JP2004058160A

JP2004058160A - 鏡面仕上工具

Info

Publication number: JP2004058160A
Application number: JP2001370181A
Authority: JP
Inventors: Shunji Uchio; 内尾　舜二
Original assignee: HIKARI EN OYO KENKYUSHO KK; HIKARI ENERGIE OYO KENKYUSHO KK
Current assignee: HIKARI EN OYO KENKYUSHO KK; HIKARI ENERGIE OYO KENKYUSHO KK
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】ＮＣフライス盤などに取り付けて、金型部品の表面を鏡面に仕上げる工具。
【解決手段】工具１の研磨作用面に格子状の溝４を設けるとともに、研磨面に垂直な方向に複数の穴２を設けて、該穴の一部にはダイヤモンド砥粒５’などを固定したチップ５を差し込み、残りの穴にはポリエステル繊維を繊維方向にポリプロピレンで固めて作ったチップ７を差し込んで構成した工具１を用いる。研磨作業は作業開始時にワークと工具の研磨作用面間に、遊離砥粒と研磨油を補給し、ワークと工具を接触面に並行に回転、あるいは往復動など相対的な変位運動を与えて行う。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、金型部品などの表面を鏡面仕上加工する工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金型部品などの表面に鏡面が必要な場合、研削や切削加工を終えた部品を熟練作業者が手作業で、砥石や砥粒を使って磨いて加工を行う。
この作業では作業者によって面の仕上がり状態が異なるとか、面の形状や寸法が狂う、大きなワークは重くて危険である、疲れる、汚れるなどの問題が多い。また研磨作業は熟練技能に頼る部分が多く、技術継承が困難であるという問題もある。
【０００３】
一方、超精密加工機を使って、研磨の必要が無いほど、精密に且つ鏡面に部品加工を行う方法もある。
しかし超精密加工機は非常に高価な上、レーザ干渉法などによる精密な位置制御を行うために、加工環境には恒温・恒湿・恒圧のクリーンルームが必要であり、時間当たりの加工費が極めて高くなる。
このため一般の工場が設備するには、採算的に難かしい。
また実際に使われている超精密加工機は旋盤であって、軸回転対称の部品しか生産できず、しかも加工可能なワーク寸法は口径１００ミリ以下である。
これより大きな寸法のワークの鏡面加工は、平面を除けばやはり手作業に頼るしか手段が無いのが現状である。
【０００４】
平面や球面部品に限れば、一部の光学機器メーカーが専用の鏡面仕上加工機を有していることもあるが、これらはほとんどが社内生産用であって、外注部品として受注する場合は、部品のコストが非常に高くなるとか、納期が間に合わないといった問題がある。
【０００５】
本発明の目的はほとんどの金型工場が有しているＮＣフライス盤など通常の加工機を使って、研削や切削加工したワーク面から直接鏡面部品を製造できるようにしたことである。
鏡面仕上という非常に難しい特殊技術の継承問題も、工作機械の操作習得で済ませることができる。
【０００６】
本発明者は先に特許第１９７８０２８号仕上用工具を発明して、鏡面部品を容易に製造できるようにした。
この仕上用工具は、工具の研磨作用面に溝または任意の袋穴などを設けて、該溝に合成糸を張るか、溝・袋穴の上面に和紙を張って研磨する工具である。
作業開始時に工具とワークの研磨面との間に遊離砥粒と研磨油を補給して、ワークと作用面とに並行的な相対変位運動を与えて、ワーク面を鏡面に仕上げるものである。
この仕上工具は研磨作業の自動化に貢献しているが、研磨の前加工でワークの面粗さをある程度小さくしておく必要があり、機械加工直後のワークから直接鏡面を得るには、長い加工時間を要するという難点がある。
【０００７】
本発明者は上記の仕上用工具を発明するに際して、ワークと工具の材質とその研磨作用、砥粒、研磨油の機能について実験と観察を重ね、研磨は概ね次に述べるようなプロセスで進むのであるとの推測を行い、仕上用工具の特許願中に記述した。
本発明に関してもその考察は重要であるので、以下にあらためて整理して述べる。すなわち
