JP3839297B2 - Grinding method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズやプリズムなどの脆性材料であるガラスからなる光学素子を研削する方法及び研削に用いる研削砥石に関する。
【0002】
【従来の技術】
レンズやプリズムを製造する研削方法として、球面や平面形状を創成するためのカーブジェネレーティング加工(以下、CG加工)が行われている。このCG加工は、カップ状のダイヤモンド砥石を、被研削物である光学ガラスに対して、所望の球面形状が創成できるような角度に傾斜させて配置し、工具および光学ガラスの両者を回転させながら球面形状を創成する方法である。
【0003】
また、研削加工に際して、アルミニウムを結合材としたダイヤモンド砥石を用いることが、特許第3113557号公報に記載されている。図4はこの公報に記載されたEPD(Electorophoretic Deposition)研削方法を示す。
【0004】
砥石としてのダイヤモンドブレード1には、ダイヤモンド砥粒の結合材としてアルミニウムが用いられている。図4に示すように、シリカからなる超微細砥粒12を混合した加工液2中に導電性のダイヤモンドブレード1と被加工物5を配し、ダイヤモンドブレード1と加工液2との間に電荷をかけ、加工液2中に懸濁された超微細砥粒12を帯電させることによって、砥粒12をダイヤモンドブレード1に付着させながら、被加工物5を研削切断するようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
CG加工においては、被加工物を加工するための研削能率と、研削によって得られる表面粗さ品質とは相反する関係にある。すなわち、研削能率を高めると得られる表面粗さが低下し、逆に表面粗さを向上させようとすると、研削能率が低下するものである。研削能率を向上させるためには、研削砥石が有する砥粒の突き出し量を大きくし、切り込み量を大きく確保する、あるいは砥粒を保持する結合材の強度を高め、大きな切り込み量に耐えられるようにする必要がある。
【0006】
しかし、上述したように、切り込み量が大きくなれば加工能率は向上するが、得られる表面粗さが低下するものであり、特に、ガラスのような脆性材料では、加工領域での破壊(割れ)が発生するため、さらに表面粗さが低下する。逆に、切り込み量を小さくすれば表面粗さは向上するが、除去量が少なくなり加工能率が低下する。同時に砥粒の突き出し量を小さくして表面粗さを向上させようとすると、刃物となる砥粒が小さいことから、その突出量に見合った動作精度の高い装置が必要となり、加工能率が低いにも関わらず高額な設備が必要となり、コスト高な加工となる。
【0007】
また結合材として樹脂を用いて砥石構造を柔らかくすると、結合材の弾性変形によって砥粒の突き出し量が見かけ上小さくなるため表面粗さは向上するが、結合材が柔らかく剛性が低いために砥粒保持力が小さくなり、砥粒脱落の発生や結合材の摩滅が激しくなり加工能率が低下すると共に、工具が早期に摩耗して工具の加工面に形状誤差が発生と共に、工具寿命が短くなる。
【0008】
特許第3113557号公報で示すEPD研削切断方法では、加工液2中に懸濁された超微細砥粒12を帯電させてダイヤモンドブレード1に付着させることにより加工能率と面粗さ向上との両立を行っている。しかしながら、EPD研削切断方法では、電源装置によってダイヤモンドブレード1と加工液2との間に積極的に電荷をかけるため、電極や装置構成における絶縁機能などを既存の研削加工機に付加させる必要があり、構造及び制御が複雑となっている。
【0009】
また、電源装置から供給される電荷により、ダイヤモンドブレード1で電気分解に伴う陽極溶出が発生する。このため、加工に伴う摩滅に加えて、ダイヤモンドブレード1の電気分解に伴う溶出による摩滅が発生する。これを抑えるため、上記公報では、ブレード表面にアノード皮膜を形成させている。安定した加工を行うためには、アノード皮膜の形成が不可欠であるが、逆にアノード皮膜をある程度の強度を確保しながら安定的に維持することが非常に難しく、特にブレードと陰極間の加工状況、すなわちブレードの表面状態や供給される加工液の量、圧力などの変動によって両極での通電量が影響を受け、加工作業が難しい状態になる。
【0010】
