(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド及び／又はｃＢＮ砥粒で複数の砥粒サイズを有するものを、それぞれ、
金属・金属酸化物・周期律のＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族遷移金属からなる群のうちの    いずれかの炭化物、窒化物、ホウ化物及びこれらの複合化合物の１種若しくは２種以    上の混合物より成る硬質相；又は、
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｃｒからなる群のうちの１種若しくは２種以上の    金属結合相；
より成る硬質合金の結合材粉末と個別的に混合して複数種類の混合粉末とし、
上記各混合粉末に成形バインダーをそれぞれ添加して更に個別的に混合し、乾燥後、各混合粉末を加圧してグリーンシートとし、
それらのグリーンシートを、中心部側に砥粒が粗粒子のものを配し、両面表層側に砥粒が細粒子のものを配して傾斜構造の積層体とし、
上記積層体を型に充填して加圧焼結又は焼成することにより、各グリーンシートで形成される円盤状の砥石薄板が一体に接合された多層構造のブレード成形体を得る、
ことを特徴とする多層構造ブレードの製造方法。
【請求項２】
砥粒サイズの異なる２種の砥粒をそれぞれ上記結合材粉末に５〜５０体積％混合して、第１及び第２の混合粉末を作製し、
それらの混合粉末を加圧成形して得た砥粒が粗粒子の第１のグリーンシートを中心側に、その両面に砥粒が細粒子の第２のグリーンシートをそれぞれ配して、３層構造の積層体とし、
この積層体により３層構造のブレード成形体を得る、
ことを特徴とする請求項１に記載の多層構造ブレードの製造方法。
【請求項３】
ブレードの積層体を、１０〜５０００ｋｇ／ｃｍ２で加圧しながら、１５０〜１３００℃の温度で焼結又は焼成する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の多層構造ブレードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックや金属あるいはそれらの複合材用を切断したり、溝入れ加工をするのに有効な、砥粒サイズが部分的に異なる多層構造のブレードの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
砥粒サイズが部分的に異なる多層構造のブレードは、特開昭６３−１７４８７７号公報等により既に知られている。
該従来の多層構造のブレードは、大径超砥粒を金属メッキ相中に分散してなる中央砥粒層の両側に、前記大径超砥粒の１／２以下の平均粒径を有する小径超砥粒を金属メッキ相中に分散してなる外側砥粒層を形成しており、そのために、
（ａ）被研削材への切り込みを、主に大径超砥粒によって行うので、切れ味及び研削速度が向上でき、
（ｂ）被研削材の研削断面を小径超砥粒によって研削するので、研削断面におけるチッピングやむしりが低減でき、研削断面の平面精度を向上させることができ、
（ｃ）研削作業の進行につれて刃先部の断面が凸形に摩耗するので、ブレードの刃先の振れを防ぐことができ、真っ直ぐな研削が行える、
といった効果を有している。
【０００３】
しかし、この多層構造のブレードは、電鋳法により製造されるものであり、そのために、砥粒を結合させる結合材としては金属メッキ（Ｎｉメッキ）の層しか選択できず、ブレードの用途に応じた最適な結合材を選択的に利用できないという大きな問題点を有しているばかりでなく、砥粒含有量（集中度）を簡易に変えることが困難であり、ブレードの剛性や耐摩耗性、耐久性を向上させることが困難であった。
【０００４】
