
これらの特許文献のうち、特許文献１に記載されたものは、ろう材の充填によって砥粒保持力は高まるが、これをｃＢＮ砥粒をろう付けする場合に適用しても、砥粒とろう材とが化学反応することがないため、物理固着となってしまう。
【００１２】
特許文献２に記載されたものは、砥粒に物理的ダメージが伴うため、ｃＢＮ砥粒の硬度、破砕値が低下するという問題点を生じる。また、特許文献３に記載されたものは、単純にボンド中にＴｉが含有されているだけである。この構造によると、ｃＢＮ砥粒とボンドとの濡れ性という点では固着力は向上するが、濡れ性が向上しすぎるためにボンドが砥粒全体を覆ってしまい、研削初期の切れ味が低下する。
【００１３】
特許文献４に記載されたものは、特許文献３と同様に濡れ性が向上しすぎるためにボンドが砥粒全体を覆うという問題点を生じる。また、特許文献５に記載されたものは、ボンドによる砥粒への覆いを抑制する方法の一つであり、ろう材に添加物を入れることで、その流動性を変えて砥材へのかぶりを抑制している。しかしこの方法では、ろう材の中に異物が入るために、本来持つＴｉとの反応を阻害し固着力が低下してしまう。
【００１４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、砥粒の突き出し量を十分に確保し、砥粒の分散状態を良好に保ちつつ、砥粒保持力に優れたｃＢＮろう付け研削ホイール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】
【００１５】
以上の課題を解決するために、本発明のｃＢＮろう付け研削ホイールは、ｃＢＮ砥粒を台金にろう付けして形成されたｃＢＮろう付け研削ホイールにおいて、電気陰性度の高い元素を付着したｃＢＮ砥粒が、Ｔｉを含むろう材によって固着され、ｃＢＮ砥粒とろう材層との境界部にＴｉＮからなる反応層が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、電気陰性度の高い元素をｃＢＮ砥粒に付着させているため、単にｃＢＮ砥粒を、Ｔｉを含むろう材を用いて固着する場合と比べて、ｃＢＮ砥粒とろう材層との境界部にＴｉＮからなる反応層が形成されやすい。また、ｃＢＮ砥粒をあらかじめＴｉで被覆し、この被覆砥粒をろう付けしたものと比べて、ｃＢＮ砥粒の頭頂部にろう材がかぶることがない。そのため、ろう付けによる利点である、砥粒の突き出し量を十分に確保し、砥粒の分散状態を良好に保って切れ味を良好に維持しつつ、砥粒保持力を高めることができる。
【００１７】
本願発明においては、前記反応層の厚みが２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
電気陰性度の高い元素を付着したｃＢＮ砥粒をろう付けするため、単にｃＢＮ砥粒をろう付けする場合と比べてろう材中のＴｉがｃＢＮ砥粒に引き寄せられやすくなる。そのため、ｃＢＮ砥粒とろう材層との境界付近でのチタンイオンの濃度が高まり、ＴｉＮからなる反応層が厚く形成され、その結果反応層の厚みが２μｍ以上２０μｍ以下となる。
【００１９】
反応層の厚みが２μｍ未満であると、砥粒保持力が十分に得られない一方、反応層の厚みが２０μｍを超えると、Ｔｉの拡散が広くなりすぎて、化学結合の力が分散してしまい固着力が弱まるため好ましくない。
ここで使用される電気陰性度の高い元素として、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｆ、Ｉのいずれかを用いることができる。
【００２０】
本願発明においては、前記ろう材は、Ｔｉを０．５質量％以上５質量％以下含むことを特徴とする。
【００２１】
Ｔｉの含有量が０．５質量％未満であると、反応層の形成が十分に行われず、厚みが２μｍ以上となる反応層を形成することができず、砥粒保持力を十分に得ることができない。その一方、Ｔｉの含有量が５質量％を超えると、ろう材の濡れ性が悪くなり、濡れ性を良くするためには焼成温度を高くすることが必要となる。その結果、ダイヤモンドの強度劣化を起こさない焼結温度範囲で焼成できなくなってしまうため好ましくない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、砥粒の突き出し量を十分に確保し、砥粒の分散状態を良好に保って切れ味を良好に維持しつつ、砥粒保持力に優れたｃＢＮろう付け研削ホイールを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明のｃＢＮろう付け研削ホイールをその実施形態に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係るｃＢＮろう付け研削ホイールの外観を示し、図２は砥粒の固着状態を示すものである。
図１において、ｃＢＮろう付け研削ホイール１は、ｃＢＮ砥粒２がろう材３によって、カップ型形状の台金４に固着されて形成されている。
【００２４】