安定したアノード皮膜を確保するためには、陽極であるブレードの結合材として純度の高いアルミニウムが必要となり、上記公報では、アルミニウム100%の高純度の結合材を用いている。アルミニウムは既存の結合材であるブロンズやニッケル、鉄などより柔らかい金属であるため、ダイヤモンド砥粒を柔軟な状態で保持することが期待できるため、表面粗さを向上させる可能性を有している。しかしながら、実際は期待される柔軟性よりも展延性が高いことにより、ダイヤモンド砥粒を保持する能力が小さく、加工中にダイヤモンド砥粒の脱粒が発生し易い。従って、砥石の結合材としては不向きとなっている。
【0011】
さらに、アルミニウムの純度が高くなると強度も低くなって、砥石としての強度不足や耐摩耗性不足となる。このため、アルミニウム100%の高純度の結合材では、強固なアノード皮膜を形成させないで加工を行うことは困難となっている。
【0012】
また、電気的に強固なアノード皮膜を形成すると、砥石表面が硬くなって強度が増すが同時に絶縁性も高くなり、コロイダルシリカ微粒子が付着しにくくなる。実際には、通電によって形成されたアノード皮膜が、研削加工力によって除去され、再び導電性を得ることから通電が回復し、再度アノード被膜の形成が生じ、この繰り返しが加工領域で行われる。しかし、このサイクルを加工領域で安定的に確保することは難しく、供給するコロイダルシリカ液の量や圧力、供給する方向などのわずかな環境変化で被膜形成の状態が影響を受け、安定した被膜形成、すなわち安定した加工を得ることは非常に困難となっている。
【0013】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、高い研削能率と、良好な表面粗さと、高い耐摩耗性との3点を同時に成立させることが可能な研削方法及び研削砥石を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明の研削方法は、アルミニウム及び酸化アルミニウムの少なくとも一方の粉末と珪素の粉末とを砥粒の結合材として具備する研削砥石を用い、酸化珪素粒子が分散し且つpH値が3〜9の範囲の加工液を供給することで、ゼータ電位差によって前記研削砥石の表面に前記酸化珪素粒子を付着させながら被加工物を研削することを特徴とする。
【0017】
【発名の実施の形態】
まず、本発明の具体的な実施の形態を説明する前に、発明の概要を説明する。本発明の概要は、アルミニウム及び酸化アルミニウムの少なくとも一方の粉末と珪素の粉末とを含有させた結合材を用い、アルミニウムが有する柔らかさと、珪素の含有に伴って生じる強度(耐摩耗性)を合わせて有した研削砥石を用いると共に、加工中に供給する加工液pHを3〜9の範囲とすることで、加工液中の酸化珪素(SiO の微粒子(以下、酸化珪素)および研削砥石表面に酸化形成される酸化アルミニウム(Al が有するゼータ電位による電気泳動現象を利用して、電源装置を不要としながらも、砥石表面に酸化珪素を吸着させて加工を行うものである。なお、加工液としては、酸化珪素が分散したコロイド状溶液であるコロイダルシリカ液を用いられる。
【0018】
本発明において、結合材に使用するアルミニウムは、JISで規定される合金番号4000系のアルミニウム合金素材に近いものであり、アルミニウムに珪素(Si)を含有させることで、純アルミニウムより耐摩耗性を高めた構造となっている。
【0019】
金属酸化物(酸化アルミニウム)のゼータ電位は、界面動電現象における荷電表面と液体との間のすべり面の電位であり、電気泳動現象における粒子の泳動速度などから求められる。粒子の表面電位などを実際に測定することができないため、電気均性質を論じる場合に、唯一計測できるゼータ電位が代用特性として用いられるものである。
【0020】
また研削加工域に供給されるコロイダルシリカ液のpHを3〜9の範囲内とすることにより、液中の微粒子である酸化珪素(SiO のゼータ電位をマイナスに帯電させ、砥石表面に形成される酸化アルミニウム(Al をプラスに帯電することができる。これについては、2000年9月29日砥粒加工学会主催の第3回オープンシンポジウムで頒布されたテキスト『新しい微粒子の利用技術』示されている。
【0021】
図1は、このテキスト中の『微粒子の分散技術』に掲載されたグラフであり、横軸がpH値、縦軸がゼー夕電位となっている。図1に示すように、金属酸化物のゼータ電位がpHによって変化し、pHを3〜9の範囲にすることにより、コロイダルシリカ液中に存在する酸化珪素(SiO がマイナスに、砥石表面に形成される酸化アルミニウム(Al )がプラスに帯電する。従って、コロイダルシリカ液中でマイナスに帯電した酸化珪素は、同液中でプラスに帯電している酸化アルミニウムを表層に有する研削砥石に電気的に吸着される。
