JP2001260020A - 加圧力可変研磨装置 - Google Patents
加圧力可変研磨装置Info
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- JP2001260020A JP2001260020A JP2000073246A JP2000073246A JP2001260020A JP 2001260020 A JP2001260020 A JP 2001260020A JP 2000073246 A JP2000073246 A JP 2000073246A JP 2000073246 A JP2000073246 A JP 2000073246A JP 2001260020 A JP2001260020 A JP 2001260020A
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- Japan
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- polishing
- polishing tool
- tool
- workpiece
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- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 自由曲面形状を有する被加工物に対して、研
磨工具の傾斜角度や接触面積等の変化に応じて研磨加圧
力を変化させて作用する研磨面圧を一定にして研磨除去
量を一定にし、被加工物の表面形状を高精度に維持しな
がら研磨することができる加圧力可変研磨装置を提供す
る。 【解決手段】 小径の研磨工具３を自由曲面形状を有す
る光学レンズやレンズ成形金型等の被加工物１０に加圧
しながら走査して研磨する際に、研磨中に被加工物１０
の傾斜面に基づいて生じる研磨工具３の傾斜角度を傾斜
センサー８により計測し、計測結果により被加工物１０
の傾斜面の法線方向の研磨面圧を一定にするようにボイ
スコイルモーター５を制御して研磨工具３の加圧力を補
正し、また、研磨中の研磨工具３と被加工物１０の接触
面積を算出し、この接触面積に応じて加圧力を補正し、
単位面積当たりの研磨面圧を一定にして研磨を行なう。
磨工具の傾斜角度や接触面積等の変化に応じて研磨加圧
力を変化させて作用する研磨面圧を一定にして研磨除去
量を一定にし、被加工物の表面形状を高精度に維持しな
がら研磨することができる加圧力可変研磨装置を提供す
る。 【解決手段】 小径の研磨工具３を自由曲面形状を有す
る光学レンズやレンズ成形金型等の被加工物１０に加圧
しながら走査して研磨する際に、研磨中に被加工物１０
の傾斜面に基づいて生じる研磨工具３の傾斜角度を傾斜
センサー８により計測し、計測結果により被加工物１０
の傾斜面の法線方向の研磨面圧を一定にするようにボイ
スコイルモーター５を制御して研磨工具３の加圧力を補
正し、また、研磨中の研磨工具３と被加工物１０の接触
面積を算出し、この接触面積に応じて加圧力を補正し、
単位面積当たりの研磨面圧を一定にして研磨を行なう。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、小径工具により自
由曲面形状の光学レンズやレンズ成形金型の表面を研磨
し表面粗さをよくするための研磨装置に関し、特に、場
所により被加工面の曲率が大きく変化する自由曲面をそ
の形状を高精度に維持しながら研磨するための研磨装置
に関するものである。
由曲面形状の光学レンズやレンズ成形金型の表面を研磨
し表面粗さをよくするための研磨装置に関し、特に、場
所により被加工面の曲率が大きく変化する自由曲面をそ
の形状を高精度に維持しながら研磨するための研磨装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光学レンズやレンズ成形金型等の
被加工面の各点で曲率が異なる非軸対称自由曲面の表面
を加工する場合は、３次元ＮＣ精密切削装置によりダイ
ヤモンドバイトで切削して形状を創成し、その後、表面
に存在するミクロな切削痕を除去する仕上げ研磨を行な
うのが一般的であった。
被加工面の各点で曲率が異なる非軸対称自由曲面の表面
を加工する場合は、３次元ＮＣ精密切削装置によりダイ
ヤモンドバイトで切削して形状を創成し、その後、表面
に存在するミクロな切削痕を除去する仕上げ研磨を行な
うのが一般的であった。
【０００３】このような自由曲面の仕上げ研磨の方法と
しては、例えば、特開平５−９２３６２号公報や特開平
７−１００７５１号公報に記載されているような研磨装
置を用いて仕上げ研磨を行なう方法が多く用いられてお
り、加工すべき部品の面積に比べ遥かに小さい接触面積
の研磨工具（例えば、球形状の研磨工具）を用いて、加
工表面に対して一定の研磨荷重で加圧し、その状態を維
持したまま一定速度で走査し、均一な深さの直線溝状の
部分除去を行ない、さらにその除去を一定間隔でずらし
