JP4331511B2 - 平砥石の調整方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば空調機用ロータリ圧縮機に内蔵されるシリンダベーンの溝加工や金型加工等に使用される平砥石のレーザによるツルーイングを行う平砥石の調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円柱状の軸付砥石を回転させ、この砥石の最外周の砥粒に砥石の接線方向からレーザ光を照射することにより砥石のツルーイングを行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２１１５５号公報（要約、図１〜図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の方法は、曲率のある円柱状砥石のツルーイングに有効であるが、平台座の平面部に砥粒が固着された曲率のない平砥石のツルーイングに適用することはできない。
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、台座の平面部に砥粒が固着された平砥石のツルーイングが可能な平砥石の調整方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る平砥石の調整方法は、平台座の平面部に結合剤により頭部を露出させて砥粒が固着された平砥石の調整方法において、集束レーザ光の集束角を１．５°以上に設定し、前記集束レーザ光の入射角が該レーザ光の設定された前記集束角以上であって４°以下の所定角度となるように該レーザ光の光軸と前記平面部の相対角度を設定し、かつ焦点が前記砥粒の露出した頭部の高さとなるように該レーザ光を照射し、前記焦点の前記平面部からの高さを変えずに該焦点が該平面部の外側から内側に移動するように該焦点と前記平砥石の相対位置を移動させることを特徴とするものである。
【０００７】
集束レーザ光の集束角を１．５°以上に設定し、前記集束レーザ光の入射角が該レーザ光の設定された集束角以上であって４°以下の所定角度となるようにレーザ光の光軸と平面部の相対角度を設定し、かつ焦点が砥粒の露出した頭部の高さとなるようにレーザ光を照射するので、焦点に集光前のレーザ光は砥石面と干渉してエネルギーロスすることなく砥粒の頭部に焦点を結びエネルギー密度の高い焦点で頭部を溶融または蒸発させて平坦化させ、焦点位置からかなり先でビーム径が拡大してエネルギー密度が低くなってから結合剤に浅い入射角で照射されるので、結合剤は溶融しない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照してこの発明に係る平砥石の調整方法及び装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
実施の形態１．
図１〜図４を用いて、この発明の実施の形態１を説明する。図１はこの発明の実施の形態１の平砥石の調整装置の構成を示す側面図、図２はツルーイング後の円板状平砥石を示す図、図３は平砥石に対するレーザ光の入射角の調整方法を示す図、図４はツルーイング後の平砥石の表面状態を示す正面図である。
【００１０】
図２に示すように、円板状の平砥石１は、中央部が円形凹部とされ平面部としての外周平面部１ｃが形成された平台座としての円板状台金１ｂと、外周平面部１ｃ上に結合剤としてのニッケルあるいはクロム等とともに電着されたＣＢＮあるいはダイヤモンド等の砥粒１ｄと、砥粒１ｄを外周平面部１ｃに頭部を露出させて固着させるニッケルあるいはクロム等のメッキ層１ｅ（結合剤）と、回転軸１ａとで構成されている。砥粒１ｄの配置は等ピッチであっても図２のようにランダムであってもよい。また、平砥石１は、必ずしも円板状である必要はなく四角板状であってもよく、回転軸が無く回転しないものでもよい。
【００１１】
図１に示すように、平砥石の調整装置２０は、平砥石１に集光レンズ２１ａを通してレーザ集束光２１ｂを照射するレーザ発振器２１と、平砥石１を３軸移動させる移動ステージ２２と、移動ステージ２２を制御する制御盤２３とを備え、移動ステージ２２は、平砥石１を回転軸１ａ部分で把持し回転させる把持具としての回転ユニット２２ｄと、回転ユニット２２ｄをレーザ集束光２１ｂの光軸２１ｃに対して傾斜させ、光軸２１ｃと平面部１ｃの相対角度（入射角）を設定する傾斜ステージ２２ｂと、傾斜ステージ２２ｂ上に設置され、回転ユニット２２ｄを支持して傾斜方向に移動させる１軸移動ステージ２２ｃと、傾斜ステージ２２ｂが設置され、傾斜ステージ２２ｂをレーザ集束光２１ｂの光軸２１ｃと垂直な面内で２軸移動させる２軸移動ステージ２２ａとからなっている。制御盤２３は、回転ユニット２２ｄ、１軸移動ステージ２２ｃ、傾斜ステージ２２ｂ及び２軸移動ステージ２２ａを制御する。なお、傾斜ステージ２２ｂ及び１軸移動ステージ２２ｃは、傾斜機能を併せ持つ1軸移動ステージに置き換えることができる。
【００１２】
