JP4557458B2

JP4557458B2 - 研磨工具のツルーイング方法

Info

Publication number: JP4557458B2
Application number: JP2001136091A
Authority: JP
Inventors: 弘之遠藤; 憲一市川; 英利寒河江
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2021-05-07
Also published as: JP2002331463A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形金型等を研磨仕上加工するための研磨工具、そのツルーイング方法、前記研磨工具で研磨仕上げ加工された成形金型、この成形金型で得られた成形品及び、この成形品を用いて構成した装置に係り、該装置としては例えば、成形品としての光学素子を搭載した、高速で高精細な印字や画像が得られる印刷処理装置が挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
研磨工具をツルーイングする方法としては各種の従来技術であり、例えば特開平８−１５１２号公報や、特開２０００−６１８４０号公報が挙げられる。特開平８−１５１２号公報の「微粒砥石のドレッシング状態評価方法」は、砥石作用面のドレッシング状態の評価を能率良く行うものである。すなわち、砥石の作用面を所定のドレッシング条件でドレッシング加工し、洗浄した後、常温硬化型樹脂に砥石の作用面の形状を転写したレプリカを作製してレプリカの断面曲線を測定し、砥粒突き出し量と、断面曲線の微細な凹凸の性質を表わす値を求める操作を繰返し行って両者の相関を求め、これを利用してドレッシング状態の評価を行うものである。これにより、実研磨を行うことなくドレッシング状態を評価することができる。また、特開２０００−６１８４０号公報の「研磨工具のツルーイング及びドレッシング方法」は、研磨工具の表面に引っ掻き傷が形成されないようなツルーイング方法について開示するものである。
【０００３】
一方、研磨（研削）加工を行う場合において、遊離砥粒を用いた研磨（研削）工具の表面にスジをつけると、工具表面での砥粒の保持力が適切な状態となり、高効率な研磨（研削）加工が可能になるうえ、高精度な研磨表面が得られることが知られている。
【０００４】
図８は、表面（加工面）にスジ２ｂを形成した研磨工具１ｂの正面図である。スジ２ｂは、図示のように研磨工具１ｂの回転方向に平行に設けられている。このようなスジ２ｂの入っている研磨工具１ｂで研磨加工を行うと、研磨工具１ｂのどの断面（例えば、図１の側面図である図２に示す第１断面，第２断面，第３断面）においても、研磨工具の断面形状が同一のものになり、研磨加工された被加工物の表面に図９に示すように同一形状の「うねり」が発生する。図９は、図８の研磨工具の第１断面乃至第ｎ断面における研磨面のうねり状態と、その合成状態を示す模式的線図である。このため、合成された加工面には、各断面に生じている「うねり」と同一の「うねり」がそのまま残り、高精度の研磨面が得られない問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高精度・高効率の研磨加工が可能な研磨工具を得るために、研磨工具の表面（加工面）にスジの形状やスジ付けの方法即ちツルーイング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の研磨工具のツルーイング方法は、球又は球の一部からなる加工面にスジを形成する、遊離砥粒を用いて研磨を行う研磨工具のツルーイング方法であって、研磨工具を所定の回転速度ｒで回転させながら、円錐状の研磨加工面を有するツルアーを、前記回転速度ｒと等しいか又はこれと異なる所定の回転速度Ｒで回転させ、該ツルアーの前記円錐状研磨加工面の側面に研磨工具の加工面を当接せしめ、研磨工具の加工面の被加工物と接触する幅内に、研磨加工時の当該研磨工具の回転方向に対して交差するスジを形成し、前記スジは、当該研磨工具が１回転する間に、その加工面の被加工物と一度に接触する幅を横切るような傾斜角度で形成されることを特徴とする。
これにより、工具表面に存在する「うねり」の被加工物への転写を一層平均化し、被加工物に研磨による「うねり」の発生をなくして、高精度な加工物を得ることができる。また、スジをつけることにより高効率の研磨加工ができる。
