(57)【要約】  台金と超砥粒層との接合強度の高いレジンボンド超砥粒ホイールとその製造方法を提供することを目的とする。台金（３）に超砥粒層（１）を接合してなるレジンボンド超砥粒ホイールにおいて、台金（３）と超砥粒層（１）とを、それら境界面に銅層を介して接合した超砥粒ホイールであって、銅層は溶射処理により形成した。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台金（３）の表面（３３）に、溶射処理による金属皮膜（２）が設けられ、前記金属皮膜（２）の表面（２１）に超砥粒層（１）が接合されたレジンボンド超砥粒ホイール（１００）であって、
前記金属皮膜（２）は銅である、レジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項２】
前記溶射処理は、アーク溶射であって、
台金の回転数を２０／ｍｉｎ以上６００／ｍｉｎ以内とし、
ノズルの送り速度を３００ｍｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍｍ／ｍｉｎ以内とし、
溶射距離を８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とし、
ワイヤー送り速度を０．８ｍ／ｍｉｎ以上２．４ｍｍ以内とし、
ワイヤー径を１．０ｍｍ以上１．６ｍｍ以下とし、
ワイヤー間の電圧を３０Ｖ以上５０Ｖ以下とし、
電流を４０Ａ以上８０Ａ以下とした、請求項１に記載のレジンボンドホイール。
【請求項３】
前記金属皮膜（２）の厚みは、５μｍ以上１ｍｍ以内である、請求項１に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項４】
前記超砥粒層（１）の結合材は、ポリイミド樹脂である、請求項１に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項５】
前記台金（３）の材質は、鉄系材料、チタン合金、ジュラルミンである、請求項１に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項６】
表面（３３）を有する台金（３）を準備する工程と、
台金（３）の表面（３３）に、溶射処理による、厚みが厚さ５μｍ以上１ｍｍ以内の銅皮膜（２）を形成する工程を含む、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項７】
請求項２に記載の溶射処理を用いる、請求項６に記載のレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項８】
表面（３３）を有する台金（３）と、
前記台金（３）の表面（３３）に溶射処理により形成された、表面（２１）を有する金属皮膜（２）と、
前記金属皮膜（２）の表面（２１）に設けられ、レジンボンド（１００２）と超砥粒（１００１）とを含む超砥粒層（１）とを備え、金属皮膜（２）は銅および酸化銅を含む、レジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項９】
前記レジンボンド（１００２）は、ポリイミド樹脂を含む、請求項８に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１０】
前記台金（３）は超硬合金を含む、請求項８に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１１】
前記レジンボンド（１００２）を構成するポリイミド樹脂は、酸素を構成要素として含む、請求項８に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１２】
前記酸化銅の（１１１）面のＸ線回折強度Ｃｕ2Ｏ（１１１）と前記銅の（１１１）面のＸ線回折強度の比率Ｃｕ2Ｏ（１１１）／{Ｃｕ（１１１）＋Ｃｕ2Ｏ（１１１）}が０．１５以上０．２５以下である、請求項８に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１３】
台金（３）の表面（３３）に溶射処理により、表面（２１）を有する金属皮膜（２）を形成する工程と、
前記金属皮膜（２）の表面（２１）にレジンボンド（１００２）と超砥粒（１００１）とを含む超砥粒層（１）を形成する工程とを備える、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１４】
前記金属皮膜（２）を形成する工程は、不活性ガス中で溶射処理により前記金属皮膜（２）を形成することを含み、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法は、前記金属皮膜（２）を形成した後に、前記超砥粒層（１）を形成する前に前記金属皮膜（２）に熱処理を施す工程をさらに備える、請求項１３に記載のレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１５】
前記台金（３）は超硬合金を含む、請求項１３に記載のレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１６】
前記台金（３）の厚みは１ｍｍ以下である、請求項１３に記載のレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１７】
円盤形状で上面（３１）、下面（３２）および外周面（３３）を有する台金（３）の上面（３１）および下面（３２）を治具（５１，５２）で覆い、外周面（３３）を露出させて、その露出した外周面（３３）に溶射処理により銅と酸化銅とを含む金属皮膜（２）を形成する工程と、
