JP2007125632A - 研削・研磨用工具の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工液等の排出能力の高い研削・研磨用工具を提供すると共に、この研削・研磨用工具を製作再現性良く、しかも容易且つ安価に製造する製造方法を提供する。
【解決手段】 被加工レンズの形状を凹凸反転させた形状に加工された台皿２へ複数の砥石ペレット１を配置して当該被加工レンズの研削・研磨用工具を作製する。ここで、加工のために台皿２を回転させるときの回転軸までの距離が互いに異なるように、複数の砥石ペレット１を台皿２上に各々配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、研削・研磨の技術に関し、特に、球面レンズ等のガラスからなる光学素子の研削・研磨加工に好適な工具の技術に関する。

ガラスレンズ等を製造する際に使用される研削・研磨用工具には、例えば、工具全体がダイヤモンド砥石となっている構造のものである『総型工具』や、被加工レンズの凹凸形状と反対形状に加工された母材となる『台皿』へ砥石ペレットと呼ばれるペレット状のダイヤモンド砥石を一定間隔で貼り付けてなる構造のものなどがある。

このうち、後者の構造の工具を製造する際における砥石ペレットの台皿への配置方法として、例えば特許文献１には、台皿の砥石ペレット保持面における台皿の中心軸を中心とする複数の同心円周上に所望数の砥石ペレットを等間隔に配置し固定するという技術が開示されている。この技術では、作業者が台皿表面に砥石ペレットを配置した際に、砥石ペレットが台皿に対して均等に配列されているかどうかを視覚的・感覚的に判断しやすい配置方法であるので、配置作業を効率良く進めることができる。

また、砥石ペレットを再現性よく配置する方法として、例えば特許文献２に開示されている技術が知られている。
この技術は、位置決め手段を介して砥石ペレットを固定することを特徴とした研削・研磨工具と、当該位置決め手段に関するものである。この位置決めの手法としては、砥石ペレットを取り付けるための坐ぐり部を台皿に設ける手法や、砥石ペレットを固定するための坐ぐり部やピン等が予め設けられている、仮止め部材と呼ばれる部材に砥石ペレットをまず固定し、その後にこの砥石ペレットを台皿へ転写固定する手法が開示されている。この手法によれば、作業者の感覚に頼っていた従来の砥石ペレットの配置作業に比べ、配置位置が明確に定められているので、作業者が異なっても、更には習熟度の未熟な作業者であても、バラツキを抑えて定間隔で砥石ペレットを台皿へ配置することが可能となる。
特開２０００−１６７７５５号公報 特開２０００−８４８２０号公報

研削・研磨加工は、回転する研削・研磨工具を被加工レンズへ押し付けながら揺動運動させることで被加工レンズに所望の球面形状および形状精度を得る加工である。ここで、上掲した特許文献１に開示されている技術を使用して製造された工具、すなわち、台皿上の同心円周上に砥石ペレットが配列されている工具を使用して上記の研削・研磨加工を行う場合を考える。この加工を行っているときにおける回転している工具を砥石の上方から観察すると、図９に示すように、砥石ペレットが配置されている円周であるａと砥石ペレットが配置されていない部分の円周であるｂとが台皿の中心Ｏからａ、ｂ、ａ、ｂ、…と交互に並んでいる輪帯が観察される。

複数の砥石ペレットを台皿に貼り付けた工具では、砥石ペレットが配置されていない部分が溝となる。この溝は、加工液、加工中に発生する加工粉、砥石ペレットから脱粒した砥粒などが外部へ排出されるための流路となる。ところが、図９に示すように、この流路が台皿に対して同心円周状に生じると、これらの加工液や加工粉などは同一輪帯内に滞留しやすくなり外部への排出能力が低下してしまうため、研削・研磨レートの低下を招くこととなる。更に、上述した加工粉や砥粒を多く含む加工液が外部に排出されずに流路内に長時間滞留するために、被加工面の表面粗さを悪化させてしまう、あるいは傷等のスクラッチを発生させてしまう、といった問題を引き起こすことがある。

また、研削・研磨加工では、工具は一定の回転速度で回転運動させつつ、設定された揺動量且つ一定の移動速度での揺動運動を規則的に繰り返すため、砥石ペレットが等間隔で規則的に配置されている工具では、被加工面上で砥石部との接触時間に偏りが生じてしまう。このことは、被加工レンズの球面形状精度の低下を招くこととなる。

