(57)【要約】【課題】  火花を可及的に押さえた切削または研削用の単層ダイヤモンドホイールの提供。【解決手段】  ダイヤモンド粒２を基板１の表面にＮｉろう材３を介してろう付け固定し、次いでダイヤモンド粒２およびろう材３表面に微細な球状のガラスビーズをブラスト装置により噴射させて、ろう材３表面を滑らかな平滑に形成すると共に、ダイヤモンド粒２の表面のろう材を取り除く。【選択図】        図１
2008272860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面円形の基板の表面に多数のダイヤモンド粒が単層に分散配置されてろう付け固定された単層ダイヤモンドホイールにおいて、
そのダイヤモンド粒がＮｉろう材により基板にろう付け固定され、次いでそのダイヤモンド粒の表面およびろう材表面に細粒な球状のガラスビーズがブラスト装置により噴射されて、ダイヤモンド粒表面のろう材が取り除かれると共に、ろう材表面がなめらかな平滑に形成されてなることを特徴とする単層ダイヤモンドホイール。
【請求項２】
請求項１において、
前記ガラスビーズの粒度が＃８０〜１４０であるものが用いられ、基板の両面にそのガラスビーズが噴射されて、その噴射に伴う一方側の歪みを他方側より取り除いたことを特徴とする単層ダイヤモンドホイール。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記ガラスビーズが噴射された後に、イオンプレーティングにより表面全体がＴｉＡｌＮ膜で蒸着被覆されてなる単層ダイヤモンドホイール。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記基板の外周端面の断面が全幅にわたり凸弧状に滑らかに湾曲されてなる単層ダイヤモンドホイール。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の単層ダイヤモンドホイールを、火気を嫌う環境の場所で、または火気を嫌う対象に対して、金属の研削加工または切削加工に用いることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法。
【請求項６】
請求項５において、
火気を嫌う環境の場所が発電所建屋内であることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法。
【請求項７】
請求項５において、
火気を嫌う対象として、油配管の切断に用いることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として携帯用グラインダー等に取付けるダイヤモンドホイールであって、火花の発生を可及的に抑えたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一例として、原子力発電所の定期点検等において、配管や支持構造物，架台補修等の作業では、切断作業や研削或いは切削作業が多く行われる。ところがこのような発電所建屋内では、防火対策を万全に行う必要があり、そのために作業エリアを不燃シートで覆い、そのエリアから火花が出ないようにして切削作業或いは研削作業を行っていた。これは、鋼材の切削等に主にレジノイド研削砥石が使用され、バリ取り作業や荒削作業，配管の開先或いは切断作業を行うとき、火花が激しく発生するからである。
【０００３】
この作業の際に、砥粒およびその結合材が徐々に脱落し、新たな砥粒が現れることによって切削等が継続される。そのため、砥粒と結合材と切粉が粒塵として発生し、作業環境を悪化すると共に、切断粉は針状に放出され、作業者の手袋に刺さり易い。そのため、十分な保護具と注意が必要であった。
【特許文献１】特開平１０−２１７００６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
建屋の作業エリアにおいて、可及的に火花を少なくすると共に、切削および研削作業に伴い砥粒の脱落や結合材の脱落を防止して作業環境を良好とすることが望まれていた。
そこで本発明は、係る問題点を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の本発明は、平面円形の基板の表面に多数のダイヤモンド粒が単層に分散配置されてろう付け固定された単層ダイヤモンドホイールにおいて、
そのダイヤモンド粒がＮｉろう材により基板にろう付け固定され、次いでそのダイヤモンド粒の表面およびろう材表面に細粒な球状のガラスビーズがブラスト装置により噴射されて、ダイヤモンド粒表面のろう材が取り除かれると共に、ろう材表面がなめらかな平滑に形成されてなることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールである。
【０００６】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記ガラスビーズの粒度が＃８０〜１４０であるものが用いられ、基板の両面にそのガラスビーズが噴射されて、その噴射に伴う一方側の歪みを他方側より取り除いたことを特徴とする単層ダイヤモンドホイールである。
