(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物が着脱可能に装着されて回転駆動される回転部材と導電性砥石が取り付けられて回転駆動される砥石軸を含む研削装置において、
前記導電性砥石に対向して配設された電極と、
超微細シリカ砥粒を分散したアルカリ性の加工液を滞溜させて前記導電性砥石と電極とを該加工液に浸漬させる加工液滞溜装置と、
前記導電性砥石と前記電極との間を流れる平均電流値を検出する平均電流値モニタと、
前記導電性砥石に超微細シリカ砥粒を吸着させるために前記導電性砥石を陽極に前記電極を陰極に接続されてパルス電圧を印加するとともに、前記平均電流値モニタにより検出された平均電流値が小さくなると、前記研削面に吸着されるシリカ砥粒の量が減少するように前記パルス電圧を制御するパルス電圧印加装置と、
を備えたことを特徴とする遊離砥粒を用いた複合研削装置。
【請求項２】
請求項１に記載の遊離砥粒を用いた複合研削装置において、前記パルス電圧印加装置は前記平均電流値モニタの出力に基づいて前記平均電流値が小さくなるにつれて前記パルス電圧の１サイクル中のオン時間を短くすることを特徴とする遊離砥粒を用いた複合研削装置。
【請求項３】
請求項１に記載の遊離砥粒を用いた複合研削装置において、前記パルス電圧印加装置は前記平均電流値モニタの出力に基づいて前記平均電流値が小さくなるにつれて前記パルス電圧の電圧を低くすることを特徴とする遊離砥粒を用いた複合研削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン等の脆性材料で形成された工作物をチッピングの発生を防止して高精度に研削する遊離砥粒を用いた複合研削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転駆動される脆性材料製工作物に対して回転駆動される導電性砥石を相対的に送り移動して工作物を導電性砥石により荒研削加工し、超微細シリカ砥粒を分散したアルカリ性の加工液に導電性砥石と電極とを対向させて浸漬した状態で、導電性砥石を直流電源の陽極に、電極を陰極に接続して、導電性砥石に超微細シリカ砥粒を電気泳動現象により吸着させて脆性材料製工作物を仕上研削することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の脆性材料製工作物の研削方法では、導電性砥石の砥粒により工作物を粗研削加工し、導電性砥石と電極との間に直流定電圧を印加して導電性砥石に超微細シリカ砥粒を電気泳動現象により吸着させて工作物を仕上研削するようにしている。工作物を超精密に研削する場合、導電性砥石は微細砥粒のものを用い、加工液に分散するシリカ砥粒は更に細かい粒子を用いるので、定電圧を印加し、砥石研削面に遊離砥粒を吸着させた状態で切込みを与えると、吸着されたシリカ砥粒の脱落が少なく、砥石の目詰まりが激しくなって研削面に焼けが発生する不具合があった。
【０００４】
本発明は、係る従来の不具合を解消するためになされたもので、砥石に吸着されたシリカ砥粒の脱落、吸着の繰返しを活発に行なわせて砥石の目詰まりを防止することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、工作物が着脱可能に装着されて回転駆動される回転部材と導電性砥石が取り付けられて回転駆動される砥石軸を含む研削装置において、前記導電性砥石に対向して配設された電極と、超微細シリカ砥粒を分散したアルカリ性の加工液を滞溜させて前記導電性砥石と電極とを該加工液に浸漬させる加工液滞溜装置と、前記導電性砥石と前記電極との間を流れる平均電流値を検出する平均電流値モニタと、前記導電性砥石に超微細シリカ砥粒を吸着させるために前記導電性砥石を陽極に前記電極を陰極に接続されてパルス電圧を印加するとともに、前記平均電流値モニタにより検出された平均電流値が小さくなると、前記研削面に吸着されるシリカ砥粒の量が減少するように前記パルス電圧を制御するパルス電圧印加装置と、を備えたことである。
【０００６】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載の遊離砥粒を用いた複合研削装置において、前記パルス電圧印加装置は前記平均電流値モニタの出力に基づいて前記平均電流値が小さくなるにつれて前記パルス電圧の１サイクル中のオン時間を短くすることである。
【０００７】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載の遊離砥粒を用いた複合研削装置において、前記パルス電圧印加装置は前記平均電流値モニタの出力に基づいて前記平均電流値が小さくなるにつれて前記パルス電圧の電圧を低くすることである。
