JP2004025314A

JP2004025314A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2004025314A
Application number: JP2002180800A
Authority: JP
Inventors: Takashige Shiratori; 白鳥　貴重; Koji Ishizaki; 石崎　幸治; Shinji Yokoyama; 横山　真司
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP3990205B2

Abstract

【課題】レンズを砥石に均一に接触させることにより、小径のレンズへの研磨を容易にする。
【解決手段】レンズ５と砥石４とを所定の圧力で接触させながら相互に回転させることにより研磨を行う。砥石４を保持して回転させる工具回転機構４０と、レンズ５を回転可能に保持するワーク回転機構４３と、工具回転機構４０の回転軸４１とワーク回転機構４３の回転軸４４とを相対的に揺動させる揺動機構４７と、揺動機構４７による揺動平面と交差する平面内で、工具回転機構４０の回転軸４１またはワーク回転機構４３の回転軸４４の一方を他方に対して角度調整する軸傾斜機構４５とを備える。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的小径の光学素子等の被研磨物を球心揺動により研磨する研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子としてのレンズ等の曲面を研磨する研磨装置では、研磨工具としての砥石とレンズとを任意の押圧力で当て付けた状態で、それらの相互回転による接触面の滑りと、その滑り面に研磨剤を介在させることによる微量研削により表面仕上げを行っている。この研磨機においては、砥石の形状誤差等を排除すると共に面精度を向上させるため、レンズあるいは砥石側を揺動運転させている。例えば、特公平６−２２７９９号公報には、このような揺動運動を行うのに加えて、揺動面方向への直動機構を設けることにより大口径レンズにも対応するようになっている。
【０００３】
図６及び図７は、このような揺動を行いながら研磨する場合の従来の概念を示し、下軸受１２０の回転軸１２１にその回転軸１６１が一致するように上軸受１６０が上方に配置されている。下軸受１２０は砥石１４０を保持しており、モータ１１０が駆動することにより、砥石１４０を保持した状態で所定の回転数で回転する。
【０００４】
上軸受１６０の下端にはレンズ１５０が保持されている。レンズ１５０は下軸受１２０の方向に任意の押圧力で押し出されるように、また、外力によって回転可能なように上軸受１６０に保持されている。
【０００５】
下軸受１２０側の砥石１４０と上軸受１６０側のレンズ１５０は、その曲率中心点が下軸受１２０の回転軸１２１及び上軸受１６０の回転軸１６１の延長線上にあるように形状が関連付けられており、レンズ１５０は上軸受１６０により砥石１４０に圧接されているため、レンズ１５０及び砥石１４０の曲率中心点が空間上で一致している。
【０００６】
この曲率中心点を揺動中心ｄとして、設定角度により上軸受１６０が円弧運転する。その際に、上軸受１６０の回転軸１６１の軌跡が描く平面は、下軸受１２０の回転軸１２１と同一平面となる。この状態で、砥石１４０を回転させながら、その摺動抵抗によりレンズ１５０を追従回転させるか、あるいはレンズ１５０を強制的に回転し、接触面に生じる抵抗により研磨加工を行う。
【０００７】
この場合、砥石１４０あるいはレンズ１５０の回転中心付近は周速が遅いため、外周付近と比べて加工速度が遅れる。このため、研磨加工を行う際には、砥石１４０とレンズ１５０の回転中心をずらすことが行われている。また、クセのない良好な仕上げを行うために、レンズ１５０と砥石１４０との接触箇所を分散させる必要があり、このために上軸受１６０が揺動して接触箇所を逐次移動させている。
【０００８】
図６においては、上軸受１６０の揺動幅の中心軸が下軸受１２０と一致しているが、図７においては、下軸受１２０とある任意の角度を持った位置を揺動幅中心としている。これらの揺動幅中心や揺動幅角度、砥石やレンズの回転数等はレンズの種類や加工条件によって異ならせるかあるいは複数を組み合わせて使用するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来技術では、比較的小径のレンズを研磨する際に、次のような問題点を有している。
【００１０】
