JP4590366B2 - 研削工具及び空洞研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、スピンドルに研削工具を装着するための軸を有する本体を備え、この本体が、好ましくは回転対称のプレート形状に設計された研削工具に関する。本体は外側側面と、前記軸と反対側の第１端面とを含み、そして、前記側面と前記第１端面の一部分とに研磨層が設けられている。
本発明は更に、空洞、好ましくはアンダーカット付き空洞を、好ましくはガラス、ガラスセラッミクス又はセラミックス製の被加工物内部に研削して、特に、例えばZerodur（登録商標）製の軽量ガラスセラミックス構造物を製造する研削方法に関する。

上記タイプの研削工具は、下記特許文献１の要約にて周知である。この周知の研削工具はポット形状に構成されており、ポットの傾斜後面に、空洞内部に斜めに延びる複数の供給チャンネルが設けられている。空洞は、多数のチャンネルを介してポット形状の本体の端面と連通し、前記チャンネルは前記端面に開口し、これにより、前記端面と反対側の研削工具の側の傾斜チャンネルを介して、前記ポット形状の本体により包囲された空洞内部へ供給される気体又は研削液に対する排出開口を形成している。

この種の研削工具は特に、表面研削又は中空孔の研削にうまく適合している。アンダーカット付き空洞はこの種の研削工具で研削する事は出来ない。
特に、ガラス、ガラスセラッミクス又はセラミックス、例えばZerodur（登録商標）で製造された大きな構成部品を研削する場合、その目的はしばしば軽量構造体を製造してその種の構造体自身の重量を低減することにある。Zerodur（登録商標）として周知の材料で製造されたこの種の軽量構造体は、例えば、天文学分野での反射鏡の製造に使用される。この場合、被加工物は、反射鏡面から離れる方向に面するその後面に、複数のアンダーカット付き空洞が設けられ、これにより、反射鏡本体を極めて安定した形状に維持しながら、被加工物それ自体の重量を低減させるということがおこなわれている。
特開０５−０６９３３９号公報

ここで、本発明の目的は、空洞、特にZerodur（登録商標）製の軽量構造体の製造に要求されるタイプのアンダーカット付き孔を、特に簡単かつ時間節約的な手法で製造することが出来る研削工具と空洞研削方法とを提供することにある。

この目的は、第１端面に開口する複数の凹部を側面に備え、本体がプレート形に形成されており、そして、側面の凹部は、第１端面における凹部内に開口し、第１端面における凹部が、第１端面に於いて放射状に延びているとともに側面に形成された傾斜凹部と連通する溝を含み、第１端面には、円形状に配列された複数個の扇形凹部が形成されており、少なくともいくつかの扇形凹部は、円周方向に延びている接続チャンネルを介して放射状に延びている溝と連通している、上記タイプの研削工具により達成される。
かくして、本発明の目的は完全に達成される。
側面に設けられ第１端面に開口する凹部は、研削物質（削り落とされた材料）と研削液とを、加工位置から離れる方向に第１端面から凹部を介して特に効率的に排出することを確実にする。

これにより、研削物質の搬出を可能にするようドリルホールから研削工具を引き上げる必要もなく大きな研磨体積を処理することが可能となる。代わりに、この研削工具は中実のブロック内部に直接切り込み、比較的深い孔を形成するために使用することができる。一旦、孔が十分な深さに到達したら、研削工具を横方向へ移動させて、その側面を使用して孔を横方向へ徐々に広げてアンダーカット付き空洞を生成することが出来る。次に、側面に於けるこれらの凹部は、一方で、横移動を容易にするよう作用すると共に、他方で、研削物質の搬出作用もする。

本発明の別の実施形態に於いて、本体は、側面の凹部が開口する軸側第２端面を含む。
これにより、研削工具の軸側の端面が、アンダーカットの内面を研削するのに使用される場合であっても、研削物質が効率的に搬出されることを保証する。
本発明の更に別の発展例に於いて、前記凹部は、少なくとも１つの端面に於ける凹部へ開口する側面に於ける傾斜溝として構成される。

本体はプレート形状に構成され、そして、凹部は、第１端面に於いて放射状に延びているとともに側面に於ける傾斜凹部と連通する溝を備えているので、研削工具の中央領域からその縁部へ、そして、その側面を介して後部へ、研削物質を特に好ましく除去することが確実に行える。

本発明の更に別の実施形態に於いて、放射状に延びている凹部は中央凹部に開口している。
この構成により、同様に、研削位置からの研削物質の除去を改良する。
扇形状凹部は、第１端面に設けられており、少なくともいくつかの扇形状凹部は、円周方向に延びている接続チャンネルを介して、放射状に延びている凹部と連通している。

その結果、一方では、第１端面に関して研削効果が改良され、他方では、研削物質の除去も同時に改良されるということが確実になる。
本発明の別の実施形態に於いて、複数の凹部、好ましくは６個の凹部のそれぞれが、第１端面の放射状に延びている凹部と連通し、側面において一定の（規則的な）角度間隔で設けられている。

