JPH11262860A - 超精密研削方法および研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解ドレッシングを利用した超精密研削加工
において、砥石表面の切れ味と弾性を確保しつつ、精密
研削に要求される砥石表面のプロファイル精度を満足さ
せて、高い仕上げ精度を得るとともに、ドレッシングサ
イクルタイムの短縮化と消費電力の低減化を図る。 【解決手段】 砥石車２を構成する導電性砥石として、
導電性レジンボンドにより砥粒が結合されてなる導電性
レジンボンド砥石を用いるとともに、この砥石車２によ
る工作物Ｗの研削加工中に、砥石車２の砥石表面２ａに
対して電解ドレッシングを施す。電解ドレッシングにお
ける電解作用によって、レジンボンド中の導電物質のみ
が溶解して、砥石表面２ａには砥粒とレジンが残り、Ｅ
ＬＩＤ研削におけるような酸化皮膜の生成は必要としな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は超精密研削方法お
よび研削装置に関し、さらに詳細には、電解ドレッシン
グを利用した超砥粒砥石による研削技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、先端精密加工技術の一つとして、
超砥粒砥石を用いた超精密研削技術が注目され、特にレ
ジン系やメタル系結合材料によりダイヤモンド砥粒が結
合されてなるダイヤモンド砥石は、セラミック等の硬脆
材料を研削加工する場合に最適な砥石として使用されて
いる。

【０００３】ところで、この種の超砥粒砥石のツルーイ
ング(truing)・ドレッシング(dressing)は、従来の一般
的な機械的ツルーイング・ドレッシング技術では困難で
あるとともに、その作業に長時間を要するという問題が
あった。

【０００４】この点に関して、この種の超砥粒砥石の多
くが導電性レジンボンドやメタルボンド等の導電性結合
材料を用いた導電性砥石であることに着目して、最近で
は、放電ツルーイングや電解ドレッシングといった電気
的ツルーイング・ドレッシング技術が超砥粒砥石のツル
ーイング・ドレッシングに適用される例が増えてきてい
る。

【０００５】放電ツルーイングは、放電作用を利用した
ツルーイングを行うもので、メタルボンド砥石のツルー
イングに一般に適用されている。この放電ツルーイング
は、メタルボンド・ダイヤモンド砥石からなる砥石車を
備えたセンタレス研削盤を例にとれば、砥石車を（＋）
極とするとともに、この砥石車の砥石表面（円筒研削
面）に対向して一定間隔をもって設けられた金属円盤か
らなる放電ツルアー（放電ツルーイング電極）を（−）
極とし、上記砥石車と放電ツルアーを所定の速度で回転
させながら、これらに正負の電圧をそれぞれ印加するこ
とにより、両極間の放電作用によって上記砥石表面のメ
タルボンド部分を溶解除去して、研削面における砥粒の
突出状態を成形維持するようにされている。

【０００６】一方、電解ドレッシングは、電解作用を利
用してドレッシングを行うもので、やはりメタルボンド
砥石のドレッシングに一般に適用されている。この電解
ドレッシングとして代表的なものが電解インプロセスド
レッシング（Electrolytic In-process Dressing：ＥＬ
ＩＤ）と呼ばれる技術で、上記と同様、メタルボンド・
ダイヤモンド砥石からなる砥石車を備えたセンタレス研
削盤を例にとれば、砥石車を（＋）極とするとともに、
この砥石車の砥石表面（円筒研削面）に対向して一定間
隔をもって設けられたドレッシング電極を（−）極と
し、ワークの研削加工中において、これらの間隙にクー
ラント（電解液）を供給しながら直流電流を流すことに
より、電解作用によって上記研削面のメタルボンド部分
を溶出して、研削面における砥粒の突出状態を維持する
ようにされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の放電ツルーイングや電解ドレッシングでは、
それぞれ以下に述べるような問題点があり、超精密研削
技術の所期の効果を十分に発揮し得ず、さらなる改良が
要望されていた。

