JP6578525B2

JP6578525B2 - 砥粒

Info

Publication number: JP6578525B2
Application number: JP2015112562A
Authority: JP
Inventors: 谷　泰弘; 泰弘谷; 宙治桐野
Original assignee: Tool Bank East CO., LTD; Crystal Optics Inc
Current assignee: Tool Bank East CO., LTD; Crystal Optics Inc
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: JP2016221651A

Description

本発明は、電着工具等に用いられる砥粒に関する。

従来から、研削や切断等の各種加工において、ダイヤモンドやＣＢＮ（Cubic Boron Nitride）からなる超砥粒をワイヤや台金等の母材に固着させた電着工具やレジンボンド工具を用いることが知られている。レジンボンド工具では、超砥粒が樹脂によって母材に固着されており、一般的に電着工具に比べて保持強度が弱く、磨耗が激しいため、超砥粒が母材から脱落し易いという問題がある。

一方、電着工具は、超砥粒が電着によって母材に固着されており、レジンボンド工具に比べて磨耗し難いが、超砥粒を電着するめっき処理に時間を要する。そのため、このような電着工具では、製造時における電着速度を向上させるために、超砥粒の表面を主にＮｉ等の導電性を有する金属で被覆した金属被覆砥粒が多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１では、砥粒の切れ味の劣化を防止するために、ダイヤモンド又はＣＢＮからなる砥粒本体の表面の一部を露出させるように、砥粒本体の表面をＮｉ等の導電性を有する金属で被覆している。

特開２０１０−０３６２９８号公報

しかしながら、従来の超砥粒の表面をＮｉで被覆した金属被覆砥粒は、めっき液中に投入されてから、ある程度時間が経過すると、表面に不働態膜が形成され、導電性が低下して電着し難くなる。また、ｐＨが低い場合（酸性が強い場合）には、金属被覆砥粒の表面が溶出し、表面の導電性が失われていく。そのため、このような金属被覆砥粒を用いる場合において、所望の電着速度を維持するためには、絶えず新しい金属被覆砥粒をめっき液中に投入し続けるか、又は、所定時間経過後に、めっき液中の金属被覆砥粒を回収して、新たな金属被覆砥粒をめっき液に再度投入し直す必要があるため、製造効率が低下すると共に、金属被覆砥粒の消費量が増加するため、製造コストが増加するという問題がある。また、特許文献１のように砥粒本体の表面の一部を露出させている場合には、金属被覆されている部分と金属被覆されていない露出部分の界面から侵食され易いため、砥粒の母材に対する保持力が低下し、砥粒が母材から脱落し易くなるという問題がある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、めっき液中において導電性を維持することができ、且つ、電着された母材からの脱落を発生し難くすることができる砥粒を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る砥粒は、砥粒がめっき液中で電着によって母材に固着されてなる電着工具における砥粒であって、砥粒本体の表面全体を金属で被覆し、当該被覆した金属の表面の一部の連続した領域を窒化処理、炭化処理、又は、硼化処理のいずれかを行うことによって導電性を変化させており、前記被覆した金属の表面は、前記一部の連続した領域を除いて、酸化されて酸化金属層が形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る砥粒は、前記砥粒本体の材料が、ダイヤモンド又はＣＢＮであることを特徴としている。

また、本発明に係る砥粒は、前記砥粒本体の表面全体を被覆する金属が、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕのうちのいずれかであることを特徴としている。

また、本発明に係る砥粒は、前記窒化処理、前記炭化処理、又は、前記硼化処理のいずれかが行われる前記金属の表面の前記一部の連続した領域が、前記金属の表面全体の１／５〜４／５の連続する領域であることを特徴としている。

本発明に係る砥粒によれば、砥粒本体の表面全体を金属で被覆し、当該被覆した金属の一部を窒化処理、炭化処理、又は、硼化処理のいずれかを行うことによって導電性を変化させることにより、めっき液中において導電性を維持することができる。これにより、砥粒を母材に電着させる際に、めっき液中の砥粒を所定時間経過後に回収して、新たな砥粒をめっき液に再度投入し直すような工程を省くことが可能になるので、電着工具の製造効率を向上させることができると共に、砥粒の消費量を軽減することができる。また、本発明に係る砥粒では、砥粒本体を金属で薄く被覆した場合でも、導電性を維持することができるので、製造コストを軽減することができる。また、本発明に係る砥粒では、砥粒本体の表面全体を金属で被覆しているので、めっき液中で撹拌時に機械的衝撃により金属膜が剥離することもなく、砥粒の母材に対する保持力を向上させることができ、母材からの脱落を発生し難くすることができる。

