(57)【要約】【課題】  取り付け、取り外し、間隙調整が容易であり、電極間の電解液の充満・更新も十分であって、十分な通電による砥石表面への電解皮膜の付着・形成が安定に行える電解インプロセス・ドレッシング研削用電極を提供する。【解決手段】  導電性砥石１の研削作用面１ａと隙間を隔てて対向し、その間に導電性液４を流しながら電圧を印加して、砥石１を電解によりドレッシングしながらワークを研削する電解インプロセス・ドレッシング研削用電極１０。電極１０は、研削作用面と対向する電極の対向面１０ａが研削作用面と平行しない曲面（例えば凸の円筒面）を有し、隙間Ｇが砥石面の走行方向に漸減後に漸増しその間に極小隙間を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性砥石の研削作用面と隙間を隔てて対向し、その間に導電性液を流しながら電圧を印加して、砥石を電解によりドレッシングしながらワークを研削する電解インプロセス・ドレッシング研削用電極であって、
前記研削作用面と対向する電極の対向面が研削作用面と平行しない曲面を有し、前記隙間が砥石面の走行方向に漸減後に漸増しその間に極小隙間を形成する、ことを特徴とする電解インプロセス・ドレッシング研削用電極。
【請求項２】
前記砥石の研削作用面は平面であり、前記電極の対向面は、研削作用面側に凸の円筒面である、ことを特徴とする請求項１に記載の電解インプロセス・ドレッシング研削用電極。
【請求項３】
前記砥石の研削作用面は円筒面であり、前記電極の対向面は、平面または研削作用面側に凸の円筒面である、ことを特徴とする請求項１に記載の電解インプロセス・ドレッシング研削用電極。
【請求項４】
前記電極を弾性支持し、前記隙間を流れる導電性液の動圧により、隙間を増減させる弾性支持手段を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の電解インプロセス・ドレッシング研削用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取り付け、取り外し、間隙調整が容易な電解インプロセス・ドレッシング研削用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に電解インプロセスドレッシング研削法（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ  Ｉｎｐｒｏｃｅｓｓ  Ｄｒｅｓｓｉｎｇ：以下「ＥＬＩＤ研削法」という）と呼ばれる電解ドレッシング手段が本願出願人により開示されている。
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を用い、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。
【０００３】
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（Ｆｅ2Ｏ3）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磨耗していく。更に研削を続けると（Ｄ）、砥石表面の絶縁被膜が磨耗により除去され、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）に示したサイクルを以下「ＥＬＩＤサイクル」と呼ぶ。
【０００４】
上述したＥＬＩＤ研削法では砥粒を細かくしてもＥＬＩＤサイクルによる砥石の目立てにより砥石に目詰まりが生じないので、砥粒を細かくすれば鏡面のような極めて優れた加工面を研削加工により得ることができる。従って、ＥＬＩＤ研削法は、高能率研削から鏡面研削に至るまで砥石の切れ味を維持できる特徴を有する。
【０００５】
また、上述したＥＬＩＤ研削用の電極として、特許文献２、３が提案されている。
【０００６】
特許文献２の「動圧発生電極」は、図７に示すように、導電性砥石１の加工面１ａと隙間を隔てて対向し、その間に導電性液を流しながら電圧を印加して、砥石を電解によりドレッシングしながらワークを研削する電解ドレッシング研削用の電極５０であって、
前記電極５０は、砥石面の走行方向に互いに間隔を隔てて設けられ砥石の加工面１ａから一定の隙間を有する複数の最狭部５１と、該最狭部の間に設けられ最狭部より広い隙間を有する複数の凹部５２とを有するものである。
【０００７】
特許文献３の「リムーバブル電極」は、図８に示すように、導電性砥石１の加工面と隙間を隔てて対向し、その間に導電性液を流しながら電圧を印加して、砥石を電解によりドレッシングしながらワークを研削する電解ドレッシング研削用の電極６０であって、
砥石の加工面１ａから一定の間隔を隔てた対向面６２ａを有する電極支持部材６２と、該電極支持部材の対向面に沿って着脱可能に取付けられた導電性箔６４と、該導電性箔に接触して電圧を印加する導電性端子６６とからなるものである。
