JPH1076448A

JPH1076448A - Ｅｌｉｄ研削方法

Info

Publication number: JPH1076448A
Application number: JP23063096A
Authority: JP
Inventors: Junji Niigata; 順治新潟
Original assignee: Riken Seiko Co Ltd
Current assignee: Riken Seiko Co Ltd
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】鉄系の材料の鏡面加工を可能とするＥＬＩＤ
研削方法を提供する。【解決手段】砥石２３を回転させながらワークを研削
すると共に砥石２３と所定の間隔を存して電極板３２を
対向配置し、これら両者間に研削液を供給しながら通電
して砥石２３の目詰まりを解消するＥＬＩＤ研削方法に
おいて、ワークが鉄系の部材であって、砥石２３の粒度
＃１４０〜＃３４０、砥石２３の周速６００〜１２００
ｍ／ｍｉｎ、取り代５〜５０μｍ、送り速度０.１〜５
μｍ／ｒｅｖの条件で粗加工を行い、次いで、砥石２３
の粒度＃１０００〜＃４０００、砥石２３の周速６００
〜１２００ｍ／ｍｉｎ、取り代１〜１０μｍ、送り速度
０.０５〜５μｍ／ｒｅｖの条件で仕上加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄系の材料を鏡面
加工することが可能なＥＬＩＤ研削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】脆性材料を超精密に研削して鏡面研削を
可能とする研削法として電解インプロセスドレッシング
（Electrolytic In-process Dressing）研削法（以下
「ＥＬＩＤ研削法」という）が提案されている。このＥ
ＬＩＤ研削法は、微細粒子を有するメタルボンド砥石を
用いて脆性材料を能率的に、且つ安定的に鏡面に創成す
ることが可能で、１μｍ以下の超微粒砥石が使用され
る。

【０００３】メタルボンド砥石としては、例えば、鋳鉄
ファイバボンドダイアモンド（CastIron Fiber Bonded-
Diamnd）砥石（以下「CIFB-D砥石」という）がある。こ
のCIFB-D砥石は、鋳鉄ファイバの基材に粒径１μｍ以下
の微細なダイアモンドの砥粒とカーボニル鉄粉とを混合
して成形焼結した繊維強化複合材の一種で、砥粒は、強
い結合力により保持され、セラミックス等の硬い脆性材
料を研削することが可能である。

【０００４】ところで、メタルボンド砥石は、超微細砥
粒であるために目詰まりが発生し、この目詰まりを解消
するために、砥石表面の砥粒を取り巻くボンド（結合
材）だけを取り除き、砥粒の切れ刃を露出させるドレッ
シングが必要である。このドレッシングを、水溶性研削
液を使用して電気的に行う方法が電解ドレッシングとい
われ、更に、研削中に電解ドレッシングを行うものが電
解インプロセスドレッシング（ＥＬＩＤ）といわれる。
この電解インプロセスドレッシングは、導電性を有する
鋳鉄をボンド材とするメタルボンド砥石を使用し、砥石
の研削面と僅かな間隙を存して電極板を対向配置し、こ
の間隙に研削液を供給しながらこれら砥石と電極板間に
通電して行われる。

【０００５】図４及び図５にＥＬＩＤ研削法を適用した
研削加工装置の概要を示す。図４及び図５において、研
削加工装置１は、回転軸２、この回転軸２の先端に固定
されたメタルボンド砥石（以下単に「砥石」という）
３、この砥石３の端面３ａ、外周面３ｂと夫々僅かな間
隙（約0.1〜0.15 mm）を存して対向配置された電極板
４、５、砥石３の本体部外周面３ｃに摺接するブラシ
６、砥石３の端面３ａ、外周面３ｂと電極板４、５との
間に研削液を供給するノズル７、及び正極端子がブラシ
６に、負極端子が電極板４、５に接続されて砥石３の端
面３ａ、外周面３ｂと電極板４、５との間に研削液を介
して通電する電源８等により構成されている。

【０００６】図４に示すように支持手段１０にワーク１
１を固定し、回転軸２により砥石３を回転させながら端
面３ａをワーク１１に圧接させると共に、砥石３の端面
３ａ、外周面３ｂと電極板４、５との間に研削液を供給
し、電源８により通電する。砥石３は、回転に伴いワー
ク１１を研削する。砥石３は、ワーク１１を研削するに
伴い目詰まりを起こすが、研削液と電極板４、５とによ
り電解ドレッシングされ、目詰まりが解消される。これ
により連続的にワーク１１の研削加工を行うことができ
る。

