JPH11347931A - 砥石成形用電極およびその成形方法、ならびに砥石の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非導電性材料を、電気加工法である放電加工
によって、砥石の研削加工面に溶融付着させることので
きる砥石成形用電極およびその成形方法を提供する。 【解決手段】 砥石成形用電極１は、非導電性の砥粒３
の表面に導電性被膜３ａを被覆し、該被覆された砥粒３
と導電性を有する結合剤４とを混合して一体としたもの
である。砥石成形用電極１を砥石ホイール２に対向させ
て放電させることにより、砥石ホイール２の研削加工表
面２ａに結合剤４と共に砥粒３を溶着して積層する。砥
粒３と共に結合剤４が研削加工表面２ａに積層される際
には、結合剤４がメタルであっても、気孔５が形成され
ることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、砥石成形用電極お
よびその成形方法、ならびに砥石の成形方法に関し、さ
らに詳しくは、ワークを研削あるいは切削加工するため
の砥石を放電加工により成形するための電極およびその
成形方法、ならびに砥石の成形方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】砥石は、硬質材料からなる砥粒（研削
材）を結合剤により結合し保持してなるもので、研削盤
等に取付けられて使用されるために、一般に回転可能な
砥石ホイールとして成形されている。砥石ホイールを研
削盤に取付けてワークに対して研削加工を行う際には、
砥石ホイールをワークと相対的に回転させ、結合剤の表
面に切れ刃となる砥粒を露出させてワークを研削加工す
る。

【０００３】砥粒は、一般に、ダイヤモンドや立方晶窒
化硼素（ＣＢＮ）、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニ
ウム（アルミナ）、酸化鉄、酸化クロム等の硬質材料が
用いられている。また、砥粒を砥石に結合させるための
結合剤は、図４に示すように、ビトリファイド、レジノ
イド、ラバー、マグネシア、メタル、または電着メッキ
等が用いられている。結合剤には、切屑を排出するため
の空間として、気孔が形成されている。砥粒の材質によ
る硬さ等の種類や粒度、結合剤に形成される気孔の大き
さ等は、砥石が研削あるいは切削加工するワークの加工
条件に応じて決定される。砥石は、使用により研削性能
が低下したときにドレッシングが行われ、また、異形と
なったときに砥石の研削加工表面を形直しすべくツルー
イングが行われる。

【０００４】従来の技術としては、例えば実公平５−１
１９５６号公報に開示されているように、工作機械の工
具保持手段に対して着脱自在に装着し得るシャンク部の
形成された本体を有し、前記本体に砥石保持軸を回転自
在に支持し、前記砥石保持軸に加工電極によりツルーイ
ング／ドレッシングされ得る砥石を着脱自在に設け、前
記砥石に工具電極と接触して前記砥石に電流を供給し得
る電極接触部を形成し、電極係合手段を、前記電極接触
部と接触状態にある工具電極の当該接触状態を維持し得
るように前記工具電極と係合自在に設けて構成した研削
工具が知られている。この研削工具では、砥石部分に工
具電極を連結して工具電極との間で放電加工を行い、該
砥石部分をツルーイング（形直し）、ドレッシング（目
直し）するものである。

【０００５】一方、研削加工方法及びその砥石電極とし
て、特開平４−１５９０３９号公報に開示されているよ
うに、被覆材と研削材を含む砥石電極、または被覆材部
分と研削材部分とを有する砥石電極を回転もしくは振動
させながら被加工体の表面に当接せしめ、上記砥石電極
と被加工体間に加圧と通電を行い、研削加工と放電溶着
被覆加工とを交互に切り換えつつ、もしくは同時に行う
ようにしたものが知られている。

