JPH07285071A

JPH07285071A - 電解ドレッシング研削方法及び装置

Info

Publication number: JPH07285071A
Application number: JP7827194A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Omori; 整大森
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1994-04-18
Publication date: 1995-10-31
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JP3320194B2

Abstract

(57)【要約】【目的】チッピングやスクラッチが生じにくく高品質
の鏡面を得ることができる電解ドレッシング研削方法及
び装置を提供する。【構成】導電性砥石２と電極３との間に導電性液を流
しながら、砥石と電極との間に電圧を印加し、砥石を電
解によりドレッシングしながらワーク１を研削する。ま
た、金属粉とレジンからなるボンド材と砥粒とを混合
し、加熱溶融させて導電性砥石を形成し、砥石をワーク
に一定の圧力で押付けながらワークを研削する。更に、
金属粉に導電性被膜を形成しにくい材料を使用し、ドレ
ッシングにより砥石表面の金属粉を脱落させて砥石表面
に凹孔（ポケット）を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電解ドレッシング研削
方法及び装置に係わり、更に詳しくは導電性レジンボン
ド砥石による ELID 研削方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルボンド砥石、例えば鋳鉄ファイバ
ボンドダイヤモンド砥石等の導電性砥石を用い、この砥
石に電圧を印加し、砥石を電解によりドレッシングする
導電性砥石の電解ドレッシング方法及び装置が、本願と
同一の出願人による特開平1-188266号( 特願昭63-12305
号) に開示され、電子材料であるシリコン等の半導体材
料を鏡面研削することに成功している。更に、この方法
及び装置を発展させた電解インプロセスドレッシング研
削法(Electrolytic Inprocess Dressing: 以下 ELID 研
削法という) と呼ばれる方法及び装置が本願出願人によ
り開発され、発表されている( 理研シンボジウム「鏡面
研削の最新技術動向」、平成３年３月５日開催）。

【０００３】この ELID 研削法は、ワークとの接触面を
有する砥石と、砥石と間隔を隔てて対向する電極と、砥
石と電極との間に導電性液を流すノズルと、砥石と電極
との間に電圧を印加する印加装置（電源及び給電体）と
からなる装置を用い、砥石と電極との間に導電性液を流
しながら、砥石と電極との間に電圧を印加し、砥石を電
解によりドレッシングするものである。

【０００４】この ELID 研削法によるドレッシングの機
構を図１１に示す。砥石の目立て開始時（Ａ）には、砥
石と電極との間の電気抵抗が少なく比較的大きい電流
（５〜１０Ａ）が流れる。これにより、電解効果により
砥石表面の金属部（ボンド）が溶解し、非導電性のダイ
ヤモンド砥粒が突出する。更に、通電を続けると、酸化
鉄(Fe₂O₃）を主とした絶縁被膜（不導体被膜）が砥石表
面に形成され、砥石の電気抵抗が大きくなる。これによ
り、電流が低下し、ボンドの溶解が減り、砥粒の突出
（砥石の目立て）が実質的に終了する（Ｂ）。この状態
で研削を開始する（Ｃ）と、被膜が研削屑を遊離しつ
つ、ワークの研削につれてダイヤモンド砥粒が摩耗して
いく。更に研削を続けると（Ｄ）、砥石表面の不導体被
膜が摩耗により除去され、砥石の電気抵抗が低下し、砥
石と電極間の電流が増大し、ボンドの溶解が増し、砥粒
の突出（砥石の目立て）が再開される。従って、 ELID
研削法による研削中には、（Ｂ）〜（Ｄ）のように被膜
の形成・除去によりボンドの過溶出が抑えられ、砥粒の
突出（砥石の目立て）が自動的に調整される。（Ｂ）〜
（Ｄ）に示したサイクルを以下 ELID サイクルと呼ぶ。

