JPH0122111B2

JPH0122111B2 -

Info

Publication number: JPH0122111B2
Application number: JP55121025A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hagiuda; Takeo Nakagawa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-09-03
Filing date: 1980-09-03
Publication date: 1989-04-25
Also published as: JPS5748471A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はラツプ工具に関するものである。前加工された工作物加工面の平面度を高め、寸
法精度の高い平滑な仕上げ面をつくる工作法とし
てラツピングがあり、具体的には下記のような手
段を併用する方法がとられていた。イ加工物より軟らかい材質のラツプと加工物の
あいだに粒度の細かい砥粒（遊離砥粒）と油剤
とを混合したラツプ剤を介在させ、工作物表面
とラツプとを相対摺動させる方法。ロラツプと砥粒との硬度の差を利用して、ラツ
プ表面に砥粒を押込むことにより砥粒を固定
し、工作物表面とラツプとを摺動させる方法。しかし、イの手段では、砥粒がラツプから遊離
しているため油剤とともに流出しやすく、高価な
砥粒の消費が多くなる点、砥粒が転動して加工面
にランダムにめり込むため加工面が梨地状になる
など良好な仕上げ面を得がたい点、ラツプの摩耗
量が多いためラツプ表面平坦度の耐久性に乏し
く、ひんぱんに修正を行わなけらばならない点に
それぞれ欠点がある。またロの手段では、いちいち細かい砥粒をラツ
プ表面に押し込むことが必要であるため作業がき
わめて煩雑である点、砥粒の固定に確実を期し難
いので、使用中に砥粒が離脱して、加工面に疵を
生じさせやすい点などに問題がある。上記のようなことから、従来では精度の高い仕
上げ面を得ようとする場合にきわめて長時間を要
し、また多量の砥粒を必要としていた。本発明は前記のような実情から研究を重ねて開
発されたもので、金属材料をはじめとする各種材
料表面を短時間で能率よく美麗な光沢に仕上げる
ことができ、しかも砥粒の消費を必要最少限に止
め得ると共に工具の長寿命化を図ることのできる
新しいラツプ工具を提供しようとするものであ
る。この目的を達成するため本発明は、砥粒を定盤
（ラツプ）と完全に遊離あるいは独立した要素と
してとらえていた従来のラツプ工具の常識を破
り、砥粒が定盤構成要素と一体化され、頭初から
砥粒が固定されしかも予備砥粒が内蔵されている
特殊構造のラツプ工具としたものである。すなわち、本発明の特徴とするところは、鋳鉄
粉に15wt％以下の割合で砥粒を混合し、成形圧
力６〜8ton／cm²で加圧成形し、1125〜1150℃の焼
結温度で焼結した複合焼結体からなり、砥粒が焼
結鋳鉄母地を構成する溶着鋳鉄粒に結合固定さ
れ、表層以下の鋳鉄母地にも砥粒が分散埋設され
ている構成としたものである。以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明す
る。第１図は本発明に係るラツプ工具の一例を示す
もので、図中１は複合ラツプであり、鋳鉄粉に所
定量の研摩剤（砥粒）を混合成形しそれを焼結し
た焼結複合体から構成され、所定の間隔をおいて
縦横に凹溝２が形成されている。第２図は前記複合ラツプ１の部分的な断面を示
すもので、砥粒３は焼結された鋳鉄母地４にほぼ
一様な分布で一体に固定され、表層の各砥粒３
は、第２ａ図のごとく、その上部が鋳鉄母地表面
４１に微少に突出し、下部は鋳鉄母地を構成する
溶着鋳鉄粉粒４２，４２に結合されたかたちで一
体に固定されている。鋳鉄母地の表層以下の部分
にも、将来切刃となるべき砥粒３が一様に分散埋
設されている。なお、前記複合ラツプ１はその全体をひとつの
もので構成してもよいが、本実施例では、前記構
造の複数のラツプセグメント５を円板６の上に配
列接着して所要直径を得ている。第３図ａ，ｂは本発明によるラツプ工具の表面
を拡大して示すもので、第３図ａは粒度の大きい
砥粒を用いた場合、第３図ｂは粒度の小さい砥粒
を用いた場合である。粒度の大きい砥粒を用いた
場合、砥粒は見掛け上鋳鉄粉粒境界とは関係なく
一様に分布し、鋳鉄粉相互の密着が大きいため強
度は高くなる。これに対し砥粒粒度が小さい場合
には、砥粒は鋳鉄粉の境界に沿つて分布する傾向
を示す。この場合は前者に較べ機械的強度は低い
が、境界がラツプ液のたまり穴になるとともに、
離脱した砥粒の停留空間を提供するのでラツプ工
具の機能上は効果的である。これらのことから、
砥粒の粒度を適当に選定することにより、機械的
性質とラツプ機能の双方とも良好な複合ラツプを
得ることが可能である。前記砥粒はホワイトアランダム（アルミナ）
（WA）、立方晶窒化ほう素（CBN）、ダイヤモン
ドなど任意の材質のものを用いることができる。
鋳鉄粉は鋳鉄材料や鋳鉄製品の切削や研削加工で
生じた屑を粉砕ふるい分けしたもの、あるいはさ
らにこれを脱炭処理した脱炭鋳鉄粉を用いること
