| 【発明の名称】 |
脆性材料製工作物の加工方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】飯田 亘
【住所又は居所】愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工機株式会社内
【氏名】村上 敏夫
【住所又は居所】愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工機株式会社内
【氏名】大阪 哲嗣
【住所又は居所】愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工機株式会社内
【氏名】阿部 守年
【住所又は居所】愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工機株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】仕上加工完了後に導電性砥石を直流電源の陰極に、電極を陽極に接続して導電性砥石に水素ガスを発生させて超微細シリカ砥粒の凝集層を導電性砥石から剥離させ、工作物毎に導電性砥石をツルーイング・ドレッシングしなくてもよくする。
【解決手段】導電性砥石１７により脆性材料製工作物Ｗを粗研削加工し、超微細シリカ砥粒３２を分散したアルカリ性の加工液２５に前記導電性砥石１７と電極２７とを対向させて浸漬した状態で、導電性砥石１７を直流電源３０の陽極に、電極２７を陰極に接続して、導電性砥石１７に超微細シリカ砥粒３２の凝集層を電気泳動現象により形成して工作物Ｗを仕上加工し、仕上加工完了後に導電性砥石１７を直流電源３０の陰極に、電極２７を陽極に接続して導電性砥石１７に水素ガスを発生させて凝集層を導電性砥石１７から剥離する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 導電性砥石により脆性材料製工作物を粗研削加工し、超微細シリカ砥粒を分散したアルカリ性の加工液に前記導電性砥石と電極とを対向させて浸漬した状態で、前記導電性砥石を直流電源の陽極に、前記電極を陰極に接続して、前記導電性砥石に超微細シリカ砥粒の凝集層を電気泳動現象により形成して前記工作物を仕上加工し、仕上加工完了後に前記導電性砥石を直流電源の陰極に、前記電極を陽極に接続して前記導電性砥石に水素ガスを発生させて前記凝集層を前記導電性砥石から剥離することを特徴とする脆性材料製工作物の加工方法。
【請求項２】 脆性材料製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とを相対移動させて前記工作物を前記導電性砥石により研削加工する加工装置において、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、前記導電性砥石を直流電源の陽極に、前記電極を陰極に接続して、前記導電性砥石に超微細シリカ砥粒の凝集層を電気泳動現象により形成する凝集層形成装置と、前記導電性砥石を直流電源の陰極に、前記電極を陽極に接続して前記導電性砥石に水素ガスを発生させて前記凝集層を前記導電性砥石から剥離する凝集層剥離装置とを備えたことを特徴とする脆性材料製工作物の加工装置。
【請求項３】 請求項２に記載の脆性材料製工作物の加工装置において、前記導電性砥石をカップ型砥石とし、該カップ型砥石の端面により加工角度範囲で前記工作物を加工し、加工角度範囲と重ならない回転角度範囲で前記端面を前記電極と対向させ、前記加工液滞溜装置は、前記加工液を貯溜して前記カップ型砥石の端面部分、前記工作物及び前記電極を浸漬させる液槽であることを特徴とする脆性材料製工作物の加工装置 |
【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能率に加工する加工方法及び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の凝集層を電気泳動現象により形成して脆性材料製工作物を仕上加工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加工方法では、導電性砥石の砥粒により工作物を粗研削加工し、導電性砥石に超微細シリカ砥粒の凝集層を電気泳動現象により形成して工作物を仕上加工するようにしているので、仕上加工後、次の工作物の粗加工前に砥石をツルーイング・ドレッシングして凝集層を除去する必要がある。工作物毎に砥石をツルーイング・ドレッシングすることは、砥石寿命が短くなり、且つ加工時間が長くなり、加工コストが高くなる不具合があった。
【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、仕上加工完了後に導電性砥石を直流電源の陰極に、電極を陽極に接続して導電性砥石に水素ガスを発生させて超微細シリカ砥粒の凝集層を導電性砥石から剥離させることである。
