(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022129415
(43)【公開日】2022-09-06
(54)【発明の名称】電着砥粒工具の製造方法
(51)【国際特許分類】
B24D 3/06 20060101AFI20220830BHJP
B24D 3/00 20060101ALI20220830BHJP
【FI】
B24D3/06 B
B24D3/00 340
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021028064
(22)【出願日】2021-02-25
(71)【出願人】
【識別番号】591043721
【氏名又は名称】豊田バンモップス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000604
【氏名又は名称】弁理士法人 共立特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100130188
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 喜一
(72)【発明者】
【氏名】吉田 慧一
(72)【発明者】
【氏名】水野 隆
(72)【発明者】
【氏名】水谷 俊介
【テーマコード(参考)】
3C063
【Fターム(参考)】
3C063AA02
3C063BA02
3C063BC02
3C063CC13
3C063CC14
3C063CC30
3C063FF30
(57)【要約】
【課題】基材にアルミニウム又はアルミニウム合金を適用し、且つ、基材と砥粒を固定するためのめっき層との接合強度を高くすることができる電着砥粒工具の製造方法を提供する。
【解決手段】電着砥粒工具1の製造方法は、銅イオンを含みアルミニウム又はアルミニウム合金を溶解する酸性液に基材10を接触させることにより、基材10の表面を溶解すると共に基材10の表面を置換金属としての銅に置換させる基材粗化工程S3と、酸性液を用いて基材10の表面における置換金属を選択エッチングすることにより、基材10の粗化表面10aを露出させる置換金属選択エッチング工程S5と、基材10の粗化表面10aに下地めっき層31を形成する下地めっき工程S10と、下地めっき層31の表面に砥粒20を配置し、且つ、砥粒20を固定するための固定めっき層32を形成する砥粒固定工程S11~S13とを備える。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材の表面に砥粒が固定された電着砥粒工具の製造方法であって、
銅イオンを含みアルミニウム又はアルミニウム合金を溶解する酸性液に、アルミニウム又はアルミニウム合金により成形された前記基材を接触させることにより、前記基材の表面を溶解すると共に前記基材の表面を置換金属としての銅に置換させる基材粗化工程と、
酸性液を用いて前記基材の表面における前記置換金属を選択エッチングすることにより、前記基材の粗化表面を露出させる置換金属選択エッチング工程と、
前記基材の前記粗化表面に下地めっき層を形成する下地めっき工程と、
前記下地めっき層の表面に砥粒を配置し、且つ、前記砥粒を固定するための固定めっき層を形成する砥粒固定工程と、
を備える、電着砥粒工具の製造方法。
【請求項2】
前記下地めっき工程は、電気めっき又は無電解めっきにより前記基材の前記粗化表面の凹凸における凸端から少なくとも6μmの厚みを有する前記下地めっき層を形成する、請求項1に記載の電着砥粒工具の製造方法。
【請求項3】
前記基材の前記粗化表面は、算術平均粗さRa(JIS B 0031:2003、ISO 1302:2002)が1μm以上、又は、最大高さRz(JIS B 0031:2003、ISO 1302:2002)が10μm以上である、請求項1又は2に記載の電着砥粒工具の製造方法。
【請求項4】
前記下地めっき層及び前記固定めっき層は、ニッケルめっきである、請求項1-3の何れか1項に記載の電着砥粒工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電着砥粒工具の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、鉄系材料の基材(台金とも称する)の表面に、ダイヤモンドやCBN等の砥粒がニッケルめっきにより固定された電着砥粒工具が記載されている。特許文献2にも、同様に、電着砥粒工具が記載されている。
【0003】
近年、軽量化の観点から、基材にアルミニウム又はアルミニウム合金が適用されることが検討されている。しかし、アルミニウム系の基材と、砥粒を固定するためのめっき層との接合強度が十分ではなく、アルミニウム系の基材を適用することが困難であった。
【0004】