【０００８】
【特許文献１】特許第１９４７３２９号明細書
【特許文献２】特許第３２１４６９４号公報、「動圧発生電極」
【特許文献３】特開２００１−２５２８６９号公報、「リムーバブル電極」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、ＥＬＩＤ研削用の電極（以下、「静電極」という）の形状は動電極である砥石作用面の形状に倣ったもので、対向する面領域において一定の間隙となるべき形状であった。すなわち、図４に示すように、砥石作用面１ａが、凸円筒面ならば静電極２の対向面２ａの形状は凹円筒面であり、図５に示すように、砥石作用面１ａが平面なら静電極２の対向面２ａは平面といった具合であった。なお、２１、２２は電解液注入口である。
その理由は、研削液を兼ねる砥石を電解する液（以下、「電解液」という）は導電性が低く、小さな対向面積で大きな間隙を空けていては十分な通電が得られず、したがって、砥石の研削条件に見合う砥石電解（鋳鉄ボンド砥石の場合、作用面表面にもろくて絶縁性の酸化鉄の皮が付着・形成される）が得られないためである。
そこで十分な通電によって砥石表面での迅速な酸化鉄皮膜の付着・形成を得るため、電極の間隙を小さくし（例えば０．３ｍｍ以下）、対向する面積を大きくする（例えば、砥石作用面の面積の１／５〜１／３）設定となっていた。
【００１０】
このため、図４のような大型の平形砥石１（研削作用面は凸円筒面）の場合には、砥石面１ａに対して間隙Ｇが一定になるように静電極２を取り付け、設定するために、精密な電極の位置・姿勢の調整機構を必要とし、電解液も大きくて長い間隙に均一に充満・更新させるために一個所の流入口だけでは不足で２、３個所の流入口を設ける必要があった。
さらに、対向面積全体にわたって電極間隙Ｇを一段と狭小にして通電効果を高めようとすれば、電解液による動圧の発生や、液の電気分解反応による酸素や水素の気体発生による間隙内の液層の断続にも留意する必要があった。
【００１１】
一方、図５のようなカップ形砥石１の平面作用面１ａの場合には、電解液は砥石の回転方向に連れ出されると同時に遠心力によって半径方向にも振り出されるので、電解液を電極間に充満させておくためには、電解液をカップ砥石１の内側全周から注入するとともに砥石外側への振り出しを制限するなどの工夫が必要であった。
このため、電極の周辺の構造が複雑になり、ＥＬＩＤ研削の安定性も必ずしも十分ではなかった。特に、カップ砥石を工具研削盤で用いるときには砥石の使用部位に応じて電極の取り付け位置も変更する必要があり、取り付け、取り外し、間隙調整が簡単で短時間に行えることが実用上から要望されていた。
【００１２】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、取り付け、取り外し、間隙調整が容易であり、電極間の電解液の充満・更新も十分であって、十分な通電による砥石表面への電解皮膜の付着・形成が安定に行える電解インプロセス・ドレッシング研削用電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、導電性砥石の研削作用面と隙間を隔てて対向し、その間に導電性液を流しながら電圧を印加して、砥石を電解によりドレッシングしながらワークを研削する電解インプロセス・ドレッシング研削用電極であって、
前記研削作用面と対向する電極の対向面が研削作用面と平行しない曲面を有し、前記隙間が砥石面の走行方向に漸減後に漸増しその間に極小隙間を形成する、ことを特徴とする電解インプロセス・ドレッシング研削用電極が提供される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記砥石の研削作用面は平面であり、前記電極の対向面は、研削作用面側に凸の円筒面である。
本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記砥石の研削作用面は円筒面であり、前記電極の対向面は、平面または研削作用面側に凸の円筒面である、ことを特徴とする請求項１に記載の電解インプロセス・ドレッシング研削用電極。
また前記電極を弾性支持し、前記隙間を流れる導電性液の動圧により、隙間を増減させる弾性支持手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の構成によれば、導電性砥石の研削作用面と対向する電極の対向面が研削作用面と平行しない曲面を有し、砥石と電極の隙間が砥石面の走行方向（研削加工方向）に漸減後に漸増しその間に極小隙間を形成するので、砥石面の走行により砥石に付着した導電性液（電解液）を極小隙間位置まで同伴させることができる。
