JPH11207637A - 研削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】砥石の脱落を抑制するとともに、比較的硬い材
料に対する加工をも可能とする研削工具を提供するこ
と。 【解決手段】本発明の研削工具１は、円柱状の砥石基材
２と、該砥石基材２の先端部の外周全周にわたって等間
隔で配設された棒状をなす複数の砥石（ダイヤモンドチ
ップ）４とを備えている。砥石４は、その一部が砥石基
材２の外周面５より外側に露出し、残部が砥石基材２内
に埋入されている。砥石４の埋入部分４１における周方
向の最大幅をＬ₁ 、砥石４の露出部分４２における周方
向の最大幅をＬ₂ としたとき、Ｌ₁ ／Ｌ₂ ＞１なる関係
を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、例えば微細な溝形
状や非球面形状のような曲面形状を研削加工、切削加工
するのに用いられる研削工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回折レンズや回折格子は、例え
ば、予め精密加工された型を用いたガラスモールドによ
り製造される場合がある。この場合、この型は、無電解
Ｎｉメッキやアルミニウムの真空蒸着によって金属薄膜
形成のなされた樹脂等の基材に対して切削加工またはバ
ニシングを施すことによって得られている。

【０００３】図４は、従来の切削加工によって回折レン
ズ型を製造する例を示している。この例において、回折
レンズ型の元になる基材５０は、図示しないスピンドル
モータにより軸６０回りに回転している。そして、基材
５０の被加工面に単結晶ダイヤモンドバイト５１が当て
付けられて、この被加工面をなす物質が単結晶ダイヤモ
ンドバイト５１によって切削、除去される。その結果、
基材５０の被加工面上に、微細な溝形状が形成されるの
である。

【０００４】また、図５は、従来のバニシングによって
回折格子型を製造する例を示している。この例におい
て、回折格子型の元になる基材５２は、図示しないスラ
イドテーブルにより紙面に直交する方向へ進退移動す
る。そして、２つの円錐をそれらの底面で接合した形状
に研磨された成形ダイヤモンド工具５３が、基材５２の
表面に押し付けられ、成形ダイヤモンド工具５３が回転
されて、その形状が基材５２の表面に転写される。その
結果、基材５２の被加工面上に、微細な溝が形成される
のである。

【０００５】また、これら回折レンズや回折格子は、直
接、樹脂ブロックをダイヤモンドバイト５１によって切
削するか成形ダイヤモンド工具によってバニシングする
ことによって製造される場合もある。

【０００６】しかしながら、従来の加工法によると、前
記ダイヤモンドバイト５１を用いた切削加工の場合であ
っても、前記成形ダイヤモンド工具５３を用いたバニシ
ングの場合であっても、同一の工具の同一の作用切刃が
常時被加工面に接触して加工を行うので、作用切刃にか
かる負担が大きく、この作用切刃が摩耗し易い。このた
め、従来の加工法によると、被加工材料の種類が銅、ア
ルミニウム、無電解Ｎｉメッキ、樹脂等の比較的柔らか
い材料に限られてしまい、光学ガラス、超硬セラミック
ス、鉄鋼材、超硬合金等の比較的硬い材料を加工するの
は非常に困難であった。

【０００７】一方、非球面レンズも、ガラスモールド法
によって製造される場合がある。この場合、それを製造
するための型（非球面金型）は、型の元となる基材の表
面に対し、円柱型砥石（研削工具）を高速回転しつつ４
５°の角度で当て付け、そのエッジ部近傍が基材の表面
を削り取ることによって製造されている。この円柱型砥
石としては、レジンボンド砥石、電着砥石等が用いられ
ている。

【０００８】ここで、レジンボンド砥石とは、例えばダ
イヤモンド砥粒を混入したボンド材を円柱状の砥石基材
の周囲に固着したものである。また、電着砥石とは、例
えばダイヤモンド砥粒を金属メッキ層によって砥石基材
の先端部近傍に固定したものである。

【０００９】しかしながら、これらの円柱型砥石（レジ
ンボンド砥石、電着砥石等）は、ダイヤモンド砥粒の配
置上の問題から、被加工物の加工時に、エッジ部におい
てダイヤモンド砥粒が容易に脱落したり、摩耗したりし
てしまい、被加工物の形状や面精度が不安定となるとい
う欠点がある。そのために、超精密加工には用いること
ができなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、砥石の脱落を
抑制するとともに、比較的硬い材料に対する加工をも可
能とする研削工具を提供すること、また、微細な溝加工
が必要な回折レンズ型、回折格子型、回折格子自体等の
加工や、球面、非球面等の曲面加工に用いることができ
る研削工具を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（８）の本発明により達成される。