更に、同一工具を長期にわたり使用して複数の加工を行うと砥石ペレットに偏磨耗が生じてしまうことがあり、この場合には加工されるレンズの品質の安定性が損なわれてしまう。

一方、上掲した特許文献２に開示されている技術では、坐ぐり等の位置決め手段を介して砥石ペレットを固定することにより、配置位置のバラツキを防ぎ、工具の製作再現性の向上を図っている。しかしながら、砥石ペレットの仮止めのみを目的とした仮止め部材は、本来は研削・研磨加工に不必要な部材である。また、被加工レンズの形状に応じて専用の部材の仮止め部材の設計・製作をしなければならないため、当該部材の製作に費やす時間が必要となり、更には工具費の増加をも招いてしまう。

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、加工液等の排出能力の高い研削・研磨用工具を提供すると共に、この研削・研磨用工具を製作再現性良く、しかも容易且つ安価に製造する製造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削・研磨用工具は、被加工レンズの形状を凹凸反転させた形状に加工された台皿へ複数の砥石ペレットが配置されて構成されている当該被加工レンズの研削・研磨用工具であって、加工のために当該台皿を回転させるときの回転軸までの距離が互いに異なるように当該複数の砥石ペレットが当該台皿上に各々配置され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。

なお、上述した本発明に係る研削・研磨用工具において、当該複数の砥石ペレットが、当該回転軸を中心とする螺旋の上に配置されているように構成してもよい。
なお、このとき、当該螺旋を、アルキメデスの螺旋としてもよい。

本発明の別の態様のひとつである研削・研磨用工具の製造方法は、被加工レンズの形状を凹凸反転させた形状に加工された台皿へ複数の砥石ペレットが配置されて構成されている当該被加工レンズの研削・研磨用工具の製造方法であって、当該台皿に溝を形成しておき、当該台皿における当該溝に沿って当該複数の砥石ペレットを配置して固定する、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削・研磨用工具の製造方法において、加工のために当該台皿を回転させるときの回転軸を中心とする螺旋状に当該溝を形成しておくようにしてもよい。

なお、このとき、当該溝がアルキメデスの螺旋を呈するように当該台皿を形成しておくようにしてもよい。
また、前述した本発明に係る研削・研磨用工具の製造方法において、加工のために当該台皿を回転させるときの回転軸を中心とする複数の同心円であって、隣接する当該同心円の半径方向の間隔を当該砥石ペレットにおける研磨面の直径の１倍から２倍までの間とした当該同心円の円周を複数の当該溝により当該台皿に形成しておき、当該台皿において当該溝により形成されている隣接している当該同心円間の隙間にも、当該砥石ペレットを更に配置して固定する、ようにしてもよい。

本発明によれば、以上のようにすることにより、加工液等の排出能力の高い研削・研磨用工具の提供が可能となると共に、この研削・研磨用工具を製作再現性良く、しかも容易且つ安価に製造できるようになるという効果を奏する。

まず、本発明を実施する砥石ペレットの配置方法の原理について説明する。この配置方法は、台皿の中心軸を中心とした同心円周と不一致となるように砥石ペレットを配置するというものである。

前述したように、砥石ペレットを台皿の中心軸を中心とする同心円周に配置すると、加工中に砥石ペレットが描く軌跡はその同心円周に描かれるため、加工液等の排出流路となる領域である砥石ペレットが配置されていない領域も、上記の中心軸を中心とする同心円周となる。そこで、砥石ペレットの配置位置を上記の同心円周と不一致となるように配列するようにする。こうすると、工具の回転に伴って砥石ペレットが描く軌跡は上記の同心円周とずれた位置にも描かれることになり、形成される排出流路が同心円周状となってしまうことが防止される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施例に係る工具の構造を図１に示す。同図に示す工具は、砥石ペレット１を台皿２の中心Ｏから外周に向かって螺旋状に配置し固定したガラス凹面レンズの研削・研磨加工用の工具である。ここで、中心Ｏは、加工のために台皿２を回転させるときの回転軸を通る点である。

図２Ａ及び図２Ｂは、研削加工若しくは研磨加工に用いる工具の母材となる台皿２の構造を示しており、図２Ａはその側面図、図２Ｂはその上面図である。
台皿２は、被加工レンズの形状を凹凸反転させた形状に加工されたものであり、本実施例においては、被加工レンズの凹形状に対応した曲率半径をもつ凸形状の面２ａが台皿２に形成されている。この面２ａは砥石ペレット１を配置し固定する面であり、そこに中心Ｏから外周に向かって螺旋状の溝Ｌを形成しておく。なお、この溝Ｌによって形作られている螺旋はアルキメデスの螺旋である。アルキメデスの螺旋とは、半直線が点Ｏの周りを一定の角速度ωで回転するとき、その半直線上を一定の速さＶで運動する点の描く曲線で
あり、下記の関数式
ｒ＝ａθ
で表される。なお、
ａ＝Ｖ／ω
である。ここで、ｒは中心点Ｏからの距離であり、θは回転角（変数）、Ｖは半直線上を
移動する点の速度（一定）、ωは半直線の角速度（一定）である。

