JP3958428B2

JP3958428B2 - 研削工具

Info

Publication number: JP3958428B2
Application number: JP02401198A
Authority: JP
Inventors: 聡檜山; 勉佐藤
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2018-01-21
Also published as: JPH11207637A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば微細な溝形状や非球面形状のような曲面形状を研削加工、切削加工するのに用いられる研削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回折レンズや回折格子は、例えば、予め精密加工された型を用いたガラスモールドにより製造される場合がある。この場合、この型は、無電解Ｎｉメッキやアルミニウムの真空蒸着によって金属薄膜形成のなされた樹脂等の基材に対して切削加工またはバニシングを施すことによって得られている。
【０００３】
図４は、従来の切削加工によって回折レンズ型を製造する例を示している。この例において、回折レンズ型の元になる基材５０は、図示しないスピンドルモータにより軸６０回りに回転している。そして、基材５０の被加工面に単結晶ダイヤモンドバイト５１が当て付けられて、この被加工面をなす物質が単結晶ダイヤモンドバイト５１によって切削、除去される。その結果、基材５０の被加工面上に、微細な溝形状が形成されるのである。
【０００４】
また、図５は、従来のバニシングによって回折格子型を製造する例を示している。この例において、回折格子型の元になる基材５２は、図示しないスライドテーブルにより紙面に直交する方向へ進退移動する。そして、２つの円錐をそれらの底面で接合した形状に研磨された成形ダイヤモンド工具５３が、基材５２の表面に押し付けられ、成形ダイヤモンド工具５３が回転されて、その形状が基材５２の表面に転写される。その結果、基材５２の被加工面上に、微細な溝が形成されるのである。
【０００５】
また、これら回折レンズや回折格子は、直接、樹脂ブロックをダイヤモンドバイト５１によって切削するか成形ダイヤモンド工具によってバニシングすることによって製造される場合もある。
【０００６】
しかしながら、従来の加工法によると、前記ダイヤモンドバイト５１を用いた切削加工の場合であっても、前記成形ダイヤモンド工具５３を用いたバニシングの場合であっても、同一の工具の同一の作用切刃が常時被加工面に接触して加工を行うので、作用切刃にかかる負担が大きく、この作用切刃が摩耗し易い。このため、従来の加工法によると、被加工材料の種類が銅、アルミニウム、無電解Ｎｉメッキ、樹脂等の比較的柔らかい材料に限られてしまい、光学ガラス、超硬セラミックス、鉄鋼材、超硬合金等の比較的硬い材料を加工するのは非常に困難であった。
【０００７】
一方、非球面レンズも、ガラスモールド法によって製造される場合がある。この場合、それを製造するための型（非球面金型）は、型の元となる基材の表面に対し、円柱型砥石（研削工具）を高速回転しつつ４５°の角度で当て付け、そのエッジ部近傍が基材の表面を削り取ることによって製造されている。この円柱型砥石としては、レジンボンド砥石、電着砥石等が用いられている。
【０００８】
ここで、レジンボンド砥石とは、例えばダイヤモンド砥粒を混入したボンド材を円柱状の砥石基材の周囲に固着したものである。また、電着砥石とは、例えばダイヤモンド砥粒を金属メッキ層によって砥石基材の先端部近傍に固定したものである。
【０００９】
しかしながら、これらの円柱型砥石（レジンボンド砥石、電着砥石等）は、ダイヤモンド砥粒の配置上の問題から、被加工物の加工時に、エッジ部においてダイヤモンド砥粒が容易に脱落したり、摩耗したりしてしまい、被加工物の形状や面精度が不安定となるという欠点がある。そのために、超精密加工には用いることができなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、砥石の脱落を抑制するとともに、比較的硬い材料に対する加工をも可能とする研削工具を提供すること、また、微細な溝加工が必要な回折レンズ型、回折格子型、回折格子自体等の加工や、球面、非球面等の曲面加工に用いることができる研削工具を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（４）の本発明により達成される。
【００１２】
（１）回転体形状の砥石基材と、前記砥石基材の先端部の外周全周にわたって配設され、横断面が四角形の角柱状ダイヤモンドよりなる複数の砥石とを備える研削工具であって、
前記砥石は、横断面における１つの対角線が前記砥石基材の外周面を横断しかつ前記砥石基材の半径方向に向いており、他の１つの対角線が前記砥石基材の外周面より内側に位置するよう固定されていることを特徴とする研削工具。
【００１３】
（２）前記砥石は、その一部が前記砥石基材の外周面より外側に露出し、残部が前記砥石基材内に埋入されており、砥石の埋入部分における周方向の最大幅をＬ₁、砥石の露出部分における周方向の最大幅をＬ₂としたとき、Ｌ₁／Ｌ₂≧１．２なる関係を満足し、
前記砥石基材を回転させ、前記砥石の露出部分に形成されたエッジにより被加工物に対し研削を行うよう構成した上記（１）に記載の研削工具。
【００１４】
（３）前記砥石は、その一部が前記砥石基材の外周面より外側に露出し、残部が前記砥石基材内に埋入されており、砥石の埋入部分における周方向の最大幅をＬ₁、砥石の露出部分における周方向の最大幅をＬ₂としたとき、１２≧Ｌ₁／Ｌ₂≧１．４なる関係を満足し、
前記砥石基材を回転させ、前記砥石の露出部分に形成されたエッジにより被加工物に対し研削を行うよう構成した上記（１）に記載の研削工具。
【００１５】
（４）前記砥石は、その長手方向が前記砥石基材の中心軸と平行となるように、かつ、前記砥石基材の外周面の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の研削工具。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の研削工具を添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の研削工具の実施例を示す上面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。これらの図に示すように、本発明の研削工具１は、略円柱状（回転体形状）の砥石基材２と、砥石基材２の先端部の外周全周にわたって配設された棒状をなす複数の砥石４とを備えてなるものである。
【００２２】
砥石基材（砥石支持台）２は、例えば合金工具鋼ＳＫＳで構成されている。砥石基材２の寸法は、例えば直径１．８mm、長さ８mmとされる。
【００２３】
砥石基材２の先端部の外周部には、例えば放電加工により形成された複数の溝３が形成されている。これらの溝３内に、それぞれ、後述する砥石４が挿入、固定される。本実施例では、各溝３は、その長手方向が砥石基材２の中心軸６と平行となるように、かつ、砥石基材２の外周面の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている。また、溝３の図２中上端は、砥石基材２の先端面に開放している。