【０００７】また、図５に示すように砥石３の外周面３
ｂに支持手段１２により矢印のようにワーク１３を水平
面内（又は、垂直面内）で揺動させながら圧接させ、ワ
ーク１３を球面、或いは非球面に研削加工する。そし
て、研削に伴い目詰まりした砥石３の外周面３ｂは、研
削液と電極板５とにより電解ドレッシングされ、目詰ま
りが解消される。これにより連続的にワーク１３の研削
加工を行うことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記ＥＬＩＤ研削法
は、微細砥粒を有するメタルボンド砥石を使用して鏡面
を創成することが可能であり、１μｍ以下の超微粒砥石
を定常的に使用することにより、延性モード研削が実現
される。ところで、脆性材料の高品位加工を実現する場
合、延性モードによる研削が超精密研削として期待され
ている。しかしながら、種々の材料に対して定常的に延
性モードを成立させるためには多くの問題がある。脆性
材料は、砥石の取り代（切り込み）を少なくすることに
より延性モードで研削することができるが、鉄系の軟ら
かい金属材料（以下「延性材料」という）は、取り代
や、送り速度を大きくすると、研削屑が砥石にへばりつ
いて目詰まりしてしまうために研削することが極めて困
難である。このためＥＬＩＤ研削法では、延性材料は、
その対象としていない。このような理由により、鉄系の
材料例えば、ＳＵＳ６３０（ステンレス）をＥＬＩＤ研
削法により鏡面加工することは極めて困難である。この
ため、延性材料の鏡面加工は、ラップ加工とポリシング
とにより行う以外に方法がないのが現状である。しかし
ながら、ラップ加工は、形状精度を崩す、ラップ時間が
長い等の問題がある。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、鉄系の材料の鏡面加工を可能とするＥＬＩＤ研削方
法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明では、砥石を回転させながらワークを
研削すると共に前記砥石と所定の間隔を存して電極板を
対向配置し、これら両者間に研削液を供給しながら通電
して前記砥石の目詰まりを解消するＥＬＩＤ研削方法に
おいて、前記ワークは、鉄系の部材であって、砥石粒度
＃１４０〜＃３４０、砥石の周速６００〜１２００ｍ／
ｍｉｎ、取り代５〜５０μｍ、送り速度０.１〜５μｍ
／ｒｅｖの条件で粗加工を行い、次いで、砥石粒度＃１
０００〜＃４０００、砥石の周速６００〜１２００ｍ／
ｍｉｎ、取り代１〜１０μｍ、送り速度０.０５〜５μ
ｍ／ｒｅｖの条件で仕上加工を行うようにしたものであ
る。

【００１１】鉄系の部材例えば、ＳＵＳ６３０（ステン
レス）をＥＬＩＤ研削方法により研削加工する場合、先
ず、粒度＃１４０〜＃３４０の砥石を周速６００〜１２
００ｍ／ｍｉｎで回転させ、取り代５〜５０μｍ、送り
速度０.１〜５μｍ／ｒｅｖの条件で粗加工を行う。次
に、粒度＃１０００〜４０００の砥石を周速６００〜１
２００ｍ／ｍｉｎで回転させ、取り代１〜１０μｍ、送
り速度０.０５〜５μｍ／ｒｅｖの条件で仕上加工を行
う。これにより面粗度Ｒmax０.２μｍ以内の仕上げ加工
が達成され、加工タクトが２４秒（加工時間）＋ローデ
ィングタイム程度に短縮される。

【００１２】請求項２の発明では、砥石を回転させなが
らワークを研削すると共に前記砥石と所定の間隔を存し
て電極板を対向配置し、これら両者間に研削液を供給し
ながら通電して前記砥石の目詰まりを解消するＥＬＩＤ
研削方法において、前記ワークは、鉄系の部材であっ
て、砥石粒度＃１０００〜＃４０００、砥石の周速６０
０〜１２００ｍ／ｍｉｎ以内、取り代１〜１０μｍ以
内、送り速度０.０５〜５μｍ／ｒｅｖの条件で仕上げ
加工を行うようにしたものである。

【００１３】例えば、ＳＵＳ４４０ＣをＥＬＩＤ研削方
法により研削加工する場合、粒度＃１０００〜＃４００
０の砥石を周速６００〜１２００ｍ／ｍｉｎで回転さ
せて、取り代１〜１０μｍ、送り速度０.０５〜５μｍ
／ｒｅｖの条件で粗加工を行う。これにより面粗度Ｒma
x０.０１μｍ以内の仕上げ加工が達成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の態様を実施例
により説明する。図１乃至図３は、本発明方法を実施す
るためのＥＬＩＤ研削法を適用した研削加工装置の一例
を示す。図１において研削加工装置２０は、フレーム２
１に砥石の回転軸２２が水平、且つ回転自在に軸支され
ており、当該回転軸２２の一端に円盤状の砥石２３が装
着されている。また、回転軸２２の他端は、図示しない
駆動装置に連結されて回転駆動される。砥石２３は、メ
タルボンド砥石で、端面２３ａ、外周面２３ｂが夫々研
削面とされている。

