JP2005118897A - 研磨工具及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク表面の凹凸に倣うことなく、凸部だけを優先的に研磨してワーク表面のウネリを低減させることができる研磨工具と研磨方法を提供する。
【解決手段】ワークＷ表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材に砥粒が分散配置された研磨工具を、ワークＷ表面に押圧しながら、研磨工具とワークＷとを相対的に移動させることによりワークＷを研磨する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学素子の表面またはその成形を行う成形用金型の表面を高精度に研磨加工する研磨工具及び研磨方法に関する。

特開平５−１３８５１９号公報には、球面または非球面形状の研磨加工を行う従来装置が開示されている。この研磨方法は、研磨工具をワーク表面の球面形状または非球面形状に倣わせながら研磨するものであり、先端に研磨工具を取り付けた研磨工具スピンドルと、ワークを載せたワークスピンドルの双方を回転させ、加圧しながら研磨加工を行なう。研磨加工時の加圧は、研磨工具スピンドルを揺動自在に支持するアームと、このアームの揺動支点に対して移動可能に取り付けられた重錘とを備えた機構により行なわれるものであり、ワークの表面に一定荷重を作用させながら研磨するようになっている。

このような研磨に用いる研磨工具として、多くは不織布が使用されると共に、研磨剤としてはダイヤモンド砥粒が用いられている。

この装置によって研磨加工を行う場合、まず、先端に不織布を巻きつけた研磨工具を研磨工具スピンドルの先端に取り付ける。そして、スライド板を上昇させてワークを取り付け、ワーク表面にダイヤモンド砥粒の研磨剤を塗布する。続いて、スライド板を下降させて研磨工具をワーク表面に当接させ、ワークスピンドル及び研磨工具スピンドルの双方を回転させながら、常に研磨工具の作用部がワーク表面の加工部に垂直に加圧されるようにＸ軸、Ｂ軸、Ｚ軸を移動制御しながら研磨を行なう。
特開平５−１３８５１９号公報

上述した従来の研磨では、研磨工具として先端に不織布を巻いたものを用い、これに遊離砥粒を保持させて加工を行なっている。しかしながら、不織布はそれ自体が弾性体であるため、加工時の加圧により弾性変形を起こし、ウネリ（周期が０．２〜１．５ｍｍの形状成分）の山谷に関係なく表面になじんで研磨される。また、遊離砥粒による加工は、ワークの表面の凹凸の凸部だけでなく凹部にも砥粒が潜って研磨されるため、ウネリが低減することがなく、高精度な形状精度の研磨面を得られない問題を有している。

図４及び図５は、この従来の研磨を説明するものであり、図４は研磨工具１０１とワークＷの研磨加工部位を示している。研磨工具１０１は曲面Ｒに加工した金属製の軸先端に不織布１０５を巻き付けている。加工前においては、遊離砥粒の研磨剤１０２をワークＷの表面に塗布し、研磨剤１０２の塗布状態で研磨を行う。

図５は、図４に示した研磨工具１０１とワークＷの研磨加工部位を拡大して示している。不織布を巻いた研磨工具１０１を一定荷重で加圧して研磨加工したとき、ウネリ（周期が０．２〜１．５ｍｍの形状成分）の凹凸に、不織布１０５が倣うように研磨される。また、遊離砥粒の研磨剤１０２がワークＷと研磨工具１０１の間に潜り込み、凸部Ｗ１だけでなく凹部Ｗ２にも作用して研磨が行われる。

そのため、研磨が進行した場合、粗さ（周期が０．２ｍｍ以下の形状成分）は除去されて表面粗さが小さくなるが、ウネリ（周期が０．２〜１．５ｍｍの形状成分）はほとんど変化しないため形状精度が向上しない原因となる。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、ワーク表面のウネリ成分を除去して形状精度を向上させると共に、表面粗さの小さい表面に研磨することが可能な研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明の研磨工具は、ワーク表面を研磨する研磨工具であって、前記ワーク表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材と、ボンド材の中に分散配置した砥粒と、を具備することを特徴とする。

請求項１の発明では、砥粒を内部に分散させたゴムからなるボンド材として、ワーク表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムを用いるため、ワーク表面のウネリの凹凸に倣うことなく研磨することができる。このため、ウネリの少ない高精度な面形状に研磨することができる。

