(57)【要約】【課題】  加工面のキズを抑制する研削砥石及び研削加工方法を提供することにある。【解決手段】  球帯砥石１０は基端部に円柱形状の咬着部１１を有し、咬着部１１の先端側に基部１２、球帯部１３が形成されている。球帯部１３は、基部１２に形成した半球体の先端部（頭部）の一部を切り落とした形状（球帯形状）である。球帯部１３の頂上の平面１３ｂは、砥石軸Ｃ３に対して垂直で、球帯部１３の基端面の曲率中心Ｐ１は砥石軸Ｃ３上にある。球帯砥石１０は、球帯部１３の最突出点Ｐ２が球帯砥石１０を砥石スピンドルに取着して回転中心軸Ｃ２を中心に回転させたとき、Ｚ方向で最も突出した点となるように設定されている。【選択図】      図１
2007062000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に研削部を有した研削砥石において、
前記研削部を、球帯形状にしたことを特徴とする研削砥石。
【請求項２】
回転軸対称形状を有する被加工物の一側面に対して、研削砥石の先端部に形成した研削部を当接させ、さらに前記研削砥石を回転させながら相対的に移動させることにより、被加工物を凹形状に加工する研削加工方法において、
前記研削砥石の回転中心軸を前記被加工物の回転中心軸に対して傾けて回転させながら同研削砥石を相対的に移動させるとともに、
前記研削部は前記研削砥石の回転軸を中心として環状に形成された球帯形状をなし、前記球帯形状の研削部の先端部に形成されるエッジが、前記被加工物の回転軸中心点を加工することを特徴とする研削加工方法。
【請求項３】
請求項２に記載の研削加工方法において、
前記球帯形状の研削部の高さは、その球帯形状の研削部の曲率中心が、前記球帯形状の研削部のエッジと前記被加工物の回転軸中心点との当接部より低い位置になる高さに形成したことを特徴とする研削加工方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の研削加工方法において、
前記被加工物は、レンズ成形金型であることを特徴とする研削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削砥石及び研削加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非球面光学レンズはレンズ成形金型を用いて成形され、各社で量産されている。ガラス成形に用いるレンズ成形金型は主に精密研削加工で所望する形状精度と表面粗さに加工される。
【０００３】
レンズ形成金型においては、光ディスク装置の大容量化、高性能化に伴って非球面レンズのＮＡ（開口率）が高くなってきている。それに伴いレンズ成形金型の窪みは深くなってきている。また、光ディスク装置の小型化により、レンズ成形金型外形は小さくなってきている。そのため、曲率半径の小さく傾斜角度が大きい、凹部の非球面形状を精度よく加工することが望まれている。
【０００４】
そして、特許文献１において、成形型の光学面を研削加工する研削加工方法とその装置が開示されている。この特許文献１は、円柱状の硬脆材料を回転軸対称の非球面形状に研削加工するものであり、砥石の回転中心軸を加工物の回転中心軸に対して所定の角度だけ傾けることを特徴とした斜軸研削加工装置及び研削加工方法である。
【０００５】
また、特許文献２では砥石先端形状を図７に示すように、球形状もしくは球形状の所定範囲だけを有する曲面形状の加工された回転砥石（以下、半球砥石という）２を用いることで加工プログラムを簡便にする方法が提案されている。さらに、特許文献３では、半球砥石２の回転中心軸を被加工物の回転中心軸に対する傾き角度を加工中に変化させることで砥石の作用面積を増加させて砥石摩耗を低減させる方法が提案されている。
【特許文献１】特開平８−２２９７９２
【特許文献２】特開２００２−３４６８９３
【特許文献３】特開２００２−２５４２８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した従来技術においては以下のような問題点があった。
