JP2002192464A - メタルボンド砥石のドレッシング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用済みのメタルボンド砥石の表面から、砥
粒の周囲に目詰まりしている被加工材の削り屑とボンド
メタル２の表層部分だけを効率よく除去する。 【解決手段】 本発明のドレッシング方法においては、
ボンドメタルとしてよく使用される銅と、削り屑の成分
となる被加工材のアルミニウム、炭素鋼、或いはニッケ
ルのレーザー光の吸収率の特性曲線がいずれも波長０．
５μｍの付近で交わるという特異な性質のあることに着
目し、その前後の波長０．３６〜０．８３μｍの可視光
線の領域から選択された特定の波長を有するレーザー光
を集束させて、砥石の表層に走査しながら照射すること
により、削り屑の層と、砥粒を固定しているボンドメタ
ルの表層部分との双方に均等にレーザー光を吸収させる
ことを可能にする。従って、それらを同時に溶融或いは
酸化させて吹き飛ばすことにより除去して、効率よく砥
石をドレッシングすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粒ダイヤモンド
のような硬質の砥粒を銅のような金属からなるボンド材
によって保持したメタルボンド砥石を使用している間
に、摩耗や被加工材による目詰まりによって切れ味が低
下したときに、砥石の切れ味を回復させるために行うメ
タルボンド砥石のドレッシング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドや立方晶形チッ化ホウ素
（ＣＢＮ）の微粒のような硬度の高い砥粒を、銅のよう
な金属からなるボンド材の焼結組織等によって砥石の表
面に保持した所謂「メタルボンド砥石」はよく使用され
ている。メタルボンド砥石の表面には多数の微細な砥粒
の先端が突出していて、その突出部分が金属などの被加
工材の表面に作用して研削が行われる。この砥石を使用
している間に砥粒の突出部分の先端が摩耗したり、砥粒
の突出部分の周囲に被加工材の削り屑である金属粉等が
詰まって隙間がなくなるので、このような目詰まり状態
で研削を続けると、砥粒の突出部分の有効な高さ（突出
量）が減少しているために砥石の切れ味が低下すると
か、砥石と被加工材の接触部分の潤滑及び冷却作用をす
る研削液の回りが悪くなって大量の摩擦熱が発生するこ
とにより砥石の摩耗が促進される。

【０００３】従って、このような目詰まりした砥石は、
例えば所定の使用時間ごとにドレッシングを行って砥石
の切れ味を回復させる必要がある。そのために従来から
一般的に行われているドレッシング方法として、例えば
回転する円板形の別の砥石を使用する機械加工的なドレ
ッシングとか、放電加工或いは電解加工を利用する電気
加工的なドレッシング等が知られている。回転する円板
形の砥石によってドレッシングを行う場合には、ドレッ
シングを受ける砥石に機械的な応力が作用するために歪
みが発生するので、高精度の加工に使用する砥石の場合
にはこの歪みが問題になる。また、電気加工的なドレッ
シングを行う場合には、個々の砥石の形状に対応した電
極を製作する必要があるのでコストの面で問題が生じ
る。

【０００４】上記の問題を解決することができる技術と
して、特開昭６１−１５２３６７号公報に記載されたＣ
ＢＮ研削砥石のレーザードレッシング装置を挙げること
ができる。この装置は、レーザー光を出力するレーザー
発振器と、レーザー光をメタルボンドＣＢＮ研削砥石の
表面の目詰まりした砥粒層の一点に集光させる光学装置
と、この集光点を砥石の幅方向に走査させる走査機構
と、集光点付近へ活性ガスを供給するガス供給装置とか
らなっている。このレーザードレッシング装置は砥石を
研削機械から取り外さないで短時間内にドレッシングを
行うことができる効果があると説明されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この公
報には、実施例の項においても、使用するレーザー光の
種類或いは波長の長さ等に関する記載が全くない。レー
ザー発振器と言っても使用する媒質によって色々な種類
があって、媒質毎に発生するレーザー光の波長が異な
り、波長によっては目詰まりした被加工材と砥石の表層
のボンド材とのいずれに対しても作用しないものとか、
それらの一方に対して作用するが、他方に対して殆ど作
用をしないために、良好なドレッシング効果が得られな
いものとがあり、ドレッシング装置にどのような波長の
レーザー光を使用するかということは非常に重要な事項
である。

