JPH02218560A - 多結晶質ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素砥粒を用いた砥石車 - Google Patents

多結晶質ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素砥粒を用いた砥石車

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JPH02218560A
JPH02218560A JP1324177A JP32417789A JPH02218560A JP H02218560 A JPH02218560 A JP H02218560A JP 1324177 A JP1324177 A JP 1324177A JP 32417789 A JP32417789 A JP 32417789A JP H02218560 A JPH02218560 A JP H02218560A
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JP
Japan
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boron nitride
abrasive grains
cubic boron
matrix
thermally stable
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JP1324177A
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Neil Robert Johnson
ネイル・ロバート・ジョンソン
Harold P Bovenkerk
ハロルド・ポール・ボーベンカーク
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 エル・エル・ホワイト等（Ｌ、Ｌ、Ｗｈｌｔｅ、ｅｔ　
ａｌ、）の［多結晶質ダイヤモンド粒を用いたドリルビ
ットと題する米国特許出願第２６２，９１０号（１９８
８年１０月２５日出願）、およびエム・イー・ディーキ
ンズ等（Ｍ、Ｅ、Ｄｃａｋｌｎｃｓ、ａｔ　ａｌ、　）
の「多結晶質ダイヤモンド粒を用いた鋸刃セグメント」
と題する米国特許出願第２６２，４０５号（１９８８年
１０月２５０出願）を参照する。
本発明は一般的には研削工具に関し、より具体的には研
削性材料として多結晶質ダイヤモンドあるいは立方晶窒
化ホウ木粒（すなわち超砥粒（ｓｕｐｃｒａｂｒａｓｉ
ｖｅ　）を含有する砥石車に関する。
ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素結晶を研削用途に
適した支持基体に焼結金属、樹脂、またはガラス質材料
によりなるマトリックスを介して、あるいは支持基体を
電気めっきして砥粒を包み込むことにより固着させるこ
とは当業界において周知である。基本的に、スーパー砥
粒を支持基体に焼結金属あるいは樹脂により固着する手
順は類似している。スーパー砥粒を粉末金属あるいは樹
脂粉末と密に混合する。粉末とスーパー砥粒とが結合し
た粒子を基体−にで圧縮してブリヶ・ソト（ｂｒ！ｑｕ
ｃｔ　）とし、次に粉末状混合物を炉中あるいは加熱し
た型中で樹脂が溶融しあるいは金属粉末が焼結して剛性
の塊となるに十分な温度に加熱する。
いずれのマトリックスを用いても基本との間に機械的結
合のみが形成される。
ガラス質材料はガラス状であり、その粉末をスーパー砥
粒と混合し、支持基体上で使用可能な形状に圧縮し、次
に加熱してガラスを支持基体およびスーパー砥粒に溶融
させる。
電気メツキ法においてはスー／く一砥粒を支持基体に密
着して保持し標章的なめつき浴の一つに浸漬する。支持
基体は陽極として作用し二・ソケルあるいは銅のごとき
金属が陰極として作用する。めっき技術によってめっき
金属の混合物はスーツ（−砥粒を包み込むと同時に支持
基体に固着する。
典型的にはダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ木粒は
単結晶であるが、本発明と同一の譲受人に、ｊ！渡され
た米国特許第４，７７６．８６１号明細書によれば、研
削用工具に釘用なダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ
素多結晶質砥粒は大きい多結晶質圧縮成形体からスーパ
ー砥粒以外の材料を浸出させあるいは寸法を小さくする
ことにより作成することができる。
そのような多結晶質砥粒は多くの点において、本発明と
同一の譲受人に譲渡された米国特許第４゜２２４．３８
０号明細書でボーベンカーク等（１３０ｖｃｎｋｃｒｋ
、ｃｔ　ａｌ、）により説明された熱的に安定な多孔質
