JPH09101131A

JPH09101131A - 砥石状態評価法

Info

Publication number: JPH09101131A
Application number: JP7259852A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kai; 聡甲斐
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-04-15

Abstract

(57)【要約】【課題】加工機上で実際の加工に近い状態で砥石状態
を測定し、砥石が望まれる状態でツルーイング，ドレッ
シングされているかを評価する。【解決手段】軸１ａまわりに回転する円筒状の砥石１
の角部３で研削する加工において、砥石角部３と対向
し、非接触に設けた光学式の変位センサ４を砥石１に対
して矢印５の方向に相対移動する。これにより、砥石１
が回転停止状態では、ダイヤモンド砥粒と砥石ボンドと
の凹凸と反射率の相異とから砥粒の突出し量を測定す
る。砥石１を回転した状態で凹凸及び回転振れを測定
し、更に研削する部分である角部３の砥石頂点の平坦度
を測定して加工面の粗さを測定し、砥石１が目的とする
加工精度が得られる望まれる状態にツルーイングされて
いるか否かを判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、砥石状態評価法に
関し、より詳細には、実際に加工が行われる状態に近い
状態で加工機に取り付けた砥石の状態を測定して、加工
面の粗さに影響する砥石の状態を評価する砥石状態評価
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】機械加工分野において、半導体基板，金
属ガラス，セラミックス等、硬度の高い加工物に対し鏡
面研削を行うとき、研削加工に使用される砥石には、通
常、微細なダイヤモンド，チタンカーバイドあるいは酸
化アルミニウム等の電気絶縁性の砥粒と、該砥粒を導電
性金属のボンドにより、強固に結合して形成された円筒
状や円板状のメタルボンド砥石が用いられる。この様に
構成された砥石は、ボンド面上に砥粒が突き出した状態
で加工に使用される。しかし、加工時における砥石は、
砥粒がボンドから一定量突き出したままの状態を保つの
ではなく、砥粒とボンドとが被加工物により粒砕されな
がら、新たな砥粒を突き出させて突き出した新たな砥粒
により切削が行われ、この状態を継続しながら研削がな
される。このときの砥粒の突き出し量は加工面の粗さ精
度に影響を与える重要なファクターである。しかし、使
用する以前の砥石は、加工面に対する回転振れや、凹
凸、又は形状において高精度な加工を行うために満足な
値をもっている状態ではないので、アルミナ等を含む砥
石研削剤を用いて回転振れや凹凸のない、しかも均一な
形状にするためのツルーイングが行われ、また、砥粒の
突き出し量を確保するため、電解作用を利用するなどの
方法によりドレッシングが行われる。

【０００３】特に、例えば、レンズ面のように、加工面
の形状の自由度を増すため、砥石の研削面が平面ではな
く、円筒面と円筒端面の境界で形成される砥石角部を用
いる加工が行われるが、砥石角部を用いて加工を行う場
合においても、砥石の角部が作用する点の回転振れや、
凹凸が加工面の粗さ精度に影響を与える点は平面加工の
場合と同様であるので、これを取り除くためのツルーイ
ングやドレッシングが加工前に行われる。このため、砥
石の研削面の凹凸や、砥粒の突き出し量が測定される。
砥石の表面状態を測定する装置として、特開平５−１２
３９６６号公報が開示されている。

【０００４】特開平５−１２３９６６号公報による砥石
表面性状表示装置は、円筒形状の砥石端面に電気マイク
ロメータ等の変位計の触針先端を接触させながらトレー
スして、研削面の凹凸の大きさを測定すると同時に、触
針と砥石との間に電圧を印加して触針が接触した部分が
電気絶縁性の砥粒であるか、導電性のボンドであるかを
検知し、前記凸部分が砥粒によるものかボンドによるも
のであるかを記録して砥石表面の性状を表示できるよう
にした装置である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した砥石表面を触
針でトレースすることにより、凹凸を測定する方法で
は、同時に砥石と触針との間に電圧を印加して、通電状
態をみて、凸部が砥粒であるかボンドであるかを検知す
るので、砥石表面の凹凸を測定するための変位計は触針
を有することが条件となっている。しかし、触針は、先
端が微小球状を呈しており、触針先端半径による誤差が
生ずるので、より微細な凹凸形状や砥粒の突き出しなど
の砥石状態を安定して高精度に計測することが不可能で
ある。また、砥石表面性状表示装置を用いて加工面の評
価を行うことはなされていない。

