JP2002018688A - 物品の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研削砥石や切削工具により、物品への曲面加
工等を段取りを少なくして加工効率がよく、かつ、高精
度に製造する装置とその方法を提供すること。 【解決手段】 被加工物よりも工具側に治具（ツルーイ
ング砥石１４、ドレッシング砥石１５）を配置し、治具
（ツルーイング砥石１４、ドレッシング砥石１５）を主
軸に対して相対的に固定し、治具（ツルーイング砥石１
４、ドレッシング砥石１５）に工具（研削砥石１６）を
当接させることにより、工具（研削砥石１６）を加工
し、この加工された工具（研削砥石１６）により被加工
物を加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転対称軸を持っ
た曲面（球面および非球面）形状のレンズやその成形用
金型またはミラーなどを加工効率よく、かつ、高精度に
製造する物品の製造方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学機器に広く用いられているプラスチ
ックレンズの製造は、工具による除去加工により製造し
たり、量産の場合は金型をマスターとしたレプリカの量
産を行なっている。一般に、マスターとなる成形金型の
光学転写面は形状的に成形レンズ以上に高い精度が要求
されている。これらのプラスチックレンズやその金型
は、通常、回転対称非球面あるいは同心円状の溝列や螺
旋状の溝形状を有している。

【０００３】これらの回転対称軸を持った曲面（球面お
よび非球面）形状を、加工装置で高精度に加工を行なう
際は、加工装置での研削砥石のアライメント（心出し）
工程と、研削砥石のツルーイングおよびドレッシング工
程は不可欠である。

【０００４】図８は、加工装置の加工部の模式斜視図
で、Ｚ軸テーブル５２上の主軸支持台５３には被加工物
Ｗｎを固定して回転する主軸５４が設けられている。こ
の主軸５４の先端部には被加工物Ｗｎを把持自在に固定
する加工物チャック５５が設けられている。この主軸５
４に対向する側には、Ｘ軸テーブル５６上に砥石固定台
５７に砥石回転用スピンドル５８に軸支された研削砥石
５９が配設されている。

【０００５】この加工装置での研削砥石５９のアライメ
ントとそれによる加工では、図９にフロー図を示したよ
うに、まず、図８に斜視図を示したように、Ｚ軸テーブ
ル５２上の主軸支持台５３に固定されている主軸５４の
加工物チャック５５に球面形状に加工するための球面テ
ストピースＷｍ（被加工物Ｗｎとして球面テストピース
Ｗｍ）を取付ける（Ｓ３１）。Ｘ軸テーブル５６上の砥
石固定台５７に砥石回転用スピンドル５８に軸支された
研削砥石５９により、Ｚ軸テーブル５２およびＸ軸テー
ブル５６を、加工プロファイルに応じて予め定められた
プログラムにしたがって、Ｚ軸およびＸ軸方向に移動さ
せながら、球面テストピースＷｍの球面加工を行なう
（Ｓ３２）。所定の球面加工が終了すると、加工装置を
停止して加工物チャック５５から球面テストピースＷｍ
を取り外す（Ｓ３３）。取り外した球面テストピースＷ
ｍの形状精度を測定する（Ｓ３４）。その結果、形状精
度が所定の範囲内であった場合は、図１１に示すよう
に、加工装置の加工物チャック５５に被加工物Ｗｎを取
付ける（Ｓ３５）。そして、被加工物Ｗｎに対して所定
の加工を行なう（Ｓ３６）。

【０００６】一方、取り外した球面テストピースＷｍの
形状精度が所定の範囲外の場合は、加工された形状測定
結果から研削砥石５９の取付けアライメント誤差量や、
砥石半径を求めて調整する（試加工／測定／調整を繰り
返す）。その後に、再度、球面テストピースＷｍを加工
物チャック５５に取付けて、上述のＳ３２〜Ｓ３４の工
程を繰り返し、加工された球面テストピースＷｍが所定
範囲内になった場合に、Ｓ３５〜Ｓ３６の工程を行ない
加工を終了する。