【0022】
すなわち、研削加工域に供給するコロイダルシリカ液のpH値を3〜9の範囲にすることで、液中に浮遊する酸化珪素の微粒子が、ゼータ電位差による電気泳動現象によって研削砥石の表面に付着する。これは、電位差による付着であるため、酸化珪素のゼータ電位と酸化アルミニウムのゼータ電位の差を大きくすることにより、より強力に吸着する。このため、コロイダルシリカ液のpH値は、5〜8の範囲が最も良好であり、かつ早く吸着作用を発揮することができる。
【0023】
また、アルミニウム、酸化アルミニウムを結合材に利用しているため、砥石に電荷を印加しなくとも、砥石表面には必ず空気中の酸素と結合した酸化アルミニウムの被膜が形成され、この被膜に酸化珪素の研磨材微粒子が付着する。
【0024】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図に基づいて説明する。図2は本発明の実施の形態で用いる研削砥石における珪素含有量を変化させた際の配合比であり、図3は珪素含有量による被加工物の表面粗さの変化である。なお、図3には、比較のために既存のブロンズボンド砥石で加工した際の表面粗さを併記してある。研削比とは、被加工物であるガラスを研削除去するのにどの程度砥石が摩耗するかを示す指標であり、ガラスの総研削除去量を砥石の総摩耗量で割った値である。
【0025】
この実施の形態では、砥粒にダイヤモンド、結合材にアルミニウムと珪素を含有させた研削砥石を用い、pH3〜9の範囲に調整したコロイダルシリカ液を供給しながら加工を行うものであり、研削装置自体は既存の装置を用いた。
【0026】
研削砥石は、ダイヤモンド砥粒の結合材としてアルミニウム合金粉末を用い、成形・焼結することにより形成されている。このアルミニウム合金粉末は、高純度のアルミニウムに珪素元素を添加溶解して合金としたものであり、この合金を約10〜50μmの平均粒径となるように粉末化して用いる。珪素元素を添加溶解する際に、体積比で0.5%(純アルミニウムではないが、珪素をほとんど含有しない)、10%,20%,40%となるように配合して、それぞれ溶解を行い4種類の結合材を製造した。砥粒としてのダイヤモンドは、いずれの砥石でも#600の粒径を集中度100になるように配合した。
【0027】
加工中に供給するコロイダルシリカ液には、商品名「COMPOL120」((株)フジミインコーポレーテッド製)を用いた。このコロイダルシリカ液は、酸化珪素濃度が約40wt%、平均粒径約70〜95Åであり、そのままではpH10の強アルカリ性を呈しているため、酸性物質を用いて中和することにより約8のpHで用いた。被研削物としては光学ガラスであるBSL7を用いた。
【0028】
また比較対象として、既存のレンズ研削加工で用いられるブロンズボンド・ダイヤモンド砥石(以下、ブロンズボンド砥石)を用いた加工も行った。加工装置は既存のカーブジェネレーター(CG機)を用いた。
【0029】
図2の珪素含有量に対する砥石の研削比で示すように、珪素含有率が最も少ない0.5%砥石に対して10、20、40%の珪素を配合した砥石では、研削比が高く(大きく)なっている。なお、実験では珪素の含有量を20%以上にすることで、高い研削比を得ることが確認できた。
【0030】
アルミニウムに珪素を含有させると、JISで規定される合金番号4000系のアルミニウム素材に近くなり、アルミニウムのみの場合に比べて高い耐摩耗性を発揮することがわかっているが、この効果が砥石の結合材としても確認することができた。JIS4000系のアルミニウム合金としては合金番号4032があるが、これは珪素の含有量が11.0〜13.5%であり、型打鍛造品として広く用いられ、内燃機関のピストンなどに使用されるほど耐摩耗性に優れている。この実施の形態に用いる研削用砥石としては、合金番号4032より珪素含有量が多い領域で高い研削比が確認されている。特に、図2に示すように、20%以上の珪素含有量で高い研削比、すなわち高い耐摩耗性が発揮されている。
【0031】
なお、珪素含有率0.5%の研削砥石は、純アルミニウムには該当しないが、珪素含有率0.1%程度の純アルミニウムの砥石では、砥石としての強度不足から加工を行うことが困難であったため、純アルミニウムの代用として用いたものである。
【0032】