重ねることにより、全面を均一に研磨除去するようにし
ている。
しては、例えば、特開平５−９２３６２号公報や特開平
７−１００７５１号公報に記載されているような研磨装
置を用いて仕上げ研磨を行なう方法が多く用いられてお
り、加工すべき部品の面積に比べ遥かに小さい接触面積
の研磨工具（例えば、球形状の研磨工具）を用いて、加
工表面に対して一定の研磨荷重で加圧し、その状態を維
持したまま一定速度で走査し、均一な深さの直線溝状の
部分除去を行ない、さらにその除去を一定間隔でずらし
重ねることにより、全面を均一に研磨除去するようにし
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の研磨
装置においては、研磨荷重を常に一定にして、除去量を
一定に保つように設計されているけれども、実際の研磨
加工では、被加工面の形状や被加工面外周のエッジの影
響で接触面圧の変化が生じる。
装置においては、研磨荷重を常に一定にして、除去量を
一定に保つように設計されているけれども、実際の研磨
加工では、被加工面の形状や被加工面外周のエッジの影
響で接触面圧の変化が生じる。
【０００５】例えば、傾斜している被加工面を研磨する
ときは、被加工面に垂直に研磨工具を加圧するように研
磨ヘッドを傾斜させているが、研磨ヘッドの自重が被加
工面の法線方向に対して傾きをもつため、研磨除去に寄
与する法線方向の分力が小さくなり、その結果、研磨量
が減少してしまう。工具傾斜角が小さい場合には法線方
向の分力の減少は無視できるほど小さいが、例えば３０
°傾斜すると１３％の加圧力の減少となり、無視するこ
とができなくなる。
ときは、被加工面に垂直に研磨工具を加圧するように研
磨ヘッドを傾斜させているが、研磨ヘッドの自重が被加
工面の法線方向に対して傾きをもつため、研磨除去に寄
与する法線方向の分力が小さくなり、その結果、研磨量
が減少してしまう。工具傾斜角が小さい場合には法線方
向の分力の減少は無視できるほど小さいが、例えば３０
°傾斜すると１３％の加圧力の減少となり、無視するこ
とができなくなる。
【０００６】また、被加工面の外周部で研磨工具がオー
バーハングをする場合は、接触面積が小さくなり、接触
面圧力が高まって除去過剰が生じる。結果として、加工
面の周辺は縁だれといわれる劣化形状になる。
バーハングをする場合は、接触面積が小さくなり、接触
面圧力が高まって除去過剰が生じる。結果として、加工
面の周辺は縁だれといわれる劣化形状になる。
【０００７】以上のような問題点は、研磨工具の面積が
被加工面に比べて大きい場合は問題とならないけれど
も、研磨工具の面積が被加工面に比べて小さい場合は特
に影響が大きく、無視することができない。
被加工面に比べて大きい場合は問題とならないけれど
も、研磨工具の面積が被加工面に比べて小さい場合は特
に影響が大きく、無視することができない。
【０００８】そこで、本発明は、前記の従来技術の有す
る未解決の課題に鑑みてなされたものであって、研磨工
具の傾斜角度や接触面積等の研磨条件の変化に応じて研
磨加圧力を変化させて作用する研磨面圧を一定にして研
磨除去量を一定にし、自由曲面形状を有する被加工物の
表面形状を高精度に維持しながら研磨することができる
加圧力可変研磨装置を提供することを目的とするもので
ある。
る未解決の課題に鑑みてなされたものであって、研磨工
具の傾斜角度や接触面積等の研磨条件の変化に応じて研
磨加圧力を変化させて作用する研磨面圧を一定にして研
磨除去量を一定にし、自由曲面形状を有する被加工物の
表面形状を高精度に維持しながら研磨することができる
加圧力可変研磨装置を提供することを目的とするもので
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の加圧力可変研磨装置は、被加工物の大きさ
に比べて小さい研磨工具を自由曲面形状を有する被加工
物に加圧しながら走査して研磨する研磨装置において、
研磨中の研磨条件の変化に応じて、前記研磨工具の接触
面の圧力を一定とするように補正して研磨することを特
徴とする。
め、本発明の加圧力可変研磨装置は、被加工物の大きさ
に比べて小さい研磨工具を自由曲面形状を有する被加工
物に加圧しながら走査して研磨する研磨装置において、
研磨中の研磨条件の変化に応じて、前記研磨工具の接触
面の圧力を一定とするように補正して研磨することを特
徴とする。
【００１０】さらに、本発明の加圧力可変研磨装置は、
被加工物に比べて小さい研磨工具と、該研磨工具を取り
付ける棒状部材と、該棒状部材に作用して前記研磨工具
を前記被加工物に対して加圧する加圧手段と、前記研磨
工具を前記被加工物に対して走査させる走査手段と、前
記研磨工具の傾斜角度を計測する傾斜検出手段および／
または前記研磨工具の前記被加工物に対する接触面積を
算出する算出手段と、該傾斜手段および／または算出手
段に基づいて前記加圧手段を制御して前記研磨工具の接
触面の圧力を一定とするように補正する制御手段とを備
えることを特徴とする。
