(57)【要約】【課題】  面内方向ないし面直方向に、異方性ないし周期性を有する複合めっき被膜、前記複合めっき被膜からなる切れ味の良い電着・電鋳砥石、及びその製造方法を提供する。【解決手段】  微粒子を直線状の微粒子列として周期的に複合めっき被膜内に配置し、複合めっき被膜に微粒子の複合化による機能に方向性あるいは周期性を付与する。前記微粒子をダイヤモンドなどの硬質砥粒として規則的な配置とした複合めっき被膜により構成される電着・電鋳砥石とすることで、電着・電鋳砥石の切れ味を向上させる。超音波音源を用いてめっき被膜形成面に定在波音場を形成することで周期的な微粒子列を含む複合めっき被膜及び電着・電鋳砥石を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
数ナノメートルないし数十マイクロメートルの微粒子が分散した複合めっき被膜において、直線状の微粒子列を有し、その微粒子列が周期的に配置された複合めっき層を有することを特徴とする複合めっき被膜
【請求項２】
前記微粒子列の周期が０．０５ないし２ミリメートルであることを特徴とする請求項１記載の複合めっき被膜
【請求項３】
周期的に配置された微粒子列が２組以上あり、前記複合めっき被膜中の同一平面内にあり、各微粒子列が角度αで配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２いずれかに記載の複合めっき被膜
【請求項４】
前記微粒子列が周期的に配置された複合めっき層が積層されてなり、各複合めっき層における前記周期が同一であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合めっき被膜
【請求項５】
前記微粒子列が周期的に配置された複合めっき層が積層されてなり、連続する複合めっき層における前記周期が異なることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合めっき被膜
【請求項６】
前記微粒子が、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれかの微粒子であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の複合めっき被膜
【請求項７】
前記微粒子が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、グラフェンのいずれかの微粒子であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の複合めっき被膜
【請求項８】
前記微粒子が、めっき母相と合金を形成する金属微粒子であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の複合めっき被膜
【請求項９】
前記微粒子が、２種類以上の微粒子であり、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、グラフェン、金属微粒子から選ばれた微粒子であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の複合めっき被膜
【請求項１０】
前記めっき被膜の母相がニッケル、銅、ニッケル合金、銅合金のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の複合めっき被膜
【請求項１１】
前記微粒子に、少なくともダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれかの微粒子が含まれている請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の複合めっき被膜が円板状の台金の側面及び外周面に成膜され、砥石の切れ刃であることを特徴とする電着砥石
【請求項１２】
前記微粒子に、少なくともダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれかの微粒子が含まれている請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の複合めっき被膜が自立膜であり、砥石の切れ刃であることを特徴とする電鋳砥石
【請求項１３】
めっき被膜を形成する母材と超音波音源を、前記微粒子を分散させためっき浴に浸漬させ、超音波音源によって母材表面に定在波音場を形成し、周期的に存在する定在波音場の節部に、音響放射力によって前記微粒子を配列させながら、母材表面からめっき被膜を成長させることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の複合めっき被膜の製造方法
【請求項１４】
