JPH0957622A - インプロセス電解ドレッシング研削加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、メタル系のボンド材料を用いて構
成された砥石の作用面と一定の間隙をおいて対向配置さ
れた電極を備え、該間隙に充填された電解液を介して電
圧を印加して電解反応により砥石作用面のドレッシング
を行いながら被加工物を研削加工するインプロセス電解
ドレッシング研削加工方法において、互いに異なる研削
性能を有してなる複数の砥石作用面を備えた砥石を用い
て、所要の加工精度、面粗さの加工を１個の砥石で且つ
少ないタクト時間で達成し、又、段取り時間の無駄を少
なくして、生産性を向上させることを目的とする。 【解決手段】 互いに異なる研削性能を有した各領域Ｗ
1，Ｗ2の砥石作用面31，32がピックフィードＹ方向に配
列されてなる砥石30を用い、被加工物22に対して該各砥
石作用面31，32を移行させながら研削加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス、セラミッ
クス等を研削加工するインプロセス電解ドレッシング研
削加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、セラミックス等の難削材を高効率
に加工するために、砥粒が強固に保持されてなるメタル
ボンド砥石が開発され、それらの効果が認められてき
た。しかしながら、これらの砥石ではツルーイング性や
ドレッシング性に欠け、且つ砥粒の自生発刃作用が起こ
り難いため、慣用研削による安定した加工は困難とされ
てきた。これらの問題に対処する方法として、研削中に
自生発刃作用を促すようにしたＥＬＩＤ研削法が創案さ
れ、近年、注目されている。図９はＥＬＩＤ研削法の原
理図であり、図９の（ａ）はその正面図、図９の（ｂ）
は断面図である。このＥＬＩＤ研削法は、メタルボンド
ダイヤモンド砥石等の砥石10を陽極とし、砥石作用面と
一定の間隙ｄをおいて対向配置された電極21を陰極とし
て、陽極と陰極間に弱電解液を介して電解作用させてボ
ンド材を溶出させ、砥石10をインプロセスでドレッシン
グを行うようにした研削法である。尚、23は電解液供給
部である。この研削法による電解時には、砥石10のエッ
ジ部を除き、砥石10と陰極間に均一な電力線が生じ、砥
石作用面での電解現象即ち、ボンド材の溶出と不導体被
膜の形成は均一である。よって研削条件と電解条件とを
固定すると得られる除去量と面粗さ等の加工仕様は極限
られた範囲内に留まる。この研削法によるスタバックス
等の鋼材、及び各種セラミックス、光学ガラス等の難削
材加工時の効率と、精度に対する効果について「精密工
学会秋季大会学術講演論文集、１９８７、６８７他」に
よって発表されている。

【０００３】図１０はＥＬＩＤ研削法のメカニズムを示
す摸式図である。砥粒を保持するボンド材としては、弱
導電性の水溶性研削液でイオンが電解溶出されて不導体
被膜が生成されるような金属材料、例えば鋳鉄、鋼、コ
バルト等があげられる。図１０において、10は鋳鉄をマ
トリックス材としたボンド材を用いた場合の研削用の砥
石で、11はボンド材、12は砥粒である。図１１は砥石10
がストレート砥石の場合の砥粒の配列を示す図であり、
等密度のボンド材11中に所定の粒度の砥粒12が砥石作用
面の幅（砥石作用面の領域）Ｗの全周に亙って分布して
いる。図１２はＥＬＩＤ研削の進行に対する電流特性図
である。