図８（ａ）、（ｂ）は、研磨工具としての砥石１４０を示す。同図（ａ）は凹面レンズ用の砥石であり、凹面レンズに合わせて円弧状の凸形状となっており、（ｂ）は凸面レンズ用の砥石であり、凸面レンズに合わせて円弧状の凹面形状となっている。これら砥石１４０には、レンズと砥石の接触面に研削液を介在させたり、研磨によって生じるスラッジを研磨面から排出するために、十字形状等の溝３０が形成されている。この溝３０は、レンズ径が小さくなるのにつれて砥石径に対して占める割合が増大するものである。例えば、レンズ径が直径２ｍｍ程度の場合、溝幅は０．３ｍｍ程度となり、砥石の研磨面の多くを溝３０が占めることとなる。
【００１１】
図９は、図６で示す揺動運動によってレンズ１５０が砥石１４０に対して描く軌跡３１を示している。砥石１４０には十字形状の溝３０が形成されており、溝３０の交点であり且つ砥石１４０の回転中心である位置においては、溝３０の対角線に従ってレンズ１５０と砥石１４０とが接触しない円が形成される。軌跡３１は、上軸受１６０が揺動した際に、レンズ１５０と砥石１４０との非接触部が描く円の移動する状態を表している。揺動幅が小さい場合、砥石１４０の溝３０の幅が大きく、レンズ１５０の中心部においては砥石１４０への接触が極めて少ない部分が生じている。これに加えて、回転中心付近は外周部に比べ周速が劣るため、研磨進行速度に遅れが生じる。このため、レンズにクセが生じる等の品質不良や研磨効率が低下する問題が発生する。
【００１２】
図７に示すように、上軸受１６０の回転軸１６１の揺動中心を下軸受１２０の回転軸１２１に対して傾斜させた場合の軌跡は、図９における揺動軌跡３１がその揺動方向にスライド移動するため、溝３０の中心と揺動幅中心とがずれる。このため、図６のような問題点は、若干改善される。しかしながら、小径レンズの場合には、レンズ径に対して溝幅が大きいことから、揺動角度や揺動中心角度を大きくする必要があり、このように大きくした場合には、レンズ１５０と砥石１４０とが上軸受１６０による押圧により接触状態が保持されているだけであるため、揺動中にレンズ１５０と砥石１４０とが外れて研磨ができなくなる問題を有している。
【００１３】
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、小径レンズ等の小さなワークに対しても、高効率且つ高精度で研磨することが可能な研磨装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の研磨装置は、ワークと研磨工具とを所定の圧力で接触させながら相互に回転させることにより研磨を行う研磨装置において、前記研磨工具を保持して回転させる工具回転機構と、ワークを回転可能に保持するワーク回転機構と、工具回転機構の回転軸とワーク回転機構の回転軸とを相対的に揺動させる揺動機構と、揺動機構による揺動平面と交差する平面内で、前記工具回転機構の回転軸またはワーク回転機構の回転軸の一方を他方に対して角度調整する軸傾斜機構とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
この発明では、揺動機構が工具回転機構の回転軸及びワーク回転機構の回転軸を揺動させる際に、軸傾斜機構が揺動平面と交差する平面内で、工具回転機構の回転軸またはワーク回転機構の回転軸のいずれかを他方に対して角度調整することにより、工具に対するワークの接触部位を任意に変更することができる。従って、研磨速度をワークの全面で均等にすることができると共に、工具に溝が形成されていてもワークと工具との接触を良好に行うことができる。このため、径の小さなワークであっても、揺動角度や揺動中心角度を大きくする必要なく、高効率且つ高精度で研磨することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の研磨装置であって、前記軸傾斜機構は、ワークへの研磨時に前記角度調整を連続的または断続的に行うことを特徴とする。
【００１７】
この発明では、ワークの研磨時に、工具回転機構の回転軸及びワーク回転機構の回転軸の角度調整を行うため、研磨状態に応じた調整を行うことができ、高精度な研磨を行うことができる。
【００１８】
【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、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
【００１９】
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１を示し、図１は研磨装置の全体の斜視図である。この実施の形態の研磨装置は、図１に示すように、下軸受２と、上軸受１１と、上軸アーム８とを備えている。
【００２０】