前記超音波音源が振動板であり、前記定在波音場が、めっき基板面の上方にある振動板と反射板の組あるいは２つの振動板の組でめっき基板面に形成されるものであり、振動板の振動面、反射板の反射面および母材のめっき基板面が平面であり、めっき形成部の中心点を通る振動面の法線１とめっき基板面のなす交差角度がθであり、振動面と対をなすもう一つの振動面または反射面の法線２とめっき基板面となす交差角度がθであり、法線１と法線２が異なり、法線１と法線２が同一平面上にあり、２つの振動面から励振される平面波または１つの振動面から励振される平面波と平面反射板から反射される平面波によって、めっき基板面上にλ／（２×ｃｏｓθ）の間隔Ｌ（ただし、λ［ｍ］はめっき浴中の超音波の波長であり、超音波の周波数ｆ［Ｈｚ］の逆数とめっき浴中の超音波の音速ｃ［ｍ／ｓ］の積で求められる）で、振動面とめっき基板面の交線方向へ直線状の節部を形成し、音響放射力をこの節部に向かわせることにより、節部に微粒子を直線上に配列させながら、母材表面からめっき被膜を形成させることを特徴とする請求項１３の複合めっき被膜の製造方法
【請求項１５】
前記交差角度θまたは前記超音波の周波数ｆを変化させることで、前記直線状の微粒子列の間隔Ｌを変化させることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の複合めっき被膜の製造方法
【請求項１６】
振動面での振動速度を制御して、めっき基板面での音響放射力を調整し、微粒子列の幅を変化させることを特徴とする請求項１３ないし請求項１５のいずれかに記載の複合めっき被膜の製造方法
【請求項１７】
前記微粒子がダイヤモンド砥粒であり、前記音響放射力ＦＲ［ｐＮ］がダイヤモンド砥粒の粒径Ｄ［μｍ］に対して、下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１３ないし請求項１６のいずれかに記載の複合めっき被膜の製造方法
記
ＦＲ≧２．６９７×Ｄ２−４．４０３×Ｄ−２１．３８  ・・・・（１）
【請求項１８】
２つの振動面または１つの振動面と平面反射板を２組以上用いて、めっき被膜形成面上に角度αで交わる直線状の節部を形成することを特徴とする請求項１３ないし請求項１７のいずれかに記載の複合めっき被膜の製造方法
【請求項１９】
請求項１３ないし請求項１８のいずれかに記載の複合めっき被膜の製造方法を用いて、円板状の台金の側面及び外周面に、砥石の切れ刃として複合めっき被膜を形成し、電着砥石を製造することを特徴とする電着砥石の製造方法
【請求項２０】
請求項１３ないし請求項１８のいずれかに記載の複合めっき被膜の製造方法を用いて、基板上に複合めっき被膜を形成し、基板から剥離し、複合めっき被膜のみからなる電鋳砥石を製造することを特徴とする電鋳砥石の製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複合めっき被膜及びそれを用いた薄型砥石とその製造方法に関するもので、より詳細には、数ナノメートルないし数十マイクロメートルの微粒子を直線状の微粒子列として周期的に配置し、微粒子の複合化による機能性が方向性を有する複合めっき被膜、及び前記微粒子がダイヤモンドなどの硬質砥粒である前記複合めっき被膜からなる切れ味の良い電着・電鋳砥石、及び超音波音源を用いてめっき被膜形成面に定在波音場を形成することで周期的な微粒子列を含む複合めっき被膜及び電着・電鋳砥石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  ニッケルや銅などの母層に機能性の粒子を含んだ複合めっき被膜は、めっき被膜の摺動性、伝導性、機械的強度などの機能性を向上させることを目的として広く用いられている。さらに面内方向、面直方向（厚み方向）に対して、その機能性に方向性や周期性を持たせるためには、微粒子を規則的に複合させる必要がある。【０００３】  従来の方法では、基板表面にマスクなど形成し、複合めっき処理を行い、さらにマスクの除去する工程を含む多段階のプロセスが検討されている。特許文献１によれば、カーボンナノチューブなどのナノ粒子に関するパターニングめっき被膜およびマスクを用いたその製造方法が提示されている。しかし、マスクレスで、数ナノメートルないし数十マイクロメートルの微粒子を面内方向に周期的に配置する有効な手法がないという課題がある。さらに、面直方向に周期性を持たせようとすると、その周期ごとに別のマスクを用意しなければならず、作業性が著しく悪いという課題がある。【０００４】  硬質砥粒を含む複合めっき被膜によって形成される薄型砥石において、規則的に硬質砥粒の集中度を制御し、寿命が長く、切断面の精度が高い薄型砥石およびその製造方法が求められている。特許文献１によれば、規則的に硬質砥粒を配置するために、予め微細な穴を基板に加工した上で、超音波振動により砥粒をその穴に落とし込む方法が提案されているが、穴加工など基板の準備のために、時間とコストがかかるという課題と、砥粒層が単層のものしかできない根本的な課題がある。