JP5140715B2 - 超砥粒ホイールならびに成形体およびその加工方法 - Google Patents

Description

この発明は、超砥粒ホイールならびに成形体およびその加工方法に関し、より特定的には、ゴム、樹脂、セラミックス、半焼結の粉末成形体、焼結前の粉末成形体などの切断加工や溝入れ加工などに用いられる超砥粒ホイールに関するものである。

電子回路等に用いられるセラミックコンデンサの量産用のチップ状焼結体は、以下の工程で量産されている。

まず、金属粉末と有機系のバインダとを混練してシート状に成形する。つぎに、このシート状の成形体を脱バインダ処理した後、焼結する。その後、このシート状の焼結体を超砥粒ホイールなどにより格子状に切断し、チップ状焼結体を量産する。

しかしながら、焼結体は高硬度でしかも脆い材料であるため、超砥粒ホイールの摩耗がはげしく、短寿命であり、さらに切断時の割れが発生する問題があった。

このような問題点を回避するために、近年、シート状の粉末成形体を焼結前に予めチップ状に切断しておき、これらチップ状の粉末成形体を加熱してバインダの除去処理をし、その後に焼結する方法も採用されている。

その他、セラミックスの小型部品を製造する際には、上記と同様の製造方法が採用されている。これらの製造工程で用いられるバインダは、成形後に成形体を加熱してバインダを除去できる化合物であれば特に限定されるものではなく、たとえば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルアセタール、メチルセルロース、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルビチラール、ワックス類、多糖類などが用いられる。

このような技術は、特開２００２−３１６３１２号公報（特許文献１）に開示されている。

また、超砥粒ホイールに関しては、たとえば特開２００９−６４０６号公報（特許文献２）、実開昭６２−１２１０６１号公報（特許文献３）、実開昭６２−１７８０６６号公報（特許文献４）、実開昭６２−１９５４５３号公報（特許文献５）、特開平３−２８１１７５号公報（特許文献６）、特開２００１−３００８５３号公報（特許文献７）、特開２００１−３００８５４号公報（特許文献８）、特開平３−２９４１８２号公報（特許文献９）および特開昭５９−１１０５６０号公報（特許文献１０）に開示されている。

特開２００２−３１６３１２号公報 特開２００９−６４０６号公報 実開昭６２−１２１０６１号公報 実開昭６２−１７８０６６号公報 実開昭６２−１９５４５３号公報 特開平３−２８１１７５号公報 特開２００１−３００８５３号公報 特開２００１−３００８５４号公報 特開平３−２９４１８２号公報 特開昭５９−１１０５６０号公報

しかしながら、切断加工されるシート状の粉末成形体は、切断加工前に脱バインダ処理が全く実施されていないので、粉末成形体および切断時に飛散する切粉にも、粘着性のあるバインダが含まれている。この切粉が超砥粒ホイールの側面に付着して切れ味を低下させるだけでなく、切断面の表面を粗くするため、そのまま焼結すると不良品となるという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、良好な切断性能を有する超砥粒ホイールならびに成形体およびその加工方法を提供することを目的とする。

この発明に従った超砥粒ホイールは、互いに対向する第一および第二側面を有する円板形状の超砥粒層と、第一および第二側面の少なくとも一方に設けられたニッケルメッキからなるコーティング層とを備え、超砥粒層は、分散して配置された複数の超砥粒と、超砥粒を結合する導電性の結合材とを含む。超砥粒層は、半径方向に幅を有し、コーティング層は、超砥粒層の外周端から超砥粒層の幅の１／３以上の幅の部分までを被覆する。コーティング層の厚みは超砥粒の平均粒径以下である。コーティング層は、無電解ニッケルメッキ法により形成される。コーティング層の表面は梨地状仕上げで、かつ、表面粗さは０．１μｍRa以上５μｍRa以下である。

このように構成された超砥粒ホイールにおいては、超砥粒層がコーティング層に覆われているため、超砥粒ホイール表面における超砥粒の突出が抑制されて、表面への切粉の付着を抑制することができる。