【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、導電性砥石により脆性材料製の工作物を粗研削加工し、超微細シリカ砥粒を分散したアルカリ性の加工液に前記導電性砥石と電極とを対向させて浸漬した状態で、前記導電性砥石を直流電源の陽極に、前記電極を陰極に接続して、前記導電性砥石に超微細シリカ砥粒の凝集層を電気泳動現象により形成して前記工作物を仕上加工し、仕上加工完了後に前記導電性砥石を直流電源の陰極に、前記電極を陽極に接続して前記導電性砥石に水素ガスを発生させて前記凝集層を前記導電性砥石から剥離することである。
【０００６】請求項２に係る発明の構成上の特徴は、脆性材料製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とを相対移動させて前記工作物を前記導電性砥石により研削加工する加工装置において、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、前記導電性砥石を直流電源の陽極に、前記電極を陰極に接続して、前記導電性砥石に超微細シリカ砥粒の凝集層を電気泳動現象により形成する凝集層形成装置と、前記導電性砥石を直流電源の陰極に、前記電極を陽極に接続して前記導電性砥石に水素ガスを発生させて前記凝集層を前記導電性砥石から剥離する凝集層剥離装置とを備えたことである。
【０００７】請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２に記載の脆性材料製工作物の加工装置において、前記導電性砥石をカップ型砥石とし、該カップ型砥石の端面により加工角度範囲で前記工作物を加工し、加工角度範囲と重ならない回転角度範囲で前記端面を前記電極と対向させ、前記加工液滞溜装置は、前記加工液を貯溜して前記カップ型砥石の端面部分、前記工作物及び前記電極を浸漬させる液槽であることである。
【０００８】
【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、導電性砥石により脆性材料製工作物を粗研削加工し、前記導電性砥石に超微細シリカ砥粒の凝集層を電気泳動現象により形成して前記工作物を仕上加工し、仕上加工完了後に導電性砥石を直流電源の陰極に、電極を陽極に接続して導電性砥石に水素ガスを発生させて凝集層を導電性砥石から剥離するようにしたので、工作物毎に粗研削加工前に砥石をツルーイング・ドレッシングして凝集層を除去する必要がなく、砥石寿命が長くなり、加工コストを低減することができる。
【０００９】上記のように構成した請求項２に係る発明においては、回転部材に脆性材料製工作物を装着して回転駆動し、回転駆動される導電性砥石を工作物に対して相対移動して工作物を粗研削加工し、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、導電性砥石に超微細シリカ砥粒の凝集層を電気泳動現象により形成して仕上加工し、導電性砥石を直流電源の陰極に、電極を陽極に接続して導電性砥石に水素ガスを発生させて凝集層を導電性砥石から剥離するので、工作物毎に粗研削加工前に砥石をツルーイング・ドレッシングして凝集層を除去する必要がなく、砥石寿命が長くなり、加工時間の短縮、加工コストの低減が可能な加工装置を提供することができる。
【００１０】上記のように構成した請求項３に係る発明においては、導電性カップ型砥石の端面により加工角度範囲で工作物を粗研削加工し、加工角度範囲と重ならない回転角度範囲で端面を電極と対向させ、超微細シリカ砥粒を分散したアルカリ性の加工液を液槽に貯溜してカップ型砥石の端面部分、工作物及び電極を加工液に浸漬させるようにしたので、カップ型砥石の端面部分、工作物及び電極を簡単な構成で、加工及び凝集層の形成に適した配置で良好に加工液に浸漬させることができ、砥石端面に電極と対向する回転角度範囲で超微細シリカ砥粒の凝集層を形成させ、カップ型砥石の端面により加工度範囲で工作物を良好に仕上加工することができる。
【００１１】
【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。
【００１２】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。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は、加工角度範囲で工作物Ｗを加工し、加工液２５に浸漬して液槽２６内に取り付けられた電極２７と加工角度範囲と重ならない角度範囲で例えば電極間距離３mmで対向するようになっている。カップ型砥石１７のチップ端面は、加工角度範囲で回転テーブル２１上の工作物Ｗと対向し、この加工角度範囲と重ならない砥石軸１５の反対側の角度範囲でチップ端面は電極２７と対向している。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。