【０００６】一方、砥石角部を用いる加工において、加
工前に行われたツルーイングやドレッシングにより、砥
石角部が回転振れがなく、凹凸の大きさが所定以下であ
り、砥石角部が所定の形状であるか否かが不明であっ
た。

【０００７】本発明は、砥石角部を用いる加工におい
て、砥石を取り付けた加工機上で実際に加工が行われる
状態に近い状態で、目的とする加工精度を得るため砥石
が望ましい状態にツルーイングされドレッシングされて
いるかを、光を用い非接触に測定して正確に評価を行う
ことができる砥石状態評価法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、円筒
状砥石の角部を用いて研削する研削加工において、加工
機上で砥石の状態を非接触で測定を行うことにより、実
際の加工が行われる状態に近い状態で、砥石が目的とす
る加工精度が得られる望ましい状態にあるかを評価でき
るようにしたものである。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記非接触で測定するセンサを光学式の変位センサ
とすることにより、砥石の状態を評価するための微細な
変位を非接触に高精度で計測できるようにしたものであ
る。

【００１０】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記光学式の変位センサは、前記砥石の砥粒径より
も狭い間隔を測定可能で、前記砥粒の突き出し量を測定
することができる能力をもち、砥粒を正確に測定できる
ようにしたものである。

【００１１】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、前記砥石を回転させない状態で前記センサを走査
し、該砥石の表面状態を振動等の雑音を受けることなく
高精度に測定できるようにしたものである。

【００１２】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、前記砥石を構成する砥粒とボンドを各々の光の反射
率の違いを利用することにより、該砥粒とボンドの区別
を非接触に行い、該砥粒の突き出し量を測定できるよう
にしたものである。

【００１３】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、前記砥石を回転させた状態で該砥石の測定を行うこ
とにより、該砥石の回転振れと、表面の凹凸を同時に測
定できるようにしたものである。

【００１４】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記測定結果に基づいて、前記砥石のツルーイング
完了の評価を行い不必要なツルーイングを行う無駄をな
くすようにしたものである。

【００１５】請求項８の発明は、請求項１の発明におい
て、前記砥石を回転させた状態で、該砥石を非接触で測
定する測定手段を該砥石に対し相対移動し、該砥石が実
際に前記加工面に作用する状態に近い状態で該砥石を測
定することができるようにしたものである。

【００１６】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、測定された前記砥石の形状と予め定められた加工条
件から前記加工面の表面粗さを推定することができるよ
うにしたものである。

【００１７】請求項１０の発明は、請求項９の発明にお
いて、推定した前記加工面の表面粗さにより、該砥石の
ツルーイング完了を判断し早期加工が実現できるように
したものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による砥石状態評
価法の実施の形態を説明するための砥石の角部を用いた
加工の一例を示した図で、１は砥石、２は加工物、３は
砥石の角部であり、加工物２は、被加工の曲面２ａを有
し、曲面２ａを外側に向け加工機（図示せず）に固着さ
れている。曲面２ａを加工する砥石１は、例えば、透明
なダイヤモンドを砥粒とし、該ダイヤモンド砥粒を金属
の砥石ボンドで固着した円筒状体で、軸１ａまわりに回
動可能に加工機に取り付けられている。このときの砥石
１の取り付け姿勢は、砥石１の円筒面と円周面との境界
をなす砥石角部３が加工物２の被加工曲面２ｃに対向す
るようになっており、砥石１は加工機の制御装置（図示
せず）から出力される。移動方向の指令に従って軸１ａ
まわりに回転しながら曲面２ａ上を加工する。

【００１９】図２は、図１に示した砥石の測定時の様子
を説明するための図で、図中、４はセンサ、５はセンサ
と砥石を相対移動させる方向で、センサ４は、加工機に
取り付けられた砥石１の非研削側の砥石角部３と離間し
た位置に砥石１と非接触に設けられ、砥石１が加工面に
作用する点における回転振や砥石面の凹凸あるいは砥石
の形状等を計測するためのセンサで、具体的には、光学
式の変位センサである。このため、センサ４と砥石１の
相対移動方向５は、センサ４を固定座標としたとき、砥
石１の送り方向を示す。このように、センサ４と砥石１
とが相対移動することにより、センサ４は砥石角部３に
沿って砥石角部３を走査し、砥石角部３の凹凸を計測す
る。凹凸を形成する砥粒および砥石ボンドの突き出し変
位を測定するセンサ４は、砥粒の突出し部の外径寸法よ
りも狭い間隔を測定可能であり、しかも、砥粒がボンド
面より突き出している突き出しの高さも高精度に計測す
ることができる測定能力をもっていることが必要であ
る。

