(57)【要約】【課題】電着工具の台金表面に形成した凸部に砥粒を配設した電着工具において、凸部の形成条件および電着条件を改良して、工具の切れ味及び切粉の排出性をさらに向上させる。【解決手段】研削面とする台金２表面に多数の凸部４が形成され、これら多数の凸部４のそれぞれの上面に１個の砥粒５が電着により固定されており、凸部４の高さが砥粒５の平均粒径の０．５〜４倍で、かつ凸部４の上面の面積が砥粒５の平均横断面積の１．２〜４倍であり、凸部４と凸部４の間にメッキ層が形成されていない電着工具とすることにより、凸部４と凸部４の間に大きなチップポケット８が形成され、台金２表面からの砥粒５の突出量も大きくなって、研削液の供給と切粉の排出が良好となり、研削抵抗も低減する。【選択図】        図１
2004268238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削面とする台金表面に微小粒径の砥粒を含んだ金属結合材からなる円柱状の凸部が多数形成され、これらの凸部のそれぞれの上面に１個の研削用砥粒が電着により固定されており、前記凸部の高さが前記研削用砥粒の平均粒径の０．５〜６倍で、かつ前記凸部の外径が前記研削用砥粒の平均粒径の１．１〜１．５倍であり、凸部と凸部の間にメッキ層が形成されていないことを特徴とする電着工具。
【請求項２】
前記凸部に含まれる微小粒径の砥粒の平均粒径が２０μｍ以下である請求項１記載の電着工具。
【請求項３】
前記凸部と凸部の中心間隔が前記凸部の外径の１．５〜３．５倍である請求項１または２記載の電着工具。
【請求項４】
所定の孔径で多数の孔を形成したマスキングシートを作成し、このマスキングシートを研削面とする台金表面に貼付して台金表面に多数の孔による非マスキング部を有するマスキングパターンを形成する工程と、前記マスキングパターンを形成した状態で平均粒径が２０μｍ以下の微小砥粒を懸濁させた電解メッキ液中で電気メッキ処理を行って非マスキング部の孔内に前記微小砥粒を含むメッキ金属を析出させて台金表面に前記微小砥粒を含むメッキ金属からなる多数の凸部を形成する工程と、前記マスキングパターンを形成した状態で電気メッキ処理を行って前記多数の凸部のそれぞれの上面に１個の研削用砥粒を電着固定する工程と、を含むことを特徴とする電着工具の製造方法。
【請求項５】
前記マスキングシートの孔の内径を前記研削用砥粒の平均粒径の１．１〜１．５倍とし、前記マスキングシートの厚さを前記研削用砥粒の平均粒径の１〜７．５倍とする請求項４記載の電着工具の製造方法。
【請求項６】
前記マスキングシートの孔の中心間隔を前記孔の内径の１．５〜３．５倍とする請求項４または５記載の電着工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は台金表面に砥粒を単層に電着固定した電着工具およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超硬合金、セラミック、ガラス、半導体材料、鋳鉄、鋼など各種材料の研削や研磨などに、電着法により台金表面に砥粒層を形成した電着工具が使用されている。この電着工具は、総型形状、カップ形状、円盤形状などの台金を、ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒などの超砥粒を分散させたメッキ液内に浸漬し、台金に超砥粒を電着させて砥粒層を形成したものである。
【０００３】
このような電着工具は、砥粒を単層に固着させたものが一般的である。単層構造のものは、砥粒と砥粒の間にメッキ金属が析出することでメッキ金属により砥粒が強固に保持され、かつ砥粒の先端が十分に露出されていることから、切れ味に優れ、高能率研削が可能である。しかしその反面、砥粒の密度が高いために、研削により砥粒の先端部の一部が摩耗してしまうと研削抵抗が著しく上昇して切れ味が大きく低下してしまう。また、切粉の排出性が低く、目詰まりや溶着を引き起こす傾向がある。
【０００４】
