JPH0425365A - 電解ドレッシング研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、機械加工分野における研削加工で用いられる
加工法及び加工装置に係わり、特に、鏡面性状と精密形
状創成を実現するための変位テーブル及び電解ドレッシ
ング研削を用いた鏡面形状創成方法及び装置に関する。

（従来の技術） 従来、光学レンズやミラー等の精密な鏡面性状と形状精
度を有する超精密機能部品の加工は、極めて複雑かつ多
数の加工工程を必要としている。

その加工工程は、まず、研削加工で大まかな製品形状を
付与した後にラッピングやポリッシングといった遊離砥
粒を用いた研磨加工が行われている。

このような加工方法は、極めて原始的であり、しかも生
産性の向上のみならず自動化が困難なために、未だに人
的手段に頼る割合が少なくない。

本発明者等は、高強度メタルボンド超微粒砥石（ＣＩＦ
Ｂ−Ｄ砥石）に微弱な電気分解によるインプロセスドレ
ッシング作用を付与することによって、極めて安定性に
富む高能率な鏡面研削加工方法を開発し、特願昭６３−
１２３０５号に提案した。この電解インプロセスドレッ
シング研削法によって、特に硬脆材料の鏡面研削加工を
全工程において適用できるようになり、例えば、光学レ
ンズ、放射光ミラー等の総合的加ニジステムの開発が望
まれている。

一方、加工中に被加工物を積層形圧電素子などの固体ア
クチュエーターにより、加振駆動させることによって、
被加工物の衝撃破壊作用による高加工能率化を目的とす
る砥粒加工用被加工物加振装置が特願昭６２−１５５３
４０に提案されている。この装置においては、高強度メ
タルボンド超砥粒砥石との複合効果が期待されている。

更に、上記電解インプロセスドレッシング研削法の長所
である研削性能の恒常性、高研削比及び高精度化といっ
た特性を活かしつつ、より高除去能率を狙って、これら
の加工原理及び装置を融合させた電解ドレス振動研削加
工方法及び装置が特願平１−５１３２７号に提案されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、本発明の目的とする硬脆材料から成る
光学レンズや放射光ミラーあるいは純平面の研削加工に
対して、従来の低結合性砥石研削、ラッピング、ポリッ
シングによる加工方法を用いると、長大な加工時間を必
要とし、しかも人的手段によるので精度が安定せず、生
産性が低い等の種々の問題があった。また、上記電解イ
ンプロセスドレッシング研削、電解ドレス振動研削等の
加工方法を用いて、精密鏡面性状、形状精度を可能とす
る方法は未だ開発されていない。特に、レンズやミラー
は形状的に放物面、球面、非球面を有するので、このよ
うな面の形状精度を研削加工において達成することは極
めて困難であった。

本発明は、本発明者等が開発した上記電解インプロセス
ドレッシング研削加工、電解ドレス振動研削加工等の基
礎技術に基づき、単に振動破砕加工を行うのではなく、
精密位置決め用変位テーブルと鏡面研削法とを融合させ
て精密な鏡面性状、高い形状精度を可能とし、品質管理
、短納期化、自動化を実現する超精密鏡面形状創成研削
加工方法及び装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の課題は、導電性砥石を支持し、該導電性砥石を回
転駆動させるための回転駆動手段と、上記導電性砥石を
陽極側とし、導電性砥石面に接触するように供給される
研削液を陰極側として、上記陽極と陰極との間に電圧を
印加するための給電手段と、被加工物を保持し、該被加
工物を上記回転軸と平行な方向に微小変位させ且つ微小
角度だけ傾斜させるための変位テーブルとを備え、上記
回転駆動手段と被加工物との相対移動に応じて、被加工
物に所望量の変位及び傾斜を正確に付与しながら、鏡面
性状を有する所望の曲面形状に被加工物を電解ドレッシ
ング研削加工する、ことを特徴とする、変位テーブルを
用いた電解ドレッシング研削装置によって達成される。

