JPH10225865A - メタルボンド砥石を用いた研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】幅広の砥石であっても、比較的小さな容量の電
源を用い、しかも砥石の摩耗状態に応じてＥＬＩＤ研削
を行い得る研削装置を提供する。 【解決手段】メタルボンド砥石２と、砥石２を回転自在
に支持するとともに、これを所定方向に回転させる支持
回転手段と、砥石２の研削作用面に対向させて設けたド
レス用電極１１と、一方の電極が砥石２に接続するとと
もに、他方の電極がドレス用電極１１に接続して、砥石
２とドレス用電極１１との間に電圧を印加する電源６
と、砥石２とドレス用電極１１との間に導電性の研削液
を供給する研削液供給手段とを設ける。ドレス用電極１
１を、砥石２の回転軸３に沿って並設した複数の電極体
１１ａから形成し、且つ隣接する電極体１１ａ間に絶縁
体１１ｂを設けて形成する。各電極体１１ａと電源６と
を順次切り換えて接続する切換え手段１２を設ける。こ
れにより、電源の容量を小さいものとすることができ、
研削装置全体をコンパクトなものにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高硬度のメタルボ
ンド砥石を用いた研削装置に関し、更に詳しくは、研削
加工を行いながら、電解作用により砥石をドレッシング
する研削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鋳鉄ファイバボンドダイヤモ
ンド砥石等の高強度メタルボンド超砥粒砥石が、セラミ
ックス等の高硬度難加工材の超精密加工に適しているこ
とが知られている。そして、この高強度メタルボンド超
砥粒砥石を用いた高能率研削法として電解インプロセス
ドレッシング（Electrolytic In-process Dressing、以
下「ＥＬＩＤ」という）研削法が開発され、近時注目を
集めている。

【０００３】前記高強度メタルボンド超砥粒砥石は高強
度であり前記高硬度難加工材の超精密加工に向いている
が、高強度であるが故にそのドレッシング（目立て）が
容易ではなく、従来用いられていたロータリダイヤ等に
よる機械的ドレッシングでは、ドレッシング作業に長時
間を要するばかりか、ロータリダイヤ自体の摩耗も激し
く、その作業が困難を極めていたのである。

【０００４】そこで前記ＥＬＩＤ研削法が開発されたの
であるが、このＥＬＩＤ研削法を簡単に言うと、研削加
工を行いながら（インプロセス）電解作用により砥石を
ドレッシングするというものである。

【０００５】このＥＬＩＤ研削法を実施するための一具
体例としての装置を図５及び図６に示す。同図に示すよ
うに、このＥＬＩＤ研削装置は、支持回転手段（図示せ
ず）により支持され一定方向に回転するメタルボンド砥
石２と、被加工物Ｗを回転自在に支持するブレード５
と、メタルボンド砥石２と同方向に回転するとともに被
加工物Ｗをメタルボンド砥石２に押し付ける調整車４と
を備えたセンタレス研削装置にＥＬＩＤ研削法を適用し
たものであり、ＥＬＩＤ装置として、メタルボンド砥石
２の研削作用面に対向させて設けたドレス用電極１と、
メタルボンド砥石２の回転軸３に陽極が接続し、前記ド
レス用電極１に陰極が接続した電源６と、前記メタルボ
ンド砥石２とドレス用電極１との間に導電性の研削液を
供給する研削液供給手段７とを備えたものである。

【０００６】前記メタルボンド砥石（以下、単に「砥
石」という）２はダイヤモンド，ＣＢＮ等の超砥粒を鋳
鉄等の導電性を有する結合剤（メタルボンド）で保持し
たものであり、電源６により、この砥石２の回転軸３と
ドレス用電極１との間に所定の電圧を印加すると、メタ
ルボンドの導電性からメタルボンド砥石の表面が陽極と
なり、前記ドレス用電極１が陰極となる。

【０００７】そこに前記研削液供給手段１７から導電性
の研削液（弱導電性の研削液が好ましい。）を供給する
と、例えばメタルボンドが鋳鉄である場合には、電気分
解により砥石２表面のメタルボンド部分から鉄イオン
（Ｆｅ²⁺）が溶出し、砥粒が砥石２表面に露出してドレ
ッシングが行われる。

【０００８】そしてこの鉄イオン（Ｆｅ²⁺）のうちある
割合のものが水酸化鉄に変化し、最終的には硬い酸化鉄
へと変化して砥石２表面に付着し、酸化鉄被膜を砥石２
表面に形成する。この酸化鉄は電気的に絶縁性であるた
め、酸化鉄被膜が充分に形成されると、電気分解による
鉄イオン（Ｆｅ²⁺）の溶出が抑制される。