特許文献１においては、斜軸研削加工装置において、図７及び図８に示すような砥石先端部の形状が半球状の先端半球部２ａを有する半球砥石２で凹形状の非球面レンズ金型６を研削加工する。この研削加工方法おいては、半球砥石２の先端半球部２ａの曲率半径が被加工物（金型６）の非球面形状に干渉しない程度の大きさに設定するのは当然であるが、先端半球部２ａの曲率半径が比較的大きい場合は前記被加工物（金型６）の加工面６ａの中央部付近に円周状のキズが生じる場合がある。
【０００７】
円周状のキズの例を図９に示す。本例は回転中心軸に近い部分の曲率半径が５００μｍ程度の非球面形状を、先端半球部２ａの曲率半径が３５０μｍの半球砥石２で加工した例であり、直径数十μｍから２０μｍで深さ５０ｎｍ程度のキズＭが複数本発生している。
【０００８】
加工初期にキズＭが発生しない場合でも加工を重ねるに従って円周状のキズＭが発生しやすくなる。
また、特許文献２においては、半球砥石２の曲率半径を小さくすることが効果的であることが確認されているが、砥石周速が小さくなり、加工条件に大きな制約が生じる。
【０００９】
さらに、特許文献３においては、半球砥石２の回転中心軸線Ｃ２の角度を変えて半球砥石２の作用範囲を増加させる手法にて上記問題を低減することが可能であるが、装置の可動部が多くなることにより、非球面精度が悪化すること、装置コストが増加することや加工プログラムが複雑になる問題がある。
【００１０】
この発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、加工精度や、砥石寿命を犠牲にすることなく、かつ砥粒の分散状態に影響されることなく、加工面のキズを抑制する研削砥石及び研削加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、先端部に研削部を有した研削砥石において、前記研削部を球帯形状にした。
請求項２の発明は、回転軸対称形状を有する被加工物の一側面に対して、研削砥石の先端部に形成した研削部を当接させ、さらに前記研削砥石を回転させながら相対的に移動させることにより、被加工物を凹形状に加工する研削加工方法において、前記研削砥石の回転中心軸を前記被加工物の回転中心軸に対して傾けて回転させながら同研削砥石を相対的に移動させるとともに、前記研削部は前記研削砥石の回転軸を中心として環状に形成された球帯形状をなし、前記球帯形状の研削部の先端部に形成されるエッジが、前記被加工物の回転軸中心点を加工する。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２に記載の研削加工方法において、前記球帯形状の研削部の高さは、その球帯形状の研削部の曲率中心が、前記球帯形状の研削部のエッジと前記被加工物の回転軸中心点との当接部より低い位置になる高さに形成した。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の研削加工方法において、前記被加工物は、レンズ成形金型である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、研削部を球帯形状にしたことにより、金型中心部を研削部の先端部に形成されるエッジを使って研削するため、被加工物の加工面をキズ付けるといたことはなくなる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、球帯形状をなした研削部の研削砥石の回転中心軸を被加工物の回転中心軸に対して傾けて回転させながら同研削砥石を相対的に移動させるとともに、球帯形状の研削部の先端部に形成されるエッジを被加工物の回転軸中心点に当接させるようにして被加工物を凹形状に加工した。
【００１６】
従って、金型中央部を砥石エッジで加工するため、被加工物の加工面をキズ付けるといったことはなくなる。
請求項３の発明によれば、研削部と被加工物の加工面との干渉がより低減されるため、キズの発生がより抑制される。
