JPS5973267A - 脆性材料の研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、オーディオレコード針、ビデオディスク再生
針、ダイヤモンドバイト等に使用されるダイヤモンド、
サファイヤ、水晶等の脆ｉ　材ｆ４　（７）研磨装置に
関するものである。

従来例の構成とその問題点 オーディオレコード針や、ビデオディスク再生針あるい
はダイヤモンドバイトのように、回転する物体に接触状
態で位置せしめ、なおかつ高精度の形状を維持する目的
のためには耐摩耗性に優れた材料が要求される。そのた
めには、高硬度で耐熱性、耐環境性に富み、長期に渡っ
て結晶構造か安定しているダイヤモンド、サファイヤ、
水晶等の結晶性脆性材料が適用される。ところが一方こ
れら材料を加工という観点から見るならば共通的な性質
として、 １　著しい結晶異方性を有し、例えは第１図に示すごと
〈ダイヤモンドの（１ｏ　ｏ　：而から（１１０１面の
範囲に訃いて、加工方向によっては加工速度が数１０倍
異なることが報告されていること、 ２　脆性的な性質が著しく、つ′！、り引っ張り応力に
よる塑性変形抵抗が大きいために、小さな衝撃力によっ
ても、容易に破砕し、チッピング（微小な欠け）を引き
起こすこと、 ３　最終研磨加工状態にむいては、加工点での熱および
振動が加工仕上面品位に大きな影響をおよぼし、例えば
、ダイヤモンドでは研磨工具の周速度によって加工速度
、仕上面あらさに第２図に示すごとき差異があられれる
ことを実験によって見い出されること、 等が知られている。したがって通常の加工方法では能率
良く、所定の形状にチッピングも無ぐ、しかも鏡面状態
に仕上げることは極めて難しく、従来より種々のカ日工
法が検討されているが、はとんど経験的な熟練技能者の
手作業に頼っているのが実情である。第３〜４図に従来
の代表的な例の具体構成を示す。以下図面を参照しなが
ら加工方法について説明する。

第３図及び第４図は従来のラッピング装置の断面図を示
すものである。第３図において１はラッピング砥粒であ
り、２は前記ラッピング砥粒１が塗布された平面状ラン
プ板、３は前記平面状ラップ板を回転駆動する駆動モー
タであり、４は装置の本体フレームである。５は本装置
において〃ｕ工する結晶性硬脆性材料を中心とする刀ｎ
工物、ｅは前記加工物を接着した取付ロッド、７は前記
取付ロンドを任意の角度と長さに調整し得るボルダ−１
８は前記取付ロンドを固定保持する固定ボルト、９は前
記ホルダーを回転自由に支持する支点ピン、１Ｑは前記
支点ピンの支持ブロックである。第４図において１１は
加工物を１４５！何けたボルダ−と加工物を往復駆動せ
しめる移動台であり、１２は前言己移動台を駆動するモ
ータと送りネジであり、１３は前記移動台によってカロ
工物が平面状ラップ板−１−を動く軌跡である。

以上の様に構成された従来のラッピング装置にふ・いて
以下その動作につめて説明する。ラッピング砥粒１が塗
布され駆動モータ３によりて１０００〜１５００ｒｐｍ
で回転している外径１００ｍｍ〜３００咽の平面状ラッ
プ板に先端に加工物を接着によって取付けた取付ロッド
６を、ボルダ−７に固定ボルト８によって固定保持し、
支点ピン９を中心に回転し加工物が接触加圧される。次
にモータ、ネジ１２によって移動台１１を駆動ずれは加
工物６は第３図軌跡１３の如く平面状ランプ板２上を往
復運動する。所定の時間が経過後加工物を平面状のラッ
プ板より離し加工を中止する。そして加工物及び取付ロ
ンドをホルダ〜よりとりはずし、加工物の形状精度を装
置外の測定器により測定し、加工量が不足の場合、再度
上記動作を繰り返し所定の形状精度に加工していた。