圧縮成形体に類似している。さらに、ジグル等（Ｇｌｇ
ｌ、ａｔ　ａｍ　）は本発明と同一の譲受人に譲渡され
た米国特シ′１第４，７３８，６８９号明細書において
、熱的に安定な多孔質製品の外表面を金属等で被覆する
ことにより該製品の耐酸化性を向−１ニすることができ
ると述べている。上記の特許はすべて引用して本明細書
に包含する。
発明の要約 本発明の一つの目的はより長い工具寿命を保有する砥石
車を提供することである。
本発明のもう一つの目的はより速い研削速度を保有する
砥石車を提供することである。
本発明のさらなるもう一つの目的はより優れた自由切削
特性を保−ａする砥石車を提供することである。
上記の目的にしたがって、約１〜２０００μｍの熱的に
安定な多結晶質ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素
マウをボンドマトリックス（ｂｏｎｄ　ｅｘａｔｒｌｘ
　）中に分散させてなる砥石車を提供する。
好ましくは、スーパー砥粒は約１００〜約１５００μｍ
であり、最も好ましくは約５００〜１５００μｍ（すな
わち、３５メツシユ〜１４メツシユ）である。ボンドマ
トリックスは当業界において一般的であるいかなる金属
、樹脂、ガラス質あるいは電気めっきマトリックスであ
ってよく、かつ充填材料を含有しまたは含有しなくても
よい。特に好ましい実施の態様において、単結晶質スー
パー砥粒と多結晶質スーパー砥粒との混合物を用いる。
発明の説明 一般的に、本発明の研削工具（たとえば、ホイール、デ
ィスクおよびベルト）は、効果的な量の熱的に安定な多
結晶質ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素を、焼結
金属マトリックス、ｉ！！着金属マトリックス、樹脂マ
トリックス、あるいはガラス質マトリックス中に分散さ
せてなる。熱的に安定な多結晶質スーパー砥粒の粒度は
広い範囲を変化させることができ、たとえば１〜２００
０μｍの範囲とすることができるが、好ましくは約１０
０〜約１５００μｍ１最も好ましくは約５００〜約１５
００μｍの範囲である。
特に好ましい熱的に安定な多結晶質ダイヤモンド粒およ
び立方晶窒化ホウ素はボーベンカーク（Ｂｏｖｃｎｋｃ
ｒｋ　）等の米国特許第４，２２４，３８０号明細書に
記載のある型である。手短にいえば、その多結晶質超砥
粒は、 （ａ）約７０体積％〜約９５体積％の自己結合ダイヤモ
ンドあるいは立方晶窒化ホウ木粒、（ｂ）約０．０５体
積％〜３体積％の触媒金属あるいは合金からなるととも
に該粒全体に実質的に均一に沁み込ませた金属相、およ
び（ｃ）該ダイヤモンド粒あるいは該立方晶窒化ホウ素
全体に分散しかつ相互に連通した空孔網、 からなる。
別法として、たとえばダイヤモンドの熱膨張係数とほぼ
同じ熱膨張係数を保有するたとえばケイ素あるいは炭化
ケイ素のごとき物質をその網状の相ｒｌに連通Ｉ７た気
孔に含浸することかできる。
本発明は、たとえば米国特許第４，７３８．６８９号明
細書に記載されているがごとき金属被覆多結晶質ダイヤ
モンドを好ましくは用いる。そのような被膜によってボ
ンドマトリックスへの保持力が向上し、かつ高温工具製
造技法で経験することのある酸化雰囲気における熱的損
傷に対しての保護が向上する。好ましい金属被膜は、チ
タン、ジルコニウム、クロム、モリブデン、タングステ
ン、ニオブ、タンタルおよびバナジウムからなる群から
単体であるいはこれらの中の金属またはその他の金属と
の合金または化合物として選択する。
多結晶質粒の縦横比は広い範囲で変化させることができ
一般的には約４：１〜約１：１である。
多くの用途では、２：１未満の、好ましくは１゜５：１
未満の縦横比が望ましい。用語「縦横比」は粒子の最長
寸法の同−粒の最短寸法に対する比を意味する。
熱的に安定な超砥粒は研削工具の製造において少くは１
体積％から多くは５０体積％またはそれ以上の量用いる
。もちろん、濃度は個々の用途によって変化するととも
に多結晶質超砥粒を在来の単結晶質超砥粒と組合せて用
いるか否かによって変化するであろう。
多くの用途において単結晶質超砥粒と多結晶質超砥粒と
をともに用いてそれぞれの欠点を克服することが考えら
れる。すなわち、多結晶質粒は微細破壊により平らで粒
の突起のほとんどない状態に摩耗し、よって動力消費が
増加しかつ被加工物の焼付きあるいは砥石車の破損を起
こす。他方、！１結晶は大きい破壊により摩耗しかつ脱
落する傾向が強いので砥石車の摩耗速度が大きい。単結
晶と多結晶とを組合せることにより摩耗機構を均衡させ
、かくして低い工具摩耗速度と高い研削速度とを保有す
る砥石車を提供する。このことはガラス質、樹脂、焼結
金属およびめっき金属といったあらゆる結合系にあては
まることである。
超砥粒のこのような組合せを採用した場合、多結晶質砥
粒の濃度は好ましくは約５〜約３０体積％の範囲であり
