(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属結合相中に超砥粒を分散配置してなる電鋳薄刃砥石において、刃先部の両面の一方の面に所定間隔で再結晶組織を構成する第一再結晶部を形成し、他方の面の前記第一再結晶部の間に再結晶組織を構成する第二再結晶部を形成することで、刃先部の周方向両面に第一及び第二再結晶部が交互に配列されてなることを特徴とする電鋳薄刃砥石。
【請求項２】
請求項１に記載の電鋳薄刃砥石を製造するための電鋳薄刃砥石の製造方法であって、
前記刃先部の前記一方の面に所定間隔でレーザー光を照射して前記第一再結晶部を形成した後、
前記他方の面より、前記第一再結晶部の間にレーザー光を照射して前記第二再結晶部を形成することを特徴とする電鋳薄刃砥石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンやフェライト等の被削材を切断加工したり溝入れ加工するため等に用いられる電鋳薄刃砥石及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンやＧａＡｓ、フェライト等の被削材を高精度に切断加工したり溝入れ加工するのに用いられる薄刃ブレード等の工具として電鋳薄刃砥石がある。このような電鋳薄刃砥石の一例として図７に示すものがあり、この電鋳薄刃砥石１は、ＮｉやＣｏ、或いはこれらの合金等からなる金属めっき相中にダイヤモンドやｃＢＮ等の超砥粒が分散配置されてなるリング形状とされている。この電鋳薄刃砥石１は厚さ数十μｍ〜数百μｍの板状をなしている。
そしてこの電鋳薄刃砥石１は軸線回りに回転する砥石軸２の小径軸部３に嵌挿された一対の取り付け用フランジ４，４間に挟まれた状態で、ナット５によって砥石軸２に締め込まれて固定されている。この砥石軸２を軸線まわりに回転させることにより電鋳薄刃砥石１の外周縁１ａでシリコン等の被削材を切断加工することになる。
【０００３】
ところでこのような電鋳薄刃砥石１は、Ｎｉめっき等に微少量含まれるイオウの影響によってＮｉやＮｉ合金等による金属めっき相の硬度がＨｖ＝５００〜７５０にまで増加するためにその機械的強度と剛性が高く、薄肉であっても切断加工等に用いることができた。
しかしながら、このような電鋳薄刃砥石１にあっては金属めっき相の硬度が高いために、切断加工時に超砥粒の摩滅が進んでも金属めっき相の摩耗速度が遅く超砥粒が容易に脱落しないために自生発刃作用を十分に発揮できず、切れ味が低下し切断加工精度が低下するという欠点があった。
そこで、電鋳薄刃砥石１の刃先の外周面を放電加工等によって２００℃以上の温度で熱処理することでＮｉめっき等でなる金属めっき相の研削に関与する刃先部の組織を再結晶化して金属めっき相を軟質化するとともに脆化させる技術が提案されている。これによって被削材の切断加工時に金属めっき相の摩耗除去が促進されて超砥粒の摩耗に応じてこれが金属めっき相と共に脱落して新たな超砥粒が露出することで切れ味を高く維持できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放電加工機等によって金属めっき相の刃先部を全周に亘って加熱する場合、入熱量のコントロールが困難であり、熱処理の領域が刃先部の外周縁から研削に関与する領域の所定幅に満たなければ切断加工が進むと切れ味低下を起こしやすく、研削に関与する領域の所定幅を越えて加熱すると電鋳薄刃砥石１自体の強度低下を来しやすいという問題がある。
また金属めっき相の刃先部を熱処理することで加熱した部分が変形し易く、刃先部が全周に亘って歪むことになって、切断加工時の被削材の切断代が大きくなる上に高精度な切断加工等ができなくなってしまうという問題もある。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みて、刃先部を所定幅に亘って精密に熱処理できるようにした電鋳薄刃砥石及びその製造方法を提供することを目的とする。
また本発明の他の目的は刃先部の熱処理の際に熱変形を抑制できるようにした電鋳薄刃砥石及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電鋳薄刃砥石は、金属結合相中に超砥粒を分散配置してなる電鋳薄刃砥石において、刃先部の両面の一方の面に所定間隔で再結晶組織を構成する第一再結晶部を形成し、他方の面の前記第一再結晶部の間に再結晶組織を構成する第二再結晶部を形成することで、刃先部の周方向両面に第一及び第二再結晶部が交互に配列されてなることを特徴とする。