このような問題に対処して、砥粒密度を低くするために砥粒を台金表面に均一に分散させることが行われている。そのための手段として本発明者は、台金の表面に非マスキング部を有する絶縁物のマスキングを施し、この非マスキング部に砥粒を電着するにあたり、マスキングシートの厚さを電着する砥粒粒径の５０〜１５０％の範囲とし、かつ非マスキング部の孔の内径を砥粒粒径の１１０〜１６０％の範囲とする電着砥石の製造方法を発明した（特許文献１参照）。
この方法により製造された電着砥石では、マスキングシートの厚さと非マスキング部の孔の内径を所定の値にすることによって、台金に電着される砥粒が、形成された非マスキング部パターンに対応して１個づつ分散されるようになる。
【０００５】
しかし、この製造方法では、仮固定した砥粒を本固定するために、再度メッキ液中にて電気メッキを施し、台金表面に砥粒粒径の３０〜７０％程度の厚さのメッキ層を析出させている。したがって、メッキ層上面からの砥粒突出高さは砥粒粒径の３０〜７０％程度しかないことになり、これでは切れ味の向上効果は小さく、また切粉の排出効果の向上もあまり期待できない。この点を改良するものとして、台金から隆起するマウンド部とこのマウンド部上に金属結合層で固着した単一の砥粒とを有する小砥粒層を台金上に所定間隔で複数配列した砥石が提案されている（特許文献２参照）。この砥石によれば、小砥粒層部の砥粒だけが被研削剤に接触するので、切れ味が良く切粉の排出性もよい、とされている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２８５８４６号公報（段落番号０００８−００１２）
【特許文献２】
特開２００１−１０５３２７号公報（段落番号０００８）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２記載の砥石においては、台金から隆起したマウンド部とこのマウンド部の間は切粉の排出経路となるため、硬質な被研削材を研削した場合は、切粉がマウンド部に接触してマウンド部が摩耗し、マウンド部の上面に固着されている砥粒の脱落が発生して工具寿命が短くなるという問題がある。
【０００８】
このような問題は、円盤状の回転砥石に限らず、カップ型形状や総型形状の砥石、その他の形状の電着工具全般にいえることである。
本発明が解決すべき課題は、電着工具の台金表面に形成した凸部に砥粒を配設した電着工具において、凸部の形成条件を改良して、凸部の摩耗を軽減し工具の寿命の延長をはかることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電着工具は、研削面とする台金表面に微小粒径の砥粒を含んだ金属結合材からなる円柱状の凸部が多数形成され、これらの凸部のそれぞれの上面に１個の研削用砥粒が電着により固定されており、前記凸部の高さが前記研削用砥粒の平均粒径の０．５〜６倍で、かつ前記凸部の外径が前記研削用砥粒の平均粒径の１．１〜１．５倍であり、凸部と凸部の間にメッキ層が形成されていない電着工具である。
【００１０】
上記の電着工具は、所定の孔径で多数の孔を形成したマスキングシートを作成し、このマスキングシートを研削面とする台金表面に貼付して台金表面に多数の孔による非マスキング部を有するマスキングパターンを形成する工程と、前記マスキングパターンを形成した状態で平均粒径が２０μｍ以下の微小砥粒を懸濁させた電解メッキ液中で電気メッキ処理を行って非マスキング部の孔内に前記微小砥粒を含むメッキ金属を析出させて台金表面に前記微小砥粒を含むメッキ金属からなる多数の凸部を形成する工程と、前記マスキングパターンを形成した状態で電気メッキ処理を行って前記多数の凸部のそれぞれの上面に１個の研削用砥粒を電着固定する工程と、を含む製造方法により製造することができる。
【００１１】
本発明の電着工具では、台金表面に形成した凸部の上面に研削用砥粒が１個づつ電着固定され、凸部および研削用砥粒はマスキングパターンに従って均一に分散配置され、凸部と凸部の間にはメッキ層が形成されていないので、凸部と凸部の間に大きなチップポケットが形成され、台金表面からの研削用砥粒の突出量も大きく、研削液の供給と切粉の排出が良好となり、研削抵抗も低減する。さらに、凸部は微小粒径の砥粒を含んだ金属結合材により形成されているので、硬質な被研削材を研削したときの凸部への切粉接触に対する耐摩耗性が高く、凸部は摩耗しにくいので、凸部上面に固着された研削用砥粒の脱落を防止でき、工具の寿命も長くなる。
