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超砥粒ホイール - ノリタケダイヤ株式会社
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発明の名称 超砥粒ホイール
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−146766
公開日 平成10年(1998)6月2日
出願番号 特願平8−305073
出願日 平成8年(1996)11月15日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 久
発明者 竹内 恵三 / 熊本 健一郎
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 結合剤としてCoを含む超硬合金からなる台金の表面に超砥粒層を固着した超砥粒ホイールにおいて、前記超硬合金のCo含有量を10%以上としたことを特徴とする超砥粒ホイール。
【請求項2】 前記超硬合金のCo含有量が10〜25%の範囲であることを特徴とする請求項1記載の超砥粒ホイール。
【請求項3】 前記超硬合金が、WC−Co系、WC−TiC−Co系、WC−TiC−TaC−Co系のいずれかであることを特徴とする請求項1,2記載の超砥粒ホイール。
【請求項4】 前記砥粒層が、レジノイドボンド砥粒層、メタルボンド砥粒層、ビトリファイドボンド砥粒層、電着砥粒層のいずれかであることを特徴とする請求項1〜3記載の超砥粒ホイール。
【請求項5】 前記砥粒層と台金との接合が、接着剤接合、焼結接合、メッキ接合、溶接接合、溶射接合のいずれかであることを特徴とする請求項1〜4記載の超砥粒ホイール。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は各種被削材の研削等に使用される超砥粒ホイール、特に台金として超硬合金を使用した超砥粒ホイールに関する。
【0002】
【従来の技術】台金の周面にダイヤモンド砥粒やCBN砥粒からなる超砥粒層を固着形成したダイヤモンドホイールが、従来より各種被削材の研削に使用されている。
【0003】このような台金の材質としては、一般に、剛性に優れた鉄系のものや、軽量性に優れたアルミ系のものが使用されているが、近年、特に精密加工に用いられる超砥粒ホイールの台金として、特公昭63−33989号公報、実公平2−3428号公報などに開示されているように、超硬合金(cemented carbide)が使用される場合もある。
【0004】超硬合金は、炭化タングステン、炭化チタンなどの非常に硬い化合物の粉末と、コバルトなどの金属粉末を結合剤として高圧で圧縮し、高温に加熱して、焼結・成形させたもので、高硬度、高剛性、高耐磨耗性が最大の特徴である。したがって、超砥粒ホイールの台金に超硬合金を採用することにより、従来の材質では所定の剛性が得られない薄い台金や細長い形状の台金の場合にも、変形が生じにくく磨耗も少ないため、高剛性、高耐磨耗性台金、すなわち高精度、高能率加工に対応できる超砥粒ホイールを得ることができる。
【0005】ところが、台金材料として超硬合金を使用した場合、砥粒層と超硬合金製台金との密着性が悪く、このため、使用中に砥粒層が剥離し、甚だしい場合には台金部分の破損に至る場合もある。密着性が悪い原因としては、超硬合金成分中の炭化物への接着剤若しくはボンド剤の濡れ(親和性)が悪く、炭化物以外のCoなどの金属成分との接合しかなされないことにある。
【0006】この対策として、特公昭63−33989号公報には、ニッケルメッキにより砥粒を電着した電着砥石において、台金とニッケルメッキ層との結合力及び強度を高めるためにチッ化チタンをコーティングする技術が開示されている。超硬合金とチッ化チタン及びチッ化チタンとニッケルメッキ層とはそれぞれ密着性に優れ、これによって、極めて強固に固着された砥粒層を有する電着砥石を得ることができるとされている。
【0007】また、実公平2−3428号公報では、超硬合金製台金の表面に、研削時の発熱によって溶融したり軟化しない金属が溶着され、さらにその表面に砥粒が電着された砥石が開示されている。ここで、研削時の発熱によって溶融したり軟化しない金属としては、銀、銀合金、あるいは、銅、銅合金が使用される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記方法では、それぞれチッ化チタンのコーティングプロセス、または超硬合金製台金の表面に金属を溶着させるプロセスが必要となる。また多少の接合強度向上とはなるが、基本的には超硬合金と中間コーティング材との密着性には限界があり、充分とは言えない。
