JP2014124691A - 研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砥石車の回転方向を反転させることなく、かつびびり模様の発生を抑制することが可能な研削方法を提供する。
【解決手段】外周面に交差部分を有しないヘリカル状のドレス溝が形成された砥石車２０を、軸心に対して垂直な往路基準方向と角θｔだけ傾いた第１の研削方向３０に相対的に移動させ、その後、往路基準方向とは反対向きの復路基準方向から傾いた第２の研削方向３２に、砥石車２０を相対的に移動させ被削面を研削する。仮想的に、砥石車２０を往路基準方向に移動させて研削したときに、被研削材にドレス溝が転写されて形成される仮想研削痕が伸びる方向と、第１の研削方向３０とが、往路基準方向を基準として相互に反対向きに傾いており、角θｔの絶対値は仮想研削痕が伸びる方向の傾き角の絶対値より小さい。往路基準方向から第１の研削方向３０への傾きの回転方向と復路基準方向から第２の研削方向３２への傾きの回転方向とは相互に反対である。
【選択図】図６

Description

本発明は、ドレッシング処理された砥石車を回転させながら、研削を行う研削方法に関する。

砥石車の外周面に切れ刃を形成するために、砥石車のドレッシング（目立て）が行われる。砥石車を回転させながら、ダイヤモンド製のドレッサを砥石車の外周面（作用面）から数十μｍの深さまで切り込んだ状態で、ドレッサを回転軸の方向に一定速度で送ることにより、ドレッシングが行われる。このドレッシングにより、砥石車の外周面に、螺旋状（ヘリカル状）の溝が形成される。

ドレッシングされた砥石車を回転させながら、被研削材を砥石車の周速方向に往復移動させることにより、研削が行われる。砥石車の外周面を被研削材の表面から数μｍ〜十数μｍ切り込んだ状態で研削を行うと、被研削材の表面に、砥石車の外周面に形成されているヘリカル状の溝が転写されて、直線状の研削痕が形成される。研削痕は、交互に配列した尾根部と谷部とを含む。

被研削材の前進時（往路研削時）に形成される研削痕と、後退時（復路研削時）に形成される研削痕とは、被研削材の移動方向に対して相互に反対向きに傾き、交差する。前進時に形成された尾根部は、後退時に形成される谷部との交差箇所によって切断される。また、後退時に形成される尾根部も、前進時に形成されている谷部との交差箇所において、切断される。尾根部が途切れた領域と、尾根部が残っている領域とが、研削方向に周期的に現れる。鉛丹を塗った定盤に、研削後の表面を摺り合わせると、高い尾根部が残っている領域が着色され、尾根部が途切れた領域は着色されないため、濃淡模様が観測される。この濃淡模様は、研削方向に周期的に現れ、びびり模様と呼ばれる。

特許文献１に、びびり模様の発生を防止することができる研削方法が開示されている。この研削方法では、一方向にドレッシング処理された砥石車が用いられる。被研削材の前進時と後退時とで、砥石車の回転方向を逆向きにすることにより、びびり模様の発生を抑制することができる。

特開２０１０−６９５６４号公報

砥石車の回転方向を反転させることなく、研削を行うことができれば、スループットを高めることが可能になる。本発明の目的は、砥石車の回転方向を反転させることなく、かつびびり模様の発生を抑制することが可能な研削方法を提供することである。

本発明の一観点によると、
（ａ）外周面に交差部分を有しないヘリカル状のドレス溝が形成された砥石車を、該砥石車の軸心を回転中心として回転させながら、前記外周面を、被研削材の被削面に接触させた状態で、前記被研削材に対して前記砥石車を、前記軸心に対して垂直な往路基準方向に対して傾いた第１の研削方向に相対的に移動させることにより前記被削面を研削する工
程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記往路基準方向とは反対向きの復路基準方向に対して傾いた第２の研削方向に、前記被研削材に対して前記砥石車を相対的に移動させることにより、前記被削面を研削する工程と
を有し、
仮想的に、前記砥石車を前記往路基準方向に移動させて研削したときに、前記被研削材に前記ドレス溝が転写されて形成される仮想研削痕が伸びる方向と、前記第１の研削方向とが、前記往路基準方向を基準として相互に反対向きに傾いており、前記第１の研削方向の傾き角の絶対値が、前記仮想研削痕が伸びる方向の傾き角の絶対値より小さく、
前記往路基準方向から前記第１の研削方向への傾きの回転方向と、前記復路基準方向から前記第２の研削方向への傾きの回転方向とが、相互に反対である研削方向が提供される。

