JP2020146804A

JP2020146804A - ニッケル電鋳ブレードおよびニッケル電鋳ブレードの製造方法

Info

Publication number: JP2020146804A
Application number: JP2019046914A
Authority: JP
Inventors: 紀幸山中; Noriyuki Yamanaka; 早紀塚本; Saki TSUKAMOTO
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2039-03-14
Also published as: JP7442974B2

Abstract

【課題】剛性が高められ、加工精度を向上できるニッケル電鋳ブレードを提供する。【解決手段】円板状のめっき相と、めっき相の外周縁部に形成される切れ刃と、めっき相に分散される砥粒と、を備え、めっき相は、めっき相の成分にニッケルおよびホウ化ニッケルを含み、めっき相に含まれるボロンの含有率が、０．００５％以上０．０１８％以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、ニッケル電鋳ブレードおよびニッケル電鋳ブレードの製造方法に関する。

従来、電子材料等の精密加工にニッケル電鋳ブレードが用いられている。ニッケル電鋳ブレードは、円形薄板状であり、ニッケルめっき相にダイヤモンド等の砥粒が分散されている。特許文献１には、ニッケル合金電鋳膜の製造方法およびニッケル合金電鋳膜について記載されている。

特開２０１０−２３５９７４号公報

従来のニッケル電鋳ブレードは、剛性をより高めて加工精度を向上させる点において、改善の余地があった。

上記事情に鑑み、本発明は、剛性が高められ、加工精度を向上できるニッケル電鋳ブレードを提供することを目的の一つとする。
また本発明は、上記ニッケル電鋳ブレードを安定して製造できるニッケル電鋳ブレードの製造方法を提供することを目的の一つとする。

本発明のニッケル電鋳ブレードの一つの態様は、円板状のめっき相と、前記めっき相の外周縁部に形成される切れ刃と、前記めっき相に分散される砥粒と、を備え、前記めっき相は、前記めっき相の成分にニッケルおよびホウ化ニッケルを含み、前記めっき相に含まれるボロンの含有率が、０．００５％以上０．０１８％以下である。

このニッケル電鋳ブレードは、めっき相の成分として、ニッケル（Ｎｉ）およびホウ化ニッケル（Ｎｉ_ＸＢ_Ｙ）を含んでいる。ニッケルはめっき相の主成分であり、ホウ化ニッケルは、めっき相に分散されるＮｉ_３ＢおよびＮｉ_２Ｂ等の金属化合物である。本発明のニッケル電鋳ブレードは、めっき相にボロン（Ｂ）が共析することにより、ニッケルの結晶が微細化されている。結晶材料におけるホールペッチ則より、結晶粒径に反比例して、降伏強さは上昇する。すなわち、ボロンの共析によりめっき相は非晶質化し、塑性変形性が低下し、相対的に硬度が上昇している。

本発明のニッケル電鋳ブレードによれば、めっき相のボロン含有率が０．００５％以上であり、従来のニッケル電鋳ブレードに比べてめっき相のボロン含有率が高いため、めっき相の硬度およびヤング率が安定して高められる。具体的に、本発明のニッケル電鋳ブレードは、ビッカース硬度が例えば９００Ｈｖ以上となる。このためブレード剛性が高められ、ニッケル電鋳ブレードを用いて電子材料等の精密加工を行う際、例えば狭いピッチ幅での深溝加工や切断加工等であっても、加工ラインが曲がることや加工溝幅が増大することが抑制されて、加工精度を向上できる。
また本発明のニッケル電鋳ブレードによれば、従来のニッケル電鋳ブレードに比べて、耐摩耗性を高めることができる。

また、めっき相のボロン含有率が０．０１８％以下であるので、ニッケル電鋳ブレードを安定して製造できる。すなわち、めっき相のボロン含有率が０．０１８％を超える場合には、めっき工程においてめっき相が安定して形成されず、製造が不安定になるおそれがある。

