JP2006181665A - 研磨用ヤトイおよびそれを用いた自由曲面研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 自由曲面形状を有する金型を周縁まで高精度に研磨する。
【解決手段】 自由曲面形状を有する成形用金型１と研磨工具５とを相対的に運動させることにより、自由曲面金型１の被加工面を研磨する研磨加工方法において、前記被加工面周縁から前記被加工面の延長線上に前記研磨工具５の直径の１／２以上の範囲が曲面で形成された研磨用ヤトイ２を取り付けて研磨を行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ビデオカメラ、顕微鏡、画像入力装置、レーザー等の光学機器に使用される球面レンズ、非球面レンズ、プリズム、トーリックレンズ等の、非球面、自由曲面を備えた光学素子の研磨方法に関し、特に、自由曲面を有する成形用金型を高精度に研磨加工することができる研磨用ヤトイおよびそれを用いた研磨方法に関する。

一般的に、自由曲面形状を有する成形用金型を高精度に加工する場合、切削または研削によって成形用金型を所望の形状に加工した後、研磨加工が行われる。その研磨方法は、研磨工具を金型の被加工面に加圧し、研磨工具と金型とを相対的に運動させて研磨するというものである。

近年、光学部品等の高性能化やコンパクト化が進み、自由曲面形状はより複雑化し、さらに金型成形面周縁と実際の光学有効範囲の差がほとんどなくなってきている。
上記の自由曲面形状を有する金型を研磨加工する場合、研磨工具は光学有効範囲を研磨するため金型周縁部まで走査する必要があり、形状によっては金型から研磨工具が外れてしまう、または金型周縁のエッジ部で研磨工具を破損してしまう、といった問題がある。また、光学有効範囲より内側のみを走査すると、周縁部の精度が維持できず、精度劣化につながるという問題もある。

このような問題を解決するための従来の研磨加工方法として、例えば特開２００１−５４８６２号公報（特許文献１）には、被加工物の周縁外側に被加工物と同一あるいはその接線と近似の傾きの傾斜面形状を有する研磨用ヤトイを取り付けて共に研磨を行うことで、フチダレのない高精度な成形用金型を得ることができる研磨用ヤトイおよびそれを用いた研磨方法が開示されている。

また、特開２００１−７９７４２号公報（特許文献２）には、自由曲面の延長面上に凝固材で案内部材を形成し、上記案内部材をガイドとして研磨工具を所定の自由曲面を創製するよう移動させて自由曲面の研磨を行うことで、自由曲面の研磨加工精度を高めることができる金型の加工方法が開示されている。
特開２００１−５４８６２号公報 特開２００１−７９７４２号公報

しかしながら、上記のような従来技術を用いた研磨方法には、以下のような問題がある。特許文献１に示したような研磨方法を用いる場合、例えば、被加工物の外形が四角柱であり、研磨用ヤトイが被加工物周縁の接線の傾きの傾斜面を有する場合、周縁の２面が直交する点、すなわち四角の四隅で接線となる部位の形状が被加工面と一致せず、研磨加工時の工具接触状態の変化により四隅のダレにつながる。

また、特許文献２に示したような研磨方法では、凝固材を枠部材へ充填注入し、固化させた後に被加工部面より高くなるようにヘラ等により高さを調整し、これを研磨用ヤトイとして用い研磨を行っている。したがって、被加工面との高さが均一ではなく、研磨用ヤトイとして使用される凝固材の部分での研磨工具接触状態が変化し被加工面周縁の精度劣化につながる。仮に被加工面と高さを均一にしようとした場合でも、ヘラ等による作業となるため限界がある。また、研磨用ヤトイを凝固材により形成するため、研磨加工中に研磨用ヤトイの着脱が不可能である。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、被加工面が自由曲面形状で被加工物外形がどのような金型であっても、被加工物周縁まで高精度な形状を得ることができる研磨用ヤトイおよびそれを用いた研磨方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の研磨用ヤトイおよびそれを用いた研磨方法は、自由曲面形状を有する成形用金型と研磨工具とを相対的に運動させることによって研磨加工する方法において、上記研磨加工時に上記金型の被加工面周縁から被加工面の延長線上に上記研磨工具の直径の１／２以上の範囲が曲面で形成された研磨用ヤトイを取り付けて研磨する方法を含む。

