金属结合剂砂轮的制造方法以及制造装置的制作方法

专利名称：金属结合剂砂轮的制造方法以及制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属结合剂砂轮的制造方法以及制造装置。
背景技术：
金属结合剂砂轮是通过对将磨粒分散在铜、锡、银等金属结合剂粉末中而得到的砂轮材料(混合粉末)进行烧结而形成的(参照专利文献1)。在此类金属结合剂砂轮的烧结中，以往使用热压法、放电等离子法。专利文献1 日本特开2008-44070号公报但是，在热压法、放电等离子法中，用于进行加热的耗电量需要例如16kW左右，存在耗电量大的问题。在此，作为耗电量少的加热法，本发明人着眼于基于微波的加热。然而，金属具有反射微波的性质，在微波中无法对金属进行加热是技术常识。因此，一直以来认为微波加热不适于金属结合剂砂轮的烧结，不存在将微波加热利用于金属结合剂砂轮的烧结的例子。与此相对，本发明人在将基于微波的加热利用于金属结合剂砂轮的烧结这一违反现有常识的构思之下进行了实验，结果，成功地利用微波加热对金属结合剂砂轮进行了烧结，最终完成了本发明。

发明内容
S卩，本发明的目的在于提供能够抑制耗电量的金属结合剂砂轮的新的制造方法以及制造装置。本发明人在进行实验后，明白了当利用微波对包含金属结合剂粉末的金属结合剂砂轮材料体进行加热时，虽然结合剂是金属，但由于是粉末因此能够进行烧结。S卩，本发明是利用对将金属结合剂粉末与磨粒混合而成的金属结合剂砂轮材料进行烧结的烧结工序来得到烧结而成的金属结合剂砂轮的金属结合剂砂轮的制造方法，其特征在于，上述烧结工序利用微波对包含上述金属结合剂粉末的上述金属结合剂砂轮材料进行加热，从而得到烧结而成的金属结合剂砂轮。并且，优选的是，上述烧结工序是在对上述金属结合剂砂轮材料进行加压的同时进行微波加热的加压烧结工序，在上述加压烧结工序中，以比该加压烧结工序中的最终加压压力低的压力开始进行基于微波的加热，在因进行微波加热而导致的温度上升的过程中使加压压力上升，使加压压力达到上述最终加压压力。优选的是，在金属结合剂砂轮材料的温度达到中间温度时进行使加压压力向上述最终加压压力上升的作业，上述中间温度为上述金属结合剂砂轮材料所包含的多种金属结合剂粉末中的、由熔点比微波加热的目标温度低的金属构成的金属结合剂粉末的上述熔点、或者该熔点附近的温度。优选的是，上述烧制工序是在对上述金属结合剂砂轮材料进行加压的同时进行微波加热的加压烧结结构，上述加压烧结工序中的加压压力如下在微波加热开始时，上述加压压力是比最终加压压力低的初期加压压力，在达到微波加热的目标温度之前，使上述加压压力上升到初期加压压力与最终加压压力之间的压力亦即中间加压压力，之后，使上述加压压力进一步上升至上述最终加压压力。优选的是，在金属结合剂砂轮材料的温度达到中间温度时进行使加压压力向上述中间加压压力上升的作业，上述中间温度是上述金属结合剂砂轮材料所包含的多种金属结合剂粉末中的、由熔点比微波加热的目标温度低的金属构成的金属结合剂粉末的上述熔点、或者该熔点附近的温度。从其他观点来看，本发明涉及金属结合剂砂轮的制造装置，其特征在于，上述金属结合剂砂轮的制造装置具备模具，将金属结合剂粉末与磨粒混合而成的金属结合剂砂轮材料收纳于该模具的内部；以及微波放射部，该微波放射部用于利用从上述模具的外部放射的微波对被收纳于上述模具的上述金属结合剂砂轮材料进行加热。优选的是，上述模具由具有微波透过性的介电材料形成。优选的是，上述金属结合剂砂轮的制造装置还具备设置于上述模具的温度测定部，该温度测定部用于测定上述模具内的金属结合剂砂轮材料的温度，上述模具构成为具备如下的材料该材料是具有微波透过性，并且具有能够使金属结合剂砂轮材料的温度反映在上述温度测定部所被设置的位置的程度的热传导性的材料。优选的是，上述金属结合剂砂轮的制造装置还具备温度测定部，该温度测定部用于测定上述模具内的金属结合剂砂轮材料的温度，上述模具构成为具有第一模具部和第二模具部，上述第一模具部由具有微波透过性的介电材料形成，上述第二模具部由热传导性比上述第一模具部的热传导性好的材料构成，且上述第二模具部将金属结合剂砂轮材料的热传递至上述温度测定部，上述温度测定部经由上述第二模具部测定金属结合剂砂轮材料的温度。根据本发明，能够利用可实现省电化的微波加热来进行金属结合剂砂轮的烧结， 从而能够减少砂轮的制造成本。


