JPH0818239B2 - 研磨工具の製作方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は研磨工具の製作方法に関し、特に磁性研磨砥
粒を用いて高い面精度で所望の研磨特性に適合した研磨
加工を行なうことの可能な研磨工具の製作方法に関す
る。この様な研磨工具は、たとえばレンズ、プリズム及
びミラー等の光学素子の研磨に用いられる。

［従来の技術及びその問題点］ 一般に、レンズ、プリズム及びミラー等の光学素子
は、ガラスまたは金属等の素材を所定の外形に整形した
後に、機能面即ち光が透過及び／または反射する面を研
磨して表面粗さを次第に小さくし且つ同時に所定の面精
度とすることにより製造されている。

研磨工程においては、遊離砥粒を用いた研磨方法また
は固定砥粒を用いた研磨方法が採用される。

遊離砥粒を用いた研磨は、所定の面精度の表面を有す
る研磨工具を遊離の研磨砥粒を媒介として被研磨物に対
し押圧しながら主として砥粒のころがりに基づき研磨を
行なうものである。この遊離砥粒を用いた研磨方法で
は、研磨工具の表面精度が比較的低くても研磨条件を適
宜設定することにより被研磨物の表面精度を比較的良好
なものとすることができるという利点があるが、適正な
研磨条件の設定には作業者の熟練を要するという困難性
がある。

これに対し、固定砥粒を用いた研磨は、所定の面精度
を有する研磨工具の少なくとも表面に砥粒を固定させて
おき、該工具を被研磨物に対し押圧しながら主として砥
粒のひっかきに基づき研磨を行なうものである。この固
定砥粒を用いた研磨方法では、研磨工具の表面精度が被
研磨物の表面精度に比較的忠実に反映されるので、研磨
工具の製作は遊離砥粒を用いた研磨の場合と比べて多少
面倒であるが、一旦工具を製作した後は容易に被加工物
を所定の表面精度に研磨できるという利点を有する。

しかして、上記固定砥粒による研磨において用いられ
る研磨工具は、従来、砥粒保持部材（結合材）中に砥粒
を分散させた後に該結合材を硬化させ砥粒を固定するこ
とにより製作されることが多く、該工具の被研磨物に当
接し研磨加工に関与する面は、高い表面精度が要求され
る場合には後加工により所定の精度とすることが多かっ
た。

しかし、結合材硬化後の工具表面の加工は砥粒含有体
の加工であるので相当の困難性がある。また、この様な
後加工により全体的には所望の形状に近づけたとして
も、ミクロ的にはある砥粒の先端は所望の面から突出し
ていたり、またある砥粒の先端は所望の面より引込んで
いたりすることがあり、十分に高い精度は得られない。

この様な従来の固定砥粒研磨工具を使用して研磨加工
を行なうと、十分に高い表面精度の実現が困難であるば
かりか、被研磨物表面に傷を生ぜしめることが多いとい
う問題点がある。

他方において、上記従来の固定砥粒研磨工具は砥粒保
持部材中に砥粒を均一に分散させたものが多かった。こ
の様な工具では、研磨加工面における砥粒分布も均一で
ある。この様な研磨工具では、研磨特性が限定されるこ
とになる。以下、その理由を説明する。

第６図（ａ）〜（ｃ）は研磨加工の一例を示す概略図
である。

第６図（ａ）は研磨加工時の外観図である。本図にお
いて、30は被研磨物であり、その上面が被研磨面であり
平面である。該被研磨物30は支持手段32により支持固定
されている。該支持手段は不図示の駆動手段により上下
方向のまわりに回転せしめられる。34は砥粒を適宜の結
合材にて保持固定してなる研磨工具であり、上記被研磨
物30上に位置する。該工具34は支持手段36により支持固
定されている。該支持手段は部材38により上方から点接
触状態で位置保持され、上記被研磨物支持手段32の回転
軸から適宜の距離Ｌだけ離れた上下方向軸のまわりに自
転自在である。

