(57)【要約】【課題】工作物の品質を損なうことなく、従来と同様な研磨工具を用いて超硬合金からなる工作物の研磨加工を行う。【解決手段】超硬合金からなる工作物と研磨工具との間に、超硬合金に対して酸化作用のある水溶液を介在させた状態で工作物の表面を研磨工具によって研磨加工する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金からなる工作物と研磨工具との間に、超硬合金に対して酸化作用のある水溶液を介在させた状態で工作物の表面を研磨工具によって研磨加工することを特徴とする超硬合金の研磨加工方法。
【請求項２】
前記研磨工具は、それ自体に研磨剤を保持しておらず、前記研磨剤は加工前または加工中に供給することを特徴とする請求項１に記載の研磨加工方法。
【請求項３】
前記研磨工具は、それ自体に予め研磨剤を保持していることを特徴とする請求項１に記載の研磨加工方法。
【請求項４】
超硬合金に対して酸化作用のある水溶液の濃度を変更することによって加工能率を調節することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の研磨加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超硬合金からなる工作物を効率良く、より平滑に加工する研磨加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、プラスチック、金属等の成型用金型の材料として、炭化タングステン（ＷＣ）等からなる超硬合金が多く用いられている。超硬合金は、強度、耐磨耗性、耐熱性に優れているためである。
【０００３】
一般に、超硬合金を材料とした金型は、焼結によって形成されたブランク材料を放電加工、研削加工することにより所望の形状とし、研磨加工によって表面性状を整えることにより製造されている。この内の研磨加工においては、例えば、ガラスやプラスチックからレンズ等の光学素子を成形するための金型の研磨の場合には、スモールツールやピッチ等の磨き皿を用い、研磨剤を供給して行う遊離砥粒を用いた研磨加工と、レンジボンド砥石、ゴム砥石、研磨フィルム等を用いた固定砥粒による研磨加工がある。
【０００４】
上記スモールツールは、金型寸法に対して極端に接触面積の小さい自転可能な工具であり、この工具が金型上を走査して加工を行うようになっている。また、ピッチは、磨き皿材料に使用されるものの総称であり、アスファルト（石油系）、タールピッチ（石炭系）、ウッドピッチ（木炭系）などが使用されている。
【０００５】
上記レジンボンド砥石は、砥粒を熱硬化性合成樹脂によって結合した砥石であり、ゴム砥石は、砥粒をエボナイト構造の硬質ゴムで結合した弾性砥石である。また、研磨フィルムは、厚さ２５〜１００μｍ程度のポリエステルフィルムの上に、サブミクロンから数十μｍの粒径の砥粒を接着剤によって均一に塗布したテープ状の研磨工具である。
【０００６】
上述した研磨加工は仕上げ工程であるところから、加工能力が低くなるように調整され、加工量が深さ方向にサブミクロンから数μｍ程度となっている。
【０００７】
このような研磨加工において、加工効率を向上させる必要がある場合、すなわち同じ加工時間でより多くの加工量を得たい場合、従来では、砥粒の粒径が大きな研磨剤を用いたり、加工条件（圧力、速度）を上げる等の手段を用いている。
【０００８】
また、研磨剤を用いた加工方法ではないが、放電加工により超硬合金表面に発生したクラック層を短時間で除去する手段として、レーザビームを超硬合金表面に照射することによって超硬合金表面を熱酸化させ、脆くなった酸化層すなわちクラック層を除去することもなされている。
【非特許文献１】「酸化現象を利用した超硬合金放電加工面の改質」（精密工学会誌、６５巻、Ｎｏ．１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
砥粒の粒径の大きい研磨剤を用いたり、加工条件（圧力、速度）を上げる等の手段を用いた場合には、工作物の表面粗さの劣化や、形状精度の悪化という副作用が発生して好ましくない。また、レーザビーム等の手段を用いて、超硬合金を熱酸化させて酸化層を除去する場合は、その制御が難しいばかりでなく、装置自体が高価で大がかりとなり、加工費も高くなる問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであり、超硬合金からなる工作物の品質を損なうことなく、従来と同様の安価で簡単な構造の研磨工具や装置を用いて研磨加工の効率及び品質を向上させることが可能な研磨加工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】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の超硬合金の研磨加工方法は、超硬合金からなる工作物と研磨工具との間に、超硬合金に対して酸化作用のある水溶液を介在させた状態で工作物の表面を研磨工具によって研磨加工することを特徴とする。
【００１２】