この実施形態の別の発展例に於いて、側面の凹部は第２端面の円形環状凹部内に開口している。
この特徴により、特に、フランジ状に残る部分が第２端面により内側から研削される場合、研削物質の除去の改良と供給量の改良とが確実になされる。
本発明の更に有利な発展例によると、側面の凹部は、第１端面に関して鋭角、好ましくは１０°〜６０°の範囲、更に好ましくは２０°〜４０°の範囲で延びているのが好ましい。

特に良好な供給量及び特に効率的な研削物質の除去が、このような側面の凹部構成により達成できることが判明している。
研削工具の研削層はダイアモンド層として構成されているのが好ましい。
これは、ガラス、ガラスセラッミクス又はセラミックス材料を加工する場合、特に有利となる。

本発明に係る研削方法に於いて、本発明に係る研削工具を中実のブロックを研削して内部に空洞を形成するために使用する。研削工具を横方向へ移動することにより、アンダーカット付きの均一な空洞を生成する有利な方法を提供することができる。
研削工具は、研削工具の側面の傾斜凹部が第２端面から第１端面へ延びるような回転方向で駆動されるのが好ましい。

これにより、確実に加工位置から研削物質を特に効率的に除去することが出来る。
本発明の上記特徴及び以下に説明される特徴は、それぞれ指定された組合せに於いてのみならず、他の組合わせ又は単独でも、本発明の範囲から逸脱することなく使用されることができることは理解されよう。
本発明の更なる特徴及び利点は、図面を参照に本発明の好ましい実施形態の以下の説明から明らかになろう。

本発明の研削工具は図１及び図２に示され、その全体が参照番号１０で示されている。
研削工具１０は軸１４を含み、該軸１４は研削スピンドル上に工具を装着するために使用されるとともに、該軸１４にはプレート状本体１２が例えば溶接線３８により締め付けられている（図２参照）。本体１２は、軸１４から離れた側にある第１端面２０と、軸１４を向く側にある第２端面３４とを含む。円筒状側面１８はこれらの２つの端面２０、３４の間に延びている。

溝状の合計６個の傾斜凹部２２は側面１８に一定の（規則的な）角度間隔で設けられ、これらの傾斜凹部２２は、第１端面２０の放射状に延びている凹部２４内に開口している。更に、同様に凹部２２は、第２端面３４の円形凹部３６内に開口している。凹部２２と、第１端面２０および第２端面３４との間にはそれぞれ、約３０°程度の鋭角が形成されている。第１端面２０の放射状に延びる凹部２４は、第１端面２０に於ける中央円形凹部３２部に開口する溝として形成されている。

更に、合計６個の扇形状の凹部２６が第１端面２０に設けられ、扇形状の凹部２６の各々は、円周方向に延びている接続チャンネル２８を介して、関連する放射状凹部２４と連通している。これらの放射状凹部２４は、中央凹部３２に面する側に於いて、中央円形領域３０により境界を定められ、そして、同様に円弧形状の隆起フランジ２８によりそれぞれ関連する放射状凹部２４から離間されている。

中央円形領域３０を除いて、第１端面２０の全ての隆起部分にはダイアモンド研削層が設けられている。ダイアモンド研削層は更に、側面１８全体及び第２端面３４の隆起部分にも延設されている。
かくして、第１端面２０の隆起部分は研削面として作用し、これにより、例えば孔を形成するために中実ブロック内部を研削する場合に研削物質を効率よく除去することが出来る。扇形状の凹部２６は一方で、付近のフランジに研削エッジを形成するように作用し、他方で、接続チャンネル２８と放射状凹部２４とを介して、そして最終的に放射状凹部２４と連通し側面１８の傾斜凹部２２を介して、研削物質を研削工具１０の後部へ搬出するように、作用する。

研削により一旦空洞が被加工物表面に形成されたら、研削工具の対応する横移動により、アンダーカット付き空洞を徐々に形成することが出来る。その処理の間、たとえ第２端面３４で加工する場合でも、第２端面３４の凹部３６に研削物質を受けさせることと、他方、側面１８の傾斜凹部２２を介して、既に研削された空洞内部へそれを搬出させることとがやはり可能である。

研削工具１０の回転方向（反時計方向）は図１に於いて矢印１７で示されている。回転方向１７は、側面１８の凹部２２が、第２端面３４から第１端面２０方向へ延びるように選択されることが好ましい。
これにより、第１端面２０での加工位置から研削物質を効率的に除去することが確実に行える。

図３は、参照番号４０により全体が示された、Zerodur（登録商標）（ショット アクチエンゲゼルシャフト社から市販されている熱膨張が殆どゼロのリチウム アルミノケイ酸ガラスセラミック）製の軽量構造体の概略図である。本発明の研削工具を使用して、蜂の巣状構成の複数の空洞が、被加工物４０の軽量構造体内部に形成されている。各空洞４２は中央円形開口４４を含み、その下で、空洞４２は横方向に広がり、これにより、アンダーカット付き空洞４２が形成されている。図３に概略示すように、空洞４２の外側輪郭は、丸みを有する側縁部を備えた略六角形であり、その丸みをつけた半径は、使用した研削工具の外周により予め定められる。

