JP2010089177A - 超砥粒工具 - Google Patents

Abstract

【課題】めっき法により超硬質砥粒をＮｉ系のボンド層で固着したものであっても、長寿命化を図ることができると共に被研削体の品質低下を防止できる超砥粒工具を提供する。
【解決手段】ボンド層１３よりも高い硬度を有するダイヤモンドライクカーボンからなる保護層１６で当該ボンド層１３の表面を覆うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、めっき法により超硬質砥粒をＮｉ系のボンド層で固着した超砥粒工具に関する。

研削加工等に使用される超砥粒工具は、例えば、電気Ｎｉめっきや無電解Ｎｉ−Ｐめっきや無電解Ｎｉ−Ｂめっき等のようなめっき法によって、Ｓ４５ＣやＳ２５Ｃ等の炭素鋼等からなる基材にボンド層（めっき層）を形成してダイヤモンドやｃＢＮ等からなる超硬質砥粒を固着することにより、製造されている。

特開昭６３−２２１９７８号公報 特開２００１−００１２６６号公報

前述したようなＮｉ系のボンド層で超硬質砥粒を固着した超砥粒工具においては、当該ボンド層の硬度が低いことから（Ｈｖ約１５０〜５５０）、研削加工等の際に発生した切屑が当該ボンド層と接触することにより、当該ボンド層が摩耗して、当該ボンド層から超硬質砥粒が脱落してしまい、寿命が短くなってしまうという問題があった。

さらに、研削加工等のときにＳ４５Ｃ等のような炭素鋼からなる被研削体と上記ボンド層とが接触すると、当該被研削体に焼き付きを生じて、当該被研削体の表面粗さが粗くなってしまい、品質低下を引き起こす場合があった。

このようなことから、本発明は、めっき法により超硬質砥粒をＮｉ系のボンド層で固着したものであっても、長寿命化を図ることができると共に被研削体の品質低下を防止することができる超砥粒工具を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る超砥粒工具は、めっき法により超硬質砥粒をＮｉ系のボンド層で固着した超砥粒工具において、少なくとも前記ボンド層の表面を覆うように設けられて当該ボンド層よりも高い硬度を有する保護層を備えていることを特徴とする。

第二番目の発明に係る超砥粒工具は、第一番目の発明において、前記保護層が、前記超硬質砥粒も覆うように設けられていることを特徴とする。

第三番目の発明に係る超砥粒工具は、第一番目又は第二番目の発明において、前記保護層が、ダイヤモンドライクカーボンであることを特徴とする。

第四番目の発明に係る超砥粒工具は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、少なくとも前記ボンド層と前記保護層との間に設けられて当該ボンド層よりも高い硬度を有すると共に当該保護層よりも高い靱性を有する中間層を備えていることを特徴とする。

第五番目の発明に係る超砥粒工具は、第四番目の発明において、前記中間層が、前記超硬質砥粒を覆うように設けられた前記保護層と当該超硬質砥粒との間にも設けられていることを特徴とする。

第六番目の発明に係る超砥粒工具は、第四番目又は第五番目の発明において、前記中間層が、Ｃｒ及びＴｉの少なくとも一方の金属、又は、当該金属の窒化物、炭化物、炭窒化物のうちの少なくとも一つの化合物からなることを特徴とする。

第七番目の発明に係る超砥粒工具は、第一番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記ボンド層の下方に下地層を備えていることを特徴とする。

本発明に係る超砥粒工具によれば、ボンド層よりも高い硬度を有する保護層を当該ボンド層の表面を覆うように設けたことから、研削加工等の際に発生した切屑と保護層とが接触しても、当該保護層が高耐摩耗性を有して非常に摩耗しにくいので、ボンド層から超硬質砥粒が脱落してしまうことを大幅に抑制できると共に、研削加工等のときに炭素鋼からなる被研削体と保護層とが接触しても、当該被研削体に焼き付きを生じることがないので、当該被研削体の表面粗さが粗くなってしまうことを防止できる。その結果、長寿命化を図ることができると共に被研削体の品質低下を防止することができる。

本発明に係る超砥粒工具の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

［主な実施形態］
本発明に係る超砥粒工具の主な実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、超砥粒工具の要部の概略構成図である。

図１に示すように、Ｓ４５ＣやＳ２５Ｃ等の炭素鋼等からなる基材１１上には、Ｎｉめっきからなる下地層１２（厚さ：約０．５〜５μｍ）が設けられている。この下地層１２上には、Ｎｉ系めっきからなるボンド層１３が設けられている。このボンド層１３には、ダイヤモンドやｃＢＮ等からなる超硬質砥粒１４（平均粒径：約５０〜３００μｍ）が先端側を露出（約３０〜４０％）させるように植設されている。そして、上記ボンド層１３及び上記超硬質砥粒１４上には、当該ボンド層１３及び当該超硬質砥粒１４を覆うようにして中間層１５（約０．１〜０．５μｍ）が設けられている。この中間層１５上には、保護層１６（約０．１〜２．０μｍ）が設けられている。

