JPS5969257A - 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
釦、ダイヤモンドバイト等に使用されるダイヤモンド、
ザファイア、水晶等の脆性材料の研磨装置如関するもの
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
て結晶構造が安定しているダイヤモンド、サファイア、
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、 ■　著しい結晶異方性を有し、例えば第１図（ａ）。

（ｂ）に示すごとく、ダイヤモンドの１１ｏｏ　１面か
ら１１１ｏ　１面の範囲において、加工方向によっては
加工速度が数１ｏ倍異なることが報告されていること、 ■　脆性的な性質が著しく、つま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、チンピング（微小な欠け）を引き起すこ
と、 ■　最終研磨加工状態においては、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く、しかも鏡面状
態に仕上げることは極めて難しく、従来より種々の加工
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状である。第３〜４図に従来
の代表的な例の具体構成を示す。以下実部を参照しなが
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、
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、
４は装置の本体フレームである。５は本装置において加
工する結晶性硬脆性材料を中心とする加工物、６は前記
加工物を接着した取伺ロンド、７は前記取付ロンドを任
意の角度と長さに調整し得るホルダー、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ビン、１ｏは前記支点ビンの支持
ブロックである。第４図において、１１は加工物を取付
けたホルダーと加工物を往復駆動せしめる移動台、１２
は前記移動台を駆動するモータと送りネジ、１３は前記
移動台によって加工物が平面状ラップ板上を動く軌跡で
ある。

以上の様に構成された従来のラッピング装置において以
下その動作について説明する。ラッピング砥粒１が塗布
され駆動モータ３によって１０００〜１５００　ｒ　ｐ
ｍ　　で回転している外径１ｏＯ祁〜３００喘の平面状
ラップ板に、先端に加工物を接着によって取付けた取付
ロンドロと、ホルダー７に固定ポルト８によって固定保
持し、支点ビン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を駆動すれば加工物５は第
３図軌跡１３の如く平面状ラップ板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ッドをホ
ルダーよりとりはずし、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、ランプ加工時加工物
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
物を往復運動させない場合ラン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。一般にダイヤモンド等の硬脆性材料のラ
ンプ加工においては、最も加工能率の良い加工速度が存
在するが上記の如〈従来の加工方法ではラップ板」二の
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不可能であり
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、ラップ板を支持する
軸受の振動や、ランプ板の回転不均合による振動が発生
し、送り台にも小さなウネリ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 本発明は上記欠点に鑑み、脆性材料における加工仕上面
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、表面に研磨剤を塗布または埋め込まれた、高
速で安定して回転する回転円筒体と、その回転円筒体の
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から構成
されており、加工物を円筒表面上に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６〜６図は本発明の脆性月相の研磨装置の一実
施例を示す図である。図において、１４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１５が塗布または埋め込まれ、軸受１
６，１７で、ベース１８土に保持され、ベルト１９を介
してモータ２０によって回転する。モータは、回転円筒
体１４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
布された研磨剤の保持力が強く、かつ表面での回動も起
りやすく、さらに長時間の研磨においても磨耗の少ない
材質、たとえば、パーライト鋳鉄、黄銅、リン青銅、ス
ズ、等で作られる。

同筒表面は、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、Ｒｍａｘ０５μｍ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１μｍ／１００ｍｍ以下、さらに偏芯重量に
よる回転時における回転円筒体１４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１７１ｍ以
下に仕上げられている。２１は加工物保持ロンドで、先
端に加工物２２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。加工物保
持ロッド２１は軽く、曲げ剛性が大きく、かつ折れにく
い、たとえばＣｒ入りアルミナセラミックス等が使用さ
れる。２３は加工物移動台、２４　、２５は加工物移動
台２３に固定された側板、２６はワークホルダで、加工
物保持ロッド２１を、前後方向に摺動可能な穴２７を有
し、セントネジ２８にて固定できるようになっている。

２９は前述ワークホルダ２６の回転中心をなすシャフト
でその両端は一対の側板２４，２６にて固定されている
。

３０（ｌ−Ｊ：引張りバネで、その一端が加工物２２を
回転円筒体１４に押しつけるように付勢している。

３１は移動台ガイドであり、加工物移動台２３を回転円
筒体１４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３１は、加工物移動台２３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３０
０　ｍｍに対して」二下、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。３２は前記２３の加工
物移動台を回転円筒体１４の軸方向に移動させる送りネ
ジ、３３は送りナツトで、加工物移動台２３の底面に固
定され、送りネジ３２とけい合している。３４は送りネ
ジのピボット軸受、３５は送りネジ３２に回転を与える
送りモータである。

以上のように構成された研磨装置を用いての研磨方法に
ついて説明する。まず加工物移動台２３を移動台ガイド
３１から取りはずした状態で、回転円筒体１４０円筒表
面に研磨剤１５を塗布する。

