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発明の名称 メタルボンド砥石を用いた研削装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−225865
公開日 平成10年(1998)8月25日
出願番号 特願平9−41493
出願日 平成9年(1997)2月10日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】村上 智司 (外2名)
発明者 山田 裕久
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 メタルボンド砥石と、該メタルボンド砥石を回転自在に支持するとともに、これを所定方向に回転させる支持回転手段と、前記メタルボンド砥石の研削作用面に対向させて設けたドレス用電極と、一方の電極が前記メタルボンド砥石に接続するとともに、他方の電極が前記ドレス用電極に接続して、前記メタルボンド砥石と該ドレス用電極との間に電圧を印加する電源と、前記メタルボンド砥石とドレス用電極との間に導電性の研削液を供給する研削液供給手段とからなる研削装置において、前記ドレス用電極を、前記メタルボンド砥石の回転軸に沿って並設した複数の電極体から形成し、且つ隣接する該電極体間に絶縁体を設けて形成するとともに、前記各電極体と前記電源とを順次切り換えて接続する切換え手段を設けて構成したことを特徴とするメタルボンド砥石を用いた研削装置。
【請求項2】 前記切換え手段が、前記電源と前記電極体との接続時間及び/又は接続する前記電極体を任意に設定できるものである請求項1記載のメタルボンド砥石を用いた研削装置。
【請求項3】 前記ドレス用電極の各電極体の隣接面を、前記メタルボンド砥石の回転軸に対して傾斜させたことを特徴とする請求項1又は2記載のメタルボンド砥石を用いた研削装置。
【請求項4】 前記研削装置が、被加工物を回転自在に支持するブレードと、該ブレードに支持される被加工物を前記メタルボンド砥石に押し付ける調整車とを更に備えたセンタレス研削装置である、請求項1又は2又は3記載のメタルボンド砥石を用いた研削装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高硬度のメタルボンド砥石を用いた研削装置に関し、更に詳しくは、研削加工を行いながら、電解作用により砥石をドレッシングする研削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、鋳鉄ファイバボンドダイヤモンド砥石等の高強度メタルボンド超砥粒砥石が、セラミックス等の高硬度難加工材の超精密加工に適していることが知られている。そして、この高強度メタルボンド超砥粒砥石を用いた高能率研削法として電解インプロセスドレッシング(Electrolytic In-process Dressing、以下「ELID」という)研削法が開発され、近時注目を集めている。
【0003】前記高強度メタルボンド超砥粒砥石は高強度であり前記高硬度難加工材の超精密加工に向いているが、高強度であるが故にそのドレッシング(目立て)が容易ではなく、従来用いられていたロータリダイヤ等による機械的ドレッシングでは、ドレッシング作業に長時間を要するばかりか、ロータリダイヤ自体の摩耗も激しく、その作業が困難を極めていたのである。
【0004】そこで前記ELID研削法が開発されたのであるが、このELID研削法を簡単に言うと、研削加工を行いながら(インプロセス)電解作用により砥石をドレッシングするというものである。
【0005】このELID研削法を実施するための一具体例としての装置を図5及び図6に示す。同図に示すように、このELID研削装置は、支持回転手段(図示せず)により支持され一定方向に回転するメタルボンド砥石2と、被加工物Wを回転自在に支持するブレード5と、メタルボンド砥石2と同方向に回転するとともに被加工物Wをメタルボンド砥石2に押し付ける調整車4とを備えたセンタレス研削装置にELID研削法を適用したものであり、ELID装置として、メタルボンド砥石2の研削作用面に対向させて設けたドレス用電極1と、メタルボンド砥石2の回転軸3に陽極が接続し、前記ドレス用電極1に陰極が接続した電源6と、前記メタルボンド砥石2とドレス用電極1との間に導電性の研削液を供給する研削液供給手段7とを備えたものである。