下軸受２の上端には砥石クランプ３が取り付けられており、砥石クランプ３に、工具としての砥石４が着脱自在に保持されている。下軸受２の下端には、正逆方向に回転自在で且つ回転数の設定が可能な砥石用モータ１が配置されており、砥石用モータ１の駆動によって砥石４が回転するようになっている。従って、砥石用モータ１、下軸受２及び砥石クランプ３によって砥石４を保持して回転させる工具回転機構４０が構成されている。
【００２１】
砥石４はその中心軸が下軸受２の回転軸と同軸となるように砥石クランプ３に保持されている。この下軸受２の回転軸は、工具回転機構４０の回転軸４１となっている。なお、砥石用モータ１としては、サーボモータ、ステッピングモータ、インダクションモータ等のモータを使用することができる。
【００２２】
また、下軸受２は、回転軸４１方向へ上下動自在な機構（図示省略）が組まれており、これにより、砥石４を任意の高さで停止可能となっている。この上下動機構としては、サーボモータやパルスモータと直動ガイドの組み合わせ等、適宜選択することができる。
【００２３】
上軸受１１の下端からはシャフト７が軸方向に延びており、上軸受１１はシャフト７を回転可能とすると共に、任意の力量で下方に加圧可能としている。シャフト７の先端には、レンズ保持手段を有したジョイント６が取り付けられ、レンズ保持手段にワークとしてのレンズ５が脱着自在に保持されている。上軸受１の上端には、シャフト７を任意の回転数で回転可能とするレンズ用モータ１２が取り付けられている。このような上軸受１１、ジョイント６及びレンズ用モータ１２は、レンズ５を回転可能に保持するワーク回転機構４３を構成している。このワーク回転機構４３の回転軸４４は、工具回転機構４０の回転軸４１と交差するようになっている。
【００２４】
以上のような工具回転機構４０及びワーク回転機構４３を設けることにより、レンズ５と砥石４とが所定の接触圧で接触した状態で相互に回転し、この加圧状態での回転によってレンズ５の研磨を行う。なお、レンズ５が砥石４の回転に伴って追従回転して研磨を行う場合には、レンズ用モータ１２を駆動しないか、省いても良い。
【００２５】
上軸アーム８は、工具回転機構４０及びワーク回転機構４３の間に挿入されている。上軸アーム８は上方に滑らかに湾曲した形状となっており、レール９がその長さ方向に沿って形成されている。この上軸アーム８には、移動ブロック１０がレール９に沿って移動可能に取り付けられている。移動ブロック１０は、その下面が上軸アーム８の曲面と同じ曲面となっていることにより、レール９に沿って上軸アーム８上を滑らかに移動することが可能となっている。
【００２６】
移動ブロック１０には、上軸受１１が支持されており、これによりワーク回転機構４３の全体が移動ブロック１０と共に上軸アーム８上を移動可能となっている。この場合、ワーク回転機構４３の回転軸４４が上軸アーム８の曲率中心と交差すると共に下軸受２の回転軸（工具回転機構４０の回転軸４１）と交差するように移動ブロック１０の移動及び停止が行われるものである。
【００２７】
このような上軸アーム８及び移動ブロック１０は、後述する揺動機構４７が描く揺動平面と交差する平面内でワーク回転機構４３の回転軸４４を工具回転機構４０の回転軸４１に対して角度調整する軸傾斜機構４５を構成する。
【００２８】
この場合、移動ブロック１０の移動は、上軸アーム８に取り付けられた傾斜用モータ１３の駆動によって行われるものであり、傾斜用モータ１３と移動ブロック１０とが図示を省略した動力伝達手段によって連結されている。動力伝達手段としては、タイミングベルト、ワイヤ、スチールベルト等であっても良く、上軸アーム８の曲面自体をリニアパルスモータとしても良く、油圧駆動や空圧駆動あるいは傾斜用モータ１３を設けることなく、手動による移動であっても良い。
【００２９】
上軸アーム８は、揺動軸受１４の軸１４ａに取り付けられており、揺動軸受１４の他端には、角度割り出し可能な揺動用モータ１５が取り付けられている。揺動用モータ１５は、サーボモータ、パルスモータ、シンクロナスモータ、インダクションモータ等を用いることができる。このような構成では、揺動用モータ１５の駆動によって上軸アーム８が揺動軸受１４の軸１４ａを中心に揺動するものであり、上軸アーム８の揺動によってワーク回転機構４３の回転軸４４が工具回転機構４０の回転軸４１に対して揺動する。このため、揺動軸受１４、揺動用モータ１５及び上軸アーム８が揺動機構４７を構成している。
【００３０】
なお、下軸受２の上下動に代えて、揺動軸受１４がその構成物と共に上下動及び任意の高さで停止自在としても良い。
【００３１】
この実施の形態において、上軸アーム８の曲面の中心線は、揺動軸受１４の軸１４ａの延長軸（揺動軸）４８と工具回転機構４０（下軸受２）の回転軸４１との交点になるよう設定されるものである。これにより、ワーク回転機構４３（上軸受１１）の回転軸４４は、上軸受１１が上軸アーム８上のどの位置にあっても、工具回転機構４０の（下軸受２）の回転軸４１と一致させることが可能となっている。
