JP3038439B2 - 複合ダイヤモンド粒を用いた切削、研削、研摩具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、耐熱性粒体の表面に気相法によりダイヤモ
ンドを析出させた複合ダイヤモンド粒を切削、研削、研
摩体とする切削、研削、研摩具に関する。

〈従来の技術〉 従来用いられているダイヤモンド粒を用いた切削、研
削、研摩具としてはメタルボンドホイール、レジンボン
ドホイール、ビトリファイドボンドホイール及び研摩布
紙がある。しかし用いられるダイヤモンド粒は、天然又
は人造（超高圧）の長短径比が1.2未満のものが主であ
る。これらは高価で、利用分野も限定されている。本件
出願人は先に特願昭63−219889号として耐熱性粒体の表
面に気相法ダイヤモンドを被覆したものを発明し出願し
た。しかしこれらのものは長短径比が球状又はそれに近
いものであった。

〈発明が解決しようとする課題〉 前記従来用いられていたダイヤモンド粒を用いた工具
は次に示すように切削、研削、研摩能率が低かった。

即ち、長短径比が低く、結合性が低く、例えばレジン
ボンド系では表面処理により突起を形成して結合性を補
っていた。一方研摩布紙分野では、ダイヤモンド粒を用
いたものはコスト面及び低結合性から非常に限られてい
た。

従来一般にAl₂O₃、SiC等の砥粒が用いられている。し
かしながらこれらのものは切削性能、コストパフォーマ
ンス共に高いものではなかった。

従って実用的には切削性能、コストパフォーマンスの
いずれもが高い切削、研削、研摩具の開発が要求されて
いた。

本発明の目的は前述せる要求に応ずる切削、研削、研
摩を成し得る工具を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 本件発明者は上記の目的を達成する為に、鋭意研究し
た結果、最長軸長と最短軸長との比が少なくとも1.2で
ある耐熱性粒状物の全表面に、気相法により微細結晶ダ
イヤモンド粒子を析出させて得られた複合ダイヤモンド
粒が被削面が縦方向に接触するような向きに特定配向さ
せた工具は高能率切削、研削、研摩が可能となることを
見出し、本発明を完成させた。

即ち、（イ）粉砕して得られた多くの活性点を有する
耐熱性粒状物をふるいで最長軸長と最短軸長が少なくと
も1.2であるように選別し、選別された粒状物の全表面
を気相法ダイヤモンド膜で被覆した、最長軸長と最短軸
長との比が少なくとも1.2である複合ダイヤモンド粒
と、 結合剤とよりなる 切削、研削、研摩体と、 （ロ）支持体とよりなり、 複合ダイヤモンド粒は被削面に対して縦方向に配向さ
れていることを特徴とする複合ダイヤモンド粒を用いた
切削、研削、研摩具に関する。

以下本発明を詳しく説明する。

本発明で用いられる耐熱性粒状物としては、ダイヤモ
ンド、Ｗ、Mo、Ta、WC、SiC、TiC、TaC、Al₂O₃、ZrO₂、
Cr₂O₃、TaN、ZrN、Si₃N₄等の耐熱性の金属、セラミック
スが適する。

粒の形状は前述のように最長軸長と、最短軸長の比が
少なくても1.2であることが必要であるが、実用的には
1.5〜10であることが望ましく、特に５又はその前後が
好ましい。その理由は、配向性を持たせることにより高
結合力及び工具の長寿命化が可能となるからである。
又、最短軸長は10〜700μｍであることが必要であり、
特に30〜400μｍの範囲にあることが好ましい。

基体粒の作り方は、 （１）セラミックスや耐熱性金属塊は粉砕した粒をふる
い分けて選別する。即ち長径よりも目の細かいふるいで
分級し、ふるい上に残ったものを短径よりも粗いふるい
で分級しふるい下のものを用いれば良い。

（２）粉末焼結により長短径比の大きなものを得る。例
えば未焼成体を薄い板状とし、解砕して扁平粒を調整
し、ロータリーキルン等で焼成する方法を取っても良
い。

本発明の切削、研削、研摩具中のダイヤモンド複合粒
は耐熱性粒状物表面が気相法による多結晶ダイヤモンド
で被覆されている。被覆の望ましい厚みは耐熱性粒状物
の大きさによっても異なり、用途、被覆に要する時間等
を考慮して決められている。

