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JP7553382B2 - Manufacturing method of electroplated abrasive tools - Google Patents
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Description

本発明は、電着砥粒工具の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing electroplated abrasive tools.

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。 Patent Document 1 describes an electroplated abrasive tool in which abrasive grains such as diamond or CBN are fixed to the surface of a base material (also called a base metal) made of an iron-based material by nickel plating. Patent Document 2 also describes a similar electroplated abrasive tool.

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。 In recent years, the use of aluminum or aluminum alloys as the substrate has been considered in order to reduce weight. However, the bonding strength between the aluminum-based substrate and the plating layer for fixing the abrasive grains is insufficient, making it difficult to use an aluminum-based substrate.

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。 Incidentally, as a method for roughening the surface of an aluminum-based material, for example, double zincate treatment is known, as described in Patent Document 3. In addition, a method different from zincate treatment is proposed as a method for roughening the surface of an aluminum-based material in Patent Document 4.

特開2014-111302号公報JP 2014-111302 A 特開平6-114739号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-114739 特開昭61-148900号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-148900 特開2007-138224号公報JP 2007-138224 A

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。 When double zincate treatment is applied as a method for roughening aluminum-based substrates, the strongly alkaline treatment solution is not easy to handle, and partial plating is not possible when a strongly alkaline treatment solution is used. In electroplated abrasive tools, it is necessary to form a plating layer only on the portion where the abrasive grains are placed, and to prevent a plating layer from being formed on the mounting surface that abuts against the mating member. However, as mentioned above, double zincate treatment uses a strongly alkaline treatment solution, which makes masking difficult and makes partial plating impossible. Therefore, double zincate treatment cannot be applied to form a roughened surface of an aluminum-based substrate.

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。 The present invention aims to provide a method for manufacturing an electroplated abrasive tool that uses aluminum or an aluminum alloy as a base material without the need for double zincate treatment, and that can increase the bonding strength between the base material and the plating layer that secures the abrasive grains.

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。 The method for manufacturing an electroplated abrasive tool is a method for manufacturing an electroplated abrasive tool in which abrasive grains are fixed to the surface of a substrate, and includes a substrate roughening step in which the substrate surface made of aluminum or an aluminum alloy is brought into contact with an acidic solution that contains copper ions and dissolves aluminum or an aluminum alloy, thereby dissolving the substrate surface and replacing the substrate surface with copper as a replacement metal, a replacement metal selective etching step in which the replacement metal on the substrate surface is selectively etched using the acidic solution to expose the roughened surface of the substrate, a base plating step in which a base plating layer is formed on the roughened surface of the substrate, and an abrasive grain fixing step in which abrasive grains are arranged on the surface of the base plating layer and a fixed plating layer is formed to fix the abrasive grains.

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。 An acidic solution is used in the substrate roughening process and the selective replacement metal etching process. This makes it possible to partially mask the surface of the substrate, allowing the substrate surface to be partially roughened. Furthermore, by roughening the surface of the aluminum or aluminum alloy substrate, the undercoat plating layer is engaged with the irregularities on the substrate surface. This increases the bonding strength between the substrate and the undercoat plating layer. Furthermore, a fixing plating layer for fixing the abrasive grains is formed on the surface of the undercoat plating layer, ensuring sufficient bonding strength between the plating layers. This increases the bonding strength between the substrate and the abrasive grains.

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。 In this way, by using aluminum or an aluminum alloy for the substrate, the weight of the electroplated abrasive tool can be reduced. Since the surface of the substrate can be roughened using an acidic liquid instead of a strongly alkaline liquid, partial plating can be performed and handling is also improved. Furthermore, by roughening the surface of the substrate, the bonding strength between the substrate and the undercoat plating layer can be increased, and as a result, a high bonding strength between the substrate and the abrasive can be ensured.

