JP7013027B2 - 電着工具の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、台金表面に砥粒を電着固定した電着工具の製造方法に関する。

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、工具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。

そこで、本発明においては、砥石作用面上に砥粒が規則正しく配列された電着工具の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の電着工具の製造方法は、粘着テープ上に貼り付けられたメッシュシートの各オープンスペースに砥粒を１個ずつ配設すること、粘着テープからメッシュシートを剥離すること、砥粒が付着した面を台金の表面に向けて粘着テープを配置し、プレスすることにより台金の表面に砥粒を埋め込むこと、台金の表面に電気めっきを施すことを含む。

本発明の電着工具の製造方法によれば、粘着テープ上に貼り付けられたメッシュシートのオープンスペースに砥粒が１個ずつ配設することにより、粘着テープからメッシュシートを剥離すると、粘着テープ上に砥粒が規則正しく配列され、この粘着テープの砥粒が付着した面を台金の表面に向けて配置し、プレスすることで、台金の表面、すなわち砥石作用面上に砥粒が規則正しく配列され、電気めっきにより台金へ保持される。

ここで、電気めっきは、プレス後、砥石作用面に付着している粘着剤を除去した後に行うことが望ましい。これにより、粘着テープを剥がした際に粘着テープの粘着剤が砥石作用面に付着している場合に、この付着している粘着剤を除去した後に電気めっきを行うことで、めっき皮膜をきれいに形成することができる。なお、粘着剤が残っていると、粘着剤が絶縁体となって電気めっきができなくなるため、プレス後、粘着剤は完全に除去した後に電気めっきを行う必要がある。

また、本発明の電着工具の製造方法では、電気めっきを砥粒の１個分の厚さだけ施した後、めっき皮膜を磨いて砥粒の一部を表面に露出させることが望ましい。これにより、台金上に１層だけ埋め込まれた砥粒をめっき皮膜により完全に覆って面触れを除去することが可能となる。

粘着テープ上に貼り付けられたメッシュシートの各オープンスペースに砥粒を１個ずつ配設し、粘着テープからメッシュシートを剥離し、砥粒が付着した面を台金の表面に向けて粘着テープを配置し、プレスすることにより台金の表面に砥粒を埋め込み、台金の表面に電気めっきを施すことにより、砥石作用面上に砥粒が規則正しく配列された電着工具が得られる。

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（２．５μｍ Ｒｚ）に比べて平滑な加工面（０．３μｍ Ｒｚ）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１０ｎｍ Ｒｚ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 (2)

1. 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の製造方法であって、
   粘着テープ上に貼り付けられたメッシュシート上へ前記メッシュシートの各オープンスペースに相当する大きさの砥粒を散布することにより、前記メッシュシートの各オープンスペースに砥粒が１個ずつ配設された前記メッシュシートを作成すること、
   前記粘着テープから前記メッシュシートを剥離すること、
   前記砥粒が付着した面を前記台金の砥石作用面となる表面に向けて前記粘着テープを配置し、プレスすることにより前記台金の砥石作用面となる表面に前記砥粒を埋め込むこと、
   前記プレス後、前記粘着テープを剥がし、前記台金の砥石作用面となる表面に付着している粘着剤を除去した後、前記台金の砥石作用面となる表面に電気めっきを施すこと、
   前記電気めっき後、めっき皮膜を磨いて前記砥粒のそれぞれの一部を前記台金の砥石作用面となる表面に露出させること
   を含む電着工具の製造方法。
2. 前記電気めっきは、前記砥粒の１個分の厚さだけ施すことを特徴とする請求項１記載の電着工具の製造方法。

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