JPH05318321A

JPH05318321A - 研削用具

Info

Publication number: JPH05318321A
Application number: JP13288492A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Harada; 良夫原田; Hiroyuki Kitaaki; 広幸北秋; Akimasa Okuda; 章誠奥田; Manabu Kojima; 学小島
Original assignee: Tocalo Co Ltd; Kaijirushi Hamono Center KK
Current assignee: Tocalo Co Ltd; Kaijirushi Hamono Center KK
Priority date: 1992-05-25
Filing date: 1992-05-25
Publication date: 1993-12-03

Abstract

(57)【要約】【構成】研削用具は金属あるいは非金属母材の表面に
超硬質粉末材料により気孔率３％以上の溶射皮膜を形成
したものである。超硬質粉末材料としては、例えば、炭
化物と一種以上の金属とからなるサーメットを用いる。
炭化物としては、ＷＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂、ＷＴｉＣ、Ｔｉ
Ｃ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｂ₄Ｃ等から選出する。一種以上
の金属としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ等から選出する。こ
のような炭化物サーメット粉末材料中に添加して同時に
溶射成膜しても、この炭化物サーメット粉末材料と融合
することなく、加熱冷却又は研削材料との機械的接触等
により容易に破壊又は脱落する粒子を溶射皮膜に有す
る。【効果】気孔率３％以上の溶射皮膜を形成したので、
研削屑が表面に残存せず、長期間に亘って優れた研削機
能を発揮する。溶射成膜後に皮膜から容易に脱落する粒
子が混在しているので、この粒子が研削工程中に自然に
脱落して気孔を形成し、目詰まり現象の発生を防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は金属特に鉄鋼材料の研
削や研摩に適した研削用具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から研削用具として種々のものが知
られている。これらを分類すると、天然の岩石を利用し
たもの、超硬質の粉体を結合剤を用いて固定化したもの
（研削砥石）、超硬質の研削材料粉体を布や合成紙や合
成ゴム等の表面に接着したもの（研磨紙や研磨ベルト
等）、鋼製部材の表面にタガネ等を用いて凹洞や溝を形
成したもの（ヤスリ）、金属シートの表面に合成ダイヤ
モンドや硼化物の微粒子を電着法により金属と共析させ
たもの（例えば実開昭５５−１１１７５９号公報参照）
等に大別される。

【０００３】さらに、最近になって、超硬質粉体を用い
た爆発溶射法により、厚さ０．２〜０．５mmで気孔率３
％以下の皮膜を金属表面上に形成した自在研削具が提案
されている（実公平１−２３７３５号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上記載したような研
削具、特に実公平１−２３７３５号公報における提案技
術に関しては、次のような問題点がある。

【０００５】爆発溶射法により、金属表面上に気孔率３
％以下の超硬質材料の皮膜を形成しているため、鋼を研
削した際、気孔部に研削粉が充填され、いわゆる目詰ま
り現象が発生して研削能力が著しく低下する。従って、
超硬質材料が保有する優れた研削能力が十分に発揮でき
ない。

【０００６】本発明は、以上のような技術的問題点を解
決するため鋭意研究した結果、その原因が溶射法による
超硬質皮膜の形成技術にあることを突きとめた。すなわ
ち、爆発溶射法で形成された皮膜は、一般に緻密な性状
を呈し、実公平１−２３７３５号公報における提案技術
である気孔率３％以下の皮膜形成には適しているが、研
削用被膜としては不適当である。

【０００７】また、実公平１−２３７３５号公報にも記
載してあるように、爆発溶射法により超硬質材料皮膜を
形成するため、溶射を繰り返した際、その都度、既存の
皮膜とその上に溶射された材料とが溶融により一体化さ
れ、緻密な皮膜が形成される現象が認められる。この現
象は研削用皮膜が具備すべき機能を低下させている原因
と考えられる。

【０００８】本発明は以上のような技術的問題点の解決
策として創案されたものであり、その目的を要約すると
次の通りである。第１に、長期間に亘って高い研削能力
を有する超硬質皮膜を形成する。

【０００９】第２に、超硬質皮膜の気孔率を３％以上に
する。第３に、溶射工程を複数回繰り返しても、その都
度決して融合一体化しない溶射法と溶射条件を選択す
る。

【００１０】第４に、超硬質皮膜の気孔率を３％以上と
するため、溶射成膜後、皮膜から容易に脱落又は破壊す
る粒子を混在させ、この粒子が研削工程中に自然に脱落
等して気孔を形成することにより、目詰まり現象の発生
を防止する機能を皮膜に付与する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、従来の爆発
溶射皮膜を利用した研削具の欠点を次のような手段によ
り解決する。