【０００６】ただ、上記公報の一部に、ＫＣｌ或いはＺ
ｎＳｅレンズを使用する旨の記載があり、これらのレン
ズやフィルタを使用するものは通常はＣＯ₂ レーザー装
置であることから、ＣＯ₂ レーザー装置が発生する非常
に波長が長い遠赤外線領域の不可視光線を使用するもの
とも推測することができる。もし、遠赤外線領域のレー
ザー光を使用するものとすれば、このように非常に波長
が長いレーザー光は砥石のボンド材や被加工材による吸
収率が低く、十分なドレッシング効果を期待することが
できない。

【０００７】本発明は、従来技術における前述の問題に
対処して、目詰まりした砥石の除去すべき被加工材の削
り屑と砥粒の周囲のボンド材にのみ効率よく作用してド
レッシングを行うことができ、砥石に機械的な応力が作
用することがなく、従って砥石に歪みが発生するのを防
止することができることによって、高精度加工用のメタ
ルボンド砥石のドレッシングに適していると共に、コス
トの面において従来技術よりも有利になるような、メタ
ルボンド砥石のための実効のあるドレッシング方法を提
供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成するための手段として、特許請求の範囲の請求項１
に記載されたメタルボンド砥石のドレッシング方法を提
供する。

【０００９】通常ボンドメタルとして最もよく使用され
る銅のレーザー光吸収率を示す特性曲線と、研削の対象
としてよく使用されるアルミニウム、炭素鋼、或いはニ
ッケルのような被加工材料のレーザー光吸収率を示す特
性曲線は、いずれもレーザー光の波長が０．５μｍ付近
にあるときに相互に交わるという特異な共通性のあるこ
とが認められる。この波長に近くて本発明の目的を達成
し得るレーザー光として、０．３６〜０．８３μｍの可
視光線の領域から選択された特定の波長を有するレーザ
ー光を使用すると、被加工材料の削り屑の層と、ボンド
メタルの双方にレーザー光を吸収させることが可能にな
り、それによってそれらの層を同じドレッシング工程に
よって除去可能であることが判った。本発明の方法はこ
の性質を利用して、目詰まりした砥石のドレッシングを
効率よく行うことができる。

【００１０】従って、本発明の方法において使用される
レーザー光の波長の最適値は０．５μｍ付近にある。こ
の波長に適合するレーザー光は、例えばＹＡＧレーザー
光の２倍波とか、銅蒸気レーザー光である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の具体的な実施例について
説明をする前に、メタルボンド砥石のドレッシングのた
めに従来から行われている方法について図５及び図６を
用いて説明する。図５はドレッシング用の砥石を使用す
る機械加工的なドレッシング方法を示している。図５に
おいて、使用済みのメタルボンド砥石１は、外部からは
見えない回転体状の芯材の表面を厚く覆うように焼結さ
れた銅のような金属からなるボンドメタル２の中に、ダ
イヤモンドのような硬質の微細な砥粒３が多数埋め込ま
れて強固に保持されている。製造された当初は砥粒３の
先端がボンドメタル２の表面から所定の高さだけ突出し
ているが、図示の砥石１は使用済みのものであるから、
それらの砥粒３の先端は摩耗して突出量が減少している
だけでなく、ボンドメタル２の中から突出している砥粒
３の部分の周囲に金属等の被加工材の削り屑４が密に詰
まって層状に堆積している。従って、このような状態で
は砥粒３の先端が被加工材の削り屑４の層に埋没して砥
石１の切れ味が低下しており、被加工材と接触する加工
部分への研削液の回りも悪くなっているので、加工によ
る摩擦熱が大量に発生して被加工材や砥石１自体に悪影
響を及ぼすだけでなく砥石１の切れ味が一層低下する。

【００１２】図５に示す第１の従来技術においては、目
詰まりした砥石１の切れ味を回復させるためのドレッシ
ング方法として、これもまた一種の砥石であるドレッサ
ー５が使用される。ドレッサー５の表層の材料にはボン
ドメタル２や被加工材の削り屑の層よりも硬く、砥粒３
よりも軟らかいものが使用されているから、砥石１をそ
の軸６によって回転させている状態においてドレッサー
５を砥石１に押し付けると、砥石１の表層に付着した被
加工材の削り屑４の層やボンドメタル２の一部が削り落
とされて、砥粒３の先端が突出する。