前記金属皮膜（２）に接触するようにレジンボンド（１００２）と超砥粒（１００１）とを含む超砥粒層（１）を形成する工程とを備える、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、台金と砥粒層間で強固な接合力を有するレジンボンド超砥粒ホイールと、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レジンボンド超砥粒ホイールにおいては、基台と砥粒層との接合方法として、銅製の台金に原料粉末を密着させながら、金型内部で圧縮成形する方法が、製造方法の一手法として従来から採用されている。【０００３】
この方法が採用されている理由として、樹脂と銅との接合強度が比較的高く、かつ接着強度の安定性も高い製法であることがあげられる。特に、ポリイミド樹脂と銅との接合強度は顕著に高く、主として半導体基板の製造に応用されてきた。【０００４】
ポリイミド樹脂と銅との接合機構は、一般的な説に準ずればアンカー効果と分子間力によるといえるが、特にポリイミド樹脂が銅と強固に接合する理由として、最近では、金属とポリイミド樹脂間における化学反応によるものであることが明らかになっている。また、一般には金属表面は、完全な清掃表面を維持することが困難であり、真空中など特別な環境内で処理をしない限りは、金属表面には水酸基などが形成される。鉄系材料などに比べ銅は、酸化速度が遅いものの表面に水酸基が存在する点では同様である。【０００５】
レジンボンド超砥粒ホイールの結合材として用いるポリイミド樹脂には、完全にイミド化反応が完了したものも一部市販されているが、多くはイミド化反応が完全に進行していない状態であり前駆体を含むものである。前駆体にはカルボキシル基が存在し、これが金属表面の水酸基と結合することにより接合力が生じると考えられている。故に、銅製の台金を使用して、ポリイミド樹脂を結合材とした砥粒層の原料粉末を、金型内で互いに密着させながら加熱し圧縮成形すると、非常に強固な接合が可能と考えられる。【０００６】
ところが、銅の降伏点が低いため、圧縮成形の工程で銅製の台金が歪んでしまう問題が生じた。台金が歪めば、後工程の形状仕上げが困難となるため、製造可能な形状を制約せざるをえなくなる。また、たとえ歪みが小さく収まったとしても、銅は延性材料であるため除去加工が非常に難しく、効率のよい製造方法ではない。しかも、銅の熱膨張係数は１６×１０-6／Ｋ〜１８×１０-6／Ｋであり、鉄や鋼の１０×１０-6／Ｋ〜１２×１０-6／Ｋに比べて高く、砥粒層の熱膨張係数は１０×１０-6／Ｋ以下と鉄や鋼よりも低い。そのため、加熱成形の後に冷却した際に接着層に引張応力が残留応力として生じるが、特に台金を銅にした場合は鉄や鋼にした場合よりも、残留応力が高くなる。残留応力が高くなることは、接着強度の低下を生じる要因の一つとなる。【０００７】
一方、剛性の高い鉄系材料の台金に、銅めっきを施す方法が既に提案されている。この方法によれば、銅の台金を用いると同様に、銅と砥粒層の樹脂との間に高い接合力を得ることができる。
（例えば、特開平５−２９３７６３号公報（特許文献１）参照）
また、台金の降伏点が高いため、歪みも生じず、除去加工も容易となる。そのため、ホイール台金形状やホイールサイズの制約は銅製の台金の場合に比べると非常に少なくなる。【０００８】
台金に高い降伏点の材料を使用できる方法としては、上記以外にも、金属の台金に銅等の軟質金属を厚く溶射して多孔質の応力緩和層を形成し、メタルボンドホイールを製造する方法も提案されている。溶射により多孔質の層を得るためには、噴射される個々の原料粒子が、表面だけ溶融し、内部は溶融していない状態を維持する必要がある。これが可能であるのは粉末フレーム溶射法である。
（例えば、特開平２−２５６４６６号公報（特許文献２）参照）
以上のように、レジンボンド超砥粒ホイールにおいては、鉄系材料等の降伏点の比較的高い金属製台金と砥粒層との界面に、銅層を介在させて強固に接合させる方法として、銅層をめっきで形成する方法が考えられる。しかし、めっきを用いる方法では、凹凸の無い平坦な面上には、均一な銅層を得ることができるが、加工に用いる砥石面が凸部や凹部を有する形状である場合には、めっき厚さに不均一が生じる可能性が高く膜厚の制御が困難となる。一方、メタルボンドホイールにおいては、粉末フレーム溶射法で形成する方法が考えられるが、レジンボンドホイールに溶射が適用された発明は、これまでに存在しない。しかも、粉末フレーム溶射法では、厚い多孔質層を得る場合には有利であるが、ロボットアームを用いて精密にノズルの位置および角度を制御したとしても、薄い層を均一厚さで得ることは困難であるため、レジンボンドホイールにおいて、台金と砥粒層との接合強度を高める目的には不向きである。
【特許文献１】特開平５−２９３７６３号公報
【特許文献２】特開平２−２５６４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
銅層は、厚くなりすぎると接合部の強度が銅の破壊強度に依存するようになり、接合強度の低下をまねく。それ故、必要以上に厚い箇所が生じないように厚さを制御する必要がある。しかし、形成する銅層の厚さに不均一が生じれば、最大厚さを基準に銅層の形成条件を設定すると、非常に厚さの薄い箇所が生じるだけではなく、銅層が形成されていない箇所が生じる危険がある。【００１０】
本発明が解決するべき課題は、台金と砥粒層との接合強度の要となる銅層の厚さを一様にし、台金と砥粒層との接合強度を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のレジンボンド超砥粒ホイールの第一の特徴は、台金の表面に溶射処理による金属皮膜が設けられ、金属皮膜の表面に超砥粒層が接合されたレジンボンド超砥粒ホイールであって、金属皮膜は銅であることである。このようにして形成した銅層の表面粗さは台金の表面粗さに依存せず、表面粗さ１μｍＲａ以上となる。しかも、条件を適切に設定することで、均一厚さで一様な表面粗さの皮膜を形成することができる。本発明は、銅層を溶射により形成する点で、特許文献１に提案されている方法とは異なる。また、本件はレジンボンドホイールに関する発明であり、特許文献２のメタルボンドに関するものとは銅層の機能も接合機構も全く異なる。【００１２】