被加工物に比べて小さい研磨工具と、該研磨工具を取り
付ける棒状部材と、該棒状部材に作用して前記研磨工具
を前記被加工物に対して加圧する加圧手段と、前記研磨
工具を前記被加工物に対して走査させる走査手段と、前
記研磨工具の傾斜角度を計測する傾斜検出手段および／
または前記研磨工具の前記被加工物に対する接触面積を
算出する算出手段と、該傾斜手段および／または算出手
段に基づいて前記加圧手段を制御して前記研磨工具の接
触面の圧力を一定とするように補正する制御手段とを備
えることを特徴とする。
【００１１】また、本発明の加圧力可変研磨装置におい
ては、前記研磨工具の研磨中の傾斜角度を計測し、該計
測された傾斜角度に応じて、前記被加工物の傾斜面の法
線方向の接触面の圧力を一定にするように前記研磨工具
の加圧力を補正することが好ましい。
ては、前記研磨工具の研磨中の傾斜角度を計測し、該計
測された傾斜角度に応じて、前記被加工物の傾斜面の法
線方向の接触面の圧力を一定にするように前記研磨工具
の加圧力を補正することが好ましい。
【００１２】本発明の加圧力可変研磨装置においては、
前記研磨工具の研磨中の前記被加工物に対する接触面積
を算出し、該算出された接触面積に応じて、作用する研
磨面圧を一定にするように前記研磨工具の加圧力を補正
することが好ましい。
前記研磨工具の研磨中の前記被加工物に対する接触面積
を算出し、該算出された接触面積に応じて、作用する研
磨面圧を一定にするように前記研磨工具の加圧力を補正
することが好ましい。
【００１３】
【作用】本発明の加圧力可変研磨装置によれば、被加工
物に比べて小径の研磨工具を自由曲面形状を有する光学
レンズやレンズ成形金型等の被加工物に加圧しながら走
査して研磨する際に、研磨中に被加工物の傾斜面に基づ
いて生じる研磨工具の傾斜角度を傾斜検出手段により計
測し、この計測結果に基づいて、被加工物の傾斜面の法
線方向の接触面の圧力を一定にするように研磨工具の加
圧力を補正し、また、研磨中に被加工物の外周からオー
バーハングした研磨工具と被加工物の接触面積を算出
し、この接触面積に応じて加圧力を補正し、単位面積当
たりの研磨面圧を一定にして研磨を行なう。このよう
に、研磨工具の傾斜角度や接触面積等の研磨条件の変化
に応じて、研磨加圧力を補正させることにより、作用す
る研磨面圧を一定に保ち、研磨除去量を常に一定にする
ことを可能にし、自由曲面形状を有する被加工物の表面
形状を高精度に維持しながら精度よく研磨することを可
能にする。
物に比べて小径の研磨工具を自由曲面形状を有する光学
レンズやレンズ成形金型等の被加工物に加圧しながら走
査して研磨する際に、研磨中に被加工物の傾斜面に基づ
いて生じる研磨工具の傾斜角度を傾斜検出手段により計
測し、この計測結果に基づいて、被加工物の傾斜面の法
線方向の接触面の圧力を一定にするように研磨工具の加
圧力を補正し、また、研磨中に被加工物の外周からオー
バーハングした研磨工具と被加工物の接触面積を算出
し、この接触面積に応じて加圧力を補正し、単位面積当
たりの研磨面圧を一定にして研磨を行なう。このよう
に、研磨工具の傾斜角度や接触面積等の研磨条件の変化
に応じて、研磨加圧力を補正させることにより、作用す
る研磨面圧を一定に保ち、研磨除去量を常に一定にする
ことを可能にし、自由曲面形状を有する被加工物の表面
形状を高精度に維持しながら精度よく研磨することを可
能にする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【００１５】本発明の加圧力可変研磨装置の構成を概略
的に図示する図１において、被加工物１０を取り付ける
ＸＹテーブル１１は、研磨装置の基台１２上にＸＹ平面
内でＸＹ方向に移動可能に搭載され、研磨ヘッド１は、
ＸＹテーブル１１に対向するように研磨装置の枠体１３
に支持されている。
的に図示する図１において、被加工物１０を取り付ける
ＸＹテーブル１１は、研磨装置の基台１２上にＸＹ平面
内でＸＹ方向に移動可能に搭載され、研磨ヘッド１は、
ＸＹテーブル１１に対向するように研磨装置の枠体１３
に支持されている。
【００１６】研磨ヘッド１は、フレーム１ａ内で上下方
向（Ｚ方向）に移動可能に保持される磁性体製の棒状部
材２、棒状部材２の先端に着脱自在に固着される研磨工
具３、フレーム１ａ内に取り付けられて棒状部材２を上
下方向（Ｚ方向）に自由に移動し得るようにガイドする
流体ガイド４、およびフレーム１ａに取り付けられて棒
状部材２の加圧手段として作用するボイスコイルモータ
ー５から構成され、加圧手段としてのボイスコイルモー
ター５は、磁性体製の棒状部材２の周囲に配置された電
磁コイルで形成されており、所望の電流を印加すること
により棒状部材２を上下方向に移動させ、棒状部材２の
先端部の研磨工具３に研磨加圧力となる推力を作用さ
せ、この印加電流値を変化させることにより研磨加圧力
を任意に可変設定することができるように構成されてい
る。なお、棒状部材２と研磨工具３の自重が必要とする
加圧力より大きい場合には、ボイスコイルモータ５は被
