(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥石台金と、前記砥石台金の砥粒層形成面に形成された砥粒層とを有する電着砥石であって、
前記砥粒層は、前記砥粒層形成面に、単層状に配置された第一の砥粒が、前記第一の砥粒の平均粒径の５〜７５％の厚さの第一のめっき層によって前記砥粒層形成面に固着されてなる第一の砥粒層と、
前記第一のめっき層から露出する前記第一の砥粒の形成する間隙に単層状に配置された、前記第一の砥粒よりも平均粒径の小さい第二の砥粒が、前記第一の砥粒を完全に覆う厚さの第二のめっき層によって前記第一の砥粒層に固着されてなる第二の砥粒層とを有する電着砥石。
【請求項２】
砥石台金の砥粒層形成面に砥粒層の形成された電着砥石の製造方法であって、
前記砥粒層形成面に、第一の砥粒を単層状に配置し、前記第一の砥粒の平均粒径の５〜７５％の厚さの第一のめっき層を形成することによって、前記第一の砥粒を固着させ、第一の砥粒層を形成する第一工程と、
前記第一のめっき層から露出する前記第一の砥粒の形成する間隙に、前記第一の砥粒よりも平均粒径の小さい第二の砥粒を単層状に配置し、前記第一の砥粒を完全に覆う厚さの第二のめっき層を形成することよって、前記第二の砥粒を固着させ、第二の砥粒層を形成する第二工程とを有する電着砥石の製造方法。
【請求項３】
前記砥粒層における前記第二の砥粒の密度を、前記第一の砥粒及び前記第二の砥粒の平均粒径の差によって制御する請求項２に記載の電着砥石の製造方法。
【請求項４】
前記砥粒層における前記第二の砥粒の突き出し高さを、前記第一の砥粒を固着させる第一のめっき層の厚さによって制御する請求項２又は３に記載の電着砥石の製造方法。
【請求項５】
前記砥粒層における前記第二の砥粒の保持力を、前記第一の砥粒を固着させる第一のめっき層の厚さによって制御する請求項２又は３に記載の電着砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種用途に使用される電着砥石及びその製造方法に関する。より詳しくは、砥粒密度が好適な範囲に制御され、研削時の目詰まりの少ない電着砥石及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電着砥石は、導電性を有する砥石台金の砥粒層形成面に、ダイヤモンドやＣＢＮ等の超砥粒を金属めっき層により固着したものであり、メタルボンド砥石やレジンボンド砥石、ビトリファイドボンド砥石に比べて結合剤層の強度が高く、高能率研削が可能であることから、様々な用途、例えばＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）用のポリッシングパッドのコンディショニングをはじめ、プラスチック、ガラス、金属、セラミックスなどの研削加工に用いられている。しかしながら、電着砥石においては、その製造工程にて、先に砥粒を台金に撒き、その後からめっきによる固着を行うという性質上、砥粒密度を制御することが非常に困難である。
【０００３】
砥石の砥粒密度が低すぎると、少ない数の砥粒で断続的に被加工物が加工されることとなり、被加工物に対する負荷が増すため、特にセラミックス加工においては、欠け不良の原因となる。また、砥粒の磨耗が進行しやすく、砥石寿命が短くなる。一方、砥粒密度が高すぎると、切粉等の入り込むチップポケットの容積が小さくなるので、砥石が目詰まりをおこしやすくなり、研削抵抗の上昇により加工能率の低下を招く。このように、砥粒密度は、砥石の研削特性に大きく影響する重要な因子であるため、電着砥石においては、従来その制御が課題とされてきた。
【０００４】