上記ニッケル電鋳ブレードにおいて、前記ホウ化ニッケルは、Ｎｉ_３Ｂを含むことが好ましい。

この場合、めっき相が成分としてＮｉ_３Ｂを含む。ホウ化ニッケルの中でもＮｉ_３Ｂは、ブレード剛性の向上に安定して寄与するため、ニッケル電鋳ブレードの加工精度をより高めることができる。

上記ニッケル電鋳ブレードにおいて、前記めっき相に含まれるボロンの含有率が、０．０１％以上であることが好ましい。

めっき相のボロン含有率が０．０１％以上であると、ニッケル電鋳ブレードのビッカース硬度は例えば９５０Ｈｖ以上となる。このためブレード剛性がより高められ、加工精度が安定して向上する。

また、本発明のニッケル電鋳ブレードの製造方法の一つの態様は、めっき浴中に陽極および陰極を浸漬し、前記陽極と前記陰極に通電することにより、前記陰極の表面にめっき相を形成するめっき工程と、前記めっき相を加熱処理する加熱工程と、を含み、前記めっき工程では、前記めっき浴が、スルファミン酸ニッケルと、ｐＨ緩衝剤と、トリメチルアミンボランと、砥粒と、を含み、前記めっき浴中の前記トリメチルアミンボランの濃度が、０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下である。

本発明のニッケル電鋳ブレードの製造方法によれば、めっき工程におけるめっき浴中のトリメチルアミンボラン（Trimethylamine borane：ＴＭＡＢ）の濃度が、０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上であるので、このめっき工程を経て製造されたニッケル電鋳ブレードは、めっき相に含まれるボロンの含有率が、安定して上述の０．００５％以上となる。したがって、この製造方法で製造されたニッケル電鋳ブレードは、ブレード剛性が高められ、加工精度が向上する。

なお、例えば特許文献１（特開２０１０−２３５９７４号公報）の段落００２７に記載されているように「ＴＭＡＢの濃度は０．５〜３．５ｇ／Ｌ」である場合、めっき浴中のトリメチルアミンボランの濃度は最大でも０．０５ｍｏｌ／Ｌ未満であるため、このめっき工程を経て製造されたニッケル電鋳ブレードは、めっき相に含まれるボロンの含有率が０．００５％未満となり、本発明品とは異なる。

また本発明では、めっき浴中のトリメチルアミンボランの濃度が、０．２ｍｏｌ／Ｌ以下であるので、めっき工程においてめっき相が安定して形成される。具体的に、めっき浴中のトリメチルアミンボランの濃度が０．２ｍｏｌ／Ｌを超える場合、めっき工程においてめっき相が安定して形成されず、製造が不安定になるおそれがある。

したがって本発明のニッケル電鋳ブレードの製造方法によれば、上述した本発明のニッケル電鋳ブレードを安定して製造できる。

上記ニッケル電鋳ブレードの製造方法において、前記ｐＨ緩衝剤は、ホウ酸であることが好ましい。

この場合、トリメチルアミンボランのボロン成分が、ホウ酸の作用によりニッケルと結合しやすくなり、めっき相中にホウ化ニッケルがより取り込まれやすくなる。このため、めっき相に含まれるボロンの含有率を、安定して上述の０．００５％以上とすることができる。

上記ニッケル電鋳ブレードの製造方法において、前記加熱工程では、前記めっき相を、２００°以上の温度で１時間以上加熱処理することが好ましい。

この場合、めっき相中に効率よくホウ化ニッケル（特にＮｉ_３Ｂ）を析出させることができ、ブレード剛性を安定して高めることができる。なお、加熱工程でめっき相を加熱処理する温度は、好ましくは３００°以下である。これにより、めっき相のビッカース硬度が安定して９００Ｈｖ以上となる。

