JPH05329777A - 電着砥石の製造装置および電着砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一な粒径の砥粒を一層で、しかも砥粒位置
を制御可能とする。 【構成】 電解槽６ａ中に支持された台金１の上方に
は、内径が各粒径の平均粒径より大きな粒径が通過不可
能な吐出ノズル８ａが下部に一体的設けられた砥粒溜８
が設けられる。砥粒溜８と台金１との間には、吐出ノズ
ル８ａ挿入可能な孔２０ａが形成された遮蔽板２０が配
置され、遮蔽板２０は、砥粒溜８を下部に下降させるこ
とにより台金１に密着させる。砥粒溜８にはピエゾ素子
９が設けられ、ピエゾ素子９により砥粒溜８を超音波振
動させて一個の砥粒を吐出ノズル８ａを介して台金上に
載置する。砥粒が載置された部位には電着法により砥粒
が固着される。台金１は、Ｌ型アーム４の揺動および回
転支持体２に内臓されたサーボモーターにより任意のピ
ッチで移動され、台金１の上面には任意の密度で砥粒が
固着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、研削加工に使用する電
着砥石の製造装置および電着砥石に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、研削加工に使用される砥石として
は、電着法により砥石を固着した電着砥石が知られてい
る。以下に、電着砥石の製造方法について説明する。

【０００３】従来の電着砥石は、ボンド材となる金属塩
を溶解した電解液中に砥粒を重力を利用して沈降させて
混入し、その混入電解液を攪拌器により攪拌しながら電
着を行うことにより電極の一方にボンド材を析出させ、
この析出ボンド層内のその厚み方向に砥粒をランダムに
含有させるととも、陰極の台金を陰極の回転対称軸で連
続的又は断続的に回転させることで砥粒を台金上に分散
保持させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、電着法により析出ボンド層内のその厚
み方向に砥粒をランダムに含有させるため、砥粒が多層
に電着されたり、台金面での砥粒密度分布のばらつきが
生じたりする。すなわち研削する砥粒の先端の高さや砥
粒位置がばらついていた。このため、研削加工する際に
製品にキズ，カケ等を生じさせ、加工品質・加工安定性
上不安定となる問題点があった。

【０００５】また、砥石の研削面が球面の場合には、加
工液の潤滑の差および加工圧と回転速度の関係から、回
転中心部の砥粒は摩耗が多く、回転軸から離れた周辺部
の砥粒は摩耗が少ないというような、回転軸から半径方
向で砥粒の摩耗量に差が生じて砥石形状が変化し、結果
的にレンズ形状の変化が起きるという問題点もあった 本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みてなされ
たものであり、均一な粒径の砥粒を一層で、しかも砥粒
位置を制御可能とする電着砥石の製造装置および電着砥
石を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の電着砥石の製造装置は、電解液が収容される
とともに、前記電解液中に、一面を上方に向けた台金が
着脱自在に支持される電解槽を有し、前記台金の一面に
複数個の砥粒を分散配置させ、前記台金に分散配置され
た各砥粒を電着法により前記台金に固着させることで、
前記台金の一面を研削面とする電着砥石を製造する電着
砥石の製造装置において、前記台金の上方に鉛直方向に
移動可能に設けられ、鉛直方向に延びて前記各砥粒の平
均粒径より大きな粒径を通過不可能とする内径の砥粒吐
出ノズルが下部に一体的に設けられた砥粒タンクと、前
記砥粒タンクを超音波振動させる超音波振動発生手段
と、前記砥粒タンク内に前記電解槽中の電解液を供給し
たり、前記砥粒タンク内の電解液と砥粒を排除するため
の、目が前記各砥粒の粒径よりも小さいフィルタが内臓
されたポンプと、前記台金と前記砥粒タンクとの間に配
置されて前記砥粒タンクの移動に応じて前記台金の一面
に押圧される、前記台金の一面と合致する形状に形成さ
れた弾性材からなり、且つ、前記砥粒吐出ノズルが挿入
可能な孔が形成された遮蔽板と、前記台金と前記砥粒タ
ンクとを、前記台金の一面に沿って任意のピッチで相対
的に移動させるための駆動手段とを有することを特徴と
する。