ドレス溝が転写されて形成される研削痕を、往路基準方向と平行に近づけることができる。これにより、びびり模様の発生を抑制することができる。

図１は、実施例による研削方法で用いられる研削装置の概略斜視図である。 図２は、研削装置の平面図である。 図３Ａは、砥石車の外周面の展開図であり、図３Ｂは、砥石車の軸心を通る断面図である。 図４Ａは、比較例による研削方法の、往路の研削により形成される研削痕の模式図であり、図４Ｂは、復路の研削により形成される研削痕の模式図であり、図４Ｃは、往路及び復路の研削により形成される研削痕を重ねて示す模式図である。 図５Ａは、実施例による研削方法の、往路の研削が終了した時点における被研削材の平面図であり、図５Ｂは、復路の研削が終了した時点における被研削材の平面図であり、図５Ｃは、次の往路の研削が終了した時点における被研削材の平面図である。 図６Ａは、実施例による研削方法の、往路の研削が終了した時点における被研削材の表面の模式図であり、図６Ｂは、復路の研削が終了した時点における被研削材の表面の模式図である。 図７Ａは、砥石車の移動速度及び回転速度を示す図であり、図７Ｂは、基準方向（ｙ方向）、研削痕、及び第１の研削方向の関係を示す図である。

図１に、実施例による研削方法で用いられる研削装置の概略斜視図を示す。テーブル１０の上に被研削材１５が保持される。テーブル１０の上方に砥石車２０が支持されている。砥石車２０がその軸心を回転中心として回転する。砥石車２０の外周面（作用面）にドレッシング処理を施すことにより、ヘリカル状のドレス溝２１が形成されている。砥石車２０の軸心に平行な方向をｘ方向、テーブル１０の上面の法線方向をｚ方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。砥石車２０の外周面の周速方向をｃ方向と定義する。

図２に、研削装置の平面図を示す。テーブル１０の上に被研削材１５が保持される。テーブル移動機構１１がテーブル１０をｙ方向に往復移動させる。回転機構２５が砥石車２０を、ｘ方向に平行な軸心を回転中心として回転させる。砥石車送り機構２６が、砥石車２０及び回転機構２５をｘ方向に並進移動させる。

図３Ａに、砥石車２０の外周面の展開図を示し、図３Ｂに、砥石車２０の、軸心を通る断面図を示す。図３Ａにおいて、縦方向が外周面の周速方向ｃに対応する。砥石車２０の外周面がドレッシングされることにより、ヘリカル状のドレス溝２１が形成されている。
砥石車２０を一定の回転数で回転させながら、ドレッサを一定速度で軸心に平行な方向に送ることにより、一定のピッチＰｄを有するドレス溝２１が形成される。砥石車２０のドレッシングは、ドレッサの送り方向を片方向にして行われる。このため、ドレス溝２１は交差することなく、展開図において、ｃ方向に対して傾き、等間隔に配列した縞模様を呈する。ドレス溝２１のヘリカル形状は、一条ねじのねじ溝の形状としてもよいし、多条ねじのねじ溝の形状としてもよい。

実施例について説明する前に、図３Ａ及び図３Ｂに示した砥石車２０を用いた比較例による研削方法について説明する。比較例では、砥石車２０を回転させながら、テーブル１０（図２）をｙ方向に往復移動させることにより、研削が行われる。

