JP2007098537A - Polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、研磨加工技術に関し、例えば、切削加工されたプラスチック成形用金型等の被加工物の外観品質を向上させるための研磨加工方法に関するものである。 The present invention relates to a polishing technique and, for example, relates to a polishing method for improving the appearance quality of a workpiece such as a plastic molding die that has been cut.
従来から、プラスチックレンズの成形においては、成形用金型の光学鏡面に、超精密切削が可能なNiとPからなる無電解ニッケルメッキの層を形成し、このメッキ層をダイヤモンドバイトによる切削によって鏡面加工することが一般的であり、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。
Conventionally, in the molding of plastic lenses, an electroless nickel-plated layer made of Ni and P capable of ultra-precise cutting is formed on the optical mirror surface of the molding die, and this plated layer is mirror-finished by cutting with a diamond tool. It is common to process, and it is described also in
上述の加工方法において、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、粗さRaが数ナノメートルの光学鏡面を得ることができる。 In the above-described processing method, an optical mirror surface having a roughness Ra of several nanometers is obtained by using a diamond cutting tool having a good cutting edge outline accuracy, cutting a cutting amount of several micrometers, and a feed rate of several millimeters per minute. Obtainable.
しかるに、図4および図5に示したように、上述のダイヤモンドバイトを用いる加工方法で加工されたワーク101の加工面には、ダイヤモンドバイト等の切削工具によって創成される規則的な切削条痕102が存在しており、この加工面に白色光が入射すると、反射光は光の干渉により虹色を呈する干渉光となる。この干渉光は虹目と呼ばれる欠陥である。
However, as shown in FIGS. 4 and 5, the
また、成形金型の切削条痕102は、成形時に製品である光学素子にも転写され、この光学素子の表面にも虹目が出現する。
この干渉光(虹目)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ため、このような場合には、成形金型の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。
Further, the
Since this interference light (rainbow eye) may cause a problem in product function depending on the use of the optical element, in such a case, polishing is performed after cutting the molding die, and the
しかし、切削条痕102を除去するための研磨加工には、超精密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、熟練した技能作業者による手作業によりなされており、歩留まりが悪い、加工工数が大きく部品がコスト高になる、手作業による加工のため品質がばらつく、加工作業者が技能者に限られる等の技術的課題を抱えている。
However, since the polishing process for removing the
なお、上述の特許文献1は、母材上にNiとPからなる無電解ニッケルメッキの加工層を形成し、このメッキ層をダイヤモンドバイトによる切削によって鏡面加工した後に熱処理を行うことで、高温のガラス成形における面形状精度および表面粗さの向上を実現しようとするものであり、依然として上述のような技術的課題を有することに変わりはない。
本発明の目的は、熟練した技能者を必要とすることなく、少ない加工工数で、低コストで、切削条痕等に起因する虹目の発生を防止して滑らかな鏡面を得ることが可能な研磨加工技術を提供することにある。 It is an object of the present invention to obtain a smooth mirror surface by preventing generation of rainbow eyes due to cutting streaks and the like at a low cost with a small number of processing steps, without requiring a skilled technician. It is to provide a polishing technique.
本発明の他の目的は、高歩留りで、安定した品質の被加工物を得ることが可能な研磨加工技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、被加工物を損傷することなく、また、被加工物の本来の形状を損なうことなく、切削条痕等に起因する虹目の発生を防止して滑らかな鏡面を得ることが可能な研磨加工技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a polishing technique capable of obtaining a workpiece of stable quality with a high yield.
Another object of the present invention is to provide a smooth mirror surface by preventing the generation of rainbow eyes caused by cutting streaks without damaging the workpiece and without damaging the original shape of the workpiece. It is to provide a polishing technique that can be obtained.
本発明の第1の観点は、研磨材を含む溶液中に被加工物を浸漬し、前記溶液に超音波を印加することで前記被加工物の研磨を行う研磨加工方法を提供する。
本発明の第2の観点は、第1の観点記載の研磨加工方法において、
前記溶液中におけるキャビテーションの発生位置を通過するように、前記被加工物に対して、回転変位および直線変位の少なくとも一方を与える研磨加工方法を提供する。
A first aspect of the present invention provides a polishing method for polishing a workpiece by immersing the workpiece in a solution containing an abrasive and applying ultrasonic waves to the solution.
According to a second aspect of the present invention, in the polishing method according to the first aspect,
Provided is a polishing method for imparting at least one of rotational displacement and linear displacement to the workpiece so as to pass through a position where cavitation occurs in the solution.