【００１３】図５に示す第１の従来技術のような機械加
工的なドレッシング方法によれば、かなり大きな力で円
板形のドレッサー５を砥石１に押し付けないと、砥石１
の表層に固く付着している被加工材の削り屑４や、強固
なボンドメタル２の一部を削り落とすことができないの
で、ドレッシングの際に加えられる押し付け力によって
砥石１の内部に機械的な応力が発生する結果、ドレッシ
ングの終わった砥石１に歪みが残ることがある。従っ
て、この歪みが砥石１による高精度の研削加工を不可能
にする場合があるという問題がある。

【００１４】また、ドレッシング方法の第２の従来技術
として、図６に示す放電加工や電解加工のような電気加
工的なドレッシング方法によって使用済みの砥石１のド
レッシングを行う場合には、砥石１の形状に適合した位
置、形状の電極７及び８を使用して、それらの間に電源
９から電圧を印加する必要があるので、個々の砥石１毎
に、その形状に対応した特別の形状の電極７，８を用意
する必要がある。従って、１つの型の砥石１のドレッシ
ングに使用した電極７，８を、形状の異なる他の種類の
砥石１に対して適用することができないので、砥石１の
種類毎に電極を製作するためのコストが嵩むという問題
がある。

【００１５】本発明のドレッシング方法はこれらの従来
技術の問題点を解消するために提供されたものである。
本発明の方法の特徴は、目詰まりした砥石に特定の波長
を有するレーザー光を照射すること、即ち、波長が０．
５μｍを中心とする０．３６〜０．８３μｍの可視光線
の範囲にあるレーザー光を照射することにより、例えば
活性ガスを供給するというような補助的手段を加えなく
ても、効率的にドレッシングを行うことができるように
した点にある。

【００１６】図１は本発明のドレッシング方法を概念的
に示したものであるが、図示しないレンズ等を含む光学
装置によって集束させた前述のような特定の波長のレー
ザー光１０を、目詰まりした砥石のボンドメタル２の表
層の一部と、その上に堆積した被加工材の削り屑４の層
に向けて照射することによりドレッシングを行うという
点、及び、その際に活性ガスを供給する必要がないとい
う点を除いて、焦点１１を万遍なく走査させるというよ
うな点においては、前述の公報記載の従来技術と同様な
方法をとることになる。

【００１７】次に、本発明のドレッシング方法におい
て、波長が概ね０．５μｍを中心とする０．３６〜０．
８３μｍの可視光線の範囲から選ばれた特定の波長を有
するレーザー光１０を使用する理由について説明する。
図２の線図は、砥石のボンドメタル２や、削り屑４の成
分となる被加工材によく使用される金属材料の代表であ
る銅、アルミニウム、炭素鋼、ニッケルについて、それ
ぞれのレーザー光の吸収率特性を示したものである。図
２の線図から明らかなように、金属の種類によってレー
ザー光の吸収率が異なるだけでなく、レーザー光の波長
によっても吸収率が大きく変化することが判る。前述の
公報記載の技術において使用している可能性があるＣＯ
₂ レーザー光のように波長が非常に長い遠赤外線領域の
レーザー光は、どの金属も吸収率が低いことが判るし、
活性ガスを併用するというような特別の手段を用いない
限り、前述の公報記載の技術によってはドレッシング効
果が得られないことも明らかである。

【００１８】例えば、ボンド材として銅を使用している
メタルボンド砥石によって、炭素鋼の被加工材を研削し
た場合に、目詰まりした砥石１における表層のダイヤモ
ンドやＣＢＮの砥粒３は、図１の左側に示すように、炭
素鋼の削り屑４の層とボンドメタル２である焼結された
銅の層の中に埋没しているために先端が砥石１の表面か
ら突出していない。このような目詰まりした砥石１をド
レッシングする場合には、銅と炭素鋼の双方に良く吸収
される波長が０．５μｍ程度のレーザー光を集束させて
照射すれば、ボンドメタル２の銅と削り屑４の炭素鋼の
双方が良くレーザー光を吸収して溶融或いは酸化し、発
生する熱によって雰囲気が膨張することにより吹き飛ば
されるか或いは気化蒸散して、図１の右側のように削り
屑４の層の全てとボンドメタル２の表層の一部が消失す
ることにより砥粒３の先端が突出するので、この方法に
よって効率よくドレッシングを行い得る。