次に、上述の調整装置２０による平砥石１のツルーイング方法（調整方法）について図１及び図３を参照して説明する。円板状平砥石１の回転軸１ａを回転ユニット２２ｄで把持し、傾斜ステージ２２ｂを制御盤２３で制御して集束レーザ光２１ｂの光軸２１ｃに対して傾斜させ、平砥石１の平面部１ｃに対する集束レーザ光２１ｂの入射角Ｄが集束レーザ光２１ｂの集束角Ｅ以上の所定角度となるように傾斜調整する。続いて、回転ユニット２２ｄで円板状平砥石１を回転させながら、２軸移動ステージ２２ａ及び１軸移動ステージ２２ｃを制御し、集束レーザ光２１ｂの焦点Ｆが円板状平砥石１の最外周最上部の砥粒１ｄの露出した頭部の高さＴの位置に来るように平砥石１を位置決めする。
【００１３】
続いて、１軸移動ステージ２２ｃを制御して、平砥石１を回転させながら、焦点Ｆの平面部１ｃからの高さＴを変えないで、平砥石１を傾斜方向に上方（レーザ光２１ｂの照射方向の逆方向）へ移動させることにより、焦点Ｆを平砥石１の外側から内側（中心方向）へ移動させ、平面部１ｃの全域にわたって砥粒１ｄの凹凸のある頭部を溶融、蒸発させてツルーイングし、図２に示すような砥粒平坦部１ｆを形成する。平砥石１を回転させない場合は、２軸移動ステージ２２ａによる横移動と１軸移動ステージ２２ｃによる上方移動を組み合わせて平砥石１を焦点Ｆで走査すれば、ツルーイングを行うことができる。
【００１４】
集束レーザ光２１ｂの入射角Ｄがレーザ光２１ｂの集束角Ｅ以上の所定角度となるようにレーザ光２１ｂの光軸２１ｃと平面部１ｃの相対角度を調整して設定し、かつ焦点Ｆが砥粒１ｄの露出した頭部の高さＴとなるようにレーザ光を照射するので、焦点Ｆに集光前のレーザ光２１ｂは砥石面（砥粒１ｄ及びメッキ層１ｅ）と干渉してエネルギーロスすることなく砥粒１ｄの頭部に焦点Ｆを結びエネルギー密度の高い焦点Ｆで頭部を溶融または蒸発させて平坦化させ、焦点Ｆ位置からかなり先でビーム径が拡大してエネルギー密度が低くなってから結合剤としてのメッキ層１ｅに浅い入射角Ｄで照射されるので、メッキ層１ｅは溶融しない。
【００１５】
次に、この実施の形態１の調整装置及び調整方法を用いて電着平砥石１に対してＹＡＧレーザ光２１ｂを照射してツルーイング試験を行った試験結果について説明する。この試験では、砥粒１ｄはＣＢＮ砥粒の＃１００以下、結合剤１ｅはニッケルメッキ層である。ＹＡＧレーザ発振器は、発振波長１，０６４ｎｍ、平均出力２．４Ｗ、レーザ集束角１．５°、焦点距離８０ｍｍ、焦点のビーム径約３０μｍである。図４は、入射角を４°と９°の２種類に設定しツルーイングした場合の平砥石１の表面状態を示す正面図である。
【００１６】
入射角Ｄを４°にした場合は、砥粒１ｄがツルーイングされて残っているが、入射角Ｄを９°にした場合は、メッキ層１ｅが溶融もしくは蒸発され、砥粒１ｄが除去されてしまっている。入射角Ｄが大きいと焦点Ｆ位置の先の近い位置でビーム径が小さくエネルギー密度が高い状態でレーザ光２１ｂがメッキ層１ｅに照射されるので、メッキ層１ｅが溶融もしくは蒸発してしまい、砥粒１ｄが除去され、ツルーイングはできない。また、焦点Ｆ位置より先ではすぐにレーザ光２１ｂのエネルギー密度が低くなるように集束角Ｅは１．５°以上であるのが好ましい。
【００１７】
試験に使用した平砥石１を回転ユニット２２ｄで回転させ、平砥石１に板状カーボンの平面部を押し当てて研削後、カーボンの表面粗さを測定した結果、ツルーイング前のＲｍａｘ約１０μｍに対し、ツルーイング後はＲｍａｘ約５μｍとなった。表面粗さはツルーイング後の平砥石１で向上しており、加工面精度が向上することを示している。
【００１８】
この実施の形態１の平砥石の調整方法において、図３に示す入射角Ｄを９°未満とすることにより砥粒１ｄの頭部は平坦状になる。研削加工時にこの平砥石１の砥粒１ｄ頭部の平坦部形状が被削材に転写されるため、加工面精度が向上する。
【００１９】
実施の形態２．
上述の実施の形態１の調整方法で平砥石１をツルーイングする調整工程後、またはツルーイングする調整工程前に、入射角Ｄを９°以上、例えば９０°にして平砥石１の結合剤１ｅにレーザ光２１ｂを照射しながら、１軸移動ステージ２２ｃ及び２軸移動ステージ２２ａを制御し、また回転ユニット２２ｄを作動させて平砥石１を移動させることによりレーザ光２１ｂで平砥石１（結合剤１ｅ）上を走査し、結合剤１ｅを溶融あるいは蒸発させて結合剤１ｅ及び砥粒１ｄを除去して平砥石１上に放射状や螺旋状の溝を形成する。このとき、レーザ集束角１．５°、焦点距離８０ｍｍ、焦点Ｆのビーム径約３０μｍの場合、入射角Ｄは９°以上でよい。
【００２０】
平砥石１面に溝を形成すると、被削材の加工面に作用する砥粒数が少なくなり加工負荷が減少する。また、溝を形成することで切り屑の排出性が向上する。
【００２１】
実施の形態３．
図５を用いて、この発明の実施の形態３を説明する。図５はこの発明の実施の形態３の平砥石の調整装置の構成を示す側面図である。図において、図１〜３と同一または相当する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２２】
図５に示すように、実施の形態３の円板状の平砥石３は、円板状台金３ｂの表裏に形成された砥粒３ｄ、３ｄと結合剤としてのメッキ層３ｅ、３ｅからなる砥石面と、回転軸３ａとを備えている。