加工物表面と逆方向に推力を働かせる。
向（Ｚ方向）に移動可能に保持される磁性体製の棒状部
材２、棒状部材２の先端に着脱自在に固着される研磨工
具３、フレーム１ａ内に取り付けられて棒状部材２を上
下方向（Ｚ方向）に自由に移動し得るようにガイドする
流体ガイド４、およびフレーム１ａに取り付けられて棒
状部材２の加圧手段として作用するボイスコイルモータ
ー５から構成され、加圧手段としてのボイスコイルモー
ター５は、磁性体製の棒状部材２の周囲に配置された電
磁コイルで形成されており、所望の電流を印加すること
により棒状部材２を上下方向に移動させ、棒状部材２の
先端部の研磨工具３に研磨加圧力となる推力を作用さ
せ、この印加電流値を変化させることにより研磨加圧力
を任意に可変設定することができるように構成されてい
る。なお、棒状部材２と研磨工具３の自重が必要とする
加圧力より大きい場合には、ボイスコイルモータ５は被
加工物表面と逆方向に推力を働かせる。
【００１７】研磨ヘッド１のフレーム１ａの上部には、
３軸ねじユニット６が取り付けられ、３軸ねじユニット
６には、枠体１３に装着された上下駆動用モーター７が
それぞれ接続されており、上下駆動用モーター７は、研
磨ヘッド１を傾斜させるチルト角度位置決め用モーター
として作用する。また、研磨ヘッド１のフレーム１ａに
は、研磨ヘッド１の傾きを検出する傾斜センサー８が設
けられ、この傾斜センサー８は直交する２方向の傾きを
それぞれ検出する１組の傾斜センサーから構成される。
３軸ねじユニット６が取り付けられ、３軸ねじユニット
６には、枠体１３に装着された上下駆動用モーター７が
それぞれ接続されており、上下駆動用モーター７は、研
磨ヘッド１を傾斜させるチルト角度位置決め用モーター
として作用する。また、研磨ヘッド１のフレーム１ａに
は、研磨ヘッド１の傾きを検出する傾斜センサー８が設
けられ、この傾斜センサー８は直交する２方向の傾きを
それぞれ検出する１組の傾斜センサーから構成される。
【００１８】ＸＹテーブル１１は、被加工物としての型
１０の被研磨表面の加工位置を変移させるべく図示しな
い駆動手段を介して駆動され、多数の折り返し点のある
ラスタパターンで駆動される。
１０の被研磨表面の加工位置を変移させるべく図示しな
い駆動手段を介して駆動され、多数の折り返し点のある
ラスタパターンで駆動される。
【００１９】次に、以上のように構成される研磨装置に
おける研磨ヘッドの傾斜時の自重補正について説明す
る。
おける研磨ヘッドの傾斜時の自重補正について説明す
る。
【００２０】被加工物としての非軸対称自由曲面形状を
有する金型１０の研磨に際しては、図１に示すように、
金型１０をＸＹテーブル１１に搭載し、研磨ヘッド１の
研磨工具３をボイスコイルモーター５による所定の研磨
加圧力をもって金型１０に当接させ、ＸＹテーブル１１
の移動により金型１０の研磨位置を変化させながら研磨
加工を行なう。この研磨加工に際して同時に研磨工具３
の作用面が被加工面の傾斜に平行になるように、すなわ
ち、研磨ヘッド１の加圧方向が被加工面の法線に一致す
るように、研磨ヘッド１の上方の３軸ねじユニット６お
よび上下駆動用モーター７により傾斜姿勢制御する。そ
して、研磨ヘッド１に取り付けられた直交する２方向の
傾きを検出する１組の傾斜センサー８は、研磨ヘッド１
の傾斜方向と角度を計測する。図２に例示するように、
研磨ヘッド１がθ傾斜したとき、加圧体の自重Ｗの被加
工面法線方向の分力はＷｃｏｓθになるから、所定の加
圧力よりもＷ（１−ｃｏｓθ）だけ加圧力が減少する。
そこで、傾斜センサー８により研磨ヘッド１の傾斜が計
測されると、演算制御手段９は、傾斜センサー８の計測
結果に基づいて、傾斜方向の加圧力減少分を計算し、ボ
イスコイルモーター５への印加電流値を調整して加圧力
を補正する。すなわち、加圧力の不足分をボイスコイル
モーター５に印加する電流値を上昇させて法線方向の推
力を上昇させ、法線方向の分力の合計の加圧力が所定の
研磨面圧になるようにする。
有する金型１０の研磨に際しては、図１に示すように、
金型１０をＸＹテーブル１１に搭載し、研磨ヘッド１の
研磨工具３をボイスコイルモーター５による所定の研磨
加圧力をもって金型１０に当接させ、ＸＹテーブル１１
の移動により金型１０の研磨位置を変化させながら研磨
加工を行なう。この研磨加工に際して同時に研磨工具３
の作用面が被加工面の傾斜に平行になるように、すなわ
ち、研磨ヘッド１の加圧方向が被加工面の法線に一致す
るように、研磨ヘッド１の上方の３軸ねじユニット６お
よび上下駆動用モーター７により傾斜姿勢制御する。そ
して、研磨ヘッド１に取り付けられた直交する２方向の
傾きを検出する１組の傾斜センサー８は、研磨ヘッド１
の傾斜方向と角度を計測する。図２に例示するように、
研磨ヘッド１がθ傾斜したとき、加圧体の自重Ｗの被加
工面法線方向の分力はＷｃｏｓθになるから、所定の加
圧力よりもＷ（１−ｃｏｓθ）だけ加圧力が減少する。
そこで、傾斜センサー８により研磨ヘッド１の傾斜が計
