(57)【要約】【課題】均質で硬度が十分に高い砥石と、その砥石の製造過程で使用する砥粒の無駄をなくしてめっき液の再利用が容易となる砥石の製造方法を提供する。【解決手段】非晶質の単層からなる砥粒部を製造する装置を用いて製造した円盤形の砥石を提供する。また、その製造方法は、砥粒を混入した無電解めっき液に台金の外周面のうち最上面がめっき液面に対して略水平になるように浸漬し、台金を一定速度で、または間欠的に、めっき液中で回転させる。めっき中はめっき液を攪拌し、砥粒が均質に含まれためっき液を維持する。砥粒部形成後、砥石に対して熱処理を行う。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の台金の外周面にのみ、砥粒を含んで形成された無電解めっき層を備える砥石。
【請求項２】
請求項１に記載の砥石であって、
前記無電解めっき層は、Ni-P無電解めっき層である、
ことを特徴とする砥石。
【請求項３】
請求項２に記載の砥石であって、
前記Ni-P無電解めっき層は、非晶質のNi-P無電解めっき層である、
ことを特徴とする砥石。
【請求項４】
円盤状の台金の外周面に研削面を備える砥石の製造方法であって、
砥粒を混入させた無電解めっき浴中にて、前記台金を回転させながら、めっき層を形成することにより、前記砥粒を前記台金に固着させる、
ことを特徴とする砥石の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の砥石の製造方法であって、
前記砥粒を混入した無電解めっき浴中にて台金を回転させる際に、所定の間隔で所定の角度ずつ間欠的に回転させる、
ことを特徴とする砥石の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の砥石の製造方法であって、
前記砥粒を混入した無電解めっき浴中にてめっき層を析出させつつ、前記砥粒を混入した無電解めっき浴を攪拌する、
ことを特徴とする砥石の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の砥石の製造方法であって、
さらに、前記砥石を浸漬した後に、前記砥粒を混入した無電解めっき浴から前記砥石を引き揚げ、前記砥石に対して熱処理を行う、
ことを特徴とする砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥石および砥石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円盤型の台金の外周面に研削面を保有する回転砥石を製造する際には、次のような方法を実施していた。まず、台金の外周面以外の面にマスキングを行う。次に、大量の砥粒を充填した布製の袋内にその台金を埋め込み、電気めっき浴中に該袋ごと浸漬し、電解を行って外周面にNi電解めっき層を形成することで砥粒を仮固定する。仮固定が終わると、無電解めっき浴中に移送して砥粒を保持するためのNi-P無電解めっき層をNi電解めっき層にかぶせて形成することで砥粒を固定して１層の砥粒層を形成していた。そして、形成した砥粒層の上からさらに砥粒層を重ねて複層化する手順により所望の厚さの砥粒層を得る。
【０００３】
この方法により製造した砥石は、砥粒を保持する金属めっき層がNi無電解めっき層とNi-P電解めっき層を交互に備えるのが特徴である。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２５４７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の従来技術では、台金に固着させる砥粒よりも大量に砥粒を使用する。また、めっき浴中に大量の砥粒を浸漬させるため、砥粒同士が凝集するなど砥粒とめっき浴槽に満たされためっき液が劣化しやすく、固着されなかった砥粒とめっき液を頻繁に破棄・洗浄等により新調する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、砥粒層が均質で十分な硬度を備えた砥石を製造する方法であって、砥粒とめっき浴とを効率的に利用できる砥石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】