【０００９】
研磨工具では、前記形状のツルアーを用いることにより、ドレッシング及びスジ付けを簡単に行うことができる。研磨工具の回転速度ｒとツルアーの回転速度Ｒとを同一とし、又は相異させることによりツルーイング状態が変り、所望のドレッシングやスジ付けを得ることができる。球又は球の一部を加工作用面として有する研磨工具を、すりばち状で円錐形状のツルアーによりツルーイングをすることによって、回転する工具の少なくとも加工時に被加工物と接触する幅において、工具表面にスジをつけることで、研磨工具を精度良く、また容易にツルーイングすることができる。
【００１０】
また、研磨工具の周速とツルアーの周速を変えることによつてツルーイングの粗工程と仕上げ工程をツルアーを交換せずに行うことで、ツルアー交換の工程を無くすことが作業時間短縮につながり、ツルアー交換時の研磨工具とツルアーの位置ずれが無くなることで高精度なツルーイングが可能となる。高精度なツルーイングが可能となることで、ツルーイング時間の短縮及び所望のツルーイング精度が得られずに再ツルーイングを行うことが無くなり、研磨工具のツルーイングによる消耗量が少なくなるうえ、電力の消費量が少なくなり環境負荷が低減される。
【００１１】
また、ツルーイングの粗工程では研磨工具の周速とツルアーの周速を高速に設定するのに対して、ツルーイングの仕上げ工程では研磨工具の周速よりツルアーの周速を高速にすることで、ツルアーを交換せずにツルーイングの粗工程と仕上げ工程を実現でき、粗工程では高能率でツルーイングを行い、仕上げ工程では工具の回転方向と平行でないスジを表面につけるか又は、被加工物と一度に接触する幅を工具の１回転の間に横切るスジを表面につけることができる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の研磨工具のツルーイング方法は、請求項１において、ツルアーを、研磨工具の加工面に圧接させることを特徴とする。圧接により、所望のスジを明確に形成でき、高精度・高効率の研磨加工ができる。
【００１３】
請求項３に記載の研磨工具のツルーイング方法は、請求項１又は２において、ツルアーを、研磨工具の加工面に対して押し当て送りすることを特徴とする。押し当て送りを１回以上行うことによりスジ付けが確実にでき、高精度・高効率の研磨加工ができる。
【００１４】
請求項４に記載の研磨工具のツルーイング方法は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、研磨工具が素材から切り出された新しい研磨工具であることを特徴とする。素材からの新しい研磨工具の表面には各種のスジが生じているため、ツルアーを用いてこのスジを消し取ることにより、所望のスジ付けを行うための素材研磨工具を粗加工することができる。
【００１５】
請求項５に記載の研磨工具のツルーイング方法は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、研磨工具が、使用中のものであることを特徴とする。使用中の研磨工具はツルアーによるツルーイングにより、表面に付着している付着物を除去でき、その後、所望のスジ付けを正確に行うことができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の研磨工具のツルーイング方法は、請求項３において、研磨工具の回転速度ｒ、ツルアーの回転速度Ｒ、ツルアーの研磨工具への押圧力Ｐ及びツルアーの押し当て送り速度ｖを、研磨工具のツルーイング条件に応じて制御手段によりコントロールすることを特徴とする。これにより、所望のドレッシングやツルーイングを自由に行うことができ、所望の研磨工具を適宜形成することが確実にできる。
【００１９】
請求項１乃至６のいずれかに記載のツルーイング方法を適用して得られた研磨工具を用いて研磨仕上げ加工された成形金型は、高精度の金型面を有しているので、高精度の製品を成形することができるものである。
【００２０】
また、上記成形金型により成形された成形品は、高精度製品であり、特に、高性能の光学素子が挙げられる。
【００２１】