ところで、アルミニウム系材料の表面の粗化方法としては、例えば、特許文献3に記載のように、ダブルジンケート処理が知られている。また、アルミニウム系材料の表面の粗化方法として、ジンケート処理とは異なる方法が、特許文献4に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2014-111302号公報
【特許文献2】特開平6-114739号公報
【特許文献3】特開昭61-148900号公報
【特許文献4】特開2007-138224号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
アルミニウム系の基材の粗化方法としてダブルジンケート処理を適用する場合には、強アルカリ性からなる処理液の取り扱いが容易ではない上に、強アルカリ性の処理液を用いることにより部分的なめっきができない。電着砥粒工具においては、砥粒を配置する部分のみにめっき層を形成し、取付相手部材に当接する被取付面にはめっき層が形成されないようにする必要がある。しかし、上記のとおり、ダブルジンケート処理は、強アルカリ性の処理液を用いるためマスキングが困難であり、部分的なめっきを行うことができない。そのため、アルミニウム系材料の基材の粗化表面を形成するためにダブルジンケート処理を適用することができない。
【0007】
本発明は、ダブルジンケート処理を適用することなく、基材にアルミニウム又はアルミニウム合金を適用し、且つ、基材と砥粒を固定するためのめっき層との接合強度を高くすることができる電着砥粒工具の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
電着砥粒工具の製造方法は、基材の表面に砥粒が固定された電着砥粒工具の製造方法であって、銅イオンを含みアルミニウム又はアルミニウム合金を溶解する酸性液に、アルミニウム又はアルミニウム合金により成形された基材を接触させることにより、基材の表面を溶解すると共に基材の表面を置換金属としての銅に置換させる基材粗化工程と、酸性液を用いて基材の表面における置換金属を選択エッチングすることにより、基材の粗化表面を露出させる置換金属選択エッチング工程と、基材の粗化表面に下地めっき層を形成する下地めっき工程と、下地めっき層の表面に砥粒を配置し、且つ、砥粒を固定するための固定めっき層を形成する砥粒固定工程とを備える。
【0009】
基材粗化工程及び置換金属選択エッチング工程において、酸性液を用いている。従って、基材の表面を部分的にマスキングすることが可能となり、基材の表面を部分的に粗化することができる。さらに、アルミニウム又はアルミニウム合金の基材の表面を粗化することにより、基材の表面の凹凸に下地めっき層が係止する。従って、基材と下地めっき層との接合強度が高くなる。そして、下地めっき層の表面に、砥粒を固定するための固定めっき層を形成しており、めっき層同士の接合力は十分に確保できる。従って、基材と砥粒との接合強度を高くすることができる。
【0010】
このように、基材にアルミニウム又はアルミニウム合金を適用することにより、電着砥粒工具の軽量化を図ることができる。強アルカリ性の液を用いずに、酸性液を用いて、基材の表面を粗化することができるため、部分的なめっきを行うことができ、取り扱い性も良好となる。さらに、基材の表面を粗化することにより基材と下地めっき層との接合強度を高くすることができるため、結果として、基材と砥粒との高い接合強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図2】電着砥粒工具の表面部分における拡大断面図である。
【
図3】電着砥粒工具の製造方法を示すフローチャートである。
【
図4】基材粗化工程における基材の表面部分を示す拡大図である。二点鎖線は基材粗化工程前の基材の形状を示す。
【
図5】置換金属選択エッチング工程における基材の表面部分を示す拡大図である。
【
図6】下地めっき工程における基材の表面部分を示す拡大図である。
【
図7】砥粒配置工程における基材の表面部分を示す拡大図である。
【
図8】仮固定めっき工程における基材の表面部分を示す拡大図である。
【
図9】下地めっき層の厚みを変化させた場合に基材の表面の腐食の有無を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(1.電着砥粒工具の種類)
電着砥粒工具は、電着ホイールや電着ドレッサ等であって、電着によって基材の表面に砥粒が固定された工具である。
【0013】
電着ホイール(電着砥石とも称する)は、金属工作物の研削加工を行うための工具であって、基材の表面にダイヤモンドやCBN等の砥粒(例えば、超砥粒)が固定された工具である。電着ホイールは、例えば、円盤状の基材の外周面に複数の砥粒が固定された構成や、円盤状の基材の外周側における軸方向端面に複数の砥粒が固定された構成等を有する。ただし、基材は、円盤状に限られるものではなく、任意の形状に形成することができ、砥粒を配置する位置も任意に設定することができる。また、複数の砥粒は、めっき層によって基材の表面に固定されている。めっき層は、例えば、ニッケルめっきである。