【０００７】また、砥粒タンクは、前記電解槽の電解液
面に対して垂直方向にミクロン単位の高精度で移動され
ることを特徴とする。

【０００８】そして、台金の一面を球面とし、駆動手段
は、前記台金を前期台金の軸線回りに回転させるととも
に前記台金の曲率中心を中心として揺動運動させるもの
であることを特徴とする。

【０００９】さらに、本発明の電着砥石は、上述の電着
砥石の製造装置により製造される電着砥石である。

【００１０】

【作用】上記のとおり構成された本発明では、台金上方
に鉛直方向に移動可能に設けられ、鉛直方向に延びて各
砥粒の平均粒径より大きな粒径を通過不可能とする内径
の砥粒吐出ノズルが下部に設けられた砥粒タンクを鉛直
下向きに下降させる。その際、台金と前記砥粒タンクと
の間に配置された遮蔽板が前記砥粒タンクの移動に応じ
て前記台金の一面を押圧し、前記遮蔽板に形成された孔
の中に砥粒吐出ノズル先端を位置させる。この時、前記
砥粒タンクに超音波振動発生手段により超音波振動を与
えることで、通過不可能な粒径の砥粒をずらして砥粒吐
出ノズルに均一な粒径の砥粒のみを一個ずつ通過させ、
台金面に砥粒が載置される。そして、目が各砥粒の粒径
よりも小さいフィルタが内臓されたポンプを作動させる
ことで、遮蔽板の孔内に電解液を砥粒吐出ノズルの先端
から供給させる。また、台金面は前記遮蔽板で孔の部分
を除いて密着被覆されているので、前記電解液はその孔
の部分のみに供給されて、電着により砥粒吐出ノズル先
端の砥粒が台金に固着される。そして、再びポンプを作
動させて砥粒タンク内に電解液と砥粒を引き込み、前記
砥粒タンクを上昇させる。上昇する際、台金から遮蔽板
が離れる。

【００１１】さらに、台金と砥粒タンクを台金の一面に
沿って任意のピッチで相対的に移動させ、同様にして別
の砥粒を台金に固着させる。

【００１２】これらを繰り返すことで台金全面に砥粒の
密度を任意に制御して砥粒を固着させる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照に
して説明する。

【００１４】図１および図２において、電着砥石製造装
置は、本体ベース６は電解漕６ａを有し、該本体ベース
６の電解漕６ａの側壁の外側部には、ロータリーエンコ
ーダー内臓の揺動用サーボモーター７が取り付けられて
いる。揺動用サーボモーター７の回転軸には、前記電解
漕６ａの側壁に回転自在に軸支された揺動軸５がカップ
リング等を介して接続され、揺動軸５の軸端には、不図
示のねじで固定されたＬ型アーム４が、矢印Ａ方向に旋
回するように設けられている。また、該本体ベースの電
解漕６ａ内にはスルファミン酸ニッケル・塩化ニッケル
等を含有した電解液２９が収容されている。そして、前
記Ｌ型アーム４の一平端面上には、矢印Ｂ方向に回転駆
動するロータリーエンコーダー内蔵のサーボモーター３
を内部に設けた回転支持体２が、その回転軸を前記揺動
軸５と直交して設けられている。さらに、前記回転支持
体２の上部には台金１が脱着自在に設けられており、台
金１の上方に向けられた一面は、予め砥粒径の厚み分を
考慮した形状にカーブジェネレーターにより球面に創成
されている。該台金１の材質は導電性のステンレス鋼や
炭素鋼材等で構成されている。また、本体ベース６の一
上面には、ノズル支持部材６ｂが設けられ、該ノズル支
持部材６ｂには、鉛直方向に延びるガイド溝が形成され
たＬＭガイド１１および出力軸に、ガイド溝に沿って延
びるボールねじ軸１２が結合された上下移動用モーター
１３が支持される。ＬＭガイド１１のガイド溝には、砥
粒タンクとしての砥粒溜８が固定されたスライダ１０が
滑動自在に設けられ、上下移動用モーター１３の駆動に
よりボールねじ軸１２を回転させることで、砥粒溜８が
鉛直方向（矢印Ｃ方向）に移動させる。前記砥粒溜８に
は、ダイヤモンド砥粒２１が収納されており、その下部
にはダイヤモンド砥粒２１を吐出する吐出ノズル８ａが
設けられてある。前記吐出ノズル８ａの向き（吐出方
向）は、サーボモーター３の回転軸と揺動用モーター７
の回転軸との交点を通り重力と同方向（矢印Ｃ方向）で
ある。そして、前記吐出ノズル８ａの吐出口の内径は電
着するダイヤモンド砥粒２１の粒径よりも２〜５μｍ大
きく、平均粒径より大きい粒径のダイヤモンドは通過不
可能となっている。前述の砥粒溜８には、超音波振動発
生手段としてのピエゾ素子９が設けられ、該ピエゾ素子
９を超音波振動発生電源３０により駆動することによっ
て砥粒溜８が超音波振動される。この超音波振動の方向
は、前記ピエゾ素子９を選択することで矢印Ｃと同方向
もしくは矢印Ｃまわりの回転方向とする。さらに、前記
砥粒溜８の上部には、砥粒溜８の内部にある電解液２９
ａを吸入・排出する管１４が接続されており、該管１４
から本体ベースの電解漕６ａ内に至り、電着するダイヤ
モンド砥粒径２１よりも小さなフィルターを内臓したポ
ンプ１５および該ポンプ１５に接続された管１６を介し
て接続されている。