【００３２】
次に、この実施の形態の作用を説明する。
【００３３】
砥石４は、砥石用モータ１により任意の回転数で矢印ｃのように回転するが、回転方向はこれに定まるものではない。レンズ５は、レンズ用モータ１２が駆動することにより、その回転を伝達するシャフト７及びジョイント６を介して任意の回転数で回転する。また、レンズ５は上軸受１１内に設けられている加圧機構により砥石４に対して設定された圧力で圧接された状態となる。
【００３４】
傾斜用モータ１３は、上軸アーム８上の曲面に沿った矢印ｂで示す方向の任意の位置に移動ブロック１０を移動させる。これにより、工具回転機構４０（下軸受２）の回転軸４１とワーク回転機構４３（上軸受１１）の回転軸４４とのなす角度を矢印ａで示す揺動平面と交差する平面内で調整することができる。この調整においては、移動ブロック１０を矢印ｂで示すＹ軸傾斜の方向に任意の角度に停止させても良く、または角度を固定することなく任意にその角度を変更しても良く、さらには、移動ブロック１０を上軸アーム８上で揺動運動させることにより、角度調整を連続的に行っても良い。
【００３５】
一方、揺動軸受１４の軸１４ａは、揺動用モータ１５による任意の角度及び任意の速度の揺動を上軸アーム８に伝達する。これにより、ワーク回転機構４３を介して上軸アーム８に間接的に設けられたレンズ５は、砥石４に対して揺動軸４８を中心にして矢印ａで示す方向に揺動する。この揺動を行う際には、下軸受２または揺動軸受１４はその上下機構により、揺動中心とレンズ曲率中心とが一致するよう高さを補正する。
【００３６】
図２は、以上によって行われる揺動を示している。傾斜用モータ１３の駆動により移動ブロック１０が移動することにより、上軸受１１は下軸受２に対して、揺動中心ｄを軸として任意の角度ｅで傾斜する。これにより、上軸受１１は角度ｅの平面内で揺動し、レンズ５の研磨が行われる。
【００３７】
図３は、図２の状態における砥石４に対してのレンズ５の軌跡３２を示し、砥石４には、図８と同様に十字状の溝３０が形成されている。図９の従来におけるレンズの中心部付近の軌跡３１に対し、上軸１１を角度ｅで傾斜させることにより、軌跡３２が砥石４の中心から砥石４の外周部側に移動し、この状態でレンズ５の研磨が行われる。
【００３８】
このような研磨では、レンズ５と砥石４の周速の遅い部分を常時、確実にずらすことが可能となり、同時に砥石４の溝３０による加工不足部分をなくすことが可能となる。これにより、レンズ５の全体を均一に研磨することができ、小径のレンズ５であっても、揺動角度や揺動中心角度を大きくすることなく、高効率且つ高精度で研磨することができる。
【００３９】
なお、この実施の形態では、工具回転機構４０（下軸受２）を固定し、ワーク回転機構（上軸受１１）を傾斜しているが、工具回転機構４０（下軸受２）を傾斜し、ワーク回転機構（上軸受１１）を固定しても同様な効果を得ることが可能である。
【００４０】
（実施の形態２）
図４及び図５は、本発明の実施の形態２を示す。この実施の形態では、実施の形態１において上軸アーム側８が有している軸傾斜機構４５及び揺動機構４７を上下に分離した構成としたものである。
【００４１】
砥石４が取り付けられた下軸受２はＬ字形の下軸アーム２０に支持され、下軸アーム２０が揺動軸受１４に取り付けられている。すなわち、下軸アーム２０はその上部が揺動軸受１４の軸１４ａに取り付けられており、揺動用モータ１５が駆動することにより、下軸アーム２０が揺動軸４８を中心にして矢印ａで示す方向に揺動するようになっている。これにより、下軸受２も下軸アーム２０と一体となって矢印ａ方向に揺動する。
【００４２】
この実施の形態においても、下軸受２は工具回転機構４０の構成部材となっており、その回転軸４１は揺動機構４７の構成部材である揺動軸受１４の軸１４ａと直交している。また、この直交点には、ワーク回転機構４３の構成部材である、上軸受１１の回転軸４４も交差するようになっている。
【００４３】
上軸アーム２２はＬ字形となっており、ワーク５を着脱自在に保持する上軸受１１がこの上軸アーム２２に起立上に取り付けられている。また、上軸アーム２２は、傾斜軸受２１の傾斜軸２５に取り付けられている。傾斜軸受２１は傾斜用モータ１３を備えており、傾斜用モータ１３が駆動することにより、上軸アーム２２、すなわち上軸受１１が矢印ｂで示す方向に沿って任意の角度で傾斜するようになっている。
【００４４】
この実施の形態において、上軸受１１はワーク回転機構４３の構成部材、傾斜軸受２１は軸傾斜機構の構成部材となっており、上軸受１１の回転軸４４は傾斜軸受２１の傾斜軸２５と交差している。また、傾斜軸受２１の傾斜軸２５は揺動機構４７（揺動軸受１４）の揺動軸４８とも交差している。
【００４５】