また、電鋳法により砥粒サイズが部分的に異なる多層構造のブレードを製造する場合には、通常、砥粒サイズを変えるために電鋳中のブレードを他の電鋳槽に移す必要があり、その間は電鋳を中止して電鋳中のブレードを空気中に露出させるため、製造した多層構造のブレードを高負荷で使用する場合には層間剥離する可能性もあり、それを抑止するための配慮を必要とした。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記電鋳法により製造される多層構造ブレードの問題点を解決し、ブレードの用途に応じた最適な結合材を広範囲に選択できるようにしたところの、砥粒サイズが部分的に異なる多層構造ブレードの製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、多層構造ブレードにおける各層の砥粒含有量（集中度）を容易に変えることができ、多層構造ブレードの各層の厚さの調整等と関連して被切削材の性質に十分に適合する剛性や耐摩耗性、耐久性を持たせることを可能にし、ブレードの用途に適合する最適な性能を備えた多層構造ブレードを製造可能にする方法を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の課題は、電鋳法により砥粒サイズが部分的に異なる多層構造のブレードを製造する場合に生じる可能性がある層間剥離の問題を解消した多層構造ブレードの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の多層構造ブレードの製造方法は、
ダイヤモンド及び／又はｃＢＮ砥粒で複数の砥粒サイズを有するものを、それぞれ、
金属・金属酸化物・周期律のＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族遷移金属からなる群のうちの いずれかの炭化物、窒化物、ホウ化物及びこれらの複合化合物の１種若しくは２種以 上の混合物より成る硬質相；又は、
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｃｒからなる群のうちの１種若しくは２種以上の 金属結合相；
より成る硬質合金の結合材粉末と個別的に混合して複数種類の混合粉末とし、
上記各混合粉末に成形バインダーをそれぞれ添加して更に個別的に混合し、乾燥後、各混合粉末を加圧してグリーンシートとし、それらのグリーンシートを、中心部側に砥粒が粗粒子のものを配し、両面表層側に砥粒が細粒子のものを配して傾斜構造の積層体とし、上記積層体を型に充填して加圧焼結又は焼成することにより、各グリーンシートで形成される円盤状の砥石薄板が一体に接合された多層構造のブレード成形体を得ることを特徴とするものである。
【００１０】
上記多層構造ブレードの製造方法の好ましい実施形態においては、砥粒サイズの異なる２種の砥粒をそれぞれ結合材粉末に５〜５０体積％混合して、第１及び第２の混合粉末を作製し、それらの混合粉末を加圧成形して得た砥粒が粗粒子の第１のグリーンシートを中心側に、その両面に砥粒が細粒子の第２のグリーンシートをそれぞれ配して、３層構造の積層体とし、この積層体の加圧焼結又は焼成により３層構造のブレード成形体が形成される。
【００１１】
また、上記ブレードの積層体は、通常、１０〜５０００ｋｇ／ｃｍ２で加圧しながら、１５０〜１３００℃の温度で加圧焼結又は焼成される。
【００１２】
上記構成を有する本発明の多層構造ブレードの製造方法によれば、積層したグリーンシートの焼結によって多層構造ブレードを製造するため、従来の電鋳法とは異なり、ブレードの用途に応じた最適な結合材を、焼結又は焼成に利用できる広範囲なものの中から自由に選択することができ、特に硬質合金その他の硬質高強度材を用いることにより、薄いブレードでありながら剛性や耐摩耗性、耐久性に優れた多層構造ブレードを得ることができる。
【００１３】
また、砥粒サイズが部分的に異なる多層構造ブレードを得るに際し、結合材粉末に混合する砥粒の混合割合を変えるだけで、簡単にブレードを構成する各層の砥粒含有量（集中度）を容易に変えることができ、更にグリーンシートの厚さを適宜変えることにより、ブレードの各層の厚さも任意に変えることができる。
したがって、例えば目づまりがしやすい被加工材に対しては、砥粒含有量（集中度）を下げてブレードにおける砥粒間隔をあけることにより、切れ味を持続させると同時に加工負荷も小さくすることができ、また、ブレードが摩耗しやすい被加工材に対しては、砥粒含有量を上げることにより摩耗が抑えられ、加工面粗度も改善したブレードを製造することができるなど、被加工材の性質に十分に適合する剛性や耐摩耗性、耐久性を持たせ、ブレードの用途に適合する最適な性能を備えた多層構造ブレードを製造することができる。