【００１５】図１乃至図３に示すように電極板制御装置
３０は、研削加工装置２０と一体的に構成されており、
フレーム３１がフレーム２１に固定されている。電極板
制御装置３０は、電極板３２、この電極板３２を回転さ
せる駆動部３３、電極板３２の電極面清掃用のブラシ３
４（図２）、このブラシ３４を回転させる駆動部３５、
駆動部３３及び３５を支持するフレーム３６、このフレ
ーム３６をフレーム３１に水平に且つ進退可能に支持す
る送り機構３７（図１、図３）等により構成されてい
る。

【００１６】図１に示すように駆動部３３の回転軸４１
は、砥石２３の回転軸２２の一側に平行且つ水平に配置
され、フレーム３６に絶縁性を有する例えば、セラミッ
ク軸受４２により回転自在に支持されている。また、回
転軸４１とフレーム３６との間には絶縁性を有するゴム
シール部材が装着されている。回転軸４１の軸心には研
削液を供給するための孔４１ａが設けられている。回転
軸４１の後部にはスリップリング４３、ギヤ４４が装着
固定されており、後端には孔４１ａに連通する回り継手
４５が取り付けられている。回転軸４１は、鉄部材によ
り構成されており、スリップリング４３と電気的に接続
されている。このため回転軸４１は、セラミック軸受４
２によりフレーム３６と電気的に絶縁されている。回り
継手４５は、図示しないホースを介して研削液供給部に
接続される。

【００１７】この回転軸４１の前部は、フレーム３１に
設けられた孔３１ａを僅かな間隙で遊貫しており、先端
に電極板３２が着脱可能に装着されている。この電極板
３２は、円板状の厚板とされ、内部に放射状に小孔３２
ａが多数設けられており、各小孔３２ａの基端は、回転
軸４１の孔４１ａに連通され、各先端は、外周面近傍の
内面（以下「電極面」という）３２ｂに開口している。

【００１８】図２に示すように駆動用モータ４６は、フ
レーム３６に回転軸４１の後部に配設されており、回転
軸に固定されたギヤ４７が回転軸４１のギヤ４４と噛合
している。また、フレーム３６には回転軸４１のスリッ
プリング４３と直交してブラシ４８が装着されており、
先端面がスリップリング４３の外周面に当接して電気的
に接続されている。このブラシ４８は、電線４９を介し
て電源（図示せず）の負極に接続される。砥石２３（図
１）の回転軸２２は、スリップリング２４、ブラシ及び
電線（共に図示せず）を介して前記電源の正極に接続さ
れる。そして、砥石２３は、前記電源の正極に、電極板
３２は、負極に接続される。

【００１９】図２に示すように清掃用のブラシ３４の駆
動部３５の回転軸５０は、電極３２の回転軸４１の下側
に当該回転軸４１と平行且つ水平に配置され、軸受５１
によりフレーム３６に回転自在に支持されている。駆動
用モータ５２は、回転軸５０の後方に配置され、フレー
ム３６に固定されている。このモータ５２の回転軸は、
カップリング５３を介して回転軸５０の後端に接続され
ている。回転軸５０の前部は、フレーム３１に設けられ
た孔３１ｂを僅かな間隙を存して遊貫し、先端に清掃用
のブラシ３４が固定されている。ブラシ３４は、円板に
例えば、ナイロン繊維が植毛されて形成されており、そ
の外径が電極板３２の外周から回転軸４１の外周面まで
の長さ程度とされている。そして、ブラシ３４は、毛先
がナイロンの弾性により電極板３２の電極面３２ｂに適
度な押圧力で圧接している。

