JP2006015463A - 研削加工装置および研削加工物の形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 凸状面部と平面部との接続部分に生じる未加工領域の大きさを小さくしつつ、かつ、短時間で研削加工を施すことができる研削加工装置および研削加工物の形成方法を提供する。
【解決手段】 外方面形成部2と光学面形成部1とを有する被加工物4をその軸心周りに回転させるワークスピンドル22と、回転テーブル24と、回転テーブル24に工具スピンドル26を介して設けられている研削砥石6と、研削砥石6を送る第1および第2の移動テーブル21、23とを有し、回転テーブル24が、研削砥石6の回転軸心6cの方向を変えることが可能とされ、外方面形成部2と光学面形成部1との接続部分に研削加工を施す際には、回被加工物4の径方向と研削砥石6の回転軸心6cとが平行になるように、前記接続部分以外の部分に研削加工を施す際には、前記径方向と前記回転軸心6cとが垂直になるように研削砥石6および工具スピンドル26を配置する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、研削加工装置および研削加工物の形成方法に関する。
従来、光学素子プレス成形用の成形型として、加熱軟化された光学素子形成用の素材に押し当てることで、その表面形状をこの素材の表面に反転転写する成形型がある。この成形型の一例として、図8に示すような、中央部に凸曲面状に形成されている光学面形成部1と、この光学面形成部1から径方向外向きに広がって、かつ、軸心に対して垂直に形成されている平面状の外方面形成部2とを有する軸対称な光学素子プレス成形用の成形型3が知られている。この成形型3を研削加工により形成する方法として、例えば、図9および図10に示すようなものがある。
図9に示す形成方法は、図9(a)に示すように、被加工物4を、回転軸5を中心に回転させ、研削砥石6を、その回転軸心6cと被加工物4における研削砥石6との接触点での径方向とが垂直になるように配置し、図外の研削砥石送り手段により、図9(b)に示すように、研削砥石6を軌跡9に沿って被加工物4の径方向外側から回転軸5にかけて送ることで、光学面形成部1および外方面形成部2を有する成形型3を形成している。なお、図中の6aは、研削砥石6の周縁部分、7は、研削砥石6の回転方向、8は、被加工物4の回転方向を示している。
また、図10に示す形成方法は、図10(a)に示すように、研削砥石6を、その回転軸心6cと被加工物4における研削砥石6との接触点での径方向とが平行になるように配置し、図外の研削砥石送り手段により、図10(b)に示すように、研削砥石6を軌跡9に沿って被加工物4の径方向外側から回転軸5にかけて送ることで、光学面形成部1および外方面形成部2を有する成形型3を形成している。
なお、中央部に凹部を有する加工物を研削加工により形成する方法としては、例えば、特許文献1に記載されたものがある。
特開平8−229792号公報
しかしながら、図9に示したような、研削砥石6の回転軸心6cと被加工物4の径方向とが垂直になるような研削加工方法(以下、クロス研削と記す)の場合、図11に示すように、光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分には、図中の斜線部に示すように、研削砥石6の径により決定されるとともに、その径の研削砥石6では研削できない未加工領域10が形成される。
その結果、図12に示すように、この未加工領域10が、光学面形成部1の有効径11の範囲内に含まれてしまうことがあり、未加工領域10が含まれない部分を得るためには、図示のように、光学面形成部1の半径をαだけ縮めるなどの処置を取らねばならず、結果として、所望の有効径11の光学面形成部1を確保することが困難になるという問題が生じる。
これに対し、図13に示すように、未加工領域10を含まない所望の有効径11を確保するため、光学面形成部1が径方向外側に大きくなるように、研削砥石6を、図中の仮想線にて示すように成形型3の径方向外側に、かつ、外方面形成部2の厚みが薄くなる方向にずらすこともできるが、この場合、未加工領域10が成形型3の径方向外側にずれることになり、外方面形成部2の面積が小さくなり、場合によっては、平面状の外方面形成部2が無くなってしまうおそれがある。また、この場合、光学面形成部1が径方向外側に大きくなるようにするので、この成形型3で成形される光学素子の体積が所望の体積よりも大きくなってしまうという問題がある。このように、クロス研削は、研削砥石6の大きさの都合上大きくなってしまう未加工領域10の処理に関しての問題がある。
一方、図10に示したような、研削砥石6の回転軸心6cと被加工物4の径方向とが平行になるような研削加工方法(以下、パラレル研削と記す)の場合、図14に示すように、光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分における未加工領域10の大きさはクロス研削の場合とは異なり研削砥石6の径に依存せず、研削砥石6の周縁部分6aの丸みの形状に依存するので、未加工領域10の大きさをクロス研削の場合に比べて極めて小さくすることができる。