【０００６】このものは、被加工物の表面形成とその表
面処理とを行う研削加工方法及びこれを実施するために
用いる砥石電極に関するもので、『放電溶着被覆加工
は、回転若しくは振動する砥石電極を被加工体に軽く圧
接すると、両者間で微細に接触開離動作が行われ、この
とき両者間に通電することにより、スパークアウトのパ
ルス的放電が発生し、放電点の微小部分が溶解してそれ
が被加工体に接触時に転移溶着するので、この微少量づ
つの溶着を繰り返して積み重ね且つ平面方向に移動しつ
つ連続的に溶着させることによって被加工体表面に一様
な被覆層の形成処理ができるものである。』などと記載
されている（公報第２頁右下欄第６行〜同欄第１５
行）。

【０００７】そして、このものにおいては、砥粒材とし
て、ダイヤやＣＢＮ等の超微粒の砥粒の他に、通電性を
有する炭化物、硼化物および窒化物等が挙げられてい
る。さらに、このものにおいては、研削材砥粒を被覆材
と混合利用する場合に、研削加工と同時に放電を発生し
て溶着被覆加工ができるように、粒径を放電発生間隔以
下の通常１０μｍφ以下の微粒子として混合することが
必要であることが記載されている（公報第３頁左下欄第
１３行〜同欄第１７行）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のうち、実公平５−１１９５６号公報に開示され
たものにあっては、ツルーイングやドレッシングは、放
電加工により砥石の研削加工表面を除去するものである
ため、このツルーイング等を繰り返すことにより砥石が
次第に消耗して小さくなるため、砥石の寿命が短くなる
という問題があった。また、次第に消耗して小さくなっ
た砥石は、ワークに対する回転軸の相対位置を変化させ
なければならず、その制御が複雑となるという問題や、
さらに、研削加工精度が不安定なものとなるといった問
題があった。

【０００９】また、特開平４−１５９０３９号公報に開
示されたものにあっては、砥石電極自体が被覆材（部
分）と研削材（部分）有するものであり、被加工物の表
面形成とその表面処理とを行うもので、砥石を放電加工
により成形することに関するものではない。そして、被
加工体の表面を研削により形成すること、および放電に
より表面処理することを繰り返し行うと、砥石電極が消
耗して小さくなり、先の従来の技術と同様に、砥石の寿
命が短くなる等の問題があった。そして、このものにお
いては、被加工体の研削および表面処理により、砥石電
極の消耗が速いという問題もあった。

【００１０】さらに、特開平４−１５９０３９号公報で
挙げられた砥粒のなかで、ダイヤやＣＢＮ、窒化珪素、
炭化珪素、酸化アルミニウム（アルミナ）等、導電性を
有しない砥粒は、放電加工に用いることができない。さ
らに、結合剤が図４に示したもののうち、メタルである
場合には、切屑を排出するための空間となる気孔が形成
されず、また、砥粒を保持したメタル結合剤が研削加工
表面に成形される台金ホイールは、一体成形により成形
されることが多く、そのために製作コストが高く、また
熱間成形による残留歪みが発生して成形精度が安定しな
いという問題があった。さらにまた、結合剤が図４に示
したもののうち、電着メッキの場合には、台金ホイール
上に単一の砥粒層を形成するものであるために、製作コ
ストは低いが、寿命が短くツルーイングを行うことがで
きないという問題があった。

【００１１】ところで、非導電性砥粒に対して砥粒の表
面に導電性被膜の被覆を行わず、導電性を有する結合剤
と混合して一体の電極を形成し、該砥石成形用電極と砥
石ホイールを対向させて放電加工を生じさせた場合、砥
石ホイールの研削加工表面への非導電性砥粒の付着は非
常に少ない割合ながら可能ではある。しかしながら、こ
の場合には、研削加工性能の一つである非導電性砥粒の
大きさが小さくなることや、非導電性砥粒と結合剤の比
率が通電のための制約を受けるので導電性砥粒の割合が
体積比に対して小さくなることとなり、研削加工能力を
十分に満たすような砥石ホイールの成形が困難となると
いう問題がある。

【００１２】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、硬質砥粒として広く普及している立方晶窒化硼素
（ＣＢＮ）、窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）、炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ アルミナ）等の非
導電性材料を、電気加工法である放電加工によって、砥
石の研削加工面に溶融付着させることのできる砥石成形
用電極およびその成形方法を提供することを目的とす
る。また、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、砥石を消耗させることなく砥石の研削加工表面を容
易に安価に成形することができる砥石の成形方法を提供
することを目的とする。