第２の特徴は、アーク溶射を用いたことであって、台金の回転数を２０／ｍｉｎ以上６００／ｍｉｎ以内とし、ノズルの送り速度を３００ｍｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍｍ／ｍｉｎ以内とし、溶射距離を８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とし、ワイヤー送り速度を０．８ｍ／ｍｉｎ以上２．４ｍｍ以内とし、ワイヤー径を１．０ｍｍ以上１．６ｍｍ以下とし、ワイヤー間の電圧を３０Ｖ以上５０Ｖ以下とし、電流を４０Ａ以上８０Ａ以下としたことである。銅層の組織は、多孔質よりも緻密なほうが望ましい。よって、溶射の方法としては、粉末フレーム溶射法ではなく、アーク溶射法を用いるべきである。アーク溶射法は、金属面への塗装にも用いられる方法であり、噴射する原料粒子の内部まで溶融しているので、膜の組織が緻密になり、膜厚を厚くすること無く均一な銅層を得ることができる。台金の回転数は、２０／ｍｉｎ以上５５０／ｍｉｎ以内がより好ましく、さらに好ましくは、５０／ｍｉｎ以上５５０／ｍｉｎ以内である。ノズルの送り速度は、３５０ｍｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍｍ／ｍｉｎ以内がより好ましく、さらに好ましくは、３５０ｍｍ／ｍｉｎ以上９５０ｍｍ／ｍｉｎ以内である。溶射距離は、９０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下がより好ましく、さらに好ましくは、９０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下である。ワイヤー送り速度は、０．９ｍ／ｍｉｎ以上２．４ｍ／ｍｉｎ以下がより好ましく、さらに好ましくは、０．９ｍ／ｍｉｎ以上２．２ｍ／ｍｉｎ以下である。ワイヤー径は、１．１ｍｍ以上１．６ｍｍ以下がより好ましく、さらに好ましくは、１．１以上１．５以下である。ワイヤー間の電圧は、３５Ｖ以上５０Ｖ以下がより好ましい。電流は、４０Ａ以上７０Ａ以下がより好ましい。【００１３】
第３の特徴は、金属皮膜の厚みは、５μｍ以上１ｍｍ以内であることである。これは、接合部としての強度を得るための条件である。銅層の膜厚が１ｍｍを超えると、銅の材料強度が低いために、接合部の塑性変形が生じてホイールの外周精度を低下させる危険がある上、銅層の破壊が生じて砥粒層が剥離する危険がある。一方、５μｍ以下にすると、溶射条件では抑えきれない膜厚の不均一のために、溶射されていない箇所が生じる危険がある。好ましくは、５μｍから５００μｍであり、より好ましくは、１０μｍから１００μｍである。【００１４】
第４の特徴は、超砥粒層の結合材は、ポリイミド樹脂であることである。前駆体を含むポリイミド樹脂を使用すれば、銅層が非酸化表面である必要がなく、むしろ、溶射により形成される酸化状態の銅層が好ましい。前駆体を含まない場合は、還元雰囲気中で処理すればよい。【００１５】
第５の特徴は、台金の材質は、鉄系材料、チタン合金、ジュラルミンであることである。鉄系材料やチタン合金、ジュラルミンは、降伏点が高く、砥粒層を高圧で成形可能である。材料の降伏点とヤング率の観点から、好ましくは、鉄系材料、チタン合金を用いるほうがよい。また、溶射する材料と台金との接合性の観点から鉄系材料を用いるのがより好ましい。ただし、チタン合金に溶射する際には、予め台金表面にニッケル層を設け、ニッケル表面上に銅の溶射を行うべきである。【００１６】
この発明に従ったレジンボンド超砥粒ホイールは、台金と、台金の表面に溶射処理により形成された金属皮膜と、金属皮膜の表面に設けられ、レジンボンドと超砥粒とを含む超砥粒層とを備え、金属皮膜は銅および酸化銅を含む。【００１７】
このように構成されたレジンボンド超砥粒ホイールでは、溶射処理により金属皮膜を形成するため、台金表面に凹凸が存在しても表面が平滑な金属皮膜を形成することができる。【００１８】
好ましくは、レジンボンドはポリイミド樹脂を含む。
好ましくは、台金は超硬合金を含む。【００１９】
好ましくは、レジンボンドを構成するポリイミド樹脂は、例えばエーテル結合のように配位結合をしうる酸素を構成要素とする。【００２０】
好ましくは、酸化銅の（１１１）面のＸ線回折強度Ｃｕ2Ｏ（１１１）と銅の（１１１）面のＸ線回折強度の比率Ｃｕ2Ｏ（１１１）／{Ｃｕ（１１１）＋Ｃｕ2Ｏ（１１１）}が０．１５以上０．２５以下である。【００２１】
この発明の１つの局面に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法は、台金の表面に溶射処理により、表面を有する金属皮膜を形成する工程と、金属皮膜の表面にレジンボンドと超砥粒とを含む超砥粒層を形成する工程とを備える。【００２２】
好ましくは、金属皮膜を形成する工程は、不活性ガス中で溶射処理により金属皮膜を形成することを含む。レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法は、好ましくは、金属皮膜を形成した後に、超砥粒層を形成する前に金属皮膜に熱処理を施す工程をさらに備える。【００２３】
好ましくは、台金は超硬合金を含む。
好ましくは、台金の厚みは１ｍｍ以下である。【００２４】
