JPH08174419A

JPH08174419A - 磁界を用いた研削方法及び装置

Info

Publication number: JPH08174419A
Application number: JP32606194A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Omori; 整大森; Ichiro Takahashi; 一郎高橋; Naoya Odaka; 直哉小高; Michinori Tanaka; 倫則田中
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1996-07-09
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: JP3250931B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電解電流を制御することができ、これにより
砥粒の突出し量を制御することができ、かつ電極表面へ
の金属の付着量を低減することができ、これにより長時
間の連続運転を可能にすることができる研削方法及び装
置を提供する。【構成】ワーク１との接触面を有する導電性かつ磁性
体の砥石１２と、砥石と間隔を隔てて対向する導電性か
つ磁性体の電極１４と、砥石と電極との間に導電性液を
流すノズル１６と、その間に導電性液を介して電流Ｉを
流す電圧印加装置１８と、その間に電流Ｉに交差する方
向に磁界Ｂを形成する磁界装置２０と、を備え、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁界を用いた研削方法
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 In-process 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( 理研シンポジウム「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６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(F
e₂O₃）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 研削において、砥粒の突出（砥石の目立て）自体は自
動的に調整されるが、その突出し量の大小は制御ができ
ない問題点があった。すなわち、砥粒の突出し量は、粒
径の１／３程度であるのが好ましく、例えば粒径５０μ
ｍの砥粒の場合に約１６μｍ程度にするのがよいが、従
来の ELID 研削法では、電解電流値が、砥石の材質と電
源電圧で決まってしまい、これにより、砥粒の突出し量
も決まっていた。

【０００７】そのため、砥粒の突出し量（及びこれに直
接影響を受ける電解電流値）を変えるためには、砥石
を別の材料のものに交換するか、電源電圧を変化させ
たりパルス電源の直流成分を変化させたりする必要があ
った。しかし、の手段は、材質の異なる種々の砥石を
準備してそれぞれ試験する必要があり、所望の砥粒の突
出し量を得るのに費用と手間がかかりすぎる問題があっ
た。また、の手段は、電圧や電流を増大させるとアー
クや局所電解が生じやすく、均一な砥粒の突き出しがで
きなくなり、安定した切れ味を維持できず、優れた加工
面が得られなくなり、パルス電源の直流成分を変化させ
るには電気回路が複雑となり、かつ多数の試験を行う必
要がある等の問題があった。

【０００８】更に、従来の ELID 研削では、電解により
電極（陰極）の表面に砥石を構成する金属（鉄、コバル
ト等）が一種のメッキのように付着し、砥石と電極との
隙間が変化してしまい、甚だしい場合には埋まる恐れも
ある問題点があった。そのため、従来は、例えば８〜１
０時間程度の連続使用後にこれを機械的に除去する必要
があり、電極の寸法変化や再調整に時間がかかる問題が
あった。

【０００９】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、電
解電流を制御することができ、これにより砥粒の突出し
量を制御することができる研削方法及び装置を提供する
ことにある。また、本発明の別の目的は、電極表面への
金属の付着量を低減することができ、これにより長時間
の連続運転を可能にすることができる研削方法及び装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、導電性
かつ磁性体の砥石及び電極との間に導電性液を流し、前
記砥石と電極との間に導電性液を介して電流を流し、か
つその間に前記電流に交差する方向に磁界を形成し、こ
れによ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、ことを特徴とする磁界を用いた研削方法が
提供される。本発明の好ましい実施例によれば、研削中
に、前記磁界を変化させる、ことが好ましい。

【００１１】また、本発明によれば、ワークとの接触面
を有する導電性かつ磁性体の砥石と、該砥石と間隔を隔
てて対向する導電性かつ磁性体の電極と、前記砥石と電
極との間に導電性液を流すノズルと、その間に導電性液
を介して電流を流す電圧印加装置と、その間に前記電流
に交差する方向に磁界を形成する磁界装置と、を備え、
これにより、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、ことを特徴とする磁界を用いた研削装
置が提供される。本発明の好ましい実施例によれば、前
記磁界と電流の方向は、ほぼ直交する。また、前記砥石
及び電極は、強磁性体からなる。更に、前記磁界装置の
少なくとも砥石及び電極に対向する部分は、絶縁体から
なる。

【００１２】

【作用】導電性液には、陽イオン（Ｎａ⁺，Ｋ⁺，Ｃａ
⁺⁺，等）及び陰イオン（ＯＨ ^-，Ｃｌ^-，ＳＯ₄ ^--，
等）が含まれており、これらのイオンが研削性能に影響
することが知られている。そこで、本願発明者は、これ
らのイオンに磁界を付与することにより電解電流を制御
することができる可能性に着目した。また、この磁界に
より、砥石から発生するＦｅイオン等にも直接力を作用
させることができ、これによっても砥粒の突出し量を制
御しかつ電極表面への金属の付着を低減することができ
ることに着目した。本発明はかかる新規の着想に基づ
き、その効果を試験により確認したものである。