請求項２の発明の研磨方法は、ワーク表面を研磨する研磨方法であって、前記ワーク表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材に砥粒が分散配置された研磨工具を、前記ワーク表面に押圧しながら、研磨工具とワークとを相対的に移動させることによりワークを研磨することを特徴とする。

請求項２の発明では、ワーク表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材に砥粒が分散配置した研磨工具を用いてワーク表面を研磨するため、ワーク表面のウネリの凹凸に倣うことなく研磨することができ、ワーク表面の凸部だけを優先的に除去することができる。従って、ワーク表面のウネリを低減することができ、これにより、ウネリの少ない高精度な面形状に研磨することができる。

請求項３の発明の研磨方法は、ワーク表面を研磨する研磨方法であって、前記ワーク表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材に砥粒が分散配置された第１研磨工具を、前記ワーク表面に押圧しながら、第１研磨工具とワークとを相対的に移動させることによりワークを研磨する第１の工程と、前記周期とは異なる形状成分に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材に砥粒が分散配置された第２研磨工具を、前記ワーク表面に押圧しながら、第２研磨工具とワークとを相対的に移動させることによりワークを研磨する第２の工程と、を有することを特徴とする。

請求項３の発明では、研磨工程を第１工程及び第２工程に分けると共に、各工程では、ワーク表面の除去する形状成分の周期に応じて硬度の異なるゴムをボンド材を用いるため、ウネリが小さく、且つ表面粗さが良好な研磨を行うことができる。

請求項１の発明によれば、砥粒を内部に分散させたゴムからなるボンド材として、ワーク表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムを用いるため、ワーク表面のウネリの凹凸に倣うことなく研磨することができる。

請求項２の発明によれば、ワーク表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材に砥粒が分散配置した研磨工具を用いてワーク表面を研磨するため、ワーク表面のウネリの凹凸に倣うことなく研磨することができ、ワーク表面の凸部だけを優先的に除去することができ、ワーク表面のウネリを低減することができる。

請求項３の発明によれば、研磨の第１工程及び第２工程の各工程において、ワーク表面の除去する形状成分の周期に応じて硬度の異なるゴムをボンド材を用いるため、ウネリが小さく、且つ表面粗さが良好な研磨を行うことができる。

（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１であり、図１は研磨装置を、図２は研磨加工部位及び研磨工具を、図３は拡大した研磨加工部位を示す。

研磨装置は、図１に示すように、Ｘ軸機構部２、Ｂ軸機構部５及びＺ軸機構部１１を備えている。

Ｘ軸機構部２は、共に基台１上に配置された移動テーブル３と、移動テーブル３を駆動するＸ軸モータ４とを備えている。Ｘ軸モータ４の出力軸は、移動テーブル３に螺合しており、同モータ４が駆動することにより、移動テーブル３がＸ軸方向に移動可能となっている。

Ｂ軸機構部５は、移動テーブル３上に配置されている。このＢ軸機構部５は、移動テーブル３に支持された台座６と、台座６の側面に取り付けられたワークスピンドル固定板７と、図示を省略したＢ軸モータとを備えている。Ｂ軸モータは、台座６の裏面に取り付けられており、その出力軸がワークスピンドル固定板７と螺合しており、その駆動によってワークスピンドル固定板７を揺動させるようになっている。

ワークスピンドル固定板７には、ワークスピンドル８と、ワークスピンドル８を回転させるワーク軸モータ９とが取り付けられている。また、ワークスピンドル８の先端には、ワーク保持具１０が取り付けられており、ワーク保持具１０にワークＷが着脱自在に取り付けられる。このようなＢ軸機構部５では、ワーク軸モータ９が駆動することにより、ワークＷがＢ方向に回転する。

Ｚ軸機構部１１は、Ｘ軸機構部２の移動テーブル３に支持されたスタンド１２と、スタンド１２前面に形成された一対のガイド１３に沿って上下方向（Ｚ軸方向）に移動するようにスタンド１２に設けられたスライド板１４とを有している。

スライド板１４は、スタンド１２の上端に取り付けられたＺ軸モータ１５の出力軸と螺合しており、同モータ１５が駆動することにより上下動する。また、スライド板１４には支柱１６が取り付けられており、この支柱１６には、支柱１６を中心に揺動するアーム１７が取り付けられている。

