JP2002178254A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークへの研磨荷重を一定に保って高精度の
研磨を行う。 【解決手段】 研磨装置はワーク５２の加工面をポリシ
ャ５８ａによって研磨加工する。ワーク５２をＸ軸方向
に移動させるＸ軸機構部５４と、ワーク５２をＺ軸方向
に移動させるＺ軸機構部５５と、ワーク５２をＹ軸を中
心として旋回させるＢ軸機構部５６と、ポリシャ５８を
Ｙ軸方向に移動させるＹ軸機構部６２と、ポリシャ５８
をＸ軸を中心として旋回させるＡ軸機構部６１と、研磨
加工時におけるポリシャ５８とワーク５２との接触点が
Ｘ軸またはＸ軸近傍に位置し、且つＹ軸またはＹ軸近傍
に位置するようにＸ軸機構部５４、Ｙ軸機構部６２、Ｚ
軸機構部５５、Ａ軸機構部６１及びＢ軸機構部５６を制
御する制御手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズやプリズム
などの光学素子の光学曲面或いは光学素子を成形する金
型などの加工曲面を高精度に研磨加工する研磨装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図８及び図９は、上述したようなワーク
の加工面を研磨加工するため、特開平１０−２３０４４
８号公報に記載されている従来の研磨装置を示す。

【０００３】この研磨装置は、ベース１０上にＹ軸方向
に移動するＹ軸テーブル１１、Ｘ軸テーブル１２が順に
載置され、Ｘ軸テーブル１２上にＹ軸を中心として回転
するＢ軸位置決め機構部１３が設けられ、Ｂ軸位置決め
機構部１３上にＸ軸を中心として回転するＡ軸位置決め
機構部１４が設けられている。ワーク１５はＡ軸位置決
め機構部１４上に取り付けられたワークテーブル１６に
取り付けられて加工される。

【０００４】一方、研磨加工を行う工具１７は、Ｚ軸位
置決め機構１８に取り付けられる。Ｚ軸位置決め機構部
１８は、図９に示すようにベース１０に立設したコラム
１９に取り付けられており、コラム１９に取り付けられ
たモータ２０の駆動によって上下動可能となっている。
このＺ軸位置決め機構部１８はモータ２１の駆動によっ
て工具１７を回転させるスピンドル２２を備えている。
また、スピンドル２２はシリンダ２３のピストンロッド
２４に連結されている。シリンダ２３は一定の空気圧力
が供給されるように制御されており、これにより工具１
７は一定の圧力でワーク１５の曲面に沿って上下動する
要になっている。

【０００５】この装置では、工具１７の先端を所定圧力
でワーク１５の表面に当接した状態で、ワーク１７の形
状から計算した加工データに基づき、Ｘ，Ｙ，Ａ，Ｂ方
向の４方向を制御して、工具１７とワーク１５とを相対
的に位置決めし、ワークの加工点における法線方向に工
具１７の回転軸芯を一致させて研磨加工するものであ
る。この場合、Ｚ方向については、シリンダ２３からな
る押圧機構によってワーク１５の曲面に沿って倣わせて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の研磨装置では、研磨加工中に制御する方向がＸ、
Ｙ、Ａ、Ｂの４軸であり、Ｚ方向については、押圧機構
で倣わせている。そのため、研磨を行っている際に、工
具１７とワーク１５との接触点がＺ方向に移動し、この
移動によって、工具１７がワーク１５に与える研磨荷重
を一定に保つことが難しく、高精度に研磨することが難
しい問題を有している。