ができる。脱炭鋳鉄粉を用いればカーボン量を任
意にコントロールできるため、ラツプ工具の強度
を高め得ると共に、砥粒との結合を強くすること
が可能である。ことに粒度の細かい脱炭鋳鉄粉と
砥粒を用いた場合には、熱処理の過程で、カーボ
ンの移動などに伴い微小砥粒が鋳鉄粉の境界から
内側に侵入する傾向となる。これにより砥粒が鋳
鉄粉に内包されたかたちになるので分布がより均
一になり、強度も向上する。しかして、本発明によるラツプ工具は次のよう
な工程により得られる。すなわちまず母地となる鋳鉄粉に対し研摩剤を
所定割合で添加し、ボールミルなどにより均一に
混合する。次いで鋳鉄粉７と研摩剤（砥粒）３と
の混合粉８を第４図のようにダイス９に充填し、
ポンチ１０により加圧成形する。このとき混合粉
８の上に所要厚さに鋳鉄粉を充填してポンチによ
り同時加圧成形してもよく、こうすれば鋳鉄ベー
スで一体に裏打ちされた複合ラツプとなるため強
度を向上できる。次に前工程で得られた鋳鉄粉と研摩剤との圧粉
成形体１１を炉中に装入し、還元性雰囲気中で無
加圧ままあるいは加圧しながら焼結する。焼結後
に予熱ダイス中で加圧するなどして鍛造してもよ
く、さらに焼鈍工程を付加してもよい。上記製作工程においては、ラツプ工具として必
要な強度（引張り強さ、圧環強さ）とラツピング
効果が得られるよう、研磨剤の鋳鉄粉への含有率
と粒度、成形圧力、焼結条件を適正なものにすべ
きである。まず、研摩剤の含有率はこれがあまり
過大になると成形体の焼結性を損ない強度を低下
させるので好ましくない。一般に鋳鉄粉に対し５
〜15wt％程度であれば問題ない。また、粘度は
これがあまり小さいと空孔率が増すことなどによ
り強度の低下する傾向を示す。しかしこれは成形
圧力や焼結条件である程度改善が可能である。本
発明者の実験によれば、前記砥粒添加範囲におい
て、特に成形圧力６〜8ton／cm²、焼結温度1125〜
1150℃を採用したときに、砥粒の消耗を招かずし
かも鋳鉄粉との結合度が十分でラミネーシヨンク
ラツクも生じない特性を備えた実用性の高いラツ
プ工具を製作できた。なお、焼鈍を行う場合に
は、たとえば730℃２時間保持、400℃まで３時間
炉冷のごときサイクルを採ればよい。さきのような工程で第１図の複合ラツプ１もし
くはラツプセグメント５が得られ、後者の場合に
は、ラツプセグメント５を研削して定寸仕上げ
し、基板に配列接着することでラツプ工具とな
る。このラツプ工具の初表面を整えるには表面研削
仕上げの後、修正リングなどによる湿式ラツピン
グやポリシングなどにより目立てを行えばよい。
これにより、平坦な鋳鉄母地上に微少で一様な粗
さの切刃（固定砥粒半部）が突出して均一に整列
分布した表面を持つ砥粒固式ラツプ工具となる。次に本発明によるラツプ工具の作用を説明す
る。第１図の複合ラツプ１をラツプ盤に取付け、複
合ラツプ表面に灯油など所要の油剤（砥粒含ま
ず）を付着させてラツプ盤を所要の回転数で回転
させながら加工物を押付けた場合、本発明ラツプ
は、鋳鉄粉と砥粒の焼結複合体で構成され、砥粒
３の半部が鋳鉄母地４に密度高くかつそれぞれ微
少に突出し、残部が鋳鉄母地４に結合され強固に
固定されていること、鋳鉄母地に含まれるグラフ
アイトにより焼付きを起さないこと、焼結による
空孔が油剤のたまり穴となり良好な潤滑効果が得
られることなどにより、工作物加工面から微少な
切りくずをきわめて効率よく削り出すことができ
る。すなわち、本発明においては、遊離砥粒の場
合のように砥粒の運動（転動）による破さい面を
生じさせず、またラツプ板表面の凹部に砥粒を埋
込んだ方式による砥粒離脱も起さずそれによる条
痕も生じさせない。そのためごく短時間内で加工
物の表面粗さが急速に改善され、美麗な光沢面に
仕上げることができる。そして本発明のラツプ工具は鋳鉄母地に砥粒が
強固に固定されているため、きわめて耐摩耗性が
よく、このことからラツプとして重要な平坦度の
耐久性が高く、修正回数を減少できる。さらに砥
粒の補給が不要あるため砥粒の消費を最少限に止
めることが可能であり、また、微少な砥粒を摺り
合わせなどにより凹部に埋込む作業を全廃できる
のできわめて作業性がよい。さらに鋳鉄母地の断面組織に砥粒が埋設されて
いるので、再度目立てを行つて鋳鉄母地を削るこ
とにより簡単に再生することができ、従つて長寿
命のラツプ工具とすることができる。なお硬脆材
料の場合にはその材質的特性により鋳鉄母地を研
摩するため自生作用が得られ、目立てすらも要し
ない。また、砥粒の種類を選定して鋳鉄粉と混合焼結
することにより、金属材料だけでなく、シリコ
ン、水晶やアルミナセラミツク、窒化珪素などの
硬脆材料の光輝仕上げに適用でき、この硬脆材料
のラツピングに適用した場合には、そのラツピン
グ時間やポリシング時間を大幅に短縮することが
可能になる。その他本発明は通常のラツピングのほか、封孔
処理用の工具、バレル研摩用メデイアあるいはシ
ヨツトピーニング用シヨツト等として広く利用が
可能であり、もちろん研摩、研削用工具としても
適用が可能である。次に本発明の具体的な実施例を示す。実施例１ () 鋳鉄粉に研摩剤を混合焼結し複合ラツプを
作つた。このとき母地となる鋳鉄粉の粒度分布
と化学成分は下記第１表の通りである。