【０００７】なお、上述の場合は、回転工具として砥石
の例を説明したが、固定工具としてバイトを用いた場合
も基本的な動作は同様である。

【０００８】また、研削砥石の作用面のツルーイングお
よびドレッシングでは、図８で示した加工装置の加工部
に設けられた、Ｚ軸テーブル５２上の主軸支持台５３に
固定されている主軸５４の加工物チャック５５に、ツル
ーイング砥石６１または、ドレッシング用工具（ダイヤ
モンドポイント工具や円盤状の砥石）を取付け、Ｘ軸テ
ーブル５６上の砥石固定台５７に砥石回転用スピンドル
５８に軸支された研削砥石５９とを、それぞれのテーブ
ル５２、５６を予め定められたプログラムに従って、Ｚ
軸およびＸ軸方向に移動させながら、ツルーイング砥石
６１または、ドレッシング用工具を旋回させて曲面加工
用の研削砥石５９に押し当てて研削砥石５９のツルーイ
ングおよびドレッシングを行う。

【０００９】そして、ツルーイングおよびドレッシング
が終了すると、加工物チャック５５からツルーイング砥
石６１およびドレッシング用工具を外し、被加工物Ｗｎ
を加工物チャック５５に取付けて、被加工物Ｗｎへ所定
の曲面加工を行なっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような研削砥石のアライメント方法では、被加工物への
加工の前に、試し加工用の球面テストピースを加工して
いる。このため、被加工物への加工途中で砥石を交換す
る場合、被加工物と球面テストピースの取付および取外
しを繰返し行なう必要がある。

【００１１】そのため、被加工物と球面テストピースの
取付・取外し工程の回数が増えるとともに、被加工物の
取付・取外しの再現誤差により、加工精度の維持が困難
で加工能率も低下する。特に、被加工物が大型化した場
合には、加工能率の低下は特に顕著である。

【００１２】また、ツルーイングおよびドレッシングに
際して、主軸と並列する位置に装着された回転式ツルー
イングおよびドレッシング装置を用いて、ツルーイング
又はドレッシング用工具を回転させ、加工用砥石に押し
当てて、ツルーイング又はドレッシングを行う方法で
は、加工物が大型化した場合、加工装置のテーブルスト
ロークが長くなり、加工装置が大型化する。また、主軸
に装着された回転式ツルーイング又はドレッシング装置
の回転軸心高さと主軸の回転軸心高さを正確に一致させ
る必要がある。

【００１３】また、被加工物への加工途中でツルーイン
グ又はドレッシングを行なう場合、被加工物とツルーイ
ング又はドレッシング用工具との取付および取外しを繰
返し行なう必要がある。

【００１４】そのため、被加工物とツルーイング又はド
レッシング用工具との取付・取外し工程の回数が増える
とともに、被加工物の取付・取外しの再現誤差により、
加工精度の維持が困難で加工能率も低下する。特に、被
加工物が大型化した場合には、加工能率の低下は特に顕
著である。

【００１５】本発明はこれらの事情にもとづいてなされ
たもので、研削砥石や切削工具により、曲面加工等を段
取りを少なくして加工効率がよく、かつ、高精度に製造
する物品の製造方法およびその装置を提供することを目
的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、回動可能に設けられた主軸に設けられた被
加工物に対して工具を少なくとも接離方向に駆動可能に
保持する加工装置を用いた物品の製造方法において、前
記主軸に設けられた固定手段に被加工物を固定する工程
と、前記被加工物よりも前記工具側に治具が配置される
よう、前記治具を前記主軸に対して相対的に固定し、前
記治具に工具を当接させることにより、前記工具を加工
する工程と、前記治具により加工された工具により、前
記被加工物を加工する工程と、を具備することを特徴と
する物品の製造方法である。

【００１７】また請求項２の発明による手段によれば、
回動可能に設けられた主軸に設けられた被加工物に対し
て工具を少なくとも接離方向に駆動可能に保持する加工
装置を用いた物品の製造方法において、前記主軸に設け
られた固定手段に被加工物を固定する工程と、前記被加
工物よりも前記工具側に治具が配置されるよう、前記治
具を前記主軸に対して相対的に固定し、前記治具に工具
を当接させることにより、心出しする工程と、前記心出
しに基づいて、前記被加工物を加工する工程と、を具備
することを特徴とする物品の製造方法である。

