JP3251610B2 - 電解生成物による鏡面研磨方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械加工分野における
研磨加工方法及び装置に係わり、特に、砥粒を使用せず
に電解生成物により鏡面研磨加工を行う方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】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 Inproc
ess 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、接触面に対向する電極と、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
圧を印加する電源及び給電体とからなる装置であり、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）、砥石表面の絶縁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）に示す上述
したサイクルを以下 Elid サイクルと呼ぶ。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した Elid 研削に
用いる砥石には、鋳鉄ファイバボンド砥石、青銅ボンド
砥石等、種々の砥石が従来用いられているが、これらの
砥石には、次のような問題があった。すなわち、プレス
金型等の製作には、所望形状の砥石を多数使用するが、
この砥石を製作するのに、通常数箇月の期間と、砥石１
個当たり数十万円の費用を要していた。このため、プレ
ス金型等の製作期間が長期化するばかりか、金型の製作
費が高くなっていた。

【０００６】これは、鋳鉄ボンド砥石等の製作工程にお
いて、１０００℃以上に加熱して金属部（ボンド）を焼
結させ、更にこれをロウ付け等で台金に結合させる必要
があり、複雑で高価な高温炉が必要なためであるこのた
め、通常の金型メーカでは、砥石を内作できなかった。
本発明は、かかる問題を解決し、簡単安価な設備で容易
に製作でき、砥石の製造時間及び製造費用を低減するこ
とができ、砥石を加工機上で再生させることができ、従
って砥石の交換の手間を省くことができる、鏡面研磨方
法及び装置を提供することにある。

【０００７】上記問題を解決するため、本発明の発明者
は、電解ドレッシング中に砥石表面に生成される被膜の
主成分が高度の高い酸化物であることに着眼し、この被
膜すなわち電解生成物により鏡面研磨を行うことを研究
し本発明を完成させた。本発明によれば、被加工物と接
触することになる導電性砥石の接触面と、前記接触面に
対向して配置された電極との間に導電性液を供給し、前
記導電性砥石と前記電極との間に電圧を印加して導電性
砥石の前記接触面に電解生成物を生成し、該電解生成物
が生成された前記接触面を前記被加工物に接触させ、前
記電解生成物により前記被加工物を研磨する、電解生成
物による鏡面研磨方法が提供される。

【０００８】更に、本発明によれば、被加工物との接触
面を有する導電性砥石と、前記接触面に対向する電極
と、前記砥石と電極との間に導電性液を流す手段と、前
記砥石と電極との間に電圧を印加する手段とからなり、
前記砥石は砥粒を含まない酸化性の高い材料である、こ
とを特徴とする電解生成物による鏡面研磨装置が提供さ
れる。

【０００９】前記砥石はアルミ系材料である、ことが好
ましい。

【００１０】

【作用】上述した本発明による方法及び装置によれば、
砥石は、砥粒を含まない導電材料、好ましくはアルミ系
材料から作られるので、アルミ系材料の機械加工のみで
容易に砥石を製作することができる。また、砥石の接触
面に電解生成物を形成し、この電解生成物により被加工
物を研磨するので、砥石を加工機上で簡単に再生するこ
とができる。

【００１１】従って、簡単安価な設備で容易に製作で
き、砥石の製造時間及び製造費用を低減することがで
き、砥石を加工機上で再生させることができ、従って砥
石の交換の手間を省くことができる、鏡面研磨方法及び
装置を提供することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例を図面を参照
して説明する。図１は、本発明による鏡面研磨装置を模
式的に示す図である。この図において、１０は、垂直な
軸線を有するほぼ円板状の導電性砥石であり、この砥石
１０は、図示しない加工機の上部ヘッドに水平に回転可
能に固定されている。この上部ヘッドは、砥石１０と共
に水平方向及び垂直方向に移動できるようになってい
る。

【００１３】上部ヘッドの下方には、加工機のテーブル
１４が垂直軸を中心に設けられている。このテーブル１
４は、通常完全に固定されているが、水平方向及び／又
は垂直方向に移動できるようになっていてもよい。テー
ブル１４の上面には、保持具１５を介して通常周知の仕
方で被加工物すなわちワーク１６が固定される。ワーク
１６が導体である場合には、保持具１５はワーク１６を
テーブル１４から絶縁させるために、絶縁されているの
が好ましい。砥石１０の下面すなわちワーク１６との接
触面１２は、水平な研磨面であり、回転する砥石１０の
接触面１２をワーク１６に接触させることにより、ワー
ク１６が研磨される。

【００１４】砥石１０のワーク１６と接触しない部分の
下方には、砥石１０の接触面１２の形状とほぼ一致する
形状の電極２０が砥石１０の接触面１２に対向して設け
られている。砥石１０の周囲には複数のノズル３０が設
けられ、これにより、図示しない供給パイプを介して砥
石１０と電極２０との間に弱導電性である切削液すなわ
ちクーラントを流すようになっている。このノズル３０
は、砥石１０とワーク１６との間にもクーラントを流す
ように設けるのが好ましい。