【０００４】図１０における10ａはツルーイング直後の
状態の該砥石、10ｂは電解ドレッシング開始時の状態の
該砥石（電解電流は、〜１０Ａ）、10ｃは電解ドレッシ
ング完了時の状態の該砥石（電解電流は、１Ａ前後）、
10ｄはＥＬＩＤ研削開始時の状態の該砥石（電解電流
は、〜１．５Ａ）、10ｅはＥＬＩＤ研削進行時の状態の
該砥石（電解電流は、〜２Ａ）である。ツルーイング直
後においては研削作用面は平坦面Ａをなしている（砥石
10ａ）。初期電解ドレッシングでは鉄イオンが溶出して
砥粒12が研削作用面に突出して砥粒突出部Ｂが生じ（砥
石10ｂ）、それと共に鉄イオンは水酸基，酸素イオンと
結合して水酸化鉄あるいは酸化鉄を生成し、これらが表
面に堆積して不導体被膜Ｃが形成される（砥石10ｃ）。
不導体被膜Ｃがある程度の厚さになると金属イオンの溶
出は抑制され、それと共に図１２に示すように電解電流
値も減少する。砥粒突出部Ｂが摩耗し始め、不導体被膜
Ｃの高さにまで到達すると（砥石10ｄ）、被加工物との
接触により被膜が削り取られる。被膜厚さがある程度小
さくなると（砥石10ｅ）、再びイオンの溶出が起こり、
再びドレッシングが始まる（砥石10ｂ，10ｃ）。この一
連の現象において砥粒12は脱落することなく、長期間に
亙って安定した切れ味が維持される。安定加工時には、
被膜の除去とボンド材の溶出及び被膜の形成が平衡する
ため、被膜厚は一定になると考えられる。一方、被加工
物に対する被削材の除去量を多くした高能率研削用とし
ては、上記の不導体被膜Ｃを形成しない青銅等をボンド
材とした砥石が用いられることもある。

【０００５】このようにＥＬＩＤ研削法では、加工中に
ドレッシングが行われるので、目づまりにより加工を中
断してドレッシングを行う必要がなく、従来の研削法に
比べて精度面、効率面で優れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のＥＬＩＤ研削法では、所要の面精度、面粗さ
等に応じた仕様の砥石を用いる必要があることは従来の
研削法と同じであり、例えば０．１μｍＲｍａｘ以下の
高品位な研削面を得るためには、＃１４０→＃６００→
＃４０００（粗加工→中仕上げ→最終仕上げ）と３種類
の粒度の砥石を３工程で用いる必要がある。この場合、
砥石の交換、又各砥石での触れ回り調整、及び図１０に
示す初期ドレッシングが必要であり、現在のところこれ
らのタクト時間を短縮する手だてはない。

【０００７】本発明は、メタル系のボンド材料を用いて
構成された砥石の作用面と一定の間隙をおいて対向配置
された電極を備え、該間隙に充填された電解液を介して
電圧を印加して電解反応により砥石作用面のドレッシン
グを行いながら被加工物を研削加工するインプロセス電
解ドレッシング研削加工方法において、互いに異なる研
削性能を有してなる複数の砥石作用面を備えた砥石を用
いて、所要の加工精度、面粗さの加工を１個の砥石で且
つ少ないタクト時間で達成し、又、段取り時間の無駄を
少なくして、生産性を向上させることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１記載の発明は、メタル系のボンド材料を用いて構
成された研削用の砥石と、該砥石の作用面と間隙をおい
て対向配置された電極とを備え、該間隙に電解液を充填
し砥石と電極間に電圧を印加して電解反応により砥石作
用面のドレッシングを行いながら被加工物を研削加工す
るインプロセス電解ドレッシング研削加工方法におい
て、前記砥石として、互いに異なる研削性能を有した複
数の砥石作用面がピックフィード方向に配列されてなる
砥石を用い、被加工物に対して該各砥石作用面を移行さ
せながら研削加工することを特徴とするものである。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、砥石作用面を形成している砥粒の粒度が各砥石作用
面毎に相違してなる砥石を使用することを特徴とするも
のであり、請求項３記載の発明は、請求項１において、
砥石作用面を形成しているボンド材料が各砥石作用面毎
に相違してなる砥石を使用することを特徴とするもので
あり、請求項４記載の発明は、請求項１において、砥石
作用面を形成している砥粒の密度が各砥石作用面毎に相
違してなる砥石を使用することを特徴とするものであ
り、請求項５記載の発明は、請求項１において、研削性
能を設定する手段として、各砥石作用面に対応させて、
研削加工状態における電解ドレッシング作用条件を固有
に設定したことを特徴とするものである。

