JP2000254848A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリッシャの形状等の影響を受けることなく
研磨することができる研磨装置および研磨方法を提供す
る。 【解決手段】 ワーク６の球面形状および非球面形状を
ポリッシャ９により倣わせながら研磨する研磨装置にあ
って、ポリッシャ９を軸先端に取り付けて回転させるス
ピンドル２０と、スピンドル２０を支軸１２を中心とし
て揺動自在に支持するアーム１１と、アーム１１に設け
られ支軸１２に対して距離の調整可能な重り１３と、ポ
リッシャ９をポリッシャ９の回転軸方向に変位自在に支
持する支持機構とを備え、回転するポリッシャ９の上下
変位に連動してポリッシャ９を回転軸方向に変位させつ
つ研磨加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工物の球面、非
球面の研磨を高精度に実施する研磨装置および研磨方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に球面および非球面の研磨を行う
装置としては、特開平５―１３８５１９号公報に示され
る研磨装置が知られている。この特開平５―１３８５１
９号公報によれば、ベース面１０上にＸ軸機構部１およ
びＺ軸機構部８を設け、Ｘ軸機構部１の移動テーブル１
ａ上にθ軸機構部２を設けている。θ軸機構部２にワー
クスピンドル３を取り付け、ワークスピンドル３にワー
ク６を保持している。Ｚ軸機構部８には、上下動が可能
なスライド板２３を備えており、このスライド板２３に
支軸１２を中心に揺動可能なアーム１１を介してスピン
ドル２０を固定し、スピンドル２０の先端にポリッシャ
９を取り付けてワーク６を加工する。また、ワーク６表
面へのポリッシャ９の荷重は、前記支軸１２に対する重
り１３の距離を制御し、重り１３を介して低荷重を安定
して作用させている。

【０００３】なお、上記公報の中では明確な記載がない
が、ポリッシャ９とワーク６の接触する点における法線
とポリッシャ９（またはスピンドル２０）の回転軸との
なす角度βが４５°以上になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に研磨量は、ワー
ク６とポリッシャ９との相対速度の大きさに比例するの
で、前記角度βを大きくすれば加工能率が向上するが、
反面、ポリッシャ９が法線方向に跳ねやすくなる。さら
に、ポリッシャ９の真円度や偏芯およびスピンドル２０
の回転ブレに起因するポリッシャ９の回転ブレがある
と、前記跳ねる現象がさらに拡大し、結果的には加工精
度を劣化させることになる。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、ポリッシャの形状等の影響を受けることな
く研磨することができる研磨装置および研磨方法を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の請求項１の研磨装置は、加工物の球面形状
および非球面形状をポリッシャにより倣わせながら研磨
する研磨装置において、前記ポリッシャを軸先端に取り
付けて回転させるスピンドルと、前記スピンドルを揺動
自在に支持するアームと、前記アームに取り付けた加圧
機構と、前記ポリッシャをポリッシャの回転軸方向に変
位自在に支持する支持機構とを備えたことを特徴とす
る。

【０００７】また、本発明の請求項２の研磨方法は、加
工物の球面形状および非球面形状をポリッシャにより倣
わせながら研磨する研磨方法において、前記ポリッシャ
を軸先端に取り付けたスピンドルを回転させ、前記スピ
ンドルを支持するアームを揺動自在にし、前記アームを
介して加圧し、前記ポリッシャを回転中に回転軸方向に
変位させて研磨することを特徴とする。

【０００８】すなわち、請求項１の構成にあっては、回
転するポリッシャの上下変位に連動して、ポリッシャの
回転軸方向に変位自在に支持する支持機構が、ポリッシ
ャの上下変位に伴うスピンドルの上下変位を抑制し、研
磨加工中の加工物に対するポリッシャの荷重変化が減少
する。

【０００９】また、請求項２の構成にあっては、ポリッ
シャを回転中に回転軸方向に変位させて研磨することに
より、ポリッシャの上下変位に伴うスピンドルの上下変
位を抑制し、研磨加工中の加工物に対するポリッシャの
荷重変化が減少する。

【００１０】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］本発明の実施の
形態１を図１〜３に基づいて説明する。図１は研磨装置
の全体を示す正面図、図２はスピンドルを示す断面図、
図３は駆動部材および受け部材等を示す斜視図である。

【００１１】研磨装置は、図１に示すように、Ｘ軸機構
部１、θ軸機構部２およびＺ軸機構部８が設けられてお
り、Ｘ軸機構部１およびＺ軸機構部８はベース面１０上
に設置され、θ軸機構部２はＸ軸機構部１上に取り付け
られている。また、Ｚ軸機構部８上には、アーム１１が
設置されている。