、単結晶質砥粒の濃度は好ましくは約３０〜約５体積％
の範囲である。さらに実験をするまでもなく当業者なら
ば多結晶質超砥粒に対する単結晶質超砥粒の最適比率を
確かめることができる。もちろん、単結晶質ダイヤモン
ド砥粒は天然のボルト・ダイヤモンドであってよくある
いは人造ダイヤモンドであってもよい。
本発明の研削工具は希望する寸法の熱的に安定な多結晶
質砥粒を好ましくは単結晶質砥粒と組合せて適切な結合
媒体内に固定してなる。ガラス質、金属質、めっきある
いは樹脂のボンドマトリックス中にダイヤモンドあるい
は立方晶窒化ホウ素砥粒を固定してなる工具は該工具の
各種製造方法と同様に当業界において周知である。適切
な金属およびめっきボンドマトリックスの例は以下の米
国特許明細書に開示されている。
米国特許第２，０７２，０５１号：銅／ニッケル、銅／
アルミニウム、銅／錫および銅／マンガンのごときと銅
合金。
米国特３′ｒ第２．０７７．３４５号ニアルミニウムと
ケイ素との焼結体、完全には合金化されていないケイ素
とアルミニウムとの合金。
米国特許第２，１３７．２００号ニアルミニウム／ニッ
ケル、アルミニウム／鉄、アルミニウム／マグネシウム
およびアルミニウム／コバルトのごとき、アルミニウム
と金属間結合性元素との焼結合金。
米国特許第２，１３７，２０１号：銅、亜鉛またはカド
ミウムのごとき硬化剤を含有する銀基合金あるいは銀。
米国特許第２，１３７，３２９号＝１５％以下の錫を含
有する銅／錫合金。
米国特許第２，２１６．９０８号：炭化タンクル、炭化
チタン、炭化バナジウムまたは炭化クロムと組合せた炭
化タングステンおよび炭化モリブデンのこごとき炭化物
。
米国特許第２，２３８，３５１号：銅／鉄／錫および銅
／鉄／錫／ニッケルマトリックス。
米国特許第２．３６０，７９８号二ニブケル、クロム、
コバルト、パラジウム、ロジウムおよびそれらの合金の
ごとき金属の電気めっき。
米国特許第２，７３７，４５４号二分計９６で８７　Ｃ
ｕ／　１３　Ｓｎ　〜９５　Ｃｕ／　５　Ｓｎに３〜７
重量％の酸化鉄を加えた焼結８銅マトリックス。
米国特許第３，６６３，１９１号ニクロム、コバルト、
鉄、モリブデン、ニッケル、タンタル、チタン、タング
ステン、バナジウム、および炭化物を形成することので
きるその他の金属の蒸着。
米国特許第４，３７８，２３３号；５０％以下の転換潤
滑充填剤を含むアルミニウム、亜鉛、銅および錫のボン
ドマトリックス。
米国特許第４，５４７，９９８号：気孔を保有する電着
マトリックス。
適切な樹脂およびガラス質ボンドマトリックスの例は以
下の米国特許に開示されている。
米国特許第２，０９７，８０３号：フェノールとホルム
アルデヒドの反応生成物のごときフェノール樹脂マトリ
ックス。
米国特許第２，２１６，７２８号：粉末ガラスおよび炭
素質材料で作成されたガラス質マトリックス。
米国特許第３，５１８，０６８号：フェノール樹脂マト
リックス内の金属肢覆砥粒。
米国特許第３．５２８，７８８号：フェノール樹脂、エ
ポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、アルキド樹脂、ポリエス
テル樹脂、シリコン樹脂、あるいはポリエステル樹脂の
マトリックス内の金属彼覆砥拉。
米国特許第３，６６４，８１９号：フェノール樹脂、ポ
リエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポ′リベンゾイミダゾ
ール樹脂、ポリイミド樹脂あるいはポリスルフィド樹脂
に、炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、
シリカ、アスベスト、銅、ニッケル、コバルト、鉄およ
びグラファイトからなる群から選択した充填剤を含存さ
せたマトリックス。
米国特許第３，７７９．７２７号：銀、銀被覆銅、また
は銅および粒状転換潤滑充填剤を含む樹脂マトリックス
。
米国特許第４，０４２，３４７号：金属相と樹脂相とを
組合せてなるボンドマトリックス。
本発明の意図する研削工具には各種寸法および形状の研
削砥石中、ディスクおよびベルトがある。
たとえば、パン・デル・ビル（Ｖａｎ　ｄｃｌ　Ｐｙｌ
　）の米国特許第２，０７２．０５１号、ボイヤー（Ｖ
。
ｙａｒ　）の米国特許第２，１３７，２０１号、デバッ
ツ（Ｄｃｖａｔｓ）の米国特許第２．２１６，９０８号
、リントブラッド（Ｌｉｎｄｂｌａｄ）の米国特許第２
゜９４２．３８７号、バーソンス（Ｐａｒｓｏｎｓ　）
の米国特許第３，３７２．０１０号、ミラー（Ｍｉｌｌ
ｅｒ）の米国特許第３．３８３，８０７号シオウィ　（
Ｓｌｏｕｌ　）の米国特許第３，７７９．７２７号およ
び第４，０４２，３４６号、並びにブツシュ等（Ｂｕｓ
ｈ、ａｔ　ａｌ）の米国特許第４，２４６，００４号の
明細書に示されているがごとくである。
