(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒をメタルボンドで結合したメタルボンド砥石であって、前記メタルボンドは銀−錫合金の金属間化合物を有し、前記銀−錫合金は、錫２０〜３０質量％、銀７０〜８０質量％の組成からなることを特徴とするメタルボンド砥石。
【請求項２】
前記メタルボンドは、球状の金属粒子を有することを特徴とする請求項１記載のメタルボンド砥石。
【請求項３】
前記球状の金属粒子は、銅−錫合金の金属間化合物から成ることを特徴とする請求項２記載のメタルボンド砥石。
【請求項４】
前記銅−錫合金は、錫３５〜４５質量％、銅６５〜５５質量％の組成からなることを特徴とする請求項３記載のメタルボンド砥石。
【請求項５】
前記メタルボンドは、錫３５〜４５質量％、銀１５〜２５質量％、残部銅としたことを特徴とする請求項３若しくは４記載のメタルボンド砥石。
【請求項６】
錫３５〜４５質量％、銀１５〜２５質量％、残部銅を混合し、該混合材料に砥粒を混入させ、その後、錫の融点２３２℃よりも高く、４８０℃以下の温度にて焼結するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のメタルボンド砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥粒をメタルボンドで結合したメタルボンド砥石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超硬、セラミックスのような硬脆性材料の研削加工にはダイヤモンドやCBN（立方晶窒化ホウ素）の超砥粒をメタルボンドで結合したメタルボンド砥石が用いられる。メタルボンドとしては、ニッケル、コバルト、鉄等があるが一般に銅−錫系が広く用いられている。
【０００３】
銅−錫系メタルボンドは錫を含有する割合が増えるにつれ脆くなる性質を持ち、比較的良好なドレッシング性を持ち、研削中の切れ味が比較的持続する反面、鉄系、コバルト系といった他のメタルボンドを使った砥石よりも寿命が短い。
【０００４】
寿命を向上する目的で、下記特許文献１には鉄、コバルト、ニッケル等の硬質金属粉末を銅−錫系メタルボンドに添加する方法が開示されている。
【０００５】
また、同じ目的で下記特許文献２には、ゲルマニウムを添加して金属間化合物Ｃｕ４Ｓｎを析出させ寿命を向上させると共に、銀を１５質量％以下の範囲で添加することでメタルボンドの強度を増す方法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、従来のメタルボンド砥石は一般的に原料粉末と砥粒を混合し固相焼結しているためメタルボンドと砥粒の接触面積が不十分であり、砥粒保持力が弱く砥粒が脱落して寿命を損なう。
【０００７】
また、固相焼結であるため、メタルボンド砥石の製造における焼成温度が一般に５００〜９００℃の高温となり砥粒への熱的損傷を生じ、研削中の切れ味を低下させる。
【０００８】
従って、寿命が長く且つ、ドレッシング性に優れ、研削中も切れ味が良好で研削抵抗の低い状態が持続することが求められている。
【０００９】
【特許文献１】特公昭６４−６９０６号公報
【特許文献２】特開平７−２３７１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、砥粒とメタルボンドとの接触面積を増やして砥粒保持力を増加させ長寿命とし、かつ、メタルボンド砥石の製造における焼成温度を砥粒への熱的ダメージが少ない低温で焼成することができき、更にドレッシング性の良好なメタルボンド砥石を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、砥粒をメタルボンドで結合したメタルボンド砥石であって、メタルボンドは銀−錫合金の金属間化合物を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記銀−錫合金は、錫２０〜３０質量％、銀７０〜８０質量％の組成からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１若しくは２記載の発明において、前記メタルボンドが、球状の金属粒子を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記球状の金属粒子が、銅−錫合金の金属間化合物から成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記銅−錫合金が、錫３５〜４５質量％、銅６５〜５５質量％の組成からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記メタルボンドが、錫３５〜４５質量％、銀１５〜２５質量％、残部銅としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、メタルボンド砥石の製造方法において、錫３５〜４５質量％、銀１５〜２５質量％、残部銅を混合し、該混合材料に砥粒を混入させ、その後、錫の融点よりも高く、銅、銀の融点よりも低い温度にて焼結するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、砥粒をメタルボンドで結合したメタルボンド砥石であって、メタルボンドが銀−錫合金の金属間化合物を有することにより、研削中に発生する研削熱に耐え、砥粒の保持力を持続させることができる。