【００１７】
請求項４の発明によれば、キズのないレンズ成形金型が成形されるので、キズの少ない精度の高いレンズを成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の具体化した実施形態を図面に従って説明する。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態を図１〜図３に従って説明する。図１は本発明の研削砥石を示す図、図２は斜軸研削を行う研削加工装置の斜視図である。
【００１９】
図２において、台盤３１の上に設置された機台３２にワークスピンドルＳＰ１が回転可能に支持され、ワークスピンドルＳＰ１は被加工物（金型６）を保持しワークスピンドルＳＰ１の回転中心軸Ｃ１を中心に同被加工物（金型６）を回転させるようになっている。機台３２には、ワークスピンドルＳＰ１を回転させるための図示しないモータ、その他回転機構が内蔵されている。
【００２０】
また、台盤３１上に、同台盤３１に対してＸ方向及びＺ方向に移動可能なＸＺテーブル３３が設置されている。台盤３１とＸＺテーブル３３には、台盤３１に対してＸＺテーブル３３をＸ方向及びＺ方向に移動させるための図示しないモータ、その他送り機構が内蔵されている。
【００２１】
ＸＺテーブル３３には、同ＸＺテーブル３３に対してＹ方向に移動するＹテーブル３４が配置されている。ＸＺテーブル３３とＹテーブル３４には、ＸＺテーブル３３に対してＹテーブル３４をＹ方向に移動させるための図示しないモータ、その他送り機構が内蔵されている。
【００２２】
Ｙテーブル３４の上に前記ワークスピンドルＳＰ１に対向するように砥石スピンドルＳＰ２が設置される。この砥石スピンドルＳＰ２は、図３に示すように、その回転中心軸Ｃ２が前記ワークスピンドルＳＰ１の回転中心軸Ｃ１に対して４５度の傾斜角度θをもつように、Ｙテーブル３４に設置されている。砥石スピンドルＳＰ２は、ワークスピンドルＳＰ１は保持された被加工物（金型６）を研削加工する球帯砥石１０を保持している。そして、砥石スピンドルＳＰ２は球帯砥石１０を保持し砥石スピンドルＳＰ２の回転中心軸Ｃ２を中心に同球帯砥石１０を回転させるようになっている。
【００２３】
球帯砥石１０について、詳細に説明する。図１に示すように、球帯砥石１０は基端部に円柱形状の咬着部１１を有し、咬着部１１の先端側に基部１２、球帯部１３が形成されている。球帯砥石１０は、その咬着部１１が砥石スピンドルＳＰ２に保持されている。球帯部１３は、本実施形態ではダイヤモンド砥石であって、その粒度が２０００番、ボンド材がレジン、砥粒の集中度が７５からなり、咬着部１１の中心軸（砥石軸Ｃ３）に対して軸対称な形状をしている。
【００２４】
球帯部１３は、基部１２に形成した半球体の先端部（頭部）の一部を切り落とした形状（球帯形状）であって、本実施形態では曲率半径４７５μｍの面（球体面）１３ａを有する球帯である。
【００２５】
球帯部１３の頂上の平面１３ｂは、砥石軸Ｃ３に対して垂直で、球帯部１３の基端部の基端面（平面１３ｂと平行な仮想の面）の中心（曲率中心）Ｐ１は砥石軸Ｃ３上にある。球帯部１３の高さ（球帯部１３の仮想の面から球帯部１３の頂上の平面１３ｂまでの距離）ｈを３３６μｍとした。そして、球帯砥石１０は、当接部を構成する球帯部１３の点（以下、最突出点という）Ｐ２（球体面１３ａと平面１３ｂとの境界位置であって最も金型６側に位置した点）が球帯砥石１０を砥石スピンドルＳＰ２に取着して回転させたとき、Ｚ方向で最も突出した点となるように設定されている。
【００２６】
次に、上記球帯砥石１０を用いた研削加工方法について説明する。図３に示すように、球帯砥石１０のＺ方向の最突出点Ｐ２がスピンドルＳＰ１の回転中心軸Ｃ１と一致するようにＸＺテーブル３３とＹテーブル３４とを移動させＸ方向とＹ方向の位置の調節を行う。その後、ＸＺテーブル３３をＺ方向に移動させて球帯砥石１０の最突出点Ｐ２を、ワークスピンドルＳＰ１に保持された被加工物（金型６）に当接させる。
【００２７】
