JPS60217064A - メタルボンド砥石の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、メタルボンド砥石の製造法に関し、サラに詳
しくは、一定のマスキングパターン規制に従って砥粒が
固着されたメタルシートを薬品浴により非導電性層を除
去した後積層して熱間加圧成形してなる砥石の製造法に
関する。

従来技術（発明の背景） 加工法として最も早くから使用されてきた研削は、他の
加工法に比較して不明な点が多く残され、工具（砥石）
の選択から加工に至るまで、専ら勘と経験とトライ・ア
ンド・エラーにより行われている。その結果、加工能率
、加工精度等の点で他の加工法のような著しい進歩がな
されていない。これは、主として、工具である研削砥石
に不確実な要素が多く存在するためである。細工具に比
較しての研削砥石のこれら不確定要素としては、 （α）無限多刃工具である。

（ｂ）　切刃（砥粒）の分布がランダムである。

（Ｃ）　切刃形状が不均一である。

（ｄ）　切刃に寄与する有効切刃と寄与しない無効切刃
が存在する。

（有効切刃の全切刃に対する割合は１０チ以下と言われ
る。） なぎが挙げられ、また上記（ｂ）〜Ｃｄ）の要素も研削
に従って変化する。しかし、研削は一般に条件が穏やか
で、少量の金属しか除去しない仕上加工にのみ用いられ
、また研削砥石が他の工具に比較して極めて安価である
ことなどから、研削加工のこの面での研究開発の遅れは
、従来それ程の問題とならなかった。

ところが、昭和５０年代に入９、ＣＢＮ砥石が導入され
、それまで使用されていたダイヤモンド砥石と併せ、こ
れら超砥粒砥石の使用比率が高まってくると、状況に変
化が生じた。すなわち、超砥粒の持つ高い能力から、研
削加工法自体への要求が高精度から高能率まで幅広くな
ったこと、また、砥粒ひいては砥石が極めて高価で、こ
れまでの一般砥石のように「砥石は減るもの」と安易に
考えてはいられなくなったことなどである。このような
変化に応じて、砥石、特に超砥粒砥石に対して以下のよ
うな要求が高くなると考えられる。

（イ）砥石中のランダム要素をできるだけ排除し、砥石
性能を定量的に把握、変更可能とする。

（ｃ１９　砥粒に加わる負荷を均一化し、砥石の長寿命
化を図る。

（ハ）無効切刃をできるだけ排除し、高性能で安価な砥
石を供給する。

最近、超砥粒砥石の性能向上を図るため、砥粒表面を金
属で被覆したものを樹脂マトリックス中に結合させた砥
石など、種々の砥石が提案されているが、前記した研削
砥石の不確定要素を配慮したものはなく、専ら砥粒の樹
脂マトリックスへの結合性に主眼が置かれている。しか
し、このような結合性が改善されたとしても、前記した
研削砥石の不確定要素を排除しない限り、その性能を不
変的に把握することは困難であり、また砥石性能を定量
的に変更したシ、無効切刃の一割合を低減させ超砥粒砥
石の低価格化を図ることは困難である。

発明の目的 従って、本発明の目的は、砥石におけるランダム性の最
大の要素と考えられる砥粒切刃分布のランダム性を排除
し、一定則に従った砥粒分布を有する砥石を製造可能な
方法を提供することにあり、その結果、砥粒切刃分布を
任意に変えることによシ、砥石性能の定量的な把握、変
更が可能であると共に、砥粒に加わる負荷を均一化する
ことによって砥石の長寿命化が図れ、また無効切刃が可
及的に排除された高品質で安価な砥石を供給しようとす
るものである。

発明の構成 本発明は、メタルシート表面上への一定ノマスキングパ
ターン規制に従っての砥粒の固定と、このように砥粒が
固定されたメタルシートの積層成形との組合せを利用し
、上記砥粒の固定様式とｙ層様式との組合せにより一定
則に従った砥粒分布を確保し、前記したような特性、特
長を有する一体成形されたメタルボンド砥石を提供する
ものである。