上記課題を解決する方法として、例えば特許文献１には、粒径の等しい超砥粒を多層状に分散させ砥粒分布の均一化を図ることが開示されているが、最下層の砥粒についてはマスキングによって位置決めされているため、その分の工程数が余分に発生し、コスト高となるという問題があった。また、特許文献２には、砥石台金に砥粒の収まる溝を等ピッチで刻み、粒径の等しい砥粒からなる二層構造の砥粒層を形成することによって、砥粒間隔を制御する方法が開示されているが、例えば厚みの薄い研削ホイールなど特定の形状の砥石においては、その端面に凹凸加工を施すには多大な工程数を要するため、適さないという問題があった。更に、特許文献３には、点状接着剤を用いて一個一個の砥粒の位置決めを行い、砥粒密度を制御する方法が開示されているが、この方法についても、非常に多くの工程数を要するため、コスト高となることが避けられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２５４７６８号公報
【特許文献２】特開平７−３１４３３４号公報
【特許文献３】特開２０００−１５３４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、被加工物や加工条件に合わせた最適な砥粒密度を有する電着砥石及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発明者は、上記課題に鑑み、鋭意検討した結果、平均粒径の異なる２種の砥粒を用い、平均粒径の大きい砥粒を敷き詰めて形成した砥粒層の上に平均粒径の小さい砥粒を重ね、２層式の砥粒層を形成することによって、砥粒密度が所望の範囲に制御された電着砥石を簡易に製造可能であることを見出した。即ち、本発明によれば、以下の電着砥石及びその製造方法が提供される。
【０００８】
［１］  砥石台金と、前記砥石台金の砥粒層形成面に形成された砥粒層とを有する電着砥石であって、前記砥粒層は、前記砥粒層形成面に、単層状に配置された第一の砥粒が、前記第一の砥粒の平均粒径の５〜７５％の厚さの第一のめっき層によって前記砥粒層形成面に固着されてなる第一の砥粒層と、前記第一のめっき層から露出する前記第一の砥粒の形成する間隙に単層状に配置された、前記第一の砥粒よりも平均粒径の小さい第二の砥粒が、前記第一の砥粒を完全に覆う厚さの第二のめっき層によって前記第一の砥粒層に固着されてなる第二の砥粒層とを有する電着砥石。
【０００９】
［２］  砥石台金の砥粒層形成面に砥粒層の形成された電着砥石の製造方法であって、前記砥粒層形成面に、第一の砥粒を単層状に配置し、前記第一の砥粒の平均粒径の５〜７５％の厚さの第一のめっき層を形成することによって、前記第一の砥粒を固着させ、第一の砥粒層を形成する第一工程と、前記第一のめっき層から露出する前記第一の砥粒の形成する間隙に、前記第一の砥粒よりも平均粒径の小さい第二の砥粒を単層状に配置し、前記第一の砥粒を完全に覆う厚さの第二のめっき層を形成することよって、前記第二の砥粒を固着させ、第二の砥粒層を形成する第二工程とを有する電着砥石の製造方法。
【００１０】
［３］  前記砥粒層における前記第二の砥粒の密度を、前記第一の砥粒及び前記第二の砥粒の平均粒径の差によって制御する前記［２］に記載の電着砥石の製造方法。
【００１１】
［４］  前記砥粒層における前記第二の砥粒の突き出し高さを、前記第一の砥粒を固着させる第一のめっき層の厚さによって制御する前記［２］又は［３］に記載の電着砥石の製造方法。
【００１２】
［５］  前記砥粒層における前記第二の砥粒の保持力を、前記第一の砥粒を固着させる第一のめっき層の厚さによって制御する前記［２］又は［３］に記載の電着砥石の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電着砥石は、被加工品及び加工条件に合わせて砥粒密度が適切な範囲に制御されているため、切粉等の目詰まりによる研削能力の低下を防止することができる。また、砥粒層が二層構造となっているため砥粒保持力が高く、脱粒を防止することにより砥石の寿命を向上させることができる。更に、本発明の電着砥石の製造方法によれば、上記の電着砥石を短納期にて安価に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電着砥石の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の電着砥石の別の実施形態を示す模式的断面図である。