图1是基于微波加热的砂轮制造装置的结构图。图2是示出在砂轮制造装置中使用的用于收纳砂轮材料的模具的立体图。图3是示出砂轮制造装置的处理部的放大图。图4是沿着图3的A-A线的剖视图。图5是示出微波加热控制方法的第一例的曲线图。图6是示出微波加热控制方法的第二例的曲线图。图7是示出微波加热控制方法的第三例的曲线图。图8是示出微波加热控制方法的第四例的曲线图。图9是示出第二实施例所涉及的微波加热控制方法(温度-压力控制)的曲线图。图10是示出第三实施例所涉及的微波加热控制方法(温度-压力控制)的曲线图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。[1、砂轮制造装置]图1示出实施方式所涉及的砂轮制造装置1。该制造装置1构成为附带加压功能的微波加热装置，该微波加热装置是基于驻波(入射波与反射波的合成)进行加热的单模 (single-mode)微波加热装置。因此，通过将砂轮材料(模具10)设置在电场最大或者磁场最大的位置，能够高效地进行加热。另外，作为微波加热装置，也能够使用多模(multimode) 微波加热装置。该制造装置1具备微波产生部(振荡部)2、和用于利用微波对被加热物亦即砂轮材料进行加热的处理部3，还具备用于向处理部3侧传送微波的波导4。另外，波导4在终端具备短路板如。微波产生部2例如由磁控管(magnetron)构成，能够产生例如2. 45GHz的微波，但频率不限定于此，也可以产生例如915MHz、5. 8GHz等的微波。并且，也可以利用半导体放大器作为微波产生部2。在此，在微波产生部2的功耗为例如400W左右即可，与在现有的砂轮制造方法 (例如热压法)的功耗为16kW的情况相比，能够大幅减少耗电量。在上述制造装置1中，在通到处理部3的波导4的中途部设置有微波隔离器 (isolator) 5 以及阻抗调谐器(stub tuner) 6。上述微波隔离器5由循环器如以及假负载釙构成。在循环器如中，从微波产生部2产生的微波能够向处理部3侧通过，但从处理部3侧反射回来的微波不能返回微波产生部2，而是被向假负载恥侧输送。并且，装置1具备功率表7，该功率表7分别测定从微波产生部2射出的微波(入射波)的功率、和从处理部3侧反射回来的微波(反射波)的功率，以求得在处理部3中被吸收了的功率。另外，上述阻抗调谐器(阻抗匹配器)6能够调整微波的共振长度。图2 图4示出与处理部3相关的装置1的结构。处理部3设置于波导4内，用于得到对砂轮材料进行加压烧结而烧结成的砂轮(例如珩磨砂轮)。在该处理部3中，烧结是利用基于从微波产生部2放射并通过波导4传递来的微波的微波加热来进行的。更具体地说，用于收纳未烧结的砂轮材料的模具10配置于波导4内的电场最大或者磁场最大的规定位置，透过模具10后的微波对模具10内的砂轮材料进行加热。如图2所示，上述模具10构成为，具有圆筒状的模具主体(第一模具部)11、收纳砂轮材料的内模具13 (第一模具部)、从上下进入内模具13从而从上下对砂轮材料M加压的上下的按压模具14、15 (第二模具部)、以及用于按压上下的按压模具14、15的按压板 (第二模具部)12a、12b。如图3以及图4所示，上下的按压模具14、15由具有加压装置20的加压杆21、22 经由按压板12a、12b被加压，从而进行对砂轮材料M的加压。上述模具10由几乎不吸收微波、基于微波的发热少的陶瓷等介电材料形成。由于基于模具10自身的微波吸收少，因此，即使从模具10外部照射微波，微波的吸收也主要由砂轮材料M进行，基于模具10的微波吸收少，因此功率效率高。从上述观点考虑，上述模具10可以整体都由单一种类的材料(例如氧化铝)形成，但在本实施方式中，为了容易监视砂轮材料的温度，模具10由多种(两种)材料构成。