また、極小隙間が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍと大きめの場合、砥石と電極の隙間に砥石面の走行方向に流れる導電性液の層が一旦形成されると、ベルヌーイの定理により極小隙間位置の圧力が最小となり、その部分に導電性液を安定して保持することができる。
従って、例えば静電極面を凸円筒面とした静電極面の形状の効果により、迅速で安定したＥＬＩＤ研削に必要な、十分な電解液を動電極である砥石面の運動によって電極間に充満・更新させることができる。
【００１６】
また、本発明の構成によれば、電解は砥石と電極の極小隙間付近のみで行われるので、電極の対向長さは短くでき、電極の取り付け・調整が容易に行える。従って、工具研削盤のように、砥石交換や、砥石の使用位置の変更を頻繁に行わなければならない研削作業に適用すれば、交換時間を短縮し、ＥＬＩＤの安定性を高めることができる。
【００１７】
また、弾性支持手段を用いて、極近接（例えば０．０１ｍｍ以下）に円筒形の静電極を、適切に弾性支持しておけば、砥石回転数に応じて電解液の動圧により、間隙が変化し、通過液量、通電電流値とも変化するので、砥石切込み負荷の大となる低砥石周速では、電解が増え、砥石切込み負荷の小さくなる高砥石周速では電解は小さめとなる適応効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施例を説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
【００１９】
図１は本発明によるＥＬＩＤ研削用電極の第１実施形態図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は横断面図である。
図１に示すように、本発明の電解インプロセス・ドレッシング研削用電極１０は、導電性砥石１の研削作用面１ａと対向する電極の対向面１０ａが研削作用面と平行しない曲面を有し、隙間Ｇが砥石１の砥石面走行方向に漸減後に漸増しその間に極小隙間を形成している。
なおこの例において、導電性砥石１はカップ形砥石であり、その研削作用面１ａはリング状の平面である。すなわち、動電極面１ａは周回するリング状の平面である。また本発明の電解インプロセス・ドレッシング研削用電極、すなわち静電極１０はカーボンの円筒であって、円筒の母線は動電極１の平面１ａと平行に設置される。また、この図において、２１は電解液注入口、Ａは砥石面の走行方向を示す矢印、Ｇは電極間隙間である。
なお、電極間隙間Ｇは例えば０．１〜０．３ｍｍの隙間に保持され、その間に電解液４（導電性液）を流しながら砥石１に正（＋）、電極に負（-）の電圧を印加し、砥石１を電解によりドレッシングしながら図示しないワークを研削するようになっている。
【００２０】
このような構造になっているので静電極１０を砥石１に近接して取り付けることは、円筒母線と平面の間の間隙と平行度だけを調整すればよく、たとえば、砥石１と静電極１０の間にスペーサをはさんで押しつけた状態で固定すればよい。また、そのための付加機構として種々考えられるが、直交２軸のまわりの角度を調節・設定できる機構であれば、電極の間隙と母線の平行度を独立に調整することができる。このため、砥石面１ａに電極１０の最近接部（円筒母線）を容易に０．１ｍｍ以下に接近させることができる。
また、電解液４は砥石１の走行によって電極間に連れ込まれ（極小隙間がおおむね０．０１ｍｍ程度と小さければ、液の粘性によって動圧が発生し最薄液層内付近の液の圧力は常圧より高くなる）砥石１の速度に見合う流速、流量となって、電極間に充満し、更新される。
【００２１】
静電極１０は、その軸心を中心に自由に回転可能に形成するのがよい。この構成により、静電極１０が電解液の流れとともに自由回転し、静電極１０の外周全面を有効利用することができる。
また、静電極１０を弾性支持し、隙間を流れる導電性液の動圧により、隙間を増減させる弾性支持手段６を備えることが好ましい。
【００２２】
図２は、本発明によるＥＬＩＤ研削用電極の第２実施形態図である。この例は、砥石の研削作用面が円筒面であり、電極が部分円筒面の場合を示している。
砥石１が、その研削作用面１ａが凸円筒面であるような平形の場合には、静電極１０の形状は小さい直径の凸円筒面では、砥石周長の１％程度の対向面長さを得るのは難しい場合がある。このときには、静電極１０の電極面形状として、半径の大きい凸円筒面とするのがよい。
なお、電極１０の対向面を半径無限大の凸円筒面すなわち、平面にしてもよい。またこの場合、電極間に電解液が十分連れ込まれるように電極間隙の入り口形状をラッパ状にしておくのが好ましい。
【００２３】
図３は、本発明によるＥＬＩＤ研削用電極の第３実施形態図である。この例は、砥石の研削作用面が円筒面であり、電極が複数の円筒の場合を示している。この図において、１０は静電極、２１、３１は電解液注入口、Ａは砥石面の走行方向を示す矢印、Ｇ２，Ｇ３は電極間隙間である。この図に示すように、複数の円筒面形状の静電極を対向させることもできる。