【０００８】すなわち、前者の放電ツルーイングにおい
ては、砥石車の砥石表面のプロファイル精度を超精密研
削に要求される程度まで向上させることができなかっ
た。

【０００９】具体的には、超砥粒砥石からなる砥石車を
用いた超精密研削には、砥石車の真円度や真直度等の確
保と共に、砥粒先端を精密に揃える必要があるところ、
放電ツルーイングでは、砥石の結合材料を放電作用で溶
融除去するとともに、砥石車の回転による振れ取りを行
うという方法が採られているため、砥粒先端を所要の精
度に揃えること等が難しく、砥石表面を所要のプロファ
イル精度に創成することは困難である。

【００１０】しかも、砥石表面には結合材料によりほと
んど保持されていない砥粒も多く存在して、砥石表面が
不安定な状態にあり、この不安定な状態のままで研削加
工すると工作物表面にスクラッチ（引っかき傷）を生じ
て、精密研削としての高い仕上げ精度を得ることができ
ない。

【００１１】また、後者の電解ドレッシングにおいて
は、以下のような理由でセンタレス研削加工のような高
能率加工には適用が困難であった。

【００１２】(1) 従来の電解ドレッシングでは、センタ
レス研削のような高能率加工において砥石磨耗が激し
く、これがため、電解ドレシングの頻度が大きくて、ラ
ンニングコストが高くつく。

【００１３】つまり、従来の電解ドレッシングの具体的
なメカニズムは、図４を参照して、（＋）極とされたメ
タルボンド砥石ａの砥石表面が磨耗した状態で（図４
(a))、この砥石表面と（−）極とされたドレッシング電
極ｂの電極面との間隙にクーラント（電解液）が供給さ
れながら直流電流が流される。すると、その電解作用に
よって、まず、上記砥石表面のメタルボンドｃ中のメタ
ル成分（鉄）ｄが溶出してイオン化し、砥石表面にチッ
プポケットが形成された後（図４(b))、この砥石車表面
上にメタル成分ｄの酸化被膜ｅが形成される（図４
(c))。そして、この酸化被膜ｅによって、砥石表面にお
ける砥粒ｆの突出状態が維持されるとともに、その砥粒
保持に弾力性が付与されることとなる。

【００１４】しかしながら、このように砥石表面に酸化
被膜ｅが生成される構成では、センタレス研削のような
高能率加工においては、砥石磨耗が激しくて、酸化皮膜
ｅが短時間で脱落し消失してしまう。これがため、電解
ドレシングを頻繁に行う必要があり、ランニングコスト
の上昇を招いている。

【００１５】(2) １回あたりの電解ドレッシングのサイ
クルタイムが比較的長いことから、センタレス研削盤の
ように幅広砥石を用いる場合には、このドレッシングサ
イクルタイムが特に長く、研削サイクルタイムの短縮化
に支障をきたして、所期の高能率加工ができないばかり
か、ＥＬＩＤ研削においては精密研削としての高い仕上
げ精度を安定して得ることができない。

【００１６】(3) 上記のようなドレッシングサイクルタ
イムの長さに起因して、幅広砥石の場合は、砥石表面全
体にわたって均一なドレッシング効果が得られず、砥石
表面を所要のプロファイル精度に創成し維持することが
困難である。

【００１７】(4) 電解ドレッシングにおいては比較的大
きな電流を流す必要があり、特に幅広砥石の電解ドレッ
シングには大電流が必要で、電源装置が大形で高価であ
り、上記サイクルタイムの長さとも相まって、電気代も
嵩んで、ランニングコストの大幅な上昇を招く。

【００１８】本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、電解ドレ
ッシングを利用した超精密研削加工において、砥石表面
の切れ味と弾性を確保しつつ、精密研削に要求される砥
石表面のプロファイル精度を満足させて、高い仕上げ精
度を得ることができ、しかも、ドレッシングサイクルタ
イムの短縮化と消費電力の低減化を図ることができる超
精密研削技術を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の超精密研削方法は、電解ドレッシングを利
用した導電性砥石による研削方法であって、上記導電性
砥石として、導電性レジンボンドにより砥粒が結合され
てなる導電性レジンボンド砥石を用いるとともに、この
導電性レジンボンド砥石による工作物の研削加工中に、
導電性レジンボンド砥石の砥石表面に対して電解ドレッ
シングを施すようにしたことを特徴とする。

