(57)【要約】【課題】ダイヤモンド砥粒は結合材として使用さあれるレジンや金属との濡れ性が悪く、その結合力に課題があり、研削性能や寿命に課題があった。【解決手段】本発明はダイヤモンド砥粒を炭化珪素被覆し更に当該砥粒を用いて溶湯鍛造法にてメタルボンドすることにより、砥粒の被覆層と結合材である金属層の結合力だけではなく、砥粒と被覆層の接着力も高く、結合力に優れたメタルボンドダイヤモンド砥石を提供するものであり、また当該砥石をアルカリ系研削液とともに使用することによりドレッシング等のメンテナンス頻度を減らせる研削加工方法に関する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド砥粒を用いて含浸法にてメタルボンドされたことを特徴とするダイヤモンド砥石。
【請求項２】
メタルボンドの結合材がアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１記載のダイヤモンド砥石。
【請求項３】
含浸法が溶湯鍛造法であることを特徴とする請求項１または２記載のダイヤモンド砥石。
【請求項４】
メタルボンドの結合材がマグネシウム合金であることを特徴とする請求項１記載のダイヤモンド砥石。
【請求項５】
含浸法が非加圧含浸法であることを特徴とする請求項１または４記載のダイヤモンド砥石。
【請求項６】
ダイヤモンド砥粒が炭化珪素被覆されていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載のダイヤモンド砥石。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載のダイヤモンド砥石を使用し、アルカリ系研削液を用いて加工することを特徴とする研削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤモンド砥粒を用いたメタルボンド砥石及び該砥石を用いた研削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドを砥粒として用いた砥石は、材料をほぼ選ばず使用でき、セラミックスや超硬合金などの硬質材料の研削も可能であることから、多くの用途で使用されているが、ダイヤモンドは結合材として使用されるレジンや金属との濡れ性が悪く、その結合力に課題があり、研削性能や寿命に大きく影響を与えている。近年では、その研削性能改良の為種々の提案がなされており、最近では結合レジンによる結合力向上の為、砥粒表面に金属酸化物を被覆し、更にカップリング剤を用いることにより、結合材レジンによる砥石保持力を高めた砥石が提案されている（特許文献１）。
また、メタルボンド砥石に関しても、結合材金属による砥粒の保持力を向上させる提案がなされており、その一つとしてダイヤモンドの表面にチタン等の活性金属を被覆し、結合材金属との密着力を上げる提案がなされている（特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２３５５６３号公報
【特許文献２】米国特許第３８７９９０１号
【特許文献３】特開２００２−５９３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
然しながら、これらの提案は金属酸化物被覆層や金属被覆層とレンジの結合力は向上するものの、ダイヤモンドと被覆層の接着強度は依然として低く、結合力の問題が完全に解決されたものではなく、砥石の寿命も十分に改善されているとは言い難いものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するものであり、ダイヤモンド砥粒を炭化珪素被覆し更に当該砥粒を用いて溶湯鍛造法にてメタルボンドとすることにより、砥粒の被覆層と結合材である金属層の結合力だけではなく、砥粒と被覆層の接着力も高く、結合力に優れたメタルボンドダイヤモンド砥石を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、従来のメタルボンドダイヤモンド砥粒に比べ結合性が強く耐久性に優れたダイヤモンド砥石を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は溶湯鍛造のための構造体である。
【図２】図２は溶湯鍛造のための構造体に使用する治具の断面図である。
【図３】図３は溶湯鍛造のための構造体図１のＡＡ‘の断面図である
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
ここで、ダイヤモンドと金属を複合化する製法は、大別すると含浸法と粉末冶金法の２種がある。このうち、特性面から、実際に商品化されているのは、含浸法によるものが多い。含浸法にも種々の製法が有り、常圧で行う方法と、高圧下で行う高圧含浸法がある。高圧含浸法には、溶湯鍛造法とダイキャスト法がある。
【０００９】
本発明に好適な方法の一つは、高圧下で含浸を行う高圧含浸法であり、ダイヤモンド−金属間の密着力に優れた緻密な複合体を得るには溶湯鍛造法が好ましい。溶湯鍛造法とは、一般的に、高圧容器内に、ダイヤモンド等の粉末又は成形体を装填し、これに金属等の溶湯を高温、高圧下で含浸させて複合材料を得る方法である。
また、ダイヤモンド砥粒の表面を炭化珪素被覆し、金属としてマグネシウム合金を使用する場合には常圧含浸法も好適な方法の一つである。マグネシウム合金は炭化珪素との濡れ性が良く、常圧含浸法でも緻密な複合体を得ることが可能になるからである。
【００１０】
原料であるダイヤモンド砥粒は、天然ダイヤモンド粉末もしくは人造ダイヤモンド粉末のいずれも使用することができる。また、該ダイヤモンド砥粒には、必要に応じて、金属や金属酸化物の被覆を施すことも可能である。しかしながら、従来の金属や金属酸化物による被覆は結合材と密着力は向上するものの、ダイヤモンド砥粒との接着力は十分なものではなく、炭化珪素被覆を用いるのがより好適である。