錫はメタルボンド砥石を製造焼成工程において２３２℃付近で液相となり砥粒を包み込み、砥粒との接触面積が大きくなることで、砥粒保持力が大きくなり、寿命の向上が図れる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、前記銀−錫合金は、錫２０〜３０質量％、銀７０〜８０質量％の組成からなることにより、本発明のメタルボンド砥石を製造する焼成工程において脆性のあるＡｇ３Ｓｎの金属間化合物を生成させ、ドレッシングを容易に行うことができる。また、錫の融点２３２℃からＡｇ３Ｓｎの生成する上限温度４８０℃の範囲で焼成でき、砥粒への熱的損傷が少ない。錫２０質量％を下回ると、ドレッシング性が低下する。また、３０質量％を上回ると、砥石を製造する焼成工程において錫が漏洩して錫の含有量が維持できない。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、前記メタルボンドが、球状の金属粒子を有することにより、研削が進むと金属粒子が脱落し砥粒がメタルボンドより突き出し、自生発刃作用を促進させるので切味を持続できる。また、球状であることにより、脱落性を向上させることができる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、球状の金属粒子が、銅−錫合金の金属間化合物から成ることにより、銀−錫合金の金属間化合物よりも銅−錫合金の金属間化合物は靭性が低く球状の金属間化合物粒子が脱落し易くなる。また、銅−錫合金の金属間化合物であることにより、脆性が高く、脱落しなくとも球状の金属間化合物が破砕され、砥粒がメタルボンドより突出しやすくなり、更に切味を持続させることができる。また、銀、錫、銅の３種の単味粉のみでメタルボンドを成形することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、前記銅−錫合金の金属間化合物粒子が、錫３５〜４５質量％、銅６５〜５５質量％の組成からなることにより、本発明のメタルボンド砥石を製造する焼成工程において脆性のあるＣｕ３Ｓｎの金属間化合物を生成させ、ドレッシングを容易に行うことができる。錫３５質量％を下回ると、ドレッシング性が低下する。また、４５質量％を上回ると、砥石を製造する焼成工程において錫が漏洩して錫の含有量が維持できない。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、前記メタルボンドが、錫３５〜４５質量％、銀１５〜２５質量％、残部銅としたことにより、メタルボンド中に融点の低い錫が単体の状態で残りにくく、研削中に砥石の温度が上昇しても、砥粒の保持力を持続させることができる。
【００２４】
請求項７記載の発明によれば、錫３５〜４５質量％、銀１５〜２５質量％、残部銅を混合し、該混合材料に砥粒を混入させ、その後、錫の融点２３２℃よりも高く、４８０℃以下の温度にて焼結するようにしたことにより、メタルボンド中に融点の低い錫が単体の状態で残りにくく、且つメタルボンド中に融点の高い銀−錫合金、銅−錫合金が組成されることで、研削中に砥石の温度が上昇しても、砥粒の保持力を持続させることができる。これより予め球状の金属間化合物を組成するなどの工程を要することなく、切味を持続させることができるメタルボンド砥石を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
続いて本発明に係るメタルボンド砥石について、添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
ここで、図１は本発明に係るメタルボンド砥石の組織図である。
【００２７】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るメタルボンド砥石５は、メタルボンド２中に、砥粒の一例であるダイヤモンド砥粒１を含んでいる。メタルボンド２は銀−鈴合金の金属間化合物３と金属粒子４からなり、銀−鈴合金の金属間化合物３はダイヤモンド砥粒１と合金粒子４とを包み込み、メタルボンド砥石５の粒子間の隙間を充填している。また、メタルボンド２は、錫３５〜４５質量％、銀１５〜２５質量％、残部銅の組成からなっている。
【００２８】
銀−鈴合金の金属間化合物は、錫２０〜３０質量％、銀７０〜８０質量％の組成からなる、脆性のあるＡｇ３Ｓｎの金属間化合物により構成されている。金属粒子４は研削時にメタルボンド砥石５からの脱落が容易なように形成された一実施例として球状をしており、球状の金属粒子４は、錫３５〜４５質量％、銅６５〜５５質量％の組成からなる、銀−錫合金の金属間化合物よりも靭性が低く脆性が高いＣｕ３Ｓｎの金属間化合物から構成されている。
【００２９】
本発明によれば、メタルボンド２は、ダイヤモンド砥粒１を包み込んでいるため接触面積が大きく、これにより砥粒保持力を大きくすることができる。また、メタルボンド２は高い融点を有する銀−錫合金の金属間化合物３からなることにより、研削中に発生する研削熱に耐え、砥粒の保持力を持続させることができる。
【００３０】
また、銀−錫合金の金属間化合物３を脆性のあるＡｇ３Ｓｎの金属間化合物により構成したことで、ドレッシングを容易に行うことができ、更に、錫の融点２３２℃からＡｇ３Ｓｎの生成する上限温度４８０℃の範囲で焼成でき、砥粒への熱的損傷が少ない。尚、錫２０質量％を下回ると、ドレッシング性が低下し、３０質量％を上回ると、砥石を製造する焼成工程において錫が漏洩して錫の含有量が維持できず好ましくない。
