JP3345532B2 - 電解ドレッシング研削法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解ドレッシング
研削法および装置に関し、より詳細には、研削加工する
以前に導電性砥石表面に不導体皮膜を形成する初期ドレ
ス方法を新規にした電解ドレッシング研削方法、およ
び、前記新規な初期ドレス方法を施す機構を有する電解
ドレッシング研削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】研削加工（以後、加工と記す）に使用さ
れる砥石中には、砥粒となるダイヤモンドや、アルミナ
等の硬質な微小粒子が含まれており、これらの微小粒子
は結合剤によって固着され、砥石の研削面に突き出して
被削材の切削作用をなしている。しかし、砥粒は微小で
切り込み深さが浅いため、加工においては、砥石の目つ
ぶれや、目づまりによる研削抵抗の増加や被削材との焼
き付き等の現象が問題となる。このような目つぶれを取
り除き、常に所定の切り込み深さを維持して研削できる
ように、近年、特開平１−１８８２６６号公報に示され
るような研削方法が実用化されている。

【０００３】特開平１−１８８２６６号公報は、導電性
砥石に電圧を印加し、砥石を電解によりドレッシングし
ながら加工をする電解ドレッシング研削法に関するもの
である。すなわち、導電性を有する砥石の少なくとも加
工作用面に対向するように電極を配置し、その砥石と電
極との間に弱導電性の液体を満たして、砥石が正極に、
電極が負極になるように電圧を印加し、電解効果によ
り、砥石の研削面に、非電導体の砥粒を突き出させ、更
には目づまりを取り除くドレッシングを行いながら研削
する研削方法である。

【０００４】電解ドレッシング研削法では、陽極となっ
た導電性の砥石が電解作用を受け、砥石表面に金属酸化
物等の不導体皮膜を生成することになるが、加工前に前
もって初期ドレスという工程を設けて、初期ドレスにお
いてこの不導体皮膜を生成させる必要がある。通常、電
解電流が、例えば、１アンペアに低下するまで初期ドレ
スを行い、その後、加工開始となる。

【０００５】図５は、従来の電解ドレッシング研削法に
よる電解電圧と電解電流の挙動を説明するための図であ
り、横軸に時間、縦軸に電解電圧、電解電流をとってい
る。

【０００６】図５に示した電解電流の経時変化は、電圧
が印加され導電性の砥石に不導体皮膜が形成され初めた
初期ドレスの前期において、大きい電解電流が流れる
が、時間経過とともに不導体皮膜の膜厚が増し、これに
伴って小電流となるが加工開始から電解電流は上昇し、
加工が定常状態になった時点で、電解電流は安定するこ
とを示している。一方、電解電圧は、電解電流とは逆に
初期ドレス時に上昇して、加工開始とともに低下し、加
工が定常状態になった時点で電圧は安定する。

【０００７】加工が定常状態になると、砥石加工面に生
成する不導体皮膜は、電解によって成長する量と、被削
材と接触することによって除去される量が平衡状態にな
って、設定された加工量に対する実際の加工量の関係が
安定した値となる。ここで、電解電流が、およそ１アン
ペアに低下するまで時間をかけて初期ドレスをする必要
性があるのは、導電性の砥石母地の電解による侵食を進
めるためといわれている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例のように、
電解電流が、例えば、１アンペアになるまで初期ドレス
を行い、加工開始とともに電解電流が上昇し、その後あ
る値で電解電流が安定するような加工を行うと、初期ド
レス終了時の砥石表面の不導体皮膜厚は、安定して加工
が進行するときの不導体皮膜厚よりも大きい膜厚にな
る。その後、加工を開始すると、不導体皮膜厚が減少し
てある膜厚になるが、この膜厚が安定する厚さになるま
で加工は安定しない。また、初期ドレスから加工が安定
するまでの間にも砥石の電解は進んでおり、不導体皮膜
を除いた砥石母地の径が小さくなる。すなわち、このよ
うに加工が行われていない間に砥石が無駄に消耗するこ
とになる。

