JP2010105060A - 超砥粒ホイールおよび超砥粒ホイールの放電ツルーイング方法またはツルーイング・ドレッシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して放電ツルーイングまたは放電ツルーイング・ドレッシングをすることが可能な超砥粒ホイールを提供する。
【解決手段】超砥粒ホイールの表面の超砥粒層の表面は導電性皮膜によって被覆されており、導電性皮膜の厚みは０．１μｍ以上である。
【選択図】図１

Description

この発明は、放電ツルーイング、および放電ツルーイング・ドレッシングに対応できる超砥粒ホイールおよび超砥粒ホイールの放電ツルーイング方法および放電ツルーイング・ドレッシング方法に関するものであり、より特定的には、超砥粒の突出端部のみを直接放電ツルーイング可能な超砥粒ホイール、およびそのツルーイング方法、ツルーイング・ドレッシング方法に関するものである。

超砥粒ホイールは、ホイールの回転振れや形状を修正した後、砥粒の突き出し量を調整して使用しなければならない。ホイールの回転振れまたは形状の修正作業をツルーイング、また、結合材を除去して砥粒切れ刃の生成作業をドレッシングと呼ぶ。

超砥粒ホイールはツルーイングやドレッシング状態が研削性能に大きく影響する。たとえば、ツルーイング不足により回転振れが残っている場合、断続的に被削材と接触し、砥石が偏摩耗を起こし、砥石寿命や加工精度が低下する。また、ドレッシング不足である場合、切れ味が低下する。

超砥粒ホイールを用いた高品位な研削加工を行なうためには、砥石作業面上での砥粒切れ刃高さを高精度に揃える必要がある。

これまで、大型のダイヤモンド砥石を別のメタルボンドダイヤモンド砥石で研削加工することにより、砥石作業面の砥粒切れ刃高さを揃えるツルーイング方法が公知である（特許文献１：特開２００２−２８８６１号公報）。しかし、この手法は、ダイヤモンド砥粒同士が接触するため、砥粒自体が破砕または脱落を起こし、高精度に砥粒切れ刃高さを揃えることは極めて困難である。また、砥石剛性が低い小径砥石のツルーイングには適用できない。したがって、非接触で超砥粒先端部のみを加工することにより、高精度に砥粒切れ刃高さを揃える技術が求められている。

放電加工は非接触な熱加工であるため、硬度の高い超砥粒でも加工できる可能性がある。従来の放電加工を用いた超砥粒ホイールのツルーイング方法は、導電性を有する結合材を放電加工により除去し、砥粒を脱落させることにより、砥粒の回転振れを取除く手法であるため、高精度な放電ツルーイングは困難であった。このような放電加工に関しては、下記の文献で開示されている（特許文献２：特開平８−３０９６６７号公報、特許文献３：特開２００３−１５９６５５号公報、非特許文献１：柳瀬辰仁，薄木雅雄，植松哲太郎，鈴木清：放電加工による薄刃砥石の機上精密ツルーイング，精密工学会誌，６１，６（１９９５），ｐｐ．８１９−８２３）。

一方、超砥粒の突出端部のみを直接放電加工することにより、砥粒切れ刃高さを揃えるツルーイング方法、ツルーイング・ドレッシング方法が開示されている（非特許文献２：渡邊幸司，南 久，増井清徳：放電／研削ハイブリッド加工による超硬合金の微細仕上げ−第２報 軸付電着ダイヤモンド砥石の放電ツルーイング，電気加工学会全国大会２００６講演論文集，（２００６），ｐｐ．６９−７０）。

非特許文献２に記載のように超砥粒自体を直接放電加工によって砥粒切れ刃高さを整えたとしても、安定して放電ツルーイングをすることが困難であった。
特開２００２−２８８６１号公報 特開平８−３０９６６７号公報 特開２００３−１５９６５５号公報 柳瀬辰仁，薄木雅雄，植松哲太郎，鈴木清：放電加工による薄刃砥石の機上精密ツルーイング，精密工学会誌，６１，６（１９９５），ｐｐ．８１９−８２３ 渡邊幸司，南 久，増井清徳：放電／研削ハイブリッド加工による超硬合金の微細仕上げ−第２報 軸付電着ダイヤモンド砥石の放電ツルーイング，電気加工学会全国大会２００６講演論文集，（２００６），ｐｐ．６９−７０