また、本発明によれば、導電性を有する砥石と被加工物
との間に弱導電性の研削液を介在させ、上記導電性砥石
と研削液との間に電圧を印加し、電解効果により上記導
電性砥石面を電解ドレッシングしながら、上記導電性砥
石を回転駆動させて被加工物を所望の曲面形状に研削加
工する方法において、上記被加工物をテーブル上に固定
保持し、上記導電性砥石を回転駆動させ且つ導電性砥石
を被加工物に対して相対移動させ、上記導電性砥石の移
動に応じて上記テーブル上の被加工物に所望量の変位及
び傾斜を正確に付与しながら、鏡面性状を有する所望の
曲面形状に被加工物を電解ドレッシング研削加工する、
ことを特徴とする、変位テーブルを用いた電解ドレッシ
ング研削方法を提供する。

（作　用） 以下に、本発明を更に詳細に説明する。

ＣＩＦＢ−Ｄ砥石は、鋳鉄ファイバーの基材にダイヤモ
ンド砥粒を混合・焼結したもので、砥粒は鋳鉄ファイバ
ーの強い結合力によって保持されている。電解ドレッシ
ング研削は、前記ＣＩＦＢ−Ｄ砥石と電極間の研削液を
介して微弱電流を供給し、インプロセスで目立てを行い
、その砥粒の突き出しにより切削に近い作用で硬脆材料
を容易に除去加工するものである。従って、微細砥粒の
ＣＩＦＢ−Ｄ砥石を用いて、これに微弱電流を制御して
印加することにより、確実な砥粒の突き出しが維持され
て、極めて高精度な表面性状の鏡面が得られる。

また、本発明の目的とする球面、非球面の形状加工は、
変位テーブルの正確な位置的制御によって行われる。第
７図（Ａ）〜（Ｄ）は球面、非球面加工の形状形態を示
す。または第６Ａ図、第６Ｂ図には、加工状態及び変位
テーブルを位置制御する３本のアクチュエータの配置を
示す。更に第５Ａ図、第５Ｂ図には、変位テーブルの姿
勢の遷移過程を模式図で示す。

まず、第７図（Ａ）の凹面形状加工の際の各アクチュエ
ータの位置制御を第５Ａ図の遷移過程で説明する。砥石
面がワーク面と接触を始める過程ａから、接触し所定の
形状加工を終える過程ｇまでの間に与えられる各変位の
関係を図示しである。

本加工の場合、第６Ａ図のアクチュエータ６２．６３の
変位は常に同一である。加工開始前の過程ａにおいては
全アクチュエータ変位は０であるが、砥石とワークの接
触開始過程すと共にアクチュエータ６１を６２．６３に
対し大きく変位させる。

過程Ｃに至りアクチュエータ６１の変位を小さくし中間
過程ｄにおいては全変位を同等とする。以降はｅ、ｆ過
程と順次アクチュエータ６２．６３の変位を６１より大
きくさせ、最終過程ｇで再び全変位を０とする。

これに対し、第７図（Ｂ）の凸形状では、上述の凹形状
の制御の場合とアクチュエータ６１と６２．６３の変位
関係としては全く逆の制御を与える。Δ−Ａ断面に関す
る形状であるため、アクチュエータ６２及び６３の変位
は第５Ａ図に示す各過程と同様同一に制御される。

更に、第７図（Ｃ）、同（Ｄ＞の形状は２方向断面に曲
面形状をもつ形状加工の場合である。同図（Ｃ）では、
同図（Ａ）の場合と同一のＡ−Ａ断面に関する制御と、
これに直交するＢ−Ｂ断面に関する制御過程（第５Ｂ図
参照）の組み合わせが必要になる。それぞれの制御は、
変位ソフトウェアによる対処で同時に行うことが可能で
ある。

ただし、１方向断面凸／凹面及び２方向断面凸面に関し
ては、カップ砥石による加工が可能であるものの、２方
向断面凹面に関しては第６Ｂ図に示すようなストレート
砥石の使用が前提となってくる。しかし、制御方向は、
第５Ａ図に示すＡ−Ａ断面に関する凹面の同一の方向が
適用できる。上述の加工形状の複合形状は、当然それぞ
れの制御方式の組み合わせで可能である。