【００２０】従って、高精度のセンサ４を用いて砥石角
部３の凹凸を高精度に計測するには、砥石１を回転させ
ず振動による雑音の発生しない状態でセンサ４を矢印５
の方向に走査することが必要条件となる。

【００２１】図３は、本発明の砥石状態評価法によるダ
イヤモンド砥粒の突き出し状態を測定した実施例を説明
するための図で、横軸が走査量、縦軸の上部が変位、下
部が反射率をとってあり、図中、Ａの位置はダイヤモン
ド砥粒、Ｂの位置は砥石ボンドの位置をあらわしてい
る。図３に示す研削する砥石角部３の面の凹凸変位は、
砥石１を回転させない状態で、センサ４と砥石１とを相
対変位させてダイヤモンド砥粒の突き出し状態を測定し
たもので、測定結果は基準線Ｏ−Ｏに関し、上方に突き
出している部分が大きい程、突き出し量は大きいことを
示している。突き出し量の大きい部分が必ずしもダイヤ
モンド砥粒の突き出し部分とは限らず、砥石ボンドが突
き出していることも含まれる。突き出し部分がダイヤモ
ンド砥粒であるか砥石ボンドによるものであるかは、下
部に示す反射率の大小を含めて測定できる。

【００２２】図４は、ダイヤモンド砥粒と砥石ボンドの
反射率の相違を説明するためのイメージを示す砥石の断
面図で、図中、６はダイヤモンド砥粒、７は砥石ボンド
で、同図は、砥石ボンド７により結合された１個のダイ
ヤモンド砥粒８が砥石ボンド７の面から突き出している
ことを示すが、光の反射率は、砥石ボンド７よりも透明
で鋭角な形状をもつダイヤモンド砥粒８の方が低いの
で、光の反射率の大きさから、砥石ボンド７がダイヤモ
ンド砥粒８かを判別することができる。

【００２３】すなわち、図３において、突き出し変位が
大きく、且つ、反射率の小さいＡ部分が、図４に示すダ
イヤモンド砥粒８であり、突き出し変位が小さく、且
つ、反射率の大きいＢ部分が図に示す砥石ボンド７であ
り、突き出し量が大きくても、反射率の小さい部分はダ
イヤモンド砥粒８ではないと判断できる。このように、
砥石角部３の面の突き出し変位と、反射率差の測定か
ら、ダイヤモンド砥粒８と砥石ボンド７とを区別するこ
とができ、しかも、ダイヤモンド砥粒８の突き出し量を
高精度に求めることができる（請求項１乃至５に対
応）。以上の説明においては、砥石１が回転していない
状態で砥石角部３の研削面の凹凸を計測したが、ツルー
イングにおいては、砥石１の回転振れと表面の凹凸を同
時に計測することによりツルーイングの評価を行うこと
が効果的である。

【００２４】図５は、本発明による砥石状態評価法の実
施の形態を説明するための砥石が回転したときの状態を
示す図で、図５（Ａ）はツルーイング前、図５（Ｂ）は
ツルーイング後の砥石状態を示す図であり、横軸が時
間、縦軸が砥石表面の凹凸の大きさを示す。

【００２５】図５（Ａ）に示すツルーイング前の砥石角
部３の砥石状態は、図５（Ｂ）に示すツルーイング後の
砥石状態に比べて、所定時間Ｔ₁での凹凸のピーク（Ｐ₁
〜Ｐ₂）間の変位の大きさが大きく、時間の経過に従っ
て砥石１が回転する回転周期に従って周期的に変化する
凹凸のピーク値（Ｐ₁〜Ｐ₂）間を時間平均した変位曲線
Ｃの振幅も大きい。すなわち、図５（Ａ），図５（Ｂ）
は、ツルーイング後においては、変位曲線Ｃの振幅に逆
比例して砥石１の回転振れが小さくなり、凹凸の（Ｐ₁
〜Ｐ₂）間の変位に逆比例して凹凸が小さくなることを
示している。