本発明は、上記課題を解決し、放電ツルーイング、または放電ツルーイング・ドレッシングを安定して行なうことができる超砥粒ホイール、および放電ツルーイング、または放電ツルーイング・ドレッシング方法を提案することである。

本発明は放電ツルーイング、または放電ツルーイング・ドレッシングに対応可能な、超砥粒を結合材で固着した超砥粒層を有する、超砥粒ホイールであって、超砥粒層の表面は導電性皮膜によって被覆されており、導電性皮膜の厚みが０．１μｍ以上である。

詳しくは、超砥粒は予め導電性皮膜により被覆されていることが好ましい。本発明に用いる超砥粒は、超砥粒ホイールの製造段階において導電性皮膜によって被覆されていることが好ましい。なお、予め導電性皮膜を被覆していない超砥粒を用いた場合でも、砥石製造後に砥石全体に導電性皮膜を形成することで超砥粒に導電性を付与することは可能である。

さらに詳しくは、導電性皮膜は金属を含む皮膜であることが好ましい。
さらに詳しくは、金属は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１つを含むことが好ましい。ＴｉＮまたはＴｉＡｌＮなどの化合物であってもよい。

本発明の金属を含む皮膜は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、およびＡｇの少なくともいずれかを含ませることが可能である。なお、金属皮膜は超砥粒表面に導電性を付与できる金属であればよく、特に金属材料の種類に限定されるものではない。

また、導電性皮膜は金属を含む皮膜に限定されるものではなく、Ｓｉ系皮膜またはカーボン系皮膜であってもよい。

好ましくは、導電性皮膜はめっきと蒸着とにより積層されている。
また、金属皮膜は、電気めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタリング、イオンプレーディング、ＣＶＤ等、導電性皮膜を形成することが可能な公知の技術を用いることができ、特に皮膜の形成方法には限定されるものではない。

なお、超砥粒自身に予め導電性被覆を施していない場合や導電性を有しない結合材を用いた超砥粒砥石の場合には、超砥粒層の表面にＡｕを蒸着しておくことにより、上記の金属めっきをすることができる。この場合、Ａｕ皮膜は薄膜で十分な効果が得られるので、その厚みは１０〜５０ｎｍであればよい。

本発明の金属皮膜の厚みは、より好ましくは２μｍ以上であり、最も好ましくは５μｍ以上である。その理由は、超砥粒層の突出端部に放電加工を施すには、金属皮膜の厚みは０．１μｍ以上必要である。しかしながら、安定して放電加工を継続するには、２μｍ以上であり、最も好ましくは５μｍ以上である。

さらに詳しくは、超砥粒層の結合材は導電性を有することが好ましい。
さらに詳しくは、超砥粒層の結合材は金属を含むことが好ましい。

しかしながら、結合材として導電性を付与するために導電性粒子などをフィラーとして添加した導電性レジンボンド、および導電性ビトリファイドボンド等を用いることができ、結合材は金属に限定されるものではない。

さらに詳しくは、超砥粒層では、超砥粒が電着やロウ付けにより固着されていることが好ましい。

しかしながらこれらの結合材に限定されるものではない。
好ましくは、超砥粒ホイールは小径（直径Ｄと長さＬとの比率Ｄ／Ｌが１／２０以下）である。

さらに詳しくは、直径Ｄはφ５ｍｍ以下が好ましい。
好ましくは、超砥粒はダイヤモンド砥粒である。

好ましくは、超砥粒を直接放電加工することで砥粒切れ刃高さを均一化されている。
本発明は、超砥粒が導電性を有する結合材により単相に固着されている超砥粒ホイールに好適に用いることが好適である。たとえば、電着ダイヤモンドホイール、ダイヤモンドロータリードレッサ、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）コンディショナなどに適用が可能である。

そして、本発明は、超砥粒を結合材で固着した超砥粒層を有する、超砥粒ホイールの超砥粒を直接放電加工することで砥粒切れ刃高さを均一化する放電ツルーイング方法、または放電ツルーイング・ドレッシング方法であって、超砥粒層の表面を導電性皮膜で被覆する工程と、超砥粒の突出端部のみを放電加工する工程とを含み、導電性皮膜の厚みは０．１μｍ以上である超砥粒ホイールの放電ツルーイング方法、または放電ツルーイング・ドレッシング方法である。

