説明

ラップホイール用砥粒層構造

【課題】適切な砥粒保持力を有する砥粒層構造を実現して、安定した切れ味を維持しつつ、加工品位を高めることが可能なラップホイール用砥粒層構造を提供する。
【解決手段】ダイヤモンド等からなる砥粒11は、Cu、Ni、Feまたはこれらの金属を含む合金からなる球状のボンド粒14の表面に接合している。隣り合うボンド粒14はそれぞれの接点で結合して気孔15を形成している。ボンド粒14は気孔15に存在する焼結助剤16によって固定されている。焼結助剤16は、Sn、Ag、Pまたはこれらの混合物からなるものであって、ボンド粒14同士の接合や砥粒を保持する機能を有するものである。ボンド粒14の周囲には焼結助剤16との反応層17が形成される。焼結助剤16はこの反応層17に沿って層状に広がり、ボンド粒16同士は焼結助剤16によって結合している。また、砥粒11はこの焼結助剤16によって保持されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ラップ加工において用いられるラップホイール用の砥粒層構造に関する。
【背景技術】
【0002】
ラップ加工とは、研磨材を含有した研磨液を使用して、定盤により被研磨体の表面の凹凸、不要層の除去を目的として行われるものである。ラップ加工法のうち、両面ラップにおいては、被加工物を収納できる孔を有する樹脂などからなるキャリアと呼ばれる板に被加工物を収納し、このキャリアを2枚の定盤の間に配置し、2枚の定盤の間にアルミナなどの微粉末を含むスラリーを供給し、2枚の定盤を反対方向に回転させることにより、被加工物の表面を研磨する遊離砥粒ラップ加工が一般的である。
しかしながら、遊離砥粒のラップ加工では、砥粒が転動しながら被加工物を削るためその加工能率が低く、ダイヤモンド砥粒を結合材で保持した固定砥粒ラップホイールが用いられるようになってきた。
【0003】
図2に、固定砥粒ラップホイールを示す。
図2において、ラップホイールは上定盤1と下定盤2とからなり、キャリア3に被削材4が収納されている。キャリア3は被削材4を収納できる孔を有するものであり、このキャリア3が上定盤1と下定盤2との間に配置される。上定盤1と下定盤2の中心には回転軸5が取り付けられ、2枚の定盤の間にアルミナなどの微粉末を含むスラリーを供給し、2枚の定盤を反対方向に回転させることにより、被削材4の表面が研磨される。
【0004】
ラップホイールには、ダイヤモンド等からなる砥粒をボンド材で結合させた砥粒層が形成されている。この砥粒層の一例を図3に示す。図3においては、砥粒11を高融点の金属であるCu、Co、Ni等と、低融点の金属または合金であるSn、ブロンズ等によって結合したものであり、このようにして砥粒層を形成すると、ボンド材12の砥粒保持力が大きくなりすぎて、砥粒11が摩滅し、または破砕しても脱落しないようになる。そのため、研削抵抗が大きくなり切れ味が低下する。
【0005】
また、図4に砥粒層の他の例を示す。図4に示す砥粒層は、砥粒11をCu、Sn、グラファイト等からなるボンド材12で結合し、このボンド材12中に気孔を設けたものである。このようにして砥粒層を形成すると、ボンド材12の強度が小さくなりすぎて、研削抵抗が大きくなったときに砥粒11とボンド材12の一部が結合した状態のボンドブリッジ13として欠落して、被削材に傷が生じてしまう。
メタルボンドダイヤモンド焼結体において、メタルボンドの組成を考慮したものが特許文献1に記載されている。
【0006】
【特許文献1】特開昭61−173862号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献1記載の発明は、砥粒を粒度の比較的細かいニッケルや銅で機械的に保持し、銅とニッケルが金属間化合物を形成する際に空孔を生じ目詰まりを防止するものであるが、砥粒を機械的に保持するので砥粒の保持力が大きくなり過ぎて砥粒が摩滅又は破砕して脱落しない。又、空孔の量が多くなりすぎるとボンドブリッジの欠落が生じ被削材に傷が生じてしまう。この為、この組成の砥粒層をラップホイールの砥粒層に適用して砥粒保持力を適度なものとすることはできない。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、適切な砥粒保持力を有する砥粒層構造を実現して、安定した切れ味を維持しつつ、加工品位を高めることが可能なラップホイール用砥粒層構造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】
【0008】
以上の課題を解決するために、本発明のラップホイール用砥粒層構造は、金属粉末からなるボンド粒をそれぞれの接点で結合して気孔を形成し、前記気孔内に砥粒と焼結助剤を配置して砥粒層を形成し、前記砥粒が焼結助剤によって保持されていることを特徴とする。
砥粒はボンド粒の間に存在する気孔において、焼結助剤によって保持されている為に、適度な砥粒保持力を有し安定した切れ味を維持できる。また、ボンド粒はその接点で接合されているので、ボンド粒の摩耗が進行すると適度に抜け落ちることができる。ボンド粒の間に形成された気孔やボンド粒が抜け落ちた跡はチップポケットになり、研削液の流れが良くなり切れ味が向上する。
また、この構造は弾性を有するので、研削時の振動を吸収し異常な砥粒の脱落やボンドの抜け落ち、ボンドブリッジの欠落を防止でき、スクラッチの発生を防止して加工品位を高めることが可能となる。
【0009】
