(57)【要約】【課題】特に電着研削工具の結合材として用いて砥粒の保持力に優れたニッケルめっき膜を提供し、合わせてかかるニッケルめっき膜を用いた研削工具、およびかかるニッケルめっき膜の成膜方法を提供する。【解決手段】めっき液としてニッケルめっき溶液を用いて電流密度１．０〜４．０Ａ／ｄｍ２で電解めっきすることにより、析出したニッケル粒子の平均粒径を０．００９〜０．５μｍの範囲とし、このニッケルめっき膜２により砥粒３を固着した砥粒層１を有する研削工具を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解めっきにより析出したニッケル粒子の平均粒径が０．００９〜０．５μｍの範囲であることを特徴とするニッケルめっき膜。
【請求項２】
請求項１に記載のニッケルめっき膜により砥粒を固着した砥粒層を有することを特徴とするニッケルめっき膜を用いた研削工具。
【請求項３】
請求項１に記載のニッケルめっき膜の成膜方法であって、めっき液としてニッケルめっき溶液を用いて電流密度１．０〜４．０Ａ／ｄｍ２で電解めっきすることを特徴とするニッケルめっき膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電着ボンドホイール、電着砥石、電鋳ブレード等の研削工具において砥粒を電着するのに用いるニッケルめっき膜、該ニッケルめっき膜を用いた研削工具、およびニッケルめっき膜の成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
硬質のセラミックス粒子などを分散させためっき手法による金属膜は、耐摩耗性に優れていることから機械摺動部での摩耗低減下を目的に利用されている。こうした耐摩耗性に優れた効果を応用した製品として知られる電着研削工具などは、セラミックス、超硬合金、各種エレクトロニクス関連の素材での研削、切断などの固定砥粒工具として使われている。
【０００３】
例えば特許文献１〜３には、半導体素子や電子部品の超精密切断加工に用いられる電鋳ブレードが記載されている。すなわち、このような電鋳ブレードは、極薄のニッケルめっき膜によってダイヤモンド砥粒を保持した円板状のものであり、ダイヤモンド砥粒を分散したニッケルめっき溶液中に台金を配置して、ダイヤモンド砥粒を取り込みつつ台金上に電解めっきによってニッケルめっき膜を析出させることにより砥粒層を形成し、所定の厚さになったところで台金から剥離して砥粒の目立てを施したものである。
【０００４】
また、特許文献４には、半導体ウェーハ等の表面をＣＭＰ装置のパッドによって研磨する際に、この研磨パッドをコンディショニングするＣＭＰコンディショナとして、コンディショナ本体の表面に、やはりダイヤモンド砥粒をニッケルめっき膜によって固着した砥粒層を形成したものが提案されている。なお、かかる研削工具はこのようなエレクトロニクス関連の素材の加工以外にも、例えばフェライトの加工やレンズの芯取り加工などの精密加工や、あるいは超硬合金製のロールの溝加工などに用いられたりもする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８７０７１号公報
【特許文献２】特開２００３−２２５８６７号公報
【特許文献３】特開２００５−２８８６１４号公報
【特許文献４】特開２００４−６６４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般的にこのような研削工具では、加工によって摩耗した砥粒が脱落するとともにこの砥粒を保持した結合材も摩耗することにより新たな砥粒が発刃するといった、いわゆる自生発刃作用によって鋭い切れ味を維持するようにしている。しかしながら、このような自生発刃において、例えば高硬度で摩耗しにくいダイヤモンド砥粒に対して結合材の摩耗の進行が著しいと、砥粒が鋭い切れ味をもったまま結合材ごと脱落してしまって工具寿命が短期に潰えてしまうことになる。
【０００７】
特に、このように摩耗しやすい結合材では砥粒層の形状維持が難しく、例えば特許文献１〜３に記載されたような電鋳ブレードでは、刃先のエッジをシャープに保つことが困難となって、切断した半導体素子にバリが発生したりするおそれがある。また、特許文献４に記載されたＣＭＰコンディショナにおいて結合材の摩耗により砥粒が脱落すると、これがＣＭＰ装置で研磨される半導体ウェーハの表面を傷付けて、いわゆるスクラッチを生じるため、脱落が生じるよりも早い段階でコンディショナを交換しなければならず、工具寿命は一層短縮されることになる。
【０００８】