しかしながら上記の様な構成ではランプ加工時力ロエ物
は第３図の軌跡１３の如くラップ板上を往復運動する必
要があり軌跡１３上では周速度が異なる為、ラップ板の
摩耗状態が異なりラップ板の平面度が悪くなる。又加工
物を往復運動さぜない場合ラップ板上にはさらに深いキ
ズが発生し加工物を所定の形状・精度に加工することが
不可能となる。したがって、態化した平面度を修正し、
キズをなくするためには、ラップ板を機械から収りはす
し、大型旋盤による切削加工後、平面ラップ盤によって
修正される。また別な方法としては、ラップ板を機械に
挿層したままの状態で、第６図に示すように、修正用リ
ング１４をランプ板上に置き、修正用の粗い、ＧＣもし
くはＷＡ研磨剤１５を塗布して、ランプ板を低速で回転
させながら、ラッピングして平面度および表面のキズが
修正される。いずれにしても、機械にセットされた状態
での最終精度を得るためには長時間の加工が必要であり
、しかもラップ板表面に修正ラッピング用の砥粒が残存
し、本来の目的の研磨に悪い影響を与える。さらに一般
にダイヤモンド等の硬脆性材料のラップ加工においては
、最も加工能率の良い加工速度が存在するが上記の如〈
従来の加工方法てはラップ板上の一点で最適な加工速度
になる様設定しても、加工物はラップ板上を往復運動す
る為加工速度は常に変化し最適な加工速度で長時間継続
して加工することが可能であり加工能率が悪かった。

さらに硬脆性材料を精度良く加工するには加工物に振動
が加わらない様に加工することが必要である。従来の方
法では平面状ラップ板の面振れや、ランプ板を支持する
軸受の振動やラップ板の回転不均合による振動が発生し
、送り台にも小さなうｔ　ＩＪ等があり希望の形状に精
度良く加工することが困難であった。

発明の目的 不発明は上記欠点に鑑み、脆性材料に紐ける加工仕上面
品位（仕上面あらさ、チッピング）の向上、ならびに研
磨速度の向上、さらには精度維持の容易さを目的とした
、脆性材料の研磨装置を提供するものである。

発明の構成 本発明は、回転円筒体と、この回転円筒体の回転中心軸
に平行に移動可能な移動台と、移動台に設けられ、かつ
保持した加工物が、前記回転円筒体の円筒表面に圧接す
るように付勢されている加工物保持体と、前記回転円筒
体の回転中心軸をはさんで、前記移動台と対称に設けら
れ、この回転中心軸に平行に移動可能で、かつ保持した
刃物が、前記回転円筒体に切り込みを与えるように付勢
されている刃物送り台とから構成されており、表面に研
磨剤を塗布−１：たは埋め込まれた回転円筒体に加工物
を一定の圧力で圧接させながら、円筒回転中心軸方向に
平行に移動させることによって、研磨中における加工物
と回転円筒体との相対速度が一定でなおかつ回転円筒体
表面の研磨軌跡は同一軌跡を画かず、したがって仕上面
あらさが優れ、チッピングの少ない加工面を高い研磨速
度で達成でき、さらにまた、長時間の加工によって回転
円筒体の円筒度や表面状態が悪化した場合には、適当な
切り込みを与えた刃物送り台を移動させることによって
、容易に修正が可能であるという特有の効果を有する。

実施例の説明 以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。第６〜７図は本発明の脆性材料の（υＦ磨装置の一
実施例を示す図である。図において、１６は回転円筒体
で、円筒表面にはダイヤモンド微粉、ＧＣ，ＷＡ、酸化
セリウム等の研磨剤１７が塗布または埋め込まれ、軸受
１８，１９で、ベース２０上に保持され、ベルト２１を
介してモータ２２によって回転する。モータは、回転円
筒体１６の両方向回転を可能にするために一般に正逆回
転モータが使用される。回転円筒体の材質は、表面に塗
布さｔまた研磨剤の保持力が強く、かつ表面での回動も
起りやすぐさらに長時間の研磨においても摩耗の少ない
材質、たとえば、パーライト鋳鉄、ミーハナイト鋳鉄、
黄銅、リン青銅、スズ等で作らね、る。円筒表面は加工
物の仕上面あらさを良くし、チッピングを少なくするた
めに、Ｒ”ａｘ　０．５μｍ以下の鏡面に仕上げられ、
また加工面形状を良くする目的で円筒面の円筒度は１μ
ｍ／１００陥以下、さらに偏心重量による回転時におけ
る回転円筒体１６の振動を押え、加工物の共振を小さく
する目的のために真円度は１μｍ以下に仕上げられてい
る。２３は加工物保持ロンドで、先端に加工物２４をエ
ポキシ系の接着剤等で、研磨中に脱落しない程度の接着
力で固着保持されている。７ＪＤ工物保持ロツド２３は
、軽く曲げ剛性が犬きく、かつ折れにくい、たとえばＣ
ｒ入りアルミナセラミックス等が使用される。２５は加
工物移動台、２６．２７は加工物移動台２６に固定され
た側板、２日はワークホルダで、加工物保持ロッド２〆
３を、前後方向に摺動可能な穴２９を有し、セットネジ
３ｏにて固定できるようになっている。