また、本発明に係る砥粒では、砥粒本体の表面全体をＴｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちのいずれかの金属で被覆し、一部を窒化処理、炭化処理、又は、硼化処理のいずれかを行った場合、処理が行われた部分は、酸化が防止されると共に、耐酸性及び導電性を有し、処理が行われていない部分は、強固な酸化膜が形成されることによって、耐酸性を有することになる。これにより、本発明に係る砥粒では、砥粒を母材に電着させる際に、窒化処理、炭化処理、又は、硼化処理のいずれかの処理が行われた部分は、めっき液中において導電性を長時間にわたって維持することができるので、この処理が行われた部分が母材に対して電着されることになり、電着工具の製造効率を向上させることができる。また、処理が行われた部分は、密着性が向上するので、母材からの脱落をより発生し難くし、耐久性を向上させることができる。また、本発明に係る砥粒では、処理が行われていない部分は、表面に露出されるが、強固な酸化膜が形成されることによって耐酸性を有するので、めっき液のｐＨが低い場合でも、表面が溶出することを防止することができる。

また、本発明に係る砥粒では、砥粒本体の表面全体をＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕのうちのいずれかの金属で被覆し、一部を窒化処理、炭化処理、又は、硼化処理のいずれかを行った場合、処理が行われていない部分に自然に形成される酸化膜は、粗な酸化膜であるため処理が行われた部分よりも高い導電性を有することになる。これにより、本発明に係る砥粒では、砥粒を母材に電着させる際に、窒化処理、炭化処理、又は、硼化処理のいずれかの処理が行われていない部分は、めっき液中において高い導電性を維持することができるので、この処理が行われていない部分が母材に対して電着されることになり、電着工具の製造効率を向上させることができる。また、本発明に係る砥粒では、窒化処理、炭化処理、又は、硼化処理のいずれかの処理が行われた部分は、表面に露出されるが、耐酸性を有するので、めっき液のｐＨが低い場合でも、表面が溶出することを防止することができる。

また、本発明に係る砥粒によれば、窒化処理、炭化処理、又は、硼化処理のいずれかの処理が行われる部分は、砥粒本体を被覆する金属の表面全体の１／５〜４／５の連続する領域であるので、砥粒を母材に電着させる際に、効率良く母材に対して電着させることができ、電着工具の製造効率をより向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る砥粒を電着させた電着工具の一例を示す概略断面図である。本発明の第１の実施形態に係る砥粒の製造工程の一例について説明するための概略説明図である。本発明の第２の実施形態に係る砥粒を電着させた電着工具の一例を示す概略断面図である本発明の第２の実施形態に係る砥粒の製造工程の一例について説明するための概略説明図である。

以下、本発明に係る砥粒について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の第１の実施形態に係る砥粒２は、例えば、図１に示すように、電着工具１の製造に用いられるものであって、ワイヤや台金等の母材３の表面に電気めっきによって形成されるニッケル等のめっき層４により保持されるものである。

この砥粒２は、砥粒本体５の表面全体を金属で被覆し、この被覆した金属の一部を窒化処理、炭化処理、又は、硼化処理のいずれかの処理を行うことによって導電性を変化させたものである。砥粒本体５としては、例えば、ダイヤモンド又はＣＢＮ（Cubic Boron Nitride）等からなる超砥粒を好適に用いることができる。また、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかを好適に用いることができるが、これに限定されるものではない。

以下、本実施形態に係る砥粒２の製造方法の一例について図２を参照しつつ説明する。尚、ここでは、砥粒本体５を被覆する金属として、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちのいずれかを用いた場合の一例について説明する。このＴｉ、Ｃｒ、Ａｌは、酸化し易いものであって、酸化することによって耐酸性を有する強固な酸化膜が形成され、導電性が低下するタイプの金属である。