電着砥粒工具の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of an electroplated abrasive tool. 電着砥粒工具の表面部分における拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a surface portion of an electroplated abrasive tool. 電着砥粒工具の製造方法を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing a method for manufacturing an electroplated abrasive tool. 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。1 is an enlarged view showing a surface portion of a substrate in a substrate roughening step, in which the two-dot chain line indicates the shape of the substrate before the substrate roughening step. 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。FIG. 2 is an enlarged view showing a surface portion of a substrate in a selective replacement metal etching step. 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。FIG. 4 is an enlarged view showing a surface portion of a substrate in a base plating step. 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。FIG. 4 is an enlarged view showing a surface portion of the substrate in an abrasive grain arrangement step. 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。FIG. 4 is an enlarged view showing a surface portion of a substrate in a temporary fixing plating process. 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。1 is a table showing the presence or absence of corrosion of the surface of a substrate when the thickness of an undercoat plating layer is changed.

(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。
(1. Types of electroplated abrasive tools)
Electrodeposited abrasive tools include electrodeposited wheels and electrodeposited dressers, and are tools in which abrasive grains are fixed to the surface of a substrate by electroplating.

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。 An electroplated wheel (also called an electroplated grinding wheel) is a tool for grinding metal workpieces, in which abrasive grains (e.g., superabrasive grains) such as diamond or CBN are fixed to the surface of a substrate. An electroplated wheel has, for example, a configuration in which multiple abrasive grains are fixed to the outer peripheral surface of a disk-shaped substrate, or a configuration in which multiple abrasive grains are fixed to the axial end surface on the outer peripheral side of a disk-shaped substrate. However, the substrate is not limited to being disk-shaped, and can be formed into any shape, and the position at which the abrasive grains are arranged can also be set arbitrarily. In addition, the multiple abrasive grains are fixed to the surface of the substrate by a plating layer. The plating layer is, for example, nickel plating.

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。 An electroplated dresser is, for example, a tool for dressing or truing the surface of a grinding wheel. Like an electroplated wheel, an electroplated dresser is a tool in which multiple superabrasive grains such as diamonds are fixed to the surface of a substrate by a plating layer. The substrate of an electroplated dresser may be disk-shaped or may be any shape other than disk-shaped. For example, an electroplated rotary dresser has multiple abrasive grains fixed to the outer peripheral surface of a disk-shaped substrate by a plating layer.

(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。
(2. Configuration of Electrodeposited Abrasive Tool 1)
The configuration of an electrodeposited abrasive tool 1 will be described with reference to Fig. 1. The electrodeposited abrasive tool 1 includes a substrate 10, abrasive grains 20, and a plating layer 30.

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。 The substrate 10 is made of aluminum or an aluminum alloy. The substrate 10 is formed, for example, in a disk shape, with a through hole formed in the center. The inner circumferential surface of the through hole constitutes the mounting surface 11 for mounting the electroplated abrasive tool 1 to a mating member (as shown in the figure). The mounting surface 11 of the electroplated abrasive tool 1, i.e., the inner circumferential surface of the through hole, is the portion where the substrate 10 is exposed and comes into direct contact with the mating member. In other words, the mounting surface 11 is a surface that is not plated or the like.

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。 The outer peripheral surface of the substrate 10 may be formed into any shape. In FIG. 1, the outer peripheral surface of the substrate 10 is formed into a cylindrical outer peripheral surface. Alternatively, the outer peripheral surface of the substrate 10 may be formed into a mountain shape or the like in the axial cross section.

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。 The abrasive grains 20 are superabrasive grains such as diamond or CBN. The abrasive grains 20 are fixed to the surface of the substrate 10. In the electroplated abrasive tool 1 shown in FIG. 1, the abrasive grains 20 are fixed to the outer peripheral surface of the substrate 10.

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。 The plating layer 30 is a layer for fixing the abrasive grains 20 to the surface of the substrate 10 by electrochemical deposition. The plating layer 30 is bonded to the surface of the substrate 10 and also to the surface of the abrasive grains 20. The plating layer 30 is, for example, nickel plating.

