JPH11198047A

JPH11198047A - 砥石

Info

Publication number: JPH11198047A
Application number: JP10005570A
Authority: JP
Inventors: Masami Masuko; 正美益子; Makoto Tokoro; 誠所
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な研削仕上げ面を創成することができ、し
かも、研削能率の高い砥石を提供する。【解決手段】本砥石の台皿２０上には、砥粒の体積含有
率約５％未満(好ましくは約１％以上５％未満)の砥粒層
２１が形成されている。砥粒層２１とは、Ｎｉ、Ｃｏ若
しくはこれらの内の少なくとも一方を含む合金からなる
金属めっき相によって、硬質セラミックス砥粒や超砥粒
を結合している層のことである。また、この砥粒層２１
の表面には、研削液の供給路及び切り屑の排出路となる
べき複数の溝２１ｂが格子状に形成されている。但し、
溝２１ｂの幅及び数は、分割領域２１ａの総面積が、分
割領域２１ａ及び溝領域２１ｂの総面積の約５％以上７
５％以下となるように決定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研削能率が高く、
しかも、良好な研削仕上げ面を創成することができる砥
石に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラスレンズ等の光学素子の研削加工
は、通常、カーブジェネレータ等によって前加工面を創
成する粗研削及び中研削を経た後、遊離砥粒によって前
加工面に発生したうねりやピットを除去する精研削を行
うというように段階的に行われている。

【０００３】このような研削加工には、比較的単純な工
作機械によって良好な研削面を仕上げることができると
いう利点がある反面、精研削において使用された遊離砥
粒の廃棄処理が面倒であるという欠点もある。

【０００４】そこで、遊離砥粒による研削加工に代わ
り、ダイヤモンド砥粒等を含んだ砥石、特に、(１)ポリ
イミド樹脂、フェノール樹脂等を結合剤としたレジンボ
ンド砥石、(２)珪酸ガラス等を結合剤としたビトリファ
イド砥石、(３)銅、錫、鉄、コバルト等の金属(単一成
分または合金)を結合剤としたメタルボンド砥石による
研削加工が精研削に採用されるようになっている。

【０００５】通常、これら３種類の砥石は、何れも、図
４に示すようなペレット皿の形態で使用される。即ち、
ペレット１２に成型されてから台皿１１の表面に適当な
配列で貼り付けられた後、修正皿との摺合せによって形
状修正された状態で使用される。尚、このとき使用され
る台皿１１の表面は、加工物の仕上げ面形状の曲率にペ
レット１２の厚さ等を見込んだ曲率に予め成形されてい
る。

【０００６】ところが、これら３種類の砥石は、ペレッ
ト１２の貼り付け作業及び形状修正作業に多大な時間と
費用を要するという欠点を有している。

【０００７】そこで、これら３種類の砥石より寿命は多
少短いが、ペレットの貼り付け作業や形状修正作業が不
要で、しかも良好な研削仕上げ面を創成することができ
る電着砥石が注目され始めている。尚、この電着砥石
は、メタルボンド砥石の一種とされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
電着砥石には、上記３種類の砥石よりも研削能率が低い
という欠点がある。

【０００９】一般に、このような欠点を解消するには、
(１)砥粒径を大きくする、(２)研削圧を高くする等の対
策が有効であることが知られている。例えば、(１)に関
して、特開平４−２２３８７７号公報には、粒度３μｍ
〜４０μｍ、砥粒層の砥粒含有率５％〜２５％が適当で
あることが記載されている。

【００１０】確かに、このような対策(１)(２)をとるこ
とは、加工初期の研削能率の向上の達成には有用である
が、研削仕上げ面の面精度の低下をきたし、その後の研
磨仕上げ工程(通常、ラッピング工程)を煩雑にするとい
う弊害を生じさせる。

【００１１】そこで、本発明は、研削能率が高く、しか
も、良好な研削仕上げ面を創成することができる砥石を
提供することを第一の目的とする。また、こうした砥石
の寿命延長を図ることを第二の目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、金属めっき相に砥粒を含有させた砥粒層
を台皿上に有する砥石であって、前記砥粒層に占める砥
粒の体積含有率が、約５％未満であることを特徴とする
砥石を提供する。

