JP2001260023A - 砥石の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工物の形状創成加工に用いる砥石の成形
において、砥石の球面形状精度を崩すことなく、目立て
を行う。 【解決手段】 砥石１の加工面をツルア２によって球面
形状に成形した後、砥石１とツルア２の間にスラリ３を
介在させて砥石１の結合材４を除去して砥粒７を突き出
せて目立てする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物の形状創
成加工に用いる砥石の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、砥石の加工面を球面形状に成形
し、その成形された砥石で被加工物を研削加工する研削
装置として、特開平７−２９７４６号公報に開示された
ものがある。

【０００３】この従来の研削装置を図６および図７に基
づいて説明する。図６において、成形される砥石３９
は、砥石ヘッド３６に回転可能に保持されている。この
砥石ヘッド３６は、サーボモータ４０，４１により鉛直
方向（Ｙ軸方向）および水平方向（Ｚ軸方向）に移動可
能となっている。一方、砥石３９を球面形状にツルーイ
ング（加工）する中空円筒状（以下、カップ形状と称す
る）のツルア３８は、ワーク支持部３５と並列的に設け
られたツルア軸３７に回転可能に保持されている。ま
た、ツルア３８は、その先端部を砥石３９に向けてＺ軸
と平行に配設されており、ツルア３８の回転軸と砥石３
９の回転軸とが直交するようになっている。そして、ツ
ルア軸３７は、図示しないサーボモータによりＹ軸方向
およびＺ軸方向に対して垂直な方向のＸ軸方向に移動可
能となっている。

【０００４】次に、上記研削装置を用いて、砥石３９の
加工面を球面形状にツルーイングする方法を図７に基づ
いて説明する。まず、砥石３９をＹ軸方向に移動させる
と共にツルア軸３７をＸ軸方向に移動させ、ツルア３８
の回転軸と砥石３９の回転軸とを一致させる。次に、砥
石３９とツルア３８を回転駆動させる。その後、砥石３
９をＺ軸方向に移動させ、砥石３９の回転軸がツルア３
８の回転軸上を移動するように切込送り制御する。これ
により、ツルア３８の開口端内周の円周縁が砥石３９の
加工面（外周面）３９ａに線接触で接触し、砥石３９の
加工面３９ａが球面形状にツルーイングされる。その結
果、砥石３９の加工面３９ａは、曲率半径Ｒ（図７参
照）の球面形状に成形される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の砥石の成形方法で、砥粒が結合材で保持された砥石
の加工面を球面形状に成形しても、砥粒が結合材の中に
押し込められてしまい、砥粒が砥石の表面から充分に突
き出した状態にならない。従って、この砥石を用いて被
加工物を加工しても、砥石の砥粒が被加工物に充分に接
触しないため、高精度な加工を行うことができず、ま
た、効率良く加工できない。

【０００６】そこで、上記従来の成形方法で球面形状に
成形した砥石の加工面を、一般的に行われているドレッ
シング用砥石に突き当てることによって、砥石の表面か
ら砥粒を突き出すいわゆる目立てを行うと、成形された
球面形状が崩れてしまう。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、加工面が良好に目立てされた高精度な球面形状
の砥石を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明に係る砥石の成形方法は、被加工物の形
状創成加工に用いる砥石の成形方法において、上記砥石
の加工面をツルアによって球面形状に成形する成形工程
と、上記砥石と上記ツルアとの間にスラリを介在させな
がら、上記砥石を目立てする目立て工程と、を有する。

【０００９】また、第２の発明に係る砥石の成形方法
は、第１の発明に係る砥石の成形方法において、上記成
形工程および上記目立て工程は、上記ツルアの回転軸線
が上記砥石の回転軸線方向の厚さの中心と交差しないよ
うな上記砥石と上記ツルアの位置関係で行う。

