JP4169612B2 - 電着工具の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は台金表面に砥粒を単層に電着固定した電着工具の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超硬合金、セラミック、ガラス、半導体材料、鋳鉄、鋼など各種材料の研削や研磨などに、電着法により台金表面に砥粒層を形成した電着工具が使用されている。この電着工具は、総型形状、カップ形状、円盤形状などの台金を、ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒などの超砥粒を分散させためっき液内に浸漬し、台金に超砥粒を電着させて砥粒層を形成したものである。
【０００３】
このような電着工具は、砥粒を単層に固着させたものが一般的である。単層構造のものは、砥粒と砥粒の間にめっき金属が析出することでめっき金属により砥粒が強固に保持され、かつ砥粒の先端が十分に露出されていることから、切れ味に優れ、高能率研削が可能である。しかしその反面、砥粒の密度が高いために、研削加工により砥粒の先端部の一部が摩耗してしまうと研削抵抗が著しく上昇して切れ味が大きく低下してしまう。また、切粉の排出性が低く、目詰まりや溶着を引き起こす傾向がある。
【０００４】
このような問題に対処するために、研削面となる台金表面に溝や孔を設け、凹凸状に形成し、その表面に砥粒を電着固定することにより切粉の排出性の向上や研削抵抗の低下をはかることが提案されている。しかしながら、研削面の形状が三次元的な曲線や傾斜面で構成されている電着工具の場合、台金表面に多数の溝や孔を設けるのは非常に困難であり、コスト面でも高価なものとなってしまう。
【０００５】
これに対して、めっき槽中で部分的に孔のあ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めっきを行い、厚みが連続的に増減して凹凸を有する下地めっきを形成したのち遮蔽板を取り外し、次いで砥粒を台金の作用面に固着する電着砥石の製造方法が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
この方法により製造された電着砥石では、台金の作用面の凸部と凹部の厚みは段差がなく連続的に変化しているので、高段部の外縁部に位置する砥粒のように、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砥粒が存在しない。また、凸部の砥粒が摩耗脱落するにつれ、凹部の砥粒が研削機能を発揮するので、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、とされている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３３７６７１号公報（段落番号０００４−００１０）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の公開公報に記載の電着砥石の製造方法においては、凹凸を有する下地めっきを形成するための孔のあいた遮蔽板の使用が必須であるが、この遮蔽板は、台金の形状が円柱形またはそれに近似した形状の場合は遮蔽板の製作も比較的容易で、かつ下地めっきも概ね所望の形状の凹凸を形成することができるが、台金の形状が複雑な場合は所望の形状の凹凸を形成するのが困難であり、このような複雑な形状の台金に対して上記の遮蔽板を用いて砥石を形成すると、砥石形状の精度が悪化する。
【０００９】
このような問題は、砥石形状が複雑になるほど顕著になり、電着工具の形状によっては形状精度を維持することができなくなる。
本発明が解決すべき課題は、電着工具の台金に凹凸を有する下地めっきを施した後砥粒を電着する電着工具の製造方法において、台金の形状に関わりなくほぼ一定の形状の凹凸を有する下地めっきを施す方法を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、砥粒を電着固定して研削面とする台金表面に、電着する砥粒の粒径の１５０％以上の粒径を有し、めっき液に対し不溶性でかつ非導電性の複数個の粒体を単層に電着固定する工程と、前記電着固定した複数個の粒体を除去して台金表面に複数個の凹凸を有するめっき皮膜を形成する工程と、前記凹凸を有するめっき皮膜の表面を切削または研削により整形加工する工程と、前記整形された凹凸を有するめっき皮膜の上に砥粒を単層に連続配置して電着固定する工程とを含むことを特徴とする電着工具の製造方法である。