【００１２】
台金表面に形成される凸部の高さは、マスキングシートの非マスキング部となる孔の深さ（マスキングシートの厚さ）とこの孔内に凸部形成のために析出させる微小砥粒入りのメッキ金属の析出厚さとによって決まるが（析出厚さは孔の深さよりも研削用砥粒の粒径の５０〜１５０％分だけ低い）、この凸部の高さが研削用砥粒の平均粒径の０．５倍未満であると、チップポケットが小さくなり、研削液の供給と切粉の排出性の向上が期待できず、かつ十分な切り込み深さを得ることができず研削抵抗軽減の効果も期待できない。凸部の高さが研削用砥粒の平均粒径の６倍を超えると、研削研削時に被研削物への切り込み深さが深くなりすぎ、研削用砥粒に加わる衝撃が大きく研削用砥粒が脱落しやすくなる。凸部の高さを研削用砥粒の平均粒径の０．５〜６倍とするためのマスキングシートの必要厚さ（孔の必要深さ）は研削用砥粒の平均粒径の１〜７．５倍となる。
【００１３】
円柱状の凸部の外径は、マスキングシートの孔の内径によって決まるが、凸部の外径（マスキングシートの孔径）が研削用砥粒の平均粒径の１．１倍未満であると、研削用砥粒を凸部上面に電気メッキ処理により電着固定する際に研削用砥粒が１個づつ安定して固定しにくくなる。また固定できたとしても、凸部の外径が研削用砥粒の平均粒径の１．１倍未満であると研削用砥粒を固定するための面積が狭くなることから、研削砥粒の保持力が弱く研削加工時に研削用砥粒が脱落しやすくなる。また凸部の外径（マスキングシートの孔径）が研削用砥粒の平均粒径の１．５倍を超えると、研削用砥粒を凸部上面に電気メッキ処理により電着固定する際に固定される研削砥粒が２個以上固定されてしまうなど、均等な分散ができなくなる。そのため、被研削物へ接触する研削用砥粒数が多くなる、あるいはばらつきが大きくなるため、安定した研削ができず、研削抵抗軽減の効果も少ない。
【００１４】
ここで、凸部を形成するメッキ金属に含ませる微小粒径の砥粒の平均粒径を２０μｍ以下とすることが望ましい。この微小粒径の砥粒の平均粒径が２０μｍより大きいと、メッキ浴中での沈降速度が速いため、台金表面に堆積してマスキングパターンの非マスキング部を塞いでしまうことから電気抵抗が高くなり、メッキ焼けが発生するなど、安定したメッキ析出ができず、凸部を形成することができなくなる。この凸部形成用のメッキ金属に含ませる砥粒としては、ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒、ＳｉＣ砥粒、Ｓｉ３Ｎ４砥粒、Ａｌ２Ｏ３砥粒を用いることができる。
【００１５】
また、隣り合う凸部の中心間隔を、使用する研削用砥粒の平均粒径の１．５〜３．５倍とするのが望ましい。凸部の中心間隔が研削用砥粒の平均粒径の１．５倍未満であると、被研削物に接触する砥粒数が多くなり、砥粒の切り込み深さが浅くなることから、研削抵抗の低減効果が小さくなる。凸部の中心間隔が研削用砥粒の平均粒径の３．５倍を超えると、砥粒数が少なすぎるため研削時の個々の砥粒に加わる衝撃が大きくなり、砥粒が脱落しやすくなる。
【００１６】
本発明の電着工具の製造方法は、微小粒径の砥粒を含んだメッキ金属により台金表面に形成した凸部の上面に砥粒を電着固定する点と、凸部と凸部の間にメッキ層を形成しない点を除いて、前述の特開平５−２８５８４６号公報に記載の製造方法に準じた製造方法を採用することができる。ただし、研削用砥粒を電着固定する方法は異なり、本発明の製造方法においては、マスキングパターンを形成した状態で微小砥粒を懸濁させた電解メッキ液中で電気メッキ処理を行って非マスキング部の孔内に微小砥粒を含むメッキ金属を析出させて台金表面に微小砥粒を含むメッキ金属からなる凸部を形成した後、そのままメッキ液中にて砥粒を台金表面に散布して非マスキング部の孔内に砥粒を１個づつ入れ込み、電気メッキ処理により砥粒を仮固定した後、余分な砥粒を除去し、マスキングパターンを形成した状態のままで電気メッキ処理により研削用砥粒を本固定する。この後マスキングパターンを除去することにより、凸部と凸部の間にはメッキ層が形成されておらず、凸部の上面に研削用砥粒が固着された研削作用面が形成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を回転円板砥石に適用した実施形態における砥粒の配置状態を模式的に示す図であり、（ａ）は砥石の外観を示す斜視図、（ｂ）は砥粒の配置を示す部分平面図、（ｃ）は砥粒の配置を示す部分断面図である。