【図３Ａ】従来の電着砥石の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図３Ｂ】従来の電着砥石の別の実施形態を示す模式的断面図である。
【図３Ｃ】従来の電着砥石の更に別の実施形態を示す模式的断面図である。
【図３Ｄ】従来の電着砥石の更に別の実施形態を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の電着砥石の製造工程の一実施形態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１６】
図１及び図２は、本発明の電着砥石の各実施形態を示す模式的断面図であり、図３Ａ〜Ｄは、従来の電着砥石の各実施形態を示す模式的断面図である。従来の電着砥石の実施形態のうち、図３Ｂ〜Ｄに示す電着砥石１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、特に砥粒密度の制御がなされたものであるが、例えば図３Ｂに示す電着砥石１０ｂは、砥粒層形成面３における砥粒４の位置決めにマスキング等の工程を必要とし、図３Ｃに示す電着砥石１０ｃは、電着工程の前段階として砥石台金２への加工工程を必要とし、図３Ｄに示す電着砥石１０ｄは、接着剤７の塗布による砥粒４の個別の位置決めを必要とする。即ち、いずれも多大な工程数及びコストを要するものである。一方、図１及び図２に示す本発明の電着砥石１ａ，１ｂは、粒径の異なる二種の砥粒４ａ，４ｂを用いた二層構造の砥粒層６を有するものであり、図３Ａに示す単層の砥粒層６からなる従来の電着砥石１０ａと同様の製造技術を用いるため、製造に要する時間やコストを抑えることができる。
【００１７】
具体的には、本発明の電着砥石１ａ，１ｂは、砥石台金２の砥粒層形成面３に、第一の砥粒４ａが第一のめっき層５ａによって固着された第一の砥粒層６ａが形成されており、更にその上に、第二の砥粒４ｂが第二のめっき層５ｂによって固着された第二の砥粒層６ｂが形成されている。ここで第一の砥粒４ａとは、平均粒径の異なる二種類の砥粒のうち、平均粒径の大きい方の砥粒を指し、第二の砥粒４ｂとは、平均粒径の異なる二種類の砥粒のうち、平均粒径の小さい方の砥粒を指す。また、第一の砥粒層６ａとは、第一の砥粒４ａ及び第一のめっき層５ａを合わせた部分を指し、第二の砥粒層６ｂとは、第二の砥粒４ｂ及び第二のめっき層５ｂを合わせた部分を指す。更に、砥粒層６とは、第一の砥粒層６ａ及び第二の砥粒層６ｂを合わせた部分を指す。
【００１８】
砥石台金２は、電着砥石１ａ，１ｂの基材となるもので、導電性を有するものであれば特にその材質は限定されないが、従来の電着砥石において慣用され、且つめっき付けが可能なものとして、例えばステンレス鋼、タングステン、チタン、モリブデンなどの金属や合金等が好適に用いられる。また、砥石台金２の形状についても特に制限はなく、最終製品である電着砥石１ａ，１ｂの用途に応じて適宜選択することができる。
【００１９】
第一の砥粒４ａは、砥石台金２の砥粒層形成面３を覆うよう単層状に配置されながら、第一のめっき層５ａによって砥粒層形成面３へと固着されている。ここで、第一のめっき層５ａは、第一の砥粒４ａが第一のめっき層５ａから適度に露出するよう、第一の砥粒４ａの平均粒径の５〜７５％の厚みを有していることが好ましい。即ち、第一のめっき層５ａは、第一の砥粒４ａが砥石台金２の砥粒層形成面３へ固着される最低限の厚さを有していればよいが、その厚さが第一の砥粒４ａの平均粒径の７５％を越えると、第一の砥粒４ａが第一のめっき層５ａからほとんど露出しなくなり、第二の砥粒４ｂを配置するための間隙を確保することができなくなるため好ましくない。
【００２０】