【０００９】次に、この状態で引き続いて研削加工を行
うと、砥粒が摩耗するとともに、被加工物Ｗとの摩擦に
より酸化鉄被膜が砥石２表面から遊離し始め、これが進
行すると、砥石２表面を覆う酸化鉄被膜が不十分となっ
て再び導電性が回復し、上述した一連のプロセスを繰返
すことになる。

【００１０】そして、このようなＥＬＩＤ研削装置にお
いては、砥石２に研削液を供給する際に、砥石２の外周
を連れ回る空気が砥石２とドレス用電極１との間に流入
して、研削液の供給が不均一になったり、遠心力によっ
て研削液が飛散する所謂研削液剥離の状態になるといっ
た不都合を防止するために、通常、ドレス用電極１と研
削液供給手段７とを覆うカバー８が設けられている（図
５及び図６において二点鎖線で示す。）。尚、このカバ
ー８と砥石２との間隙は極めて僅かなものに設定され、
カバー８内は気密な状態となっている。

【００１１】以上のようにＥＬＩＤ研削法は、随時ドレ
ッシングを行いながら研削加工を行うことができるもの
であり、研削加工を極めて高能率に行うことができると
ともに、ドレッシングを電気化学的に行うので、従来の
ロータリダイヤ等を用いた機械的なドレッシングに比べ
て、その抵抗が少なく、装置全体をコンパクトにするこ
とができるという効果を有するものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のＥＬ
ＩＤ研削装置は、前記砥石２の全幅に対応した幅の単一
のドレス用電極１を用いているため、例えば、センタレ
ス研削装置におけるように、幅広の砥石２を用いる場合
には、それに応じた大きな容量の電源６を用意する必要
があったのである。

【００１３】電源６の容量を一定としたたまま、砥石２
の幅に応じてドレス用電極１の幅を広くすると、当該ド
レス用電極１の表面積が大きくなり、当該ドレス用電極
１の単位面積当たりの電流密度が小さくなって、電解作
用が弱まり、当該作用による砥石２のドレッシングが遅
くなり、砥石２の目詰りを生じる。従って、ＥＬＩＤ研
削を支障なく行うには、砥石２の目詰りを生じない速度
でドレッシングが行われるように、砥石２の幅に応じて
電源６の容量を大きくしなければならないのである。

【００１４】かかる問題を解決すべく、図７に示すよう
に、ドレス用電極１を砥石２の幅よりも狭いものとし、
これを砥石２の回転軸３に沿って矢示方向にトラバース
するように構成し、電源６の容量を極力小さいものにす
ることも考えられるが、このように構成した場合、構造
上の問題から、ドレス用電極１と研削液供給手段７とを
覆うカバー８を設けることができないため、前述した研
削液剥離という問題を回避することができず、安定した
ＥＬＩＤ研削を行うことができないという問題がある。

【００１５】また、ドレス用電極１をトラバース（往復
移動）させると、ドレス用電極１の砥石２に対峙する時
間が砥石２の両端部分と中央部分とで異なるため、電解
によるドレッシング効果が砥石２の両端部分では悪くな
るという不都合もある。

【００１６】また、例えば、センタレス研削装置を用い
たスルーフィード方式（被加工物Ｗを、砥石２と調整車
との間を一方から他方に向けて通過させて研削する方
式）による研削の場合、砥石２の研削作用面の仕事量は
その各部で異なり、摩耗状態が各部で異なる。従って、
砥石２の摩耗状態に応じてドレッシングするのが効果的
であるが、単一のドレス用電極１を用いると、このよう
な砥石２の摩耗状態に応じたドレッシングを行うことが
できないため、効率的なドレッシングを行うことができ
ないという問題もある。

【００１７】本発明は、以上の実情に鑑みなされたもの
であって、幅広の砥石であっても、比較的小さな容量の
電源を用い、しかも砥石の摩耗状態に応じたＥＬＩＤ研
削を行い得る研削装置の提供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の請求項１に係る発明は、メタルボンド砥石
と、該メタルボンド砥石を回転自在に支持するととも
に、これを所定方向に回転させる支持回転手段と、前記
メタルボンド砥石の研削作用面に対向させて設けたドレ
ス用電極と、一方の電極が前記メタルボンド砥石に接続
するとともに、他方の電極が前記ドレス用電極に接続し
て、前記メタルボンド砥石と該ドレス用電極との間に電
圧を印加する電源と、前記メタルボンド砥石とドレス用
電極との間に導電性の研削液を供給する研削液供給手段
とからなる研削装置において、前記ドレス用電極を、前
記メタルボンド砥石の回転軸に沿って並設した複数の電
極体から形成し、且つ隣接する該電極体間に絶縁体を設
けて形成するとともに、前記各電極体と前記電源とを順
次切り換えて接続する切換え手段を設けて構成したこと
を特徴とするものである。