更具体地说，圆筒状的模具主体(第一模具部)11以及内模具(第一模具部)13 由氧化铝(氧化铝=Al2O3)形成，上下的按压模具(第二模具部)14、15以及按压板(第二模具部)lh、12b由氮化铝-氮化硼复合物(AlN-BN)形成。在此，上述氧化铝是陶瓷的一种，具有微波透过性，因此难以由微波加热，在抑制基于模具10的微波吸收的方面是优选的。但是，一般来说，氧化铝这样的陶瓷的热传导性未必一定高。如果模具10的热传导性低，则当想要经由模具10来测定烧结处理中的砂轮材料M的温度的情况下，模具10与砂轮材料M的温度差大，难以测定砂轮材料M的正确温度。另一方面，虽然氮化铝、氮化硼中的任意一种均为陶瓷，且与氧化铝同样具有微波透过性，但作为陶瓷(电介体)是具有高热传导率的材料。因此，在本实施方式中，虽然作为模具10的材质采用氧化铝，但在希望确保用于温度测定的良好的热传导性的部分，采用热传导性比氧化铝好的材料亦即氮化铝-氮化硼复合物。S卩，如上所述，在本实施方式中，第一模具部亦即模具主体11、内模具13由氧化铝形成，第二模具部亦即上下的按压模具14、15、按压板12a、12b由氮化铝-氮化硼复合物形成。另外，第二模具部也可以由氮化铝或者氮化硼形成。按压模具14、15与砂轮材料M接触，并且，在与该按压模具14接触的按压板1 的外表面设置有作为温度检测部23a的热电偶。另外，温度检测部23a也能够以与砂轮材料M不接触的状态埋入第二模具部的内部。因此，按压模具以及按压板(在图3中为上侧的按压模具14以及按压板12a)成为从砂轮材料M到温度检测部23a的热传导的主要路径。在本实施方式中，作为构成该热传导路径的材质采用热传导性好的材质，因此，加热过程中的砂轮材料M的温度反映于温度检测部23a，能够更加正确地测定砂轮材料M的温度。另外，模具10的整体形状、第一模具部的形状以及第二模具部的形状不限定于图示的形状，能够进行各种变更。并且，第一模具部的材质、第二模具部的材质也不限定于上述材质。此外，模具10不需要由多种材料形成，也可以由单一材料形成。作为构成模具10的材料，例如，从微波透过性(低介电损失)的观点出发，除了之前举例示出的氧化铝、氮化铝-氮化硼复合物、氮化铝、或者氮化硼之外，也能够采用氮化硅、氧化硅等。并且，也可以是这些材料彼此、或者这些材料与其它材料的复合材料。另外， 如果仅是模具10的一部分的话，也可以包含介电损失高的材料(例如SiCj^ )。如此，通过主要利用在用于进行加热的微波的频率中介电损失比加热对象亦即砂轮材料的介电损失低的材料来构成模具10，能够抑制功率损失，并且能够进行微波加热。并且，如上所述，通过使用上述材料中的氮化铝-氮化硼复合物、氮化铝等热传导性良好的材料，砂轮材料的温度测定变得容易。并且，在热传导性低的材料中，模具10的靠近砂轮材料的部分与远离砂轮材料的部分的温差大，容易在模具10产生变形。因此，从防止因变形而导致耐久性降低的观点出发，热传导性良好的材料比较合适。另外，作为其它的模具10的材料的选定条件，由于要进行加压，因此优选硬度、耐冲击性良好的材料。
上述温度检测部(热电偶)23a与温度测定部23连接，该温度测定部23将测定到的温度信号赋予给控制部对。控制部M用于对装置1的烧制工序进行控制，例如，能够基于测定到的温度对加压装置20的加压压力进行控制。上述加压装置20利用上下成对的加压杆21、22经由按压板12a、1 从上下方向对按压模具14、15施加载荷，用于对砂轮材料M进行加压。该加压装置20为液压式，作为产生与从控制部M被赋予的压力控制信号相应的期望的加压压力的压力产生部25，具备液压缸。虽然该压力产生部25设置于波导4的外部，但由于加压杆21、22延伸设置到波导 4内，因此能够对波导4内的模具10施加载荷。在欲将压力产生部25设置于波导4内的情况下，会产生需要将压力产生部25小型化至能够收纳在波导4内的尺寸，或者作为压力产生部25的构成部件无法使用反射微波的金属元件等制约，但通过将压力产生部25设置在波导4外，能够解除上述制约。上述压力产生部25由波导4外的支承体沈支承。支承体沈构成为具有上侧支承部^a、下侧支承部^b、以及连结上下的支承部的连结部^c。压力产生部25由上侧支承部26b支承，在该压力产生部25安装有上侧的加压杆 (活动杆)21。