すなわち、本発明に係るメタルボンド砥石の製造法は、
所定形状のメタルシートの表面に砥粒固定位置を規制す
るためのマスキングパターンを非導電性層によシ形成し
、次いで該メタルシートを、砥粒を混入してなる金属イ
オン含有電解浴中に浸漬し、上記メタルシートと対極と
の間の通電によって、上記メタルシート表面の非導電性
層のマスキングパターンにより規制されるメタルシート
露出部に前記砥粒を析出金属により固定し、次いで得ら
れた砥粒固定メタルシートを、薬品浴により非導電性層
を除去した後、一定則に従って積層し、これを熱間加圧
成形することを特徴とするものである。

発明の態様 以下、本発明について詳しく説明すると、本発明に係る
メタルボンド砥石の製造法は、大別してメタルシート表
面への非導電性層のマスキングパターンの形成、該マス
キングパターンの規制に従った砥粒の電着、非導電性層
の除去、熱間加圧成形の各工程からなる。

Ａ）非導電性層のマスキングパターンの形成α）メタル
シートの製作 非導電性層のマスキングパターンの形成に先だって、ボ
ンド基材となる所定形状のメタルシー）（ｆ＃Ｉ、銅合
金、アルミニウム合金等の金属のシート）を製作する。

例えば、一般的な平砥石に使用されるメタルシートの形
状例を第１図に示す。

メタルシート１は、外径１５０〜４５Ｑｍｒｎ程度、内
外周差５〜ｌＱｍｍ程度のドーナツ型であシ、その厚さ
は０．１〜Ｑ　、　３　ｍｍ程度が適当である。以下の
説明では便宜上第１図に示すメタルシートの形状を基に
説明するが、メタルシートの形状が第１図に示すものに
限定されないことはもとよシである。

また、メタルシートの材質としては、導電性を示す各種
金属が使用可能であるが、銅７０〜９０％〔重量比〕の
黄銅シートを例として説明する。後述するように圧延シ
ートを使用するが、この際、加工硬化に−より硬度が上
がる。従って、使用目的により低硬度結合剤（ボンド木
材）が必要な場合には、焼鈍し軟化して使用する。

７０／３０黄銅の焼鈍条件と硬度の関係を第２図に示す
。一方、使用目的によりさらに高い硬度が必要とされる
場合には、黄銅成分中に若干の鉄を加え、硬度を得るこ
ともできる。また、シート厚さは使用される砥粒粒度に
より変るが、一般的な砥粒使用粒度（Φ６０〜”２７０
　）に対しては３０〜１００μ廊が適当と考えられる。

薄すぎると加工、取扱い等の面で、また厚すぎると砥粒
分布のコントロール等の面で好ましくない。このような
厚さは通常の圧延によシ得られるが、前述したように圧
延後焼鈍が必要となる。

ｂ）非導電性層のマスキングパターンの形成以上のよう
に所定の形状に裁断されたメタルシートの表面に、次い
で砥粒分布位置を規制するだめのマスキングパターンを
非導電性層により形成する。すなわち、砥粒固定位置を
残してメタルシート表面を非導電性層パターンによシマ
スキングする。

この非導電性層マスキングパターンの形成ニは各種方法
が適用可能であるが、非マスキング部の線の細さや作業
性等を考慮すると、レジン塗付印刷法及び紫外線硬化型
樹脂フォトレジスト法の２つの方法が好適に適用できる
。

レジン塗付印刷法は、メタルシート表面に各種印刷法に
よシ非導電性の樹脂を印刷する方法であり、安価で手軽
な方法である。この方法は、粗粒度砥粒（＋６０〜”＋
　２０　）を使用する場合には適当であるが、印刷厚さ
が０．１〜０．２朋と大きいため、細粒度砥粒を使用す
る場合には向かない。印刷厚さを減少させるためには樹
脂粘度を低くする必要があるが、これにより印刷ダレが
生じ、パターンが不鮮明となり易いので好ましくない。