【０００５】上述した ELID 研削法では砥粒を細かくし
ても ELID サイクルによる砥石の目立てにより砥石に目
詰まりが生じないので、砥粒を細かくすれば鏡面のよう
な極めて優れた加工面を研削加工により得ることができ
る。従って、 ELID 研削法は、高能率研削から鏡面研削
に至るまで砥石の切れ味を維持でき、種々の研削加工へ
の適用が期待されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した ELI
D 研削法では、砥石のボンドが弾性のない硬い金属であ
るため、研削時にワークのエッジが欠ける「チッピン
グ」や、欠けたチップによりワークに傷がつく「スクラ
ッチ」等が生じやすい問題点があった。また、このた
め、上述した ELID 研削では、得られる鏡面がＲmax １
８〜２０ｎｍ程度以下であり、それ以上高品質の鏡面を
得ることができない問題点があった。

【０００７】そのため、従来はこれ以上高品質の鏡面を
得るために、ポリッシング等の別の手段を併用する必要
があり、 ELID 研削による高能率研削が相殺されてしま
い、全体の加工時間がかかりすぎる問題点があった。

【０００８】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、チ
ッピングやスクラッチが生じにくく高品質の鏡面を得る
ことができる電解ドレッシング研削方法及び装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、導電性
砥石と電極との間に導電性液を流しながら、砥石と電極
との間に電圧を印加し、砥石を電解によりドレッシング
しながらワークを研削する電解ドレッシング研削方法に
おいて、金属粉とレジンからなるボンド材と砥粒とを混
合し、加熱溶融させて導電性砥石を形成し、砥石をワー
クに一定の圧力で押付けながらワークを研削する、こと
を特徴とする電解ドレッシング研削方法が提供される。
本発明の好ましい実施例によれば、前記金属粉に導電性
被膜を形成しにくい材料を使用し、ドレッシングにより
砥石表面の金属粉を脱落させて砥石表面に凹孔を形成す
る。

【００１０】また、本発明によれば、ワークとの接触面
を有する導電性砥石と、該砥石と間隔を隔てて対向する
電極と、砥石と電極との間に導電性液を流すノズルと、
砥石と電極との間に電圧を印加する印加装置とからな
り、砥石を電解によりドレッシングしながらワークを研
削する電解ドレッシング研削装置において、導電性砥石
は、砥粒とこれを固定するボンド材とからなり、ボンド
材は金属粉とレジンからなる、ことを特徴とする電解ド
レッシング研削装置が提供される。本発明の好ましい実
施例によれば、前記ボンド材は５割以上の金属粉を含む
ことが好ましい。

【００１１】

【作用】上述したように従来の ELID 研削では、導電性
を得るためメタルボンド砥石（例えば鋳鉄ファイバボン
ドダイヤモンド砥石）を砥石として使用していた。しか
し、メタルボンド砥石は、鋳鉄等の金属粉末（ボンド
材）と砥粒を焼結して形成したものであり、ボンド材が
金属であり硬く剛性が高いため、「チッピング」や、
「スクラッチ」が避けられないものと一般に考えられて
いた。