【０００５】  特許文献３によれば、屈曲振動モードを有する振動板を用いて、振動板上に形成される定在波の節部に微粒子の濃度が高い複合めっき被膜を形成することができるが、そのパターンは基板となる振動板形状によって制限されるため、周期について自由度が低く、改善の余地がある。【０００６】  以上のように、従来の方法では、数ナノメートルないし数十マイクロメートルの微粒子を直線状の微粒子列として面内方向に周期的に配置し、微粒子の複合化による機能性が方向性を有する複合めっき被膜、さらにその複合めっき被膜が面直方向に周期性を有する形態である複合めっき被膜を形成することが難しい。したがって、その摺動性、伝導性、機械的強度などの機能性に周期性や方向性を有する複合めっき被膜、およびそれを用いた電着・電鋳砥石が製造されず、実用化されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】  特開２０１０−２２２７０７号公報
【特許文献２】  特開平１１−２５４３３１号公報
【特許文献３】  特開２０１２−７７３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明は、数ナノメートルないし数十マイクロメートルの微粒子を直線状の微粒子列として周期的に配置し、微粒子の複合化による機能性が方向性または周期性を有する複合めっき被膜、及び前記微粒子がダイヤモンドなどの硬質砥粒である前記複合めっき被膜からなる切れ味の良い電着・電鋳砥石、及び超音波音源を用いてめっき被膜形成面に定在波音場を形成することで周期的な微粒子列を含む複合めっき被膜及び電着・電鋳砥石の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記目的達成するため、請求項１記載の複合めっき被膜は、数ナノメートルないし数十マイクロメートルの微粒子が直線状の微粒子列をなし、その微粒子列が周期的に配置された複合めっき層を有することを特徴とする。【００１０】  請求項２記載の複合めっき被膜は、前記微粒子列の周期が０．０５ないし２ミリメートルであることを特徴とする。【００１１】  請求項３記載の複合めっき被膜は、周期的に配置された微粒子列が２組以上あり、前記複合めっき被膜中の同一平面内にあり、各微粒子列が角度αで配置されていることを特徴とする。【００１２】  請求項４記載の複合めっき被膜は、前記微粒子列が周期的に配置された複合めっき層が積層されてなり、各複合めっき層における前記周期が同一であることを特徴とする。【００１３】  請求項５記載の複合めっき被膜は、前記微粒子列が周期的に配置された複合めっき層が積層されてなり、連続する複合めっき層における前記周期が異なることを特徴とする。【００１４】  請求項６記載の複合めっき被膜は、前記微粒子が、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれかの微粒子であることを特徴とする。【００１５】  請求項７記載の複合めっき被膜は、前記微粒子が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、グラフェンのいずれかの微粒子であることを特徴とする。【００１６】  請求項８記載の複合めっき被膜は、前記微粒子が、めっき母相と合金を形成する金属微粒子であることを特徴とする。【００１７】  請求項９記載の複合めっき被膜は、前記微粒子が、２種類以上の微粒子であり、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、グラフェン、金属微粒子から選ばれた微粒子であることを特徴とする。【００１８】  請求項１０記載の複合めっき被膜は、前記めっき被膜の母相がニッケル、銅、ニッケル合金、銅合金のいずれかであることを特徴とする。【００１９】  請求項１１記載の電着砥石は、前記微粒子に、少なくともダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれかの微粒子が含まれている請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の複合めっき被膜が円板状の台金の側面及び外周面に成膜され、砥石の切れ刃であることを特徴とする。【００２０】  請求項１２記載の電鋳砥石は、前記微粒子に、少なくともダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれかの微粒子が含まれている請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の複合めっき被膜が自立膜であり、砥石の切れ刃であることを特徴とする。【００２１】  請求項１３記載の複合めっき被膜の製造方法は、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の複合めっき被膜の製造方法であり、めっき被膜を形成する母材と超音波音源を、前記微粒子を分散させためっき浴に浸漬させ、超音波音源によって母材表面に定在波音場を形成し、周期的に存在する定在波音場の節部に、音響放射力によって前記微粒子を配列させながら、母材表面からめっき被膜を成長させることを特徴とする。