以上の様な配置にて、被研磨物支持手段32を回転させ
ると、つれ回りにより研磨工具34が自転を開始し、適宜
の時間研磨加工が行なわれる。

第６図（ｂ）は研磨加工された被研磨物30の平面概略
図であり、第６図（ｃ）はそのＣ−Ｃ断面図である。研
磨工具34が接触して研磨加工がなされた輪帯部分30aが
微小量除去されているのが分る。この研磨除去量分布
は、図示される様に、輪帯部分30aの中央部分が除去量
が多い分布となっている。除去量は加工時間に比例して
変化するが、この様な傾向は変わらない。

従来の研磨工具により他の研磨除去量分布を実現しよ
うとすれば、小さな研磨工具を用いて該工具を適宜被研
磨物30の回転半径方向に揺動させる方法がある。しか
し、これによっても、たとえば輪帯部分30aの全体にわ
たってほぼ均一な研磨を行ない第７図に示される様な研
磨除去量分布を得ることはできない。

以上の様に、従来の固定砥粒研磨工具では、輪帯部分
の研磨における研磨特性が特定のものに限定されてしま
うという難点がある。この様な限定された研磨特性は上
記の様な輪帯部分の研磨のみならず、その他の適宜の部
分的研磨及び全体的研磨においても同様である。

そこで、本発明は、傷等の表面欠陥を生ぜしめること
なしに良好な表面精度の研磨加工を行なうことができ更
に所望の研磨除去量分布に応じた研磨特性を有する研磨
工具を容易に得ることができる研磨工具の製作方法を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き目的は、 磁性を有する研磨砥粒を基準面上に配し、該基準面側
から所望の強度分布にて磁力を作用させ上記研磨砥粒を
基準面に吸引して上記基準面上での砥粒分布を上記磁力
強度分布に対応する分布となし、しかる後に該基準面上
の砥粒を保持体に転写移行させることを特徴とする、研
磨工具の製作方法、 により達成される。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説
明する。

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明による研磨工具製作方
法において使用される装置を説明するための図である。

第１図（ａ）において、２は基準体である。該基準体
は下側表面2aがラッピング等により十分に高い精度の平
面（基準面）に加工され且つ十分細かい表面粗さとされ
ている。該基準体２はケーシングを構成しており、該ケ
ーシング内には複数の電磁石が配置されている。４は該
電磁石を構成するヨークであり、棒状磁性体からなり、
上下方向になる様に配置固定されている。

第１図（ｂ）は上記第１図（ａ）のＢ−Ｂ断面概略図
であり、上記ヨーク４の配置を示すものである。図示さ
れる様に、ヨークは半径R1の円周上に等間隔に配置され
た第１のグループと、半径R2の円周上に等間隔に配置さ
れた第２のグループとからなる。これら２つの円周は同
心配置をなしている。

第１図（ａ）に示される様に、各ヨークには上下方向
のまわりにコイル６が巻回されており、該コイルと上記
ヨーク４とで電磁石が構成されている。

該電磁石は駆動部８により駆動される。上記第１グル
ープの電磁石は駆動部８内の電池10、可変抵抗12及びス
イッチ14からなる第１の駆動回路により駆動され、同様
に上記第２グループの電磁石は駆動部８内の電磁11、可
変抵抗13及びスイッチ15からなる駆動回路により駆動さ
れる。各グループの電磁石のコイルには全て同一の駆動
電流が流れる様に配線がなされている。これにより、上
記各グループごとにコイル６に流す電流を適宜調節する
ことができる。

第１図（ｃ）は上記第１図（ａ）におけるＣ−Ｃに沿
っての上記電磁石により生ぜしめられる磁力の強さ即ち
磁束密度の分布の一例を示す図である。第１グループの
電磁石に基づき点線Ｉで示される磁束密度分布が生ぜし
められ、第２グループの電磁石に基づき点線IIで示され
る磁束密度分布が生ぜしめられる。従って、実際にはこ
れら２つの磁束密度分布を合成した実線で示される磁束
密度分布が得られる。尚、この磁束密度分布は、駆動部
８内の電池10,11の電圧及び可変抵抗値を適宜設定する
ことにより所望の分布を得べく適宜調節することができ
る。