【００２６】従って、砥石１を回転した状態で行うツル
ーイングにおいて、砥石角部３の表面の凹凸のピーク値
（Ｐ₁〜Ｐ₂）間の変位の大きさ、および、変位曲線Ｃの
振幅の大きさを測定することにより、ツルーイングの効
果を評価することができる。逆に、ツルーイングの完了
する時期を、表面の凹凸の大きさ及び周期変位曲線Ｃの
振幅の大きさが予め設定した値に達したことにより、検
知することができる（請求項６，７に対応）。

【００２７】このことは、逆の面から見ると、砥石１を
回転した状態で、砥石１にたいしセンサ４を相対変位さ
せ、砥石１の表面の凹凸の大きさ、及び、周期的な変位
曲線Ｃの振幅の大きさを計測することにより、砥石１が
ツルーイングされた状態を保っているか否かを知ること
ができる。すなわち、砥石１が加工面に作用する状態に
近い状態で砥石１の状態を計測することができる。以
上、砥石１の回転振れおよび、表面の凹凸について述べ
たが、次に、砥石形状について述べる。

【００２８】図６は、図１に示した測定点である砥石角
部を説明するための側面図で、図７は、図６の円で示し
た砥石角部の拡大図であり、図中、８は円筒面、９は円
周面、１０は砥石頂点で、図示のように、砥石角部３
は、円筒状の砥石１の円筒面８と円周面９との境界をな
す円周であるが、砥石角部３は研削面となるため、砥石
角部３は円筒面８に対し、所定角度をもった円錘部分状
のテーパ面となっている。このため、砥石１の軸１ａを
含む断面形状において砥石角部３は、図７に示すよう
に、砥石頂点１０と砥石円筒面８と円周面９とで形成さ
れる。砥石頂点１０は、研削面となる部分で加工物２と
平行し対向している。

【００２９】図８は、砥石角部を実測した結果を示す図
で、横軸が走査方向、縦軸が変位をあわしている。図８
に示した砥石角部３の測定結果は、図２に示すように、
砥石１を回転させながら砥石１とセンサ４を矢印５方向
に相対移動させて得られたもので、図形から頂点部１０
の形状を把握することができる。図８に示した例では、
砥石頂点１０の形状は略平坦であることが知られてい
る。しかし、図９に示す砥石頂点測定結果の例は、砥石
頂点の形状は平坦ではなく、頂点が左側に傾いている砥
石頂点の例である。砥石頂点の傾きは、加工物の表面粗
さに関係する重要な指標となるものであるから、これを
評価することが求められる。

【００３０】図１０は、砥石角部のモデルの一例を示す
図で、砥石頂点１０の傾きは、砥石１を砥石頂点１０に
沿って長さＬ移動したとき、長さＬと移動方向と直角な
方向の最大の変位量Δｈとの比Δｈ／Ｌであらわされ
る。このときの加工物２の表面粗さＲ_fは、加工物２の
回転数をＮ、砥石１の送り速度をｆとすると、

【００３１】

【数１】

【００３２】で表される。図９に示した砥石頂点測定結
果と加工条件とを（１）式に代入して加工物の表面粗さ
Ｒ_fを推定した結果、加工物の表面粗さＲ_f＝３０〜６０
nm(ナノ・メータ)程度と推定された。測定を行った砥石
で、実際に超硬合金を研削したところ、表面粗さが４０
nm程度となり、推定された加工物の表面粗さと一致する
ことが確認された。

【００３３】このように、測定された砥石頂点１０の形
状と加工条件とから、加工物の表面粗さＲ_fが推定され
る。従って、（１）式により推定された表面粗さＲ_fに
より、砥石１のツルーイングの完了したことが判断でき
る。このため、必要以上のツルーイングを行うことが避
けられる（請求項８，９，１０に対応）。

【００３４】

【発明の効果】

請求項１に対応する効果：円筒状砥石の角部を用いて研
削する研削加工において、加工機上で砥石の状態を非接
触で測定を行ったので、実際の加工が行われる状態に近
い状態で、砥石が目的とする加工精度が得られる望まし
い状態にあるかを評価できる。

【００３５】請求項２に対応する効果：前記非接触で測
定するセンサを光学式の変位センサとしたので、砥石の
状態を評価するための微細な変位を非接触高精度で計測
できる。

【００３６】請求項３に対応する効果：前記光学式の変
位センサは、前記砥石の砥粒径よりも狭い間隔を測定可
能な能力を有するので、前記砥粒の突き出し量を測定す
ることができる能力をもち、砥粒を正確に測定できる。