刃先部の両面を順次例えばレーザー光照射することで刃先部の厚み方向両面に交互に第一または第二再結晶部が形成されるために、刃先部両面の熱歪みを同一化して交互に配列することになり、刃先部の内部応力のバランスをとることができ電鋳薄刃砥石の熱変形によるそりを抑制できる。
また、本発明は、前述の電鋳薄刃砥石を製造するための電鋳薄刃砥石の製造方法であって、前記刃先部の前記一方の面に所定間隔でレーザー光を照射して前記第一再結晶部を形成した後、前記他方の面より、前記第一再結晶部の間にレーザー光を照射して前記第二再結晶部を形成することを特徴とする。
ＮｉやＣｏまたはこれらの合金等からなる金属めっき相を２００℃以上に加熱することで、金属めっき相が軟質化すると共にその結晶粒界にＮｉ−Ｓの金属化合物を形成して脆化するために、研削時に超砥粒の摩耗に応じて金属めっき相の摩耗が促進してその自生発刃作用が向上する。特に刃先部にレーザー光を照射することでポイント照射を行えるために刃先部の熱処理範囲を所定幅に精密に設定でき、電鋳薄刃砥石の全周に亘って研削に関与する領域のみを高精度に再結晶化できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電鋳薄刃砥石の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は実施の形態による電鋳薄刃砥石の平面図、図２は電鋳薄刃砥石にレーザ光を照射する状態を示す構成図である。
本実施の形態による電鋳薄刃砥石１０は、ダイヤモンドやｃＢＮ等の超砥粒が金属めっき相中に分散配置されており、金属めっき相はＮｉ、Ｃｏ、またはこれらの合金等からなっていて、しかもイオウが超砥粒を含む全重量に対して０．０１〜０．３重量％含まれている。この電鋳薄刃砥石１０は平面視円環状をなす板状とされ、その厚みは例えば数十μｍ〜数百μｍの範囲とされている。
しかもその刃先部１１は外周縁１１ａから径方向内側に例えば２ｍｍ以内の範囲に亘って金属めっき相の再結晶組織が形成され、研削領域１２を構成する。そして刃先部１１の外周縁１１ａから径方向内側に向けて複数のスリット１４…が円形の外周縁１１ａに沿って所定間隔で形成されている。このスリット１４は好ましくは研削領域１２よりも径方向内側に延びて形成されている。隣り合うスリット１４、１４で仕切られた刃先部１１は刃先片１６を構成する。
【００１３】
スリット１４の数は電鋳薄刃砥石１０の外周縁１１ａの長さによるが、例えば８条以上、好ましくは１６条以上とする。スリット１４の数が増大すれば熱処理時の熱変形は抑制できるが刃先部１１の剛性が低下する欠点があり、逆にスリット１４の数が少ないと刃先部１１の熱変形が長く大きくなって精度低下を来すことになる。
尚、スリット１４の長さは研削領域１２の幅以下であってもよい。この場合でもスリット１４の内側縁部が研削領域１２の基端側縁部近くであれば熱処理による熱歪みの悪影響は少ない。
【００１４】
次に実施の形態による電鋳薄刃砥石１０の製造方法について説明する。
先ずめっきされる金属に対して剥離性の処理がなされたステンレス製の基板に砥石の原型形状をなす部分を残してマスキングを施し、脱脂等の清浄化処理を施す。次にこの基板をめっき浴槽内のめっき液中に浸漬する。めっき液はダイヤモンド等の超砥粒を分散させたＮｉ基若しくはＣｏ基とイオウを含む有機光沢剤を含有する電解めっき液とし、このめっき液中に基板に対向して陽極板を配設し、基板を陰極に接続する。
この状態で陰極と陽極に通電すると、基板上にＮｉ合金、Ｃｏ合金或いはＮｉ−Ｃｏ合金めっき相が析出し、このめっき相中に超砥粒が均一に分散された砥粒層が形成される。砥粒層の厚みが数十μｍ〜数百μｍとなった状態でめっきを終了する。
次いで、この砥粒層を形成した基板をめっき液から取り出してブラッシング等を含む水洗処理を施した後、基板から砥粒層を剥離する。そして得られた砥粒層をパンチング加工等により円形の砥石形状に成型して更に真円に加工して電鋳薄刃砥石１０を得る。
【００１５】
次にこの電鋳薄刃砥石１０について切断用レーザ装置等を用いて刃先部１１の外周縁１１ａから径方向内側に所定間隔でスリット１４…を形成する。
