(57)【要約】【課題】  砥粒およびフィラーの電着強度を高める手段を提供する。【解決手段】  基材４の表面に、第１砥粒層の砥粒１４と導電性のフィラー２１が付着する。次に、基材４に付着した第１砥粒層の砥粒１４とフィラー２１の表面に、第１砥粒層の鍍金層１６が形成され、第１砥粒層の砥粒１４とフィラー２１が電着される。次に、第１砥粒層の砥粒１４に、第２砥粒層の砥粒１８とフィラー２１が付着する。次に、第２砥粒層の砥粒１８とフィラー２１の表面に、第２砥粒層の鍍金層２０が形成され、第２砥粒層の砥粒１８とフィラーが電着される。導電性のフィラーを用い、多層構造の砥粒層を一層づつ形成していくため、砥粒の電着強度は強いものとなる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材に多層に電着された導電性の砥粒と、
前記砥粒の粒間に分散配置された導電性のフィラーと、
前記砥粒および前記フィラーの粒間に形成された気孔と、
を備えた砥粒電着工具。
【請求項２】
前記フィラーは炭素繊維からなる請求項１に記載の砥粒工具。
【請求項３】
基材に、導電性の砥粒と導電性のフィラーとを分散配置して一層付着させる第１工程と、
前記基材に付着させた一層の砥粒とフィラーとを鍍金液中で電着により固定して第１砥粒層を形成する第２工程と、
前記第１砥粒層に、導電性の砥粒と導電性のフィラーとを分散配置して一層付着させる第３工程と、
前記第１砥粒層に付着させた一層の砥粒とフィラーとを鍍金液中で電着により固定して第２砥粒層を形成する第４工程と、
を含む砥粒電着工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電着砥粒工具および電着砥粒工具の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン等の硬質脆性材料を研削ないし切断等するための工具としては、基材にダイヤモンド等からなる砥粒を電着した電着砥粒工具が用いられている。電着砥粒工具においては、工具の寿命を長くする観点から、基材に形成される砥粒層が砥粒の粒径を越える厚みになるように、多層構造の気孔を有する砥粒層が形成される。このような砥粒を用いた工具においては、砥粒の集中度が低い方が、切れ味が良くなることが知られている（非特許文献１ないし３参照）。このため、砥粒の集中度を調整するため、砥粒の粒間にフィラーと呼ばれる充填材、骨材を混ぜて基材に固着させた砥粒工具が提案されている（特許文献１ないし３参照）。
【特許文献１】特開平１１−２１６６５７号公報
【特許文献２】特開２００２−１４６３４４号公報
【特許文献３】特開２００１−７９７６９号公報
【非特許文献１】「ファインセラミックスのホーニング加工（砥石集中度・粒度の影響）」，精密工学会誌，精密工学会，１９８６年１１月，５２巻，１１号，１８８９頁
【非特許文献２】「超砥粒ホイールのアブレシブ磨耗に関する研究（第１報）レジノイドボンド砥石の掘り起こし磨耗の特性」，精密工学会誌，精密工学会，２００１年３月，６７巻，３号，４２３頁
【非特許文献３】「各種ファインセラミックスの円筒ホーニング−砥石集中度・粒度の影響−」，財団法人機械振興協会技術研究所，１９９４年，平成６年度事例追補特殊加工編事例番号２４１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特許文献１のようにレジンボンドにより砥粒を基材に固着させた工具では、砥粒の固定強度が劣るため、上記特許文献２および３のように、電着により砥粒を基材に固着させた工具が望まれる。ところが、実際に特許文献２および３のように、砥粒間にフィラーを混入し、電着により多層構造の砥粒層を形成してみると、砥粒やフィラーが基材から剥離しやすく、所望の電着強度が得られない場合がある。
【０００４】
本発明は、斯かる実情に鑑み、砥粒およびフィラーの電着強度を高める手段を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、基材と、基材に多層に電着された導電性の砥粒と、砥粒の粒間に分散配置された導電性のフィラーと、砥粒およびフィラーの粒間に形成された気孔と、を備えた砥粒電着工具である。
【０００６】
この構成によれば、砥粒とフィラーが導電性を有するので、砥粒およびフィラーの表面に電着による鍍金層が形成されることになり、砥粒とフィラーの電着強度が強く、寿命の長い有気孔タイプの砥粒電着工具となる。
【０００７】
なお、本明細書で、「導電性を有する砥粒」とは、ダイヤモンド半導体等から成る砥粒のように砥粒自体が導電性を有するものと、金属膜をコーティングされた砥粒のようにコーティングにより導電性を有するものの両方を含む。
【０００８】
この場合、フィラーは炭素繊維からなるものとすることが、フィラーの導電性の観点から好適である。