【０００７】また、Ａ軸位置決め機構部１４またはＢ軸
位置決め機構部１３の回転中心と、工具１７がワーク１
５と接触する研磨ポイントが一致していないため、ワー
クの研磨を行っている際に、Ａ軸位置決め機構部１４ま
たはＢ軸位置決め機構部１３を回転させると、次の瞬間
に目標とする研磨ポイントがＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸の方
向にずれる。このため、目標とする研磨ポイントで工具
１７による研磨荷重を法線方向に当てるには、目標位置
にＡ軸位置決め機構部１４またはＢ軸位置決め機構部１
３の回転で発生したＸ方向またはＹ方向の移動量を補正
する必要があり、しかもＡ軸位置決め機構部１４または
Ｂ軸位置決め機構部１３を回転させることによってＸ方
向またはＹ方向への移動速度が発生するため、工具１７
とワーク１５の加工面との相対速度、いわゆる送り速度
を一定に保つことが難しくなり、情報量が増えるため、
加工時の計算も複雑となる問題も有している。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点を考慮
してなされたものであり、ワークへの研磨荷重を一定に
保つことができ、これによりワークを高精度に研磨加工
することができる研磨装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ワー
クの加工面をポリシャによって研磨加工する研磨装置に
おいて、上記ワークをＸ軸方向に移動させるＸ軸機構部
と、上記ワークをＺ軸方向に移動させるＺ軸機構部と、
上記ワークをＹ軸を中心として旋回させるＢ軸機構部
と、上記ポリシャをＹ軸方向に移動させるＹ軸機構部
と、上記ポリシャをＸ軸を中心として旋回させるＡ軸機
構部と、研磨加工時におけるポリシャとワークとの接触
点がＸ軸またはＸ軸近傍に位置し、且つＹ軸またはＹ軸
近傍に位置するようにＸ軸機構部、Ｙ軸機構部、Ｚ軸機
構部、Ａ軸機構部及びＢ軸機構部を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする。

【００１０】この発明では、Ｘ軸機構部、Ｙ軸機構部、
Ｚ軸機構部、Ａ軸機構部及びＢ軸機構部を制御すること
によって、ワークへの研磨加工の際に、ポリシャとワー
クとの接触点を常にＸ軸上またはＸ軸近傍に位置させ、
且つＹ軸上またはＹ軸近傍に位置させるため、接触点で
は、ポリシャの加圧方向がワークの加工面の法線方向を
向いた状態となり、ワークへの研磨荷重を一定に保つこ
とができる。このため、ワークの加工面を高精度に研磨
することができる。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１記載の発明で
あって、上記制御手段は、ポリシャからのワークへの研
磨荷重をワークの加工面の法線方向に一致または略一致
するようにＡ軸機構部及びＢ軸機構部を制御することを
特徴とする。

【００１２】この発明では、ポリシャの加圧方向がワー
クの加工面の法線方向に向くようになる。このため、接
触点におけるポリシャの研磨荷重の分散がなくなり、ワ
ークの加工面を一定の圧力で研磨でき、高精度な研磨加
工を行うことができる。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の発明であって、上記ポリシャをワークとの接触点で揺
動させる振動手段をさらに有していることを特徴とす
る。

【００１４】この発明では、ワークの研磨加工中にポリ
シャが揺動するため、ワークの加工面を広い範囲で研磨
加工することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施の形
態により具体的に説明する。なお、各実施の形態におい
て、同一の部材は同一の符号を付して対応させてある。

【００１６】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１の全体斜視図を示し、架台等（図示省略）に支持さ
れたベース５１上に、Ｌ字形の支持ブラケット５７，６
３が直交するように起立状に固定されている。そして、
支持ブラケット５７側にワーク５２が取り付けられ、支
持ブラケット６３側にポリシャユニット５８が取り付け
られる。

【００１７】ワーク５２はＬ字形のワークテーブル５３
に固定状態で支持されている。ワークテーブル５３はＸ
軸機構部５４に取り付けられている。すなわち、ワーク
テーブル５３はＸ方向に往復移動するＸ軸機構部５４の
テーブル部５４ａに固定されており、Ｘ軸機構部５４の
本体部５４ｂはＺ軸機構部５５に取り付けられている。
Ｚ軸機構部５５はＺ方向に往復移動するテーブル部５５
ａによってＸ軸機構部５４を保持しており、Ｚ軸機構部
５５の本体部５５ｂはＢ軸機構部５６に取り付けられて
いる。