【００２４】
各砥石４は、ダイヤモンドで構成されたダイヤモンドチップであり、その形状は、棒状（柱状）をなしている。この砥石４の横断面形状は、好ましくは多角形であり、図示の実施例では、正方形（四角形）である。この砥石４の寸法は、例えば、０．２mm×０．２mm角で、長さ２mm程度とされる。
【００２５】
各砥石４は、その長手方向が砥石基材２の中心軸６と平行となるように、かつ、砥石基材２の外周面の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている。
【００２６】
本発明では、砥石基材２に対する砥石４の配置に特徴を有する。以下詳述する。
【００２７】
砥石４は、その一部が砥石基材２の外周面５より外側に露出し、残部が砥石基材２内、すなわち溝３内に埋入されている。図１に示すように、砥石４の埋入部分４１における周方向の最大幅をＬ₁ 、砥石４の露出部分４２における周方向の最大幅をＬ₂ としたとき、Ｌ₁ ／Ｌ₂ ＞１なる関係を満足する。
【００２８】
換言すれば、砥石４は、横断面における１つの対角線４３が砥石基材２の外周面５を横断し（特に、砥石基材２の半径方向に向き）、他の１つの対角線４４が砥石基材２の外周面５より内側（中心側）に位置するよう固定されている。
【００２９】
以上のような位置関係となるように砥石４を配置したことにより、埋入部分４１の最大幅Ｌ₁ の部分がくさびと同様の機能を発揮し、砥石４の外周方向への移動を阻止する。その結果、砥石４の砥石基材２に対する固着力が高まり、砥石４の脱落が防止または抑制される。
【００３０】
また、埋入部分４１の最大幅Ｌ₁ と露出部分４２の最大幅Ｌ₂ とは、さらに、Ｌ₁ ／Ｌ₂ ≧１．２なる関係を満足することが好ましく、１２≧Ｌ₁ ／Ｌ₂ ≧１．４なる関係を満足することがより好ましい。
【００３１】
Ｌ₁ ／Ｌ₂ の下限値を設ける理由は、Ｌ₁ ／Ｌ₂ がこの下限値未満であると、研削工具１に例えば過大な応力や衝撃が作用した場合に、砥石４の脱落が生じ易くなるからである。
【００３２】
また、Ｌ₁ ／Ｌ₂ の上限値を設ける理由は、Ｌ₁ ／Ｌ₂ がこの上限値を超えると、砥石４の露出部分４２の突出量が少なくなるので、被加工物との接触長さが極短となり、砥石４の摩耗が早くなる（寿命が短くなる）。
【００３３】
図３に、比較例としての研削工具１０を示す。この研削工具１０は、本発明の研削工具１と同様に、砥石基材２０の先端部の外周全周にわたって、砥石４と同形状の複数の砥石４０を溝３０内に固定したものであるが、各砥石４０は、本発明の研削工具１のそれに対し、４５°ずらして配置されている。すなわち、砥石４０の埋入部分４１の最大幅Ｌ₁ と露出部分４２の最大幅Ｌ₂ とが等しく、Ｌ₁ ／Ｌ₂ ＝１となっている。
【００３４】
このような砥石４０の配置では、砥石４０の砥石基材２０に対する結合力は、砥石４０の外面と溝３０の内面との接着力にのみ依存しているため、本発明の研削工具１に比べ、砥石４０の脱落が生じ易い。
【００３５】
次に、研削工具１の製造方法（組立方法）の一例について説明する。
［１］０．２mm×０．２mm×２mmの角柱状ダイヤモンドよりなる砥石４を８個作製する。
【００３６】
［２］合金工具鋼ＳＫＳのブロックから直径１．８mmφ×長さ８mmの砥石基材２を切り出し、その外周面に、放電加工により８本の溝３を等間隔（中心角４５°間隔）で形成する。この場合、溝３の形状は、例えば砥石４の埋入部分４１と同様の形状、これに近似した形状、その他円形等が可能である。
【００３７】
［３］砥石４の配置（位置関係）が前述した条件となるように、各溝３内に砥石４を開放側から挿入し、仮固定する。
【００３８】
［４］例えば接着剤による接着、ろう付け、メッキ（例えば無電解Ｎｉメッキ）、圧入、焼バメ、焼結（特にプラズマ焼結）等の方法により、砥石基材２に各砥石４を固定する。
【００３９】
［５］研削工具１の先端面および外周面（側面）を公知の方法によりツルーイングし、鋭いエッジを形成する。このエッジにより、被加工物に対し、微細で精密な加工、特に溝加工や曲面加工が可能となる。
【００４０】
本発明の研削工具１は、前記エッジの摩耗や欠損が少なく、耐久性に優れる。そのため、銅、アルミニウム、無電解Ｎｉメッキ、樹脂等の比較的柔らかい材料はもちろんのこと、例えば光学ガラス、セラミックス、鉄鋼材、ステンレス鋼、超硬合金、チタンまたはチタン合金等の比較的硬い材料を加工することもできる。
【００４１】
また、本発明の研削工具１は、砥石４全体に対しその露出部分４２が小さく、被加工物との接触長さが非常に短くなるため、前記研削工具１０に比べ、加工抵抗が少ない。その結果、研削加工に伴う振動の発生が抑制され、セラミックスに代表される脆性材料に対しても、クラック等を生じることなく加工することができる。すなわち、被加工物の種類、組成、特性の範囲が広がる。
【００４２】
なお、本発明の研削工具における「研削」の用語は、機械工学上用いられる狭義の意味での「研削」のみならず、その他の例えば「切削」、「研磨」等を含む広義の意味で用いられるものである。
【００４３】
以上、本発明の研削工具を図示の実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、砥石４の横断面形状は、四角形以外の多角形またはその他任意の形状のものが可能である。
【００４４】
また、砥石基材２０に対する砥石４の配置間隔や設置数も特に限定されない。
【００４５】
また、砥石基材２０は、円柱状に限らず、例えば、円筒状（中空）、中実または中空の円錐台形状等、任意の回転体形状が可能である。
【００４６】
また、砥石基材２０や砥石４の構成材料は、前述したもの以外のものであってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の研削工具によれば、砥石の脱落を防止または抑制することができる。
【００４８】
また、耐久性に優れ、加工抵抗の減少による振動の発生が抑制できること等から、比較的硬い材料や脆い材料に対する加工をも可能となり、被加工材料の選択の幅が広がる。
【００４９】
また、回折レンズ型、回折格子型、回折格子自体等に対する溝加工や、球面、非球面等の曲面加工に好ましく適用され、その加工精度も高い。
【００５０】
また、本発明の研削工具は、砥石の脱落を防止するために別途特別の対策を講じる必要もなく、製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研削工具の実施例を示す上面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】比較例の研削工具の構成を示す上面図である。
【図４】従来の切削加工による回折レンズ型の製造を示す図である。
【図５】従来のバニシングによる回折格子型の製造を示す図である。
【符号の説明】
１研削工具
２砥石基材
３溝
４砥石
４１埋入部分
４２露出部分
４３、４４対角線
５外周面
６中心軸
６０軸
５０基材
５１単結晶ダイヤモンドバイト
５２基材
５３成形ダイヤモンド工具
１０研削工具
２０砥石基材
３０溝
４０砥石