詳しくは、超砥粒自体を直接放電加工することにより砥粒切れ刃高さを揃える放電ツルーイングを行なうに当たり、導電性を有しない超砥粒自身に放電のきっかけを与えることを目的として、超砥粒層の表面に導電性皮膜を形成し、放電時に加工油から発生する導電性の熱分解カーボンを積極的に超砥粒表面に形成させながら放電を持続させることによって、超砥粒自体を直接放電加工する放電ツルーイング方法、または放電ツルーイング・ドレッシング方法である。

本発明は、超砥粒の突出端部のみを放電加工することができるので、従来の導電性を有する結合材のみを後退させて超砥粒を脱落させるツルーイングに比較して、高価な超砥粒の損失が少なく、しかも超砥粒の砥粒切れ刃高さを高精度に揃えることが可能である。

本発明の超砥粒ホイールと加工方法によれば超砥粒の突出端部のみを安定して放電加工することができるので、従来の導電性を有する結合材を後退させて超砥粒を脱落させるツルーイングに比較して、高価な超砥粒の損失が少なく、しかも砥粒切れ刃高さを高精度に揃えることが可能である。

本発明をたとえば電着ダイヤモンドホイール・ＣＢＮホイールに適用することにより、ダイヤモンド・ＣＢＮの砥粒切れ刃高さを高精度に揃えることができるので、極めて高精度、高品位な研削加工が期待できる。

さらに、ロータリードレッサに適用することにより、ダイヤモンドの砥粒切れ刃高さを高精度に揃えることができるので、極めて高精度なドレッシングが期待できる。

実施するための最良の形態については、実施例の項で詳しく説明する。

本発明の効果を確認するため以下のような実験を行なった。図１は、この発明の実施例１に従った軸付き電着ダイヤモンドホイールの製造方法を説明するための図である。図２は、図１における軸付き砥石と形成電極とが対向している部分を拡大して示す模式図である。図１および図２で示すように、軸付き砥石１００と形成電極１０が対向しており、形成電極１０を用いてツルーイングを行なう。シャフト１２０の先端に超砥粒層１１０が設けられて軸付き砥石１００が構成されている。軸付き電着ダイヤモンドホイールである軸付き砥石１００のホイール径φは１ｍｍであり、ダイヤモンド粒度は♯１４０とした。次に、表面に導電性を付与するため、超砥粒層全体に金蒸着し、さらに電気ニッケルめっきを施した。金蒸着の厚みは５０ｎｍ、電気ニッケルめっきの厚みは５μｍとした。アセトン中で超音波洗浄を行い、十分乾燥させた後、ワット浴中で電気めっきを行った。めっき条件は、電流密度５Ａ／ｄｍ²、めっき時間５分、浴温度５０℃とした。

この実験では、銅タングステンのブロック電極である形成電極１０に対して、回転する軸付きホイール（軸付き砥石１００）をステップ状に近づけながら放電加工を施した。このとき各ステップ送りごとに、ホイールの位置を一定時間固定し、突出した砥粒先端部を完全に除去した後、次のステップ送りを与えた。ツルーイング前後の砥石の形状は、光学式微細工具測定器２００を用いて測定した。

放電ツルーイングの条件は、ダイヤモンド砥石（軸付き砥石１００）を正極とし、最大放電電流（ｉｅ）：２Ａ、開放電圧：１２０Ｖ、放電持続時間（ｔｅ）を１μｓとし油中において加工を行なった。加工機は型彫放電加工機を用いた。

図３は、実施例１で製造された軸付きホイールにおけるツルーイング前後の半径の変化を示すグラフである。図４は、実施例１におけるドレッシング方法でドレッシングされた軸付きホイールの正面図である。図５は、図４中のＶで囲んだ部分を拡大して示す超砥粒層表面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真である。図６は、図５中のＶＩで囲んだ部分を拡大して示す超砥粒層表面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真である。