好ましくは、半焼結の粉末成形体または焼結前の粉末成形体の切断加工または溝入れ加工に用いられる。

好ましくは、超砥粒層の外周部には、第一および第二側面と外周面とに開口する切り欠き溝が設けられている。

この発明に従った成形体の加工方法は、上記のいずれかの超砥粒ホイールを用いて、半焼結の粉末成形体または焼結前の粉末成形体の切断加工および溝入れ加工を行う。

この発明に従った成形体は、上記方法を用いて加工される。

この発明の実施の形態１に従った超砥粒ホイールの正面図である。 図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た超砥粒ホイールの側面図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１中の矢印ＩＶ−ＩＶ線に沿った拡大図である。 図３中のＶで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。 図１中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態２に従った超砥粒ホイールの断面図である。 この発明の実施の形態３に従った超砥粒ホイールの正面図である。 比較品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を１００倍に拡大して示す写真である。 比較品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を１０００倍に拡大して示す写真である。 本発明品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を１００倍に拡大して示す写真である。 本発明品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を１０００倍に拡大して示す写真である。 比較品の電鋳ブレード側面のある部分における切粉の溶着状態を１００倍に拡大して示す写真である。 比較品の電鋳ブレード側面の別の部分における切粉の溶着状態を１００倍に拡大して示す写真である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った超砥粒ホイールの正面図、図２は、図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た超砥粒ホイールの側面図、図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図、図４は、図１中の矢印ＩＶ−ＩＶ線に沿った拡大図である。図１から図４を参照して、超砥粒ホイール１の外周には半径方向に延びるスリット２が形成されている。そして隣接するスリット２間の間が刃部３となっている。円板形状の超砥粒ホイール１の中心には超砥粒ホイール１を貫通する穴１９が設けられている。

図５は、図３中のＶで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。図６は、図１中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図５および図６を参照して、超砥粒ホイール１は、互いに対向する第一および第二側面１１，１２を有する円板形状の超砥粒層４０と、第一および第二側面１１，１２の少なくとも一方に設けられたニッケルメッキからなるコーティング層２１，２２とを備える。超砥粒層４０は、分散して配置された複数の超砥粒３１と、超砥粒３１を結合する導電性の結合材１０とを含む。

導電性の結合材１０としては、メタルボンド、ニッケルメッキ、導電性フィラーを含有するレジンボンド、導電性フィラーを含有するビトリファイドボンドなどを適用することが可能である。そして、ニッケルメッキからなるコーティング層２１，２２は、電解ニッケルメッキまたは無電解ニッケルメッキの両方を適用可能である。そして、コーティング層２１，２２の厚みｔ１は、超砥粒３１の平均粒径以下であることが好ましい。

ここで、平均粒径は、株式会社島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤシリーズで測定した平均粒径をいう。

粒度分布の場合、それに対応する粒子径の値は連続的な値になるので、小さな区間に分割した上で各区間について代表粒子径を定め、飛び飛びの数値に置き換えてから平均粒径を計算する。また、粒子径の区間は、対数スケールに基づいており、まず対数スケール上での平均値を求め、その結果を通常の粒子径の単位を持った平均値に戻すという作業をする。

具体的には、まず測定対象となる粒子径範囲（最大粒子径：ｘ₁、最小粒子径：ｘ_n+1）をｎ分割し、それぞれの粒子径区間を［ｘ_j、ｘ_j+1］（ｊ＝１，２，…ｎ）とする。この場合の分割は対数スケール上での等分割となる。また対数スケールに基づいてそれぞれの粒子径区間での代表粒子径は以下の式で計算する。

（ｌｏｇ₁₀ｘ_j＋ｌｏｇ₁₀ｘ_j+1）／２
代表径に関しては対数をとっているため、この時点で粒子径の単位ではない。さらに、ｑ_j（ｊ＝１，２，…ｎ）を粒子径区間［ｘ_j、ｘ_j+1］に対応する相対粒子量（差分％）とし、全区間の合計を１００％とすると、対数スケール上での平均値μは、以下の式で表わされる。