【００１３】すなわち、上述した本発明の方法及び装置
によれば、導電性かつ磁性体の砥石及び電極との間に導
電性液を流し、電圧印加装置により砥石と電極との間に
導電性液を介して電流を流し、かつその間に磁界装置に
より前記電流に交差する方向に磁界を形成し、これによ
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
するので、砥石、電極間の導電性液及び砥石表面に電流
と磁界を交差して形成することができ、いわゆるフレミ
ングの左手の法則により導電性液に含まれる陽イオンと
陰イオンを砥石表面に沿って逆方向に移動させることが
でき、同時に砥石から発生するＦｅイオン等も砥石表面
に沿って移動させることができる。従って、導電性液中
のイオンの分布が磁界により変化し、これにより電解電
流を変化させることができる。また、Ｆｅイオン等を砥
石表面に沿って積極的に移動させるので、砥粒の突出し
量を促進することができ、かつ電極表面への金属の付着
を低減することができる。

【００１４】

【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、本発明による研削装置１０の第
１実施例を示す斜視図である。この図において、本発明
の研削装置１０は、ワーク１との接触面を有する導電性
かつ磁性体の砥石１２と、砥石１２と間隔を隔てて対向
する導電性かつ磁性体の電極１４と、砥石１２と電極１
４との間に導電性液を流すノズル１６と、その間に導電
性液を介して電流Ｉを流す電圧印加装置１８と、その間
に電流Ｉに交差する方向に磁界Ｂを形成する磁界装置２
０と、を備えている。

【００１５】図１において砥石１２は、円筒形砥石であ
り、その外周面でワーク１を平面研削するようになって
いる。この砥石１２は、導電性砥石であり、砥粒（ダイ
ヤモンド又はＣＢＮ）と、これを固定するボンド材から
なり、ボンド材はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性体金属を
含んでいる。また、電極１４も導電性であり、Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ等の強磁性体金属からなる。すなわち、電極１
４を従来のように銅、銅合金、カーボン等の非磁性体か
らＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性体に変更することによ
り、砥石１２及び電極１４を通る磁界のループを形成
し、磁界Ｂをより強力にするようになっている。

【００１６】導電性液は、従来の ELID 研削と同一のも
のを使用する。この導電性液には、陽イオン（Ｎａ⁺，
Ｋ⁺，Ｃａ⁺⁺，等）及び陰イオン（ＯＨ^-，Ｃｌ^-，
ＳＯ ₄ ^--，等）が含まれている。導電性液は、ノズル１
６からワーク１と砥石１２との接触部、及び砥石１２と
電極１４との間に供給される。電圧印加装置１８は、直
流電源１８ａと給電体１８ｂとからなり、給電体１８ｂ
に正の電圧を印加し、電極１４に負の電圧を印加するよ
うになっている。直流電源１８ａは、例えば６０Ｖ程度
の電圧を発生し、かつこの電圧をＯＮ、ＯＦＦのパルス
波で供給できるようになっている。給電体１８ｂは砥石
１２の側面に摺動可能に接触してある。かかる構成によ
り、砥石１２の外周面と電極１４の内面との間に直流電
圧を印加し、その間に存在する導電性液を介して電流Ｉ
を流すことができる。

【００１７】磁界装置２０は、図１においてＮ極、Ｓ極
の一対の磁石２０ａからなる。この磁石は、この図では
永久磁石であるが電磁石であってもよい。Ｓ極の磁石２
０ａは砥石１２の前側に、Ｎ極の磁石２０ａは砥石１２
の後側に配置され、これらにより発生する磁界Ｂを砥石
１２と電極１４の間の電流Ｉに交差する方向に磁界Ｂを
形成するようになっている。また、磁界装置２０の少な
くとも砥石及び電極に対向する部分は、絶縁体からなる
のがよく、好ましくは全体が絶縁体からなるのがよい。
例えば、永久磁石の場合には、全体を導電性のないフェ
ライト磁石を用い、電磁石の場合にもそのコア等に導電
性のない材料を用いるのがよい。かかる構成により、磁
界装置２０による電極への影響（例えばみかけ上の面積
の増加）を回避することができ、かつ電流Ｉの影響で磁
界装置２０が消耗したり金属イオン等が付着するのを防
止することができる。