【００１３】このように、砥粒層の砥粒の体積含有率を
約５％未満に抑制することによって、研削加工中に砥粒
１個当たりに加わる荷重を増加させれば、一般に良好な
研削仕上げ面を創成することができるとされる程度にま
で研削圧を低くした場合であっても研削力の低下をきた
さず、研削能率の低下を防止することができることが実
験的に確認されている。

【００１４】即ち、本構造によれば、研削能率の向上
と、研削仕上げ面の品位の向上とを確実に両立させるこ
とができる。

【００１５】また、上記問題を解決するための他の手段
として、本発明は、台皿上に、金属めっき相で砥粒を結
合した砥粒層を有する砥石であって、前記砥粒層の表面
には、当該表面を複数の分割領域に分割する溝が形成さ
れ、前記複数の分割領域の面積及び前記溝が占める領域
の面積の総和に対して、前記複数の分割領域の面積の総
和が約５％以上７５％以下であることを特徴とする砥石
を提供する。

【００１６】このように、加工物に研削作用を及ぼす分
割領域の総和面積を、複数の分割領域の面積及び溝が占
める領域の面積の総和の約５％以上７５％以下に抑制す
ることによっても、研削加工中に砥粒１個当たりに加わ
る荷重を増加させることができるため、前述の砥粒層の
砥粒の体積含有率を抑制した場合と同様な効果を得るこ
とができる。また、分割領域の面積を抑制した分だけ溝
領域が十分に確保され、研削加工中に研削液の供給と切
り屑の排出とがスムーズに行われるようになるため、分
割領域の表面の目づまり、目つぶれ、擦傷を防いで、長
期間に渡り、安定した切れ味を与えることができると共
に、摩擦熱による研削仕上げ面の加熱を防いで、研削仕
上げ面の品位を一層向上させることができる。

【００１７】即ち、本構造によれば、研削能率の向上
と、研削仕上げ面の品位の向上とを両立させることがで
きることに加えて、更に、砥石寿命の延長をも達成する
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係る実施の一形態について説明する。

【００１９】最初に、図１により、本発明に係る砥石の
基本構造について説明する。

【００２０】本砥石は、台皿２０と、台皿２０上に形成
された砥粒層２１との層状構造を有している。

【００２１】ここで使用される台皿２０は、予め、研削
仕上げ面の目標形状に倣うように成形されている。尚、
この台皿２０には、その形状に関する特別な制約はない
が、その材質に関しては、砥粒層２１の形成方法に応じ
た制約がある。例えば、電解めっき法で砥粒層２１を形
成する場合には、導電性材料で台皿２０を形成する必要
があるが、無電解めっき法で砥粒層２１を形成する場合
には、必ずしも導電性材料で台皿２０を形成する必要は
ない。

【００２２】一方、砥粒層２１は、Ｎｉ、Ｃｏ若しくは
これらの内の少なくとも一方を含む合金(Ｎｉ−Ｐ系合
金、Ｎｉ−Ｂ系合金、Ｎｉ−Ｐ−Ｗ系合金、Ｎｉ−Ｐ−
Ｒｅ系合金等)からなる金属めっき相をマトリックスと
して、硬質セラミックス砥粒(炭化珪素、窒化珪素、酸
化アルミニウム、酸化珪素等)や超砥粒(ダイヤモンド砥
粒、ＣＢＮ砥粒等)を結合している。

【００２３】但し、本実施の形態では、砥粒層２１中の
砥粒の体積含有率を、約５％未満、好ましくは、約１％
以上５％未満に制限してある。このような制限を設けた
理由は、砥粒１個当たりに加わる荷重を増加させること
によって、一般に良好な研削仕上げ面を創成することが
できるとされている程度にまで研削圧を低くした場合で
あっても研削力を低下させないためである。換言すれ
ば、研削仕上げ面の品位の向上と、研削能率の向上とを
両立させるためである。

