JP3344558B2

JP3344558B2 - 通電ドレッシング研削方法及び装置

Info

Publication number: JP3344558B2
Application number: JP04543798A
Authority: JP
Inventors: 整大森
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2002-11-11
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: KR100554827B1; TW458847B; SG74122A1; JPH11239970A; DE69903208D1; EP0938949B1; KR19990072940A; DE69903208T2; US6162348A; EP0938949A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、砥石の加工面の目
立てを行いながら同時にワークを研削加工することがで
きる通電ドレッシング研削方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自由曲面を持つ金型等の仕上げ
加工を行う場合、総型砥石による転写加工では形状の自
由度が低く、かつ砥石修正の手間を要する問題点があ
る。また、ストレート砥石によるプロファイル加工で
は、砥石径や先端Ｒ、そして加工機の自由度等により成
形形状の制約が大きい。更にブレード状（薄刃）砥石で
は、加工形態が点接触に近いため、仕上げ面が粗くなり
かつ砥石の撓みにより加工精度が低下する問題点があ
る。従って、金型等の仕上げ加工には、先端部が球形の
いわゆるボールノーズ砥石を用いて自由曲面の仕上げ加
工を行うことが最も適している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ボールノーズ
砥石を用いて自由曲面の仕上げ加工を行う場合に、砥石
の目立てがインプロセスでは出来ないため、短時間で研
削能率が低下し、その都度、砥石をオフラインで目立て
しなおす必要があり、手間がかかるばかりでなく、砥石
位置の再現が困難であり、高精度が得られない問題点が
あった。

【０００４】一方、従来の研削技術では不可能とされる
高能率・超精密な鏡面研削を実現する研削手段として、
本願出願人等により電解インプロセスドレッシング研削
法（以下、ＥＬＩＤ研削法）が開発され、発表されてい
る。このＥＬＩＤ研削法は、メタルボンド砥石の導電性
結合部を電解ドレッシングにより溶解させて目立てを行
いながら研削するものである。本研削法により、微細な
砥粒を有するメタルボンド砥石により、超硬材料に対し
て効率的な鏡面加工が可能であり、高能率化・超精密化
が図れる特徴がある。

【０００５】しかし、かかるＥＬＩＤ研削法では、砥石
をインプロセスで電解するために、加工部分以外に電極
を設置するスペースが必要不可欠である。そのため、ボ
ールノーズ砥石のような砥石の加工面が小さい特殊な形
状の砥石には、砥石加工面に近接した電極の設置が困難
である問題点があった。

【０００６】この問題点を解決するために、本願発明の
発明者等は、先に「電解インターバルドレッシング研削
方法」を創案し、出願した（特開平４−１１５８６７
号）。この方法は、図４に模式的に示すように、被研削
材１（ワーク）と間隔をおいて電極３を設け、ワーク１
と電極３間で電圧が印加された導電性砥石２を反復駆動
させ、また導電性砥石２と電極３間に導電性研削液を介
在させ、電解ドレッシングと研削加工とを交互に行うも
のである。

【０００７】しかし、この方法では、電解ドレッシング
と研削加工とを交互に行うため、研削能率が低く、かつ
ボールノーズ砥石のような特殊な砥石への適用が困難で
ある問題点があった。

【０００８】更に、本願発明の発明者等は、「半導体接
触電極による電解ドレッシング方法及び装置」を創案し
出願している（特開平６−１７０７３２号）。この手段
は、図５に模式的に示すように、ワーク１との接触面を
有する導電性砥石２と、接触面に接触させた半導体材料
からなる電極３との間に導電性液を流し、砥石２と電極
３との間に電圧を印加し、砥石２を電解によりドレッシ
ングするものである。なお、この図において、４は給電
体、５は電源、６はノズルである。

【０００９】この電極３は、半導体材料からなるため、
砥石２の接触面（加工面）に直接接触させて砥石を電解
ドレッシングすることができる。この手段も、ボールノ
ーズ砥石のような特殊な砥石への適用は困難である問題
点があった。