請求項１の発明では、超硬合金に対して酸化作用のある水溶液を工作物と研磨工具との間に介在させることにより、水溶液が工作物の表面を酸化して表面が脆くなるため、研磨工具による加工の効率を向上させることができる。また、表面粗さの劣化、形状精度の悪化がないため、加工品質を向上させることができる。従って、従来より用いられている簡単で安価な研磨工具や装置を用いた加工を行うことができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の研磨加工方法であって、前記研磨工具は、それ自体に研磨剤を保持しておらず、前記研磨剤は加工前または加工中に供給することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明では、研磨の加工前または加工中に研磨剤を供給するため、研磨状態に応じた研磨剤の供給を行うことができると共に、研磨効率を向上させることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１に記載の研磨加工方法であって、前記研磨工具は、それ自体に予め研磨剤を保持していることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、研磨工具が研磨剤を保持しているため、研磨剤を供給する必要がなく、研磨を円滑に行うことができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の研磨加工方法であって、超硬合金に対して酸化作用のある水溶液の濃度を変更することによって加工能率を調節することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明では、水溶液の濃度を変更することにより、単位時間当たりの加工量、すなわち加工能率が調節できる。このため、研磨加工前の加工面性状がばらついても、加工能率を変えることにより、研磨加工工程のリードタイムを一定化することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、超硬合金に対して酸化作用のある水溶液を工作物と研磨工具の間に介在させることにより研磨を行うため、従来から用いられている簡単な構造に研磨工具及び装置を用いても、超硬合金への加工性及び品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１である。この実施の形態では、研磨工具としてスモールツールを使用して研磨加工を行うものであり、図１に示すように、工具軸部３とワーク軸部７とを備えることにより研磨加工装置が構成されている。
【００２１】
工具軸部３は、工作物としてのワーク２と当接して研磨を行う工具としての球状のポリシャ１と、ポリシャ１を工具軸部３の回転軸ａを中心に回転させる工具回転手段としてのポリシャ用モータ４とを備えている。また、モータ４と一体となったポリシャ１の上下方向への移動を可能とするガイド５と、後述する回転軸ｂと平行な方向（上下方向）に推力を与える推力手段としての不図示のバネまたはシリンダ等を有している。この実施の形態において、ポリシャ１の回転軸ａは、ガイド５に対して４５度の角度で傾斜するようになっている。
【００２２】
ワーク軸部７は、超硬合金からなる工作物としてのワーク２が載置されて固定された載置台６と、載置台６を介してワーク２を回転軸６を中心に回転させるワーク回転手段としての不図示のワーク用モータとを有している。また、ワーク軸部７はこれに加えて、回転軸ｂに対して垂直方向（Ｘ方向）への移動を可能とする不図示の送り機構を有している。超硬合金としては、例えば、ＷＣが使用されている。
【００２３】
ワーク２への研磨加工は、ポリシャ１及びワーク２が共に回転した状態で、不図示のバネ又はシリンダの与圧により荷重されることにより行われる。そして、不図示の送り機構によって、ワーク２とポリシャ１はワーク２の径方向に（Ｘ方向）に相対移動しながら研磨加工が進行する。
【００２４】
このような構成に加えて、研磨剤及び超硬合金に対して酸化作用のある水溶液が、加工前に供給されるか、加工中において、ある時間間隔で供給される。
【００２５】
図２（ａ）〜（ｃ）は、この実施の形態における加工メカニズムを示している。ワーク２である超硬合金２１は、ＷＣ粒子２２が結合材２３によって結合された状態となっている。この超硬合金２１に対し、図２（ａ）のように酸化作用のある水溶液２４がその表面に接触すると、超硬合金２１の酸化反応として、ＷＣ粒子２２の結合剤２３（Ｃｏ（コバルト）やＮｉ（ニッケル））がイオン化して溶出する。これにより、超硬合金２１の表面は図２（ｂ）のように、多孔質状態となり、脆くなった酸化層が形成される。この部分が研磨剤により機械的に除去されて図２（ｃ）に示すような平滑面となる。このときの仕事量は、酸化作用のある水溶液を加えない場合に対して少なくて済むものである。これら一連の現象が連続して発生して研磨加工が進行する。
【００２６】
このような実施の形態では、超硬合金２１の表面を酸化作用のある水溶液２４によって酸化しながら研磨を行うため、従来から用いられている簡単な構造に研磨工具及び装置を用いても、超硬合金への加工性及び品質を向上させることができる。
【００２７】
この実施の形態において、酸化作用のある水溶液２４を加工前に供給する場合には、加工中に供給する必要がないため、水溶液２４を自動供給するための自動供給装置が不要となる。一方、酸化作用のある水溶液２４を加工中に供給する場合には、加工中に水溶液２４が反応しきった場合でも、一定時間間隔で追加することにより、酸化反応が止まることがなく、常に酸化反応が起こっているため、加工能率が向上すると共に加工性も向上するメリットがある。このような酸化作用のある水溶液２４の供給は、超硬合金への加工時間を考慮して選択することが良好であり、加工時間が短い場合には、加工前にだけ供給し、加工時間が長い場合には、加工中にも供給することが実用的である。