【００２２】  請求項１４記載の複合めっき被膜の製造方法は、前記超音波音源が振動板であり、前記定在波音場が、めっき基板面の上方にある振動板と反射板の組あるいは２つの振動板の組でめっき基板面に形成されるものであり、振動板の振動面、反射板の反射面および母材のめっき基板面が平面であり、めっき形成部の中心点９を通る振動面の法線１とめっき基板面のなす交差角度がθであり、振動面と対をなすもう一つの振動面または反射面の法線２とめっき基板面となす交差角度がθであり、法線１と法線２が異なり、法線１と法線２が同一平面上にあり、２つの振動面から励振される平面波または１つの振動面から励振される平面波と平面反射板から反射される平面波によって、めっき基板面上にλ／（２×ｃｏｓθ）の間隔Ｌ（ただし、λ［ｍ］はめっき浴中の超音波の波長であり、超音波の周波数ｆ［Ｈｚ］の逆数とめっき浴中の超音波の音速ｃ［ｍ／ｓ］の積で求められる）で、振動面とめっき基板面の交線方向へ直線状の節部を形成し、音響放射力をこの節部に向かわせることにより、節部に微粒子を直線上に配列させながら、母材表面からめっき被膜を形成させることを特徴とする。【００２３】  請求項１５記載の複合めっき被膜の製造方法は、前記交差角度θまたは前記超音波の周波数ｆを変化させることで、前記直線状の微粒子列の間隔Ｌを変化させることを特徴とする。【００２４】  請求項１６記載の複合めっき被膜の製造方法は、振動面での振動速度を制御して、めっき基板面での音響放射力を調整し、微粒子列の幅を変化させることを特徴とする。【００２５】  請求項１７記載の複合めっき被膜の製造方法は、前記微粒子がダイヤモンド砥粒であり、前記音響放射力ＦＲ［ｐＮ］がダイヤモンド砥粒の粒径Ｄ［μｍ］に対して、次の（１）式を満足することを特徴とする。
ＦＲ≧２．６９７×Ｄ２−４．４０３×Ｄ−２１．３８  ・・・・（１）【００２６】  請求項１８記載の複合めっき被膜の製造方法は、２つの振動面または１つの振動面と平面反射板を２組以上用いて、めっき被膜形成面上に角度αで交わる直線状の節部を形成することを特徴とする。【００２７】  請求項１９記載の電着砥石の製造方法は、請求項１３ないし請求項１８のいずれかに記載の複合めっき被膜の製造方法を用いて、円板状の台金の側面及び外周面に、砥石の切れ刃として複合めっき被膜を形成し、電着砥石を製造することを特徴とする。【００２８】  請求項２０記載の電着砥石の製造方法は、請求項１３ないし請求項１８のいずれかに記載の複合めっき被膜の製造方法を用いて、基板上に複合めっき被膜を形成し、基板から剥離し、複合めっき被膜のみからなる電鋳砥石を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】  請求項１記載の発明によれば、従来の方法ではマスクレスで配列することが困難であった数ナノメートルないし数十マイクロメートルの微粒子が直線状の微粒子列をなし、前記微粒子列が周期的に配置されることで、ナノ粒子あるいはマイクロ粒子の機能性を方向性あるいは周期性を持って発現する複合めっき被膜となる。【００３０】  請求項２記載の発明によれば、前記微粒子列の周期が０．０５ないし２ミリメートルであることにより、周期によってナノ粒子あるいはマイクロ粒子の機能性の発現量や方向性の程度を変えた複合めっき被膜となる。【００３１】  請求項３記載の発明によれば、周期的に配置された微粒子列が２組以上あり、前記複合めっき被膜中の同一平面内にあり、各微粒子列が角度αで配置されていることで、角度αで規定された２方向以上に機能の方向性を有する複合めっき被膜となる。さらに、角度αによって方向性の程度が制御された複合めっき被膜となる。【００３２】  請求項４記載の発明によれば、ナノ粒子あるいはマイクロ粒子による機能性を方向性あるいは周期性に発現させた複合めっき被膜が積層されてなり、各複合めっき層における前記微粒子の周期が同一であることにより、厚み方向にも同じ機能性を有する複合めっき被膜となる。【００３３】  請求項５記載の発明によれば、ナノ粒子あるいはマイクロ粒子による機能性を方向性あるいは周期性に発現させた複合めっき被膜が積層されてなり、各複合めっき層における前記微粒子の周期が異なることにより、厚み方向に異なる機能性を有する複合めっき被膜となる。【００３４】  請求項６記載の発明によれば、前記微粒子が、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれかの微粒子であることにより、機械的強度、摺動性、硬さ、弾性率、熱伝導性などの機能性が発現され、それらの機能性に方向性を有する複合めっき被膜となる。【００３５】  請求項７記載の発明によれば、前記微粒子が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、グラフェンのいずれかの微粒子であることにより、機械的強度、摺動性、硬さ、弾性率、熱伝導性、電気伝導性などの機能性が発現され、それらの機能性に方向性を有する複合めっき被膜となる。