研磨剤１６はアルコール、オリーブ油等の稀釈剤で溶か
れ、均一にめり込むために回転円筒体１４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１５の飛散を防止するために６０〜
３００ｒｐｍの低速に選ばれる。また表面での研磨剤１
５の保持力を確実にする目的で、塗布後、油砥石、ＷＣ
超硬棒等を押し当て、表面に研磨剤１６を埋め込むこと
もなされる。つづいて、回転円筒体１４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２３
を移動台ガイド３１上にセットし、送りモータ３６によ
って回転運動が与えられている送りネジ３２に送りナツ
ト３３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１０ｍｍ／ｍｉｎ〜５
０ｍｍ／ｍｉｎに選ばれる。この時点では、加工物保持
ロッド２１の中央を手で持ち、引張りバネ３０に抗して
上方に持ちあけられて、加工開始と同時に静かに回転円
筒体１４０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５００〜１０００ｆ！／ｍｌ
近辺に選ばれる。

第７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。なお加工条件は回転円筒
体の周速度ｇ　６０　ｍ／ｍｉ　ｎ　、加工面（１ｏｏ
）、研磨剤はダイヤモンド砥粒である。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、研磨ば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２１を持ち上
げることにより終了する。

さらに前掲第１図ａ、ｂに示したようにダイヤモンド、
サファイア等のように加工の結晶異方性が悪い材料に対
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８図に示すように、
ワークホルダー２６の穴２７にそって、加工物保持ロッ
ド２１を摺動させ、加工物２２とワークホルダー回転中
心２９との距離を変化させることによってなし得る。つ
まり、加工物２２０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加工面の偏位角
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２１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８図において、ワ
ークホルダ２６の回転中心２９のセンターから摺動穴２
７のセンターまでの長さをａ、ワークホルダ２６の摺動
穴２７の回転中心２９’ｊでの深さをす、加工物保持ロ
ッド２１のワークホルダ２６からの繰り出し量を２９円
筒回転体１４の半径をＲ９回転円筒体１４の中心からワ
ーク・ホルダ２６の回転中心２９までのベース１８と平
行面」二での距離をＣ９それと直角方向の距離をｄ、と
する。さらに加工物２２の回転円筒体１４の円筒表面と
の圧接点′ｆｆ：３１とするならば、圧接点３１におけ
る回転円筒体１４の接線と加工物保持ロッド２１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３１とワークホルダ２６の回転中心２
９とを結ぶ線が回転円筒体１４の接線上のなす角をθ１
、加工物保時ロッド２１となす角をθ２とすれば、θは
次に示す８１算式で８−１算できる。

θ＝θ１１−θ２　　　　　　・・・・・・・・・・・
・・・（１）・・・・・・・・・・・・・・・（２）（
１）　、　（２）式に基つき実用的な値として、ａ　＝
　１０ｍｍ　、ｂ＝２０ｍｍ　、ｄ＝５ｍｍ　、Ｒ＝６
０ｍｍを採用し、Ｃを１４０．１５０　、１６０ｍｍ、
　ｆｌを１００〜１２０［変化さぜた時の割算結果を第
９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２１の繰し出し量μを変化させるだけではなく
、回転円筒体１４とワークボルダ２６０同転中心２９の
距離を変化さぜる。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
工物保持ロン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、硬脆性月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、量
産的に加工することができる。

発明の効果 以上のように、本発明は、研摩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全圧接させ、回転円筒
体の中心軸方向に平行に、精度良く移動さ経る手段を設
けることにＪ：す、研摩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−に
而あらさが優れ、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、その実用的効果は大なる
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１ｎｉにおける加工
異方性を示す図、第１図（１））は第１図（ａ＞を説明
するだめの概念図、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摩装置の断面図、第４図は同
平面図、第５図は本発明の一実施例における装置の正面
図、第６図は同断面図、第７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８図は
ワークホルダ一部分の拡大図、第９図は計算結果に基づ
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
定角度の関係を示す図である。 １４・・・・・・回転円筒体、１５・・・・・研磨剤、
２０・・・°°モータ、２１・・・・・加工物保持ロッ
ド、２２・・・・・・加工物、２３・・・・加工物移動
台、２６・・・・・・ワークホルダ、２８・・・・・・
セットネジ、２９・・・・・シャフト、３０・・・・・
・引張りバネ、３１・・・・・・移動台ガイド、３２・
・・・・・送りネジ、３６・・・・・・送りモータ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 Ｃｆ０Ｏ）＠　Ｉｔ１６１１？燻ぎ４（贋）第２図 回転ｐ１仮川建夷（鴫ｔｎ） 第３図 第６図 第７図 η〃工恋恋酸ｍ） ＠８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒表面に研摩剤が塗布ま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、かつ加工物を保持し、
   この加工物が前記回転円筒体の円筒表面に圧接するよう
   に付勢された加工物保持体とを備えた脆性材料の研磨装
   置。