ダイヤモンド被覆層を構成する粒子サイズは、サブミ
クロンオーダーの微細なものから20μｍ程度まで、析出
合成条件により選択することができる。

耐熱性粒状物の表面にダイヤモンド粒子を析出させる
には公知の気相法ダイヤモンド合成法を応用して行なう
ことができる。即ち原料ガスとしてはメタン、エタン、
プロパン、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン等の炭
化水素、メタノール、エタノール、プロパノール、ター
シャリーブタノール、アセトン等の含酸素有機化合物、
更にはこれらにH₂O、CO₂、CO等の酸素含有物質を添加し
たものを用いることもできる。これらのガスは単独或い
は水素、アルゴン等のキャリアガスと混合して用いられ
る。ガスの圧力は10^-2Torr程度から、合成法によっては
加圧状態まで可能である。

これらの方法で耐熱性粒状物の全面にダイヤモンド粒
子を析出させるにはダイヤモンド合成用原料が存在し、
且つダイヤモンドを生成可能状態に励起された雰囲気中
で耐熱容器内に粒状物を入れ、粒状物が反応空間領域と
なる位置に置き、耐熱容器に接続されている振動器等に
より間欠的に粒状物を反転させる等の方法を取れば良
い。

粒状物は隣の粒状物と一部重なったりするが、短径面
より長径面のダイヤモンド析出厚みが大で膜状であり、
析出面全体は不規則な凹凸状となっている。

耐熱粒状物は粉砕等により作られているので、多くの
活性点を有する。この活性点がダイヤモンド生成の核と
して働き、ダイヤモンド粒子が析出するのである。

本発明の切削、研削、研摩具はこの複合ダイヤモンド
粒を結合剤と混合し固化した切削、研削、研摩体とこの
切削、研削、研摩体を支持する支持体とにより構成され
る。

次に本発明の切削、研削、研摩具の具体例を図面に基
づいて説明する。

第１図は台布紙上に対して複合ダイヤモンド粒がほゞ
直立して配列された研摩布紙を示す。図において１は複
合ダイヤモンド粒、２は結合剤、３は台布紙である。第
１図に示す切削、研削、研摩具は複合ダイヤモンド粒を
例えば布テープへ均一に撒布して置き、帯電状態にする
と、ダイヤモンドの高絶縁性により複合ダイヤモンド粒
は図に示すよう、台布紙に対し縦方向、図においてはほ
ゞ垂直に配列される。これを台布紙に固定するには例え
ば結合剤を薄く塗布した台布紙を下に向け、下方に複合
粒を置き、台布紙と複合粒間に電場を印加すると複合粒
が立った状態で固着剤に付着する。その後、固着剤を固
化させ粒を固定する。

第２図は本発明の切削、研削、研摩具の他の実用的な
例であるメタルボンドホイールに関する。図において、
11はダイヤモンド複合粒、12はメタルボンド、13は台金
である。

このメタルボンドホイールは複合ダイヤモンド粒と、
メタルボンド（例えば、銅粉とブロンズ粉）とを混合
し、環状の台金へコールドプレスすると、複合ダイヤモ
ンド粒は圧縮方向にほゞ垂直に配向する。このものを更
に焼成、ホットプレス、ツルーイング、ドレッシングの
各処理工程を経て、メタルボンドホイールが形成され
る。尚、支持体としては円筒状、或いはカップ状等の形
状のものも使用可能である。

次に実施例、比較例により本発明を説明する。

実施例 平均最長軸長650μｍ、平均最短軸長80μｍのアルミ
ナ粒を熱フィラメント法ダイヤモンド合成装置内の反応
バケット内に500mgセットした。励起熱フィラメントと
して、0.3mmφタンタルワイヤーをコイル状に加工した
ものを用い、反応バケット内底面より7mmの高さに設定
した。合成中、バケットは10分毎に10秒の割合で、電磁
振動器による間歇振動を行なった。

合成反応は圧力100Torr、タンタルフィラメント温度2
450℃、原料ガスとしてエタノール、水素系で、エタノ
ール３容積％の濃度とし、トータル流量150cc/minで10
時間行なった。

反応完了後バケットより粒子を取出し、その表面状態
を光学顕微鏡で観察した。表面は数μｍのダイヤモンド
粒子よりなる緻密な構造の膜により覆われていた。そし
て特に最長径面の膜は10μｍ前後の段差の不規則な凹凸
が観察された。又、粒子表面を顕微ラマン分光によりラ
マンシフトを測定した所、1334cm^-1に鋭いダイヤモンド
結合によるピークと、1500cm^-1付近に非常にブロードで
低いピークを認めたことにより、ダイヤモンド相に微量
のｉカーボン成分が混在するダイヤモンドコーティング
膜であると確認した。尚、得られたダイヤモンド複合粒
の重量は890mgであった。

次にこの複合粒を用い、次に示すように180mmφのメ
タルボンドダイヤモンドホイールを作成した。直径174m
mφの鉄製台金に前記複合粒600mg、メタルボンドとして
銅粉20g、ブロンズ粉等14gを用い、コールドプレス、焼
成、ホットプレスツルーイング、ドレッシングにより第
１図に示すように複合粒が配向されたメタルボンドホイ
ールを作成した。

