JP2004216520A - 非球面研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のガラス製非球面レンズやミラーなどの非球面光学素子やその非球面光学素子の金型の研削装置においては、加工表面に発生する３次元状のうねりが雑多であったため、後工程による研磨加工等の形状修正加工によっても、うねりを除去しきれず、形状精度や表面粗さを良することの達成に限界があるという欠点があった。
【解決手段】本発明の非球面研削装置においては、回転される被研削物と、回転される研削砥石の回転変動を０．１％以下、より好ましくは０．０５％以下に抑制せしめる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非球面研削装置、特に、ガラス製非球面レンズやミラーなどの非球面光学素子又はその非球面光学素子の金型の非球面研削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２１世紀は情報技術（ＩＴ）の時代といわれ、デジタルカメラ、ビデオに代表される光デジタル機器や光デジタル情報通信技術の重要性が益々高くなってきている。このような光技術のキーパーツとしての高性能非球面レンズ、ミラーなどの光学素子の小型・軽量化は必要不可欠で、これらの更なる高精度化、高精細化の技術は今後急成長が見込まれる開発分野である。また医療現場においても内視鏡の画像をより鮮明にするための研究が進んでおり、光学素子の小径化とともに高精度化が強く望まれている。
【０００３】
このような社会的背景のもと、非球面光学素子の開発研究が多くの企業、研究機関で行われ、ガラス製非球面レンズの製造技術の研究が進んでいる。このガラス製非球面レンズの製作には、ガラスを直接研削加工する方法と、超硬合金やセラミックス製の金型を研削加工しそれによりガラスをプレス成形する方法の２通りが行われており、いずれの方法においても、研削加工や成形の後に研磨加工により仕上げられ、その結果、非球面レンズの形状精度５０−１００ｎｍ、表面粗さ１０−３０ｎｍＲｙが達成されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０１５２号公報（第１頁、図１）
【０００５】
図４は上記特許文献１に示す従来の非球面研削装置の説明図を示し、１は非球面レンズ作成用金型等の工作物（被研削物）、２は上記工作物１を回転せしめるモータ、３は上記モータ２の回転軸（Ｚ軸）、４は上記モータ２をＺ軸方向にスライドせしめるＺ軸スライド台、５は円盤状の研削砥石、６は上記研削砥石５を回転せしめるモータ、７は上記モータ６の回転軸、８は上記モータ６をＹ軸の周りに回動せしめる回動台、９は上記Ｚ軸スライド台４をＸ軸方向にスライドせしめ、上記回動台８をＹ軸方向にスライドせしめるベッドである。
【０００６】
このような非球面研削装置においては、図５に示すように、上記回動台８を駆動して上記モータ６を上記モータ６の回転軸７の方向がＸ軸方向と一致するまで回動せしめ、上記砥石５をＸ軸の周りに回転せしめながら上記工作物１をＺ軸の周りに回転せしめ、上記砥石５の外周５ａを工作物１の一面に凹状に形成した所望の軸対称非球面１３のＸＹ軸平面内における外周縁部分１３ａに接触せしめ上記砥石５を上記工作物１に対して相対的にＸ軸方向に送りながら上記工作物１に近づくようにＺ軸方向に移動し、上記砥石５の外周５ａが、工作物１に形成される上記所望の軸対称非球面１３の上記ＸＺ軸平面内に形成される曲線１３ｂに沿うように研削を行い、上記砥石５を上記所望の軸対称非球面１３の中心部分１３ｃまで送り、凹状の軸対称非球面を形成せしめている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、上記従来の非球面研削加工では、加工表面に例えば図６または図７に示すように非軸対称のうずまき状や輪帯状などの雑多な３次元状のうねりが残留してしまい、この雑多なうねりの発生のために後工程による修正研削や研磨加工等の形状修正加工によっても、上記３次元形状のうねりを除去しきれず、非球面レンズの形状精度を５０ｎｍ以下とし、表面粗さを１０ｎｍＲｙ以下とすることができないという欠点があった。なお、図８は図６または図７に示すうずまき状又は輪帯状のうねりの一部の断面図を示し、このうねりの周期は大きい。
【０００８】
本発明者は種々実験検討の結果、加工中の研削抵抗の変化の影響を受ける砥石軸と工作物軸変動は±０．５〜２．０％と大きく上記のような３次元状のうねりの雑多な発生は、このような砥石軸と工作物軸の回転むらに大きく起因しており、これを小さくすれば改良できることを見いだした。本発明はかかる知見をもとになされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の非球面研削装置は、回転される被研削物と、回転される研削砥石と、上記被研削物を回転する手段と、上記研削砥石を回転する手段と、上記研削砥石を上記被研削物に対して相対的に移動せしめる手段と、上記被研削物及び上記研削砥石の回転変動を抑制せしめる手段とより成ることを特徴とする。