第２図〜第４図は上記第１図に示される装置を用いて
行なわれる本発明研磨工具製作方法の一実施例を示す概
略工程図である。

先ず、上記駆動部８により電磁石を駆動して上記第１
図（ｃ）に示される様な磁束密度分布を得る。即ち、電
磁石駆動部８の可変抵抗12,13の抵抗値を適宜設定し更
にスイッチ14,15をON状態とする。これにより電磁石が
作用して、上記第１図（ｃ）に示される様な磁束密度分
布が得られる。そして、基準体２を磁性研磨砥粒20に接
近させて基準面2aに該研磨砥粒を吸引する。磁性研磨砥
粒としては、たとえばダイヤモンド砥粒の表面にニッケ
ルをコーティングしたものが例示される。

基準面2aに吸引された砥粒は、第２図に示される様
に、上記磁束密度分布に対応して分布する。そして、場
合によっては高密度部分には２層以上の砥粒層が形成さ
れる。ここで、砥粒は細長い向きが上下方向になる様に
そろえられる。

この様な砥粒分布を迅速に得るために、不図示の手段
により基準体２に対し振動その他の外力を与えてもよ
い。

次に、以上の様にして所望の分布とされた砥粒の保持
されている基準体２を、第３図に示される様に、電磁石
を作用させたままで、砥粒保持部材22に当接させ、適宜
の圧力で押圧する。第３図において、砥粒保持部材22は
台皿24により支持されている。保持部材22はたとえばタ
ールピッチの様な粘弾性体である。該ピッチは50〜60℃
に加熱されて軟化状態とされている。尚、台皿24は回転
対称であり、上記押圧の際には該台皿の中心軸と上記基
準体２の中心軸とを一致させる。

この押圧においても、砥粒の分布密度はかわらない。
但し、第２図の状態で砥粒20が２層以上となっている部
分では該２層目以上の砥粒はピッチによる抵抗を受けて
第１層目へと移行する。これにより、基準面2aに当接す
る砥粒の分布密度が上記第１図（ｃ）に示される磁束密
度に対応するものとなる。

この押圧状態で自然冷却または強制冷却により保持体
ピッチを硬化させる。

次に、駆動部８のスイッチ14,15をOFF状態として電磁
石の作用を停止した後に、基準体２を除去すると、第４
図に示される様に、保持体22の表面部に研磨砥粒20が転
写され固定保持されて、固定砥粒研磨工具が得られる。

本実施例において、上記第３〜４図の工程で、上下方
向を逆にして行なってもよい。

以上の様にして得られた工具は、基準面の転写による
ため、砥粒20の先端部により形成される面は基準面の形
状に対応して正確な平面とされており、突出砥粒がない
ことはもちろんのこと、更に磁力により確実に位置決め
されているので、引込んだ砥粒も存在しない。その上、
研磨砥粒20は磁力の作用で表面に対し垂直の方向に配列
されているので、研磨効率は極めて良好である。また、
被研磨物を研磨除去する能力は砥粒分布に対応してお
り、上記実施例の場合、中央部よりも周辺部の方が研磨
除去能力が高い。

第５図は上記本実施例により得られた工具を用いて、
上記第６図と同様にして適宜の時間輪帯部分30aの研磨
加工がなされた被研磨物30の断面図であり、上記第６図
（ｃ）と同様の図である。第５図に示される様に、従来
の研磨工具を用いた第６図（ｃ）と比較して、輪帯部分
30aが全体的に均一に研磨除去されていることが分る。