【００２０】図１及び図３に示すように送り機構３７
は、フレーム３１とフレーム３６との間に設けられてお
り、２本のスライドレール６０、６０、送りねじ６１、
送りねじ６１と螺合するナット６２、駆動用モータ６３
等により構成されている。図３に示すようにスライドレ
ール６０、６０は、上下に所定の間隔を存して水平に且
つフレーム３６と平行に配置されてフレーム３１に固定
されている。そして、これらのスライドレール６０、６
０にフレーム３６が水平に摺動可能に装着されている。
図１に示すように駆動用モータ６３は、スライドレール
６０、６０の後方且つこれらの間に水平に配置されてフ
レーム３１に固定されている。ナット６２は、スライド
レール６０、６０の間に水平に摺動可能に配置され、一
側部がフレーム３６に固定されている。送りねじ６１
は、ナット６２に螺合し、基端が駆動用モータ６３の回
転軸に固定されている。そして、送り機構３７は、モー
タ６３の回転によりフレーム３６を水平に前後方向に駆
動する。これにより図１の矢印Ａ又はＢ方向に電極板３
２が、砥石２３に対して進退可能とされる。これらの駆
動用モータ４６、５２及び６３は、モータ制御装置７０
により制御される。

【００２１】以下に作用を説明する。先ず、研削加工装
置２０の作動について説明する。図１おいて、砥石２３
により研削を開始する前に、送り機構３７によりフレー
ム３６を矢印Ｂ方向に後退させ、電極板３２を２点鎖線
で示す所定位置位置まで移動させる。そして、電極板３
２の電極面３２ｂを砥石２３の端面２３ａと所定の間隙
を存して対向させる。次いで、回転軸４１の孔４１ａに
研削液を供給し、電極板３２の各孔３２ａから電極面３
２ｂと砥石２３の端面２３ａとの間に供給すると共に、
前記電源を投入する。この電源から出力される電流は、
スリップリング２４、回転軸２２、砥石２３、研削液、
電極板３２、回転軸４１、スリップリング４３、ブラシ
４８、電線４９、電源の経路で流れ、電解ドレッシング
が開始される。

【００２２】また、駆動用モータ４６により電極板３２
を回転させ、駆動用モータ５２により清掃用のブラシ３
４を回転させる。電極板３２は、回転に伴い電極面３２
ｂの砥石２３の端面２３ａと対向する部位が変化する。
また、ブラシ３４は、回転に伴い電極面３２ｂを擦り、
当該電極面３２ｂに付着しているゴミ等を払い落とす。

【００２３】この状態で回転軸２２を所定の回転速度で
駆動し、砥石２３を回転させてワーク（図示せず）の研
削加工を開始する。ワークの研削加工に伴い目詰まりし
た砥石２３の端面２３ａは、研削液により電解ドレッシ
ングされ、目詰まりが解消される。電極板３２は、電極
面３２ｂの砥石２３と対向する部位が、電解ドレッシン
グに伴いゴミ（不純物）が付着して汚れてくる。しかし
ながら、電極板３２は、回転し、ブラシ３４により電極
面３２ｂに付着しているゴミが払拭される。この結果、
電極面３２ｂは、常時良好な状態に維持される。これに
より電極板３２を取り外すことなく長時間に亘り研削加
工を行うことができる。

【００２４】次に、上記ＥＬＩＤ研削法を適用した研削
加工装置２０により、延性材料である鉄系の部材例え
ば、ＳＵＳ６３０（ステンレス）と、ＳＵＳ４４０Ｃを
鏡面加工する方法について説明する。（１）ＳＵＳ６３０の研削加工ＳＵＳ６３０（硬度ＨＲＣ３６〜４０）の研削加工は、
粗加工と仕上加工を行った。粗加工及び仕上加工の研削
条件は、以下の通りである。

【００２５】（条件）（粗加工）砥石直径 φ７５砥石回転数３４００ｒｐｍ（周速８００ｍ／ｍｉｎ）砥石粒度＃１７０取り代２０μｍ（プランジカット）送り速度０.２μｍ／ｒｅｖ（仕上加工）砥石直径 φ１２５砥石回転数２０００ｒｐｍ（周速８００ｍ／ｍｉｎ）砥石粒度＃２０００取り代５μｍ（プランジカット）送り速度０.１μｍ／ｒｅｖ（結果）仕上加工により達成された面粗度Ｒmax０.２
μｍ以内、加工タクト２４秒（加工時間）＋ローディン
グタイム。

【００２６】（２）ＳＵＳ４４０Ｃの研削加工ＳＵＳ４４０Ｃ（硬度ＨＲＣ５７〜６０）の研削加工
は、粗加工と仕上加工を行った。粗加工及び仕上加工の
研削条件は、以下の通りである。（条件）（仕上加工）砥石直径 φ１２５砥石回転数２０００ｒｐｍ（周速８００ｍ／ｍｉｎ）砥石粒度＃２０００取り代２〜３μｍ以内（プランジカット）送り速度０.０５μｍ／ｒｅｖ〜０.３μｍ／ｒｅｖ（結果）仕上加工により達成された面粗度Ｒmax０.０１
μｍ以内。