【００１０】さらに、第３の発明に係る砥石の成形方法
は、第１の発明に係る砥石の成形方法において、上記成
形工程および上記目立て工程は、上記砥石の回転軸線を
上記ツルアの回転軸線に対して傾斜させた状態で行う。

【００１１】

【発明の実施の形態】まず、本発明の具体的な実施の形
態を説明する前に、本発明の概要を図１に基づいて説明
する。

【００１２】図１（ａ）において、成形される砥石１
は、図示しない砥石軸スピンドルに回転可能に保持され
ている。一方、砥石１の加工面（外周面）１ａを球面形
状にツルーイングするツルア２は、図示しないワーク軸
スピンドルに回転可能に保持されている。

【００１３】次に、砥石の加工面を球面形状に成形する
方法を説明する。まず、ツルア２の回転軸線５が砥石１
の回転軸線６上の任意の位置と交差するように、砥石１
の位置を設定する。次に、砥石１とツルア２を回転させ
ながら相対的に接近させ、ツルア２の先端面２ａを砥石
１の外周に線接触させながら切り込んでいくことによ
り、砥石１の加工面１ａを高精度な球面形状に成形する
（図１（ｂ）参照）。

【００１４】その後、砥石１とツルア２の回転速度を、
砥石１の加工面１ａを球面形状に成形するときよりも低
速に設定変更し、砥石１とツルア２との間に砥石目立て
用のスラリ３を供給する（図１（ｃ）参照）。

【００１５】そして、砥石１とツルア２との間に介在し
たスラリ３によって、砥石１を構成する結合材としての
ボンド材４が選択的に除去されるため、成形された球面
形状の精度を崩すことなく、砥粒７がボンド材４の表面
よりも突き出るいわゆる砥石１の目立てが行われる（図
１（ｄ）参照）。

【００１６】（実施の形態１）本発明の実施の形態１に
おける砥石の成形装置の斜視図を図２に示し、砥石の成
形工程および目立て工程を説明する説明図を図３に示
す。

【００１７】図２において、成形される砥石１９をツル
ーイングするカップ形状のツルア２０は、ワーク軸スピ
ンドル８の先端部に回転可能に保持されている。このツ
ルア２０は、図示しないモータ等の回転駆動手段によっ
て水平方向（Ｚ軸方向）の軸（図３のツルア回転軸線１
７）を中心として回転する。

【００１８】ワーク軸スピンドル８の先端部には、ツル
ア２０以外にも、成形された砥石１９で例えば非球面形
状に研削加工する被加工物が回転可能に保持できるよう
になっている。また、ワーク軸スピンドル８の基端部
は、Ｚ方向移動テーブル９の上面に立設しているワーク
台１０に取り付けられている。このＺ方向移動テーブル
９は、図示しないサーボモータ等の駆動手段によってＺ
軸方向に移動可能に基台１５に取り付けられている。

【００１９】一方、成形される砥石１９は、砥石軸スピ
ンドル１１の先端部（下端部）に回転可能に保持されて
いる。この砥石１９は、図示しないモータ等の回転駆動
手段によって鉛直方向（Ｙ軸方向）の軸（図３の砥石回
転軸線１８）を中心として回転する。つまり、砥石回転
軸線１８とツルア回転軸線１７とが直交するように、砥
石１９とツルア２０は配設されている。

【００２０】砥石軸スピンドル１１の基端部（上端部）
側面は、Ｙ方向移動テーブル１２に固定されている。こ
のＹ方向移動テーブル１２は、図示しないサーボモータ
等の駆動手段によってＹ軸方向に移動可能に工具台１３
の側面に取り付けられている。

【００２１】工具台１３は、Ｘ方向移動テーブル１４の
上面に立設している。このＸ方向移動テーブル１４は、
図示しないサーボモータ等の駆動手段によってＹ軸方向
およびＺ軸方向に対して垂直な方向のＸ軸方向に移動可
能に基準台１５に取り付けられている。砥石軸スピンド
ル１１の近傍には、砥石１９の目立てを行うためのスラ
リ２２を供給するノズル１６が配設されている。

