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超精密加工と非球面加工
[コードNo.04NTS107]

■監修/ 庄司克雄 東北大学名誉教授
■体裁/ B5判 430頁
■発行/ 2004年 7月 30日
(株)エヌ・ティー・エス
■定価/ 20,304円(税込価格)

 本書は最先端の超精密加工として加工現場で関心の高い非球面加工を主テーマにしてまとめたものである。
粒径10mm以下のごく微粒のダイヤモンドホイールを用いて、円筒面や非球面のような複雑な形状を創成し、
同時に鏡面加工を達成することを目的としている。『加工現場で、すぐに役立つ参考書』を心がけ、工具と加工
機と計測装置に関しては、それぞれのメーカの専門家に執筆を依頼した。

発刊にあたって
 超精密加工とは、鏡面状態の仕上げ面粗さと同時に、高度の形状精度が要求される加工である。
通常、粗さの極めて小さい仕上げ面を得ようとする場合には、ポリッシングのような研磨加工が
適用される。しかし研磨加工は、球面や平面のような幾何学的にシンプルな面には有効であるが、
円筒面や非球面のような複雑な形状の創成には適さない。このような複雑な形状の創成は、基本
的に、工具の運動軌跡の正確な転写に因らざるを得ない。
 工具の運動軌跡の転写によって非常に高精度の形状を創成しようとする場合、転写性の高い加
工法が望ましい。ダイヤモンドバイトを用いた超精密切削は、転写性の極めて高い加工法である。
しかし、基本的にアルミニウムや無電解ニッケルのような軟質材料しか切削できない、という致
命的な欠点がある。研削加工も超精密ダイヤモンド切削と並んで転写性の高い加工法であるが、
鏡面加工という点では解決しなければならない多くの難問を抱えている。そこで、粒径10?m以下
のごく微粒のダイヤモンドホイールを用いて、高精度の形状と同時に鏡面加工を達成しようとい
うのが、筆者等の超精密研削の考え方である。我が国の経済不況が深刻化し始めた1992年(平成
4年)11月、筆者を委員長として、(社)精密工学会 産学協同研究協議会に「極微粒ダイヤモン
ドホイールを用いた超精密鏡面研削に関する研究協力分科会」が設立された。当分科会には、25
社の企業と11名の学官側委員が参加し、4年の研究期間を経て、1996年3月に終了した。
 その成果をベースにして、1999年11月に、「加工の高速化および超精密化に関する研究協力分
科会」(参加企業41社、学官側委員12名)が発足し、超高速研削や超精密研削、単結晶シリコン
の超精密切削、搬送波を利用した小型金型の研磨、超音波型彫り加工の研究等を研究テーマにし
て、2001年3月まで活動した。
 そして2002年4月には「21世紀のもの造りを支える先進加工技術の開発に関する研究協力分科
会」へと発展した。この間、1999年には「パラレル研削方式による高精度非球面光学素子創成技
術の研究開発」(総括研究代表者:筆者)がNEDOのベンチャー企業支援型地域コンソーシアム研
究開発として採択されたこともあって、第三次の研究分科会のテーマは、非球面加工を中心にし
たものになった。
 本書は、これらの研究成果をベースにし、現在、最先端の超精密加工として加工現場で関心の
高い非球面加工を主テーマにしてまとめたものである。特に、“加工現場で、すぐに役立つ参考
書”を心がけ、工具と加工機と計測装置に関しては、それぞれのメーカの専門家に執筆を依頼し
た。
 現在、我が国の物づくりの現場は、低労働コストの中国などに押されて、非常に厳しい状況に
ある。単なるコスト競争ではとうていこれらの諸国に太刀打ちできない。これらの諸国と共存し
て行くには、より高度の加工技術を身につけなければならないであろう。それこそ、先進国の宿
命である。その点で、超精密加工、そしてその応用である非球面加工は、最先端の加工技術であ
る。本書が、超精密加工に携わる技術者の問題解決に少しでも役立てば幸甚である。
 最後に、出版の機会を与えて下さった(株)エヌ・ティー・エスの代表取締役社長 吉田 隆氏、
そして本書の編集に献身的な協力をいただいた編集企画部の臼井唯伸氏はじめ関係各位に心から
感謝申し上げる。
              平成16年7月  仙台にて 東北大学 名誉教授  庄司 克雄

