JPH0970759A - 切れ味に優れた超砥粒多孔質Ｎｉ電着砥石およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い研削精度と優れた研削能力を示すＮｉ電
着砥石を提供する。 【構成】 体積率にして５０〜２００％のガラス質粉末
粒子よりなる被覆層を表面に有するダイヤモンド砥粒あ
るいはＣＢＮよりなる超砥粒が、電着Ｎｉを結合材とし
て１０〜３０％の気孔率を有する砥粒層を構成する。超
砥粒の表面をガラス質粉末層で被覆し、さらにその外側
に無電解メッキにより金属Ｎｉ層を設けた複合砥粒をＮ
ｉ電気メッキ浴中に懸濁させながら、浴中に浸漬した台
金を陰極として電気メッキを行って、台金上に沈積した
複合砥粒を台金上に固着して砥粒層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属、セラミックス、
石材、コンクリート、ガラス等の硬度の高い被研削体の
重研削加工に使用した場合に加工精度に優れ、かつ長期
にわたって高い研削能力を発揮する超砥粒多孔質Ｎｉ電
着砥石およびその製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、砥石を使用した研削加工におい
て、金属、セラミックス、等の硬度の高い材料を精度よ
く加工するためには、ダイヤモンドあるいは立方晶窒化
ほう素（以下、ＣＢＮという）よりなる砥粒（以下、超
砥粒という）を用い、ガラス質の結合剤（以下、ビトリ
ファイドボンドという）によってこの超砥粒を結合して
砥粒層を形成した超砥粒ビトリファイドボンド砥石が広
く用いられている。この砥粒層には多くの場合気孔が設
けられ、研削の際に切屑を保持するチップポケットとし
て作用するのみならず、この気孔のために、通常の研削
に際しては砥粒が適度に脱落して、常に新しい砥粒が研
削面に露出するので切れ味がよく、ひいては加工精度を
高めるのに大いに寄与している。しかし、この超砥粒ビ
トリファイドボンド砥石を重研削加工に用いると砥粒層
の強度が低いために砥粒の保持力が十分でなく、目こぼ
れが生じやすいので砥石磨耗量あたりの研削量（以下、
研削比という）が低く、特に重研削加工においては砥石
の消耗が極めて大きくなる。