一方、紫外線硬化型樹脂フォトレジスト法は、紫外線硬
化型樹脂に非導電性マスキングパターンに応じたネガフ
ィルムを通して紫外線を照射してこれを硬化し、前述の
メタルシート上に固着させる方法である。メタルシート
上に紫外線硬化型樹脂を塗布し、一定厚さの樹脂膜を得
ることもできるが、市販されているフィルム状樹脂（例
えば、旭化成社製Ｄｒｙ　Ｆｉｌｍ　Ｒｅ５ｉｓｔ　）
を用いれば、微小で均一な厚さを持つ樹脂膜が容易に得
られ、鮮明なパターンが得られる。上記Ｄｒｙ　Ｆｉｌ
ｍ　Ｒａｚｉｚｔはキャリ７フイ／ｌｚＡ／７．ｔ）レ
ジスト／カバーフィルムの積層構造を有し、下記表に示
すような品種のものが市販されている。

表：旭化成社製Ｄｒｙ　Ｆｉｌｍ　Ｒｅｇｉｚｔの品種
Ｅ−１５１５μ　エツチング用 Ｐ−２５２５μ　メッキ用 Ｐ−３８（Ｔ−３８）　３８μ　メッキ用（メッキ・テ
ンティング用）Ｔ−５０５０μ　テンティング用 パターン解像力と紫外線露光量との関係は第３図に示さ
れるとおシであるが、塗付法では得られない百分台の解
像力が得られている。マスキングパターン露光後、未露
光部レジストとキャリアフィルムは１，１．、ｌ−トリ
クロロエタンなどの溶剤で溶かし、除去する。

以上のような方法を用いてメタルシート表面に非導電性
層のマスキングパターンが形成されるが、その−例を第
４図及び第５図に示す。第４図及び第５図において、２
は非導電性層であり、３は該非導電性層のマスキングパ
ターンに従って非導電性層２の間に露出されたメタルシ
ート１の非マスキング部であシ、本例の場合には非マス
キング部３は放射状となるようにマスキングされている
。各非マスキング部の間隔はｌ　Ｑｍｍ内外が適当であ
るが、砥石の大きさや後述する砥粒分布のコントロール
に従って適宜の値に設定できる。上記メタルシート１の
非マスキング部３に砥粒が電着される。

第６図及び第７図に他の非導電性層のマスキングパター
ンの例を示す。第６図においては非マスキング部３αが
渦巻状に廷びており、一方、第７図においては、前記第
４図に示す放射状の非マスキング部３の他にさらに、同
心円の波紋状に複数個の非マスキング部３ｈが形成され
るようにマスヤングされている。非導電性層のマスキン
グパターンは図示するものに限らず、任Ｂ）砥粒の電着 前記のように所望のマスキングパターンが形成されたメ
タルシートには、次いで非導電性層の膜間隙間から露出
した非マスキング部（メタルシート露出部）に砥粒が電
着される。電着は通常の電着法で行う。

まず、前記のように非導電性層２のマスキングパターン
が形成されたメタルシート１にメッキ装置の負極を接続
し、これを砥粒を分散させてなる金属イオン含有電解浴
（メッキ浴）中に水平状に浸漬する。すると、砥粒は電
解液よシ重いので沈降し、メタルシート１上に砥粒が敷
詰められた状態となる。ここで、電解浴中に浸漬した適
当な対極と前記メタルシート１との間で通電すると、メ
タルシート１の非マスキング部（露出部）３上に存在す
る砥粒４は、該非マスキング部３に析出する金属層５（
メッーキ層）により第８図に示すように固着される。そ
の後、メタルシート１を電解浴から引き上げると、第６
図に示すように非マスキング部３にのみ砥粒４が固着さ
れたメタルシート１が得られる。なお、砥粒分布の正確
なコントロールを達成スるためには、メタルシート１の
非導電性層２形成面と反対の面にも全面に非導電性層被
膜を形成して、この面への砥粒の電着を完全に排除する
ようにしてもよい。但し、砥粒は電解液よシも重いので
、メタルシートを電解浴中に静置した状態ではその下部
に存在する砥粒は殆んど沈降してしまうので、通常は前
記した処理は必要ない。

また、非マスキング部３の線の太さは、砥粒分布のコン
トロールの面からは可能な限シ細いことが些ましい。電
着メッキ条件についても同様で、後述する積層時に動か
ないように、砥粒４をメタルシート１上の所定位置に仮
止めする程度で充分である。