その後、砥石スピンドルＳＰ２を回転数５００００ｒｐｍ、ワークスピンドルＳＰ１を回転数１００ｒｐｍで回転させ、目標加工形状である回転中心軸Ｃ１に近い部分の曲率半径が１００００μｍの非球面加工を超硬材に対して行う。球帯砥石１０の移動は、従来、斜軸研削手法と同様に、被加工物（金型６）も目標形状と球帯砥石１０の形状に基づいて決定され、所定のＮＣプログラムによってＸＺテーブル３３及びＹテーブル３４の移動が制御されて、被加工物（金型６）の端面は目標の形状に研削加工される。
【００２８】
以上のように加工を行った結果、球帯砥石１０（球帯部１３）の曲率半径４７５μｍに対して目標非球面（金型６の加工面６ａ）の曲率半径１０００μｍで、その加工面６ａの中央部に円周状のキズＭを発生させることなく、形状精度のよい加工が行われることを確認した。
【００２９】
さらに、加工を続け、同一の球帯砥石１０で連続して２０回の仕上げ加工を行った。その結果、球帯砥石１０の磨耗が数μｍ進行していることが確認できたが、連続した加工に伴う加工精度の低下は見られず、また、中央部の円周状のキズＭも発生することはなかった。
【００３０】
ここで、図７示す、先端半球形状の半球砥石２を使用して、図８に示すような、被加工物（金型６）に凹状の球面加工を行って、半球砥石２の曲率半径と被加工物の加工凹球面の曲率半径との比と、被加工物の中央部に発生する円周状のキズＭとの関係について説明する。
【００３１】
曲率半径４７５μｍの半球砥石２を使用し、被加工物（金型６）の凹球面（加工面６ａ）の曲率半径８００μｍ、１０００μｍ、１２００μｍの球面加工を順次行った。
その結果、曲率半径８００μｍの凹球面の加工では、当初から中央部に円周状のキズＭが発生した。これに対して、曲率半径が１０００μｍと１２００μｍの凹球面の加工では、円周状のキズＭが発生しなかった。
【００３２】
これによって、被加工物（金型６）の凹球面の曲率半径と半球砥石２の曲率半径との比が、被加工物（金型６）の凹球面の円周状のキズＭに大きな影響を与えることが確認できた。
【００３３】
さらに加工を重ねた結果、凹球面の曲率半径が１０００μｍの被加工物（金型６）については５回の仕上げ加工で円周状のキズＭが発生し、凹球面の曲率半径が１２００μｍの被加工物（金型６）では１０回以上の仕上げ加工で円周状のキズＭが発生した。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図４に従って説明する。
【００３４】
図４に示すように、曲率半径が４７５μｍの球帯部１３における最突出点Ｐ２が同球帯部１３の曲率中心Ｐ１よりＹ方向（上方）に位置している球帯砥石１０を使用した例を示す。
【００３５】
本実施形態の球帯砥石１０においては、最突出点Ｐ２が球帯部１３の曲率中心Ｐ１よりＹ方向に１５μｍ上方に位置し、Ｚ方向で最も突出した点となる。すなわち、球帯部１３の高さｈを３２５μｍとした。
【００３６】
第１実施形態の球帯砥石１０を使用した場合は、図３に示すように、最突出点Ｐ２における砥石接線Ｌの角度は回転中心軸Ｃ１と垂直であるが、本実施形態の場合の最突出点Ｐ２における砥石接線Ｌは、図４に示すように、回転中心軸Ｃ２側に傾くため、より金型６の加工面６ａとの干渉がなくなるため、円周状のキズＭの発生が抑制される。
【００３７】
この球帯砥石１０の移動軌跡の計算は、回転中心軸Ｃ１に対して最突出点Ｐ２が近いため、球帯砥石１０のエッジが回転中心軸Ｃ１にあるものと近似して球帯砥石１０の移動軌跡を計算させることができる。そのため、球帯砥石１０の移動軌跡の計算を半球砥石２と同様の計算式で導出することが可能となる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図５に従って説明する。
【００３８】
上記第１実施形態及び第２実施形態では、砥石先端が球の先端部を落とした球帯形状の砥石（球帯砥石１０）について説明した。本実施形態の球帯砥石５０では、図５に示すように円柱状のエッジに円弧状に面取りを付加したような円柱砥石５（図１０参照）において、砥石先端側の被加工物（金型６）に最も近い位置でその面取り部分が砥石軸Ｃ３に対して垂直に切り落とされた形状（球帯形状）をしている。