しかしながら、パラレル研削の場合、研削砥石6の周縁部分6aの丸みの形状が被加工物4の表面に転写されるため、光学面形成部1を高精度に加工するためには、研削砥石6の周縁部分6a、特に図中において太線にて表している部分である研削面6bを、何らかのツルーイング方法により高い精度に保つ必要がある。
また、パラレル研削の場合、未加工領域10をより小さくするには、研削砥石6の周縁部分6aにおける研削面6bの丸みをより小さくすると良く、このようにすると、高い精度の研削加工を施すことができるが、その分、研削加工が細かくなるので、研削砥石6の送り速度を図9に示したクロス研削の場合の送り速度よりも遅くする必要が生じ、クロス研削の場合と比べて加工時間が長くなり、効率が悪くなってしまうという問題がある。このように、パラレル研削は、未加工領域10をクロス研削の場合よりも小さくできるが、その分、加工に要する時間が長くなってしまうという問題がある。
そこで本発明は、凸状面部と平面部との接続部分に生じる未加工領域の大きさを小さくしつつ、かつ、短時間で研削加工を施すことができる研削加工装置および研削加工物の形成方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、軸心に対して垂直な平面部と前記平面部から突出した凸状面部とを有する軸対称の被加工物をその軸心周りに回転させるワークスピンドルと、前記被加工物に相対する位置に設けられている研削砥石保持部と、前記研削砥石保持部に工具スピンドルを介して取り付けられているとともに前記工具スピンドルにより回転しながらその周縁部分によって前記被加工物に研削加工を施す研削砥石と、前記被加工物の径方向および軸心方向に前記研削砥石を送る研削砥石送り手段とを有し、前記研削砥石保持部が、前記研削砥石の回転軸心の方向を変えることが可能とされ、前記平面部と前記凸状面部との接続部分に研削加工を施す際には、前記研削砥石保持部により前記被加工物の径方向と前記研削砥石の回転軸心とが平行になるように前記研削砥石および前記工具スピンドルを配置し、前記接続部分以外の部分に研削加工を施す際には、前記研削砥石保持部により前記被加工物の径方向と前記研削砥石の回転軸心とが垂直になるように前記研削砥石および前記工具スピンドルを配置することが可能とされているものである。
このような構成によれば、平面部と凸状面部との接続部分に研削加工を施す際には、研削砥石保持部により研削砥石の回転軸心と被加工物の径方向とが平行になるように前記研削砥石を配置することができ、前記研削砥石の回転軸心と前記被加工物の径方向とが垂直になるように研削砥石を配置する研削加工方法に比べて、例えば前記接続部分に生じる削り残し部分を研削して小さくすることができ、また、前記接続部分以外の箇所に研削加工を施す際には、前記研削砥石の回転軸心6cと前記被加工物の径方向とが垂直になるように前記研削砥石を配置することができ、前記研削砥石の回転軸心と前記被加工物の径方向とが垂直になるように研削砥石を配置する研削加工方法に比べて、研削加工に要する時間を短縮することができる。
以上のように本発明によれば、凸状面部と平面部との接続部分に生じる削り残し部分である未加工領域の大きさを小さくしつつ、短時間で研削加工を施すことができる。
本発明の実施の形態の研削加工装置20およびそれを用いた研削加工物の形成方法を、図1〜図7を参照しながら説明する。図1は、研削加工装置20の斜視図、図2は、研削砥石6の形状を示す図、図3は、研削時における研削砥石6の動作を示す図、図4〜図7は、研削時における光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分の近傍の拡大図である。なお、図8〜図14において説明したものと同様のものには、同じ符号を付すことで、その詳細な説明を省略する。
研削加工装置20は、図1に示すように、前後方向、左右方向(以下、X方向、Y方向と記す)に移動可能な第1の移動テーブル21と、この第1の移動テーブル21上に固定され、一方側に円柱状でその端面が加工される被加工物4を保持するとともに、この被加工物4を、その回転軸22a周りに回転させるワークスピンドル22と、被加工物4に相対する位置に設けられているとともにY方向に移動可能な第2の移動テーブル23と、第2の移動テーブル23上に固定され、後述する円形の回転テーブル24をX方向およびY方向に垂直な方向である上下方向(以下、Z方向と記す)に移動させることが可能な第3の移動テーブル25と、第3の移動テーブル25に固定されて、ワークスピンドル22の回転軸22aと平行な回転軸28周りに回転可能な研削砥石保持部としての回転テーブル24と、回転テーブル24に取り付けられているとともに、回転テーブル24とは逆側に工具スピンドル26が取り付けられ、回転テーブル24に対する工具スピンドル26の位置を調整する位置決めテーブル27と、この工具スピンドル26に回転可能に保持されている研削砥石6とを有する。この回転テーブル24は、研削砥石6の回転軸心6cの方向を変えることが可能とされている。