好ましくは、上記研磨用ヤトイは被加工物との着脱が可能であるようにする。
また、さらに好ましくは、上記研磨用ヤトイの分割が可能であるようにする。

本発明の研磨用ヤトイおよびそれを用いた研磨方法によれば、研磨用ヤトイの内縁から研磨工具の直径の１／２以上の範囲までが被加工面の延長線上の曲面で形成された研磨用ヤトイを用いることにより、例えば被加工面が四角である場合でも周縁および四隅のフチダレを回避することができる。また、被加工物から容易に研磨用ヤトイを着脱できるようにすることにより、新しい砥粒での研磨加工時に被加工物と研磨用ヤトイを洗浄することができ、被加工物と研磨用ヤトイの隙間に入り込んだ古い砥粒によって被加工面へ傷をつけるのを防止できる。さらに、研磨用ヤトイを分割できるようにすることにより、研磨用ヤトイの被加工物への着脱をより容易に行うことができ、被加工面を研磨用ヤトイで傷つけるのを防止する。これにより、効率よく高精度な金型を得ることができる。

以下、本発明の実施形態に係る研磨用ヤトイを用いた研磨加工方法について、図面を参照しつつ説明する。
［実施例１］
（構成）まず、図１〜図４に基づいて、本実施形態における研磨用ヤトイを用いた研磨加工方法のための構成について説明する。図１は、被加工物である自由曲面金型１の斜視図である。自由曲面金型１は、素材に無電解ニッケルメッキ処理をしたものであり、成形面１ａは、ダイヤモンドバイトによる切削により鏡面加工が施されている。

図２は、本実施形態において自由曲面金型１を研磨する際に用いる研磨用ヤトイ２の斜視図である。研磨用ヤトイ２は、図１の自由曲面金型１と同様、素材に無電解ニッケルメッキ処理をしたものであり、研磨用ヤトイ２の研磨ヤトイ面２ａは、図１における自由曲面金型１の成形面１ａの延長線上の形状となるようダイヤモンドバイトによる切削により鏡面加工が施されている。

図３は、図１の自由曲面金型１に図２の研磨用ヤトイ２を取り付けた状態を示す斜視図である。同図において、研磨用ヤトイ２は自由曲面金型１の成形面１ａと研磨用ヤトイ面２ａとに段差が生じないよう位置決めされ、ビス６によって２方向から自由曲面金型１に取り付けられている。自由曲面金型１の周縁と研磨用ヤトイ内縁のクリアランスは０．０２ｍｍ以下となっている。図４は、図３と同様の状態を示す断面図であり、同図において、研磨用ヤトイ２の曲面形状部Ｂ、すなわち研磨用ヤトイ２の内縁３から周縁４までの厚みＡは、研磨に用いられる研磨工具５の直径Ｒの１／２としてある。これは、本実施形態において研磨用ヤトイ２の曲面形状部Ｂの範囲が研磨工具５の直径Ｒの１／２以上となるようにするためであるが、単に研磨用ヤトイ２の曲面系上部Ｂの範囲を研磨工具５の直径Ｒの１／２とすることも可能である。研磨工具本実施形態においては、研磨工具５は球状とする。

なお、研磨用ヤトイ２の曲面形状部を使用する研磨工具５の直径Ｒの１／２以上とする理由は、例えば研磨工具５が本実施形態のように球状であり、研磨工具５の半径１／２Ｒと研磨用ヤトイ２の曲面形状部の厚みが近い場合、加圧により研磨工具５の弾性変形を生じると、研磨用ヤトイ２の研磨ヤトイ面２ａと周縁４の交わる稜線のエッジによって研磨工具５を破損する可能性があるためである。また、これはディスク状の研磨工具を使用した場合でも同様である。

