(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状台金外周の作用面に超砥粒をメッキにより固着した１層の超砥粒層を有する電着砥石において、超砥粒層の下地メッキの厚みが円柱状台金外周の作用面の円周方向に連続的に増減して凹凸を形成し、かつ下地メッキの上に形成された超砥粒層の凸部の高さが同一であることを特徴とする電着砥石。
【請求項２】
凸部と凹部の高さの差が、超砥粒の平均粒径の１／１０〜１／１である請求項１記載の電着砥石。
【請求項３】
凸部と凹部が、台金外周の作用面の円周上に３〜３６回繰り返す請求項１又は請求項２記載の電着砥石。
【請求項４】
メッキ槽中で部分的に穴の明いた遮蔽板により円柱状台金の作用面を非接触的に覆って下地メッキを行い、該下地メッキの厚みが円柱状台金外周の作用面の円周方向に連続的に増減して凹凸を有する下地メッキを形成したのち遮蔽板を取り外し、次いで超砥粒を円柱状台金の作用面に電気メッキにより１層の超砥粒層を固着することを特徴とする電着砥石の製造方法。
【請求項５】
超砥粒一層分が電気メッキにより仮固定され、脱落しない状態になったとき通電を停止して、余剰の超砥粒を除去したのち、電気メッキを継続して超砥粒を固着する請求項４記載の電着砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電着砥石及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、超砥粒の集中度が低く、目詰まりが起こりにくく、加工時の研削抵抗が小さく、切れ味に優れ、しかも工具寿命が長く、金属、ガラス、セラミックスなどあらゆる被削材の研削に適用することができる電着砥石及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電着砥石は、通常は台金を電気メッキ浴に浸漬し、作用面に超砥粒を充填してメッキを行い、砥石の作用面に超砥粒を一層分仮固定し、さらに電気メッキ又は無電解メッキにより超砥粒を固着することによって製作される。したがって、電着砥石は通常一層の超砥粒層を有し、超砥粒の脱落による自生作用が起こらない。このため、砥石の作用面の超砥粒の隙間に研削によって生じた切り屑が付着すると、目詰まりを生じて、研削力が大幅に低下するという問題がある。また、固着されている超砥粒が摩耗、脱落すると、電着砥石の寿命が尽きるという問題がある。
そこで、超砥粒層を複層にし、超砥粒が脱落した場合でも下層にある超砥粒が作用する電着工具が提案されている。例えば、特開平５−１１１８７５号公報には、台金表面にランダムに散布した砥粒を電着によるメッキ層により固定して一層目の砥粒層を形成したのち、一層目の砥粒層の表面に再度砥粒を散布し電着によるメッキ層を析出させて二層目の砥粒層を形成した電着工具が提案されている。また、特開平６−２５４７６８号公報には、砥石基体の砥粒層形成面に超砥粒を分散配置し、電解メッキにより仮固定したのち無電解メッキにより超砥粒を埋設することを繰り返すことにより製造される、多層状砥粒層を有する電着砥石が提案されている。
これらの電着砥石においては、一層目の超砥粒は適当な間隔をあけた状態でランダムに台金面に散布されなければならないので、一回の操作で超砥粒を仮固定することができるのは上向きになった面に限られ、特開平６−２５４７６８号公報に記載されているように、一部分の仮固定が完了したら砥石基体の位置を変えて別の部分を上向きにし、再び超砥粒を蒔いて仮固定を繰り返すという煩雑な操作が必要であった。また、超砥粒を制御して蒔くことは必ずしも容易ではなく、さらに一層目と二層目の超砥粒の高さと固着状態を、任意に制御することは困難であった。さらに、このような方法により砥粒を複層にした場合、一層目の砥粒と二層目の砥粒の埋め込み率が異なるために、一層目の砥粒と二層目の砥粒の研削の作用が異なったり、あるいは、二層目に比べ一層目の砥粒が埋まり過ぎ、二層目の砥粒が研削などにより脱落しても、一層目の砥粒が十分に作用を発揮しないという問題があった。