(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。
(3. Detailed configuration of the surface of the electroplated abrasive tool 1)
The detailed configuration of the surface of the electrodeposited abrasive tool 1 will be described with reference to Fig. 2. As described above, the electrodeposited abrasive tool 1 includes the substrate 10, the abrasive grains 20, and the plating layer 30. The surface 10a of the substrate 10 is roughened to have an uneven shape as shown in Fig. 2. In particular, the roughened surface 10a of the substrate 10 has a large uneven shape, and the large uneven shape has even smaller uneven shapes on the surface. In other words, the roughened surface 10a of the substrate 10 has an undercut shape in the vertical direction of Fig. 2 due to the small uneven shapes.

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。 The plating layer 30 comprises a base plating layer 31 and a fixed plating layer 32. The base plating layer 31 is plated with a plating material on the roughened surface 10a of the substrate 10. The base plating layer 31 has a predetermined thickness H from the convex end (the portion corresponding to the maximum height) of the unevenness of the roughened surface 10a of the substrate 10. In other words, the base plating layer 31 completely covers the convex portions of the unevenness of the roughened surface 10a of the substrate 10, and is completely embedded in the concave portions of the unevenness of the roughened surface 10a. In other words, the base plating layer 31 completely covers the roughened surface 10a of the substrate 10, and there is no portion where the roughened surface 10a is exposed.

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。 The fixed plating layer 32 is plated on the surface of the base plating layer 31 and bonds the base plating layer 31 and the abrasive grains 20. The fixed plating layer 32 includes a temporary fixed plating layer 32a and a permanent fixed plating layer 32b. The temporary fixed plating layer 32a is a plating layer for temporarily fixing the abrasive grains 20 to the surface of the base plating layer 31. The temporary fixed plating layer 32a is preferably made of the same plating material as the base plating layer 31, for example, nickel plating. This increases the bond strength between the base plating layer 31 and the temporary fixed plating layer 32a.

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。 The fixed plating layer 32b is a plating layer formed on the surface of the temporary fixed plating layer 32a. The fixed plating layer 32b bonds the abrasive grains 20 to the temporary fixed plating layer 32a, and serves to firmly bond the abrasive grains 20 to the base plating layer 31. The fixed plating layer 32b may be made of the same plating material as the temporary fixed plating layer 32a, for example nickel plating. The thicknesses of the temporary fixed plating layer 32a and the fixed plating layer 32b are appropriately changed depending on the size of the abrasive grains 20.

(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。
(4. Manufacturing method of electroplated abrasive tool 1)
The manufacturing method of the electroplated abrasive tool 1 will be described with reference to Figs. 3 to 8. First, as a preliminary step, the surface of the substrate 10 is masked except for the portion where the abrasive grains 20 are to be disposed. Next, the surface of the substrate 10 is degreased, and then washed with water (S1: degreasing step, S2: water washing step). The degreasing step uses an alkaline liquid such as caustic soda, sodium phosphate, or a mixture of other liquids. For example, the degreasing step involves contacting the substrate 10 with an aqueous solution of sodium hydroxide at a concentration of 0.25 mol/L at a temperature of 50°C. The treatment time is 60 seconds.

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。 Next, a process of roughening the surface of the substrate 10 is carried out, followed by rinsing with water (S3: substrate roughening process, S4: water rinsing process). The substrate roughening process is a treatment for dissolving the surface of the substrate 10 and replacing the surface of the substrate 10 with copper. In the substrate roughening process, the substrate 10 is brought into contact with an acidic solution that contains copper ions and dissolves aluminum or an aluminum alloy.

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。 Here, the acidic solution has, for example, a hydrochloric acid concentration of 0.1 mol/L to 5.0 mol/L and a copper ion concentration of 0.004 mol/L to 1.0 mol/L. In the substrate roughening process, the substrate 10 is brought into contact with the acidic solution at a temperature of 30°C to 80°C. The treatment time is 30 sec to 20 min.