アーム１７の下部には、スピンドル１８が固定されており、スピンドル１８の先端には、研磨工具１９が取り付けられている。また、スピンドル１８には、図示を省略したモータが設けられており、このモータが駆動することにより、スピンドル１８先端の研磨工具１９が回転するようになっている。さらに、アーム１７上部には、ねじロッド２０が水平方向に沿って取り付けられ、ねじロッド２０の一端に重錘２１が取り付けられている。一方、ねじロッド２０の他端には、ハンドル２２が取り付けられており、ハンドル２２の回転により重錘２１がアーム１７に対して左右方向に移動するようになっている。

この実施の形態において、研磨工具１９は図２に示すように、ステンレスからなる軸体１９ａと、軸体１９ａの先端に取り付けられたゴム砥石１９ｂとによって形成されている。ゴム砥石１９ｂは、硬度が８０Ｈｓ以上のショア硬さを有したクロロプレン系のゴムからなるボンド材を用い、このボンド材の中に砥粒としての＃３０００番の多結晶ダイヤモンドを集中度１００で分散配置した構造となっている。

この実施の形態によるワークＷの研磨においては、まず、上述したゴム砥石１９ｂを有した研磨工具１９をスピンドル１８の先端に取り付ける。次に、スライド板１４を上昇させ、ワークＷをワーク保持具１０に取り付ける。その後、スライド板１４を下降させて研磨工具１９をワークＷの表面に当接させる（図２参照）。この状態で、ワークスピンドル８を１００ｒｐｍ、研磨工具のスピンドル１８を１２０ｒｐｍで回転させ、これらが回転した状態で、研磨工具１９におけるゴム砥石１９ｂの加工部３０（図２参照）が常に垂直方向に１２０ｇの力で加圧されるようにＸ軸、Ｂ軸、Ｚ軸を移動制御しながら研磨する。

図３は、この研磨状態を示しており、ゴム砥石１９ｂとして、硬度が高く、弾性の低いゴム材料を使用しているため、ゴム砥石１９ｂがワークＷのウネリの凹凸に倣うことなく、ワークＷの表面の凸部Ｗ１だけを研磨することができる。また、砥粒がボンド材の中に分散しているため、凹部Ｗ２には砥粒が作用することがない。このため、凸部Ｗ１だけを優先的に除去することができる。

このような実施の形態によれば、研磨工具１９に硬度の高いゴム砥石１９ｂを取り付け、このゴム砥石１９ｂによってワークＷを研磨するため、ワーク表面に存在するウネリ（周期が０．２〜１．５ｍｍの形状成分）の凹凸に倣うことなく研磨することができる。従って、凸部Ｗ１を優先的に研磨することができ、研磨が進行することにより、ウネリ（周期が０．２〜１．５ｍｍの形状成分）が低減する。これにより、ウネリの少ない高精度な形状精度の研磨面とすることが可能となる。

（実施の形態２）
この実施の形態の研磨装置は、図１と同様な構造となっているため、説明を省略する。実施の形態２の研磨においては、第１工程と、第２工程とによってワークＷを研磨するものである。

第１工程では、まず、ゴム砥石１９ｂを有した研磨工具１９をスピンドル１８の先端に取り付ける。次に、スライド板１４を上昇させ、ワークＷをワーク保持具１０に取り付ける。そして、スライド板１４を下降させて研磨工具１９をワークＷの表面に当接させ、ワークスピンドルを１００ｒｐｍ、研磨工具スピンドルを１２０ｒｐｍで回転させ、これらが回転した状態で、研磨工具１９におけるゴム砥石１９ｂの加工部３０が常に垂直方向に１２０ｇの力で加圧されるようにＸ軸、Ｂ軸、Ｚ軸を移動制御しながら研磨する。

この第１工程では、ウネリ（周期が０．２〜１．５ｍｍの形状成分）を除去することを目的とするものであり、このため、硬度の高いゴム砥石１９ｂを使用して研磨を行う。第１工程に用いる研磨工具１９のゴム砥石１９ｂは、ボンド材として、ショア硬さで８０Ｈｓ以上の硬度を有したクロロプレン系のゴムを用い、このボンド材の中に砥粒としての＃３０００番の多結晶ダイヤモンドを集中度１００で分散配置した構造となっている。

なお、研磨工具１９のボンド材であるゴムの硬度は、ワークＷの表面に存在するウネリの凹部に砥粒（固定砥粒）が入り込まず、且つワークＷの表面を傷つけない程度であれば良く、ショア硬さで８０Ｈｓ以上、さらにはショア硬度で８０〜９０Ｈｓが良好である。

