JPH0356868B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は研摩材成形体の接合方法に関するもの
である。

研摩材成形体へは当業界では周知であり、且つ
工業では種々の工作製品の研摩に広く使用してい
る。これらは本質的には固い集塊の中に接合させ
てある成形体の容積の少なくとも70容量％、好ま
しくは80容量％からから90容量％までの量で存在
する研摩材粒子の団塊から成つている。成形体は
ダイヤモンド対ダイヤモンドの直接結合が多少あ
る多結晶質団塊である。成形体の研摩材粒子は必
ずダイヤモンド及び立方晶系窒化ホウ素のような
超硬質研摩材である。

研摩材成形体は、第二の相、すなわち粒子を合
成するときに有効な触媒（溶剤としても公知であ
る）を含有する結合マトリツクスを含有していて
もよい。立方晶系窒化ホウ素の場合では、適切な
触媒の例は、アルミニウム、あるいはアルミニウ
ムとニツケル、コバルト、鉄、マンガン又はクロ
ムとの合金である。ダイヤモンドの場合では、適
切な触媒の例は、周規律表の第８族の金属、例え
ばコバルト、ニツケル又は鉄、あるいはこのよう
な金属を含有する合金である。

研摩材成形体は円盤又はそれの切片、あるいは
他の形状の破片の形態で提供することができる。

ダイヤモンド及び立方晶系窒化ホウ素の成形体
は、研摩材粒子が結晶学的に安定な温度及び圧力
の条件の下で製造する。

研摩材成形体は、使用する工具又は工具の柄に
直接接合させることができる。別法としては、工
具又は工具の柄に固定する前に、焼結炭化物
（cemented carbide）裏当てのような、裏当てに
接合させることができる。裏当て、代表的には焼
結炭化物裏当て、に接合させた研摩材成形体も又
「複合研摩材成形体（composite abrasive
compacts）」として、やはり公知である。

研摩材成形体及び複合研摩材成形体の例は、多
数の特許明細書、例えば英国特許の第1489130号
明細書、第1456765号明細書、及び第2048927号明
細書、並びに米国特許の第3745623号明細書、第
3743489号明細書、及び第4224380号明細書で見出
すことができる。

本発明によつて、ニツケル、銅、コバルト、
鉄、又はこれらの金属の一種類又はもつと多くを
含有する合金の層を、成形体の表面と保持体の表
面との間に挿入し、且つ層の融点よりも低い温度
で、成形体を挿入層を通して保持体に拡散接合さ
せる工程を包含する、研摩材成形体を金属含有保
持体に接合させる方法を提供するものである。

第１図では、本発明の方法で使用する合体品の
側面横断面図を示し、第２図では、第１図の合体
品の一部を横断面にした透視図を示す。

本発明の方法では拡散接合技法を使用する。拡
散接合は当業界では公知であり、金属の原子が接
合界面を通り越して移動し、連続した組織を作
る、金属対金属の結合を生じさせる方法である。
この方法は金属を融点まで到達させないで、固体
状態で行う方法である。拡散接合では、研摩材成
形体の研摩材粒子に実質的な損傷を与えない条件
下で、成形体と保持体との間に優れた強度の結合
を生じることが見出された。換言すれば、ダイヤ
モンド成形体の場合では、成形体にはグラフアイ
トが実質的に全くなく、又立方晶系窒化ホウ素成
形体の場合では、六方晶系窒化ホウ素が実質的に
全くない。

本発明の方法は、 (a) ニツケル、銅、コバルト、鉄、又はこれらの
金属の内の一種類又はそれ以上を含有する合金
の層を、保持体の表面に設け、 (b) 金属層が成形体の表面に接触するように、成
形体と保持体とを一緒にし、 (c) これに横断的に圧力を加えて、成形体と保持
体とを互に押し合わせ、 (d) 金属層の温度を650〜950℃の範囲の温度まで
上げ、且つ (e) 成形体と保持体との間で拡散接合をさせるの
に十分な時間の間、圧力及び温度を維持するこ
とからなり、工程(d)及び(e)を不活性雰囲気中で
行うものである。こゝで研摩材成形体は立方晶
系窒化ホウ素成形体又はダイヤモンド成形体で
あり、保持体は焼結炭化タンタル、焼結炭化タ
ングステン、焼結炭化チタン又はこれらの混合
物である。