【0006】前記メタルボンド砥石(以下、単に「砥石」という)2はダイヤモンド,CBN等の超砥粒を鋳鉄等の導電性を有する結合剤(メタルボンド)で保持したものであり、電源6により、この砥石2の回転軸3とドレス用電極1との間に所定の電圧を印加すると、メタルボンドの導電性からメタルボンド砥石の表面が陽極となり、前記ドレス用電極1が陰極となる。
【0007】そこに前記研削液供給手段17から導電性の研削液(弱導電性の研削液が好ましい。)を供給すると、例えばメタルボンドが鋳鉄である場合には、電気分解により砥石2表面のメタルボンド部分から鉄イオン(Fe2+)が溶出し、砥粒が砥石2表面に露出してドレッシングが行われる。
【0008】そしてこの鉄イオン(Fe2+)のうちある割合のものが水酸化鉄に変化し、最終的には硬い酸化鉄へと変化して砥石2表面に付着し、酸化鉄被膜を砥石2表面に形成する。この酸化鉄は電気的に絶縁性であるため、酸化鉄被膜が充分に形成されると、電気分解による鉄イオン(Fe2+)の溶出が抑制される。
【0009】次に、この状態で引き続いて研削加工を行うと、砥粒が摩耗するとともに、被加工物Wとの摩擦により酸化鉄被膜が砥石2表面から遊離し始め、これが進行すると、砥石2表面を覆う酸化鉄被膜が不十分となって再び導電性が回復し、上述した一連のプロセスを繰返すことになる。
【0010】そして、このようなELID研削装置においては、砥石2に研削液を供給する際に、砥石2の外周を連れ回る空気が砥石2とドレス用電極1との間に流入して、研削液の供給が不均一になったり、遠心力によって研削液が飛散する所謂研削液剥離の状態になるといった不都合を防止するために、通常、ドレス用電極1と研削液供給手段7とを覆うカバー8が設けられている(図5及び図6において二点鎖線で示す。)。尚、このカバー8と砥石2との間隙は極めて僅かなものに設定され、カバー8内は気密な状態となっている。
【0011】以上のようにELID研削法は、随時ドレッシングを行いながら研削加工を行うことができるものであり、研削加工を極めて高能率に行うことができるとともに、ドレッシングを電気化学的に行うので、従来のロータリダイヤ等を用いた機械的なドレッシングに比べて、その抵抗が少なく、装置全体をコンパクトにすることができるという効果を有するものである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のELID研削装置は、前記砥石2の全幅に対応した幅の単一のドレス用電極1を用いているため、例えば、センタレス研削装置におけるように、幅広の砥石2を用いる場合には、それに応じた大きな容量の電源6を用意する必要があったのである。
【0013】電源6の容量を一定としたたまま、砥石2の幅に応じてドレス用電極1の幅を広くすると、当該ドレス用電極1の表面積が大きくなり、当該ドレス用電極1の単位面積当たりの電流密度が小さくなって、電解作用が弱まり、当該作用による砥石2のドレッシングが遅くなり、砥石2の目詰りを生じる。従って、ELID研削を支障なく行うには、砥石2の目詰りを生じない速度でドレッシングが行われるように、砥石2の幅に応じて電源6の容量を大きくしなければならないのである。
【0014】かかる問題を解決すべく、図7に示すように、ドレス用電極1を砥石2の幅よりも狭いものとし、これを砥石2の回転軸3に沿って矢示方向にトラバースするように構成し、電源6の容量を極力小さいものにすることも考えられるが、このように構成した場合、構造上の問題から、ドレス用電極1と研削液供給手段7とを覆うカバー8を設けることができないため、前述した研削液剥離という問題を回避することができず、安定したELID研削を行うことができないという問題がある。
【0015】また、ドレス用電極1をトラバース(往復移動)させると、ドレス用電極1の砥石2に対峙する時間が砥石2の両端部分と中央部分とで異なるため、電解によるドレッシング効果が砥石2の両端部分では悪くなるという不都合もある。