メッキ浴としては、従来公知のニッケルメッキ、クロム
メッキ、銅メッキ、合金メッキ等各種メッキ浴が使用で
き、特定のメッキ浴及びメッキ液組成に限定されるもの
ではない。これは、本発明の方法における電着メッキが
主に砥粒の固着という技術的意義を有するので、析出金
属が特定の金属に限定されるものでないからである。但
し、メタルシートがメッキ液にょシ侵されることは避け
ねばならないので、使用するメタルシートの金属の種類
によって好適なメッキ液の選択の必要性が生じてくる。

メッキは、非マスキング部の非導電性層膜間隙間を埋め
るための予備メッキと、砥粒を固着する本メッキの工程
に分かれる。予備メッキは、非マスキング部の韓を埋め
るだけであるためラフなメッキ条件、例えばメッキ電流
密度ＩＡ／ｄｍ”以上の条件でよい。メッキ処理時間は
、非導電性層の膜厚、非マスキング部の隙間距離にょシ
異なるが、１０〜２０分程で充分である。本メッキは、
メッキ量を最小限度に留めるために微弱なメッキ条件と
する。例えば、メッキ電流密度０．１〜０，５Ａ／ｄｍ
”　、メッキ時間はやは９１０〜２０分程度である。

メッキ後、非導電性層は薬品浴等により除去する。

Ｃ）熱間加圧成形 前記のようにして砥粒が固着（メッキによる電着）され
たメタルシートは、次いで成型用金型内に必要枚数（例
えば１００〜５００枚）積層し、熱間加圧焼結する。

成形条件は、製作する砥石の大きさく経、厚さ等）によ
っても変るが、通常、４００〜６ｏｏｈｙＦｃｍ”の圧
力下、メタルシート材融点の７割程度（黄銅で約６５０
°Ｃ）に環元雰囲気中で昇温し、３０〜１２０分間保持
する。メタルシートはシート間の熱間加圧接触で一体化
し、砥粒がメタル間に存在した形態のメタルボンド砥石
材が得られる。

その後、中空空孔部にはアルミニウム製などのコアを接
着する。

なお、メタルシートが薄すぎて軸方向の砥粒分布間隔が
狭すぎ、また結合剤（メタル）供給が不充分の場合には
、砥粒固定メタルシートと未固定のメタルシート或いは
充填用金属粉末とを交互に積層してもよい。

砥粒固定メタルシート（あるいはさらに未固定のメタル
シート或いは充填用金属粉末）は好ましくは一定則に従
って積層する。この積層剤は、後述する砥粒分布のコン
）ｏ−ルを目的とするもので、積層した砥粒置屋メタル
シートの軸のまわりに各層毎に一定角度回転させての積
層剤（砥石の軸方向および円周方向の砥粒分布コントロ
ール）を含む。

メタルボンド砥石中の砥粒は、非導電性層のマスキング
パターンによシー次元（砥石回転方向）或いは２次元（
砥石回転方向及び半径方向）の分布を与えられる他、さ
らにメタルシートの積層方法により積層方向（平砥石で
は軸方向）の砥粒分布が決まる。

積層体りの外観を第９図に示すが、後に砥石研削面とな
るのは積層体りの外周面Ｍである。

研削面の面粗さを向上させるためには、砥石回転方向（
第９図の矢印方向）に沿って砥石表面を見た場合、第１
０図（Ａ）及びＣＢ）に示すように、砥粒４が重なり合
う必要がある。本発明の方法ではこの砥粒４の重なり具
合を左右する砥石軸方向の砥粒分布をメタルシートの積
層方法が決定するため、充分な配慮が必要である。

砥粒分布のコントロール： 研削砥石はランダムな切刃分布を持つということが従来
の常識であったため、適切な切刃分布に関しての説は皆
無である。しかし、研削に寄与する砥粒、すなわち有効
砥粒の砥石表面の分布状況についてはいくつかの論文が
見られる。

中白−雄「研削と切削の関連」機械の研究第２３巻、第
５号（ｔ９７＋）Ｐ１７４〜によれば、研削に実際に寄
与している砥粒の砥石表面に存在する砥粒全体に占める
割合は２％はどしかなく、残シの９８％は無効切刃とい
うことである。また、ここが最も注目すべき点と考えら
れるが、砥石回転方向同一周上での砥粒間隔、連続切刃
間隔はおよそ１００ｍ７ｒＬ程にもなるということであ
る。