【００１２】Ｘ軸機構部１は、モータ１６によってべー
ス面１０上をＸ軸方向に直線移動する移動テーブル１ａ
を有している。この移動テーブル１ａは、前記モータ１
６によって所定位置に移動、停止して位置決め可能とな
っている。

【００１３】θ軸機構部２は、前記移動テーブル１ａ上
に固定された台座２ａを有し、この台座２ａにワークス
ピンドル固定板４が取り付けられている。前記台座２ａ
の裏側には図示省略をしたモータが設置されており、ワ
ークスピンドル固定板４はこのモータの回転軸線と一致
する揺動中心５を中心として図中θ方向に揺動が可能と
なっている。ワークスピンドル固定板４には、ワークス
ピンドル３とこのワークスピンドル３を回転中心軸５ａ
回りに回転させるモータ２１が設置されており、ワーク
スピンドル３の先端にワーク保持具７が取り付けられて
いる。ワーク保持具７には、加工物としてのワーク６が
着脱自在に取り付けられるが、このワーク６の着脱は図
示省略した保持チャックをワーク６の外周方向から進退
させることにより行うことができるようになっている。
このワーク６は、モータ２１の駆動によってワークスピ
ンドル３を介して回転中心軸線５ａ回りに回転する。

【００１４】Ｚ軸機構部８は、べース面１０上に立設し
たスタンド２２を有しており、このスタンド２２に図中
上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能なスライド板２３が備
えられている。スライド板２３には、スタンド２２の上
端に取り付けたモータ２５に連結されＺ軸方向に延在す
るボールねじ２５ａが螺合されており、スライド板２３
はモータ２５の駆動によりスタンド２２に設けたガイド
２４に沿って上下動されるようになっている。

【００１５】前記スライド板２３上には、支軸１２を中
心に揺動するアーム１１が支持されており、アーム１１
の下部にはスピンドル２０が固定されている。スピンド
ル２０の先端には、ワークスピンドル３の先端に保持し
たワーク６を研磨加工するポリッシャ９が取り付け可能
となっている。さらにアーム１１の上部には、水平方向
（Ｘ軸方向）に支持されたねじロッド１４が回動自在に
取り付けられている。ねじロッド１４には、その一端に
加圧機構としての重り１３が取り付けられるとともに、
他端にハンドル１５が取り付けられており、ハンドル１
５の回転操作により重り１３を支軸１２に対して左右方
向に移動し、アーム１１の支軸１２に対する重り１３の
距離を調整可能となっている。

【００１６】前記ポリッシャ９およびスピンドル２０
は、図２に示すように構成されている。ポリッシャ９は
球状となっており、このポリッシャ９はポリッシャ軸９
ａの端部に固定されている。ポリッシャ軸９ａはスピン
ドル２０の軸２０ｆの先端に固定され、スピンドル２０
に取り付け可能となっている。

【００１７】スピンドル２０には、前記アーム１１に固
定する固定筒２０ａが備えられている。固定筒２０ａの
後端側内部にモータ２０ｂが固定されており、モータ２
０ｂの回転軸２０ｃには円盤状の駆動部材２０ｄが固定
されている。駆動部材２０ｄには２本のロッド２０ｅが
回転軸２０ｃと平行に設けられており、２本のロッド２
０ｅは図３に示すように回転軸２０ｃに関して対称に配
置されている。

【００１８】一方、固定筒２０ａの前端側内部には、前
記ポリッシャ９のポリッシャ軸９ａを固定する軸２０ｆ
を回転可能および軸方向に摺動可能に保持する軸受け部
材２０ｇが固定されている。軸受け部材２０ｇの中心に
は、固定筒２０ａの前端側に開口した有底状の穴２０ｈ
が設けられており、穴２０ｈの底部の中心には小径の孔
２０ｉが設けられている。軸２０ｆは、穴２０ｈの内周
部と摺動可能に嵌合する大径部と、穴２０ｈの底部に設
けた孔２０ｉに挿通可能な小径部を有する段付き形状と
なっており、小径部を孔２０ｉに挿通させるとともに、
大径部の一部外周部を穴２０ｈに挿入し、ポリッシャ軸
９ａを固定する先端部を軸受け部材２０ｇから突出させ
た状態で保持されている。また、軸２０ｆの大径部と小
径部との段部と、穴２０ｈの底部との間には、軸２０ｆ
をポリッシャ９の方向に付勢する弾性部材２０ｊが配置
されており、本実施の形態ではバネを用いている。