【００１８】上述した装置は、以下のように使用する。
すなわち、ノズル１６から砥石１２及び電極１４との間
に導電性液を流し、電圧印加装置１８により砥石１２と
電極１４との間に導電性液を介して電流Ｉを流し、かつ
その間に磁界装置２０により電流Ｉに交差する方向に磁
界Ｂを形成し、これによ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。砥石１２と電極１４の間
には、砥石１２から電極１４に流れる電流Ｉと、磁界装
置２０によるＮ極からＳ極に向かう磁界Ｂとが交差して
形成され、導電性液に含まれる陽イオンと陰イオンを砥
石表面に沿って逆方向に移動させることができ、同時に
砥石１２から発生するＦｅイオン等も砥石表面に沿って
移動させることができる。また、特に、研削中に、磁界
Ｂの向き又は強さを変化させることにより、高効率加工
を必要とするような場合には、砥粒の突出し量を大きく
し、高品質の仕上げ面を必要とするような場合には、砥
粒の突出し量を小さくすることができる。

【００１９】図２（Ａ）は、図１の部分正面図であり、
図２（Ｂ）はそのＸ−Ｘ線における部分断面図である。
図２（Ｂ）に示すように、砥石１２と電極１４の間に
は、砥石１２から電極１４に流れる電流Ｉと、磁界装置
２０によるＮ極からＳ極に向かう磁界Ｂとがほぼ直交し
て形成されている。なお、電流Ｉと磁界Ｂとは、必ずし
も直交する必要はなく、少なくとも交差していればよ
い。また、図１、図２では、砥石１２の前側にＳ極を配
置し、砥石１２の後側にＮ極を配置したが、本発明はか
かる構成に限定されず、逆にＮ極を前にＳ極を後に配置
してもよく、或いは電極１４を図１で上下に挟む方向に
Ｎ極、Ｓ極を配置してもよく、更に電極１４内に部分的
にＮ極、Ｓ極を埋め込んだ配置であってもよい。

【００２０】図３は、砥石１２と電極１４の間に作用す
る電流Ｉ、磁界Ｂ、及び力ｆの関係図であり、（Ａ）は
図１及び図２に示したように前側にＳ極、後側にＮ極を
配置した場合であり、（Ｂ）は逆にＮ極を前にＳ極を後
に配置した場合である。電流Ｉと磁界Ｂの交差角度をθ
とする場合に、フレミングの左手の法則により、ｆ＝Ｉ
Ｂｓｉｎθの力ｆが電流Ｉと磁界Ｂの両方に直交する方
向に作用する。従って、導電性液に含まれる陽イオンと
陰イオンを砥石表面に沿って逆方向に移動させることが
でき、同時に砥石１２から発生するＦｅイオン等も砥石
表面に沿って移動させることができる。これにより、導
電性液中のイオンの分布が磁界により変化し、これによ
り電解電流を変化させることができ、また、Ｆｅイオン
等を砥石表面に沿って積極的に移動させるので、砥粒の
突出し量を促進することができかつ電極表面への金属の
付着を低減することができる。

【００２１】図４（Ａ）は本発明による研削装置１０の
第２実施例であり、図４（Ｂ）はそのＹ−Ｙ線における
部分断面図である。この図において砥石１２は、カップ
形砥石であり、その下面でワーク１を平面研削するよう
になっている。また、磁界装置２０は、砥石１２の下面
に対向して配置されたＳ極、Ｎ極の一対の磁石２０ａか
らなる。磁石１２の対向方向は、図に示すように円周方
向でもよく、或いは半径方向でもよい。その他の構成は
図１乃至図３の第１実施例と同様である。かかる構成に
より、図４（Ｂ）に示すように、砥石１２と電極１４の
間には、砥石１２から電極１４に流れる電流Ｉと、磁界
装置２０によるＮ極からＳ極に向かう磁界Ｂとを交差し
て形成し、第１実施例と同様に導電性液に含まれる陽イ
オンと陰イオンを砥石表面に沿って逆方向に移動させる
ことができ、同時に砥石１２から発生するＦｅイオン等
も砥石表面に沿って移動させることができる。

【００２２】以下、図１に示した装置を使用した試験と
その結果を説明する。表１は、本試験に使用した磁石、
電極、磁石、その他の条件を示している。この表に示す
ように、磁石１２には、導電性かつ磁性体の砥石とし
て、＃３２５の砥粒を含むコバルト系メタルボンド砥石
（直径１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）を使用した。この砥
石は従来の ELID 研削と同等のものである。また、電極
１４には、従来の銅製（又は銅合金、カーボン）ではな
く、導電性かつ磁性体の電極として鉄製のものを使用し
た。これにより砥石１２と電極１４との間に強い磁界Ｂ
を形成することができた。更に、磁石２０ａには、導電
性のないフェライト磁石、すなわち、異方性Ｓｒフェラ
イト磁石（３６００〜４０００Ｇａｕｓｓ）を使用し
た。その他の電圧、電流、パルス時間は、従来の ELID
研削とほぼ同一である。