【０００９】本発明の目的は、初期ドレス時に、不導体
皮膜の膜厚が加工時に必要な厚さ以上に成長した膜厚部
分を強制的に除去しながら、電解電流を必要以上に低下
させないで、砥石母地の電解による侵食を従来よりも速
く進行させることによって、初期ドレスの時間と加工開
始から加工が安定して行われるまでの時間を短縮するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、導電性砥石に電圧を印加し、該砥石を電解によりド
レッシングしながら加工をする電解ドレッシング研削法
において、加工前に行われる前記砥石の少なくとも加工
面に不導体皮膜を形成する初期ドレスにより、前記不導
体皮膜の加工時に必要な厚さ以上に成長した厚さ部分を
強制的に除去するに際し、前記初期ドレス後に予定して
いる加工が安定して行われるときの電解電流（又は、電
解電圧）と、初期ドレスにおける電解電流（又は、電解
電圧）が等しくなるように、前記不導体皮膜の膜厚を直
接、または、間接的にインプロセスで認知して該不導体
皮膜を除去するようにして、該不導体皮膜の膜厚を制御
する。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】請求項２に記載の発明は、導電性砥石に電
圧を印加し、前記砥石を電解によりドレッシングしなが
ら加工をする電解ドレッシング研削法において、加工前
に行われる前記砥石の少なくとも加工面に不導体皮膜を
形成する初期ドレスにより、前記不導体皮膜の加工時に
必要な厚さ以上に成長した厚さ部分を強制的に除去する
に際し、前記砥石に生じる機械抵抗と、機械的な作用を
及ぼす物質に生じる機械抵抗、の両方、あるいは、何れ
か一方を、インプロセスで検知しながら前記不導体皮膜
を除去するようにして、該不導体皮膜の膜厚を直接、ま
たは、間接にインプロセスで認知し、その膜厚を制御す
ることができるようにする。

【００１９】請求項３に記載の発明は、請求項２の発明
において、前記砥石に生じる機械抵抗と、機械的な作用
を及ぼす物質に生じる機械抵抗を検知する手段として、
ＡＥセンサ、加速度センサ、軸トルク計の少なくとも１
つを用いることによって、不導体皮膜の膜厚を直接、ま
たは、間接にインプロセスで認知し、その膜厚を制御す
ることができるようにする。

【００２０】請求項４に記載の発明は、前記不導体皮膜
の加工時に該不導体皮膜の必要な厚さ以上に成長した部
分を強制的に除去して初期ドレスする機構を有する電解
ドレッシング研削装置を構成し、もって、請求項１乃至
３の発明と同じ効果が得られる電解ドレッシング研削装
置を提供する。

【００２１】

【発明の実施の形態】図２は、本発明による電解ドレッ
シング研削法の実施の形態の第１例を説明するための研
削装置の要部を示す図であり、図中、１は砥石、２は砥
石加工面、３は軸、４はＧＣ砥石（Green Silicon Grai
n 砥石：以後、ＧＣと呼ぶ）、５は渦電流センサであ
る。なお、電解液および電極の図示は省いてある。

【００２２】砥石１は、軸３まわりに回動可能に支持さ
れた円板状で、外周面が砥石加工面２となっており、＃
８００の粒度の導電性のある鉄系ボンドのものを使用す
る。砥石１の近傍には、砥石加工面２に向けて、砥石母
地の径の変位を測定できる渦電流センサ５をセッティン
グし、また、スティック状のＧＣ４の端面を砥石加工面
２から３０μｍの間隔をもつようにセッティングした。
なお、ＧＣ４は純粋な炭化ケイ素からなる研削砥粒であ
るが、ダダイヤモンドやｃＢＮ（cubin BoronＮitrid
e：立方晶窒化ホウ素）等のように、一般に砥粒として
使用されているものであれば、どの砥粒を含有していて
もよい。

【００２３】図２に示した研削装置を用いて、初期ドレ
ス条件として電解条件を６０Ｖ、３０Ａとした。また、
ＧＣ４を砥石加工面２から３０μｍの間隔をもってセッ
ティングした理由は、不導体皮膜の膜厚が３０μｍのと
き、初期ドレス後に予定している加工を安定に行うこと
ができるというデータに従って設定された値である。