ｃＢＮ砥粒２には、図２（ａ）に示すように、その周囲に電気陰性度の高い元素、例えば塩素５が付着されている。この塩素５が付着されたｃＢＮ砥粒２は、図２（ｂ）に示すように、ろう材３によって固着されている。ろう材３にはチタン６が０．５質量％以上５質量％以下の範囲で含有されている。ｃＢＮ砥粒２に付着させる電気陰性度の高い元素として、塩素の他に、Ｂｒ、Ｆ、Ｉ等を用いることができる。
【００２５】
この状態で焼結すると、図２（ｃ）に示すように、ｃＢＮ砥粒２とろう材層７との境界部にＴｉＮからなる反応層８が形成される。ｃＢＮ砥粒２には電気陰性度の高い元素が付着されているため、ろう材３中に陽イオンとして存在するチタンイオンは、表面がマイナスに帯電したｃＢＮ砥粒２に引きつけられる。そのため、ｃＢＮ砥粒２とろう材層７との境界付近でのチタンイオンの濃度が高まり、ＴｉＮからなる反応層８が形成されやすくなる。その結果、厚みが２μｍ以上２０μｍ以下という比較的厚い反応層８が形成される。
【００２６】
ｃＢＮ砥粒２とろう材層７との境界部にＴｉＮからなる反応層８を形成することは、ｃＢＮ砥粒２をあらかじめＴｉで被覆し、この被覆砥粒をろう付けすることによっても可能であるが、本発明とは以下の点で相違する。これを、図３に基づいて説明する。
【００２７】
図３（ａ）は、Ｔｉ被覆砥粒をろう付けしたものを示しており、ろう材３と被覆されたＴｉとの濡れ性が良いために、ろう付けによってろう材３がＴｉ被覆１０を介してｃＢＮ砥粒２の表面を覆うようになり、本来ならばろう材３から突出すべき部分も、ろう材３で覆われる構造となってしまう。その結果、ｃＢＮ砥粒２の表面のエッジの鋭さが機能しなくなり、切れ味の低下を招く。これに対し、図３（ｂ）に示す本発明の構成では、ｃＢＮ砥粒２は被覆されていないため、ろう材３から突出すべき部分がろう材３によって覆われる構造とはならない。そのため、切れ味が良好に維持される。
【００２８】
上述した構造のｃＢＮろう付け研削ホイールは、以下のような方法で製造することができる。
電解メッキに使用される硫酸ニッケルメッキ液には塩化ニッケルが含まれ、その中にニッケルイオンが多く存在する。この溶液中に、固着させるｃＢＮ砥粒２を３時間以上浸漬する。こうして浸漬したｃＢＮ砥粒２を軽く水で洗浄した後、バインダーでうすめたろう材３でｃＢＮ砥粒２を台金４に固着させ、減圧雰囲気下で６００〜１０００℃の温度で焼結する。
【００２９】
以下に、試験例を示す。
図１に示す形状の、φ２００D×５０T×φ５０Hのカップ型のホイールを作製して、研削試験を行った。このカップ型のホイールの砥粒層における反応層の厚みが異なるようにして、砥粒の脱落状態を試験した結果を図４に示す。被削材は、アルミと鋼鉄の複合材を用いた。
【００３０】
反応層の厚みが２μｍ以下のときには、砥粒脱落率が大きいのに対して、反応層の厚みが１０μｍのときは砥粒の脱落が見られなかった。また、反応層の厚みが２０μｍ以上となるように形成することは困難であった。以上の試験結果から、反応層の厚みは２μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３１】
次に、ろう材中のＴｉの含有量を変化させたときの試験結果を図５に示す。
この試験は、＃４０／６０の粒度の砥粒を使用した、φ２００D×５０w×５０．８Hのストレートホイールを用いて、鋳鉄を被削材として、１００×１００口、切り込み量０．４ｍｍの研削試験を行ったものである。図５に示すように、ろう材中のＴｉの含有量が０．２質量％のときは、砥粒脱落率が大きいのに対して、ろう材中のＴｉの含有量が３質量％のときは、砥粒の脱落率が著しく低下している。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、鉄系材料やその複合材料を研削する研削ホイールであって、砥粒の突き出し量を十分に確保し、砥粒の分散状態を良好に保って切れ味を良好に維持しつつ、砥粒保持力に優れたｃＢＮろう付け研削ホイールとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係るｃＢＮろう付け研削ホイールの外観を示す図である。
【図２】砥粒の固着状態を示す図である。
【図３】Ｔｉ被覆砥粒をろう付けしたものとの比較を説明するための図である。
【図４】反応層の厚みが異なるようにして、砥粒の脱落状態を試験した結果を示す図である。
【図５】ろう材中のＴｉの含有量を変化させたときの試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ｃＢＮろう付け研削ホイール
２  ｃＢＮ砥粒
３  ろう材
４  台金
５  塩素
６  チタン
７  ろう材層
８  反応層
１０  Ｔｉ被覆
【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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