【００３６】  請求項８記載の発明によれば、前記微粒子が、めっき母相と合金を形成する金属微粒子であることにより、熱処理あるいは加工によって、合金層が形成され、機械的強度、摺動性、硬さ、弾性率、熱伝導性、電気伝導性、磁気特性などの機能性が発現され、それらの機能性に方向性を有する複合めっき被膜となる。【００３７】  請求項９記載の発明によれば、前記微粒子が、２種類以上の微粒子であり、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、グラフェン、金属微粒子から選ばれた微粒子であることにより、異なる２種類以上の機能性が発現され、それらの機能性に方向性を有する複合めっき被膜となる。【００３８】  請求項１０記載の発明によれば、前記めっき被膜の母相がニッケル、銅、ニッケル合金、銅合金のいずれかであることにより、ニッケル、銅、ニッケル合金、銅合金の基本機能に、前記微粒子による機能を付与でき、それらの機能性に方向性を有する複合めっき被膜となる。【０���３９】  請求項１１記載の発明によれば、前記微粒子に、少なくともダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれかの微粒子が含まれ、機械的強度、摺動性、硬さ、弾性率、熱伝導性などの機能性が発現され、それらの機能性に方向性を有する複合めっき被膜が円板状の台金の側面及び外周面に成膜され、砥石の切れ刃であることにより、前記機能性により切れ味が良い電着砥石となる。【００４０】  請求項１２記載の発明によれば、前記微粒子に、少なくともダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれかの微粒子が含まれ、機械的強度、摺動性、硬さ、弾性率、熱伝導性などの機能性が発現され、それらの機能性に方向性を有する複合めっき被膜が自立膜であり、砥石の切れ刃であることにより、前記機能性により切れ味が良い電鋳砥石となる。【００４１】  請求項１３記載の発明によれば、めっき被膜を形成する母材と超音波音源を、前記微粒子を分散させためっき浴に浸漬させ、超音波音源によって母材表面に定在波音場を形成し、周期的に存在する定在波音場の節部に、音響放射力によって前記微粒子を配列させながら、母材表面からめっき被膜を成長させることにより、前記微粒子が周期的に存在する複合めっき被膜を形成することができる。【００４２】  請求項１４記載の発明によれば、複合めっき被膜の製造方法において、前記超音波音源が振動板であり、前記定在波音場が、めっき基板面の上方にある振動板と反射板の組あるいは２つの振動板の組でめっき基板面に形成されるものであり、振動板の振動面、反射板の反射面および母材のめっき基板面が平面であり、めっき形成部の中心点９を通る振動面の法線１とめっき基板面のなす交差角度がθであり、振動面と対をなすもう一つの振動面または反射面の法線２とめっき基板面となす交差角度がθであり、法線１と法線２が異なり、法線１と法線２が同一平面上にあり、２つの振動面から励振される平面波または１つの振動面から励振される平面波と平面反射板から反射される平面波によって、めっき基板面上にλ／（２×ｃｏｓθ）の間隔Ｌ（ただし、λ［ｍ］はめっき浴中の超音波の波長であり、超音波の周波数ｆ［Ｈｚ］の逆数とめっき浴中の超音波の音速ｃ［ｍ／ｓ］の積で求められる）で、振動面とめっき基板面の交線方向へ直線状の節部を形成し、音響放射力をこの節部に向かわせることにより、節部に微粒子を直線上に配列させながら、母材表面からめっき被膜を形成することによって、微粒子を直線上に配列した状態でめっき被膜に取り込み、機能に周期性を有する複合めっき被膜を形成することができる。【００４３】  請求項１５記載の発明によれば、複合めっき被膜の製造方法において、前記交差角度θまたは前記超音波の周波数ｆを変化させることで、前記直線状の微粒子列の間隔Ｌを変化させることによって、機能性の周期が異なる複合めっき被膜を形成することができる。【００４４】  請求項１６記載の発明によれば、振動面での振動速度を制御して、めっき基板面での音響放射力を調整し、微粒子列の幅を変化させることができる。振動速度を上げて、前記音響放射力を増加させ、微粒子列の幅を狭く、逆に振動速度を下げて、前記音響放射力を減少させ、微粒子列の幅を広くすることができる。【００４５】  請求項１７記載の発明によれば、ダイヤモンド砥粒の整列において、前記音響放射力ＦＲ［ｐＮ］がダイヤモンド砥粒の粒径Ｄ［μｍ］に対して、次の（１）式を満足することで異なる粒径のダイヤモンド砥粒を動かすことができ、ダイヤモンド砥粒を整列させた複合めっき被膜を作製することができる。