【0009】本発明は、上記したようなコーティングプロセスを経ることなく、接合強度に優れた超砥粒ホイールを得ることを第1の目的とし、さらに、レジノイドボンド砥粒層、メタルボンド砥粒層、ビトリファイドボンド砥粒層、及び電着砥粒層の全てについて接合力の向上が期待できる超砥粒ホイールを得ることを第2の目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達成するために、超硬合金中の金属成分に着目し、種々の材料について接合強度の比較検討を行った結果、超硬合金製台金と砥粒層の接合力は、超硬合金成分中のCo成分に左右されることを知見し本発明を完成するに至ったものである。
【0011】すなわち、本発明は、結合剤としてCoを含む超硬合金からなる台金の表面に超砥粒層を固着した超砥粒ホイールにおいて、前記超硬合金のCo含有量を10%以上としたことを特徴とする。
【0012】Co含有量が接合強度にどのような影響を与えるかの論理的な解明は、今後の研究に待たねばならないが、炭化物に比べ、接着性、界面反応性、メッキ析出性のいずれにも優れるCo成分が増加することにより、全てのボンド剤に対して接合力が向上するものと推察される。
【0013】超硬合金中のCo成分が増加することは、レジノイドボンドやビトリファイドボンドなどのように、接着剤による接合の場合、超硬合金製台金と接着剤間の接合力が向上することにより、台金と砥粒層間の接合力が向上する。メタルボンドのように焼結による場合、超硬合金製台金と、Cu,Sn,Fe,Coなどのメタルボンド主成分と反応焼結が進みやすくなり、その接合力が向上する。また、電着の場合、メッキの析出面が広くなることにより、析出密着性が強固になり、接合力が向上する。これによって、いずれのボンド材を用いた場合にも、プレコーティングなどの処理を施すことなく超硬合金製台金と砥粒層との接合強度を向上させることができる。
【0014】ここで接着剤としては、フェノール系接着剤やエポキシ系接着剤を使用することができるが、特に、接着強度、耐熱性、耐磨耗性の点からはフェノール系接着剤が望ましい。
【0015】また、焼結による場合には、従来公知の技術を用いることができるが、特にボンド成分としては、Co成分との反応性に優れ、メタルボンド成分として一般的に使用されているCo,Fe,Ni,Cu,Sn,Zn及びその複合成分とするのが望ましい。
【0016】さらに電着メッキの場合には、特に、Ni,Cu,Crなどの電気メッキ及び無電解メッキとするのが望ましい。
【0017】本発明においては、実用上支障のない接合強度、すなわち、5kg/mm2 の強度を発揮することができるCo含有量10%以上をもって本発明の範囲とした。Co含有量は多くなるとさらに接合強度、靭性は向上するものの、硬度、剛性が低下するために、上限としては25%程度が望ましい。Co含有量が25%以上になると、硬度はHRA81程度となり、焼入鋼と同程度のレベルとなる。また、剛性の低下も大きく、超硬合金製台金の特徴が削減される。
【0018】超硬合金としては、WC−Co系、WC−TiC−Co系、WC−TiC−TaC−Co系のいずれも使用することができるが、いずれもCoを結合剤として含有していることが必要である。
【0019】また砥粒層としては、従来公知のレジノイドボンド砥粒層、メタルボンド砥粒層、ビトリファイドボンド砥粒層、電着砥粒層のいずれにも使用することが可能であり、加工用途により適宜砥粒層ボンドを選択することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下本発明の特徴を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施の形態である超砥粒ホイールによる加工状況を示す斜視図、図2は図1に示す超砥粒ホイールの部分断面図を示す。
【0021】同図において10は円盤状の台金、11は台金10の外周に固着された超砥粒層で、台金材料として、WCとCoの合金からなる超硬合金を使用している。
【0022】この基本形状を有する超砥粒ホイールにおける台金のCo含有量を、表1に示すように5〜25%まで変化させ、それぞれ、レジノイドボンドの接着剤接合、メタルボンドの焼結接合、および電着により、図1及び図2に示すものを製作した。表1には、それぞれのCo含有量における、硬度(HRA)、抗折力(Kg/mm2 )、破壊靭性値K1 C(MN・m-1.5)を示している。
【0023】
【表1】

