JP3194624B2 - 研削方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス、セラミックス
等の高脆性材料を電解インプロセスドレッシング研削法
により研削加工する方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電解インプロセスドレッシング研
削法を用いた光学素材の球面創成の研削加工方法及び装
置としては、例えば特開平３−６０９７３号公報に開示
されている。図５は、上記研削装置の主要部を一部断面
にして示す平面図で、回転自在なチャック１に保持され
たワーク２の回転軸心に対して、スイベル角αに配置し
たカップ状の導電性砥石４が回転自在に設けられてい
る。導電性砥石４の外周部には、ブラシ５を介して直流
電源装置６の（＋）極が電気的に接続されている。直流
電源装置の（−）極は、ドレス電極７に接続されてい
る。ドレス電極７は、ワーク２の研削仕上げ曲率ＲA と
近似形状に形成され、導電性砥石４の研削面４ａに対し
て僅かな間隙Ｌを有して対向配置されている。さらに、
図示しないクーラント供給装置に接続されたノズル８が
配設され、導電性砥石４の研削面４ａとドレス電極７と
の間隙Ｌに弱電性クーラント９を供給し得るようになっ
ている。

【０００３】上記研削装置による研削方法は、チャック
１を回動してワーク２を回動しつつ、導電性砥石４を回
動し研削面４ａをワーク２に当接して研削加工を行な
う。この際、弱電性クーラント９をノズル８から研削面
４ａとドレス電極７との間に供給しながら、ドレス電極
７とブラシ５に直流電源装置６によって電圧を印加し、
研削面４ａを常時電解ドレッシングしつつワーク２の研
削加工を行なう。