本発明は、このような背景の下になされたもので、特に上述のような電着研削工具の結合材として用いて砥粒の保持力に優れたニッケルめっき膜を提供し、合わせてかかるニッケルめっき膜を用いた研削工具、およびかかるニッケルめっき膜の成膜方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここで、本発明の発明者は、このようなニッケルめっき膜について鋭意研究を重ねた結果、上述のような工具寿命を伸ばすためには電析後のニッケル粒子を緻密にし、粒子径を小さくすることがダイヤモンドなどの砥粒を高い保持力で固定することが必要であるとの知見を得るに至った。すなわち、電解めっきによって析出したニッケル粒子の粒子径が小さければ、ダイヤモンド等の砥粒を隙間無くより大きな接触面積で接して強固に保持することができるとともに、ニッケル粒子同士も互いに密に接して結合材を形成するため、結合材の摩耗を抑制することができるのである。
【００１０】
そこで、本発明のニッケルめっき膜は、このような知見に基づいてなされたもので、電解めっきにより析出したニッケル粒子の平均粒径が０．００９〜０．５μｍの範囲であることを特徴とするニッケルめっき膜であり、また本発明の研削工具は、このようなニッケルめっき膜により砥粒を固着した砥粒層を有することを特徴とするニッケルめっき膜を用いた研削工具である。
【００１１】
すなわち、上記構成のニッケルめっき膜では、このように電解めっきにより析出したニッケル粒子の平均粒径を０．００９〜０．５μｍの範囲と緻密なものとすることにより、ニッケル粒子同士を密に接合させてめっき膜自体を高硬度に形成することができる。そして、このようなニッケルめっき膜によって砥粒を固着した研削工具では、こうしてめっき膜自体が高硬度であってその摩耗が抑制されるとともに、砥粒とニッケル粒子も密に接するためにその接触面積を大きく確保することができ、砥粒保持力が高くて砥粒の脱落が少ない砥粒層を形成することができる。
【００１２】
ここで、上記ニッケルめっき膜においてニッケル粒子の平均粒径が０．５μｍを上回るほど大きいと、このようにニッケル粒子同士を密に接合させたり、砥粒との接触面積を十分に確保したりすることができず、すなわちめっき膜の摩耗や砥粒の脱落を抑制することができない。また、この平均粒径は、上記範囲内では小さい方が望ましいのであるが、０．００９μｍを下回るほど小さくなりすぎると、電解めっきによるニッケル粒子の電析速度が遅くなりすぎて成膜に著しい時間を要する上、特に研削砥石として砥粒を固着しようとしても成膜中に砥粒が動いたりして析出したニッケル粒子との間に隙間が生じ、却って保持力が損なわれたり、必要な数の砥粒を固着することができなくなったりするおそれがある。
【００１３】
また、このようなニッケルめっき膜を形成するための本発明のニッケルめっき膜の成膜方法は、めっき液としてニッケルめっき溶液を用いて電流密度１．０〜４．０Ａ／ｄｍ２で電解めっきすることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、このように小さな電流密度で徐々にニッケル粒子を析出させつつ電解めっきを行うことにより、上述のような平均粒径の小さい緻密なニッケル粒子を得ることができる。この点、例えば特許文献１〜３では電解めっきの際の電流密度は５．０〜７．０Ａ／ｄｍ２であり、特許文献４では３０Ａ／ｄｍ２であって、このような大きな電流密度では緻密なニッケル粒子を析出させることはできない。その一方で、電流密度が小さすぎると、やはり電析速度が遅くなりすぎて成膜時間を要したり、研削砥石における砥粒層として機能を却って損なったりするおそれがある。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、硬質のニッケルめっき膜を得ることができ、特に研削砥石における砥粒層の結合材として砥粒を強固に保持するとともに自身の強度や耐摩耗性も大幅に向上することができる。このため、電鋳ブレードなどにおける刃先形状の維持やＣＭＰコンディショナにおける砥粒の脱落防止などを図って、高精度で効率的な加工が可能な長寿命の研削工具を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のニッケルめっき膜の一実施形態を用いた砥粒層を有する研削工具の一実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明のニッケルめっき膜の成膜方法を説明する図である。