放電ツルーイング前のホイールは、砥粒の突出端部に大きなばらつきが見られるが、砥粒の突出部が放電加工によって除去され、砥粒切れ刃高さが高精度に均一化されている。

表１は、導電性皮膜の膜厚と安定して放電ツルーイング可能かどうかの特性との関係を示す表である。

実施例２では、安定して放電ツルーイングが可能な導電性皮膜の特性を調べるため、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉについて膜厚を変更して放電ツルーイングの実験を行なった。比較のため、Ａｕ蒸着膜についても併せて評価を行なった。導電性皮膜の形成には、電気めっき法、無電解めっき法、蒸着法やスパッタ法、ＣＶＤなどを用いた。放電ツルーイングの条件は、導電性皮膜を形成したダイヤモンドドレッサを正極とし、放電持続時間（ｔｅ）は１μｓ、最大放電電流（ｉｅ）：２Ａ、開放電圧：１２０Ｖで油中において加工を行なった。加工機は型彫放電加工機を用いた。

表１から明らかなように、導電性皮膜の厚みが５μｍ以上の場合、非常に安定して放電ツルーイングを行なうことが可能であった（表１中の○印）。導電性皮膜が１μｍの場合、放電ツルーイングが可能である場合（表１中○印、△印）とできない場合（表１中×印）があった。放電ツルーイングが可能である場合でも加工状態は不安定（表１中△印）になることがあった。以上のことから、導電性皮膜の厚みは少なくとも０．１μｍ以上、より安定して放電加工を継続するためには、２μｍであり、最も好ましくは５μｍ以上である。

電着ダイヤモンド・ＣＢＮホイールに適用することにより、ダイヤモンド・ＣＢＮの砥粒切れ刃高さを高精度に揃えることができるので、極めて高精度、高品位な研削加工が期待できる。さらに、ダイヤモンドロータリードレッサに適用することにより、ダイヤモンドの砥粒切れ刃高さを高精度に揃えることができるので、極めて高精度なドレッシングが期待できる。

この発明の実施例１に従った軸付き電着ダイヤモンドホイールの製造方法を説明するための図である。 図１における軸付き砥石と形成電極とが対向している部分を拡大して示す模式図である。 実施例１で製造された軸付きホイールにおけるツルーイング前後の半径の変化を示すグラフである。 実施例１におけるドレッシング方法でドレッシングされた軸付きホイールの正面図である。 図４中のＶで囲んだ部分を拡大して示す超砥粒層表面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真である。 図５中のＶＩで囲んだ部分を拡大して示す超砥粒層表面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真である。

符号の説明

１０ 形成電極、１００ 軸付き砥石、１１０ 超砥粒層、１２０ シャフト、２００ 光学式微細工具測定器。

Claims (13)

1. 放電ツルーイング、または放電ツルーイング・ドレッシングに対応可能な、超砥粒を結合材で固着した超砥粒層を有する、超砥粒ホイールであって、
   前記超砥粒層の表面は導電性皮膜によって被覆されており、
   前記導電性皮膜の厚みは０．１μｍ以上である、超砥粒ホイール。
2. 前記超砥粒は前記導電性皮膜により予め被覆されている、請求項１に記載の超砥粒ホイール。
3. 前記導電性皮膜は金属を含む皮膜である、請求項１または２に記載の超砥粒ホイール。
4. 前記金属は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む、請求項３に記載の超砥粒ホイール。
5. 前記導電性皮膜は、Ｓｉ系皮膜またはカーボン系皮膜である、請求項１または２に記載の超砥粒ホイール。
6. 前記導電性皮膜はめっきと蒸着とにより積層されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の超砥粒ホイール。
7. 前記超砥粒層の結合材は導電性を有している、請求項１から６のいずれか１項に記載の超砥粒ホイール。
8. 前記超砥粒層の結合材は金属を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の超砥粒ホイール。
9. 前記超砥粒が電着またはロウ付けされていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の超砥粒ホイール。
10. 前記超砥粒ホイールは小径である、請求項１から９のいずれか１項に記載の超砥粒ホイール。
11. 前記超砥粒はダイヤモンド砥粒である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の超砥粒ホイール。
12. 超砥粒を直接放電加工することで砥粒切れ刃高さを均一化されている、請求項１から１１のいずれか１項に記載の超砥粒ホイール。
13. 超砥粒を結合材で固着した超砥粒層を有する、超砥粒ホイールの放電ツルーイング方法、または放電ツルーイング・ドレッシング方法であって、
    前記超砥粒層の表面を厚みが０．１μｍ以上の導電性皮膜で被覆する工程と、
    前記超砥粒の突出端部のみを放電加工する工程とを含む、超砥粒ホイールの放電ツルーイング方法、または放電ツルーイング・ドレッシング方法。