測されると、演算制御手段９は、傾斜センサー８の計測
結果に基づいて、傾斜方向の加圧力減少分を計算し、ボ
イスコイルモーター５への印加電流値を調整して加圧力
を補正する。すなわち、加圧力の不足分をボイスコイル
モーター５に印加する電流値を上昇させて法線方向の推
力を上昇させ、法線方向の分力の合計の加圧力が所定の
研磨面圧になるようにする。
【００２１】このように、研磨ヘッド１の傾斜を傾斜セ
ンサー８で計測し、この傾斜センサー８により計測され
る傾斜角度θに応じて、ボイスコイルモーター５に印加
する電流値を調整することによって研磨加圧力を補正
し、作用する研磨工具３の研磨面圧を所定の一定値に維
持することができ、研磨除去量を常に一定にすることが
できる。
ンサー８で計測し、この傾斜センサー８により計測され
る傾斜角度θに応じて、ボイスコイルモーター５に印加
する電流値を調整することによって研磨加圧力を補正
し、作用する研磨工具３の研磨面圧を所定の一定値に維
持することができ、研磨除去量を常に一定にすることが
できる。
【００２２】次に、研磨工具が被加工面の外周に移動し
て被加工面からオーバーハングした場合の加圧力の補正
について図３を参照して説明する。
て被加工面からオーバーハングした場合の加圧力の補正
について図３を参照して説明する。
【００２３】研磨工具３の接触面積は、被加工面１０ａ
の外周形状と研磨工具３の外周形状および被加工面１０
ａ上の研磨工具３の相対位置から求めることができる。
すなわち、被加工面１０ａの外周部からオーバーハング
した場合の研磨工具３の相対位置は、ＸＹテーブル１１
に付属したリニアースケール（不図示）から読み取るこ
とができ、その研磨工具３の相対位置に基づいて、演算
制御手段９で接触面積をオンラインで算出し、この接触
面積から、接触面の単位面積当たりの加圧力が一定にな
るように研磨工具３の加圧手段としてのボイスコイルモ
ーター５で補正する。
の外周形状と研磨工具３の外周形状および被加工面１０
ａ上の研磨工具３の相対位置から求めることができる。
すなわち、被加工面１０ａの外周部からオーバーハング
した場合の研磨工具３の相対位置は、ＸＹテーブル１１
に付属したリニアースケール（不図示）から読み取るこ
とができ、その研磨工具３の相対位置に基づいて、演算
制御手段９で接触面積をオンラインで算出し、この接触
面積から、接触面の単位面積当たりの加圧力が一定にな
るように研磨工具３の加圧手段としてのボイスコイルモ
ーター５で補正する。
【００２４】研磨工具３が金型１０の被加工面１０ａの
外周からオーバーハングした状態を例示する図３を用い
てさらに説明すると、研磨工具３と被加工面１０ａの半
径をそれぞれｒt およびｒw とし、研磨工具３の中心Ｏ
t と被加工面１０ａの外周までの距離をｅとし、研磨工
具３と被加工面１０ａのそれぞれの中心Ｏt 、Ｏw を基
準に片側接触境界線に向かって開く角度をそれぞれαお
よびβとする。
外周からオーバーハングした状態を例示する図３を用い
てさらに説明すると、研磨工具３と被加工面１０ａの半
径をそれぞれｒt およびｒw とし、研磨工具３の中心Ｏ
t と被加工面１０ａの外周までの距離をｅとし、研磨工
具３と被加工面１０ａのそれぞれの中心Ｏt 、Ｏw を基
準に片側接触境界線に向かって開く角度をそれぞれαお
よびβとする。
【００２５】このとき、研磨工具３と被加工面１０ａの
接触部の面積ＳをＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3に分割すると、研磨
工具３の位置ｅでの接触部の面積Ｓは、次の式（１）〜
（４）で表される。
接触部の面積ＳをＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3に分割すると、研磨
工具３の位置ｅでの接触部の面積Ｓは、次の式（１）〜
（４）で表される。
【００２６】
【数１】
【００２７】ここで、研磨工具３の中心Ｏt と被加工面
１０ａの外周までの距離ｅは、０〜ｒt の範囲とする
と、αおよびβは次の式（５）および（６）で求めるこ
とができる。
１０ａの外周までの距離ｅは、０〜ｒt の範囲とする
と、αおよびβは次の式（５）および（６）で求めるこ
とができる。
【００２８】
【数２】
【００２９】以上のように、研磨工具３および被加工物
１０の被加工面１０ａの外周形状は予め設定され、そし
て、研磨工具３の相対位置は、ＸＹテーブル１１に付属
したリニアースケール（不図示）による測定値に基づい
て求められ、これらから、研磨工具３が被加工面１０ａ
の外周に移動してオーバーハングする際に、研磨工具３
と被加工面１０ａの接触面積Ｓは上記の式（１）〜
（６）から算出することができる。このように算出され
る接触面積Ｓから接触面の単位面積当たりの加圧力が一
定になるように、ボイスコイルモーター５への印加電流
を調整する。これにより、作用する研磨面圧を一定にし
研磨除去量を一定にすることができる。
１０の被加工面１０ａの外周形状は予め設定され、そし