【００１０】請求項６記載の発明は、請求項５におい
て、電解ドレッシング作用条件を設定する手段として、
各砥石作用面に対応させて、砥石と電極との間隙を固有
に設定したことを特徴とするものであり、請求項７記載
の発明は、請求項５において、電解ドレッシング作用条
件を設定する手段として、各砥石作用面に対応させて、
砥石に対する電極の作用面積を固有に設定したことを特
徴とするものであり、請求項８記載の発明は、請求項５
において、電解ドレッシング作用条件を設定する手段と
して、各砥石作用面に対応させて、電解反応の強度を固
有に設定したことを特徴とするものである。

【００１１】請求項９記載の発明は、請求項１におい
て、単一の砥石基台上に各砥石作用面が一体に形成され
てなる砥石を使用することを特徴とするものである。請
求項１０記載の発明は、請求項１において、互いに研削
性能の異なる複数の砥石を組み合せて各砥石作用面が形
成されてなる砥石を使用することを特徴とするものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は請求項２記載の発明に係わ
る砥石の構成例を示す図、図２は図１の砥石による被加
工物の加工工程を示す図であり、図２の（ａ）は平面
図、図２の（ｂ）は正面図である。図１において、砥石
30はストレート砥石であり、砥石30の被加工物に対する
ピックフィード方向の砥石作用面の幅（砥石作用面の領
域）Ｗを領域Ｗ1と領域Ｗ2とに２分割して、領域Ｗ1の
砥石作用面31と領域Ｗ2の砥石作用面32とは砥粒の粒度
を異にしている。例えば、領域Ｗ1における砥粒12ａは
粒度＃１４０のものを用い、領域Ｗ2における砥粒12ｂ
は粒度＃６００のものを用いる。尚この実施例では、各
領域Ｗ1とＷ2とを互いに同一幅にしている。

【００１３】図２に示すように、被加工物を加工する際
は図９におけると同様にして、砥石30は回転され、被加
工物22に対して送り経路Ｘ方向に往復移動される。そし
てピックフィード経路Ｙについては当初、砥石30の領域
Ｗ1にょるフィードＹ1により被加工物22の加工域22Aが
加工されて、フィードＹ2〜Ｙ5を経てフィードＹ6によ
って加工域22Fが加工されるものとすると、砥石30によ
るフィードが図２の（ａ）の状態まで進められたとき
は、加工域22Aについては各領域Ｗ1，Ｗ2による加工が
完了する。該時点の加工中においては、加工域22Bは領
域Ｗ1による加工が完了しており、加工域22Cについては
各領域Ｗ1，Ｗ2による加工が未完了である。そして領域
Ｗ2が加工域22Fに対向してその加工が完了すると、被加
工物22は各領域Ｗ1，Ｗ2による全加工域の加工が完了す
る。

【００１４】このようにして、１個の砥石30で所要の加
工精度、面粗さの加工が可能になる。そして砥石30を一
方向に移動する工程において複数の研削が平行して行わ
れるので、研削作業が少ないタクト時間で達成され、
又、段取り時間の無駄も少なくなし得て、生産性が向上
する。図３は請求項２記載の発明に係わる砥石の他の構
成例を示す図であり、図３の（ａ）は正面図、図３の
（ｂ）は断面図である。

【００１５】図３において、40はホーニング加工用の砥
石である。該砥石40は砥石作用面の高さ（砥石作用面の
領域）Ｗを領域Ｗ1と領域Ｗ2とに２分割して、領域Ｗ1
の砥石作用面41と領域Ｗ2の砥石作用面42とは砥粒の粒
度を異にしている。例えば、領域Ｗ1における図示しな
い砥粒は粒度＃１４０のものを用い、領域Ｗ2における
図示しない砥粒は粒度＃６００のものを用いる。43は電
極、44は電解液供給部、45は被加工物である。砥石40は
回転しながら同図において上下移動されて研削加工され
る。この場合にも図１，図２におけると同様な効果が得
られる。