【０００７】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
前記ガラスビーズが噴射された後に、イオンプレーティングにより表面全体がＴｉＡｌＮ膜で蒸着被覆されてなる単層ダイヤモンドホイールである。
【０００８】
請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記基板の外周端面の断面が全幅にわたり凸弧状に滑らかに湾曲されてなる単層ダイヤモンドホイールである。
【０００９】
請求項５に記載の本発明は、
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の単層ダイヤモンドホイールを、火気を嫌う環境の場所で、または火気を嫌う対象に対して、金属の研削加工または切削加工に用いることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法である。
【００１０】
請求項６に記載の本発明は、請求項５において、
火気を嫌う環境の場所が発電所建屋内であることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法である。
【００１１】
請求項７に記載の本発明は、請求項５において、
火気を嫌う対象として、油配管の切断に用いることを特徴とする単層ダイヤモンドホイールの使用方法である。
なお、本発明における単層ダイヤモンドホイールの「単層」とは、基板上に１層のみのダイヤモンド粒が存在することをいう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の単層ダイヤモンドホイールは、ダイヤモンド粒２がＮｉろう材３によりろう付け固定された後に、ダイヤモンド粒２の表面およびろう材３の表面に微細な球状のガラスビーズがブラスト装置により噴射されて、ダイヤモンド粒２の表面のろう材が取り除かれると共に、ろう材３表面が平滑に形成されたものであるから、研削等の際、研削屑がろう材３の表面から円滑に排除され、目詰まりの生じにくい寿命の長いダイヤモンドホイールとなり得る。即ち、ろう材３の表面が滑らかで平滑に形成されているため、そこに研削屑が付着することがない。これは、ブラスト装置により噴射されるガラスビーズが球状に形成されているため、ろう材表面が極めて滑らかに形成されるからである。
さらには、ダイヤモンド粒２はＮｉろう材３によって基板１にろう付け固定されたものであり、Ｎｉの溶融温度が極めて高いため、研削時の発熱によってもダイヤモンド粒２が脱落することがなく、作業環境を良好に保つと共に、ダイヤモンドホイールの寿命を著しく伸ばすことができる。
また、ダイヤモンド粒２の表面のろう材が取り除かれているため、ダイヤモンド粒２による切れ味が鋭く、研削効率の良いホイールを提供できる。
【００１３】
上記構成において、ガラスビーズの粒度を＃８０〜１４０とし、基板１の両面にそれを噴射して、その噴射に伴う一方側の歪みを他方側より取り除くことができる。この場合には、基板１に歪みのない精度のよいダイヤモンドホイールを提供できる。
また、ガラスビーズの粒度を上記範囲に限定することにより、平滑度が高く且つ、基板１に歪みを残すことのない研削力の高いダイヤモンドホイールとなり得る。即ち、上記の粒度の下限を下回ると衝突エネルギーが小さく、ろう材表面が平滑とならないと共に、上限を超えると衝撃エネルギーが大き過ぎて基板表面に歪みを残してそれを取り除くことができないものとなる。
【００１４】
上記構成において、ガラスビーズの噴射後にイオンプレーティングにより表面全体をＴｉＡｌＮ膜で蒸着被覆することができる。この蒸着被膜によって、それがない場合に比べ２倍程度の寿命が延びることが判った。これは、その被膜によって研削屑の排除がさらに効果的に行われるからである。即ち、ろう材表面がさらに滑らかになり、そこに研削屑が付着することを効果的に防止できる。
さらにこの蒸着被膜が断熱層を構成し、研削時に発生する熱を基板１に伝え難くし、基板１を比較的低温に保って、ダイヤモンド粒２の脱落を防止することができる。即ち、被膜はろう材３の溶融を防ぎ得る。
【００１５】
上記構成において、基板１の外周端面の断面を全幅に渡って凸弧状に滑らかに湾曲させることができる。この場合には、ホイールの周囲の研削を円滑に行うことができる。
【００１６】
上記構成において、本ダイヤモンドホイールを火気の嫌う環境の場所で、または火気を嫌う対象に対して、金属の研削加工または切削加工に用いることができる。この場合には、ホイールの回転数を比較的低速とすることにより、研削または切削時に火花の生じることを可及的に少なくすることができる。これはろう材としてＮｉろう材を用いるため、研削時にろう材３やダイヤモンド粒２が脱落することがなく、蒸着被膜４による金属表面の研削または切削を円滑に行い、その研削を常にダイヤモンド粒２によって鋭く行うことにより、発熱を可及的に少なくし、火花の発生を抑えることができるからである。