【００１８】Ｂ軸機構部５６は上記支持ブラケット５７
に取り付けられている。このＢ軸機構部５６はＹ軸を中
心に旋回可能となっており、Ｂ軸機構部５６にＺ軸機構
部５５が取り付けられ、Ｚ軸機構部５５にＸ軸機構部５
４が取り付けられ、Ｘ軸機構部５４にワークテーブル５
３が取り付けられることにより、ワーク５２Ｘ軸方向及
びＺ軸方向に移動可能となっていると共に、Ｙ軸を中心
に旋回可能となっている。

【００１９】ポリシャユニット５８はポリシャ用モータ
（図示省略）を内蔵したポリシャユニット本体５８ｃ
と、ポリシャ用モータに連結されたポリシャ軸５８ｂ
と、ポリシャ軸５８ｂの先端に取り付けられたポリシャ
５８ａとを備えており、ポリシャ５８ａはポリシャ用モ
ータの駆動によって回転する。ポリシャ用モータは制御
コントローラ（図示省略）に接続されており、予め用意
されているプログラムによりポリシャ５８ａの回転数が
制御されるようになっている。

【００２０】ポリシャユニット５８は連結アーム５９に
固定される。この実施の形態では、ポリシャユニット５
８と連結アーム５９との間には、Ｚ方向に微小な距離を
移動可能なエアスライダ８０が設けられている。エアス
ライダ６０は図示しないエア発生源と接続されており、
エア圧力の制御によってポリシャ５８ａをワーク５２ヘ
押し付ける力、すなわち研磨荷重、を任意に設定できる
ようになっている。

【００２１】連結アーム５９はＸ軸を中心として旋回可
能なＡ軸機構部６１に取り付けられている。そして、Ａ
軸機構部６１はＹ軸機構部６２に取り付けられている。
Ｙ軸機構部６２はＡ軸機構部６１を支持するテーブル部
６２ａと、ベース５１上の支持ブラケット６３に固定さ
れた本体部６２ｂとを有している。従って、ポリシャ５
８ａはＹ軸方向に往復移動可能となっていると共に、Ｘ
軸を中心に旋回可能となっている。

【００２２】以上のＸ軸機構部５４、Ｚ軸機構部５５、
Ｂ軸機構部５６、Ａ軸機構部６１及びＹ軸機構部６２
は、図示を省略した制御コントローラに予め用意されて
いるプログラムによって制御されている。この制御は、
研磨加工時におけるポリシャ５８ａとワーク５２との接
触点がＸ軸またはＸ軸近傍に位置し、且つＹ軸またはＹ
軸近傍に位置するように行われる。このような制御で
は、Ａ軸機構部６１及びＢ軸機構部５６の回転中心であ
るＸ軸及びＹ軸は、ポリシャ５８ａとワーク５２との接
触点において直交することができる。なお、以上の各機
構部に対しては、同時制御を行うことも可能となってい
る。

【００２３】次に、この実施の形態の作動を図２〜図５
を参照して説明する。ワーク５２の研磨工程以前では、
Ｚ軸機構部５５が下方に移動しており、ワークテーブル
５３に固定されたワーク５２は、ポリシャ５８ａとワー
ク５２との接触点（以下、研磨ポイント）から離れた位
置にある。また、ワーク５２の表面にはダイヤモンドス
ラリーなどの研磨剤が塗布されている。

【００２４】研磨開始の信号が制御コントローラに入力
されると、まずポリシャユニット本体５８ｃ内のポリシ
ャ用モータが回転を始める。ポリシャ用モータの回転に
ついては等速回転に設定しておいても良く、加工面にお
ける特定箇所を他の箇所よりも粗さを向上させるため研
磨量を増大させる必要がある場合等においては、この箇
所での回転数を増やすなどの制御を行うことも可能であ
る。