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。 The substrate roughening process results in the surface portion of the substrate 10 becoming as shown in FIG. 4. That is, in the substrate roughening process, the surface of the substrate 10 is dissolved and formed into an uneven shape (relatively large unevenness). Furthermore, in the substrate roughening process, the dissolved aluminum on the surface of the substrate 10 is replaced with copper as a replacement metal, and copper 40 precipitates on the surface of the substrate 10. As shown diagrammatically in FIG. 4, the surface of the substrate 10 has a large uneven shape, and copper 40, indicated by a circle, precipitates on the large uneven surface.

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。 Next, copper 40 as a replacement metal on the surface of the substrate 10 is selectively etched using an acidic solution to expose the roughened surface 10a of the substrate 10, which is then washed with water (S5: replacement metal selective etching step, S6: water washing step). In the replacement metal selective etching step, the substrate 10 after the substrate roughening step (S3) is brought into contact with an acidic solution that preferentially dissolves copper 40 as a replacement metal over the substrate 10, thereby dissolving copper as a replacement metal while preventing the substrate 10 from dissolving.

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。 Here, the acid solution used in the selective replacement metal etching process is a strong acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, or nitric acid. For example, the acid solution uses sodium persulfate with a concentration of 0.2 mol/L to dissolve copper as the replacement metal. The processing time is 60 seconds.

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。 By the selective replacement metal etching process, the roughened surface 10a of the substrate 10 becomes as shown in FIG. 5. That is, the roughened surface 10a of the substrate 10 is represented by the boundary between the substrate 10 and the copper, which is the replacement metal, on the surface of the substrate 10 shown in FIG. 4. Therefore, the roughened surface 10a of the substrate 10 has a large uneven shape due to the dissolution of the substrate 10, and the surface of the large uneven shape further has a small uneven shape due to the selective replacement metal etching. In other words, the roughened surface 10a of the substrate 10 has an undercut shape in the vertical direction of FIG. 5 due to the small uneven shapes.

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。 Next, it is determined whether the substrate roughening process (S3) and the replacement metal selective etching process (S5) have been performed a preset number of times (S7). The preset number of times is set to, for example, once or twice, but may be three or more times. If the preset number of times has not been reached (S7: No), the process returns to S3, and the substrate roughening process (S3) and the replacement metal selective etching process (S5) are performed again.

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。 Here, the roughened surface 10a of the substrate 10 after the selective replacement metal etching process after the specified number of times has an arithmetic mean roughness Ra (JIS B 0031:2003, ISO 1302:2002) of 1 μm or more, or a maximum height Rz (JIS B 0031:2003, ISO 1302:2002) of 10 μm or more. Furthermore, the roughened surface 10a of the substrate 10 after the selective replacement metal etching process after the specified number of times has an arithmetic mean roughness Ra of 1 μm or more and 6 μm or less (1 to 6 μm), or a maximum height Rz of 10 μm or more and 35 μm or less (10 to 35 μm).

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。 After the specified number of times is reached (S7: Yes), a desmutting process is performed, followed by rinsing with water (S8: desmutting process, S9: rinsing process). The desmutting process removes smut adhering to the roughened surface 10a of the substrate 10. The desmutting process is performed, for example, using 10% Top Desmut N-20 (manufactured by Okuno Chemical Industries Co., Ltd.) at room temperature for a treatment time of 12 to 24 hours.

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。 Next, a base plating layer 31 is formed on the roughened surface 10a of the substrate 10 (S10: base plating step). The base plating layer 31 is, for example, nickel plating. In the base plating step, as shown in FIG. 6, a base plating layer 31 having a thickness H from the convex end of the unevenness of the roughened surface 10a of the substrate 10 is formed. Here, the thickness H of the base plating layer 31 is at least 6 μm, and preferably 8 μm or more. Therefore, the base plating layer 31 is embedded in the recesses of the roughened surface 10a of the substrate 10, and further completely covers the convex end and the recesses.

