特許 6006061 研磨用工具の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6006061

(24)【登録日】2016年9月16日

(45)【発行日】2016年10月12日

(54)【発明の名称】研磨用工具の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B24D 3/00 20060101AFI20160929BHJP

   B30B 11/02 20060101ALI20160929BHJP

   B24B 13/01 20060101ALI20160929BHJP

【ＦＩ】

   B24D3/00 340

   B30B11/02 F

   B24B13/01

【請求項の数】1

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-206253(P2012-206253)

(22)【出願日】2012年9月19日

(65)【公開番号】特開2014-61552(P2014-61552A)

(43)【公開日】2014年4月10日

【審査請求日】2015年7月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000376

【氏名又は名称】オリンパス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】小高 雄一

【審査官】 大山 健

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−３５４９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０１０３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２９０３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４２−０２３８７５（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｄ ３／００−９９／００

Ｂ３０Ｂ １１／０２

Ｂ２４Ｂ １３／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状をなす粉体成形用のダイに下パンチを配置する下パンチ配置工程と、
前記ダイ内に研磨材を含む原料の粉体を、前記ダイの中心軸から外周に向かって、前記下パンチの上面からの高さが高くなるように配置する粉体配置工程と、
前記ダイに上パンチを配置する上パンチ配置工程と、
前記上パンチ及び前記下パンチにより前記粉体に圧力を加えて圧縮成形を行う成形工程と、を含み、
前記下パンチは、前記ダイの中心軸を通って該中心軸方向に貫通する孔部が形成された外周部と、前記孔部に対して挿抜可能な抜き栓とを備え、
前記粉体配置工程は、前記ダイに前記粉体を投入した後で前記抜き栓を抜き、前記孔部から前記粉体の一部を排出した後、前記抜き栓を前記孔部に挿入することを特徴とする研磨用工具の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レンズ等の光学素子の研削又は研磨に用いられる研磨用工具の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レンズ等の回転対称形状を有する光学素子を研削又は研磨する場合、所望の曲率をなす球面状（凹球面状又は凸球面状）に形成された研磨用工具（砥石）の加工面を光学素子の被加工面に当接させ、研磨用工具を回転させると共に光学素子を揺動させることにより、被加工面を加工する。

【0003】

このような回転する研磨用工具においては、加工面の中心軸側よりも円周側の周速が速いため、単位時間当たりに被加工面と接触して擦られる距離は円周側の方が長くなる。その結果、中心軸側と比べて円周側における加工面の磨耗が早くなる。このように、研磨用工具の磨耗は加工面において均一でないため、研磨用工具を使用する過程で、加工面の形状が当初の球面形状から変化してしまい、光学素子の加工精度に影響を与えてしまう。

【0004】

加工面における磨耗量を均一にするため、特許文献１には、砥石の中心軸側と円周側とで気胞（気孔）の含有構成（含有率）を変えることにより、砥石自体の磨耗し易さに分布を持たせる技術が提案されている。具体的には、砥石内の気孔の含有構成を中心軸側よりも円周側で小さくしている。それにより、円周側が中心軸側と比べて磨耗し難くなるので、加工面を光学素子に当接させて回転させた場合に、砥石の磨耗を均一にすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６１−１０３７６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１には、砥石内の気孔の含有率を径方向で変化させる具体的な方法は開示されていない。砥石に気孔を含有させる方法としては、例えば、成形前の原料の粉末（砥粒）に発泡剤を混入する方法が考えられるが、このような方法により気孔の含有率を径方向で変化させることは非常に困難であり、製造工程が複雑になってしまう。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、気孔の含有率が径方向で異なる研磨用工具を簡単な工程で製造することができる砥石の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る研磨用工具の製造方法は、円筒状をなす粉体成形用のダイに下パンチを配置する下パンチ配置工程と、前記ダイ内に研磨材を含む原料の粉体を、前記ダイの中心軸から外周に向かって、前記下パンチの上面からの高さが高くなるように配置する粉体配置工程と、前記ダイに上パンチを配置する上パンチ配置工程と、前記上パンチ及び前記下パンチにより前記粉体に圧力を加えて圧縮成形を行う成形工程と、を含むことを特徴とする。

【0009】

上記研磨用工具の製造方法において、前記粉体配置工程は、前記ダイに前記粉体を投入し、前記中心軸を回転軸として前記ダイを回転させることを特徴とする。

【0010】

上記研磨用工具の製造方法において、前記下パンチは、前記ダイの中心軸を通って該中心軸方向に貫通する孔部が形成された外周部と、前記孔部に対して挿抜可能な抜き栓とを備え、前記粉体配置工程は、前記ダイに前記粉体を投入した後で前記抜き栓を抜き、前記孔部から前記粉体の一部を排出した後、前記抜き栓を前記孔部に挿入することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ダイ内に原料の粉体を、ダイの中心軸から外周に向かって下パンチの上面からの高さが高くなる、所謂すり鉢状となるように配置して圧縮成形を行うので、気孔の含有率が径方向で異なる研磨用工具を簡単な工程で製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施の形態１に係る研磨用工具の製造方法を示すフローチャートである。