【００２３】

【表１】

【００２４】図５は、本発明による試験結果であり、
（Ａ）は電解実電流値、（Ｂ）は電解不導体被膜厚の比
較図である。図５（Ａ）に示すように、前Ｓ極／後Ｎ極
（図１と同一）には、磁界なし（破線）の場合に比較し
て３０分後の安定領域において約２倍の電流が流れ、同
様に、前Ｎ極／後Ｓ極（図１と逆）の場合には、磁界な
し（破線）と前Ｓ極／後Ｎ極の中間の電流となる。従っ
て、磁界の向き又は強さを変化させることにより、電解
電流を制御することができ、これにより砥粒の突出し量
を制御することができる。また、特に研削中に、磁界の
向き又は強さを変化させることにより、高効率加工を必
要とするような場合には、砥粒の突出し量を大きくし、
高品質の仕上げ面を必要とするような場合には、砥粒の
突出し量を小さくすることができる。

【００２５】図５（Ｂ）は、電解不導体被膜厚の比較図
であり、この結果からも、磁界の向き又は強さにより、
図６に示した ELID 研削を制御できることがわかる。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。

【００２６】

【発明の効果】上述したように、本発明の方法及び装置
によれば、導電性かつ磁性体の砥石１２及び電極１４と
の間に導電性液を流し、電圧印加装置１８により砥石１
２と電極１４との間に導電性液を介して電流Ｉを流し、
かつその間に磁界装置２０により電流Ｉに交差する方向
に磁界Ｂを形成し、これによ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ので、砥石、電極間の
導電性液及び砥石表面に電流Ｉと磁界Ｂを交差して形成
することができ、いわゆるフレミングの左手の法則によ
り導電性液に含まれる陽イオンと陰イオンを砥石表面に
沿って逆方向に移動させることができ、同時に砥石から
発生するＦｅイオン等も砥石表面に沿って移動させるこ
とができる。従って、導電性液中のイオンの分布が磁界
により変化し、これにより電解電流を変化させることが
できる。また、Ｆｅイオン等を砥石表面に沿って積極的
に移動させるので、砥粒の突出し量を促進することがで
きかつ電極表面への金属の付着を低減することができ
る。

【００２７】従って、本発明の磁界を用いた研削方法及
び装置は、電解電流を制御することができ、これにより
砥粒の突出し量を制御することができ、かつ電極表面へ
の金属の付着量を低減することができ、これにより長時
間の連続運転を可能にすることができる、等の優れた効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による研削装置の第１実施例を示す斜視
図である。

【図２】図１の部分正面図（Ａ）とそのＸ−Ｘ線におけ
る部分断面図（Ｂ）である。

【図３】砥石と電極の間に作用する電流Ｉ、磁界Ｂ、及
び力ｆの関係図である。

【図４】本発明による研削装置の第２実施例である。

【図５】本発明による試験結果である。

【図６】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１０研削装置１２砥石１４電極１６ノズル１８電圧印加装置１８ａ直流電源１８ｂ給電体２０磁界装置２０ａ磁石Ｉ電流Ｂ磁界ｆ力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性かつ磁性体の砥石及び電極との間
に導電性液を流し、前記砥石と電極との間に導電性液を
介して電流を流し、かつその間に前記電流に交差する方
向に磁界を形成し、これによ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、ことを特徴とする磁
界を用いた研削方法。
【請求項２】研削中に、前記磁界を変化させる、こと
を特徴とする請求項１に記載の磁界を用いた研削方法。
【請求項３】ワークとの接触面を有する導電性かつ磁
性体の砥石と、該砥石と間隔を隔てて対向する導電性か
つ磁性体の電極と、前記砥石と電極との間に導電性液を
流すノズルと、その間に導電性液を介して電流を流す電
圧印加装置と、その間に前記電流に交差する方向に磁界
を形成する磁界装置と、を備え、これにより、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、こと
を特徴とする磁界を用いた研削装置。
【請求項４】前記磁界と電流の方向は、ほぼ直交す
る、ことを特徴とする請求項３に記載の磁界を用いた研
削装置。
【請求項５】前記砥石及び電極は、強磁性体からな
る、ことを特徴とする請求項３に記載の磁界を用いた研
削装置。
【請求項６】前記磁界装置の少なくとも砥石及び電極
に対向する部分は、絶縁体からなる、ことを特徴とする
請求項３に記載の磁界を用いた研削装置。
【請求項７】前記磁界装置は、永久磁石である、こと
を特徴とする請求項３に記載の磁界を用いた研削装置。
【請求項８】前記磁界装置は、電磁石である、ことを
特徴とする請求項３に記載の磁界を用いた研削装置。