【００１２】（１） 回転体形状の砥石基材と、前記砥
石基材の先端部の外周全周にわたって配設された棒状を
なす複数の砥石とを備える研削工具であって、前記砥石
は、その一部が前記砥石基材の外周面より外側に露出
し、残部が前記砥石基材内に埋入されており、砥石の埋
入部分における周方向の最大幅をＬ₁ 、砥石の露出部分
における周方向の最大幅をＬ₂ としたとき、Ｌ₁ ／Ｌ₂
＞１なる関係を満足することを特徴とする研削工具。

【００１３】（２） 回転体形状の砥石基材と、前記砥
石基材の先端部の外周全周にわたって配設された棒状を
なす複数の砥石とを備える研削工具であって、前記砥石
は、その一部が前記砥石基材の外周面より外側に露出
し、残部が前記砥石基材内に埋入されており、砥石の埋
入部分における周方向の最大幅をＬ₁ 、砥石の露出部分
における周方向の最大幅をＬ₂ としたとき、Ｌ₁ ／Ｌ₂
≧１．２なる関係を満足することを特徴とする研削工
具。

【００１４】（３） 回転体形状の砥石基材と、前記砥
石基材の先端部の外周全周にわたって配設された棒状を
なす複数の砥石とを備える研削工具であって、前記砥石
は、その一部が前記砥石基材の外周面より外側に露出
し、残部が前記砥石基材内に埋入されており、砥石の埋
入部分における周方向の最大幅をＬ₁ 、砥石の露出部分
における周方向の最大幅をＬ₂ としたとき、１２≧Ｌ₁
／Ｌ₂ ≧１．４なる関係を満足することを特徴とする研
削工具。

【００１５】（４） 前記砥石の横断面形状が多角形で
ある上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の研削工
具。

【００１６】（５） 回転体形状の砥石基材と、前記砥
石基材の先端部の外周全周にわたって配設され、横断面
が四角形の棒状をなす複数の砥石とを備える研削工具で
あって、前記砥石は、横断面における１つの対角線が前
記砥石基材の外周面を横断し、他の１つの対角線が前記
砥石基材の外周面より内側に位置するよう固定されてい
ることを特徴とする研削工具。

【００１７】（６） 前記砥石基材の外周面を横断して
いる１つの対角線は、前記砥石基材の半径方向に向いて
いる上記（５）に記載の研削工具。

【００１８】（７） 前記砥石は、その長手方向が前記
砥石基材の中心軸と平行となるように、かつ、前記砥石
基材の外周面の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されて
いる上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の研削工
具。

【００１９】（８） 前記砥石は、ダイヤモンドチップ
である上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の研削
工具。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の研削工具を添付図
面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明の研削工具の実施例を示す
上面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。これ
らの図に示すように、本発明の研削工具１は、略円柱状
（回転体形状）の砥石基材２と、砥石基材２の先端部の
外周全周にわたって配設された棒状をなす複数の砥石４
とを備えてなるものである。

【００２２】砥石基材（砥石支持台）２は、例えば合金
工具鋼ＳＫＳで構成されている。砥石基材２の寸法は、
例えば直径１．８mm、長さ８mmとされる。

【００２３】砥石基材２の先端部の外周部には、例えば
放電加工により形成された複数の溝３が形成されてい
る。これらの溝３内に、それぞれ、後述する砥石４が挿
入、固定される。本実施例では、各溝３は、その長手方
向が砥石基材２の中心軸６と平行となるように、かつ、
砥石基材２の外周面の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置
されている。また、溝３の図２中上端は、砥石基材２の
先端面に開放している。

【００２４】各砥石４は、ダイヤモンドで構成されたダ
イヤモンドチップであり、その形状は、棒状（柱状）を
なしている。この砥石４の横断面形状は、好ましくは多
角形であり、図示の実施例では、正方形（四角形）であ
る。この砥石４の寸法は、例えば、０．２mm×０．２mm
角で、長さ２mm程度とされる。

【００２５】各砥石４は、その長手方向が砥石基材２の
中心軸６と平行となるように、かつ、砥石基材２の外周
面の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている。

【００２６】本発明では、砥石基材２に対する砥石４の
配置に特徴を有する。以下詳述する。

【００２７】砥石４は、その一部が砥石基材２の外周面
５より外側に露出し、残部が砥石基材２内、すなわち溝
３内に埋入されている。図１に示すように、砥石４の埋
入部分４１における周方向の最大幅をＬ₁ 、砥石４の露
出部分４２における周方向の最大幅をＬ₂ としたとき、
Ｌ₁ ／Ｌ₂ ＞１なる関係を満足する。