【００１６】尚、図１，図３による実施例では各領域Ｗ
1，Ｗ2を異なった粒度の砥粒を用いて明確に分離してい
るが、粒度の異なる砥粒を混在させて各領域Ｗ1，Ｗ2内
でその混在比率を順次変えてもよいし、又、各領域Ｗ
1，Ｗ2毎に混在比率を変えてもよい。図４は請求項３記
載の発明に係わる砥石の構成例を示す図である。

【００１７】図４において、50は光学ガラス切断用の砥
石である。該砥石50は砥石外周部51がコバルト系のボン
ド材を用いて構成され、砥石側面部52は鉄系のボンド材
で構成されている。53は被加工物である。現在、ＥＬＩ
Ｄ研削用砥石のボンド材として、鉄系ファイバー、鉄
系、コバルト系、ブロンズ系等がある。これらは不導体
被膜の生成の有無、電解速度の大小がそれぞれ異なり、
それに伴い、砥粒の摩耗及び仕上げ面の粗さも異なるた
め、例えば鉄系ファイバー，鉄系は鏡面用に、そしてコ
バルト系，ブロンズ系は効能率用というように用途によ
り使い分けられている。図４の構成では、被加工物53と
して光学ガラスを切断する場合に、切断作業は高能率が
要求される一方で、切断面の面粗さは良好であることが
要求される。砥石50は回転しながら同図において上下移
動されて被加工物53が加工される。切断の切込みは砥石
外周部51で行われ、よって高速に切断される。そして切
断面の研削は砥石側面部52で行われて、良好な面粗さに
なる。又、図１，図２におけると同様に生産性が向上す
る。

【００１８】請求項４の発明は、図１における砥石作用
面31と砥石作用面32とが砥粒の粒度を異にしているのに
対して、これに代えて、砥石作用面を形成している砥粒
の粒度は互いに同一であって砥粒の密度が各砥石作用面
毎に相違してなる砥石を用いることによって実現され
る。粒度が同一であっても密度が大になると、例えばス
トレート砥石の場合、砥石の回転方向では砥粒１個当た
りの除去量が少なくなり、又、幅方向では切れ刃プロフ
ァイルがより細かくなるために、より面粗さが良好な仕
上げ面が得られる。図１に示す例で、ストレート砥石を
幅方向で異なった密度の２作用面で構成することで、粗
加工→中仕上げ、あるいは中仕上げ→最終仕上げという
分割工程を１個の砥石によって１工程で実現できる。こ
のように、図１，図２におけると同様な効果が得られ
る。あるい又、これらの組み合せによって作用面の数を
多くすることによって分割工程数がより多くなるので、
要求される精度に対して、より適切に対応し得る。

【００１９】図５は請求項２記載の発明に係わる砥石の
他の構成例を示す図であり、図５の（ａ）は粗加工時の
砥石作用面の初期ドレッシング状態を示す図、図５の
（ｂ）は中仕上げ時の砥石作用面の初期ドレッシング状
態を示す図である。図５において、砥石60は図１におけ
る砥石30と同様のものである。砥石60は、粗加工時に
は、領域Ｗ2の砥石作用面32の初期ドレッシングを領域
Ｗ1の砥石作用面31よりも強度に行い、そして中仕上げ
時には、領域Ｗ1の砥石作用面31の初期ドレッシングを
領域Ｗ2の砥石作用面32よりも強度に行う。よって粗加
工時には低粒度の砥石作用面31のみが加工に関与する。
そして中加工時には高粒度の砥石作用面32のみが加工に
関与する。このように、時間をずらして異なった複数の
砥石作用面を使い分けることによって、生産性が向上す
る。