第２工程では、粗さ（周期が０．２ｍｍよりも小さい形状成分）を除去することを目的とするものであり、硬度の低いゴム砥石を使用して研磨を行う。第２工程に用いる研磨工具１９のゴム砥石１９ｂは、ボンド材として、ショア硬さで６０Ｈｓ以下の硬度を有したクロロプレン系のゴムを用い、このボンド材の中に砥粒としての＃５０００番の多結晶ダイヤモンドを集中度１００で分散配置した構造となっている。

なお、第１の工程とは異なるゴム砥石１９ｂにおいて、ボンド材であるゴムの硬度としては、ワークＷの表面を研磨でき、且つワークＷの表面の凹凸にボンド材がなじむように当接できる程度であれば良く、ショア硬さで６０Ｈｓ以下、さらにはショア硬度で１０〜６０Ｈｓが良好である。

この実施の形態２によれば、第１工程で、不織布と比べ、弾性が低く硬度の高いゴム砥石を研磨工具として研磨加工することにより、ワークＷの表面に存在するウネリ（周期が０．２〜１．５ｍｍの形状成分）を低減させることができる。これに続く第２工程では、弾性が高く硬度の低いゴム砥石を使用して研磨することにより、ゴム砥石１９ｂがワークＷの面全体になじむように当接して研磨するため、粗さ（周期が０．２ｍｍよりも小さい形状成分）を向上させることができる。これにより、ウネリの少ない高精度な形状精度で、更に粗さの小さい研磨面とすることができる。

以上の実施の形態から、本発明は、以下の発明を包含している。

（１）回転するワークの表面に、回転する研磨工具を押圧しながら走査させる研磨方法において、ワーク表面の除去する形状成分の周期に応じて硬度を変えらることが可能なゴムをボンド材とし、このボンド材の中に砥粒を分散配置させた砥石を研磨工具として用いることを特徴とする研磨方法。

この第（１）項の発明によれば、ワーク表面の除去する形状成分の周期に応じて硬度を変えらることが可能なゴムをボンド材とし、このボンド材の中に砥粒を分散配置させた砥石を研磨工具として用いるため、ワーク表面のウネリの凹凸に倣うことなく研磨することができ、ワーク表面の凸部だけを優先的に除去することができ、ワーク表面のウネリを低減することができる。

（２）上記（１）項の研磨方法であって、研磨工程を少なくとも２工程以上に分け、それぞれの工程において、ワーク表面の除去する形状成分の周期に応じて硬度を変えることが可能なゴム砥石を研磨工具として用いることにより、異なる周期の形状成分を除去することを特徴とする研磨方法。

第（２）項の発明によれば、研磨におけるそれぞれの工程で、ワーク表面の除去する形状成分の周期に応じて硬度の異なるゴムをボンド材を用いるため、ウネリが小さく、且つ表面粗さが良好な研磨を行うことができる。

本発明の研磨装置の全体正面図である。 研磨工具による研磨状態を示す斜視図である。 研磨加工部位を拡大して示す断面図である。 従来における研磨状態を示す斜視図である。 従来における研磨加工部位を拡大して示す断面図である。

符号の説明

２ Ｘ軸機構部
５ Ｂ軸機構部
１１ Ｚ軸機構部
１９ 研磨工具
１９ｂ ゴム砥石
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. ワーク表面を研磨する研磨工具であって、
   前記ワーク表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材と、
   ボンド材の中に分散配置した砥粒と、
   を具備することを特徴とする研磨工具。
2. ワーク表面を研磨する研磨方法であって、
   前記ワーク表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材に砥粒が分散配置された研磨工具を、前記ワーク表面に押圧しながら、研磨工具とワークとを相対的に移動させることによりワークを研磨することを特徴とする研磨方法。
3. ワーク表面を研磨する研磨方法であって、
   前記ワーク表面の除去する形状成分の周期に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材に砥粒が分散配置された第１研磨工具を、前記ワーク表面に押圧しながら、第１研磨工具とワークとを相対的に移動させることによりワークを研磨する第１の工程と、
   前記周期とは異なる形状成分に対応した硬度を有するゴムからなるボンド材に砥粒が分散配置された第２研磨工具を、前記ワーク表面に押圧しながら、第２研磨工具とワークとを相対的に移動させることによりワークを研磨する第２の工程と、
   を有することを特徴とする研磨方法。
   

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