【００２４】尚、ここで示した数値範囲の根拠は、砥粒
の体積含有率が互いに異なる本砥石を取り付けたオスカ
ー型研削機による連続加工実験の結果に基づき得られた
ものである。尚、そのときの被削物は、２００枚のアル
ミノシリケート系ガラス板(外径９０ｍｍ、内径１５ｍ
ｍ、厚さ１.１５ｍｍ)であり、そのときの加工条件及び
工具条件は、以下の通りである。

【００２５】［加工条件］研削荷重：２０ｋｇ工具回転数：８００ｒｐｍ研削液供給速度：３０００ｍｌ／ｍｉｎ目標研削量：１００μｍ［工具条件］台皿外径：２００ｍｍ内径：２０ｍｍ厚さ：２０ｍｍ砥粒層厚さ：１ｍｍ砥粒：ダイヤモンド砥粒(平均粒径６μｍ) 砥粒の体積含有率：１％金属めっき相：無電解Ｎｉ−Ｐ合金相分割領域：正方形(７ｍｍ×７ｍｍ) 溝寸法：幅７ｍｍ,深さ２ｍｍ研削液供給用穴：４箇所この加工実験によって、図２に示すように、砥粒の体積
含有率を約１５％とした場合には研削能率が約２０μｍ
／ｍｉｎ程度であるが、砥粒の体積含有率を少なくする
と研削能率が徐々に向上し、砥粒の体積含有率５％付近
を境界として研削能率の飛躍的な向上が認められること
が確認された。そして、現段階においては、砥粒の体積
含有率が約１％程度になった場合に、研削能率が約５０
μｍ／ｍｉｎにまで向上することが確認されている。

【００２６】また、砥粒の体積含有率を約１％以上５％
未満に抑制した砥石によって創成された研削仕上げ面を
検査した結果、その表面精度Ｒａは約０．５μｍになっ
ていた。

【００２７】従って、良好な研削仕上げ面が創成され、
且つ、飛躍的な研削能率の向上が認められた約１％以上
５％未満が、砥粒の体積含有率の数値範囲として好まし
い。

【００２８】また、この砥粒層２１の表面には、研削液
の供給路及び切り屑の排出路となるべき複数の溝２１ｂ
が規則的(本実施の形態では、格子状)に形成されてい
る。即ち、これらの溝２１ｂによって、砥粒層２１の表
面は、ほぼ周期的に配列する多角形(例えば、三角形、
四角形等)の領域２１ａ(以下、分割領域２１ａと呼ぶ)
に分割されている。ここで、分割領域２１ａの形状を多
角形としているのは、多角形の方が、これと同一の面積
の円や楕円よりも、加工物に積極的に切削作用を及ぼす
エッジ領域が多いためである。また、砥粒層２１の表面
を、周期的な配列を形成する分割領域２１ａに分割して
いるのは、研削仕上げ面に加工むらが生じないようにす
るためである。

【００２９】但し、本実施の形態では、これら分割領域
２１ａの面積の総和が、これら分割領域２１ａの面積及
び溝２１ｂが占める領域の面積の総和の約５％以上７５
％以下に制限されるように、溝２１ｂの幅及び数が決定
されている。このような制限を設けた理由は、第一に、
研削加工中に研削液の供給路及び切り屑の排出路となる
べき溝領域を十分に確保することによって、分割領域の
表面の目づまり、目つぶれ、擦傷を防いで、長期間に渡
り、安定した切れ味を与えると共に、摩擦熱による研削
仕上げ面の加熱を防いで、研削仕上げ面の品位の低下を
防止することにある。第二に、加工物に研削作用を及ぼ
す分割領域の面積の総和を抑制することによっても、研
削加工中に砥粒１個当たりに加わる荷重が増加するた
め、砥粒層の砥粒の体積含有率を抑制したことにより得
られる効果を一層高めることができるためである。

【００３０】尚、ここで示した数値範囲の根拠は、分割
領域の面積の総和が互いに異なる本砥石が取り付けられ
たオスカー型研削機による連続加工実験の結果に基づき
得られたものである。尚、そのときの被削物、加工条
件、及び、分割領域の面積を除く工具条件は、前述のも
のと同様である。