【００２０】請求項５の発明は、請求項１記載のインプ
ロセス電解ドレッシング研削加工方法において、研削加
工状態における各砥石作用面に対応させて電解ドレッシ
ング作用条件を固有にして設定したことを特徴としてい
る。図６は電解ドレッシング作用条件を設定するため
の、請求項６記載の発明に係わる砥石の構成例を示す図
である。

【００２１】図６において、砥石30は図１における砥石
30と同様のものである。電解ドレッシング作用条件を設
定する手段として、電極21Aは、砥石30に対して領域Ｗ1
との間隙ｄ1を領域Ｗ2との間隙ｄ2よりも小さくして領
域Ｗ1の電解強度を強くして、領域Ｗ1の砥石作用面31の
ドレッシングが領域Ｗ2の砥石作用面32よりも強度に行
われて膜厚が厚く形成されるようにしている。よって図
１，図２におけると同様な効果が得られる。

【００２２】請求項７記載の発明は、電解ドレッシング
作用条件を設定する手段として、電極21Aの各砥石作用
面31，32との対向面積を変えるようにしたものである。
この場合も図６におけると同様の効果が得られる。請求
項８記載の発明は、電解ドレッシング作用条件を設定す
る手段として、砥石30と電極間の印加電圧を各砥石作用
面31，32に対応させて、電解反応の強度を固有に設定し
たものであり、所要の電気回路が印加電圧を調整可能に
構成される。尚、各砥石作用面31，32は互いに絶縁して
おく必要がある。この場合も図６におけると同様の効果
が得られる。

【００２３】請求項９記載の発明は、請求項１における
砥石に代えて、単一の砥石基台上に各砥石作用面が一体
に形成されてなる砥石を使用することを特徴としてい
る。図７は請求項９記載の発明に係わる砥石の構成例を
示す図である。図９において、砥石70はストレート砥石
であり、単一の台金71上に、領域Ｗ1と領域Ｗ2とに対応
させて、個々の砥石層72，73をろう付けして形成され
る。この砥石70を用いることによって図１，図２におけ
ると同様な効果が得られる。

【００２４】請求項１０記載の発明は、請求項１におけ
る砥石に代えて、互いに研削性能の異なる複数の砥石を
組み合せて各砥石作用面が形成されてなる砥石を使用す
ることを特徴としている。図８は請求項１０記載の発明
に係わる砥石の構成例を示す図である。図８において、
砥石80は、領域Ｗ1の砥石作用面81Aを有する砥石81と、
領域Ｗ2の砥石作用面82Aを有する砥石82とが主軸83によ
って同軸に組付けられている。各砥石作用面81Aと82Aと
は図３におけると同様に、互いに粒度を異にしている。
この砥石80を用いることによって図１，図３におけると
同様な効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】請求項１，請求項２，請求項３，請求項
４，請求項９及び請求項１０記載の発明によれば、互い
に異なる研削性能を有してなる複数の砥石作用面を備え
た砥石を用い、研削加工に伴って被加工物に対して該各
砥石作用面が移し変えられるようにしたので、各研削作
用面の研削性能を適正に設定することによって、所要の
加工精度、面粗さの加工が１個の砥石で且つ少ないタク
ト時間で達成され、又、段取り時間の無駄を少なくし
て、生産性を向上させることができる。

【００２６】請求項５，請求項６，請求項７，請求項８
記載の発明によれば、請求項１における研削性能を設定
する手段として、各砥石作用面に対応させて、研削加工
状態における電解ドレッシング作用条件を固有に設定し
たので、各電解ドレッシング作用条件を適正に設定する
ことによって、所要の加工精度、面粗さの加工が１個の
砥石で且つ少ないタクト時間で達成され、又、段取り時
間の無駄を少なくして、生産性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２記載の発明に係わる砥石の構成例を示
す図である。