【００１２】しかし、本願発明者は、ボンド材を金属粉
とレジンから構成し、従来の焼結ではなく加熱溶融によ
り、金属粉を互いにブリッジ状に連結させて導電性を保
持し、かつレジンにより弾性を得ることができることを
実験により確認した。本発明はかかる新規の目的と新規
の知見に基づくものである。すなわち、上述した本発明
の方法及び装置によれば、金属粉とレジンからなるボン
ド材と砥粒とを混合し加熱溶融させることにより、導電
性砥石を形成することができ、この砥石を用いて ELID
研削を行うことができる。また、ボンド材がレジンを含
んでいるので、この砥石をワークに一定の圧力で押付け
ながらワークを研削することにより、レジンの衝撃吸収
性や弾性により、チッピングやスクラッチを低減し、加
工面（研削面）の品質を高めることができる。特に、金
属粉に導電性被膜を形成しにくい材料を使用し、ドレッ
シングにより砥石表面の金属粉を脱落させて砥石表面に
凹孔を形成することにより、この凹孔（ポケット）がチ
ップポケットとして作用し、スクラッチを更に減少させ
ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は、本発明による電解ドレッシング
研削装置の全体構成図である。図１（Ａ）において、電
解ドレッシング装置は、ワーク１との接触面を有する導
電性砥石２（工具）と、砥石２と間隔を隔てて対向する
電極３と、砥石２と電極３との間に導電性液を流すノズ
ル４と、砥石２と電極３との間に電圧を印加する印加装
置５とからなり、砥石２と電極３との間に導電性液を流
しながら、砥石２と電極３との間に電圧を印加し、砥石
２を電解によりドレッシングしながらワーク１を研削す
るようになっている。印加装置５は、電源５ａと給電体
５ｂとからなる。また、図１（Ｂ）に示すように、給電
体５ｂは、砥石２の下面又は側面に接触し、砥石２を介
して砥石２と電極３間に電圧を印加するようになってい
る。かかる構成は従来の ELID 研削装置と同様である。

【００１４】本発明における導電性砥石２は、砥粒とこ
れを固定するボンド材とからなり、ボンド材は金属粉と
レジンからなる。砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥
粒又はＣｅＯ₂（酸化セリウム）、ＳｉＯ₂（シリカ）
の砥粒であるのがよい。また、ボンド材は５割以上の金
属粉を含み、更に好ましくは約７割の金属粉を含んでい
る。金属粉は、導電性被膜を形成しにくい材料が好まし
く、例えば銅、真鍮、或いはその他の銅合金が好まし
い。しかし、本発明はこれに限定されず、金属粉として
鋳鉄、鉄系金属、コバルト、ニッケル、及びこれらの合
金を用いてもよい。また、レジンは、分子量不確定の固
体有機物質、すなわち天然樹脂又は合成樹脂であり、熱
硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂がよく、特にフェノール系
樹脂レジンが好ましい。かかる構成により、金属粉を互
いにブリッジ状に連結させて導電性を保持し、かつレジ
ンにより弾性を得ることができる。

【００１５】また、本発明の方法によれば、金属粉とレ
ジンからなるボンド材と砥粒とを混合し、加熱溶融させ
て導電性砥石２を形成し、この砥石２をワーク１に一定
の圧力で押付けながらワーク１を研削する。すなわち、
金属粉とレジンからなるボンド材と砥粒とを混合し加熱
溶融させることにより、導電性砥石を形成することがで
き、この砥石を用いて ELID 研削を行うことができる。
また、ボンド材がレジンを含んでいるので、この砥石２
をワーク１に一定の圧力で押付けながらワークを研削す
ることにより、レジンの衝撃吸収性や弾性により、チッ
ピングやスクラッチを低減し、加工面（研削面）の品質
を高めることができる。更に、前記金属粉に導電性被膜
を形成しにくい材料を使用し、ドレッシングにより砥石
表面の金属粉を脱落させて砥石表面に凹孔を形成するこ
とが好ましい。これにより、この凹孔（ポケット）がチ
ップポケットとして作用し、スクラッチを更に減少させ
ることができる。

【００１６】実施例１図２及び表１に示す図１と同様の ELID 研削装置を使用
し、表２に示す砥石を用いて ELID 研削を実施した。表
２における導電性レジンボンド砥石は、銅及びレジンを
ボンド材の主成分とし、本発明の方法により製造した。
なおこのボンド材は、金属粉（銅）を５割以上含んでい
る。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】図３〜図６は、実施例１の実験結果であ
り、図３は電解ドレッシングの挙動、図４は不導体被膜
厚の相違、図５は研削抵抗の相違、図６は研削面粗さの
相違を示している。図３において、メタルボンド砥石Ａ
1,Ａ2 では、比較的穏やかに電流が低下するのに対し
て、導電性レジンボンド砥石Ｂ1,Ｂ2 では急激な電流低
下の後、かなり低い電流値で安定する。またこの図か
ら、本発明による導電性砥石（導電性レジンボンド砥
石）によっても、 ELID 研削が可能であることがわか
る。