【００１９】この研削装置によれば、複数の電極体は各
絶縁体により仕切られ、電気的に独立しているので、切
換え手段により前記各電極体と前記電源とを順次切り換
えて接続すると、当該切り換えられた電極体とメタルボ
ンド砥石との間にのみ電圧が印加され、当該電極体に対
応したメタルボンド砥石の研削作用面が電解作用により
ドレッシングされる。しかして、切換え手段により切り
換えて順次各電極体と電源とを接続することにより、メ
タルボンド砥石の研削作用面を順次ドレッシングし、最
終的には研削作用面の全面をドレッシングすることがで
きる。

【００２０】このように、ドレス用電極をメタルボンド
砥石の全幅に対応した幅を有する単一のものとするので
はなく、メタルボンド砥石の幅よりも狭い幅の複数の電
極体を砥石の回転軸に沿って並設しているので、各電極
体における電解に要する電力を極力小さくすることがで
き、電源の容量を小さいものとすることができる。その
結果、研削装置全体をコンパクトなものにすることがで
きる。

【００２１】また、請求項２に係る発明は、前記切換え
手段が、前記電源と前記電極体との接続時間及び／又は
接続する前記電極体を任意に設定できるものである。

【００２２】このように構成したので、前記砥石の研削
作用面の仕事量に応じて、これに対応する電極体と電源
との接続状態（時間，回数）を異ならせるように、電極
体と電源との接続を制御することができ、これにより砥
石の研削作用面の摩耗状態に応じた、効率的なドレッシ
ングを行うことができる。

【００２３】また、請求項３に係る発明は、前記ドレス
用電極の各電極体の隣接面を、前記メタルボンド砥石の
回転軸に対して傾斜させたことを特徴とするものであ
る。

【００２４】電極体の隣接面が砥石の回転軸に対して直
交するように設けると、絶縁体が厚い場合には、当該絶
縁体に対応する砥石の研削作用面に電解作用が及ばず、
当該研削作用部分については全くドレッシングされない
こととなり、目詰り状態となる結果、被加工物の加工表
面に段差を生じ、縞状の模様を呈するという不都合を生
じるが、各電極体の隣接面を、砥石の回転軸に対して傾
斜させことで、絶縁体に対応する研削作用面に、当該絶
縁体に隣接する電極体がオーバーラップして作用するた
め、当該隣接する電極体と電源とを順次接続することに
より、当該絶縁体に対応する研削作用面についても確実
にドレッシングを行うことができる。これにより、被加
工物Ｗの加工表面に段差を生じ、縞状の模様となるとい
う上述の不都合を防止することができる。

【００２５】また、請求項４に係る発明は、前記研削装
置を、被加工物を回転自在に支持するブレードと、該ブ
レードに支持される被加工物を前記メタルボンド砥石に
押し付ける調整車とを更に備えたセンタレス研削装置と
したものである。センタレス研削装置においては、比較
的幅広の砥石を用いることが多く、上述した効果が顕著
に発現され、好適である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一具体的な実施形
態について添付図面に基づいて説明する。

【００２７】（第１の実施形態）図１は第１の実施形態
に係る研削装置を模式的に示した斜視図であるが、同図
に示すように、この装置は上述の図５及び図６に示す従
来のＥＬＩＤ研削装置に、本発明を適用，具現化したも
のであり、ドレス用電極１１の構成、並びに切り換え手
段１２を設けた点において従来のＥＬＩＤ研削装置と異
なり、他は従来の研削装置と同じ構成である。従って、
従来の研削装置と同じ構成については同一の符号を付
し、その詳しい説明は省略する。

【００２８】前記ドレス用電極１１は、砥石２の研削作
用面に対向させて設けたものであり、複数の（図１にお
いては５個）電極体１１ａを砥石２の回転軸３に沿って
並設するとともに、当該隣接する各電極体１１ａ間に、
絶縁体１１ｂを設けて構成したものである。また、図２
は図１における矢視Ａ方向の平面図であるが、同図に示
すように、前記電極体１１ａは、その隣接面が前記砥石
２の回転軸３に対し直交するように形成されている。
尚、この電極体１１ａには、銅，ステンレス等、導電性
を有する各種の金属を適用することができる。また、前
記絶縁体１１ｂには、ゴム等の各種絶縁物質を適用する
ことができるが、厚みを極力薄くできることから、ＦＲ
Ｐ（繊維強化プラスチック）を用いるのが好ましい。Ｆ
ＲＰを用いると、絶縁体１１ｂの厚さを０．１ｍｍ以内
におえることができる。