【図３】本発明の実施例（電流密度２．０Ａ／ｄｍ２の実施例２）によって成膜されたニッケルめっき膜の組織を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように、本発明の一実施形態の研削工具における砥粒層１は、本発明の一実施形態のニッケルめっき膜２にダイヤモンド等の砥粒３を分散して固着したものであり、砥粒３以外に例えばＡｌ２Ｏ３やＳｉＣ、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等の硬質のセラミックス粒子がフィラー４として充填されていてもよい。このような砥粒層１は、当該研削工具が上述したＣＭＰコンディショナなどの台金（基体）を有するものであるときには、該台金上に形成されたまま使用され、また研削工具が台金無しの電鋳ブレードなどであるときには、台金上に所定の厚さになるまで形成した後、台金から剥離して使用される。
【００１８】
このような砥粒層１は、図２に示すように、めっき槽１１内に、非導電性の台座１２を介して上記台金１３をめっき槽１１底部に水平に配置して電源の陰極に接続するとともに、その上方には電源の陽極に接続された陽極板１４を台金１３と平行に配置し、このめっき槽１１に、上記砥粒３と、必要に応じてフィラー４とが分散されたニッケルめっき液Ｍを保持して台金１３および陽極板１４を浸漬し、ニッケルめっき液Ｍを攪拌しつつ上記電源によって通電することにより、上記砥粒３やフィラー４を取り込みつつ台金１３上に電解めっきによってニッケル粒子を析出させて上記ニッケルめっき膜２を成膜して形成される。
【００１９】
そして、このように電解めっきを施す際の電流密度が、上記実施形態のニッケルめっき膜２を形成するときの本発明の成膜方法の一実施形態では１．０〜４．０Ａ／ｄｍ２とされており、さらにこうして成膜された本実施形態の上記ニッケルめっき膜２では、電解めっきにより析出したニッケル粒子の平均粒径が、図３に示すように０．００９〜０．５μｍの範囲とされている。
【００２０】
このように構成されたニッケルめっき膜２においては、こうして析出したニッケル粒子の平均粒径を０．００９〜０．５μｍと緻密なものとすることにより、ニッケル粒子同士を密に接合させて該ニッケルめっき膜２を高硬度に形成することができる。このため、かかるニッケルめっき膜２によって砥粒３を保持した砥粒層１においては、そのニッケルめっき膜２の摩耗を抑制することができるとともに、析出したニッケル粒子が砥粒３よりも極めて小さな平均粒径となるため、ニッケル粒子を砥粒３とも密に接合させることができてその接触面積を大きく確保することができ、これらにより砥粒層１自体の摩耗も抑制するとともに、砥粒３の機械的な保持力を向上させて脱落も抑制、防止し、研削比等の高い長寿命の砥粒層１を得ることが可能となる。
【００２１】
従って、このような砥粒層１を備えた研削工具にあっては、これが電鋳ブレードである場合には、特に刃先形状（エッジ）を長期に亙ってシャープに保つことができて、切断した半導体素子等にバリが発生したりするのを防ぐことができ、高精度で高品位の切断加工を図ることができる。また、研削工具がＣＭＰコンディショナである場合は、上述のように砥粒の脱落が防がれることにより、ＣＭＰ装置で研磨される半導体ウェーハの表面にスクラッチが生じるのを防ぐことができる。さらに、これら電鋳ブレードやＣＭＰコンディショナ以外の研削工具でも、砥粒層１の摩耗を抑えることにより長寿命の研削工具を提供することが可能となる。
【００２２】
ここで、上記ニッケルめっき膜２において、析出したニッケル粒子の平均粒径が０．５μｍよりも大きくなると、上述のようにニッケル粒子同士やニッケル粒子と砥粒３とを密に接合させることができなくなって隙間が大きくなり、砥粒層１の摩耗や砥粒３の脱落を十分に抑制することができなくなるおそれがある。その一方で、０．００９μｍを下回るほど小さな平均粒径のニッケル粒子を析出させようとすると、必要な膜厚のニッケルめっき膜２を成膜するのに多大な時間を要することになる。
【００２３】
また、特に上記実施形態の研削砥石のように、このニッケルめっき膜２によって砥粒３を固着して砥粒層１を形成するときには、こうして成膜に要する時間が長くなることにより、ニッケルめっき膜２によって台金に付着した砥粒３が、ニッケルめっき膜２が成長する間にずれ動いたりして、析出したニッケル粒子との間に隙間を生じてしまうおそれもある。そして、このように砥粒３とニッケル粒子との間に隙間が生じると、砥粒３の保持力が却って損なわれたり、砥粒３を保持できずに砥粒層１において必要な数の砥粒３を固着することができなって、研削比等の研削性能を低下させるおそれがある。
【００２４】