この発明の別の局面に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法は、円盤形状で上面、下面および外周面を有する台金の上面および下面を治具で覆い、外周面を露出させて、その露出した外周面に溶射処理により銅と酸化銅とを含む金属皮膜を形成する工程と、金属皮膜に接触するようにレジンボンドと超砥粒とを含む超砥粒層を形成する工程とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの一部断面を含む斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの接合部断面を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第１工程を説明するための斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第２工程を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第３工程を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態１に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第４工程を説明するために示す一部断面を含む斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態１に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第５工程を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態２に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第１工程を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態２に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第２工程を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第３工程を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第４工程を示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第５工程を示す斜視図である。
【図１３】図１２中の内部構造を示す斜視図である。
【図１４】比較例に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第１工程を示す斜視図である。
【図１５】比較例に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第２工程を示す斜視図である。
【図１６】比較例に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法の第３工程を示す斜視図である。
【図１７】本発明品および比較品におけるＸ線回折図形を示すグラフである。
【図１８】この発明に従った金属皮膜中での酸化銅の濃度を示すグラフである。
【図１９】超砥粒層の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  超砥粒層、２  金属皮膜、３  台金、３１  上面、３２  下面、３３  外周面、３８  貫通孔、１００  レジンボンド超砥粒ホイール。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一部分または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組み合わせることも可能である。【００２８】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったレジンボンド超砥粒ホイールの一部断面を含む斜視図である。図１を参照して、円盤形状のレジンボンド超砥粒ホイール１００は、円盤形状で中心部に貫通孔３８が形成された台金３と、台金３の外周面３３に形成された金属皮膜２と、金属皮膜２の表面に形成された超砥粒層１とを備える。台金は、たとえば鉄を含む合金で構成することができる。さらに、台金３はタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金などで構成されていてもよい。超硬合金を用いた場合には、使用後のレジンボンド超砥粒ホイール１００をリサイクルすることができる。【００２９】
金属皮膜２は溶射処理により台金３の外周面３３上に設けられている。金属皮膜２は銅を主成分として含み、さらにその銅の一部分が酸化した酸化銅を含む。なお、金属皮膜２が酸化銅を含まずに純銅であってもよい。また、金属皮膜２は内周側の台金３と外周側の超砥粒層１との接合をする部材であるため、超砥粒層１と台金３と密着性がよい材料であればいずれの材料であっても金属皮膜２を構成する銅中に含めることができる。【００３０】
超砥粒層１は超砥粒がレジンボンドで保持された構成を有する。超砥粒として、ダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）を用いることができる。金属皮膜２の外周面２１に超砥粒層１が設けられる。台金３の厚み（上面３１から下面３２までの距離）ｔ１は特に制限されるものではないが、１ｍｍ以下であってもよい。【００３１】
次に、図１および図２で示すレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法について説明する。図３から７は、この発明の実施の形態１に従った超砥粒ホイールの製造方法を説明するための図である。図３を参照して、まず台金３を準備する。台金３は円盤形状であり、その中心部に貫通孔３８が設けられた形状とされている。【００３２】