【００２５】ポリシャ用モータが回転すると、研磨ポイ
ントが図２に示す研磨開始点３１に移動するように、
Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ及びＢの各軸機構部が制御される。ポリ
シャ５８ａが研磨開始点３１まで移動した時点で、エア
スライダ６０が作動し、ポリシャ５８ａとワーク５２と
が完全に接触し、これにより研磨が開始される。なお、
エアスライダ６０は研磨荷重を発生するが、その設定は
ワーク５２の材質、ポリシャ５８ａの大きさや材質、回
転数などの諸条件を考慮して、予め決定されるものであ
る。また、ポリシャ用モータの回転と同様に、ワーク５
２の特定箇所を他の箇所よりも粗さを向上させたい時な
ど研磨量を増やしたい場合には、研磨荷重を増大させる
などの制御を行うことも可能である。

【００２６】研磨開始後、研磨ポイントはＸ、Ｙ、Ｚ、
Ａ及びＢ軸の各軸機構部への制御により、図２の矢印で
示すようにワーク５２の加工面５２ａ上を移動する。す
なわち、研磨ポイントは、研磨開始点３１からＸ方向に
沿って加工面５２ａ上を研磨開始点３１から離れる方向
に移動する。

【００２７】図３（ａ）〜（ｃ）は、研磨ポイント３２
の移動順序を示す。この移動では、研磨加工時における
研磨ポイント３２がＸ軸またはＸ軸近傍に位置し、且つ
Ｙ軸またはＹ軸近傍に位置するように制御コントローラ
が制御するため、Ａ軸機構部６１及びＢ軸機構部５６の
回転中心であるＸ軸及びＹ軸が、常に研磨ポイント３２
で直交している。これにより、研磨ポイント３２では、
ポリシャ５８ａの加圧方向がワーク５２の加工面５２ａ
の法線３３の方向を向いた状態で研磨が行われる。かか
る制御は、Ｘ軸機構部５４、Ｚ軸機構部５５、Ｂ軸機構
部５６及びＡ軸機構部６１の同時４軸制御を行うことに
よりなされるものである。

【００２８】研磨ポイント３２が図３（ｃ）の位置に達
した時点で、研磨ポイント３２はＹ方向に予め設定され
た距離を移動する。この移動の後、研磨ポイント３２は
加工面５２ａに沿って研磨開始点３１方向に移動する。
その後、同様の工程を繰り返すことにより、図２に示す
研磨終了点３４に到達する。そして、研磨終了点３４に
達した後、エアスライダ６０による研磨荷重を絶つこと
により、Ｘ方向送りの研磨を終了する。

【００２９】次に、Ｘ方向送りの研磨とは研磨方向を変
えたＹ方向送りの研磨を行う。図６はＹ方向送りの研磨
を示し、研磨開始点３５から研磨終了点３６に達するま
で、研磨ポイント３２が加工面５２ａ上を移動する。

【００３０】図５（ａ）〜（ｃ）は、Ｙ方向送りの研磨
における研磨ポイント３２の移動を示す。この移動にお
いても、研磨加工時における研磨ポイント３２がＸ軸ま
たはＸ軸近傍に位置し、且つＹ軸またはＹ軸近傍に位置
するように制御コントローラが制御する。このため、Ａ
軸機構部６１及びＢ軸機構部５６の回転中心であるＸ軸
及びＹ軸が、常に研磨ポイント３２で直交している。こ
れにより、研磨ポイント３２では、ポリシャ５８ａの加
圧方向がワーク５２の加工面５２ａの法線３３の方向を
向いた状態で研磨が行われる。以上の制御は、Ｙ軸機構
部６２、Ｚ軸機構部５５、Ｂ軸機構部５６及びＡ軸機構
部６１の同時４軸制御を行うことによりなされる。