また、上記成形品を構成要素として内蔵した装置は、高精度の成形品を構成要素とするため、例えば、装置として印刷処理装置の場合には高速で、かつ高精細な印字や画像を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。図１は本発明の形態における研磨工具１を示す。この研磨工具１では、球の一部を加工作用面として形成されているが、これに限定するものではない。研磨工具１はその回転軸まわりに回転速度ｒで回転駆動される。また、その表面の一部の幅Ｗの箇所が、加工時に被加工物と接触する幅に相当する。本実施の形態では、この幅Ｗの範囲内においてスジ２が形成されている。このスジ２は、図示のように研磨工具１の工具回転方向に対して交差する形状のものからなる。図２は図１の側面図であり、図示の半径方向に沿う多数個断面を第１断面，第２断面，第３断面（，…第ｎ断面）とする。
【００２３】
図３は、前記の第１断面乃至第ｎ断面における研磨工具１の表面のうねり状態を拡大表示したものである。図示のように、スジ２が工具回転方向に対し交差して形成されているため、第１断面から第ｎ断面にわたりうねりの形状は、ずれた状態で形成される。この点で図９の従来技術の場合とは異なる。各断面におけるうねりがずれているため、このようなうねり特性を有している研磨工具１により被加工物を研磨加工すると、図３に示すように各うねりが合成され、うねりのない平坦な、かつ高精度の加工物を得ることができる。なお、スジ２の大きさが加工面の加工精度に直接影響を与えるため、あまりスジが大きいと粗い加工面が得られる。また、スジが全くない場合は高精度加工は得られるが、研磨工具の表面を全くスジなしにドレッシングすることは困難であると共に、スジをつけることにより前記のように砥粒の保持が容易となり、高効率の研磨加工ができる。このため、スジ２の形状、傾斜角度や大きさ等を適宜設定することにより所望の精度の加工面を得ることができる。
【００２４】
図４の研磨工具１ａは、図１のスジ２と異なりスジとして、工具１ａが１回転する間に、被加工物と一度に接触する幅ｗを横切るような傾斜角度のスジ２ａを設けたものである。このようなスジ２ａを設けることにより、うねりが図１の研磨工具１の場合より少ない、平坦な加工面を得ることができる。
【００２５】
次に、前記スジ２，２ａを設けるための手段や、そのスジ付け方法等を説明する。工具形状として球又は球の一部を加工作用面として有する研磨工具１と、この研磨工具１をツルーイングするための工具を図５に示す。この工具は、鉢状で円錐形状の工具でありツルアー３と呼ぶ。このツルアー３の研磨工具１と接触する部分には、研磨工具を削るための砥粒が固定されている。このツルアー３と研磨工具１とを回転させ、互いに押し当てることによつてツルーイングが進行する。
【００２６】
一般的には工具を成形することをツルーイングといい、目立てを行うことをドレッシングというが、本発明ではそれらを区別しないでツルーイングという。ツルーイング工程では、第１に研磨工具を加工機に取り付けたときの研磨工具の回転振れを除去して所望の形状に加工する必要があり、この工程を本発明では粗工程と呼ぶ。これに対して研磨工具表面に所望のスジ２をつける工程を仕上げ工程と呼ぶ。
【００２７】
粗工程では研磨工具１の周速とツルアー３の周速とを同一に、かつ両者を高速に設定することで高能率に研磨工具１の成形を行うことができる。仕上げ工程では研磨工具の周速よりツルアーの周速を高速にすることによって研磨工具１の表面に所望のスジをつけることができる。研磨工具表面のスジ２の角度は、研磨工具１とツルアーの３と接触部分における相対速度の比によってが決まる。仕上げ工程では、粗工程より少なくとも研磨工具１の周速を小さくする。研磨工具の状態は加工性能に非常に大きな影響を及ぼすため、ツルーイングの粗工程を充分に行うことによって、研磨工具表面のスジ２の状態や、切粉や砥粒の付着の状態について初期状態を統一する。
【００２８】
ツルアー３と研磨工具１を互いに押し当てる方法としては、所定の荷重をかけて接触させる方法がある。この方法により高精度なツルーイングが実現できる。
また、別の方法として所定の寸法ずつ押し当てる。いわゆる定寸送りという方法がある。この方法によれば、押し当てた所定の寸法分を削るのに充分な時間をかけることにより、スパークアウト効果が得られるため、高精度なツルーイングが実現できる。
【００３０】