図3の研削面粗さでは、前記研削比と同様にアルミニウムに対する珪素の含有量を体積比で、0.5、10、20、40%にそれぞれ設定した砥石を用いて、光学ガラスであるBSL7を研削した。いずれにおいても平均表面粗さRaが0.1μm以下と良好となっている。
【0033】
この内、珪素含有量が極端に少ない0.5%と逆に含有量が多い40%では、若干ではあるが、表面粗さが低下している。0.5%の含有量では、純アルミニウムに近い結合材であることから、砥石としての強度不足やダイヤモンド砥粒の保持能力不足などからダイヤモンド砥粒の脱粒が多発し、安定した研削加工を行うことが難しいものである。図2に示した研削比が小さいことからも解るように、含有率0.5%では、ダイヤモンド砥粒の脱粒や結合材の摩滅による砥石摩耗の大きいことから、研削加工面内に砥石の摩耗物(ダイヤモンド砥粒、結合材の粒子状物質など)が多く介在し、被加工物への大きなスクラッチ(キズ)発生を招き、このことにより表面粗さの低下が生じたと推測される。一方、珪素含有率40%では、ダイヤモンド砥粒を保持力は強くなる反面、硬く脆くなる。そして、ダイヤモンド砥粒保持力が強すぎると共に、砥石の弾性変形が小さくなり、被加工物へのダメージが大きくなる。すなわち、ダイヤモンド砥粒が強固に支持されるため、被加工物の大きな脆性破壊を招くと同時に、結合材の破壊が生じた際には、含有率0.5%よりも大きく硬い排出物が発生し、これが加工部位に介在することにより、表面粗さの低下を招いたと推測される。
【0034】
比較例としての図3におけるブロンズ砥石では、既存のCG機にコロイダルシリカ液を供給して研削加工を行っても、平均表面粗さRaが0.3〜0.4μmのレベルであった。ブロンズ砥石の結合材であるブロンズのゼータ電位は現時点で不明であるが、コロイダルシリカ液中の酸化珪素微粒子が付着しないことから、プラスの電位を有していないと考えられる。従って被加工物であるBSL7との研削界面に酸化珪素微粒子が挟まれて擦れるのみで、電気的な付着力による微粒子の固定化がなされないため、充分な研磨作用が発揮されずに良好な鏡面を得ることができない。
【0035】
この実施の形態の研削砥石においては、砥石表面に酸化珪素微粒子が付着・堆積するため、ダイヤモンド砥粒の突き出し量が見かけ上小さくなる。このため、ダイヤモンド砥粒の切り込み深さも小さくなり、より高い表面粗さを得ることができる。通常であれば突き出し量が小さくなることから目詰まり状態になり、結合材と被加工物であるレンズとが干渉・接触するような状態となるのに対し、この実施の形態では、砥石表面に酸化珪素微粒子が付着・堆積しているため、酸化珪素微粒子層が緩衝材の作用を行うため、焼き付きなどの問題が発生することもない。むしろ研磨材である酸化珪素微粒子が挟まれるために、大きな研磨力が作用して良好な加工面を得ることが可能となっている。
【0036】
なお、この実施の形態では、結合材としてアルミニウムを用いたが、これに代えて、酸化アルミニウムを用いても良く、これにより、安定したゼータ電位を得ることができるため、コロイダルシリカ液中の酸化珪素粒子を確実に吸着することができる。
【0037】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、加工液中の酸化珪素粒子をゼータ電位によって砥石表面に吸着して加工を行うため、被加工物の研削能率を高くすることができると共に、良好な表面粗さとすることができる。
【0038】
また、アルミニウムや酸化アルミニウムに加えて珪素を含有した結合材を用いるため、耐摩耗性の高い研削砥石とすることができる。
【0039】
請求項3の発明によれば、良好な研削能率及び良好な表面粗さを有した研削砥石とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】金属酸化物が有しているゼータ電位とpHとの関係とを示す特性図である。
【図2】実施の形態における結合材中の珪素含有量に対する研削比を示す特性図である。
【図3】結合材中の珪素含有量に対する平均表面粗さを示す特性図である。
【図4】EPD研削切断を示す断面図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for grinding an optical element made of glass which is a brittle material such as a lens and a prism, and a grinding wheel used for grinding.