しかも、電鋳法により砥粒サイズが部分的に異なる多層構造のブレードを製造する場合のように、層間剥離の問題も解消した多層構造ブレードが得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る多層構造ブレードの実施例の要部を示すもので、この多層構造ブレード１は、少なくとも３層のグリーンシートの加圧焼結又は焼成により、各グリーンシートで形成される円盤状の砥石薄板１１，１２，１３が一体に接合された多層構造のブレード成形体としたものである。各グリーンシートは、ダイヤモンド若しくはｃＢＮ砥粒、又はそれらの混合砥粒で複数の砥粒サイズを有するものを、それぞれ結合材粉末と混合したうえでグリーンシートとし、それらのグリーンシートを、中心部側に砥粒が粗粒子のものを配し、両面表層側に砥粒が細粒子のものを配した傾斜構造に積層して、それらの加圧焼結又は焼成により、各グリーンシートで形成される円盤状の砥石薄板１１，１２，１３が一体に接合された多層構造のブレード成形体としている。
【００１５】
上記図１のブレード成形体は、その中心部側に粗粒子の砥粒１１ａが結合材１１ｂ中に混入された砥石薄板１１を配し、その両面表層側に細粒子の砥粒１２ａ，１３ａが結合材１２ｂ，１３ｂ混入された砥石薄板１２，１３を配して３層に積層したもので、砥粒に関して傾斜構造を持つようにして焼結又は焼成したものである。そして、この図１に示すブレード成形体では、中心部側の砥石薄板１１の両面に積層した砥石薄板１２，１３における砥粒１２ａ，１３ａとして、砥石薄板１１内の砥粒１１ａよりも平均粒径が小さい互いに同サイズの細粒子を用いている。
なお、本発明のブレード成形体は、必ずしも３層とする必要はなく、例えば、図１の中央部側の砥石薄板１１に対応するものを２層にするとか、中央部側の砥石薄板１１と両面表層側の砥石薄板１２，１３との間に中間層を介在させるなど、適宜数を積層したものとすることができる。
【００１６】
上記砥石薄板１１〜１３における結合材１１ｂ〜１３ｂとしては、金属、樹脂、金属と樹脂の複合材、金属酸化物、周期律のＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族遷移金属の炭化物、窒化物、ホウ化物及びこれらの複合化合物の１種若しくは２種以上の混合物より成る硬質相、又は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｃｒの１種若しくは２種以上の金属結合相より成る硬質合金などを好適に用いることができる。
中心部側の砥石薄板１１における結合材と、その両側における砥石薄板１２，１３における結合材とは、それらの間で剥離が生じるのを避けるために同一のものであるのが望ましいが、それぞれの砥粒の機能との関連で異なる材料を用いることもできる。この場合、多層構造のブレードに層間剥離が生じないような結合材を選択する必要がある。
【００１７】
上記結合材に対する各サイズのダイヤモンド又はｃＢＮ砥粒の混合比としては５〜５０体積％が適切であり、混合比がその下限値未満では、切断に寄与する砥粒が少な過ぎて研削抵抗が大きくなり、かつ耐摩耗性が十分でなく、加工精度の悪化を防ぐのが困難になり、また、混合比が上限値を超えると、砥粒間隔が小さくなって、加工時に目詰まりが生じ易くなり、かつ加工物に対する砥粒の食い込みが悪くなり、加えて衝撃に対して弱くなり、切断加工時にブレードが破損し易くなって危険になる。この体積率は、１０〜３５％とするのが更に望ましく、それによって、所期の効果をより高めることができる。
上記粗粒子及び細粒子の砥粒の砥粒サイズの選択は、金属あるいはセラミックス、あるいはそれらの複合材等の被加工材の要求する加工品質、加工精度によって決定される。
【００１８】
次に、上記多層構造ブレードの製造方法について説明する。
本発明に基づく多層構造ブレードの製造に際しては、まず、ダイヤモンド若しくはｃＢＮ砥粒、又はそれらの混合物で、複数の砥粒サイズを有するものを、それぞれ結合材粉末と５〜５０体積％混合して、それらの混合粉末をそれぞれグリーンシートとし、それらのグリーンシートを中心部側に砥粒が粗粒子のものを配し、両面表層側に砥粒が細粒子のものを配して傾斜構造の積層体とする。