【００２８】換言すれば、砥石４は、横断面における１
つの対角線４３が砥石基材２の外周面５を横断し（特
に、砥石基材２の半径方向に向き）、他の１つの対角線
４４が砥石基材２の外周面５より内側（中心側）に位置
するよう固定されている。

【００２９】以上のような位置関係となるように砥石４
を配置したことにより、埋入部分４１の最大幅Ｌ₁ の部
分がくさびと同様の機能を発揮し、砥石４の外周方向へ
の移動を阻止する。その結果、砥石４の砥石基材２に対
する固着力が高まり、砥石４の脱落が防止または抑制さ
れる。

【００３０】また、埋入部分４１の最大幅Ｌ₁ と露出部
分４２の最大幅Ｌ₂ とは、さらに、Ｌ₁ ／Ｌ₂ ≧１．２
なる関係を満足することが好ましく、１２≧Ｌ₁ ／Ｌ₂
≧１．４なる関係を満足することがより好ましい。

【００３１】Ｌ₁ ／Ｌ₂ の下限値を設ける理由は、Ｌ₁
／Ｌ₂ がこの下限値未満であると、研削工具１に例えば
過大な応力や衝撃が作用した場合に、砥石４の脱落が生
じ易くなるからである。

【００３２】また、Ｌ₁ ／Ｌ₂ の上限値を設ける理由
は、Ｌ₁ ／Ｌ₂ がこの上限値を超えると、砥石４の露出
部分４２の突出量が少なくなるので、被加工物との接触
長さが極短となり、砥石４の摩耗が早くなる（寿命が短
くなる）。

【００３３】図３に、比較例としての研削工具１０を示
す。この研削工具１０は、本発明の研削工具１と同様
に、砥石基材２０の先端部の外周全周にわたって、砥石
４と同形状の複数の砥石４０を溝３０内に固定したもの
であるが、各砥石４０は、本発明の研削工具１のそれに
対し、４５°ずらして配置されている。すなわち、砥石
４０の埋入部分４１の最大幅Ｌ₁ と露出部分４２の最大
幅Ｌ₂ とが等しく、Ｌ₁／Ｌ₂ ＝１となっている。

【００３４】このような砥石４０の配置では、砥石４０
の砥石基材２０に対する結合力は、砥石４０の外面と溝
３０の内面との接着力にのみ依存しているため、本発明
の研削工具１に比べ、砥石４０の脱落が生じ易い。

【００３５】次に、研削工具１の製造方法（組立方法）
の一例について説明する。 ［１］０．２mm×０．２mm×２mmの角柱状ダイヤモンド
よりなる砥石４を８個作製する。

【００３６】［２］合金工具鋼ＳＫＳのブロックから直
径１．８mmφ×長さ８mmの砥石基材２を切り出し、その
外周面に、放電加工により８本の溝３を等間隔（中心角
４５°間隔）で形成する。この場合、溝３の形状は、例
えば砥石４の埋入部分４１と同様の形状、これに近似し
た形状、その他円形等が可能である。

【００３７】［３］砥石４の配置（位置関係）が前述し
た条件となるように、各溝３内に砥石４を開放側から挿
入し、仮固定する。

【００３８】［４］例えば接着剤による接着、ろう付
け、メッキ（例えば無電解Ｎｉメッキ）、圧入、焼バ
メ、焼結（特にプラズマ焼結）等の方法により、砥石基
材２に各砥石４を固定する。

【００３９】［５］研削工具１の先端面および外周面
（側面）を公知の方法によりツルーイングし、鋭いエッ
ジを形成する。このエッジにより、被加工物に対し、微
細で精密な加工、特に溝加工や曲面加工が可能となる。

【００４０】本発明の研削工具１は、前記エッジの摩耗
や欠損が少なく、耐久性に優れる。そのため、銅、アル
ミニウム、無電解Ｎｉメッキ、樹脂等の比較的柔らかい
材料はもちろんのこと、例えば光学ガラス、セラミック
ス、鉄鋼材、ステンレス鋼、超硬合金、チタンまたはチ
タン合金等の比較的硬い材料を加工することもできる。

【００４１】また、本発明の研削工具１は、砥石４全体
に対しその露出部分４２が小さく、被加工物との接触長
さが非常に短くなるため、前記研削工具１０に比べ、加
工抵抗が少ない。その結果、研削加工に伴う振動の発生
が抑制され、セラミックスに代表される脆性材料に対し
ても、クラック等を生じることなく加工することができ
る。すなわち、被加工物の種類、組成、特性の範囲が広
がる。

【００４２】なお、本発明の研削工具における「研削」
の用語は、機械工学上用いられる狭義の意味での「研
削」のみならず、その他の例えば「切削」、「研磨」等
を含む広義の意味で用いられるものである。