３１は前述ワークホルダ２８の回転中心をなすンヤフト
でその両端は一対の側板２６．２７にて固定されている
。３２は引張りバネで、その一端が加工物２４を回転円
筒体１６に押しつけるように付勢している。３３は移動
台ガイドであり、加工物移動台２５を回転円筒体、１６
の回転中心軸と平行な方向に案内する。この移動台ガイ
ド３３は、加工物移動台２６の移動精度が加工物の形状
精度に重大な影響を与えるため、移動距離３ｏ０８に対
して上下、左右方向の振れ量５μｍ以下になるように組
立てられている。３４は前記２５の加工物移動台を、１
回転円筒体１６の軸方向に移動させる送りネジ、３５は
送りナツトで、加工物移動台２５の底面に固定され、送
りネジのピボット軸受、３７は送りネジ３４に回転を与
える送りモータである。３８はバイト、３９は刃物台で
、固定ネジ４０によって、切れ刃４１を回転円筒体１６
に付勢して収り付けられる。４２は刃物送り台で、切り
込み送りネジ４３と回転ハンドル４４を有し、あり溝案
内によって精度良くバイト３８の回転円筒体１６への切
り込みを与える。４７は刃物案内台で、バイト４１を回
転円筒体１６の回転中心軸に平行な方向に案内する。こ
の刃物案内台４７はバイト４１にミクロンオーダーの均
一な微小切り込みを与えるために、たとえば移動距離３
００（７）に対して上下、左右方向の振れ量が５μ以下
になるように、あり溝案内４８にて高精度に組み立てら
れている。４９は刃物送りネジで、前記刃物送り台４２
を回転円筒体１６の軸方向に送りを与える。５０．５１
は前記刃物送りネジを支える一対の軸受台、５２は刃物
送り用モータで、刃物送りネジ４９に回転を与える。バ
イト４１のチップ材質と先端形状は回転円筒体１６の材
質に対応して決定される。たとえば鋳鉄系材料に対して
はハイス、ＷＣ，ＣＢＮが選択され、黄銅、リン青銅、
銅等の銅系材料に対しては、ダイヤモンドバイトが採用
される。刃物送りスピードは１０〜５Ｑ聰／ｍｉｎであ
る。

以上のように溝成さｉ″した研磨装置を用いての研磨方
法について説明する。まずヵロ工物移動台２６を移動台
ガイド３３から取りはずした状態で、回転円筒体１６の
円筒表面に研磨剤１７を塗布する。

研磨剤１７はアルコール、オリーブ油等の稀釈剤で溶か
れ、均一にぬり込むために回転円筒体１６を回転させな
がら、布あるいは皮製のへらで表面にすり込む。この時
の回転数は、研磨剤１７の飛散を防止するため［６０〜
３００　ｒｐｍの低速に選ばれる、また表面での研磨剤
１７の保持力を確実にする目的で、塗布後、油砥石、ｖ
ｌ／Ｃｌ／Ｃ超硬弁し当て、表面に研磨剤１７を埋め込
むこともなされる。つづいて回転円筒体１６の回転周速
度を加工材料に適した値まで高める。次に加工物移動台
２５を移動台ガイド３３上にセットし、送りモータ３７
によって回転運動が与えられている送りネジ３４に送り
ナツト３５を介してかみこませ、微小量の移動を行なわ
せる。移動速度は、加工面品位に影響を与えるため、た
とえばダイヤモンドの加工の場合には１０　Ｔｒｎ／　
ｍｉ　ｎ　〜５０　ｍｍ　／　ｍｉ　ｎに選ばれる。こ
の時点では加工物保持ロッド２３の中央を手で持ち、引
張りバネ３２に抗して上方に持ちあげられて、加工開始
と同時に静かに回転円筒体１６の表面に圧接させる。加
圧力は加工物材質によって異なるが、ダイヤモンドの場
合には圧力が高すぎると、加工面にチッピングや深い引
っかき傷が発生し、また低すぎると研磨速度が小さく、
かつ加工面あらさも悪い傾向にあり、一般には５００〜
１ＱｏＯｇ／−近辺に選ばれる。