【０００９】
また、本発明の別の態様によれば、基材に、導電性の砥粒と導電性のフィラーとを分散配置して一層付着させる第１工程と、基材に付着させた一層の砥粒とフィラーとを鍍金液中で電着により固定して第１砥粒層を形成する第２工程と、第１砥粒層に、導電性の砥粒と導電性のフィラーとを分散配置して一層付着させる第３工程と、第１砥粒層に付着させた一層の砥粒とフィラーとを鍍金液中で電着により固定して第２砥粒層を形成する第４工程と、を含む砥粒電着工具の製造方法が提供される。
【００１０】
この構成であれば、導電性を有する砥粒とフィラーとを用い、一層毎に気孔を有する砥粒層を形成していくため、それぞれの砥粒層において、砥粒とフィラーの表面に鍍金層が形成されたものとなり、砥粒とフィラーの電着強度が強い砥粒電着工具を製造することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による砥粒電着工具の製造方法および砥粒電着工具によれば、砥粒とフィラーの電着強度が強い砥粒電着工具を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１（ａ）は本実施形態に係る砥粒電着工具を示す斜視図であり、図１（ｂ）はその平面図であり、図１（ｃ）はそのＡ−Ａ線での断面図である。図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の砥粒電着工具２は、円盤状の基材４の外周に複数層の砥粒とフィラーが電着された有気孔タイプの砥粒層６を有する構成となっている。本実施形態の砥粒電着工具２は、基材４の中心に軸孔８が設けられ、使用時には軸孔８を研削加工機の回転軸に固定され、シリコン等の高硬度脆性材料の研削加工が可能な砥粒ホイールとして機能するようにされている。基材４は、普通鋼、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、炭素工具鋼（ＳＫ）、合金工具鋼（ＳＫＳ，ＳＫＤ，ＳＫＴ）、高速度鋼（ＳＫＨ）から成るものとできる。
【００１４】
砥粒層６は、本実施形態においては、合成ダイヤモンド（ＳＤ）砥粒と炭素繊維からなるフィラーとが電着されたものである。他にも、砥粒層６を構成する砥粒は、天然ダイヤモンド（Ｄ）、金属コーティング合成ダイヤモンド（ＳＤＣ）、立方昌窒化ホウ素（ＣＢＮ）、金属被覆された立方昌窒化ホウ素（ＣＢＮＣ）から成るものとできる。砥粒はニッケルやチタン等の金属膜等によりコーティングされ導電性を有するコーティング砥粒を用いることができる。あるいは、コーティングされていなくとも、ダイヤモンド半導体等からなる導電性を有する砥粒を適用することができる。
【００１５】
本実施形態においては、フィラーは炭素繊維（比重２．００〜２．５０）で構成されている。炭素繊維の代わりに、導電性シリコンゴムや、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリイソチアナフテン、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などの有機導電性ポリマーを用いることもできる。また、フィラーは黒鉛粒子からなるものとできる。あるいは、フィラーは金属を含む合成樹脂でも良い。また、フィラーの粒径は、砥粒における粒径の１〜２倍の径が好ましい。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態に係る砥粒電着工具の砥粒層を示す拡大図である。本実施形態に係る砥粒層６は第１砥粒層１０と第２砥粒層１２の２層から成る。基材４の表面に第１砥粒層１０の砥粒１４およびフィラー２１が電着されている。第１砥粒層１０の砥粒１４およびフィラー２１の表面は、第１砥粒層１０の鍍金層１６に被覆されている。第１砥粒層１０の砥粒１４およびフィラー２１の上には、第２砥粒層１２の砥粒１８およびフィラー２１が電着されている。第２砥粒層１２の砥粒１８およびフィラー２１の表面は、第２砥粒層１２の鍍金層２０に被覆されている。各砥粒１４，１８およびフィラー２１の粒間には気孔２２が形成される。本実施形態において、第１砥粒層の鍍金層１６、第２砥粒層の鍍金層２０は、ニッケルよりなる。なお、本実施形態に係る砥粒層６は２層より構成されているが、３層以上の多層構造を有するものとしても良い。より好適には、砥粒層６の全体の層厚は、砥粒の平均砥粒径の３倍以上、より好ましくは６倍以上、さらに好ましくは１０倍以上とすることにより、砥粒電着工具２の寿命を長いものとできる。
【００１７】