なお、本実施例で用いる溝Ｌによって形作られている螺旋は、台皿２の直径、砥石ペレット１の直径、砥石ペレット１の貼り付け数に対応して任意に定めた定数ａを用いて上記の関数式で示される螺旋で構わない。また、この螺旋は、他の関数で表される螺旋、例えばベルヌーイの螺旋などであっても構わない。

次に、砥石ペレット１を台皿２に配置し固定する方法を説明する。
砥石ペレット１の断面形状を図３に示す。砥石ペレット１には台皿２の曲率半径に対応した面１ａと、被加工レンズの曲率半径に対応した面１ｂとがそれぞれ形成されている。

まず、砥石ペレット１を保持する側の面である面１ａに接着剤を塗布する。
次に、接着剤を塗布した砥石ペレット１を螺旋状の溝Ｌ上に、台皿２の中心から外周まで並べて貼り付ける。台皿２上の螺旋状の溝Ｌ上に砥石ペレット１を並べて配置することにより、砥石ペレット１の各々から、加工のために台皿２を回転させるときの回転軸が通る点Ｏまでの距離が互いに異なるように配置される。このように、砥石ペレット１の配置箇所として参照可能な目印として溝Ｌを台皿２に予め設けておくことにより、作業者は溝Ｌを目安に砥石ペレット１を配置することができる。従って、バラツキの少ない作業が実施でき、再現性良く工具を製作することができる。

続いて、作製する工具の球面形状精度を整えるために、砥石ペレット１を貼り付けた台皿２へ、図４に例示するようなラップ皿３を被せて押圧保持する。なお、ラップ皿３における台皿２と接触する面３ａは、被加工レンズの曲率半径と同じ形状に成形されている。

ここで、押圧保持されている台皿２とラップ皿３とを加熱処理して接着剤を硬化させる。こうして、砥石ペレット１が台皿２に固定される。
以上のようにして製造した工具では、砥石ペレット１が図５に示すような螺旋Ｌ１を描いている。ここで、砥石ペレット１の配置されていない、加工液等の外部への排出流路となる領域も螺旋状に形成されている。従って、この排出流路の螺旋形状は、回転する円盤の中心から一定速の速さで外に向かう物体が描く軌跡に相当するので、この工具をその中心軸Ｏを中心に回転運動させると、加工中に加工液や加工粉などが当該排出流路に沿ってスムーズに外部へ排出された。更に、螺旋状の流路の外周端は、工具の外部に対して開放された状態であるので、加工液等は当該流路内に滞留することなく外部へ効率よく排出された。

また、砥石ペレット１を螺旋状に配列したことにより、加工中における被加工レンズ表面と砥石ペレット１との接触時間が均一化され、良好な形状精度を得ることができた。

図６Ａ及び図６Ｂは、研削加工若しくは研磨加工に用いる工具の母材となる台皿１２の構造を示しており、図６Ａはその側面図、図６Ｂはその上面図である。これらの図で示されている台皿１２は、被加工レンズの形状を凹凸反転させた形状に加工されたものであり、本実施例においては、被加工レンズの凹形状に対応した曲率半径をもつ凸形状の面１２ａが台皿１２に形成されている。

この面１２ａには、加工のために台皿２を回転させるときの回転軸を通る点Ｏを中心とする同心円周状の溝Ｃ１、Ｃ２、…を形成しておく。なお、溝Ｃ１、Ｃ２、…における隣接する各溝間の半径方向の間隔Ｈは、砥石ペレット１の直径Ｄについての１倍から２倍までの間（Ｄ＜Ｈ＜２Ｄ）となるように設定されている。この溝Ｃ１、Ｃ２、…は、砥石ペレット１の配置箇所として作業者が参照可能な目印となる。

次に、接着剤を塗布した砥石ペレット１を台皿１２に配置し固定する方法について、図７を参照しながら説明する。
図７において、まず、内周寄りの溝Ｃｎ上に砥石ペレット１ｎを配置する。