[0002]
[Prior art]
As a grinding method for manufacturing lenses and prisms, curve generating processing (hereinafter referred to as CG processing) for creating a spherical surface or a planar shape is performed. In this CG processing, a cup-shaped diamond grindstone is disposed at an angle that allows creation of a desired spherical shape with respect to the optical glass that is the object to be ground, while rotating both the tool and the optical glass. This is a method of creating a spherical shape.
[0003]
Japanese Patent No. 311557 discloses that a diamond grindstone using aluminum as a binder is used for grinding. FIG. 4 shows an EPD (Electrophoretic Deposition) grinding method described in this publication.
[0004]
The diamond blade 1 as a grindstone uses aluminum as a binder for diamond abrasive grains. As shown in FIG. 4, a conductive diamond blade 1 and a workpiece 5 are arranged in a machining liquid 2 in which ultrafine abrasive grains 12 made of silica are mixed, and a charge is generated between the diamond blade 1 and the machining liquid 2. The workpiece 5 is ground and cut while the abrasive grains 12 are adhered to the diamond blade 1 by charging the ultrafine abrasive grains 12 suspended in the processing liquid 2.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In CG processing, there is a contradictory relationship between the grinding efficiency for processing a workpiece and the surface roughness quality obtained by grinding. That is, when the grinding efficiency is increased, the obtained surface roughness is reduced, and conversely, if the surface roughness is attempted to be improved, the grinding efficiency is lowered. In order to improve the grinding efficiency, increase the protrusion amount of the abrasive grains of the grinding wheel and ensure a large cutting amount, or increase the strength of the binder that holds the abrasive grains so that it can withstand the large cutting amount. There is a need to.
[0006]
However, as described above, the machining efficiency improves as the cutting depth increases, but the obtained surface roughness decreases. In particular, in brittle materials such as glass, fracture (cracking) occurs in the machining area. As a result, surface roughness is further reduced. On the contrary, if the cutting amount is reduced, the surface roughness is improved, but the removal amount is reduced and the processing efficiency is lowered. At the same time, when trying to improve the surface roughness by reducing the protruding amount of abrasive grains, the abrasive grains that become the blade are small, so a device with high operation accuracy corresponding to the protruding amount is required, and the processing efficiency is low. Nevertheless, expensive equipment is required, resulting in costly processing.
[0007]
Also, if the grindstone structure is softened using resin as a binder, the surface roughness is improved because the protruding amount of the abrasive grains is apparently reduced due to the elastic deformation of the binder, but the abrasive is softer and less rigid. The holding force becomes small, the occurrence of abrasive dropout and the wear of the binding material become severe, the machining efficiency is lowered, the tool is worn early, a shape error occurs on the machined surface of the tool, and the tool life is shortened.
[0008]
In the EPD grinding and cutting method shown in Japanese Patent No. 311557, the processing efficiency and surface roughness can be improved by charging and attaching the ultrafine abrasive grains 12 suspended in the processing liquid 2 to the diamond blade 1. Is going. However, in the EPD grinding and cutting method, an electric charge is positively applied between the diamond blade 1 and the machining fluid 2 by the power supply device, so that it is necessary to add an insulating function and the like in the electrode and the device configuration to the existing grinding machine. The structure and control are complicated.
[0009]
Further, anodic elution due to electrolysis occurs in the diamond blade 1 due to the electric charge supplied from the power supply device. For this reason, in addition to wear due to processing, wear due to elution due to electrolysis of the diamond blade 1 occurs. In order to suppress this, in the above publication, an anode film is formed on the blade surface. In order to perform stable processing, the formation of the anode coating is indispensable, but conversely, it is very difficult to maintain the anode coating stably while securing a certain level of strength, especially the processing conditions between the blade and the cathode. That is, the amount of energization at both poles is affected by fluctuations in the surface condition of the blade, the amount of processing fluid supplied, the pressure, etc., making the machining operation difficult.
[0010]
In order to ensure a stable anode coating, high-purity aluminum is required as a binder for the blade that is the anode. In the above publication, a high-purity binder of 100% aluminum is used. Since aluminum is a softer metal such as bronze, nickel, and iron, which are existing binders, it can be expected to hold diamond abrasive grains in a flexible state, so it has the potential to improve surface roughness. . However, in reality, since the extensibility is higher than expected flexibility, the ability to hold diamond abrasive grains is small, and the diamond abrasive grains are likely to fall out during processing. Therefore, it is not suitable as a binding material for a grindstone.