この問題を解決するために、本発明者らは、台金の作用面に分散した非マスキング部を残してマスキングし、非マスキング部に高段部を形成する下地メッキを施したのちマスキングを除去し、台金及び下地メッキの表面に超砥粒を固着することにより、砥石の作用面に、超砥粒が段差を有して分散固着されてなる電着砥石を開発した。図１は、この電着砥石の部分断面図である。台金１の作用面の非マスキング部であった位置に高段部を形成する下地メッキ２があり、台金及び下地メッキの表面に超砥粒３が固着されて、高段部４及び低段部５が形成されている。この電着砥石は、段差の高さを超砥粒の平均粒径の５〜３０％とし、高段部と低段部の面積比を３／７〜７／３とすることにより、特に研削作業時に目詰まりを生じにくく、研削抵抗が小さく、工具寿命が長くなるので、好評を博して広く使用されるようになった。しかし、台金の表面に部分的にマスキングを施す作業は手間がかかり、高段部を形成する下地メッキを施したのち、マスキングを外すという作業も必要であった。また、この電着砥石は、研削作業時に高段部の外縁部の超砥粒にかかる力が大きいので、高段部の外縁部の超砥粒が最初に脱落しやすいという問題があった。このために、電着砥石の製造方法及び形状について、さらなる改良が望まれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、研削作業時に目詰まりを生じにくく、研削抵抗が小さく、切れ味に優れ、寿命の長い電着砥石及びその製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、メッキ槽中で部分的に穴の明いた遮蔽板により台金の作用面を非接触的に覆って下地メッキを行うことにより、厚みが連続的に増減して段差のない凹凸を有する下地メッキが形成され、その上に超砥粒を固着して超砥粒層を形成することにより、超砥粒層が連続的な段差のない凹凸を有し、かつ凸部の高さがすべて実質的に同一である電着砥石が得られることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）円柱状台金外周の作用面に超砥粒をメッキにより固着した１層の超砥粒層を有する電着砥石において、超砥粒層の下地メッキの厚みが円柱状台金外周の作用面の円周方向に連続的に増減して凹凸を形成し、かつ下地メッキの上に形成された超砥粒層の凸部の高さが同一であることを特徴とする電着砥石、
（２）凸部と凹部の高さの差が、超砥粒の平均粒径の１／１０〜１／１である第(１)項記載の電着砥石、
（３）凸部と凹部が、台金外周の作用面の円周上に３〜３６回繰り返す第(１)項又は第(２)項記載の電着砥石、
（４）メッキ槽中で部分的に穴の明いた遮蔽板により円柱状台金の作用面を非接触的に覆って下地メッキを行い、該下地メッキの厚みが円柱状台金外周の作用面の円周方向に連続的に増減して凹凸を有する下地メッキを形成したのち遮蔽板を取り外し、次いで超砥粒を円柱状台金の作用面に電気メッキにより１層の超砥粒層を固着することを特徴とする電着砥石の製造方法、及び、
（５）超砥粒一層分が電気メッキにより仮固定され、脱落しない状態になったとき通電を停止して、余剰の超砥粒を除去したのち、電気メッキを継続して超砥粒を固着する第(４)項記載の電着砥石の製造方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明方法においては、メッキ槽中で部分的に穴の明いた遮蔽板により、台金の作用面を非接触的に覆って下地メッキを行う。図２(ａ)は、遮蔽板の斜視図であり、図２(ｂ)は、台金の斜視図である。台金６は、通常は円柱形又はそれに近似した形状の回転体であるので、遮蔽板７は、部分的に穴８が明けられ、その内部に台金を収容することができる円筒状とすることが好ましい。遮蔽板に明けられる穴の位置及び形状には特に制限はなく、例えば、円筒状の遮蔽板のランダムな位置にランダムな形状の穴を明けることができ、あるいは、円筒状の遮蔽板に一定の形状の穴を規則的な位置に明けるなど、任意の位置及び形状を選択することができる。図２(ａ)に示される遮蔽板は、同一形状の穴８を等間隔に１２個有している。