そして、電鋳薄刃砥石１０を図２に示すようにモータに連結された回転台に設けた一対の例えば円形カップ型をなすフランジ１７，１７で挟持して刃先部１１を含む外周側だけを全周に例えば４〜５ｍｍ幅でリング状に露出させる。その際に電鋳薄刃砥石１０はフランジ１７、１７と同心円をなすように固定する。そして電鋳薄刃砥石１０の刃先部１１の外周縁１１ａ近傍にレーザ光を照射できるようにレーザ装置１８を配設する。このレーザ装置１８はろう付け用、はんだ付け用等のレーザ装置を採用できる。
この状態で、回転台の中心軸回りに電鋳薄刃砥石１０を回転させながらレーザ装置１８からレーザ光を照射して、回転する刃先部１１の外周縁１１ａから径方向内側に２ｍｍ以下の範囲を順次加熱する。レーザ照射による加熱温度は２００℃以上５００℃までの範囲、例えば２５０℃程度とする。
【００１６】
これにより刃先部１１をスポット的に熱処理できるから、その加熱領域が再結晶化して再結晶組織となる。しかも回転する電鋳薄刃砥石１０をスポット的に加熱するから短時間加熱された刃先部１１はレーザ光照射ポイントを直ぐに外れて冷却されるために温度の低下が早く周辺領域まで再結晶化されることを防止できる。同時に刃先部１１には所定間隔でスリット１４…が形成されているから、レーザ照射しても各刃先片１６の回転方向前後のスリット１４、１４でも放熱される。これらの要因により刃先部１１は加熱後に効果的に冷却されることになり、刃先部１１に熱変形が生じるのを抑制できる。
しかもスリット１４のために周方向に大きな熱歪みが生じることはなく、刃先片１６単位で小さな熱歪みが生じ得るにすぎない。
従って幅２ｍｍ以内の所定範囲に亘って全周に高精度に熱処理して再結晶組織からなる精密な研削領域１２を製作でき、この研削領域１２が熱で歪んで波打ったりするのを確実に防止できる。
【００１７】
このようにして得られた電鋳薄刃砥石１０を用いてシリコン等の被削材を切断加工する場合、電鋳薄刃砥石１０を砥石軸２に装着した状態で所定回転速度で回転させつつ被削材に切り込み刃先部１１の研削領域１２で切断加工する。
この時、研削領域１２は再結晶組織になっているから他の金属めっき相の組織より軟質化して脆化されており、超砥粒が研削で摩耗するより早く再結晶組織の金属めっき相が摩耗して除去され、新たな超砥粒が露出するために良好な切れ味を継続的に確保できる。そのため研削領域１２について自生発刃作用を促進できて良好な切れ味を維持できて優れた研削性能を発揮できる。しかも研削に関与しない領域では高い剛性が維持されるので電鋳薄刃砥石の保持強度が高い。
【００１８】
上述のように本実施の形態によれば、刃先部１１の研削領域１２の自生発刃作用を促進して良好な切れ味を維持でき優れた研削性能を発揮できる。また電鋳薄刃砥石１０の製作に際して、再結晶組織を形成するための刃先部１１の加熱時にスリット１４…を設け且つ電鋳薄刃砥石１０を回転させたから、研削領域１２の熱歪みを刃先片１６単位で小さく抑えて歪みの少ない高精度な再結晶組織を製作でき、周辺領域の強度低下をもたらすおそれがない。
【００１９】
本発明の変形例について図３から図６に基づいて説明するが、実施の形態による電鋳薄刃砥石１０と同一または同様の部分、部品については同一の符号を用いて説明する。
図３は第一の変形例を示す電鋳薄刃砥石２０を示す部分説明図であり、この電鋳薄刃砥石２０は基本構成を実施の形態による電鋳薄刃砥石１０と同じくしており、その円形の刃先部１１の研削領域２２は外周縁１１ａから径方向内側に略リング状に金属めっき相の再結晶組織を構成している。尚、刃先部１１にはスリット１１が設けられていない。
この研削領域２２はその周方向にそれぞれ再結晶組織からなる第一再結晶部２２ａと第二再結晶部２２ｂとが交互に設けられている。第一及び第二再結晶部２２ａ、２２ｂは同一の再結晶組織を構成するが、加熱の方向が上下異なるためにそりの方向が逆になっている。
即ち、図３に示すように刃先部１１の両側面の一方の面１１Ａに所定間隔でレーザー光を照射して第一再結晶部２２ａ…とし、次に他方の面１１Ｂより第一再結晶部２２ａ，２２ａ間のレーザー光を照射していない非再結晶部分にレーザー光照射して再結晶化させることで第二再結晶部２２ｂを第一再結晶部２２ａと交互に全周に亘って構成する。
【００２０】
上述の構成を採用したことで、刃先部１１の厚み方向両面１１Ａ、１１Ｂの熱歪みを上下両側に交互に形成にすることにより、刃先部１１の内部応力のバランスをとることができ電鋳薄刃砥石２０の熱変形によるそりを抑制できる。
