JPH1086067A - 微細加工用砥石および砥石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度な加工を安定して行うことができる微
細加工用砥石および砥石の製造方法の提供。 【解決手段】 砥石部１９０の周面に、被加工面に形成
される多数の微細溝１ａａに含まれる複数の微細溝１ａ
ａの各々の形状に応じた形状の切刃面１９０ｃを形成す
る。砥石部１９０が砥粒を含むメッキ層から成る砥粒層
１９０ｂを備え、その砥粒層１９０ｂに切刃面１９０ｃ
を形成するようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細加工用砥石お
よび砥石の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、光学機器や事務機器等に使用され
形状が微細でかつ精度の要求される部分、例えば光学素
子やプリンタヘッド等にプラスチック成形部品が用いら
れるようになってきた。これらの寸法精度は数μｍ〜数
百μｍ単位であり、部品製作に用いられる成形用型には
さらに高い精度が要求される。図７（ａ）〜７（ｄ）は
成形用型の微細形状成形面の例を示す図であり、それぞ
れ成形面の一部を示している。成形用型１の型材には焼
入れ鋼等の硬い材料が用いられ、研削加工により成形面
の微細形状が形成される。例えば、図７（ｃ）に示すよ
うに成形面１ａに同一形状の溝１ａａを多数加工する場
合には、図８（ａ）に示すような円板状の砥石２を用い
て成形用型１の成形面１ａに溝１ａａを一本ずつ形成
し、数百本〜数千本の溝を得ている。また、図７（ｄ）
に示すように成形面が異種形状の溝を有する凹凸面であ
るような場合には、図８（ｂ）のような砥石３を用いて
倣い研削やＮＣ制御研削により加工が行われる。この場
合も、砥石３を軸方向（図示左右方向）に移動させなが
ら順に溝を加工して行く。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８
（ａ）に示すように一本の溝１ａａに対応した砥石２で
数百本〜数千本の溝を形成したり、図８（ｂ）に示すよ
うに鋭角な先端形状を有する砥石３により広い範囲の成
形面を加工したりする場合には、加工するにつれて砥石
が摩耗して砥石形状がしだいに変化するため、所定の寸
法精度を維持することが困難になる。すなわち、従来の
技術では上述したような高い寸法精度を安定して得るこ
とができないという問題点があった。

【０００４】本発明の目的は、微細形状加工の際に、高
精度な加工を安定して行うことができる微細加工用砥石
および砥石の製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１および２に対応付けて説明する。 （１）請求項１の発明は、被加工面に多数の微細溝１ａ
ａを加工するための微細加工用砥石に適用され、回転砥
石１９０の周面に複数の微細溝１ａａの各々の形状に応
じた形状の切刃面１９０ｃを形成したことにより上述の
目的を達成する。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載の微細加工用
砥石において、砥石１９は砥粒を含むメッキ層から成る
砥粒層１９０ｂを備え、その砥粒層１９０ｂに切刃面１
９０ｃを形成した。 （３）図１および２に対応付けて説明すると、請求項３
の発明は、請求項２に記載の微細加工用砥石の製造方法
であって、砥石１９の切刃面１９０ｃと同一形状面を有
する母型４を作製する第１の工程と、母型４上に砥粒層
１９０ｂを形成した後にその砥粒層１９０ｂ上にメッキ
層１９０ａを形成する第２の工程と、メッキ層１９０ａ
に軸１９１を固定した後に母型４を除去する第３の工程
とから成る。

【０００６】請求項１〜３の発明では、砥石１９を用い
ることにより、被加工面に複数の微細溝を一度に加工す
ることができる。

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図１は本発明による微細加
工用砥石を説明する図である。図１において、１９は砥
石であり、砥石部１９０とステンレス合金製（直径２０
ｍｍ）の砥石軸１９１とで構成されている。砥石部１９
０は内周側の厚さ５０μｍの無電解ニッケルメッキ層１
９０ａと外周側の砥粒層１９０ｂとから成り、エポキシ
系接着剤２０により砥石軸１９１に固定されている。砥
粒層１９０ｂは粒径１μｍ程度のキュービックボロンナ
イトライド砥粒（以後、ＣＢＮ砥粒という）を含んだ無
電解ニッケルメッキ層であり、厚さｔは６０μｍであ
る。なお、ここでは砥粒としてＣＢＮ砥粒を用いたが、
成形用型１の材質に応じてダイヤモンド砥粒（以後、Ｄ
砥粒という）等を用いても良い。

【０００９】１９０ｃは砥粒層１９０ｂに形成された切
刃面であり、切刃面１９０ｃは複数の凸部（図１では７
個）で構成されている。切刃面１９０ｃの１個の凸部は
成形用型１に形成される溝１ａａの形状に対応した形状
をしており、本実施の形態の場合には高さが４０μｍ、
幅が３０μｍ、ピッチが７０μｍである。図１では凸部
を７個しか示していないが、実際には数百個形成され
る。この砥石１９を用いた場合、成形用型１に数百本の
溝１ａａを同時に形成することができるため従来のよう
な砥石の摩耗を大幅に低減することができ、それぞれの
溝１ａａを所定の寸法精度で安定に形成することができ
る。さらに、加工時間の短縮を図ることができる。