遮蔽板の内部に台金を収容したとき、台金の作用面と遮蔽板の内側の面との間隔は、３〜３０mmであることが好ましく、５〜２０mmであることがより好ましく、１０〜１５mmであることがさらに好ましい。台金の作用面と遮蔽板の内側の面との間隔が３mm未満であると、遮蔽板の内部に台金を収容して下地メッキを施すときの作業性が低下するおそれがある。台金の作用面と遮蔽板の内側の面との間隔が３０mmを超えると、下地メッキの凸部と凹部の高さの差を必要な大きさにすることが困難となるおそれがある。遮蔽板の材質には特に制限はないが、例えば、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂などのプラスチックは、非導電性であり、穴の加工も容易であるので、好適に使用することができる。
【０００６】
本発明方法においては、台金の中心軸と遮蔽板の中心軸が一致し、台金表面と遮蔽板の内側の面との間隔が一定となった状態で、台金と遮蔽板をメッキ浴に浸漬し、下地メッキを行う。図３は、下地メッキを行う状態を示す説明図である。台金の作用面以外の部分を絶縁塗料の塗付などによりマスキングしたのち、台金の中心軸と遮蔽板の中心軸が一致した状態で、台金６と遮蔽板７をメッキ浴９に浸漬し、台金に陰極を接続し、メッキ液に陽極を接続して下地メッキを行う。メッキする金属には特に制限はなく、例えば、ニッケル、クロムなどを使用することができるが、特にニッケルを使用することが好ましい。添加剤を加えたスルファミン酸ニッケル浴を使用すると、ニッケルの硬度はＨＶ４００〜６００、伸び率は１〜５％となり、ニッケル下地メッキは十分な靭性を有する。
穴の明いた遮蔽板により台金の作用面を非接触的に覆って下地メッキを行うことにより、遮蔽板の穴に対向する部分の作用面には下地メッキが厚くつき、遮蔽板により遮蔽された部分の作用面には下地メッキが薄くつくので、下地メッキの厚みは連続的に増減して凹凸が形成される。図４は、台金の作用面の下地メッキの凹凸を示す真円度図である。本図に見られるように、下地メッキの厚みは台金外周の作用面の円周方向に連続的に増減し、凸部と凹部の間には図１に見られるような段差はなく、かつ、凸部の高さはすべて実質的に同一である。
【０００７】
凸部と凹部の高さの差が、必要とする値に達したとき、通電を停止して下地メッキを止め、メッキ浴から遮蔽板を取り出し、超砥粒の仮固定工程に移る。本発明方法によれば、下地メッキを終了した時点で、単に遮蔽板を取り出すのみで次工程に移ることができ、従来のようにマスキングシートを取り外す必要がない。台金はメッキ浴に浸漬したままで、あるいは、台金をメッキ浴から取り出しても乾燥することなく次工程に移ることができるので、工程が簡略化されるのみならず、台金の下地メッキ層に酸化膜が形成され、あるいは、マスキングシートの粘着剤が台金の作用面上に残存して、メッキ層の密着力が低下したり、電着砥石の精度に悪影響を及ぼすおそれがない。
本発明方法に使用する遮蔽板は、繰り返して使用することができるので、作用面の部分的なマスキングに使用した従来の使い捨てのマスキングシートに比べて、経済的に有利に下地メッキを行うことができる。
厚みが連続的に増減して凹凸を形成する下地メッキを施した台金には、次いで超砥粒を固着する。図５は、超砥粒を固着する状態を示す説明図である。下地メッキを施した台金６の作用面に超砥粒を充填し、台金に陰極を接続し、メッキ浴９に陽極を接続して電気メッキを行う。メッキする金属は、超砥粒を仮固定することができるものであれば特に制限はなく、例えば、ニッケル、クロムなどを好適に使用することができる。超砥粒一層分が仮固定され、台金の作用面から脱落しない状態になったとき通電を停止し、余剰の超砥粒を除去し、さらに超砥粒を固着するためにメッキを継続する。
【０００８】
超砥粒を固着するためのメッキには特に制限はなく、例えば、電気メッキ、無電解メッキのいずれをも使用することができる。超砥粒を固着するためにメッキする金属には特に制限はなく、例えば、ニッケル、クロムなどを使用することができるが、ニッケルを特に好適に使用することができる。超砥粒を固着するメッキ層の厚みが、好ましくは超砥粒の粒径の４０％以上、より好ましくは５０％以上に達して、超砥粒が台金の作用面に強固に固着されたとき、メッキを停止し、洗浄、乾燥し、台金の作用面以外の部分のマスキングを除去して、本発明の電着砥石を完成する。図６は、本発明の電着砥石の作用面の超砥粒層の凹凸を示す真円度図である。本図に見られるように、超砥粒層は、下地メッキの上に均一に形成されているので、下地メッキの凹凸がそのまま再現され、超砥粒層の高さは台金外周の作用面の円周方向に連続的に増減し、凸部と凹部の間には図１に見られるような段差はなく、かつ、凸部の高さはすべて実質的に同一である。