【００１９】さらに、軸２０ｆの小径部の他端側には、
軸受け部材２０ｇの外側において、管状のスペーサ２０
ｋを介してＵ字状の切り欠き２０ｍを有する受け部材２
０ｎがナット２０ｐにより固定されており、軸２０ｆは
スペーサ２０ｋによって軸受け部材２０ｇからの突出量
が規制されるとともに、前記駆動部材２０ｄ方向へは弾
性部材２０ｊの弾性力に抗して受け部材２０ｎと一体と
なって移動可能となっている。Ｕ字状の切り欠き２０ｍ
は、前記２本のロッド２０ｅが摺動嵌合可能な大きさに
形成されるとともに、図３に示すように、軸２０ｆの小
径部に関して対称位置に２個設けられており、それぞれ
の切り欠き２０ｍにそれぞれのロッド２０ｅが常時嵌合
された状態となっている。

【００２０】従って、モータ２０ｂの回転力はロッド２
０ｅと受け部材２０ｎを介して軸２０ｆに伝達されると
ともに、ポリッシャ９の変位および弾性部材２０ｊの弾
性復帰力によって、軸２０ｆと一体に作動する受け部材
２０ｎは、切り欠き２０ｍに嵌合している２本のロッド
２０ｅに沿ってガイドされ、ポリッシャ９の回転軸方向
に変位自在となる。よって、本実施の形態の支持機構
は、軸２０ｆと、この軸２０ｆと一体に作動する受け部
材２０ｎと、受け部材２０ｎを一方向にガイドするロッ
ド２０ｅからなるガイド手段と、付勢手段としての弾性
部材２０ｊとにより構成されている。

【００２１】前記モータ２０ｂと軸受け部材２０ｇは、
回転軸２０ｃと軸２０ｆのそれぞれの回転軸が同軸上に
なるように調整して固定筒２０ａに固定されている。さ
らに、固定筒２０ａは、駆動部材２０ｄに固定されてい
る２本のロッド２０ｅと受け部材２０ｎのＵ字状の切り
欠き２０ｍとが嵌合する位置に調整しており、モータ２
０ｂの回転がポリッシャ９に伝達されるようになってい
る。このように構成されたワークスピンドル３はＺ軸に
対して所定の角度を有してアーム１１に固定され、本実
施の形態では図１に示すようにポリッシャ９の回転軸と
重力方向（Ｚ軸方向）とのなす角度をβとする。

【００２２】本実施の形態の研磨方法を、その作用とと
もに説明する。まず、Ｚ軸機構部８のスライド板２３を
上昇させた状態でワーク６に研磨材を塗布する。その
後、モータ２５およびボールねじ２５ａによりスライド
板２３を下降させ、ポリッシャ９をワークスピンドル３
に保持したワーク６の表面に当接させる。このときワー
ク６の表面に加わる荷重は、予めハンドル１５によりね
じロッド１４を回転させることにより重り１３を支軸１
２に対して移動させて所望の荷重が加わるようにしてお
く。

【００２３】前記荷重をＷとするとき、スピンドル２０
の弾性部材２０ｊに必要な荷重（弾性復帰力）をｗとす
ると、 Ｗ≦ｗ≦Ｗ／ｓｉｎβ の関係になるようにｗを設定する。

【００２４】次に、ワークスピンドル３およびスピンド
ル２０を回転させてワーク６およびポリッシャ９の双方
を回転させながら、Ｘ軸機構部１、θ軸機構部２および
Ｚ軸機構部８を駆動させ、ポリッシャ９の先端当接部が
ワーク６の表面形状に倣うように動作制御し、研磨加工
を行う。

【００２５】この研磨加工中に、ポリッシャ９の真円
度、偏芯により、ポリッシャ９が法線方向に飛び跳ねる
量（Ｈ）の約Ｈ／ｓｉｎβ分が、前記スピンドル２０内
の軸２０ｆが軸方向に変位し、弾性部材２０ｊを介して
吸収される。これにより軸２０ｆは変位することになる
が、受け部材２０ｎは切り欠き２０ｍにロッド２０ｅを
嵌合させた状態で移動するので、ポリッシャ９の回転に
は影響しない。