さらに、本実施形態の成膜方法でも、電解めっきの際の電流密度が１．０Ａ／ｄｍ２を下回ると、析出するニッケル粒子の平均粒径が０．００９μｍを下回るようになる一方、電流密度が４．０Ａ／ｄｍ２を上回ると平均粒径が０．５μｍよりも大きくなり、上記と同様の問題が生じるおそれがある。なお、これらの範囲内であれば、ニッケル粒子の平均粒径と電解めっきの際の電流密度は、いずれも小さい方が望ましい。
【００２５】
また、本実施形態では本発明のニッケルめっき膜およびその成膜方法を、砥粒３を分散した研削工具の砥粒層１を形成するのに適用する場合について説明したが、ニッケルめっき膜自体が高硬度で耐摩耗性が高いことを利用して、砥粒３を含まない耐摩耗性のニッケルめっき被膜として、種々の部材の被覆に用いることも可能である。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明の実施例を挙げて本発明の効果について実証する。本実施例では、電解めっきの際の電流密度を１．０〜４．０Ａ／ｄｍ２の範囲で１．０Ａ／ｄｍ２ずつ変えて、平均粒径０．００９μｍ〜０．５μｍの範囲のニッケル粒子を析出させた４種の研削工具を製造した。これらを実施例１〜４として、電流密度、ニッケル粒子径、およびその平均粒径とともに表１に示す。
【００２７】
また、これに対する比較例１〜４として、電流密度が１．０Ａ／ｄｍ２未満および４．０Ａ／ｄｍ２より大きい範囲で、平均粒径０．００９μｍ未満および０．５μｍよりも大きい範囲の４種の研削工具を製造した。これらを比較例１〜４として同じく表１に示す。そして、これら実施例１〜４および比較例１〜４の研削工具によって研削試験を行い、その研削比を測定した。その結果も、表１に合わせて示す。
【００２８】
なお、これら実施例１〜４および比較例１〜４においては、粒度＃４００のダイヤモンド砥粒と粒度＃２０００のＡｌ２Ｏ３フィラーとを分散したスルファミン酸ニッケルめっき溶液Ｍを図２に示したようにめっき槽１１に保持し、これに光沢剤、ホウ酸、界面活性剤を加えてそのｐＨを３〜４に調整し、それぞれ表１に示した電流密度で電解めっきを行って、鉄製の台金上に砥粒層を形成した。
【００２９】
また、こうして形成された砥粒層は実施例１〜４および比較例１〜４ともに、外径２００ｍｍ、内径５０．８ｍｍ、厚さ７ｍｍの円環状のものである。なお、該砥粒層におけるダイヤモンド砥粒の含有率は、比較例１を除いて約２０vol%、Ａｌ２Ｏ３フィラーの含有率は約１０vol%であった。さらに、研削試験の条件は、レシプロ研削加工様式によるもので、被削材はガラス、湿式研削で、研削工具の周速１５００ｍ／ｍｉｎ、送り速度５ｍ／ｍｉｎ、切込み深さは０．０１ｍｍである。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
この表１の結果より、電流密度が１．０Ａ／ｄｍ２以上で範囲でニッケル粒子の平均粒径が０．００９μｍ以上の範囲では、電流密度および平均粒径が小さくなるほど研削比が向上しており、特に実施例１〜４では比較例２〜４に比べて優れた結果が得られていることが分かる。
【００３２】
また、これら実施例１〜４のなかでも同様に、電流密度および平均粒径がそれぞれ、１．０Ａ／ｄｍ２以上で０．００９μｍ以上であっても、４．０Ａ／ｄｍ２以下で０．５００μｍ以下の実施例４よりは３．０Ａ／ｄｍ２以下で０．１００μｍ以下の実施例３の方が、またこの実施例３よりも２．０Ａ／ｄｍ２以下で０．０５０μｍ以下の実施例２の方が、さらにこの実施例２よりも１．０Ａ／ｄｍ２で０．１００μｍ以下の実施例１の方が、研削比が高いことが分かる。
【００３３】
ただし、この実施例１よりも電流密度および平均粒径ともに小さい比較例１になると、逆に研削比は実施例１〜４よりも著しく低下している。ここで、比較例１の砥粒層におけるダイヤモンド砥粒の含有率は１０vol%、Ａｌ２Ｏ３フィラーの含有率は５vol%であって実施例１〜４および比較例２〜４よりも少ないことが分かった。これは、この比較例１のように電流密度が小さすぎると、上述のようにニッケル粒子の電析速度が遅くなってダイヤモンド砥粒やフィラーを固定する機能が弱まり、砥粒層に研削工具として必要な所定の砥粒数を確保することができなくなったためと考えられ、これによって研削比が低下したものと考察される。
【符号の説明】
【００３４】
１  砥粒層
２  ニッケルめっき膜
３  砥粒
４  フィラー
Ｍ  ニッケルめっき溶液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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