JP7013026B2

JP7013026B2 - 電着工具

Info

Publication number: JP7013026B2
Application number: JP2019020970A
Authority: JP
Inventors: 卓弥仙波
Original assignee: fukuokakougyoudaigaku
Current assignee: fukuokakougyoudaigaku
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2022-01-31
Anticipated expiration: 2039-02-07
Also published as: JP2020127977A

Description

本発明は、台金の表面に砥粒を電着固定した電着工具に関する。

近年需要が増えている高硬度・小物部品の研削加工には、電気めっきを行い、台金の表面にダイヤモンド砥粒を１層だけ固定化した電着工具が多用されている。従来の電着工具として、例えば、特許文献１には、粗粒のダイヤモンドホイールを使って平滑な研削加工面を作るため、工具の回転中心から砥石作用面にある砥粒先端までの距離を揃えることができる砥粒埋込み電着工具の製造方法が開示されている。

特開平６－３９７２９号公報

電気めっきを行い、台金の表面にダイヤモンド砥粒を１層だけ固定化した電着工具は既存の工具の中では最も切れ味が良い。しかしながら、通常、電着工具では、工具の回転中心から砥粒先端までの距離が揃っていないため、平滑な加工面は作れない。

上記特許文献１に記載の電着工具では、工具の回転中心から砥石作用面にある砥粒先端までの距離を揃えることができるとされているが、工具台金に機械振動を付加して砥粒を分散させても砥石作用面上に砥粒が均一に分布している保証はない。したがって、砥石の幅方向の粗さにはバラツキがある。

本発明は、砥石幅方向の粗さを均一にして平滑な研削加工面を作ることが可能な電着工具を提供することを目的とする。

本発明の電着工具は、台金の表面に砥粒を電着固定した電着工具であって、砥粒は、台金の表面に正方配列され、かつ、研削方向に対して斜交配列されたものであり、砥石作用面にある砥粒先端の高さを揃えたものである。本発明の電着工具によれば、研削方向に対して斜交配列された砥粒により条痕の幅を減少させることができるため、砥石幅方向の粗さを均一にすることができる。

本発明の電着工具によれば、研削方向に対して斜交配列された砥粒により条痕の幅を減少させることができるため、砥石幅方向の粗さを均一にすることができ、メッシュサイズが＃５００以下の粗粒を使用した場合であっても平滑な研削加工面を作ることが可能となる。

本発明の実施の形態における電着工具の概要を示す図であって、（Ａ）は電着工具を砥石作用面からみた正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＺ－Ｚ線切断部端面図である。（Ａ）本発明の実施の形態における正方配列させた砥粒を斜交配列させた電着工具と、（Ｂ）砥粒を単に正方配列させ、工具回転中心から砥石作用面にある砥粒先端までの高さを揃えた電着工具とを比較した説明図である。本発明の実施の形態における電着工具の製造方法を示すフロー図である。メッシュシート作成工程の説明図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。メッシュサイズ＃１００のメッシュシートに、メッシュサイズ＃１００の砥粒を散布して作成したメッシュシートの顕微鏡画像である。メッシュシート剥離工程の説明図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。メッシュサイズ＃１００の砥粒が規則正しく付着された粘着テープの顕微鏡画像である。台金への砥粒埋込み工程を示す説明図である。粘着剤除去工程を示す説明図であって、（Ａ）は粘着剤除去前の状態を示す縦断面図、（Ｂ）は粘着剤除去後の状態を示す縦断面図である。粘着剤を除去した後の台金表面の顕微鏡画像である。マシニングセンタにより面触れ除去を行う様子を示す説明図である。めっき皮膜の凹凸を平坦化する様子を示す説明図である。ロータリングドレッサによりドレッシングを実施する様子を示す説明図である。ドレッシングにより砥粒を砥石作用面に露出させる様子を示す説明図である。台金への砥粒埋込み後、電気めっき後、ならびに湿式ラッピング後に観察した砥石作用面の様子を示す顕微鏡画像であって、上段は５倍の微分干渉顕微鏡画像を示す図、下段はレーザ走査顕微鏡画像を示す図である。研削実験の説明図である。（Ａ）はＳＤ４００を使って成形された加工面の顕微鏡画像（比較例）を示す図、（Ｂ）はＳＤ１４０Ｐを使って成形された加工面の顕微鏡画像（実施例）を示す図である。