【００２０】また図４から、導電性レジンボンド砥石で
は、メタルボンド砥石（複合メタルボンド）に較べ被膜
厚が薄いことがわかる。更に、砥石表面の観察から、導
電性レジンボンド砥石では、表面の金属分が溶出した
後、その部分に凹孔（ポケット）が形成されていること
がわかった。図５において、メタルボンド砥石Ａに較
べ、導電性レジンボンド砥石Ｂによる研削動力の方が高
いが、いずれの砥石でも目づまり等が生じることなく安
定してELID 研削を行うことができた。

【００２１】また、図６から、導電性レジンボンド砥石
Ｂでは、仕上げ面粗さがメタルボンド砥石の約３倍程度
良好であり、＃１２００の砥粒でも０．１μｍＲmax 程
度の高品質の鏡面を得ることができることが確認され
た。

【００２２】実施例２図１及び表３に示す ELID 研削装置を使用し、表４に示
す砥石を用いて ELID研削を実施した。表４における導
電性レジンボンド砥石は、銅及びレジンをボンド材の主
成分とし、本発明の方法により製造した。導電性レジン
ボンド砥石は、銅３、レジン７の比率、導電性レジン
ボンド砥石及びは銅７、レジン３の比率である。ま
た、砥粒には導電性レジンボンド砥石では＃１００
００のＣｅＯ₂（酸化セリウム）、導電性レジンボンド
砥石では＃１２０００のＳＤ（人造ダイヤモンド）を
用いた。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】図７〜図１０は、実施例２の実験結果であ
り、図７は電解ドレッシングの挙動、図８は酸化セリウ
ム砥石による鏡面研削効果、図９はダイヤモンド砥石に
よる鏡面研削効果、図１０は導電性レジンボンド砥石の
表面状態を示している。図７において、金属含有量が多
い導電性レジンボンド砥石では、電解電流が穏やかに
低下し、レジン含有量が多い砥石では急激な電流低下
の後、かなり低い電流値で安定した。また、いずれの導
電性レジンボンド砥石〜でも、安定した ELID 研削
が可能であった。

【００２６】＃４０００鋳鉄ファイバボンドダイヤモン
ド砥石による前加工面を、導電性レジンボンド砥石を
用いてシリコンの ELID 研削を行った。この結果、図８
（Ａ）に示すように、前加工面粗さ１２ｎｍＲａ、１０
０ｎｍＲmax 前後が、３ｎｍＲａ、１９ｎｍＲmax 前後
まで向上した。同様に、導電性レジンボンド砥石を用
いて ELID 研削を行ったところ、図８（Ｂ）に示すよう
に、４ｎｍＲａ、２５ｎｍＲmax 前後までしか加工面粗
さが向上しなかった。従って、図８の結果から、ボンド
材は５割以上の金属粉を含むのがよく、更に、約７割の
金属粉を含むのが更に好ましいことがわかった。

【００２７】次に、導電性レジンボンド砥石により、
＃４０００によるシリコンの加工面を ELID 研削し、図
９Ａに示すように、２ｎｍＲａ、１５ｎｍＲmax の良好
な鏡面を得た。また、同様に導電性レジンボンド砥石
により超硬合金を ELID 研削し、図９Ｂに示すように、
２ｎｍＲａ、１３ｎｍＲmax 前後の良好な鏡面を得た。
これにより、導電性レジンボンド砥石の砥粒は、＃１０
０００以上のＣｅＯ₂、或いは＃１２０００以上のＳＤ
が好ましいことがわかった。また、砥石の表面を観察し
た結果、導電性レジンボンド砥石の表面に、図１０に模
式的に示す凹孔（ポケット）が形成されており、このポ
ケットがチップポケットとして作用していると想定する
ことができる。