【００１７】
火気を嫌う環境の場所である発電所建屋内で本単層ダイヤモンドホイールを使用することにより、火花の発生を抑えて、安全に金属の研削加工または切削加工を行うことができる。
さらには、火気を嫌う対象として油配管の切断に用いた場合に、切断に伴って油への引火を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明のダイヤモンドホイールの要部を示す部分拡大断面図であり、その製造工程を順に示す。また、図２は同ホイールの平面図およびＢ−Ｂ矢視断面図である。
この単層ダイヤモンドホイール６は、金属板をプレス加工して円板状に形成され、中心に取付孔７が設けられ、その中心部に円形凹部８が設けられている。そして、段差部１１を介してその半径方向外側に平坦な環状部９が設けられ、その環状部９の外周端面は全幅に渡り滑らかに湾曲した凸弧状部５が設けられている。その凸弧状部５と環状部９の表面にはダイヤモンド粒２がＮｉろう材により一体的にろう付け固定されている。
【００１９】
このような単層ダイヤモンドホイール６は、次のようにして製造することができる。
先ず、厚さ０．７〜２ｍｍ程度の基板１をプレス加工して図２に示す平面形状および断面形状の円板形に形成する。そして、その基板１の表面に粉末状またはペースト状のＮｉ系ろう材をダイヤモンド粒２の最大高さよりも薄く均一に載置または塗布する。次いで、多数のダイヤモンド粒２を少なくともそのダイヤモンド粒２の最大径以上、互いに離間して多数分散位置する。なお、このダイヤモンド粒は、ＦＥＰＡ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ ｏｆ Ａｂｒａｓｉｖｅｓ）基準の破壊検査方法（ＦＲＩＡＴＥＳＴ）による測定値が、粒度４０／５０のもので、Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｉｎｄｅｘ（ＰＩ）が２００以上、Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ（ＴＩ）が１４０以上のグレードを使用する。
【００２０】
このように準備された基板１を高温の炉内に挿入し、ろう材３の溶融温度である１０００℃よりも僅かに高い１０３０℃〜１０５０℃程度に炉内を維持し、ろう材３を溶融し、次いでそれを冷却固化することによって、ダイヤモンド粒２をろう材３によって一体的にろう付け固定する。このとき、Ｎｉ系ろう材３中の添加成分とダイヤモンド粒２の表面の炭素とが化学結合し、基板１とダイヤモンド粒２とが強固に固定される。図１（Ａ）はそのろう付け後の状態を示し、ろう材３表面は凹凸状に形成されている。そして、ダイヤモンド粒２の一部のみがろう材３から露出する。さらにダイヤモンド粒２上には、飛散した飛散ろう３ａが付着している。
【００２１】
そこで、同図においてその上面側からブラスト装置により、微細な球状のガラスビーズをろう材３およびダイヤモンド粒２の表面にエアと共に噴射する。このときのエアの圧力は３〜５ｋｇ／ｃｍ２程度であり、ガラスビーズは市販の球状のもので粒径が＃８０〜１４０程度のものである。このときブラスト装置のセラミックノズルは、先端の内直径が４ｍｍ程度のものを使用した。そして、ホイールの表側部分にガラスビーズを噴射して後に、その裏面側（ダイヤモンド粒２が付着されていない）を同様にガラスビーズを噴射したものである。このように裏面側をも噴射したのは、表面側への最初のガラスビーズの噴射によって、基板１に歪みが生じるからである。それを取り除くために、同一条件で裏面側からガラスビーズの噴射を行った。
【００２２】
これらの作業により、図１（Ｂ）の如くダイヤモンド粒２の表面の飛散ろう３ａが綺麗に取り除かれると共に、図１（Ａ）のように凹凸表面のろう材３が滑らかに形成される。実験によれば、ガラスビーズの粒径は＃１２０が最良であり、これは粒径＃８０〜１４０を含むものである。＃８０以下のガラスビーズを用いると、衝突エネルギーが小さく、ろう材３の表面を滑らかに形成することができない。また、粒径が＃１４０を超えると衝突エネルギーが大きすぎ基板１の歪みが大きくなり、それを修正することができなかった。なお、このときの基板１の厚みは１．５ｍｍである。
【００２３】
本発明の単層ダイヤモンドホイール６は、図１（Ｂ）の状態でそのまま使用することができる。ダイヤモンド粒２の表面に飛散ろう３ａが付着していないと共に、ろう材３表面が滑らかに形成されているため、研削の際に生ずる研削粉はろう材３から円滑に除去される。即ち、ろう材３上に目詰まりが生じることはない。
なお、ダイヤモンド粒２の表面はろう付けの際の高温で僅かに変色するが、ダイヤモンドホイールとして使用する上で差し支えはない。また、ガラスビーズはその外周が前述のように球状に形成されている。そのためろう材３の表面を極めて滑らかに形成すると共に、他のブラスト材の如く、それがろう材３の表面に突き刺さることはなかった。
【００２４】