この実施の形態の作用において、揺動用モータ１５は、揺動軸受１４の揺動軸４８を揺動させることにより、揺動軸４８を中心に下軸アーム２０を矢印ａで示すＸ軸傾斜の方向に揺動する。これにより下軸受２は、下軸アーム２０と共にＸ軸傾斜の方向への揺動を行い、同時に下軸アーム２０の取付面に対して、上下に微動を行い、砥石４及びレンズ５の曲率中心を揺動軸４８に一致させる。
【００４６】
傾斜用モータ１３は傾斜軸受２１の傾斜軸２５を駆動することにより、上軸受１１が任意の位置になるよう位置決めする。あるいは、この作動は下軸受２側が行っても良い。
【００４７】
上軸アーム２２及び上軸受１１は、傾斜用モータ１３の駆動により矢印ｂで示すＹ軸傾斜ｂの方向への任意の角度変化や揺動が可能となっている。これにより、傾斜用モータ１３あるい揺動用モータ１５によって上軸受１１と下軸受２とに角度を設けることができる。従って、揺動中において、実施の形態１と同様に、回転軸４１，４４が常に相互に任意の角度で交差する。ここで、上軸受１１の加圧により、レンズ５を砥石４に圧接したままで傾斜用モータ１３あるいは揺動用モータ１５を停止したり間欠駆動したり、あるいは揺動駆動することにより、図３と同様の軌跡を得ることが可能となる。なお、この際には、上下軸の構成は入れ替わっても構わない。
【００４８】
図５は、傾斜用モータ１３及び揺動用モータ１５の双方が運転を行った際における砥石４に対するレンズ５の軌跡３３を示す。Ｙ軸傾斜ｂとＸ軸傾斜ａとが同時に行われることにより、レンズ４の軌跡３３を、砥石５の全体的に分散させることが可能となる。
【００４９】
このような実施の形態においても、実施の形態１と同様に、レンズ５と砥石４の周速の遅い部分をずらすことが可能となり、しかも砥石４の溝３０による加工不足部分をなくすことが可能となるため、レンズ５の全体を均一に研磨することができ、小径のレンズ５であっても、揺動角度や揺動中心角度を大きくすることなく、高効率且つ高精度で研磨することができる。また、この実施の形態では、Ｘ軸傾斜の方向とＹ軸傾斜の方向への傾斜角度を変更させることにより、砥石４とレンズ５との接触を分散させることが可能となるため、さらに研磨精度を向上させることができ、砥石４の形状の安定化や耐久性をも向上させることが可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ワーク回転機構の回転軸と工具回転機構の回転軸との角度付けを行い、この状態での揺動研磨が可能となるため、小径のワークに対しても精度良く研磨加工を行うことができる。また、径の大きなワークにおいても同様な高精度な加工を行うことができる。さらに、回転軸の角度付けをワーク加工中に可変する場合においては、工具の形状をより精度良く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の全体斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は実施の形態１の作動を示す斜視図及び正面図である。
【図３】実施の形態１の研磨時におけるレンズの軌跡を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態２の全体斜視図である。
【図５】実施の形態２の研磨時におけるレンズの軌跡を示す平面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、従来における研磨時の作動の斜視図及び正面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、別の従来における研磨時の作動の斜視図及び正面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、砥石の斜視図である。
【図９】従来における研磨時のレンズの軌跡を示す平面図である。
【符号の説明】
４　砥石
５　レンズ
４０　工具回転機構
４１　工具回転機構の回転軸
４３　ワーク回転機構
４４　ワーク回転機構の回転軸
４５　軸傾斜機構
４７　揺動機構

Claims

ワークと研磨工具とを所定の圧力で接触させながら相互に回転させることにより研磨を行う研磨装置において、
前記研磨工具を保持して回転させる工具回転機構と、ワークを回転可能に保持するワーク回転機構と、工具回転機構の回転軸とワーク回転機構の回転軸とを相対的に揺動させる揺動機構と、揺動機構による揺動平面と交差する平面内で、前記工具回転機構の回転軸またはワーク回転機構の回転軸の一方を他方に対して角度調整する軸傾斜機構とを備えていることを特徴とする研磨装置。
前記軸傾斜機構は、ワークへの研磨時に前記角度調整を連続的または断続的に行うことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。