【0016】また、例えば、センタレス研削装置を用いたスルーフィード方式(被加工物Wを、砥石2と調整車との間を一方から他方に向けて通過させて研削する方式)による研削の場合、砥石2の研削作用面の仕事量はその各部で異なり、摩耗状態が各部で異なる。従って、砥石2の摩耗状態に応じてドレッシングするのが効果的であるが、単一のドレス用電極1を用いると、このような砥石2の摩耗状態に応じたドレッシングを行うことができないため、効率的なドレッシングを行うことができないという問題もある。
【0017】本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、幅広の砥石であっても、比較的小さな容量の電源を用い、しかも砥石の摩耗状態に応じたELID研削を行い得る研削装置の提供を目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明の請求項1に係る発明は、メタルボンド砥石と、該メタルボンド砥石を回転自在に支持するとともに、これを所定方向に回転させる支持回転手段と、前記メタルボンド砥石の研削作用面に対向させて設けたドレス用電極と、一方の電極が前記メタルボンド砥石に接続するとともに、他方の電極が前記ドレス用電極に接続して、前記メタルボンド砥石と該ドレス用電極との間に電圧を印加する電源と、前記メタルボンド砥石とドレス用電極との間に導電性の研削液を供給する研削液供給手段とからなる研削装置において、前記ドレス用電極を、前記メタルボンド砥石の回転軸に沿って並設した複数の電極体から形成し、且つ隣接する該電極体間に絶縁体を設けて形成するとともに、前記各電極体と前記電源とを順次切り換えて接続する切換え手段を設けて構成したことを特徴とするものである。
【0019】この研削装置によれば、複数の電極体は各絶縁体により仕切られ、電気的に独立しているので、切換え手段により前記各電極体と前記電源とを順次切り換えて接続すると、当該切り換えられた電極体とメタルボンド砥石との間にのみ電圧が印加され、当該電極体に対応したメタルボンド砥石の研削作用面が電解作用によりドレッシングされる。しかして、切換え手段により切り換えて順次各電極体と電源とを接続することにより、メタルボンド砥石の研削作用面を順次ドレッシングし、最終的には研削作用面の全面をドレッシングすることができる。
【0020】このように、ドレス用電極をメタルボンド砥石の全幅に対応した幅を有する単一のものとするのではなく、メタルボンド砥石の幅よりも狭い幅の複数の電極体を砥石の回転軸に沿って並設しているので、各電極体における電解に要する電力を極力小さくすることができ、電源の容量を小さいものとすることができる。その結果、研削装置全体をコンパクトなものにすることができる。
【0021】また、請求項2に係る発明は、前記切換え手段が、前記電源と前記電極体との接続時間及び/又は接続する前記電極体を任意に設定できるものである。
【0022】このように構成したので、前記砥石の研削作用面の仕事量に応じて、これに対応する電極体と電源との接続状態(時間,回数)を異ならせるように、電極体と電源との接続を制御することができ、これにより砥石の研削作用面の摩耗状態に応じた、効率的なドレッシングを行うことができる。
【0023】また、請求項3に係る発明は、前記ドレス用電極の各電極体の隣接面を、前記メタルボンド砥石の回転軸に対して傾斜させたことを特徴とするものである。
【0024】電極体の隣接面が砥石の回転軸に対して直交するように設けると、絶縁体が厚い場合には、当該絶縁体に対応する砥石の研削作用面に電解作用が及ばず、当該研削作用部分については全くドレッシングされないこととなり、目詰り状態となる結果、被加工物の加工表面に段差を生じ、縞状の模様を呈するという不都合を生じるが、各電極体の隣接面を、砥石の回転軸に対して傾斜させことで、絶縁体に対応する研削作用面に、当該絶縁体に隣接する電極体がオーバーラップして作用するため、当該隣接する電極体と電源とを順次接続することにより、当該絶縁体に対応する研削作用面についても確実にドレッシングを行うことができる。これにより、被加工物Wの加工表面に段差を生じ、縞状の模様となるという上述の不都合を防止することができる。