【０００３】これに対し重切削加工においても高い研削
比で研削が可能な方法として、例えば特開昭６０−８０
５６２号公報には、砥粒層の厚さを砥粒粒径の数倍ない
し数十倍以上とし、かつ当該砥粒層には体積率にして１
０〜７０％、望ましくは２０〜６０％の気孔を有する電
着砥石が開示されている。この発明の電着砥石はその製
造方法において、表面を金属によって覆った砥粒を攪拌
しつつある電気めっき浴中を落下せしめ、この砥粒が台
金表面の砥粒層生成面に接触した際に、電気めっきによ
り固着して砥粒層を形成することにより、電着金属と被
覆砥粒の間に強固な結合力を与え、研削乃至切断加工時
において砥粒の過剰な脱落を防止するとともに、落下し
た砥粒が砥粒層表面に沈積する際に砥粒間に生じた気孔
が砥粒の保持力を適度に弱めているので、研削乃至切断
加工時に砥粒が適宜脱落し、適切な砥粒の自生発刃作用
を生じるので十分な加工精度と十分な加工効率を得るこ
とができるとしている。さらに、上記公報は砥粒層に存
在する気孔が研削屑の排出を容易にするチップポケット
の作用を有し、また冷却作用を高める効果を有するの
で、加工精度及び加工能率の向上に貢献すると述べてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、電子機器部品を
はじめとする精密部品の成形加工において省力化と高能
率化の要求は強く、これにともなって重研削加工が試み
られているが、これにおいても寿命が長く、且つ長期に
わたって十分な研削精度を維持できる砥石が強く望まれ
ている。しかし、上述の従来ビトリファイドボンド砥石
では研削比が十分でないので、所望の寿命が得られず、
一方、上記特開昭６０−８０５６２３において開示され
ている電着砥石の製造工程においては、電気めっき浴中
に砥粒を均一に分散させることが困難で、たとえ界面活
性剤等の化学薬品あるいは超音波撹拌機などの補助手段
を用いたとしても電解による砥粒層形成の際に砥粒を砥
粒層形成面に均一に沈積させることが難しく、たとえば
砥粒が塊のまま落下して沈積する等の原因により砥粒同
士が直接接触したまま固着してしまうため砥粒層中の砥
粒および気孔を十分に均一に分布せしめることには著し
く困難を伴なう。その結果、近年特に微細化の傾向が著
しい電子機器等の精密部品が要求する表面研削精度に満
足に対応できないのが現状である。このため、重研削加
工を行っても耐久性を有し、かつ精密部品加工が要求す
る高い研削精度を十分に満足する超砥粒砥石が強く求め
られている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、過
酷な条件下の重研削加工においても、高い研削比、優れ
た切味、および長時間にわたって高い研削精度を維持で
きる超砥粒砥石を開発すべく研究を行った結果、図１の
概略断面図に示すように、ダイヤモンド砥粒またはＣＢ
Ｎ砥粒よりなる超砥粒１の表面にガラス質粉末粒子２よ
りなるガラス質被覆層を設け、このガラス質被覆層をさ
らに金属Ｎｉ層３で被覆することにより、内側にガラス
質被覆層を有し外側に金属Ｎｉ層を有する構造の、２層
よりなるコーティング層によって被覆された複合砥粒を
形成した後、この複合砥粒をＮｉめっき浴中に懸濁せし
め、Ｎｉめっき浴中に浸漬した台金を陰極とし、台金に
対向して上方に設けたＮｉ電極を陽極としてＮｉめっき
を行えば、図２の砥粒層概略断面図に示すように、前記
複合砥粒の内層を形成するガラス質粉末粒子２は、硬度
が高いが靭性に乏しい結晶質あるいは非結晶質のガラス
質層４を形成し超砥粒１を覆っているので、研削に伴な
って適度な砥粒の脱落が生じることにより切れ刃の自生
発刃作用が活発となり、切れ味に優れ、極めて高い研削
精度が得られる。これに対し前記複合砥粒の外層を形成
する金属Ｎｉ層３は、Ｎｉめっきに際して、電着Ｎｉに
よって隣接する複合砥粒を相互に強固に結合して金属Ｎ
ｉボンド相５を形成するので徒らに砥粒が脱落すること
を防止し、研削比を著しく高めることができる。さら
に、各々の複合砥粒は均一な厚さを持つ被覆層を有する
ので砥粒層形成の際に複合砥粒の沈積に多少の不均一が
生じても、複合砥粒の中心を成す超砥粒は周囲に２層よ
りなるコーティング層を有するので、超砥粒自身が相互
に直接接触することなく、その分布は高い研削精度を得
るのに十分な均一性を持つので、このようしてに製造し
た砥石による研削加工は近年の電子部品が要求する精度
を十分に満足するのである。さらに、自然沈降により沈
積した複合砥粒は複合砥粒間に空隙を持ってゆるく堆積
しつつ電着Ｎｉにより相互に固着するので、複合砥粒層
は複合砥粒間に空隙を維持したまま形成され、研削屑の
スムースな排出と冷却効果に優れている。その結果、切
削効率の向上に多大な貢献をしている。