【００２３】
平砥石の調整装置３０は、平砥石３の円板状台金３ｂの表裏に形成された砥石面のそれぞれに同一の集光レンズ３１ａを通して屈折・集束させたレーザ集束光２１ｂ、２１ｂを入射角Ｄ、Ｄで同時に照射するための、レンズ軸線３１ｄに対して互いに逆方向に角度Ｄ3、Ｄ3傾斜し、距離Ｈ、Ｈ離間して設置された２台以上のレーザ発振器２１、２１を備え、角度Ｄ3、Ｄ3と、距離Ｈ、Ｈは、調整可能となっている。
【００２４】
さらに調整装置３０は、平砥石３を３軸移動させる移動ステージ３２と、移動ステージ３２を制御する制御盤２３とを備え、移動ステージ３２は、平砥石３を回転軸３ａ部分で把持し回転させる把持具としての回転ユニット２２ｄと、回転ユニット２２ｄを支持して上下方向に移動させる１軸移動ステージ２２ｃと、１軸移動ステージ２２ｃが設置され、１軸移動ステージ２２ｃを水平方向に２軸移動させる２軸移動ステージ２２ａとからなっている。１軸移動ステージ２２ｃと２軸移動ステージ２ａとは組み合わされて回転ユニット２２ｄを３軸方向に移動させる３軸移動ステージを構成する。制御盤２３は、回転ユニット２２ｄ、１軸移動ステージ２２ｃ及び２軸移動ステージ２２ａを制御する。
【００２５】
次に、上述の調整装置３０による平砥石３のツルーイング方法（調整方法）について図５を参照して説明する。表裏に砥石面を備えた円板状平砥石３の回転軸３ａを回転ユニット２２ｄで把持し、２軸移動ステージ２ａを制御して円板状台金３ｂの中心をレンズ軸線３１ｄに一致させる。続いて、平砥石３の平面部３ｃ、３ｃに対する集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの入射角Ｄ、Ｄが集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの集束角Ｅ、Ｅ（図示せず）以上の所定角度となるようにレーザ発振器２１、２１の傾斜角Ｄ3、Ｄ3を調整し、また、集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの焦点Ｆ、Ｆ（図示せず）が円板状平砥石３の最外周最上部の砥粒３ｄ、３ｄの露出した頭部の高さＴ、Ｔ（図示せず）の位置に来るようにレーザ発振器２１、２１のレンズ軸線３１ｄからの距離Ｈ、Ｈを調整する。
【００２６】
続いて、１軸移動ステージ２２ｃを制御して、平砥石３を回転させながら上方へ移動させることにより、焦点Ｆ、Ｆを平砥石３の外側から内側（中心方向）へ移動させ、平面部３ｃ、３ｃの全域にわたって砥粒３ｄ、３ｄの凹凸のある頭部を溶融、蒸発させてツルーイングし、砥粒平坦部を形成する。
【００２７】
この実施の形態３の調整装置３０では、１軸移動ステージ２２ｃでツルーイングの走査を行っているが、レーザ発振器２１、２１及び集光レンズ３１ａを上下方向に移動させるようにしてもよい。また、入射角Ｄ、Ｄの調整は、集光レンズ３１ａを上下方向に移動させレーザ発振器２１、２１との相対距離を変更することによっても可能である。なお、この調整装置３０を用いて実施の形態１の平砥石１をツルーイングする場合は、レーザ発振器２１の一方を停止させておけばよい。
【００２８】
実施の形態３の調整方法によれば、表裏両面の平砥石を同時にツルーイングすることができるので、段取り替えの時間がかからず、また、調整装置３０は、２台のレーザ発振器が同一の集光レンズ３１ａを使うので安価に構成できる。
【００２９】
調整装置３０は、図６に示すように、２台以上のレーザ発振器２１、２１のそれぞれに集光レンズ２１ａ、２１ａを備え、円板状台金３ｂの中心線３１ｅに対して逆方向に入射角Ｄ、Ｄ分傾斜させ、距離Ｈ、Ｈ離間させて配置したものであっても良い。なお、この調整装置３０を用いて実施の形態１の平砥石１をツルーイングする場合は、レーザ発振器２１の一方を停止させるか取り外しておけばよい。
【００３０】
実施の形態４．
図７を用いて、この発明の実施の形態４を説明する。図７はこの発明の実施の形態４の平砥石の調整装置の構成を示す側面図である。図において、図１〜６と同一または相当する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３１】
平砥石の調整装置４０は、水平方向に集束レーザ光２１ｂを射出するレーザ発振器２１と、このレーザ光２１ｂを２方向以上へ屈折させ、平砥石３の円板状台金３ｂの表裏に形成された砥石面のそれぞれに同一の集光レンズ３１ａを通して屈折・集束させるためのスキャンミラー２１ｄとを備え、スキャンミラー２１ｄを角度Ｂの間で振動的に振らすことにより、２方向以上へ屈折されたレーザ集束光２１ｂ、２１ｂは、入射角Ｄ、Ｄで同時に平砥石３に照射される。入射角Ｄを調整するためにスキャンミラー２１ｄと集光レンズ３１ａの相対距離Ａが変更可能であり、集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの焦点Ｆ、Ｆ（図示せず）が円板状平砥石３の最外周最上部の砥粒３ｄ、３ｄの露出した頭部の高さＴ、Ｔ（図示せず）の位置に来るようにスキャンミラー２１ｄの振れ角Ｂ及び最大振れ位置Ｂ1、Ｂ2が調整可能である。