裏当てを基体に拡散接合させている間、加えて
いる圧力は一般に40N／mm²から300N／mm²であり、
且つ使用する温度は650℃から950℃までの程度が
代表的である。ダイヤモンド触媒を含有している
第二相のあるダイヤモンド成形体の場合には、温
度は一般750℃よりも高くしない。拡散接合が
10^-4トル又はもつと良い真空中、あるいは不活性
ガスのような他の不活性雰囲気中で起これば、研
摩材成形体の研摩材粒子に起こる損傷は最小限に
なる。圧力と温度とを５分間から360分間、代表
的には５分間から35分間の間、持続させて、確実
に良好な接合を行わせることができる。

本発明の方法では、例えば水圧シリンダ−圧縮
機を使用する、当業界では公知の方法によつて、
横断的圧力を加えることができる。

成形体と保持体とに所望の横断的圧力を加える
独特の方法では、外側の包囲体と内側の膨張体と
の間の熱膨張係数の違いを利用する。この方法
は、工程(c)で成形体と保持体とを結合させた後
に、これらの中に空洞ができている包囲体と、空
洞の中にあつて熱膨張係数が包囲体のそれよりも
大きい膨張体とから成る合体品の空洞の中に入
れ、且つ合体品の温度を工程(d)の所望の温度まで
上げて、膨張体を膨張させ、且つ成形体と保持体
とに、工程(c)の所望の横断的圧力を加えることを
包含している。

合体品の温度は合体品を炉に入れることによつ
て上げるのが代表的である。

包囲体は焼結炭化物、あるいは窒化ケイ素又は
ジルコニアをベースにしたセラミツクでできてい
てもよい。

膨張体は熱膨張係数の大きい金属又は合金製で
あるのが代表的である。適切な合金の例はニツケ
ルベース合金のニモニツク（Nimonic）である。

膨張体と接触している空洞の表面は、傾斜して
いて、膨張体の傾いている表面と釣り合つていて
もよい。あるいは、膨張体は二箇所で接触してい
て、接触表面が傾斜していて、釣り合つていても
よい。

膨張体が使用する温度条件下で、接合させる成
分と有害な反応をする場合には、接合させる成分
と膨張体との間に適切な不活性充てん物質をあて
がうことができる。

この加圧方法は工具の柄に研摩材成形体を接合
するのに特に使用する、すなわち工具の柄が保持
体である。

第１図及び第２図で本発明のこの見地の実施態
様を示す。

これらの図面を参考にして、焼結炭化物で作つ
た、中に溝、すなわち空洞２４を作つてある包囲
体２２から成る合体品２０を示す。包囲体２２は
鋼鉄保持ベース２８の中のくぼみ２６に固定して
ある。

空洞２４４の中には、傾斜した表面が線３４に
沿つて接触して、反対向きに向き合つているくさ
び３０，３２がある。このすさびは合金ニモニツ
ク製である。

空洞の中には充てん要素３６をも、くさび３２
の表面３８と接触させて入れてある。充てん要素
３６と包囲体の表面４０との間には、研摩材成形
体４４を接合させることになつている工具の柄４
２を置いてある。工具の柄４２と成形体４２との
間には、工具の柄と成形体との間で拡散接合させ
るのに適した薄い金属層４６を置く。工具の柄と
成形体との間で有利な拡散接合を行うために、合
体品全体を適切な温度の炉の中に入れる。温度は
拡散接合を起こさせるような温度にしなければな
らない。この温度で、ニモニツクすさび３０，３
２は包囲体２２よりも速い速度で膨張する。これ
には工具の柄４２と成形体４４とに接合圧力を及
ぼす作用がある。

表面を確実に、できるだけ平らにするために
は、金属層の露出している表面を磨くことが重要
であり、且つ好ましい。磨きはダイヤモンド研摩
具を使用して行うことができる。保持体を接合さ
せる成形体の表面も又できるだけ平らにしておく
べきである。