本実施形態に係る砥粒２では、図２（ａ）に示すように、砥粒本体５として、ダイヤモンド又はＣＢＮからなる超砥粒を用いる。本実施形態に係る砥粒２の製造方法では、図２（ｂ）に示すように、まず砥粒本体５の表面全体をＴｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちのいずれかの金属で被覆し、砥粒本体５の表面に金属層６を形成する。この金属層６の被覆量は、特に限定されるものではないが、例えば、砥粒本体５に対して３．０〜３０．０重量％の割合で被覆されることが好ましい。これにより、従来の一般的な金属被覆砥粒のように砥粒本体５に対して３０．０〜５０．０重量％の割合で導電材としてＮｉ等の金属が被覆されるものに比べて薄く金属層６を形成することができ、製造速度を向上させると共に、製造コストを軽減することができる。

砥粒本体５の表面全体を金属で被覆して金属層６を形成する方法としては、例えば、乾式のバレルめっきを好適に用いることができる。乾式のバレルめっきは、バレルと呼ばれる容器内に砥粒本体５と共に、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちのいずれかの金属の粉末を投入して、回転させながら乾式で行うものであり、比較的短い時間で金属を砥粒本体５の表面全体に被覆することができるので、製造速度を向上させることができる。尚、砥粒本体５の表面全体を金属で被覆する方法は、これに限定されるものではなく、その他の従来公知のCVD法、PVD法、めっき法、浸漬法等を用いても良い。

次に、本実施形態に係る砥粒２の製造方法では、図２（ｃ）に示すように、砥粒本体５の表面全体を被覆している金属層６の一部の領域に対して窒化処理を行う。この窒化処理が行われる金属層６の一部の領域は、例えば、金属層６の表面全体の１／５〜４／５の連続する領域であり、好ましくは、金属層６の表面全体の１／３〜２／３の連続する領域である。このような金属層６の一部の領域に対して行う窒化処理方法としては、例えば、窒素雰囲気下で金属層６の表面に集光したレーザーを照射することにより、その照射部分を窒化処理するレーザー窒化やアーク放電を利用したプラズマ窒化等を好適に用いることができる。尚、金属層６の一部の領域に対して行う窒化処理方法は、これに限定されるものではなく、イオンプレーティング法を用いたものや、その他の従来公知の窒化処理方法を用いても良い。イオンプレーティング法を用いる場合には、例えば、窒化処理を行う領域の金属層６のみを露出させておき、窒化処理を行わない領域の金属層６は、樹脂やワックス等で覆うようにマスキングした状態にしておいてから、窒化処理を行うようにすれば良い。

このように金属層６の一部の領域に対して窒化処理が行われることにより、窒化処理が行われた領域には窒化金属層７が形成された砥粒２ができることになる。この窒化金属層７は、例えば、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属が、チタンの場合には、窒化チタンとして形成され、クロムの場合には、窒化クロムとして形成され、アルミニウムの場合には、窒化アルミニウムとして形成される。このような窒化金属層７は、耐酸性及び導電性を有するものであって、酸化し難い特性を有している。

一方で、金属層６を形成している金属であるＴｉ、Ｃｒ、Ａｌは、強固な自然酸化膜が形成され易いものである。従って、図２（ｃ）に示すような砥粒本体５の表面全体を被覆している金属層６の一部の領域に窒化金属層７が形成されている砥粒２では、図２（ｄ）に示すように、窒化金属層７の部分は酸化されずに、金属層６の部分のみが自然に酸化されて、耐酸性を有する酸化膜である酸化金属層８が形成された砥粒２’になる。この酸化金属層８は、例えば、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属が、チタンの場合には、酸化チタンとして形成され、クロムの場合には、酸化クロムとして形成され、アルミニウムの場合には、酸化アルミニウムとして形成される。

このように製造された砥粒２（２’）では、窒化金属層７は、酸化が防止されると共に、耐酸性及び導電性を有しており、酸化金属層８は、耐酸性を有している。これにより、砥粒２（２’）は、めっき液中において導電性を長時間にわたって維持することができる。そして、このような砥粒２（２’）を用いて、図１に示すように、電着工具１を製造した場合には、窒化処理が施された導電性を有する窒化金属層７の部分が、電気めっきによって形成されるめっき層４に埋め込まれるように母材３の表面に対して電着され、耐酸性を有する酸化金属層８の部分が表面へ露出されるようになる。また、このように製造された電着工具１は、窒化金属層７の母材３に対する密着性が優れているので、母材３から砥粒２（２’）が脱落し難いため、耐久性が向上する。