【００１５】そして、電解漕６ａ内の内側壁上方には、
不導性の塩化ビニル製の支持部材を介してニッケル製鋼
の陽極板１７が水平に取り付けられ、電解作用をなす為
に前記陽極板１７および前述した回転支持体２は、それ
ぞれ導線により直流電源１８に電気的に接続されてい
る。

【００１６】一方、前述した台金１上方において、該台
金１にダイヤモンド砥粒２１を電着する時にダイヤモン
ド砥粒２１の電着部以外にニッケルを析出させないよう
に、電解液から遮蔽するための遮蔽板２０が設けてあ
る。前記遮蔽板２０の台金１と接する部分は台金１の電
着面に類似の曲率形状を有し、前記遮蔽板２０の曲率中
心部分は吐出ノズル８ａが納まる孔２０ａが穿設されて
いる。遮蔽板２０の材料としては弾性のあるゴム等を用
いる。そして、遮蔽板２０は、本体ベース６の側壁上面
部より上下移動可能に接続されたプレート２２を介して
本体ベース６に接続されている。前記プレート２２は、
遮蔽板２０が矢印Ｃ方向と同方向に移動可能なように本
体ベース６に軸２３，ボールベアリング２４，スプリン
グ２５および遮蔽板２０の上位置（ある砥粒の電着が完
了した後、台金１を回転または揺動させる為に、砥粒溜
８を上昇させて台金１と遮蔽板２０を離す、その位置）
を設定する為のねじ２６を介して成る。また、プレート
２２には遮蔽板２０の下位置を設定する為の雄ねじ２７
がナット２８で固定されており、砥粒溜８が電着する為
に下降した時点で前述のスライダ１０が雄ねじ２７を押
し、台金１と遮蔽板２０が接するような位置にナット２
８を固定する。

【００１７】次に、本実施例の電着砥石の製造装置の動
作について説明する。初めに、台金１をその曲率中心が
サーボモーター３の回転軸と同軸になるように、また曲
率中心が揺動用サーボモーター７の揺動軸上に合致する
ようにセットし、さらにサーボモーター３の回転軸がス
ライダ１０の移動方向（矢印Ｃ方向）と同方向になるよ
うに待機する。

