JPH0649274B2 - 電着薄刃砥石およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、特にシリコンやフェライト等の被削材におけ
る高精度の切断加工や溝入れ加工に用いられる電着薄刃
砥石およびその製造方法に関する。

「従来の技術」 この種の超精密加工用砥石としては、従来から第４図に
示すような電鋳薄刃砥石が使用されている。

図において符号１は、ＮｉやＣｏあるいはそれらの合金
等からなる金属メツキ相内に、ダイヤモンドやＣＢＮ等
の超砥粒を分散させることによって形成された、厚さ数
十μｍ〜数百μｍの輪環薄板状の電鋳薄刃砥石である。
そして、この電鋳薄刃砥石１は、両側面に配設された一
対の取付用フランジ２，２間に挾まれたうえ、軸線まわ
りに回転される砥石軸４にナット３によって締め付け固
定され、使用に供される。

「本発明が解決しようとする問題点」 ところが、このような電鋳薄刃砥石１では、ち密な金属
メッキ相により超砥粒が強固に保持されているため、超
砥粒が脱落しにくく、新たに切削に関与すべき超砥粒の
突出が遅く、いわゆる超砥粒の自生発刃作用が不十分で
あるという問題があった。また、砥石面にチップポケッ
トが形成されにくく、切り屑の排出性および冷却性が悪
いという問題もあった。

そこで、電鋳薄刃砥石全体を多孔質化し、超砥粒の保持
力を適当に弱めることによって、超砥粒の自生発刃作用
を高めるとともに、チップポケットの形成を容易にする
ことが考えられるが、この場合には砥石全体の強度が低
下してしまい、使用に耐えなくなる。

また、この種の電鋳薄刃砥石は、切削に係わらない砥石
の中央部にも超砥粒を含むものであるから、超砥粒がそ
の分無駄になり、歩留まりが悪いといった問題もある。

一方、この超砥粒の歩留まりの悪さを改善するため、一
般の電着砥石のように、機械的に打ち抜き成型した台金
の周縁に、超砥粒を分散させたメッキ層を形成した薄刃
砥石も考えられるが、１０〜３００μｍという極めて肉
薄な、しかも平面精度の高い台金を得ることは現在のと
ころ困難であり、満足のいく切削精度が得られなかっ
た。また、単なる金属板でこのような肉薄の台金を構成
したのでは、変形しやすく、砥石として十分な強度が得
られない。

「本発明の目的」 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、１０〜３０
０μｍという肉薄のものでありながら強度が高く、超砥
粒の自生発刃作用、切り屑の排出性および冷却性に優
れ、しかも製造時における超砥粒の歩留まりが良い電着
薄刃砥石およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

「問題点を解決するための手段」 本発明の電着薄刃砥石は、Ｎｉ，Ｃｏおよびこれらの合
金から選ばれた金属メッキ相中に硬質粒子または硬質繊
維を２０〜６０vol％分散してなる薄板状の台金と、こ
の台金の外周縁に形成され、Ｎｉ，Ｃｏおよびこれらの
合金から選ばれた金属相中に超砥粒および１０〜６０vo
l％の気孔を分散させてなる多孔質砥粒層とからなるこ
とを特徴とする。

「実施例」 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の電着薄刃砥石を示し、符号
１０は台金、１１は台金１０の外周縁に形成された砥粒
層である。

前記台金１０は、Ｎｉ，Ｃｏおよびこれらの合金から選
ばれた金属メッキ相鋳に、硬質粒子または硬質繊維を２
０〜６０vol％分散してなる薄板状のものである。前記
硬質粒子（硬質繊維）は、アルミナ等の酸化物，炭化ケ
イ素等の炭化物，窒化チタン等の窒化物，Ｂ_４Ｃ等のホ
ウ化物などから適宜選択され、一種あるいは複数種を組
み合わせて使用される。この硬質粒子（硬質繊維）の割
合が２０vol％未満であると、台金１０の強度が不十分
となり、一方、６０vol％より大きいと、台金１０の脆
性が大きくなる。また、台金１０の肉厚が１０μｍ未満
であると、薄すぎて強度が足らず砥石として使用困難と
なり、反対に３００μｍより厚いと、台金１０をメッキ
によって形成するメリットが無くなる。