[0011]
Furthermore, when the purity of aluminum increases, the strength also decreases, resulting in insufficient strength as a grindstone and insufficient wear resistance. For this reason, it is difficult to perform processing without forming a strong anode coating with a high-purity binder of 100% aluminum.
[0012]
Further, when an electrically strong anode coating is formed, the surface of the grindstone is hardened and the strength is increased, but at the same time, the insulating property is increased and colloidal silica fine particles are difficult to adhere. Actually, the anode film formed by energization is removed by grinding processing force, and the electroconductivity is restored again because the electroconductivity is obtained again. As a result, the anode film is formed again, and this process is repeated in the machining region. However, it is difficult to secure this cycle stably in the processing area, and the state of film formation is affected by slight environmental changes such as the amount and pressure of colloidal silica liquid to be supplied, the direction of supply, etc., and stable film formation In other words, it is very difficult to obtain a stable processing.
[0013]
The present invention has been made in consideration of such conventional problems, and a grinding method capable of simultaneously establishing three points of high grinding efficiency, good surface roughness, and high wear resistance. And it aims at providing a grinding wheel.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the grinding method of the invention of claim 1, using a grinding wheel having a powder of at least one of powder and silicon aluminum and aluminum oxide as abrasive grains of the binder, the silicon oxide particles The workpiece is ground while the silicon oxide particles are adhered to the surface of the grinding wheel by a zeta potential difference by supplying a working fluid that is dispersed and has a pH value of 3 to 9.
[0017]
[Name embodiment]
First, before describing specific embodiments of the present invention, an outline of the present invention will be described. The outline of the present invention uses a binder containing at least one of aluminum and aluminum oxide powder and silicon powder, and combines the softness of aluminum with the strength (abrasion resistance) generated by the silicon content. In addition to using the grinding wheel possessed by the process, the processing solution pH supplied during processing is in the range of 3 to 9, so that silicon oxide (SiO 2 ) fine particles (hereinafter referred to as silicon oxide) and the grinding wheel surface in the processing solution By using the electrophoretic phenomenon due to the zeta potential of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) formed by oxidation, silicon oxide is adsorbed on the surface of the grindstone while the power supply device is unnecessary. As the processing liquid, a colloidal silica liquid which is a colloidal solution in which silicon oxide is dispersed is used.
[0018]
In the present invention, the aluminum used for the binder is close to the aluminum alloy material having an alloy number of 4000 based on JIS. By adding silicon (Si) to aluminum, the aluminum has higher wear resistance than pure aluminum. It has an enhanced structure.
[0019]
The zeta potential of the metal oxide (aluminum oxide) is the potential of the sliding surface between the charged surface and the liquid in the electrokinetic phenomenon, and is determined from the migration speed of particles in the electrophoresis phenomenon. Since it is impossible to actually measure the surface potential of particles, the only zeta potential that can be measured is used as a substitute characteristic when discussing the electrical equalization property.
[0020]
In addition, by setting the pH of the colloidal silica liquid supplied to the grinding area within the range of 3 to 9, the zeta potential of silicon oxide (SiO 2 ) , which is fine particles in the liquid, is negatively charged and formed on the surface of the grindstone. The aluminum oxide (Al 2 O 3 ) to be charged can be positively charged. This is shown in the text “Technology for Utilizing New Fine Particles” distributed at the 3rd Open Symposium hosted by the Japan Society for Abrasive Technology on September 29, 2000.
[0021]
FIG. 1 is a graph published in “Fine Particle Dispersion Technology” in this text, where the horizontal axis represents the pH value and the vertical axis represents the See evening potential. As shown in FIG. 1, the zeta potential of the metal oxide changes depending on the pH, and when the pH is in the range of 3 to 9, the silicon oxide (SiO 2 ) present in the colloidal silica liquid becomes negative, and the surface of the grindstone The aluminum oxide (Al 2 O 3 ) formed on the surface is positively charged. Accordingly, the silicon oxide negatively charged in the colloidal silica liquid is electrically adsorbed by the grinding wheel having aluminum oxide, which is positively charged in the liquid, as a surface layer.