【0025】また、請求項4に係る発明は、前記研削装置を、被加工物を回転自在に支持するブレードと、該ブレードに支持される被加工物を前記メタルボンド砥石に押し付ける調整車とを更に備えたセンタレス研削装置としたものである。センタレス研削装置においては、比較的幅広の砥石を用いることが多く、上述した効果が顕著に発現され、好適である。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一具体的な実施形態について添付図面に基づいて説明する。
【0027】(第1の実施形態)図1は第1の実施形態に係る研削装置を模式的に示した斜視図であるが、同図に示すように、この装置は上述の図5及び図6に示す従来のELID研削装置に、本発明を適用,具現化したものであり、ドレス用電極11の構成、並びに切り換え手段12を設けた点において従来のELID研削装置と異なり、他は従来の研削装置と同じ構成である。従って、従来の研削装置と同じ構成については同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【0028】前記ドレス用電極11は、砥石2の研削作用面に対向させて設けたものであり、複数の(図1においては5個)電極体11aを砥石2の回転軸3に沿って並設するとともに、当該隣接する各電極体11a間に、絶縁体11bを設けて構成したものである。また、図2は図1における矢視A方向の平面図であるが、同図に示すように、前記電極体11aは、その隣接面が前記砥石2の回転軸3に対し直交するように形成されている。尚、この電極体11aには、銅,ステンレス等、導電性を有する各種の金属を適用することができる。また、前記絶縁体11bには、ゴム等の各種絶縁物質を適用することができるが、厚みを極力薄くできることから、FRP(繊維強化プラスチック)を用いるのが好ましい。FRPを用いると、絶縁体11bの厚さを0.1mm以内におえることができる。
【0029】前記切換え手段12はリレーユニット13及びコントローラ14からなる。前記リレーユニット13は、前記各電極体11aに対応した複数のリレーを備えてなるものであり、当該リレーの一方の端子が対応する前記電極体11aに接続し、他方の端子が前記電源6に接続している。また、コントローラ14はプログラマブル・コントローラからなり、前記各リレーに対して、任意に選択したリレーを適宜時間だけONさせる信号を出力できるようになっている。
【0030】以上の構成を備えた研削装置によれば、コントローラ14からの信号を受けて、リレーユニット13内の、それに対応したリレーがONとなり、このリレーに対応した前記電極体11aと前記電源6の陰極が接続され、当該電極体11aと砥石2の回転軸3との間に所定の電圧が印加される。そして、当該電極体11aに対応した砥石2の研削作用面が電解作用により、ドレッシングされる。しかして、切換え手段12により、電源6に接続される電極体11aを順次切り換えることで、砥石2の研削作用面全面をドレッシングすることができる。
【0031】このように、この装置においては、ドレス用電極11を砥石2の全幅に対応した幅を有する単一のものとするのではなく、砥石2の幅よりも狭い幅の複数の電極体11aを砥石2の回転軸に沿って並設したので、電解に要する電力を極力小さくすることができ、電源6の容量を小さいものとすることができる。その結果、研削装置全体をコンパクトなものにすることができる。
【0032】また、ドレス用電極11を独立に分離した複数の電極体11aで構成するとともに、コントローラ14により各電極体11aを切り換えて電源6に接続するように構成したので、前記砥石2の研削作用面の仕事量に応じて、これに対応する電極体11aと電源6との接続状態を異ならせることができ、砥石2の研削作用面の摩耗状態に応じた、効率的なドレッシングを行うことができる。例えば、砥石2の比較的仕事量の多い研削作用面に対応した電極体11aを、他の電極体11aに比べて、電源6と接続する回数及び/又は時間を多くするようにコントローラ14によって制御すると、仕事量の多い研削作用面を集中的にドレッシングすることができる。これにより、仕事量が異なるにも拘わらず、砥石2の研削作用面をその全体に亘って略均一なものとすることができる。