図４を参照して、台金３の上面と下面に治具５１，５２を装着する。治具５１，５２により上面と下面とが覆われる。治具５１，５２の面積は上面および下面の面積に等しい。側面である外周面が露出する。【００３３】
図５を参照して、貫通孔３８にシャフト５３を差し込み、シャフト５３を矢印Ｒで示す方向に回転させる。これによりシャフト５３に係合した台金３ならびに治具５１，５２も矢印Ｒで示す方向に回転する。このとき、ノズル５４から銅を外周面３３に向かって噴射する。この溶射処理により外周面３３に金属皮膜を形成する。【００３４】
図６を参照して、金属皮膜２を形成した後に金型６１，６２，６３，６４で台金３を固定する。この状態で金属皮膜２の外周面２１に接触するように超砥粒とレジンボンドを配置し、これに金型６５で圧力を加えることにより超砥粒層１を形成する。【００３５】
図７を参照して、金型６１〜６５を取り除くことで外周部に超砥粒層１が設けられたレジンボンド超砥粒ホイール１００が完成する。【００３６】
（実施の形態２）
図８から図１３を用いて、この発明の実施の形態２に従ったレジンボンド超砥粒ホイールについて説明する。図８を参照して、実施の形態２に従った台金３はフランジ部３５を有する。フランジ部３５は他の部分に比べて外径が大きい部分であり、フランジ部３５の外周面３３に金属皮膜が形成される。【００３７】
図９を参照して、治具５１，５２およびシャフト５３に台金３を嵌め合わせる。台金３のフランジ部３５の外周面３３を外部に露出させる。この状態で台金３を回転させながら外周面３３にノズル５４から金属を溶射する。【００３８】
図１０を参照して、溶射処理の結果、外周面３３表面に金属皮膜２が形成される。
図１１を参照して、金属皮膜２が形成された台金３を金型６１，６２，６４，６５内に固定する。【００３９】
図１２および図１３を参照して、金型内部に超砥粒とレジンボンドとを充填し、これらを固めることで超砥粒層１を形成する。すなわち、実施の形態１および２に従ったレジンボンド超砥粒ホイール１００は、外周面３３を有する台金３と、台金３の外周面３３に溶射処理により形成された、外周面２１を有する金属皮膜２と、金属皮膜２の外周面２１に設けられ、レジンボンドと超砥粒とを含む超砥粒層１とを備える。金属皮膜２は銅および酸化銅を含む。【００４０】
レジンボンドはポリイミド樹脂を含んでいてもよい。酸化銅は金属皮膜２と超砥粒層１との界面近傍に偏在していてもよい。台金３は超硬合金を含んでいてもよい。レジンボンドを構成する分子は、酸素を構成要素として含んでいてもよい。【００４１】
この発明に従ったレジンボンド超砥粒ホイール１００の製造方法は、台金３の外周面３３に溶射処理により、外周面２１を有する金属皮膜２を形成する工程と、金属皮膜２の外周面２１にレジンボンドと超砥粒とを含む超砥粒層１を形成する工程とを備える。金属皮膜２を形成する工程は、窒素やアルゴンなどの不活性ガス中で溶射処理により金属皮膜２を形成することを含み、金属皮膜２を形成した後に、超砥粒層１を形成する前に金属皮膜２に熱処理を施して金属皮膜２の表面を酸化する工程をさらに備えていてもよい。台金３の厚みは１ｍｍ以下であることが好ましい。【００４２】
レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法は、円盤形状で、上面３１、下面３２および外周面３３を有する台金３の上面３１および下面３２を治具５１，５２で覆い、外周面３３を露出させて、その露出した外周面３３に溶射処理により銅と酸化銅とを含む金属皮膜２を形成する工程と、金属皮膜２に接触するようにレジンボンドと超砥粒とを含む超砥粒層１を形成する工程とを備える。【００４３】
溶射により金属皮膜２を形成するため、必要な場所にのみ金属皮膜２を形成することができる。そのため、台金３を使用後に外周面３３を洗浄して再使用することができ、台金の寿命を向上させることができる。【００４４】
（比較例）
図１４から１６を参照して、比較例に従った超砥粒ホイールの製造方法について説明する。比較例では、図１４および図１５で示すように、上面３１および下面３２にマスク１１２を形成する。【００４５】
図１６を参照して、マスク１１２が形成された台金３をめっき液１１３に浸し、シャフト１１４を用いて台金３を回転させる。これにより、台金３に金属皮膜を形成する。【００４６】
このようなめっきを用いた金属皮膜の形成においては、マスク１１２の形成に手間がかかるという問題がある。
【実施例１】
【００４７】
直径１４０ｍｍの機械構造用炭素鋼の台金を用いて、その外周面にアーク溶射により厚さ２０〜３０μｍの銅層を形成した。このときの銅層の表面粗さは、東京精密製の表面粗さ計ｓｕｒｆｃｏｍ１４００を用いて測定した結果、４．３μｍＲａ〜４．７μｍＲａであった。結合材としてポリイミド樹脂の粉末原料を使用し、レジンボンド超砥粒ホイールを製作した。溶射条件は、表１の通りである。台金を金型の底板上に組み込み、台金の上に台金とほぼ同直径の中子をのせ、外枠と中子との隙間に、砥粒層の原料粉末を充填し、パンチをのせてその上から低圧にて加圧した。その後、パンチ上から所定の圧力を加え、その圧力を維持しながら、約３０分かけて室温から４００℃まで加熱し、その後、徐冷した。
【実施例２】
【００４８】
実施例１と同じ方法によりレジンボンド超砥粒ホイールを製作した。
ただし、台金の表面粗さを計測した結果、６μｍＲａ〜７μｍＲａであった。
【実施例３】
【００４９】
実施例１と同じ方法によりレジンボンド超砥粒ホイールを製作した。
ただし、台金の表面粗さを計測した結果、１．３μｍＲａ〜１．６μｍＲａであった。【００５０】
【表１】
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【比較例１】
【００５１】