【0014】
電着ドレッサは、例えば、砥石の表面に対してドレッシング又はツルーイングを施すための工具である。電着ドレッサは、電着ホイールと同様に、基材の表面に、ダイヤモンド等の複数の超砥粒がめっき層により固定された工具である。電着ドレッサの基材は、円盤状であっても良く、円盤状以外の任意の形状であっても良い。例えば、電着ロータリドレッサは、円盤状の基材の外周表面に、めっき層により複数の砥粒が固定されている。
【0015】
(2.電着砥粒工具1の構成)
電着砥粒工具1の構成について
図1を参照して説明する。電着砥粒工具1は、基材10、砥粒20、めっき層30を備える。
【0016】
基材10は、アルミニウム又はアルミニウム合金により成形されている。基材10は、例えば、円盤状に形成されており、中心には貫通孔が形成されている。貫通孔の内周面が、電着砥粒工具1を相手部材(図示に取り付けるための取付面11を構成する。電着砥粒工具1の取付面11、すなわち、貫通孔の内周面は、基材10が露出しており、相手部材と直接接触する部位となる。つまり、取付面11は、めっき等が施されていない面である。
【0017】
基材10の外周面は、任意の形状に形成されている。
図1においては、基材10の外周面は、円筒外周面に形成されている。他に、基材10の外周面は、軸方向断面において山形等に形成されるようにしても良い。
【0018】
砥粒20は、ダイヤモンド、CBN等の超砥粒である。砥粒20は、基材10の表面に固定されている。
図1に示す電着砥粒工具1においては、砥粒20は、基材10の外周面に固定されている。
【0019】
めっき層30は、砥粒20を基材10の表面に電着により固定するための層である。めっき層30は、基材10の表面に接合しており、且つ、砥粒20の表面に接合している。めっき層30は、例えば、ニッケルめっきを適用される。
【0020】
(3.電着砥粒工具1の表面の詳細構成)
電着砥粒工具1の表面の詳細構成について
図2を参照して説明する。電着砥粒工具1は、上述したように、基材10、砥粒20、めっき層30を備える。基材10の表面10aは、
図2に示すように、凹凸状に粗化されている。特に、基材10の粗化表面10aは、大きな凹凸形状を有しており、その大きな凹凸形状の表面にさらに小さな凹凸形状を有している。つまり、基材10の粗化表面10aは、当該小さな凹凸形状によって、
図2の上下方向にアンダーカット形状を有する。
【0021】
めっき層30は、下地めっき層31と、固定めっき層32とを備える。下地めっき層31は、基材10の粗化表面10aに、めっき材料によってめっきされている。下地めっき層31は、基材10の粗化表面10aの凹凸における凸端(最大高さに対応する部位)から所定厚みHを有する。つまり、下地めっき層31は、基材10の粗化表面10aの凹凸における凸部を完全に被覆しており、且つ、粗化表面10aの凹凸における凹部に完全に埋設されている。言い換えると、下地めっき層31は、基材10の粗化表面10aを完全に被覆しており、粗化表面10aが露出している部位が存在しない。
【0022】
固定めっき層32は、下地めっき層31の表面にめっきされており、下地めっき層31と砥粒20とを接合する。固定めっき層32は、仮固定めっき層32aと、本固定めっき層32bとを備える。仮固定めっき層32aは、砥粒20を下地めっき層31の表面に仮固定するためのめっき層である。仮固定めっき層32aは、下地めっき層31と同種のめっき材を適用すると良く、例えば、ニッケルめっきを適用する。これにより、下地めっき層31と仮固定めっき層32aとの接合強度を高くすることができる。
【0023】
本固定めっき層32bは、仮固定めっき層32aの表面に形成されるめっき層である。本固定めっき層32bは、砥粒20と仮固定めっき層32aとを接合し、砥粒20を下地めっき層31により強固に接合する役割を有する。本固定めっき層32bは、仮固定めっき層32aと同種のめっき材を適用すると良く、例えば、ニッケルめっきを適用する。なお、仮固定めっき層32a及び本固定めっき層32bの厚みは、砥粒20の大きさに応じて、適宜変更される。
【0024】
(4.電着砥粒工具1の製造方法)
電着砥粒工具1の製造方法について、
図3-
図8を参照して説明する。まず、事前準備として、基材10の表面のうち、砥粒20を配置する部分以外をマスキングする。続いて、基材10の表面の脱脂処理を行い、その後に水洗する(S1:脱脂工程,S2:水洗工程)。脱脂処理は、苛性ソーダ、リン酸ソーダ、その他の混合液のアルカリ性液を用いる。例えば、脱脂工程は、温度50℃で水酸化ナトリウムの濃度0.25mol/Lの水溶液に、基材10を接触させる。処理時間は、60secとする。
【0025】