【００３１】この連続加工実験によって、図３に示すよ
うに、砥粒層２１に対する分割領域２１ａの面積率が小
さいほど、研削能率が高くなる一方で、研削量に対する
砥石摩耗量の比(砥石摩耗率)が小さくなることが確認さ
れた。

【００３２】そこで、本実施の形態では、研削能率の向
上と砥石寿命の延長との兼ね合いにより、最も実用ベー
スにのる約５％以上７５％以下の範囲を、砥粒層２１に
対する分割領域２１ａの面積率として選択したのであ
る。

【００３３】以上述べたことから明らかなように、本構
造を採用すれば、砥粒の体積含有率の抑制と分割領域の
面積制限との相乗効果によって、研削能率の向上、研削
仕上げ面の品位の向上、及び、砥石寿命の延長という３
つの課題を解決することができる。

【００３４】尚、仮に砥粒の体積含有率の抑制及び分割
領域の面積制限の内の何れか一方だけを採用することに
しても、少なくとも、研削能率の向上と、研削仕上げ面
の品位の向上とを両立できることは言うまでもない。

【００３５】ところで、本実施の形態では、砥粒層２１
の表面に複数の溝２１ｂを格子状に形成しているが、砥
粒層２１の表面を、ほぼ周期的に配列した多角形の分割
領域２１ａに分割することができれば、必ずしも、この
ようにする必要はない。また、各溝２１ａの幅は、必ず
しも一様である必要はなく、砥石の片減り防止のために
は、むしろ、線速が大きい分割領域２１ａほど多量の研
削液が供給されるように、砥石の回転軸Ｏから遠ざかる
ほど広くされていることが望ましい。

【００３６】また、砥石寿命の一層の延長を図ろうとす
る場合には、砥粒層２１の金属めっき相として、Ｎｉ、
Ｃｏの単一金属相よりも、高硬度の無電解Ｎｉ−Ｐ系合
金相等を採用することが望ましい。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係る砥石によれば、研削仕上げ
面の品位の向上、及び、研削能率の向上を達成すること
ができる。更に、砥石寿命の延長をも併せて達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係る砥石の正
面図であり、(ｂ)は、その側面図である。

【図２】砥粒の体積含有率と研削能率との関係を示した
図である。

【図３】分割領域の面積と研削能率との関係、及び、分
割領域の面積と砥石寿命との関係を示した図である。

【図４】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るペレット
皿の正面図であり、(ｂ)は、その側面図である。

【符号の説明】

２０…台皿２１…砥粒層２１ａ…分割領域２１ｂ…溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属めっき相に砥粒を含有させた砥粒層を
台皿上に有する砥石であって、前記砥粒層に占める砥粒の体積含有率が、５％未満であ
ることを特徴とする砥石。
【請求項２】金属めっき相に砥粒を含有させた砥粒層を
台皿上に有する砥石であって、前記砥粒層に占める砥粒の体積含有率が、約１％以上５
％未満であることを特徴とする砥石。
【請求項３】請求項１または２記載の砥石であって、前記砥粒層の表面には、当該表面を複数の分割領域に分
割する溝が形成され、前記複数の分割領域の面積及び前記溝が占める領域の面
積の総和に対して、前記複数の分割領域の面積の総和が
約５％以上７５％以下であることを特徴とする砥石。
【請求項４】金属めっき相に砥粒を含有させた砥粒層を
台皿上に有する砥石であって、前記砥粒層の表面には、当該表面を複数の分割領域に分
割する溝が形成され、前記複数の分割領域の面積及び前記溝が占める領域の面
積の総和に対して、前記複数の分割領域の面積の総和が
約５％以上７５％以下であることを特徴とする砥石。
【請求項５】請求項２、３及び４の何れか１項記載の砥
石であって、前記複数の分割領域の形状は、多角形であることを特徴
とする砥石。
【請求項６】請求項２、３及び４の何れか１項記載の砥
石であって、当該砥石の回転中心から離れるに従い、前記分割領域の
間隔が広がることを特徴とする砥石。
【請求項７】請求項２、３、４、５及び６の何れか１項
記載の砥石であって、前記複数の分割領域は、前記台皿上において周期的に配
列していることを特徴とする砥石。