【図2A】図２Ａは、図１に示す下パンチの配置工程及び原料の粉体の配置工程を説明する模式図である。

【図2B】図２Ｂは、図１に示す原料の粉体の配置工程を説明する模式図である。

【図2C】図２Ｃは、原料の粉体がすり鉢状に配置された様子を示す模式図である。

【図2D】図２Ｄは、図１に示す上パンチの配置工程及び圧縮成形工程を説明する模式図である。

【図3】図３は、図１に示す圧縮成形工程により得られた圧粉体と、該圧粉体における密度分布を示す図である。

【図4】図４は、図１に示す加熱工程により得られた円柱状の砥石部材を示す模式図である。

【図5A】図５Ａは、実施の形態２に係る研磨用工具の製造方法のうち、原料の粉体の配置工程を示す模式図である。

【図5B】図５Ｂは、実施の形態２に係る研磨用工具の製造方法のうち、原料の粉体の配置工程を示す模式図である。

【図5C】図５Ｃは、実施の形態２に係る研磨用工具の製造方法のうち、圧縮成形工程を示す模式図である。

【図6】図６は、図５Ｃに示す圧縮成形工程により得られた圧粉体と、該圧粉体における密度分布を示す図である。

【図7】図７は、実施の形態２の変形例１においてダイに与える回転パターンの一例を示すグラフである。

【図8】図８は、変形例２に係る研磨用工具の製造方法を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、これら実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。図面は模式的なものであり、各部の寸法の関係や比率は、現実と異なることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。

【0014】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る研磨用工具の製造方法を示すフローチャートである。また、図２Ａ〜図２Ｄは、実施の形態１に係る研磨用工具の製造方法を説明するための模式図である。

【0015】

工程Ｓ１において、原料の粉体を作製する。実施の形態１においては、研磨材が樹脂によって結着された複合粉体を原料として用いる。そのために、まず、粉末又はフレーク状の樹脂材料を溶媒に溶解させることにより、樹脂溶液を調整する。樹脂材料としては、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂等が用いられ、必要に応じて、シラン、チタンのカップリング剤、フッ化炭素、二硫化モリブデン、フッ化エチレン、強化樹脂等が添加される。また、溶媒としては、ＮＭＰ系、モノグライム、ジグライム、ブチルラクトン、トルエン、アセトン、トリクレン等の有機溶剤が使用される。

【0016】

続いて、粉体状の研磨材（砥粒）を上記樹脂溶液に混合して攪拌することにより、研磨材泥（スラリー）を作製する。研磨材としては、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化クロム、ダイヤモンド等が使用される。そして、この研磨材泥を薄く引き伸ばし、溶媒を揮発させて乾燥させることにより、シート状の複合材を作製する。さらに、このシート状の複合材を粉砕してフレーク状にし、ミキサー、ボールミル、乳鉢等を用いて粉体状になるまで粉砕する。これを原料の粉体とする。なお、粉体の粒径は特に限定されず、好ましくは１μｍ程度から５００μｍ程度の範囲にすると良い。

【0017】

続く工程Ｓ２において、図２Ａに示すように、粉体成形用のダイ１０の下側開口に下パンチ１１をセットする。ここで、ダイ１０は粉体の圧縮成形加工において一般的に用いられる加工具であり、円筒状をなしている。一方、下パンチ１１は、ダイ１０の内周に嵌合可能なパンチであって、ダイ１０の中心軸Ｒ１を通って該中心軸Ｒ１方向に貫通する孔部が形成された外周部１１ａと、外周部１１ａの孔部に対して挿抜可能な内周部１１ｂとを備える。この下パンチ１１をダイ１０に嵌め込むことにより、ダイ１０内に円柱状のキャビティが形成される。内周部１１ｂは、下パンチ１１によって閉じられるダイ１０の底面の抜き栓として機能する。

【0018】

続く工程Ｓ３において、原料の粉体１をダイ１０内に、すり鉢状に配置する。ここで、すり鉢状とは、ダイ１０の中心軸Ｒ１近傍から外周に向かって、下パンチ１１の上面から見た原料の粉体１の高さが高くなった状態のことである。