本発明の一つの態様のニッケル電鋳ブレードによれば、剛性が高められ、加工精度を向上できる。
また本発明の一つの態様のニッケル電鋳ブレードの製造方法によれば、上記ニッケル電鋳ブレードを安定して製造できる。

図１は、本発明の一実施形態のニッケル電鋳ブレードを示す平面図である。図２は、本発明の一実施形態のニッケル電鋳ブレードを示す側断面図（縦断面図）である。図３は、めっき相に含まれるボロンの含有率と、ビッカース硬度との関係を示すグラフである。図４は、めっき相に含まれるボロンの含有率と、耐摩耗性との関係を示すグラフである。図５は、めっき工程に用いられるめっき装置を示す側断面図である。図６は、めっき工程におけるめっき浴中のトリメチルアミンボランの濃度と、製造されたニッケル電鋳ブレードのめっき相のボロン含有率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係るニッケル電鋳ブレード１０について、図面を参照して説明する。
本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０は、電子材料等の被切断材の溝加工や切断加工等の精密加工に用いられる。ニッケル電鋳ブレード１０は、ニッケルめっき浴の電解めっき（電気めっき）により作製される電鋳ブレードである。

図１および図２に示すように、ニッケル電鋳ブレード１０は、円板状のめっき相１と、めっき相１の外周縁部に形成される切れ刃１Ａと、めっき相１に分散される砥粒３（図５を参照）と、を備える。なおニッケル電鋳ブレード１０は、めっき相１に分散される図示しないフィラーをさらに備えていてもよい。

本実施形態では、めっき相１の中心軸Ｏが延びる方向を軸方向と呼び、中心軸Ｏと直交する方向を径方向と呼び、中心軸Ｏ回りに周回する方向を周方向と呼ぶ。なおめっき相１の軸方向は、厚さ方向と言い換えてもよい。

本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０は、図示しない切断装置の主軸にフランジを介して取り付けられる、ワッシャタイプ（平円板形）のブレードである。
ニッケル電鋳ブレード１０は、切断装置の主軸により、めっき相１が中心軸Ｏを中心とする周方向に回転させられ、被切断材に対して径方向に移動させられることにより、めっき相１のうちフランジよりも径方向外側に突出させられた外周縁部（切れ刃１Ａ）で被切断材に切り込み、被切断材を精密加工する。

めっき相１は、中心軸Ｏを有する円形環状である。めっき相１の厚さ寸法（軸方向の長さ）は、例えば、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
めっき相１の径方向の中央部（中心軸Ｏ上）には、取付孔１Ｂが形成されている。取付孔１Ｂは、めっき相１を軸方向に貫通する。取付孔１Ｂは、中心軸Ｏを中心とする円孔状である。

切れ刃１Ａは、中心軸Ｏを中心として周方向に延びる環状である。切れ刃１Ａは、めっき相１の厚さ寸法と略同じ刃幅を有する。切れ刃１Ａは、めっき相１の径方向外側を向く外周面と、めっき相１の軸方向を向く一対の側面１Ｃの各外周部と、により形成される。
めっき相１中には、複数の砥粒３が分散されている。砥粒３は、例えば、ダイヤモンド砥粒である。なお砥粒３として、ダイヤモンド砥粒の代わりにｃＢＮ砥粒等を用いてもよい。

めっき相１は、めっき相１の成分にニッケル（Ｎｉ）およびホウ化ニッケル（Ｎｉ_ＸＢ_Ｙ）を含む。めっき相１は、ニッケルを主成分とする金属結合相（マトリックス材）である。めっき相１は、めっきにより形成された金属の固相であり、薄板状に形成されているため、めっき膜やめっき層と言い換えてもよい。ホウ化ニッケルは、めっき相１に分散されている。ホウ化ニッケルは、Ｎｉ_３Ｂ、Ｎｉ_２ＢおよびＮｉＢ等である。つまりめっき相１のホウ化ニッケルは、Ｎｉ_３Ｂを含む。