本発明のダイヤモンドホイールは、図１（Ｂ）の状態で十分使用に耐え得るものであるが、さらに好ましくは図１（Ｃ）の如く基板１およびダイヤモンド粒２の表面上に蒸着被膜４を被覆することが好ましい。この蒸着被膜４は、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎの合金層であり、ＰＶＤ（物理蒸着法）のイオンプレーティングにより表面全体に被覆されている。即ち、１〜２７Ｐａの減圧下で且つ、窒素ガスの雰囲気中でＴｉＡｌを加熱して、蒸発した原子をグロー放電または高周波プラズマで部分的にイオン化し、バイアス電圧をかけた表面に蒸着させるものである。そして、ＴｉＡｌ金属の窒化物がろう材３，ダイヤモンド粒２の表面に蒸着される。
【００２５】
この蒸着法は、前述の如く、ＰＶＤにおけるイオンプレーティングであり且つ、アークプラズマ方式を採用したものである。この特徴は、密着力が高く比較的厚膜コーティングが可能で表面硬度が高い。特に、ＴｉＡｌＮの表面被膜は高硬度で耐熱性の高いものなる。
実験によれば、蒸着被膜４の存在するダイヤモンドホイールは、それがない場合に比べて１．８倍以上の寿命があることが判った。
【００２６】
次に、図３は本発明の他の実施の形態を示し、これが図２（Ａ）と異なる点は図３ではスリット１０が存在することである。このスリット１０は、放熱性を良好とさせるものである。
【００２７】
次に、図４は本発明の他の実施の形態を示す単層ダイヤモンドホイール６であって、これは管材や鋼材を切断するためのものである。そしてその外周縁は同図（Ｂ）の如く、その全幅に渡って、左右対称の凸弧状部５が形成されている。そして、その先端部および先端部両面のみにダイヤモンド粒２がろう付け固定されている。そのろう材は図１に記載のものと同様にＮｉろう材であり、次いでガラスビーズによって、そのろう材が平滑に形成されている。また、それらの表面には前記同様にＰＶＤのイオンプレーティングのアークプラズマ方式により、ＴｉＡｌＮが蒸着されている。
さらにこの例では、基板１の外周縁部に等間隔にスリット１０が形成され、そのスリット１０の端面にもダイヤモンド粒２が付着されている（図上省略）。
【００２８】
図４（Ｂ）の如く、基板１の先端面全幅に渡って凸弧状部５を形成することにより、外周に面どうしの境界線を無くし、その外周にくまなくダイヤモンド粒２を付着させて、鋼材等を円滑に切断することができる。
実験によれば、図２および図４による鋼材の切削時における火花の発生は、従来の砥石を利用したものに比べて、目視上、１／１００以下の発生であった。このときの回転数は、共に１００００ｒｐｍである。即ち、一般の砥石では、切削時に鋼材から激しく火花が放出されたが、本発明のダイヤモンドホイールでは極めて僅かの火花しか発生しなかった。
【００２９】
さらに回転数を３０００ｒｐｍにすると、従来の砥石ではその切削能力が極端に減少したが、本発明のダイヤモンドホイールはそれ程減少することなく切削が行われると共に、そのとき目視上、火花は全く発生していなかった。これに対し、従来の砥石では３０００ｒｐｍでも相当量の火花が発生していた。これは、目視上、本発明のダイヤモンドホイールにおける回転数１００００ｒｐｍの火花発生量の数十倍程度の火花が、従来の砥石の回転数３０００ｒｐｍでは発生していた。
なお、蒸着被膜４としてＴｉＮコーティングを行った場合には、約３０％の寿命増加の効果があると共に、研削抵抗が５％減少した。また、ＴｉＡｌＮコーティングによる場合は８０％以上の寿命延長効果があると共に、研削抵抗は約３０％以上減少した。なお、研削抵抗の判断は同一条件におけるグラインダーのモータに供給される電流値の大小で判断した。
【００３０】
なお、ブラスト装置でガラスビーズの噴射の代わりに、ブラスト材としてＳｉＣを用いた場合、ＧＣを用いた場合、胡桃を用いた場合をそれぞれ実験したところ、ＳｉＣおよびＧＣではそのろう材表面の平滑度が悪いと共に、基板表面に歪みが生じその修正が困難であった。また、胡桃の場合にはその加工時間が長時間に渡り、実用上好ましくないことが判った。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の単層ダイヤモンドホイール６の要部断面拡大図であって、（Ａ）〜（Ｃ）にその製造工程を示す。
【図２】本発明の単層ダイヤモンドホイール６の平面図およびＢ−Ｂ矢視断面図。
【図３】本発明の単層ダイヤモンドホイール６の他の実施の形態を示す平面図。
【図４】本発明の単層ダイヤモンドホイール６の他の例の示す平面図およびＢ−Ｂ断面拡大説明図。
【符号の説明】
【００３２】
１  基板
２  ダイヤモンド粒
３  ろう材
３ａ  飛散ろう
４  蒸着被膜
５  凸弧状部
【００３３】
６  単層ダイヤモンドホイール
７  取付孔
８  円形凹部
９  環状部
１０  スリット
１１  段差部
【図１】
2008272860.tif 000003
【図２】
2008272860.tif 000004
【図３】
2008272860.tif 000005
【図４】
2008272860.tif 000006