【００２０】また、本発明の超精密研削装置は、上記研
削方法を実施するためのセンタレス方式の研削装置であ
って、砥石車を構成する導電性砥石は、導電性レジンボ
ンドにより砥粒が結合されてなるとともに、上記砥石車
の砥石表面に対向して電解ドレッシング電極が設けられ
てなることを特徴とする。

【００２１】本発明においては、導電性砥石として、電
解作用による酸化皮膜生成を必要としない導電物質を含
有した導電性レジンボンドにより砥粒が結合されてなる
導電性レジンボンド砥石を用いるとともに、この導電性
レジンボンド砥石の砥石表面に対向して電解ドレッシン
グ電極を設ける。

【００２２】そして、導電性レジンボンド砥石による工
作物の研削加工中において、導電性レジンボンド砥石の
砥石表面と電解ドレッシングの電極面との間隙にクーラ
ント（電解液）を供給しながら直流電流を流すことによ
り、電解作用によって上記研削面の導電性のメタル成分
を溶出して、砥石表面における目詰まりがインプロセス
で除去され、砥粒の突出状態が回復される。

【００２３】この場合、レジンボンドに含有される導電
物質としては、銅やタングステン等の金属材料が用いら
れている。このため、上記電解作用によって、レジンボ
ンド中の導電物質（メタル成分）のみが溶解して、上記
砥石表面には砥粒とレジンのみが残り、ＥＬＩＤ研削に
おけるような酸化皮膜を生成する必要はなく、砥粒の十
分な突出し量が得られるとともに、レジンホンド自体の
弾性により砥粒の保持状態にも弾力性がある。

【００２４】この結果、研削能率を上げかつ研削加工精
度（面粗さ）を向上させるための必要条件、つまり砥
粒の突出し量が十分あること、および砥粒を保持する
ボンド（酸化皮膜も含む）の弾力性があること、の二つ
の条件が同時に満たされることとなる。

【００２５】また、酸化皮膜を生成する必要がないの
で、幅広砥石でも省電力で電解ドレッシングでき、電解
ドレッシング時間もＥＬＩＤ研削に比べて短縮される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００２７】実施形態１ 本発明に係る超精密研削装置が図１に示されている。こ
の研削装置は具体的にはセンタレス研削盤であって、ド
レッシング装置として電解ドレッシング装置１を備えて
なる。

【００２８】センタレス研削盤としての基本構成は従来
周知のものと同様であり、砥石車２、調整車３およびブ
レード４などを主要部として構成されており、図示の実
施形態においては、工作物Ｗが調整車３とブレード４に
より回転支持されるとともに、砥石車２と調整車３の間
を軸方向へ通し送りされながら研削されるスルー研削方
式とされている。

【００２９】上記砥石車２は、導電性結合材料により砥
粒が結合されてなる導電性砥石からなり、その砥石表面
２ａが円筒研削面とされている。砥粒としては、微小な
ダイヤモンド砥粒やＣＢＮ（キュービックボロンナイト
ライド）砥粒等のいわゆる超砥粒が使用されるととも
に、導電性結合材料としては、導電物質を含有した導電
性レジンボンドが使用され、好適には銅（Ｃｕ）やタン
グステン（Ｗ）あるいはこれらの混合物が導電物質とし
て含有されている。図示の実施形態においては、微小な
ダイヤモンド砥粒が導電性レジンボンドにより結合され
てなる導電性砥石車２とされている。

【００３０】上記砥石車２は、具体的には図示しない
が、砥石軸５を介して図外の砥石車基台に回転可能に支
持されるとともに、動力伝達機構を介して回転駆動源に
連係されている。また、砥石車２は給電体１０を介して
電源１１の（＋）極に電気的に接続されている。