【００２４】初期ドレスを開始すると、陽極となる砥石
母地が電解によって侵食されて溶出し、砥石母地の径が
減少する。砥石母地の径の減少に反して不導体皮膜は成
長する。その不導体皮膜の体積は、砥石母地の減少量よ
りも多いため、不導体皮膜を含めた砥石１の径は増加す
ることになる。砥石母地の径を渦電流センサ６でオンプ
ロセスで測定して、測定された砥石母地の径の減少量に
対応してＧＣ４を砥石加工面２側に移動させ、ＧＣ４と
砥石母地との間隔を常に３０μｍに保持する。すると、
不導体皮膜の厚が３０μｍ以上に成長した部分が除去さ
れて、不導体皮膜の厚さが３０μｍに維持されることに
なり、不導体皮膜が加工に必要な厚さ以上に成長するこ
とが無い。ＧＣ４による不導体皮膜の除去開始から約１
０分後に初期ドレスを終えた。この１０分間の電解電流
は４アンペアであった。

【００２５】図１は、本発明による電解ドレッシング研
削法の電解電圧と電解電流の挙動を説明するための図で
あり、図５と同様に、横軸に時間、縦軸に電解電流をと
ってある。

【００２６】図１に示した電解電流の経時変化は、初期
ドレスの前記においては、図５に示した電解電流の経時
変化と同様に、初期ドレスの前期においては、大電流が
流れるが、時間経過に従って不導体皮膜の膜厚が増し、
電流は低下する。しかし、時間ＴOにおいて、不導体皮
膜が予め定められた膜厚３０μｍに達すると、膜厚増加
分の不導体皮膜は、ＧＣ４によって研削されるため、図
１に示すように、従来の初期ドレスに比べて、電解電流
が高く維持されたまま初期ドレスが進行し、砥石母地の
侵食が、従来より短時間で進むことになる。本発明者ら
の実験において初期ドレス終了後に、ステンレス鋼の加
工を開始したところ、１パス目から加工が進行し安定加
工が行えた。

【００２７】図３は、本発明による電解ドレッシング研
削法の実施の形態の第２例を説明するための研削装置の
要部を示す図であり、図中、１０は砥石、１１は砥石加
工面、１２は軸、１３は電極、１４はステンレス鋼、１
５は加速度センサである。

【００２８】砥石１０は、不導体皮膜がついていない＃
２０００の導電性の鉄系ボンドの砥石であり、軸１２ま
わりに回動可能に軸支された円板で、外周面が、例え
ば、断面が円弧面の砥石加工面１１をもっている。砥石
加工面１１に対向して、初期ドレス後に研削を予定して
いる加工対象材料と同じ材料のステンレス鋼１４をセッ
ティングしている。ステンレス鋼１４の砥石加工面１１
に対向した面は、初期ドレスにおいて所定の砥石形状に
転写できる総型となっている。また、ステンレス鋼１４
には、加速度センサ１５が取り付けられている。

【００２９】図３に示した研削装置の砥石１０に対し
て、初期ドレスを行うが、初期ドレスの電解条件を６０
Ｖ、１０Ａとした。初期ドレスを開始すると、砥石母地
が減少し、これに対して不導体皮膜が成長し、電解電流
が低下していく。電解電流が３アンペアになったところ
で、この不導体皮膜を総型のステンレス鋼１４で除去す
る。この３アンペアという値は、初期ドレスでその後の
安定加工に必要な不導体皮膜の厚さよりも厚くなっいて
いる状態の時の電解電流値である。

【００３０】初期ドレス後の安定加工に必要な不導体皮
膜の厚さになると、砥石１０とステンレス鋼１４の総型
との間に加工作用が始まり、総型のステンレス鋼１４に
付けた加速度センサ１５がその振動を検知する。振動を
検知した時点で初期ドレスを終了し、加工を始める。初
期ドレス終了時に、砥石１０の加工作用を及ぼす面は、
総型により所望の形状になっていて、加工開始当初から
安定した加工が行えた。

【００３１】図４は、本発明によるドレッシング研削法
の実施の形態の第３の例を説明するための研削装置の要
部を示す図であり、図中、１６は砥石、１７は単石ダイ
ヤモンドドレッサであり、図３と同様の作用をする部分
には、図３の場合と同じ参照番号を付してある。

【００３２】図４に示した砥石１６は、不導体皮膜がつ
いていない＃６００鉄ブロンズ系の円板状砥石母地であ
り、外周面が、例えば、円弧状の断面をした砥石加工面
１１となって、この砥石加工面１１に面した位置に砥石
加工面１１に従った面に沿って移動可能に支持された不
導体除去用の単石ダイヤモンドドレッサ１７が取り付け
られている。