めっき相１に含まれるボロン（Ｂ）の含有率は、０．００５％以上０．０１８％以下である。めっき相１に含まれるボロンの含有率は、好ましくは０．０１％以上である。なお、めっき相１に含まれるボロンの含有率は、例えばＩＣＰ分析等により測定可能である。
図３において、本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０は、めっき相１のボロン含有率が０．００５％以上０．０１８％以下であり、ビッカース硬度が９００Ｈｖ以上である。

次に、本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０の製造方法について説明する。
本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０の製造方法は、めっき工程と、エッチング工程と、内外径加工工程と、加熱工程と、を含む。なお加熱工程は、時効処理工程と言い換えてもよい。

図５は、本実施形態のめっき工程に用いられるめっき装置２０を示す。
めっき装置２０は、槽２１と、めっき浴（めっき液）２２と、回転シャフト２３と、陰極２４と、陽極２５と、を備える。
槽２１は、有底筒状である。めっき浴２２は、槽２１に貯留される。回転シャフト２３は、鉛直方向に延びるシャフト中心軸回りに回転させられる。陰極２４は、水平方向に拡がる円板状である。陰極２４は、回転シャフト２３の下端部に固定され、めっき浴２２中に浸漬される。陰極２４は、めっき相１を表面２４ａに析出させる台金である。陽極２５は、水平方向に拡がる円環板状である。陽極２５は、陰極２４の上側に、陰極２４との間に間隔をあけて対向配置され、めっき浴２２中に浸漬される。

めっき工程は、めっき浴２２中に陽極２５および陰極２４を浸漬し、陽極２５と陰極２４に通電することにより、陰極２４の表面２４ａにめっき相１を形成する工程である。
めっき工程では、めっき浴２２が、スルファミン酸ニッケルと、ｐＨ緩衝剤と、トリメチルアミンボラン（Trimethylamine borane：ＴＭＡＢ）と、複数の砥粒３と、を含む。本実施形態ではｐＨ緩衝剤が、ホウ酸である。つまり本実施形態のめっき浴２２は、ｐＨ緩衝剤にホウ酸を用いたスルファミン酸浴である。なおめっき浴２２は、さらに光沢剤および複数のフィラー等を含んでいてもよい。

めっき浴２２中のトリメチルアミンボランの濃度は、０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下である。
めっき工程では、回転シャフト２３および陰極２４を回転シャフト２３のシャフト中心軸回りに回転させて、めっき浴２２を攪拌させながら電解めっきを行うことにより、陰極２４の表面２４ａ上にめっき相１を形成する。めっき相１は、砥粒３を取り込みつつ陰極２４の表面２４ａに析出させられる。めっき相１が所定の厚さ寸法に達したら、めっき相１を陰極２４から剥離する。

エッチング工程では、陰極２４から剥離しためっき相１の外面のうち、少なくとも陰極２４の表面２４ａと接触していた側面１Ｃにエッチング処理を施して、めっき相１の外面において砥粒３を突出させる。つまりエッチング工程により、めっき相１の砥粒３の目立てが行われる。
内外径加工工程では、めっき相１の外径および内径が所定の各寸法となるように、めっき相１の外周部および内周部を切断加工する。

加熱工程では、めっき相１を加熱処理（時効処理）する。加熱工程では、めっき相１を、２００°以上の温度で１時間以上加熱処理する。なお、加熱工程においてめっき相１を加熱処理する温度は、３００°以下であることが好ましい。
本実施形態ではめっき相１を、マッフル炉で大気雰囲気にてカーボンの重石を用いて、３００°の温度で１時間加熱処理した。その結果、ビッカース硬度が９５０Ｈｖ以上とされためっき相１を有するニッケル電鋳ブレード１０が得られた。