他方、前記砥粒層１１は、Ｎｉ，Ｃｏおよびこれらの合
金から選ばれた金属相中に、ダイヤモンドまたはＣＢＮ
等の超砥粒を分散させると同時に、１０〜６０vol％の
気孔を分散させてなるものであり、多孔質構造となって
いる。この気孔の割合が１０vol％未満であると、金属
メッキ相が超砥粒を保持する力が強く、超砥粒が脱落し
にくく、十分な超砥粒の自生発刃作用が得られない。ま
た、気孔率が６０vol％より大きいと、超砥粒を保持す
る力が小さくなりすぎ、砥粒層の摩滅が著しくなる。な
お、砥粒層１１の厚さ（図中ｔ）は、２０μｍ以上であ
ることが望ましい。２０μｍ未満では、砥石の寿命が短
く、実用的でない。

次に、上記電着薄刃砥石の製造方法を第２図および第３
図を用いて説明する。

まず始めに、第２図に示す装置を用いて、台金１０の製
造を行なう。図中符号２０はメッキ槽であり、このメッ
キ槽２０内には、Ｎｉ，Ｃｏ等の金属イオンを含むメッ
キ液Ｍが満たされている。また、このメッキ槽２０に
は、図示しない超音波攪拌機等の攪拌機が配設されてお
り、メッキ液Ｍの攪拌がなされるようになっている。

上記メッキ槽２０内には、非導電性の台座２１が水平に
配置されており、この台座２１上には、ステンレス製の
平面基板２２が載置されている。この平面基板２２の上
面には、製造すべき砥石の原型形状をなす部分を残して
マスキングが施されている。また、平面基板２２の上方
には、平面基板２２と平行に陽極板２３が配置され、図
示しない電源の陽極に接続されている。

台金１０を製造する際には、まず、メッキ槽２０内のメ
ッキ液Ｍに、所定量の硬質粒子（硬質繊維）を添加し、
攪拌機によって硬質粒子（硬質繊維）をメッキ液Ｍ中に
均一に分散する。次いで平面基板２２を電源の陰極に接
続し、陽極板２３との間に通電し、平面基板２２の表面
に金属メッキ層２４を形成しつつ、この金属メッキ層２
４内に硬質粒子（硬質繊維）を均一に分散させる。やが
て、金属メッキ層２４が所定の肉厚に達したら、通電を
停止し、平面基板２２をメッキ槽２０から取り出して水
洗する。そして、この平面基板２２から金属メッキ層２
４を剥がし、台金１０とする。なお、金属メッキ層２４
を所望の形状より大きめに成形したのち、台金１０の形
状に打ち抜いてもよい。

次に、こうして得られた台金１０を、第３図の装置にセ
ットし、この台金１０の外周に砥粒層１１を電着する。

第３図の装置の構成を説明すると、符号３０は軸線方向
を水平に向けて配置された有底円筒形のケースであり、
このケース３０内には、ケース底部に形成された孔を貫
通して金属製のシャフト３１の一端が挿入されている。
このシャフト３１の他端はモータ３２に連結されてお
り、シャフト３１が回転駆動されるようになっている。
また、シャフト３１のケース３０内に位置する一端に
は、フランジ部３１Ａが一体成型されており、このフラ
ンジ部３１Ａには、フランジ部３１Ａの端面が露出する
ように樹脂製の円盤３３が取り付けられている。また、
このフランジ部３１Ａ端面の中央には雌ネジ孔３４が形
成されており、この雌ネジ孔３４には、円盤３３と同径
樹脂製の台金固定用円盤３５が、その中央に形成された
雄ネジ３５Ａをねじ込まれて固定されている。これら円
盤３３，３５の外周には、メッキ液攪拌用の羽根３６，
３７が放射状に多数形成されている。