前記ボンド層１３（Ｈｖ１５０〜５５０程度）は、前記超硬質砥粒１４を前記基材１１に対して固定するために設けられるものであって、電気Ｎｉめっきや無電解Ｎｉ−Ｐめっきや無電解Ｎｉ−Ｂめっき等のようなめっき法によって形成されるＮｉ系めっき層であるが、「ワット浴」（硫酸ニッケルと塩化ニッケルとホウ酸との水溶液）や「スルファミン酸ニッケル浴」（スルファミン酸ニッケルとホウ酸との水溶液）を用いた電気めっきによって形成されるめっき層であると、厚い厚さでも比較的短時間で効率よく形成できると共に、内部に加わる応力を小さくすることができるため、非常に好ましい。

前記下地層１２は、前記基材１１と前記ボンド層１３との密着性を高めるために設けられるものであって、当該密着性を高める材質であれば特に限定されるものではないが、「ウッド浴」（塩化ニッケルと塩酸との水溶液）を用いた電気めっきによって形成されるＮｉめっき層であると、電解の際に基材１１の表面に多量に発生する水素ガスにより当該基材１１の表面が還元雰囲気となって、当該基材１１の表面の酸化物が還元されながら当該基材１１の表面に形成されることから、当該基材１１の表面との密着性が高くなって、非常に好ましい。

前記保護層１６は、前記ボンド層１３よりも高い硬度（Ｈｖ１０００以上）を有するものであって、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond Like Carbon：ＤＬＣ）等の硬質炭素材料からなり、ダイヤモンド構造（立方晶）とグラファイト構造（六方晶）との中間的な結晶構造を有する、すなわち、炭素を主成分として水素を若干含みながらダイヤモンド結合（ＳＰ³結合）とグラファイト結合（ＳＰ²結合）との両結合を有するアモルファス構造を有している。このような保護層１６は、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法等によって容易に形成することができる。このとき、内部の水素濃度をできるだけ低くすると（少なくとも２０原子％以下）、硬度をさらに高くすることができ、ＳｉやＣｒやＴｉ等の金属成分を含有させると（約１〜５原子％）、内部の応力を緩和して、剥離性を大きく低下させることができるので、非常に好ましい。

前記中間層１５は、前記ボンド層１３よりも高い硬度（Ｈｖ７００以上）を有すると共に前記保護層よりも高い靱性を有するものであって、Ｃｒ及びＴｉの少なくとも一方の金属、又は、当該金属の窒化物、炭化物、炭窒化物のうちの少なくとも一つの化合物からなり、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法等によって、ＣｒやＴｉの金属の蒸着層（Ｈｖ約７００）や、これら金属の窒化物や炭化物や炭窒化物の蒸着層（Ｈｖ１５００以上）として設けることができる。

つまり、本実施形態に係る超砥粒工具１０は、めっき法により超硬質砥粒１２をＮｉ系のボンド層１３で固着した超砥粒工具１０において、前記ボンド層１３及び前記超硬質砥粒１２の表面を覆うように設けられて当該ボンド層１３よりも高い硬度を有する保護層１６と、前記ボンド層１３及び前記超硬質砥粒１２と前記保護層１６との間に設けられて当該ボンド層１３よりも高い硬度を有すると共に当該保護層１６よりも高い靱性を有する中間層１５と、前記ボンド層１３の下方に設けられた下地層１２とを備えているのである。

このような本実施形態に係る超砥粒工具１０の製造方法を次に説明する。

まず、前処理工程として、基材１１において超硬質砥粒１４を設ける必要のない箇所にマスキング剤を塗布して乾燥させたら、アルカリ水溶液中に浸漬して脱脂処理した後に水洗し、塩酸水溶液中に浸漬処理して活性化処理した後に水洗する。

次に、上記基材１１を「ウッド浴」（塩化ニッケルと塩酸との水溶液）中（ｐＨ１．５以下）で電気めっきしてＮｉめっき層の下地層１２を形成した後に水洗したら、当該基材１１を「ワット浴」（硫酸ニッケルと塩化ニッケルとホウ酸との水溶液）中（ｐＨ４．５）で超硬質砥粒１４と共に電気めっきしてＮｉ系めっき層のボンド層１３を介して超硬質砥粒１４の先端側を露出させるように当該超硬質砥粒１４を基材１１の所定箇所に固着させた後に水洗し、乾燥させる。

続いて、上記基材１１に対してスパッタリング法等によりＣｒ等をターゲットにしてＣｒＮ等の中間層１５を前記ボンド層１３及び前記超硬質砥粒１２の表面に形成した後、当該基材１１に対してスパッタリング法等によりグラファイト等をターゲットにしてダイヤモンドライクカーボン等の保護層１６を上記中間層１５の表面に形成することにより、超砥粒工具１０を得ることができる。