図６は、本発明の研磨工具のツルーイング方法を総括的に説明するための概要構成図である。研磨工具１は回転速度ｒで回転駆動される。研磨工具１の外面には、研磨工具１の表面をドレッシング又はツルーイングするための円錐面状の砥粒を有するツルアー３が当接係合する。このツルアー３は回転速度Ｒで回転駆動される。一方、ツルアー３には、これを研磨工具１側に押圧力Ｐで押圧する押圧手段や、送り速度ｖでツルアー３を押し送りする送り手段（いずれも図略）が付設されている。研磨工具１の回転手段、ツルアー３の回転手段、前記押圧手段、送り手段等はいずれも制御手段５によりコントロールされる。以上の構成において、制御手段５によるコントロールにより研磨工具１では、その性状に応じた所望の各種形態のドレッシングやツルーイングが可能になり、所望のスジ２等が形成される。
【００３１】
図７は、以上のツルーイング方法等によりドレッシング及びツルーイングされた研磨工具１によって製作される成形金型６を示す。研磨工具１が以上のように高精度の研磨面を得ることができる形状のものであるため、成形金型６は高精度のものに製作される。また、研磨工具１の切れ味もよく、高効率で金型製作が可能になる。
【００３２】
また、図７は、この成形金型６によって成形された製品、例えば、光学素子７を示す。成形金型６が高精度に形成されるため、光学素子７も高精度のものを製作することができる。また、この図７には、前記光学素子７を用いて組み付けられる装置８が示されている。この装置８としては、例えば、印刷処理装置等が挙げられる。
【００３３】
（実施例１）
球の一部を加工作用面として有する研磨工具を、すりばち状の円錐形状のツルアーによってツルーイングを行う実施例を示す。粗工程では荷重を３００ｇｆ，研磨工具回転速度を３００ｒｐｍ，ツルアー回転速度を３００ｒｐｍ，仕上げ工程では荷重を１００ｇｆ，研磨工具回転速度を５０ｒｐｍ，ツルアー回転速度を１５０ｒｐｍとしてツルーイングを行った。粗工程と仕上げ工程では同一のツルアーを使用しており、途中でツルアーの交換の必要はない。使用した研磨工具は素材から切り出して作成して初めて使用するものなので、作成時の研磨工具表面のスジをツルーイングによって消すのに充分なツルーイングを行った。工具表面を顕微鏡で観察して工具作成時のスジが消えたかどうかを判断した。
【００３４】
このようにツルーイングされたウレタン製の研磨工具を使用して研磨加工を行った。ダイヤモンドスラリーを滴下しながら、所定の荷重を１．０Ｎに設定して、工具回転速度を１００ｒｐｍ，工具送り速度を４０〜１２０ｍｍ／ｍｉｎとして、ステンレス製金型の加工を行った。研磨加工中に工具に対してブラシを押し当てながらインプロセスクリーニングを行うことによつて、工具表面に付着した切粉と余分な砥粒を除去することを行った。以上により高精度で高能率な研磨加工が実現できた。
【００３５】
（実施例２）
球の一部を加工作用面として有する工具をすりばち状の円錐形状のツルアーによってツルーイングを行う実施例を示す。粗工程では切り込みを３０μｍを３回，研磨工具回転速度を３００ｒｐｍ，ツルアー回転速度を３００ｒｐｍ，仕上げ工程では切り込みを５μｍを２回，研磨工具回転速度を４０ｒｐｍ，ツルアー回転速度を１００ｒｐｍとしてツルーイングを行った。粗工程と仕上げ工程では同一のツルアーを使用しており、途中でツルアーの交換の必要はない。使用した研磨工具は一度使用した工具なので、前回の研磨による研磨工具への付着物を除去するのん充分なツルーイングを行った。工具表面を顕微鏡で観察して付着物が残存しているかどうかを判断した。ここで工具材質によっては付着物が完全には除去できないものもあるので、必ずしも完全には除去する必要が無く、各加工において初期状態が同じ状態になればよい。ツルーイング後の研磨工具の色で判断する方法や、予めツルーイング量を決めておいてそのツルーイング量を毎回行うという方法がある。又は、実際に研磨を行ってみてその研磨量が所定の値となることでツルーイング終了と判断する方法もある。
【００３６】
このように、ツルーイングされたウレタン製の研磨工具を使用して研磨加工を行った。ダイヤモンドスラリーを滴下しながら、所定の荷重を３．０Ｎに設定して、工具回転速度を２００ｒｐｍ，工具送り速度を３０〜２００ｍｍ／ｍｉｎとして、ステンレス製金型の加工を行った。研磨加工中に工具に対してブラシを押し当てながらインプロセスクリーニングを行うことによって工具表面に付着した切粉と余分な砥粒を除去することを行った。以上により高精度で高能率な研磨加工が実現できた。
【００３７】