上記で説明した変位テーブルの制御方式は、３本のアク
チュエータを用いた例で示したが、アクチュエータの数
を４本またはそれ以上とすることにより、駆動本数の均
等な位置制御の割り当てが可能となる。また、加工施行
によるデータの蓄積が制御システムのＣＰＵの記憶装置
に対してなされ、適正な変位テーブルの制御方式、制御
条件を確立することが可能である。

（発明の効果） 本発明は、一般の平面研削盤などの上に本発明の変位テ
ーブルをセットして電解ドレッシング研削を採用するこ
とにより、変位テーブルの正確な微小位置決め制御と微
細砥粒先端による研削が複合されるので、多くの効果を
もたらすことができる。例えば、加工機固有の振動、低
動剛性のような精密研削に致命的な問題から回避して、
また、加工中に負荷が加わっても変位テーブルの可変剛
性的な制御プログラムを適用して回避できる。その結果
、一般の低精度加工機上で高精度の平面、平面性状加工
を実現することが可能になった。

また、本発明によれば、レンズ、ミラー等の球面、非球
面を高精度な面性状かつ精密形状で創成することができ
る。つまり、従来極めて困難とされたガラス、シリコン
、炭化ケイ素等の硬脆材料の球面、非球面あるいは純平
面を創成することが可能になった。従って、このような
材質を強いられる特殊機能性部品、例えば放射光ミラー
等を所望の形状を付与し、かつ表面粗さ、平面度等の表
面性状を高精度に作製することが可能になった。

更に、本発明により、従来の製造工程を−新し、自動化
、無人化が可能な加工工程に移行すると共に高品質、高
性能の製品を提供することができる。

（実施例） 以下に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明を実施するための装置全体の構成図であ
る。電解ドレッシングにより精密に形状及び砥粒の突き
出しが付与された導電性砥石５は、研削機械の回転軸に
セットされ回転駆動する。電解インプロセスドレッシン
グ研削は、砥石５を（＋）極の電位に設定するた約の給
電体２及び砥石面に近接して設置された（−）電極３を
介して、電源装置１から供給される電力により開始され
る。

この時、導電性研削液が導電性砥石面と（−）電極間に
クーラントノズル４によって供給される。

これらの手段によって、導電性砥石面は加工中でも常時
砥粒の突き出しが維持されるため、微細砥粒による鏡面
性状の付与、並びに精密な形状加工に対処することがで
きる。

一方、同図においては、前記電解インプロセスドレッシ
ング研削加工と平行して、研削加工機１２上に設置され
た変位テーブル（第２図に詳細に示す）１３の駆動によ
り、被加工物１７の位置が精密に制御される。この時、
変位テーブルは、その変位駆動信号を供給する駆動信号
供給手段１４及び、変位テーブル内部に組み込まれた実
変位・負荷を加工中に計測する検出手段からの信号を中
継する計測信号中継手段１５の平行処理制御装置１６に
よって、極めて精密に変位駆動・制御が行われる。

第２図は、第１図の変位テーブル１３の構造を示す正面
断面図である。この変位テーブルは、被加工物を保持・
位置決めする上板１８とテーブル全体を研削加工機上に
保持するベース１９とに大別できる。これらの間に、前
記ベースから上板の所定の変位・位置決めを実現するた
めの駆動手段であるアクチュエータ２０が配置されてい
る。アクチュエータの下端部は、ベース上面に固定され
、アクチュエータ上端部には、上板と接しアクチュエー
タの変位を上板に伝達するための伝達板片２１が固定さ
れている。この伝達板片は、精密な位置決めのために３
本あるアクチュエータの、個々の異なる変位を確実に上
板１８に伝達できるようにその中央部に曲面立体形状が
施されている。