図１は本発明の実施の形態における電着工具の概要を示す図であって、（Ａ）は電着工具を砥石作用面からみた正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＺ－Ｚ線切断部端面図である。

図１（Ｂ）に示すように、本発明の実施の形態における電着工具１は、台金２の表面に砥粒３を電着固定し、砥石作用面にある砥粒３先端の高さ（工具回転中心から砥粒３先端までの高さ）を揃えた電着砥石である。砥粒３は、図１（Ａ）に示す正方形のメッシュ４の交差部４Ａにそれぞれ１個ずつ配列（正方配列）されている。なお、図１（Ａ）に示すように、正方形のメッシュ４は、研削方向に対して傾斜角度θで配置されている。すなわち、砥粒３は、研削方向に対して傾斜角度θで斜交配列されていることになる。

図２は（Ａ）本発明の実施の形態における正方配列させた砥粒を斜交配列させた電着工具と、（Ｂ）砥粒を単に正方配列させ、工具回転中心から砥石作用面にある砥粒先端までの高さを揃えた電着工具とを比較した説明図である。

図２（Ａ）に示すように、正方配列させた砥粒３を斜交配列させた電着工具１では、条痕の幅ｂ＝ω・ｃｏｓθ／ｍであり、傾斜角度θを増やせばｂは減少する。そのため、砥石幅方向（研削方向に対して直交方向）の粗さ≒０となる。なお、同一円周上の砥粒数ｎは無限大であるため、トラバース方向の粗さ≒０である。

一方、図２（Ｂ）に示すように、砥粒を単に正方配列させ、工具回転中心から砥石作用面にある砥粒先端までの高さを揃えた電着工具では、条痕の幅ｂ＝ω／２であり、砥石幅方向の粗さは均一となるが、良くはない。なお、同一円周上の砥粒数ｎは無限大であるため、トラバース方向の粗さ≒０である。

次に、本発明の実施の形態における電着工具の製造方法について、図３のフロー図に従って説明する。図３は本発明の実施の形態における電着工具の製造方法を示すフロー図である。

（Ｓ１０１）メッシュシート作成
図４はメッシュシート作成工程の説明図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。図４に示すように、ポリエチレン製のメッシュシート１０の裏面に粘着テープ１１を貼付け、表側から砥粒３を散布する。砥粒３としては、例えばブロッキーなダイヤモンド粒子を破砕して作られたメッシュサイズが＃５００以下の粗粒のダイヤモンド砥粒を使用する。これにより、各オープンスペース１０Ａに砥粒３が１個ずつ配設されたメッシュシート１０を作成する。図５はメッシュサイズ＃１００のメッシュシート１０に、メッシュサイズ＃１００の砥粒３を散布して作成したメッシュシート１０の顕微鏡画像である。

（Ｓ１０２）メッシュシート剥離
図６はメッシュシート剥離工程の説明図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。図４に示す粘着テープ１１からメッシュシート１０を剥離すると、図６に示すように、砥粒３が規則正しく付着された粘着テープ１１が作成される。図７はメッシュサイズ＃１００の砥粒３が規則正しく付着された粘着テープ１１の顕微鏡画像である。

（Ｓ１０３）プレスにより砥粒埋込み
図８は台金への砥粒埋込み工程を示す説明図である。図８に示すように、砥粒３が付着された粘着テープ１１をカップ形の台金１２の表面に貼付け、砥粒３の先端が揃うようにプレス機を使ってプレスすることにより、台金１２に砥粒３を埋込む。台金１２は、黄銅やジュラルミンといった軟質な工具台金である。例えば、黄銅製の台金１２を超硬製の金型１３上に配置し、３ｔプレスにより砥粒３を台金１２に埋込む。このとき、砥石作用面にある砥粒３先端の高さが揃うようにプレスする。なお、後に粘着テープ１１により付着した粘着剤１１Ａを除去するので、完全フラットには押し切らないようにする。

（Ｓ１０４）粘着剤除去
図９は粘着剤除去工程を示す説明図であって、（Ａ）は粘着剤除去前の状態を示す縦断面図、（Ｂ）は粘着剤除去後の状態を示す縦断面図である。上記プレス後、粘着テープ１１を剥がし、砥石作用面に付着している粘着剤１１Ａを除去する。粘着剤１１Ａがアクリル系の場合、トルエンに漬けて除去する。図１０は粘着剤１１Ａを除去した後の台金表面の顕微鏡画像である。