【００１８】また請求項３の発明による手段によれば、
工具が砥石またはバイトであることを特徴とする物品の
製造方法である。

【００１９】また請求項４の発明による手段によれば、
回動可能に設けられた主軸と、保持する工具を前記主軸
に対して少なくとも接離方向に駆動可能に保持する駆動
機構と、を具備する物品の製造装置であって、前記主軸
には、被加工物が固定される固定手段が設けられ、前記
被加工物よりも前記工具側に配設される治具が前記被加
工物が固定された状態で前記固定手段に対して相対的に
固定可能であることを特徴とする物品の製造装置であ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の物品の製造方法で
ある曲面加工方法およびその装置の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００２１】図１は本発明の加工装置の模式斜視図であ
る。加工装置１が設置される床２の上には、加工装置１
と床２との間に防振ゴム３等の防振構造が施されてい
る。加工装置１の土台部分は十分な剛性と振動に対する
減衰性を有し図示しない制御部等が内蔵されたベッド４
である。このベッド４の上にはＺ軸方向へ移動自在なＺ
軸テーブル５とＸ軸テーブル２１が配設されている。

【００２２】このＺ軸テーブル５はベッド４に設けられ
た図示しないガイドレールに案内されて駆動源からの動
力によって、ボールねじを（不図示）介してＺ軸方向へ
の所定量の送りが精密に行われる構造に形成されてい
る。

【００２３】Ｚ軸テーブル５の上には、図示しないモー
タ等から成る駆動系や動力伝達機構や軸受等が内蔵され
た主軸支持台６が立設している。

【００２４】軸受は、主軸７が大型の加工物を良好な回
転精度旋回させることが必要になるために静圧油圧軸受
を用いている。この軸受に支持されている主軸７は主軸
支持台６の前方に延出している。主軸７は主軸支持台６
の内部で図示しない駆動系と歯車等で形成された動力伝
達機構に係合し、かつ、図示しないエンコーダが設けら
れて回転方向の原点位置が正確に割り出される構造に形
成されている。

【００２５】主軸支持台６から延出した主軸７の端面に
は、被加工物Ｗを主軸７の回転中心軸と同軸に把持固定
する加工物チャック９が設けられている。

【００２６】図２は、加工物チャック９の近傍の側面断
面図で、被加工物Ｗを把持する加工物チャック９は、主
軸支持台６に軸支された主軸７の回転中心軸と同軸に設
けられ、その外周にはリング状のツルアホルダ１１が設
けられている。このツルアホルダ１１の先端面（主軸７
の反対側の面）には、第２チャック１２が、接離自在に
４本のボルト１３ａ〜１３ｄで螺着されている。第２ツ
ルアホルダ１１には加工工程に応じて、ツルーイング砥
石１４又はドレッシング砥石１５や、被加工物Ｗが把持
固定されている。

【００２７】主軸７の対面側のＺ軸テーブル５の前方の
ベッド４の上には、Ｚ軸テーブル５と並行にＸ軸テーブ
ル２１が配設されている。このＸ軸テーブル２１はベッ
ド４に設けられた図示しない直線案内に係合してＸ軸方
向へボールねじ等で構成された直線送り機構で移動自在
な構造に形成されている。このＸ軸テーブル２１上には
研削砥石１６を砥石回転用スピンドル２２を介して保持
する砥石支持台２３が立設している。研削砥石１６は砥
石回転用スピンドル２２に取付け固定した際に、研削砥
石１６の高さ方向（Ｙ軸方向）の位置が主軸７の回転中
心の高さ方向の位置と一致するように設定されている。

【００２８】次に、上記の装置の動作について、アライ
メント工程と、研削砥石のツルーイングおよびドレッシ
ング工程についてそれぞれ説明する。なお、加工装置１
の各部は、図１および図２を参照している。

【００２９】この加工装置１での研削砥石１６のアライ
メントとそれによる加工は、図３にフロー図を示したよ
うに、まず、Ｚ軸上の主軸支持台６に固定されている主
軸７の加工物チャック９に被加工物Ｗを取付ける（Ｓ
１）。次に、ツルアホルダ１１に第２チャック１２を４
本のボルト１３ａ〜１３ｄで締め付けて固定する（Ｓ
２）。この固定により主軸７の回転中心軸上に加工物チ
ャック９の中心軸と第２チャック１２の中心軸が精度良
く位置合せされる。次に、図２に示すように第２チャッ
ク１２に球面形状に加工するためのテストピースＷ１を
取付ける（Ｓ３）。Ｘ軸テーブル上の砥石固定台に砥石
回転用スピンドルに軸支された砥石により、それぞれの
テーブルを予め定められたプログラムにしたがって、Ｚ
軸およびＸ軸方向に移動させながら、テストピースＷ１
の球面加工を行なう（Ｓ４）。所定の球面加工が終了す
ると、加工装置１を停止して第２チャック１２からテス
トピースＷ１を取り外し、取り外したテストピースＷ１
の形状精度を測定する（Ｓ５）。その結果、形状精度が
所定の範囲内であった場合は、加工装置１の第２チャッ
ク１２をツルアホルダ１１から取り外して、被加工物Ｗ
に対して所定の加工を行なう（Ｓ６）。