なお、被加工物4は、図8に示したものと同様で、軸心に対して垂直な平面部としての外方面形成部2と、外方面形成部2から突出した凸状面部としての光学面形成部1とを有する軸対称の部材である。また、例えば、第1の移動テーブル21は、固定側部分21aと可動側部分21bとの2段式の構造になっており、この固定側部分21aに対して可動側部分21bが、手動または自動で、図示しない送り機構により移動可能とされている。また、第2の移動テーブル23も固定側部分23aと可動側部分23bとを有し、第3の移動テーブル25も固定側部分25aと可動側部分25bとを有し、回転テーブル24も固定側部分24aと可動側部分24bとを有し、位置決めテーブル27も、上記のテーブルと同様、固定側部分27aと可動側部分27bとを有する構成とされ、第1の移動テーブル21と同様に、それぞれの可動側部分が固定側部分に対して移動可能とされている。本実施の形態において、研削砥石送り手段は、第1の移動テーブル21および第2の移動テーブル23のそれぞれが、適宜に移動することによって実現されるものであり、したがって、第1の移動テーブル21および第2の移動テーブル23により、被加工物4と研削砥石6との相対位置を変化させることで、研削砥石6に所望の送りを付与している。
また、図2に示すように、研削砥石6は、周縁部分6aが鋭いエッジ状、すなわち鋭角状に形成されており、例えば、その先端角度は60〔°〕である。なお、この研削砥石6としては、例えば粒度が#3000のダイヤモンド砥粒をメタルボンドにて固めたメタルボンド砥石を用いている。
上記のような構成において、研削加工装置20を作動させて、被加工物4に研削加工を施すには、まず、回転テーブル24の回転軸28からの研削砥石6および工具スピンドル26の位置を、位置決めテーブル27により、研削砥石6の回転軸心6cが回転テーブル24の径方向と平行になるように調整し、回転テーブル24の回転角度と研削砥石6の回転軸心6cの回転角度とが一致するようにする。そして、回転テーブル24における可動側部分24aを回転させ、工具スピンドル26がZ方向に下向きになるように調整する。
次に、被加工物4の回転軸となる回転軸22aの位置の高さと研削砥石6の周縁部分6aの位置の高さとが一致するように、第3の移動テーブル25により、研削砥石6の周縁部分6aの位置の高さを調整する。
このようにして、各部の位置調整を終えると、工具スピンドル26を作動させて研削砥石6を回転させて被加工物4における外方面形成部2に接触させ、被加工物4に対する研削砥石6の周縁部分6aの相対位置を、NCプログラム等に基づいて、第1の移動テーブル21、第2の移動テーブル23および回転テーブル24により変化させつつ、被加工物4の研削加工を開始する。
詳細には、被加工物4の外方面形成部2に研削加工を施す工程のときには、研削砥石6の回転軸心6cが、図3における実線Aに示す状態や、図4に示す状態のように、被加工物4における研削砥石6との接触点での径方向と垂直になる状態、すなわち、クロス研削となる状態から研削加工を開始する。
そして、図3に示すように、外方面形成部2に研削加工を施している途中、研削砥石6が、光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分に近づくにつれて、第2の移動テーブル23、第3の移動テーブル25および回転テーブル24を作動させて、研削砥石6の回転軸心6cのZ方向に対する傾斜角度29を変化させる。すなわち、外方面形成部2に対して研削加工を施しつつ、研削砥石6の回転軸心6cが、図3における仮想線B、Cに示す状態や、図5に示す状態のように徐々に水平方向に近づくように連続的に傾斜させる。これにより、図5に示すように、被加工物4の回転軸22aに向けて送りが付与されている研削砥石6の周縁部分6aが光学面形成部1に接触しないようにしつつ、研削砥石6の周縁部分6aを、光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分にできるだけ近づけるようにする。
そして、研削砥石6の回転軸心6cを、図3における実線Dに示す状態や、図6に示す状態のように水平方向と平行になるように、すなわち、研削砥石6の回転軸心6cと被加工物4の径方向とが平行になる状態にして、未加工領域10に、パラレル研削を施す。なお、クロス研削とパラレル研削とにおける研削砥石6の送りの速度が異なることから、研削砥石6の回転軸心6cの傾斜角度29の変化に応じて、研削砥石6の送り速度を調整する。