【００３３】初期ドレスの電解条件を９０Ｖ、２０Ａと
し初期ドレスを開始すると、砥石母地が減少して不導体
皮膜が成長し、電解電流が低下していく、電解電流が４
アンペアになると同時に、単石ダイヤモンドドレッサ１
７を切り込み、砥石１６を砥石加工面１１が円弧形状に
なるように図示の矢印方向にトラバースして砥石形状を
作り込んでいく。この時の切り込み量は、電解電流が４
アンペアになるように、電解電流値からフィードバック
をかけて設定する。

【００３４】つまり、電解電流が４アンペアよりも大き
いときは、不導体皮膜が所望の厚さより薄くなった状態
なので、切り込み量を減少させ、逆に電解電流が４アン
ペアよりも小さいときは、不導体皮膜が所望の厚さより
も厚くなった状態なので、切り込み量を増加させること
になる。砥石加工面１１の形状が所望の形状となったと
ころで、初期ドレスを終了し、シリコンカーバイドの加
工を開始した。加工時において電解電流は、４アンペア
となり、安定した加工が行われた。

【００３５】このように、初期ドレスの電解電流と加工
時の電解電流とは等しく、共に４アンペアであり、不導
体皮膜の厚さが一定に保たれていることがわかる。これ
は、図１に示した本発明による電解電圧と電解電流の挙
動からみても明らかであり、初期ドレスにおいて電解電
流が一定になって、加工が開始された以降でも、電解電
流の値は一定に保たれ、加工が安定している。この期間
において電解電圧も一定に保たれていることから、初期
ドレスにおいて、電解電圧を一定に保つように不導体皮
膜の厚さを一定の厚さに保って制御を行うことによって
も電解電流一定に制御した場合と同様の効果を得ること
ができる。

【００３６】また、図２においては、不導体皮膜の厚さ
が、加工時に必要な厚さ以上に成長した厚さ部分を渦電
流センサ６により、インプロセスで検知しながら、ＧＣ
４等の機械的な作用を及ぼす物質で取り除いていたが、
砥石１およびＧＣ４には等しい反対方向の切削抵抗が作
用するため、砥石１に作用する切削抵抗又は機械的な作
用を及ぼす物質に作用する切削抵抗、又は、これらの切
削抵抗すべてを検知することにより、インプロセスで検
知しながら不導体皮膜を除去することができる。

【００３７】切削抵抗は、砥石１に対しては、軸３まわ
りの捩れトルクとして作用するので、軸３にトルク計
（図示せず）を取り付けてトルク計測によって検知する
ことが可能である。また、砥石１と機械的な作用を及ぼ
す物質との間で切削音を発したり、微小振動を伴うもの
であるから、ＡＥ（Acoustic Emission）センサ（図示
せず）を用いて弾性波として検出するか、または、図３
に示した総型のステンレス綱１４の上部にセッティング
された加速度センサ１５のように、振動を加速度センサ
として検出し切削抵抗を求めることができる。

【００３８】なお、以上に電解ドレッシング研削法の初
期ドレスにおいて、砥石の不導体皮膜の膜厚が、加工に
必要な厚さ以上に成長した部分を強制的に取り除く方法
を適用することにより、初期ドレスの時間と加工開始か
ら加工安定までの時間が短縮することができる電解ドレ
ッシング研削法について説明したが、本発明は、更に、
これらの方法において、初期ドレスを行うための砥石、
不導体皮膜検知機構、該不導体皮膜厚検知結果に基づい
て所定の不導体皮膜厚を形成する機構等を有する電解ド
レッシング研削装置を構成することができる。

【００３９】

【発明の効果】導電性砥石に電圧を印加し、前記砥石を
電解によりドレッシングしながら加工をする電解ドレッ
シング研削法において、加工前に行われる前記砥石の少
なくとも加工面に不導体皮膜を形成する初期ドレスによ
り、前記不導体皮膜の加工時に必要な厚さ以上に成長し
た厚さ部分を強制的に除去するようにしたので、電解電
流を従来より高く維持でき、そのため、電解による砥石
母地の侵食を速く進行させることができ、初期ドレス時
間を短縮し、また、加工に関与しない不導体皮膜が不必
要に厚く成長していないので、初期ドレス後に直ちに安
定な加工を実行することが可能となる。つまり、初期ド
レスの時間と安定な加工を開始するまでの時間を短縮す
ることが可能となる。更には、前記初期ドレス後に予定
している加工が、安定して行われるときの電解電流（又
は、電解電圧）と、初期ドレスにおける電解電流（又
は、電解電圧）が等しくなるように前記不導体皮膜を除
去するようにしたので、不導体皮膜の膜厚を直接、また
は、間接にインプロセスで認知し、その膜厚を制御する
ことができる。