以上説明した本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０は、めっき相１の成分として、ニッケル（Ｎｉ）およびホウ化ニッケル（Ｎｉ_ＸＢ_Ｙ）を含んでいる。ニッケルはめっき相１の主成分であり、ホウ化ニッケルは、めっき相１に分散されるＮｉ_３ＢおよびＮｉ_２Ｂ等の金属化合物である。本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０は、めっき相１にボロン（Ｂ）が共析することにより、ニッケルの結晶が微細化されている。結晶材料におけるホールペッチ則より、結晶粒径に反比例して、降伏強さは上昇する。すなわち、ボロンの共析によりめっき相１は非晶質化し、塑性変形性が低下し、相対的に硬度が上昇している。

本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０によれば、めっき相１のボロン含有率が０．００５％以上であり、従来のニッケル電鋳ブレードに比べてめっき相１のボロン含有率が高いため、めっき相１の硬度およびヤング率が安定して高められる。具体的には図３に示すように、本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０は、ビッカース硬度が９００Ｈｖ以上である。このためブレード剛性が高められ、ニッケル電鋳ブレード１０を用いて電子材料等の精密加工を行う際、例えば狭いピッチ幅での深溝加工や切断加工等であっても、加工ラインが曲がることや加工溝幅が増大することが抑制されて、加工精度を向上できる。

図４は、従来のニッケル電鋳ブレードの耐摩耗性を基準値（１つまり１００％）とした場合の、めっき相１のボロン含有率と、ニッケル電鋳ブレード１０の耐摩耗性との関係を示すグラフである。図４に示すように、めっき相１に含まれるボロンの含有率が０．００５％以上０．０１８％以下とされた本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０は、従来のニッケル電鋳ブレードに比べて、耐摩耗性が３０％以上高められる。

また、めっき相１のボロン含有率が０．０１８％以下であるので、ニッケル電鋳ブレード１０を安定して製造できる。すなわち、めっき相１のボロン含有率が０．０１８％を超える場合には、めっき工程においてめっき相１が安定して形成されず、製造が不安定になるおそれがある。

また本実施形態では、めっき相１のホウ化ニッケルが、Ｎｉ_３Ｂを含む。
すなわち、めっき相１が成分としてＮｉ_３Ｂを含む。ホウ化ニッケルの中でもＮｉ_３Ｂは、ブレード剛性の向上に安定して寄与するため、ニッケル電鋳ブレード１０の加工精度をより高めることができる。

また本実施形態において、めっき相１に含まれるボロンの含有率が、０．０１％以上であると、図３に示すように、ニッケル電鋳ブレード１０のビッカース硬度が９５０Ｈｖ以上となる。このためブレード剛性がより高められ、加工精度が安定して向上する。

また、本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０の製造方法によれば、めっき工程におけるめっき浴２２中のトリメチルアミンボランの濃度が、０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上であるので、このめっき工程を経て製造されたニッケル電鋳ブレード１０は、めっき相１に含まれるボロンの含有率が、安定して上述の０．００５％以上となる。したがって、この製造方法で製造されたニッケル電鋳ブレード１０は、ブレード剛性が高められ、加工精度が向上する。

なお、例えば特許文献１（特開２０１０−２３５９７４号公報）の段落００２７に記載されているように「ＴＭＡＢの濃度は０．５〜３．５ｇ／Ｌ」である場合、めっき浴２２中のトリメチルアミンボランの濃度は最大でも０．０５ｍｏｌ／Ｌ未満であるため、このめっき工程を経て製造されたニッケル電鋳ブレードは、めっき相に含まれるボロンの含有率が０．００５％未満となり、本発明品とは異なる。

また本実施形態では、めっき浴２２中のトリメチルアミンボランの濃度が、０．２ｍｏｌ／Ｌ以下であるので、めっき工程においてめっき相１が安定して形成される。具体的に、めっき浴２２中のトリメチルアミンボランの濃度が０．２ｍｏｌ／Ｌを超える場合、めっき工程においてめっき相１が安定して形成されず、製造が不安定になるおそれがある。