【００４３】以上、本発明の研削工具を図示の実施例に
ついて説明したが、本発明は、これに限定されるもので
はなく、例えば、砥石４の横断面形状は、四角形以外の
多角形またはその他任意の形状のものが可能である。

【００４４】また、砥石基材２０に対する砥石４の配置
間隔や設置数も特に限定されない。

【００４５】また、砥石基材２０は、円柱状に限らず、
例えば、円筒状（中空）、中実または中空の円錐台形状
等、任意の回転体形状が可能である。

【００４６】また、砥石基材２０や砥石４の構成材料
は、前述したもの以外のものであってもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の研削工具に
よれば、砥石の脱落を防止または抑制することができ
る。

【００４８】また、耐久性に優れ、加工抵抗の減少によ
る振動の発生が抑制できること等から、比較的硬い材料
や脆い材料に対する加工をも可能となり、被加工材料の
選択の幅が広がる。

【００４９】また、回折レンズ型、回折格子型、回折格
子自体等に対する溝加工や、球面、非球面等の曲面加工
に好ましく適用され、その加工精度も高い。

【００５０】また、本発明の研削工具は、砥石の脱落を
防止するために別途特別の対策を講じる必要もなく、製
造が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研削工具の実施例を示す上面図であ
る。

【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】比較例の研削工具の構成を示す上面図である。

【図４】従来の切削加工による回折レンズ型の製造を示
す図である。

【図５】従来のバニシングによる回折格子型の製造を示
す図である。

【符号の説明】 １ 研削工具 ２ 砥石基材 ３ 溝 ４ 砥石 ４１ 埋入部分 ４２ 露出部分 ４３、４４ 対角線 ５ 外周面 ６ 中心軸 ６０ 軸 ５０ 基材 ５１ 単結晶ダイヤモンドバイト ５２ 基材 ５３ 成形ダイヤモンド工具 １０ 研削工具 ２０ 砥石基材 ３０ 溝 ４０ 砥石

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体形状の砥石基材と、前記砥石基材
   の先端部の外周全周にわたって配設された棒状をなす複
   数の砥石とを備える研削工具であって、 前記砥石は、その一部が前記砥石基材の外周面より外側
   に露出し、残部が前記砥石基材内に埋入されており、砥
   石の埋入部分における周方向の最大幅をＬ₁ 、砥石の露
   出部分における周方向の最大幅をＬ₂ としたとき、Ｌ₁
   ／Ｌ₂ ＞１なる関係を満足することを特徴とする研削工
   具。
2. 【請求項２】 回転体形状の砥石基材と、前記砥石基材
   の先端部の外周全周にわたって配設された棒状をなす複
   数の砥石とを備える研削工具であって、 前記砥石は、その一部が前記砥石基材の外周面より外側
   に露出し、残部が前記砥石基材内に埋入されており、砥
   石の埋入部分における周方向の最大幅をＬ₁ 、砥石の露
   出部分における周方向の最大幅をＬ₂ としたとき、Ｌ₁
   ／Ｌ₂ ≧１．２なる関係を満足することを特徴とする研
   削工具。
3. 【請求項３】 回転体形状の砥石基材と、前記砥石基材
   の先端部の外周全周にわたって配設された棒状をなす複
   数の砥石とを備える研削工具であって、 前記砥石は、その一部が前記砥石基材の外周面より外側
   に露出し、残部が前記砥石基材内に埋入されており、砥
   石の埋入部分における周方向の最大幅をＬ₁ 、砥石の露
   出部分における周方向の最大幅をＬ₂ としたとき、１２
   ≧Ｌ₁ ／Ｌ₂ ≧１．４なる関係を満足することを特徴と
   する研削工具。
4. 【請求項４】 前記砥石の横断面形状が多角形である請
   求項１ないし３のいずれかに記載の研削工具。
5. 【請求項５】 回転体形状の砥石基材と、前記砥石基材
   の先端部の外周全周にわたって配設され、横断面が四角
   形の棒状をなす複数の砥石とを備える研削工具であっ
   て、 前記砥石は、横断面における１つの対角線が前記砥石基
   材の外周面を横断し、他の１つの対角線が前記砥石基材
   の外周面より内側に位置するよう固定されていることを
   特徴とする研削工具。
6. 【請求項６】 前記砥石基材の外周面を横断している１
   つの対角線は、前記砥石基材の半径方向に向いている請
   求項５に記載の研削工具。
7. 【請求項７】 前記砥石は、その長手方向が前記砥石基
   材の中心軸と平行となるように、かつ、前記砥石基材の
   外周面の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている請
   求項１ないし６のいずれかに記載の研削工具。
8. 【請求項８】 前記砥石は、ダイヤモンドチップである
   請求項１ないし７のいずれかに記載の研削工具。