【０００９】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、回転部材に工作物を装着して回転駆動し、導電性砥石と電極とを超微細シリカ砥粒を分散したアルカリ性の加工液に浸漬し、導電性砥石を陽極に、電極を陰極に接続してパルス電圧を印加し、導電性砥石に超微細シリカ砥粒を電気泳動現象により吸着させて研削加工するようにしたので、シリカ砥粒はパルス電圧のオフ中に研削抵抗により一部脱落され、砥石の目詰まりを防止することができる。このとき、導電性砥石と電極との間を流れる平均電流値は、砥石研削面へのシリカ砥粒の吸着が少ないと高くなり、吸着が多いと低くなることを利用し、平均電流値が小さくなると、研削面に吸着されるシリカ砥粒の量が減少するように前記パルス電圧を制御することにより、前記砥石研削面に吸着されるシリカ砥粒の量を適切に制御して工作物を研削面に焼けを生ずることなく、超高精度に研削加工することができる。
【００１０】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、導電性砥石と電極との間を流れる平均電流値は、砥石研削面へのシリカ砥粒の吸着が少ないと高くなり、吸着が多いと低くなることを利用し、該平均電流値が小さくなるにつれてパルス電圧の１サイクル中のオン時間を短くするようにしたので、砥石研削面に吸着されるシリカ砥粒の量を適切に制御して工作物の研削面に焼けを生ずることなく、超高精度に研削加工することができる。
【００１１】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、導電性砥石と電極との間を流れる平均電流値が小さくなるにつれてパルス電圧の電圧を低くするようにしたので、砥石研削面に吸着されるシリカ砥粒が過多になって研削面に焼けが生ずることを防止することができる。
【００１３】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、ベッド１０上にはコラム１１がY軸方向に移動可能に装架され、図略のボールネジ機構を介してサーボモータにより前後方向に移動され、コラム１１には砥石台１２がZ軸方向に移動可能に装架され、ボールネジ機構１３を介してサーボモータ１４により上下方向に移動されるようになっている。砥石台１２には砥石軸１５が垂直軸線回りに回転可能に軸承され、モータ１６によりプーリ、ベルトを介して回転駆動される。砥石軸１５の下端にはカップ型砥石１７が固定されている。カップ型砥石１７は、アルミ等の軽量金属製カップ型基体の端面にダイヤモンド又は立方晶窒化硼素等の砥粒をメタルボンド結合した導電性のチップを固着した導電性のもの、或いは金属製カップ型基体の端面にダイヤモンド又は立方晶窒化硼素等の砥粒を金属フィラーを混入したレジンで結合した導電性のチップを固着した導電性のものを使用する。
【００１４】
ベッド１０にはテーブル１８がX軸方向に移動可能に装架され、ボールネジ機構１９を介してサーボモータ２０により左右方向に移動され、テーブル１８上には回転部材としての回転テーブル２１が砥石台１２と対向して垂直軸線回りに回転可能に軸承され、モータ２２により減速機構を介して回転駆動されるようになっている。回転テーブル２１の上面には、シリコン等の脆性材料で形成された工作物Wが真空チャックなどで着脱自在に装着される。図２において回転テーブル２１の外周には、超微細シリカ砥粒を分散したアルカリ性の加工液２５を貯溜した液槽２６が液密的に固定され、加工液２５に、回転テーブル２１上に取り付けられた工作物Ｗ及び加工位置に下降したカップ型砥石１７の端面チップ部分が浸漬される。超微細シリカ砥粒（SiO2）の粒径は１０〜１００nmであり、アルカリ液中で負に帯電する特性を有している。カップ型砥石１７のチップ端面は、加工角度範囲で工作物Ｗと対向してこれを研削加工し、加工角度範囲と重ならない角度範囲で液槽２６内に取り付けられた電極２７と加工液２５中で例えば電極間距離３mmで対向するようになっている。液槽２６は、超微細シリカ砥粒を分散したアルカリ性の加工液２５を滞溜させて砥石と電極とを該加工液に浸漬させる加工液滞溜装置を構成している。
【００１５】
３０は電圧３０Ｖのパルス電圧印加装置で、砥石軸１５の後端面に摺接されたブラシ２８及び砥石軸１５を介して導電性のカップ型砥石１７が陽極に接続され、電極２７が陰極に接続されて、導電性のカップ型砥石１７の研削面である端面と電極２７との間にパルス電圧を印加するようになっている。導電性のカップ型砥石１７と電極２７との間を流れる平均電流値を検出する平均電流値モニタ２９が回路中に接続され、平均電流値モニタ２９の検出出力がパルス電圧印加装置３０に入力されている。
【００１６】
