(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削工具のツルーイング及びドレッシング装置において、
回転可能に支持された半球状の研削工具と、
加工槽内で研磨液に浸漬され、前記研削工具の軸線とねじれの位置に設けられた軸線のまわりに回転可能に支持された円柱状の陽電極と、
前記陽電極に対して所定間隔をあけて対設、固定された円筒内面を有する陰電極とを具備し、
前記陽電極と陰電極との間に電界を形成して両者間に前記研磨液中に分散された遊離砥粒の電気泳動現象を生じさせるとともに、前記研削工具と前記陽電極とを相対回転させ、かつ前記研削工具を前記陽電極の円柱外周面に沿って相対円弧運動を行わせ、前記研削工具のツルーイング及びドレッシングを行うことを特徴とした研削工具のツルーイング及びドレッシング装置。
【請求項２】
前記陽電極は、所定の周期でその回転速度を変化可能に構成された請求項１に記載の研削工具のツルーイング及びドレッシング装置。
【請求項３】
前記加工槽内の研磨液を循環させる研磨液循環手段を更に具備する請求項１または２に記載の研削工具のツルーイング及びドレッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研削工具のツルーイング及びドレッシング装置に関し、特に半球状の研削工具を精度よくツルーイング及びドレッシングする研削工具のツルーイング及びドレッシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変位切り込み方式の研削加工を行うことによって金型の自由曲面を鏡面仕上するために、半球状に成形した極微粒のダイヤモンド砥粒を含む砥石または研削工具が用いられている。砥石は、研削加工の進捗により、砥石表面の砥粒間にワーク表面から除去された微粒の切粉が目詰まりするとともに、砥石の砥粒及び結合材（マトリックス）が漸次除去され変形する。この場合、高精度な加工面を創成するためには、砥石を精度よくツルーイング（成形）及びドレッシング（目立て）する必要がある。
【０００３】
精密な表面研磨法として電気泳動現象を利用した研磨方法は既に公知となっている。例えば、特公昭５９−４６７３９号公報には電気泳動によりワーク表面を研削する方法が開示されている。この方法では、遊離砥粒を分散させた懸濁液中において、ワークとポリッシャを対向させた状態で両者間に電圧を印加しながら相対回転運動させ、電気泳動現象を利用してワーク表面を研磨する。
【０００４】
更に、特開平８−２５７９１２号公報には、遊離砥粒を分散させた懸濁液中において、ワークを研磨すると同時に砥石の再生を行う電気泳動を利用したインプロセスドレッシング方法が開示されている。
既述したように、高精度の研削加工では精度よくツルーイング及びドレッシングを行うことが不可欠である。然しながら、上記２つの公報に開示された方法では半球状の研削工具のツルーイングとドレッシングを行なうことができないという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために本出願人は、特願平９−２２１５８５号明細書に記載されたドレッシング装置を特許出願した。図４に示すようにそのドレッシング装置１００は、研磨液を貯留した加工槽内に回転自在に支持された半球状の研削工具１０２と、研削工具１０２に対設され、研削工具の回転軸線Ｏに平行な回転軸線Ｏ′回りに回転自在に支持された陽電極１０４とを具備している。陽電極１０４は研削工具１０２の先端部の形状に対応した形状を有している。陽電極１０４に対して所定間隔をあけて陰電極１０６が対設されており、陽電極と陰電極との間に電界を形成して、両者間に研磨液中に分散する遊離砥粒を電気泳動させる共に、研削工具１０２と陽電極１０４とを相対回転させて、研削工具１０２のツルーイング及びドレッシングを行うようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４のドレッシング装置では、研削工具１０２の球状先端部を真球度１μｍ程度にドレッシングすることが可能であるが、研削工具１０２の表面を均一にドレッシングすることが困難である。つまり、研削工具の円筒状の側面領域Ｉでは研削工具１０２の表面に対して研磨液が常に同じ方向に流動するために、研削工具１０２の側面領域Ｉでは周方向の小さな機械的引っ掻き傷が形成される。これに対して研削工具１０２の球形の先端領域IIでは、研削工具１０２の表面に対する研磨液の流動方向が一定していないために、こうした引っ掻き傷が形成されることがない。
【０００７】
