JPH0632885B2

JPH0632885B2 - セラミックスの研削方法および装置

Info

Publication number: JPH0632885B2
Application number: JP62123069A
Authority: JP
Inventors: 幸雄尾崎
Original assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 1987-05-19
Filing date: 1987-05-19
Publication date: 1994-05-02
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: JPS63288655A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、セラミックスの鏡面加工に利用される研削方
法及び装置に関するものである。

従来の技術従来、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化珪素（Ｓｉ₃
Ｎ₄）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、炭化珪素（ＳｉＣ）等
の高密度なセラミックスの鏡面加工は、ラップと称する
定盤と工作物の仕上面とを押し付け合わせ、その間に微
粉の研磨剤をラップ材として入れて、両者を相対運動さ
せることによって、ラップ材により工作物の表面からご
く微小の切粉を削り取って滑らかな仕上面を得るラッピ
ングやポリシングにて行われている。

発明が解決しようとする課題ところで、上記ラッピングやポリシングは研磨加工であ
るため、1〜2μ／minの加工速度しか望むことができ
ず、能率が非常に悪いという問題があった。しかも、バ
ッチ方式であるため、１バッチ毎の工作物の厚み寸法の
管理が非常に難しい。更に、定盤が磨耗するため、精度
を維持するには時々定盤を修正研磨する必要があって自
動化が困難である。

そこで、本発明は、セラミックスの鏡面研磨を砥石を用
いて研削により行わせようとするものである。

ところが、セラミックスの鏡面加工を金属研削と同様の
研削方法で行うと、砥石の切れ味の変化に対して研削抵
抗の変化が大きく、また、平面度も研削抵抗の変化に伴
ってバラツキが生じることが実験で判った。即ち、実験
機でアルミナ（Al₂Ｏ₃）のセラミックスを通常の平面研
削にて鏡面加工した場合、最も良い条件で下記のような
結果であり、しかも数個研磨すると、ビビリ、焼け、チ
ッピングが発生した。但し、アルミナセラミックスの直
径は45mm、取り代は20μｍで実験を行った。

表面粗さＲａ０．４研削時間 30分平面度１．５μｍ上記の結果は、従来の研削方法が機械的な強制切込みで
あるため、砥石の切れ味に関係なく研削作業を行い研削
抵抗が一定しないからで、これでは長時間かかり、しか
もほとんどの場合は研削が不可能であり、セラミックス
の鏡面加工では実用的でなかった。

そこで、本発明の目的はセラミックスの鏡面加工を能率
的にしかも高精度に行い得るセラミックスの研削方法及
び装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段この発明は上記目的を達成するため、 (1) 回転駆動する砥石にシリンダのピストンの変位に
より切込みを与えてセラミックスを研削する方法におい
て、上記シリンダのピストンの実際の変位方向に働く外力を
圧力センサで検出してそれが常に設定圧力になるように
シリンダへの流体の供給圧力をフィードバック制御する
ことにより、砥石に常時一定圧力の切込みを与えてセラ
ミックスを定圧研削するようにしたことを特徴とするセ
ラミックスの研削方法。

(2) ピストンの実際の変位方向に働く外力を圧力セン
サで検出してそれが常に設定圧力になるようにチューブ
への流体の供給圧力をフィードバック制御することで加
圧圧力が常に設定圧力になるように構成された定加圧シ
リンダと、該定加圧シリンダのピストンに回転自在に支持された砥
石回転主軸と、該砥石回転主軸を回転駆動する砥石駆動モータと、上記砥石回転主軸の端部に装着された砥石とからなる砥
石ヘッドを具備したことを特徴とするセラミックスの研
削装置。

を提供するものである。

作用本発明によれば、ピストンの実際の外力がフィードバッ
ク制御により常に設定圧力になるようになした定加圧シ
リンダにより砥石に常時一定圧力の切込みを与えてセラ
ミックスを研削するようにしているから、砥石の切れ味
に関係なく研削抵抗を一定にすることができ、これによ
り、セラミックスをスムーズに研削することができて滑
らかな仕上面が得られ、しかも、研削抵抗が一定してい
るので高い平面度が得られる。

実施例以下、本発明を第１図乃至第３図に基づいて説明する。

第１図において、（１）はコラム（２）の前後及び左右
に傾き調整可能に支持された砥石ヘッドで、定加圧シリ
ンダ（３）、砥石回転主軸（４）、砥石（５）及び砥石
駆動モータ（６）から構成されている。