【００３１】なお、図２及び図４では、あたかもワーク
５２の動きが無く、静止しているかのように見えるが、
これは、ポリシャ５８ａとワーク５２との相対的な動き
を示しており、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ及びＢの各軸機構部への
制御によって、ポリシャ５８ａ及びワーク５２はそれぞ
れ予め設定されたプログラムにより作動しているもので
ある。

【００３２】以上のＸ方向送りの研磨とＹ方向送りの研
磨とを設定した回数だけ繰り返すことにより、所望の表
面粗度に仕上げられた光学曲面を得ることができる。

【００３３】なお、研磨の途中においては、ワーク５２
の状況から判断して、ポリシャ５８ａを新しいものに交
換したり、ダイヤモンドスラリーをさらに塗布したり、
研磨工程で使用されたダイヤモンドスラリーを拭き取っ
た後、新しいダイヤモンドスラリーを塗布し直すなどの
作業を行っても良い。

【００３４】このような実施の形態では、Ｘ方向送りの
研磨での研磨ポイント３２のＸ方向への移動時は、Ｘ、
Ｚ、Ａ及びＢの同時４軸制御を行い、、Ｙ方向送りの研
磨でのＹ方向への移動時は、Ｙ、Ｚ、Ａ及びＢの同時４
軸制御を行うため、同時５軸制御とする必要がない。こ
のため、情報量が少なく、制御のための計算も簡単に行
うことができる。

【００３５】また、４軸制御であっても、研磨ポイント
３２では、ポリシャ５８ａの加圧方向がワーク５２の加
工面５２ａの法線３３の方向を向くため、ポリシャ５８
ａの回転ならびにポリシャ５８ａの加圧により、ワーク
５２を高精度に研磨加工することができる。

【００３６】（実施の形態２）図６は本発明の実施の形
態２を示す。この実施の形態では、Ｘ軸機構部５４、Ｙ
軸機構部６２、Ｚ軸機構部５５、Ａ軸機構部６１及びＢ
軸機構部５６が実施の形態１と同様に配置されており、
これらの機構部の制御も実施の形態１と同様に行われ
る。

【００３７】この実施の形態において、ポリシャユニッ
ト５８のポリシャ５８ｄが円盤形状となっている。円盤
形状のポリシャ５８ｄは、その円盤の外周部５８ｅでワ
ーク５２の加工面を研磨加工する。この円盤形状のポリ
シャ５８では、ポリシャユニット５８内部のポリシャ用
モータ（図示省略）の駆動により回転する。また、この
実施の形態では、エアスライダ６０に代えてポリシャユ
ニット５８内部にエアスライダ５８ｆが内蔵されてい
る。

【００３８】この実施の形態の研磨装置による研磨で
は、円盤形状のポリシャ５８ｄの外周部５８ｅでワーク
５２の加工面を加工する以外は、実施の形態１の研磨装
置と同様である。

【００３９】この実施の形態では、実施の形態１と同様
に、ワーク５２の加工面に接触するポリシャ５８ｄの加
圧方向を常に加工面の法線方向に向くように制御するこ
とにより、研磨ポイントにおけるポリシャ５８ｄの研磨
荷重の分散がなくなるため、ワーク５２の加工面を一定
の圧力で研磨できる。これにより、高精度な研磨加工が
行うことができる。また、ポリシャ５８ｄを円盤形状と
し、さらにその外周部５８ｅを研磨作用面としているた
め、ポリシャ５８ｄの周速度を大きくすることができ
る。これにより、効率的な研磨を行うことができる。

【００４０】（実施の形態３）図７は本発明の実施の形
態３を示す。この実施の形態においても、Ｘ軸機構部５
４、Ｙ軸機構部６２、Ｚ軸機構部５５、Ａ軸機構部６１
及びＢ軸機構部５６が実施の形態１と同様に配置されて
おり、これらの機構部の制御も実施の形態１と同様に行
われる。