并且，下侧的加压杆(固定杆)22固定于下侧支承部^b。另外，下侧的加压杆22也可以是活动杆。由于上述两加压杆21、22的一部分位于波导4内，因此由微波的反射性、吸收性小的陶瓷等介电材料形成。具体地说，本实施方式中的加压杆21、22由氧化铝形成。另外，在本实施方式中，加压杆21、22整体都由氧化铝形成，但只要至少位于波导4内的部分由氧化铝(陶瓷等介电材料)形成就足够了。并且，在波导4形成有用于供上述加压杆21、22贯通的贯通孔4b。由于需要将该贯通孔4b抑制在波导4内的微波不会从该贯通孔4b泄漏的程度的尺寸，因此不能设置地太大。因此，插通于贯通孔4b的加压杆21、22也不能设置地过粗。因此，虽然图示的加压杆21、22仅上下分别设置有一根，但也可以上下分别设置有多根。换句话说，也可以预先在波导4的上下分别预先设置多个贯通孔4b，利用多根加压杆21、22来按压模具10。通过这样做，能够抑制各个贯通孔4b的大小从而防止微波泄漏， 并且能够使施加于各个加压杆21、22的载荷分散。另外，加压方向不限定于上下方向，例如，也可以是左右方向。[2、砂轮材料与对砂轮材料的加热]利用装置1处理的砂轮材料是金属结合剂砂轮的材料，具体地说，是将金属结合剂的粉末与磨粒混合而成的材料。在砂轮材料中根据需要而添加填充物。金属结合剂粉末(结合材料)优选为从由铜、锡、银、镍、锌、钴、铁、铝构成的组中选择的1种或者2种以上的金属结合剂的粉末。这些金属结合剂粉末通过烧结而构成砂轮的黏结相(binder phase)。上述金属结合剂粉末的平均粒径为2 μ m 65 μ m左右。另外，成为金属结合剂粉末的上述各个材料的熔点如下。S卩，铜为1084°C、锡为 232°C、银为 962°C、镍为 1455°C、锌为 420°C、钴为 1495°C、铁为 15!35°C、铝为 660°C。磨粒为从由金刚石(C)、CBN(立方氮化硼；BN)、GC(绿色碳化硅；SiC)、C(黑色碳化硅；SiC)、WA(白色氧化铝；Al2O3)、A(灰色氧化铝；Al2O3)构成的组中选择的1种或者2种以上的磨粒。在采用金刚石或者CBN作为磨粒的情况下，集中度优选为20 150左右。填充物是从由GC(绿色碳化硅；SiC)、C(黑色碳化硅；SiC)、WA(白色氧化铝； Al2O3)、A(灰色氧化铝；Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二硫化钼(MoS2)、氮化硼(BN)、金刚石(C)、陶瓷中空球构成的组中选择的1种或者2种以上的填充物。另外，成为添加物的上述各个材料的熔点如下。S卩，GC以及C为2730°C、WA以及 A为20M°C、氧化锆为2715°C、二硫化钼为1085°C、陶瓷中空球为1600°C。金属结合剂砂轮材料包含上述金属(金属结合剂粉末)。一般来说，金属(导体) 会反射电波，因而无法利用微波进行加热。但是，通过本发明人的实验进一步确认，上述的金属结合剂砂轮材料能够利用微波的照射进行加热。在此，包含金属结合剂粉末的金属结合剂砂轮材料能够加热的理由推测如下由金属结合剂粉末散射的电磁波在金属结合剂粉末内传输，因此，在金属结合剂粉末内产生涡电流，利用由该涡电流损失产生的焦耳热进行加热。金属结合剂砂轮材料的微波吸收功率取决于金属结合剂粉末的粒径，若如上所述，金属结合剂粉末的平均粒径为2 μ m 65 μ m左右，则能够进行基于2. 45GHz的微波的加热。由于当金属结合剂粉末的粒径过大或者过小时，无法进行基于微波的加热，因此，金属结合剂粉末的平均粒径优选为上述程度。另外，金属结合剂粉末的平均粒径进一步优选当对金属结合剂砂轮材料进行微波加热时，金属结合剂砂轮材料自身自发热，能够从砂轮材料的内侧进行加热。与此相对，在现有的金属结合剂砂轮的制造方法(例如热压法)中，从砂轮材料的外侧进行加热。因此，砂轮材料的外侧先固化，在加热中，在砂轮材料内部产生的气体无法逃逸到外部，容易生成内侧变软的状态。如果形成这种状态，则在将其作为砂轮使用时，磨削力变得不均勻，砂轮寿命变短，磨削时的发热增大，砂轮质量降低。