【００１８】次に、操作パネル不図示の台金曲率・台金
半開角のデジタルスイッチを所定の値にセットする。ま
た、台金１にダイヤモンド砥粒２１を電着する為、旋回
（矢印Ａ）方向の角度ピッチと円周（矢印Ｂ）方向の距
離ピッチを入力する。次にポンプ１５に内臓されている
フィルターの吸入・排出官１４側へ使用する平均粒径が
１０〜２０μｍのダイヤモンド砥粒２１を供給する。そ
して、上下移動用モーター１３を作動させて吐出ノズル
８ａが台金１に接するまで下降させ、更に上下移動用モ
ーター１３を作動させて上方向（台金から離れる側）へ
砥粒径の１／２〜２／３分だけ上昇させる。この位置を
ノズル位置下の位置としてデジタルスイッチに入力す
る。そして更に吐出ノズル８ａの位置を上側に砥粒径と
同量分以上上げ、この位置をノズル位置上としてデジタ
ルスイッチに入力する。以上にて初設定を終えて、続い
て自動作動について説明する。

【００１９】まず、台金１の回転軸の中心にダイヤモン
ド砥粒２１を電着する為、吐出ノズル８ａが予め入力さ
れたノズル位置下まで下降する。ここでポンプ１５を作
動し砥粒溜８内にダイヤモンド砥粒２１と電解液２９ａ
とを供給する。ここでピエゾ素子９の超音波振動を間欠
的に与える。こうすることで砥粒溜８内の下部でひっか
かった粒径の大きなダイヤモンド砥粒２１がずれて、変
わってノズル内径よりも小さな所定の砥粒がノズル内径
内に納まる。この状態で、ある設定時間電解を作用させ
る。このとき、台金１には遮蔽板２０が密着しているの
で、ニッケルは遮蔽板の孔２０ａの部位にのみに析出
し、このニッケルによりダイヤモンド砥粒２１が固着さ
れる。一個のダイヤモンド砥粒径２１が固着されたら、
次のダイヤモンド砥粒２１を台金１の同心円上に回転軸
回りに電着する為、ポンプ１５を作動させて砥粒溜８内
からポンプ１５内にダイヤモンド砥粒２１・電解液２９
ａが吸入される。そして上下移動用モーター１３を作動
させて吐出ノズル８ａをノズル位置上まで上昇させる。
次に揺動用モーター１３を作動させて入力された旋回角
度ピッチ分台金１を旋回させる。以後は１個目の電着と
同様の操作で電着を行い２個目が終了したならば、吐出
ノズル８ａのノズル位置上の状態でサーボモーター３を
作動させて台金１を入力された円周ピッチ分回転させ、
そして２個目と同様の操作で以後電着を行い１円周分が
終了したならば、また台金１を所定の旋回角度ピッチ分
旋回させ、第２円周分も第１円周分と同様に電着する。
これらの動作を連続に行い、入力された台金半開角分の
値まで行う。尚、各旋回角度での電着される砥粒の円周
ピッチは同量（一定距離）になるように、台金曲率と各
旋回角度から自動的にサーボモーター３にて旋回回転角
度制御をする。

【００２０】このことにより台金１に固着されるダイヤ
モンド砥粒の密度は任意に制御でき、研削により砥石の
摩耗量に差が発生する場合には、その差に応じて摩耗量
が一定になるようにダイヤモンド砥粒の密度を変化させ
ることもできる。

【００２１】本実施例では、吐出ノズル８ａの砥粒出口
が一つのものについて説明したが、それに限らず高速に
電着させたりする為にノズルの砥粒出口を多数設けても
良いし、その外形について丸形，三角形，四角形，曲面
等種々の形状とすることができる。また、砥粒は、ダイ
ヤモンド砥粒に限らず立方晶窒化ボロン，アルミナ等を
用いても良い。さらに、台金１の形状は凸球面について
説明したが、それに限らず平面や凹球面等、製造すべき
砥石の形状に合わせて種々の形とすることができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は上記のとおり構成されているの
で、以下に記載する効果を奏する。