【0019】

そのために、まず、図２Ａに示すように、ダイ１０内に粉体１を投入し、その後、図２Ｂに示すように、下パンチ１１の内周部１１ｂを抜く。それにより、ダイ１０の中心軸Ｒ１近傍の領域から粉体１の一部が排出され、ダイ１０内に残った粉体１が、中心部が凹んだすり鉢状となる。その後、図２Ｃに示すように、内周部１１ｂを再び外周部１１ａに嵌め込み、栓をする。

【0020】

工程Ｓ４において、図２Ｄに示すように、粉体１のすり鉢状態を維持しつつ、ダイ１０及び下パンチ１１を圧縮成形装置の台座１３上に載置し、ダイ１０の上側開口に上パンチ１２を配置する。

【0021】

続く工程Ｓ５において、上パンチ１２を降下させ、下パンチ１１及び上パンチ１２により粉体１に所定の圧力を加えることにより圧縮成形を行い、圧粉体を得る。

【0022】

続く工程Ｓ６において、ダイ１０から圧粉体を取り出して加熱する。それにより、原料の粉体１に含まれる樹脂同士を溶着させる。なお、加熱温度や加熱時間等の加工条件については、樹脂の種類等に応じて適宜設定される。それにより、円柱状の砥石部材が得られる。

【0023】

ここで、図３は、工程Ｓ５により得られた圧粉体を示す模式図である。また、図４は、工程Ｓ６により得られた砥石部材を示す模式図である。なお、図４においては、気孔率の違いをグレーの濃淡で表しており、グレーの濃い方が気孔率が低いことを示す。

【0024】

上述したように、図３に示す圧粉体２は、ダイ１０内にすり鉢状に配置された粉体１を、中心軸Ｒ１と平行な向きに押圧して得られたものである。このため、圧粉体２においては、中心軸Ｒ１近傍で粉体１の圧縮密度が低く、外周に向かうほど粉体１の圧縮密度が高くなる。従って、このような圧粉体２を熱処理した後の砥石部材３においては、中心軸Ｒ１近傍で気孔の含有率が高く、外周に向かうほど気孔の含有率が低くなる。

【0025】

さらに、工程Ｓ７において、円柱状の砥石部材３に対し、カーブジェネレータ加工等により球面を創成し、さらにラップ加工を行うことにより、所望の曲率の球面形状をなす加工面３ａを形成する。それにより、実施の形態１に係る研磨用工具が完成する。

【0026】

以上説明したように、実施の形態１によれば、中心軸Ｒ１近傍において気孔の含有率が高く、外周に向かうほど気孔の含有率が低くなる研磨用工具を容易に製造することができる。このような研磨用工具においては、中心軸Ｒ１から外周に向かうほど磨耗し難くなる。従って、研磨用工具を回転させて使用した際に、周速が相対的に遅い中心軸Ｒ１側と、周速が相対的に早い円周側とにおいて、加工面における磨耗量を均一にすることが可能となる。

【0027】

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る研磨用工具の製造方法について説明する。
実施の形態２に係る研磨用工具の製造方法は、全体として図１に示すものと同様であり、主に工程Ｓ３における原料の粉体の配置方法が実施の形態１とは異なる。図５Ａ〜図５Ｄは、実施の形態２に係る研磨用工具の製造方法を説明するための模式図である。

【0028】

実施の形態２においては、粉体１の圧縮成形用の型として、図５Ａに示すダイ２０及び下パンチ２１を用いる。ダイ２０及び下パンチ２１は、粉体の圧縮成形加工において一般的に用いられる加工具である。ダイ２０は筒状をなし、下パンチ２１をダイ２０に嵌め込むことにより、ダイ２０内に円柱状のキャビティが形成される。

【0029】

ダイ２０に下パンチ２１をセットした後（工程Ｓ２）、工程Ｓ３において、原料の粉体１をダイ２０内に、すり鉢状に配置する。この際、実施の形態２においては、まず、図５Ａに示すように、ダイ２０内に原料の粉体１を投入する。そして、図５Ｂに示すように、ダイ２０及び下パンチ２１を回転モータ２３が備えられた回転テーブル２２上に載置し、所定の回転数（例えば、５００ｒｐｍ程度）となるまで回転させる。それにより、ダイ２０内に配置された粉体１に遠心力が発生して外周方向に移動し、粉体１がすり鉢状となる。また、それと同時に、粉体１の密度が中心軸Ｒ２から外周に向かって高くなる。さらに、回転により粉体１が分級され、粉体１の中でも粒径が大きくて重い粉体１ａが外周方向に移動し、粒径が小さくて軽い粉体１ｂは中心軸Ｒ２近傍に残留する。回転テーブル２２が所定の回転数に至った後、回転モータ２３を停止する。