て、研磨工具３の相対位置は、ＸＹテーブル１１に付属
したリニアースケール（不図示）による測定値に基づい
て求められ、これらから、研磨工具３が被加工面１０ａ
の外周に移動してオーバーハングする際に、研磨工具３
と被加工面１０ａの接触面積Ｓは上記の式（１）〜
（６）から算出することができる。このように算出され
る接触面積Ｓから接触面の単位面積当たりの加圧力が一
定になるように、ボイスコイルモーター５への印加電流
を調整する。これにより、作用する研磨面圧を一定にし
研磨除去量を一定にすることができる。
【００３０】なお、研磨工具３の中心Ｏt と被加工面１
０ａの外周までの距離ｅが研磨工具３の半径ｒt より大
きい場合、つまり、研磨工具３のオーバーハングがない
場合は、接触面積は研磨工具全面の一定値になるので、
加圧力を変化させる必要はない。また、距離ｅが負の場
合、つまり、研磨工具３の中心Ｏt が被加工面１０ａの
エッジを越える場合は、研磨工具３の姿勢が不安定とな
るので、この位置までの移動はしないようにする。
０ａの外周までの距離ｅが研磨工具３の半径ｒt より大
きい場合、つまり、研磨工具３のオーバーハングがない
場合は、接触面積は研磨工具全面の一定値になるので、
加圧力を変化させる必要はない。また、距離ｅが負の場
合、つまり、研磨工具３の中心Ｏt が被加工面１０ａの
エッジを越える場合は、研磨工具３の姿勢が不安定とな
るので、この位置までの移動はしないようにする。
【００３１】次に、本発明の加圧力可変研磨装置を用い
て研磨した具体例について説明する。
て研磨した具体例について説明する。
【００３２】（具体例１）被加工物１０は、ステンレス
鋼に無電解ニッケルメッキを付けた金型を精密切削装置
で加工したものであり、その被加工面は、非球面で、そ
の形状は近似曲率半径が１０ｍｍの凸形状で法線方向の
傾斜角が０度から±４０度で変化するものであった。研
磨工具３は、直径が２ｍｍの研磨用ピッチを厚さ１ｍｍ
として、弾性ゴムのクッション材を介して棒状部材２の
先端に貼り付けて形成する。
鋼に無電解ニッケルメッキを付けた金型を精密切削装置
で加工したものであり、その被加工面は、非球面で、そ
の形状は近似曲率半径が１０ｍｍの凸形状で法線方向の
傾斜角が０度から±４０度で変化するものであった。研
磨工具３は、直径が２ｍｍの研磨用ピッチを厚さ１ｍｍ
として、弾性ゴムのクッション材を介して棒状部材２の
先端に貼り付けて形成する。
【００３３】図１に示す研磨装置のＸＹテーブル１１に
被加工物１０を取り付け、小径の研磨工具３を被加工面
に加圧し、走査パスを重ねて切削目が消滅するパスを続
行した。研磨工具３の運動条件は、走査ピッチが５０μ
ｍ、走査速度が３ｍｍ／ｓ、工具回転数が５ｒｐｍと
し、傾斜センサー８で読み取った研磨ヘッド１の傾斜角
に対応してボイスコイルモーター５への印加電流値を調
整し、加圧力を変化させながら研磨加工を実施した。こ
の結果、全体除去量が３００ｎｍのとき、被加工面の表
面粗さは、研磨前ｒｍｓ３０ｎｍが研磨後ｒｍｓ３ｎｍ
に向上し、形状の変化は周辺で３０ｎｍであった。
被加工物１０を取り付け、小径の研磨工具３を被加工面
に加圧し、走査パスを重ねて切削目が消滅するパスを続
行した。研磨工具３の運動条件は、走査ピッチが５０μ
ｍ、走査速度が３ｍｍ／ｓ、工具回転数が５ｒｐｍと
し、傾斜センサー８で読み取った研磨ヘッド１の傾斜角
に対応してボイスコイルモーター５への印加電流値を調
整し、加圧力を変化させながら研磨加工を実施した。こ
の結果、全体除去量が３００ｎｍのとき、被加工面の表
面粗さは、研磨前ｒｍｓ３０ｎｍが研磨後ｒｍｓ３ｎｍ
に向上し、形状の変化は周辺で３０ｎｍであった。
【００３４】（具体例２）前述した具体例１と同様の直
径２ｍｍの研磨工具で、直径１０ｍｍの無電解ニッケル
メッキの切削加工面を研磨した。工具中心の移動範囲は
被加工面全面とし、研磨工具の走査折り返し点が加工面
エッジになるように、つまり、図３に示すｅが０〜１０
ｍｍの範囲内で、２ｍｍ／ｓの移動速度で動かした。サ
ンプリング間隔０．１秒で研磨中の研磨工具の中心位置
Ｏｔを装置内蔵の位置センサーで読み取り、演算制御手
段９で先に説明した式（１）〜（６）により接触面積Ｓ
を算出し、この算出された接触面積Ｓに基づいて、接触
面の単位面積当たり加圧力が一定になるような全加圧力
を計算し所定の値になるようにボイスコイルモーター５
の印加電流値を変化させて研磨した。その結果、被加工
面全面を均一に研磨除去することができた。
径２ｍｍの研磨工具で、直径１０ｍｍの無電解ニッケル
メッキの切削加工面を研磨した。工具中心の移動範囲は
被加工面全面とし、研磨工具の走査折り返し点が加工面
エッジになるように、つまり、図３に示すｅが０〜１０
ｍｍの範囲内で、２ｍｍ／ｓの移動速度で動かした。サ
ンプリング間隔０．１秒で研磨中の研磨工具の中心位置
Ｏｔを装置内蔵の位置センサーで読み取り、演算制御手
段９で先に説明した式（１）〜（６）により接触面積Ｓ
を算出し、この算出された接触面積Ｓに基づいて、接触