図４は、このような軽量構造物４０が本発明の研削工具１０を使用していかにして形成されうるかを概略的に示している。まず、本発明の研削工具１０を使用して、空洞４２の深さが所望の値に到達するまで、中実ブロックが研削されてその内部に空洞が形成される。次に、研削工具１０を横方向へ移動させることにより六角形空洞４２を徐々に形成することが出来る。空洞４２は、フランジ４６として残る部分により被加工物４０の外表面４８から離間された状態である。

図４の左側に、研削工具１０の第１位置を示している。図４の中央領域には、形成されたアンダーカット領域に於いてフランジ４６として残る部分の内面の研削処理時に於ける１０‘で示す研削工具を示している。図４の右側には、研削工具１０“を使用して空洞４２の底部を研削する工程を示している。
表面４８の反対側の連続外表面５０は、例えば天文学反射鏡の製造に於ける、例えば鏡面の製造に使用することができる。

本発明の研削工具の斜視図であり、特に、軸と反対側の第１端面と側面とを示す。 図１の研削工具の後部から斜めに見た斜視図であり、側面と後部の第２端面とが見えている状態である（図１と比較して少しだけ拡大されている）。 複数のアンダーカット付き空洞が形成された軽量構造体を製造するための被加工物の上面図である。 図３の被加工物の断面図であり、本発明の研削工具とともに、研削処理の異なる段階における空洞を並べて示す。

Claims (14)

1. スピンドルに研削工具（１０）を装着するための軸（１４）を有する本体（１２）を備え、前記本体（１２）は外側側面（１８）と、前記軸（１４）と反対側の第１端面（２０）とを含み、前記外側側面（１８）と前記第１端面（２０）の一部分とは研磨層を備え、
   前記外側側面（１８）は、前記第１端面（２０）に開口する複数の凹部（２２）を備えており、
   前記本体（１２）はプレート形に形成されており、そして、前記凹部（２２）は、前記第１端面（２０）に於ける凹部（２４）内に開口し、前記凹部（２４）は、前記第１端面（２０）に於いて放射状に延びているとともに前記側面（１８）に形成された傾斜凹部（２２）と連通する溝（２４）を含み、
   前記第１端面（２０）には円形状に配列された複数個の扇形凹部（２６）が形成され、
   少なくともいくつかの前記扇形凹部（２６）は、円周方向に延びている接続チャンネル（２８）を介して前記放射状に延びている溝（２４）と連通していることを特徴とする研削工具。
2. 前記本体（１２）は前記軸（１４）側に、前記外側側面（１８）の前記凹部（２２）が開口する第２端面（３４）を含む ことを特徴とする請求項１に記載の研削工具。
3. 前記凹部（２２）は、少なくとも１つの前記端面（２０，３４）に於ける凹部（２４、３６）内に開口する、前記外側側面（１８）の傾斜溝として形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の研削工具。
4. 前記放射状に延びている凹部（２４）は中央凹部（３２）内に開口していることを特徴とする請求項１に記載の研削工具。
5. 複数の凹部（２２）が、一定の角度間隔にて前記側面（１８）に設けられており、前記凹部（２２）の各々が、前記第１端面（２０）に於ける放射状に延びている凹部（２４）と連通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の研削工具。
6. 前記本体（１２）の第２端面（３４）に形成された円形環状凹部（３６）内へ開口する複数の凹部（２２）が、一定の角度間隔にて前記側面（１８）に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の研削工具。
7. 前記本体（１２）が、前記第１端面とは反対側の第２端面（３４）を備えており、前記側面において、前記凹部（２２）は、前記第１端面から第２端面へと延びており、前記第１の端面（２０）、および前記第２の端面（３４）と、前記側面（１８）の前記凹部（２２）の向きとの間に、鋭角が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の研削工具。
8. 前記研磨層はダイアモンド層として形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の研削工具。
9. アンダーカット（４６）付きの空洞を、ガラス、ガラスセラッミクス又はセラミックス製の被加工物（４０）内部に研削により形成する方法であって、
   請求項１〜８のいずれかに記載の研削工具で被加工物を研削する工程を含む研削方法。
10. 前記研削工具は、その前記側面（１８）の前記傾斜凹部（２２）が、前記第２端面（３４）から前記第１端面（２０）へ延びるような回転方向（１７）で駆動されることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記本体は、回転対称プレート状に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の研削工具。
12. 前記第１端面（２０）に、６個の凹部（２４）が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の研削工具。
13. 前記鋭角が、１０°〜６０°であることを特徴とする請求項７に記載の研削工具。
14. 前記鋭角が、２０°〜４０°であることを特徴とする請求項７に記載の研削工具。

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