【表】砥粒は市販のホワイトアランダム＃80、
＃120、＃320、＃800、＃1200の３種を用い、
これを鋳鉄粉に対し、5wt％、10wt％、15wt
％の含有率となるように添加し、ボールミルに
より混合した。 () 次に混合したものをφ38および55×10のダ
イスに充填して成形し、成形後水素−窒素の還
元性雰囲気中で焼結し厚さ10mmのラツプセグメ
ントを得た。なお含有率15wt％のものは焼結
後鍛造を行つた。前記セグメントについて圧環強さを試験し、
砥粒粒度及びその含有率、成形圧力、焼結温度
との関係を求めたのが第５図である。これによ
ると、砥粒含有率10％程度焼結温度1125℃、成
形圧力8ton／cm²の場合に砥粒粒度の影響が少な
く、これを基準として採用できることがわか
る。この圧環強度は焼結後鍛造を行えばさらに
向上することが可能であり使用上問題ない。 () 次にラツプセグメントを円板上に並べて接
着し、φ300の機械ラツプを構成させ、表面を
研削仕上げ後ラツピング仕上げし、短時間のポ
リシングにより目立てを行つた。前記ラツプ
（砥粒粒度＃1200）を用い、これをラツピング
マシンに取付け、ラツプ面に灯油を少量を加え
つつ、ラツプ盤回転数100r.p.mの条件で材質
SS41、SK4の試料についてラツピングを行つ
た。比較のため、材質および粒度が同一のホワ
イトアランダム砥粒を用い、これを灯油とマシ
ン油等量混和し20wt％加えた液により湿式ラ
ツピングを行つた。その結果を示すと第６図ａ，ｂの電子顕微鏡
写真の通りである。第６図ａは本発明複合ラツ
プによる仕上面、第６図ｂは湿式ラツピングに
よる仕上面であり、本発明によれば格段によい
仕上面が得られることがわかる。同時に表面粗
さを触針法で試験してみたが、それによれば複
合ラツプによればRmax≒0.4μｍに対し湿式ラ
ツピングのRmax≒1.4μｍであり、外見のみで
なく実質的に大幅な仕上面改善がなされてい
た。実施例２ () 砥粒として球状窒化ほう素（CBN）砥粒粒
度＃1200を用い、これを鋳鉄粉に5wt％、10wt
％及び15wt％含有するように添加混合し、成
型圧力8ton／cm²、焼結温度1125℃、焼結時間30
分の条件でラツプセグメント（30×30×10t）
を作つた。成形時にはダイス中にCBN含有鋳
鉄粉次いで鋳鉄粉の順に充填し同時に加圧成形
を行つた。このセグメント断面は第７図の如く
であり、セグメント厚さ10mmのうち砥粒を含む
部分は約1.5mmで、CBN砥粒の必要量は10wt％
において約16ｇである。 () 得られたラツプセグメント鍛造したのちを
φ140の軟鋼円板に整列接着し、実施例１と同
様平面研削−湿式ラツピング−ポリシングの順
に仕上げを行い、ラツプ定盤面とした。この表
面を拡大したのが第８図の写真（鍛造工程な
し）であり、砥粒が鋳鉄粉境界に網目状に一様
に分布し、CBN砥粒が母地よりわずかに突出
していることがわかる。 () 前記ラツプ工具を用いてラツピング試験を
行つた。このときの試験片とラツピング条件は
下記第２表および第３表のとおりである。