このような本実施形態に係る超砥粒工具１０においては、ボンド層１３よりも高い硬度（Ｈｖ１０００以上）を有する保護層１６を当該ボンド層１３の表面を覆うように設けたことから、研削加工等の際に発生した切屑と保護層１６とが接触しても、当該保護層１６が高耐摩耗性を有して非常に摩耗しにくいので、ボンド層１３から超硬質砥粒１２が脱落してしまうことを大幅に抑制できると共に、研削加工等のときに炭素鋼からなる被研削体と保護層１６とが接触しても、当該被研削体に焼き付きを生じることがないので、当該被研削体の表面粗さが粗くなってしまうことを防止できる。

したがって、本実施形態に係る超砥粒工具１０によれば、長寿命化を図ることができると共に被研削体の品質低下を防止することができる。

また、ボンド層１３よりも高い硬度（Ｈｖ７００以上）を有すると共に保護層１６よりも高い靱性を有する中間層１５を当該ボンド層１３と当該保護層１６との間に設けたことから、当該保護層１６の割れや剥離を大幅に防止することができる。

なぜなら、ダイヤモンドライクカーボンからなる保護層１６は、硬度が高くて脆く、Ｎｉ系めっき層からなるボンド層１３は、硬度が低くて軟らかいことから、研削加工等の際に応力が加わって、ボンド層１３に歪を生じてしまうと、当該歪に保護層１６が追従できずに割れや剥離を生じてしまう可能性があるものの、上記中間層１５を設けることにより、研削加工等の際に応力が加わっても、当該中間層１５がバッファとなって、上記保護層１６の割れや剥離が防止されるようになるからである。

［他の実施形態］
なお、前述した実施形態においては、スパッタリング法等により前記中間層１５をボンド層１３と保護層１６との間及び保護層１６と超硬質砥粒１４との間に設けた超砥粒工具１０の場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、図２に示すように、めっき法を適用して、Ｃｒめっき層の中間層２５を、保護層１６と超硬質砥粒１４との間に設けることなく、ボンド層１３と保護層１６との間のみに設けた超砥粒工具２０であっても、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

また、前述した実施形態においては、下地層１２及び中間層１５，２５を設けた超砥粒工具１０，２０の場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、研削条件等の各種条件によっては、図３に示すように、下地層１２を省略した超砥粒工具３０（図３Ａ参照）や、中間層１５，２５を省略した超砥粒工具４０（図３Ｂ参照）や、下地層１２及び中間層１５，２５を省略した超砥粒工具５０（図３Ｃ参照）を適用することも可能である。

また、前述した実施形態においては、超硬質砥粒１４の先端側の表面にも保護層１６が設けられている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、少なくともボンド層の表面を覆うように保護層が設けられていれば、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

本発明に係る超砥粒工具は、長寿命化を図ることができると共に被研削体の品質低下を防止することができるので、金属加工産業等において、極めて有益に利用することができる。

本発明に係る超砥粒工具の主な実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る超砥粒工具の他の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る超砥粒工具のさらに他の実施形態の要部の概略構成図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０ 超砥粒工具
１１ 基材
１２ 下地層
１３ ボンド層
１４ 超硬質砥粒
１５，２５ 中間層
１６ 保護層

Claims (7)

1. めっき法により超硬質砥粒をＮｉ系のボンド層で固着した超砥粒工具において、
   少なくとも前記ボンド層の表面を覆うように設けられて当該ボンド層よりも高い硬度を有する保護層を備えている
   ことを特徴とする超砥粒工具。
2. 請求項１に記載の超砥粒工具において、
   前記保護層が、前記超硬質砥粒も覆うように設けられている
   ことを特徴とする超砥粒工具。
3. 請求項１又は請求項２に記載の超砥粒工具において、
   前記保護層が、ダイヤモンドライクカーボンである
   ことを特徴とする超砥粒工具。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超砥粒工具において、
   少なくとも前記ボンド層と前記保護層との間に設けられて当該ボンド層よりも高い硬度を有すると共に当該保護層よりも高い靱性を有する中間層を備えている
   ことを特徴とする超砥粒工具。
5. 請求項４に記載の超砥粒工具において、
   前記中間層が、前記超硬質砥粒を覆うように設けられた前記保護層と当該超硬質砥粒との間にも設けられている
   ことを特徴とする超砥粒工具。
6. 請求項４又は請求項５に記載の超砥粒工具において、
   前記中間層が、Ｃｒ及びＴｉの少なくとも一方の金属、又は、当該金属の窒化物、炭化物、炭窒化物のうちの少なくとも一つの化合物からなる
   ことを特徴とする超砥粒工具。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の超砥粒工具において、
   前記ボンド層の下方に下地層を備えている
   ことを特徴とする超砥粒工具。

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