本発明においては、前記ボンド粒の平均粒径は前記砥粒の平均粒径の3倍以上10倍以下であることが好ましい。
ボンド粒の平均粒径が砥粒の平均粒径の3倍未満であるとボンド粒の間の気孔が小さい為に、砥粒を機械的に固定するので砥材の保持力が大きくなり砥粒の脱落ができずに切れ味が悪くなり好ましくない。一方、ボンド粒の平均粒径が砥粒の平均粒径の10倍を超えると、ボンド粒に間の気孔に保持力の弱い砥粒が配置され、砥粒の脱落が増え切れ味の低下やスクラッチが発生するので好ましくない。
【0010】
本発明においては、ボンド粒は、Cu、Ni、Feまたはこれらの金属を含む合金からなり、前記焼結助剤は、Sn、Ag、Pまたはこれらの混合物からなることが好ましい。
Cu、Ni、Fe、は延性に富む金属であるため、ボンド粒が、Cu、Ni、Feまたはこれらの金属を含む合金からなることにより、ボンド粒が被削材に接触しても変形しやすく被削材に傷が発生せず良好な仕上面を得ることができる。また、焼結助剤が、Sn、Ag、PからなることによりCuやNi、Feの表層で合金化しやすく、ボンド粒同士の接合を補助することができる。また、これらの合金はCuやNi、Feの単体に比べて脆化しており砥粒の保持力が低く、砥粒の適度な脱落を生じることができる。
【0011】
本発明においては、前記ボンド粒は噴霧法で作られた球状の金属や合金からなることを特徴とする。
球状の金属又は合金とすることで、ボンド粒の接点を小さくしボンド粒間に大きな気孔を設けることができので、結果として砥粒を機械的に保持することを抑制できる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によると、砥粒層は適度な砥粒保持力を有するため、安定した切れ味を維持しつつ、スクラッチの発生を防止して加工品位を高めることが可能なラップホイール用砥粒層構造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】
【0013】
以下、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図1(a)に、本発明の実施形態に係るラップホイール用砥粒層構造を示す。
図1(a)において、ダイヤモンド等からなる砥粒11は、Cu、Ni、Feまたはこれらの金属を含む合金からなる球状のボンド粒14の表面に接合している。隣り合うボンド粒14はそれぞれの接点で結合して気孔15を形成している。ボンド粒14は気孔15に存在する焼結助剤16によって固定されている。焼結助剤16は、Sn、Ag、Pまたはこれらの混合物からなるものであって、ボンド粒同士の接合や砥粒を保持する機能を有するものである。
【0014】
図1(a)に示す砥粒層構造は、以下の方法によって実現することができる。
ボンド粒14を形成する金属粉末と焼結助剤16、および砥粒11を攪拌し、必要量を型に投入してプレス機にて圧力を加え、圧粉体を製造する。このとき、プレス圧力で圧粉体の体積を調整し、砥粒層に内在する気孔量を調整する。次に、焼結機に圧粉体を入れ、金属粉末の表面と焼結助剤16とが反応する温度に達するまで温度を上昇させ、この温度を一定時間維持した後冷却する。このときの温度が上がり過ぎると、金属粉末の表面だけでなくその内部まで反応してしまい、接点だけでなく面で接合するようになるため好ましくない。
【0015】
このようにして製造された砥粒層においては、金属粉末と焼結助剤16とが反応して、図1(b)に示すように、ボンド粒14の周囲には焼結助剤16との反応層17が形成される。焼結助剤16はこの反応層17に沿って層状に広がり、ボンド粒14同士は焼結助剤16によって結合している。また、砥粒11はこの焼結助剤16によって保持されている。
【0016】
焼結助剤16として用いられるSnやAgは、ボンド粒14を形成する金属粉末より溶融温度が低いため、焼結助剤16が溶融しても金属粉末は溶融していない。そのため、金属粉末の表面で合金化することができ、表面で接合することができる。焼結助剤16は金属粉末より脆く強度が低いため、砥粒11を適度に脱落させることができる。
また、Pは特にCuやCu合金と強く反応し、反応した部分に金属化合物や空隙を生じやすい。このため、焼結助剤16として金属を接合する機能を有するとともに、表面に空隙を増やす機能を有する。また、PとSnとを併せて使用すると、その相乗効果で、空隙の発生とこれによる比表面積の増加によって接合力が向上する。
【0017】
ボンド粒14の平均粒径は砥粒11の平均粒径の3倍以上10倍以下としている。また、砥粒層全体に対してそれぞれの構成要素が占める割合は、砥粒11は0.5〜5体積%、ボンド粒14は65〜90体積%、焼結助剤16は3〜10体積%、気孔15は5〜20体積%である。ボンド粒14の硬度は30〜90HRBとしている。
【0018】
以下に、具体的な作製例と試験例を示す。
(試験例1)
以下の条件で砥粒層を形成して、発明品を作製した。
砥粒 平均粒径10μmのダイヤモンド :2.5体積%
ボンド粒 平均粒径50μmNiとCuの合金粉末(噴霧粉):81.5体積%
焼結助剤 SnとP:8体積%(Snが5体積%、Pが体積3%)
気孔 8体積%
表1に、発明品とは異なる組成で砥粒層を形成した従来品(No1〜No4)と、発明品(No5)の構成と研削性能を示す。なお、表1における配合割合はいずれも体積%を示す。試験条件は以下の通りである。
使用ホイール 外径 250mm、穴径 100mm、砥粒層幅 50mm
回転数 100rpm
被削材 ガラス
【0019】
【表1】

