JP2007253272A - 研磨方法および研磨液 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク表面からの切削条痕の除去を容易に行える研磨方法を提供する。
【解決手段】単粒で１〜１０ナノメートルのダイヤモンド粒子２０が１０〜１００ナノメートルの大きさで凝集している凝集体１９を溶液に分散させた研磨液を用いる。凝集体１９のうちワークの加工面と研磨工具の加工点１８との界面に入り込んだものは、研磨工具によって押圧されて凝集が解ける。ワークの切削加工によって加工面に創成されていた切削条痕１７は、この凝集の解放による破壊エネルギーによって効率的に研磨加工されて除去される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、研磨加工技術に関し、特に、切削加工された光学素子又は光学素子成形用金型の外観品質を向上させるための研磨加工の技術に関する。

プラスチックレンズの成形において、成形用金型に形成した、超精密切削が可能なＮｉ（ニッケル）とＰ（リン）とからなる無電解ニッケルメッキの層をダイヤモンドバイトで切削して光学鏡面を加工することが従来一般的に行われている。この技術は、例えば特許文献１においても一般的な技術として述べられている。

また、プラスチック等の材料を上述のように直接加工して光学素子を製作することもある。
このような加工技術では、刃先輪郭精度の良いダイヤモンドバイトを用い、切り込み量を数マイクロメートル、送り速度を数ミリメートル毎分の条件で加工を行うことで、Ｒａ数ナノメートル程度の粗さの光学鏡面を得ることができる。
特開平１１−１５７８５２号公報

図４は、上述した加工技術を用いて切削加工されたワーク加工面の様子を示しており、図５はその加工面の断面の様子を示している。上述した切削加工を行うと、ワーク１０１の表面には規則的な間隔の切削条痕１０２が創成される。このような切削条痕１０２の創成されている加工面に白色光が入射すると、光の干渉によって反射光が虹色を呈することになる。このような虹光は、光学素子の用途によっては製品機能上問題になることがある。

このような虹光の発生を防止するためには、切削加工後に研磨加工を行って、切削条痕１０２を除去する必要がある。しかし、この研磨加工には、切削加工で創成した形状を維持しつつ、光学鏡面に研磨キズを付けないようにすることが求められるため、この研磨加工は技能作業者による手作業で行われている。従って、歩留まりが悪く且つ加工工数が大きいために部品がコスト高になってしまう、手作業による加工のために品質がばらついてしまう、加工作業者が技能者に限られてしまう、等の問題を抱えている。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ワーク表面からの切削条痕の除去を容易に行える研磨方法を提供することである。

本発明の態様のひとつである研磨方法は、単粒で１〜１０ナノメートルの研磨粒子が１０〜１００ナノメートルの大きさで凝集している凝集体を溶液に分散させた研磨液を、研磨工具でのワークの研磨に用いることを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。

なお、上述した本発明に係る研磨方法において、前記溶液は、純水若しくは有機溶剤、または純水と有機溶剤との混合液であるようにすることもできる。
また、前述した本発明に係る研磨方法において、前記研磨液における前記凝集体の濃度は、０．１〜１０パーセントであるようにすることもできる。

また、前述した本発明に係る研磨方法において、前記ワークを前記研磨液の液中に浸して前記研磨を行うようにすることもできる。
また、前述した本発明に係る研磨方法において、前記研磨工具に超音波振動を与えながら前記ワークの研磨を行うようにすることもできる。

また、前述した本発明に係る研磨方法において、前記研磨粒子はダイヤモンド粒子であるようにすることもできる。
また、前述した本発明に係る研磨方法において、前記ワークは、光学素子及び光学素子成形用金型のどちらかであって切削加工されているものであってもよい。

本発明の別の態様のひとつである研磨方法は、研磨粒子が凝集している凝集体のうち、当該研磨粒子の単粒で大きさが最大のものよりも大きい凝集体のみを溶液に分散させた研磨液を、研磨工具でのワークの研磨に用いることを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。

なお、上述した本発明に係る研磨方法において、前記研磨粒子の単粒は、１〜１０ナノメートルの大きさであるようにすることもできる。
本発明の更なる別の態様のひとつである研磨液は、研磨工具でのワークの研磨に用いる研磨液であって、単粒で１〜１０ナノメートルの研磨粒子が１０〜１００ナノメートルの大きさで凝集している凝集体が溶液に分散していることを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。