銅製の台金を用いて、実施例１と同じ方法によりレジンボンド超砥粒ホイールを製作した。
【００５２】
ただし、アーク溶射による銅層を形成せず、台金に直に砥粒層を接合した。
【比較例２】
【００５３】
機械構造用炭素鋼の台金に、厚さ１０μｍの銅めっきを施し、実施例１と同じ方法によりレジンボンド超砥粒ホイールを製作した。
【比較例３】
【００５４】
実施例１のレジンボンドホイールの製作方法において、金型内に台金を組み込まずに、リング形状の砥粒層のみを成形し、別途製作したアルミニウム製台金に従来用いられているエポキシ樹脂系接着剤を用いて接合させた。
【００５５】
以上のように製作したレジンボンド超砥粒ホイールの砥粒層部に、円周等配にて１６箇所のスロットを設け、１６個のセグメントを形成した。接合強度は、各々のセグメントの側面から万能試験機のヘッドを押し当て、圧縮せん断試験を行った。接合強度の値は、ホイール毎に１６箇所の平均値を算出した。
【００５６】
結果を表２に示す。実施例１は比較例１および３と比較して高い強度が得られた。また実施例２および実施例３は、銅層の表面粗さが若干異なる場合の結果であるが、十分な強度を有する結果が得られた。一方、比較例２は溶射の代わりにめっきにより銅層を形成した場合であるが、実施例１から３に比べて強度が低い結果となった。
【００５７】
【表２】
2007060984.tif 000004
【００５８】
（実施例１および比較例２のサンプルの検証）
実施例１および比較例２で製造した金属皮膜中の銅と酸化銅との分布の割合をＸ線回折を用いて調べた。その結果を図１７に示す。
【００５９】
図１７でわかるように、溶射処理により形成された実施例１のサンプルでは、ＣｕとＣｕ2Ｏとが存在しており、酸化銅が含まれていることがわかる。
【００６０】
これに対して、めっき品（比較例２）では、酸化銅が含まれていないことがわかる。
次に、実施例１で製造した金属皮膜中の酸化銅の濃度について詳細に調べた。図１８は金属皮膜２中での酸化銅の分布を示すグラフである。図１８を参照して、金属皮膜２と超砥粒層１との界面で酸化銅の濃度が上昇し、界面に酸化銅が偏在していることがわかる。
【００６１】
さらに、超砥粒層１内の構成を調べた。その結果を図１９に示す。図１９で示すように、超砥粒１００１がレジンボンド１００２で結合していることが確認された。
【００６２】
レジンボンド１００２には、ダイヤモンド、ＣＢＮなどの砥粒の他に、フィラーとして金属粉末、炭化物、または窒化物の硬質粒子、および固体潤滑剤粒子などを含有させることができる。
【００６３】
金属粉末としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ａｕなどがあげられる。コストや効果の観点から特に好ましいのはＣｕ、Ａｇまたはこれらの合金である。または２種以上の金属の粉末を混合して添加してもよい。
【００６４】
炭化物または窒化物の硬質粒子としては、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｃｒ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2などから選択される１種または２種以上の硬質粒子が、さらなるフィラーとしてレジンボンド中に含有されていてもよい。このような硬質粒子を含有することにより、レジンボンドの耐摩耗性が高まり、超砥粒ホイールの寿命を長くする効果が得られる。
【００６５】
さらなるフィラーとして、固体潤滑剤粒子がレジンボンド中に含有されていてもよい。この種の固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、ｈＢＮ、フッ化カルシウム、グラファイト、ＭｏＳ2などがあげられる。このような固体潤滑剤粒子の１種または２種以上を添加することにより、砥粒層と被削材との摩擦を低減して研削抵抗を減少させる効果が得られる。
【実施例４】
【００６６】
実施例１の製造方法に従って、アーク溶射でサンプル１から８を製造した。サンプル１から８について、以下の測定装置および測定条件でサンプル中のＣｕ2Ｏの（１１１）面とＣｕの（１１１）面の割合をＸ線回折で調べた。【００６７】
測定装置
Rint-1500（リガク製）
測定条件
使用Ｘ線：Cu-Kα（モノクロメーター搭載）
励起条件：５０ｋＶ、２００ｍＡ
光学系：集中法
スリット系：ＤＳ１°
ＲＳ  ０．１５ｍｍ
ＳＳ  １°
走査速度：６°／ｍｉｎ
ステップ幅：０．０２°
測定モード：θ−２θ法
その結果を表３に示す。【００６８】
【表３】
2007060984.tif 000005
【００６９】
表３から、Ｃｕ2Ｏ（１１１）／{Ｃｕ（１１１）＋Ｃｕ2Ｏ（１１１）}の割合が０．１５以上０．２５以下であれば好ましい特性が得られることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上説明したように、本発明のレジンボンド超砥粒ホイールは、従来のめっきにより銅層を形成する方法に比較して、安定した極めて高い接合強度が得られるので、長寿命で高性能なレジンボンド超砥粒ホイールが得られるという優れた効果を発揮する。特に、ポリイミド樹脂が用いられるレジンボンド超砥粒ホイールにおいては、卓越した高性能、長寿命を発揮するので、研削加工が必用とされる産業界において、おおいに貢献することが期待できる。
【図１】
2007060984.tif 000006
【図２】
2007060984.tif 000007
【図３】
2007060984.tif 000008
【図４】
2007060984.tif 000009
【図５】
2007060984.tif 000010
【図６】
2007060984.tif 000011
【図７】
2007060984.tif 000012
【図８】