【０００８】
▲１▼工具の研磨作用面はダイヤモンド砥粒のように硬質の部分と、織物や合成糸・和紙のように軟質の部分で構成され、これらは溝あるいは穴などによって連続性を遮断されるか、あるいは島状に散在することが望ましい。
【０００９】
▲２▼ワークと工具の面の間に補給した研磨油は、工具の研磨面への直接的接触の緩衝材として働くとともに、瞬間的且つ局所的に減圧空間を生じる。
この作用により、工具に設けた溝あるいは穴から、何度でも砥粒が研磨面へ絶え間なく搬出される。
これにより仕上用工具の使用に際して、作業開始時に砥粒と研磨油を補給しておけば、あとは補給する必要は無い。
研磨によるダイヤモンド砥粒の磨耗や崩壊は、ほとんど観察されない。
【００１０】
▲３▼研磨面に強い抵抗力が生じた時は、砥粒あるいは除去されたワーク母材のかけらは速やかに溝・穴に逃げる。
このため、研磨面には深くて長い研磨傷が発生しにくくなる。
【００１１】
▲４▼以上のほかに、金属の研磨ではワーク母材の塑性流動により、またプラスチックやガラスの場合は熱溶融により研磨面は滑らかに加工される。
【００１２】
本発明はこの仕上用工具を使った磨きの研究をさらに進めて、工具の寿命を延ばすとともに、研削面や切削面など通常の工作機械による加工面からでも、直接鏡面が得られるように工夫したものである。
【００１３】
すなわち本発明の鏡面仕上工具の効果をまとめると、以下のようになる。
【００１４】
▲１▼ダイヤモンド砥粒を固定した硬質チップの作用によって、機械加工の粗面からでも研磨作業が可能である。
強い抵抗力が生じた場合は、硬質チップは工具本体の穴に逃げ込み、研磨面に深い傷を生じさせない。
硬質チップ本体の材質は合金工具鋼かアルミニウムが適している。
ダイヤモンド砥粒の粒径は、必要な鏡面の粗度により決めるが、遊離砥粒の粒径より大きくても、ワーク面には傷を生じさせない。また被研磨面の材質によっては、砥粒はアルミナでも、酸化セリウムでもよい。
【００１５】
▲２▼工具の研磨作用面には溝と穴が設けてあり、遊離砥粒と崩壊脱落したワーク母材はこの部分に、速やかに逃げ込む。
格子状に設ける溝は螺旋状でもよいが、加工費用が高くなるため、格子状が最も合理的である。
【００１６】
▲３▼遊離砥粒はポリエステル繊維をポリプロピレン樹脂で繊維方向に固めた軟質チップに軽く把持され、これにより微小除去の研磨が効率的に行われる。
チップの砥粒把持面は繊維の束を横に切断した方向の面がもっともよい。
遊離砥粒の粒径と材質は、ワーク材質、及び必要な鏡面の粗度により決める。軟質チップに強い抵抗力が生じた場合は、チップは工具本体の穴に逃げ込み、また把持された砥粒はチップから離れるので研磨面に深い傷を生じさせない。
軟質チップの材質について繊維をナイロン、木綿、絹などで実験し、固める樹脂はＡＢＳ、ＰＳ、ＰＣ、ナイロン、ＰＥ、ポリイミドなどで検討したが、割れたり、ワークに傷がつきやすいなどの問題があり、現状に決定した。
【００１７】
これら２種類のチップは重力によりワーク面に接するが、研磨面に圧力が必要な時は、チップピンの周囲にごく弱い圧縮スプリングを嵌め込んでワーク面に押さえつけるようにすればよい。
【００１８】
ワーク材質がアルミやプラスチックなどやわらかい場合、面の形状が非球面の場合、またより粗度の小さな面が必要な場合は、工具の研磨面を極細のポリエステル繊維の織物で覆って、仕上作業を行う。
【００１９】
▲４▼工具本体は合金工具鋼で作るため高剛性である。そうしてチップは工具に把持されてワーク面に落下しないため、通常の刃物と同じように工具をＮＣフライス盤など工作機械に取り付けて、機械加工直後のワーク粗面に対して、いきなり微小除去加工を行うことができる。
【００２０】
本発明の鏡面仕上工具はワークがたとえば凹Ｒ、凸Ｒ、非球面の場合は、工具の研磨面をワーク面に接するように曲率をつけた形状にして、工具の口径はワークより小さく作る。
そうして硬質チップにも同じ曲率を与えるとともに、工具本体に設けた穴の中で回転しないように横ピンで固定するか、チップの断面を方形にする。
軟質チップには曲率はつけなくてよい。
こうして作った工具により、曲面ワークを鏡面に仕上げることができる。
ただし非球面の場合は工具の研磨面をワークの近似曲率に作るとともに、覆う織物の内側に何枚か織物を輪状に切って重ねる工夫が必要である。
【００２１】