【００１９】しかしながら、通常のＹＡＧレーザー発振
器が発生する波長が１．０６４μｍの赤外線領域にある
レーザー光を照射すると、図２から判るように削り屑４
の炭素鋼はこの波長のレーザー光に対する吸収率がさほ
ど低くないので、削り屑４の層が溶融或いは酸化して吹
き飛ばされるが、ボンドメタル２の銅はこの波長のレー
ザー光に対する吸収率が非常に低いために、溶融或いは
酸化しないで砥石１上に残る結果、砥粒３の先端は十分
に突出することができない。そこで、ボンドメタル２の
表層を除去するために照射するレーザー光のエネルギー
密度を高めると、こんどは砥粒３や、砥石に必要なボン
ドメタル２の深層まで変化させる可能性があるので好ま
しくない。

【００２０】以上の説明から明らかなように、効率的で
良好なドレッシングを行うためにはボンドメタル２の表
層と、被加工材の粉末等からなる削り屑４の層の双方に
できる限り均等に適量のレーザー光が吸収されるように
することが必要になるが、この条件を満たすレーザー光
の波長は、図２に示すような特性線図におけるボンドメ
タルと被加工材のそれぞれの材料の吸収率特性の曲線の
交点に対応する波長であるということができる。

【００２１】通常よく行われているように銅をボンド材
として使用した場合の銅のレーザー光吸収率の特性曲線
と、被加工材としてよく使用されるアルミニウム、炭素
鋼、ニッケルのそれぞれのレーザー光吸収率の特性曲線
との交点は、いずれも図２から明らかなようにレーザー
光の波長が０．５μｍ前後のところに集中している。こ
れはボンドメタル２としての銅が、赤外線領域のレーザ
ー光を殆ど吸収しないのに、可視光線の領域にあるレー
ザー光に対して急激に吸収率が高くなるという特異な性
質を有することに起因している。

【００２２】このように、レーザー光の波長が０．５μ
ｍ前後の点はボンドメタル２と被加工材の削り屑４の金
属のレーザー光吸収率が高くなる特異な点であるという
ことができるが、組み合わせる材料によっては、交点の
位置が多少ずれる場合とか、近接しても交わらない場合
があり得ると考えられるから、使用すべきレーザー光の
波長については若干の幅を見て、可視光線の領域である
０．３６〜０．８３μｍの範囲の波長のレーザー光を使
用すれば、ボンド材及び被加工材として使用される大抵
の金属の組み合わせに対して双方の金属に満足な吸収率
が得られて、どちらか一方、或いは双方が溶融或いは酸
化しないで砥石１上に残るというようなことが防止され
る。

【００２３】前述のように、本発明のドレッシング方法
において使用されるレーザー光は、波長が０．３６〜
０．８３μｍの可視光線の領域から選択されるが、この
領域の波長のレーザー光は、通常よく使用されるＹＡＧ
レーザー発振器とかＣＯ₂ レーザー発振器等によって発
生させることはできない。そこで本発明の実施例におい
ては、図３に示すように、ＹＡＧの結晶からなるロッド
（ＹＡＧロッド）１２を主体とする通常のＹＡＧレーザ
ー発振器に、ＢＢＯの結晶１３を主体とする２倍波発生
装置を取り付けて、周波数がＹＡＧレーザー光の２倍と
なる高調波で、波長が半分の０．５３２μｍである所謂
２倍波を発生させている。このように本発明の実施例で
は好適なものとしてＹＡＧレーザー光の２倍波を使用し
ているが、それ以外のものとしては、例えば、波長が
０．５１１μｍ或いは０．５７８μｍの銅蒸気レーザー
光も使用可能である。