【００３２】
次に、上述の調整装置４０による平砥石３のツルーイング方法（調整方法）について図７を参照して説明する。表裏に砥石面を備えた円板状平砥石３の回転軸３ａを回転ユニット２２ｄで把持し、２軸移動ステージ２ａを制御して円板状台金３ｂの中心をレンズ軸線３１ｄに一致させる。続いて、平砥石３の平面部３ｃ、３ｃに対する集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの入射角Ｄ、Ｄが集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの集束角Ｅ、Ｅ（図示せず）以上の所定角度となるようにスキャンミラー２１ｄと集光レンズ３１ａの相対距離を調整する。また、集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの焦点Ｆ、Ｆ（図示せず）が円板状平砥石３の最外周最上部の砥粒３ｄ、３ｄの露出した頭部の高さＴ、Ｔ（図示せず）の位置に来るようにスキャンミラー２１ｄの振れ角Ｂ及び最大振れ位置Ｂ1、Ｂ2を調整する。レーザ発振器２１からのレーザ光２１ｂの射出は、スキャンミラー２１ｄの最大振れ位置Ｂ1、Ｂ2のときに行うようにする。
【００３３】
続いて、１軸移動ステージ２２ｃを制御して、平砥石３を回転させながら上方へ移動させることにより、焦点Ｆ、Ｆを平砥石３の外側から内側へ移動させ、平面部３ｃ、３ｃの全域にわたって砥粒３ｄ、３ｄの凹凸のある頭部を溶融、蒸発させてツルーイングし、砥粒平坦部を形成する。
【００３４】
この実施の形態４の調整装置４０では、１軸移動ステージ２２ｃでツルーイングの走査を行っているが、レーザ発振器２１、スキャンミラー２１ｄ及び集光レンズ３１ａを上下方向に移動させるようにしてもよい。
【００３５】
実施の形態４の調整方法によれば、表裏両面の平砥石を同時にツルーイングすることができるので、段取り替えの時間がかからず、また、調整装置４０は、１台のレーザ発振器２１しか使わないので実施の形態３よりも安価に構成できる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明の平砥石の調整方法によれば、集束レーザ光の集束角を１．５°以上に設定し、集束レーザ光の入射角が該レーザ光の設定された集束角以上であって４°以下の所定角度となるようにレーザ光の光軸と平砥石の平面部の相対角度を設定し、かつ焦点が砥粒の露出した頭部の高さとなるようにレーザ光を照射するので、焦点に集光前のレーザ光は砥石面と干渉してエネルギーロスすることなく砥粒の頭部に焦点を結びエネルギー密度の高い焦点で頭部を溶融または蒸発させて平坦化させ、焦点位置からかなり先でビーム径が拡大してエネルギー密度が低くなってから結合剤に浅い入射角で照射されるので、結合剤は溶融せず、レーザによる平砥石のツルーイングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の平砥石の調整装置の構成を示す側面図である。
【図２】 ツルーイング後の円板状平砥石を示す図である。
【図３】 平砥石に対するレーザ光の入射角の調整方法を示す図である。
【図４】 ツルーイング後の平砥石の表面状態を示す正面図である。
【図５】 この発明の実施の形態３の平砥石の調整装置の構成を示す側面図である。
【図６】 この発明の実施の形態３の平砥石の調整装置の他の例の構成を示す側面図である。
【図７】 この発明の実施の形態４の平砥石の調整装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１，３ 円板状平砥石、１ａ，３ａ 回転軸、１ｂ、３ｂ 円板状台金、１ｃ，３ｃ 外周平面部、１ｄ，３ｄ 砥粒、１ｅ、３ｅ メッキ層、１ｆ 砥粒平坦部、２０，３０，４０ 平砥石の調整装置、２１ レーザ発振器、２１ａ，３１ａ 集光レンズ、２１ｂ 集束レーザ光、２１ｃ 光軸、２１ｄ スキャンミラー、２２，３２ 移動ステージ、２２ａ ２軸移動ステージ、２２ｂ 傾斜ステージ、２２ｃ １軸移動ステージ、２２ｄ 回転ユニット、Ａ スキャンミラーと集光レンズの相対距離、Ｂ 振れ角、Ｄ 入射角、Ｆ 焦点、Ｔ 焦点高さ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば空調機用ロータリ圧縮機に内蔵されるシリンダベーンの溝加工や金型加工等に使用される平砥石のレーザによるツルーイングを行う平砥石の調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円柱状の軸付砥石を回転させ、この砥石の最外周の砥粒に砥石の接線方向からレーザ光を照射することにより砥石のツルーイングを行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２１１５５号公報（要約、図１〜図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の方法は、曲率のある円柱状砥石のツルーイングに有効であるが、平台座の平面部に砥粒が固着された曲率のない平砥石のツルーイングに適用することはできない。