【００１２】第１に、超硬質材料を用いて溶射皮膜を形
成する際、その皮膜の気孔率が３％以上となるような溶
射条件と溶射材料を選択する。第２に、３％以上の気孔
率を有する溶射皮膜を形成する手段として、溶射ガンと
被溶射体との距離を大きくしたり、溶射環境中において
溶射材料の一部が高温で酸化又は分解する熱源や溶射材
料を選択する。また、溶射材料中に共存する材料と高温
化においても融合又は結合しない異質な材料を添加し、
溶射成膜後この粒子が脱落等することにより気孔率を向
上させる。

【００１３】

【作用】溶射法は、高温の熱源中に溶射材料（多くは粉
末）を投入してこれを溶融もしくは軟化させた後、被溶
射体表面に吹き付けて皮膜を形成させる表面処理技術で
ある。そのため、溶射材料としては、高温雰囲気下で安
定した溶融あるいは軟化状態を維持する物質であれば、
金属やセラミックスやサーメットやガラスやプラスチッ
クなど、非常に広範囲な異質な材料の成膜に適した表面
処理技術である。ただし、溶射被膜の形成原理からうか
がえるように、皮膜は微細な粒子の複合体であるため、
その断面をミクロ的に観察すると、微細な粒子間に小さ
な空孔が発生し、これが皮膜の気孔として存在すること
となる。一般に、皮膜の気孔は腐食成分の侵入経路とな
ったり、被溶射体（母材）との密着性を低下させる要因
となるため、好ましいものではない。そのため、従来か
ら溶射法や溶射材料の開発研究では、もっぱら、溶射飛
行粒子の高速度化による強い衝突力を利用したり、溶射
熱源の高温化による溶射粒子の完全な融体化を利用し
て、気孔の発生抑制と密着力との向上を図っている。爆
発溶射法の開発は主として溶射飛行粒子の高速度化によ
る強い衝突力の利用を狙ったものであり、プラズマやレ
ーザ熱源の開発は溶射熱源の高温化による溶射粒子の完
全な融体化の利用を狙ったものである。

【００１４】しかし、本発明の研削用溶射皮膜では、気
孔率の高い皮膜ほど優れた研削性能を長期間に亘って維
持できることを実験的に確認している。そのため、従来
の溶射皮膜に関する研究目標とは別に、高い気孔率を有
する皮膜を形成させる必要がある。従って、次のような
方法を採用することとした。

【００１５】第１に、溶射ガンと母材との距離を大きく
することにより、母材に衝突する粒子相互の間隔を拡
げ、気孔率の向上を図る。但し、この方法では、溶射粒
子の飛行速度が低下したり、粒子の温度が過度に低下す
ることにより、皮膜を構成する堆積粒子の相互結合力
と、母材と溶射皮膜の密着力とが低下する可能性がある
ので、これらの点を十分考慮した溶射法と溶射材料の選
定が大切である。

【００１６】第２に、溶射環境中において、溶射材料の
一部が酸化したり分解する現象を利用して、成膜中の気
孔率を向上させる。また、酸化反応は溶射粒子の表面か
ら発生するため、酸化膜を中間層として結合した溶射粒
子の相互結合力は、一般に弱く脱落し易い。そのため、
この現象を利用して皮膜の気孔率を高くする。

【００１７】具体的には、溶射熱源としてのプラズマジ
ェットは５０００〜１００００℃の高温を有するが、こ
の熱源を用いてタングステン・カーバイド（ＷＣ）を溶
射すると、その一部が酸化物（ＷＯ_x）となったり、分
解（２ＷＣ＋1/2 Ｏ₂→Ｗ₂Ｃ＋ＣＯ）して、ＷＣが保
有する高硬度性とともに粒子の相互結合力が低下し、多
孔質な皮膜を形成することとなる。しかし、耐熱性に優
れたクロムカーバイド（Ｃｒ₃Ｃ₂）では、プラズマ熱
源中でもＷＣほどの酸化反応や分解が発生しないため、
比較的緻密な皮膜が形成され、研削用皮膜としては適当
でない。