【００２７】上述した研削条件により、ＥＬＩＤ研削方
法を適用した研削加工装置２０により延性材料であるＳ
ＵＳ６３０、ＳＵＳ４４０Ｃ等の鉄系材料の研削加工
（鏡面加工）が可能である。上述した研削加工方法にお
いて、粗加工では、砥石の粒度は、仕上げ研削前の荒さ
を確保するため＃１４０以上必要であるが、余り細い
と、能率が低下するので＃３４０以下とする。

【００２８】砥石の周速は、エリッド効果を得るために
は、１２０００ｍ／ｍｉｎ以下にする必要があり、この
周速を超えると、表面荒さが荒くなる。また、周速が遅
すぎると研削能率が低下するので、６００ｍ／ｍｉｎ程
度が好ましい。取り代は、小さいに越したことはない。
取り代が５０μｍを超えると、能率が低下する。

【００２９】送り速度は、５μｍ／ｒｅｖを超える
と、エリッド効果が不十分となり、目詰まりを起こして
表面荒さが荒くなる。また、仕上げ加工においては、目
的の仕上げ面荒さを得るため＃１０００以上とする。し
かしながら、＃４０００以上になると、研磨能率が低下
する。砥石の周速は、１２００ｍ／ｍｉｎを超えると、
エリッド効果が得られず、表面荒さが低下する。また、
６００ｍ／ｍｉｎを下回ると、能率が低下する。

【００３０】取り代は、小さい方が好ましく、１０μｍ
以下にする。送り速度は、５μｍ／ｒｅｖを超えると、
エリッド効果が得られずに面荒さが低下し、０.０５μ
ｍ／ｒｅｖを下回ると、能率が悪くなる。尚、取り代に
より（１）の研削方法と、（１）の研削方法を使い分
け、取り代が１０μｍ以下のときは、粗加工が不要であ
るため直接仕上げ加工を行っても良い。これにより、作
業能率の向上が図られる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の本発明で
は、ＥＬＩＤ研削法を適用した研削加工装置では鏡面加
工が困難であるとされた延性材料であるＳＵＳ６３０
（ステンレス）系材料の鏡面仕上げが可能となり、従来
のラップ加工とポリシングとによる加工方法に比べて大
幅な作業能率の向上、及びコストの低減が図られる。

【００３２】請求項２の発明では、ＥＬＩＤ研削法を適
用した研削加工装置では鏡面加工が困難であるとされた
延性材料であるＳＵＳ４４０Ｃ系材料の鏡面仕上げが可
能となり、作業能率の向上、コストの低減が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＥＬＩＤ研削方法を実施するため
の研削加工装置の実施例を示す要部切欠平面図である。

【図２】図１の要部切欠側面図である。

【図３】図１の背面図である。

【図４】ＥＬＩＤ研削法の概要を示し、砥石の端面によ
る研削加工を示す説明図である。

【図５】ＥＬＩＤ研削法の概要を示し、砥石の外周面に
よる研削加工を示す説明図である。

【符号の説明】

２０研削加工装置２１、３１、３６フレーム２２、４１、５０回転軸２３砥石３０電極板制御装置３２電極板３３、３５駆動部３７送り機構３４ブラシ４６、５２、６３駆動用モータ７０モータ制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砥石を回転させながらワークを研削する
と共に前記砥石と所定の間隔を存して電極板を対向配置
し、これら両者間に研削液を供給しながら通電して前記
砥石の目詰まりを解消するＥＬＩＤ研削方法において、前記ワークは、鉄系の部材であって、砥石粒度＃１４０〜＃３４０、砥石の周速６００〜１
２００ｍ／ｍｉｎ、取り代５〜５０μｍ、送り速度０.
１〜５ μｍ／ｒｅｖの条件で粗加工を行い、次いで、砥石粒度＃１０００〜＃４０００、砥石の周速
６００〜１２００ｍ／ｍｉｎ、取り代１〜１０μｍ、
送り速度０.０５〜５μｍ／ｒｅｖの条件で仕上加工を
行うことを特徴とするＥＬＩＤ研削方法。
【請求項２】砥石を回転させながらワークを研削する
と共に前記砥石と所定の間隔を存して電極板を対向配置
し、これら両者間に研削液を供給しながら通電して前記
砥石の目詰まりを解消するＥＬＩＤ研削方法において、前記ワークは、鉄系の部材であって、砥石粒度＃１０００〜＃４０００、砥石の周速６００〜
１２００ｍ／ｍｉｎ以内、取り代１〜１０μｍ以内、送
り速度０.０５〜５μｍ／ｒｅｖの条件で仕上げ加工を
行うことを特徴とするＥＬＩＤ研削方法。