ＦＲ≧２．６９７×Ｄ２−４．４０３×Ｄ−２１．３８  ・・・・（１）【００４６】  請求項１８記載の発明によれば、複合めっき被膜の製造方法において、２つの振動面または１つの振動面と平面反射板を２組以上用いて、めっき被膜形成面上に角度αで交わる直線状の節部を形成することによって、角度αで規定された２方向以上に機能の方向性を有する複合めっき被膜を形成することができる。さらに、角度αによって方向性の程度が制御された複合めっき被膜を形成することができる。【００４７】  請求項１９記載の発明によれば、電着砥石の製造方法において、前記複合めっき被膜の製造方法を用いて、円板状の台金の側面及び外周面に、砥石の切れ刃として複合めっき被膜を形成することで、微粒子の複合化による機能性が方向性または周期性を有する電着砥石を製造することができる。【００４８】  請求項２０記載の発明によれば、電鋳砥石の製造方法において、前記複合めっき被膜の製造方法を用いて、基板上に複合めっき被膜を形成し、基板から剥離し、微粒子の複合化による機能性が方向性または周期性を有する複合めっき被膜のみからなる電鋳砥石を製造することができる。【００４９】  複数の硬質砥粒を有する薄型砥石において、規則的に硬質砥粒の集中度を制御し、寿命が長く、切断面の精度が高い薄型砥石およびその製造方法に関する発明の効果を以下にまとめる。本発明の薄型砥石の製造方法は、外部の超音波音源と反射板を用いて、薄型砥石を形成する基板に外部より斜めに超音波（平面波）を入射させ、反射板からの反射波を用いて、基板近傍の液中に音圧分布を形成し、音圧の低い部分に硬質砥粒を集中させ、めっきにより硬質砥粒を固着させる方法である。従来技術では、規則的に硬質砥粒を配置するために、予め微細な穴を基板に加工した上で、超音波振動により砥粒をその穴に落とし込む方法が提案されているが、穴加工など基板の準備のために、時間とコストがかかるという点と、基本的には砥粒層が単層でなければならないという課題があった。本発明は、基板に加工する必要がなく、めっき層が成長した後も砥粒の配置を制御できるため、低コストでかつ砥粒層が多層のものにも対応できる。さらに、超音波の入射角度や周波数を変えることにより集中度の粗密の間隔を任意に変えることができる。さらに、振動板の屈曲振動を用いた場合に比べ、外部音源を用いることにより原理的に面内、面直方向に高砥粒集中度層を微細にパターニング（積層）でき、さらにパターニングの間隔により砥粒集中度の制御が厳密にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】  以下、図を参照して本発明を説明する。この図および説明は単なる一例に過ぎず、本発明の全般的な概念を制限するものではない。
【図１】  本発明の複合めっき被膜の形成方法における１組の外部音源および反射板を反射角θで配置した構成を示す断面概略図である。
【図２】  本発明の複合めっき被膜の形成方法における２組の外部音源および反射板を角度αで配置した構成を示す概略図（基板を上方から見た図）である。
【図３】  本発明の複合めっき被膜の形成方法における、有限要素法により解析した基板近傍での音圧分布および音響放射力の断面図である。
【図４】  本発明の複合めっき被膜の形成方法により、周期的に配置した平均粒径１５μｍのダイヤモンド砥粒の微粒子列の表面写真である。図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ音圧１０．７ｋＰａ、１６．６ｋＰａで形成した微粒子列である。
【図５】  本発明の複合めっき被膜の形成方法により、周期的に配置した平均粒径１６μｍのアルミナ砥粒の微粒子列の間隔と反射角θの関係である。
【図６】  本発明の複合めっき被膜の形成方法により周期的に配置した平均粒径７．５、１５、５０μｍのダイヤモンド砥粒の微粒子列の幅と基板近傍の音圧の関係である。
【図７】  本発明の複合めっき被膜の形成方法により周期的に配置した平均粒径７．５、１５、５０μｍのダイヤモンド砥粒の微粒子列の幅と微粒子列のエッジ部における基板表面で節に向かう音響放射力の関係である。
【図８】  本発明の複合めっき被膜の形成方法により周期的に配置したダイヤモンド砥粒の粒径に対して砥粒の配列に必要な基板表面で節に向かう音響放射力の関係である。
【図９】  本発明の周期的に配置した平均粒径１５μｍのダイヤモンド砥粒の微粒子列の含む複合めっき被膜の電子顕微鏡写真である。
【図１０】  図９に示した本発明の周期的に配置した平均粒径１５μｍのダイヤモンド砥粒の微粒子列の含む複合めっき被膜の熱拡散率の異方性である。
【図１１】  本発明の面内方向、面直方向に周期性を有する電鋳砥石の断面図である。