本発明の電着砥石は、円柱形に近似する任意の回転体形状とすることができる。図７は、本発明の電着砥石の他の態様の中心軸を通る平面で切断した断面図である。図７(ａ)に示す電着砥石は、外側に凸の作用面を有し、図７(ｂ)に示す電着砥石は、外側に凹の作用面を有する。このように、作用面の形状が、円柱の外周面ではない台金を穴の明いた遮蔽板で覆って下地メッキを行うと、作用面のうち直径が大きく、遮蔽板との間隔の短い部分の凸部と凹部の高さの差は、作用面のうち直径が小さく、遮蔽板との間隔の長い部分の凸部と凹部の高さの差よりも大きくなるが、このような凸部と凹部の高さの差の部分的な相違は、本発明の電着砥石の使用上全く問題を生ずることはない。
【０００９】
本発明の電着砥石は、台金外周の作用面に超砥粒をメッキにより固着した超砥粒層を有し、超砥粒層の下地メッキの厚みが連続的に増減して凹凸を形成し、かつ下地メッキの上に形成された超砥粒層の凸部の高さがすべて実質的に同一である。このため、凸部と凹部の厚みは連続的に変化し、図１の電着砥石に見られるような段差がないので、高段部の外縁部に位置する超砥粒のように、研削時にひっかかって衝撃が加わり、破損や脱落を生じやすい超砥粒が存在しない。また、凸部の超砥粒が摩耗脱落するにつれ、凹部の超砥粒が研削機能を発揮する。本発明の電着砥石は、実質的に集中度が低く、目詰まりを生じにくく、研削抵抗が小さく、寿命が長い。
本発明の電着砥石は、超砥粒層の下地メッキの厚みが台金外周の作用面の円周方向に連続的に増減する形状とすることが好ましい。下地メッキの厚みが台金外周の作用面の円周方向に連続的に増減する形状とし、超砥粒層の凸部と凹部が台金外周の作用面の円周方向に交互に存在する形状とすることにより、バランスのよい研削作業を行うことができる。
【００１０】
本発明の電着砥石においては、下地メッキの凸部と凹部の高さの差が、超砥粒の平均粒径の１／１０〜１／１であることが好ましく、２／１０〜５／１０であることがより好ましい。下地メッキの凸部と凹部の高さの差を超砥粒の平均粒径の１／１０〜１／１とし、超砥粒層面の凸部と凹部の差も超砥粒の平均粒径の１／１０〜１／１とすることにより、長期間にわたって良好な研削性能を維持することができる。凸部と凹部の高さの差が超砥粒の平均粒径の１／１０未満であると、凸部と凹部の超砥粒が同時に研削に作用して集中度が高くなりすぎ、目詰まりを生じやすくなるおそれがある。凸部と凹部の高さの差が超砥粒の平均粒径の１／１を超えると、凸部の超砥粒が摩耗、脱落したのちに、凸部の下地メッキが障害となって、凹部の超砥粒の研削作用が妨げられるおそれがある。
本発明の電着砥石において、凸部と凹部が台金外周の作用面の円周上に３〜３６回繰り返す形状であることが好ましい。凸部と凹部の繰り返し回数を３〜３６回とすることにより、良好な研削性能を発揮することができる。凸部と凹部の繰り返し回数が２回以下であると、１個の凸部の円周方向の長さが長くなりすぎて目詰まりを起こしたり、１個の凸部の円周方向の長さを短くすると、研削に作用する超砥粒の量が少なくなって、研削性能が低下するおそれがある。凸部と凹部の繰り返し回数が３７回を超えると、凸部と凹部の高さの差を十分にとることが困難となるおそれがある。
本発明の電着砥石は、目詰まりを起こしにくく、研削性能に優れ、しかも長寿命である。本発明方法によれば、このような電着砥石を、簡便かつ容易に製造することができる。
【００１１】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
外径２６７mm、内径２４０mmの硬質塩化ビニル管を長さ３０mmに切断し、軸方向の長さが１６mmであり、外周面における幅が６０mmである穴を１２個等間隔に明けて、遮蔽板を作製した。鉄（Ｓ４５Ｃ）製の寸法２００Ｄ−１２Ｔ−５０.８Ｈの台金の作用面となる外周部を脱脂処理し、作用面以外の部分を絶縁塗料によりマスキングした。