【００１０】本発明は、上述した種々の問題点を解決す
るために創案されたものである。すなわち、本発明は、
ボールノーズ砥石のような特殊な砥石への適用が可能で
あり、電解ドレッシングにより砥石加工面の目立てを行
いながら同時にワークを研削加工することができ、これ
により、高能率・高精度を維持したまま、長時間の研削
を行うことができる研削方法及び装置を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、砥粒と
これを固定する半導電性結合部とからなる半導電性砥石
（１０）を準備し、該砥石と導電性を有するワーク
（１）との間に電圧を印加し、かつその間に導電性研削
液を供給し、前記砥石をワークに接触させ、接触点で砥
石の結合部を電解によりドレッシングしながら、同時に
砥石でワークを研削加工する、ことを特徴とする通電ド
レッシング研削方法が提供されるまた、本発明によれ
ば、砥粒とこれを固定する半導電性結合部とからなる半
導電性砥石（１０）と、該砥石と導電性を有するワーク
（１）との間に電圧を印加する電圧印加手段（１２）
と、砥石とワークとの間に導電性研削液を供給する研削
液供給手段（１４）と、を備え、前記砥石をワークに接
触させ、接触点で砥石の結合部を電解によりドレッシン
グしながら、同時に砥石でワークを研削加工する、こと
を特徴とする通電ドレッシング研削装置が提供される。

【００１２】上記本発明の方法及び装置によれば、半導
電性砥石（１０）が砥粒とこれを固定する半導電性結合
部とからなるので、これを直接、導電性を有するワーク
に接触させ、その間に電圧印加手段（１２）により電圧
を印加することにより、半導電性結合部とワークとの間
にスパークが生じるのを抑制し、その接触点で砥石結合
部を電解によりドレッシングし、砥石の目立てを行うこ
とができる。従って、この砥石をそのままワークに接触
させて同時にワークを研削加工することができる。

【００１３】本発明の好ましい実施形態によれば、金属
粉末（例えば銅粉）と絶縁性樹脂（例えばフェノール系
樹脂）を混合して、前記半導電性結合部を構成する。こ
の構成により、金属粉末と絶縁性樹脂の混合比率（例え
ば７：３）を変化させることにより、スパークが生じず
に電解ドレッシングが円滑にできる電気抵抗に半導電性
結合部を設定することができる。

【００１４】また、前記半導電性砥石（１０）は、ボー
ルノーズ砥石である、ことが好ましい。ボールノーズ砥
石を用いて本発明の方法及び装置を適用することによ
り、自由曲面を持つ金型等の仕上げ加工を、高能率・高
精度を維持したまま、長時間連続して研削することがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図１は、本発明の通電ドレッシング研削装置の模式
的構成図である。この図において、本発明の通電ドレッ
シング研削装置は、半導電性砥石１０、電圧印加手段１
２、及び研削液供給手段１４を備えている。

【００１６】半導電性砥石１０は、この実施形態におい
て、ボールノーズ砥石であり、導電性の高い金属製の砥
石軸部１０ａと、その先端（図で下端）に設けられた半
球状の砥石部１０ｂとからなる。砥石軸部１０ａは、図
示しない駆動装置により、その軸心を中心に高速回転駆
動され、かつＺ方向（上下方向）に数値制御されるよう
になっている。

【００１７】半導電性砥石１０の砥石部１０ｂは、砥粒
（例えば、ダイヤモンド又はＣＢＮ）とこれを固定する
半導電性結合部とからなる。また半導電性結合部は、導
電性のある金属粉末と絶縁性樹脂の混合物であり、例え
ば金属粉末と絶縁性樹脂を混合し溶解させて成形されて
いる。金属粉末としては、例えば銅粉が好ましいが、そ
の他の金属粉であってもよい。また、絶縁性樹脂として
は、例えばフェノール系樹脂が好ましいが、その他の絶
縁性のある樹脂であってもよい。金属粉末と絶縁性樹脂
の割合は、適度の電気抵抗を有し、ワークとの間に樹脂
が位置してスパーク現象を抑制し、かつ適度の電解ドレ
ッシングが起こるように設定する。銅粉とフェノール系
樹脂の組み合わせの場合に、この比率は７：３前後が好
ましい。