これと同時に、精密な位置決めを実現するため、伝達板
片２１上部と上板１８が常時所定の圧力で確実に接する
よう、予圧支柱２２が予圧スプリング２３の弛緩力を得
、上板１８とベース１９とでアクチュエータ２０を所定
の予圧で密着させる機構を有す。また、上板１８外周部
及びベース部１９外周部には、実加工で必要となる加工
液（クーラント）が変位テーブル内部へ侵入するのを防
止する０リング２４．２５が配され、上板部ケーシング
２６及びベース部ケーシング２７の内面によってシール
される。この時、上板部ケーシング２６下面とベース部
ケーシング２７上面間には薄板２８が挟まれ、各部固定
用ボルト２９．３０．３１により、薄板２８と上板１８
、上板部ケーシング２６と薄板２８、薄板２８とベース
部ケーシング２７、及びベース部ケーシング２７とベー
ス１９が確実に固定・保持される。従って、薄板２８は
、ひいては上板１８とベース８１９間に、加工中にせん
断力（上板部を水平方向に押す力）が加わった場合にも
、充分な横方向剛性が実現される。更に、上板１８とベ
ース１９との実変位もしくは、両者間に存在する負荷を
検出するためのセンサ３２が、保持・固定具３４により
ベース１９底部に配置されている。センサはリング状ア
クチュエータ２０の中央に貫通し、伝達板片２１下面か
ら伸びる検出棒３３と対向もしくは接触して変位を検出
して、外部の制御系からアクチュエータに信号入力し、
上板１８を駆動する。また、ベース１９底部には、加工
液の侵入を防止するベース底面ケーシング３５及びベー
ス底面シール薄板３６が固定されている。複数本あるア
クチュエータ、センサの駆動及び検出信号を伝達するた
めのケーブルは、ベース底面ケーシング等に設けられた
穴を介して、変位テーブル外部に通じている。

実際の加工時には、変位テーブル上板１８上面部に固定
される被加工物固定・保持用の試料板３７が装着される
。更に、変位テーブルベース部１９には加工機上への装
着を容易なものとするため、固定・保持用の手段が設け
られている。

第３図は、変位テーブルの制御システムのブロック図で
ある。第２図に示す変位テーブル１３の制御は以下のよ
うに行われる。変位テーブルの駆動量を検知したセンサ
３２からの信号３９は、所定の振幅に増幅するアンプ４
２を介し、その信号の一部がシステムオペレータへと表
示する目的で接続されたシンクロスコープ４３に伝達さ
れ、また一方はＡ／Ｄ変換器４４に導入される。Ａ／Ｄ
変換器４４を介して、検出信号は制御システムの心臓部
であるＣＰＵ４５へと人力される。ＣＰＵで演算された
信号はＤ／Ａ変換器４６に入り、アクチュエータ２０の
駆動回路４０へと出力され、アクチュエータの電力を供
給する直流電源４１により駆動する。ＣＰＵ４５からは
、前記２系統の入出力信号の他に、システム・オペレー
タに本システムの駆動・制御状態を表示するデイスプレ
ー４７、並びに駆動・制御結果をハードコピー化するた
めのプリンタ４８に接続されている。ＣＰＵにおける信
号処理としては、初期のソフトウェア上で演算処理され
た駆動信号をＤ／Ａ変換器を介し、変位テーブルのアク
チュエータに供給するための指令処理を受は持ち、一方
ではＡ／Ｄ変換器から人力された検出信号を参照するこ
とで、初期の変位テーブル駆動信号が適正なものである
か否かを判断し、その駆動信号にインプロセスで補正・
修正を加えるフィードバック機能をも備えている。尚、
このＣＰＵは、本制御システム単体で、変位テーブルの
制御機能に加え、研削加工機も連動して制御できる適用
性を備えている。

以下に、硬脆材料の炭化ケイ素を用いて放射光ミラー（
凹面鏡）を想定し、径３０ｍｍｘ長さ５１ｍｍのサンプ
ルで加工した実験例を説明する。第１図の研削加工機及
び機器等の仕様を第１表に示す。