本発明の第3の観点は、第1の観点記載の研磨加工方法において、
前記超音波の周波数を変化させることで、前記溶液内におけるキャビテーションの発生位置を、前記溶液に浸漬された前記被加工物に対して相対的に変化させる研磨加工方法を提供する。
According to a third aspect of the present invention, in the polishing method according to the first aspect,
There is provided a polishing method for changing a position of occurrence of cavitation in the solution relative to the workpiece immersed in the solution by changing a frequency of the ultrasonic wave.
本発明の第4の観点は、第1の観点記載の研磨加工方法において、
前記溶液の圧を変化させることで、前記溶液内におけるキャビテーションの発生位置を、前記溶液に浸漬された前記被加工物に対して相対的に変化させる研磨加工方法を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the polishing method according to the first aspect,
Provided is a polishing method for changing the position of cavitation in the solution relative to the workpiece immersed in the solution by changing the pressure of the solution.
本発明の第5の観点は、第1の観点記載の研磨加工方法において、
前記研磨材は、微細な砥粒が凝集したクラスタ粒子を含む研磨加工方法を提供する。
本発明の第6の観点は、第1の観点記載の研磨加工方法において、
前記研磨材は、数10ナノメートル以下のダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、ジルコニア、又は酸化けい素等の砥粒が、数100ナノメートル以下の大きさで凝集したクラスタ粒子である研磨加工方法を提供する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the polishing method according to the first aspect,
The abrasive provides a polishing method including cluster particles in which fine abrasive grains are aggregated.
According to a sixth aspect of the present invention, in the polishing method according to the first aspect,
Provided is a polishing method in which the abrasive is cluster particles in which abrasive grains such as diamond, alumina, cerium oxide, zirconia, or silicon oxide having a size of several tens of nanometers or less are aggregated with a size of several hundred nanometers or less. To do.
本発明の第7の観点は、第1の観点記載の研磨加工方法において、
前記被加工物はプラスチック成形用金型である研磨加工方法を提供する。
本発明の第8の観点は、プラスチック成形用金型の切削加工後の研磨加工方法であって、超音波洗浄槽内を、研磨材を均一に分散させた溶液で満たし、前記超音波洗浄槽に20kHz〜100kHzの超音波振動を与え、ワークを超音波洗浄槽内に浸漬させるとともに、前記超音波洗浄槽内でキャビテーションが発生する領域で、前記ワークの研磨対象部位がほぼ同じ時間だけ滞留するような変位を当該ワークに与える研磨加工方法を提供する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the polishing method according to the first aspect,
A polishing method is provided in which the workpiece is a plastic mold.
An eighth aspect of the present invention is a polishing method after cutting a plastic molding die, wherein an ultrasonic cleaning tank is filled with a solution in which an abrasive is uniformly dispersed, and the ultrasonic cleaning tank Is subjected to ultrasonic vibration of 20 kHz to 100 kHz, so that the workpiece is immersed in the ultrasonic cleaning tank, and in the region where cavitation occurs in the ultrasonic cleaning tank, the polishing target portion of the work stays for almost the same time. A polishing method for giving such a displacement to the workpiece is provided.
本発明の第9の観点は、第8の観点記載の研磨加工方法において、
前記研磨材は、数10ナノメートル以下のダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、ジルコニア、又は酸化けい素等の砥粒が数100ナノメートル以下の大きさで凝集したクラスタ粒子である研磨加工方法を提供する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the polishing method according to the eighth aspect,
The polishing material provides a polishing method in which abrasive particles such as diamond, alumina, cerium oxide, zirconia, or silicon oxide having a size of several tens of nanometers or less are clustered particles having a size of several hundred nanometers or less. .
本発明によれば、熟練した技能者を必要とすることなく、少ない加工工数で、低コストで切削条痕等に起因する虹目の発生を防止して滑らかな鏡面を得ることが可能となる。
また、高歩留りで、安定した品質の被加工物を得ることが可能となる。
According to the present invention, it is possible to obtain a smooth mirror surface by preventing generation of rainbow eyes caused by cutting streaks and the like at a low cost with a small number of processing steps without requiring a skilled technician. .
In addition, it is possible to obtain a workpiece of stable quality with a high yield.
また、被加工物を損傷することなく、また、被加工物の本来の形状を損なうことなく、切削条痕等に起因する虹目の発生を防止して滑らかな鏡面を得ることが可能となる。 Further, it is possible to obtain a smooth mirror surface by preventing the occurrence of rainbow eyes caused by cutting streaks without damaging the workpiece and without damaging the original shape of the workpiece. .