炭化珪素被覆はダイヤモンド砥粒の表面にβ型炭化珪素の層を形成したものであり、結合材となる金属との濡れ性を向上するとともに、ダイヤモンド砥粒への接着性も十分得ることが可能となる。
また、ダイヤモンド砥粒を上述のとおり成形体化してから金属と複合化する場合には、例えばシリカ等の結合材を添加してもよい。結合材を添加することにより、成形体を形成することができるという効果を得ることができる。
上記ダイヤモンド砥粒の粒径に関しては、砥石の用途に合わせて適宜選択することが可能である。
【００１１】
溶湯鍛造法によって得られる複合体は、適切な条件であれば溶湯が粉末同士の空隙間に行き渡るので、充填体積に対する粉末の体積の割合が、得られる複合体全体の体積に対する粉末材料の体積（粒子の含有量）とほぼ等しくなる。
ダイヤモンド砥粒の体積割合はその用途と粒径に応じて適宜決めることが可能であるが、従来のメタルボンドに比べ、溶湯鍛造法を用いることにより更にダイヤモンドの体積割合を高めることが可能である。
【００１２】
溶湯鍛造の準備として、結合材となる金属が含浸し得る多孔質体からなる型材（図１：１）、に金属やセラミックス等からなる心材（図３：５）を挿入し、その周辺に上記ダイヤモンド砥粒（図３：４）を図３に示すように配置し、その後型材と同じ材質からなる蓋材（図３：２）を配置することにより、型材、心材及び充填されたダイヤモンド砥粒からなる溶湯鍛造のための構造体とする。
ここで、図３は溶湯鍛造のための構造体の断面図であり、上記ダイヤモンド砥粒が充填された部分についての断面図である。なお、溶湯鍛造法で金属とダイヤモンド砥粒を複合化する際には、金属は、上記多孔質体からなる型材を通ってダイヤモンド砥粒が充填される部分に到達する。
ここで、溶湯鍛造法に用いる型材の材料としては、溶湯鍛造法にて金属が含浸できる多孔質体であれば特に制約はない。しかし、該多孔質体としては、耐熱性に優れ、安定した溶湯の供給が行える、黒鉛、窒化ホウ素、アルミナ繊維等の多孔質体等が好ましく用いられる。
【００１３】
本発明で結合材として用いる金属としてはアルミニウム合金（アルミニウムを主成分とする金属）、若しくはマグネシウム合金（マグネシウムを主成分とする金属）が好ましい。結合材として用いる金属は含浸時にダイヤモンド砥粒の空隙中（ダイヤモンド粒子間）に十分に浸透させるために、なるべく融点が低いことが好ましい。上述の通りアルミニウム合金は溶湯鍛造法に好適に用いることが可能であり、マグネシウム合金は常圧含浸法で好適に用いることが可能である。
溶湯鍛造法に好適なアルミニウム合金として、例えばシリコンを５〜２５質量％含有したアルミニウム合金が挙げられる。シリコンを５〜２５質量％含有したアルミニウム合金を用いることにより、アルミニウム−ダイヤモンド砥粒複合体の緻密化が促進されるという効果を得ることができる。
更に、上記アルミニウム合金にマグネシウムを含有させることにより、ダイヤモンド粒子と金属部分との結合がより強固になるので好ましい。また、また、砥石の用途に応じて結合材の硬度を変更したい場合には適宜、アルミニウム合金中の成分を変更することが可能であり、例えば、銅等が含まれていても良い。
【００１４】
以下溶湯鍛造法を例に具体的な製造方法を説明する。
上記記載の方法で得られた構造体を６００〜７５０℃程度で加熱する。そして、該構造体を高圧容器内に配置し、該構造体の温度低下を防ぐために出来るだけ速やかに、融点以上に加熱したアルミニウム合金の溶湯を給湯して２０ＭＰａ以上の圧力で加圧する。加圧状態で十分アルミニウム合金の融点以下まで冷却したのち、更に室温付近まで冷却する。その後構造体を切断し内部のメタルボンドダイヤモンド砥石を取り出すことが可能となる。
上記操作により、アルミニウム合金をダイヤモンド砥粒の空隙中に含浸させることで、アルミニウムを主成分とする結合材で保持されたメタルボンドダイヤモンド砥石が得られる。
本発明のメタルボンドダイヤモンド砥石はアルカリ系研削液への溶解性を要しており、アルカリ系研削液とともに用いることによりドレッシング等のメンテナンスの頻度を少なく加工を行うことが可能となる。
以下、実施例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
〔実施例１〕
溶湯鍛造の準備として、黒鉛の多孔質体からなる型材（図３の１）、にステンレスからなる心材（図３の５）を挿入し、その周辺に表面にβ型炭化珪素の層を形成したダイヤモンド砥粒（図３の４）を５５体積％となるように図３に示すように配置し、その後型材と同じ材質からなる蓋材（図３の２）を配置し、型材、心材及び充填されたダイヤモンド砥粒からなる溶湯鍛造のための構造体を得た。
得られた構造体を６５０℃程度で２時間予備加熱し、その後、該構造体を高圧容器内に配置し、構造体の温度低下を防ぐために出来るだけ速やかに、８００℃に加熱したシリコンを１２質量％含有するアルミニウム合金の溶湯を給湯して２０ＭＰａ以上の圧力で加圧した。加圧状態で十分アルミニウム合金の融点以下まで冷却したのち、更に室温付近まで冷却する。その後構造体を切断し内部のメタルボンドダイヤモンド砥石を取り出した。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
砥粒と被覆層の接着力も高く、結合力に優れたメタルボンドダイヤモンド砥石であり、を提供するものであり、研削性能や寿命に優れ、また、アルカリ系研削液とともに使用することによりドレッシング等のメンテナンス頻度を減らすことが可能となる。
【符号の説明】
【００１７】
１    型材
２    蓋材
３    セット部
４    ダイヤモンド砥粒
５    心材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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