【0020】
以上の結果から、発明品は従来品と比較して、切れ味、チッピングともに優れていることがわかる。
(試験例2)
砥粒であるダイヤモンドの粒径とボンド粒径を変化させて性能比較を行った。試験条件は、粒径を除いて実験1と同じである。
表2に、ダイヤモンド粒径、ボンド粒径の値と、それぞれの場合の研削性能を示す。
【0021】
【表2】

【0022】
以上の結果から、ボンド粒の平均粒径は砥粒の平均粒径の3倍以上10倍以下であるときに切れ味、チッピングともに良好であることがわかる。
(試験例3)
焼結助剤を用いたときと用いないときの研削性能の比較を行った。試験条件は試験例1と同様である。
【0023】
【表3】

以上の結果から、焼結助剤を用いることによって、切れ味、チッピングともに良好となることがわかる。
【0024】
本発明の砥粒層構造によると、ボンドブリッジが欠落することなく、切れ味が良好であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【0025】
本発明は、安定した切れ味を維持しつつ、スクラッチの発生を防止して加工品位を高めることが可能なラップホイール用砥粒層として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の実施形態に係るラップホイール用砥粒層構造を示す図である。
【図2】固定砥粒ラップホイールを示す図である。
【図3】砥粒層の一例を示す図である。
【図4】砥粒層の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【0027】
11 砥粒
12 ボンド材
13 ボンドブリッジ
14 ボンド粒
15 気孔
16 焼結助剤
17 反応層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属粉末からなるボンド粒をそれぞれの接点で結合して気孔を形成し、前記気孔内に砥粒と焼結助剤を配置して砥粒層を形成し、前記砥粒が焼結助剤によって保持されていることを特徴とするラップホイール用砥粒層構造。
【請求項2】
前記ボンド粒の平均粒径は前記砥粒の平均粒径の3倍以上10倍以下であることを特徴とする請求項1記載のラップホイール用砥粒層構造。
【請求項3】
前記ボンド粒はCu、Ni、Feまたはこれらの金属を含む合金からなり、前記焼結助剤は、Sn、Ag、Pまたはこれらの混合物からなることを特徴とする請求項1または2記載のラップホイール用砥粒層構造。
【請求項4】
前記ボンド粒は噴霧法で作られた球状の金属や合金からなることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のラップホイール用砥粒層構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2006−7360(P2006−7360A)
【公開日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−186897(P2004−186897)
【出願日】平成16年6月24日(2004.6.24)
【出願人】(000111410)株式会社ノリタケスーパーアブレーシブ (73)
【出願人】(000004293)株式会社ノリタケカンパニーリミテド (449)
【Fターム(参考)】