図４Ａに、往路の研削により生じる研削痕の模式図を示す。往路の研削では、被研削材１５をｙ軸の負の方向に移動させながら研削を行う。このとき、砥石車２０は被研削材１５に対して、相対的にｙ軸の正の方向（以下、「往路基準方向」という。）に移動する。一例として、砥石車２０の周速は３０ｍ／秒であり、被研削材１５の移動速度は３０ｍ／分である。被研削材１５の表面に、砥石車２０の外周面のドレス溝２１が転写されることにより、研削痕１６が形成される。研削痕１６は、相互に平行な複数の直線パターンで構成され、直線パターンの各々は、往路基準方向に対して反時計回りに傾いている。本明細書において、基準となる方向から、反時計回りに傾く角度を「正」と定義する。研削痕１６が往路基準方向から傾いている角度をθｄで表す。図４Ａに示した例では、角度θｄは正である。この角度θｄは、砥石車の外周面（作用面）に現れているドレス溝のリード角が被削面に転写されることにより生じる。以下、この角度θｄを「ドレスリード転写角」という。図４Ａにおいて、研削痕１６の尾根部を実線で示している。

図４Ｂに、復路の研削により生じる研削痕の模式図を示す。往路と復路とで、砥石車２０の回転方向は同一である。復路の研削では、砥石車２０が被研削材１５に対して、相対的にｙ軸の負の方向（以下、「復路基準方向」という。）に移動する。復路の研削時にも、砥石車２０の外周面のドレス溝２１（図３Ａ）が被研削材１５の表面に転写されて、研削痕１７が形成される。研削痕１７も、研削痕１６と同様に、相互に平行な複数の直線パターンで構成される。

砥石車２０の回転方向が往路の研削時の回転方向と同一であり、砥石車２０の移動方向が、往路の研削時の移動方向と逆向きであるため、研削痕１７は、復路基準方向から時計回りに傾く。この傾き角度の絶対値は、図４Ａに示したドレスリード転写角θｄの絶対値と等しく、符号が角度θｄとは逆である。このため、往路の研削時に形成された研削痕１６と、復路の研削時に形成された研削痕１７とが相互に交差する。図４Ｂにおいて、研削痕１７の尾根部を実線で示している。

図４Ｃに、往路及び復路の研削により生じる研削痕を重ねた模式図を示す。砥石車２０の前進時に形成された研削痕１６の尾根部の一部が、砥石車２０の後退時に削り取られることにより、研削痕１６の尾根部が分断される。また、復路の研削時に形成される研削痕１７の尾根部は、往路の研削時に形成されている研削痕１６の溝部によって分断される。研削痕１６、１７の尾根部が残っている領域、及び尾根部が分断された領域は、ｙ方向に交互に、周期的に現れる。この周期模様が、びびり模様として観測される。

次に、図５Ａ〜図７Ｂを参照して、実施例による研削方法について説明する。

図５Ａに示すように、砥石車２０を回転させながら、被研削材１５に対して砥石車２０を、相対的に第１の研削方向３０に移動（前進）させることにより、往路の研削を行う。第１の研削方向３０は、往路基準方向（ｙ軸の正方向）から、時計回りに傾いている。こ
のため、砥石車２０の前進時に、ｙ方向に対して傾いた帯状の領域３１が研削される。

往路基準方向に対して、第１の研削方向３０は、図４Ａに示した研削痕１６が傾く方向とは反対方向に傾いている。すなわち、往路基準方向に向かって研削した時に、被研削材１５にドレス溝２１が転写されて形成される仮想的な研削痕１６（図４Ａ）の伸びる方向と、第１の研削方向３０とが、往路基準方向から相互に反対の方向に傾いている。以下、第１の研削方向３０の、往路基準方向からの傾き角θｔを「第１の研削方向３０の砥石送り角」という。実施例においては、図４Ａに示したドレスリード転写角θｄ（図４Ａ）の絶対値と、第１の研削方向３０の砥石送り角θｔの絶対値とが等しく、両者の符合が逆である。