保持体の表面に接合させる金属層は、特に研摩
中に曲がつたり、ねじれたりしがちである。これ
を最小限にするためには、表面に層を析出させ、
層に横断的な圧力を加え、層の温度を融点よりも
低い温度まで上げ、且つ層を基体に接合させるこ
とができるのに十分な時間の間、圧力と温度とを
維持するのが好ましいことを見出した。層に加え
る圧力は1N／mm²へから200N／mm²までの範囲であ
り、且つ金属層を加熱して上げる温度は700℃か
ら1100℃まであるのが代表的である。温度及び圧
力のこれらの条件を５分間から300分間までの時
間、代表的には５分間から30分間の時間維持する
ことができる。電気メツキ、無電気メツキ、蒸着
又はスパツタリング、あるいは金属はくを保持体
と接触させて置くか、又ははくを金属コーテイン
グしてある保持体の表面と接触させて置く、など
のような当業界では公知の方法によつて、基体の
表面に金属を析出させることができる。横断的圧
力の加圧は当業界で公知の方法で行うことができ
る。

成形体を金属コーテイングを施してある保持体
の表面と接触させる前に、保持体の表面をコーテ
イングするのに使用する金属と同一、又は同様な
金属で、接合させようとする成形体の表面に薄い
金属コーテイングを施してもよい。このような層
は、電気メツキ、無電気メツキ、真空蒸着及びス
パツタリングのような当業界で公知の方法によつ
て、このような層の成形体の表面に析出させるこ
とができる。

研摩材成形体は、上記で詳細に検討したように
当業界で公知のどれであつてもよい。詳細には、
研摩材成形体はダイヤモンド成形体または立方晶
系窒化ホウ素成形体であつてもよい。

保持体は工具の柄であつてもよく、あるいは研
摩材成形体と共に複合研摩材成形体を作るような
ものであつてもよい。

複合研摩材成形体用の保持体は、当業界では公
知の、焼結炭化物で作つてもよい。適切な、焼結
炭化物（cemented carbide）の例は焼結炭化チ
タン、焼結炭化タンタル、焼結炭化タングステ
ン、あるいはこれらの混合物である。焼結炭化物
用の金属相は、一般に３重量％から35重量％まで
の量で存在するニツケル、コバルト、又は鉄であ
る。

保持体は一般に質量及び容積が研摩材成形体の
質量及び容積よりも大きい。

成形体と保持体との間の接合層の厚さは一般に
220μ未満である。本発明の方法によつて、成形
体と保持体との間の接合のせん断強さを少なくと
も100N／mm²にすることができる。

下記の実施例で、本発明を更に説明する。

実施例 １ コバルトを接合させたタングステンのスタブに
は、表面に析出させた焼きなまししたニツケルの
円盤が付けてあつた。ニツケルコーテイングをし
てある表面に圧力40N／mm²を加え、且つ温度を
900℃まで上げた。これらの条件を20分間持続さ
せた。その後、ニツケル層の露出している表面を
ダイヤモンド研摩具で磨いた。ニツケルコーテイ
ングの厚さは120μであつた。

次に、本質的に窒化アルミニウム及び（又は）
二ホウ化アルミニウムから成る第二相のある、円
盤形の立方晶系窒化ホウ素成形体を、最初に成形
体の主要な平らな表面をスタブ上のニツケル層と
接触させることによつて、スタブに接合させた。
成形体とスタブとに横断的な圧力170N／mm²を加
えて、両方を押し合わせ、且つ界面、すなわちニ
ツケル層の温度を920℃まで上げた。この処理を
10^-4トルの真空中で行つた。これらの条件を200
分間持続させた。

この拡散接合技法によつて、成形体と炭化物ス
タブとの間に優れた接合ができた。接合のせん断
強さを測定して、110N／mm²程度であることが分
かつた。裏当てとスタブとの間の接合層の厚さは
120μ程度でであつた。

実施例 ２ ニツケルコーテイングをしてあるスタブを成形
体に接合するときに、下記の条件、 使用圧力 170N／mm² 使用温度 950℃ 持続条件 30分 を使用したことを除いて、実施例１に記載した操
作を行つた。