【図１２】  図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、それぞれ本発明の電鋳砥石を示した図１０の中のＡ−Ａ’断面図およびＢ−Ｂ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】  以下、本発明の好ましい実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００５２】  図１において、ｘ−ｙ面に配置しためっき基板３表面上に、振動板１ａを有する超音波振動子１と反射板２により、定在波音場を発生させる。超音波振動子１は、振動板１ａの法線とめっき基板３がｘ−ｚ面上で角度θ［°］となるように固定する。反射板２は、反射板２の法線とめっき基板３がｘ−ｚ面上で角度θ［°］となり、かつ振動板１ａと反射板２がｘ−ｚ面上で角度１８０°−２θとなるように固定する。振動板１ａから照射された超音波平面波は、超音波伝搬方向１８に沿ってめっき液４を直進し、めっき基板３にて角度θで反射した後に、反射板で１８０°反射する。この進行波と反射波により、基板上に、周期的で、超音波の進行方向と垂直な節線を有する定在波音場が発生する。めっき液中に分散させた微粒子は、節線に向かう音響放射力により、その節線上に整列し、微粒子列５を形成する。この微粒子列をめっき基板３表面から成長させるめっき被膜によって埋め込むことで方向性を有する複合めっき被膜を形成することができる。反射板２は、振動板に置き換えても良い。
【００５３】  図１の構成で振動板とめっき基板面のめっき形成部の中心点９との距離Ｌｔを６０ｍｍ、反射板とめっき形成部の中心点９との距離Ｌｒを４０ｍｍ、反射角θを４５°として有限要素法解析によって求めた音圧分布と音響放射力を示した図３において、音圧の節がめっき基板３上にλ／（２×ｃｏｓθ）の間隔１０で存在する。ただし、λ［ｍ］はめっき浴中の超音波の波長であり、超音波の周波数ｆ［Ｈｚ］の逆数とめっき浴中の超音波の音速ｃ［ｍ／ｓ］の積で求められる。めっき基板上で、音響放射力８は音圧の腹７から音圧の節６に向かって働き、音圧の節６上に微粒子を集めることができる。音圧の節の間隔１０は、周波数ｆおよび反射角θで変えることができる。
【００５４】  超音波の周波数は、超音波の減衰を考慮し、高周波数側は２０ＭＨｚ程度（波長０．０７５ｍｍ程度）までが好ましく、超音波の回折の影響を考慮し、低周波側は１ＭＨｚ程度（波長１．５ｍｍ程度）までが好ましい。反射角θは、振動板１ａ、反射板２、めっき基板３の干渉を考慮し、２０°〜７０°程度が好ましい。この周波数範囲および角度範囲において、微粒子列は０．０５〜２ｍｍの間隔（周期）で配列することができる。
【００５４】  音響放射力は、音圧の節から、節の間隔の４分の１の位置で最大値を取る。さらに、実験的検証から、配列できる最大の砥粒のサイズは、節の間隔の１０分の１程度である。
【００５５】  図１の構成で行った微粒子配列の光学顕微鏡写真を図４（ａ）と図４（ｂ）に示す。振動子は、振動板直径１８ｍｍ、共振周波数１．６ＭＨｚの振動子（本多電子株式会社製ＨＭ−１６３０）を用い、基板と反射板は、厚さ１０ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板を用いた．振動板と基板の距離Ｌｔを６０ｍｍ、反射板と基板との距離Ｌｒを４０ｍｍ、反射角θを４５°とし、実験装置を水で満たし、平均粒径１５μｍのダイヤモンド砥粒の整列実験を行った。図４（ａ）と図４（ｂ）は、基板近傍の音圧の腹部での音圧１０．７ｋＰａと音圧２２．４ｋＰａの条件で行った実験結果である。音圧は、音圧による水の密度変化を光路長変化としてレーザードップラー振動計で測定した。音圧が低い１０．７ｋＰａでは、幅の広い砥粒列となった。一方、音圧が高い１６．６ｋＰａにおいては、音圧が低い場合と比較して、幅の狭い砥粒列となった。
【００５６】  図１の構成で配列を行った微粒子列の間隔と反射角θの関係を図５に示す。砥粒列の間隔はデジタルマイクロスコープを用いて測定した。振動子は、振動板直径１８ｍｍ、共振周波数１．６ＭＨｚの振動子（本多電子株式会社製ＨＭ−１６３０）を用い、基板と反射板は、厚さ１０ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板を用いた。振動板と基板の距離Ｌｔを６０ｍｍ、反射板と基板との距離Ｌｒを４０ｍｍ、反射角θを２０°〜６５°とし、実験装置を水で満たし、平均粒径１６μｍのアルミナ砥粒の整列実験を行った。微粒子列の間隔は、反射角θによって大きくなり、その間隔はλ／（２×ｃｏｓθ）による計算値とほぼ一致した。
【００５７】  図１の構成で配列した微粒子列の幅とめっき基板近傍の音圧との関係を図６に示す。砥粒列の幅はデジタルマイクロスコープを用いて測定した。振動子は、振動板直径１８ｍｍ、共振周波数１．６ＭＨｚの振動子（本多電子株式会社製ＨＭ−１６３０）を用い、基板と反射板は、厚さ１０ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板を用いた。振動板と基板の距離Ｌｔを６０ｍｍ、反射板と基板との距離Ｌｒを４０ｍｍ、反射角θを４５°とし、実験装置を水で満たし、平均粒径７．５、１５、５０μｍのダイヤモンド砥粒の整列実験を行った。図６より、音圧が高いほど微粒子列の幅が狭くなること、ダイヤモンド砥粒の径が小さいほど列の幅が狭くなることが分かる。つまり、微粒子列の幅は、音圧によって決まる。さらに、音圧を制御する振動板の振動振幅により決定できるといえる。