第二の砥粒４ｂは、第一のめっき層５ａから露出する第一の砥粒４ａの間に形成される間隙に嵌るよう単層状に配置されながら、第二のめっき層５ｂによって、第一の砥粒層６ａへと固着されている。このように配置されることによって、第二の砥粒４ｂが、隣り合う第一の砥粒４ａの中間位置に分散配置される確率が高くなり、整然とした二層構造と均一な砥粒分布を有する砥粒層６とすることができる。また、第二の砥粒４ｂを、第一の砥粒４ａが直接又は第二のめっき層５ｂを介して間接に支える構造であるため、研削時の砥粒保持力の高い、即ち第二の砥粒４ｂの脱粒しにくい電着砥石とすることができる。ここで第二のめっき層５ｂは、第一のめっき層５ａから露出する第一の砥粒４ａが、完全に隠れる厚さを有することが好ましい。第一の砥粒４ａが第二のめっき層５ｂからも露出していると、最終製品である電着砥石において所望の砥石密度及び研削能力とならなくなる場合があり、好ましくない。
【００２１】
図２の電着砥石１ｂでは、図１の電着砥石１ａと比べて、第一の砥粒４ａの平均粒径が大きくなっている。即ち、図２の電着砥石１ｂでは、単位面積当たりの第一の砥粒４ａの数が、図１の電着砥石１ａと比べて少なくなっており、それに比例して、第一のめっき層５ａから露出した第一の砥粒図４ａの形成する間隙に配置される単位面積当たりの第二の砥粒４ｂの数も少なくなっている。結果として、図２の電着砥石１ｂにおいては、図１の電着砥石１ａよりも、砥粒密度が低くなっている。ここで砥粒密度とは、電着砥石の砥粒層表面における単位面積あたりの砥粒の個数を指すが、図１及び図２においては、砥粒密度を示す指標として砥粒間隔を矢印にて図示した。以後、本明細書中、砥粒の密度に関する説明を行う場合には、「砥粒密度」及び「砥粒間隔」を併用して説明することとする。なお、砥粒間隔が大きいとは、砥粒密度が低いことを意味し、砥粒間隔が小さいとは、砥粒密度が高いことを意味する。
【００２２】
図４は、本発明の電着砥石の製造工程の一実施形態を示す模式的断面図である。本発明の電着砥石の製造方法においては、まず、砥石台金２の砥粒層形成面３に、第一の砥粒４ａを単層状に配置し、第一の砥粒４ａの平均粒径の５〜７５％の厚さの第一のめっき層５ａを形成することによって、第一の砥粒４ａを固着させ、第一の砥粒層６ａを形成する第一工程を行う。次いで、第一のめっき層５ａから露出する第一の砥粒４ａの形成する間隙に、第一の砥粒４ａよりも平均粒径の小さい第二の砥粒４ｂを単層状に配置し、第一の砥粒４ａを完全に覆う厚さの第二のめっき層５ｂを形成することよって、第二の砥粒４ｂを固着させ、第二の砥粒層６ｂを形成する第二工程を行う。
【００２３】
第一工程においては、第一の砥粒４ａを、砥石台金２の砥粒層形成面３に敷き詰めるように単層状に配置することが好ましい。この際、図３Ｂ〜Ｄに示す従来の電着砥石１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの場合のように、砥粒密度制御のための特別な位置決め工程は必要なく、通常の方法によって、砥粒層形成面３に偏り無く分散配置させればよい。第二工程においては、第二の砥粒４ｂを、第一のめっき層５ａから露出する第一の砥粒４ａの間に形成される間隙に嵌め込むよう単層状に配置することが好ましい。このように配置することによって、第二砥粒４ｂの分散密度は、第一の砥粒層６ａに配置された第一の砥粒４ａの幾何学的配置から必然的に決定されることとなり、砥粒密度の制御が容易となる。
【００２４】
本発明の電着砥石の製造方法においては、上述のとおり、最終製品である電着砥石の砥粒密度となる第二の砥粒４ｂの密度を、第一の砥粒４ａ及び第二の砥粒４ｂの平均粒径の差によって制御することが好ましい。第二の砥粒４ｂの平均粒径に対して、第一の砥粒４ａの平均粒径を、より大きく設定すると、第一の砥粒４ａ同士の間隔が大きくなることから、形成される間隙同士の間隔も大きくなり、そこに配置される第二の砥粒４ｂの分散密度は必然的に低くなる。また、第二の砥粒４ｂの平均粒径に対して、第一の砥粒４ａの平均粒径を、より小さく設定すると、第一の砥粒４ａ同士の間隔が小さくなることから、形成される間隙同士の間隔も小さくなり、そこに配置される第二の砥粒４ｂの分散密度は必然的に高くなる。
【００２５】