ワークがやわらかくて研磨面に傷がつきやすいとか、非球面を仕上げたい場合は、工具の研磨面全体をポリエステル織物で覆って作業すれば、鏡面に仕上げることが可能である。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、金型部品などの鏡面加工は、高価な超精密加工機を使うか、熟練作業者に頼らなければならない点である。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、工具本体の研磨作用面に格子状の溝を設けて、該面の任意の場所に面に垂直に複数の穴をあけ、一部の穴にダイヤモンド砥粒を固定したチップを、ほかの穴には軟質の繊維体を樹脂で固めたチップを挿入して構成した工具である。
これを用いるに際して、作業開始時にワーク表面と工具の作用面との間に遊離砥粒と研磨油を補給して、面の接線方向に回転や往復などの相対運動を与えて、鏡面加工を行うという点に最も主要な特徴がある。
【００２４】
またワーク材質がプラスチックであったり、ワーク形状が非球面などの場合には、工具の作用面をポリエステル繊維の織物で被覆した上で、本発明者による特許第１４６７０６６号研磨用部品（以下研磨用ユニバーサルヘッドと略称）に取り付けてＮＣフライス機などで加工すれば、鏡面加工を自動化できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１に示した鏡面仕上工具をＮＣフライス盤に直接装着して、研削加工後の平面ワークを光学鏡面に仕上げた。
【００２６】
また図３に示したように研磨用ユニバーサルヘッドに工具を取り付けた装置を使って、研削、切削加工後の平面、球面、非球面の各ワークを光学鏡面に仕上加工した。
【００２７】
【実施例１】
図１は、本発明による平面用鏡面仕上工具の製作図である。
（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図で工具の研磨作用面、（ｃ）は側面図、（ｄ）は２種類のチップを挿入した側面透視図である。
この図の工具では硬質チップは５個、軟質チップは４個使っている。
【００２８】
１は工具本体、２はチップを挿入する段付き穴、４は研磨作用面に設けた格子状の断面が三角形の溝、５はダイヤモンド砥粒を固定するチップ、５'がチップに固定したダイヤモンド砥粒層で、粒度は４００である。
６は弱いステンレスのばね、７はポリエステル繊維をポリプロピレン樹脂で繊維方向に固めた軟質チップ、８は工具の研磨面と反対側にかぶせる工具カバーで、このカバーの取っ手を工作機械に取り付ける。
以下各図とも符号番号１、２、３、・・・はすべて共通である。
【００２９】
図２はダイヤモンド砥粒を固定したチップとそれを抑えるための弱いスプリングの図である。（ア）はチップ本体、（イ）は弱いステンレススチール製スプリング、（ウ）は２つを組み合わせた図。
【００３０】
【実施例２】
図３は図２の工具を研磨用部品のユニバーサルヘッドに取り付けて、研削平面を光学鏡面に仕上加工する装置の概念図。
１が工具本体、９がユニバーサルヘッド、１０がワーク。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の鏡面仕上工具をＮＣフライス盤などに装着して、研削や切削、あるいは放電加工により製作したワーク表面をごくわずか除去することにより、容易に且つ短時間で鏡面を得ることができる。
鏡面加工を施した金属部品は、マイクロクラックが減少するため強度が向上して、耐久性が増し、防錆機能もアップする。
鏡面加工を施した部品は摺動抵抗が低下して、作動面の寿命が延びる。これらの結果製品の付加価値を高めることができる。
【００３２】
また熟練工による長時間の煩雑な手作業研磨を省略することができ、部品加工上もっとも重要な仕上工程の自動化に役立ち、研磨仕上技術の継承も容易になる。
【００３３】
また研磨用部品のユニバーサルヘッドと併用すれば、極めて難しい非球面の鏡面仕上も可能になるなど多くの利点がある。
【００３４】
次の表１は本発明による平面、凹凸球面、凹非球面用の鏡面仕上工具を使って加工したワークの、粗さ測定の結果を示したものである。
仕上加工前後の粗さを示した表である。
たとえばＲ−４０凹面の研磨面の平均粗さＲａ０．０２３μｍは光の波長０．６μｍの２０分の１以下であり、光学面として問題ない性能を得ていることが分かる。
【表１】