一方、ケース３０の内部には、円筒状のＮｉ（またはＣ
ｏ）製の陽極３８が、ケース３０と同軸に取り付けられ
ており、電極の陽極に接続されている。そして、ケース
３０の開口部には、蓋３９が着脱自在に螺合されてお
り、これによりケース３０内が液密に封止されている。

さて、この装置を用いて台金１０に砥粒層１１を形成す
るには、まず台金固定用円盤３５と、円盤３３との間に
台金１０（図では肉厚が誇張されている）をセットし、
円盤３５の雄ネジ３６を円盤３３の雌ネジ孔３４に締め
込んで台金１０を固定する。この状態でシャフト３１の
フランジ３１Ａは台金１０に接触し、シャフト３１と台
金１０とが導通状態となる。

次いで、ケース３０内部に、ダイヤモンドまたはＣＢＮ
等の超砥粒を分散させたメッキ液を満たし、蓋３９を締
め付けて封止する。ここで、上記超砥粒には、その少な
くとも一部に無電解メッキ法等によりＮｉ，Ｃｏ等の金
属被膜を形成しておく。

次いで、モータ３２を始動するとともに、シャフト３１
を電源の陰極に接続して通電し、メッキを行なう。する
と、円盤３３，３５の回転により、円盤の外周に形成さ
れた羽根３６，３７がケース３０内のメッキ液を攪拌
し、超砥粒を均一に分散させる。同時に、メッキ液中の
金属イオンは、超砥粒を取り込みつつ台金１０の外周縁
に析出する。その際、金属メッキ相に付着した超砥粒の
表面に形成されている金属被膜上にも、金属メッキ相が
形成されていくので、超砥粒と超砥粒の間の空隙は十分
に充たされぬまま気孔となって残り、多孔質構造が形成
される。ここで、この気孔の生成割合は、金属被膜を
備えた超砥粒が全超砥粒中に占める割合、メッキ液中
での超砥粒の分散密度、メッキ速度等を適宜設定する
ことによって、１０〜６０vol％となるように調整す
る。

やがて、砥粒層１１が所定肉厚に達したら、通電を停止
し、台金１０を取り出して洗浄し、次いで所定形状に整
形して電着薄刃砥石を得る。

このような構成からなる電着薄刃砥石およびその製造方
法によれば、砥粒層１１中に１０〜６０vol％の気孔を
分散し、砥粒層１１を多孔質構造としたので、砥粒層１
１中の超砥粒の保持力を適度に弱めて、超砥粒の自生発
刃作用を促すことができ、従来から同様の用途に使用さ
れている電鋳薄刃砥石と比較して、砥石の切削抵抗を格
段に低減でき、被切削材に生じる加工損傷を大きく低減
することが可能である。また同時に、チップポケットの
形成が容易になるので、切り屑の排出性向上が図れると
ともに、砥粒層１１表面での冷却水保持効果を高め、砥
石の冷却効率向上が図れる。

また、砥石の台金１０を、硬質粒子あるいは硬質繊維を
分散させた金属メッキ層によって構成したので、砥石全
体を多孔質とした電鋳薄刃砥石および機械的に成形した
金属台金板を用いた電着砥石と比較して、１０〜３００
μｍという肉薄にかかわらず、砥石強度を著しく高める
ことができる。また同時に、メッキ法を用いて形成する
ので、肉厚の制御が容易で、平面精度を格段に向上で
き、ひいては砥石の切削精度を高めることが可能であ
る。

また、切削に関与する砥粒層１１にのみ、高価な超砥粒
を含み、切削に関与しない台金１０には超砥粒を含まな
い構成なので、砥石全体に超砥粒を含む電鋳薄刃砥石と
比較して、超砥粒の歩留まり向上が図れ、ひいては砥石
製造コスト低下を図ることができる。