このμは対数スケール上での数値であり、粒子径としての単位を持たないので、粒子径の単位に戻すために１０のμ乗を計算する。

この１０のμ乗をＳＡＬＤシリーズでは平均値（平均粒子径）としてデータシート上で表示する。

さらに、コーティング層２１，２２は、無電解ニッケルメッキ法により被覆するのが容易に均一なメッキ皮膜が得られて好ましい。

電解ニッケルメッキでも適用可能であるが、電解ニッケルメッキの場合は超砥粒ホイールに電極を接続しなければならないので工数が余分に必要であり、コスト高になるだけでなく、超砥粒ホイール１のコーナー部のメッキ厚が他の部分に比較して厚くなりやすい。

さらに、コーティング層２１，２２の表面は梨地状仕上げで、かつその表面粗さは０．１μｍＲａ以上５μｍＲａ以下であることが好ましい。

ここで、梨地状仕上げとは、目視で観察した際に、金属光沢がなく、しかも方向性のある条痕が観察できないような仕上げをいう。

詳しくは、ＪＩＳ Ｂ０６０１において定義されるＲａにおいて、０．１μｍＲａ以上５μｍＲａ以下であることが好ましい。

なお、０．２μｍＲａ以上４μｍＲａであることがより好ましく、０．２μｍＲａ以上３μｍＲａ以下であることが最も好ましい。

コーティング層２１，２２の表面粗さを０．１μｍＲａ以上５μｍＲａ以下の範囲内とするためには、コーティング層２１，２２を超砥粒層４０の表面に形成するので、超砥粒層４０の表面粗さを予め０．１μｍＲａ以上５μｍＲａ以下の範囲内に仕上げておく必要がある。

コーティング層２１，２２を形成する前の超砥粒層４０の表面仕上げは、研削加工、ラップ加工、放電加工、化学加工等によって仕上げておくことが好ましく、より好ましくは、ラップ加工、放電加工、化学加工等により目視で梨地状に観察されるように仕上げておく。

そして、超砥粒ホイール１では、側面に切粉がほとんど付着しない特徴があり、バインダを含有する工作物、たとえば半焼結の粉末形成体、焼結前の粉末成形体などの切断加工や溝入れ加工に用いても長期間にわたって切れ味が良好であり、しかも良好な切断加工面が得られる。

そして、超砥粒層の外周部には、両側面と外周面とに開口する切り欠き溝としてのスリット２が複数本形成されている。そしてバインダを含有する、半焼結の粉末成形体、焼結前の粉末成形体などの切断加工や溝入れ加工に用いる際にはスリット２が複数形成されていることが最も好ましい。

このように構成された実施の形態に従った超砥粒ホイール１によれば、切粉がホイール側面に付着することがないので、バインダを含有する粉末成形体などの切断加工に用いても長期間にわたって良好な切れ味が得られ、しかも良好な切断面が得られる。さらに、ニッケルメッキからなるコーティング層２１，２２は、超砥粒層４０から剥離し難く、しかも耐熱性に優れているので、乾式で加工を行なうような過酷な条件下でも長期間にわたって安定した性能を発揮することが可能である。

（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２に従った超砥粒ホイールの断面図である。図７を参照して、この発明の実施の形態２に従った超砥粒ホイール１では、超砥粒層４０は、半径方向に幅Ｗ１を有する。コーティング層２１，２２は、超砥粒層４０の外周端１８から超砥粒層４０の幅Ｗ１の１／３以上の幅Ｗ２を有する。すなわち、コーティング層２１，２２は、超砥粒層４０の外周から、超砥粒層４０の半径方向の幅の１／３以上の幅で被覆されている。超砥粒ホイール１はホイールフランジに組込んで使用されるので、ホイールフランジから突き出す部分にコーティング層２１，２２を形成すれば性能を確保する上で十分であるため、超砥粒層４０の外周から、超砥粒層４０の半径方向の幅の１／３以上の幅で被覆されているのが好ましい。また、超砥粒ホイール１全体が超砥粒層４０であるような薄刃超砥粒ホイールの場合は、側面全体にコーティング層２１，２２を形成する方が製造工程が少なくなることでより好ましい。両方の側面全体にコーティング層２１，２２を形成する方が製造工程を一層少なくすることができ最も好ましい。