【０００４】次に、電解ドレッシングによる導電性砥石
４の研削面４ａのドレッシングの進行状態を図６を用い
て説明する。Ａで示すように、ワーク２の研削仕上げ面
の曲率ＲA に形成された研削面４ａを有する導電性砥石
４を準備し、これに対して弱電性クーラントを介在させ
ながら電圧を印加して研削面４ａの電解ドレッシングを
行なうと、Ｂで示すように、研削面４ａのボンド材が電
解溶出し、砥粒１０の目立てが進行すると同時に、研削
面４ａにボンド材の絶縁酸化膜１１が生成される。そし
て、ボンド材の電解溶出が進行し、絶縁酸化膜１１の厚
さが徐々に厚くなってある厚さに達すると、絶縁状態と
なってドレス電極７と導電性砥石４との間に電流が通じ
なくなり、ボンド材の溶出が停止し、その厚さ以上に絶
縁酸化膜１１は生成されなくなり、砥粒１０の目立てが
完了する。生成された絶縁酸化膜１１は、ボンド材より
も硬度が低いものであるために、研削加工時の研削抵抗
によって絶縁酸化膜のなくなるのが速くなり、Ｃに示す
ように、砥粒１０の磨耗と同時に除去されて薄くなって
ゆく。そして、この絶縁酸化膜１１が除去されて薄くな
ることにより、ドレス電極７と導電性砥石４との導電性
が回復し、研削面４ａの電解ドレッシングが行なわれ、
ボンド材の溶出が進行することによって新たな絶縁酸化
膜１１が前記の残っている絶縁酸化膜１１の下側に生成
されるようにして研削面４ａがワークの研削加工中に生
成され、その際にこの絶縁酸化膜の硬度がボンド材より
も低いので砥粒の保持力が弱くなることから、酸化膜中
の砥粒が脱落しやすい状態でＤに示すように、導電性砥
石４の目立て状態が維持される。上記のように、ボンド
材よりも硬度が低くかつ研削抵抗によってなくなるのが
速い絶縁酸化膜１１の生成と除去とが繰り返され、研削
面４ａのボンド材は、絶縁酸化膜１１の生成と電解溶出
によって除去されていく。従って、研削加工によって磨
耗した砥粒１０は、研削抵抗によってなくなるのが速く
なった絶縁酸化膜１１と共に除去される。これにより、
研削面４ａは目立てられ、加工可能な状態を常に維持す
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の研
削方法及び装置にあっては、常時、導電性砥石４とドレ
ス電極７との間に通電して電圧を印加し、溶出したボン
ド材の絶縁酸化膜１１の生成によってある厚さに達した
ときにボンド材の電解溶出を停止した状態となるが、以
下のような問題が生じていた。すなわち、常に電圧を印
加している電解インプロセスドレッシング研削におい
て、使用する導電性砥石４の研削能力を十分に発揮させ
て最大の研削比を得るためには、砥粒１０が摩滅による
目つぶれを起こす直前に、絶縁酸化膜１１の除去によっ
て目つぶれしそうな砥粒が脱落するように加工条件を設
定することが必須である。このような加工条件を得るに
は、砥粒１０の摩滅速度と絶縁酸化膜の除去速度（研削
抵抗によってなくなる速度）との関係が重要となる。し
かしながら、従来の電解インプロセスドレッシング研削
方法によると、例えば低メッシュ砥粒（粗い砥粒）にて
研削加工を行なう際、通常、砥石４をワーク２に対して
高速度で切り込むため、研削抵抗が大きくなり、ボンド
材よりも硬度が低くなった絶縁酸化膜１１の除去速度は
大きくなる。絶縁酸化膜１１の除去速度が早い（大き
い）と、ボンド材の溶出に伴って研削面４ａ側の絶縁酸
化膜１１中にある砥粒１０の脱落する速度も早くなり、
結果として、研削加工による砥粒１０の摩滅がごく僅か
であるにもかかわらず、依然として使用可能な砥粒１０
でさえ、研削面４ａより脱落してしまい、前記砥粒１０
の摩滅速度と絶縁酸化膜のなくなる速度との関係を考慮
する以前の課題として、砥石４を有効に使用することが
困難であった。また、ワーク２の研削加工を続けた場
合、ワーク２と当接するカップ状の導電性砥石４の内周
及び外周での加工抵抗が大きいため、当該部分における
硬度が低くなっている絶縁酸化膜１１の除去速度が速く
なる。さらに、一般に球面創成加工は高速で行なわれる
ため、研削加工中に研削面４ａとワーク２の接触によっ
て、硬度が低くなっている絶縁酸化膜１１が除去されや
すくなる。このため、必要以上にボンド材の溶出が進行
することになり、導電性砥石４の形状くずれが速くな
り、ワーク２の研削仕上げ面の形状精度が維持できない
という欠点があった。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、電解インプロセスドレッシング研削法
による光学素子等の球面創成加工において、導電性砥石
の形状くずれを少なく維持しながら、精度のよい光学素
子等を安定して連続的に加工し得る研削方法及び装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の研削方法は、研削装置に導電性砥石を装着
した後、ワークホルダに保持されたワークを回動しつつ
導電性砥石を回動して研削面をワークに当接し、ノズル
から弱電性クーラントを研削面とドレス電極との間に供
給しながらドレス電極に電源装置から（−）電圧を印加
し、導電性砥石に（＋）電圧を印加して、該砥石の研削
面を電解ドレッシングしつつワークの研削加工を行う研
削方法において、前記研削装置に装着した導電性砥石の
研削面を電解ドレッシングをして該研削面のボンド材を
電解溶出し、砥粒の目立てを進行させるとともに該研削
面にボンド材の絶縁酸化膜を生成して該酸化膜で砥粒を
保持し、次いで電源装置からの通電を切りまたはドレス
電極を離して電解ドレッシングが行われない状態で前記
砥石でワークを研削加工し、前記絶縁酸化膜がなくなっ
た後も研削面に突出している砥粒で研削加工を続け、前
記砥粒が摩耗進行したところで、ワークの研削加工中に
電解ドレッシングをして砥粒の目立てを進行させるとと
もに絶縁酸化膜を生成して該酸化膜で砥粒を保持し、そ
の後、電源装置からの通電を切りまたはドレス電極を離
して電解ドレッシングが行われない状態で前記砥石でワ
ークを研削加工し、前記絶縁酸化膜がなくなった後も研
削面に突出している砥粒で研削加工をし、前記ワークの
研削加工中に砥石の電解ドレッシングと、電解ドレッシ
ングが行われない状態を交互に行うこととした。そし
て、本発明の研削装置は、ワークを保持する回転自在な
ワークホルダと、前記ワークホルダに保持されたワーク
表面に当接して回転駆動する導電性砥石と、前記導電性
砥石の研削面に対して一定距離を維持して配置したドレ
ス電極と、前記電極に（−）電圧を印加し前記砥石に
（＋）電圧を印加する電源装置と、前記電極と前記砥石
との間に弱電性クーラントを供給するノズルと、を有す
る研削装置において、前記導電性砥石の研削面を、砥粒
が目立てされてボンド材の絶縁酸化膜で保持された状態
にするよう電解ドレッシングするために前記砥石と電極
とを通電させ、また前記電解ドレッシング後のワーク研
削中に電解ドレッシングが行われないようにするために
前記砥石と電極との通電を切るための、通電の切替手段
を設けて構成した。