尚、ここでは、金属層６の一部の領域に対して窒化処理を行った場合の例について説明したが、窒化処理の代わりに、炭化処理又は硼化処理を行うようにしても良い。金属層６の一部の領域に対して炭化処理を行う場合は、例えば、アーク放電を利用したプラズマによる炭化処理を好適に用いることができる。この場合にはメタンガスが用いられる。また、金属層６の一部の領域に対して硼化処理を行う場合も同様に、例えば、アーク放電を利用したプラズマによる硼化処理を用いることができる。この場合には三塩化ホウ素ガスを用いれば良い。尚、金属層６の一部の領域に対して行う炭化処理及び硼化処理の方法は、これに限定されるものではなく、例えば、炭化処理又は硼化処理を行う領域の金属層６のみを露出させておき、処理を行わない領域の金属層６を樹脂やワックス等で覆うようにマスキングした状態にしておいてから、バレルめっき等の従来公知の炭化処理又は硼化処理の方法を用いるようにしても良い。

このように金属層６の一部の領域に対して炭化処理又は硼化処理が行われることにより、炭化処理又は硼化処理が行われた領域には炭化金属層又は硼化金属層が形成された砥粒ができることになる。炭化金属層は、例えば、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属が、チタンの場合には、炭化チタンとして形成され、クロムの場合には、炭化クロムとして形成され、アルミニウムの場合には、炭化アルミニウムとして形成される。また、硼化金属層は、例えば、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属が、チタンの場合には、硼化チタンとして形成され、クロムの場合には、硼化クロムとして形成され、アルミニウムの場合には、硼化アルミニウムとして形成される。これらの炭化金属層や硼化金属層も窒化金属層と同様に、耐酸性及び導電性を有するものであって、酸化し難い特性を有する。また、電気抵抗率は、例えば、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属がチタンの場合には、酸化チタンでは、約１０^７Ωｃｍ以上であるが、炭化チタンは約５２×１０^−６Ωｃｍ、窒化チタンは約２５×１０^−６Ωｃｍ、硼化チタンは約７×１０^−６Ωｃｍであり、炭化金属層より窒化金属層の方が導電性が良く、窒化金属層よりも硼化金属層の方が更に導電性が良い。この特性は、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属がクロム又はアルミニウムの場合も同様である。

次に、本発明の第２の実施形態に係る砥粒２ａについて、図３及び図４を参照しつつ説明する。尚、第１の実施形態に係る砥粒２と同様の構成等については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

この砥粒２ａでは、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属として、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）のうちのいずれかを好適に用いることができる。このＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕは、第１の実施形態に係る砥粒２で用いられるＴｉ、Ｃｒ、Ａｌ等の金属とは異なり、それぞれ高い導電性を有しているが、耐酸性が低いタイプの金属である。

以下、本実施形態に係る砥粒２ａの製造方法の一例について図４を参照しつつ説明する。砥粒２ａでも、図４（ａ）に示すように、砥粒２と同様に砥粒本体５として、ダイヤモンド又はＣＢＮからなる超砥粒を用いる。そして、砥粒２ａの製造方法では、図４（ｂ）に示すように、まず砥粒本体５の表面全体をＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕのうちのいずれかの金属で被覆し、砥粒本体５の表面に金属層６ａを形成する。この金属層６ａの被覆量は、特に限定されるものではないが、例えば、砥粒２と同様に砥粒本体５に対して３．０〜３０．０重量％の割合で被覆されることが好ましい。また、砥粒本体５の表面全体を金属で被覆して金属層６ａを形成する方法も砥粒２と同様に、例えば、乾式のバレルめっきやその他の従来公知の金属被覆方法を用いることができる。