【０００６】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、ダイヤモンド砥粒あるいはＣＢＮ
砥粒が結晶質あるいは非結晶質のガラスよりなるガラス
被覆層を介して電着ボンド相と結合している砥粒層を形
成しており、結晶質あるいは非結晶質のガラスよりなる
上記ガラス質被覆層が超砥粒に対する割合で３０〜２０
０体積％、望ましくは５０〜１００体積％であり、また
上記砥粒層が砥粒層全体に対する割合で１０〜３０体積
％、望ましくは１５〜２５体積％の気孔を有する超砥粒
メタルボンド砥石に特徴を有するものであり、超砥粒の
表面をガラス質粉末粒子で被覆してガラス質被覆砥粒と
し、しかる後上記ガラス質被覆砥粒の表面に無電解メッ
キ法により金属Ｎｉ層を形成せしめてガラス質被覆層を
介して金属Ｎｉ層で覆われてなる複合砥粒とした後、上
記複合砥粒を台金上にＮｉめっきにより固着せしめ砥粒
層を形成する製造法に特徴を有するものである。

【０００７】なお、砥粒層においてガラス質被覆層を形
成するガラス質粒子の超砥粒に対する割合を３０〜２０
０体積％、望ましくは５０〜１００体積％と限定したの
は、ガラス質粒子の超砥粒に対する割合が３０体積％に
満たないとガラス質粉末粒子による超砥粒の被覆が不十
分で、超砥粒が直接金属Ｎｉと結合するために研削に伴
なう砥粒の脱落が過小になるため切れ刃の自生作用に乏
しくなり、切れ味並びに研削精度が低下するからであ
る。また、ガラス質粒子の超砥粒にたいする割合が２０
０体積％を超えると、砥粒層の有する超砥粒の保持力が
不足するために砥粒の脱落が激しくなり、研削比が著し
く低下するためである。さらに、砥粒層中の気孔容積を
砥粒層全体に占める割合で１０〜３０体積％、望ましく
は１５〜２５体積％と限定したのは、この割合が１０体
積％より小さいと重研削加工を行った場合に研削屑の排
出が不十分で研削抵抗を十分に低下せしめることができ
ず所望の研削精度が得られないからであり、また３０体
積％より大きいと砥粒層が重研削加工を行うに足る強度
を失うために研削比を高めることができないからであ
る。

【０００８】

【実施例】次に、この発明の砥石を実施例により具体的
に説明する。まず、超砥粒として表２に示される平均粒
度を有するダイヤモンド砥粒を用意し、さらにガラス質
粉末粒子としてこれを構成する主成分であるＳｉ、Ａ
ｌ、Ｂ、およびＮａの酸化物をそれぞれＳｉＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、およびＮａ２Ｏで表現した時、それぞれ
表１に示される組成及び平均粒径を有するガラス質粉末
粒子イ〜ハを用意した。

【０００９】

【表１】 次に、表２に示される割合にてダイヤモンド砥粒および
ガラス質粉末粒子イ〜ハを混合し、これにバインダーと
してポリビニールアルコール（以下ＰＶＡという）の１
０重量％水溶液を上記混合粒子：１００ｇに対して２ｍ
ｌの割合で加えて撹拌機を用いて撹拌してスラリーと
し、これを流動層中に噴射して投入することにより、ガ
ラス質粉末粒子によって被覆された超砥粒よりなるガラ
ス質被覆砥粒ａ〜ｅを製造した。

【００１０】

【表２】 つぎに、上記ガラス質被覆砥粒ａ〜ｅの各々について、
市販のＮｉ無電解めっき液に添加し懸濁せしめることに
より、ガラス質被覆粒子の表面に約１０μｍの金属Ｎｉ
層を被着せしめ、中心を成すダイヤモンド砥粒の周囲
に、内側にビトリファイドボンドよりなる一次層と、外
側に厚さ：約１０μｍの金属Ｎｉよりなる二次層の２層
よりなる被覆層を有する超砥粒よりなる複合砥粒Ａ〜Ｅ
をそれぞれ製造した。

【００１１】ついで、本発明の超砥粒多孔質Ｎｉ電着砥
石（以下、本発明の砥石という）の性能を評価するため
図３に図式的に示す製造装置を用いて外径：１９８ｍ
ｍ、厚さ：１０ｍｍの形状を有する炭素鋼（ＪＩＳ：Ｓ
４５Ｃ）製の円板よりなる台金の外周に上記複合砥粒を
電着せしめ、厚さ：１ｍｍの砥粒層を外周部に電着して
なる本発明の砥石１〜５を製造した。