【０００８】

【作用】上記の例示した概念図で説明する研削方法によ
れば、図２のＡで示す状態に作成してある導電性砥石４
を準備し、この砥石４の研削面４ａに対して初期ドレッ
シング工程のために電源装置６からの通電を行うことに
よって、研削面４ａの電解ドレッシングを行い、ボンド
材を電解溶出させて、Ｂで示すように絶縁酸化膜の生成
と砥粒１０の目立てを行なう。次に、電源装置からの通
電を切り、電解ドレッシングが行われていない状態であ
る通常の砥石によるワークの研削法で加工を行なう。こ
のことにより、電解電流によるボンド材の溶出が押さえ
られ、Ｃに示すように砥石４によるワークの研削加工時
の研削抵抗によってボンド材により保持されている砥粒
１０の磨耗と絶縁酸化膜１１の除去のみが行なわれてい
く。従って、従来のように、ボンド材の溶出による末だ
使用可能な砥粒１０の脱落が防止される。そして、砥粒
１０の磨耗が進行したところで、電源装置からの通電を
行わせて電解インプロセスドレッシング研削を所定量行
なうことで、即ち研削面４ａのボンド材を溶出すること
で摩耗した砥粒を脱落しやすくするとともに、Ｄに示す
ように砥粒１０を突出させて研削面４ａの目立てを行な
わせることにより、導電性砥石４の形状くずれが防止さ
れ、安定した研削加工が持続できるようになる。そし
て、本発明の研削装置にあっては、通電の切替手段１５
の操作により、砥石の研削面を、砥粒が目立てされて絶
縁酸化膜で保持された状態と、砥粒がボンド材で保持さ
れた状態とにできるので、研削面４ａの使用可能な砥粒
が目つぶれを起こすまで研削加工を行えるから砥石を有
効に使用することができ、またボンド材の溶出が少なく
なるから砥石の形状くずれも遅くなる。また、ドレス電
極７を研削面４ａから退避することによっても、砥石の
研削面を、砥粒が目立てされて絶縁酸化膜を保持された
状態と、砥粒がボンド材で保持された状態とにできるの
で、前述のように、研削面４ａの使用可能な砥粒が目つ
ぶれを起こすまで研削加工を行えるから、砥石を有効に
使用することができ、またボンド材の溶出が少なくなる
から砥石の形状くずれも遅くなる。

【０００９】

【実施例１】図３は、本発明に係る研削方法を実施する
ための研削装置の実施例１を一部切り欠いて示す平面図
である。ワーク２はチャック１に保持され、図示しない
駆動装置によって回転されるようになっている。ワーク
２の被加工面２ａと当接自在に設けられた導電性砥石４
は、ワーク２の回転軸心に対してスイベル角αを有する
カップ状に形成され、図示しない駆動装置によって軸心
ｍを中心に回転駆動されるようになっている。導電性砥
石４の研削面４ａは、ワーク２の研削仕上げ曲率Ｒ_Ａと
同一曲率Ｒ_Ａの形状に形成され、その研削部分４ｂは、
ダイヤモンド粉末等の砥粒（＃４００程度）とＣｕ，Ｓ
ｎ，Ｆｅ等の金属粉末を特殊配合して熱処理した焼結合
金により形成されている。