2007060984.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2007060984.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2007060984.tif 000020
【図１６】
2007060984.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
2007060984.tif 000023
【図１９】
2007060984.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月25日(2007.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台金（３）の表面（３３）に、溶射処理による金属皮膜（２）が設けられ、前記金属皮膜（２）の表面（２１）に超砥粒層（１）が接合されたレジンボンド超砥粒ホイール（１００）であって、
前記金属皮膜（２）は銅である、レジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項２】
前記溶射処理は、アーク溶射であって、
台金の回転数を２０／ｍｉｎ以上６００／ｍｉｎ以内とし、
ノズルの送り速度を３００ｍｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍｍ／ｍｉｎ以内とし、
溶射距離を８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とし、
ワイヤー径を１．０ｍｍ以上１．６ｍｍ以下とし、
ワイヤー間の電圧を３０Ｖ以上５０Ｖ以下とし、
電流を４０Ａ以上８０Ａ以下とした、請求項１に記載のレジンボンドホイール。
【請求項３】
前記金属皮膜（２）の厚みは、５μｍ以上１ｍｍ以内である、請求項１に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項４】
前記超砥粒層（１）の結合材は、ポリイミド樹脂である、請求項１に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項５】
前記台金（３）の材質は、鉄系材料、チタン合金、またはジュラルミンのいずれかである、請求項１に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項６】
表面（３３）を有する台金（３）を準備する工程と、
台金（３）の表面（３３）に、溶射処理による、厚みが厚さ５μｍ以上１ｍｍ以内の銅皮膜（２）を形成する工程を含む、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
表面（３３）を有する台金（３）と、
前記台金（３）の表面（３３）に溶射処理により形成された、表面（２１）を有する金属皮膜（２）と、
前記金属皮膜（２）の表面（２１）に設けられ、レジンボンド（１００２）と超砥粒（１００１）とを含む超砥粒層（１）とを備え、金属皮膜（２）は銅および酸化銅を含む、レジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項９】
前記レジンボンド（１００２）は、ポリイミド樹脂を含む、請求項８に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１０】
前記台金（３）は超硬合金を含む、請求項８に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１１】
前記レジンボンド（１００２）を構成するポリイミド樹脂は、酸素を構成要素として含む、請求項８に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１２】
前記酸化銅の（１１１）面のＸ線回折強度Ｃｕ２Ｏ（１１１）と前記銅の（１１１）面のＸ線回折強度の比率Ｃｕ２Ｏ（１１１）／｛Ｃｕ（１１１）＋Ｃｕ２Ｏ（１１１）｝が０．１５以上０．２５以下である、請求項８に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１３】
台金（３）の表面（３３）に溶射処理により、表面（２１）を有する金属皮膜（２）を形成する工程と、
前記金属皮膜（２）の表面（２１）にレジンボンド（１００２）と超砥粒（１００１）とを含む超砥粒層（１）を形成する工程とを備える、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１４】
前記金属皮膜（２）を形成する工程は、不活性ガス中で溶射処理により前記金属皮膜（２）を形成することを含み、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法は、前記金属皮膜（２）を形成した後に、前記超砥粒層（１）を形成する前に前記金属皮膜（２）に熱処理を施す工程をさらに備える、請求項１３に記載のレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１５】
前記台金（３）は超硬合金を含む、請求項１３に記載のレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１６】
前記台金（３）の厚みは１ｍｍ以下である、請求項１３に記載のレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１７】
円盤形状で上面（３１）、下面（３２）および外周面（３３）を有する台金（３）の上面（３１）および下面（３２）を治具（５１，５２）で覆い、外周面（３３）を露出させて、その露出した外周面（３３）に溶射処理により銅と酸化銅とを含む金属皮膜（２）を形成する工程と、