【００１８】本発明の溶射皮膜ではＷＣ材料を使用する
場合、プラズマ熱源を用いる溶射法、すなわちプラズマ
溶射法が適していると言える。第３に、溶射材料中に高
融点を有し、共存する他の溶射材料と高温雰囲気下で融
合しない溶射材料を混合し、これらを一緒に成膜するこ
とにより、溶射粒子を局部的に脱落させ、気孔を発生さ
せる。

【００１９】例えば、水素やアセチレンやプロパンやプ
ロピレンなどの可燃性ガスを熱源とする溶射法（フレー
ム溶射法）では、熱源温度は２５００〜２８００℃程度
である。従って、ＷＣにＮｉ−Ｃｒ合金を添加した溶射
材料（ＷＣ−Ｎｉ・Ｃｒサーメット）中にＺｒＯ₂を少
量混合して溶射すると、ＷＣ−Ｎｉ・Ｃｒサーメットは
Ｎｉ・Ｃｒ合金が完全溶融するため、強固な溶射皮膜を
形成する。しかし、ＺｒＯ₂においては、その融点（約
２９００℃）が高いため、溶融することなく皮膜中に混
在することとなり、成膜後容易に脱落して気孔発生の原
因となる。さらに、このＺｒＯ₂においては、溶射熱源
中の急速加熱と成膜後の急速冷却時に単斜晶と正方晶と
の間で互いに変化し、その際７％程度の体積変化を伴う
ため、自らが破壊する現象が現れる。従って、気孔の発
生は極めて容易となる。

【００２０】一方、Ａｌ₂Ｏ₃のように融点（約２０５
０℃）が低い場合には、その低熱伝導性を利用してＷＣ
−Ｎｉ・Ｃｒサーメットに混入する粒子径を大きくして
おけば、完全溶融することなく、脱落し易い状態で成膜
させることが可能である。

【００２１】以上のような方法に基づき、気孔率の異な
るＷＣ（７３）−Ｎｉ（２０）・Ｃｒ（７）サーメット
材料〔（）内の数字は重量％を示す〕により、２００
μｍ厚の溶射皮膜をＳＵＳ３０４母材上に形成した後、
包丁材を試料として研摩試験を行った。

【００２２】図１は研摩試験装置の内容を示したもので
あって、溶射皮膜１を形成した母材２を１００ｒｐｍで
回転させ、この母材２上に包丁材３を接触させてこの包
丁材３に上部から一定の圧力Ｐ（５Ｋｇｆ／ｃｍ²）を
与えることによって、包丁材３の研摩量を測定した。

【００２３】図２は溶射皮膜の気孔率と、５０分間研摩
試験を行った後の包丁材３の減量（研摩量）との関係を
示したものである。この結果から明らかなように、同一
材料で形成された溶射皮膜でも、気孔率の小さい緻密な
皮膜より、気孔率の高い皮膜の方が研摩量が大きくなっ
ているのが認められる。研摩試験後の溶射皮膜の表面を
観察すると、緻密な皮膜では包丁材３の微細な研摩屑が
皮膜面に付着して包丁材３と皮膜との直接接触を妨げて
いる。一方、気孔率の高い皮膜では、研摩屑の残留が少
なく、包丁材３と皮膜が常に接触状態にあることがうか
がえ、長時間に亘って良好な研摩状態を維持することが
わかる。

【００２４】また、この研摩試験では良好な研摩状態を
維持することができる溶射皮膜の気孔率は３％以上であ
ることが確認された。このような気孔率と研摩量との関
係は、溶射材料の処理をＣｒ₃Ｃ₂、Ｔｉｃ，ＷＴｉ
Ｃ、Ｂ₄Ｃ、ＴａＣ、ＮｂＣなどの炭化物に変更して
も、研摩量の絶対値については相違はあるものの、ほぼ
同様な結果が得られる。従って、皮膜の気孔率が重要な
役割を果たしていることが判明した。

【００２５】一方、炭化物サーメット皮膜は非常に硬い
ため、包丁材３などを長時間に亘って研摩してもほとん
ど摩滅することがなく、０．０５mm程度の薄膜でも十分
に実用化できる。しかし、工業的には０．１〜０．５mm
が最適である。０．５mm以上でも研摩皮膜としての機能
には変化はないが、経済的に好ましいものではない。