【００２８】
（実施の形態２）
図３及び図４は、本発明の実施の形態２を示す。この実施の形態では、研磨工具として研磨フィルムを使用して研磨加工するものである。
【００２９】
図３に示すように、研磨加工装置は工具軸部１３と、ワーク軸部１７とを備えている。
【００３０】
工具軸部１３は、超硬合金からなる工作物であるワーク１２と当接して研磨を行う研磨工具としての円盤状のポリシャ１１と、ポリシャ１１を回転させる工具回転手段としてのポリシャ用モータ１４とを備えている。ポリシャ１１はステンレス製の台金１８、スポンジ等の弾性体１９及び固定砥粒を有した研磨フィルム２０より構成されており、これらがそれぞれ接着されている。そして、研磨フィルム２０がワーク１２の表面に接触して研磨を行う。
【００３１】
さらに、工具軸部１３は、モータ１４と一体となったポリッシャ１１の上下方向への移動を可能とするガイド１５と、上下方向に推力を与える推力手段としての不図示のバネ又はシリンダを有している。
【００３２】
ワーク軸部１７は、ワーク１２が載置されて固定された載置台１６と、載置台１６を介してワーク１２を回転軸ｂを中心として回転させるワーク回転手段としての不図示のワーク用モータと、Ｘ方向の移動を可能とする不図示の送り機構とを有している。
【００３３】
図４（ａ）〜（ｄ）は、この実施の形態の作用を示している。この実施の形態では、実施の形態１における作用に加えて次のような作用がある。
【００３４】
研磨加工前の加工面３１には、微小な凹凸が存在している。加工面３１上に、超硬合金に対して酸化作用のある水溶液が作用すると、実施の形態１で説明したと同様の作用により、酸化層３２が生成される。
【００３５】
このような加工面に対し、固定砥粒を有したポリッシャ１１を用いて研磨加工を行うと、図４（ａ）示すように、加工面３１に対するポリッシャ１１の接触圧が凸部３３において他の部位より大きくなり、凸部３３が優先的に除去されて、図４（ｂ）に示すように、酸化されていない部分３４が露出する。このとき、砥粒は、水溶液に含まれておらず、ポリッシャ１１の研磨フィルム２０に固定されているため、凹部１００に入り込むことがない。その結果、凹部１００は研磨されることなく、凸部３３が優先的に研磨される。
【００３６】
そして、酸化されていない部分３４が露出した部位では、図２（ｃ）のように再び酸化層３２が生成され、上述したと同様の作用により、凸部３３から優先的に除去される。これにより、図２（ｄ）に示すように、さらに平滑面となるような加工が進行する。
【００３７】
（実施の形態３）
この実施の形態における研磨構造は、実施の形態１と同様である。この実施の形態では、超硬合金に対して酸化作用のある水溶液として、過酸化水素水を用いるものである。表１は、過酸化水素水の濃度を変えた場合における同じ加工時間での加工量（加工深さ）を示す。
【００３８】
研磨剤としては、ダイヤモンドペースト（粒径１μｍ）を用い、加工時間は３０分とした。過酸化水素水を加えない場合に対して、濃度３．２重量％の過酸化水素水を加えた場合は１．２倍の加工量が得られ、濃度７．５重量％の過酸化水素水を加えた場合は、１．６倍の加工量が得られ、濃度１５重量％の過酸化水素水を加えた場合は２倍の加工量が得られており、過酸化水素水の濃度によって加工量を調整することが可能となっている。
【００３９】
そして、このように水溶液の濃度を変化させることにより、単位時間当たりの加工量が調整できることから、加工前の加工面性状がばらついていても、加工能率を変化させることにより研磨加工のリードタイムを一定化することが可能となる。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々変形が可能である。例えば、超硬合金に対して酸化作用のある水溶液としては、硝酸、亜硝酸、硫酸等の酸性溶液を用いることができる。このような酸性溶液の場合にも、超硬合金との間で酸化反応が起こるため、研磨を良好に行うことができる。また、これに限らず、次亜塩素酸塩や過酸化ナトリウム等の水溶液を用いても良い。さらに、本発明においては、ワークにおける研磨される加工面が、平面、球面、非球面や自由曲面等の場合にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１における研磨加工装置の正面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１の作用を段階的に説明する断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２における研磨加工装置の正面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態２の作用を段階的に説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１１  ポリッシャ
２，１２  ワーク
２４  酸化作用のある水溶液
【図１】
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【図２】
2005118898.tif 000005
【図３】
2005118898.tif 000006
【図４】
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