【００３１】
また、メタルボンド２中に金属粒子４を含有させたことにより、研削が進むと金属粒子４が脱落し砥粒がメタルボンドより突き出し、自生発刃作用を促進させるので切味を持続できる。また、金属粒子４の形状を球状にしたことにより、更に脱落性を向上させることができる。
【００３２】
また、金属粒子４を銅−錫合金の金属間化合物粒子としたことにより、脆性が高くなり、金属粒子４はたとえ脱落しなくとも、破砕されることにより、ダイヤモンド砥粒１がメタルボンド２より突出しやすくなり、切味を持続させることができる。また、銀−錫合金の金属間化合物３と合わせて、銀、錫、銅の３種の単味粉のみでメタルボンド２を成形することができる。
また、金属粒子４としての銅−錫合金の金属間化合物粒子として、錫３５〜４５質量％、銅６５〜５５質量％の組成からなる脆性のあるＣｕ３Ｓｎの金属間化合物を生成させたことにより、ドレッシング性が向上する。尚、錫３５質量％を下回ると、合金粒子４の脆性が低下するのでドレッシング性が低下してしまい、また、４５質量％を上回ると、砥石を製造する焼成工程において錫が漏洩して錫の含有量が維持できず好ましくない。
また、メタルボンド２が、錫３５〜４５質量％、銀１５〜２５質量％、残部銅の組成からなることにより、メタルボンド２中に融点の低い錫が単体の状態で残りにくく、研削中に砥石の温度が上昇しても、砥粒の保持力を持続させることができる。
【００３３】
次に、これらの製造方法について説明する。
【００３４】
原料であるダイヤモンド砥粒１と金属単味粉とを錫２０〜３０質量％、銀７０〜８０質量％のメタルボンド組成になるよう秤量し均一混合する。混合した原料を台金と共に型に入れ、真空、不活性雰囲気、あるいは還元性雰囲気にして温度２３２〜４８０℃、加圧５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ２でホットプレスして砥粒層と台金が一体焼成され製造される。コールドプレス後、同雰囲気で焼成してもよい。
【００３５】
錫の融点２３２度よりも高く、Ａｇ３Ｓｎの生成する上限温度４８０度以下で焼成するようにしたことで、錫が２３２℃以上で液相となってダイヤモンド砥粒１を包み込み、次いで銀と反応して固層の銀−錫の金属間化合物３を生成する。また、銅を添加した場合は、液相となった錫と反応して銅−錫の金属間化合物を生成する。銅及び銅−錫の金属間化合物は焼成温度以上の融点を持ち固相であるが、界面の反応により球状の銅−錫金属間化合物が生成する。なお、球状の金属粒子４である銅−錫の金属間化合物粒子の粒径は、添加する銅粉末の粒径、焼成温度によって制御できる。
【００３６】
なお、メタルボンドには若干の不可避不純物が含まれていても良いし、あるいは本発明の趣旨から逸脱しない範囲で、この種のメタルボンド砥石分野において周知の添加剤やフィラー等を加えてもよい。
【００３７】
次に本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
【００３８】
本発明に関わる実施例１と従来形である比較例１とを、長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、高さ８ｍｍの試験片に製作し、この試験片をＷＡ（アルミナ質砥粒）遊離砥粒でドレッシングし、ダイヤモンド砥粒の突き出し量を顕微鏡により観察し測定した。製作は、ダイヤモンド砥粒（＃２３０／２７０）、銅単味粉（粒径１０μｍ以下）、錫単味粉（平均粒径１０μｍ）、銀単味粉（平均粒径１０μｍ）とを原料を使用した。
【００３９】
実施例１および比較例１の詳細と観察結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
0005358968.tif 000002
【００４１】
表１の結果から明らかなように、比較例１の砥粒突き出し量２０μｍに比して、実施例１に示される本発明のメタルボンド砥石の砥粒突き出し量は４０μｍと２倍の砥粒突き出し量を得た。これより本発明メタルボンド砥石のドレッシング性が高いことが示された。
【００４２】
次いで実施例１、比較例１と同じ製作条件及び組成で、金属台金と一体焼結した直径φ１５０ｍｍ、厚さ８ｍｍの円盤状のメタルボンド砥石をそれぞれ製作し、ＷＡ（アルミナ質砥粒）砥石でドレッシングした後、研削実験を行った。研削条件を表２に、研削実験の結果を表３に示す。
【００４３】
【表２】
0005358968.tif 000003
【００４４】
【表３】
0005358968.tif 000004
【００４５】
実施例１の研削抵抗は比較例１の半分であり、相対研削比は１．２倍であった。これより本発明のメタルボンド砥石は寿命が長く、ドレッシング性に優れ、研削抵抗も低いことが示された。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のメタルボンド砥石の組織図である。
【符号の説明】
【００４７】
１            ダイヤモンド砥粒
２            メタルボンド
３            銀−錫の金属間化合物
４            金属粒子
５            メタルボンド砥石
【図１】
0005358968.tif 000005