続いて、溝Ｃｎより一段外周寄りの溝Ｃｎ＋１上に砥石ペレット１ｎ＋１を配置する。更に、このときに、砥石ペレット１ｎと１ｎ＋１との隙間（台皿１２において隣接している溝Ｃｎと溝Ｃｎ＋１との隙間）にも砥石ペレット１ｓを配置する。

この後に行う押圧保持及び接着剤の硬化の作業は前述した実施例１におけるものと同様であり、これらの作業を行うことにより、砥石ペレット１が台皿１２に固定される。
以上のようにして製造した工具の中心軸Ｏを中心に当該工具を回転運動させると、砥石ペレット１の描く軌跡と、砥石ペレット１の配置されていない領域が描く軌跡とを区別することができない。つまり、この配置によれば、工具の加工面に均一に砥石ペレット１が配置されていることとなる。このとき、加工液等の外部への排出流路は、台皿１２の軸方向及び半径方向に均一に張り巡らされるように形成されることとなる。従って、加工液等は流路内に滞留することなく、工具の回転により生じる遠心力の作用により外部へと排出されるのである。

なお、砥石ペレットを上記の同心円上に配置する場合であっても、例えば図８に示すように、内側の円周Ｃ１と当該円周Ｃ１の外側の円周Ｃ２との距離Ｈが、円形である砥石ペレット１の直径Ｄよりも小さいのであれば、加工液等の流路が同心円上に形成されることはない。従って、この場合には、同心円周上に砥石ペレット１を配置しても問題ないことは言うまでもないことである。

その他、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。

実施例１に係る工具の構造を示す図である。 実施例１に係る工具の母材となる台皿の構造を示す側面図である。 実施例１に係る工具の母材となる台皿の構造を示す上面図である。 砥石ペレットの断面形状を示す図である。 ラップ皿の例を示す図である。 実施例１における砥石ペレットの配置の様子を示した図である。 実施例２に係る工具の母材となる台皿の構造を示す側面図である。 実施例２に係る工具の母材となる台皿の構造を示す上面図である。 実施例２における砥石ペレットの配置の方法を説明する図である。 同心円周上に砥石ペレットを配置しても問題とならない場合の例を示す図である。 従来技術における砥石ペレットの配置の様子を示した図である。

符号の説明

１、１ｎ、１ｎ＋１、１ｓ 砥石ペレット
１ａ、１ｂ 砥石ペレットの面
２、１２ 台皿
２ａ、１２ａ 台皿の面
３ ラップ皿
３ａ ラップ皿の面
Ｃ１、Ｃ２、Ｌ、Ｃｎ、Ｃｎ＋１ 溝

Claims (7)

1. 被加工レンズの形状を凹凸反転させた形状に加工された台皿へ複数の砥石ペレットが配置されて構成されている当該被加工レンズの研削・研磨用工具であって、
   加工のために前記台皿を回転させるときの回転軸までの距離が互いに異なるように前記複数の砥石ペレットが当該台皿上に各々配置されていることを特徴とする研削・研磨用工具。
2. 前記複数の砥石ペレットは、前記回転軸を中心とする螺旋の上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の研削・研磨用工具。
3. 前記螺旋は、アルキメデスの螺旋であることを特徴とする請求項２に記載の研削・研磨用工具。
4. 被加工レンズの形状を凹凸反転させた形状に加工された台皿へ複数の砥石ペレットが配置されて構成されている当該被加工レンズの研削・研磨用工具の製造方法であって、
   前記台皿に溝を形成しておき、
   前記台皿における前記溝に沿って前記複数の砥石ペレットを配置して固定する、
   ことを特徴とする研削・研磨用工具の製造方法。
5. 加工のために前記台皿を回転させるときの回転軸を中心とする螺旋状に前記溝を形成しておくことを特徴とする請求項４に記載の研削・研磨用工具の製造方法。
6. 前記溝がアルキメデスの螺旋を呈するように前記台皿を形成しておくことを特徴とする請求項５に記載の研削・研磨用工具の製造方法。
7. 加工のために前記台皿を回転させるときの回転軸を中心とする複数の同心円であって、隣接する当該同心円の半径方向の間隔を前記砥石ペレットにおける研磨面の直径の１倍から２倍までの間とした当該同心円の円周を複数の前記溝により前記台皿に形成しておき、
   前記台皿において前記溝により形成されている隣接している前記同心円間の隙間にも、前記砥石ペレットを更に配置して固定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の研削・研磨用工具の製造方法。

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