砥石車２０を第１の研削方向３０に移動させるには、テーブル１０（図２）を往路基準方向とは反対方向（ｙ軸の負の方向）に移動させるとともに、砥石車２０（図２）をｘ方向に移動させればよい。テーブル１０の移動速度と、砥石車２０の移動速度との比を調整することにより、第１の研削方向３０の砥石送り角θｔを調整することができる。

図６Ａに、砥石車２０の前進時に形成される研削痕１８の模式図を示す。図４Ａに示したドレスリード転写角θｄの絶対値と、第１の研削方向３０の砥石送り角θｔの絶対値とが等しく、両者の符合が逆であるため、砥石車２０の前進時に形成される研削痕１８は、ｙ方向と平行である。

図５Ｂに示すように、往路の研削終了後、砥石車２０を回転させながら、被研削材１５に対して砥石車２０を、相対的に第２の研削方向３２に移動（後退）させることにより、復路の研削を行う。砥石車２０の回転方向は、往路の研削時の回転方向と同一である。第２の研削方向３２は、往路基準方向とは反対方向である復路基準方向（ｙ軸の負方向）から反時計回りに傾いている。第２の研削方向３２の、復路基準方向からの傾き角を「第２の研削方向３２の砥石送り角」という。第２の研削方向３２の砥石送り角の符号は、第１の研削方向３０の砥石送り角θｔの符号と逆になる。言い換えれば、往路と復路とで、被研削材１５に対する砥石車２０の、ｘ方向に関する移動の向きは同一である。砥石車２０の後退時に、ｙ方向に対して傾いた帯状の領域３３が研削される。

砥石車２０の前進時に研削された領域３１と、砥石車２０の後退時に研削された領域３３とは、部分的に重なる。一例として、ｙ軸の正側の端部においては、帯状の領域３１と帯状の領域３３とが、ｘ方向に関して一致する。ｙ軸の負側の端部においては、後退時に研削された帯状の領域３３が、前進時に研削された帯状の領域３１に対して、ｘ方向にずれる。第１の研削方向３０の砥石送り角θｔは、例えば１ｍｒａｄ（１ミリラジアン）程度であり、十分小さいため、帯状の領域３１と帯状の領域３３とは、ｙ軸の負側の端部において部分的に重なる。

第２の研削方向３２の砥石送り角の絶対値は、第１の研削方向３０の砥石送り角θｔ（図５Ａ）の絶対値と同一である。

図６Ｂに、砥石車２０の後退時に形成される研削痕１９、及び前進時に形成される研削痕１８の模式図を示す。第２の研削方向３２の砥石送り角θｔの絶対値が、第１の研削方向３０の砥石送り角θｔ（図５Ａ）の絶対値と同一であり、符号が逆であるため、砥石車２０の後退時に形成される研削痕１９も、ｙ方向と平行である。このため、砥石車２０の前進時に形成される研削痕１８と、砥石車２０の後退時に形成される研削痕１９とが交差しない。このため、びびり模様の発生を防止することができる。

図５Ｃに示すように、復路の研削が終了すると、被研削材１５に対して砥石車２０をｘ
方向に移動させる。その後、被研削材１５に対して、相対的に第３の研削方向３４に砥石車２０を移動させることにより、次の往路の研削を行う。この研削により、帯状の領域３５が研削される。第３の研削方向３４は、第１の研削方向３０と平行である。復路の研削と、その次の往路の研削との間に行われる砥石車２０のｘ方向への移動の距離は、帯状の領域３５と帯状の領域３１との間に間隙が形成されないように設定されている。例えば、帯状の領域３５は、帯状の領域３１と部分的に重なる。図５Ｃに示した往路の研削を行なった後、復路の研削を行う。

このように、往路の研削と復路の研削とを、交互に実行することにより、被研削材１５の表面のうち、研削すべき領域の全域を研削することができる。

図７Ａ及び図７Ｂを参照して、ドレスリード転写角θｄ（図４Ａ）及び第１の研削方向３０の砥石送り角θｔ（図６Ａ）の大きさについて説明する。

図７Ａに示すように、往路の研削時（図５Ａ）における砥石車２０の速度のｙ成分及びｘ成分を、それぞれＶｙ及びＶｘで表す。砥石車２０の回転速度をＮｇで表す。

図７Ｂに、往路基準方向（ｙ軸の正方向）、研削痕１６、及び第１の研削方向３０の関係を示す。第１の研削方向３０の砥石送り角θｔの絶対値は、
｜θｔ｜＝ｔａｎ^−１（｜Ｖｘ／Ｖｙ｜）
と表される。