本発明はこうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、電気泳動現象を利用して、研削工具、特に半球状の砥石から成る研削工具を高精度に、かつ、表面に引っ掻き傷が形成されないようにツルーイングとドレッシングが可能な研削工具のツルーイング及びドレッシング装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、研削工具のツルーイング及びドレッシング装置において、回転可能に支持された半球状の研削工具と、加工槽内で研磨液に浸漬され、前記研削工具の軸線とねじれの位置に設けられた軸線のまわりに回転可能に支持された円柱状の陽電極と、前記陽電極に対して所定間隔をあけて対設、固定された円筒内面を有する陰電極とを具備し、前記陽電極と陰電極との間に電界を形成して両者間に前記研磨液中に分散された遊離砥粒の電気泳動現象を生じさせるとともに、前記研削工具と前記陽電極とを相対回転させ、かつ前記研削工具を前記陽電極の円柱外周面に沿って相対円弧運動を行わせ、前記研削工具のツルーイング及びドレッシングを行うことを特徴とした研削工具のツルーイング及びドレッシング装置を要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図１、２を参照すると、本実施形態によるドレッシング装置１０は、加工槽としての概ね円筒状のハウジング１２内と、ハウジング１２内において水平軸線ａ１回りに回転自在に支持された円柱状の陽電極１８を具備している。より詳細には、陽電極１８はカップリング１６を介してモータ１４の出力軸１４ａに連結されて、該出力軸１４ａ及びカップリング１６により水平軸線ａ１を中心として回転自在に支持されている。モータ１４は、モータ取付台１４ｂによりテーブル等の支持面３６に固定されている。モータ１４は、所定の周期でその回転速度を変化させることができる。
【００１０】
ハウジング１２内には、更に、非導電性材料から成る陰電極ホルダ２２により、陰電極２０がハウジング１２に固定されている。陰電極２０は、中心を見込む角度が約１８０にわたって陽電極１８の斜め４５°の下側の側面に対面する半円筒状の内周面を有する部材である。陰電極２０は、その内面が陽電極１８の外表面に概ね平行となるように所定間隔をあけて対設、固定されている。陽電極１８と陰電極２０の間には、直流電源３２、可変抵抗器３４を主要な構成要素とする電源装置により直流電圧が印加される。
【００１１】
ハウジング１２の頂部付近に形成された工具挿入口１２ａから、ドレッシングすべき研削工具としてボール砥石２６がハウジング１２内に挿入される。ボール砥石２６は、水平軸線ａ１に対して垂直ねじれの位置にある鉛直軸線ａ２を中心として回転自在の主軸装置２４の先端部に装着されている。
【００１２】
主軸装置２４は回転軸線ａ２に沿う方向及び同回転軸線に対して垂直方向に移動可能に構成されており、ボール砥石２６の先端部を陽電極１８に対して正確に位置決めできようになっている。本実施形態において、ボール砥石２６は、直径２０ｍｍの極微粒レジンボンド砥石であり、平均粒径４から６μｍのダイヤモンド砥粒をメラミン樹脂にて結合し、円柱と半球とを組み合わせた形状にて形成されている。ボール砥石２６は単に半球形状に形成してもよい。
【００１３】
ドレッシングに必要な研磨液は、研磨液循環ポンプ３０、研磨液吐出管路３０ａ、研磨液吐出管路３０ｂを主要構成要素として具備する研磨液循環装置により供給される。すなわち、研磨液循環ポンプ３０により研磨液吐出管路３０ａを介して、ハウジング１２内において陽電極１８及び陰電極２０の上方から供給され、ハウジング１２内に供給された研磨液は、ハウジング１２内においてボール砥石２６のドレッシングに用いられた後、ハウジング１２の底部に形成された研磨液排出口１２ｂから研磨液タンク２８へ排出され、研磨液タンク２８に貯留する研磨液は、研磨液吸込管路３０ｂを介して研磨液循環ポンプ３０により吸い込まれ、研磨液吐出管路３０ａを介して再びハウジング１２内に供給される。研磨液循環ポンプ３０は、好ましくは、チュービングポンプから成る。
【００１４】
本実施形態において前記研磨液は、ｐＨが７のイオン交換水にカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を混合し、遊離砥粒としてメッシュサイズが＃４０００の酸化アルミナ砥粒を分散させた懸濁液から成る。遠心力により研磨液が飛散することを防止するため、及び、粒径が比較的大きなアルミナ砥粒を研磨液に分散させるために比較的粘度の高い研磨液とした。
【００１５】
以下、本発明実施形態の作用を説明する。
一般的に、ＣＭＣを溶解させた水溶液にアルミナ砥粒を分散させると、ＣＭＣの親水基が金属イオンを放出して負に帯電し、疎水基には砥粒が吸着される。ＣＭＣ溶液に砥粒を分散させた懸濁液から成る研磨液に、陽電極１８と陰電極２０の間に電圧を印加して両者間の微小間隙に電場を形成すると、ＣＭＣに疎水吸着した砥粒が、電気泳動現象により陽電極１８の表面に吸引される。そして、陽電極１８の表面に吸引されたＣＭＣ及び砥粒が陽電極１８の表面に疎水吸着して、図３に示すように砥粒濃度の高いゲル状の皮膜３８が形成される。
【００１６】