尚、上述の電鋳薄刃砥石２０において、隣り合う第一再結晶部２２ａと第二再結晶部２２ｂとの間にスリット１４を順次形成してもよく、このような構成を採用すればレーザー加熱時の放熱性が向上するために熱歪みを一層少なくして刃先部１１のバランスと平坦性を向上できる。
【００２１】
次に図４は第二変形例を示す電鋳薄刃砥石の部分平面図である。この電鋳薄刃砥石３０では、刃先部１１の一方（または両方）の面１１Ａにレーザー光をスポット状に所定間隔で照射し、刃先部１１に再結晶組織からなる再結晶部３１と非再結晶部３２が周方向に交互に存在するように構成している。再結晶組部３１は再結晶化されて比較的軟質となり、非再結晶部３２は電着による金属めっき相であるから比較的硬度が高い。
このような構成としたことで、各再結晶部３１の円周方向長さを制御して電鋳薄刃砥石３０の耐摩耗性の制御が可能となる。例えば再結晶部３１の円周方向長さを長くすることによって砥石３０の金属めっき相の耐摩耗性を低減でき、自生発刃性を高めることができる。
この変形例の場合においても、スポット状の再結晶部３１の周方向両側、即ち再結晶部３１と非再結晶部３２との間にスリット１４を順次設けてもよい。
【００２２】
図５は第三の変形例である電鋳薄刃砥石の刃先部の部分縦断面図であり、図中、電鋳薄刃砥石４０の刃先部１１に照射する照射ポイントでのレーザー光の集光径を１００〜１０００μｍとし、しかもこの集光径を電鋳薄刃砥石４０の厚みの２〜１０倍に設定してもよい。
このようなレーザー光の集光径を設定することにより、刃先部１１のレーザー照射による再結晶組織からなる再結晶部４１及びその近傍の熱歪みを低減でき電鋳薄刃砥石４０の変形を抑制できる。ここで集光径が１０００μｍを越えると刃先部１１への入熱量が大きくなりすぎ熱処理部及び周辺の影響も含めて熱量のコントロールが難しい。１００μｍより小さいと刃先部１１の熱処理面１１Ａとその反対側の面１１Ｂの熱処理状態の差が大きく、電鋳薄刃砥石４０の変形を生じ易い。そのため電鋳薄刃砥石４０に好適なレーザー光の集光径は２〜１０倍である。
【００２３】
図６（ａ）は第四の変形例である電鋳薄刃砥石の刃先部の部分平面図であり、図中、電鋳薄刃砥石５０において、刃先部１１の一方の面１１Ａで最外周の外周縁１１ａから順次内周側に向かって刃先部１１の形成幅に亘ってスパイラル状（または同心円状）にレーザーを照射して再結晶組織からなる再結晶部５１を形成するようにしてもよい。
レーザー熱処理を外周縁１１ａから開始して螺旋状（若しくは同心円状）に順次内周に向かって行うとスタートポイント５１ａで外周縁１１ａから放熱できて電鋳薄刃砥石５０の変形が少ない。
その点、同図（ｂ）に示すように刃先部１１の内周から外周に向かってレーザー熱処理を行うとスタートポイント５１ａ′の入熱量の制御が難しいと共にレーザー照射部とその周辺で大きな熱膨張差を生じ、大きな曲がりを生じ易く更にその外周側の曲がったところにレーザー照射が順次行われるため、その湾曲は加速される。外周縁１１ａをスタートポイント５１ａとして熱処理をスタートすると、熱歪みが発生しても外周縁１１ａまでの距離が短いために放熱性がよくて曲げモーメントが小さく初期レーザー熱処理した予熱でその内周側が予め予熱されるため、その後のレーザー熱処理による再結晶組織部５１に隣接する熱影響部の熱歪み緩和作用が働き変形が少ない。
尚、第三及び第四変形例においても刃先部１１に所定間隔でスリット１４を形成してもよい。上記第一から第四変形例においてスリット１４を刃先部１１に形成する場合、スリット１４形成後にレーザーによる熱処理を行うことが好ましい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電鋳薄刃砥石は、刃先部の両面の一方の面に所定間隔で再結晶組織を構成する第一再結晶部を形成し、他方の面の前記第一再結晶部の間に再結晶組織を構成する第二再結晶部を形成することで、刃先部の周方向両面に第一及び第二再結晶部が交互に配列されてなるから、刃先部の厚み方向両面の熱歪みを同一化して交互に配列することにより、刃先部の内部応力のバランスをとることができ電鋳薄刃砥石の熱変形によるそりを抑制できる。