【００１８】電圧印加手段１２は、電源１２ａ、ブラシ
１２ｂ、及びワーク１及び砥石軸部１０ａと電源を電気
的に接続する電源ライン１２ｃとからなり、砥石１０と
ワーク１との間に電圧を印加するようになっている。電
源１２ａは、直流電圧をパルス状に供給できる定電流型
ＥＬＩＤ電源が好ましい。ブラシ１２ｂは、この例で
は、砥石軸部１０ａの外面に直接接触し、砥石１０を＋
にワーク１を−に印加する。なお、ワーク１は、絶縁体
１６を介してＸ−Ｙテーブル１７に取り付けられ、水平
方向に数値制御される。

【００１９】研削液供給手段１４は、砥石１０とワーク
１との接触部に向けて位置するノズル１４ａと、このノ
ズル１４ａに導電性研削液を供給する研削液ライン１４
ｂとを備え、砥石１０（詳しくは砥石部１０ｂ）とワー
ク１との接触部に導電性研削液を供給するようになって
いる。

【００２０】上述した通電ドレッシング研削装置を用
い、本発明の通電ドレッシング研削方法によれば、半導
電性砥石１０とワーク１との間に電圧を印加し、かつそ
の間に導電性研削液を供給し、砥石１０（砥石部１０
ｂ）をワーク１に接触させて砥石１０でワーク１を研削
加工する。これにより、半導電性砥石１０が砥粒とこれ
を固定する半導電性結合部とからなるので、半導電性結
合部とワーク１との間にスパークが生じるのを抑制し、
その接触点で砥石結合部を電解によりドレッシングし、
砥石の目立てを行うことができる。従って、この砥石１
０をそのままワーク１に接触させて目立てと同時に研削
加工をすることができる。

【００２１】図２は、半導電性結合部の模式図である。
この図に示すように、半導電性砥石１０を構成する半導
電性結合部は、上述したように、導電性のある金属粉末
（●で示す）と絶縁性樹脂（○で示す）の混合物であ
り、例えば金属粉末と絶縁性樹脂を混合し溶解させて成
形されている。従って、ワーク１と導電性部材（例えば
砥石軸部１０ａ）との間に、この半導電性結合部が位置
し、かつこの半導電性結合部が適度の電気抵抗を有する
ので、樹脂が金属粉とワークとの間に位置してスパーク
現象を抑制し、かつ導電性研削液が存在するのでワーク
１に砥石部１０ｂが直接接触したままで、適度の電解ド
レッシングが起こる。

【００２２】従って、例えばボールノーズ砥石を用いて
本発明の方法及び装置を適用することにより、自由曲面
を持つ金型等の仕上げ加工を、高能率・高精度を維持し
たまま、長時間連続して研削することができる。

【００２３】図３は、本発明の通電ドレッシング研削装
置の別の模式的構成図である。この図において、本発明
の通電ドレッシング研削装置は、半導電性砥石１０、電
圧印加手段１２、及び研削液供給手段１４を備えてい
る。

【００２４】半導電性砥石１０は、この実施形態におい
て、極小径砥石であり、導電性の高い金属製の砥石軸部
１０ａと、その先端部（図で左端）に設けられた円筒状
の砥石部１０ｂとからなる。砥石軸部１０ａは、図示し
ない駆動装置により、その軸心を中心に高速回転駆動さ
れ、かつＸ方向（左右）及びＺ方向（上下方向）に数値
制御されるようになっている。

【００２５】導電性のワーク１は、この例では、円筒状
砥石部１０ｂより内径がわずかに大きい加工孔を有し、
給電部材１８と絶縁体１６を介して回転テーブル１７に
取り付けられている。電圧印加手段１２は、電源１２
ａ、ブラシ１２ｂ、及び給電部材１８及び砥石軸部１０
ａと電源を電気的に接続する電源ライン１２ｃとからな
り、砥石１０とワーク１との間に電圧を印加するように
なっている。

【００２６】その他の構成は、図１に示した実施形態と
同様である。この構成により、特にワーク１の内径と砥
石１０の外径との差がほとんどなく、電極を設置する隙
間がないような場合でも、本発明を適用することができ
る。