監修者
庄司 克雄
東北大学名誉教授・工学博士
執筆者(執筆順)
庄司 克雄
河端 則次
吉田 武司
太田 稔
西原 和成
 周 立波
水野 雅裕
 呉 勇波
立花 亨
田牧 純一
厨川 常元
横山 真司
佐伯 優
鈴木 浩文
森 由喜男
吉原 信人
 朴 承鎬
 蔡  立
山中 克行
鈴石 光信
白藤 芳則
 閻 紀旺
大下 秀男
大原 保之
吉田 雄二
成田 潔
木村 健一
小畠 一志
渋川 哲郎
山口 政男
田中 克敏
 館 洋介
河合 知彦
勝木 雅英
 高  偉
宮下 勤
三浦 勝弘
 堤 英貴
東北大学名誉教授・工学博士
元(株)ノリタケスーパアブレイシブ代表取締役副社長
一関工業高等専門学校機械工学科・工学博士
日産自動車(株)総合研究所第一技術研究所・工学博士
松下電子部品(株)回路部品ビジネスユニット・工学博士
茨城大学工学部システム工学科・工学博士
岩手大学工学部機械工学科・工学博士
秋田県立大学システム科学技術学部機械知能システム学科・工学博士
ミクロン精密(株)技術部開発課・工学博士
北見工業大学機械システム工学科・工学博士
東北大学大学院工学研究科・工学博士
オリンパス(株)超精密技術部
オリンパス(株)超精密技術部
神戸大学工学部機械工学科・工学博士
宮城県産業技術総合センター材料開発・分析技術部
東北大学大学院工学研究科・工学博士

中国・長春理工大学・工学博士
ファナック(株)ロボショット研究所所長
(株)東伸精工製品本部設計部
松下電器産業(株)生産革新本部生産コア技術研究所
北見工業大学機械システム工学科・工学博士
(株)アライドダイヤモンド常務取締役
旭ダイヤモンド工業(株)技術研究所所長
(株)東京ダイヤモンド工具製作所技術部
(株)ニートレックス技術部
(株)リード開発研究所
(株)アライドダイヤモンド精密ダイヤ工具部
豊田工機(株)取締役・研究開発センター副センター長
(株)ナガセインテグレックス専務取締役
東芝機械(株)精密機器事業部
(株)不二越東日本支社機械工具営業部
ファナック(株)ロボナノ事業部
東芝機械(株)精密機器事業部
東北大学大学院工学研究科・工学博士
テーラーホブソン(株)テクニカルサービスチーム
三鷹光器(株)第一製造課
松下電器産業(株)高度生産システム開発カンパニー

詳細目次
第1章 超精密研削
 1.1 超精密研削
  1.1.1 加工方式と加工精度
  1.1.2 工具の支持剛性と加工精度
  1.1.3 仕上げ面粗さに対する効果
  1.1.4 延性モード研削
  1.1.5 ELID研削
  1.1.6 レジンボンドダイヤモンドホイールによる超精密研削
 1.2 超精密研削の基礎
  1.2.1 研削理論概説
  1.2.2 超砥粒ホイール概説
  1.2.3 研削面創成における被削材の延性・脆性遷移
  1.2.4 研削における表面損傷
 1.3 ごく微粒ダイヤモンドホイールを用いた超精密研削
  1.3.1 何故,砥粒はごく微粒か
  1.3.2 何故,ボンドはレジンボンドか
  1.3.3 砥粒の埋没現象
  1.3.4 砥粒の埋没現象に対する対策
  1.3.5 精密研削における技術課題
  1.3.6 円筒研削における超精密研削の例
 1.4 平面の超精密研削(平面ホーニング)
  1.4.1 面接触型研削とその問題点
  1.4.2 平面ホーニング盤の開発
  1.4.3 砥石パターの設計
  1.4.4 平面ホーニングの特性
 1.5 大口径シリコンウェーハの超精密研削
  1.5.1 加工機械の開発
  1.5.2 加工プロセスの解析
  1.5.3 φ300mmシリコンウェーハの加工例
  1.5.4 無欠陥加工(CMG)への展開
 1.6 超精密研削切断
  1.6.1 ブレードガイドを用いた研削切断システム
  1.6.2 切断実験
  1.6.3 切断精度向上の原理
 1.7 超精密センタレス研削
  1.7.1 調整車レスによるセンタレス研削の高精度化
  1.7.2 内径・外径マッチングセンタレス研削盤