在微波加热中，加热不均的情况少，能够使砂轮材料整体几乎均勻地固化，因此上述那样的问题少，与现有的制造方法相比，容易得到质量良好的砂轮。并且，在微波加热中，与现有的制造方法相比，由于能够在短时间内使温度上升， 因此能够缩短加热时间，能够抑制磨粒的劣化(氧化)。[3、烧结工序中的装置的控制方法(加热与加压的控制)]以下对基于控制部M的烧结工序的控制方法的变形进行说明。[3. 1仅微波加热]图5是示出对砂轮材料进行微波加热而不进行加压的情况下的温度变化的例子。 在烧结工序开始之际，控制部M使得从微波产生部2产生微波。微波产生部2的输出功率为例如400W，从烧结开始到烧结结束为止的时间为20 30分钟左右。在利用温度测定部23测定到的砂轮材料的温度达到微波加热的目标温度(烧结温度)Tt时，控制部M使微波产生部2停止产生微波，然后，过一会儿，烧结工序结束，取出烧结而成的砂轮。[3. 2在恒定的加压压力下进行微波加热]图6是示出对砂轮材料从烧结工序开始到烧结工序结束为止都利用恒定的压力进行加压，同时进行微波加热的情况下的温度与压力的例子。在烧结工序开始之前，控制部24预先利用加压装置20对设置于波导4内的模具10进行按压，以对砂轮材料进行加压。 加压压力是规定的烧结压力Pt。烧结压力Pt根据砂轮材料的成分、所期望的砂轮性能而适当地设定，例如Pt = 35MPa。在维持上述烧结压力Pt的状态下，控制部M使微波产生部2产生微波来进行加压烧结工序。在该情况下，微波产生部2的输出功率例如也是400W，从烧结开始到烧结结束为止的时间也是20 30分钟左右。在利用温度测定部23测定到的砂轮材料的温度达到微波加热的目标温度(烧结温度)Tt时，控制部M使微波产生部2停止产生微波，然后，过一会儿，加压烧结工序结束， 取出烧结而成的砂轮。在为金属结合剂砂轮材料的情况下，金属结合剂粉末由多种金属粉末构成，并且存在每种金属的平均粒径不同的情况。在该情况下，基于微波的加热的难易程度根据金属粉末的种类而不同，如果如图5所示不进行加压，存在在金属结合剂砂轮材料中产生局部温度上升的情况。即使在这种情况下，通过如图6 (或者图7 8)所示进行加压，金属结合剂砂轮材料整体的温度易于均勻地上升。并且，一般来说，烧结在烧结对象物的熔点以下的温度进行，在对砂轮进行烧结的情况下，烧结温度Tt 一般为500°C前后。然而，在金属结合剂砂轮材料的情况下，在多种金属粉末混合而成的金属结合剂粉末中，包含有熔点比烧结温度Tt低的材料(例如锡等。锡的熔点为232°C )。因此，在烧结中，存在熔点比烧结温度Tt低的低熔点材料(锡等)熔化的情况。并且，在微波加热中，由于从内侧对砂轮材料进行加热，因此，在砂轮材料内部熔化的低熔点材料溶出到砂轮材料的表面，容易成为在砂轮材料的表面形成金属光泽面的状态。如果形成这种状态，则溶出到砂轮材料表面的低熔点材料会反射微波，使微波加热变困难。但是，如图6 (或者图7 8)所示，如果边进行加压边进行微波加热，则能够通过加压来维持多种金属粉末混合的状态，即使包含锡等低熔点材料，也能够防止该低熔点材料的溶出。[3. 3利用两阶段加压进行微波加热]图7是示出对于砂轮材料，在从烧结工序开始到烧结工序结束为止的期间内，使加压压力分两个阶段变化、同时进行微波加热的情况下的温度与压力的例子。在烧结工序开始之前，控制部M预先利用加压装置20对设置于波导4内的模具10进行按压，以初期加压压力(第一压力)Pi对砂轮材料进行加压。在为上述初期加压压力Pi的状态下，控制部M使微波产生部2产生微波，开始加压烧结工序。在利用温度测定部23测定到的砂轮材料的温度达到中间温度Tm(Tm < Tt) 时，控制部M使压力产生部25产生的压力增加，使得压力达到最终加压压力(烧结压力； 第二压力)Pt。虽然从初期加压压力Pi向最终加压压力Pt的增加可以瞬间进行，但优选如图7所示那样缓缓地(例如经过1分钟左右)进行。进而，在维持上述最终加压压力Pt的状态下，控制部M继续进行微波加热，当利用温度测定部23测定到的砂轮材料的温度达到微波加热的目标温度(烧结温度)Tt时，使微波产生部2停止产生微波，然后，过一会儿，加压烧结工序结束，取出烧结而成的砂轮。