【００３０】一方、取り外したテストピースＷ１の形状
精度が所定の範囲外であったり、中心部分に未加工部分
が残った場合などは、加工された形状測定結果から砥石
の取付けアライメント誤差量や、砥石半径を求めて調整
する（試加工／測定／調整を繰り返す）。その後に、再
度、テストピースＷ１を第２チャック１２に取付けて、
上述のＳ３〜Ｓ５の工程を繰り返し、加工されたテスト
ピースＷ１が所定範囲内になった場合に、Ｓ６の工程を
行ない所定の加工を終了する。

【００３１】なお、上述の場合は、回転工具として研削
砥石１６の例を説明したが、回転工具の代わりに固定工
具としてバイト等の切削工具を用いた場合も、基本的な
動作は同様である。その場合は、上述の説明の際の、研
削砥石１６を切削工具に置き換え、その支持装置等も同
様に置き換えればよい。

【００３２】その場合、例えば、切削工具はダイヤモンド
バイトで、刃先のダイヤモンドチップの形状は、すくい
角が０°（ただし、被切削材により±１０°程度変える
ことがある）で、逃げ角はダイヤモンドチップの研磨収
率から５〜１５°程度、ノーズ半径は０．０１〜５ｍｍ
程度のものを用いることができる。

【００３３】次に、研削砥石１６のツルーイングおよび
ドレッシング工程について説明する。

【００３４】図４はツルーイング砥石又はドレッシング
砥石による研削砥石の加工を示す模式斜視図で、図５は
研削砥石による被加工物の加工を示す模式斜視図であ
る。なお、図４および図５においては、図１と同一機能
部分には、同一符号を付して個々の説明を省略する。

【００３５】図６にフロー図を示したように、まず、Ｚ
軸テーブル５の主軸支持台６に固定されている主軸７の
加工物チャック９に被加工物Ｗを取付ける（Ｓ１１）。
次に、ツルアホルダ１１に第２チャック１２を４本のボ
ルト１３ａ〜１３ｄで締め付けて固定する（Ｓ１２）。
この固定により主軸７の回転中心軸上に加工物チャック
９の中心軸と第２チャック１２の中心軸が精度良く位置
合せされる。次に、第２チャック１２にツルーイング砥
石１４又はドレッシング砥石１５を取付ける（Ｓ１
３）。

【００３６】次に、図５に示すように、ツルーイング砥
石１４又はドレッシング砥石１５をＸ軸テーブル２１上
の砥石支持台２３に砥石回転用スピンドル２２に軸支さ
れた研削砥石１６に対して、Ｚ軸テーブル５およびＸ軸
テーブル２１を、加工プロファイルにしたがって予め定
められたプログラムにより、Ｚ軸およびＸ軸方向に移動
させながら研削砥石１６の加工を行なう（Ｓ１４）。所
定の加工が終了すると、加工装置１を停止して第２チャ
ック１２を取り外す（Ｓ１５）。次に、図５に示すよう
に、ツルーイング加工又はドレッシング加工が施された
研削砥石１６により被加工物Ｗに所定の加工を行なう
（Ｓ１６）。

【００３７】なお、被加工物Ｗによってはその加工が１
週間程度を要することもあるので、その場合は、その間
に、被加工物Ｗへの加工途中で５〜６度程度、一連の加
工（Ｓ１７）を挿入することを繰り返して行なうことに
より、被加工物Ｗへの加工精度を維持する。

【００３８】また、図７は本発明の加工の変形例で、図
１に示した加工装置で２個の被加工物Ｗ、Ｗ´を研削砥
石１６により粗加工する場合である。

【００３９】この場合は、主軸支持台６に支持された主
軸７に固定された加工物チャック９には被加工物Ｗが把
持固定されている。また、加工物チャック９の外側に固
定されているツルアホルダ１１には第２チャック１２が
固定され、この第２チャック１２には被加工物Ｗ´が固
定されている。