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態である研磨加工方法を実施する研磨装置の構成の一例を示す概念図であり、図2および図3は、本実施の形態の研磨加工方法の作用の一例を示す断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of the configuration of a polishing apparatus that performs a polishing method according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 and 3 illustrate the operation of the polishing method according to the present embodiment. It is sectional drawing which shows an example.
本実施の形態の研磨装置Mは、超音波洗浄槽2、研磨材溶液3、超音波発生器4、制御部10、保持機構20を含んでいる。
超音波洗浄槽2は、研磨材溶液3を貯留するとともに、その底部には超音波発生器4が設けられている。そして、この超音波発生器4から上向きに研磨材溶液3に対して超音波4aのエネルギーが印加される。
The polishing apparatus M according to the present embodiment includes an ultrasonic cleaning tank 2, an
The ultrasonic cleaning tank 2 stores the
超音波発生器4は制御部10によって動作が制御され、たとえば発振する超音波4aの波長や強度等が制御可能になっている。
保持機構20は、超音波洗浄槽2の上部に配置されており、ワーク1を保持して、超音波洗浄槽2の内部に貯留された研磨材溶液3に浸漬する動作を行う。この場合、保持機構20は、鉛直方向を軸とする回転変位(回転運動R)、および超音波洗浄槽2の内部を昇降する直線変位(上下運動V)等の任意の三次元的な変位をワーク1に与えることが可能となっている。
The operation of the ultrasonic generator 4 is controlled by the
The
また、この保持機構20によるワーク1の保持動作や変位は、制御部10によって制御される。従って、必要に応じて、本実施の形態の後述の研磨動作は、自動化することが可能である。
The holding operation and displacement of the
すなわち、制御部10により、超音波発生器4における超音波4aの発振のON/OFFのタイミングや発振波長等の制御と、保持機構20によるワーク1の研磨材溶液3に対する浸漬、ワーク1の変位等の制御を連動させることが可能である。
That is, the
ワーク1は、たとえば、成形用金型からなり、研磨対象となる成形面(研磨面9)には、切削加工が施されることによって切削条痕6が存在している。ワーク1は、たとえば、樹脂成形による光学素子の製造に用いられるプラスチック成形用金型である。
The
切削加工が施されたワーク1を浸漬させる超音波洗浄槽2内には研磨材3aが均一に分散された研磨材溶液3が満たされている。ここでは一例として、直径が数10ナノメートル以下のダイヤモンド粒子8が数100ナノメートル以下の大きさ(凝集したときの最大の直径)で弱い結合力で凝集しているダイヤモンドクラスタ7を研磨材3aとして用いるものとして説明する。
The ultrasonic cleaning tank 2 in which the
なお、研磨材3aとしては、ダイヤモンド以外に、直径が数10ナノメートル以下のアルミナ、酸化セリウム、ジルコニア、又は酸化けい素等の砥粒が数100ナノメートル以下の大きさ(凝集したときの最大の直径)で凝集したクラスタ粒子を用いることもできる。 As the abrasive 3a, in addition to diamond, abrasive grains such as alumina, cerium oxide, zirconia, or silicon oxide having a diameter of several tens of nanometers or less have a size of several hundred nanometers or less (maximum when aggregated). Cluster particles aggregated with a diameter of (5) can also be used.
ここで、研磨材3aの粒子の直径が数10ナノメートルを超える場合、ワーク1の表面に、光学品質上、問題となる傷が付くことがあるため好ましくない。
また、砥粒が凝集したクラスタ粒子の最大の直径が数100ナノメートルを超える場合も、クラスタ粒子がワーク1の表面に衝突する際の運動エネルギーが大きくなり、ワーク1の表面に、光学品質上、問題となる傷が付くことがあるため好ましくない。
Here, when the diameter of the particle | grains of the abrasive |
In addition, even when the maximum diameter of the cluster particles in which the abrasive grains are aggregated exceeds several hundred nanometers, the kinetic energy when the cluster particles collide with the surface of the
以上のような構成の本実施の形態の研磨装置Mの作用を図1、図2及び図3を用いて説明する。
研磨材溶液3で満たされた超音波洗浄槽2の底部に設けられている超音波発生器4により20kHz〜100kHzの超音波振動を研磨材溶液3に与えると、超音波4aのエネルギーによって研磨材溶液3中に圧力の高低差が発生する。
The operation of the polishing apparatus M of the present embodiment having the above configuration will be described with reference to FIGS.