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、台座の平面部に砥粒が固着された平砥石のツルーイングが可能な平砥石の調整方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る平砥石の調整方法は、平台座の平面部に結合剤により頭部を露出させて砥粒が固着された平砥石の調整方法において、集束レーザ光の集束角を１．５°以上に設定し、前記集束レーザ光の入射角が該レーザ光の設定された前記集束角以上であって４°以下の所定角度となるように該レーザ光の光軸と前記平面部の相対角度を設定し、かつ焦点が前記砥粒の露出した頭部の高さとなるように該レーザ光を照射し、前記焦点の前記平面部からの高さを変えずに該焦点が該平面部の外側から内側に移動するように該焦点と前記平砥石の相対位置を移動させることを特徴とするものである。
【０００７】
集束レーザ光の集束角を１．５°以上に設定し、前記集束レーザ光の入射角が該レーザ光の設定された集束角以上であって４°以下の所定角度となるようにレーザ光の光軸と平面部の相対角度を設定し、かつ焦点が砥粒の露出した頭部の高さとなるようにレーザ光を照射するので、焦点に集光前のレーザ光は砥石面と干渉してエネルギーロスすることなく砥粒の頭部に焦点を結びエネルギー密度の高い焦点で頭部を溶融または蒸発させて平坦化させ、焦点位置からかなり先でビーム径が拡大してエネルギー密度が低くなってから結合剤に浅い入射角で照射されるので、結合剤は溶融しない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照してこの発明に係る平砥石の調整方法及び装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
実施の形態１．
図１〜図４を用いて、この発明の実施の形態１を説明する。図１はこの発明の実施の形態１の平砥石の調整装置の構成を示す側面図、図２はツルーイング後の円板状平砥石を示す図、図３は平砥石に対するレーザ光の入射角の調整方法を示す図、図４はツルーイング後の平砥石の表面状態を示す正面図である。
【００１０】
図２に示すように、円板状の平砥石１は、中央部が円形凹部とされ平面部としての外周平面部１ｃが形成された平台座としての円板状台金１ｂと、外周平面部１ｃ上に結合剤としてのニッケルあるいはクロム等とともに電着されたＣＢＮあるいはダイヤモンド等の砥粒１ｄと、砥粒１ｄを外周平面部１ｃに頭部を露出させて固着させるニッケルあるいはクロム等のメッキ層１ｅ（結合剤）と、回転軸１ａとで構成されている。砥粒１ｄの配置は等ピッチであっても図２のようにランダムであってもよい。また、平砥石１は、必ずしも円板状である必要はなく四角板状であってもよく、回転軸が無く回転しないものでもよい。
【００１１】
図１に示すように、平砥石の調整装置２０は、平砥石１に集光レンズ２１ａを通してレーザ集束光２１ｂを照射するレーザ発振器２１と、平砥石１を３軸移動させる移動ステージ２２と、移動ステージ２２を制御する制御盤２３とを備え、移動ステージ２２は、平砥石１を回転軸１ａ部分で把持し回転させる把持具としての回転ユニット２２ｄと、回転ユニット２２ｄをレーザ集束光２１ｂの光軸２１ｃに対して傾斜させ、光軸２１ｃと平面部１ｃの相対角度（入射角）を設定する傾斜ステージ２２ｂと、傾斜ステージ２２ｂ上に設置され、回転ユニット２２ｄを支持して傾斜方向に移動させる１軸移動ステージ２２ｃと、傾斜ステージ２２ｂが設置され、傾斜ステージ２２ｂをレーザ集束光２１ｂの光軸２１ｃと垂直な面内で２軸移動させる２軸移動ステージ２２ａとからなっている。制御盤２３は、回転ユニット２２ｄ、１軸移動ステージ２２ｃ、傾斜ステージ２２ｂ及び２軸移動ステージ２２ａを制御する。なお、傾斜ステージ２２ｂ及び１軸移動ステージ２２ｃは、傾斜機能を併せ持つ1軸移動ステージに置き換えることができる。
【００１２】
次に、上述の調整装置２０による平砥石１のツルーイング方法（調整方法）について図１及び図３を参照して説明する。円板状平砥石１の回転軸１ａを回転ユニット２２ｄで把持し、傾斜ステージ２２ｂを制御盤２３で制御して集束レーザ光２１ｂの光軸２１ｃに対して傾斜させ、平砥石１の平面部１ｃに対する集束レーザ光２１ｂの入射角Ｄが集束レーザ光２１ｂの集束角Ｅ以上の所定角度となるように傾斜調整する。続いて、回転ユニット２２ｄで円板状平砥石１を回転させながら、２軸移動ステージ２２ａ及び１軸移動ステージ２２ｃを制御し、集束レーザ光２１ｂの焦点Ｆが円板状平砥石１の最外周最上部の砥粒１ｄの露出した頭部の高さＴの位置に来るように平砥石１を位置決めする。
【００１３】