【００１０】
上記被研削物の回転変動と上記研削砥石の回転変動との差が０．２％以下に抑制されていることを特徴とする。
【００１１】
また、上記被研削物及び上記研削砥石の回転変動が０．１％以下に抑制されていることを特徴とする。
【００１２】
また、上記被研削物の回転変動と上記研削砥石の回転変動との差が０．１％以下に抑制されていることを特徴とする。
【００１３】
上記被研削物及び上記研削砥石の回転変動が０．０５％以下に抑制されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
【００１５】
本発明においては図１に示すように、加工中の研削抵抗の変化の影響を受ける被研削物回転用のモータ２の回転軸３の回転むらと砥石回転用モータ６の回転軸７の回転むらとを検知し、これをコンピュータ１０によって制御される数値制御ＮＣボード１１に夫々アンプ１２を介して加え、夫々モータ２と６をサーボ制御して上記各回転むら（回転変動）を夫々略０．１％以下、より好ましくは０．０５％以下ならしめる。
【００１６】
本発明の非球面研削装置は、上記のような構成であるから、加工中の研削抵抗の変化の影響を受ける被研削物及び研削砥石の回転変動を０．１％以下に抑制でき、図２及び図３に示すように、加工表面に現れるうねりの大きさ（振幅）を小さくでき、形状精度、表面粗さが良くなり、更に、３次元状のうねりの発生が等しくなり、しかもうねりの周期を細かくできるので、後工程の修正研削、修正研磨が可能となり、また、被研削物及び研削砥石の回転変動を０．０５％以下に抑制すれば、見た目においても加工表面に現れるうねりの大きさが小さいことが確認できる程となり、形状精度を２５ｎｍ以下、表面粗さ数ｎｍを実現できるようになる。
【００１７】
なお、被研削物の回転変動と研削砥石の回転変動との差を０．２％以下、より好ましくは０．１％以下に抑制するようにしてもよい。また、回転むらを検知してモータ２と６をサーボ制御することなく、例えば上記モータ２と６の回転軸３，７にフライホイールを設けて加工中の回転むらを抑制するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
上記のように本発明の非球面研削装置によれば非球面レンズの形状精度を５０以下とし、表面粗さを１０ｎｍＲｙ以下とすることができる大きな利益がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非球面研削装置の説明図である。
【図２】本発明の非球面研削装置による工作物の平面形状を示す説明図である。
【図３】本発明の非球面研削装置による工作物の一部の加工断面の拡大説明図である。
【図４】従来の非球面研削装置の説明図である。
【図５】従来の非球面研削装置の説明用斜視図である。
【図６】従来の非球面研削装置の工作物の平面形状を示す説明図である。
【図７】従来の非球面研削装置の工作物の他の平面形状を示す説明図である。
【図８】本発明の非球面研削装置の工作物の一部の加工断面の拡大説明図である。
【符号の説明】
１ 工作物（被研削物）
２ モータ
３ 回転軸
４ Ｚ軸スライド台
５ 研削砥石
５ａ 外周
６ モータ
７ 回転軸
８ 回動台
９ ベッド
１０ コンピュータ
１１ 数値制御ＮＣボード
１２ アンプ
１３ 軸対称非球面
１３ａ 外周縁部分
１３ｂ 曲線
１３ｃ 中心部分

Claims (5)

1. 回転される被研削物と、回転される研削砥石と、上記被研削物を回転する手段と、上記研削砥石を回転する手段と、上記研削砥石を上記被研削物に対して相対的に移動せしめる手段と、上記被研削物及び上記研削砥石の回転変動を抑制せしめる手段とより成ることを特徴とする非球面研削装置。
2. 上記被研削物の回転変動と上記研削砥石の回転変動との差が０．２％以下に抑制されていることを特徴とする請求項１記載の非球面研削装置。
3. 上記被研削物及び上記研削砥石の回転変動が０．１％以下に抑制されていることを特徴とする請求項１記載の非球面研削装置。
4. 上記被研削物の回転変動と上記研削砥石の回転変動との差が０．１％以下に抑制されていることを特徴とする請求項１記載の非球面研削装置。
5. 上記被研削物及び上記研削砥石の回転変動が０．０５％以下に抑制されていることを特徴とする請求項１記載の非球面研削装置。

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