【００２９】前記切換え手段１２はリレーユニット１３
及びコントローラ１４からなる。前記リレーユニット１
３は、前記各電極体１１ａに対応した複数のリレーを備
えてなるものであり、当該リレーの一方の端子が対応す
る前記電極体１１ａに接続し、他方の端子が前記電源６
に接続している。また、コントローラ１４はプログラマ
ブル・コントローラからなり、前記各リレーに対して、
任意に選択したリレーを適宜時間だけＯＮさせる信号を
出力できるようになっている。

【００３０】以上の構成を備えた研削装置によれば、コ
ントローラ１４からの信号を受けて、リレーユニット１
３内の、それに対応したリレーがＯＮとなり、このリレ
ーに対応した前記電極体１１ａと前記電源６の陰極が接
続され、当該電極体１１ａと砥石２の回転軸３との間に
所定の電圧が印加される。そして、当該電極体１１ａに
対応した砥石２の研削作用面が電解作用により、ドレッ
シングされる。しかして、切換え手段１２により、電源
６に接続される電極体１１ａを順次切り換えることで、
砥石２の研削作用面全面をドレッシングすることができ
る。

【００３１】このように、この装置においては、ドレス
用電極１１を砥石２の全幅に対応した幅を有する単一の
ものとするのではなく、砥石２の幅よりも狭い幅の複数
の電極体１１ａを砥石２の回転軸に沿って並設したの
で、電解に要する電力を極力小さくすることができ、電
源６の容量を小さいものとすることができる。その結
果、研削装置全体をコンパクトなものにすることができ
る。

【００３２】また、ドレス用電極１１を独立に分離した
複数の電極体１１ａで構成するとともに、コントローラ
１４により各電極体１１ａを切り換えて電源６に接続す
るように構成したので、前記砥石２の研削作用面の仕事
量に応じて、これに対応する電極体１１ａと電源６との
接続状態を異ならせることができ、砥石２の研削作用面
の摩耗状態に応じた、効率的なドレッシングを行うこと
ができる。例えば、砥石２の比較的仕事量の多い研削作
用面に対応した電極体１１ａを、他の電極体１１ａに比
べて、電源６と接続する回数及び／又は時間を多くする
ようにコントローラ１４によって制御すると、仕事量の
多い研削作用面を集中的にドレッシングすることができ
る。これにより、仕事量が異なるにも拘わらず、砥石２
の研削作用面をその全体に亘って略均一なものとするこ
とができる。

【００３３】（第２の実施形態）第２の実施形態に係る
研削装置は、第１の実施形態の研削装置の各電極体１１
ａの隣接面を、図３に示すように、砥石２の回転軸３に
対して傾斜させて構成したものであり、他の構成は第１
の実施形態の研削装置と同様である。

【００３４】前述した第１の実施形態に係る研削装置に
おいては、砥石２の回転軸３に対して、電極体１１ａの
隣接面が直交するように設けているので、絶縁体１１ｂ
が厚い場合には、当該絶縁体１１ｂに対応する砥石２の
研削作用面には電解作用が及ばないこととなり、当該砥
石２の研削作用部分については全くドレッシングされな
いこととなって、目詰り状態となる。その結果、当該砥
石２の研削作用面のうち、目詰りのない部分においては
加工が良好に行われ、目詰り部分においては加工が進ま
ず、被加工物Ｗの加工表面に段差を生じ、縞状の模様を
呈することとなって不都合である。

【００３５】そこで、本実施形態に係る研削装置におい
ては、各電極体１１ａの隣接面を、砥石２の回転軸３に
対して傾斜させているのである。このように構成するこ
とで、図３に示すように、砥石２の研削作用面のうち、
絶縁体１１ｂに対応した部分については、左右に隣接す
る電極体１１ａがオーバーラップして作用するため、隣
接する電極体１１ｂと電源６とを順次接続することによ
り、当該絶縁体１１ｂに対応した部分についても確実に
ドレッシングを行うことができる。これにより、被加工
物Ｗの加工表面に段差を生じ、縞状の模様となるという
上述の不都合を防止することができる。

【００３６】尚、本第１及び第２の実施形態に係るセン
タレス研削装置においては、比較的幅広の砥石２を使用
することが多く、如上の効果が顕著に発現される。

【００３７】以上、本発明の具体的な実施形態について
説明したが、本発明を適用し得る研削装置はこのセンタ
レス研削装置に限られるものではなく、円筒研削装置，
平面研削装置にも当然に適用することができる。