本発明によれば、以上のようにすることにより、ワーク表面からの切削条痕の除去を容易に行うことができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１について説明する。同図、本発明の実施に使用する研磨装置の構成を示している。この装置は、ワーク部１０と研磨工具部１６とより構成されている。
まずワーク部１０を説明する。

本実施例においてワーク１は光学素子成形用金型である。なお、光学素子自体をワーク１とすることももちろん可能である。
ワーク１の加工面２は、無電解ニッケルめっき層を超精密切削された金型成形面である。ワーク１はワーク座３に着脱可能であり、加工時には固定されている。ワーク座３の下部に固定されている軸７はモータ４の回転がプーリ５ａ、ベルト６、及びプーリ５ｂを介して伝達され、ワーク１を自転可能としている。

ワーク１の外周にはタライ（盥）８がワーク１の外周と隙間なく取り付けられている。タライ８内には研磨液９が、ワーク１の加工面２が浸される位置まで、満たされている。この研磨液９は、研磨粒子である単粒で１〜１０ナノメートルのダイヤモンド粒子が１０〜１００ナノメートルの大きさで凝集している凝集体を、純水若しくは有機溶剤、又は純水と有機溶剤との混合溶液に分散させたものを使用する。ここで、研磨液９における凝集体の濃度は０．１〜１０％の範囲とする。これは、凝集体の濃度が０．１％よりも低いと研磨能力が著しく低下するために加工時間が大幅に長くなってしまう一方で、その濃度が１０％よりも高いと研磨キズが加工面２に付き易くなってしまい好ましくないためである。

なお、本実施例においては、研磨液９として、純水５％とエチレングリコール９０％との溶液に、５％のダイヤモンド粒子凝集体が分散されているものを用いるものとする。
次に研磨工具部１６を説明する。

研磨工具１１は、鋼球に軟質の不織布を被覆したものである。研磨工具１１としては、この代わりに、パッド状のものを用いることもできる。また、研磨工具１１の材質として、ポリウレタン等の樹脂、あるいは、磨き皿材料として使われるピッチ等を用いることもできる。

研磨工具１１の工具軸１５はスピンドル１４に固定されており、モータ１２の回転がカップリング１３を介して伝達されることにより自転可能に構成されている。
なお、図１に示した研磨装置では、研磨工具１１は球状であるので、研磨工具部１６を傾斜させて配置するようにして、研磨工具１１がワーク１の加工面２と接する部分の周速を上げる工夫をしている。

また、研磨工具部１６は、不図示のバネ、シリンダ等の加圧装置により、ワーク１の加工面２に対して加圧できるように構成されている。
研磨工具１１は、加工中はワーク１の加工面２の回転中心を通る母線上を走査する。従って、研磨工具１１の軌跡は、ワーク１から相対的に観ると、ワーク１の加工面２上で螺旋を描くようになる。

次に、図１に示した研磨装置を使用してワーク１の加工面２の研磨を行う手順を説明する。
まず、ワーク１と研磨工具１１とを毎分数１０回〜２００回程度の回転数で回転させながら、研磨工具１１をワーク１の加工面２の外周部に０．１〜数Ｎの荷重にて接触させる。そして、この接触後、研磨工具１１をワーク１の加工面２の中心を通る母線上で走査する。なお、このときの研磨工具１１の走査速度は、ワーク１の加工面２の加工量が均一になるように予め設定しておく。

このときのタライ８内の研磨液９の様子を図２に示す。
タライ８内の研磨液９では、単粒で１〜１０ナノメートルのダイヤモンド粒子が、１０〜１００ナノメートルの大きさで凝集している凝集体１９が分散している。従って、研磨液９には、ダイヤモンド粒子の単粒で大きさが最大のものよりも大きい凝集体１９のみが分散している。

凝集体１９のうちワーク１の加工面２と研磨工具１１の加工点１８との界面に入り込んだものは、研磨工具１１によって押圧されて凝集が解ける。ワーク１の切削加工によって加工面２に創成されていた切削条痕１７は、この凝集の解放による破壊エネルギーによって効率的に研磨加工されて除去され、図３に示す研磨面２１のような滑らかな面となる。ここで、凝集体１９が破壊された後のダイヤモンド粒子２０は粒径が１〜１０ナノメートルと非常に小さいので、ワーク１の加工面２に研磨キズを付けることはない。

