JP4337250B2 - 電鋳薄刃砥石及びその製造方法 - Google Patents

Description

【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と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す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研削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耗が進んでも金属めっき相の摩耗速度が遅く金属めっき相から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。
そこで特公平６−９２０７３号公報等に開示されているように、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切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としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、刃先部の金属めっき相を放電加工等で熱処理する際に加熱した部分が熱歪みで変形し易く、円形の刃先部が全周に亘って歪むことになって千鳥刃状になり、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がある。
また研削切断加工時に金属めっき相のＮｉやＣｏが摩擦熱により被削材と凝着することがあり、ＮｉやＮｉ合金などは変形抵抗が大きく凝着部をせん断する際に大きなせん断力が要求され、そのために研削抵抗が大きくなって砥石ダメージの蓄積により砥石剛性の低下を来たし砥石寿命が短いという問題もある。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みて、研削加工時に被削材との凝着が生じても小さい研削抵抗で加工を行えるようにした電鋳薄刃砥石を提供することを目的とする。
また本発明の他の目的は、刃先部の自生発刃を促進して切れ味を向上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。
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、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からなる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、金属結合相からの超砥粒の突き出し量を超えない厚みのＳｎめっき層を刃先部の金属結合相表面に形成し、該刃先部を熱処理してＳｎめっき層を溶融させて前記金属結合相と合金化させたことを特徴とする。刃先部を熱処理してＳｎめっき層を溶融させて金属結合相と合金化させことにより、ＳｎとＮｉ等との金属間化合物が再結晶組織として製作され、刃先部が元の金属結合相より脆くなるために超砥粒の自生発刃を促進でき被削材との凝着を断ち切りやすい。またＳｎ−Ｎｉ金属間化合物を形成して化学的に安定化するため凝着自体を起こしにくくなる。
また刃先部を熱処理することによって得られる再結晶組織の幅が２ｍｍ以下であってもよい。
レーザ光等を用いて熱処理することで刃先部の少なくとも研削に関与する領域を再結晶組織とすることができ、その他の領域では剛性を高く維持できる。尚、レーザ光を用いれば熱処理範囲を精密に設定でき、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。
【０００８】
本発明による電鋳薄刃砥石は、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からなる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、金属結合相からの超砥粒の突き出し量を超えない厚みのＳｎめっき層を刃先部の金属結合相表面に形成すると共に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、刃先部を熱処理して、Ｓｎめっき層を溶融させて金属結合相と合金化させたことを特徴とする。
刃先部がスリットで分断されているために熱処理時における刃先部の熱変形が小さく刃先部全体に行き渡らずスリットで分断された領域でのみ熱歪みが生じるので、刃先部の精度が高くなって切れ味のよい研削が行える。
【０００９】