【００２６】

【第１実施例】この第１実施例では、ＷＣ（７３）−Ｎ
ｉ（２０）・Ｃｒ（７）サーメット材料〔（）内の数
字は重量％を示す〕を用いて、ＳＵＳ３０４上に２００
μｍ厚の皮膜を形成するに際し、その粒子径を５〜１０
μｍのものと、１０〜４０μｍのものとに分けて溶射成
膜し、気孔率と包丁材３の研摩量の関係を図１と同じ要
領で調査した。なお、溶射皮膜の気孔率の変化は、溶射
ガンと母材との距離を変化させる距離法と、プラズマ溶
射法（熱源法）とによってそれぞれ実施した。図３は以
上のような方法によって得られた各種の気孔率を有する
溶射皮膜の研摩量を示したものである。この結果から明
らかなように小径の溶射粒子を用いた皮膜でも、気孔率
を高くしておけば、多くの研摩量が得られることがわか
る。これに対し、溶射粒子の大小にかかわらず、皮膜の
気孔率が小さい場合には、研摩屑による目詰まりが発生
するため、研摩量が少なく、溶射皮膜の硬さ（ビッカー
ス硬さ８００〜１０００）を十分に活かすことができな
かった。

【００２７】なお、図３は気孔率１．０１％の皮膜の研
摩量を１とし、その比で示したものである。

【００２８】

【第２実施例】この第２実施例では、溶射材料の粒子径
１０〜４４μｍのＷＴｉＣ（８０）−Ｎｉ（２０）・Ｎ
ｂＣ（７０）−Ｎｉ（２０）・Ｃｒ（１０）、Ｃｒ₃Ｃ
₂（８０）−Ｎｉ（１５）・Ｃｒ（５）材料を用い
〔（）内の数字は重量％を示す〕、それぞれの材料に
ＺｒＯ₂（２０〜５０μｍ）を添加したものを調整し、
ＳＵＳ３０４母材上に１５０μｍの皮膜を形成した。そ
して、第１実施例と同じ方法によって皮膜の研摩性能を
調査した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１はこれらの結果を要約したものであ
る。ここでも３％以下の気孔率の皮膜で得られる研摩量
を基準とすれば、３％以上の気孔率を有する皮膜の研摩
量は４．８から１０倍に達しており、研削能力に優れて
いることが認められた。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係る研削用具によれば、超硬質
粉末材料例えば炭化物サーメット粉末材料を用いて気孔
率３％以上の溶射皮膜を形成したので、鉄鋼材料を研削
した際に生ずる研削屑が表面に残存することが少なくな
り、長期間に亘って優れた研削機能を発揮する。また、
溶射材料の粒子径を変化させても研削機能を損なうこと
がないため、荒研削や精密研削など幅広い研削状態を得
ることが可能であり、その利用価値は非常に大きい。さ
らに、炭化物サーメット皮膜は高硬度を有し、鉄鋼材料
の研削を行なってもほとんど変化しないため、いわゆる
ドレッシングなどの保守管理が不要であるなどの効果が
認められる。さらに、溶射成膜後に皮膜から容易に脱落
する粒子が混在しているので、この粒子が研削工程中に
自然に脱落して気孔を形成し、目詰まり現象の発生を防
止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶射皮膜の研削性を試験する装置を示す概要図
である。

【図２】溶射皮膜の気孔率と研削能力との関係を示すグ
ラフである。

【図３】各種の気孔率を有する溶射皮膜の研削能力を比
較して示したグラフである。

【符号の説明】

１溶射皮膜、２母材、３包丁材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北秋広幸名古屋市緑区大高町字１番割46 トーカロ株式会社内 (72)発明者奥田章誠岐阜県関市小屋名1110番地株式会社貝印刃物開発センター内 (72)発明者小島学岐阜県関市小屋名1110番地株式会社貝印刃物開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属あるいは非金属母材の表面に対し超
硬質粉末材料により気孔率３％以上の溶射皮膜を形成し
たことを特徴とする研削用具。
【請求項２】請求項１において、超硬質粉末材料はＷ
Ｃ、Ｃｒ₃Ｃ₂、ＷＴｉＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、
Ｂ₄Ｃ等の炭化物と、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ等から選出され
た一種以上の金属とからなるサーメットであることを特
徴とする研削用具。
【請求項３】請求項１において、母材上の溶射皮膜
は、超硬質粉末材料中に添加して母材の表面に同時に溶
射成膜しても、超硬質粉末材料と融合することなく、加
熱冷却又は研削材料との機械的接触等により容易に脱落
又は破壊する粒子を有することを特徴とする研削用具。