続いて、１軸移動ステージ２２ｃを制御して、平砥石１を回転させながら、焦点Ｆの平面部１ｃからの高さＴを変えないで、平砥石１を傾斜方向に上方（レーザ光２１ｂの照射方向の逆方向）へ移動させることにより、焦点Ｆを平砥石１の外側から内側（中心方向）へ移動させ、平面部１ｃの全域にわたって砥粒１ｄの凹凸のある頭部を溶融、蒸発させてツルーイングし、図２に示すような砥粒平坦部１ｆを形成する。平砥石１を回転させない場合は、２軸移動ステージ２２ａによる横移動と１軸移動ステージ２２ｃによる上方移動を組み合わせて平砥石１を焦点Ｆで走査すれば、ツルーイングを行うことができる。
【００１４】
集束レーザ光２１ｂの入射角Ｄがレーザ光２１ｂの集束角Ｅ以上の所定角度となるようにレーザ光２１ｂの光軸２１ｃと平面部１ｃの相対角度を調整して設定し、かつ焦点Ｆが砥粒１ｄの露出した頭部の高さＴとなるようにレーザ光を照射するので、焦点Ｆに集光前のレーザ光２１ｂは砥石面（砥粒１ｄ及びメッキ層１ｅ）と干渉してエネルギーロスすることなく砥粒１ｄの頭部に焦点Ｆを結びエネルギー密度の高い焦点Ｆで頭部を溶融または蒸発させて平坦化させ、焦点Ｆ位置からかなり先でビーム径が拡大してエネルギー密度が低くなってから結合剤としてのメッキ層１ｅに浅い入射角Ｄで照射されるので、メッキ層１ｅは溶融しない。
【００１５】
次に、この実施の形態１の調整装置及び調整方法を用いて電着平砥石１に対してＹＡＧレーザ光２１ｂを照射してツルーイング試験を行った試験結果について説明する。この試験では、砥粒１ｄはＣＢＮ砥粒の＃１００以下、結合剤１ｅはニッケルメッキ層である。ＹＡＧレーザ発振器は、発振波長１，０６４ｎｍ、平均出力２．４Ｗ、レーザ集束角１．５°、焦点距離８０ｍｍ、焦点のビーム径約３０μｍである。図４は、入射角を４°と９°の２種類に設定しツルーイングした場合の平砥石１の表面状態を示す正面図である。
【００１６】
入射角Ｄを４°にした場合は、砥粒１ｄがツルーイングされて残っているが、入射角Ｄを９°にした場合は、メッキ層１ｅが溶融もしくは蒸発され、砥粒１ｄが除去されてしまっている。入射角Ｄが大きいと焦点Ｆ位置の先の近い位置でビーム径が小さくエネルギー密度が高い状態でレーザ光２１ｂがメッキ層１ｅに照射されるので、メッキ層１ｅが溶融もしくは蒸発してしまい、砥粒１ｄが除去され、ツルーイングはできない。また、焦点Ｆ位置より先ではすぐにレーザ光２１ｂのエネルギー密度が低くなるように集束角Ｅは１．５°以上であるのが好ましい。
【００１７】
試験に使用した平砥石１を回転ユニット２２ｄで回転させ、平砥石１に板状カーボンの平面部を押し当てて研削後、カーボンの表面粗さを測定した結果、ツルーイング前のＲｍａｘ約１０μｍに対し、ツルーイング後はＲｍａｘ約５μｍとなった。表面粗さはツルーイング後の平砥石１で向上しており、加工面精度が向上することを示している。
【００１８】
この実施の形態１の平砥石の調整方法において、図３に示す入射角Ｄを９°未満とすることにより砥粒１ｄの頭部は平坦状になる。研削加工時にこの平砥石１の砥粒１ｄ頭部の平坦部形状が被削材に転写されるため、加工面精度が向上する。
【００１９】
実施の形態２．
上述の実施の形態１の調整方法で平砥石１をツルーイングする調整工程後、またはツルーイングする調整工程前に、入射角Ｄを９°以上、例えば９０°にして平砥石１の結合剤１ｅにレーザ光２１ｂを照射しながら、１軸移動ステージ２２ｃ及び２軸移動ステージ２２ａを制御し、また回転ユニット２２ｄを作動させて平砥石１を移動させることによりレーザ光２１ｂで平砥石１（結合剤１ｅ）上を走査し、結合剤１ｅを溶融あるいは蒸発させて結合剤１ｅ及び砥粒１ｄを除去して平砥石１上に放射状や螺旋状の溝を形成する。このとき、レーザ集束角１．５°、焦点距離８０ｍｍ、焦点Ｆのビーム径約３０μｍの場合、入射角Ｄは９°以上でよい。
【００２０】
平砥石１面に溝を形成すると、被削材の加工面に作用する砥粒数が少なくなり加工負荷が減少する。また、溝を形成することで切り屑の排出性が向上する。
【００２１】
実施の形態３．
図５を用いて、この発明の実施の形態３を説明する。図５はこの発明の実施の形態３の平砥石の調整装置の構成を示す側面図である。図において、図１〜３と同一または相当する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２２】
図５に示すように、実施の形態３の円板状の平砥石３は、円板状台金３ｂの表裏に形成された砥粒３ｄ、３ｄと結合剤としてのメッキ層３ｅ、３ｅからなる砥石面と、回転軸３ａとを備えている。
【００２３】
平砥石の調整装置３０は、平砥石３の円板状台金３ｂの表裏に形成された砥石面のそれぞれに同一の集光レンズ３１ａを通して屈折・集束させたレーザ集束光２１ｂ、２１ｂを入射角Ｄ、Ｄで同時に照射するための、レンズ軸線３１ｄに対して互いに逆方向に角度Ｄ3、Ｄ3傾斜し、距離Ｈ、Ｈ離間して設置された２台以上のレーザ発振器２１、２１を備え、角度Ｄ3、Ｄ3と、距離Ｈ、Ｈは、調整可能となっている。
【００２４】
さらに調整装置３０は、平砥石３を３軸移動させる移動ステージ３２と、移動ステージ３２を制御する制御盤２３とを備え、移動ステージ３２は、平砥石３を回転軸３ａ部分で把持し回転させる把持具としての回転ユニット２２ｄと、回転ユニット２２ｄを支持して上下方向に移動させる１軸移動ステージ２２ｃと、１軸移動ステージ２２ｃが設置され、１軸移動ステージ２２ｃを水平方向に２軸移動させる２軸移動ステージ２２ａとからなっている。１軸移動ステージ２２ｃと２軸移動ステージ２ａとは組み合わされて回転ユニット２２ｄを３軸方向に移動させる３軸移動ステージを構成する。制御盤２３は、回転ユニット２２ｄ、１軸移動ステージ２２ｃ及び２軸移動ステージ２２ａを制御する。