本発明は、このような研削砥石の砥粒分布を有効にコン
ト四−ルし、無効切刃の可及的排除及び研削性能の向上
を可能とするものである。

砥粒分布のコントロールは、前記したように一次元的、
２次元的及び３次元的に可能である。

まず、−次元的なコントロールとしては砥石の回転方向
（円周方向）の分布があり、これは前記した非導電性層
のマスキングパターンの形成により行われる。例えば、
第４図に示すようなマスキングパターンお場合、砥粒ハ
非マスキング部３上に回転方向に一定の間隔を置いて配
置されることになり、メタルシートの積層をランダムに
行っても、非マスキング部３間の間隔の設定により砥粒
分布の一次元的コントロールができる。

第６図に示すマスキングパターンの場合、上記回転方向
の分布の他の半径方向の分布も加味されておシ、２次元
的な要素を帯びている。第７図に示スマスキングパター
ンの場合、回転方向及び半径方向の両方の分布となシ、
２次元的な砥粒分布のコントロールが可能となる。

２次元的な砥粒分布の要素としては、上記回転方向の分
布、半径方向の分布の他に、メタルシートの厚さも加わ
る。すなわち、メタルシートの厚さく砥粒固定メタルシ
ートと充填用メタルシートの合計厚さ）に応じて、砥石
の外周面において軸方向に一定の間隔で砥粒が分布する
ことになる。

上記半径方向の砥粒分布、回転方向の砥粒分布、メタル
シートの厚さの各要素の組合せによシ２次元的に砥粒分
布をコントロールでき、また上記全ての要素の組合せに
よシ３次元的砥粒分布のコントロールが可能となる。

３次元的分布の要素としては、上記メタルシートの厚さ
の他に、各砥粒固定メタルシート層の積層の際の回転角
度がある。すなわち、積層の際に砥粒固定メタルシート
を少しずつ回転させて積層することにより、積層方向（
軸方向）の砥粒分布のコントロールもできる。従って、
前記した砥粒固定メタルシート面上での半径方向の砥粒
分布、回転方向の砥粒分布と共に積層方向の砥粒分布に
より、３次元的な砥粒分布のコントセールが可能となる
。

先にも指摘したように、重要な砥石の研削面（外周面）
における砥粒分布（砥石回転方向と軸方向の砥粒分布ン
の一例を第１１図に模式的に示す。矢印方向が砥石回転
方向である。本発明者の研究によると、砥石回転方向の
砥粒間隔（１寸法）は２５ｒｒＬｒｉＬ以下、軸方向の
砥粒間隔（−寸法）は１７７１７７Ｌ以下が研削性能上
好都合であることが判明した。前記したように、１寸法
は回転方向の砥粒分布によ９％　−寸法は積層方向の砥
粒分布（積層の際の各砥粒固定メタルシートの回転角度
）によりコントロールできる。

本発明の方法は、ダイヤそンド、立方晶窒化硼素等の超
砥粒の他、一般砥粒（アルミナ系、カーポランダム糸砥
粒）についても適用可能である。ところが、切刃形状の
ランダム性についてまでは本発明の方法は対応できない
。しかし、一般砥粒と比較し、超砥粒は八面体結晶など
原子構造に従った砥粒形状を持っ砥粒の比率が高く、こ
の点でのランダム性は少ない。また、砥粒表面状態の時
間的変化は、砥粒硬度が高く、砥粒摩耗が著しく少ない
ことから、超砥粒砥石では殆んど無視できるものと考え
られる。従って、本発明の方法は、超砥粒に適用した場
合に本発明の効果を超えたさらに大きな意義が見い出さ
れるので、超砥粒に最も好適に適用できる。

実施例 以下、本発明の製造法の具体的な一例を示して本発明の
理解の一助に供するが、本発明が下記実施例により何ら
限定されるものでないことはもとよシである。

黄銅（銅７０Ｍ景裂）の圧延シート（約０．１ｍｒｒＬ
）を第１図に示すようなドーナツ状（内周径１５Ｑｙｘ
ｍ、内外周差５　ｍｍ　）に裁断した。得られたメタル
シート表面に、フェノール系レジンを塗布し、第４図に
示すパターンを形成した。