上記課題を解決するため、本発明では、台金の外周面に均一に砥粒を固定させるための金属めっき層を、無電解めっき層（例えばNi-P無電解めっき層）のみからなる単層、または複層化した砥石と、その砥石を製造する過程で使用する砥粒の量を必要最小限に抑える方法と、を提供する。
【０００８】
例えば、本発明は、円盤状の台金の外周面のみに、砥粒を含んで形成された無電解めっき層を備える砥石である。
【０００９】
また例えば、本発明は、円盤状の台金の外周面に研削面を備える砥石の製造方法であって、砥粒を混入させた無電解めっき浴中にて、前記台金を回転させながら、めっき層を形成することにより、前記砥粒を前記台金に固着させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、均質で硬度が十分に高い砥石と、その砥石を製造する過程で使用する砥粒の無駄をなくし、めっき液の再利用が容易となる製造方法とを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明の実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明にかかる砥石１の斜視図である。
【００１３】
図示するように、本実施形態の砥石１は、中央に穴があいている円盤状（あるいは円筒状）をしている。砥石１は、平行に対向する２つのリング状の面（以降、上面２、下面３と称呼）と、上面２と下面３の外周にある外周面４と、上面２,下面３の内周にある内周面５と、を備えている。
【００１４】
図２は、砥石１を内周面５から外周面４に向かって、２箇所切断することで、砥石１の一部を切欠いた断面図である。砥石１は、台金部６と、台金部６の外周に付加して形成された砥粒部７と、を有している。
【００１５】
台金部６は、中央に穴があいている円盤状（あるいは円筒状）をしている。台金部６は、平行に対向する２つのリング状の面（以降、台金上面１０、台金下面１１と称呼）と、台金上面１０と台金下面１１の外周にある台金外周面１２と、台金上面１０,台金下面１１の内周にある台金内周面１３と、を備えている。台金内周面１３と、砥石１の内周面５とは、同一の部分を指す。
【００１６】
台金部６の材料は、機械的剛性を保つために、金属がもっとも適しており、めっき反応を促す触媒作用のある金属である鉄やニッケル、もしくはめっき前に容易に触媒層を形成できる金属であるステンレスやアルミであることが好ましい。
【００１７】
とくに、本発明のように無電解めっきを施す場合には、台金部６の表面形状が砥粒部７の表面形状に忠実に転写されるため、予め台金部６の表面を平滑に仕上げていることが望ましい。
【００１８】
図３は、図２に示した砥石１のうち、Ｍで示す部分に含まれる部分を拡大した斜視図である。
【００１９】
図３に示すように、砥粒部７は、被研削物を研削する砥粒８と、それを支持する非晶質めっき層９と、から成り、台金部６の台金外周面１２に形成されている。
【００２０】
砥粒８は、市販されているダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）等の粒である。その粒径は０．１μｍ〜２００μｍなど、さまざまな粒径のものでよいが、研削用途に合わせて単一の材料で、一定の粒径に揃っているのが望ましい。
【００２１】
非晶質めっき層９は、めっき層であり、無電解めっきにより得られる非晶質のめっき層である。非晶質めっき層９は、無電解めっきのめっき液に含まれる非金属系の構成元素（例えばリンなど）の組成比率が一定範囲にある場合に得られるめっき層である。
【００２２】
図４は、砥石１を製造する際に使用する砥粒部形成装置１００の正面図である。砥粒部形成装置１００は、めっき浴槽１０１と、図示していない回転発生部と、回転部１２０と、回転発生部の回転を回転部１２０に伝達する回転伝達部１３０と、回転部１２０をめっき浴槽１０１に固定することのできる回転支持部１４０と、めっき浴攪拌部１５０と、を有して構成される。
【００２３】