ボール砥石２６を軸線ａ２を中心として回転させると共に、図３において矢印Ａ、Ａ′で示すように円弧状に移動させながら、上述の皮膜３８が形成された陽電極１８の表面に押接すると、ボール砥石２６が半球形にツルーイング（成形）される。また、ボール砥石２６を軸線ａ２を中心として回転させると共に、図３において矢印Ａ、Ａ′で示すように円弧状に移動させながら、その先端部を陽電極１８の表面の皮膜３８に接触させることにより、ボール砥石２６の先端が半球形にドレッシング（目立て）される。つまり、ボール砥石２６を陽電極１８の表面に接触するように押接することにより、ボール砥石２６のダイヤモンド砥粒及び結合材としてのメラミン樹脂の両者が除去されてツルーイングされ、ボール砥石２６を陽電極１８のの表面に形成されたゲル状の皮膜３８に接触するようにボール砥石２６を位置決めすることにより、ゲル状の皮膜がポリッシャとして作用し、ボール砥石２６のメラミン樹脂のみが除去されボール砥石２６がドレッシングされるのである。本実施形態は、このようにして陽電極１８の表面または表面に形成された皮膜１８ａにボール砥石２６の先端を接触させながら、主軸装置２４によりボール砥石２６を図３において矢印Ａ、Ａ′にて示すように円弧状に往復移動させる点を特徴としている。
【００１７】
次に、上述した本実施形態の作用をより詳細に説明する。図３において、陽電極１８とボール砥石２６の接点Ｐを考える。実際上は、陽電極１８の外表面とボール砥石２６の表面との間には上述した皮膜３８が形成されており、厳密な意味において陽電極１８とボール砥石２６は接しておらず、特にドレッシング時には約３０μｍの間隔をおいて両者は互いに離間しているが、この間隔が微小であり、皮膜３８を陽電極１８の表面の一部と見做すことができるので、ボール砥石２６が皮膜３８内に位置している限り、本明細書では陽電極１８とボール砥石２６が接していると考える。
【００１８】
接点Ｐにおける陽電極１８の表面の速度ベクトルは、図３に示すように、陽電極１８の半径をＲ、回転角速度をω１とするとＲω１で表される。ボール砥石２６の表面の接点Ｐにおける速度ベクトルは、中心軸線ａ２と接点Ｐとの間の半径をｒ、ボール砥石２６の回転角速度をω２とするとｒω２にて表される。図３において、ベクトルｒω２の方向は、本来図３の紙面に対して垂直方向であるが、図示するために陽電極１８の中心の方向に示されている。
【００１９】
ボール砥石２６を上述のように移動させると、ベクトルＲω１は、その大きさは変化しないが方向が変化する。ベクトルｒω２は、その方向及び大きさが変化する。従って、２つの速度ベクトルの合ベクトルＶもボール砥石２６の移動により、その方向及び大きさが変化し、既述した従来技術のように、ある特定領域において一定の方向、大きさとなることがない。
【００２０】
接点Ｐにおけるボール砥石２６の表面を摩擦する速度ベクトルは、前述のように速度ベクトルＲω１とｒω２との合ベクトルＶである。ボール砥石２６を円弧軌跡ＡＡ′に沿って何回か往復運動させてツルーイングまたはドレッシングを行うが、接点Ｐを通過する毎の合ベクトルの大きさと方向を変化させるため、本実施形態では更に０．５Ｈｚの周期で陽電極１８の回転速度を１０〜１０００ｒｐｍの範囲で変動させている。これにより、ボール砥石２６の表面は、どの位置においても合ベクトルＶの大きさと方向がランダムに変化した状態でツルーイングまたはドレッシングされることになる。よって、従来技術のように、ボール砥石２６のツルーイングまたはドレッシングに際して、その表面に引っ掻き傷が形成される問題が解決される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、遊離砥粒を分散させた研磨液に陽電極と電界を形成して砥粒を電気泳動させることにより、陽電極の表面に砥粒を含むゲル状の皮膜を形成し、研削工具と陽電極とを相対回転させながら、両者の接点における速度ベクトルが変化するように研削工具を陽電極の表面に接触させることにより研削工具のツルーイングを行い、陽電極の表面に形成された遊離砥粒の皮膜に接触させることにより研削工具のドレッシングを行うことが可能となる。よって、研削工具を精度よく成形及び目立てすることができる。特にドレッシングは、研削工具の砥粒の脱落を極力起こさず、ボンドのみを削るといういわゆるソフトなドレッシングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態によるドレッシング装置の略断面図である。
【図２】図１の矢視線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図である。
【図３】本発明の作用を説明するための、研削工具と陽電極の拡大略図である。
【図４】従来技術のドレッシング装置である。
【符号の説明】
１０…ドレッシング装置
１２…ハウジング
１４…モータ
１８…陽電極
２０…陰電極
２２…陰電極ホルダ
２６…ボール砥石
３０…研磨液循環ポンプ
３２…電源
【図１】
0003703632.tif 000002
【図２】
0003703632.tif 000003
【図３】
0003703632.tif 000004
【図４】
0003703632.tif 000005