続いて、基材10の表面を粗化する工程を行い、その後に水洗する(S3:基材粗化工程、S4:水洗工程)。基材粗化工程は、基材10の表面を溶解すると共に、基材10の表面を銅で置換するための処理である。基材粗化工程は、銅イオンを含みアルミニウム又はアルミニウム合金を溶解する酸性液に、基材10を接触させる。
【0026】
ここで、酸性液は、例えば、塩酸の濃度が0.1mol/L~5.0mol/Lであり、銅イオンの濃度が0.004mol/L~1.0mol/Lである。基材粗化工程は、温度30℃~80℃の上記酸性液に、基材10を接触させる。処理時間は、30sec~20minである。
【0027】
基材粗化工程により、基材10の表面部分は
図4に示すようになる。つまり、基材粗化工程では、基材10の表面が溶解されることにより凹凸状(相対的に大きな凹凸状)に形成される。さらに、基材粗化工程では、溶解された基材10の表面のアルミニウムが置換金属としての銅に置換され、基材10の表面に銅40が析出する。
図4において、模式的に図示するように、基材10の表面は、大きな凹凸形状を有しており、その大きな凹凸状の表面に丸印にて示した銅40が析出する。
【0028】
続いて、酸性液を用いて基材10の表面における置換金属としての銅40を選択エッチングすることにより、基材10の粗化表面10aを露出させ、その後に水洗する(S5:置換金属選択エッチング工程、S6:水洗工程)。置換金属選択エッチング工程は、置換金属としての銅40を基材10よりも優先的に溶解する酸性液に、基材粗化工程(S3)の後の基材10を接触させることにより、基材10を溶解しないようにしつつ置換金属としての銅を溶解する。
【0029】
ここで、置換金属選択エッチング工程にて用いる酸性液は、塩酸、硫酸、硝酸等の強酸を適用する。例えば、酸性液は、濃度0.2mol/Lの過硫酸ナトリウムを用いて、置換金属としての銅を溶解する。処理時間は、60secである。
【0030】
置換金属選択エッチング工程により、基材10の粗化表面10aは
図5に示すようになる。つまり、基材10の粗化表面10aは、
図4に示す基材10の表面において置換金属である銅と基材10との境界線により表される。従って、基材10の粗化表面10aは、基材10の溶解による大きな凹凸形状を有しており、その大きな凹凸形状の表面にさらに置換金属選択エッチングによる小さな凹凸形状を有している。つまり、基材10の粗化表面10aは、当該小さな凹凸形状によって、
図5の上下方向にアンダーカット形状を有する。
【0031】
続いて、基材粗化工程(S3)及び置換金属選択エッチング工程(S5)の処理を、予め設定された規定回数実施したか否かを判定する(S7)。規定回数は、例えば、1回又は2回に設定されるが、3回以上としても良い。規定回数に達していなければ(S7:No)、S3に戻り、基材粗化工程(S3)及び置換金属選択エッチング工程(S5)を再び実施する。
【0032】
ここで、規定回数終了後の置換金属選択エッチング工程後の基材10の粗化表面10aは、算術平均粗さRa(JIS B 0031:2003、ISO 1302:2002)が1μm以上、又は、最大高さRz(JIS B 0031:2003、ISO 1302:2002)が10μm以上である。さらには、規定回数終了後の置換金属選択エッチング工程後の基材10の粗化表面10aは、算術平均粗さRaが1μm以上6μm以下(1~6μm)、又は、最大高さRzが10μm以上35μm以下(10~35μm)とすると良い。
【0033】
規定回数に達した後には(S7:Yes)、デスマット処理を行い、その後に水洗する(S8:デスマット工程、S9:水洗工程)。デスマット処理により、基材10の粗化表面10aに付着したスマットを除去する。デスマット工程は、例えば、10%トップデスマットN-20(奥野製薬工業株式会社製)を用いて、室温にて、処理時間12~24時間行う。
【0034】
続いて、基材10の粗化表面10aに下地めっき層31を形成する(S10:下地めっき工程)。下地めっき層31は、例えば、ニッケルめっきである。下地めっき工程は、
図6に示すように、基材10の粗化表面10aの凹凸における凸端から厚みHを有する下地めっき層31を形成する。ここで、下地めっき層31の厚みHは、少なくとも6μmとし、8μm以上が好適である。従って、下地めっき層31は、基材10の粗化表面10aの凹所に埋設されており、さらに、凸端及び凹所を完全に被覆している。
【0035】
ここで、6μm以上の厚みHの下地めっき層31を形成するために、公知の電気めっきを適用する。さらに、電気めっきを採用することにより、基材10の粗化表面10aをニッケルに置換することなく、基材10の粗化表面10aにニッケルめっきからなる下地めっき層31を形成することができる。つまり、下地めっき層31が、基材10の粗化表面10aに物理的に係止する。従って、下地めっき層31は、アンカー効果により、基材10に対して高い接合強度を有する状態となる。なお、無電解めっきを適用して、6μm以上の厚みHの下地めっき層31を形成するようにしても良い。