[0022]
That is, by setting the pH value of the colloidal silica liquid supplied to the grinding region to be in the range of 3 to 9, fine particles of silicon oxide floating in the liquid adhere to the surface of the grinding wheel due to the electrophoresis phenomenon due to the zeta potential difference. . Since this is adhesion due to a potential difference, it is more strongly adsorbed by increasing the difference between the zeta potential of silicon oxide and the zeta potential of aluminum oxide. For this reason, the pH value of colloidal silica liquid has the best range of 5-8, and can exhibit an adsorption | suction effect quickly.
[0023]
In addition, since aluminum and aluminum oxide are used as a binding material, an aluminum oxide film that is bonded to oxygen in the air is always formed on the surface of the grindstone without applying a charge to the grindstone. Abrasive fine particles adhere.
[0024]
Next, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows a blending ratio when the silicon content in the grinding wheel used in the embodiment of the present invention is changed, and FIG. 3 shows a change in the surface roughness of the workpiece due to the silicon content. FIG. 3 also shows the surface roughness when processed with an existing bronze bond grindstone for comparison. The grinding ratio is an index indicating how much the grindstone is worn to grind and remove the glass as the workpiece, and is a value obtained by dividing the total grinding removal amount of the glass by the total wear amount of the grindstone.
[0025]
In this embodiment, a grinding grindstone containing diamond as abrasive grains and aluminum and silicon as a binder is used for processing while supplying colloidal silica liquid adjusted to a pH of 3 to 9, and a grinding apparatus As such, existing equipment was used.
[0026]
The grinding wheel is formed by using aluminum alloy powder as a binder for diamond abrasive grains, and molding and sintering . Aluminum alloy powder of this is to add dissolved elemental silicon in a high purity aluminum is obtained by the alloy used was triturated to the alloy an average particle size of about 10 to 50 [mu] m. When silicon element is added and dissolved, the volume ratio is 0.5% (not pure aluminum but contains almost no silicon), 10%, 20%, and 40%. Four types of binders were produced. Diamonds as abrasive grains were blended so that the grain size of # 600 would be a concentration degree of 100 for any grindstone.
[0027]
As the colloidal silica liquid supplied during processing, a trade name “COMPOL120” (manufactured by Fujimi Incorporated) was used. The colloidal silica solution, approximately 40 wt% silicon oxide concentrations, the average particle size of about 70~95A, since the intact and has a strongly alkaline pH 10, about 8 by neutralization with an acidic Substance Used at pH. As the object to be ground, BSL7, which is optical glass, was used.
[0028]
Further, as a comparison object, processing using a bronze bond diamond grindstone (hereinafter referred to as bronze bond grindstone) used in existing lens grinding was also performed. The existing curve generator (CG machine) was used as the processing apparatus.
[0029]
As shown by the grinding ratio of the grindstone with respect to the silicon content in FIG. 2, the grindstone containing 10, 20, 40% silicon with respect to the 0.5% grindstone having the smallest silicon content has a high grinding ratio (largely It has become. In the experiment, it was confirmed that a high grinding ratio was obtained by setting the silicon content to 20% or more.
[0030]
It is known that when silicon is contained in aluminum, it becomes close to an alloy material of 4000 series specified by JIS, and exhibits high wear resistance compared to the case of aluminum alone. It could also be confirmed as a binder. As a JIS 4000 series aluminum alloy, there is an alloy number 4032, which has a silicon content of 11.0 to 13.5%, and is widely used as a die-forged product and used for a piston of an internal combustion engine. The wear resistance is better. As a grinding wheel used in this embodiment, a high grinding ratio is confirmed in a region where the silicon content is higher than that of alloy number 4032. In particular, as shown in FIG. 2, a high grinding ratio, that is, high wear resistance is exhibited at a silicon content of 20% or more.
[0031]
Grinding wheels with a silicon content of 0.5% do not fall under pure aluminum, but with pure aluminum with a silicon content of about 0.1%, it is difficult to process due to insufficient strength as a grinding wheel. Therefore, it was used as a substitute for pure aluminum.
[0032]
In the grinding surface roughness in FIG. 3, BSL7, which is an optical glass, is used by using a grindstone in which the content of silicon with respect to aluminum is set to 0.5, 10, 20, and 40% in the same manner as the grinding ratio. Was ground. In any case, the average surface roughness Ra is as good as 0.1 μm or less.