めっき浴槽１０１は、めっき液１０２を満たすための槽である。めっき液１０２は、後述するように摂氏９０度前後の温度を維持する必要があるため、図示していないヒータが具備されている。また、めっき浴槽１０１は、めっき処理実施時の温度と継続使用に耐えられる材料であることが望ましい。めっき浴槽１０１に満たすめっき液１０２は、無電解めっき液、例えば、市販のニッケル−リンめっき液などである。
【００２４】
回転発生部は、回転シャフト１１１に接続されている。回転シャフト１１１は、軸の中心を回転の軸として回転する部材である。この回転シャフト１１１は、めっき液１０２の浴面と略水平にその回転軸を有するように配置するのが望ましい。
【００２５】
回転部１２０は、台金部６の台金上面１０と台金下面１１、および台金内周面１３を全て覆うように挟み込んで台金部６を支持することができる部材を有し、台金部６の台金上面１０を覆う支持部材１２１ａと、台金下面１１を覆う支持部材１２１ｂと、から構成される。これにより、支持部材１２１ａと、支持部材１２１ｂと、により覆われていない台金部６の台金外周面１２のみ、めっき液１０２に直接浸漬されることとなる。
【００２６】
なお、支持部材１２１ａと支持部材１２１ｂとは、ポリプロピレンなどの材料を用いることで、めっき液１０２に直接接触することによる劣化の影響を受けにくくすることができるが、その材料には限定されない。
【００２７】
また、非晶質めっき層は、めっき液１０２の浴面に対して平行（０度）から４５度未満で傾いている状態のときに台金外周面１２の面に成長する。そこで、台金外周面１２のうちの最上面４１は、めっき液１０２の液面に対して略水平となることが望ましい。
【００２８】
回転伝達部１３０は、回転シャフト１１１に接続されたフッ素樹脂製の伝達プーリー１３１と、伝達プーリー１３１に取り付けられた伝達ベルト１３２と、伝達ベルト１３２の被伝達側に取り付けられたフッ素樹脂製の被伝達プーリー１３３と、を有して構成される。被伝達プーリー１３３は、回転部１２０の支持部材１２１ｂに接合されており、それにより被伝達プーリー１３３が回転すると、回転部１２０の支持部材１２１ｂも回転する。
【００２９】
回転支持部１４０は、フッ素樹脂製膜が焼き付けコーティング処理されたプーリー支持シャフト１４１と、プーリー支持シャフト１４１が取り付けられ、めっき浴槽１０１に着脱可能な機構を持った取り付け部１４２と、を有して構成される。ここで、プーリー支持シャフト１４１の両端のうち、取り付け部１４２が取り付けられた端の反対側の端１４１ｅには、その周囲に、寸法公差による間隙１４３を有して被伝達プーリー１３３がはめ込まれる。このため、プーリー支持シャフト１４１の表面のフッ素樹脂膜によるコーディングと、フッ素樹脂製の被伝達プーリー１３３との間に発生する摩擦力は、間隙１４３により軽減され、結果として、被伝達プーリー１３３は円滑に回転することができる。また、プーリー支持シャフト１４１と、被伝達プーリー１３３は、表面の素材であるフッ素樹脂の働きによって、めっき液１０２に直接接触することによる劣化の影響を受けにくくすることができる。プーリー支持シャフト１４１と、回転シャフト１１１とは、その回転軸が互いに略平行であるように配置されるのが望ましい。
【００３０】
めっき浴攪拌部１５０は、攪拌部１５１と、攪拌部１５１に接合されたシャフト部１５２と、を有して構成される。
【００３１】
次に、砥石１の製造手順について、図５を用いて説明する。
【００３２】
まず、砥石１を得るための台金部６の台金外周面１２に対して、触媒層を形成する（ステップ２０１）。このステップは、前述で説明した様に台金部６を構成する材料が触媒作用を有するものであれば、不要である。
【００３３】
触媒作用のある金属を台金部６の材料に用いた場合には、所定のアルカリ脱脂と活性化処理を行って酸化皮膜等を除去する。触媒作用のない金属を台金部６の材料に用いた場合には、所定のアルカリ脱脂と活性化処理を行い、例えばその材料がステンレスであれば塩化パラジウムを主成分とする水溶液中に台金部６を浸漬し、パラジウム層を台金部６の表面に析出させることで、触媒層とする。例えば、他に、台金部６がアルミを材料とする場合には、亜鉛置換液中に台金部６を浸漬し、触媒となる亜鉛の層を台金部６の表面に析出させることで、触媒層とすることができる。その他にも、無電解めっきの反応を促す触媒としては、鉄やルテニウムなどの第８属の金属元素から、ニッケル、パラジウムなどの第１０属までの金属元素などを触媒層として使用してもよい。