【００２２】本実施の形態では、ツルア１０として、成
形する砥石１９よりも粒度の低い粗粒のダイヤモンド砥
粒を含有するカップ形状のレジンボンドダイヤモンド砥
石を用いた。このツルア１０は、図３に示すように、そ
の先端面２０ａを、成形する砥石１９の外周面（加工
面）１９ａに対応した凹面のＲ形状とし、外径を８ｍ
ｍ、内径を６ｍｍとした。

【００２３】また、本実施の形態では、成形される砥石
１９として、極微粒（本実施の形態では粒度＃３００
０：粒径５μｍ）のダイヤモンド砥粒を含有するレジン
ボンドダイヤモンド砥石を用いた。この砥石１９は、図
３に示すように、砥石回転軸線１８の方向の厚さすなわ
ち上端面１９ｂから下端面１９ｃまでのＹ軸方向の距離
（ａ＋ｂ）が５ｍｍの略円柱形状であり、加工面１９ａ
を曲率半径Ｒ５ｍｍの球面形状に成形する。

【００２４】さらに、本実施の形態では、スラリ２２と
して、ＧＣ（緑色炭化珪素材）砥粒を希釈油で希釈した
ものを用いた。ここで、ＧＣ砥粒の粒度は、成形される
砥石１９に含まれる砥粒以上とする。本実施の形態で
は、成形される砥石に含まれる砥粒の粒度を＃３０００
としたので、ＧＣ砥粒の粒度が＃３０００〜＃８０００
（粒径５μｍ〜２μｍ）のものを使用する。

【００２５】次に、上記成形装置を用いて砥石の加工面
を球面形状に成形する方法を説明する。

【００２６】まず、Ｘ方向テーブル１４とＹ方向テーブ
ル１２を移動させることにより、砥石回転軸線１８とツ
ルア回転軸線１７が交差するようにし、且つ砥石１９の
加工面１９ａの位置をツルア２０によってツルーイング
できる高さに設定する。このときの砥石１９とツルア２
０の位置関係は、図３に示すように、ツルア回転軸線１
７が砥石回転軸線１８方向（Ｙ軸方向）の厚さ（ａ＋
ｂ）の中心と交差しないようになっている。

【００２７】つまり、ツルア回転軸線１７と砥石回転軸
線１８の交差点から砥石１９の上端面１９ｂまでのＹ軸
方向の距離をａとし、交差点から砥石１９の下端面１９
ｃまでのＹ軸方向の距離をｂとすると、この距離ａとｂ
が等しくならないようにしている（本実施の形態ではａ
＜ｂ）。

【００２８】次に、砥石１９とツルア２０を回転駆動手
段によって回転させる。本実施の形態では、砥石１９の
回転数を６０００ｒｐｍとし、ツルア２０の回転数を１
０００ｒｐｍとした。そして、Ｚ方向移動テーブル９を
前進させることにより、ツルア２０の先端面２０ａを砥
石１９の加工面１９ａに接近させる。

【００２９】さらに、Ｚ方向移動テーブル９を前進させ
ると、ツルア２０の先端面２０ａが砥石１９の加工面１
９ａに面接触して、砥石１９の成形が開始される。そし
て、ツルア２０を１μｍ／ｓの切込速度で切り込んでい
き、砥石１９の加工面１９ａを高精度な球面形状に成形
する。

【００３０】この成形工程が終了したら、Ｚ方向移動テ
ーブル９の前進すなわちツルア２０の切り込みを停止さ
せる。そして、ツルア２０の回転数を成形工程のときよ
りも低速（本実施の形態では回転数１００ｒｐｍ）に設
定する。

【００３１】一方、砥石１９の回転数も成形工程のとき
よりも低速に設定する。また、砥石１９は、回転を停止
させることによりツルア２０の回転に合わせて回転させ
るいわゆる連れ回り（本実施の形態では回転数６０ｒｐ
ｍ）の状態としても良い。