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。 Here, known electroplating is applied to form the undercoat plating layer 31 with a thickness H of 6 μm or more. Furthermore, by employing electroplating, the undercoat plating layer 31 made of nickel plating can be formed on the roughened surface 10a of the substrate 10 without replacing the roughened surface 10a of the substrate 10 with nickel. In other words, the undercoat plating layer 31 is physically anchored to the roughened surface 10a of the substrate 10. Therefore, the undercoat plating layer 31 has a high bonding strength to the substrate 10 due to the anchor effect. Note that electroless plating may be used to form the undercoat plating layer 31 with a thickness H of 6 μm or more.

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。 Next, as shown in FIG. 7, the abrasive grains 20 are arranged on the surface of the base plating layer 31 (S11: abrasive grain arrangement process, abrasive grain fixing process). Next, as shown in FIG. 8, a temporary fixed plating layer 32a is formed to fix the abrasive grains 20 to the base plating layer 31 (S12: temporary fixed plating process, abrasive grain fixing process). The thickness of the temporary fixed plating layer 32a is set according to the size of the abrasive grains 20. The temporary fixed plating layer 32a is, for example, nickel plating. In other words, by using the same type of plating material for the temporary fixed plating layer 32a as the base plating layer 31, high bonding strength with the base plating layer 31 can be ensured. In addition, the temporary fixed plating layer 32a is formed by electroplating because it needs a thickness to hold the abrasive grains 20.

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。 Next, as shown in FIG. 2, a permanent fixed plating layer 32b is formed on the surface of the temporary fixed plating layer 32a (S13: permanent fixed plating process, abrasive grain fixing process). The thickness of the permanent fixed plating layer 32b is set according to the size of the abrasive grain 20. The permanent fixed plating layer 32b is nickel plated, just like the temporary fixed plating layer 32a. In other words, by using the same type of plating material for the permanent fixed plating layer 32b as for the temporary fixed plating layer 32a, high bonding strength with the temporary fixed plating layer 32a can be ensured. In addition, electroless plating is preferably applied to the permanent fixed plating layer 32b. In this manner, the electroplated abrasive grain tool 1 is manufactured.

(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。
(5. Evaluation)
The thickness H of the undercoat plating layer 31 was changed, and an evaluation was performed to check the presence or absence of corrosion on the surface of the substrate 10. The thickness H (shown in FIG. 6) of the undercoat plating layer 31 was set to 2.0 μm, 4.0 μm, 6.0 μm, 8.0 μm, and 10.0 μm. The corrosion of the substrate 10 was evaluated based on the presence or absence of black stains on the surface of the substrate 10.

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。 The results are shown in FIG. 9. That is, when the thickness H of the base plating layer 31 was 2.0 μm and 4.0 μm, corrosion was confirmed. On the other hand, when the thickness H of the base plating layer 31 was 6.0, 8.0, and 10.0 μm, corrosion was not confirmed. That is, by making the thickness H of the base plating layer 31 at least 6.0 μm, corrosion can be suppressed. Preferably, by making the thickness H of the base plating layer 31 8.0 μm or more, corrosion can be reliably suppressed. Note that the thicker the thickness H of the base plating layer 31, the longer the processing time and processing costs required. Therefore, it is preferable to make the thickness H of the base plating layer 31, for example, 10.0 μm or less.

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。 Next, the peel strength of the undercoat plating layer 31 relative to the surface roughness of the roughened surface 10a of the substrate 10 was evaluated. Specifically, the copper ion concentration of the acidic solution in the substrate roughening process, the concentration of hydrochloric acid, etc. were adjusted to change the surface roughness of the roughened surface 10a of the substrate 10. The arithmetic mean roughness Ra was set to 0.5, 1, 3, 6, and 9 μm. When the arithmetic mean roughness Ra was 0.5 μm and 9 μm, the anchor effect was weak and the peel strength of the undercoat plating layer 31 was small. When the arithmetic mean roughness Ra was 1 to 6 μm, a predetermined peel strength could be ensured.