表 まず、＃１０　ＱＣ砥石等を用いてＣＩＦＢ−Ｄ砥石の
ツルーイングを行い、また電解ドレッシングにより初期
目立てを行った。電解ドレッシング研削加工は粗仕上、
中仕上、最終仕上の３段階で行うこととし、変位テーブ
ルは最終仕上においてのみ使用した。このときの研削条
件は、砥石周速１２００ｍ／ｍｉｎ　、送り速度１００
　ｍｍ／ｍｉｎ、である・次に、被加工物の炭化ケイ素
を研削加工機にセットした変位テーブル上に接着固定し
、粗粒ＣＩＦＢ−Ｄストレート砥石＃６００により径３
０ｍｍｘ長さ５１ｆｆｌＩ１１の丸棒を角材に加工した
。切り込み量は１５μｍである。続いてあらかじめツル
ーイング及び目立てを行ったＣＩＦＢ−Ｄ砥石＃１２０
０に交換して、粗仕上で被加工物の表面に形成された梨
地面を光沢が得られる程度に中仕上を行った。切り込み
量は１５μｍである。この状態で初期加工平面度０．５
μｍ前後であった。最終仕上は微粒ＣＩＦＢ−Ｄ砥石＃
４０００によるＥｌ　ｉｄ鏡面研削を、切り込み量を２
μｍと１μｍの２段階で行った。このときのＥｌｉｄ条
件は、印加電圧９０ｖ１ピ一ク電流２４Ａ１パルス周波
数ｏｎ１２μｓ、ｏｆｆ３μｓである。凹面ミラーの曲
率はＲ６０ｍである。変位テーブルを１バス当たりの加
工距離５１ｍｍ中において、最大変位６．５μｍの指定
・制御を施した。これは、加工開始点から単調に変位を
増やし被加工物中央部で最大変位とし、再び単調に減少
させるという極めて精密なＲ加工の制御である。その結
果、第４図に示すような、加工面性状も最大変位部で６
．５μｍの凹部が創成された。変位テーブルの仕様を第
２表に、また変位テーブル制御系の仕様を第３表に示す
。

尚、変位テーブルのアクチュエータは、１５０Ｖ印加時
に１６，５μｍの変位が得られる。

表 表 第４図において、加工面粗さを測定した結果、Ｒ，−６
〜８ｎｍ、Ｒ，，，＝４０〜５０Ｂｍが得られ、Ｅｌ　
ｉｄ研削に本質的な微細砥粒先端による塑性流動に近い
面を呈していることがわかった。