【００１９】
結合材としては、前述した硬質相や硬質合金等を用いることができ、これらの結合材は、製造しようとするブレードの用途に応じて適宜選択される。各砥石薄板を構成するグリーンシートの砥粒含有量（集中度）は、結合材粉末に混合する砥粒の混合割合を変えるだけで、簡単に調整しることができる。
したがって、目づまりがしやすい被研削材に対しては、砥粒含有量（集中度）を下げてブレードを構成する砥粒間隔を開けることにより、切れ味が持続し、加工負荷も小さいブレードを製造することができ、ブレード摩耗がしやすい被研削材に対しては、砥粒含有量（集中度）を上げることにより、摩耗が抑えられ、加工面粗度も改善したブレードを製造することができる。
【００２０】
そして、上記積層体を型に充填し、その結合材の種類に応じて、１０〜５０００ｋｇ／ｃｍ２で加圧しながら、１５０〜１３００℃の温度で焼結又は焼成することにより、各グリーンシートで形成される円盤状の砥石薄板が一体に接合された多層構造のブレード成形体を得る。
【００２１】
その際、上記型に充填する各グリーンシートの厚さを任意に変えることにより、各砥石薄板の板厚、あるいは各砥石薄板の板圧比を任意に調整した３層構造のブレード成形体を得ることができる。例えば、中心部側の砥粒が細粒子の砥石薄板の板厚を大きくすることにより被研削材への切り込みを重視したブレードを製造することができ、また、両表面側の砥粒が細粒子の砥石薄板の板厚を大きくすることにより、研削断面におけるチッピングやむしりの低減を重視したブレードを製造することができる。
【００２２】
更に、このブレード成形体は、中心部側に配置した砥石薄板における粗粒子の砥粒による被加工物への加工ダメージが排除できるようにすることが必要であるため、各砥石薄板の厚さは、被加工物に要求される加工特性によって定められるべきである。
しかし、中心部側の砥石薄板が薄くなれば、加工品質がよくなるものの、両面側の細粒子の砥粒をもつ砥石薄板の厚さが増して目詰まりが発生しやすくなり、その結果、目立ての頻度が多くなって、ブレードの寿命も短くなることも考慮する必要がある。
【００２３】
このような本発明の多層構造ブレードによれば、砥粒サイズが部分的に異なる多層構造ブレードを焼結法によって成形するようにしているので、ブレードの用途に応じた最適な結合材を広範囲の材料から選択して、用途に適した多層構造ブレードを得ることができる。
なお、図１によって説明した上記多層構造ブレード１は、図２及び図３に示すように、スペーサ２１を介してそれらの複数を一定間隔で配置し、一対の取付用フランジ２２，２２により回転軸２３に挟持させて、ナット２４により締付け固定するなどの形態で、被加工物の切断等に供されるものであり、その場合に、上記多層構造ブレードは、オールブレードタイプ又は芯金タイプのブレードとして構成することができる。
【００２４】
【実施例】
以下に本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００２５】
〔実施例１〕
Ｃｕ８０重量％、Ｓｎ２０重量％の平均粒子径１０μｍのＣｕ−Ｓｎ合金粉末（結合材）７５体積％と１５００メッシュのダイヤモンド砥粒２５体積％、及び同じＣｕ−Ｓｎ合金粉末７５体積％と１０００メッ  シュのダイヤモンド砥粒２５体積％を、それぞれ乳鉢で個別的に混合した。そして、それぞれに８重量％濃度のＰＶＡ成形バインダーを体積で１０％添加して更に混合した。
乾燥後、φ１０２×３５Ｈの型にＣｕ−Ｓｎ合金粉末と１５００メッシュのダイヤモンド砥粒の混合粉末を充填し、１ｔ／ｃｍ２の加圧により、グリーンシートで０．１５ｍｍの厚さになるように、２枚の成形体を作成した。
同様に、Ｃｕ−Ｓｎ合金粉末と１０００メッシュのダイヤモンド砥粒の混合粉末を型に充填し、１ｔ／ｃｍ２の加圧により、グリーンシートで０．１５ｍｍの厚さになるように、１枚の成形体を作成した。
【００２６】
そして、粗粒子の砥粒を用いた後者の成形体を中心部側にして、その両面側に前者の成形体を重ね、砥石薄板を３層に積層したブレード成形体を作製した。