另外，在该情况下，微波产生部2的功率例如也是400W，从烧结开始到烧结结束为止的时间也是20 30分钟左右。当如图7所示利用两个阶段进行加压时，从烧结工序整体来看，能够抑制施加于模具10、加压杆21、22的载荷。在进行微波加热的情况下，如上所述，位于波导4内的模具 10、加压杆21、22优选为微波的影响少的陶瓷系材料，但由于陶瓷系材料与金属材料相比耐冲击性差，因此，利用图7所示的两阶段加压来抑制载荷的情况是合适的。并且，在微波加热中，由于砂轮材料迅速地从内侧开始被加热，因此，考虑到气体也从加热中的砂轮材料的中心部逸出，为了促进该气体向砂轮材料外逃逸，因此，优选并不如图6所示那样从烧结工序初期开始就施加大的压力(Pt)，而是使烧结工序初期的加压压力(Pi)较小，然后将加压压力提高至最终加压压力(烧结压力)Pt。初期加压压力Pi只要是为了确保由多种金属材料构成的金属结合剂粉末的加热均勻性所需要的程度的较低的压力即可，例如，优选为最终加压压力Pt的1/2左右或者1/2 以下。例如，在最终加压压力Pt为36MPa的情况下，初期加压压力Pi可以设定在18MPa左右ο在决定使压力从初期加压压力Pi增加至最终加压压力Pt的时刻中使用的上述中间温度Tm优选设定为上述低熔点材料的熔点或者熔点附近的温度(进一步优选为低熔点材料的熔点附近、且比熔点高的温度)。例如，在金属结合剂粉末所包含的低熔点材料为锡(熔点232°C )的情况下，中间温度Tm可以设定在例如250°C 300°C左右。在该情况下，在烧结工序初期阶段，能够利用较低的压力Pi对砂轮材料进行加压，并且能够在锡开始产生溶解的时刻变更为更高的压力Pt。[3. 4利用三阶段加压进行微波加热]图8是示出对于砂轮材料，在从烧结工序开始到烧结工序结束为止的期间内，使加压压力分三个阶段变化、同时进行微波加热的情况下的温度与压力的例子。在烧结工序开始之前，控制部M预先利用加压装置20对设置于波导4内的模具10进行按压，以初期加压压力(第一压力)Pi对砂轮材料进行加压。在为上述初期加压压力Pi的状态下，控制部M使微波产生部2产生微波，开始加压烧结工序。在利用温度测定部23测定到的砂轮材料的温度达到第一中间温度Tml (Tml < Tt)时，控制部M使压力产生部25产生的压力增加，使得压力达到中间加压压力Rn(Pi <Pm< Pm)。此外，在利用温度测定部23测定到的砂轮材料的温度达到第二中间温度 Tm2(Tml < Tm2 < Tt)时，控制部M使压力产生部25产生的压力进一步增加，使得压力达到最终加压压力Rii。虽然从初期加压压力Pi向中间加压压力Rn的增加、从中间加压压力Rn向最终加压压力Rn的增加可以瞬间地进行，但优选如图8所示那样缓缓地(例如经过1分钟左右) 进行。进而，在维持上述最终加压压力Pt的状态下，控制部M继续进行微波加热，当利用温度测定部23测定到的砂轮材料的温度达到微波加热的目标温度(烧结温度)Tt时，使微波产生部2停止产生微波产生，然后，过一会儿，加压烧结工序结束，取出烧结而成的砂轮。
另外，在该情况下，微波产生部2的功率例如也是400W，从烧结开始到烧结结束为止的时间也是20 30分钟左右。当如图8所示利用三个阶段进行加压时，从烧结工序全体来看，与利用两个阶段进行加压的情况相比，能够进一步抑制施加于模具10、加压杆21、22的载荷。并且，在微波加热中，由于砂轮材料迅速地从内侧开始被加热，因此，考虑到气体也从加热中的砂轮材料的中心部逸出，为了促进该气体向砂轮材料外逃逸，因此，优选并不如图6所示那样从烧结工序初期开始就施加大的压力(Pt)，而是使烧结工序初期的加压压力(Pi)较小，之后将加压压力提高到最终加压压力(烧结压力)Pt。初期加压压力Pi只要是为了确保由多种金属材料构成的金属结合剂粉末的加热均勻性所需要的程度的较低的压力即可，例如，优选为最终加压压力Pt的1/4左右或者1/4 以下。例如，在最终加压压力Pt为36MPa的情况下，初期加压压力Pi可以设定为9MPa左右ο在决定使压力从初期加压压力Pi增加到中间加压压力Pm的时刻中使用的上述第一中间温度Tml优选设定为上述低熔点材料的熔点附近的温度(进一步优选为低熔点材料的熔点附近、且比熔点高的温度)。