得られた非導電性層のマスキングパターン形成後のメタ
ルシートにメッキ装置の′負極を接続し、これを粒度＋
８０のダイヤモンド砥粒を分散させたＭメッキ液中に水
平状に浸漬し、電流密度ｌ　Ａ／ｃｌ−の条件で約１５
分間、さらに電流密度０．５４’ｄｒｎ’の条件で１０
分間メッキ処理した。非導電性層はブチルエーテルで除
去した。

得られた砥粒固着メタルシートを砥粒未固着のメタルシ
ートと共に交互に成型金型内に積層し、４ｏｏｈｙｆ　
／ｃｍ”の圧力を加え、約６５ｏ０ｃニ保持した。保持
時間は約１時間で、この間数回ガス抜きのため除圧を行
った。水沫で製作した砥材摺部は通常の方法でアルミニ
ウム本体部（コア）と接合、仕上げし、砥石とした。

このようにして製作された砥石を、研削速度１６００　
ｍ／７７Ｌｉｎ、ワーク速度Ｉ　Ｑ　ｍ／ｍｉｎ、切込
み＋０．３ｏｐｎｔの条件で平面研削を行ったところ、
良好な研削性能を示した。

発明の効果 以上のように、本発明に係るメタルボンド砥石の製造法
は、メタルシート表面への砥粒固定位置を規制する非導
電性層のマスキングパターンの作成、該マスキングパタ
ーン規制に従っての砥粒の電着による固定、及び一定則
に従って積層された砥粒固定メタルシート積層体の熱間
加圧成形から基本的に構成されるため、これまでランダ
ムな砥粒切刃分布を持つことが常識とされてきた研削砥
石の砥粒切刃分布を任意にコントロールすることができ
、その研削使用面内にて任意の２次元的分布を有する砥
石を製造できる。

従って、砥粒に加わる負荷を均一化することによって砥
石の長寿命化が図れると共に、超砥粒砥石において高価
格の要因となっていた無効砥粒切刃を低減、排除でき、
これら砥石の低価格化を図ることができる。さらに、こ
れまで定量的に把握、変更できなかった砥石性能の定量
的把握及び変更が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は平砥石に使用されるメタルシートの形状例を示
す平面図、第２図は７０／３０黄銅の焼鈍東件と硬度と
の関係を示すグラフ、第３図は紫外線硬化型フィルム状
樹脂（Ｄｒｙ　ＦｉｌｍＲａｚｉｚｔ）のパターン解像
力と紫外線露光量との関係を示すグラフ、第４図はメタ
ルシート表面に形成された非導電性層のマスキングパタ
ーンの一例を示す部分平面図、第５図は第４図Ｘ部の拡
大斜視図、第６図及び第７図はマスキングパターンの他
の例を示す部分平面図、第８図はメタルシートへの砥粒
の固着状態を示す概略説明図、第９図は砥粒固定メタル
シート積層体の斜視図、第１０図（Ａ）は第９図に示す
積層体の外周面の平面図、第１０図ＣＢ）は第１０図（
Ａ）のＹ−Ｙ矢視図、第１１図は砥石の研削面における
砥粒分布の一例を示す模式図である。 １はメタルシート、２は非導電性層％　３１３”１３ｂ
は非マスキング部、４は砥粒、５は金属層。 出願人　株式会社小松製作所 代理人　弁理土木　原　正　章 弁理士浜　本　忠 鍵尤ｔ　（ｍｌ／ｃｒｎ２） （Ａ）　（８） 第１１貌（

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定形状のメタルシー、トの表面に砥粒面定位ｔをｉ制
   するためのマスキングパターンを非導電性層により形成
   し、次いで該メタルシートを、砥粒を混入してなる金属
   イオン含有電解浴中に浸漬し、上記メタルシートと対極
   との間の通電によって、上記メタルシート表面の非導電
   性層のマスキングパターンによシ規制されるメタルシー
   トＮ山部に前記砥粒を析出金属によシ固定し、次いで得
   られた砥粒固定メタルシートを、薬品浴により非導電性
   層を除去した後、一定則に従って積層し、これを熱間加
   圧成形することを特徴とするメタルボンド砥石の製造法
   。