栃木県産業技術センター

研究報告No.20 (2023)

経常研究

固定砥粒加工における目づまり抑制技術の開発
小池宏侑*

近藤 弘康*

山下 健介*Development of Technology to Prevent Loadingin Fixed Abrasive Machining Process
KOIKE Hiroyuki, KONDO Hiroyasu and YAMASHITA Kensuke
近年，ファインバブル（以下，FB）を用いた研削加工が注目されており，ステンレスの研削加工においてFB が目づまり抑制に寄与することが報告されている。そこで本研究では，光学レンズ加工における目づまり抑制を目的とし，FB を含有させた研削液を用いて平面研磨加工を行い，FB が目づまりに及ぼす影響の検討を行った。その結果，吸気量 3L/min の FB 研削液には目づまりを抑制する効果がある可能性があることがわかった。
Key words: 光学レンズ加工，ファインバブル，目づまり，平面研磨加工，吸気量１はじめにと考えられる。加えて，ステンレスの研削加工において光学ガラスレンズの加工は，粗加工・粗研磨・精研磨・は，FB が砥石の目づまり抑制に寄与することも報告され仕上げ研磨といった工程を経て，段階的に高い形状精度ている 4)。ノズルタイプの FB 発生装置であれば比較的と表面粗さを達成していく 1)2)。このうち，最終の仕上安価に手に入り，加工機への設置も容易なことから，中げ研磨では，遊離砥粒として酸化セリウムを使用する研小企業への普及しやすいものと考えられる。

磨加工が施される。酸化セリウムによる研磨加工は，機そこで本研究では，固定砥粒を用いたガラスレンズ加械的除去だけでなく化学的スムージング効果も相乗的工における目づまり抑制技術の開発に向けて，FB が目づに作用することにより，極めて高品位かつ平坦な面が得まりに及ぼす影響の検討を行ったので報告する。

られる。しかし，加工レートが低く，また非常に多段なプロセスを要することからタクトタイムの短縮化が課２題となっている。酸化セリウム工程の短縮には，粗研磨・２．１

研究の方法

FB 生成方法

仕上げ研磨工程でより高番手（微細砥粒）の“砥石”と図１に示す装置を用い研削液に FB を発生させて FB を呼ばれる固定砥粒工具を用いる必要があるが，高番手の含有した研削液（以下，FB 研削液）を作製した。研削液

砥石を用いた場合には，切りくずが工具に凝着・堆積すは水道水にて 50 倍希釈した弱導電性研削液（東洋工学

る「目づまり」が生じやすく，切れ味の復活のためには㈱，CG-7）（以下，通常研削液）を用いた。本研究で用加工を中断して「目立て」を行う必要があり，連続的ないた FB 発生器（大生工業㈱，TH-03）は，吸気量の調整加工ができず自動化の妨げとなっている。
レーザやウォータージェットを用いることで，目づまりをインプロセスで除去する研究も進められているが，コスト及び利便性の観点から実用化が困難と考えられる。一方で，これまでにガラスレンズ加工に電極レスELID 研削を援用することで，砥石の目づまりが抑制され，除去効率が向上することが明らかにされている 3)。
電極レス ELID 研削では，電気分解した研削液を加工点に供給することで電気化学的な作用により砥石のドレッシングを行うものであるが，電気分解により発生した微細な気泡（FB：Fine bubble）も効果的に作用している*

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図１

機械電子技術部- 41 -

FB 循環装置の構成

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研究報告No.20 (2023)が可能であり，図１中の吸気部の先端にフローメータをいた加工後の研磨盤作業面を示す。研磨盤作業面の白い設置し，その間に吸気量を調整するための絞りを設ける

点線で囲まれた領域に，切りくず（白い付着物）が残留ことで，大気の吸気量の調整を行った。

しており，目づまりが発生していた。

２．２

平面研磨試験

加工実験後の研磨盤のペレット（A～E，図３参照）の供試材として，光学ガラスレンズに広く利用されてい中央部観察画像を図４に示す。

る BK-7（φ38.1mm）を用いた。これを図２に示す平面研磨機（Buehler Ltd.，ECOMET3）の専用ホルダーに 3 個取り付け，研磨盤に研削液を供給しながら平面研磨を行った。この研磨機は，ワークホルダおよび研磨盤がそれぞれ回転し，一定荷重で被加工物を研磨盤に押し付けて加工を行うものである。ペレットはメタルレジンボンド
ダイヤモンドペレット＃1200 を用いた。研磨条件を表１のとおりとし，加工後のペレットの目づまり状況をデジ
タル顕微鏡（㈱ハイロックス，KH-8700）により評価を行った。
なお，研削液は，意図的に目づまりを発生させるため，予備実験で使用し，目づまりが発生する程度に切りくずa) 通常研削液が滞留していると思われる研削液を用いて，通常研削液，吸気量 1L/min の FB 研削液，吸気量 3L/min の FB 研削液の順で同研削液を用いて加工実験を行った（N=3）。
また，FB 研削液については，120 分間タンク内で FB を生成して作製し，加工中も FB を生成しながら加工を行った。