【００３２】その後、砥石１９の加工面１９ａとツルア
２０の先端面２０ａとの間にノズル１６から砥石目立て
用のスラリ２２を供給する（図３（ｂ）参照）。この砥
石１９の加工面１９ａとツルア２０の先端面２０ａとの
間に介在したスラリ２２によって、砥石１９を構成する
結合材としてのボンド材２３が選択的に除去されるた
め、成形された球面形状の精度を崩すことなく、砥粒２
１がボンド材２３の表面よりも突き出るいわゆる砥石１
９の目立てが行われる（図３（ｃ）参照）。

【００３３】なお、砥石１９をツルア２０の回転に対す
る連れ回りの状態としたとき、図３（ｄ）に示すよう
に、スラリ２２を介して砥石１９に作用する力Ｆがツル
ア回転軸線１７を境に上下（Ｙ軸方向）で偏るため、砥
石１９は矢印Ｇ方向にスムーズに連れ回る。

【００３４】そして、目立て工程を所定時間行った後、
Ｚ方向移動テーブル９を後退させることにより、ツルア
２０の先端面２０ａを砥石１９の加工面１９ａから離反
する。

【００３５】この成形された砥石１９を用いて被加工物
（レンズ、ミラーまたはプリズム等の光学素子の光学面
あるいは光学素子をプレス成形するための成形型の成形
面）を研削加工するときには、まず、ワーク軸スピンド
ル８の先端部からツルア２０を取り外して、この先端部
に被加工物を保持させる。

【００３６】そして、砥石１９と被加工物を回転させ
て、砥石１９の加工面１９ａを被加工物に当接させるこ
とにより、被加工物を所望の形状例えば非球面形状に研
削加工する。

【００３７】一般的に被加工物を非球面形状に研削加工
する場合、加工面１９ａが球面形状の砥石１９を使用し
ている。そして、被加工物に対する砥石１９の接触位置
を、砥石１９の回転軸線１８方向に移動させながら加工
を行うことで砥石１９の摩耗を抑制しながら、高精度な
研削加工を行っている。このため、砥石１９の加工面１
９ａは、均一に良好な目立てをされた高精度な球面形状
であることが重要である。

【００３８】本実施の形態の砥石の成形方法によれば、
面接触するカップ形状のツルア２０によって高精度な球
面形状に砥石１９が成形された後、ツルア２０と砥石１
９との間に介在させる目立て用のスラリ２２によって、
砥石１９を構成するボンド材２３が選択的に除去される
ため、高精度な球面形状を維持した状態で、良好な砥石
１９の目立てを行うことができる。

【００３９】また、本実施の形態の方法で成形された砥
石１９を用いると、回転軸対称、非軸対称を問わず、高
精度な非球面の光学素子を研削加工することができる。

【００４０】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
おける砥石の成形装置の斜視図を図４に示し、砥石の成
形工程および目立て工程を説明する説明図を図５に示
す。

【００４１】本実施の形態では、図４に示すように、実
施の形態１の砥石軸スピンドル１１を４５°傾けた状態
で傾斜部材２９を介してＹ方向移動テーブル１２に取り
付けた。また、砥石３２は、図５に示すように、略半球
形状であり、加工面３２ａを曲率半径Ｒ５ｍｍの球面形
状に成形する。その他は、実施の形態１と同一構成であ
るので、同一部分には同一番号を付して説明を省略す
る。

【００４２】次に、上記成形装置を用いて砥石の加工面
を球面形状に成形する方法を説明する。

【００４３】まず、Ｘ方向テーブル１４とＹ方向テーブ
ル１２を移動させることにより、砥石回転軸線１８とツ
ルア回転軸線１７が交差するようにし、且つ砥石３２の
加工面３２ａの位置をツルア３１によってツルーイング
できる高さに設定する。このとき、砥石３２の曲率中心
は、ツルア回転軸線１７上に位置している。