本発明による電鋳薄刃砥石の製造方法は、Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からなる金属結合相中に超砥粒を分散配置すると共に金属結合相の表面にＳｎめっき層を形成してなる電鋳薄刃砥石を、所定速度で回転させつつ刃先部にレーザ光を照射して所定幅に亘り、前記Ｓｎめっき層を溶融させて前記金属結合相と合金化させたことを特徴とする。刃先部にレーザ光を照射させつつ電鋳薄刃砥石を回転させることで、レーザ光照射部が順次相対移動して短時間の加熱後に順次冷却され、刃先部の熱歪みを抑えてＳｎめっき層を溶融させて金属結合相を合金化させ、しかも電鋳薄刃砥石の回転速度によってレーザ光による入熱量を制御できる。またレーザ光の照射に先だって刃先部には所定間隔でスリットを形成してもよい。電鋳薄刃砥石を回転させながらレーザ照射を行うので、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歪みが生じるために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合金化ができる。
【００１０】
【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は第一の実施の形態による電鋳薄刃砥石の刃先部の拡大断面図、図２は電鋳薄刃砥石の平面図、図３はＳｎめっき層を形成する前の電鋳薄刃砥石の刃先部の拡大断面図である。
第一の実施の形態による電鋳薄刃砥石１０は図１及び図２に示すように略リング型薄板状を呈しており、その厚みは例えば数十μｍ〜数百μｍの範囲とされている。この電鋳薄刃砥石１０はダイヤモンドやｃＢＮ等の超砥粒１１が金属めっき相（金属結合相）１２中に分散配置されて構成され、金属めっき相１２は例えばＮｉ−Ｃｏ合金等、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの合金等からなっていて、しかもＮｉ基合金中に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。
そして図１及び図２に示す電鋳薄刃砥石１０の外周側に位置するリング状の刃先部１６において、金属めっき相１２の表面１２ａの一部は例えば厚さｔ＝１０〜１５μｍ程度のＳｎめっき層１４で被覆されている。このＳｎめっき層１４は例えば刃先部１６にのみ形成されている。
尚、Ｓｎめっき層１４は少なくとも刃先部１６を被覆していればよいが、刃先部１６だけでなく電鋳薄刃砥石１０の金属めっき相全体をＳｎめっき層１４でめっき形成してもよい。
【００１１】
本実施の形態による電鋳薄刃砥石１０は上述の構成を有しており、次に電鋳薄刃砥石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。
【００１２】
そして電鋳薄刃砥石１０′の刃先部１６を残してマスキングを施して、必要に応じて金属めっき相１２の表面をエッチング等により除去し、図３に示すように超砥粒１１を相対的に突出させ超砥粒１１の突き出し量Ｔを設定する。
次にマスキングを施した状態で電鋳薄刃砥石１０をめっき浴槽内のＳｎイオンを含むめっき液に浸漬して、上述の場合と同様に陰極に通電して電気めっきを行い、Ｓｎを金属めっき相１２上に析出させて刃先部１６全体にＳｎめっき層１４を形成する。この場合、Ｓｎめっきは超砥粒１１には析出せず、金属めっき相表面１２ａにのみ析出することになる。
このようにして図１に示す電鋳薄刃砥石１０が得られる。
【００１３】
本実施の形態による電鋳薄刃砥石１０を用いてシリコン等の被削材の研削切断を行う場合、電鋳薄刃砥石１０を砥石軸２に装着して回転させつつ刃先部１６で被削材を研削する。すると研削時の摩擦熱により刃先部１６の表面が被削材と凝着を起こす。ここで刃先部１６の金属めっき相１２の表面１２ａにはＳｎめっき層１４が被覆されており、このＳｎめっき層１４は摺動性が良く潤滑性がよいために変形抵抗が小さく、また機械的強度も小さいので、被削材と凝着したＳｎめっき層１４表面で凝着部が容易にせん断されて凝着を断ち切りやすい。
そのため、Ｓｎめっき層１４の表面で凝着が容易にせん断されるためにせん断力を小さく抑えて切断抵抗や研削抵抗を低下でき、電鋳薄刃砥石の切れ味を向上できる。また研削抵抗の低減が可能となるため、砥石の負荷が小さくなり砥石ダメージの蓄積を抑制できるので砥石の寿命向上が図れる。
しかも表面に軟質のＳｎめっき層１４を被覆することで摺動性の向上と相手攻撃性の低減による効果と超砥粒１１の突出量を抑制する効果との相乗効果で被削材のチッピングを抑えることができる。
【００１４】
上述のように本実施の形態によれば、研削切断時の被削材と電鋳薄刃砥石１０との凝着時のせん断力が小さく研削切断抵抗を低減でき切れ味を向上できる。また研削抵抗の低減によって砥石の負荷が小さくなり砥石ダメージの蓄積を抑制できるので砥石の寿命向上が図れる。しかも軟質のＳｎめっき層１４を被覆することで摺動性の向上と相手攻撃性の低減による効果と超砥粒１１の突出量を抑制する効果との相乗効果で被削材のチッピングを抑えることができる。
【００１５】
次に本発明の第二の実施の形態について図４から図６により説明するが、上述の実施の形態と同一または同様な部分、部品には同一の符号を用いて説明する。第二の実施の形態による電鋳薄刃砥石２０は、図４及び図５に示すように第一の実施の形態による電鋳薄刃砥石１０と同様の構成を有しており、リング型薄板状で超砥粒１１がＮｉ−Ｃｏ合金等の金属めっき相１２中に分散配置され、刃先部１６では金属めっき相１２の表面１２ａにＳｎめっき層１４が被覆形成された構成を有している。