【００３８】また、前記切換え手段１２をリレーユニッ
ト１３及びコントローラ１４から構成したが、これに限
られるものではなく、前記各電極体１１ａと電源６とを
順次切り換えて接続できるものであればどのような構成
のものであっても良い。

【００３９】また、図３においては、各電極体１１ａの
隣接面を同方向に傾斜させたものとしたが、図４に示す
ように、交互に逆方向になるように傾斜させても良く、
この場合にも同様の効果を奏する。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
に係る発明によれば、ドレス用電極を、メタルボンド砥
石の回転軸に沿って並設した複数の電極体から形成し、
且つ隣接する電極体間に絶縁体を設けて形成するととも
に、切換え手段により、各電極体と電源とを順次切り換
えて接続するように構成したので、各電極体における電
解に要する電力を極力小さくすることができ、電源の容
量を極力小さいものとすることができる。その結果、研
削装置全体をコンパクトなものにすることができる。

【００４１】また、請求項２に係る発明によれば、前記
切換え手段を、前記電源と前記電極体との接続時間及び
／又は接続する前記電極体を任意に設定できるものとし
たので、前記砥石の研削作用面の仕事量に応じて、これ
に対応する電極体と電源との接続状態（時間，回数）を
異ならせるように、電極体と電源との接続を制御するこ
とができ、砥石の研削作用面の摩耗状態に応じた、効率
的なドレッシングを行うことができる。

【００４２】また、請求項３に係る発明によれば、ドレ
ス用電極の各電極体の隣接面を、砥石の回転軸に対して
傾斜させて設けているので、絶縁体に対応する研削作用
面に、当該絶縁体に隣接する電極体がオーバーラップし
て作用し、当該絶縁体に対応する研削作用面についても
確実にドレッシングを行うことができる。

【００４３】また、請求項４に係る発明は研削装置をセ
ンタレス研削装置としたものであるが、センタレス研削
装置においては、比較的幅広の砥石を使用することが多
く、如上の本発明の効果が顕著に発現され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る研削装置を模式的に示し
た斜視図である。

【図２】図１における矢視Ａ方向の、ドレス用電極を示
す平面図である。

【図３】第２の実施形態に係るドレス用電極を示す平面
図である。

【図４】第２の実施形態に係るドレス用電極の変形例を
示す平面図である。

【図５】従来のＥＬＩＤ研削装置を模式的に示した正面
図である。

【図６】従来のＥＬＩＤ研削装置を模式的に示した斜視
図である。

【図７】従来のＥＬＩＤ研削装置を模式的に示した斜視
図である。

【符号の説明】

２ メタルボンド砥石 ３ 回転軸 ６ 電源 １１ ドレス用電極 １１ａ 電極体 １１ｂ 絶縁体 １２ 切換え手段 １３ リレーユニット １４ コントローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メタルボンド砥石と、 該メタルボンド砥石を回転自在に支持するとともに、こ
   れを所定方向に回転させる支持回転手段と、 前記メタルボンド砥石の研削作用面に対向させて設けた
   ドレス用電極と、 一方の電極が前記メタルボンド砥石に接続するととも
   に、他方の電極が前記ドレス用電極に接続して、前記メ
   タルボンド砥石と該ドレス用電極との間に電圧を印加す
   る電源と、 前記メタルボンド砥石とドレス用電極との間に導電性の
   研削液を供給する研削液供給手段とからなる研削装置に
   おいて、 前記ドレス用電極を、前記メタルボンド砥石の回転軸に
   沿って並設した複数の電極体から形成し、且つ隣接する
   該電極体間に絶縁体を設けて形成するとともに、 前記各電極体と前記電源とを順次切り換えて接続する切
   換え手段を設けて構成したことを特徴とするメタルボン
   ド砥石を用いた研削装置。
2. 【請求項２】 前記切換え手段が、前記電源と前記電極
   体との接続時間及び／又は接続する前記電極体を任意に
   設定できるものである請求項１記載のメタルボンド砥石
   を用いた研削装置。
3. 【請求項３】 前記ドレス用電極の各電極体の隣接面
   を、前記メタルボンド砥石の回転軸に対して傾斜させた
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のメタルボンド砥
   石を用いた研削装置。
4. 【請求項４】 前記研削装置が、被加工物を回転自在に
   支持するブレードと、該ブレードに支持される被加工物
   を前記メタルボンド砥石に押し付ける調整車とを更に備
   えたセンタレス研削装置である、請求項１又は２又は３
   記載のメタルボンド砥石を用いた研削装置。