【００１８】
砥石１は、円板状の台金２の外周面に砥粒層３が形成された砥石である。砥粒層３は、微小粒径の砥粒を含んだメッキ金属により台金表面に形成された多数の凸部４の上面にそれぞれ１個の研削用の砥粒５をメッキ金属層７（仮固定のためのメッキ金属層６を含む）により電着して形成されている。これにより、台金２表面からの砥粒５の突出高さは凸部４の高さ分だけ高くなり、さらに凸部４どうしの間に大きなチップポケットが形成されて、研削液の供給と切粉の排出性が向上し、研削抵抗が低減する。また切粉の排出により、切粉は凸部４に接触するが、凸部４は微小粒径の硬質の砥粒を含んだメッキ金属により形成されているので耐摩耗性が高く、寿命も長くなる。
【００１９】
砥粒５は平均粒径が約２２０μｍのダイヤモンド砥粒である。凸部４は円柱状で、高さＨは約４５０μｍ（砥粒５の平均粒径の約２．０５倍）、外径Ｄは約２５０μｍ（砥粒５の平均粒径の約１．１４倍）であり、凸部４の中心間隔Ｌは約５００μｍ（砥粒平均粒径の約２．２７倍）である。凸部４を形成するメッキ金属中の微小砥粒は、平均粒径５μｍのダイヤモンド砥粒である。
【００２０】
図２は図１に示す砥石１の砥粒層３の形成方法の説明図である。
まず、図２（ａ）に示すように、深さ６６０μｍの多数の孔で非マスキング部１３が形成されるように転写紙１１上に熱硬化性樹脂インクにより印刷してマスキング部１２を形成し、これを常温で乾燥する。ついで、マスキング部１２の上面（インク上面）にプラスチックフィルム１４を貼り付け、マスキングシート１０を作製する。非マスキング部１３である孔の内径は約２５０μｍ、非マスキング部１３どうしの中心間隔は約５００μｍであり、非マスキング部１３の平面的な配置は角度６０度づつずらした千鳥状配置である。
【００２１】
つぎに、マスキングシート１０を水に浸漬し、転写紙１１を剥がし取り、台金２の外周面に貼り付ける。なお、台金２の側面２ａおよび取付孔２ｂ（図１（ａ）参照）には孔のない通常のメッキ用マスキングテープでマスキングする。この後、１２０℃の雰囲気中で１時間程度、熱硬化性インクを乾燥硬化させて、プラスチックフィルム１４を剥ぎ取ることにより、多数の孔が非マスキング部１３となるマスキングパターンが台金２表面に形成される。
【００２２】
つぎに、マスキングパターンを形成した状態で、台金２表面にメッキ前処理を行い、その後平均粒径が５μｍのダイヤモンド砥粒をメッキ液１リットルあたり５ｇの割合で混合懸濁させたメッキ液中にて、電流密度約１．２Ａ／ｄｍ２の電流を約３０時間流して、非マスキング１３の内部に高さ約４５０μｍの微小ダイヤモンド砥粒を含んだメッキ金属層１５を析出させる。このメッキ金属層１５が図１（ｃ）に示す台金２表面の凸部４となる。
【００２３】
ついで、メッキ液中に研削用砥粒を散布し、メッキ液に振動を与えて１つ１つの非マスキング部１３内のメッキ金属層１５上に砥粒５を１個づつ入れ込み、その後メッキ液中に電流密度約０．３Ａ／ｄｍ２の電流を約８時間流し、研削用砥粒の平均粒径の１０〜１５％の厚さのメッキ金属層６を析出させて、砥粒５をメッキ金属層１５上面に仮固定する（図２（ｃ）参照）。その後、余分な砥粒５ａを除去し、再度メッキ液中に電流密度約０．５Ａ／ｄｍ２の電流を約６時間流し、砥粒５がその粒径の６０〜７０％がメッキ金属層７に沈み込む程度に調整し、砥粒５を本固定する（図２（ｄ）参照）。
【００２４】
この後、台金２の側面２ａと取付孔２ｂのマスキングテープを剥がし、全体を溶剤に浸漬してマスキング部１２を剥離除去することにより、台金２表面の凸部４上面に砥粒５が固着され、凸部４どうしの間にはメッキ層が形成されていない空間（チップポケット）８を有する砥粒層３が形成され（図２（ｅ）参照）、図１（ａ）に示す回転円板砥石１が得られる。
【００２５】
本発明の効果を確認するために、上記実施形態の回転円板砥石（発明品）と、上記実施形態と同じ台金と砥粒およびメッキ液を用いて特許文献１に記載の方法により製造した回転円板砥石（比較品）を使用して研削試験を行った。