【００４０】研削砥石１６での加工の際には、まず、研
削砥石１６のアライメントを行なった後に、第２チャッ
ク１２に固定されている被加工物Ｗ´を所定のプログラ
ムにしたがって加工し、加工が終了すると、第２チャッ
ク１２をツルアホルダ１１から外す。その状態で、研削
砥石１６により加工物チャック９に把持固定されている
被加工物Ｗに所定の加工を施す。この一連の加工によ
り、個々の被加工物Ｗ、Ｗ´に対して、研削砥石１６の
アライメントを行なわなくても２個の被加工物Ｗ、Ｗ´
に対して正確な粗加工を施すことができる。

【００４１】なお、上述の各実施の形態では、加工用砥
石や被加工物を把持固定するチャックは、２段に連結し
て説明したが、必要に応じて３段以上に連結して用いる
ことができる。

【００４２】以上に述べたように本発明によれば、主軸
にツルーイングまたはドレッシング工具を装着するの
で、主軸とは別に回転式ツルーイングまたはドレッシン
グ装置を具備する必要がない。したがって、加工装置の
テーブルストロークは、被加工物Ｗの加工に必要な長さ
でよく、加工装置全体を小型化できる。

【００４３】また、アライメント工程や、研削砥石のツ
ルーイングおよびドレッシング工程で、加工物チャック
から被加工物Ｗの取付・取外しを繰返し行う必要がない
ので、段取り工程が減少する他に、取付・取外しの再現
誤差による加工能率の低下を防止することができる。

【００４４】したがって、難削材からなる大型部品の成
型には大きな利点があり、特に、精度も高く維持できるの
で、光学部品や光学部品用の金型の製造などには特に適
する。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、物品の製造で加工効率
が良く、かつ、高精度な加工を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加工装置の模式斜視図。

【図２】本発明の加工物チャックの側面断面図。

【図３】本発明のアレイメント工程のフロー図。

【図４】ツルーイング砥石又はドレッシング砥石による
研削砥石の加工を示す模式斜視図。

【図５】研削砥石による被加工物の加工を示す模式斜視
図。

【図６】本発明のツルーイング（ドレッシング）工程の
フロー図。

【図７】本発明の加工の変形例を示す加工物チャックの
側面断面図。

【図８】従来の加工装置の加工部の模式斜視図。

【図９】従来のアレイメント工程のフロー図。

【図１０】被加工物の加工の模式斜視図。

【符号の説明】

１…加工装置、５…Ｚ軸テーブル、６…主軸支持台、７
…主軸、９…加工物チャック、１１…ツルアホルダ、１
２…第２チャック、１４…ツルーイング砥石、１５…ド
レッシング砥石、１６…研削砥石、２１…Ｘ軸テーブル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回動可能に設けられた主軸に設けられた
   被加工物に対して工具を少なくとも接離方向に駆動可能
   に保持する加工装置を用いた物品の製造方法において、 前記主軸に設けられた固定手段に被加工物を固定する工
   程と、前記被加工物よりも前記工具側に治具が配置され
   るよう、前記治具を前記主軸に対して相対的に固定し、
   前記治具に工具を当接させることにより、前記工具を加
   工する工程と、 前記治具により加工された工具により、前記被加工物を
   加工する工程と、を具備することを特徴とする物品の製
   造方法。
2. 【請求項２】 回動可能に設けられた主軸に設けられた
   被加工物に対して工具を少なくとも接離方向に駆動可能
   に保持する加工装置を用いた物品の製造方法において、 前記主軸に設けられた固定手段に被加工物を固定する工
   程と、 前記被加工物よりも前記工具側に治具が配置されるよ
   う、前記治具を前記主軸に対して相対的に固定し、前記
   治具に工具を当接させることにより、心出しする工程
   と、 前記心出しに基づいて、前記被加工物を加工する工程
   と、を具備することを特徴とする物品の製造方法。
3. 【請求項３】 工具が砥石またはバイトであることを特
   徴とする請求項１または２のいずれかに記載の物品の製
   造方法。
4. 【請求項４】 回動可能に設けられた主軸と、保持する
   工具を前記主軸に対して少なくとも接離方向に駆動可能
   に保持する駆動機構と、を具備する物品の製造装置であ
   って、前記主軸には、被加工物が固定される固定手段が
   設けられ、前記被加工物よりも前記工具側に配設される
   治具が前記被加工物が固定された状態で前記固定手段に
   対して相対的に固定可能であることを特徴とする物品の
   製造装置。