【００２６】以下に、表１に示す研磨条件でワーク６を
研磨加工し、ポリッシャ９の回転軸方向に変位可能なス
ピンドル２０を備えた本実施の形態の研磨装置による場
合と、前記変位しないスピンドルを備えた従来の研磨装
置による場合における加工精度を比較し、その結果を表
２に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】本実施の形態によれば、ポリッシャ９の真
円度、偏芯により、ポリッシャ９が法線方向に飛び跳ね
た場合、スピンドル２０内の軸２０ｆがポリッシャ９の
回転軸方向に変位し、弾性部材２０ｊで変位の一部を吸
収することができるので、研磨加工したワーク６の粗さ
が向上し、高精度の研磨加工が可能となった。

【００３０】［実施の形態２］本発明の実施の形態２を
図４に基づいて説明する。図４は本実施の形態の研磨装
置に備えたスピンドルの一部を示す断面図である。

【００３１】本実施の形態の研磨装置は、実施の形態１
の構成においてスピンドル２０の弾性部材２０ｊを除
き、図４に示すように軸受け部材２０ｇにエア供給用の
接続穴２０ｑを設けて構成してある。その他の構成は実
施の形態１と同様である。

【００３２】前記接続穴２０ｑは、軸２０ｆの小径部に
対応する軸受け部材２０ｇの側面に形成されており、軸
２０ｆの段部と軸受け部材２０ｇの穴２０ｈにより作ら
れる空間に、接続穴２０ｑから供給するエアのエア圧に
よりポリッシャ９の回転軸方向にポリッシャ９を変位自
在としている。すなわち、本実施の形態では、軸２０ｆ
と、この軸２０ｆと一体に作動する受け部材２０ｎ（図
１参照）と、受け部材２０ｎを一方向にガイドするロッ
ド２０ｅ（図１参照）からなるガイド手段と、付勢手段
としての前記エア圧とにより構成されている。その他の
構成は、実施の形態１と同様である。

【００３３】次に、本実施の形態の研磨方法を、その作
用とともに説明する。本実施の形態においては、実施の
形態１と同様に研磨加工を行う。この研磨加工に際し、
スピンドル２０の軸方向に必要な荷重ｗを接続穴２０ｑ
から供給するエアのエア圧で制御する。スピンドル２０
の軸２０ｆと軸受け部材２０ｇとは０．０１ｍｍ以下の
公差で嵌合しているので、エアのリークは問題ないレベ
ルである。その他の作用は実施の形態１と同様である。

【００３４】本実施の形態によれば、スピンドル２０の
軸方向に必要な荷重ｗを、接続穴２０ｑから供給するエ
ア圧で制御するようにしたので、加工条件が変更して
も、容易に前記荷重ｗを変更することができ、研磨作業
効率を大幅に向上させることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
の研磨装置によれば、ポリッシャを取り付けるスピンド
ル内の軸をポリッシャの回転軸方向に変位するようにし
たので、ポリッシャが回転中に回転軸方向に変位可能と
なり、研磨した加工物の粗さが向上し、高精度の研磨加
工が可能となった。

【００３６】また、本発明の請求項２の研磨方法によれ
ば、ポリッシャを回転中に回転軸方向に変位させて研磨
加工を行うようにしたので、研磨した加工物の粗さが向
上し、高精度の研磨加工が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の研磨装置を示す正面図
である。

【図２】本発明の実施の形態１の研磨装置に備えたスピ
ンドルを示す断面図である。

【図３】図２のスピンドルの一部を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態２の研磨装置に備えたスピ
ンドルの一部を示す断面図である。

【符号の説明】

６ ワーク ９ ポリッシャ １１ アーム １３ 重り ２０ スピンドル ２０ｂ モータ ２０ｄ 駆動部材 ２０ｅ ロッド ２０ｆ 軸 ２０ｊ 弾性部材 ２０ｎ 受け部材 ２０ｑ 接続穴

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工物の球面形状および非球面形状をポ
   リッシャにより倣わせながら研磨する研磨装置におい
   て、前記ポリッシャを軸先端に取り付けて回転させるス
   ピンドルと、前記スピンドルを揺動自在に支持するアー
   ムと、前記アームに取り付けた加圧機構と、前記ポリッ
   シャをポリッシャの回転軸方向に変位自在に支持する支
   持機構とを備えたことを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 加工物の球面形状および非球面形状をポ
   リッシャにより倣わせながら研磨する研磨方法におい
   て、前記ポリッシャを軸先端に取り付けたスピンドルを
   回転させ、前記スピンドルを支持するアームを揺動自在
   にし、前記アームを介して加圧し、前記ポリッシャを回
   転中に回転軸方向に変位させて研磨することを特徴とす
   る研磨方法。