したがって本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０の製造方法によれば、上述した本実施形態のニッケル電鋳ブレード１０を安定して製造できる。

また本実施形態では、めっき浴２２のｐＨ緩衝剤が、ホウ酸である。
この場合、トリメチルアミンボランのボロン成分が、ホウ酸の作用によりニッケルと結合しやすくなり、めっき相１中にホウ化ニッケルがより取り込まれやすくなる。このため、めっき相１に含まれるボロンの含有率を、安定して上述の０．００５％以上とすることができる。

図６は、めっき工程に用いられるめっき浴２２中のトリメチルアミンボラン（ＴＭＡＢ）濃度と、このめっき工程を経て製造されためっき相１のボロン含有率との関係を示すグラフであり、めっき浴２２のｐＨ緩衝剤としてホウ酸を用いた場合と、クエン酸を用いた場合とについて各グラフを示す。図６に示すように、めっき浴２２のｐＨ緩衝剤にホウ酸を用いた場合には、クエン酸を用いた場合と比べて、めっき相１のボロン含有率が２０％程度高められる。

また本実施形態では、加熱工程においてめっき相１を、２００°以上の温度で１時間以上加熱処理する。
この場合、めっき相１中に効率よくホウ化ニッケル（特にＮｉ_３Ｂ）を析出させることができ、ブレード剛性を安定して高めることができる。なお、加熱工程でめっき相１を加熱処理する温度は、好ましくは３００°以下である。これにより、めっき相１のビッカース硬度が安定して９００Ｈｖ以上となる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、例えば下記に説明するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の変更等が可能である。

前述の実施形態では、ワッシャタイプのニッケル電鋳ブレード１０およびその製造方法を例に挙げて説明したが、これに限らない。本発明は、ハブタイプのニッケル電鋳ブレード（ハブ付きブレード）およびその製造方法に適用してもよい。

その他、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態、変形例およびなお書き等で説明した各構成（構成要素）を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態によって限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。

本発明のニッケル電鋳ブレードによれば、剛性が高められ、加工精度を向上できる。また本発明のニッケル電鋳ブレードの製造方法によれば、上記ニッケル電鋳ブレードを安定して製造できる。したがって、産業上の利用可能性を有する。

１…めっき相、１Ａ…切れ刃、３…砥粒、１０…ニッケル電鋳ブレード、２２…めっき浴、２４…陰極、２４ａ…表面、２５…陽極

Claims

円板状のめっき相と、
前記めっき相の外周縁部に形成される切れ刃と、
前記めっき相に分散される砥粒と、を備え、
前記めっき相は、前記めっき相の成分にニッケルおよびホウ化ニッケルを含み、
前記めっき相に含まれるボロンの含有率が、０．００５％以上０．０１８％以下である、
ニッケル電鋳ブレード。
前記ホウ化ニッケルは、Ｎｉ_３Ｂを含む、
請求項１に記載のニッケル電鋳ブレード。
前記めっき相に含まれるボロンの含有率が、０．０１％以上である、
請求項１または２に記載のニッケル電鋳ブレード。
めっき浴中に陽極および陰極を浸漬し、前記陽極と前記陰極に通電することにより、前記陰極の表面にめっき相を形成するめっき工程と、
前記めっき相を加熱処理する加熱工程と、を含み、
前記めっき工程では、前記めっき浴が、スルファミン酸ニッケルと、ｐＨ緩衝剤と、トリメチルアミンボランと、砥粒と、を含み、
前記めっき浴中の前記トリメチルアミンボランの濃度が、０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下である、
ニッケル電鋳ブレードの製造方法。
前記ｐＨ緩衝剤は、ホウ酸である、
請求項４に記載のニッケル電鋳ブレードの製造方法。
前記加熱工程では、前記めっき相を、２００°以上の温度で１時間以上加熱処理する、
請求項４または５に記載のニッケル電鋳ブレードの製造方法。