【００３４】
次に、砥粒８を混入した無電解めっき液１０２に台金部６を浸漬する（ステップ２０２）。
【００３５】
具体的には、均一析出性が良いことを特長とする無電解めっきにより砥粒部７を得るために、台金部６をめっき液１０２に浸漬する。まず、ステップ２０１で触媒層を形成した台金部６を、回転部１２０の支持部材１２１ａと支持部材１２１ｂとで挟み込んで固定し、支持部材１２１ｂに接合された被伝達プーリー１３３を、プーリー支持シャフト１４１に取り付ける。そして、プーリー支持シャフト１４１が取り付けられた取り付け部１４２をめっき浴槽１０１に取り付ける。その際、台金部６の台金外周面１２のうちの最上面４１が、めっき液１０２の浴面から１０ｍｍ以上の深さを得られるように配置するのが望ましい。これにより、台金部６の台金外周面１２を、摂氏９０℃に加熱しためっき液１０２中に浸すことができる。
【００３６】
そのあと、被伝達プーリー１３３と、伝達プーリー１３１との間に伝達ベルト１３２をかける。そして、めっき液１０２の中に砥粒８を混入する。混入する砥粒８の量は、例えば、砥粒８の粒径が１５μｍの場合には、めっき液１リットルに対して、０．５グラム程度の少量でよい。
【００３７】
次に、台金部６を回転させつつ、めっき浴攪拌部１５０によりめっき液１０２と砥粒８を攪拌する（ステップ２０３）。
【００３８】
めっき液１０２をめっき浴攪拌部１５０で攪拌して砥粒８をめっき液１０２中に均一に分散させながら、台金部６をめっき液１０２に浸漬することで、台金部６の台金外周面１２に砥粒８を含む均一な厚さの砥粒部７が形成される。
【００３９】
すなわち、めっき液１０２に混入され、攪拌された砥粒８は、重力によりめっき液１０２内を沈降する。その沈降の結果、台金部６の外周上に砥粒８が堆積し、それと同時に非晶質めっき層が析出されることで、砥粒８を含む砥粒部７が形成される。
【００４０】
そのため、めっき液１０２の攪拌を行うことで、再度拡散し、沈降し、堆積し、台金外周面１２に固着されるようにすることで、砥粒８の利用効率を高めることができる。
【００４１】
めっき液１０２の攪拌方法は、例えば、砥粒８の粒径が小さい場合、例えば１０μｍ未満であるような場合には、常に攪拌を行ってもよい。しかしそれより大きい粒径のものを用いる場合には、間欠的に攪拌を行う方が、砥粒のめっきの固着を阻害する可能性が低くなり、製造効率が良い。
【００４２】
台金部６を、図６に示すように回転させながら非晶質めっき層を台金外周面１２に形成することで、台金部６の台金外周面１２の全面に対して均等に砥粒部７を形成することができる。
【００４３】
具体的には、台金部６を９０度ずつ回転させ、台金外周面１２の４分の１領域ずつ、所定の厚さになるまで砥粒８を含む非晶質めっき層を形成する。
【００４４】
図６を用いて説明すると、台金外周面１２を、各Ａ,Ｂ，Ｃ,Ｄの４面に分割すると、はじめはＡ面が上方を向くように（図６（ａ））回転部１２０を回転させ、所定の厚さになるまで砥粒部７がＡ面に形成されれば、回転部１２０を９０°回転させて、Ｂ面が上方を向くように（図６（ｂ））する。また所定の厚さになるまで砥粒部７がＢ面に形成されれば、回転部１２０を９０°回転させて、Ｃ面が上方を向くように（図６（ｃ））する。またさらに所定の厚さになるまで砥粒部７がＣ面に形成されれば、回転部１２０を９０°回転させて、Ｄ面が上方を向くように（図６（ｄ））する。
【００４５】
または、例えば砥粒８の粒径が小さい場合、例えば粒径が１０μｍ未満であるような場合には、図６のように各面ごとに静止させる方法をとらずに、台金部６が台金外周面１２の最上面４１において、５ｍｍ／秒以下の速度で連続的に移動するよう回転させてもよい。
【００４６】
これを繰り返し、Ａ面からＤ面までの全面に、均等な厚さで、砥粒部７を形成する。主として、めっき液１０２の温度と、砥粒８の粒径と、攪拌のタイミングと、めっき時間（浸漬する時間）により砥粒部７の厚さを変化させることができる。