【００３５】
次の表２は本発明の凹非球面用、平面用、凸球面用の鏡面仕上工具を使って加工したワークの粗さ測定の結果を示したものである。
ただし材質名のＯＲ１００は本発明者が開発した光学用樹脂の名称である。
ＯＲ１００製品の研磨には、曲率をつけた工具の研磨作用面を極細のポリエステル繊維織物で覆い、硬質チップの砥粒層は酸化セリウム、遊離砥粒にはアルミナ、研磨液には中性洗剤を溶かした純水を用いて作業した。
バイト切削の痕跡がみられるものの、研磨面の粗さは光学的に問題ない値である。
材質名ＳＴＡＶＡＸの非球面の平均粗さＲａ０．０６μｍは６ｎｍであり、材料の結晶限界以下の仕上面が得られている。
【表２】

【図面の簡単な説明】
【図１】平面用鏡面仕上工具の製作図である。（実施例１）（ａ）は上面図、（ｂ）は工具の研磨作用面の図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は２種類のチップを挿入した状態の側面図である。
【図２】ダイヤモンド砥粒を固定したチップとそれを抑える弱いスプリングの図である。（ア）はチップ本体、（イ）は弱いステンレススチール製スプリング、（ウ）は両者を組み合わせた図である。
【図３】図２の工具を研磨用部品のユニバーサルヘッドに取り付けて、研削平面を光学鏡面に仕上加工する概念図である。
【符号の説明】
１　　工具本体
２　　チップ挿入の段付き穴
３　　カバー８の固定用ねじ穴
４　　研磨作用面に設けた格子状の溝
５　　ダイヤモンド砥粒を固定するチップ
５'　チップ端面に接着したダイヤモンド砥粒層
６　　弱い圧縮スプリング
７　　ポリエステル繊維をポリプロピレン樹脂で繊維方向に固めた軟質チップ
８　　工具の研磨面と反対側にかぶせる工具カバー
９　　研磨用ユニバーサルヘッド
１０　平面ワーク

Claims

工具本体の研磨作用面には格子状の溝があり、作用面に対して垂直方向には任意の間隔で複数の貫通穴があり、該穴の一部には研磨面に接する端面にダイヤモンド砥粒などの研磨砥粒層を付けた金属製硬質チップを差し込み、ほかの該穴にはポリエステル繊維をポリプロピレン樹脂で繊維方向に固めた軟質チップを差し込み、両チップとも該穴から被研磨面に抜け落とさないための該穴及びチップ双方に適応する段差、またはピンを設けてあり、且つ両チップとも該穴を摺動しながら上下動が可能とした工具。