【００１３】請求項１の砥石成形用電極に係る発明は、
上記目的を達成するため、砥石ホイールに対向させて放
電させることにより、砥石ホイールの研削加工表面に結
合剤と共に砥粒を付着させるための砥石成形用電極であ
って、表面に導電性被膜が被覆された非導電性の砥粒
と、導電性を有する結合剤とを備え、前記導電性被膜が
被覆された砥粒と前記結合剤とを混合して一体としたこ
とを特徴とするものである。

【００１４】請求項２の砥石成形用電極の成形方法に係
る発明は、上記目的を達成するため、砥石ホイールに対
向させて放電させることにより、砥石ホイールの研削加
工表面に結合剤と共に砥粒を付着させるための砥石成形
用電極の成形方法であって、非導電性の砥粒の表面に導
電性被膜を被覆し、該被覆された砥粒と導電性を有する
結合剤とを混合して一体とすることを特徴とするもので
ある。

【００１５】請求項３の砥石の成形方法に係る発明は、
上記目的を達成するため、非導電性の砥粒の表面に導電
性被膜を被覆し、該被覆された砥粒と導電性を有する結
合剤とを混合して一体に成形して砥石成形用電極を構成
し、該砥石成形用電極を砥石ホイールに対向させて放電
させることにより、砥石ホイールの研削加工表面に砥石
成形用電極から結合剤と共に砥粒を付着させることを特
徴とするものである。

【００１６】請求項１の発明では、表面に導電性被膜が
被覆された非導電性の砥粒を、導電性を有する結合剤と
混合して一体として砥石成形用電極を成形する。この砥
石成形用電極を砥石ホイールに対して所定間隔を有する
状態で対向させて、砥石成形用電極と砥石ホイールとの
間に所定電圧を印加する。非導電性の砥粒の表面に導電
性被膜が被覆されており、また、結合剤が導電性を有す
るものであることにより、砥石成形用電極と砥石ホイー
ルとの間で放電が発生し、結合剤と共に砥粒が砥石ホイ
ールの研削加工表面に溶着積層されることとなる。ワー
クを研削して消耗した砥石の研削加工表面は、結合剤と
共に砥粒が溶着積層されることにより、その消耗が補償
される。

【００１７】請求項２の発明では、表面に導電性被膜を
被覆した非導電性の砥粒と、導電性を有する結合剤とを
混合して一体とすると、砥石成形用電極が成形される。
この砥石成形用電極は、砥石ホイールに対して所定間隔
を有する状態で対向され、砥石成形用電極と砥石ホイー
ルとの間に所定電圧を印加する。非導電性の砥粒の表面
に導電性被膜を被覆し、また、結合剤を導電性を有する
ものとしていることにより、砥石成形用電極と砥石ホイ
ールとの間で放電を発生させることができ、したがっ
て、結合剤と共に砥粒が砥石ホイールの研削加工表面に
溶着積層されることとなる。結合剤と共に砥粒を、ワー
クを研削して消耗した砥石の研削加工表面に溶着積層す
ることにより、砥石の消耗を補償することができる。