【００１１】
本発明の電着工具の製造方法においては、複数個の凹凸を有するめっき皮膜を形成するのに、まず台金表面に非導電性の複数個の粒体を電着固定し、その後この粒体を化学的手段あるいは機械的手段によって除去することにより台金表面に複数個の凹凸を有するめっき皮膜を形成し、さらにこの凹凸を有するめっき皮膜の表面を整形加工する。このような方法により、台金の研削面の形状が三次元的な曲線や傾斜面で構成されている電着工具の場合でも、所望の配置形態でほぼ一定の形状の凹凸を有するめっき皮膜を形成することができる。
【００１２】
ここで、はじめに台金表面に電着固定する粒体としては、電着する砥粒の粒径の１５０％以上の粒径を有し、めっき液に対し不溶性でかつ非導電性でなければならない。
電着する砥粒の粒径の１５０％以上の粒径の粒体を用いる理由は、電着する砥粒の粒径の１５０％未満であると、台金表面に形成される複数個の凹凸を有するめっき皮膜の凹部の開口径が電着する砥粒粒径に対し小さいものとなり、凹凸を有するめっき皮膜の上に砥粒を電着する際、凹部に位置する砥粒が凹部に沈みこまず、研削面に効果的な凹凸を形成することができなくなるためである。
【００１３】
また、めっき液に対し不溶性でかつ非導電性でなければならない理由は、めっき液中において粒体が溶解することなく当初の形状を保つことにより、電着固定後に粒体を除去したときに当初の形状に対応した凹部がめっき被膜に形成されるようにするためであり、また、めっき時に粒体表面にめっき金属が析出しないようにするためである。このような粒体としては、合成樹脂製のビーズまたはガラス製のビーズが適している。
【００１４】
この粒体をいったん電着固定した後除去することにより、めっき皮膜には粒体を除去した後の凹部が残り、この凹部とめっき皮膜とにより凹凸形状となる。また、その表面を整形加工することで、凹部高さが均一となり形状精度の高い面となるようにする。
【００１５】
凹部の深さは、後に電着固定される砥粒の平均粒径の２０％以上が望ましく、深さが砥粒平均粒径の２０％未満の場合は切粉排出用のチップポケットとしての効果が低くなる。この凹部の深さは、使用する粒体の平均粒径およびめっき皮膜の厚さ（めっき析出量）、ならびにめっき皮膜表面の整形加工時の切削代または研削代によって調整することができる。
【００１６】
前記凹凸を有するめっき皮膜の表面を整形加工した後のめっき皮膜に、連続的に砥粒を電着固定することにより、電着工具が製造される。このような製造方法によって製造された電着工具は、めっき皮膜の凹凸形状に相似した凹凸形状に砥粒が固着されているので、切粉の排出性が向上して目詰まりや溶着が防止され、切削抵抗も低下して工具の寿命が延長する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明をモーターマグネットの整形加工用の電着工具に適用した実施形態について説明する。図１は実施形態における工具の台金の形状を示す断面図であり、図２は砥粒層の形成過程を示す図である。
【００１８】
本実施形態の電着工具（以下、ホイールという）１はモーターマグネットの整形加工用のホイールであり、台金２の研削面である外周面の円弧状の凹部３に砥粒層４が形成されている。ホイール１の寸法は、台金２の外径２００ｍｍ、厚みが３０ｍｍ、穴径が４０ｍｍである。砥粒層４には、平均粒径２００μｍのダイヤモンド砥粒が単層に電着されている。
本発明の方法により、研削面となる凹部３の台金表面に非導電性の複数個の粒体１０を電着固定し、その後この粒体１０を除去しためっき皮膜１１を整形し、整形後のめっき皮膜１１ａの凹部１２ａおよび凸部１３ａに連続的に砥粒１４を単層に電着させたものである。
【００１９】
電着工具１の砥粒層４は以下の工程を経て形成される。
工程１ 台金２の研削面以外を常法によりマスキングする。
工程２ 平均粒径約１．５ｍｍのガラス製のビーズと平均粒径約２００μｍのダイヤモンド砥粒を準備する。
工程３ 台金２の研削面である凹部３に、ビーズ１０を電解Ｎｉめっきにより固定する。ビーズ１０を固定するためのめっき皮膜１１の厚さは、ビーズ粒径の約１／２（約７５０μｍ）である（図２（ａ））。
工程４ 工程１で行ったマスキングを取り外し、ビーズ１０が固定された台金２を溶剤（水酸化ナトリウム溶液）に浸漬し、ビーズ１０を溶解除去する。ビーズ１０を除去した後のめっき皮膜１１は凹部１２と凸部１３により形成される（図２（ｂ））。
工程５ ビーズ１０を除去した後のめっき被膜１１の凸部１３を厚さ約２５０μｍだけ研削加工し、整形する。整形後のめっき皮膜１１ａの厚さは約５００μｍであり、整形前の凹部１２は浅い凹部１２ａとなり、凹部１３は低い凸部１３ａとなる（図２（ｃ））。