しかも電鋳薄刃砥石２０の刃先部１６をレーザ光で２００℃〜５００℃の範囲、例えば２５０℃で熱処理することで、Ｓｎめっき層１４が溶融して金属めっき相１２のＮｉと合金化して再結晶化され、金属めっき相１２がＳｎめっき層１４と共にＳｎ−Ｎｉ金属間化合物からなる再結晶組織２２を構成する。
【００１６】
その上、図４に示すように刃先部１６に外周縁１６ａから径方向内側に向けて所定間隔で複数のスリット２４…が形成されている。スリット２４の本数は電鋳薄刃砥石２０の外径によるが、電鋳薄刃砥石２０の外径を例えば９３．２ｍｍとした場合、スリット２４は例えば８条以上、好ましくは１６条以上、周方向に等間隔に形成されている。
スリット２４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１６の剛性が低下する欠点があり、逆にスリット２４の数が少ないと刃先部１６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。
刃先部１６は外周縁１６ａから径方向内側に例えば２ｍｍ以内の範囲に亘って熱処理して金属間化合物の再結晶組織２２が形成され、この領域が研削切断に関与する研削領域を構成する。刃先部１６は周方向に隣り合うスリット２４、２４で仕切られた各領域が刃先片２６を構成する
尚、スリット２４の長さは再結晶組織２２の幅以上であることが好ましいが、再結晶組織２２以下であってもよい。この場合でもスリット２４の内側縁部が再結晶組織２２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。
【００１７】
次に第二の実施の形態による電鋳薄刃砥石２０の製造方法について説明する。
超砥粒１１を金属めっき相１２中に分散配置させ、少なくとも刃先部１６の金属めっき相１２の表面１２ａにＳｎめっき層１４を形成するまでは第一の実施の形態による電鋳薄刃砥石１０と同様である。
そして得られた電鋳薄刃砥石２０について、切断用レーザ装置等を用いて刃先部１６の外周縁１６ａから径方向内側に所定間隔でスリット２４…を形成する。次に、電鋳薄刃砥石２０を図６に示すようにモータに連結された回転台２７に設けた一対の例えば円形カップ型をなすフランジ２８，２８で挟持して、刃先部１６を含む外周側だけを全周にリング状に突出させる。その際に電鋳薄刃砥石２０はフランジ２８、２８と同心円をなすように固定する。この状態で電鋳薄刃砥石２０の刃先部１６の外周縁１６ａ近傍にレーザ光を照射できるようにレーザ装置３０を配設しておく。レーザ装置３０は例えばろう付け用、はんだ付け用等の低温加熱のものを用いるが他の適宜種類のレーザ装置を採用できる。
この状態で、回転台２７の中心軸回りに電鋳薄刃砥石２０を回転させながらレーザ装置３０からレーザ光を照射して、回転する刃先部１６の外周縁１６ａ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。
【００１８】
これにより刃先部１６をスポット的に熱処理できるから、その加熱領域でＳｎめっき層１４が溶融して内側の金属めっき相１２と合金化して金属間化合物となり再結晶組織２２となる。しかも回転する電鋳薄刃砥石２０をスポット的に連続して加熱するから短時間加熱された刃先部１６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１６には所定間隔でスリット２４…が形成されているから、レーザ照射時に各刃先片２６の回転方向前後のスリット２４、２４でも放熱される。これらの要因により刃先部１６は加熱後に効果的に冷却されることになり、刃先部１６に熱変形が生じるのを抑制できる。
しかもスリット２４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２６単位で小さな熱歪みが生じ得るにすぎない。
従って刃先部１６を例えば幅２ｍｍ以内の所定範囲に亘って全周に高精度に熱処理して金属間化合物の再結晶組織２２を製作でき、熱歪みで波打ったり千鳥状になるのを確実に防止できる。
【００１９】
このようにして得られた電鋳薄刃砥石２０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２０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１６で切断加工する。
この時、刃先部１６の研削領域はＳｎ−Ｎｉの金属間化合物からなる再結晶組織２２になっているから元の金属めっき相１２の組織より軟質化して脆化されており、超砥粒１１が研削で摩耗するより早く再結晶組織２２が摩耗して除去され、新たな超砥粒１１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。しかも被削材との凝着を断ち切り易く、研削に関与しない領域では金属めっき相１２が高い剛性を維持するので電鋳薄刃砥石２０の保持強度が高い。
【００２０】
上述のように本実施の形態によれば、刃先部１６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２０の製作に際して、金属間化合物からなる再結晶組織２２を形成するための刃先部１６の加熱時にスリット２４…を設け且つ電鋳薄刃砥石２０を回転させたから、刃先部１６の熱歪みを刃先片２６単位で小さく抑えて歪みの少ない高精度な再結晶組織２２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。