これにより、成形型30における光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分に生じる未加工領域10の大きさを、図10に示したようなパラレル研削時と同様に小さくすることができる。また、本実施の形態の場合、図2に示すような、周縁部分6aが鋭いエッジ形状の研削砥石6を用いているので、図14に示したような、周縁部分が丸みを有する研削砥石6を用いる場合に比べて、丸みが無い分、光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分に生じる未加工領域10を小さくすることができる。
その後、光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分に研削加工を施す工程から光学面形成部1に研削加工を施す工程にさしかかりつつあるときに、被加工物4の回転軸22aに向けて送りが付与されている研削砥石6の周縁部分6aが光学面形成部1に接触しないようにしつつ、第1の移動テーブル21、第2の移動テーブル23および回転テーブル24により、研削砥石6の回転軸心6cの傾斜角度29を徐々に連続的に戻し、図7に示すように、研削砥石6の回転軸心6cと被加工物4の径方向とが垂直になるようにして、光学面形成部1に、図9に示したようなクロス研削を施す。このとき、研削砥石6の回転軸心6cの傾斜角度29の変化に応じて、研削砥石6の送り速度を早める。そして、研削砥石6をそのまま被加工物4の回転軸22aの位置まで送り、成形型30を形成する。これにより、光学面形成部1に施す研削加工に要する時間を短くすることができる。
以上のように、研削砥石6の回転軸心6cの傾斜角度29を調整し、かつ、この傾斜角度29に応じて研削砥石6の送り速度を調整することで、光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分以外の箇所の研削加工は、例えば、図10に示したようなパラレル研削のみの場合に比べて短い時間で行うことができ、さらに、光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分における研削加工は、パラレル研削と同様の精度で行うことができるので、図9に示したクロス研削のみの場合に比べて、未加工領域10を極めて小さくすることができる。したがって、成形型30に対する研削加工を、短時間でかつ高い精度で行うことができる。また、研削砥石6の回転軸心6cの傾斜角度29を徐々に変化させる、すなわち連続的に変化させることで、研削砥石6の送りを停止することなく、外方面形成部2、光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分、光学面形成部1のそれぞれに適切な研削加工を施すことができ、研削加工に要する時間を短くすることができる。
なお、上記においては、研削砥石6の回転軸心6cを連続的に傾斜させる場合を説明しているが、これに限らず、研削砥石6の回転軸心6cを非連続的に傾斜させてもよい。すなわち、外方面形成部2に研削加工を施しているときには、研削砥石6の回転軸心6cの傾斜角度29を変化させずに、研削砥石6の姿勢を図4に示したような、研削砥石6の回転軸心6cと被加工物4の径方向とが垂直になる状態に維持して、外方面形成部2に終始クロス研削を施し、外方面形成部2への研削加工が終わると、研削砥石6の送りを停止して、研削砥石6の回転軸心6cの傾斜角度29を変化させ、研削砥石6の姿勢を図6に示したような、研削砥石6の回転軸心6cと被加工物4の径方向とが平行になる状態にし、そして研削砥石6に送りを付与し、この姿勢を維持させつつ光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分に終始パラレル研削を施し、さらに、光学面形成部1と外方面形成部2との接続部分への研削加工が終わると、研削砥石6の送りを停止して、研削砥石6の回転軸心6cの傾斜角度29を戻し、研削砥石6の姿勢を図7に示したような、研削砥石6の回転軸心6cと被加工物4の径方向とが垂直になる状態にし、再び研削砥石6に送りを付与し、この姿勢を維持させつつ光学面形成部1に終始クロス研削を施す。このように、研削砥石6の姿勢を一定に維持している時と、研削砥石6の回転軸心6cの傾斜角度29を変化させている時とを分けることもできる。このようにしても、成形型30に対して行う研削加工に要する時間の短縮を図ることができる。
また、上記においては、研削砥石6がメタルボンド結合材により固められた砥石を用いたが、これに限らず、他の結合材、例えば、ビトリファイドボンド、レジノイドボンドを用いた研削砥石や、電着法により形成された研削砥石を使用してもよい。また、上記においては、研削砥石6の粒度を#3000としたが、上記の研削加工はその粒度に限定されるものではなく、所望の研削面粗さを得ることが可能な砥石粒度であれば何ら問題ない。また、上記においては、研削砥石6の周縁部分6aの角度を60〔°〕としたが、これに限らず、光学面形成部1との干渉が発生しない前提であれば、角度に左右されるものではない。さらに、上記においては、研削砥石6の周縁部分6aが鋭角状になったものを用いているが、周縁部分6aに丸みが形成されているものでも問題はなく、逆に、研削砥石6の耐摩耗性の面から見て周縁部分6aに丸みが形成されているほうが好適である。