【表】

【表】 () 前記条件によるラツピング結果をグラフに
まとめたのが第９図および第１０図である。な
お表面粗さは触針式で行つた。それら各図か
ら、本発明によれば、超硬金属および硬脆材料
のいずれについても、ラツプ時間１分（距離16
ｍ）以内というきわめて短時間内で表面粗さを
急速に改善できることがわかる。とくにセラミ
ツクに対しては、砥粒粒度の小さいダイヤモン
ド砥粒によるラツピングよりも良好な表面粗さ
の改善効果をしかも短時間内で得ることができ
る。 () なお、同時にラツプの耐久性つまり砥粒の
突出状態が持続して切刃を構成する特性をアル
ミナセラミツクについて試験してみた。その試
験法として比較的長時間のラツピングにより加
工量を測定する方法を用いた。この結果を示す
と第１１図の通りであり、長時間にわたりラツ
プ量が減少していない。これは硬くて脆い工作
物の微少チツプが鋳鉄母地を一様に研摩し切刃
自生作用を生じさせているためであり、この点
からも本発明の効果は大きい。実施例３本発明による各種砥粒と鋳鉄との焼結複合ラツ
プと同種砥粒による湿式ラツプの性能試験を行つ
た結果を下記第４表に示す。

【表】

【表】この第４表から、本発明によればラツピング効
果がきわめて良好で、しかも砥粒の消費を最小限
に止めることができ、経済的なラツプ工具である
ことがわかる。以上説明した本発明によるときには、鋳鉄粉に
15wt％以下の割合で砥粒を混合し、成形圧力６
〜8ton／cm²で加圧成形し、1125〜1150℃の焼結温
度で焼結した複合焼結体からなり、砥粒が焼結鋳
鉄母地を構成する溶着鋳鉄粒に結合固定され、表
層以下の鋳鉄母地にも砥粒が分散埋設されている
構成としたので、鋳鉄に含まれる炭素により砥粒
特にダイヤモンドとの反応を少なくすることがで
き、しかも前記添加率と成形圧力および焼結温度
の条件設定により、鋳鉄と砥粒の結合度の大きな
焼結体とすることができ、工具として重要な機械
的強度を確保することができ、使用上も、良好な
強度に加え、耐摩耗性が高く、表面平坦度の耐久
性が良好で、しかも無潤滑で焼き付きが生じず、
砥粒の固定度が高いため、金属材料、硬脆材料に
良好な仕上げ面をきわめて短時間で形成すること
ができ、さらに、砥粒の補給が不要で、良好な耐
久性と長寿命化を図ることができるなどのすぐれ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るラツプ工具の一例を示す
斜視図、第２図は本発明ラツプ工具の断面図、第
２ａ図は同じくその一部拡大図、第３図ａ，ｂは
本発明によるラツプ工具の表面顕微鏡写真で第３
図ａは倍率180倍、第３図ｂは倍率250倍である。
第４図は本発明工具の成形工程を示す断面図、第
５図は本発明におけるラツプ工具構成単位の圧環
強さと成形圧力、焼結温度、砥粒粒度および含有
率との関係を示すグラフ、第６図ａ，ｂは本発明
工具と従来工具による仕上面を示す顕微鏡写真
（倍率1800倍）、第７図は本発明によるラツプ工具
の別の実施例を示す断面図、第８図は本発明によ
る砥粒CBN複合ラツプ工具の表面を示す顕微鏡
写真（倍率250倍）、第９図と第１０図は第９図の
工具によるラツピング結果を示すグラフ、第１１
図は本発明工具の耐久性試験結果を示すグラフで
ある。１……複合ラツプ、３……砥粒、４……鋳鉄母
地、７……鋳鉄粉、８……混合粉、１１……成形
体。

Claims

【特許請求の範囲】

１鋳鉄粉に15wt％以下の割合で砥粒を混合し、
成形圧力６〜8ton／cm²で加圧成形し、1125〜1150
℃の焼結温度で焼結した複合焼結体からなり、砥
粒が焼結鋳鉄母地を構成する溶着鋳鉄粒に結合固
定され、表層以下の鋳鉄母地にも砥粒が分散埋設
されていることを特徴とするラツプ工具。