面の単位面積当たり加圧力が一定になるような全加圧力
を計算し所定の値になるようにボイスコイルモーター５
の印加電流値を変化させて研磨した。その結果、被加工
面全面を均一に研磨除去することができた。
【００３５】（具体例３）被加工物１０は、近似曲率半
径が凸の１０ｍｍで最大傾斜角度が３０度の非球面金型
であり、研磨工具３として、直径２ｍｍで初期先端形状
が平面の研磨ピッチと弾性ゴムの２層研磨工具を使用
し、図１に示す研磨装置により、研磨工具３を金型全面
に走査させて研磨した。研磨中の研磨ヘッド１の傾斜角
を傾斜センサー８で計測し、傾斜角に応じて加圧体の自
重変動分をボイスコイルモーター５の印加電流値で補正
した。そして、研磨工具３の走査移動により金型１０の
エッジから研磨工具３の一部がオーバーハングするた
め、研磨工具３の中心位置Ｏt を位置センサー（不図
示）で計測して研磨工具３の接触面積を算出し、単位面
積当たり一定の面圧力になるようにボイスコイルモータ
ー５の印加電流値を変更した。このように、自重補正と
面圧補正による両者のボイスコイルモーター５の変更電
流値は、演算制御手段９で合算し、この合算値によりボ
イスコイルモーター５の電流値を変更した。この結果、
被加工面全面を均一に研磨除去することができ、表面粗
さも向上させることができた。
径が凸の１０ｍｍで最大傾斜角度が３０度の非球面金型
であり、研磨工具３として、直径２ｍｍで初期先端形状
が平面の研磨ピッチと弾性ゴムの２層研磨工具を使用
し、図１に示す研磨装置により、研磨工具３を金型全面
に走査させて研磨した。研磨中の研磨ヘッド１の傾斜角
を傾斜センサー８で計測し、傾斜角に応じて加圧体の自
重変動分をボイスコイルモーター５の印加電流値で補正
した。そして、研磨工具３の走査移動により金型１０の
エッジから研磨工具３の一部がオーバーハングするた
め、研磨工具３の中心位置Ｏt を位置センサー（不図
示）で計測して研磨工具３の接触面積を算出し、単位面
積当たり一定の面圧力になるようにボイスコイルモータ
ー５の印加電流値を変更した。このように、自重補正と
面圧補正による両者のボイスコイルモーター５の変更電
流値は、演算制御手段９で合算し、この合算値によりボ
イスコイルモーター５の電流値を変更した。この結果、
被加工面全面を均一に研磨除去することができ、表面粗
さも向上させることができた。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
研磨工具の傾斜角度や研磨工具の接触面積を求め、それ
に応じて研磨加圧力を補正することにより、作用する研
磨面圧を一定に保つことができ、研磨除去量を常に一定
にすることが可能となり、自由曲面形状を有する光学レ
ンズやレンズ成形金型等の被加工物の表面形状を高精度
に維持しながら精度よく研磨することを可能にする。
研磨工具の傾斜角度や研磨工具の接触面積を求め、それ
に応じて研磨加圧力を補正することにより、作用する研
磨面圧を一定に保つことができ、研磨除去量を常に一定
にすることが可能となり、自由曲面形状を有する光学レ
ンズやレンズ成形金型等の被加工物の表面形状を高精度
に維持しながら精度よく研磨することを可能にする。
【図１】本発明の加圧力可変研磨装置の構成概略図であ
る。
る。
【図２】本発明の加圧力可変研磨装置における研磨ヘッ
ドの傾斜時の自重補正作用を説明するための模式図であ
る。
ドの傾斜時の自重補正作用を説明するための模式図であ
る。
【図３】本発明の加圧力可変研磨装置における研磨ヘッ
ドのオーバーハングした場合の面圧補正作用を説明する
ための模式図である。
ドのオーバーハングした場合の面圧補正作用を説明する
ための模式図である。
１ 研磨ヘッド ２ 棒状部材 ３ 研磨工具 ４ 流体ガイド ５ 加圧手段（ボイスコイルモーター） ６ ３軸ねじユニット ７ 上下駆動用モーター ８ 傾斜センサー ９ 演算制御手段 １０ 被加工物 １１ ＸＹテーブル １２ 基台 １３ 枠体
Claims (4)
- 【請求項１】 被加工物の大きさに比べて小さい研磨工
具を自由曲面形状を有する被加工物に加圧しながら走査
して研磨する研磨装置において、研磨中の研磨条件の変
化に応じて、前記研磨工具の接触面の圧力を一定とする
ように補正して研磨することを特徴とする加圧力可変研
磨装置。 - 【請求項２】 被加工物に比べて小さい研磨工具と、該
研磨工具を取り付ける棒状部材と、該棒状部材に作用し
て前記研磨工具を前記被加工物に対して加圧する加圧手
段と、前記研磨工具を前記被加工物に対して走査させる
走査手段と、前記研磨工具の傾斜角度を計測する傾斜検
出手段および／または前記研磨工具の前記被加工物に対
する接触面積を算出する算出手段と、該傾斜手段および
／または算出手段に基づいて前記加圧手段を制御して前
記研磨工具の接触面の圧力を一定とするように補正する
制御手段とを備えることを特徴とする加圧力可変研磨装
置。 - 【請求項３】 前記研磨工具の研磨中の傾斜角度を計測
し、該計測された傾斜角度に応じて、前記被加工物の傾