成形体とスタブとの間では、やはり優れた接合
ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法で使用する合体品の側面
の横断面図であり、第２図は第１図の合体品の一
部の横断面を示す透視図であり、 ２０は合体品、２２は包囲体、２４は溝（又は
空洞）、２６はくぼみ、２８は鋼鉄製保持ベース、
３０，３２はニモニツク製くさび、３４は線、３
６は充てん要素、３８はくさび表面、４０は包囲
体表面、４２は工具の柄、４４は研摩材成形体、
４６は薄い金属層である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 研摩材成形体を金属含有保持体に接合させる
   方法において、 (a) ニツケル、銅、コバルト、鉄、又はこれらの
   金属の内の一種類又はそれ以上を含有する合金
   の層を、保持体の表面に設け、 (b) 金属層が成形体の表面に接触するように、成
   形体と保持体とを一緒にし、 (c) これに横断的に圧力を加えて、成形体と保持
   体とを互に押し合わせ、 (d) 金属層の温度を650〜950℃の範囲の温度まで
   上げ、且つ (e) 成形体と保持体との間で拡散接合をさせるの
   に十分な時間の間、圧力及び温度を維持し、工
   程(d)及び(e)を不活性雰囲気中で行い、こゝで研
   摩材成形体は立方晶系窒化ホウ素成形体又はダ
   イヤモンド成形体であり、保持体は焼結炭化タ
   ンタル、焼結炭化タングステン、焼結炭化チタ
   ン又はこれらの混合物であることを特徴とす
   る、上記接合方法。 ２ 成形体及び保持体に加える横断的な圧力は、
   40N／mm²から300N／mm²までの範囲であることを
   特徴とする、上記第１項に記載の方法。 ３ 圧力及び温度を５分間から360分間までの時
   間持続させることを特徴とする、上記第１項また
   は第２項に記載の方法。 ４ 圧力及び温度を５分間から35分間までの時間
   持続させることを特徴とする、上記第３項に記載
   の方法。 ５ 工程(b)で成形体と保持体とを結合させた後
   に、これらを中に空洞ができている包囲体と、空
   洞の中にあつて、熱膨張係数が包囲体のそれより
   も大きい膨張体とから成る合体品の空洞の中に入
   れ、且つ合体品の温度を工程(d)の所望の温度まで
   上げて、膨張体を膨張させ、且つ成形体と保持体
   とに工程(c)の所望の横断圧力を加えることを特徴
   とする、上記第１項から第４項までのいずれか１
   項に記載の方法。 ６ 合体品を炉の中に入れて、合体品の温度を上
   げることを特徴とする、上記第５項に記載の方
   法。 ７ 包囲体は焼結炭化物、あるいは窒化ケイ素又
   はジルコニアをベースにしたセラミツクでできて
   いることを特徴とする、上記第５項又は第６項に
   記載の方法。 ８ 膨張体はニモニツク（Nimonic）製である
   ことを特徴とする、上記第５項から第７項までの
   いずれかの項に記載の方法。 ９ 工程(b)よりも前に、成形体の表面と接触させ
   る金属層の表面を磨くことを特徴とする、上記第
   １項から第８項までのいずれかの項に記載の方
   法。 １０ 金属層を保持体の表面に析出させ、層に横
   断的圧力を加え、層の温度を層の融点よりも低い
   温度まで上げ、且つ層を保持体に接合させること
   ができるのに十分な時間の間、圧力と温度とを持
   続させることによつて、金属層を保持体の表面に
   接合させることを特徴とする、上記第１項から第
   ９項までのいずれかの項に記載の方法。 １１ 金属層に加える圧力は1N／mm²から200N／
   mm²までの範囲であることを特徴とする、上記第１
   ０項に記載の方法。 １２ 金属層を加熱して上げる温度は、700℃か
   ら950℃までの範囲であることを特徴とする、上
   記１０項又は第１１項に記載の方法。 １３ 金属層に加える圧力及び温度を５分間から
   300分間の間持続させることを特徴とする、上記
   第１０項から第１２項までのいずれか１項に記載
   の方法。 １４ 金属層に加える圧力及び温度を５分間から
   30分間の間持続させることを特徴とする、上記第
   １０項から第１３項までのいずれかの項に記載の
   方法。 １５ 保持体は工具の柄であることを特徴とす
   る、上記第１項から第１４項までのいずれかの項
   に記載の方法。 １６ 保持体に接合させる研摩材成形体は複合研
   摩材成形体であることを特徴とする、前記第１項
   から第１４項までのいずれか１項に記載の方法。 １７ 保持体は焼結炭化物でできていることを特
   徴とする、上記第１６項に記載の方法。