并且，在决定使压力从中间加压压力Rii增加到最终加压压力Pt的时刻中使用的上述第二中间温度Tm2优选设定为比烧结温度(烧结的目标温度)Tt略低(低50°C左右) 的温度。例如，烧结温度Tt = 500°C，在金属结合剂粉末所包含的低熔点材料为锡(熔点 2320C )的情况下，第一中间温度Tml可以设定为例如250°C 300°C左右。当砂轮材料达到250°C 300°C左右时，锡溶解，砂轮材料收缩，加压杆21向下方移动，因此(缓缓地)加压到中间加压温度Rii。并且，第二中间温度Tm2可以设定为例如450°C左右。由此，能够以最终加压压力 (烧结压力)Pt、且是目标温度(烧结温度)进行加压烧结。[4.实施例]以下示出实际利用微波加热进行金属结合剂砂轮的烧结的结果。在此，作为金属结合剂砂轮材料，使用在以铜(平均粒径44 μ m) 50vol %、锡(平均粒径44 μ m) 20vol %、银 (平均粒径44 μ m) IOvol %、钴(平均粒径2 μ m) 20vol %的比例混合而成的金属结合剂粉末 (金属结合剂)中，以集中度为75的比例混合粒度为#325 (JIS B4130)的CBN磨粒而成的材料。在以下各个实施例中，上述金属结合剂砂轮材料的烧结温度Tt = 500°C。并且，一个砂轮的尺寸设置为宽2. 5mm、高2. 5mm、长25mm，一个砂轮的砂轮材料的重量设置为1. 215g。[4. 1 实施例 1]在实施例1中，对上述金属结合剂砂轮材料进行仅利用微波加热的烧结工序(参照图5)。微波产生部2的功率设置为400W，从烧结开始到烧结结束为止的时间设置为30 分钟。在该情况下，观察到虽然能够进行基于微波加热的烧结，但由于在砂轮材料中包含低熔点材料亦即锡，因此，锡会析出到烧结后的砂轮表面，砂轮收缩。
[4. 2 实施例 2]在实施例2中，对上述金属结合剂砂轮材料进行两阶段加压。实施例2中的温度与压力的变化如图9所示。在此，初期加压压力Pi = 18MPa，最终加压压力(烧结压力)Pt =36MPa。并且，中间温度Tm = 300°C，在砂轮材料达到中间温度时，用于使压力从初期加压压力Pi上升到最终加压压力Pt的时间设置为1分钟。此外，从烧结开始到结束为止的时间设置为20分钟。[4. 3 实施例 3]在实施例3中，对上述金属结合剂砂轮材料进行三阶段加压。实施例3中的温度与压力的变化如图10所示。在此，初期加压压力Pi = 7. 5MPa，中间加压压力Rn = 15MPa， 最终加压压力(烧结压力)Pt = 30MPa。并且，第一中间温度Tml = 180°C，第二中间温度 Tm2 = 320°C。从烧结开始到结束为止的时间设置为35分钟。另外，在图10中，利用施加于5个砂轮材料的总载荷[ton]示出加压压力。S卩，由于每个砂轮材料的加压面积为0. 625cm2，总加压面积为0. 625cm2 X 5个=3. 125cm2，因此， 与最终加压压力Pt = 30MPa对应的总载荷为0. 956 [ton]。在实施例2、3中任意一方得到的金属结合剂砂轮均在外观上良好，并且具有毫不逊色于利用其他制法制造的砂轮的密度、硬度的优秀的密度、硬度。并且，在利用实施例2、 3得到的砂轮中，与利用其他制法制造的砂轮相比，砂轮的寿命增长。认为这是因为，即使进行磨削，由于砂轮内部的硬度的均勻性良好，因此磨损量减少。另外，本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。并且，本实施方式所涉及的装置1不仅能够在金属结合剂砂轮的制造中使用，也能够在树脂结合砂轮、陶瓷结合砂轮的烧结中使用。在用于金属结合剂砂轮以外的砂轮的烧结中的情况下，只要根据砂轮材料的不同而设定控制条件即可。标号说明1 砂轮制造装置；2 微波产生部；3 处理部；10 模具；11、13 第一模具部；12a、 12b、14、15 第二模具部；20 加压装置；23a 温度检测部；23 温度测定部；24 控制部
权利要求