【００２５】
次に、上述の調整装置３０による平砥石３のツルーイング方法（調整方法）について図５を参照して説明する。表裏に砥石面を備えた円板状平砥石３の回転軸３ａを回転ユニット２２ｄで把持し、２軸移動ステージ２ａを制御して円板状台金３ｂの中心をレンズ軸線３１ｄに一致させる。続いて、平砥石３の平面部３ｃ、３ｃに対する集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの入射角Ｄ、Ｄが集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの集束角Ｅ、Ｅ（図示せず）以上の所定角度となるようにレーザ発振器２１、２１の傾斜角Ｄ3、Ｄ3を調整し、また、集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの焦点Ｆ、Ｆ（図示せず）が円板状平砥石３の最外周最上部の砥粒３ｄ、３ｄの露出した頭部の高さＴ、Ｔ（図示せず）の位置に来るようにレーザ発振器２１、２１のレンズ軸線３１ｄからの距離Ｈ、Ｈを調整する。
【００２６】
続いて、１軸移動ステージ２２ｃを制御して、平砥石３を回転させながら上方へ移動させることにより、焦点Ｆ、Ｆを平砥石３の外側から内側（中心方向）へ移動させ、平面部３ｃ、３ｃの全域にわたって砥粒３ｄ、３ｄの凹凸のある頭部を溶融、蒸発させてツルーイングし、砥粒平坦部を形成する。
【００２７】
この実施の形態３の調整装置３０では、１軸移動ステージ２２ｃでツルーイングの走査を行っているが、レーザ発振器２１、２１及び集光レンズ３１ａを上下方向に移動させるようにしてもよい。また、入射角Ｄ、Ｄの調整は、集光レンズ３１ａを上下方向に移動させレーザ発振器２１、２１との相対距離を変更することによっても可能である。なお、この調整装置３０を用いて実施の形態１の平砥石１をツルーイングする場合は、レーザ発振器２１の一方を停止させておけばよい。
【００２８】
実施の形態３の調整方法によれば、表裏両面の平砥石を同時にツルーイングすることができるので、段取り替えの時間がかからず、また、調整装置３０は、２台のレーザ発振器が同一の集光レンズ３１ａを使うので安価に構成できる。
【００２９】
調整装置３０は、図６に示すように、２台以上のレーザ発振器２１、２１のそれぞれに集光レンズ２１ａ、２１ａを備え、円板状台金３ｂの中心線３１ｅに対して逆方向に入射角Ｄ、Ｄ分傾斜させ、距離Ｈ、Ｈ離間させて配置したものであっても良い。なお、この調整装置３０を用いて実施の形態１の平砥石１をツルーイングする場合は、レーザ発振器２１の一方を停止させるか取り外しておけばよい。
【００３０】
実施の形態４．
図７を用いて、この発明の実施の形態４を説明する。図７はこの発明の実施の形態４の平砥石の調整装置の構成を示す側面図である。図において、図１〜６と同一または相当する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３１】
平砥石の調整装置４０は、水平方向に集束レーザ光２１ｂを射出するレーザ発振器２１と、このレーザ光２１ｂを２方向以上へ屈折させ、平砥石３の円板状台金３ｂの表裏に形成された砥石面のそれぞれに同一の集光レンズ３１ａを通して屈折・集束させるためのスキャンミラー２１ｄとを備え、スキャンミラー２１ｄを角度Ｂの間で振動的に振らすことにより、２方向以上へ屈折されたレーザ集束光２１ｂ、２１ｂは、入射角Ｄ、Ｄで同時に平砥石３に照射される。入射角Ｄを調整するためにスキャンミラー２１ｄと集光レンズ３１ａの相対距離Ａが変更可能であり、集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの焦点Ｆ、Ｆ（図示せず）が円板状平砥石３の最外周最上部の砥粒３ｄ、３ｄの露出した頭部の高さＴ、Ｔ（図示せず）の位置に来るようにスキャンミラー２１ｄの振れ角Ｂ及び最大振れ位置Ｂ1、Ｂ2が調整可能である。
【００３２】
次に、上述の調整装置４０による平砥石３のツルーイング方法（調整方法）について図７を参照して説明する。表裏に砥石面を備えた円板状平砥石３の回転軸３ａを回転ユニット２２ｄで把持し、２軸移動ステージ２ａを制御して円板状台金３ｂの中心をレンズ軸線３１ｄに一致させる。続いて、平砥石３の平面部３ｃ、３ｃに対する集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの入射角Ｄ、Ｄが集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの集束角Ｅ、Ｅ（図示せず）以上の所定角度となるようにスキャンミラー２１ｄと集光レンズ３１ａの相対距離を調整する。また、集束レーザ光２１ｂ、２１ｂの焦点Ｆ、Ｆ（図示せず）が円板状平砥石３の最外周最上部の砥粒３ｄ、３ｄの露出した頭部の高さＴ、Ｔ（図示せず）の位置に来るようにスキャンミラー２１ｄの振れ角Ｂ及び最大振れ位置Ｂ1、Ｂ2を調整する。レーザ発振器２１からのレーザ光２１ｂの射出は、スキャンミラー２１ｄの最大振れ位置Ｂ1、Ｂ2のときに行うようにする。