【００２３】電着する粒径の平均粒径より大きな粒径が
通過不可能な内径の砥粒吐出ノズルが一体的に設けられ
た砥粒タンクに超音波振動を与えることで、台金に均一
な粒径の砥粒のみを供給できる。そして、台金の上方に
上下方向に前記砥粒タンクが移動自在に設けられてお
り、前記台金と前記砥粒タンクとの間に前記砥粒吐出ノ
ズルを挿入可能な孔が形成された遮蔽板を設け、目が各
砥粒の粒径よりも小さいフィルターが内臓されたポンプ
を有することで前記台金に砥粒を一個ずつ電着すること
が可能になった。また、前記台金と前記砥粒タンクと
を、前記台金の一面に沿って任意のピッチで相対的に移
動させるための駆動手段とを有すること電着砥石に含有
される砥石の位置を機械的に制御できる。 そのため、
砥粒の電着位置をＮＣ制御できる為、台金面でのダイヤ
モンド砥粒が自在に設定可能になり、砥粒の摩耗の多い
砥石中心部は摩耗しにくくなるように砥粒密度を多く
し、逆に砥粒の摩耗の少ない砥石外周部は摩耗しやすい
ように砥粒密度を少なくするといった操作が可能になる
ので、砥石の形状精度が安定する。結果的には被加工物
の形状精度の変化抑制、安定化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電着装置の一実施例を示す斜視図であ
り、内部構成を表すために一部切り欠いたものである。

【図２】本発明の電着装置の一実施例を示した装置正面
断面の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 台金 ２ 回転支持体 ３ サーボモーター ４ Ｌ型アーム ５ 揺動軸 ６ ベース本体 ６ａ 電解漕 ６ｂ ノズル支持部材 ７ 揺動用サーボモーター ８ 砥粒溜 ８ａ 吐出ノズル ９ ピエゾ素子 １１ ＬＭガイド １２ ボールねじ軸 １３ 上下移動用モーター １４，１６ 管 １５ ポンプ １７ 陽極板 １８ 導線 １９ 直流電源 ２０ 遮蔽板 ２０ａ 孔 ２１ ダイヤモンド砥粒 ２２ プレート ２３ 軸 ２４ ボールベアリング ２５ スプリング ２６ ねじ ２７ 雄ねじ ２８ ナット ２９，２９ａ 電解液

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解液が収容されるとともに、前記電解
   液中に、一面を上方に向けた台金が着脱自在に支持され
   る電解槽を有し、前記台金の一面に複数個の砥粒を分散
   配置させ、前記台金に分散配置された各砥粒を電着法に
   より前記台金に固着させることで、前記台金の一面を研
   削面とする電着砥石を製造する電着砥石の製造装置にお
   いて、 前記台金の上方に鉛直方向に移動可能に設けられ、鉛直
   方向に延びて前記各砥粒の平均粒径より大きな粒径を通
   過不可能とする内径の砥粒吐出ノズルが下部に一体的に
   設けられた砥粒タンクと、 前記砥粒タンクを超音波振動させる超音波振動発生手段
   と、 前記砥粒タンク内に前記電解槽中の電解液を供給した
   り、前記砥粒タンク内の電解液と砥粒を排除するため
   の、目が前記各砥粒の粒径よりも小さいフィルタが内臓
   されたポンプと、 前記台金と前記砥粒タンクとの間に配置されて前記砥粒
   タンクの移動に応じて前記台金の一面に押圧される、前
   記台金の一面と合致する形状に形成された弾性材からな
   り、且つ、前記砥粒吐出ノズルが挿入可能な孔が形成さ
   れた遮蔽板と、 前記台金と前記砥粒タンクとを、前記台金の一面に沿っ
   て任意のピッチで相対的に移動させるための駆動手段と
   を有することを特徴とする、電解砥石の製造装置。
2. 【請求項２】 砥粒タンクは、前記電解槽の電解液面に
   対して垂直方向にミクロン単位の高精度で移動される請
   求項１に記載の、電着砥石の製造装置。
3. 【請求項３】 台金の一面を球面とし、駆動手段は、前
   記台金を前期台金の軸線回りに回転させるとともに前記
   台金の曲率中心を中心として揺動運動させるものである
   請求項１または２に記載の電着砥石の製造装置。
4. 【請求項４】 特許請求１，２，または３項のいずれか
   １項に記載の電着砥石の製造装置により製造される電着
   砥石。