【００２１】
【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、金属結合相からの超砥粒の突き出し量を超えない厚みのＳｎめっき層を刃先部の金属結合相表面に形成し、該刃先部を熱処理してＳｎめっき層を溶融させて前記金属結合相と合金化させたから、ＳｎとＮｉ等の金属結合相を構成する金属とで金属間化合物が形成され、刃先部が元の金属より脆くなるために超砥粒の自生発刃を促進できると共に被削材との凝着を断ち切りやすい。またＳｎ−Ｎｉ金属間化合物等を形成して化学的に安定化するため凝着自体を起こしにくくなる。また刃先部を熱処理することによって得られる再結晶組織の幅が２ｍｍ以下であるから、切断などの研削に関与する領域のみを再結晶組織とすることができて切れ味を向上できる上にその他の領域は合成を高く維持できる。
【００２３】
本発明による電鋳薄刃砥石は、金属結合相からの超砥粒の突き出し量を超えない厚みのＳｎめっき層を刃先部の金属めっき相表面に形成すると共に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、刃先部を熱処理して、Ｓｎめっき層を溶融させて金属結合相と合金化させたから、熱処理時における刃先部の熱変形が小さく、刃先部の精度が高くなって切れ味のよい研削が行える。
【００２４】
本発明による電鋳薄刃砥石の製造方法は、金属結合相中に超砥粒を分散配置し、金属結合相の表面にＳｎめっき層を形成してなる電鋳薄刃砥石を、所定速度で回転させつつ刃先部にレーザ光を照射して所定幅に亘って再結晶化させたから、刃先部にレーザ光を照射させつつ電鋳薄刃砥石を回転させることで、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によってレーザ光による入熱量を制御できる。しかもＳｎめっき層が溶融して金属結合相を構成する金属と金属間化合物を形成して再結晶化できるから研削時の自生発刃を促進できる。
またレーザ光の照射に先だって刃先部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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施の形態による電鋳薄刃砥石の刃先部の拡大断面図である。
【図２】 実施の形態による電鋳薄刃砥石の平面図である。
【図３】 Ｓｎめっき層を形成するまえの電鋳薄刃砥石を示す刃先部の拡大断面図である。
【図４】 第二の実施の形態による電鋳薄刃砥石の刃先部の拡大断面図である。
【図５】 実施の形態による電鋳薄刃砥石の平面図である。
【図６】 電鋳薄刃砥石の刃先部にレーザ光を照射する工程を示す説明図である。
【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 電鋳薄刃砥石
１１ 超砥粒
１２ 金属めっき相
１２ａ 表面
１６ 刃先部
２２ 再結晶組織
２４ スリット

Claims (5)

1. Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からなる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、
   前記金属結合相からの超砥粒の突き出し量を超えない厚みのＳｎめっき層を刃先部の金属結合相表面に形成し、
   該刃先部を熱処理してＳｎめっき層を溶融させて前記金属結合相と合金化させたことを特徴とする電鋳薄刃砥石。
2. 前記刃先部を熱処理することによって得られる合金化された再結晶組織の幅が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電鋳薄刃砥石。
3. Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からなる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、前記金属結合相からの超砥粒の突き出し量を超えない厚みのＳｎめっき層を刃先部の金属結合相表面に形成すると共に前記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、前記刃先部を熱処理して、前記Ｓｎめっき層を溶融させて金属結合相と合金化させたことを特徴とする電鋳薄刃砥石。
4. Ｎｉ，Ｃｏまたはこれらの合金からなる金属結合相中に超砥粒を分散配置すると共に前記金属結合相の表面にＳｎめっき層を形成してなる電鋳薄刃砥石を、所定速度で回転させつつ刃先部にレーザ光を照射して所定幅に亘り、前記Ｓｎめっき層を溶融させて前記金属結合相と合金化させてなる電鋳薄刃砥石の製造方法。
5. レーザ光の照射に先だって刃先部には所定間隔でスリットを形成したことを特徴とする請求項４記載の電鋳薄刃砥石の製造方法。

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