（実施の形態３）
図８は、この発明の実施の形態３に従った超砥粒ホイールの正面図である。図８を参照して、実施の形態３に従った超砥粒ホイール１では、刃部３の数が実施の形態１に従った超砥粒ホイール１よりも少ない。

本発明の実施例１の超砥粒ホイールについて、図１から６を用いて説明する。図１から６の超砥粒ホイールは、電鋳薄刃ホイールとも呼ばれる。

実施例１の電鋳薄刃ホイールは、薄板円板状をなし、この電鋳薄刃ホイールは結合材１０を構成するＮｉからなる金属めっき相（金属結合相）内に超砥粒３１としてのダイヤモンド砥粒（粒度４０／６０μｍ）を分散して形成された外径７５ｍｍ、厚みが０．３ｍｍの薄板円板状をなしており、全体が超砥粒層４０で形成される。中心の穴１９の直径は４０ｍｍである。

超砥粒層４０の外周部には、両側面と外周面に開口する切り欠き溝（スリット２）が形成されている。切り欠き溝の寸法は、幅１ｍｍ、半径方法深さが３ｍｍで、外周部を６４等分するように形成されている。切り欠き溝は研削加工によって形成した。さらに、両側面の全体に渡ってコーティング層２１，２２として無電解Ｎｉめっきが施されている。無電解Ｎｉめっきの片面の厚みは約５μｍである。

実施例１の電鋳薄刃ホイールは以下のようにして製作した。まず公知の電鋳ホイールの製造方法により、ダイヤモンド砥粒が分散して形成された、外径７６ｍｍ、厚み０．３５ｍｍの薄板円板状の超砥粒層を得た。次に、遊離砥粒方式の両面ラップ盤により、両面をラップ加工し、厚みを０．３ｍｍに仕上げた。この段階における側面の表面粗さは１．８μｍＲａであった。次に、公知の方法で超砥粒層の表面を全体に渡って無電解Ｎｉめっきを施した。無電解Ｎｉめっきの厚みは約５μｍであった。次に、内面研削盤により超砥粒層の穴を内径４０ｍｍに仕上げた。次に研削加工により幅１ｍｍ、半径方法深さが３ｍｍで、外周部を６４等分するように切り欠き溝を設けた。最後に、円筒研削盤により外周をツルーイング・ドレッシングして、外径７５ｍｍに仕上げて実施例１の電鋳薄刃ホイールを完成させた。完成後の無電解Ｎｉめっきの表面粗さは１．３μｍＲａであった。無電解Ｎｉめっきの表面仕上げは、目視で金属光沢が無く、しかも方向性のある条痕が確認できない梨地状に仕上げた。

この実施例１の電鋳薄刃ホイールを用いてセラミック粉末の成形体（グリーンコンパクト）を切断加工して、本発明の効果を確認した。セラミックス粉末の成形体は板状の形状で厚みが約０．５ｍｍである。電鋳薄刃ホイールを精密切断機に取り付け、回転数１５０００／ｍｉｎ、送り速度１５ｍｍ／ｍｉｎ、乾式切断したところ良好な切れ味を発揮し、電鋳薄刃ホイールの両側面に切粉がほとんど付着することはなく、切断加工面も要求品質を満足できるものであった。

比較例１

一方、比較例１として、両側面にコーティング層２１，２２としての無電解Ｎｉめっきを施していない電鋳薄刃ホイールで実施例１と同じ加工条件でセラミック粉末の成形体を乾式切断したところ、加工開始の初期から電鋳薄刃ホイールの両側面に切粉が付着して切れ味が低下し、切断加工面が粗く、要求品質を満足できなかった。