【００１２】図３において、電気めっき槽７は上記複合
砥粒が懸濁している市販のＮｉめっき浴Ｓで満たされて
いる。Ｎｉめっき浴Ｓ中には外周を除き金属露出部分が
すべて電気絶縁性の高いテープで覆われた台金９が浸漬
されており、さらに台金９の上方のＮｉめっき浴Ｓ中に
はＮｉ電極８が配置されている。台金９は側面の中心に
回転軸１１が設けられており第３図の縦断面図に示され
ていない外部の動力機構によって回転するとともに、こ
の回転軸１１は外部の直流電源１２のマイナス端子１４
と接続されており、Ｎｉめっき浴Ｓの中でＮｉめっきの
負極として作用する。Ｎｉ製の電極８は外部の直流電源
１２のプラス端子１３と接続されてＮｉめっき浴Ｓ中で
Ｎｉめっきの正極として作用し、台金９が形成する負極
と対をなしてＮｉめっきを実施することにより台金９の
外周部にＮｉめっきが施される。Ｎｉめっき浴Ｓ中には
５ｇ／ｌの割合で複合砥粒Ａ〜Ｆが添加されており、Ｎ
ｉめっき浴Ｓ中に設けた図示されていない撹拌装置によ
ってＮｉめっき浴Ｓ中に分散・懸濁しており、中心軸１
１を中心として回転する台金９の外周部の上面に位置す
る部分に沈積するので、直流電源１２より直流電気を供
給することによりＮｉめっき浴Ｓから析出する金属Ｎｉ
によって台金９の外周部に固定されて砥粒層１０を形成
する。この砥粒層１０は台金９の回転に伴い全周にわた
り順次その厚みを増すので、所定の時間を通電すること
により台金９の全外周にわたりほぼ均一な厚さ：１ｍｍ
の砥粒層１０を形成上しめることにより、複合砥粒Ａ〜
Ｆよりなる厚さ：１ｍｍの砥粒層を外周部に電着してな
る本発明の砥石１〜５を製造した。

【００１３】つぎに、比較の目的で従来の超砥粒多孔質
Ｎｉ電着砥粒（以下、従来の砥石という）１〜３をを製
造した。まず、７０μｍの平均粒径を有するダイヤモン
ド砥粒を用意し、これに無電解めっき法によってＮｉ被
膜を施した。ついで、このようにして作ったＮｉ被覆ダ
イヤモンド砥粒をＮｉめっき浴中に添加して懸濁せし
め、図３に示すものと同じ製造装置を用いて、本発明の
砥石の製造方法とほぼ同様の方法で、同じく外径：１９
８ｍｍ、厚さ：１０ｍｍの形状を有する炭素鋼（ＪＩ
Ｓ：Ｓ４５Ｃ）製の台金の外周に厚さ：１ｍｍの砥粒層
を電着せしめた。この際、Ｎｉめっき浴中の砥粒密度、
Ｎｉめっき浴の撹拌度合い、直流電源から供給する直流
電気の電流値を変えることによって表３に示す気孔率を
有する砥粒層を外周部に有する従来砥石を製造した。

【００１４】このように製造した本発明の砥石１〜５お
よび従来砥石１〜３の砥粒層からサンプルを採取し、硝
酸にてＮｉを溶解除去してダイヤモンド砥粒とガラス質
粉末粒子よりなる溶解残とし、ついでこの溶解残をフッ
酸処理することによりガラス質粉末粒子を溶解除去して
溶解前後の重量の差からガラス質粉末粒子の量を求め、
残量をダイヤモンド砥粒の量とし、各々の比重を用いて
計算することにより砥粒層においてガラス質粉末粒子と
ダイヤモンド砥粒の占める容積の比（以下、ビト／ダイ
ヤ体積比という）を算出し、表３に示す値を得た。さら
に、同様に本発明の砥石１〜５および従来砥石１〜３の
砥粒層から採取したサンプルを用いて、水銀ポロシメト
リー法により気孔率を測定し、表３に示す結果を得た。