b) 吸気量 3L/min の FB 研削液
図３

加工実験後の研磨盤作業面外側のペレット（A～C）において，吸気量 1L/min の FB
研削液は通常研削液に比べてペレットの目づまりの状
図２
表１
使用ペレット況に変化はないが，吸気量 3L/min の FB 研削液は通常研

平面研磨中の様子削液に比べて目づまりがわずかに減少しているように平面研磨条件見える。また，内側のペレット（D 及び E）においては，

メタルレジンボンドダイヤモンド

吸気量 3L/min の FB 研削 液は 通常 研 削液 及 び吸 気量

ペレット#1200

研磨盤回転数170 rpm

荷重

201 N

加工時間60 min

1L/min の FB 研削液に比べて目づまりがほぼ見られなくなった。
そこで，内側のペレットに比べて目づまりが多く見られる外側のペレットにおける目づまりを定量的に評価するため，外側のペレットの画像に対し，フリーウェアの画像処理ソフトウェア ImageJ 5)を用いて，加工実験 3

３３．１

結果及び考察回の目づまりの平均面積率を算出した。

FB が目づまりに及ぼす影響

なお，目づまりの平均面積率の算出にあたっては，図図３に通常研削液及び吸気量 3L/min の FB 研削液を用５に示すように 2 値化を行ったのち，元画像においてレ- 42 -

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図４

研究報告

No.20 (2023)

加工実験後のペレットの中央部観察画像

ンズ収差と思われる歪みが画像の外周に見られたことに含まれる切りくずが増加し，目づまりが多く発生するから，画像（1600×1200pixels）の上下 400pixels，左と考えられる。通常研削液，吸気量 1L/min の FB 研削

右 300pixels ずつトリミングを行った画像を用いた。

液，吸気量 3L/min の FB 研削液の順に加工実験を行った

目づまりの平均面積率を図６に示す。通常研削液に比にもかかわらず，吸気量 3L/min の FB 研削液において，べて，吸気量 3L/min の FB 研削液の方が目づまりの面積外側のペレットでは目づまりが通常研削液，吸気量率は減少したが，標準誤差を含めると有意差は見られな

1L/min の FB 研削液に比べて横ばいであり，内側のペレかった。

ットでは減少したことから，吸気量 3L/min の FB 研削液

目づま りは 研削液 中に 含ま れる切 りく ずによ って発には目づまりを抑制する効果がある可能性があると考生することから，加工実験を繰り返すことで，研削液中えられる。
４

おわりに

本研究では，光学ガラスレンズに対し，FB を含有した研削液を用いた平面研磨試験を行い，以下の知見を得た。
a) 元画像図５（ 1） 外 側 の ペ レ ッ ト に お い て ， 通 常 研 削 液 と 吸 気 量b) ２値化画像

1L/min の FB 研削液を比べると，目づまり状況に目づまり面積率の算出差がなかったが，吸気量 3L/min の FB 研削液ではClogging area ratio

6.00%目づまりがわずかに減少していた。
（ 2） 内 側 の ペ レ ッ ト に お い て ， 通 常 研 削 液 と 吸 気 量5.50%

1L/min の FB 研削液に比べて，吸気量 3L/min の FBを含んだ研削液では目づまりがほぼ見られなくな

5.00%った。
4.50%（3）目づまりが多く見られる外側のペレットについて，画像解析で目づまり面積率を算出した所，有意差4.00%
Normal

図６

FB 1L/minは見られなかったものの，加工実験を繰り返すこFB 3L/minとで，目づまりが多く発生すると推察されること

外側のペレット（A～C）におけるから，3L/min の FB 研削液には目づまりを抑制す目づまり面積率る効果を有する可能性がある。

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研究報告No.20 (2023)

4) 稲澤勝史ら： "栃木県産業技術センター研究報告 ",参考文献
1) M.Saeki, et al.: J. Jpn. Soc. Abra. Tech., 41(3),90,(1997)

15,21-24,(2018)5) C.A. Schneider, et al.: NIH Image to ImageJ: 25

2) H.Takino :J. Jpn. Soc. Precis. Eng. 70(5),years of image analysis, Nature Methods, 9,619,(2004)(2012) 671

3) 江面篤志ら： "栃木県産業技術センター研究報告 ",13,1-4,(2016)- 44 -