【0030】

その後、図５Ｃに示すように、ダイ２０及び下パンチ２１を圧縮成形装置の台座２５上に載置して、上側開口に上パンチ２４を配置する（工程Ｓ４）。そして、上パンチ２４を降下させ、下パンチ２１及び上パンチ２４により粉体１に所定の圧力を加えることにより圧縮成形を行う（工程Ｓ５）。

【0031】

図６は、実施の形態２の工程Ｓ５において得られた圧粉体を示す模式図である。工程Ｓ５においては、上述したように、中心軸Ｒ２から外周に向かうほど高さ及び密度が高くなり、径も大きくなる粉体１を、中心軸Ｒ２と平行な向きに押圧する。このため、それによって得られた圧粉体４においては、中心軸Ｒ２近傍と比較して、円周側の圧縮密度が非常に高くなる。また、粒径が大きく、研磨能力の高い研磨材も円周側に多く存在することになる。
その後の工程Ｓ６以降については、実施の形態１と同様である。

【0032】

以上説明したように、実施の形態２によれば、ダイ２０内において原料の粉体１に遠心力を生じさせるので、中心軸Ｒ２から外周に向かうほど粉体１の圧縮密度が高くなり、且つ、粒径が大きくて重い粉体１ａが増加する圧粉体４を容易に形成することができる。このような圧粉体４にさらに熱処理を施して作製した研磨用工具においては、中心軸Ｒ２と比較して円周側における気孔の含有率が非常に低くなると共に、研磨材の平均粒径が大きくなる。即ち、中心軸Ｒ２から外周に向かうほど、磨耗し難くなると共に、研磨能力が高くなる。従って、研磨用工具を回転させて使用した際に、周速が相対的に遅い中心軸Ｒ２側と、周速が相対的に早い円周側とにおいて、加工面における磨耗量を均一にすることが可能となる。

【0033】

（変形例１）
次に、実施の形態２の変形例１について説明する。図７は、実施の形態２の工程Ｓ３においてダイ２０に与える回転のパターンの一例を示すグラフである。
工程Ｓ３においては、ダイ２０に粉体１を投入した後、図７に示すように回転モータ２３の回転運動を制御して、ダイ２０を間欠的に回転させても良い。具体的には、回転数をＮ_maxまで上げた後、すぐにＮ_minまで落とす間欠パターンを３回繰り返した後、再び回転数をＮ_maxまで上げて、所定時間回転させる。

【0034】

このように回転を間欠的に与えることにより、粉体１の流動が活発化するので、粉体１がすり鉢状になるまでの時間を短縮することができる。また、粒径が大きい粉体１ａと粒径が小さい粉体１ｂとの分級度合いも高くなるため、圧粉体４の径方向における平均粒径の差がより大きくなる。従って、変形例１によれば、中心軸Ｒ２から外周に向かうほど圧縮密度が高くなり、且つ研磨能力の高い粒径の大きな粉体１ａが増加する圧粉体４を、より効率的に作製することが可能となる。

【0035】

（変形例２）
次に、実施の形態２の変形例２について説明する。図８は、変形例２に係る研磨用工具の製造方法を説明するための模式図である。
実施の形態２の工程Ｓ３においてダイ２０を回転させる際には、ダイ２０に対し、直接又は間接的に振動を与えても良い。例えば、図８に示すように、回転モータ２３に超音波発振装置２６を取り付け、回転テーブル２２及びダイ２０を回転させながら、回転モータ２３及び回転テーブル２２を介してダイ２０に超音波振動を与える。それにより、超音波振動が粉体１に伝達して流動が活発化し、粉体１がすり鉢状になるまでの時間を短縮することができる。また、粒径が大きい粉体１ａと小さい粉体１ｂとの分級度合いも高くなるため、圧粉体４の径方向における平均粒径の差がより大きくなる。従って、変形例２によれば、中心軸Ｒ２から外周に向かうほど圧縮密度が高くなり、且つ研磨能力の高い粒径の大きな粉体１ａが増加する圧粉体４を、より効率的に作製することが可能となる。
なお、超音波発振装置２６は、回転モータ２３に設ける他、回転テーブル２２上に設置しても良いし、ダイ２０の側面や上端部に直接設けても良い。

【符号の説明】

【0036】

１、１ａ、１ｂ 粉体
２、４ 圧粉体
３ 砥石部材
３ａ 加工面
１０、２０ ダイ
１１、２１ 下パンチ
１１ａ 外周部
１１ｂ 内周部
１２、２４ 上パンチ
１３、２５ 台座
２２ 回転テーブル
２３ 回転モータ
２６ 超音波発振装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図4】