【0036】
続いて、
図7に示すように、下地めっき層31の表面に砥粒20を配置する(S11:砥粒配置工程、砥粒固定工程)。続いて、
図8に示すように、砥粒20を下地めっき層31に固定するための仮固定めっき層32aを形成する(S12:仮固定めっき工程、砥粒固定工程)。仮固定めっき層32aの厚みは、砥粒20の大きさに応じた厚みに設定される。仮固定めっき層32aは、例えば、ニッケルめっきである。つまり、仮固定めっき層32aは、下地めっき層31と同種のめっき材とすることで、下地めっき層31との高い接合強度を確保することができる。また、仮固定めっき層32aは、砥粒20を保持するための厚みを必要とするため、電気めっきにより形成する。
【0037】
続いて、
図2に示すように、仮固定めっき層32aの表面に本固定めっき層32bを形成する(S13:本固定めっき工程、砥粒固定工程)。本固定めっき層32bの厚みは、砥粒20の大きさに応じた厚みに設定される。本固定めっき層32bは、仮固定めっき層32aと同様に、ニッケルめっきである。つまり、本固定めっき層32bは、仮固定めっき層32aと同種のめっき材とすることで、仮固定めっき層32aとの高い接合強度を確保することができる。また、本固定めっき層32bは、好適には、無電解めっきを適用する。このようにして、電着砥粒工具1が製造される。
【0038】
(5.評価)
下地めっき層31の厚みHを変えて、基材10の表面における腐食の有無を検査する評価を行った。下地めっき層31の厚みH(
図6に示す)は、2.0μm、4.0μm、6.0μm、8.0μm、10.0μmとした。基材10の腐食は、基材10の表面に黒いシミの有無により評価する。
【0039】
結果は、
図9に示すようになった。つまり、下地めっき層31の厚みHが、2.0μm、4.0μmの場合には、腐食が確認された。一方、下地めっき層31の厚みHが、6.0、8.0、10.0μmの場合には、腐食を確認できなかった。つまり、下地めっき層31の厚みHを少なくとも6.0μmとすることで、腐食を抑制できる。好適には、下地めっき層31の厚みHを8.0μm以上とすることで、腐食を確実に抑制できる。なお、下地めっき層31の厚みHは、厚くするほど、処理時間、処理コストを要する。従って、下地めっき層31の厚みHは、例えば、10.0μm以下にすると良い。
【0040】
次に、基材10の粗化表面10aの表面粗さに対する下地めっき層31の剥離強度について評価を行った。具体的には、基材粗化工程における酸性液の銅イオン濃度、塩酸等の濃度を調整することにより、基材10の粗化表面10aの表面粗さを異なる状態とした。算術平均粗さRaが、0.5、1、3、6、9μmとした。算術平均粗さRaが、0.5μm、9μmでは、アンカー効果が弱く、下地めっき層31の剥離強度が小さくなった。算術平均粗さRaが、1~6μmであれば、所定の剥離強度を確保することができた。
【0041】
また、他の指標として、最大高さRzが、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50μmとした。最大高さRzが、5μm及び40μm以上では、アンカー効果が弱く、下地めっき層31の剥離強度が小さくなった。最大高さRzが、10~35μmであれば、所定の剥離強度を確保することができた。
【0042】
(6.効果)
基材粗化工程S3及び置換金属選択エッチング工程S5において、酸性液を用いている。従って、基材10の表面を部分的にマスキングすることが可能となり、基材10の表面を部分的に粗化することができる。さらに、アルミニウム又はアルミニウム合金の基材10の表面を粗化することにより、基材10の表面の凹凸に下地めっき層31が係止する。従って、基材10と下地めっき層31との接合強度が高くなる。そして、下地めっき層31の表面に、砥粒20を固定するための固定めっき層32を形成しており、めっき層同士の接合力は十分に確保できる。従って、基材10と砥粒20との接合強度を高くすることができる。
【0043】
このように、基材10にアルミニウム又はアルミニウム合金を適用することにより、電着砥粒工具1の軽量化を図ることができる。強アルカリ性の液を用いずに、酸性液を用いて、基材10の表面を粗化することができるため、部分的なめっきを行うことができ、取り扱い性も良好となる。さらに、基材10の表面を粗化することにより基材10と下地めっき層31との接合強度を高くすることができるため、結果として、基材10と砥粒20との高い接合強度を確保することができる。
【符号の説明】
【0044】
1:電着砥粒工具、 10:基材、 10a:粗化表面、 11:取付面、 20:砥粒、 30:めっき層、 31:下地めっき層、 32:固定めっき層、 32a:仮固定めっき層、 32b:本固定めっき層、 40:銅(置換金属)S3:基材粗化工程、 S5:置換金属選択エッチング工程、 S11-S13:砥粒固定工程