次に、この３層構造のブレード成形体を、φ１０２．５×３４．５Ｈのカーボン型に押入し、０．５ｔ／ｃｍ２で加圧成形しながら、８００℃で１０分間保持して焼成した。
これを、全体の厚さが０．２２５ｍｍになるようにラップ加工し、中心部側の１０００メッシュダイヤモンドの層が約０．０７５ｍｍ、両面側の１５００メッシュダイヤモンドの層がそれぞれ約０．０７５ｍｍになるようにした３層タイプのダイヤモンドブレード成形体を得た。
【００２７】
得られたブレード成形体の外径及び内径を、それぞれφ１０２×４０Ｈに仕上げ、突き出しが３ｍｍになるようにステンレス製スペーサを用いてフランジに組み込み（図２及び図３参照）、機械に装着した。
被加工物の切断には、スライシングマシンを使用し、砥石回転数１０，０００ｒｐｍ、送り速度１５０ｍｍ／分で切断加工を行った。
切断用被加工物は、磁気ヘッド用素材として使用されている、長さ７０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣを、フェライトにエポキシ系樹脂で接着したものである。
切断の評価は、７０ｍｍ長さのＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣを０．５ｍｍのピッチで１００ライン加工し、面粗度及び端面のチッピングの大きさ、加工面のうねり、研削抵抗、ブレードの摩耗を測定することによって行った。
【００２８】
上記により製造されたブレード成形体と、後述する比較例として製造したブレード成形体の加工評価を表１に示す。
同表からわかるように、上記ブレード成形体は、比較例に比してチッピング、研削抵抗、半径摩耗（ブレードの摩耗）、切断バープロファイル（平面度）、切断バーラフネス（面粗度）のいずれにおいても優れていることが確認された。
【表１】
0004084070.tif 000002
【００２９】
〔比較例１〕
Ｃｕ８０重量％、Ｓｎ２０重量％の平均粒子径１０μｍのＣｕ−Ｓｎ合金粉末７５体積％と、１５００メッシュのダイヤモンド砥粒２５体積％を乳鉢で混合した。そして、８重量％濃度のＰＶＡ成形バインダーを体積で１０％添加して更に混合した。
乾燥後、φ１０２×３５Ｈの型に上記混合粉末を充填し、１ｔ／ｃｍ２ の加圧により、グリーンシートで０．４５ｍｍの厚さになるように成形した。
この成形体を、φ１０２．５×３４．５Ｈのカーボン型に押入し、０．５ｔ／ｃｍ２ で加圧成形しながら、８００℃で１０分間保持して焼成した。
これを全体の厚さが０．２２５ｍｍにラップ加工した。
得られたブレード成形体の外径、内径をそれぞれφ１０２×４０Ｈに仕上げ、上記実施例と同様の切断試験を行った。
この比較例のブレード成形体３１の断面は、図４に示す部分拡大図のように、結合材３１ｂ中に細粒子の砥粒３１ａだけを含む単層構造のものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明によれば、砥石の砥粒含有量（集中度）を容易に変えることができ、多層構造ブレードの各層の厚さや各層の厚さの割合を容易に変えることができ、結合材の選択の幅を広げることが可能な、砥粒サイズの異なる多層構造ブレードの製造方法を提供することができる。
又、本発明によれば、薄いブレードでありながら剛性や耐摩耗性があり、加工精度が高く、耐久性に優れた多層構造ブレードの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層構造ブレードの実施例の一部拡大縦断面図である。
【図２】上記多層構造ブレードの使用態様を示す側面図である。
【図３】上記多層構造ブレードの使用態様を示す正面図である。
【図４】性能試験に比較例として用いたブレードの一部拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１    多層構造ブレード
１１〜１３    砥石薄板
１１ａ〜１３ａ    砥粒
１１ｂ〜１３ｂ    結合材
【図１】
0004084070.tif 000003
【図２】
0004084070.tif 000004
【図３】
0004084070.tif 000005
【図４】
0004084070.tif 000006