【００３１】電解ドレッシング装置１は、ドレッシング
電極１５が、砥石車２の研削位置つまり工作物Ｗの回転
支持位置から外れた位置（図示のものにおいては砥石車
２の上側位置）に配置されてなるとともに、図示しない
が、電解液供給用ノズルが砥石車２の研削面２ａとドレ
ッシング電極１５の環状電極面１５ａ間に臨んで設けら
れてなる。

【００３２】電解ドレッシング電極１５は具体的にはマ
ルチ電極の形態とされている。図示の実施形態において
は、砥石車２の研削面２ａの軸方向に整列配置された複
数の小電極１６、１６，…（図示のものにおいては５
つ）から電解ドレッシング電極１５が構成されている。

【００３３】各小電極１６は、砥石車２の研削面２ａに
対向する環状の電極面１６ａを備え、これら電極１６，
１６，…の電極面１６ａ，１６ａ，…により、電解ドレ
ッシング電極１５の環状電極面１５ａが形成されてい
る。

【００３４】ドレッシング電極１５を構成する各小電極
１６，１６，…は、それぞれ給電体１７からプログラマ
ブル電極切替ユニット１８を介して、上記電源１１の
（−）極に電気的に接続されている。

【００３５】このように、ドレッシング電極１５が複数
の小電極１６、１６，…からなるマルチ電極の形態とさ
れているのは、小型電源で幅広の研削面２ａを電解する
ための工夫であり、砥石幅の狭い砥石車を電解する場合
には単電極の形態とされる。

【００３６】しかして、以上のように構成されたセンタ
レス研削盤において、工作物Ｗが、ブレード４と回転駆
動される調整車３によりセンタレスで回転支持されなが
ら、工作物表面に回転駆動される砥石車２の砥石表面２
ａによる研削加工が施されるとともに、この研削加工中
に、ドレッシング装置１により、上記研削面２ａの性状
に応じた電解ドレッシングがインプロセスで随時行われ
る。

【００３７】この電解ドレッシングにおいては、図示し
ない電解液供給用ノズルにより、電解用クーラントが研
削面２ａとドレッシング電極１５の環状電極面１５ａと
の間に供給されるとともに、砥石車２とドレッシング電
極１５に直流電流が流される。すると、その電解作用に
よって、上記研削面２ａの導電性のメタル成分が溶出さ
れて、研削面２ａにおける目詰まりがインプロセスで除
去され、砥粒の突出状態が回復・維持されることとな
る。

【００３８】この場合、レジンボンドに含有される導電
物質が銅やタングステン等の金属材料が用いられている
ため、図２に示すように、上記電解作用によって、レジ
ンボンドＣ中の導電物質Ａのみが溶出してイオン化し、
上記研削面２ａにはチップポケットが形成されて、砥粒
ＢとレジンＣのみが残り（図(b))、ＥＬＩＤ研削におけ
るような酸化皮膜（図４(c) 参照）の生成は必要としな
い。

【００３９】したがって、研削面２ａにおける砥粒の十
分な突出し量が得られ、かつ、レジンホンド自体の弾性
により砥粒は弾力性をもって保持されることとなり、セ
ンタレス研削加工の特長である研削能率を損なうことな
く、工作物Ｗの表面にスクラッチも生じず、高い研削加
工精度（面粗さ）が確保され得る。

【００４０】また、研削面２ａには酸化皮膜が生成され
ないので、図示の実施形態のような幅広砥石車２でも、
省電力で電解ドレッシングを実行することができ、電解
ドレッシング時間も従来のＥＬＩＤ研削（図４参照）に
比べて格段に短縮される。

【００４１】実施形態２ 本実施形態の精密研削装置は図３に示されており、具体
的には、実施形態１における電解ドレッシング装置１に
加えて、放電ツルーイング装置２０が併設されてなるセ
ンタレス研削盤であって、実施形態１と同一の参照符号
は同じ構成装置または構成要素を示している。

【００４２】放電ツルーイング装置２０は、放電ツルー
イング電極２１が砥石車２に対して調整車３の反対側に
配置されてなる。換言すれば、放電ツルーイング装置２
０は、電解ドレッシング装置１に対して、砥石車２の回
転方向上流側に配置されている。