【００１０】導電性砥石４は、その外周部において、電
源装置６の（＋）極とブラシ５を介して電気的に接続さ
れている。（＋）極とブラシ５との間には、電源装置６
からの電力の供給をＯＮ，ＯＦＦするための切替スイッ
チ２０が設けられている。一方、電源装置６の（−）極
は、ドレス電極７に接続されている。ドレス電極７は、
ワーク２の研削仕上げ曲率Ｒ_Ａと近似形状に形成され、
導電性砥石４の研削面４ａに対して僅かな間隙Ｌを有し
て対向配置されている。さらに、図示しないクーラント
供給装置に接続したノズル８が配設され、研削面４ａと
ドレス電極７との間隙Ｌに弱電性クーラント９を供給し
得るようになっている。

【００１１】次に、上記構成の装置を用いた本発明の研
削方法の実施例を説明する。まず、導電性砥石（研削面
が図２Ａの状態になっている）４を研削装置に装着後、
図示しない駆動装置により導電性砥石４を回転し、弱電
性クーラント９をノズル８から供給しながら、ドレス電
極７とブラシ５を介して導電性砥石４に電源装置６から
電圧を印加して初期電解ドレッシング（初期ドレッシン
グ工程）を行う。これにより、導電性砥石４の研削面４
ａが電解ドレッシングされ、砥粒が突出した状態（砥粒
の目立て状態）となり球面創成加工が可能な状態（図２
Ｂの状態）となる。

【００１２】初期ドレッシングが完了した時点で、切替
スイッチ２０をＯＦＦ状態とし、導電性砥石４への電源
装置６からの電力の供給を停止し、この状態で導電性砥
石４をワーク２の被加工面２ａに当接するとともに、導
電性砥石４及びワーク２を回転しつつ、ワーク２の球面
創成加工を行なう。＃４００の砥粒を有する導電性砥石
４を用いた場合、この通常の研削工程では、すなわち、
導電性砥石４に通電することなく、この砥石４とワーク
２とを回転しつつ行う球面創成の研削加工工程では、数
百個程度のワーク２の連続加工を安定して行なうことが
できる。かかる通常の研削加工においては、砥粒の摩擦
とボンド材の絶縁酸化膜の除去が進行する。この進行中
では、砥石４の研削面は、前記図２Ｃの状態になって、
砥粒１０は硬度の高いボンド材で保持されている。

【００１３】そして、この研削工程において、所定の数
量のワーク２の球面創成加工が終了、もしくは砥粒が摩
滅により目つぶれを起こす直前に、切替スイッチ２０を
ＯＮ状態にして、ブラシ５と電源装置６とを接続して導
電性砥石４への電力供給を再開し、電解インプロセスド
レッシング研削（即ち、ワーク２の加工中に、砥石４を
研削装置から取り外すことなく電解ドレッシングしつつ
この砥石４でワーク２を研削加工すること）による球面
創成加工を数個のワーク２に対して行なう。そして、こ
の電解インプロセスドレッシング研削工程において、電
解ドレッシングによりボンド材が電解溶出されて導電性
砥石４の研削面４ａの砥粒の目立て状態が回復する（図
２Ｄの状態になる）。その後、通常の研削と電解インプ
ロセスドレッシング研削を交互に行いつつ多数個のワー
ク２の研削加工を行なう。

【００１４】本実施例においては、上記初期ドレッシン
グ工程後、通常研削工程→電解インプロセスドレッシン
グ研削工程→通常研削工程→電解インプロセスドレッシ
ング研削工程のサイクルを繰り返し、導電性砥石４を構
成するボンド材の不必要な溶出を防ぎながら安定した加
工が持続できるので、導電性砥石４の形状くずれを防止
でき多数個のワーク２のそれぞれの研削仕上げ面の形状
精度も高精度に維持することができる。さらに、砥粒が
摩滅により目つぶれを起こす前に、通常研削から電解イ
ンプロセスドレッシング研削に切り替えるため砥粒の能
力を十分に利用することができるとともに、通常研削に
よって導電性砥石４のボンド材の不必要な溶出を防ぎ、
まだ使用できる砥粒の落下を防止できるので、高い研削
比を得ることができる。