【００１８】請求項３の発明では、表面に導電性被膜が
被覆された非導電性の砥粒と、この被覆された砥粒を導
電性を有する結合剤とを混合して一体に成形し、砥石成
形用電極を構成する。成形された砥石成形用電極を、ワ
ークを研削することにより消耗した砥石ホイールに対向
させて、両者の間に所定電圧を印加する。非導電性の砥
粒の表面に導電性被膜を被覆し、また、結合剤を導電性
を有するものとしていることにより、砥石成形用電極と
砥石ホイールとの間で放電が発生し、結合剤と共に砥粒
が砥石ホイールの研削加工表面に溶着積層されて、砥石
の消耗が補償され、研削加工表面の形状が修正されるる
こととなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】最初に、本発明に係る砥石成形用
電極およびその成形方法の実施の一形態を、研削加工を
行うための砥石の場合により、図１および図２に基づい
て詳細に説明する。なお、図において同一符号は同一部
分または相当部分とする。本発明の砥石成形用電極１
は、概略、砥石ホイール２に対向させて放電させること
により、砥石ホイール２の研削加工表面２ａに結合剤４
と共に砥粒３を付着させるための砥石成形用電極１であ
って、表面に導電性被膜３ａが被覆された非導電性の砥
粒３と、導電性を有する結合剤４とを備え、前記導電性
被膜３ａが被覆された砥粒３と前記結合剤４とを混合し
て一体としたものである。また、本発明の砥石成形用電
極１の成形方法は、概略、砥石ホイール２に対向させて
放電させることにより、砥石ホイール２の研削加工表面
２ａに結合剤４と共に砥粒３を付着させるための砥石成
形用電極１の成形方法であって、非導電性の砥粒３の表
面に導電性被膜３ａを被覆し、該被覆された砥粒３と導
電性を有する結合剤４とを混合して一体とするものであ
る。

【００２０】砥粒３は、例えば、立方晶窒化硼素（ＣＢ
Ｎ）、窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、
酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ アルミナ）等、非導電性
材質からなるもので、これらの材質および粒度は、研削
加工の目的に応じて選択される。

【００２１】砥粒３の表面に被覆される被膜３ａは、例
えば、ニッケルやコバルト等、導電性を有する材質から
なるもので、図１に示すように、砥粒３の表面全体に所
定の厚さで化学的あるいは吹付け等によりコーティング
される。

【００２２】結合剤４は、例えば、銅、黄銅、ニッケ
ル、鉄等のメタル、あるいはＴｉ系化合物等の導電性を
有する材質からなるもので、粉末状にされおり、この粉
末状の結合剤４に導電性被膜３ａを被覆された砥粒３が
混合され、圧縮成形等により一体として所定形状の砥石
成形用電極１が成形される。

【００２３】次に、本発明の砥石の成形方法を図２およ
び図３に基づいて説明する。本発明の砥石の成形方法
は、概略、非導電性の砥粒３の表面に導電性被膜３ａを
被覆し、該被覆された砥粒３と導電性を有する結合剤４
とを混合して一体に成形して砥石成形用電極１を構成
し、該砥石成形用電極１を砥石ホイール２に対向させて
放電させることにより、砥石ホイール２の研削加工表面
２ａに砥石成形用電極１から結合剤４と共に砥粒３を付
着させるものである。なお、砥石成形用電極１の構成に
ついては、上述のとおりであるため、その説明を省略す
る。また、この実施の形態では、研削加工表面２ａが砥
石ホイール２の外周面である場合により説明する。ここ
で、研削加工表面２ａの用語は、砥石が切削加工を行う
ためのものである場合には切削加工表面となるが、この
切削加工表面を含む意味で用いている。

【００２４】図３に示すように、砥石ホイール２は、少
なくともその研削加工表面２ａが導電性を有する材質で
構成されてなるもので、回転軸１０に取付けられて制御
可能に回転駆動される。また、砥石成形用電極１は、そ
の端面が砥石ホイール２の研削加工表面２ａに対して所
定の間隔（放電極間距離Ｌという）に保持されるよう
に、位置（送出し）制御可能に支持されている。そし
て、砥石ホイール２は、この実施の形態の場合、タンク
１１に貯留された放電加工液１２内に浸漬されており、
砥石ホイール２の研削加工表面２ａとこれに対向するよ
うに配置された砥石成形用電極１との間には、図３は該
略図であるために明確には図示されてはいないが、放電
加工液１２が満たされている。なお、本発明は、この実
施の形態に限定されることなく、砥石ホイール２と砥石
成形用電極１との間に放電加工液１２を供給流通させる
よう構成してもよく、また、両者２，１の間に放電作用
を発生させることができるのであれば、両者２，１間を
大気中あるいは所定のガス雰囲気中とすることもでき
る。さらに、砥石ホイール２が取付けられる回転軸１０
は、研削盤の回転軸を用いることもできる。