この研磨面２１を成形面として用いて成形した光学素子には、光の干渉による虹光が発生することはない。
なお、本実施例においては、純水５％とエチレングリコール９０％との溶液に、５％のダイヤモンド粒子凝集体が分散されているものを用いたが、この代わりに、用途に応じ、有機溶剤の種類及び純水との混合比を変えることで溶液の粘度を調節してもよい。すなわち、例えば加工能率の向上を重視する場合には、粘度の低い溶液を選択してワーク１の加工面２と研磨工具１１の加工点１８との界面における緩衝作用が小さくなるようにすればよい。また、ワーク１の加工面２にキズを付けないようにすることを重視する場合には、粘度の高い溶液を選択して上述した緩衝作用が大きくなるようにすればよい。

以上のように、本実施例によれば、ワーク表面の研磨工具での研磨に上述した研磨液を用いることにより、ワーク表面に傷を付けることなく切削条痕を除去することができるので、虹光の発生しない滑らかな鏡面を得ることができる。

また、本実施例に係る研磨方法は、研磨液に特徴を有するものであるので研磨の自動化が可能である。従って、従来必要とされていた手磨きによる作業と比較して、品質及び良品率が向上し、加工工数が大幅に削減でき、技能を要さない作業者でも容易に加工を行うことができるようになる。この結果、低コストで高品質な光学素子を提供することができる。

本実施例は前述した実施例１に対し、研磨工具１１が走査する方向の超音波振動を研磨工具１１へ与えるようにしたものである。
すなわち、図１に示した研磨装置における研磨工具１１に対し、振幅が１〜１００マイクロメートル程度で周波数が１〜１００キロヘルツ程度の超音波振動を、研磨工具１１の走査方向、すなわちワーク１の径方向に与えながら、実施例１と同様にしてワーク１の加工面２を研磨する。

このようにすることにより、ワーク１の加工面２と研磨工具１１との相対速度が速くなるので、実施例１の研磨方法よりも、より効率的に研磨加工が行える。
また、前述したように、ダイヤモンド粒子の凝集体１９は、１０〜１００ナノメートルの大きさで凝集していることが好ましく、これよりも大きなサイズで凝集しているとワーク１の加工面２にキズを付けてしまうことがある。しかし、本実施例のように、研磨工具１１に超音波振動を与えながら研磨加工を行うことにより、上述したよりも大きなサイズでの凝集が防止されるという効果も奏する。

本発明の実施に使用する研磨装置の構成を示す図である。 研磨液の様子を示す図である。 ワーク加工面の研磨の様子を示す図である。 切削加工されたワーク加工面の様子を示す図である。 図４のワーク加工面の断面の様子を示す図である。

符号の説明

１、１０１ ワーク
２ 加工面
３ ワーク座
４ モータ
５ａ、５ｂ プーリ
６ ベルト
７ 軸
８ タライ
９ 研磨液
１０ ワーク部
１１ 研磨工具
１２ モータ
１３ カップリング
１４ スピンドル
１５ 工具軸
１６ 研磨工具部
１７、１０２ 切削条痕
１８ 加工点
１９ ダイヤモンド粒子凝集体
２０ ダイヤモンド粒子
２１ 研磨面

Claims (10)

1. 単粒で１〜１０ナノメートルの研磨粒子が１０〜１００ナノメートルの大きさで凝集している凝集体を溶液に分散させた研磨液を、研磨工具でのワークの研磨に用いることを特徴とする研磨方法。
2. 前記溶液は、純水若しくは有機溶剤、または純水と有機溶剤との混合液であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
3. 前記研磨液における前記凝集体の濃度は、０．１〜１０パーセントであることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨方法。
4. 前記ワークを前記研磨液の液中に浸して前記研磨を行うことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の研磨方法。
5. 前記研磨工具に超音波振動を与えながら前記ワークの研磨を行うことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の研磨方法。
6. 前記研磨粒子はダイヤモンド粒子であることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の研磨方法。
7. 前記ワークは、光学素子及び光学素子成形用金型のどちらかであって切削加工されているものであることを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の研磨方法。
8. 研磨粒子が凝集している凝集体のうち、当該研磨粒子の単粒で大きさが最大のものよりも大きい凝集体のみを溶液に分散させた研磨液を、研磨工具でのワークの研磨に用いることを特徴とする研磨方法。
9. 前記研磨粒子の単粒は、１〜１０ナノメートルの大きさであることを特徴とする請求項８に記載の研磨方法。
10. 研磨工具でのワークの研磨に用いる研磨液であって、
    単粒で１〜１０ナノメートルの研磨粒子が１０〜１００ナノメートルの大きさで凝集している凝集体が溶液に分散していることを特徴とする研磨液。

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