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。 As another index, the maximum height Rz was set to 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, and 50 μm. When the maximum height Rz was 5 μm or more and 40 μm or more, the anchor effect was weak and the peel strength of the undercoat plating layer 31 was small. When the maximum height Rz was 10 to 35 μm, the specified peel strength could be ensured.

(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。
(6. Effects)
In the substrate roughening step S3 and the selective replacement metal etching step S5, an acidic solution is used. Therefore, it is possible to partially mask the surface of the substrate 10, and the surface of the substrate 10 can be partially roughened. Furthermore, by roughening the surface of the aluminum or aluminum alloy substrate 10, the undercoat plating layer 31 is engaged with the unevenness of the surface of the substrate 10. Therefore, the bonding strength between the substrate 10 and the undercoat plating layer 31 is increased. In addition, a fixing plating layer 32 for fixing the abrasive grains 20 is formed on the surface of the undercoat plating layer 31, and the bonding strength between the plating layers can be sufficiently secured. Therefore, the bonding strength between the substrate 10 and the abrasive grains 20 can be increased.

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。 In this way, by using aluminum or an aluminum alloy for the substrate 10, the weight of the electroplated abrasive tool 1 can be reduced. Since the surface of the substrate 10 can be roughened using an acidic liquid instead of a strongly alkaline liquid, partial plating can be performed and handling is also improved. Furthermore, by roughening the surface of the substrate 10, the bonding strength between the substrate 10 and the undercoat plating layer 31 can be increased, and as a result, a high bonding strength between the substrate 10 and the abrasive grains 20 can be ensured.

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 1: Electrodeposited abrasive tool, 10: Substrate, 10a: Roughened surface, 11: Mounting surface, 20: Abrasive, 30: Plating layer, 31: Base plating layer, 32: Fixed plating layer, 32a: Temporary fixed plating layer, 32b: Main fixed plating layer, 40: Copper (replacement metal) S3: Substrate roughening process, S5: Replacement metal selective etching process, S11-S13: Abrasive fixing process

Claims (4)

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。
A method for manufacturing an electroplated abrasive tool having abrasive grains fixed to a surface of a substrate, comprising the steps of:
A substrate roughening step in which the substrate made of aluminum or an aluminum alloy is contacted with an acidic solution containing copper ions and dissolving aluminum or an aluminum alloy, thereby dissolving the surface of the substrate and replacing the surface of the substrate with copper as a replacement metal;
a selective etching step of selectively etching the replacement metal on the surface of the base material using an acidic liquid to expose the roughened surface of the base material;
a base plating step of forming a base plating layer on the roughened surface of the base material;
an abrasive grain fixing step of disposing abrasive grains on a surface of the undercoat plating layer and forming a fixing plating layer for fixing the abrasive grains;
A method for manufacturing an electroplated abrasive tool comprising the steps of:
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。 The method for manufacturing an electroplated abrasive tool according to claim 1, wherein the undercoat plating step forms the undercoat plating layer having a thickness of at least 6 μm from the convex ends of the unevenness of the roughened surface of the substrate by electroplating or electroless plating. 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。 The method for manufacturing an electroplated abrasive tool according to claim 1 or 2, wherein the roughened surface of the substrate has an arithmetic mean roughness Ra (JIS B 0031:2003, ISO 1302:2002) of 1 μm or more, or a maximum height Rz (JIS B 0031:2003, ISO 1302:2002) of 10 μm or more. 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。 The method for manufacturing an electroplated abrasive tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the undercoat plating layer and the fixed plating layer are nickel plating.
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