〔試験条件〕
研削機械：平面研削盤
被研削材：超硬合金Ｇ２
砥石周速度：１７００ｍ／ｍｉｎ
切り込み量：２０μｍ／パス
テーブル送り速度：１０ｍ／ｍｉｎ
研削方式：プランジカット
研削液：ソリュブルタイプ
【００２６】
図３は試験結果を示す図であり、（ａ）は研削量と消費電力の関係を示す図、（ｂ）は研削量と研削後の被研削材の面粗さの関係を示す図、（ｃ）は研削量と砥石半径方向の摩耗量の関係を示す図である。
【００２７】
同図（ａ）に示すように、消費電力に関しては、比較品はメッキ層上面からの砥粒の突出高さが低いので、切れ味と切粉の排出が不十分で、消費電力は高い値を示している。これに対し発明品は、研削用砥粒が凸部の上面に固着されているので台金表面からの砥粒の突出高さが高く、かつチップポケットが大きいので、研削液の供給と切粉の排出性が向上し、研削抵抗が低減して、低い消費電力を示している。発明品の平均消費電力は比較品の平均消費電力に比較して約３９％低い。
【００２８】
同図（ｂ）に示すように、研削後の被研削材の面粗さに関しては、発明品は、砥粒の突出高さが高く、かつ切り刃間隔が大きいことから切り込み深さが大きくなり、このため被研削材の面粗さは比較品よりも僅かに大きくなっている。ただし、実用面で問題となる面粗さではない。
同図（ｃ）に示すように、砥石半径方向の摩耗量に関しては、発明品は比較品とほぼ同等の値を示した。
【００２９】
さらに、台金表面に形成する凸部に微小砥粒を含ませたことの効果を確認するために、凸部に微小砥粒を含まない砥石を製造して研削試験を行った。被研削材としては、切粉の接触によりメッキ金属を摩耗させやすいものを使用した。
〔試験条件〕
研削機械：平面研削盤
被研削材：常圧焼結窒化珪素
砥石周速度：１８００ｍ／ｍｉｎ
切り込み量：２０μｍ／パス
テーブル送り速度：２０ｍ／ｍｉｎ
研削液：ノリタケクールＳＡ−０２（商品名）
【００３０】
試験結果は、比較品の砥石は発明品の砥石に比較して寿命は約４６％短かった。これは比較品の砥石の場合、凸部に微小砥粒を含まないので耐摩耗性が低く、研削時に凸部と凸部の間を通過する切粉が凸部に接触したときに凸部が摩耗することで凸部上面の研削用砥粒が不安定な固定状態となり、まだ使用できる状態においても研削用砥粒が脱落してしまうためである。これに対し発明品の砥石では、切粉接触による凸部の摩耗が少ないので、研削用砥粒の安定固着状態が持続され、研削用砥粒を有効使用することができ、寿命も長くなる。
【００３１】
【発明の効果】
研削面とする台金表面に微小粒径の砥粒を含んだ金属結合材からなる円柱状の凸部が多数形成され、これらの凸部のそれぞれの上面に１個の研削用砥粒が電着により固定されており、前記凸部の高さが前記研削用砥粒の平均粒径の０．５〜６倍で、かつ前記凸部の外径が前記研削用砥粒の平均粒径の１．１〜１．５倍であり、凸部と凸部の間にメッキ層が形成されていない電着工具とすることにより、凸部と凸部の間に大きなチップポケットが形成され、台金表面からの砥粒の突出量も大きくなって、研削液の供給と切粉の排出が良好となり、研削抵抗も低減する。さらに、凸部の切粉に対する耐摩耗性が向上し、工具の長寿命化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を回転円板砥石に適用した実施形態における砥粒の配置状態を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す砥石の砥粒層の形成方法の説明図である。
【図３】研削試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１  砥石
２  台金
２ａ  台金の側面
２ｂ  台金の取付孔
３  砥粒層
４  凸部
５  砥粒
５ａ  砥粒
６，７，１５  メッキ金属層
８  空間（チップポケット）
１０  マスキングシート
１１  転写紙
１２  マスキング部
１３  非マスキング部
１４  プラスチックフィルム
【図１】
2004268238.tif 000003
【図２】
2004268238.tif 000004
【図３】
2004268238.tif 000005