【００２８】なお、上述した実施例１、２と相違し、 E
LID 研削でない場合には、上述の導電性レジンボンド砥
石〜を用いても目詰まりが生じやすく、効率的な研
削がほとんどできず、かつ鏡面は得られなかった。

【００２９】上述したように、本発明は、ボンド材を金
属粉とレジンから構成し、従来の焼結ではなく加熱溶融
により、金属粉を互いにブリッジ状に連結させて導電性
を保持し、かつレジンにより弾性を得ることができるこ
とを実験により確認した新規の目的と新規の知見に基づ
くものである。すなわち、上述した本発明の方法及び装
置によれば、金属粉とレジンからなるボンド材と砥粒と
を混合し加熱溶融させることにより、導電性砥石を形成
することができ、この砥石を用いて ELID 研削を行うこ
とができる。また、ボンド材がレジンを含んでいるの
で、この砥石をワークに一定の圧力で押付けながらワー
クを研削することにより、レジンの衝撃吸収性や弾性に
より、チッピングやスクラッチを低減し、加工面（研削
面）の品質を高めることができる。特に、金属粉に導電
性被膜を形成しにくい材料を使用し、ドレッシングによ
り砥石表面の金属粉を脱落させて砥石表面に凹孔を形成
することにより、この凹孔（ポケット）がチップポケッ
トとして作用し、スクラッチを更に減少させることがで
きる。

【００３０】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】上述したように本発明の電解ドレッシン
グ研削方法及び装置は、チッピングやスクラッチが生じ
にくく高品質の鏡面を得ることができる、優れた効果を
有する。

【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装置の全体
構成図である。

【図２】図１と同様の ELID 研削装置の全体構成図であ
る。

【図３】実施例１における電解ドレッシングの挙動図で
ある。

【図４】不導体被膜厚の相違を示す図である。

【図５】研削抵抗の相違を示す図である。

【図６】研削面粗さの相違を示す図である。

【図７】実施例２における電解ドレッシングの挙動図で
ある。

【図８】酸化セリウム砥石による鏡面研削効果を示す図
である。

【図９】ダイヤモンド砥石による鏡面研削効果を示す図
である。

【図１０】導電性レジンボンド砥石の表面状態を示す模
式図である。

【図１１】ELID 研削法における ELID サイクルを示す
説明図である。

【符号の説明】

１ワーク２導電性砥石３電極４ノズル５印加装置５ａ電源５ｂ給電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２４Ｄ 3/06 Ｚ 3/34 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性砥石と電極との間に導電性液を流
しながら、砥石と電極との間に電圧を印加し、砥石を電
解によりドレッシングしながらワークを研削する電解ド
レッシング研削方法において、金属粉とレジンからなるボンド材と砥粒とを混合し、加
熱溶融させて導電性砥石を形成し、砥石をワークに一定の圧力で押付けながらワークを研削
する、ことを特徴とする電解ドレッシング研削方法。
【請求項２】前記金属粉に導電性被膜を形成しにくい
材料を使用し、ドレッシングにより砥石表面の金属粉を
脱落させて砥石表面に凹孔を形成する、ことを特徴とす
る請求項１に記載の電解ドレッシング研削方法。
【請求項３】ワークとの接触面を有する導電性砥石
と、該砥石と間隔を隔てて対向する電極と、砥石と電極
との間に導電性液を流すノズルと、砥石と電極との間に
電圧を印加する印加装置とからなり、砥石を電解により
ドレッシングしながらワークを研削する電解ドレッシン
グ研削装置において、導電性砥石は、砥粒とこれを固定するボンド材とからな
り、ボンド材は金属粉とレジンからなる、ことを特徴と
する電解ドレッシング研削装置。
【請求項４】前記ボンド材は５割以上の金属粉を含
む、ことを特徴とする請求項３に記載の電解ドレッシン
グ研削装置。