当業者であれば本発明の精神と範囲を逸脱することなく
多くのその他の変更および改良ができるであろう。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）熱的に安定な多結晶質のダイヤモンドまたは立方
    晶窒化ホウ素の砥粒と単結晶質のダイヤモンドまたは立
    方晶窒化ホウ素の砥粒とをボンドマトリックスにより基
    体に固定してなる研削工具。
  2. （２）焼結金属または焼結合金体のマトリックス、金属
    または合金を電着させて形成したマトリックス、樹脂マ
    トリックスあるいはガラス質マトリックスからなる群か
    らボンドマトリックスが選択されている、請求項（１）
    に記載の工具。
  3. （３）熱的に安定な多結晶質のダイヤモンドあるいは立
    方晶窒化ホウ素砥粒が１〜２０００μｍであることを特
    徴とする、請求項（１）に記載の工具。
  4. （４）熱的に安定な多結晶質のダイヤモンドあるいは立
    方晶窒化ホウ素砥粒が約１００〜約１５００μｍである
    ことを特徴とする、請求項（２）に記載の工具。
  5. （５）熱的に安定な多結晶質のダイヤモンドあるいは立
    方晶窒化ホウ素砥粒が約５００〜約１５００μｍである
    ことを特徴とする、請求項（２）に記載の工具。
  6. （６）熱的に安定な多結晶質のダイヤモンドあるいは立
    方晶窒化ホウ素砥粒が、 （ａ）約７０体積％〜約９５体積％の自 己結合ダイヤモンドあるいは立方晶窒化ホウ素粒、（ｂ
    ）かかる粒全体に実質的に均一に沁 み込まされた金属相であって約０．０５体積％〜３体積
    ％の触媒からなる金属相、および （ｃ）該粒全体に分散し相互に連通した 空孔網、からなることを特徴とする、請求項（１）に記
    載の工具。
  7. （７）熱的に安定な多結晶質砥粒がダイヤモンドであり
    しかも網状の相互に連通した空孔にダイヤモンドの熱膨
    張係数とほぼ同じ膨張係数を保有する物質を溶浸させた
    ことを特徴とする、請求項（６）に記載の工具。
  8. （８）該砥粒が被膜を有することを特徴とする、請求項
    （１）に記載の工具。
  9. （９）該被膜が金属であることを特徴とする、請求項（
    １）に記載の工具。
  10. （１０）熱的に安定な多結晶質ダイヤモンドあるいは立
    方晶窒化ホウ素砥粒の縦横比が約４：１〜約１：１であ
    ることを特徴とする、請求項（１）に記載の工具。
  11. （１１）熱的に安定な多結晶質ダイヤモンドあるいは立
    方晶窒化ホウ素砥粒の縦横比が約２：１未満であること
    を特徴とする、請求項（１０）に記載の工具。
  12. （１２）熱的に安定な多結晶質ダイヤモンドあるいは立
    方晶窒化ホウ素砥粒を約５〜約３０体積％の範囲内の量
    にて含有するとともに該単結晶質砥粒を約５〜約３０体
    積％の範囲内の量にて含有していることを特徴とする、
    請求項（１）に記載の工具。
JP1324177A 1988-12-16 1989-12-15 多結晶質ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素砥粒を用いた砥石車 Pending JPH02218560A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US286,450 1988-12-16
US07/286,450 US4923490A (en) 1988-12-16 1988-12-16 Novel grinding wheels utilizing polycrystalline diamond or cubic boron nitride grit

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JPH02218560A true JPH02218560A (ja) 1990-08-31

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JP1324177A Pending JPH02218560A (ja) 1988-12-16 1989-12-15 多結晶質ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素砥粒を用いた砥石車

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US (1) US4923490A (ja)
EP (1) EP0374515A1 (ja)
JP (1) JPH02218560A (ja)
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