上記定加圧シリンダ（３）は、コラム（２）に前後・左
右に傾動可能に取付けられたチューブ（７）にピストン
（８）をスライド可能に貫設するとともに、このピスト
ン（８）に圧力センサ（９）を近設させたもので、圧縮
空気、油圧等の圧力気体或いは圧力液体を圧力発生装置
（10）から配管（11）並びに電磁切換弁（12）等からな
る流体供給回路を経てチューブ（７）に供給することで
ピストン（８）を進退或いはは昇降するとともに、この
ピストン（８）の推力を圧力センサ（９）により検出し
て圧力発生装置（10）でチューブ（７）への圧力気体或
いは圧力液体の供給圧力をフィードバック制御すること
で加圧圧力が常に設定圧力になるように構成されてい
る。尚、ここで言っているピストン（８）の推力とは、
実際のピストン（８）の変位方向に働く外力のことであ
る。圧力センサ（９）はピストン（８）の下端部に取付
固定したドグ（８ａ）と対向するようコラム（２）また
はチューブ（７）の外部に支持ブラケット（図示せず）
を介して取付固定されており、ピストン（８）が降下し
てドグ（８ａ）が測定子（９ａ）を押圧する圧力を測定
することでピストン（８）の推力を検出する。そして、
圧力センサ（９）で検出したピストン（８）の推力をコ
ンピュータ部（図示せず）に入力し、このコンピュータ
部で比較演算処理して圧力発生装置（10）に指令を送
り、この圧力発生装置（10）でピストン（８）の推力が
設定圧力になるようにチューブ（７）への圧力気体或い
は圧力液体の供給圧力をフィードバック制御することで
定加圧シリンダ（３）の加圧圧力を常に設定圧力にす
る。

上記砥石回転主軸（４）は、定加圧シリンダ（３）のピ
ストン（８）に、上下を貫通させて転がり軸受或いは静
圧軸受（図示せず）を介して回転自在に支持され、軸芯
部に研削液の通路（13）が穿設されている。

上記砥石（５）は、粒度が#1000 以上で結合剤にビトリ
ファイド系結合剤を使用したダイヤモンド砥石であっ
て、砥石回転主軸（４）の下端部に着脱可能に装着され
ており、砥石回転主軸（４）の研削液通路（13）と連通
し、かつ、砥石（５）の内径より少し内側の円周等配位
置上に複数個のノズル孔（14）を斜め下方に開口させた
円穴（15）を穿設させている。

上記砥石駆動モータ（６）は、定加圧シリンダ（３）に
一体に取付固定されており、その出力軸（16）に固設さ
れたプーリ（17）と、砥石回転主軸（４）にスプライン
嵌合して固設されたプーリ（18）とをＶベルト（19）を
介して連結して砥石（５）を回転するように構成されて
いる。

（20）は上記砥石ヘッド（１）の下方に対向配設された
テーブルで、チャック（21）が配設されている。

上記チャック（21）の回転軸（22）はテーブル（20）に
転がり軸受或いは静圧軸受（図示せず）を介して回転自
在に支持されており、ワーク回転駆動モータ（23）によ
りプーリ（24）、Ｖベルト（25）及びプーリ（26）を介
して回転駆動される。

（27）は表面を鏡面加工するワークで、チャック（21）
の上面に適宜の手段、例えば、バキューム吸着で保持さ
れている。

（28）は定寸装置で、２つのインプロセスゲージ（29）
（30）を具備させ、その計測子をワーク（27）の被研削
面及びチャック（21）のチャック面に当接させてその面
位置を検測し、その検測値の減算値によりワーク（27）
の厚み寸法を研削中に連続的に検測してワーク（27）の
ワーク（27）の厚み寸法により粗研、精研、スパークア
ウトするように砥石（５）の回転数及び加圧圧力を制御
する。

（31）は砥石ヘッド（１）の砥石（５）の研削加工位置
と反対側に砥石（５）の研削面と対向する状態で配設さ
れたクーラント吐出ノズルで、70kg／cm²以上の高圧で
クーラントを砥石（５）の研削面に向けて吐出させる。

次に、上記構成における本発明の研削方法及び装置につ
いて説明する。

先ず、ワーク（27）をテーブル（20）のチャック（21）
上にバキューム吸着させて保持させた後、そのチャック
（21）をワーク回転駆動モータ（23）でプーリ（24）、
Ｖベルト（25）、プーリ（26）及び回転軸（22）を介し
て回転駆動させてワーク（27）を回転させる。次に、砥
石ヘッド（１）の砥石（５）を砥石駆動モータ（６）で
プーリ（17）、Ｖベルト（19）、プーリ（18）及び砥石
回転主軸（４）を介して周速度が 400ｍ／min以上で回
転駆動させる。かかる状態でもって、砥石ヘッド（１）
の定加圧シリンダ（３）で砥石回転主軸（４）を介して
砥石（５）を昇降或いは進退してワーク（27）を砥石
（５）により第３図（Ａ）（Ｂ）に示すように、粗研→
スパークアウト→戻り或いは粗研→精研→戻りの研削サ
イクルで研削加工する。尚、砥石（５）でワーク（27）
を研削加工する直前に、砥石回転主軸（４）の研削液通
路（13）、砥石（５）の円穴（15）及びノズル孔（14）
を経てワークに研削液を供給するとともに、クーラント
吐出ノズル（31）から砥石（５）の研削面に向けて高圧
クーラントが吐出される。