さらに、上記においては、NCプログラムに研削砥石6の位置ズレ補正を加味したデータを作成する手段を設けてもよい。また、上記においては、被加工物4の径方向外側から研削加工を実施したが、この方向に限定されるものではない。
本発明は、光学素子形成用の素材を加熱軟化して加圧成形を行う光学素子の成形用型に関し、特に軸対称凸形状の光学面形成部とその延長面でない外方面形成部とを有する光学素子プレス成形用型の形成等に有用である。
本発明の実施の形態の研削加工装置の斜視図である。 図1に示した研削加工装置における研削砥石の形状を示す図である。 研削時における研削砥石の動作を示す図である。 外方面形成部に研削加工を施しているときの光学面形成部と外方面形成部との接続部分の近傍の拡大図である。 研削砥石の傾斜角度が変化しているときの光学面形成部と外方面形成部との接続部分の近傍の拡大図である。 未加工領域に研削加工を施しているときの光学面形成部と外方面形成部との接続部分の近傍の拡大図である。 光学面形成部に研削加工を施しているときの光学面形成部と外方面形成部との接続部分の近傍の拡大図である。 成形型を示す斜視図である。 従来の研削加工の一例を示す図である。 図9とは異なる研削加工の一例を示す図である。 光学面形成部と外方面形成部との接続部分に生じる未加工領域を示す図である。 光学面形成部の有効径の範囲内に未加工領域が含まれている状態を示す図である。 未加工領域を径方向外側にずらした状態を示す図である。 図10に示した研削加工方法により未加工領域を研削している状態を示す図である。
符号の説明
1 光学面形成部
2 外方面形成部
4 被加工物
6 研削砥石
6a 周縁部分
6c 回転軸心
21 第1の移動テーブル
22 ワークスピンドル
23 第2の移動テーブル
24 回転テーブル
25 第3の移動テーブル
26 工具スピンドル

Claims (7)

  1. 軸心に対して垂直な平面部と前記平面部から突出した凸状面部とを有する軸対称の被加工物をその軸心周りに回転させるワークスピンドルと、前記被加工物に相対する位置に設けられている研削砥石保持部と、前記研削砥石保持部に工具スピンドルを介して取り付けられているとともに前記工具スピンドルにより回転しながらその周縁部分によって前記被加工物に研削加工を施す研削砥石と、前記被加工物の径方向および軸心方向に前記研削砥石を送る研削砥石送り手段とを有し、前記研削砥石保持部が、前記研削砥石の回転軸心の方向を変えることが可能とされ、前記平面部と前記凸状面部との接続部分に研削加工を施す際には、前記研削砥石保持部により前記被加工物の径方向と前記研削砥石の回転軸心とが平行になるように前記研削砥石および前記工具スピンドルを配置し、前記接続部分以外の部分に研削加工を施す際には、前記研削砥石保持部により前記被加工物の径方向と前記研削砥石の回転軸心とが垂直になるように前記研削砥石および前記工具スピンドルを配置することが可能とされていることを特徴とする研削加工装置。
  2. 平面部と凸状面部との接続部分に研削加工を施す工程と、前記接続部分以外の部分に研削加工を施す工程との移り変わり時に、研削砥石保持部により、研削砥石および工具スピンドルの被加工物に対する姿勢の変化を連続的に行うことが可能とされていることを特徴とする請求項1記載の研削加工装置。
  3. 研削砥石に用いられる砥石結合材がメタルボンドであることを特徴とする請求項1または2記載の研削加工装置。
  4. 研削砥石に用いられる砥石結合材がビトリファイドボンドであることを特徴とする請求項1または2記載の研削加工装置。
  5. 研削砥石に用いられる砥石結合材がレジノイドボンドであることを特徴とする請求項1または2記載の研削加工装置。
  6. 研削砥石が電着法により形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の研削加工装置。
  7. 軸心に対して垂直な平面部と前記平面部から突出した凸状面部とを有する軸対称の被加工物をその軸心周りに回転させた状態で、研削砥石に前記被加工物の径方向および軸心方向に送りを付与し、前記研削砥石の周縁部分によって前記被加工物の表面に研削加工を施して研削加工物を形成する方法であって、前記平面部と前記凸状面部との接続部分に研削加工を施す際には、前記被加工物の径方向と前記研削砥石の回転軸心とが平行になるように前記研削砥石を配置し、前記接続部分以外の部分に研削加工を施す際には、前記被加工物の径方向と前記研削砥石の回転軸心とが垂直になるように前記研削砥石を配置することを特徴とする研削加工物の形成方法。
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