第８図に示すように、本実施例゛に示す装置においては
、研磨量は研磨距離に比例する。したがって圧力を一定
にし、かつ回転速度を一定に保つことによって必要な研
磨量は研磨時間でコントロールすることが可能となる。

このように研磨はあらかじめ設定された時間が経過した
時点で手で加工物保持ロッド２３を持ち上げることによ
り終了する。前記一連の定業によって、研磨を連続的に
繰り返していく過程で、回転円筒体１６の表面状態およ
び真円度２円筒度が悪化してくる。その几め、回転円筒
体１６の修正は以ｙのように行なわれる。

まず、表面をダイフロン、アルコール等の有機溶剤でふ
き、残存している研磨剤１７を除去する。

次に刃物送り台４２を回転円筒体１８のどちらか一方の
端に位置せしめ、バイト３８を固定ネジ４０によって刃
物台３９に固定する。この時、切れ刃４１はバイト送り
方向に対して若干の逃げ角を有するようにセットされる
。切り込みは、回転ハンドル４４を回すことによって１
）くス当り、６〜１０μｍ程度与えられ、２〜３ノぐス
の切削加工を行なう。仕上は切込量２〜３μｍで、切れ
刃４１の逃げ角を小さく、できるだけの低速送りで行な
い修正を完了する。

なお、前記説明は、一度使用された回転円筒体１６の修
正加工についてのものであるが、最初に回転円筒体１６
が装置にセットされた状態で、前記と同様の方法で回転
円筒体１６の精度出し加工を行ない、その後に研磨作業
を開始することも容易に考えられる。

さらに前掲第１図に示したようにダイヤモンド。

サファイヤ等のように加工の結晶異方性が強い材料に対
しては、加工面を基準結晶格子面に対して精度良く設定
することが必要となる。それには第９図に示すように、
ワークホルダー２８の穴２９にそって加工物保持ロッド
２３を摺動させ、加工物２４とワークホルダー回転中心
３ｏとの距離を変化させることによってなし得る。つ捷
り、加工物２４の基準面の結晶方位をＸ線反射法等によ
って調べておき、その基準面から当該カロエ面の偏位角
をθとするならば、θは以下に示す式によって表わされ
、加工物保持ロッド２３の長さを変化させることによっ
て、任意の値を精度良く取り得る。

第９図において、・ワークホルダー２８の回転中心３１
のセンターから摺動穴２９のセンターまでの長さをａ、
ワークホルダー２８の摺動穴２９の回転中心３１までの
深さをｂ１加工物保持ロッド２３のワークホルダー２８
からの繰り出し量を４、円筒回転体１６０半径をＲ１回
転円筒体１６の中心からワークホルダー２８の回転中心
３１までのベース２０と平行面での距離を０１それと直
角方向の距離をｄとする。さらに加工物２４０回転円筒
体１６の円筒表面との圧接点を３３とするならば、圧接
点３３における回転円筒体１６の接線と加工物保持ロッ
ド２３とのなす角が前述の結晶基準面と当該加工面との
偏位角θとなる。このとき圧接点３３とワークホルダー
２８の回転中心３１とを結ぶ線が回転円筒体１６の接線
とのなす角を０１、加工物保持ロッド２３となす角を０
２とすればθは次に示す計算式で計算できる。