【００２４】なお、図３に示す１４及び１５は全反射
鏡、１６は半透過鏡であって、全反射鏡１４及び半透過
鏡１６と、それらの間に設けられたＹＡＧロッド１２に
よって通常のＹＡＧレーザー発振器と同様なものが構成
されているから、ＹＡＧロッド１２に励起用の光線が入
射して、全反射鏡１４と半透過鏡１６との間で繰り返し
て反射されて反対方向に進行する間に波長が１．０６４
μｍの通常のＹＡＧレーザー光１７が発生する。このＹ
ＡＧレーザー光１７の一部は半透過鏡１６を透過してＢ
ＢＯ結晶１３に入射し、波長が半分の０．５３２μｍの
２倍波１８だけがそれを通過して、全反射鏡１５によっ
て所定の方向へ指向され、図示しないレンズ等の手段に
よって集束されることによって高密度のレーザー光１０
となって砥石１の表層部分に照射されて焦点１１を結
ぶ。

【００２５】砥石１は軸６によって一定の速度で回転し
ており、更にそれを軸方向に等速で移動させるか、レー
ザー光発生装置の側を軸方向に等速で移動させるか、或
いは全反射鏡１５によってレーザー光１０の指向する方
向を変化させることにより、焦点１１の位置を砥石１の
表面上で均等に移動（走査）させ、レーザー光１０を万
遍なく砥石１上に照射することによって好適なドレッシ
ング効果が得られる。この場合、焦点１１をあまり小さ
く絞り過ぎるとエネルギー密度が過度に高くなって砥粒
３やボンドメタル２の深層部分を傷める場合もあるの
で、ドレッシングに適する程度に焦点１１を絞ることも
必要になる。

【００２６】図４は、実際に本発明の方法によってドレ
ッシングを行った後の砥石１の表面を撮影した顕微鏡写
真である。焦点１１が走査されることによりレーザー光
１０は砥石１の表面に均等に照射されるが、微視的には
砥石１の表層に対して完全に均等に作用する訳ではな
く、表層に砥粒３が散在していることや、焦点１１が円
形であれば、それが走査した時に砥石１の表面において
エネルギーを完全に均等に分配することはできないか
ら、ボンドメタル２の表層の溶融或いは酸化の深さにも
微視的にはバラツキが生じる。また、溶融した部分でも
吹き飛ばされた部分の近くではボンドメタル２が多少盛
り上がるとか、十分に溶融或いは酸化しなかった部分が
僅かに残るということも考えられるので、写真に見られ
る通り砥粒の間の平坦部にも微小な凹凸が生じている。
しかし、このような凹凸は研削液を保持して砥石１の表
面の潤滑と冷却を助けるのでむしろ有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を模式的に示す断面図である。

【図２】金属材料毎にレーザー光の波長に応じて変化す
る吸収率を示す線図である。

【図３】ＹＡＧレーザー光の２倍波を発生する装置を例
示する概念図である。

【図４】本発明の方法によって処理された砥石の表面を
拡大して示す写真である。

【図５】円板形の回転ドレッサーを使用する従来技術を
示す概念図である。

【図６】電気的にドレッシングを行う従来技術を示す概
念図である。

【符号の説明】

１…目詰まりした砥石 ２…ボンドメタル ３…砥粒 ４…被加工材の削り屑 ５…円板形のロータリードレッサー ７，８…電極 １０…波長が０．３６〜０．８３μｍの可視光線の領域
に属するレーザー光 １１…焦点 １２…ＹＡＧロッド １３…ＢＢＯ結晶 １４，１５…全反射鏡 １６…半透過鏡 １７…通常のＹＡＧレーザー光 １８…ＹＡＧレーザー光の２倍波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 崇志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 岩田 直人 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3C047 AA13 AA30

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長が０．３６〜０．８３μｍの可視光
   線の領域から選択された特定の波長を有するレーザー光
   を集束させて、使用済みで目詰まりした砥石の表層に走
   査しながら照射することにより、微小な砥粒の間に詰ま
   っている被加工材の削り屑の層と、前記砥石の表面付近
   において前記砥粒を固定しているボンドメタルの表層部
   分とを除去して、前記砥粒の先端を前記ボンドメタルの
   表面から研削に必要な高さだけ突出させることを特徴と
   するメタルボンド砥石のドレッシング方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記レーザー光の特
   定の波長が略０．５μｍであることを特徴とするメタル
   ボンド砥石のドレッシング方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記レーザー光がＹ
   ＡＧレーザー光の２倍波であることを特徴とするメタル
   ボンド砥石のドレッシング方法。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記レーザー光が銅
   蒸気レーザー発振器から発生することを特徴とするメタ
   ルボンド砥石のドレッシング方法。