【００１５】更に、この装置には電源４０が設けられ、
砥石１０の円周面に接触するようになった給電体４２を
介して砥石１０に＋の電圧を印加し、一方電極２０に−
の電圧を印加できるようになっている。この電源４０
は、パルス電源或いはパルスと直流を混在させた電源が
好ましい。砥石１０は、砥粒を含まない酸化性の高い材
料で作られる。表１に鉄系材質、銅系材質、アルミ系材
質の特性の比較を示す。鉄系材質の酸化被膜はある塊で
剥離し易く、研磨に寄与する時間が短い。また、銅系材
質の酸化被膜では溶出が早すぎる。これに対して、アル
ミ系材質では、電解により母材のドレッシングが行われ
るが、それ以上に酸化被覆、すなわちアルミナの生成が
早く、ドレッシングと被覆生成とが並行して起こり、出
来た被覆の母材への結合が強く、また、酸化被覆、すな
わちアルミナがほぼ粒状に形成されるため、砥粒と同様
な機能を有する。従って、電解生成物により鏡面研磨を
行うには、アルミ系材質が最も適していることがわかっ
た。

【００１６】

【表１】

【００１７】使用において、上述した Elid サイクルと
同様のサイクル、すなわちドレッシング、被膜生成、被
膜による研磨、被膜の摩耗のサイクルにより、被膜の生
成と被膜によるワークの研磨が行われる。図２に電解生
成物による研磨機構を示す。図に示すように研磨は砥石
１０、すなわちアルミニウムの表面に生成した酸化被膜
１１、例えばアルミナにより行われる。従って、被膜の
摩耗と被膜生成をバランスさせることにより、常に適当
を被膜を保持することができ、砥石を加工機内で再生
し、砥石交換の手間を省くことができる。 実施例１ アルミ系材料である超ジュラルミン盤を砥石（径１８０
mm−厚さ１０mm) とし、これを正極とし、対向電極を負
極とし、表２に示す研削機械、電源及び被削材等を使用
して研磨を実施した。この研磨では、電解生成物を発生
させつつ研磨するため、定圧切り込みが望ましく、垂直
方向の荷重（ＦZ 荷重）が２kgf 以内であるように調整
した。得られた結果を図３〜５に示す。

【００１８】

【表２】

【００１９】（１）電解による電流・電圧の変化 図３に電流・電圧の変化を示す。電解生成物の堆積によ
り電流低減が生じた。被覆厚さは約２０分の通電で約１
７０μｍであり、鋳鉄等の電解被覆（４０〜５０μｍ）
の３〜４倍の厚さが得られた。電解生成物は乳白色でア
ルミナ系の成分と思われる。電解生成物は顕微鏡観察に
よると、アルミの母材に粒子状のアルミナが結合してい
た。 （２）鏡面研磨特性 研磨加工の負荷変化を図４に示す。総切り込み量が７０
〜９０μｍまでは、荷重値がさほど高くならなかった。 （３）加工面粗さ 窒素珪素仕上面の粗さパターンを図５に示す。＃６００
（Ｒmax １．５０３μｍ）の加工面（図５Ａ）は光沢の
ない梨地であったが、この面が研磨されてＲmax ０．１
７０μｍの光沢のある良好な鏡面（図５Ｂ）が得られ
た。この鏡面は、＃２０００の砥石による Elid 研削面
に匹敵するものであった。

【００２０】

【発明の効果】上述した本発明による砥石及びその製造
方法によれば、砥石は、砥粒を含まない導電材料、好ま
しくはアルミ系材料から作られるので、アルミ系材料の
機械加工のみで容易に砥石を製作することができる。ま
た、砥石の接触面に電解生成物を形成し、この電解生成
物により被加工物を研磨するので、砥石を加工機上で簡
単に再生することができる。

【００２１】従って、簡単安価な設備で容易に製作で
き、砥石の製造時間及び製造費用を低減することがで
き、砥石を加工機上で再生させることができ、従って砥
石の交換の手間を省くことができる、鏡面研磨方法及び
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電解ドレッシング装置を模式的に
示す図である。

【図２】電解生成物による研磨機構を示す図である。

【図３】電解による電流・電圧の変化を示す図である。

【図４】研磨加工の負荷変化を示す図である。

【図５】研磨前後の面粗さを示す図である。

【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】

１０ 砥石 １２ 接触面 １４ テーブル １６ ワーク １８ 上部ヘッド ２０ 電極 ３０ ノズル ４０ 電源 ４２ 給電体

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物と接触することになる導電性砥
   石の接触面と、前記接触面に対向して配置された電極と
   の間に導電性液を供給しつつ、前記導電性砥石と前記電
   極との間に電圧を印加しながら、導電性砥石の前記接触
   面に電解生成物を生成し、該電解生成物が生成された前
   記接触面を前記被加工物に接触させ、前記電解生成物に
   より前記被加工物を研磨する、電解生成物による鏡面研
   磨方法。
2. 【請求項２】 前記導電性砥石の母材は、アルミ系材料
   からなる請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 被加工物を支持するための支持手段と、 母材がアルミ系材料からなる導電性砥石と、 前記支持手段によって支持された被加工物と接触する導
   電性砥石の接触面と対向して配置された電極と、 該接触面と該電極との間に導電性液を供給する導電性液
   供給手段と、 被加工物の研磨中、前記接触面に生成されたアルミナ電
   解生成物が摩耗するたびに、新たにアルミナ電解生成物
   を形成することにより砥石を再生するように、導電性砥
   石と前記電極との間に所定電圧を印加する電圧印加手段
   とを、 有することを特徴とする砥石の再生装置。