【００１５】

【表３】 つぎに、加工精度、耐磨耗性、耐重研削性を評価する目
的で、本発明の砥石１〜５と従来砥石１〜３について次
の条件で研削試験を実施し、面粗さ、研削比、研削抵抗
を測定し表４に示す値を得た。

【００１６】 研削試験機：岡本平研製 形式：ＰＳＧ−５２ＤＸＮＣ ホィール周速： １８００ｍ／ｍｉｎ テーブル送り：１０ｍ／ｍｉｎ 切込み：０．１０ｍｍ 研削液：ソリュブル 研削量：１０００ｍｌ 被削材：ＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）

【００１７】

【表４】

【００１８】

【発明の効果】表４に示される結果から明らかなよう
に、本発明の砥石１〜５はいずれも従来砥石１〜３に比
べ、面粗さ、研削比、研削抵抗のいづれの値においても
優れた値を示すから、本発明の超砥粒電着砥石を重研削
加工に使用すれば、高能率にして、かつ長期にわたって
優れた仕上がり精度の研削を行うことができるので、そ
の産業上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の複合砥粒の概略断面図

【図２】 本発明の超砥粒電着砥石の砥粒層の概略断面
図

【図３】 本発明の砥石を製造するための装置の一例を
図式的に示す縦断面図

【符号の説明】 １ 超砥粒 ２ ガラス質粉末粒子 ３ 金属Ｎｉ層 ４ ガラス質層 ５ 金属Ｎｉボンド相 ６ 空孔 ７ 電気めっき槽 ８ Ｎｉ電極 ９ 台金 １０ 砥粒層 １１ 回転軸 １２ 直流電源 １３ プラス端子 １４ マイナス端子 Ｓ Ｎｉめっき浴

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素よ
   りなる超砥粒が、ガラス質被覆層を介して金属Ｎｉボン
   ド相と結合して砥粒層を形成していることを特徴とする
   切れ味に優れた超砥粒多孔質Ｎｉ電着砥石。
2. 【請求項２】 上記ガラス質被覆層が、超砥粒に対する
   割合で３０〜２００体積％なるガラス質粉末粒子よりな
   ることを特徴とする請求項１記載の切れ味に優れた超砥
   粒多孔質Ｎｉ電着砥石。
3. 【請求項３】 上記砥粒層が、砥粒層全体の体積に占め
   る割合で１０〜３０体積％の気孔を有することを特徴と
   する請求項１記載の切れ味に優れた超砥粒多孔質Ｎｉ電
   着砥石。
4. 【請求項４】 上記ガラス質粉末粒子が、結晶質ガラス
   よりなることを特徴とする請求項１記載の切れ味に優れ
   た超砥粒多孔質Ｎｉ電着砥石。
5. 【請求項５】 上記ガラス質粉末粒子が、非結晶質ガラ
   スよりなることを特徴とする請求項１記載の切れ味に優
   れた超砥粒多孔質Ｎｉ電着砥石。
6. 【請求項６】 ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素よ
   りなる超砥粒の表面をガラス質粉末粒子で被覆してガラ
   ス質被覆砥粒とした後、このガラス質被覆砥粒の表面に
   無電解メッキ法により金属Ｎｉ層を形成せしめて、ガラ
   ス質被覆層を介して金属Ｎｉ層で覆われた超砥粒よりな
   る複合砥粒とし、この複合砥粒をＮｉめっき浴中で台金
   上に沈積せしめながらＮｉめっきを施すことにより、上
   記複合砥粒を台金上に固着せしめて砥粒層を形成するこ
   とを特徴とする切れ味に優れた超砥粒多孔質Ｎｉ電着砥
   石の製造法。