従来の製造方法では多層構造のフィラーを含む有気孔タイプの砥粒層は、多層にわたる砥粒層の全ての層を一度に電着することにより形成されていた。加えて、フィラーは導電性を有さないものを用いていた。そのため砥粒やフィラーの電着を行っても、最後に積層された砥粒層の砥粒とフィラーしか鍍金されず、基材に接する側の砥粒層の砥粒やフィラーはほとんど鍍金されなかった。そのため、砥粒とフィラーの電着強度は弱いものとなり、砥粒電着工具の寿命は短いものとなっていた。一方、本実施形態の砥粒電着工具にかかる導電性のフィラーを含む有気孔タイプの砥粒層は、砥粒とフィラーが両方とも導電性であるために、基材に接する層から積層方向に至る全ての層まで、砥粒とフィラーが鍍金層に被覆されている。そのため、砥粒とフィラーの電着強度は強いものとなり、砥粒電着工具の寿命も長いものとなる。本実施形態においては、砥粒は接着剤等を用いることなく電着されている。また、電着強度を高めるため、意図的に砥粒の表面に微細な凹凸を付与する工程も行わない。
【００１８】
フィラーは、砥粒のダイヤモンドと比べると硬度が極めて小さいため、実質的に気孔と同じ働きを示すが、偶然性に異存する気孔と違い、砥粒の集中度を調整でき、被加工物にあった砥粒の集中度とすることができる。
【００１９】
以下、本実施形態に係る砥粒電着工具を製造する工程について説明する。図３は、本実施形態に係る砥粒電着工具の製造方法で用いる鍍金装置を示す図である。図３に示すように、鍍金装置２４は、鍍金液２８を収容する鍍金槽２６から成る。鍍金槽２６内には、鍍金液２８に電圧を印加する電極３２が設けられている。この電極３２にはプラスの電圧が印加され、陽極として作用する。鍍金液２８は、例えばスルファミン酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸等の混合液を使用することができる。鍍金液２８中には、上記合成ダイヤモンド等から成りニッケル等の金属膜をコーティングされた砥粒３０を混入させてある。また、炭素繊維からなるフィラー３１も混入させてある。
【００２０】
鍍金槽２６内には、砥粒３０を電着させるための基材４が配置されるようになっている。基材４にはマイナスの電圧が印加され、陰極として作用する。基材４は、鍍金槽２６の鍍金液２８中で回転可能なようにされている。
【００２１】
以下、図３に示す鍍金装置内で砥粒の電着を行う方法について説明する。まず、鍍金液２８を攪拌することにより、鍍金液２８内に砥粒３０およびフィラー３１が浮遊する。次に、鍍金液２８の攪拌をやめてしばらくすると、砥粒３０およびフィラー３１がゆっくりと沈降して基材４の表面に定着する。この際、砥金液２８中の砥粒３０およびフィラー３１の含有量等を適宜調整することにより、基材４の表面に一層だけ砥粒を定着させることができ、砥粒の集中度も調整することができる。
【００２２】
この時に、電極３２と基材４に電圧を印加すると、定着した砥粒３０とフィラー３１が鍍金され、基材４に固定される。ただし、基材４は円盤形状なため、周辺部位の内、頂点付近にのみ砥粒３０とフィラー３１が付着する。砥粒３０とフィラー３１が固定されると、基材４を円周の数分の１程度回転させ、基材４の砥粒３０とフィラー３１の未着部分に上記工程で砥粒３０とフィラー３１を順次付着させる。なお、このとき、基材４には常時電流を流し続けるため、上記工程で既に基材４に固定された砥粒３０とフィラー３１では、鍍金層が次第に厚くなってくる。
【００２３】
基材４が１回転すると、基材４の周辺全てに一層の砥粒層が形成される。そして基材４がもう１回転すると、今度は基材４の周辺に２層目の砥粒層が形成される。このように基材４に常時電流を流しつつ、基材４を回転させることにより、基材４上に多層構造の砥粒層を形成することができる。
【００２４】
図４は、本発明の実施形態に係る砥粒電着工具の製造方法を示す図である。図４（ａ）に示すように、基材４の表面に、第１砥粒層の砥粒１４とフィラー２１が付着する。次に図４（ｂ）に示すように、基材４に付着した第１砥粒層の砥粒１４とフィラー２１の表面に、第１砥粒層の鍍金層１６が形成され、第１砥粒層の砥粒１４とフィラー２１が電着される。次に図４（ｃ）に示すように、第１砥粒層の砥粒１４とフィラー２１に、第２砥粒層の砥粒１８が付着する。次に図４（ｄ）に示すように、第２砥粒層の砥粒１８とフィラー２１の表面に、第２砥粒層の鍍金層２０が形成され、第２砥粒層の砥粒１８とフィラー２１が電着される。各鍍粒間の隙間は、この電着段階では鍍金液があり、鍍金プロセスにおいては気孔ではないが、製造プロセス終了後、鍍金槽から基材を取り出した段階で気孔となる。意図的に気孔を排除しなければ、気孔は自然に並存する。なお気孔が閉塞している場合、鍍金液が残存する可能性はあるが、研削、研磨、または切断作業に支障はない。
【００２５】