【００１５】

【実施例２】図４は、本発明に係る研削方法を実施する
ための研削装置の実施例２を一部切り欠いて示す平面図
である。本実施例の研削装置は、上記実施例１と同様に
形成したドレス電極２１をエアシリンダ２２に連結し、
導電性砥石４の研削面４ａと対向する配置及び研削面４
ａから退避できるように進退自在（図中、矢印Ｙ方向）
に設けられている。すなわち、エアシリンダ２２は、研
削加工時にドレス電極２１を退避させ、非研削加工時に
ドレス電極２１を研削面４ａに対向配置させ得るように
なっている。その他の構成は、切替スイッチ２０を設け
ず構成した点を除いて、上記実施例１と同様である。

【００１６】本実施例においては、ドレス電極２１と導
電性砥石４の研削面４ａとの距離を遠ざけることで、研
削面４ａとドレス電極２１との間に電流が流れなくな
り、研削面４ａが電解ドレッシングされなくなる。すな
わち、エアシリンダ２２を駆動してドレス電極２１を移
動することで、電圧の印加のＯＮ，ＯＦＦと同じ状態に
することを行なっている。

【００１７】次に、上記構成からなる研削装置を用いた
研削方法の実施例を説明する。なお、実施例にあって
は、導電性砥石４と曲率がほぼ等しい大きさのワーク２
を研削加工した。まず、研削装置にワーク２を装着する
前に、導電性砥石４を研削装置に装着後、導電性砥石４
を回転する。エアシリンダ２２によって、ドレス電極２
１を研削面４ａに接近させ、このドレス電極２１と研削
面４ａとの間に弱電性クーラント９を供給し、導電性砥
石４を電解ドレッシング（初期ドレッシング工程）す
る。そして、研削面４ａに対する初期ドレッシングが完
了した時点で、ドレス電極２１をエアシリンダ２２によ
り後退する。これにより、ドレス電極２１は研削面４ａ
から遠ざかり、ドレス電極２１と導電性砥石４との通電
が停止し、研削面４ａの電解ドレッシングが行われない
状態となる。

【００１８】ドレス電極２１の後退が終了した後、研削
装置のワークホルダー１にワーク２を装着し、導電性砥
石４をワーク２に対して当接させ、通常研削加工を行な
う。以後、順次に研削装置のワークホルダー１に装着し
た複数のワーク２に対して研削加工を施し、所定の数量
の球面創成の研削加工を終了したのち、もしくは砥粒が
摩滅により目つぶれをおこす直前にこの通常研削加工を
終了する。通常研削加工を終了後、ワーク２を研削装置
のワークホルダー１より取り外し、エアシリンダ２２に
よってドレス電極２１を前進して、導電性砥石４の研削
面４ａに接近させ、前記初期ドレッシングと同様に、導
電性砥石４の研削面４ａを電解ドレッシングする。以
後、上記電解インプロセスドレッシング研削と通常研削
を繰り返し、多数個のワーク２を研削加工する。

【００１９】本実施例においては、上記初期ドレッシン
グ以降、通常研削と電解インプロセスドレッシング研削
とを繰り返すことにより、導電性砥石４を構成する砥粒
およびボンド材の不必要な流出を防ぎながら安定した加
工が維持できるので、ワーク２の研削仕上げ面の形状精
度を高精度に維持することができる。