斜面の法線方向の接触面の圧力を一定にするように前記
研磨工具の加圧力を補正することを特徴とする請求項１
または２記載の加圧力可変研磨装置。 - 【請求項４】 前記研磨工具の研磨中の前記被加工物に
対する接触面積を算出し、該算出された接触面積に応じ
て、作用する研磨面圧を一定にするように前記研磨工具
の加圧力を補正することを特徴とする請求項１ないし３
のいずれか１項に記載の加圧力可変研磨装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000073246A JP2001260020A (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 加圧力可変研磨装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000073246A JP2001260020A (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 加圧力可変研磨装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001260020A true JP2001260020A (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=18591515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000073246A Pending JP2001260020A (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 加圧力可変研磨装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001260020A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010511520A (ja) * | 2006-11-30 | 2010-04-15 | コーニング インコーポレイテッド | 被加工物の表面の精密研磨加工 |
| KR101839339B1 (ko) | 2016-06-21 | 2018-03-19 | (주)소닉스 | 가압장치의 가압력 유지 방법 |
| JP2020131375A (ja) * | 2019-02-21 | 2020-08-31 | 新明工業株式会社 | 高精度加工システムおよび高精度加工方法 |
| CN111843766A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-30 | 大连理工大学 | 一种用于机器人研抛加工的高精度力位混合控制装置 |
| CN113400143A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-09-17 | 天津理工大学 | 机器人力控末端执行器及其控制方法 |
-
2000
- 2000-03-16 JP JP2000073246A patent/JP2001260020A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010511520A (ja) * | 2006-11-30 | 2010-04-15 | コーニング インコーポレイテッド | 被加工物の表面の精密研磨加工 |
| KR101839339B1 (ko) | 2016-06-21 | 2018-03-19 | (주)소닉스 | 가압장치의 가압력 유지 방법 |
| JP2020131375A (ja) * | 2019-02-21 | 2020-08-31 | 新明工業株式会社 | 高精度加工システムおよび高精度加工方法 |
| JP7115706B2 (ja) | 2019-02-21 | 2022-08-09 | 新明工業株式会社 | 高精度加工システムおよび高精度加工方法 |
| CN111843766A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-30 | 大连理工大学 | 一种用于机器人研抛加工的高精度力位混合控制装置 |
| CN111843766B (zh) * | 2020-07-17 | 2022-05-27 | 大连理工大学 | 一种用于机器人研抛加工的高精度力位混合控制装置 |
| CN113400143A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-09-17 | 天津理工大学 | 机器人力控末端执行器及其控制方法 |
| CN113400143B (zh) * | 2020-09-25 | 2022-04-19 | 天津理工大学 | 机器人力控末端执行器及其控制方法 |
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