第2章 超精密研削のためのツルーイングとドレッシング
 2.1 超精密研削に要求されるツルーイングとドレッシング
  2.1.1 ツルーイングとドレッシング
  2.1.2 超精密研削に要求されるツルーイングとドレッシング
 2.2 カップツルア
  2.2.1 カップツルア開発のコンセプト
  2.2.2 カップツルアの開発
  2.2.3 カップツルアのツルーイング機構
  2.2.4 マトリックス型ダイヤモンドホイールのツルーイング
  2.2.5 アークツルア
  2.2.6 総形ツルーイング
 2.3 接触放電ツルーイング
  2.3.1 接触放電ツルーイング法の原理
  2.3.2 単発放電実験による放電挙動の検討
  2.3.3 接触放電ツルーイング装置
  2.3.4 微粒ダイヤモンドホイールへの適用
 2.4 超精密研削用メタルボンドダイヤモンドホイールのツルーイング
  2.4.1 包絡線創成法によるツルーイング法の原理
  2.4.2 計算機シミュレーションによるツルーイング精度の検討
  2.4.3 ツルーイング実験装置
  2.4.4 ツルーイング特性
 2.5 アブレイシブジェットドレッシング
  2.5.1 極微粒ホイールでの問題点
  2.5.2 マイクロAJMによるインプロセスドレッシングとスロットホイールの作成
  2.5.3 砥粒層の除去率
  2.5.4 ドレッシング後のホイールの研削性能と摩耗特性
 2.6 極微粒ダイヤモンドホイールのツルーイング,ドレッシング
  2.6.1 極微粒ダイヤモンドホイールでの問題点
  2.6.2 極微粒ダイヤモンドホイール用GCツルア砥石の開発
  2.6.3 ツルーイング性能
  2.6.4 砥粒切れ刃密度と研削性能の関係

第3章 超精密研削による非球面加工
 3.1 非球面レンズおよびミラーの重要性
 3.2 ガラスプレス用金型の加工
  3.2.1 ガラスレンズのプレス成形
  3.2.2 ガラスプレス用超硬金型の研削
  3.2.3 砥石送り速度制御法
 3.3 パラレル研削法
  3.3.1 従来の非球面研削法の問題点
  3.3.2 パラレル研削法
  3.3.3 パラレル研削法による軸対称非球面金型の研削
 3.4 非軸対称非球面(自由曲面)の研削
  3.4.1 自由曲面の研削加工法と加工プログラムの開発
  3.4.2 自由曲面研削加工システム
  3.4.3 鏡面研削砥石とツルーイング・ドレッシング技術
  3.4.4 超硬合金製自由曲面金型の加工事例
 3.5 非球面の研削模様
  3.5.1 金型加工面の加工模様
  3.5.2 加工模様発生のメカニズム
  3.5.3 加工模様の解析
 3.6 軌跡創成法による非球面光学素子の加工
  3.6.1 軌跡創成法による球面光学素子の加工
  3.6.2 非球面光学素子の加工法の現状
  3.6.3 軌跡創成法による二次非球面光学素子の加工
  3.6.4 軌跡補償法による高次非球面光学素子の加工
 3.7 マイクロ非球面研削
  3.7.1 マイクロ研削の問題点
  3.7.2 マイクロCGツルーイング,ドレッシング
  3.7.3 マイクロ非球面金型の研削