【００４４】次に、砥石３２とツルア３１を回転駆動手
段によって回転させる。本実施の形態では、砥石３２の
回転数を６０００ｒｐｍとし、ツルア３１の回転数を１
０００ｒｐｍとした。そして、Ｚ方向移動テーブル９を
前進させることにより、ツルア３１の先端面３１ａを砥
石３２の加工面３２ａに接近させる。

【００４５】さらに、Ｚ方向移動テーブル９を前進させ
ると、ツルア３１の先端面３１ａが砥石３２の加工面３
２ａに面接触して、砥石３２の成形が開始される。そし
て、ツルア２０を１μｍ／ｓの切込速度で切り込んでい
き、砥石３２の加工面３２ａを高精度な球面形状に成形
する。

【００４６】この成形工程が終了したら、Ｚ方向移動テ
ーブル９の前進すなわちツルア３１の切り込みを停止さ
せる。そして、ツルア３１の回転数を成形工程のときよ
りも低速（本実施の形態では回転数１００ｒｐｍ）に設
定する。

【００４７】一方、砥石３２の回転数も成形工程のとき
よりも低速に設定する。また、砥石３２は、回転を停止
させることによりツルア３１の回転に合わせて回転させ
るいわゆる連れ回り（本実施の形態では回転数６０ｒｐ
ｍ）の状態としても良い。

【００４８】その後、砥石３２の加工面３２ａとツルア
３１の先端面３１ａとの間にノズル１６から砥石目立て
用のスラリ２２を供給する（図５（ｂ）参照）。この砥
石３２の加工面３２ａとツルア３１の先端面３１ａとの
間に介在したスラリ２２によって、砥石３２を構成する
結合材としてのボンド材２３が選択的に除去されるた
め、成形された球面形状の精度を崩すことなく、砥石３
２の目立てが行われる（図５（ｃ）参照）。

【００４９】そして、目立て工程を所定時間行った後、
Ｚ方向移動テーブル９を後退させることにより、ツルア
３１の先端面３１ａを砥石３２の加工面３２ａから離反
する。本実施の形態の砥石の成形方法によれば、実施の
形態１の効果に加え、一旦成形して例えば非球面研削を
行った砥石を再度成形、目立てする場合においても、常
に同一の曲率半径である球面形状の砥石を得ることがで
きるため、高精度な非球面研削を連続して行うことがで
きる。

【００５０】なお、各実施の形態では、Ｙ方向移動テー
ブル１２に平行あるいはＹ方向移動テーブル１２に対し
て傾斜させて、砥石軸スピンドル１１が取り付けられて
いるが、Ｘ方向移動テーブル１４に平行な向きに、砥石
軸スピンドル１１を取り付けた場合においても、各実施
の形態と同様な効果が得られる。

【００５１】また、各実施の形態では、ツルアとしてダ
イヤモンド砥石を用いたが、これに限らず、ＧＣ砥石等
を用いても良い。さらに、各実施の形態では、球面形状
に成形される砥石として、ボンド材がレジンボンド、ボ
ンド材に含まれる砥粒がダイヤモンドのものを用いた
が、これに限らず、ボンド材としてビトリファイドボン
ド、メタルボンド、ＰＶＡ（ポリビニールアルコール）
等を用いても良く、ボンド材に含まれる砥粒としてｃＢ
Ｎ、ＧＣ、アルミナ等を用いても良い。

【００５２】各実施の形態では、スラリとしてＧＣ砥粒
を用いたが、これに限らず、Ｃ（黒色炭化珪素）砥粒等
を用いても良い。各実施の形態では、ツルアの先端面を
凹面のＲ形状としたが、テーパ形状や凸面形状等にして
も良い。ツルアの先端面を凸面形状とした場合、砥石と
の接触は面接触でなく、線接触となる。また、成形され
る砥石の回転速度、ツルアの回転速度またはツルアの切
込速度は、実施の形態の速度に限らず、成形される砥石
の種類等で設定を変更しても良い。