次に、砥粒２ａの製造方法では、図４（ｃ）に示すように、砥粒本体５の表面全体を被覆している金属層６ａの一部の領域に対して窒化処理を行う。この窒化処理が行われる金属層６ａの一部の領域も砥粒２と同様に、例えば、金属層６ａの表面全体の１／５〜４／５の連続する領域であり、好ましくは、金属層６ａの表面全体の１／３〜２／３の連続する領域である。このような金属層６ａの一部の領域に対して行う窒化処理方法としては、レーザー窒化やプラズマ窒化等を好適に用いることができる。また、金属層６ａの一部の領域に対して行う窒化処理方法として、その他の従来公知の窒化処理方法を用いても良い。

このように金属層６ａの一部の領域に対して窒化処理が行われることにより、窒化処理が行われた領域には窒化金属層７ａが形成された砥粒２ａが製造される。この砥粒２ａの窒化金属層７ａは、例えば、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属が、ニッケルの場合には、窒化ニッケルとして形成され、鉄の場合には、窒化鉄として形成され、銅の場合には、窒化銅として形成される。このような窒化金属層７ａは、耐酸性を有している。また、砥粒２ａは、窒化処理が行われていない金属層６ａが、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕのうちのいずれかの金属で形成されており、図４（ｄ）に示すように、自然に酸化されて、酸化金属層８ａが形成された砥粒２ａ’になる。この酸化金属層８ａは、例えば、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属が、ニッケルの場合には、酸化ニッケルとして形成され、鉄の場合には、酸化鉄として形成され、銅の場合には、酸化銅として形成される。このような砥粒２ａ’では、酸化金属層８ａが窒化金属層７ａよりも高い導電性を有している。従って、砥粒２ａ’は、めっき液中において高い導電性を維持することができる。

そして、このような砥粒２ａ’を用いて、図３に示すように、電着工具１ａを製造した場合には、窒化処理が施されていない導電性を有する酸化金属層８ａの部分が、電気めっきによって形成されるめっき層４に埋め込まれるように母材３の表面に対して電着され、耐酸性を有する窒化金属層７ａの部分が表面へ露出されるようになる。

尚、ここでは、金属層６ａの一部の領域に対して窒化処理を行った場合の例について説明したが、窒化処理の代わりに、炭化処理又は硼化処理を行うようにしても良い。金属層６ａの一部の領域に対して炭化処理又は硼化処理を行う場合は、例えば、アーク放電を利用したプラズマによる炭化処理又は硼化処理や、その他の従来公知の炭化処理又は硼化処理の方法を用いることができる。

このように金属層６ａの一部の領域に対して炭化処理又は硼化処理が行われることにより、炭化処理又は硼化処理が行われた領域には炭化金属層又は硼化金属層が形成された砥粒ができることになる。炭化金属層は、例えば、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属が、ニッケルの場合には、炭化ニッケルとして形成され、鉄の場合には、炭化鉄として形成され、銅の場合には、炭化銅として形成される。また、硼化金属層は、例えば、砥粒本体５の表面全体を被覆する金属が、ニッケルの場合には、硼化ニッケルとして形成され、鉄の場合には、硼化鉄として形成され、銅の場合には、硼化銅として形成される。尚、このような炭化金属層や硼化金属層も窒化金属層と同様に、耐酸性を有しており、酸化金属層８ａよりも導電性は低くなるという特性を有している。

尚、本発明に係る砥粒は、上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

１、１ａ電着工具
２、２ａ砥粒
３母材
４めっき層
５砥粒本体
６、６ａ金属層
７、７ａ窒化金属層
８酸化金属層

Claims

砥粒がめっき液中で電着によって母材に固着されてなる電着工具における砥粒であって、
砥粒本体の表面全体を金属で被覆し、当該被覆した金属の表面の一部の連続した領域を窒化処理、炭化処理、又は、硼化処理のいずれかを行うことによって導電性を変化させており、
前記被覆した金属の表面は、前記一部の連続した領域を除いて、酸化されて酸化金属層が形成されていることを特徴とする砥粒。
前記砥粒本体の材料は、ダイヤモンド又はＣＢＮであることを特徴とする請求項１に記載の砥粒。
前記砥粒本体の表面全体を被覆する金属は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の砥粒。
前記窒化処理、前記炭化処理、又は、前記硼化処理のいずれかが行われる前記金属の表面の前記一部の連続した領域は、前記金属の表面全体の１／５〜４／５の連続する領域であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の砥粒。