【００２５】砥石成形用電極１および砥石ホイール２に
は直流電源回路１５が接続されている。直流電源回路１
５は、直流電源１５ａと、この直流電源１５ａから砥石
ホイール２と砥石成形用電極１との間に任意のパルス電
流を印加する制御手段１５ｂとを備えてなるもので、砥
石成形用電極１には、直流電源１５ａの陽極（陰極）が
接続され、また、砥石ホイール２には、制御回路１５ｂ
を介して直流電源１５ａの陰極（陽極）が接続されてい
る。なお、目的に応じて極性の変更が可能である。

【００２６】以上のように構成されていることにより、
直流電源回路１５の制御手段１５ｂにより所定の電圧お
よび巾（時間）のパルス電流が砥石ホイール２と砥石成
形用電極１の間に印加されると、非導電性の砥粒３の表
面に導電性被膜３ａが被覆されており、また、結合剤４
が導電性を有しているため、両者１，２の間で放電が発
生することとなる。そして、放電熱によって砥石成形用
電極１が溶融破壊され、図２に示すように、砥石成形用
電極１を構成している砥粒３および結合剤４が砥石ホイ
ール２の研削加工表面２ａに溶着して積層されることと
なる。砥粒３と共に結合剤４が砥石ホイール２の研削加
工表面２ａに積層される際には、図２に示すように、結
合剤４がメタルであるにもかかわらず、切屑を排出する
ための空間としての気孔５が形成されることとなる。砥
石ホイール２に溶着して積層されることにより砥石成形
用電極１が消耗するため、砥石成形用電極１と砥石ホイ
ール２との極間距離Ｌを一定に保持すべく、砥石成形用
電極１が送り出される。

【００２７】砥粒３および結合剤４を砥石ホイール２の
研削加工表面２ａに積層するとき、砥石ホイール２は、
所定の速度で回転駆動されており、その研削加工表面２
ａには結合剤４と共に砥粒３が均一に積層される。しか
しながら、砥石ホイール２の研削加工表面２ａを部分的
に補修する等の場合には、その部分を砥石成形用電極１
と対向させた状態で回転駆動させることなく維持するこ
ともできる。

【００２８】砥石ホイール２の研削加工表面２ａに積層
される砥粒３の組織（密度あるいは砥粒率）、結合剤４
による砥粒３の結合度、気孔５の大きさ等、研削加工能
力を左右する諸条件は、研削加工を施すワークの硬度や
性質等の要請に応じて、砥石成形用電極１と砥石ホイー
ル２との間に印加されるパルス電流の大きさや巾、砥石
成形用電極１を構成する砥粒３と結合剤４の混合比率お
よび一体成形したときの成形固さ、放電加工液１２の温
度および濃度、砥石ホイール２を回転駆動する場合の回
転速度、極間距離Ｌ等により調整することができる。ま
た、砥石ホイール２の研削加工表面２ａに積層された砥
粒３および結合剤４が所定の厚さよりも厚くなった場合
に、これらの積層された砥粒３および結合剤４を放電作
用等により除去する除去手段を設けてもよい。

【００２９】このように、本発明では、砥石ホイール２
の研削加工表面２ａに砥石成形用電極１を構成する非導
電性の砥粒３を結合剤４と共に積層することができるの
で、砥粒３の選択肢が広がるために所望の砥粒３を用い
ることができる。また、従来のように、砥石の研削加工
表面を除去して消耗させることがなく、砥粒３を結合剤
４と共に積層するので半永久的に使用することができ、
しかも、砥石ホイール２の研削加工表面２ａの研削加工
能力を左右する諸条件を調整することができるので砥石
ホイール２を研削盤の回転軸に取付けた際に芯出し等の
微調整を一度行えば、砥石ホイール２を消耗により、あ
るいは加工目的に応じて交換する必要がなくなる。ま
た、砥石ホイール２の消耗により、その回転軸のワーク
に対する相対位置誤差を補償するための制御の必要もな
くなり、安定した研削加工精度を保持することができ
る。