【００３９】
図１０に示すような円柱砥石５による加工の際は、曲率半径が小さいために当接点Ｐ３において金型６の曲率半径との差が大きいために円周状のキズＭが発生しないが、加工を重ねるに従って円周状のキズＭが発生する場合がある。
【００４０】
本実施形態は、図５に例を示す。球帯砥石５０は図２の研削加工装置の砥石スピンドルＳＰ２に取着され、その砥石スピンドルＳＰ２はその回転中心軸Ｃ２がワークスピンドルＳＰ１の回転中心軸Ｃ１に対して４５度の傾斜角度θをもつように装着されている。
【００４１】
この球帯砥石５０は、直径１．０ｍｍの円柱部５１の先端側エッジに点（曲率中心）５１ａを中心に曲率半径が４００μｍの円弧状に面取りがなされた形状のもの（近似球帯部５３）を、点５１ａと被加工物（金型６）の回転中心軸Ｃ１の交点である点５１ｂにおいて、砥石軸Ｃ３と垂直に切り落とされている近似球帯形状を有している。尚、特許請求の範囲に記載された球帯形状は、このような近似球帯形状も含むものとする。
【００４２】
本実施形態の球帯砥石５０を、第１実施形態と同様のダイヤモンド砥石（♯２０００番、レンジボンド、集中度７５）にて作り、球帯砥石５０の回転数５００００ｒｐｍ、ワークスピンドルＳＰ１の回転数１００ｒｐｍで回転させ、目標加工形状の回転中心軸Ｃ１に近い部分の曲率半径が１００００μｍの非球面加工を行った。その結果、単に円弧状の面取りだけの円柱砥石５を使用した場合には、３回の仕上げ加工で円周状のキズＭが発生したが、球帯砥石５０の場合は、２０回の仕上げ加工でも円周状のキズＭは発生しなかった。
【００４３】
また、第１及び第２実施形態で示した、斜軸研削におけるワークスピンドルＳＰ１の回転中心軸Ｃ１に対する砥石スピンドルＳＰ２の回転中心軸Ｃ２の傾斜角度θは４５度に限定されるものではない。また、球帯砥石５０は、球帯砥石５０の粒度、集中度、ボンドの種類によらず、上記した実施形態と同様な効果があることは明らかである。
【００４４】
第１及び第２実施形態においては、球帯砥石１０の高さｈにて、砥石軸Ｃ３と垂直な面で切り落とした形状としている。しかし、前記の切り落とし面よりも砥石先端側は加工に寄与しない部分であるため、例えば図６に示すような図１の球帯砥石１０の平面１３ｂに相当する面を被加工物と干渉しない程度の球面６０ａにした球帯部６１を有した球帯砥石６０であってもよく、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は主に比較的小径の軸対称非球面形状を有するレンズやミラー、又はそれらを成形する金型を精度よく研削加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の球帯砥石の側面図。
【図２】本発明に使用する斜軸研削加工装置の構成斜視図。
【図３】本発明の球帯砥石の加工を示す図。
【図４】第２実施形態の球帯砥石の加工を示す図。
【図５】第３実施形態の球帯砥石の加工を示す図。
【図６】球帯砥石の他の例を示す図。
【図７】従来技術の半球砥石の側面図。
【図８】従来技術の半球砥石の加工を示す図。
【図９】円周状のキズを説明する図。
【図１０】従来技術の円柱砥石での加工を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
６…加工物としての金型、１０，５０，６０…球帯砥石、１３，６１…研削部としての球帯部、５３…研削部としての近似球帯部、９１…パイプ、Ｐ１…曲率中心（中心）、Ｐ２…最突出部、ｈ…高さ、Ｃ１，Ｃ２…回転中心軸、ＳＰ１…ワークスピンドル、ＳＰ２…砥石スピンドル、Ｐ２…最突出点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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