【００４３】この放電ツルーイング電極２１は、具体的
には幅狭の小円盤状とされており、その外周面部分が、
砥石車２の研削面２ａに対向する円筒状電極面２１ａと
されている。

【００４４】放電ツルーイング電極２１は、具体的には
図示しないが、上記砥石軸５と平行に配された放電ツル
ーイング電極軸を介して、放電ツルーイング電極基台に
回転可能に支持されるとともに、動力伝達機構を介して
回転駆動源に連係されている。これにより、放電ツルー
イング電極２１は、その電極面２１ａが、砥石車２の研
削面２ａと平行となるように対向配置した状態で回転駆
動される。

【００４５】また、放電ツルーイング電極２１は、上記
砥石車２の砥石軸５と平行な方向（矢符方向）へスライ
ド可能とされるとともに、スライド駆動源に連係されて
なり、砥石車２の研削面２ａに沿って砥石軸５方向へト
ラバース移動する。

【００４６】この放電ツルーイング電極２１は、前記電
解ドレッシング電極１５のプログラマブル電極切替ユニ
ット１８と共に、電極切替え用の放電・電解切替ユニッ
ト（切替操作部）２５を介して、電源１１に電気的に接
続されている。具体的には、放電ツルーイング電極２１
は、給電体２２を介して放電・電解切替ユニット２５へ
電気的に接続され、この放電・電解切替ユニット２５が
電源７の（−）極に電気的に接続されて、（−）極の放
電ツルーイング電極とされている。したがって、放電・
電解切替ユニット２５を手動または自動で切替え操作す
ることにより、放電ツルーイング電極２１と電解ドレッ
シング電極１５が選択的に切替えられる。

【００４７】しかして、以上のように構成されたセンタ
レス研削盤おいては、実施形態１における電解ドレッシ
ングに先立って、放電ツルーイング装置２０による放電
ツルーイングが施される。

【００４８】この放電ツルーイングは、砥石車２の研削
面２ａの性状に応じて、研削加工中または研削加工停止
中に随時実行され、具体的には、放電ツルーイング電極
２１が、研削面２ａに対して回転しながらトラバース移
動されるとともに、砥石車２と放電ツルーイング電極２
１に直流電流が流されて、これにより、上記研削面２ａ
の導電性結合材料部分が放電作用で溶融除去されて、チ
ップポケットが形成され、研削面２ａにおける砥粒の突
出し量が揃えられる。

【００４９】この場合、電極面２１ａと研削面２ａとの
間の放電領域への冷却水等の侵入を防止するため、この
放電領域には図示しない冷却エアノズルから冷却空気が
噴射供給される。

【００５０】続いて、放電・電解切替ユニット２５によ
り、放電ツルーイング電極２１から電解ドレッシング電
極１５が作動するように切替え操作されて、電解ドレッ
シング装置１による電解ドレッシングがインプロセスで
実行される。電解ドレッシングの具体的なメカニズムは
実施形態１で説明したところと同じである。

【００５１】しかして、以上のように、電解ドレッシン
グに先立って放電ツルーイングを施す構成、換言すれ
ば、砥石車２の研削面２ａを放電ツルーイングにより整
形した状態から研削加工すると同時に、電解ドレッシン
グをインプロセスで実行することにより、上述した実施
形態１の効果に加えて、放電ツルーイングによる効果が
相乗効果として発揮され、より高い研削能率でかつ高い
研削加工精度のセンタレス研削が実現し得る。その他の
構成および作用は実施形態１と同様である。

【００５２】なお、上述した実施形態は、あくまでも本
発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこ
れに限定されることなく、その範囲内で種々設計変更可
能である。