【００５８】  図１の構成で配列した微粒子列のエッジ部での音響放射力と微粒子列の幅の関係を図７に示す。砥粒列の端における音響放射力は、砥粒を動かすために必要な音響放射力を示しているといえる。エッジ部での音響放射力は、振動板からは完全な平面波が照射され、砥粒が存在しない仮定で音圧と粒子速度の分布を有限要素法により解析した。解析では、音圧の計算値が、実測値と同じになるように、振動子端面での振動速度を設定した。砥粒に加わる音響放射力は、砥粒の中心部での音圧と粒子速度、砥粒の体積から計算した。体積は、砥粒が完全な球であると仮定して計算した。実験条件は、図６の実験と同様である。平均粒径７．５μｍ、１５μｍ、５０μｍのダイヤモンド砥粒において、それぞれの砥粒列の端における音響放射力が約４．７×１０−１１Ｎ、約５．５×１０−１０Ｎ、約６．５×１０−９Ｎでほぼ一定値を示した。これらの値が、それぞれの砥粒を動かすために必要な音響放射力である。
【００５９】  図８に、前述の砥粒を動かすために必要な音響放射力とダイヤモンド砥粒の粒径との関係を示す。前記音響放射力ＦＲ［ｐＮ］がダイヤモンド砥粒の粒径Ｄ［μｍ］に対して、次の（１）式を満足するときに、砥粒を動かすことができることが分かる。
ＦＲ≧２．６９７×Ｄ２−４．４０３×Ｄ−２１．３８  ・・・・（１）
【００６０】  図２に、２組の振動子１および反射板２をｘ−ｙ面で角度αで配置した構成の概略図（基板を上方から見た図）を示す。２組の振動子１および反射板のｘ−ｚ面で構成はそれぞれ図１に等しい。このような構成では、角度αで交わる２種類の微粒子列５をめっき基板３上に形成することができる。
【００６１】  図９に、周期的に配置した平均粒径１５μｍのダイヤモンド砥粒の微粒子列を含む複合めっき被膜の電子顕微鏡写真を示す。めっき処理は、スルファミン酸ニッケル浴（浴組成：Ｎｉ（ＮＨ２ＳＯ３）２・４Ｈ２Ｏ：５００ｇ／Ｌ  Ｈ３ＢＯ３：３３ｇ／Ｌ）にダイヤモンド砥粒（平均粒径１５μｍ）を分散させためっき浴を用い、浴温度５０℃、電流密度５Ａ／ｄｍ２で形成した。ダイヤモンド砥粒が列を形成したまま、ニッケルめっき被膜に取り込まれていることが確認できる。
【００６２】  図９に示した周期的に配置した平均粒径１５μｍのダイヤモンド砥粒の微粒子列の含む複合めっき被膜の自立膜を作製し、レーザーフラッシュ法による熱拡散率測定を行った。図１０にダイヤモンド砥粒の微粒子列の方向とそれに直交する方向の熱拡散率を示す。図１０より、微粒子複合による機能性の一つである熱伝導性に異方性があることが確認できる。このように機能性微粒子を方向性をもって配置することによって、複合めっき被膜の機能性に方向性を持たせることができる。
【００６３】  図１１に、本発明の複合めっき被膜を用いて面内方向、面直方向に周期性を有する電鋳砥石の断面図を示している。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、それぞれ本発明の電鋳砥石を示した図１１の中のＡ−Ａ’断面図およびＢ−Ｂ’断面図を示している。図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す複合めっき層は、それぞれ角度９０°に直交するダイヤモンド砥粒、立方晶窒化ホウ素砥粒などの砥粒列を有しており、この角度や砥粒列の本数は用途に応じて定めることができる。砥石の場合、面内方向の機能の方向性は不要であるが、この周期的な配置によって砥粒集中度を制御でき、さらに規則的な配置による切りくず除去、チップポケットの拡大などの効果が期待できる。図１２（ａ）に示す複合めっき層は砥粒列の幅が狭く、砥粒集中度が高い。図１２（ｂ）に示す複合めっき層は砥粒列の幅が広く、砥粒集中度が低い。面直方向へ周期性を持たせることにより、加工に作用する砥石側面１６の両面とその砥石側面の層に挟まれるボディー層にそれぞれ別の機能を持たせる、機能の度合いを変えることが可能である。たとえば、砥粒集中度を変えることで、砥石側面では切れ味を優先し、ボディー層では砥石強度を優先する構成の電鋳砥石を作製できる。
【符号の説明】
【００６４】１    超音波振動子
１ａ  超音波振動板
２    反射板
３    めっき基板
４    めっき液
５    微粒子列
５ａ  微粒子
６    音圧の節
７    音圧の腹
８    音響放射力
９    めっき形成部の中心点
１０  音圧の節の周期（間隔）
１１  めっき被膜
１２  高濃度砥粒層
１３  低濃度砥粒層
１４  砥石外周部
１５  砥石内周部
１６  砥石側面
１７  砥石回転中心
１８  超音波伝搬方向（振動板もしくは反射板の法線方向）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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