Claims

回転体形状の砥石基材と、前記砥石基材の先端部の外周全周にわたって配設され、横断面が四角形の角柱状ダイヤモンドよりなる複数の砥石とを備える研削工具であって、
前記砥石は、横断面における１つの対角線が前記砥石基材の外周面を横断しかつ前記砥石基材の半径方向に向いており、他の１つの対角線が前記砥石基材の外周面より内側に位置するよう固定されていることを特徴とする研削工具。
前記砥石は、その一部が前記砥石基材の外周面より外側に露出し、残部が前記砥石基材内に埋入されており、砥石の埋入部分における周方向の最大幅をＬ₁、砥石の露出部分における周方向の最大幅をＬ₂としたとき、Ｌ₁／Ｌ₂≧１．２なる関係を満足し、
前記砥石基材を回転させ、前記砥石の露出部分に形成されたエッジにより被加工物に対し研削を行うよう構成した請求項１に記載の研削工具。
前記砥石は、その一部が前記砥石基材の外周面より外側に露出し、残部が前記砥石基材内に埋入されており、砥石の埋入部分における周方向の最大幅をＬ₁、砥石の露出部分における周方向の最大幅をＬ₂としたとき、１２≧Ｌ₁／Ｌ₂≧１．４なる関係を満足し、
前記砥石基材を回転させ、前記砥石の露出部分に形成されたエッジにより被加工物に対し研削を行うよう構成した請求項１に記載の研削工具。
前記砥石は、その長手方向が前記砥石基材の中心軸と平行となるように、かつ、前記砥石基材の外周面の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載の研削工具。