本実施例において、通常の加工機に＃４０００ＣＩＦＢ
−Ｄ砥石によるＥｌ　ｉｄ研削を適用し、変位テーブル
に所定の制御を施し、高精度の面性状かつ精密形状の創
成を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の構成を示す概略図であり
、 第２図は、第１図の変位テーブルの構成を示す断面図で
あり、 第３図は、変位テーブルの制御システムのブロック図で
あり、 第４図は、本実施例で研削加工した精密形状加工品の例
を示す図であり、 第５Ａ図及び第５Ｂ図は、変位テーブルの姿勢の遷移過
程を模式的に示す図であり、 第６Ａ図及び第６Ｂ図は、加工状態及び変位テーブルを
位置制御する３本のアクチュエータの配置を示す図であ
り、 第７図は、被加工物の加工形状形態の例を示す図である
。 （符号の説明） ｌ・・・・・・電源、２・・・・・・給電体、３・・・
・・・陰電極、４．４　・・・・・・クーラントノズル
、５・・・・・・砥石、１２・・・・・・研削加工機、
１３・・・・・・変位テーブル、１４・・・・・・駆動
信号供給手段、 １５・・・・・・計測信号供給手段、 １６・・・・・・平行処理制御装置、１７店・・・被加
工物、１８・・・・・・上板、１９・・・・・・ベース
、２１・・・・・・伝達板片、２０．６１，６２．６３
・・・・・・アクチュエータ、２２・・・・・・予圧支
持、２３・・・・・・スプリング、２４．２５・・・・
・・０リング、 ２６．２７．３５・・・・・・ケーシング、２８．３６
・・・・・・薄板、 ２９．３０．３１・・・・・・固定用ボルト、３２・・
・・・・センサ、３３・・・・・・検出棒、３４・・・
・・・固定具、３７・・・・・・試料板、３９・・・・
・・センサ信号、４０・・・・・・駆動回路、４１・・
・・・・直流電源、４２・・・・・・アンプ、４３・・
・・・・シンクロスコープ、 ４４・・・・・・Δ／Ｄ変換器、４５・・・・・・ｃｐ
ｕ。 ４６・・・・・・Ｄ／Ａ変換器、４７・・・・・・デイ
スプレー４８・・・・・・プリンタ。 図面の浄書（内容に変更ない 第４図 ７面の１？・；πｒつ５゛：変４し） 第６Ａ図 図面の浄書（内容に変更なし） 第６Ｂ図 （Ｂ−Ｂ断面） （Ａ−Ａ断面） 第７図 手 続 補 正 書 （方式） １、事件の表示 平成２年特許願第１３０８５／Ｉ号 ２、発明の名称 変位テーブルを用いた電解ドレッシング研削方法及び装
置 ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 名 称 理 化 学 研 究 所 ４゜代 理 人 ５、補正命令の日付 平成２年８月２８日 ６、補正の対象 図 面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性砥石を支持し、該導電性砥石を回転駆動さ
   せるための回転駆動手段と、 上記導電性砥石を陽極側とし、導電性砥石面に接触する
   ように供給される研削液を陰極側として、上記陽極と陰
   極との間に電圧を印加するための給電手段と、 被加工物を保持し、該被加工物を上記回転軸と平行な方
   向に微小変位させ且つ微小角度だけ傾斜させるための変
   位テーブルとを備え、 上記回転駆動手段と被加工物との相対移動に応じて、被
   加工物に所望量の変位及び傾斜を正確に付与しながら、
   鏡面性状を有する所望の曲面形状に被加工物を電解ドレ
   ッシング研削加工する、 ことを特徴とする、変位テーブルを用いた電解ドレッシ
   ング研削装置。
2. （２）上記変位テーブルは、被加工物を固定的に保持す
   るための上板と、該上板とほぼ平行になったベースと、
   下端が上記ベースに固定され且つ上端が上板を支持する
   ようになった少なくとも３つのアクチュエータと、該ア
   クチュエータの各々に変位駆動信号を供給する駆動信号
   供給手段と、上記上板と各アクチュエータとが離間する
   ことのないように上板をベースに向かって付勢する与圧
   手段とを備え、 上記変位駆動信号を介して各アクチュエータの変位を制
   御することによって、被加工物に所望量の変位及び傾斜
   を正確に付与する、 ことを特徴とする請求項（１）に記載の装置。
3. （３）上記アクチュエータは積層形の圧電素子である、
   ことを特徴とする請求項（２）に記載の装置。
4. （４）上記アクチュエータの各々の変位及び加工負荷を
   検知するためのセンサと、上記駆動信号供給手段が出力
   する変位駆動信号を上記センサが出力する検出信号に応
   じて制御して変位テーブルの変位量及び傾斜量を適宜補
   正するための平行処理制御装置とを備えている、 ことを特徴とする請求項（２）又は（３）に記載の装置
   。
5. （５）導電性を有する砥石と被加工物との間に弱導電性
   の研削液を介在させ、上記導電性砥石と研削液との間に
   電圧を印加し、電解効果により上記導電性砥石面を電解
   ドレッシングしながら、上記導電性砥石を回転駆動させ
   て被加工物を所望の曲面形状に研削加工する方法におい
   て、上記被加工物をテーブル上に固定保持し、 上記導電性砥石を回転駆動させ且つ導電性砥石を被加工
   物に対して相対移動させ、上記導電性砥石の移動に応じ
   て上記テーブル上の被加工物に所望量の変位及び傾斜を
   正確に付与しながら、鏡面性状を有する所望の曲面形状
   に被加工物を電解ドレッシング研削加工する、 ことを特徴とする、変位テーブルを用いた電解ドレッシ
   ング研削方法。