以上の説明において研磨工具１，１ａの形状を前記説明のものとしたが、その形状やスジの形状等については前記の説明のものに限定するものではない。また、ツルアーについても前記のものに限定するものではない。
【００３８】
【発明の効果】
１）本発明の請求項１に係る研磨工具のツルーイング方法によれば、ツルアーを用いることによりドレッシング及びスジ付けが容易に、かつ高効率に行われる。また、研磨工具とツルアーの回転速度のコントロールのみにより所望のドレッシングやスジ付けを効率的に行うことができる。また、この方法により得られた研磨工具によれば、工具表面に存在する「うねり」の被加工面への転写を高精度に平均化することができ、うねりの生じていない加工物を得ることができ、高精度・高効率の研磨（研削）加工が可能になる。
２）本発明の請求項２に係る研磨工具のツルーイング方法によれば、ツルアーを圧接させることにより、より明確なスジを形成することができる。
３）本発明の請求項３に係る研磨工具のツルーイング方法によれば、押し当て送りを１回以上行うことにより、スジ付けを確実、かつ高精度に行うことができる。
４）本発明の請求項４に係る研磨工具のツルーイング方法によれば、素材状態の研磨工具はその表面を簡単に綺麗にドレッシングすることができ、このスジ付けを高精度に行うことができる。
５）本発明の請求項５に係る研磨工具のツルーイング方法によれば、研磨工具に付着している付着物をツルアーにより完全に取り外すことができ、使用中の研磨工具を高精度・高効率にツルーイングすることができる。
６）本発明の請求項６に係る研磨工具のツルーイング方法によれば、ドレッシングやツルーイングを自由に行うことができ、所望の研磨工具を適宜形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスジ付き研磨工具の正面図。
【図２】図１の研磨工具の第１断面乃至第３断面を示す側面図。
【図３】研磨工具の第１断面乃至第ｎ断面における研磨面のうねり状態と、その合成状態を示す模式的線図。
【図４】本発明の他の実施の形態に係るスジ付き研磨工具の正面図。
【図５】ツルアーと研磨工具との係合状態を示す正面図。
【図６】研磨工具のツルーイング方法の総括的説明図。
【図７】本発明のツルーイング方法により得られた研磨工具により製作される成形金型、この成形金型による成形品及びこの成形品を用いた装置を示す模式図。
【図８】従来のスジ付き研磨工具の正面図。
【図９】図８の研磨工具の第１断面乃至第ｎ断面における研磨面のうねり状態と、その合成状態を示す模式的線図。
【符号の説明】
１研磨工具
１ａ研磨工具
２スジ
２ａスジ
３ツルアー
５制御手段
６成形金型
７成形品
８装置

Claims

球又は球の一部からなる加工面にスジを形成する、遊離砥粒を用いて研磨を行う研磨工具のツルーイング方法であって、研磨工具を所定の回転速度ｒで回転させながら、円錐状の研磨加工面を有するツルアーを、前記回転速度ｒと等しいか又はこれと異なる所定の回転速度Ｒで回転させ、該ツルアーの前記円錐状研磨加工面の側面に研磨工具の加工面を当接せしめ、研磨工具の加工面の被加工物と接触する幅内に、研磨加工時の当該研磨工具の回転方向に対して交差するスジを形成し、前記スジは、当該研磨工具が１回転する間に、その加工面の被加工物と一度に接触する幅を横切るような傾斜角度で形成されることを特徴とする研磨工具のツルーイング方法。
ツルアーを、研磨工具の加工面に圧接させることを特徴とする請求項１に記載の研磨工具のツルーイング方法。
ツルアーを、研磨工具の加工面に対して押し当て送りすることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨工具のツルーイング方法。
研磨工具が、素材から切り出された新しい研磨工具であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨工具のツルーイング方法。
研磨工具が、使用中のものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨工具のツルーイング方法。
研磨工具の回転速度ｒ、ツルアーの回転速度Ｒ、ツルアーの研磨工具への押圧力Ｐ及びツルアーの押し当て送り速度ｖを、研磨工具のツルーイング条件に応じて制御手段によりコントロールすることを特徴とする請求項３に記載の研磨工具のツルーイング方法。