なお、上記実施例の砥石製造方法では、超砥粒に金属被
膜を形成しておくことによって、砥粒層を多孔質として
いたが、本発明はこの方法に限られるものではない。例
えば、台金のメッキすべき周縁に極く薄い油膜を形成す
るとともに、メッキ液中に過酸化水素水等の発泡性物質
を入れておくことにより、メッキ時に前記周縁に微細な
泡を付着させ、この泡の部分を気孔として残し、砥粒層
を多孔質構造とすることも可能である。

「発明の効果」 本発明の電着薄刃砥石およびその製造方法によれば、以
下の効果が得られる。

砥粒層中に１０〜６０vol％の気孔を分散し、砥粒層
を多孔質構造としたので、砥粒層中の超砥粒の保持力を
適度に弱めて、超砥粒の自生発刃作用を促すことができ
る。したがって、従来から同様の用途に使用されている
電鋳薄刃砥石と比較して、砥石の切削抵抗を格段に低減
でき、切れ味に優れるので、被切削材に生じる加工損傷
を大きく低減できる。また同時に、チップポケットの形
成が容易になるので、切り屑の排出性向上が図れるとと
もに、砥粒層表面での冷却水保持効果を高め、砥石の冷
却効率向上が図れる。

砥石の台金を、硬質粒子あるいは硬質繊維を分散させ
た金属メッキ層によって構成したので、砥石全体を多孔
質とした電鋳薄刃砥石および機械的に成形した金属台金
板を用いた電着砥石と比較して、砥石強度を著しく高め
ることができ、１０〜３００μｍという肉薄の場合にも
砥石として十分な強度が得られる。また同時に、メッキ
法を用いて台金を形成するため、肉厚の制御が容易で、
平面精度を向上でき、ひいては砥石の切削精度を高める
ことが可能である。

切削に関与する砥粒層にのみ、高価な超砥粒を含み、
切削に関与しない砥石台金には超砥粒を含まない構成な
ので、砥石全体に超砥粒を含む電鋳薄刃砥石と比較し
て、超砥粒の歩留まり向上が図れ、ひいては砥石製造コ
スト低下を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電着薄刃砥石の断面図、第
２図は同砥石の台金製造に使用する製造装置の縦断面
図、第３図は同台金に砥粒層を形成するための装置の縦
断面図、第４図は従来の電鋳薄刃砥石を砥石軸に固定し
た状態を示す縦断面図である。 １０……台金、１１……砥粒層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｎｉ，Ｃｏおよびこれらの合金から選ばれ
   た金属メッキ相中に硬質粒子または硬質繊維を２０〜６
   ０vol％分散してなる円環薄板状の台金と、この台金の
   外周縁に形成され、Ｎｉ，Ｃｏおよびこれらの合金から
   選ばれた金属相中に超砥粒および１０〜６０vol％の気
   孔を分散させてなる多孔質砥粒層とからなることを特徴
   とする電着薄刃砥石。
2. 【請求項２】前記硬質粒子あるいは硬質繊維は、酸化
   物，炭化物，窒化物，ホウ化物およびこれらの混合物か
   ら選択されたものからなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電着薄刃砥石。
3. 【請求項３】前記台金の肉厚は１０〜３００μｍである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の電着薄刃砥石。
4. 【請求項４】平面基板上に、Ｎｉ，Ｃｏおよびこれらの
   合金から選ばれてなる金属メッキ相を形成しつつこのメ
   ッキ相内に２０〜６０vol％の硬質粒子もしくは硬質繊
   維を分散して円環状の台金層を形成し、次いで上記平面
   基板を取り除いて薄肉板状の台金としたのち、この台金
   の外周縁にＮｉ，Ｃｏおよびこれらの合金から選ばれて
   なる金属メッキ相を形成しつつ、この金属メッキ相中に
   超砥粒および１０〜６０vol％の気孔を分散させて多孔
   質砥粒層を形成することを特徴とする電着薄刃砥石の製
   造方法。