また、本発明に係る電鋳薄刃砥石の製造方法は、前記刃先部の前記一方の面に所定間隔でレーザー光を照射して前記第一再結晶部を形成した後、前記他方の面より、前記第一再結晶部の間にレーザー光を照射して前記第二再結晶部を形成するから、刃先部にレーザー光を照射することでポイント照射を行えるために刃先部の熱処理範囲を所定幅に精密に設定でき、電鋳薄刃砥石の全周に亘って研削に関与する領域のみを高精度に再結晶化できる。
【００２５】
また本発明による電鋳薄刃砥石は、刃先部の延在方向に沿って所定間隔でスリットを形成した後、刃先部を加熱して熱処理して刃先部の外周側に所定幅の再結晶組織を形成したから、加熱時に刃先部の熱がスリットによって効率良く放熱され、しかも熱歪みが生じてもスリットで仕切られた刃先片単位で微小な歪みが生じるだけで外周方向に連続する大きな歪みは発生せず、刃先部のスリットで仕切られた領域の熱変形を抑えて精度の良い熱加工ができる。
【００２６】
また本発明による電鋳薄刃砥石は、刃先部の両面の一方の面に所定間隔で再結晶組織を構成する第一再結晶部を形成し、他方の面の前記第一再結晶部の間に再結晶組織を構成する第二再結晶部を形成することで、刃先部の周方向両面に第一及び第二再結晶部が交互に配列されてなるから、刃先部の厚み方向両面の熱歪みを同一化して交互に配列することにより、刃先部の内部応力のバランスをとることができ電鋳薄刃砥石の熱変形によるそりを抑制できる。
また本発明の電鋳薄刃砥石は、刃先部に再結晶組織からなる軟質の再結晶部と非再結晶部が交互に存在するようにしたから、再結晶部の円周方向長さを制御して砥石の耐摩耗性の制御が可能となり、再結晶部の円周方向長さを長くすることによって砥石の金属結合相の耐摩耗性を低減でき、自生発刃性を高めることができる。
【００２７】
また本発明による電鋳薄刃砥石の製造方法は、電鋳薄刃砥石を所定速度で回転させつつ刃先部にレーザ光を照射して外周側の所定幅を再結晶化させたから、刃先部のレーザ光照射部が光路から外れて加熱後に順次冷却され、刃先部の熱歪みを抑えて再結晶化でき、電鋳薄刃砥石の回転速度を制御することで刃先部への入熱量を調整できて適切な再結晶組織を形成できる。
またレーザ光の照射に先だって電鋳薄刃砥石の外周側には所定間隔でスリットを形成したから、レーザ光照射時の放熱がスリットで一層進み、刃先部の熱歪みを一層抑制できる。
【００２８】
またレーザー光の集光径を１００〜１０００μｍであって砥石厚みの２〜１０倍としたから、刃先部のレーザー照射による再結晶部及びその近傍の熱歪みを低減でき砥石の変形を抑制できる。
また刃先部の最外周から順次内周側に向かって同心円状またはスパイラル状に熱処理するようにしたから、レーザー熱処理を最外周から開始して順次内周に向かってレーザー熱処理を行うときの電鋳薄刃砥石の変形が少ない。最外周からスタートすると、熱歪みが発生しても長さがないために曲げモーメントが小さく初期レーザー熱処理した予熱でその内周側が予め予熱されるため、その後のレーザー熱処理による熱影響部の熱歪み緩和作用が働き変形が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態による電鋳薄刃砥石の平面図である。
【図２】  実施の形態による電鋳薄刃砥石を回転台に装着して回転させつつレーザ光を照射する状態を示す要部説明図である。
【図３】  実施の形態の第一変形例による電鋳薄刃砥石の部分説明図である。
【図４】  第二変形例による電鋳薄刃砥石の部分平面図である。
【図５】  第三変形例による電鋳薄刃砥石の刃先部の縦断面図である。
【図６】  （ａ）は第四変形例による電鋳薄刃砥石の部分平面図、（ｂ）は内周側のスタートポイントを加熱した場合の電鋳薄刃砥石の部分縦断面図である。
【図７】  従来の電鋳薄刃砥石を砥石軸に装着した状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０  電鋳薄刃砥石
１１  刃先部
１１ａ  外周縁
１２  研削領域
１４  スリット
１６  刃先片
２２，３１，４１，５１  再結晶組織部
【図１】
0004337249.tif 000002
【図２】
0004337249.tif 000003
【図３】
0004337249.tif 000004
【図４】
0004337249.tif 000005
【図５】
0004337249.tif 000006
【図６】
0004337249.tif 000007
【図７】
0004337249.tif 000008