そして、研削時、砥石（５）の切れ味に関係なくワーク
（27）に対して砥石（５）の研削圧力を一定にするべ
く、定加圧シリンダ（３）のピストン（８）の推力を圧
力センサ（９）で検出して出力発生装置（10）でピスト
ン（８）の推力が設定圧力になるようにチューブ（７）
への圧力気体或いは圧力液体の供給圧力をフィードバッ
ク制御することにより、定加圧シリンダ（３）の加圧圧
力を常に設定圧力にして当該定加圧シリンダ（３）で砥
石（５）に切込みを与えてワーク（27）を一定の研削圧
力で研削する。この時、定加圧シリンダ（３）の加圧圧
力は、第３図に示すように、粗研、精研、スパークアウ
ト及び戻りに応じて可変制御させる。また、砥石（５）
及びワーク（27）の回転数も、第３図に示すように、粗
研、精研、スパークアウト及び戻りに応じて可変制御さ
せる。上記研削サイクルが終了すると、そのワーク（2
7）をチャック（21）からアンローディングした後、新
しいワーク（27）をチャック（21）にローディングして
以後上記研削サイクルを繰返してワーク（27）を連続的
に研削する。尚、上記定加圧シリンダ（３）で砥石
（５）に切込みを与えて研削するワーク（27）の研削量
は、圧力センサ（９）の測定子（９ａ）の測定ストロー
クに比べて僅かであり、定加圧シリンダ（３）で砥石
（５）に一杯に切込みを与えても、圧力センサ（９）で
のピストン（８）の推力の測定には何ら影響をきたさな
い。

上記研削方法及び装置によれば、砥石（５）の切れ味に
関係なくワーク（27）に対して砥石（５）の研削圧力が
一定しているから、ワーク（27）を砥石（５）によりス
ムーズに鏡面加工することができて滑らかな仕上面が得
られ、しかも、研削抵抗が一定しているので高い平面度
も得られる。このことは、実験でも実証された。即ち、
実験では実験機でアルミナ（Ａl₂Ｏ₃）のセラミックス
を上記研削方法で平面研削にて鏡面加工した場合、下記
のような結果が得られた。但し、アルミナセラミックス
の直径は45mm、取り代は20μｍで実験を行った。

表面粗さＲａ０．０１５研削時間 12秒平面度０．３μｍこの結果、目標としていた表面粗さＲａ0.02、研削時間
15秒、平面度０．５μｍを満足させている。

尚、上記実施例の研削装置では、砥石ヘッド（１）をコ
ラム（２）に前後・左右に傾動調整可能に設けているか
ら、ワーク（27）を凸面及び凹面に鏡面研削することが
可能である。また、砥石ヘッド（１）の砥石回転主軸
（４）の軸芯部に設けた研削液通路（13）と繋がる研削
液ノズル孔（14）を、砥石（５）の研削面内径より少し
内側に設けているから、ワーク（27）に能率良く研削液
を供給することができる。更に、砥石（５）の研削面に
対向して高圧でクラントを吐出するノズル（31）を設け
ているから、冷却性の向上、被削性の向上、砥石寿命の
向上、砥石目詰まり防止等のクーラント効果を得ること
ができる。

発明の効果以上説明したように、本発明の研削方法及び研削装置に
よれば、セラミックスを研削するに際し、ピストンの実
際の外力がフィードバック制御により常に設定圧力にな
るようになした定加圧シリンダで砥石に切込みを与えて
セラミックスを常に一定圧力で研削するようにしている
から、砥石の切れ味に関係なく研削抵抗が一定し、セラ
ミックスの鏡面加工を能率的かつ高精度に行なうことが
でき、しかも、自動化も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミックスの研削方法及び装置
を示す概略構成図、第２図は砥石の断面図、第３図は２
通りの研削サイクルと加圧圧力、砥石及びワークの回転
数の関係を示す線図である。（１）……砥石ヘッド、（３）……定加圧シリンダ、（４）……砥石回転主軸、（５）……砥石、（６）……砥石駆動モータ、（９）……圧力センサ、（20）……テーブル、（21）……チャック、（23）……ワーク駆動モータ、（27）……ワーク、（28）……定寸装置、（31）……クーラント吐出ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動する砥石にシリンダのピストンの
変位により切込みを与えてセラミックスを研削する方法
において、上記シリンダのピストンの実際の変位方向に働く外力を
圧力センサで検出してそれが常に設定圧力になるように
シリンダへの流体の供給圧力をフィードバック制御する
ことにより、砥石に常時一定圧力の切込みを与えてセラ
ミックスを定圧研削するようにしたことを特徴とするセ
ラミックスの研削方法。
【請求項２】ピストンの実際の変位方向に働く外力を圧
力センサで検出してそれが常に設定圧力になるようにチ
ューブへの流体の供給圧力をフィードバック制御するこ
とで加圧圧力が常に設定圧力になるように構成された定
加圧シリンダと、該定加圧シリンダのピストンに回転自在に支持された砥
石回転主軸と、該砥石回転主軸を回転駆動する砥石駆動モータと、上記砥石回転主軸の端部に装着された砥石とからなる砥
石ヘッドを具備したことを特徴とするセラミックスの研
削装置。