When an ultrasonic vibration of 20 kHz to 100 kHz is applied to the
上述した超音波発生器4の周波数は、標準的な数値であり、この範囲を下回る場合、超音波による加工能力が低くなるといった問題があり、また、この範囲を超える場合、装置が大がかりになるといった問題がある。 The frequency of the ultrasonic generator 4 described above is a standard numerical value. When the frequency is below this range, there is a problem that the processing capability by the ultrasonic wave is low, and when it exceeds this range, the apparatus becomes large. There is a problem.
圧力の低い部分は気化して小さな気泡5が発生する。この気泡5は短時間で研磨材溶液3による圧で潰れて崩壊し、この際にエネルギーの高い衝撃波を発生させる。これらの現象や発生した気泡のことをキャビテーションと呼ぶが、ここでは特に気泡5の破壊現象をキャビテーション5aと定義して説明する。
The low pressure portion is vaporized and
ワーク1を超音波洗浄槽2に浸漬させると、図2に例示されるように、キャビテーション5aの発生する位置(超音波洗浄槽2の底面からの高さH)のワーク1の表面では、数100ナノメートル以下の大きさで結合した数10ナノメートル以下のダイヤモンドクラスタ7が、キャビテーション5aの衝撃波によって爆発的に崩壊し、図3のように、ばらばらになって四方八方に飛散する。この中でも特にワーク1の表面に沿って飛散したダイヤモンド粒子8は研磨面9に存在する切削条痕6の凸部分を優先的に除去して行くため、切削条痕6は消失する。
When the
このように、超音波4aのエネルギーによって研磨材3aを活性化し、キャビテーション効果と、結合したダイヤモンドクラスタ7の破壊エネルギーによって、単一のダイヤモンド粒子8を用いた場合よりも効率的にワーク1の表面の切削条痕6を除去し、滑らかな研磨面9を形成する。また、各々のダイヤモンド粒子8は数10ナノメートル以下と小さいため、ワーク1の表面に傷を付けることはない。
As described above, the surface of the
一方、超音波洗浄槽2の底面から超音波4aの1/2波長間隔の位置でキャビテーション5aがよく発生することが知られているが、この位置でワーク1の研磨加工範囲内(この場合、研磨面9)のあらゆる点が同じ時間だけ滞留するように、ワーク1に等速の上下運動Vを与えるとともに、10rpm〜500rpmの回転運動Rを与える。これによって、ワーク1の全面、特に研磨面9が均等に研磨加工される。
On the other hand, it is known that
以上の本実施の形態の研磨加工方法によれば、ワーク1の表面(研磨面9)に傷を付けることなく、切削条痕6を除去して虹目(干渉光)等の欠陥を無くすとともに、研磨面9として滑らかな鏡面を得ることができる。
According to the polishing method of the present embodiment as described above, the
また、ワーク1の全面を均等に研磨加工することができるため、切削条痕6以外の、切削加工によって創成した研磨面9の本来の形状を損なうことがない。この結果、高品質のワーク1を高い歩留りにて得ることができる。
Further, since the entire surface of the
さらに、本実施の形態による上述の研磨加工は、制御部10により、超音波発生器4および簡易な保持機構20を連動させるように制御することで、ワーク1の研磨を自動で行うことができる。
Furthermore, the above-described polishing process according to the present embodiment can automatically polish the
すなわち、従来必要とされていた熟練した技能者による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、技能を持たない作業者でも容易にワーク1の研磨加工を行うことが可能となり、ワーク1の製造コストを低減できる。
In other words, compared with the work by hand polishing by skilled technicians, which has been required in the past, the quality and yield rate can be improved, the number of processing steps can be greatly reduced, and even workers without skills can easily perform the
この結果、たとえば、ワーク1が光学素子の樹脂成形金型の場合、低コストで、虹目等の欠陥のない高品質な光学素子を提供することができる。
すなわち、本実施の形態によれば、熟練した技能者を必要とすることなく、少ない加工工数で、ワーク1における切削条痕6等に起因する虹目の発生を防止して研磨面9に滑らかな鏡面を得ることが可能となる。
As a result, for example, when the
That is, according to the present embodiment, the polishing
また、ワーク1の研磨面9を損傷することなく、また、ワーク1の研磨面9の本来の形状を損なうことなく、研磨面9に存在する切削条痕6等に起因する虹目の発生を防止して、研磨面9に滑らかな鏡面を得ることが可能となる。
In addition, the generation of rainbow eyes caused by the cutting
上述の説明では、ワーク1に対して回転運動Rや上下運動Vを与えることで、キャビテーション5aに対してワーク1の研磨面9を均一に通過させる場合を例示したが、ワーク1を研磨材溶液3内で静止させ、キャビテーション5aの位置(高さH)を相対的に変化させるようにしてもよい。
In the above description, the case in which the polishing
すなわち、上述のように、キャビテーション5aは、超音波4aの1/2波長間隔の位置に形成されるため、制御部10によって超音波4aの波長を変化させることで、キャビテーション5aの位置(高さH)を変化させることができる。
That is, as described above, since the
さらに、超音波4aの周波数が一定の場合、研磨材溶液3の圧(すなわち、超音波4aの研磨材溶液3における伝播速度)を変化させることで、超音波4aの波長を変化させ、キャビテーション5aの位置を変化させることもできる。