前記金属皮膜（２）に接触するようにレジンボンド（１００２）と超砥粒（１００１）とを含む超砥粒層（１）を形成する工程とを備える、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月28日(2007.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台金（３）の表面（３３）に、溶射処理による金属皮膜（２）が設けられ、前記金属皮膜（２）の表面（２１）に超砥粒層（１）が接合されたレジンボンド超砥粒ホイール（１００）であって、
前記金属皮膜（２）は銅である、レジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項２】
前記溶射処理は、アーク溶射であって、
台金の回転数を２０／ｍｉｎ以上６００／ｍｉｎ以内とし、
ノズルの送り速度を３００ｍｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍｍ／ｍｉｎ以内とし、
溶射距離を８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とし、
ワイヤー径を１．０ｍｍ以上１．６ｍｍ以下とし、
ワイヤー間の電圧を３０Ｖ以上５０Ｖ以下とし、
電流を４０Ａ以上８０Ａ以下とした、請求項１に記載のレジンボンドホイール。
【請求項３】
前記金属皮膜（２）の厚みは、５μｍ以上１ｍｍ以内である、請求項１に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項４】
前記超砥粒層（１）の結合材は、ポリイミド樹脂である、請求項１に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項５】
前記台金（３）の材質は、鉄系材料、チタン合金、またはジュラルミンのいずれかである、請求項１に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項６】
表面（３３）を有する台金（３）を準備する工程と、
台金（３）の表面（３３）に、溶射処理による、厚みが厚さ５μｍ以上１ｍｍ以内の銅皮膜（２）を形成する工程を含む、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項７】
表面（３３）を有する台金（３）と、
前記台金（３）の表面（３３）に溶射処理により形成された、表面（２１）を有する金属皮膜（２）と、
前記金属皮膜（２）の表面（２１）に設けられ、レジンボンド（１００２）と超砥粒（１００１）とを含む超砥粒層（１）とを備え、金属皮膜（２）は銅および酸化銅を含む、レジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項８】
前記レジンボンド（１００２）は、ポリイミド樹脂を含む、請求項７に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項９】
前記台金（３）は超硬合金を含む、請求項７に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１０】
前記レジンボンド（１００２）を構成するポリイミド樹脂は、酸素を構成要素として含む、請求項７に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１１】
前記酸化銅の（１１１）面のＸ線回折強度Ｃｕ2Ｏ（１１１）と前記銅の（１１１）面のＸ線回折強度の比率Ｃｕ2Ｏ（１１１）／{Ｃｕ（１１１）＋Ｃｕ2Ｏ（１１１）}が０．１５以上０．２５以下である、請求項７に記載のレジンボンド超砥粒ホイール。
【請求項１２】
台金（３）の表面（３３）に溶射処理により、表面（２１）を有する金属皮膜（２）を形成する工程と、
前記金属皮膜（２）の表面（２１）にレジンボンド（１００２）と超砥粒（１００１）とを含む超砥粒層（１）を形成する工程とを備える、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１３】
前記金属皮膜（２）を形成する工程は、不活性ガス中で溶射処理により前記金属皮膜（２）を形成することを含み、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法は、前記金属皮膜（２）を形成した後に、前記超砥粒層（１）を形成する前に前記金属皮膜（２）に熱処理を施す工程をさらに備える、請求項１２に記載のレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１４】
前記台金（３）は超硬合金を含む、請求項１２に記載のレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１５】
前記台金（３）の厚みは１ｍｍ以下である、請求項１２に記載のレジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【請求項１６】
円盤形状で上面（３１）、下面（３２）および外周面（３３）を有する台金（３）の上面（３１）および下面（３２）を治具（５１，５２）で覆い、外周面（３３）を露出させて、その露出した外周面（３３）に溶射処理により銅と酸化銅とを含む金属皮膜（２）を形成する工程と、
前記金属皮膜（２）に接触するようにレジンボンド（１００２）と超砥粒（１００１）とを含む超砥粒層（１）を形成する工程とを備える、レジンボンド超砥粒ホイールの製造方法。
【国際調査報告】
2007060984.tif 000025
2007060984.tif 000026
2007060984.tif 000027
2007060984.tif 000028
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