次にこのダイヤモンドホイールを用いて湿式切削試験
を行なった。被削材は大理石ブロック（100×20×35m
m）で、20×35mm面を2800r.p.mの切削機で10回切削し
た。そのときの初動電力は270W、平均電力は310W、一回
当たりの平均切削時間は140秒であった。10回切削後、
光学顕微鏡で複合粒とメタルボンドとよりなる面、即ち
砥粒面を観察した。その結果は70％の複合粒は残り、20
％が破砕、10％が脱落していた。

比較例 長短比が1.1以下の溶融アルミナの平均径300μｍのも
のを用い、実施例と同じ条件で複合ダイヤモンド粒を製
造した。製造量は910mgであった。顕微鏡による観察結
果では、複合ダイヤモンド粒は実施例と同様に数μｍの
緻密なダイヤモンド膜で表面が覆われていた。顕微ラマ
ン分光分析結果も実施例における複合ダイヤモンド粒と
殆ど同じ結果であった。この複合粒600mgから180mmφダ
イヤモンドホイールを同一条件で作成し、実施例と同様
に湿式の切削試験を行なった。そのときの初動電力は30
0W、平均電力は350W、一回当たりの切削時間は150秒で
あった。10回切削後の光学顕微鏡による観察結果は55％
の複合粒は残り、25％は破砕、20％が脱落していた。

尚比較例に用いられた長短径比が1.1以下の溶融アル
ミナの平均粒径300μｍのものは、実施例に用いられた
アルミナ粒とほゞ同体積であるが、表面積は約56％とな
っている。

実施例と比較例とにおけるメタルボンドダイヤモンド
ホイールに於ける大理石ブロックの切削試験特性値を比
べると、いずれも実施例が優れている。

即ち、初動電力、平均電力は少なく、一回当たりの平
均切削時間は短かった。更に10回切削後の砥粒面も実施
例の場合は、比較例に比して、破砕、脱落量は少なかっ
た。

尚、実施例、比較例はメタルボンドダイヤモンドホイ
ールの例であるが、例えば台布紙上にレジンボンドによ
り最長軸長と最短軸長との比が少なくとも1.2である耐
熱性粒状物にダイヤモンドを析出させた複合ダイヤモン
ド粒を、台布紙に対してほゞ垂直方向に配向固定した第
１図に示す切削、研削、研摩具においても、複合ダイヤ
モンド粒が配向されない場合に比し、その研摩効率は優
れている。

その理由は砥粒面に用いられる複合ダイヤモンド粒
が、本発明に用いられているものは形状が細長く、比較
例の長短径比の低いものに比して研削した場合、被削物
間の接触抵抗が小で、複合粒の自生発刃効果から目詰ま
りしにくく、アンカー効果が大であるための結合力が高
く長持するからである。

〈発明の効果〉 従来のメタルボンドダイヤモンドホイールやダイヤモ
ンド粒を塗布した研摩布紙に比し、本発明の切削、研
削、研摩具は優れた切削、研削、研摩能力を有してお
り、実用上価値はきわめて大である。

【図面の簡単な説明】 第１図は台布紙に細長い粒径のダイヤモンド複合粒を固
着剤を用いて固定した本発明の切削、研削、研摩具。 第２図は細長い粒径のダイヤモンド複合粒を用いて作成
した本発明のメタルボンドホイール。 図中、1,11……ダイヤモンド複合粒、２……結合剤、３
……台布紙、12……メタルボンド、13……台金を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−317111（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−60091（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−262964（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−139875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−157953（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−157497（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−137311（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−283858（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−108105（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−158764（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭53−35675（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24D 3/00 B24D 3/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）粉砕して得られた多くの活性点を有
   する耐熱性粒状物をふるいで最長軸長と最短軸長が少な
   くとも1.2であるように選別し、選別された粒状物の全
   表面を気相法ダイヤモンド膜で被覆した、最長軸長と最
   短軸長との比が少なくとも1.2である複合ダイヤモンド
   粒と、 結合剤とよりなる 切削、研削、研摩体と、 （ロ）支持体とよりなり、 複合ダイヤモンド粒は被削面に対して縦方向に配向され
   ていることを特徴とする複合ダイヤモンド粒を用いた切
   削、研削、研摩具。
2. 【請求項２】切削、研削、研摩体は、円状体の支持体に
   固定され、ホイールを形成している請求項（１）の複合
   ダイヤモンド粒を用いた切削、研削、研摩具。
3. 【請求項３】支持体は台布紙であり結合剤はレジンボン
   ドである請求項（１）の複合ダイヤモンド粒を用いた切
   削、研削、研摩具。