θ＝０１＋０２（１） １．２式に基づき実用的な値として、ａ＝１０咽、ｂ＝
２０ｍ＋ｎ　、ｄ＝５叫、Ｒ＝５０咽を採用しＣを１４
ｏ’、ｉｓｏ、　１６０＋ｎ＋ｎ、ｌを１００〜１２０
に変化させた時の計算結果を第１０図に示す。ここで上
記計算結果からも判るように単に、加工物保持ロッド２
３の繰り出し量ｌを変化させるだけではなく、回転円筒
体１６とワークホルダー２８の回転中心３１の距離を変
化させる。っまりＣ２およびｄの値を変えることによっ
てもより広範囲にθを設定できることは言うまでもない
。

以上のように本実施例によれば、回転円筒面に加工物を
圧接させ、加工中の速度を一定にし、回転円筒軸方向に
精度良く、低速で移動させ、かつ加工面の結晶方位を加
工物保持ロッドの繰り出し量を変化させ、精度良く調整
することによって、硬脆性材料をチッピングが少なく、
加工面品位が優れ、かつ加工量のバラツキも少なく、さ
らにまた連続した研磨によって、回転円筒体の表面状態
と精度が悪化しても装置上ですばやく容易に修正が可能
であるため、量産的にかつ安定して研磨することができ
る。

発明の効果 以上のように本発明は、研磨剤が塗布または埋め込まれ
た回転円筒体の表面上に加工物を圧接させ、回転円筒体
の中上・軸方向に平行（、精度良く移動させる手段と、
バイトの微小切込みと回転円筒体の中心軸方向に平行に
精度良く移動させる手段を設けることにより、研磨中の
周速度が一定でなおかつ研磨軌跡が同一円周軌跡を動か
ず、したがって仕上面あらさが優れチッピングが少ない
加工面を高い研磨速度で達成することができるとともに
、回転円筒体の精度低下に対して装置上で容易に修正可
能であり、その実用効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はダイヤモンドの結晶面における加工異方
性を示す図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）を説明するた
めの概念図、第２図は回転円板周速度とダイヤモンドの
研磨速度および仕上面あらさの関係を示す図、第３図は
従来の回転円板型研磨装置の断面図、第４図は同平面図
、第５図は同回転円板の表面修正方法を示す装置の平面
図、第６図は本発明の一実施例を示す装置の正面図、第
７図は同断面図、第８図は同装置を使用しての加工距離
とダイヤモンド研磨量の関係を示す図、第９図は研磨角
度を高精度に設定できうることを説明するだめのワーク
ホルダ一部分の拡大図、第１０図はａ１算結果に基づく
保持ロッドの送り出し量と基準面に対する加工面の設定
角変の関係を示す図である。 １６・・・・・・回転円筒体、１７・・・・・研磨剤、
２２．・。 ・モータ、２３・・・・・・加工物保持ロッド、２４・
・・・加工物、２５・・・・・加工物移動台、２８・・
・・・・ワークホルダー、３０・・・・・セットネジ、
３１・・・・・シャフト、３２・・・・・・引張りバネ
、３３・・・・・・移動台ガイド、３４・・・・・・送
りネジ、３７・・・・・・送りモータ、３８・・・・・
・バイト、３９・・・・・・刃物台、４２・・・・・・
刃物送り台、４７・・・・・刃物案内台、４９・・・・
・・刃物送りネジ、６２・・・・・刃物送り用モータ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ｃＯＪ） ＜ｆｏｏ）ｍ　ｖ６ｎ４ｔｉ　ｖ　ｔＰ　（７１）７４
２図 妃Ｏ ＠転Ｐｌ仄凰♂廣畑んεｎ） 第３図 ８ 第５図 １ 窮８図 Ｄロ　　エ、　２　　難　　（ｆｆｌ）第９図 第１０図 １米オシυツ「の嘘−１）出し量ノ（ｍｒｎ　）４０２
−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒表面に研磨剤が塗布捷たは埋め込まれた回転円筒体
   と、この回転円筒体の回転中心軸に平行に移動可能な移
   動台と、この移動台に設けられ、かつ力［１工物を保持
   し、この力目工物が、前記回転円筒体の内筒表面に圧接
   するように付勢された加工物保持体と、前記回転円筒体
   の回転中心軸をはさんで、前記移動台と対向して設けら
   れ、この回転中心軸に平行に移動可能で、かつ保持した
   刃物が、前記回転円筒体に切り込みを与えるように付勢
   された刃物送り台とを備えた脆性材料の研磨装置。