【００５３】例えば、図示の実施形態はセンタレス研削
盤であるが、本発明は平面研削盤や円筒研削盤などの他
の研削方式の研削盤にも適用することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
電解ドレッシングを利用した超精密研削加工において、
導電性砥石として、砥粒が導電物質を含有した導電性レ
ジンボンドにより結合されてなる導電性レジンボンド砥
石を用いるとともに、この導電性レジンボンド砥石によ
る工作物の研削加工中に、導電性レジンボンド砥石の砥
石表面に対して電解ドレッシングを施すようにしたか
ら、砥石表面の切れ味と弾性を確保しつつ、精密研削に
要求される砥石表面のプロファイル精度を満足させて、
高い仕上げ精度を得ることができ、しかも、ドレッシン
グサイクルタイムの短縮化と消費電力の低減化を図るこ
とができる。

【００５５】具体的には、上記レジンボンドに含有され
る導電物質として、銅やタングステン等の金属材料が用
いられるため、以下に述べるような効果が得られる。

【００５６】(1) 電解作用によって、レジンボンド中の
導電物質（メタル成分）のみが溶解して、砥石表面には
砥粒とレジンのみが残り、ＥＬＩＤ研削におけるような
酸化皮膜の生成は必要としない。このため、砥粒の十分
な突出し量が得られるとともに、レジンホンド自体の弾
性により砥粒の保持状態にも弾力性がある。これによ
り、工作物表面にスクラッチを生じることがない。

【００５７】この結果、研削能率を上げかつ研削加工精
度（面粗さ）を向上させるための二つの必要条件（砥
粒の突出し量が十分あること、砥粒を保持するボンド
（酸化皮膜も含む）の弾力性があること）が同時に満た
される。

【００５８】(2) 酸化皮膜の生成が不要であるので、幅
広砥石でも省電力で電解ドレッシングできるとともに、
電解ドレッシング時間もＥＬＩＤ研削の場合に比べて短
縮されて、ランニングコストの低減化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施形態１であるセンタレス研削
盤の概略構成を示す斜視図である。

【図２】同センタレス研削盤における電解ドレッシング
装置の電解ドレッシング工程を示す拡大模式図である。

【図３】本発明に係る実施形態２であるセンタレス研削
盤の概略構成を示す斜視図である。

【図４】従来のＥＬＩＤ研削における電解ドレッシング
工程を示す図２に対応する拡大模式図である。

【符号の説明】

１ 電解ドレッシング装置 ２ 砥石車 ２ａ 砥石車の研削面（砥石表面） ３ 調整車 ４ ブレード １０ 給電体 １１ 電源 １５ ドレッシング電極 １５ａ ドレッシング電極の環状電極面 １６ 小電極 ２０ 放電ツルーイング装置 ２１ 放電ツルーイング電極 ２１ａ 放電ツルーイング電極の円筒状電極面 ２２ 給電体 ２５ 放電・電解切替ユニット（切替操作
部） Ａ レジンボンド中の導電物質 Ｂ 砥粒 Ｃ レジンボンド中のレジン Ｗ 工作物

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解ドレッシングを利用した導電性砥石
   による研削方法であって、 前記導電性砥石として、導電性レジンボンドにより砥粒
   が結合されてなる導電性レジンボンド砥石を用いるとと
   もに、この導電性レジンボンド砥石による工作物の研削
   加工中に、導電性レジンボンド砥石の砥石表面に対して
   電解ドレッシングを施すようにしたことを特徴とする超
   精密研削方法。
2. 【請求項２】 前記電解ドレッシングに先立って放電ツ
   ルーイングを施すことを特徴とする請求項１に記載の超
   精密研削方法。
3. 【請求項３】 前記放電ツルーイングを導電性砥石の研
   削加工停止中に施すことを特徴とする請求項２に記載の
   超精密研削方法。
4. 【請求項４】 前記放電ツルーイングを導電性砥石の研
   削加工中に施すことを特徴とする請求項２に記載の超精
   密研削方法。
5. 【請求項５】 導電性結合材料により砥粒が結合されて
   なる導電性砥石を用いた砥石車を備えるセンタレス方式
   の研削装置であって、 前記砥石車を構成する導電性砥石は、導電性レジンボン
   ドにより砥粒が結合されてなるとともに、前記砥石車の
   砥石表面に対向して電解ドレッシング電極が設けられて
   なることを特徴とする超精密研削装置。