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】請求項２に記載の発明は、電解電流を従来
より高く維持ができるようにして初期ドレス時間を短縮
し、安定な加工開始までの時間を短縮するようにし、前
記初期ドレスにおいて、前記不導体皮膜の加工時に必要
な厚さ以上に成長した部分を除去する時に、前記砥石に
生じる機械抵抗と、機械的な作用を及ぼす物質に生じる
機械抵抗、の両方、あるいは、何れか一方を、インプロ
セスで検知しながら前記不導体皮膜を除去したので、不
導体皮膜の膜厚を直接、または、間接にインプロセスで
認知し、その膜厚を制御することができるようにする。

【００４８】請求項３に記載の発明は、請求項２の発明
において、前記初期ドレスにおいて、前記砥石に生じる
機械抵抗と、前記機械的な作用を及ぼす物質に生じる機
械抵抗を検知する手段として、ＡＥセンサ、加速度セン
サ、軸トルク計の少なくとも１つを用いたので、不導体
皮膜の膜厚を直接、または、間接にインプロセスで認知
し、その膜厚を制御することができるようにする。

【００４９】請求項４に記載の発明は、前記不導体皮膜
の加工時に該不導体皮膜の必要な厚さ以上に成長した部
分を強制的に除去して初期ドレスする電解ドレッシング
研削装置を構成し、もって、請求項１乃至３項の発明を
実施することのできる電解ドレッシング研削装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による電解ドレッシング研削法の電解
電圧と電解電流の挙動を説明するための図である。

【図２】 本発明による電解ドレッシング研削法の実施
の形態の第１例を説明するための研削装置の要部を示す
図である。

【図３】 本発明による電解ドレッシング研削法の実施
の形態の第２例を説明するための研削装置の要部を示す
図である。

【図４】 本発明によるドレッシング研削法の実施の形
態の第３の例を説明するための研削装置の要部を示す図
である。

【図５】 従来の電解ドレッシング研削法による電解電
圧と電解電流の挙動を説明するための図である。

【符号の説明】

１，１０，１６…砥石、２，１１…砥石加工面、３，１
２…軸、４…ＧＣ砥石、５…渦電流センサ、１３…電
極、１４…ステンレス鋼、１５…加速度センサ、１７…
単石ダイヤモンドドレッサ。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性砥石に電圧を印加し、前記砥石を
   電解によりドレッシングしながら加工をする電解ドレッ
   シング研削法において、加工前に行われる前記砥石の少
   なくとも加工面に不導体皮膜を形成する初期ドレスによ
   り、前記不導体皮膜の加工時に必要な厚さ以上に成長し
   た厚さ部分を強制的に除去するに際し、該初期ドレスに
   おける電解電流（又は、電解電圧）と、前記初期ドレス
   後に予定している加工が安定して行われるときの電解電
   流（又は、電解電圧）とが、等しくなるように、前記不
   導体皮膜を除去することを特徴とする電解ドレッシング
   研削法。
2. 【請求項２】 導電性砥石に電圧を印加し、前記砥石を
   電解によりドレッシングしながら加工をする電解ドレッ
   シング研削法において、加工前に行われる前記砥石の少
   なくとも加工面に不導体皮膜を形成する初期ドレスによ
   り、前記不導体皮膜の加工時に必要な厚さ以上に成長し
   た厚さ部分を強制的に除去するに際し、前記砥石に生じ
   る機械抵抗と、機械的な作用を及ぼす物質に生じる機械
   抵抗、の両方、あるいは、何れか一方を、インプロセス
   で検知しながら前記不導体皮膜を除去することを特徴と
   する電解ドレッシング研削法。
3. 【請求項３】 前記砥石に生じる機械抵抗と、前記機械
   的な作用を及ぼす物質に生じる機械抵抗を検知する手段
   として、ＡＥセンサ、加速度センサ、軸トルク計の少な
   くとも１つを用いることを特徴とする請求項２に記載の
   電解ドレッシング研削法。
4. 【請求項４】 請求項１から３の何れかに記載の電解ド
   レッシング研削法を実施するための機構を有することを
   特徴とする電解ドレッシング研削装置。