【実施例１】
【００２４】
上述した構成の場合、電流路を生じる薄液層の部分の面積が、従来の均等間隙・大対向面積電極の場合に比べて小さいので、通電量（皮膜形成）が十分かどうかについて、実験を行った。
【００２５】
実験の条件として、砥石はカップ形の＃３０００鋳鉄ボンドダイヤモンド砥石（φ１５０×φ１３０）、静電極はカーボン円筒（φ２０×L２０）、研削液はＣＥＭ、電源はＥＬＩＤ電源ＥＤ−９１０、加工物は超硬ＴＣ２０（研削面積１．５ｍｍ×１．５ｍｍ）、切り込みは２〜３μｍ／ｐａｓｓ、砥石回転は２６００ｒｐｍとした。
【００２６】
この結果、電解皮膜無しの砥石に通電する時の初期電流は２アンペアで、研削なしでの通電２分後に０．５アンペアに下がる。この様子は、対向面積大の平面静電極での状況と同等であった。すなわち、通電とともに、砥石表面に、酸化鉄の絶縁皮膜が付着・形成されたのである。
研削中の電流値は１アンペアであった。加工物の接触によって砥石表面から皮膜が掻き落されるのと新たに皮膜が形成されることとの釣り合いが電流１アンペアを通す皮膜の状態のところにあることを示している。
切込みを止めてスパーク・アウトに入ると、１分程度で、電流値は０．５アンペアに減って絶縁皮膜が厚くなることを示す。なお、電極間で電解を生じることなしに流れる電流もあり、０．５アンペアはほぼこれにあたる。
以上によって、通電電流の値も、皮膜形成に要する時間についても、従来の対向面積大の平面静電極と同等であることが確かめられた。
【００２７】
以上の実験事実は次のように考察される。電極間での電極及び電解液の電気化学的反応は、砥石の周速や電解液の流れに比べて十分に速く、電極間の電解液の更新が迅速ならば十分速く反応が進む。反面、電極間の液が滞留したり、欠乏したりするときには、反応飽和して、進まない。ＥＬＩＤ研削では、電解反応は、反応律速ではなく、拡散律速であると解することができる。すなわち、最近接隙間を小さくして、通電電流を多く流し、その分電解液の更新を迅速に行なえば、対向電極面積を大きくしなくとも十分に電解される。
【００２８】
平面静電極の砥石周長に対する対向長さは、１３％であったのに対して、これと同等の電解性能をもつ凸円筒静電極のそれは電極間隙を平面電極のそれと同じ、０．３ｍｍのところまでとして計算すると０．８５％となって、平面電極の１５分の１にすぎない。このことは、静電極の動電極対向面の形状を電解液の充満・更新に適した凸円筒面にした効果である。
【００２９】
以上述べたように、静電極面１０ａを凸円筒面としたことを特徴とする本発明によれば、静電極面の形状の効果により、迅速で安定したＥＬＩＤ研削に必要な、十分な電解液を動電極である砥石面１ａの運動によって電極間に充満・更新させることができ、電極の対向長さも短いので電極の取り付け・調整が容易に行える効果がある。工具研削盤のように、砥石交換や、砥石の使用位置の変更を頻繁に行わなければならない研削作業に適用すれば、交換時間の短縮、ＥＬＩＤの安定性の効果が大きい。
また、極近接（０．０１ｍｍ以下）円筒静電極を、適切に弾性支持しておけば、砥石回転数に応じて電解液の動圧により、間隙が変化し、通過液量、通電電流値とも変化するので、砥石切込み負荷の大となる低砥石周速では、電解が増え、砥石切込み負荷の小さくなる高砥石周速では電解は小さめとなる適応効果が期待できる。
【００３０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるＥＬＩＤ研削用電極の第１実施形態図である。
【図２】本発明によるＥＬＩＤ研削用電極の第２実施形態図である。
【図３】本発明によるＥＬＩＤ研削用電極の第３実施形態図である。
【図４】従来のＥＬＩＤ研削用電極の例を示す図である。
【図５】従来のＥＬＩＤ研削用電極の別の例を示す図である。
【図６】ＥＬＩＤ研削法におけるＥＬＩＤサイクルを示す説明図である。
【図７】特許文献２の「動圧発生電極」の模式図である。
【図８】特許文献３の「リムーバブル電極」の模式図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  導電性砥石（動電極）、１ａ  研削作用面（動電極面）、
２  電極（静電極）、２ａ  対向面、
４  電解液（導電性液）、６  弾性支持手段、
１０  電解インプロセス・ドレッシング研削用電極（静電極）、
１０ａ  対向面、
２１、２２、３１  電解液注入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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