なお、比較例１の電鋳薄刃ホイールは以下のようにして製作した。まず公知の電鋳ホイールの製造方法により、ダイヤモンド砥粒（粒度４０／６０μｍ）が分散して形成された、外径７６ｍｍ、厚み０．３５ｍｍの薄板円板状の超砥粒層を得た。次に、遊離砥粒方式の両面ラップ盤により、両面をラップ加工し、厚みを０．３ｍｍに仕上げた。この段階における側面の表面粗さは１．８μｍＲａであった。次に、内面研削盤により超砥粒層の穴を内径４０ｍｍに仕上げた。次に研削加工により幅１ｍｍ、半径方法深さが３ｍｍで、外周部を６４等分するように切り欠き溝を設けた。最後に、円筒研削盤により外周をツルーイング・ドレッシングして、外径７５ｍｍに仕上げて完成させた。

比較例１（比較品）と実施例（本発明品）との表面を観察した。
図９は、比較品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を１００倍に拡大して示す写真である。図１０は、比較品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を１０００倍に拡大して示す写真である。図１１は、本発明品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を１００倍に拡大して示す写真である。図１２は、本発明品の電鋳ブレード側面の砥粒の突出状態を１０００倍に拡大して示す写真である。図１３は、比較品の電鋳ブレード側面のある部分における切粉の溶着状態を１００倍に拡大して示す写真である。図１４は、比較品の電鋳ブレード側面の別の部分における切粉の溶着状態を１００倍に拡大して示す写真である。

図９および図１０で示すように、比較品では結合材１０表面から超砥粒３１が突出しているのに対して、図１１および図１２で示すように、本発明品では超砥粒３１がコーティング層２１で覆われており、超砥粒３１の突出量が小さく、梨地状であることがわかる。

また、図１３および図１４で示すように、比較品では超砥粒３１が突出しているため、切粉２００が表面に溶着していることがわかる。

本発明の実施例２の超砥粒ホイールについて、図１から６を用いて説明する。実施例２の超砥粒ホイールは、メタルボンド薄刃ホイールとも呼ばれる。

実施例２のメタルボンド薄刃ホイールは、薄板円板状をなし、このメタルボンド薄刃ホイールは結合材１０としての焼結合金（９０質量％Ｃｕ−１０質量％Ｓｎ）内に超砥粒３１としてのダイヤモンド砥粒（粒度４０／６０μｍ）を分散して形成された外径７５ｍｍ、厚みが０．３ｍｍの薄板円板状をなしており、全体が超砥粒層４０で形成される。中心の穴１９の直径は４０ｍｍである。

超砥粒層４０の外周部には、両側面と外周面に開口する切り欠き溝（スリット２）が形成されている。切り欠き溝の寸法は、幅１ｍｍ、半径方法深さが３ｍｍで、外周部を６４等分するように形成されている。切り欠き溝は放電加工によって形成した。さらに、両側面の全体に渡って無電解Ｎｉめっきが施されている。無電解Ｎｉめっきの片面の厚みは約５μｍである。

実施例２のメタルボンド薄刃ホイールは以下のようにして製作した。まず公知のメタルボンドホイールの製造方法により、ダイヤモンド砥粒が分散して形成された、外径７６ｍｍ、厚み０．３５ｍｍの薄板円板状の超砥粒層を得た。次に、遊離砥粒方式の両面ラップ盤により、両面をラップ加工し、厚みを０．３ｍｍに仕上げた。この段階における側面の表面粗さは２．１μｍＲａであった。次に、公知の方法で超砥粒層の表面を全体に渡って無電解Ｎｉめっきを施した。無電解Ｎｉめっきの厚みは約５μｍであった。次に、内面研削盤により超砥粒層の穴を内径４０ｍｍに仕上げた。次に研削加工により幅１ｍｍ、半径方法深さが３ｍｍで、外周部を６４等分するように切り欠き溝を設けた。最後に、円筒研削盤により外周をツルーイング・ドレッシングして、外径７５ｍｍに仕上げて実施例１のメタルボンド薄刃ホイールを完成させた。完成後の無電解Ｎｉめっきの表面粗さは１．５μｍＲａであった。無電解Ｎｉめっきの表面仕上げは、目視で金属光沢が無く、しかも方向性のある条痕が確認できない梨地状に仕上げた。