台金のアルカリ電解脱脂、脱錆を行い、さらに水洗いしたのち、酸性浴で活性化し、再び水洗いした。この台金を、その中心軸が遮蔽板の中心軸と一致し、遮蔽板のほぼ中央に位置するように遮蔽板で覆って、ニッケルメッキ槽に浸漬し、電流密度０.３Ａ／dm2で、２４時間、下地メッキを行った。下地メッキの凸部と凹部の高さの差は、３０μｍであった。
次いで、この台金を、平均粒径１５０μｍのダイヤモンド砥粒の入ったニッケルメッキ槽に浸漬し、ダイヤモンド砥粒を仮固定した。さらに、余剰のダイヤモンド砥粒を除去したのち、ニッケルメッキ槽に浸漬してメッキを続け、厚さ８０μｍのダイヤモンド砥粒の埋め込みメッキを施して、電着砥石を得た。
この電着砥石を平面研削盤に取付け、周速度４０ｍ／秒、送り１０ｍ／分、切り込み５０μｍの条件で、セラミックの研削試験を行った。研削量が０.５cm3、２.３cm3、４.６cm3、９.２cm3、１８.４cm3、３６.８cm3及び５５.２cm3のときの法線研削抵抗は、それぞれ３４.１Ｎ、４８.４Ｎ、５６.１Ｎ、７０.１Ｎ、８７.１Ｎ、１１７.２Ｎ及び１４３.９Ｎであり、接線研削抵抗は、それぞれ５.１Ｎ、７.０Ｎ、７.９Ｎ、９.７Ｎ、１０.８Ｎ、１５.３Ｎ及び１７.８Ｎであった。
比較例１
寸法２００Ｄ−１２Ｔ−５０.８Ｈの台金の研削面に、平均粒径１５０μｍのダイヤモンド砥粒を固着した電着砥石を用いて、実施例１と同一条件でセラミックの研削試験を行った。
研削量が０.５cm3、２.３cm3、４.６cm3、９.２cm3、１８.４cm3、３６.８cm3及び５５.２cm3のときの法線研削抵抗は、それぞれ５０.２Ｎ、６２.４Ｎ、７０.３Ｎ、８４.３Ｎ、１１０.８Ｎ、１６１.８Ｎ及び１８２.２Ｎであり、接線研削抵抗は、それぞれ１５.２Ｎ、１７.３Ｎ、２０.４Ｎ、２２.２Ｎ、２４.６Ｎ、３３.１Ｎ及び４２.０Ｎであった。
実施例１及び比較例１の結果を、第１表及び図８に示す。
【００１２】
【表１】
0004017215.tif 000002
【００１３】
第１表及び図８の結果から、連続的に高さが変化する凸部と凹部からなる超砥粒層を作用面に有する実施例１の本発明の電着砥石は、従来の電着砥石と比較して、法線研削抵抗及び接線研削抵抗がともに低く、しかもその実施例と比較例の差は研削量の増加とともに拡大していることから、本発明の電着砥石は、切れ味に優れ、工具の寿命も長いことが分かる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の電着砥石は、研削作業時に目詰まりを生じにくく、研削抵抗が小さく、工具寿命が長い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の電着砥石の部分断面図である。
【図２】図２は、遮蔽板及び台金の斜視図である。
【図３】図３は、下地メッキを行う状態を示す説明図である。
【図４】図４は、台金の作用面の下地メッキの凹凸を示す真円度図である。
【図５】図５は、超砥粒を固着する状態を示す説明図である。
【図６】図６は、本発明の電着砥石の作用面の超砥粒層の凹凸を示す真円度図である。
【図７】図７は、本発明の電着砥石の他の態様の断面図である。
【図８】図８は、研削量と研削抵抗の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  台金
２  下地メッキ
３  超砥粒
４  高段部
５  低段部
６  台金
７  遮蔽板
８  穴
９  メッキ浴
【図１】
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【図２】
0004017215.tif 000004
【図３】
0004017215.tif 000005
【図４】
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【図５】
0004017215.tif 000007
【図６】
0004017215.tif 000008
【図７】
0004017215.tif 000009
【図８】
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