【００２７】

【実施例】上述した通電ドレッシング研削装置を用い
て、金型用鋼片（ＳＫＤ１１）の曲面加工を行い、加工
後、砥石表面と加工面の状態を観測し評価した。表１に
使用した装置の概略仕様を、表２に実施した加工条件を
示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】始めに＃８０砥石による通電加工を行っ
た。電解条件を６０Ｖ−１０Ａで行うと砥石とワーク間
でスパークが生じた。スパークが生じると、砥石表面及
びワーク表面にスパークによる傷ができ、良好な加工面
は得られなかった。電解条件を２０Ｖ−６Ａにすると、
ＥＬＩＤ研削特有の被膜が砥石表面に形成され、鏡面に
近い面粗さの良好な加工が可能であった。

【００３１】次に、加工能率を高めるために、送り速
度、切り込み量の調節を行った。送り速度は速すぎると
びびりを生じてしまい、２００ｍｍ／ｍｉｎ程度で良好
な加工面が得られた。また、切り込み量は、２０μｍで
は被膜が剥がれ、電解ドレッシングによる目立てが不十
分となり、目詰まりを起こしてしまう。１６μｍ以下で
は鏡面に近い面粗さが得られ、良好な加工が可能であっ
た。

【００３２】＃２００砥石による加工では、通電ありと
通電なしの比較試験を行った。通電加工（本発明）で
は、切り込み量が１０μｍでは被膜が少々剥がれてしま
ったが、５μｍ前後では安定した鏡面加工が可能であっ
た。通電なし（従来）の加工では、目立てをした状態で
加工を開始したが、５μｍの切り込み量でも、短時間の
加工で目詰まりを起こしてしまい、更に砥石Ｒが摩耗し
変形してしまった。

【００３３】上述した実施例から、本発明の通電ドレッ
シング研削方法及び装置により、適切な電解条件、砥石
粒度に応じた加工条件の選定により、良好な加工面が得
られ、安定した加工が可能であることを確認した。

【００３４】なお、本発明は上述した実施形態及び実施
例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更できることは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】上述したように、本発明の通電ドレッシ
ング研削方法及び装置は、ボールノーズ砥石のような特
殊な砥石への適用が可能であり、電解ドレッシングによ
り砥石加工面の目立てを行いながら同時にワークを研削
加工することができ、これにより、高能率・高精度を維
持したまま、長時間の研削を行うことができる、等の優
れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の通電ドレッシング研削装置の模式的構
成図である。

【図２】半導電性結合部の模式図である。

【図３】本発明の通電ドレッシング研削装置の別の模式
的構成図である。

【図４】本出願人等による先行技術の模式図である。

【図５】本出願人等による別の先行技術の模式図であ
る。

【符号の説明】

１被研削材（ワーク）２導電性砥石３電極４給電体５電源６ノズル１０半導電性砥石（ボールノーズ砥石，極小径砥石）１０ａ金属製の砥石軸部１０ｂ半球状の砥石部１２電圧印加手段１２ａ電源１２ｂブラシ１４研削液供給手段１６絶縁体１７テーブル（Ｘ−Ｙテーブル，回転テーブル）１８給電部材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】砥粒とこれを固定する半導電性結合部と
からなる半導電性砥石（１０）を準備し、該砥石と導電
性を有するワーク（１）との間に電圧を印加し、かつそ
の間に導電性研削液を供給し、前記砥石をワークに接触
させ、接触点で砥石の結合部を電解によりドレッシング
しながら、同時に砥石でワークを研削加工する、ことを
特徴とする通電ドレッシング研削方法。
【請求項２】金属粉末と絶縁性樹脂を混合して、前記
半導電性結合部を構成する、ことを特徴とする請求項１
に記載の通電ドレッシング研削方法。
【請求項３】砥粒とこれを固定する半導電性結合部と
からなる半導電性砥石（１０）と、該砥石と導電性を有
するワーク（１）との間に電圧を印加する電圧印加手段
（１２）と、砥石とワークとの間に導電性研削液を供給
する研削液供給手段（１４）と、を備え、前記砥石をワ
ークに接触させ、接触点で砥石の結合部を電解によりド
レッシングしながら、同時に砥石でワークを研削加工す
る、ことを特徴とする通電ドレッシング研削装置。
【請求項４】前記半導電性結合部は、金属粉末と絶縁
性樹脂からなる、ことを特徴とする請求項３に記載の通
電ドレッシング研削装置。
【請求項５】前記半導電性砥石（１０）は、ボールノ
ーズ砥石である、ことを特徴とする請求項３又は４に記
載の通電ドレッシング研削装置。