【００１３】３０は電圧３０Ｖの直流電源で、陽極及び陰極が切替スイッチ３１を介して導電性のカップ型砥石１７及び電極２７に接続される。切替スイッチ３１はブラシ２８により砥石軸１５延いてはカップ型砥石１７に電気接続されている。切替スイッチ３１を第１状態に切り替えてカップ型砥石１７を直流電源３０の陽極に、電極２７を陰極に接続すると、図３に示すように、負に帯電した超微細シリカ砥粒３２が加工液中で陽極となるカップ型砥石１７のチップ端面に向けて電気泳動し、電気的に吸着されて凝集層３３を形成する。切替スイッチ３１を第２状態に切り替えてカップ型砥石１７を直流電源の陰極に、電極２７を陽極に接続すると、図４に示すように、加工液中で陰極となるカップ型砥石１７のチップに向けて水素イオンが集まって端面から水素ガスが発生し、チップ端面に形成された凝集層３３が剥離される。直流電源３０及び第１状態に切り替えられた切替スイッチ３１等により、導電性砥石であるカップ型砥石１７を直流電源３０の陽極に、電極２７を陰極に接続して、導電性砥石に超微細シリカ砥粒３２の凝集層３３を電気泳動現象により形成する凝集層形成装置３４が構成されている。そして、直流電源３０及び第２状態に切り替えられた切替スイッチ３１等により、導電性砥石を直流電源３０の陰極に、電極２７を陽極に接続して導電性砥石に水素ガスを発生させて凝集層３３を導電性砥石から剥離する凝集層剥離装置３５が構成されている。
【００１４】次に、本発明に係る脆性材料製工作物の加工装置の作動を加工方法とともに説明する。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で回転駆動する。砥石台１２をサ−ボモータ１４を駆動して所定位置まで下降し、カップ型砥石１７のチップを加工液２５に浸漬する。切替スイッチ３１を第２状態に切り替えてカップ型砥石１７を直流電源３０の陰極に、電極２７を陽極に接続してチップ端面から水素ガスを発生させて前の工作物Ｗを仕上加工するためにチップ端面に形成した凝集層３３を剥離する。凝集層３３を剥離した後に砥石台１２を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。
【００１５】次に、切替スイッチ３１を第１状態に切り替えてカップ型砥石１７を直流電源３０の陽極に、電極２７を陰極に接続して、負に帯電した超微細シリカ砥粒３２をカップ型砥石１７のチップに吸着させて凝集層３３を形成する。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の凝集層３３によりチッピングを生ずることなく仕上加工する。このとき、加工抵抗により超微細シリカ砥粒３２がカップ型砥石１７のチップ端面から離脱しても別の超微細シリカ砥粒３２が新たに吸着されて凝集層３３を形成する。仕上加工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。
【００１６】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、導電性平砥石を直流電源の陰極に、電極を陽極に接続して導電性平砥石の下方外周面に水素ガスを発生させて凝集層３３を回転する導電性平砥石の外周面から剥離して工作物を粗研削加工し、導電性平砥石を直流電源の陽極に、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の凝集層３３を電気泳動現象により形成して工作物を仕上加工するようにしてもよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３４７０
【氏名又は名称】豊田工機株式会社
【住所又は居所】愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地
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| 【出願日】 |
平成１３年８月３１日（２００１．８．３１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９０８２
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 脩
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| 【公開番号】 |
特開２００３−７１７１６（Ｐ２００３−７１７１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年３月１２日（２００３．３．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２６４０４６（Ｐ２００１−２６４０４６） |
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