【0033】(第2の実施形態)第2の実施形態に係る研削装置は、第1の実施形態の研削装置の各電極体11aの隣接面を、図3に示すように、砥石2の回転軸3に対して傾斜させて構成したものであり、他の構成は第1の実施形態の研削装置と同様である。
【0034】前述した第1の実施形態に係る研削装置においては、砥石2の回転軸3に対して、電極体11aの隣接面が直交するように設けているので、絶縁体11bが厚い場合には、当該絶縁体11bに対応する砥石2の研削作用面には電解作用が及ばないこととなり、当該砥石2の研削作用部分については全くドレッシングされないこととなって、目詰り状態となる。その結果、当該砥石2の研削作用面のうち、目詰りのない部分においては加工が良好に行われ、目詰り部分においては加工が進まず、被加工物Wの加工表面に段差を生じ、縞状の模様を呈することとなって不都合である。
【0035】そこで、本実施形態に係る研削装置においては、各電極体11aの隣接面を、砥石2の回転軸3に対して傾斜させているのである。このように構成することで、図3に示すように、砥石2の研削作用面のうち、絶縁体11bに対応した部分については、左右に隣接する電極体11aがオーバーラップして作用するため、隣接する電極体11bと電源6とを順次接続することにより、当該絶縁体11bに対応した部分についても確実にドレッシングを行うことができる。これにより、被加工物Wの加工表面に段差を生じ、縞状の模様となるという上述の不都合を防止することができる。
【0036】尚、本第1及び第2の実施形態に係るセンタレス研削装置においては、比較的幅広の砥石2を使用することが多く、如上の効果が顕著に発現される。
【0037】以上、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明を適用し得る研削装置はこのセンタレス研削装置に限られるものではなく、円筒研削装置,平面研削装置にも当然に適用することができる。
【0038】また、前記切換え手段12をリレーユニット13及びコントローラ14から構成したが、これに限られるものではなく、前記各電極体11aと電源6とを順次切り換えて接続できるものであればどのような構成のものであっても良い。
【0039】また、図3においては、各電極体11aの隣接面を同方向に傾斜させたものとしたが、図4に示すように、交互に逆方向になるように傾斜させても良く、この場合にも同様の効果を奏する。
【0040】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項1に係る発明によれば、ドレス用電極を、メタルボンド砥石の回転軸に沿って並設した複数の電極体から形成し、且つ隣接する電極体間に絶縁体を設けて形成するとともに、切換え手段により、各電極体と電源とを順次切り換えて接続するように構成したので、各電極体における電解に要する電力を極力小さくすることができ、電源の容量を極力小さいものとすることができる。その結果、研削装置全体をコンパクトなものにすることができる。
【0041】また、請求項2に係る発明によれば、前記切換え手段を、前記電源と前記電極体との接続時間及び/又は接続する前記電極体を任意に設定できるものとしたので、前記砥石の研削作用面の仕事量に応じて、これに対応する電極体と電源との接続状態(時間,回数)を異ならせるように、電極体と電源との接続を制御することができ、砥石の研削作用面の摩耗状態に応じた、効率的なドレッシングを行うことができる。
【0042】また、請求項3に係る発明によれば、ドレス用電極の各電極体の隣接面を、砥石の回転軸に対して傾斜させて設けているので、絶縁体に対応する研削作用面に、当該絶縁体に隣接する電極体がオーバーラップして作用し、当該絶縁体に対応する研削作用面についても確実にドレッシングを行うことができる。
【0043】また、請求項4に係る発明は研削装置をセンタレス研削装置としたものであるが、センタレス研削装置においては、比較的幅広の砥石を使用することが多く、如上の本発明の効果が顕著に発現され得る。




 

 


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