【００４１】この実施の形態では、ポリシャユニット５
８のポリシャ５８ｇが円柱形状となっている。また、円
柱形状のポリシャ５８ｇのワーク５２と接触する側に
は、弾性体５８ｈが貼り付けられている。弾性体５８ｈ
としては、ポリウレタン等の樹脂が使用されている。

【００４２】さらに、ポリシャユニット５８とエアスラ
イダ６０の間に振動装置６４が配置されている。振動装
置６４はエアスライダ６０を介して連結アーム５９に連
結されており、その振動によって研磨ポイントにおける
接平面上をポリシャ５８ｇが揺動するように作用する。

【００４３】この実施の形態の研磨装置による研磨で
は、研磨時に振動装置６４による研磨面への揺動作用が
付加され、また、弾性体５８ｈがワーク５２に接触して
研磨を行う以外は、実施の形態１の研磨装置と同様であ
る。この実施の形態では、ポリシャ５８ｇが円柱形状と
なっており、このポリシャ５８ｇに取り付けられた弾性
体５８ｈが研磨作用面となっているため、ワーク５２と
接触するポリシャの面積が大きくなり、効率的な研磨を
行うことができる。

【００４４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、ポリシャとワ
ークとの接触点を常にＸ軸上またはＸ軸近傍に位置さ
せ、且つＹ軸上またはＹ軸近傍に位置させるため、ポリ
シャの加圧方向がワークの加工面の法線方向を向いた状
態となり、ワークへの研磨荷重を一定に保つことがで
き、ワークの加工面を高精度に研磨することができる。

【００４５】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果を有するのに加えて、接触点におけるポリシャの
研磨荷重の分散がなくなり、ワークの加工面を一定の圧
力で研磨できるため、高精度な研磨加工を行うことがで
きる。

【００４６】請求項３の発明によれば、請求項１及び２
の発明の効果を有するのに加えて、ワークの加工面を広
い範囲で研磨加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の斜視図である。

【図２】Ｘ方向送りの研磨を示す斜視図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、Ｘ方向送りの研磨における
作用を説明する図２の矢印Ｄ方向からの側面図である。

【図４】Ｙ方向送りの研磨を示す斜視図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は、Ｙ方向送りの研磨における
作用を説明する図４の矢印Ｅの側面図である。

【図６】本発明の実施の形態２の斜視図である。

【図７】本発明の実施の形態３の斜視図である。

【図８】従来の研磨装置を示す正面図である。

【図９】図８の側面図である。

【符号の説明】

５２ ワーク ５４ Ｘ軸機構部 ５５ Ｚ軸機構部 ５６ Ｂ軸機構部 ５８ ポリシャユニット ６１ Ａ軸機構部 ６２ Ｙ軸機構部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの加工面をポリシャによって研磨
   加工する研磨装置において、 上記ワークをＸ軸方向に移動させるＸ軸機構部と、 上記ワークをＺ軸方向に移動させるＺ軸機構部と、 上記ワークをＹ軸を中心として旋回させるＢ軸機構部
   と、 上記ポリシャをＹ軸方向に移動させるＹ軸機構部と、 上記ポリシャをＸ軸を中心として旋回させるＡ軸機構部
   と、 研磨加工時におけるポリシャとワークとの接触点がＸ軸
   またはＸ軸近傍に位置し、且つＹ軸またはＹ軸近傍に位
   置するようにＸ軸機構部、Ｙ軸機構部、Ｚ軸機構部、Ａ
   軸機構部及びＢ軸機構部を制御する制御手段とを備えて
   いることを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 上記制御手段は、ポリシャからのワーク
   への研磨荷重をワークの加工面の法線方向に一致または
   略一致するようにＡ軸機構部及びＢ軸機構部を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 【請求項３】 上記ポリシャをワークとの接触点で揺動
   させる振動手段をさらに有していることを特徴とする請
   求項１または２記載の研磨装置。