1.一种金属结合剂砂轮的制造方法，利用对将金属结合剂粉末与磨粒混合而成的金属结合剂砂轮材料进行烧结的烧结工序来得到烧结而成的金属结合剂砂轮，所述金属结合剂砂轮的制造方法的特征在于，所述烧结工序利用微波对包含所述金属结合剂粉末的所述金属结合剂砂轮材料进行加热，从而得到烧结而成的金属结合剂砂轮。
2.根据权利要求1所述的金属结合剂砂轮的制造方法，其特征在于，所述烧结工序是在对所述金属结合剂砂轮材料进行加压的同时进行微波加热的加压烧结工序，在所述加压烧结工序中，以比该加压烧结工序中的最终加压压力低的压力开始进行基于微波的加热，在因进行微波加热而导致的温度上升的过程中使加压压力上升，使加压压力达到所述最终加压压力。
3.根据权利要求2所述的金属结合剂砂轮的制造方法，其特征在于，在金属结合剂砂轮材料的温度达到中间温度时进行使加压压力向所述最终加压压力上升的作业，所述中间温度是所述金属结合剂砂轮材料所包含的多种金属结合剂粉末中的、由熔点比微波加热的目标温度低的金属构成的金属结合剂粉末的所述熔点、或者该熔点附近的温度。
4.根据权利要求1所述的金属结合剂砂轮的制造方法，其特征在于，所述烧制工序是在对所述金属结合剂砂轮材料进行加压的同时进行微波加热的加压烧结结构，所述加压烧结工序中的加压压力如下在微波加热开始时，所述加压压力是比最终加压压力低的初期加压压力，在达到微波加热的目标温度之前，使所述加压压力上升到初期加压压力与最终加压压力之间的压力亦即中间加压压力，之后，使所述加压压力进一步上升到所述最终加压压力。
5.根据权利要求4所述的金属结合剂砂轮的制造方法，其特征在于，在金属结合剂砂轮材料的温度达到中间温度时进行使加压压力向所述中间加压压力上升的作业，所述中间温度是所述金属结合剂砂轮材料所包含的多种金属结合剂粉末中的、由熔点比微波加热的目标温度低的金属构成的金属结合剂粉末的所述熔点、或者该熔点附近的温度。
6.一种金属结合剂砂轮的制造装置，其特征在于， 所述金属结合剂砂轮的制造装置具备模具，将金属结合剂粉末与磨粒混合而成的金属结合剂砂轮材料收纳于该模具的内部；以及微波放射部，该微波放射部用于利用从所述模具的外部放射的微波对被收纳于所述模具的所述金属结合剂砂轮材料进行加热。
7.根据权利要求6所述的金属结合剂砂轮的制造装置，其特征在于， 所述模具由具有微波透过性的介电材料形成。
8.根据权利要求6或者7所述的金属结合剂砂轮的制造装置，其特征在于，所述金属结合剂砂轮的制造装置还具备设置于所述模具的温度测定部，该温度测定部用于测定所述模具内的金属结合剂砂轮材料的温度，所述模具构成为具备如下的材料该材料是具有微波透过性，并且具有能够使金属结合剂砂轮材料的温度反映在所述温度测定部所被设置的位置的程度的热传导性的材料。
9.根据权利要求6或者7所述的金属结合剂砂轮的制造装置，其特征在于，所述金属结合剂砂轮的制造装置还具备温度测定部，该温度测定部用于测定所述模具内的金属结合剂砂轮材料的温度，所述模具构成为具有第一模具部和第二模具部，所述第一模具部由具有微波透过性的介电材料形成，所述第二模具部由热传导性比所述第一模具部的热传导性好的材料构成， 且所述第二模具部将金属结合剂砂轮材料的热传递至所述温度测定部， 所述温度测定部经由所述第二模具部测定金属结合剂砂轮材料的温度。
全文摘要
提供一种能够抑制耗电量的金属结合剂砂轮的制造方法。该金属结合剂砂轮的制造方法利用对将金属结合剂粉末与磨粒混合而成的金属结合剂砂轮材料进行烧结的烧结工序来得到烧结而成的金属结合剂砂轮。上述烧结工序利用微波对包含上述金属结合剂粉末的上述金属结合剂砂轮材料进行加热，从而得到烧结而成的金属结合剂砂轮。上述烧结工序也可以是在对上述金属结合剂砂轮材料进行加压的同时进行微波加热的加压烧结工序。
文档编号B24D3/00GK102448671SQ20108002304
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月26日 优先权日2009年5月29日
发明者三谷友彦, 园部太郎, 山副博, 糸井正扩 申请人:国立大学法人京都大学, 株式会社日进制作所