（Ｓ１０５）電気めっき
台金１２への砥粒３の保持力を上げるため、台金１２の表面にニッケルを電気めっきする。このとき、砥粒３の１個分の厚さだけめっき皮膜１４（図１２参照。）を形成する。

（Ｓ１０６）砥粒先端露出
めっき後、図１１に示すように、作成された電着工具１Ａを立形マシニングセンタに取り付け、芯ぶれ防止用止めボルトを使って芯出しを行い、面触れを除去するために、図１２に示すように耐水ペーパ等（図示せず。）でめっき皮膜１４を磨き、めっき皮膜１４の凹凸を平坦化し、砥粒３の先端を一部露出させる。

最後に、面触れを除去した電着工具１Ａに対し、図１３に示すように、メッシュサイズが＃３０００のロータリングドレッサＧＶ３０００Ｖを使用し、図１４に示すように、砥粒３を粒径ｄの１／５程度、砥石作用面に露出させるためのドレッシングを実施する。これにより、砥粒３が台金１２の表面に一部埋設され、台金１２の表面に砥粒３の一部が露出しためっき層１４Ａを有する電着工具１Ａが完成する。

図１５は台金への砥粒埋込み後、電気めっき後、ならびに湿式ラッピング後に観察した砥石作用面の様子を示す顕微鏡画像であって、上段は５倍の微分干渉顕微鏡画像、下段はレーザ走査顕微鏡画像を示している。

本発明の電着工具の有用性を確認するため、比較例としての粒径が３７．５μｍ（メッシュサイズ＃４００）の市販のレジンボンドダイヤモンドホイール（ＳＤ４００Ｂ）と、実施例としての砥粒３の粒径が１０７．１μｍ（メッシュサイズ＃１４０）の電着工具１Ａ（ＳＤ１４０Ｐ）とを使って研削実験を行った。図１６に示すように、まずＳＤ４００Ｂ（比較例）を使って研削を行い、その後、ＳＤ１４０Ｐ（実施例）を使って研削を行った。研削は１５００ｒｐｍ、１００ｍｍ／ｍｉｎ、２μｍ切込みにより行った。

図１７（Ａ）はＳＤ４００を使って成形された加工面の顕微鏡画像（比較例）を示し、（Ｂ）はＳＤ１４０Ｐを使って成形された加工面の顕微鏡画像（実施例）を示している。図１７に示すように、メッシュサイズが＃１４０の電着工具１Ａ（ＳＤ１４０Ｐ（実施例））を使ったにもかかわらず、市販のメッシュサイズ＃４００のレジンボンドダイヤモンドホイール（ＳＤ４００Ｂ（比較例））を使った場合の加工面（２．５μｍＲｚ）に比べて平滑な加工面（０．３μｍＲｚ）が得られている。

すなわち、本発明の電着工具では、研削方向に対して斜交配列された砥粒により条痕の幅を減少させることができるため、砥石幅方向の粗さを均一にすることができ、メッシュサイズが＃５００以下の粗粒を使用した場合であっても平滑な研削加工面を作ることが可能となっている。また、傾斜角度θを例えば８０°以上に設定することにより、メッシュサイズ＃５００以下の粗粒を使用して、砥石幅方向の粗さを１０ｎｍＲｚ以下とすることも可能となる。

本発明の電着工具は、高硬度・小物部品の研削加工に有用であり、特に、砥石幅方向の粗さを均一にして、メッシュサイズが＃５００以下の粗粒により平滑な加工面を形成可能な電着工具として好適である。

１，１Ａ電着工具
２台金
３砥粒
４メッシュ
４Ａ交差部
１０メッシュシート
１０Ａオープンスペース
１１粘着テープ
１１Ａ粘着剤
１２台金
１３金型
１４めっき皮膜
１４Ａめっき層

Claims

台金の砥石作用面となる表面に砥粒が１層だけ電着固定された電着工具であって、
前記砥粒は、前記台金の砥石作用面となる表面に、研削方向に対して傾斜させて配置される正方形のメッシュの交差部にそれぞれ１個ずつ配列され、当該砥粒の先端が揃うように前記台金にプレスすることにより埋め込まれたものであり、砥石作用面にある全ての砥粒先端の高さを揃えた電着工具。
前記砥粒は、前記台金の表面に一部埋設されたものであり、
前記台金の表面には、前記砥粒の一部が表面に露出しためっき層を有する
請求項１記載の電着工具。
前記砥粒は、メッシュサイズ＃５００以下の粗粒である請求項１または２に記載の電着工具。