より具体的には、例えば、第二の砥粒４ｂの番手（粒度）が＃１００のとき、第一の砥粒４ａの番手を＃８０とすると、第二の砥粒４ｂの砥粒間隔は０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍとなり、第一の砥粒４ａの番手を＃６０とすると、第二の砥粒４ｂの砥粒間隔は０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ、第一の砥粒４ａの番手を＃４０とすると、第二の砥粒４ｂの砥粒間隔は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍとなる。このように、本発明の電着砥石の製造方法によれば、研削時における被加工物の特性や加工条件に応じて、所望の砥粒密度を有する電着砥石を容易且つ迅速に製造することが可能である。なお、上記の各砥粒の番手は、ＪＩＳ  Ｂ４  １３に準拠している。
【００２６】
また、本発明の電着砥石の製造方法においては、砥粒層６における第二の砥粒４ｂの突き出し高さを、第一の砥粒４ａを固着させる第一のめっき層５ａの厚さによって制御することが好ましい。具体的には、第一のめっき層５ａの厚さを、第一の砥粒４ａの平均粒径の５０％程度までに設定すると、第一のめっき層５ａから露出する第一の砥粒４ａの形成する間隙において、配置される第二の砥粒４ｂは、間隙を形成する第一の砥粒４ａに直接支えられることとなり、この場合、第二の砥粒４ｂの突き出し高さは最も低くなる。一方、第一のめっき層５ａの厚さが、第一の砥粒４ａの平均粒径の５０％程度を超えてくると、第一のめっき層５ａから露出する第一の砥粒４ａの形成する間隙において、配置される第二の砥粒４ｂの底を、第一のめっき層５ａが直接支える場合が生じ、第二の砥粒４ｂの突き出し高さが底上げされる。このように、本発明の電着砥石の製造方法によれば、研削時の加工条件に応じて、所望の突き出し高さを有する電着砥石を容易且つ迅速に製造することが可能である。
【００２７】
一方、本発明の電着砥石の製造方法においては、砥粒層６における第二の砥粒４ｂの保持力を、第一の砥粒４ａを固着させる第一のめっき層５ａの厚さによって制御することもまた好ましい。具体的には、第一のめっき層５ａの厚さを、第一の砥粒４ａの平均粒径の５０％程度までに設定すると、第一のめっき層５ａから露出する第一の砥粒４ａの形成する間隙において、配置される第二の砥粒４ｂは、間隙を形成する第一の砥粒４ａに直接支えられることとなり、この場合、第二の砥粒４ｂが、確実に所定位置に位置決めされるため、安定した固着状態を得ることができる。従って、研削時においても、第二の砥粒４ｂが第二の砥粒層６ｂから脱粒しにくく、第二の砥粒４ｂが、間隙を形成する第一の砥粒４ａに第二のめっき層５ｂを介して間接的に支えられる場合よりも、砥粒保持力の一層高い電着砥石を得ることができる。なお、このとき、第二の砥粒４ｂは、間隙を形成する第一の砥粒４ａのうちの少なくとも２個と同時に接触した状態で固着されていれば、十分な保持力を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の電着砥石は、各種素材の研削加工のための電着工具として好適に用いることができ、また、本発明の電着砥石の製造方法によれば、砥粒密度の制御された高性能且つ長寿命の電着砥石を簡易に製造することができ、産業上の利用可能性は大なるものである。
【符号の説明】
【００２９】
１ａ，１ｂ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：電着砥石、２：砥石台金、３：砥粒層形成面、４：砥粒、４ａ：第一の砥粒、４ｂ：第二の砥粒、５：めっき層、５ａ：第一のめっき層、５ｂ：第二のめっき層、６：砥粒層、６ａ：第一の砥粒層、６ｂ：第二の砥粒層、７：接着剤。
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図４】
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