【図２】図１の砥石による被加工物の加工工程を示す図
である。

【図３】請求項２記載の発明に係わる砥石の他の構成例
を示す図である。

【図４】請求項３記載の発明に係わる砥石の構成例を示
す図である。

【図５】請求項２記載の発明に係わる砥石の他の構成例
を示す図であり、

【図６】請求項６記載の発明に係わる砥石の構成例を示
す図である。

【図７】請求項９記載の発明に係わる砥石の構成例を示
す図である。

【図８】請求項１０記載の発明に係わる砥石の構成例を
示す図である。

【図９】ＥＬＩＤ研削法の原理図である。

【図１０】ＥＬＩＤ研削法のメカニズムを示す摸式図で
ある。

【図１１】砥粒の配列例を示す図である。

【図１２】ＥＬＩＤ研削の進行に対する電流特性図であ
る。

【符号の説明】

10，30，40，50，60，70，80，81，82 砥石 11 ボンド材 12，12ａ，12ｂ 砥粒 21，21A，43 電極 22，45，53 被加工物 23，44 電解液供給部 31，32，81A，82A 砥石作用面 22A，22B，22C，22D，22E，22F 加工域 41，42 砥石作用面 51 砥石外周部 52 砥石側面部 71 台金 72，73 砥石層 83 主軸 Ｗ 砥石作用面の幅（砥石作用面の領域） Ｗ1，Ｗ2 領域

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】メタル系のボンド材料を用いて構成された
   研削用の砥石と、該砥石の作用面と間隙をおいて対向配
   置された電極とを備え、該間隙に電解液を充填し砥石と
   電極間に電圧を印加して電解反応により砥石作用面のド
   レッシングを行いながら被加工物を研削加工するインプ
   ロセス電解ドレッシング研削加工方法において、前記砥
   石として、互いに異なる研削性能を有した複数の砥石作
   用面がピックフィード方向に配列されてなる砥石を用
   い、被加工物に対して該各砥石作用面を移行させながら
   研削加工することを特徴とするインプロセス電解ドレッ
   シング研削加工方法。
2. 【請求項２】砥石作用面を形成している砥粒の粒度が各
   砥石作用面毎に相違してなる砥石を使用することを特徴
   とする請求項１記載のインプロセス電解ドレッシング研
   削加工方法。
3. 【請求項３】砥石作用面を形成しているボンド材料が各
   砥石作用面毎に相違してなる砥石を使用することを特徴
   とする請求項１記載のインプロセス電解ドレッシング研
   削加工方法。
4. 【請求項４】砥石作用面を形成している砥粒の密度が各
   砥石作用面毎に相違してなる砥石を使用することを特徴
   とする請求項１記載のインプロセス電解ドレッシング研
   削加工方法。
5. 【請求項５】研削性能を設定する手段として、各砥石作
   用面に対応させて、研削加工状態における電解ドレッシ
   ング作用条件を固有に設定したことを特徴とする請求項
   １記載のインプロセス電解ドレッシング研削加工方法。
6. 【請求項６】電解ドレッシング作用条件を設定する手段
   として、各砥石作用面に対応させて、砥石と電極との間
   隙を固有に設定したことを特徴とする請求項５記載のイ
   ンプロセス電解ドレッシング研削加工方法。
7. 【請求項７】電解ドレッシング作用条件を設定する手段
   として、各砥石作用面に対応させて、砥石に対する電極
   の作用面積を固有に設定したことを特徴とする請求項５
   記載のインプロセス電解ドレッシング研削加工方法。
8. 【請求項８】電解ドレッシング作用条件を設定する手段
   として、各砥石作用面に対応させて、電解反応の強度を
   固有に設定したことを特徴とする請求項５記載のインプ
   ロセス電解ドレッシング研削加工方法。
9. 【請求項９】単一の砥石基台上に各砥石作用面が一体に
   形成されてなる砥石を使用することを特徴とする請求項
   １記載のインプロセス電解ドレッシング研削加工方法。
10. 【請求項１０】互いに研削性能の異なる複数の砥石を組
    み合せて各砥石作用面が形成されてなる砥石を使用する
    ことを特徴とする請求項１記載のインプロセス電解ドレ
    ッシング研削加工方法。