【0024】なお、レジノイドボンドの接着剤としてはフェノール系接着剤を用い、これを超硬合金台金表面に塗布後、レジノイドボンド砥粒層を昇温、加圧成形することにより接合した。
【0025】メタルボンドの焼結条件としては、金型中へ超硬合金台金を装入後、メタルボンド砥粒層成分混合体を充填、昇温加圧成形することにより接合した。
【0026】また、電着の条件は、電気Niメッキ浴槽中へ超硬合金台金を浸漬後、Niメッキにて砥粒を固着した。
【0027】表2は製作の試験結果を示し、接着剤接合および焼結接合の場合、Coの含有量が10%未満では接合不良により製作そのものができす、また、電着の場合でもCoの含有量が8%で一部製作ができたに過ぎなかった。
【0028】
【表2】

【0029】表3は上記方法により製作した超砥粒ホイールを用いて実際に研削試験を行った結果を示す。試験条件は以下の通りである。
機械 :横軸平研 ホイール:150D×0.6T×3X SD170 Conc.100 被削材 :アルミナセラミックス 方式 :湿式切断研削 条件 :周速 1600m/min 送り 30mm/min 切り込み 5mm【0030】
【表3】

【0031】表3に示すように、Co含有量が10%を越えるものについては、砥粒層の剥離もなく良好な研削結果が得られたのに対し、Coの含有量が8%である電着ホイールでは砥粒層の剥離が見られた。
【0032】図3は、上記試験により製作した、レジノイドボンドおよびメタルボンドにおける超硬合金製台金のCoの含有量の変化と接合強度の関係を示すグラフである。
【0033】同図に示すように、Co含有量が10%を越えるものについては、実用的な接合強度の目安といえる5kg/mm2 を確保することができた。特に、メタルボンドの場合、10%を境として急激な接合強度の上昇が確認された。
【0034】なお上記実施の形態では、WCとCoの合金について述べたが、WC−TiC−Co系、WC−TiC−TaC−Co系についても同様の効果が確認された。
【0035】さらに上記実施の形態では、円盤状台金の外周に砥粒層を固着した超砥粒ホイールについて述べたが、本発明はこれに限定されず、例えば、図4に示すように、棒状の台金13の先端に超砥粒層14を固着した内面研削用の超砥粒ホイールについても無論適用可能である。
【0036】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏することができる。
【0037】(1)超硬合金のCo含有量を10%以上としたことによって、従来のようなプレコーティングなどを施すことなく、従来の接合方法によって充分な接合強度を有する超砥粒ホイールが得られる。
【0038】(2)超硬合金のCo含有量を10〜25%とすることによって、超硬合金製台金の特徴である高剛性、高耐磨耗性を維持し、かつ、接合強度を向上させるだけでなく、台金自体が、高靭性、高強度となることにより、安全性、信頼性の高いものとなる。
【0039】(3)超硬合金にCoを含有するものであれば、WC−Co系、WC−TiC−Co系、WC−TiC−TaC−Co系の全てに使用することができる。
【0040】(4)同様に、レジノイドボンド砥粒層、メタルボンド砥粒層、ビトリファイドボンド砥粒層、電着砥粒層に適用することができる。
【0041】(5)また、レジノイドボンドやビトリファイドボンドの接着剤接合、メタルボンドの焼結接合、電着によるメッキ接合にも適用できる。
【0042】(6)高い接合強度が得られるため、接合面積が少なく従来製造できなかったような超砥粒ホイールにも適用が可能となる。




 

 


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