カップ型砥石１７と電極２７との間を流れる平均電流値は、カップ型砥石１７の研削面へのシリカ砥粒３２の吸着量が少ないと高くなり、吸着量が多いと低くなり、図３に示すように、平均電流値が下限値A1から上限値A2の間にあるときは、カップ型砥石１７の研削面に吸着されるシリカ砥粒の量が適切であり、工作物を研削表面に焼けを生じることなく、高精度に研削加工することができる。平均電流が下限値A1より少ない場合、研削面に吸着されたシリカ砥粒３２量が過多状態であり、研削面に焼けが発生し、上限値A2より多い場合、研削面に吸着されたシリカ砥粒３２の量が不足状態であり、研削表面の面精度が悪くなることが分かった。そこで、パルス電圧印加装置３０は、平均電流値モニタ２９の出力に基づいて平均電流値が下限値A1から上限値A2の間に入るように、カップ型砥石１７の研削面と電極２７との間に印加するパルス電圧のオン・オフレートであるパルス電圧の１サイクル中のオン時間とオフ時間との割合を変化させて、研削面に吸着されるシリカ砥粒の量を制御している。即ち、パルス電圧印加装置は、平均電流値が下限値A1と上限値A2との間にあるときは、図４（ａ）に示すように、オン時間とオフ時間との長さが同じであるパルス電圧を印加し、平均電流値が下限値A1より少ない場合は、図４（ｂ）に示すようなオン時間の方が短いパルス電圧を印加し、平均電流値が上限値A2より多い場合は、図４（ｃ）に示すようなオン時間の方が長いパルス電圧を印加する。
【００１７】
次に、本発明に係る遊離砥粒を用いた複合研削装置の作動について説明する。砥石軸１５をモータ１６により例えば３００min-1で回転駆動し、回転テーブル２１上に工作物Ｗを装着してモータ２２により例えば２０min-1で回転駆動し、砥石台１２をサ−ボモータ１４により下降してカップ型砥石１７を工作物Ｗに対して切り込み、コラム１１及びテーブル１８を各サーボモータによりＸ，Ｙ軸方向に移動して工作物Ｗをカップ型砥石１７のチップにより粗研削加工する。
【００１８】
次に、パルス電圧印加装置３０を起動し、陽極に接続したカップ型砥石１７と陰極に接続した電極２７との間にパルス電圧を印加してカップ型砥石１７の研削面に負に帯電した超微細シリカ砥粒３２を吸着させる。この状態で砥石台１２をＺ軸方向に移動してカップ型砥石１７を工作物Ｗに対して微細量切り込み、コラム１１及びテーブル１８をＸ，Ｙ軸方向に移動して、工作物Ｗをカップ型砥石１７のチップ端面に形成された超微細シリカ砥粒３２によりチッピングを生ずることなく仕上研削する。カップ型砥石１７の研削面に吸着されたシリカ砥粒３２はパルス電圧のオフ中に研削抵抗により一部脱落され、砥石の目詰まりを防止するので、工作物Wは研削面に焼けを生ずることなく、超高精度に研削加工される。仕上研削が完了すると砥石台１２は上方端に後退され、回転テーブル２１の回転が停止され、工作物Ｗがワークテーブル２１から取り外される。
【００１９】
仕上研削加工中、パルス電圧印加装置３０は、平均電流値モニタ２９の出力に基づいて平均電流値が下限値A1から上限値A2の間に入るように、カップ型砥石１７の研削面と電極２７との間に印加するパルス電圧の１サイクル中のオン時間とオフ時間との割合を変化させて、研削面に吸着されるシリカ砥粒の量を制御する。
【００２０】
上記実施形態においては、縦軸平面研削盤の砥石軸にカップ型砥石を装着し、テーブル上に工作物を着脱可能に装着する回転テーブルを装備しているが、円筒研削盤において、砥石台に水平軸線回りに回転可能に軸承された砥石軸に導電性の平砥石を装着し、主軸台に水平軸線回りに回転可能に軸承された主軸に脆性材料製工作物を装着し、平砥石の下方部分が浸漬するように加工液２５を貯溜した液槽を砥石台に取り付け、平砥石の下方部分の外周面を電極と対向させ、導電性平砥石をパルス電圧印加装置３０の陽極に、電極を陰極に接続して、回転する導電性平砥石の外周面に超微細シリカ砥粒３２を電気泳動現象により吸着させて工作物を仕上研削するようにしてもよい。
【００２１】
また、上記実施形態においては、導電性砥石と電極との間を流れる電流の平均電流値が下限値A1より少ない場合は、オン時間の方が短いパルス電圧を印加し、平均電流値が上限値A2より多い場合は、オン時間の方が長いパルス電圧を印加しているが、閾値を設けることなく、平均電流値が小さくなるにつれてパルス電圧のオン時間を連続的に短くするようにしてもよい。
【００２２】
上記実施形態では、導電性砥石と電極との間を流れる電流の平均電流値に応じてパルス電圧のオン・オフレートを変えているが、パルス電圧の大きさを変えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る遊離砥粒を用いた複合研削装置を示す図である。
【図２】  カップ型砥石、工作物及び電極等の関係を示す図である。
【図３】  平均電流値の変化とシリカ砥粒の砥石研削面への吸着状態を示す図である。
【図４】  オン・オフレートの異なるパルス電圧を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・ベッド、１１・・・コラム、１２・・・砥石台、１５・・・砥石軸、１７・・・カップ型砥石、１８・・・テーブル、２１・・・回転テーブル（回転部材）、２５・・・加工液、２６・・・液槽、２７・・・電極、２９・・・平均電流値モニタ、３０・・・パルス電圧印加装置、３２・・・超微細シリカ粒、Ｗ・・・工作物。
【図１】
0003894474.tif 000002
【図２】
0003894474.tif 000003
【図３】
0003894474.tif 000004
【図４】
0003894474.tif 000005