第4章 超精密切削による非球面加工
 4.1 プラスチックレンズ用金型の加工
  4.1.1 プラスチックレンズの射出成形
  4.1.2 プラスチックレンズ成形の要点
  4.1.3 プラスチックレンズ用金型の加工
  4.1.4 プラスチックレンズおよび金型の例
 4.2 非軸対称非球面金型の加工
  4.2.1 非軸対称非球面形状を実現する超精密加工機
  4.2.2 加工精度
  4.2.3 工具摩耗
  4.2.4 アップカットとダウンカット
  4.2.5 加工時の走査方向
  4.2.6 加工事例
 4.3 脆性結晶材料製非球面レンズの加工
  4.3.1 平バイトによる延性モードの切削法
  4.3.2 光学結晶の切削における脆性・延性遷移
  4.3.3 脆性・延性遷移に対する工具すくい角の影響
  4.3.4 光学結晶非球面レンズの超精密切削
  4.3.5 光学結晶フレネルレンズの超精密切削

第5章 超精密研磨による非球面加工
 5.1 超音波楕円振動を利用した金型研磨
  5.1.1 超音波楕円振動を利用した金型研磨法の原理
  5.1.2 加工システム
  5.1.3 キャビティ内側面の研磨実験
  5.1.4 キャビティ内段差部の研磨実験
 5.2 電気粘性(ER)流体援用による研磨
  5.2.1 マイクロ研磨加工の問題点
  5.2.2 加工原理
  5.2.3 ER効果
  5.2.4 研磨加工実験
 5.3 非球面の均等研磨
  5.3.1 磁性流体利用による均等研磨
  5.3.2 ゲル状砥石を用いた均等研磨
 5.4 非球面の修正研磨
  5.4.1 微小工具を用いたコンピュータ制御研磨法による形状創成の原理
  5.4.2 超音波振動微小工具を用いたコンピュータ制御研磨法による形状創成の原理

第6章 超精密研削用ホイールと超精密切削用ダイヤモンドバイトの実際
 6.1 超精密研削用ホイール
  6.1.1 アライドダイヤモンドのナノメイトとスーパフィニッシュ
  6.1.2 旭ダイヤモンドのCMP加工用パッドコンディショナ
  6.1.3 東京ダイヤモンドのT-REXと有気孔BLホイール
  6.1.4 ノリタケの非球面レンズ金型加工用ダイヤモンドホイール
  6.1.5 ニートレックスのアプラスホイール
  6.1.6 リードのDDCブレード
 6.2 超精密切削用ダイヤモンドバイト
  6.2.1 超精密単結晶ダイヤモンドバイトのコンセプト
  6.2.2 「ニューディバイト」とその性能
  6.2.3 「UPC」とその性能
  6.2.4 「UPC」の加工事例
  6.2.5 ナノマイクロフォーミングツールとその性能、可能性

第7章 非球面加工機と成形加工機の実際
 7.1 超精密成形研削盤と非球面加工機
  7.1.1 非球面加工機の歴史
  7.1.2 (株)ナガセインテグレックス製 超精密成形平面研削盤(ナノセンター)
  7.1.3 豊田工機(株)製 非球面加工機(ナノプロセッサーAHN05)
  7.1.4 東芝機械(株)製 非球面加工機(ULG100)
  7.1.5 (株)不二越製 非球面加工機(ASP20)
  7.1.6 ファナック(株)製 超精密ナノ加工機(ROBONANOα-0iA)
  7.1.7 欧米主要企業の非球面加工機
 7.2 高精度ガラス成形機
  7.2.1 ガラスレンズの特長
  7.2.2 高精度ガラス成形装置
  7.2.3 成形条件
  7.2.4 素材と金型
  7.2.5 成形事例

第8章 精密加工のためのナノ計測
 8.1 超精密加工における精密ナノ計測
 8.2 反転法による精密ナノ計測
  8.2.1 反転法による直線形状測定
  8.2.2 反転法による真円度測定
 8.3 マルチプローブ法による精密ナノ計測
  8.3.1 マルチプローブ法による直線形状測定
  8.3.2 マルチプローブ法による真円度測定
 8.4 非球面形状の精密ナノ計測
  8.4.1 計測モデル
  8.4.2 計測原理
  8.4.3 計測実験
 8.5 加工面形状のナノ計測の実際
  8.5.1 テーラホブソン(株)製 超精密形状と表面粗さの測定器(PGI1240)
  8.5.2 三鷹光器(株)製 非接触三次元測定器(NH-3SP)
  8.5.3 松下電器産業(株)製 超高精度三次元測定機(UA3P)

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