上記実施例においては研磨工具の研磨作用面が平面で
あり従って基準面が平面である場合が例示されている
が、本発明は研磨工具の研磨面が平面以外の凹または凸
の球面または非球面の場合にも適用できることはもちろ
んである。この場合には凹凸逆の対応する曲面の基準面
をもつ基準体２を用いればよい。

上記実施例では研磨工具が輪帯部分の研磨に利用され
る例を示したが、本発明方法により製作される研磨工具
はその他の適宜の様式の部分的研磨あるいは全面研磨に
利用できることはいうまでもない。

また、上記実施例では基準体内の電磁石を２つのグル
ープとしたが、所望の研磨特性を有する工具を製作する
ために３つ以上のグループとして各グループを独立に駆
動してもよい。

上記実施例では砥粒保持部材22としてタールピッチを
例示したが、本発明においては、該保持部材としては、
その他のピッチや更にその他の適宜の結合材を利用でき
る。この様な結合材としてはたとえば塩化ビニロールや
ポリプロピレン等の熱可塑性プラスチックスが例示で
き。これらを用いる場合には、転写時にそれぞれ適宜の
温度に加熱して適度に軟化させる。

本発明における研磨砥粒の粒径は、所望の表面粗さの
程度に応じて適宜決めることができ、光学面を得るため
の微小粒径から艶消し面程度更には研削面と称される表
面粗さを得るための粒径までのいづれであってもよい。

［発明の効果］ 以上の様な本発明によれば、磁力の分布を適宜調節す
ることにより、所望の除去量分布に応じた研磨工具を容
易に得ることができる。

また、以上の様な本発明によれば、砥粒先端が所望の
形状の面に正確に適合している固定砥粒研磨工具を製作
することができ、従ってたとえ砥粒粒径の分級が不十分
であっても傷等の表面欠陥を生ぜしめることなしに良好
な表面精度の研磨加工を行なうことが可能となる。

また、本発明によれば、砥粒は磁力の作用により基準
面に対しほぼ直角に配置されるので、表面に対し研磨砥
粒がほぼ直角に配置された研磨効率の良好な研磨工具が
得られる。

更に、本発明によれば、基準面への砥粒吸引の際の磁
力及び／またはその他の外力を適宜調節することにより
砥粒の分布密度を適宜設定できるので、所望の集中度を
有する工具を容易に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明による研磨工具製作方法
において使用される装置を説明するための図である。 第２図〜第４図は本発明による研磨工具製作方法を示す
概略工程図である。 第５図及び第７図は研磨加工された被研磨物の断面図で
ある。 第６図（ａ）〜（ｃ）は研磨加工の一例を示す概略図で
ある。 2:基準体、2a:基準面、 4:ヨーク、6:コイル、 8:駆動部、20:研磨砥粒、 22:砥粒保持部材、24:台皿、 30:被研磨物、30a:輪帯部分。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性を有する研磨砥粒を基準面上に配し、
   該基準面側から所望の強度分布にて磁力を作用させ上記
   研磨砥粒を基準面に吸引して上記基準面上での砥粒分布
   を上記磁力強度分布に対応する分布となし、しかる後に
   該基準面上の砥粒を保持体に転写移行させることを特徴
   とする、研磨工具の製作方法。
2. 【請求項２】基準面上にて砥粒分布を形成するに際し、
   該砥粒に対し磁力以外の外力を与える、特許請求の範囲
   第１項の研磨工具の製作方法。
3. 【請求項３】基準面に対し振動を与えることにより磁力
   以外の外力を発生させる、特許請求の範囲第２項の研磨
   工具の製作方法。
4. 【請求項４】保持体に対する砥粒の転写移行が、砥粒に
   対し磁力を作用させた状態で軟化保持体を基準面に押圧
   し、次いで該保持体を硬化させ、しかる後に砥粒に対す
   る磁力の作用を停止して上記基準面を保持体から離隔さ
   せることにより行なわれる、特許請求の範囲第１項の研
   磨工具の製作方法。