【００３７】請求項４に対応する効果：前記砥石を回転
させない状態で前記センサを走査するので、該砥石の表
面状態を振動等の雑音を受けることなく高精度に測定で
きる。

【００３８】請求項５に対応する効果：前記砥石を構成
する砥粒とボンドを各々の光の反射率の違いを利用して
測定するので、該砥粒とボンドの区別を非接触に行い、
該砥粒の突き出し量を測定できる。

【００３９】請求項６に対応する効果：前記砥石を回転
させた状態で該砥石の測定を行うので、該砥石の回転振
れと、表面の凹凸を同時に測定できる。

【００４０】請求項７に対応する効果：前記測定結果に
基づいて、前記砥石のツルーイング完了の評価を行うよ
うにしたので、不必要なツルーイングを行う無駄をなく
すことができる。

【００４１】請求項８に対応する効果：前記砥石を回転
させた状態で、該砥石を非接触で測定する測定手段を該
砥石に対し相対移動するようにしたので、該砥石が実際
に前記加工面に作用する状態に近い状態で該砥石を測定
することができる。

【００４２】請求項９に対応する効果：測定された前記
砥石の形状と予め定められた加工条件から前記加工面の
表面粗さを推定することができる。

【００４３】請求項１０に対応する効果：推定した前記
加工面の表面粗さにより、該砥石のツルーイング完了を
判断し早期加工が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による砥石状態評価法の実施の形態を
説明するための砥石の角部を用いた加工の一例を示した
図である。

【図２】図１に示した砥石の測定時の様子を説明する
ための図である。

【図３】本発明の砥石状態評価法によるダイヤモンド
砥粒の突き出し状態を測定した実施例を説明するための
図である。

【図４】ダイヤモンド砥粒と砥石ボンドの反射率の相
違を説明するためのイメージを示す砥石の断面図であ
る。

【図５】本発明による砥石状態評価法の実施の形態を
説明するための砥石が回転したときの状態を示す図であ
る。

【図６】図１に示した測定点である砥石角部を説明す
るための側面図である。

【図７】円で示した図６の砥石角部の拡大図である。

【図８】砥石角部を実施した結果を示す図である。

【図９】砥石頂点測定結果の例を示す図である。

【図１０】砥石角部のモデルの一例を示す図である。

【符号の説明】

１…砥石、２…加工物、３…砥石の角部、４…センサ、
５…センサと砥石を相対移動させる方向、６…ダイヤモ
ンド砥粒、７…砥石ボンド、８…円筒面、９…円周面、
１０…砥石頂点。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状砥石の角部を用いて研削する研削
加工において、加工機上で砥石の状態を非接触で測定
し、該砥石状態を評価することを特徴とする砥石状態評
価法。
【請求項２】前記非接触で測定するセンサを光学式の
変位センサとすることを特徴とする請求項１に記載の砥
石状態評価法。
【請求項３】前記光学式の変位センサは、前記砥石の
砥粒径よりも狭い間隔を測定可能で、前記砥粒の突き出
し量を測定することができる能力を有することを特徴と
する請求項２に記載の砥石状態評価法。
【請求項４】前記砥石を回転させない状態で前記セン
サを走査し、該砥石の表面状態を測定することを特徴と
する請求項３に記載の砥石状態評価法。
【請求項５】前記砥石を構成する砥粒とボンドを各々
の光の反射率の違いを利用して区別し、該砥粒の突き出
し量を測定することを特徴とする請求項４に記載の砥石
状態評価法。
【請求項６】前記砥石を回転させた状態で該砥石の測
定を行い、該砥石の回転振れと表面の凹凸を同時に測定
することを特徴とする請求項１に記載の砥石状態評価
法。
【請求項７】前記測定結果に基づいて、前記砥石のツ
ルーイング完了の評価を行うことを特徴とする請求項６
に記載の砥石状態評価法。
【請求項８】前記砥石を回転させた状態で、該砥石を
非接触で測定する測定手段を該砥石に対し相対移動し、
該砥石が実際に前記加工面に作用する状態に近い状態で
該砥石を測定することを特徴とする請求項１に記載の砥
石状態評価法。
【請求項９】測定された前記砥石の形状と、予め定め
られた加工条件から前記加工面の表面粗さを推定するこ
とを特徴とする請求項８に記載の砥石状態評価法。
【請求項１０】推定した前記加工面の表面粗さによ
り、該砥石のツルーイング完了を判断することを特徴と
する請求項９に記載の砥石状態評価法。