【００１０】次いで、砥石１９の製造方法について説明
する。砥石１９の製造工程は、メッキ層１９０ａおよび
砥粒層１９０ｂを形成する際の母型を製作する第１の工
程と、メッキ層１９０ａおよび砥粒層１９０ｂを形成す
る第２の工程と、砥石部１９０に砥石軸１９１を取り付
け母型を除去する第３の工程とに分けられる。

【００１１】図２に示す第１の工程では、不図示の超精
密旋盤を用いて母型４に切刃面１９０ｃの凸部の型とな
る凹部４ａを形成する。まず、母型４の内周を円筒状に
加工した後、切削工具５を使って所定の深さに切り込ん
で凹部４ａを形成する。この切り込みを繰り返して切刃
面１９０ｃの凸部と同じピッチ（７０μｍ）で凹部４ａ
を複数加工する。このときの加工時間は凹部４ａの数お
よび母型４の材料によって大きく変化し、３０分程度の
ものから１０数時間必要となるものもある。切削工具５
は要求される微細形状に対応した形状に創成されたダイ
ヤモンドバイトや超硬バイトを使用し、超精密旋盤のス
ピンドル（図示せず）の回転数は千ｒｐｍ程度から数万
ｒｐｍで矢印Ｒ１方向に回転する。切削工具５の動き
（ピッチや切り込み量）は、超精密旋盤付属のＮＣ制御
装置及び微細送り機構により０．１μｍ以下の精度で制
御される。なお、母型４の材質としては、アクリル，ポ
リアセタール，ポリ四フッ化エチレン等の樹脂材料や、
アルミニウム，ジュラルミン，純銅等の切削性の良い金
属を用いることができる。このとき、微細加工を容易に
するために、樹脂材料の場合には分子量を多くしたもの
を使用し、金属材料の場合には高純度かつ緻密な材料を
選定する。

【００１２】母型４の切削加工が終了したならばメッキ
不要な部分にマスキングを行い、脱脂、エッチング、中
和、触媒付与、活性化の順番で母型４の材質に応じて最
適なメッキ前処理を行う。

【００１３】次に、図３を用いて第２の工程を説明す
る。９はメッキ前処理された母型４外周部に取り付けら
れた回転治具であり、回転治具９を不図示の支持部材で
支持することにより母型４がメッキ槽８に保持される。
１０は回転治具９に掛けられたベルトであり、このベル
ト１０を介して不図示のモータにより回転治具９が回転
駆動され、母型４がメッキ槽８内で矢印Ｒ２方向に低速
（回転数１〜１０ｒｐｍ）で回転される。なお、回転治
具９の回転機構はベルト方式に限定されるものではな
く、チェーン方式でも、ダイレクトドライブ方式でもか
まわない。

【００１４】この第２の工程は、砥粒層１９０ｂを形成
する工程とメッキ層１９０ａを形成する工程とに分けら
れる。砥粒層１９０ｂを形成する際には、メッキ液１４
内に砥粒１５（図３では、点で示した）を混入してメッ
キが行われる。メッキ条件は母型４の材質により左右さ
れ、例えば、ポリアセタールの場合の液温度は７０〜９
５℃である。また、メッキ時間はメッキ液１４の種類に
よって異なるが、メッキ時間３〜６時間で砥粒１５を含
んだ無電解ニッケルメッキの層（すなわち砥粒層１９０
ｂ）が６０μｍ程度の厚みに達する。砥粒１５の粒径
は、母型４に形成された微細形状（凹部４ａ）に応じて
数μｍ〜数十μｍのものが用いられる。メッキ工程中に
は、形成される砥粒層１９０ｂ内の砥粒１５の分布が均
一となるように、上述したように母型４を低速で回転さ
せるとともに、図に示すようなプロペラ１３による撹拌
やノズル１２を使用したエアー撹拌を併用あるいはどち
らかを選択して使用する。このようにして、母型４の凹
部４ａの形状に倣って砥粒層１９０ｂが形成される。

【００１５】所定の厚みの砥粒層が得られたならば、通
常のメッキ液を用いて砥粒層１９０ｂの上に砥粒１５を
含まない無電解ニッケルメッキ層１９０ａを膜厚１００
μｍ程度成長させる。その後、メッキ槽８より母型４と
回転治具９を取り出して所定の方法により洗浄し、回転
治具９を母型４から取り外す。