砥石車２０が１回転する間に、被研削材１５がｙ方向に進む距離Ｌｙは、
Ｌｙ＝Ｖｙ／Ｎｇ
と表される。砥石車２０が距離Ｌｙを移動する間に、砥石車２０の１周分のヘリカル状のドレス溝２１（図１）が被研削材の表面に研削痕１６として転写される。研削痕１６のｘ方向のピッチは、ドレス溝２１のピッチＰｄ（図３Ｂ）と等しい。従って、ドレスリード転写角θｄの絶対値は、
｜θｄ｜＝ｔａｎ^−１（｜Ｐｄ／Ｌｙ｜）
と表される。

第１の研削方向３０の砥石送り角θｔの絶対値と、ドレスリード転写角θｄの絶対値とが等しく、かつ符号が逆になるような条件で研削を行うことにより、びびり模様の発生を防止することができる。

必ずしも、第１の研削方向３０の砥石送り角θｔの絶対値とドレスリード転写角θｄの絶対値とを等しくしなくてもよい。砥石送り角θｔと、ドレスリード転写角θｄとの符号が反対であり、砥石送り角θｔの絶対値が、ドレスリード転写角θｄの絶対値より小さければ、往路基準方向に対する研削痕１８（図６Ａ）の傾き角度が、ドレスリード転写角θｄより小さくなる。同様に、復路基準方向に対する研削痕１９（図６Ｂ）の傾き角度の絶対値が、図４Ｂに示したドレスリード転写角θｄの絶対値より小さくなる。このため、研削痕１８と研削痕１９とが交差する領域のｙ方向のピッチが長くなり、びびり模様による外観への悪影響が緩和される。

研削加工においては、被研削材が目標の寸法に仕上がるまで、被削面を削り取る。被削面のうち研削すべき領域の全域を、同一の切り込み深さで研削する処理を、「単位研削処理」ということとする。複数回の単位研削処理を実行する場合、ある単位研削処理で形成された研削痕は、次の単位研削処理で消滅する。従って、最終の少なくとも１回、好ましくは複数回の単位研削処理（仕上げ研削処理）時に、上記実施例による研削方法を適用すればよい。その他の単位研削処理においては、従来方法と同様に、砥石車２０をｙ方向と
平行な方向に移動させればよい。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ テーブル
１１ テーブル移動機構
１５ 被研削材
１６、１７、１８、１９ 研削痕
２０ 砥石車
２１ ドレス溝
２５ 回転機構
２６ 砥石車送り機構
３０ 第１の研削方向
３１ 研削される帯状の領域
３２ 第２の研削方向
３３ 研削される帯状の領域
３４ 第３の研削方向
３５ 研削される帯状の領域

本発明の一観点によると、
（ａ）外周面に交差部分を有しないヘリカル状のドレス溝が形成された砥石車を、該砥石車の軸心を回転中心として回転させながら、前記外周面を、被研削材の被削面に接触させた状態で、前記被研削材に対して前記砥石車を、前記軸心に対して垂直な往路基準方向に対して傾いた第１の研削方向に相対的に移動させることにより前記被削面を研削する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記往路基準方向とは反対向きの復路基準方向に対して傾いた第２の研削方向に、前記被研削材に対して前記砥石車を相対的に移動させることにより、前記被削面を研削する工程と
を有し、
仮想的に、前記砥石車を前記往路基準方向に移動させて研削したときに、前記被研削材に前記ドレス溝が転写されて形成される仮想研削痕が伸びる方向と、前記第１の研削方向とが、前記往路基準方向を基準として相互に反対向きに傾いており、前記第１の研削方向の傾き角の絶対値が、前記仮想研削痕が伸びる方向の傾き角の絶対値より小さく、
前記往路基準方向から前記第１の研削方向への傾きの回転方向と、前記復路基準方向から前記第２の研削方向への傾きの回転方向とが、相互に反対である研削方法が提供される。