Further, when the frequency of the
この場合、超音波洗浄槽2を密閉構造として、内部に研磨材溶液3を満たし、図示しない与圧機構にて研磨材溶液3を与圧することで研磨材溶液3の圧を変化させることが可能である。当然、与圧機構は制御部10にて制御される。
In this case, it is possible to change the pressure of the
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、研磨材3aとしては、上述の実施の形態に例示したものに限定されない。また、研磨装置Mの構成も種々変更可能であることは言うまでもない。
Needless to say, the present invention is not limited to the configuration exemplified in the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the abrasive 3a is not limited to those exemplified in the above embodiment. Needless to say, the configuration of the polishing apparatus M can be variously changed.
1 ワーク
2 超音波洗浄槽
3 研磨材溶液
3a 研磨材
4 超音波発生器
4a 超音波
5 気泡
5a キャビテーション
6 切削条痕
7 ダイヤモンドクラスタ
8 ダイヤモンド粒子
9 研磨面
10 制御部
20 保持機構
101 ワーク
102 切削条痕
M 研磨装置
R 回転運動
V 上下運動
1 Workpiece 2
Claims (9)
前記溶液中におけるキャビテーションの発生位置を通過するように、前記被加工物に対して、回転変位および直線変位の少なくとも一方を与えることを特徴とする研磨加工方法。 The polishing method according to claim 1, wherein
A polishing method, wherein at least one of rotational displacement and linear displacement is applied to the workpiece so as to pass through a position where cavitation occurs in the solution.
前記超音波の周波数を変化させることで、前記溶液内におけるキャビテーションの発生位置を、前記溶液に浸漬された前記被加工物に対して相対的に変化させることを特徴とする研磨加工方法。 The polishing method according to claim 1, wherein
A polishing method characterized by changing a position of occurrence of cavitation in the solution relative to the workpiece immersed in the solution by changing a frequency of the ultrasonic wave.
前記溶液の圧を変化させることで、前記溶液内におけるキャビテーションの発生位置を、前記溶液に浸漬された前記被加工物に対して相対的に変化させることを特徴とする研磨加工方法。 The polishing method according to claim 1, wherein
A polishing method, wherein the position of cavitation in the solution is changed relative to the workpiece immersed in the solution by changing the pressure of the solution.
前記研磨材は、微細な砥粒が凝集したクラスタ粒子を含むことを特徴とする研磨加工方法。 The polishing method according to claim 1, wherein
The polishing method according to claim 1, wherein the abrasive includes cluster particles in which fine abrasive grains are aggregated.
前記研磨材は、数10ナノメートル以下のダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、ジルコニア、又は酸化けい素等の砥粒が、数100ナノメートル以下の大きさで凝集したクラスタ粒子であることを特徴とする研磨加工方法。 The polishing method according to claim 1, wherein
The abrasive is a cluster particle in which abrasive grains such as diamond, alumina, cerium oxide, zirconia, or silicon oxide having a size of several tens of nanometers or less are aggregated in a size of several hundred nanometers or less. Polishing method.
前記被加工物はプラスチック成形用金型であることを特徴とする研磨加工方法。 The polishing method according to claim 1, wherein
A polishing method, wherein the workpiece is a plastic mold.
前記研磨材は、数10ナノメートル以下のダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、ジルコニア、又は酸化けい素等の砥粒が数100ナノメートル以下の大きさで凝集したクラスタ粒子であることを特徴とする研磨加工方法。
The polishing method according to claim 8, wherein
Polishing characterized in that the abrasive is cluster particles in which abrasive grains such as diamond, alumina, cerium oxide, zirconia, or silicon oxide having a size of several tens of nanometers or less are aggregated in a size of several hundred nanometers or less. Processing method.
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