【００３０】なお、この実施の形態においては、研削加
工を行うための砥石の場合により説明したが、本発明は
これに限定されることなく、研削（切削）加工表面２ａ
の形状等によって切削加工を行うためのものにも適用す
ることができる。さらには、本発明は、砥石成形用電極
およびその成形方法、ならびに砥石の成形方法に留まる
ことなく、例えば、非導電性砥粒に替えて耐食性や耐熱
性、耐酸化性等の機能を有するセラミック等を砥石ホイ
ールに替わるコーティング対象に放電加工により付着す
るための表面処理にも適用させることができる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の砥石成形用電極に係る発明に
よれば、表面に導電性被膜が被覆された非導電性の砥粒
と、導電性を有する結合剤とを備え、前記導電性被膜が
被覆された砥粒と前記結合剤とを混合して一体としたこ
とにより、砥粒が非導電性材料であっても、放電加工に
より砥石の研削加工表面を成形することができる砥石成
形用電極を提供することができる。

【００３２】請求項２の砥石成形用電極の成形方法に係
る発明によれば、非導電性の砥粒の表面に導電性被膜を
被覆し、該被覆された砥粒と導電性を有する結合剤とを
混合して一体とすることにより、砥粒が非導電性材料で
あっても、放電加工により砥石の研削加工表面を成形す
ることができる砥石成形用電極の成形方法を提供するこ
とができる。

【００３３】請求項３の砥石の成形方法に係る発明によ
れば、非導電性の砥粒の表面に導電性被膜を被覆し、該
被覆された砥粒と導電性を有する結合剤とを混合して一
体に成形して砥石成形用電極を構成し、該砥石成形用電
極を砥石車に対向させて放電させることにより、砥石車
の研削加工表面に砥石成形用電極から結合剤と共に砥粒
を付着させることにより、砥石を消耗させることなく砥
石の研削加工表面を容易に安価に成形することができる
砥石の成形方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の砥石成形用電極を構成する非導電性の
砥粒に導電電性被膜を被覆する様子を示す説明図であ
る。

【図２】本発明の砥石成形用電極を砥石ホイールの研削
加工表面に対向させて放電させることにより、砥粒を結
合剤と共に溶着積層する様子を示す部分説明図である。

【図３】本発明により砥石を成形する様子を示す全体説
明図である。

【図４】従来から砥石に用いられている結合剤の種類と
その原料、製作方法および特徴を示す表である。

【符合の説明】

１ 砥石成形用電極 ２ 砥石ホイール（砥石） ２ａ 研削加工表面 ３ 非導電性砥粒 ３ａ 導電性被膜 ４ 導電性結合剤

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砥石ホイールに対向させて放電させるこ
   とにより、砥石ホイールの研削加工表面に結合剤と共に
   砥粒を付着させるための砥石成形用電極であって、 表面に導電性被膜が被覆された非導電性の砥粒と、導電
   性を有する結合剤とを備え、前記導電性被膜が被覆され
   た砥粒と前記結合剤とを混合して一体としたことを特徴
   とする砥石成形用電極。
2. 【請求項２】 砥石ホイールに対向させて放電させるこ
   とにより、砥石ホイールの研削加工表面に結合剤と共に
   砥粒を付着させるための砥石成形用電極の成形方法であ
   って、 非導電性の砥粒の表面に導電性被膜を被覆し、該被覆さ
   れた砥粒と導電性を有する結合剤とを混合して一体とす
   ることを特徴とする砥石成形用電極の成形方法。
3. 【請求項３】 非導電性の砥粒の表面に導電性被膜を被
   覆し、該被覆された砥粒と導電性を有する結合剤とを混
   合して一体に成形して砥石成形用電極を構成し、該砥石
   成形用電極を砥石ホイールに対向させて放電させること
   により、砥石ホイールの研削加工表面に砥石成形用電極
   から結合剤と共に砥粒を付着させることを特徴とする砥
   石の成形方法。