[0033]
Among these, when the silicon content is 0.5% which is extremely low and 40% where the silicon content is high, the surface roughness is slightly reduced. When the content is 0.5%, since it is a binder close to pure aluminum, the diamond abrasive grains are frequently shattered due to insufficient strength as a grindstone and insufficient holding ability of diamond abrasive grains, and stable grinding is performed. It is difficult. As can be seen from the small grinding ratio shown in FIG. 2, when the content ratio is 0.5%, the wear of the grinding wheel in the grinding surface is large because the grinding wheel wear is large due to the detachment of the diamond abrasive grains and the abrasion of the binder. Many products (diamond abrasive grains, binder particulate matter, etc.) intervene, which causes large scratches (scratches) on the workpiece, which is presumed to have caused a reduction in surface roughness. On the other hand, when the silicon content is 40%, the holding power of the diamond abrasive grains becomes strong, but it becomes hard and brittle. And while a diamond abrasive grain retention force is too strong, the elastic deformation of a grindstone becomes small and the damage to a workpiece becomes large. In other words, since the diamond abrasive grains are firmly supported, it causes a large brittle fracture of the work piece, and at the same time, when the binder breaks, a hard discharge greater than 0.5% is generated. However, it is presumed that the surface roughness was reduced due to this intervening in the processed part.
[0034]
In the bronze grindstone in FIG. 3 as a comparative example, even when the colloidal silica liquid was supplied to an existing CG machine and grinding was performed, the average surface roughness Ra was at a level of 0.3 to 0.4 μm. The zeta potential of bronze, which is a binder for the bronze grindstone, is unknown at this time, but it is considered that it does not have a positive potential because the silicon oxide fine particles in the colloidal silica liquid do not adhere. Accordingly, the silicon oxide fine particles are only sandwiched and rubbed at the grinding interface with the BSL 7 that is the workpiece, and the fine particles are not fixed by the electric adhesion force. Can't get.
[0035]
In the grinding wheel of this embodiment, since the silicon oxide fine particles adhere to and accumulate on the surface of the grinding wheel, the protruding amount of the diamond abrasive grains is apparently reduced. For this reason, the cutting depth of a diamond abrasive grain also becomes small and higher surface roughness can be obtained. Normally, the amount of protrusion is small, resulting in a clogged state, where the binding material and the lens that is the workpiece are in contact and contact with each other. Since the silicon oxide fine particles are adhered and deposited, the silicon oxide fine particle layer acts as a buffer material, so that problems such as seizure do not occur. Rather, since silicon oxide fine particles as an abrasive are sandwiched, a large polishing force acts to obtain a good processed surface.
[0036]
In this embodiment, aluminum is used as the binder, but instead of this, aluminum oxide may be used, and a stable zeta potential can be obtained thereby, so that the oxidation in the colloidal silica liquid is performed. Silicon particles can be reliably adsorbed.
[0037]
【The invention's effect】
According to the invention of claim 1, since the silicon oxide particles in the working fluid are adsorbed to the surface of the grindstone by the zeta potential and processed, the grinding efficiency of the workpiece can be increased, and the surface roughness can be improved. can do.
[0038]
In addition , since a binder containing silicon in addition to aluminum or aluminum oxide is used, a grinding wheel with high wear resistance can be obtained.
[0039]
According to invention of Claim 3, it can be set as the grinding wheel which has favorable grinding efficiency and favorable surface roughness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between zeta potential and pH of a metal oxide.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a grinding ratio with respect to a silicon content in a binder in the embodiment.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing average surface roughness with respect to silicon content in a binder.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing EPD grinding cutting.

Claims (1)

アルミニウム及び酸化アルミニウムの少なくとも一方の粉末と珪素の粉末とを砥粒の結合材として具備する研削砥石を用い、酸化珪素粒子が分散し且つpH値が3〜9の範囲の加工液を供給することで、ゼータ電位差によって前記研削砥石の表面に前記酸化珪素粒子を付着させながら被加工物を研削することを特徴とする研削方法。Aluminum with beam and grinding wheel comprising a powder of at least one of powder and silicon as an abrasive bonding material aluminum oxide, silicon oxide particles are dispersed and the pH value is to supply the working fluid in the range of 3-9 Thus , the grinding method is characterized in that the workpiece is ground while the silicon oxide particles are adhered to the surface of the grinding wheel by a zeta potential difference .
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