往路基準方向に対して、第１の研削方向３０は、図４Ａに示した研削痕１６が傾く方向とは反対方向に傾いている。すなわち、往路基準方向に向かって研削した時に、被研削材１５にドレス溝２１が転写されて形成される仮想的な研削痕１６（図４Ａ）の伸びる方向と、第１の研削方向３０とが、往路基準方向から相互に反対の方向に傾いている。以下、第１の研削方向３０の、往路基準方向からの傾き角θｔを「第１の研削方向３０の砥石送り角」という。実施例においては、図４Ａに示したドレスリード転写角θｄ（図４Ａ）の絶対値と、第１の研削方向３０の砥石送り角θｔの絶対値とが等しく、両者の符号が逆である。

図６Ａに、砥石車２０の前進時に形成される研削痕１８の模式図を示す。図４Ａに示したドレスリード転写角θｄの絶対値と、第１の研削方向３０の砥石送り角θｔの絶対値とが等しく、両者の符号が逆であるため、砥石車２０の前進時に形成される研削痕１８は、ｙ方向と平行である。

Claims (4)

1. （ａ）外周面に交差部分を有しないヘリカル状のドレス溝が形成された砥石車を、該砥石車の軸心を回転中心として回転させながら、前記外周面を、被研削材の被削面に接触させた状態で、前記被研削材に対して前記砥石車を、前記軸心に対して垂直な往路基準方向に対して傾いた第１の研削方向に相対的に移動させることにより前記被削面を研削する工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）の後、前記往路基準方向とは反対向きの復路基準方向に対して傾いた第２の研削方向に、前記被研削材に対して前記砥石車を相対的に移動させることにより、前記被削面を研削する工程と
   を有し、
   仮想的に、前記砥石車を前記往路基準方向に移動させて研削したときに、前記被研削材に前記ドレス溝が転写されて形成される仮想研削痕が伸びる方向と、前記第１の研削方向とが、前記往路基準方向を基準として相互に反対向きに傾いており、前記第１の研削方向の傾き角の絶対値が、前記仮想研削痕が伸びる方向の傾き角の絶対値より小さく、
   前記往路基準方向から前記第１の研削方向への傾きの回転方向と、前記復路基準方向から前記第２の研削方向への傾きの回転方向とが、相互に反対である研削方向。
2. 前記第１の研削方向及び前記第２の研削方向は、前記砥石車のドレス溝が転写されて形成される研削痕が、前記往路基準方向と平行になるように設定されている請求項１に記載の研削方法。
3. 前記工程（ａ）において、前記被研削材を、前記往路基準方向とは反対向きに移動させるとともに、前記砥石車を、前記往路基準方向に対して直交する方向に移動させることにより、前記被研削材に対して前記砥石車を相対的に前記第１の研削方向に移動させ、
   前記工程（ｂ）において、前記被研削材を、前記復路基準方向とは反対向きに移動させるとともに、前記砥石車を、前記工程（ａ）における前記砥石車の移動方向と同一の方向に移動させることにより、前記被研削材に対して前記砥石車を相対的に前記第２の研削方向に移動させる請求項１または２に記載の研削方法。
4. 前記工程（ａ）の前に、さらに、
   （ｃ）前記砥石車を、該砥石車の軸心を回転中心として回転させながら、前記外周面を、前記被研削材の被削面に接触させた状態で、前記被研削材に対して前記砥石車を相対的に、前記往路基準方向または前記復路基準方向に移動させることにより、前記被削面のうち研削すべき領域の全域を研削する工程を有し、
   前記工程（ｃ）の後、前記工程（ａ）及び工程（ｂ）を交互に繰り返すことにより、前記被削面のうち研削すべき領域の全域を研削するする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の研削方法。

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