【００５３】なお、上記した具体的実施の形態から次の
ような構成の技術的思想が導き出される。

【００５４】（付記） （１）被加工物の形状創成加工に用いる砥石の成形方法
において、上記砥石とツルアを回転させ、砥石の加工面
をツルアによって球面形状に成形する成形工程と、上記
砥石と上記ツルアとの間にスラリを介在させることによ
り砥石の結合材を除去し、上記砥石を目立てする目立て
工程と、を有することを特徴とする砥石の成形方法。

【００５５】（２）上記被加工物は、非球面形状の光学
素子または光学素子をプレス成形する成形型であること
を特徴とする付記（１）に記載の砥石の成形方法。

【００５６】（３）上記砥石は、砥粒が結合材で保持さ
れたものであることを特徴とする付記（１）または
（２）記載の砥石の成形方法。

【００５７】（４）上記ツルアは、カップ形状であるこ
とを特徴とする付記（１）〜（３）のいずれかに記載の
砥石の成形方法。

【００５８】（５）上記目立て工程の砥石とツルアの回
転速度は、上記成形工程の砥石とツルアの回転速度より
も低速であることを特徴とする付記（１）〜（４）のい
ずれかに記載の砥石の成形方法。

【００５９】（６）上記目立て工程の砥石は、回転を停
止させることにより、ツルアの回転の連れ回りで回転さ
せることを特徴とする付記（１）〜（５）のいずれかに
記載の砥石の成形方法。

【００６０】付記（１）〜（４）に記載の砥石の成形方
法によれば、加工面が良好に目立てされた高精度な球面
形状の砥石を得ることができる。

【００６１】また、付記（５）または（６）に記載の砥
石の成形方法によれば、付記（１）〜（４）の効果に加
え、目立て工程をスムーズに行うことができる。

【００６２】

【発明の効果】請求項１による本発明の砥石の成形方法
によれば、加工面が良好に目立てされた高精度な球面形
状の砥石を得ることができる。

【００６３】請求項２による本発明の砥石の成形方法に
よれば、請求項１の効果に加え、砥石がスムーズに回転
できる効果を奏する。

【００６４】請求項３による本発明の砥石の成形方法に
よれば、請求項１の効果に加え、砥石を再度成形する場
合においても、常に同一の曲率半径を有する球面形状の
砥石を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の砥石の成形方法の概要を説明する説明
図である。

【図２】本発明の実施の形態１における砥石の成形装置
の斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態１における砥石の成形方法
を説明する説明図である。

【図４】本発明の実施の形態２における砥石の成形装置
の斜視図である。

【図５】本発明の実施の形態２における砥石の成形方法
を説明する説明図である。

【図６】従来における砥石の成形装置の正面図である。

【図７】従来における砥石の成形方法を説明する説明図
である。

【符号の説明】

１ 砥石 ２ ツルア ３ スラリ ４ ボンド材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物の形状創成加工に用いる砥石の
   成形方法において、上記砥石の加工面をツルアによって
   球面形状に成形する成形工程と、 上記砥石と上記ツルアとの間にスラリを介在させること
   により砥石の結合材を除去し、上記砥石を目立てする目
   立て工程と、を有することを特徴とする砥石の成形方
   法。
2. 【請求項２】 上記成形工程および上記目立て工程は、
   上記ツルアの回転軸線が上記砥石の回転軸線方向の厚さ
   の中心と交差しないような上記砥石と上記ツルアの位置
   関係で行うことを特徴とする請求項１に記載の砥石の成
   形方法。
3. 【請求項３】 上記成形工程および上記目立て工程は、
   上記砥石の回転軸線を上記ツルアの回転軸線に対して傾
   斜させた状態で行うことを特徴とする請求項１に記載の
   砥石の成形方法。