工程６ 整形後のめっき皮膜１１ａ上に電解Ｎｉめっき（めっき金属層１５）によりダイヤモンド砥粒１４を単層に電着する（図２（ｄ））。
以上により、台金の研削面に、多数の凹凸を有するめっき被膜１１ａ上に連続的にダイヤモンド砥粒１４が単層に電着されたホイールができあがる。
【００２０】
本発明の製造方法により製造したホイールの研削性能を確認するために、上記実施形態の電着工具（発明品）と、上記実施形態と同じ台金と砥粒およびめっき液を用いて研削面に凹凸を形成することなく砥粒を電着させる従来製造方法によって製造したホイール（従来品）とを使用して研削試験を行った。
〔試験条件〕
研削機械：平面研削盤
被研削材：フェライト 寸法５０ｍｍ×１０ｍｍ×１００ｍｍ
ホイール周速度：１６００ｍ／ｍｉｎ
テーブル送り速度：０．５ｍ／ｍｉｎ
切込み量：１．０ｍｍ／ｐａｓｓ
研削方式：湿式クリープフィード研削
研削液：ノリタケクール ＮＫ−４７（商品名）の５０倍希釈液
【００２１】
図３に試験結果を示す。このうち、（ａ）は研削量と消費電力との関係を示す図であり、（ｂ）は研削量と研削後の被削材の面粗さとの関係を示す図であり、（ｃ）は研削量とホイール半径摩耗量との関係を示す図である。
図３（ａ）に示すように、発明品は従来品にくらべて研削に要する消費電力が小さい。これは、従来品については、被削材への接触砥粒数が多く、切粉の排出性が悪いのに対して、発明品においては、凸部上面の砥粒のみが被削材へ接触するため、接触砥粒数が少なく、かつ凹部がチップポケットとして機能するため、研削液の供給と切粉の排出性とが向上し、研削抵抗が低減しているためである。
【００２２】
研削後の被削材の面粗さに関しては、図３（ｂ）に示すように、発明品は従来品よりわずかに粗くなっている。これは、発明品は被削材への接触砥粒数が少なく、切れ刃間隔が大きくなることから、砥粒の切込み深さが大きくなることによると考えられる。ただし、従来品と比較して、その差はわずかであり、実用上問題となる面粗さではない。
また、ホイール半径摩耗量に関しては、図３（ｃ）に示すように、発明品と従来品とはほぼ同等の値を示している。
【００２３】
【発明の効果】
台金の研削面に複数個の凹凸を有するめっき皮膜を形成するのに、台金表面に合成樹脂製のビーズのような非導電性の粒体を複数個電着固定し、その後この粒体を除去することにより台金表面に複数個の凹凸を有するめっき皮膜を形成し、さらにこの凹凸を有するめっき皮膜の表面を整形加工する本発明の方法により、台金の研削面の形状が三次元的な曲線や傾斜面で構成されている電着工具の場合でも、所望の配置形態でほぼ一定の形状の凹凸を有するめっき皮膜を形成することができる。
【００２４】
前記粒体の粒径およびめっき皮膜の厚さ、ならびにめっき皮膜表面の整形加工時の切削代又は研削代によって、台金表面に形成する凹部の深さを容易に調整することができる。この凹部の深さを調整することによって、切粉排出用のチップポケットとしての効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態における工具の台金の形状を示す断面図である。
【図２】 実施形態における砥粒層の形成過程を示す図である。
【図３】 研削試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１ ホイール
２ 台金
３ 台金研削面の凹部
４ 砥粒層
１０ ビーズ
１１ めっき皮膜
１１ａ 整形後のめっき皮膜
１２ 凹部
１２ａ 整形後の凹部
１３ 凸部
１３ａ 整形後の凸部
１４ ダイヤモンド砥粒
１５ めっき金属層

Claims (2)

1. 砥粒を電着固定して研削面とする台金表面に、電着する砥粒の粒径の１５０％以上の粒径を有し、めっき液に対し不溶性でかつ非導電性の複数個の粒体を単層に電着固定する工程と、前記電着固定した複数個の粒体を除去して台金表面に複数個の凹凸を有するめっき皮膜を形成する工程と、前記凹凸を有するめっき皮膜の表面を切削または研削により整形して平坦面を有する凸部を形成する工程と、前記整形された凹凸を有するめっき皮膜の上に砥粒を単層に連続配置して電着固定する工程とを含むことを特徴とする電着工具の製造方法。
2. 前記めっき液に対し不溶性で非導電性の粒体として合成樹脂製のビーズまたはガラス製のビーズを用いる請求項１記載の電着工具の製造方法。

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