【００３３】
続いて、１軸移動ステージ２２ｃを制御して、平砥石３を回転させながら上方へ移動させることにより、焦点Ｆ、Ｆを平砥石３の外側から内側へ移動させ、平面部３ｃ、３ｃの全域にわたって砥粒３ｄ、３ｄの凹凸のある頭部を溶融、蒸発させてツルーイングし、砥粒平坦部を形成する。
【００３４】
この実施の形態４の調整装置４０では、１軸移動ステージ２２ｃでツルーイングの走査を行っているが、レーザ発振器２１、スキャンミラー２１ｄ及び集光レンズ３１ａを上下方向に移動させるようにしてもよい。
【００３５】
実施の形態４の調整方法によれば、表裏両面の平砥石を同時にツルーイングすることができるので、段取り替えの時間がかからず、また、調整装置４０は、１台のレーザ発振器２１しか使わないので実施の形態３よりも安価に構成できる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明の平砥石の調整方法によれば、集束レーザ光の集束角を１．５°以上に設定し、集束レーザ光の入射角が該レーザ光の設定された集束角以上であって４°以下の所定角度となるようにレーザ光の光軸と平砥石の平面部の相対角度を設定し、かつ焦点が砥粒の露出した頭部の高さとなるようにレーザ光を照射するので、焦点に集光前のレーザ光は砥石面と干渉してエネルギーロスすることなく砥粒の頭部に焦点を結びエネルギー密度の高い焦点で頭部を溶融または蒸発させて平坦化させ、焦点位置からかなり先でビーム径が拡大してエネルギー密度が低くなってから結合剤に浅い入射角で照射されるので、結合剤は溶融せず、レーザによる平砥石のツルーイングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の平砥石の調整装置の構成を示す側面図である。
【図２】 ツルーイング後の円板状平砥石を示す図である。
【図３】 平砥石に対するレーザ光の入射角の調整方法を示す図である。
【図４】 ツルーイング後の平砥石の表面状態を示す正面図である。
【図５】 この発明の実施の形態３の平砥石の調整装置の構成を示す側面図である。
【図６】 この発明の実施の形態３の平砥石の調整装置の他の例の構成を示す側面図である。
【図７】 この発明の実施の形態４の平砥石の調整装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１，３ 円板状平砥石、１ａ，３ａ 回転軸、１ｂ、３ｂ 円板状台金、１ｃ，３ｃ 外周平面部、１ｄ，３ｄ 砥粒、１ｅ、３ｅ メッキ層、１ｆ 砥粒平坦部、２０，３０，４０ 平砥石の調整装置、２１ レーザ発振器、２１ａ，３１ａ 集光レンズ、２１ｂ 集束レーザ光、２１ｃ 光軸、２１ｄ スキャンミラー、２２，３２ 移動ステージ、２２ａ ２軸移動ステージ、２２ｂ 傾斜ステージ、２２ｃ １軸移動ステージ、２２ｄ 回転ユニット、Ａ スキャンミラーと集光レンズの相対距離、Ｂ 振れ角、Ｄ 入射角、Ｆ 焦点、Ｔ 焦点高さ。
Claims (3)
- 平台座の平面部に結合剤により頭部を露出させて砥粒が固着された平砥石の調整方法において、
集束レーザ光の集束角を１．５°以上に設定し、前記集束レーザ光の入射角が該レーザ光の設定された前記集束角以上であって４°以下の所定角度となるように該レーザ光の光軸と前記平面部の相対角度を設定し、かつ焦点が前記砥粒の露出した頭部の高さとなるように該レーザ光を照射し、前記焦点の前記平面部からの高さを変えずに該焦点が該平面部の外側から内側に移動するように該焦点と前記平砥石の相対位置を移動させることを特徴とする平砥石の調整方法。 - 回転軸を有する円板状台金の平面部に結合剤により頭部を露出させて砥粒が固着された円板状平砥石の調整方法において、
集束レーザ光の集束角を１．５°以上に設定し、前記集束レーザ光の入射角が該レーザ光の設定された前記集束角以上であって４°以下の所定角度となるように該レーザ光の光軸と前記平面部の相対角度を設定し、
前記回転軸回りに前記円板状平砥石を回転させながら該円板状平砥石の外周部に位置する前記砥粒の露出した頭部に該レーザ光の焦点が来るように該平砥石または該焦点を移動させ、
その後、該焦点の前記平面部からの高さを変えずに該焦点が該円板状平砥石の中心方向に移動するように該平砥石または該焦点を移動させることを特徴とする円板状平砥石の調整方法。 - 請求項１または２に記載の調整工程の前工程または後工程で、
前記集束レーザ光の入射角を前記所定角度より大きい角度に設定し、
前記結合剤に該集束レーザ光を照射しながら前記平砥石上を走査し、
該レーザ光照射部の該結合剤を溶融または蒸発させて該結合剤及び前記砥粒を除去し、前記平砥石面に溝を形成することを特徴とする平砥石の調整方法。
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