本実施形態の方法では、このようにして、多層構造の砥粒層を一層づつ形成していくため、多層構造の基材に接する層から最も上段に積層された層まで、砥粒の表面に鍍金層が形成されたものとなる。したがって、砥粒とフィラーの電着強度は強いものとなる。なお、図４では、基材４上に第１砥粒層と第２砥粒層の２層を積層する例を示したが、層の数は２層に限定されることはない。例えば、第２砥粒層に第３砥粒層を形成し、さらに第３砥粒層に第４砥粒層を形成するといったように、３層以上の多層構造を基材上に形成することができる。
【００２６】
工業的に砥粒電着工具を量産する際には、以下のようにして行うことができる。図５は、本発明の実施形態に係る砥粒電着工具の製造方法における鍍金槽と基材の配置を示す図である。本実施形態においては第１鍍金槽３６および第２鍍金槽３８が用意される。それぞれの鍍金槽には、金属膜によりコーティングされた砥粒３０と炭素繊維からなるフィラー３１を含む鍍金液２８が入れられている。
【００２７】
そして、第１鍍金槽３６には基材４が浸漬され、第２鍍金槽３８には予め第１砥粒層が形成された基材４０が浸漬される。そして２つの鍍金槽で、それぞれ第１砥粒層形成工程、第２砥粒層形成工程が同時に並行して行われる。その結果、第１鍍金槽３６からは第１砥粒層が形成された基材４０が製造され、第２鍍金槽３８からは第２砥粒層が形成された基材４２がそれぞれ製造される。
【００２８】
そして、製造された基材は、それぞれ次工程を行う鍍金槽に送られ、第１鍍金槽３６には再度、基材４が浸漬され、第２鍍金槽３８には第１砥粒層が形成された基材４０が浸漬される。そして、それぞれの鍍金槽で砥粒層が形成された基材が製造され、再度、次工程を行う鍍金槽に移される。
【００２９】
本実施形態の製造方法においては、各鍍金槽において、各砥粒層形成工程が並行して同時に行われるため、多層構造の砥粒層を効率良く形成することができる。なお、本実施形態においては、鍍金槽を３以上に増やし、３層以上の砥粒層形成工程を同時に並行して行うこともできる。
【００３０】
図６は、本発明の別の実施形態に係る砥粒電着工具の製造方法における鍍金槽と基材の配置を示す図である。この実施形態においては、複数の基材を浸漬することが可能な大鍍金槽４４が用意される。大鍍金槽４４には、金属膜によりコーティングされた砥粒３０と炭素繊維からなるフィラー３１を含む鍍金液２８が入れられる。鍍金液２８の中には、基材４と、予め第１砥粒層が形成された基材４０が浸漬される。そして大鍍金槽４４内で、それぞれ同時に並行して、基材４には第１砥粒層形成工程が行われ、第１砥粒層が形成された基材４０には第２砥粒層形成工程が行われる。その後、第２砥粒層が形成された基材４２は、大鍍金槽４４から取り出され、新たに基材４が鍍金液２８中に浸漬される。そして、再度、上記のように第１砥粒層形成工程と第２砥粒層形成工程を大鍍金槽４４内で同時に並行して行うことにより、各層の砥粒層が形成されていく。この実施形態においては、一つの大鍍金槽内で全ての砥粒層形成工程が行われるので、複数の鍍金槽を用意する必要がないという利点がある。
【００３１】
なお、本発明の電着砥粒工具および電着砥粒工具の製造方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は本実施形態に係る砥粒電着工具を示す斜視図であり、（ｂ）はその平面図であり、（ｃ）はそのＡ−Ａ線での断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る砥粒電着工具の砥粒層を示す拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る砥粒電着工具の製造方法で用いる鍍金装置を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る砥粒電着工具の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る砥粒電着工具の製造方法における鍍金槽と基材の配置を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係る砥粒電着工具の製造方法における鍍金槽と基材の配置を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
２…砥粒電着工具、４…基材、６…砥粒層、８…軸孔、１０…第１砥粒層、１２…第２砥粒層、１４…第１砥粒層の砥粒、１６…第１砥粒層の鍍金層、１８…第２砥粒層の砥粒、２０…第２砥粒層の鍍金層、２１…フィラー、２２…気孔、２４…鍍金装置、２６…鍍金槽、２８…鍍金液、３０…砥粒、３１…フィラー、３２…電極、３６…第１鍍金槽、３８…第２鍍金槽、４０…第１砥粒層が形成された基材、４２…第２砥粒層が形成された基材、４４…大鍍金槽
【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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