【００１６】最後に、図４を用いて第３の工程を説明す
る。砥粒層１６と無電解ニッケルメッキ層１７が形成さ
れた母型４を再び超精密旋盤（不図示）に取り付け、無
電解ニッケルメッキ層１９０ａの内径が所定の寸法とな
るように内周面を仕上げ加工する。その後、仕上げ加工
された無電解ニッケルメッキ層１９０ａの穴部に軸１９
１を嵌合させ、図１で示したように接着剤２０により互
いに固定する。軸１９１の固定には、接着剤を用いる他
に、軸１９１を穴部に圧入するようにしてもよい。軸１
９１を固定したならば、母型４を取り除く。その際、母
型４の材質がアルミニウム等の場合には専用のエッチン
グ液にて除去し、ポリアセタールやアクリル等の場合に
は専用の有機溶剤にて除去する。このようにして図１に
示す砥石１９が作製される。

【００１７】上述した製造方法によれば、母型４に切削
性の良い材料を用いることにより母型４上に形成される
切刃面形状を精度良く加工することができるため、砥石
に直接切刃面を加工する場合に比べて砥粒層１９０ｂの
切刃面１９０ｃを高精度に形成することができる。

【００１８】図５および６は本発明による微細加工用砥
石の他の例を示す図である。図５は上述した図７（ｂ）
に示す成形面を形成するための砥石２９を示す図であっ
て、成形用型１に形成されるべき成形面１ｂの形状に基
づいて砥粒層２９０ｂが形成されている。砥粒層２９０
ｂは厚さが１００μｍであり、粒径数μｍ程度のＤ砥粒
を用いている。２９０ａは厚さ５０μｍの無電解ニッケ
ルメッキ層であり、その内周部には直径３０ｍｍのステ
ンレス合金製砥石軸２９１が圧入されている。砥粒層２
９０ｂの微細形状に対応する切刃面２９０ｃの各凸部は
曲率半径が４０μｍであり、ピッチが６０μｍで数百本
形成される。この砥石２９を使ってセラミック製の成形
用型１に研削加工を行い、成形面１ｂに所望の微細溝形
状を得ることができた。

【００１９】図６は図７（ｄ）に示す成形面１ｃを形成
するための砥石３９を示す図である。砥石３９の砥粒層
３９０ｂの切刃面３９０ｃは、成形用型１の成形面１ｃ
の形状に対応した形状とされる。その他の構成は図５と
同様である。従来は、図８（ｂ）に示したように微細な
砥石３を軸方向に移動させながら成形面１ｃの溝を順に
形成したが、図６の砥石３９を用いれば一度に成形面１
ｃを加工することができる。そのため砥石３９の摩耗を
大幅に低減することができ、成形面１ｃのどの部分も同
じ精度で加工することができる。

【００２０】上述した実施の形態と特許請求の範囲の要
素との対応において、無電解ニッケルメッキ層１９０
ａ，２９０ａはメッキ層をそれぞれ構成する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被加工面に複数の微細溝を一度に加工することができ、
従来のように多数の微細溝を一つの砥石で形成すること
がないので、砥石の摩耗を大幅に軽減することができ
る。その結果、精度の安定した微細形状を加工すること
ができるとともに、加工時間の短縮を図ることができ
る。請求項３の発明によれば、砥石に直接切刃面を形成
する場合に比べて、切刃面形状をより高精度に形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による微細加工用砥石を説明する図。

【図２】図１の砥石１９の製造方法を説明する図であ
り、第１の工程を示す。

【図３】第２の工程を示す図。

【図４】第３の工程を示す図。

【図５】本発明による微細加工用砥石の他の例を示す
図。

【図６】本発明による微細加工用砥石の他の例を示す
図。

【図７】成形用型を説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）
はそれぞれ成形面を示す。

【図８】従来の砥石を説明する図であり、（ａ）は図７
（ａ）の、（ｂ）は図７（ｄ）の成形面を加工するため
の砥石をそれぞれ示す。

【符号の説明】

１ 成形用型 １ａ，１ｂ，１ｃ 成形面 １ａａ 溝 ４ 母型 １９，２９，３９ 砥石 １９０ａ，２９０ａ 無電解ニッケルメッキ層 １９０ｂ，２９０ｂ，３９０ｂ 砥粒層 １９０ｃ，２９０ｃ，３９０ｃ 切刃面 １９１，２９１ 軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工面に多数の微細溝を加工するため
   の微細加工用砥石において、 回転砥石の周面に複数の前記微細溝の各々の形状に応じ
   た形状の切刃面を形成したことを特徴とする微細加工用
   砥石。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の微細加工用砥石におい
   て、 前記砥石は砥粒を含むメッキ層から成る砥粒層を備え、
   その砥粒層に前記切刃面を形成したことを特徴とする微
   細加工用砥石。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の微細加工用砥石の製造
   方法であって、 前記砥石の切刃面と同一形状面を有する母型を作製する
   第１の工程と、 前記母型上に前記砥粒層を形成した後にその砥粒層上に
   メッキ層を形成する第２の工程と、 前記メッキ層に軸を固定した後に前記母型を除去する第
   ３の工程とから成る微細加工用砥石の製造方法。