【００４７】
次に、得られた砥粒部７が目的の厚さに達したら、台金部６を引き揚げる（ステップ２０４）。
【００４８】
ここで、得られた砥粒部７が目的の厚さに達したら、台金部６をめっき液１０２から引き揚げる。引き揚げた後は台金部６を回転部１２０の支持部材１２１ａと支持部材１２１ｂとから取り外し、水洗い洗浄する。
【００４９】
例えば、平均粒径が１５μｍのダイヤパウダーを混入した無電解めっき液に３時間浸漬して無電解めっきを施すことで、全周にわたって均一の厚さ５０μｍの砥粒部７を得られる場合がある。
【００５０】
次に、砥粒部７の硬度を高める必要がある場合には、砥粒部７を熱処理する（ステップ２０５）。
【００５１】
ステップ２０１〜２０４により得られた砥粒部７は、非晶質めっき層（Ni-P無電解めっき層）であるために、十分に実用に耐える硬度（ビッカース硬さ５００程度）を持つ。研削の用途に応じて、より高い硬度を得る必要がある場合には、砥粒部７を熱処理することでその目的を達することが可能である。オーブンなどを用いて、摂氏４００度程度で１時間程度の加熱を行うことで、ビッカース硬さ９００程度まで硬度を向上させることができる。
【００５２】
次に、ステップ２０５で熱処理を行った場合に、台金部６を冷却する（ステップ２０６）。
【００５３】
ステップ２０５で熱処理を行った場合には、台金部６を冷却する。大気中で一時間程度の冷却を行うことで、十分に冷却効果を得られる。
【００５４】
以上の製造方法により、均質で硬度が高い砥粒部７を備えた砥石１を製造することが可能となり、さらにその製造過程で使用する砥粒８の無駄をなくすことができる。また、めっき液１０２の汚染が少ないため、めっき液１０２の再利用が容易となる。
【００５５】
また例えば、得られた砥石１に対して、熱処理を行うことでさらに硬度を確保できる。従来の技術により製造された砥石のように、Niめっき層を含む場合には、熱処理を行っても硬度を向上することができなかった点より優れていると言える。また、使用する砥粒の量は、例えば、直径１８０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、砥粒部の厚さが５０μｍであるような砥石を製造するために、数十グラム〜数百グラムの砥粒を必要としたが、本願の製造手順によると、わずか数グラムの砥粒で製造が可能となる点も、優れているといえる。
【００５６】
本願発明の砥石は、蛍石や石英などの素材の研磨や研削・切削に利用することができる。例えば各種光学装置のレンズやプリズム等として用いることができる。
【００５７】
以上が、本発明の実施形態である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本願発明にかかる砥石の斜視図である。
【図２】本願発明にかかる砥石の断面を示す斜視図である。
【図３】本願発明にかかる砥石の断面を拡大した斜視図である。
【図４】本願発明にかかる砥石を製造する手順にて使用する砥粒部形成装置の正面図である。
【図５】本願発明にかかる砥石製造手順を示すフロー図である。
【図６】本願発明にかかる砥石製造手順の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１：砥石、２：上面、３：下面、４：外周面、５：内周面、６：台金部、７：砥粒部、８：砥粒、９：非晶質めっき層、１０：台金上面、１１：台金下面、１２：台金外周面、１３：台金内周面、４１：最上面、１００：砥粒部形成装置、１０１：めっき浴槽、１０２：めっき液、１１１：回転シャフト、１２０：回転部、１２１ａ：支持部材、１２１ｂ：支持部材、１３０：回転伝達部、１３１：伝達プーリー、１３２：伝達ベルト、１３３：被伝達プーリー、１４０：回転支持部、１４１：プーリー支持シャフト、１４１ｅ：プーリー支持シャフトの端、１４２：取り付け部、１４３：間隙、１５０：めっき浴攪拌部、１５１：攪拌部、１５２：シャフト部
【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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