【００２０】なお、本実施例のように導電性砥石４の大
きさと曲率がほぼ等しい大きさのワーク２を研削加工す
る場合、もしくは球面創成するワーク２の曲率が非常に
小さい場合、もしくは球面創成するワーク２の曲率が非
常に大きい場合など、実施例１のように、ワーク２の加
工中にドレス電極２１を導電性砥石４の研削面４ａに接
近させて予め配置しておくことが不可能となる場合があ
るが、そのような場合には、ワーク２を加工しつつ導電
性砥石４を電解ドレッシングすることができなくなる。
しかし、本実施例においては、球面創成するワークの曲
率が非常に小さい場合、あるいは導電性砥石４と比較し
て、ワーク２の形状が大きい場合、初期電解ドレッシン
グが完了した後、エアシリンダ２２を駆動させ、ドレス
電極２１をワーク２と干渉しない位置まで退避させるこ
とにより、ワーク２の形状に関係なく安定した球面創成
の研削加工を行なうことができる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明の研削方法と装置
によれば、弱電性クーラントを供給しながら、電解ドレ
ッシングにより導電性砥石の研削面の砥粒の目立てと同
時に絶縁酸化膜を生成させ、この絶縁酸化膜による砥粒
の保持状態と、ボンド材による砥粒の保持状態と、を砥
石によるワークの研削加工中に存在するようにして、電
解インプロセスドレッシング研削と通常の研削を行なう
ので、砥粒の目立てが良好に行えるとともに摩滅のごく
僅かな砥粒を研削面から除去することなく使用できるこ
とになり、必要以上のボンド材の電解溶出を防止できて
導電性砥石の形状くずれを少なくできる。これにより、
導電性砥石の研削面の形状精度とドレッシング状態を維
持しながら、研削加工を連続的に行なうことができるの
で、精度の高い光学素子等を安定して加工することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の研削方法を実施するための研削装置
を例示して示す概念図である。

【図２】 導電性砥石の研削面の電解ドレッシング状態
を模式的に示す断面図である。

【図３】 本発明に係る研削方法を実施するための研削
装置の実施例１を示す平面図である。

【図４】 本発明に係る研削方法を実施するための研削
装置の実施例２を示す平面図である。

【図５】 従来の研削装置を示す平面図である。

【図６】 導電性砥石の研削面の電解ドレッシング状態
を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１ チャック ２ ワーク ４ 導電性砥石 ４ａ 研削面 ６ 電源装置 ７ ２１ ドレス電極 ９ クーラント １５ 切替手段 ２０ 切替スイッチ ２２ エアシリンダ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研削装置に導電性砥石を装着した後、ワ
   ークホルダに保持されたワークを回動しつつ導電性砥石
   を回動して研削面をワークに当接し、ノズルから弱電性
   クーラントを研削面とドレス電極との間に供給しながら
   ドレス電極に電源装置から（−）電圧を印加し、導電性
   砥石に（＋）電圧を印加して、該砥石の研削面を電解ド
   レッシングしつつワークの研削加工を行う研削方法にお
   いて、 前記研削装置に装着した導電性砥石の研削面を電解ドレ
   ッシングをして該研削面のボンド材を電解溶出し、砥粒
   の目立てを進行させるとともに該研削面にボンド材の絶
   縁酸化膜を生成して該酸化膜で砥粒を保持し、 次いで電源装置からの通電を切りまたはドレス電極を離
   して電解ドレッシングが行われない状態で前記砥石でワ
   ークを研削加工し、前記絶縁酸化膜がなくなった後も研
   削面に突出している砥粒で研削加工を続け、 前記砥粒が摩耗進行したところで、ワークの研削加工中
   に電解ドレッシングをして砥粒の目立てを進行させると
   ともに絶縁酸化膜を生成して該酸化膜で砥粒を保持し、 その後、電源装置からの通電を切りまたはドレス電極を
   離して電解ドレッシングが行われない状態で前記砥石で
   ワークを研削加工し、前記絶縁酸化膜がなくなった後も
   研削面に突出している砥粒で研削加工をし、 前記ワークの研削加工中に砥石の電解ドレッシングと、
   電解ドレッシングが行われない状態を交互に行うことを
   特徴とする研削方法。
2. 【請求項２】 ワークを保持する回転自在なワークホル
   ダと、前記ワークホルダに保持されたワーク表面に当接
   して回転駆動する導電性砥石と、前記導電性砥石の研削
   面に対して一定距離を維持して配置したドレス電極と、
   前記電極に（−）電圧を印加し前記砥石に（＋）電圧を
   印加する電源装置と、前記電極と前記砥石との間に弱電
   性クーラントを供給するノズルと、を有する研削装置に
   おいて、 前記導電性砥石の研削面を、砥粒が目立てされてボンド
   材の絶縁酸化膜で保持された状態にするよう電解ドレッ
   シングするために前記砥石と電極とを通電させ、また前
   記電解ドレッシング後のワーク研削中に電解ドレッシン
   グが行われないようにするために前記砥石と電極との通
   電を切るための、通電の切替手段を設けたことを特徴と
   する研削装置。