この実施例２のメタルボンド薄刃ホイールを用いてセラミック粉末の成形体（グリーンコンパクト）を切断加工して、本発明の効果を確認した。セラミックス粉末の成形体は板状の形状で厚みが約０．５ｍｍである。メタルボンド薄刃ホイールを精密切断機に取り付け、回転数１５０００／ｍｉｎ、送り速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、乾式切断したところ良好な切れ味を発揮し、メタルボンド薄刃ホイールの両側面に切粉はほとんど付着することはなく、切断加工面も要求品質を満足できるものであった。

比較例２

一方、比較例２して、両側面に無電解Ｎｉめっきを施していないメタルボンド薄刃ホイールで実施例２同じ加工条件でセラミック粉末の成形体を乾式切断したところ、加工開始の初期からメタルボンド薄刃ホイールの両側面に切り粉が付着して切れ味が低下し、切断加工面が粗く、要求品質を満足できなかった。

なお、比較例２のメタルボンド薄刃ホイールは以下のようにして製作した。まず公知のメタルボンドホイールの製造方法により、ダイヤモンド砥粒（粒度４０／６０μｍ）が分散して形成された、外径７６ｍｍ、厚み０．３５ｍｍの薄板円板状の超砥粒層を得た。次に、遊離砥粒方式の両面ラップ盤により、両面をラップ加工し、厚みを０．３ｍｍに仕上げた。この段階における側面の表面粗さは２．１μｍＲａであった。次に、内面研削盤により超砥粒層の穴を内径４０ｍｍに仕上げた。次に研削加工により幅１ｍｍ、半径方法深さが３ｍｍで、外周部を６４等分するように切り欠き溝を設けた。最後に、円筒研削盤により外周をツルーイング・ドレッシングして、外径７５ｍｍに仕上げて完成させた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 超砥粒ホイール、２ スリット、３ 刃部、１０ 結合材、１１ 第一側面、１２ 第二側面、１８ 外周面、１９ 穴、２１，２２ コーティング層、３１ 超砥粒、４０ 超砥粒層、２００ 切粉。

Claims (5)

1. 互いに対向する第一および第二側面を有する円板形状の超砥粒層と、
   前記第一および第二側面の少なくとも一方に設けられたニッケルメッキからなるコーティング層とを備え、
   前記超砥粒層は、分散して配置された複数の超砥粒と、前記超砥粒を結合する導電性の結合材とを含み、
   前記超砥粒層は、半径方向に幅を有し、
   前記コーティング層は、前記超砥粒層の外周端から前記超砥粒層の幅の１／３以上の幅の部分までを被覆し、
   前記コーティング層の厚みは前記超砥粒の平均粒径以下であり、
   前記コーティング層は、無電解ニッケルメッキ法により形成され、
   前記コーティング層の表面は梨地状仕上げで、かつ、表面粗さは０．１μｍRa以上５μｍRa以下である、超砥粒ホイール。
2. 半焼結の粉末成形体または焼結前の粉末成形体の切断加工または溝入れ加工に用いられる、請求項１に記載の超砥粒ホイール。
3. 前記超砥粒層の外周部には、前記第一および第二側面と外周面とに開口する切り欠き溝が設けられている、請求項１または２に記載の超砥粒ホイール。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の超砥粒ホイールを用いて、半焼結の粉末成形体または焼結前の粉末成形体の切断加工および溝入れ加工を行う、成形体の加工方法。
5. 請求項４に記載の方法を用いて加工された成形体。