（方法）次に、本実施形態における研磨加工方法について説明する。図５は、本実施形態における研磨工具５の軌跡を示す上面図である。同図において、対象とする成形面１ａを図４の研磨工具５が研磨する際の走査軌跡７が示されている。走査軌跡７の範囲は、図１の自由曲面金型１の周縁内に設定されている。図２の研磨用ヤトイ２を取り付けた自由曲面金型１は図示しない研磨機の被加工物取り付け台に固定され、その上部で研磨工具５が図示しない研磨ヘッドに保持されている。研磨工具５は回転すると共に一定の荷重で成形面１ａへ押し当てられながら、走査軌跡７上を運動して研磨加工を施す。研磨時には、研磨剤が供給される。

一定量の研磨を行った後、形状精度確認のための測定を行う。測定を行う際、自由曲面金型１を研磨機から外し、次に研磨用ヤトイ２を自由曲面金型１から外して自由曲面金型１と研磨用ヤトイ２をそれぞれ研磨剤がなくなるまで洗浄する。超音波洗浄を行うことにより、研磨用ヤトイ２の内縁３の四隅部に付着している研磨剤も容易に取り除くことができる。測定後、再度自由曲面金型１に研磨用ヤトイ２を取り付け、研磨機の被加工物取り付け台に固定し、新しい研磨剤にて上記走査範囲の研磨を行う。所望の面精度を得られるよう繰り返して研磨を行う。

（効果）以上のようにすることで、例えば、自由曲面金型１が四角であっても周縁および四隅のフチダレを防止でき、高精度な形状の自由曲面金型１を得ることができる。さらに、自由曲面金型１から容易に研磨用ヤトイ２を着脱できるようにすることで、新しい砥粒での研磨加工前に自由曲面金型１と研磨用ヤトイ２の洗浄を行うことができ、自由曲面金型１と研磨用ヤトイ２の隙間に入り込んだ古い砥粒で成形面１ａに傷をつけるのを防止することができる。

なお、本実施形態において、研磨用ヤトイ２の材料を成形面１ａと同じものとしたが、加工が容易な真鍮等の材料としてもフチダレを起こすことなく高精度な研磨を行うことが可能である。また、研磨工具５は球状でなくディスク状とし、直径Ｒの１／２以上の範囲までが成形面１ａの延長線上の曲面で形成された研磨用ヤトイ２を用いた場合でも、フチダレを防止することができる。さらに、研磨軌跡７についても、本実施形態においては横方向としたが、縦方向として研磨を行った場合でも同様の結果を得ることができる。
［実施例２］
（構成）次に、図６および図７に基づいて、本実施形態における研磨用ヤトイを用いた研磨加工方法のための構成について説明する。図６は、本実施形態において図１の自由曲面金型１を研磨する際に用いる研磨用ヤトイ８の斜視図である。同図において、研磨用ヤトイ８は８ａおよび８ｂに分割可能である。

図７は、図１の自由曲面金型１に図６の研磨用ヤトイ８を取り付けた状態を示す斜視図である。研磨用ヤトイ８は分割された研磨用ヤトイ８ａおよび８ｂからなり、自由曲面金型１を挟み込むように取り付けられ、ツバ９の部分でビス１０によって固定されている。その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

（方法）本実施形態における研磨加工方法は、第１の実施形態における研磨加工方法と同様であるため、説明を省略する。
（効果）以上のように、自由曲面金型１に研磨用ヤトイ８を装着する際に自由曲面金型１の側面から挟むことで、第１の実施形態による効果に加えてさらに容易に着脱が可能となり、自由曲面金型１の上面から研磨用ヤトイ８を装着する場合に発生する恐れのある成形面１ａへの傷や自由局面金型１の四隅のエッジ部分の損傷等を防止することができる。
［実施例３］
（構成）次に、本実施形態における研磨用ヤトイを用いた研磨加工方法のための構成について説明する。図８は、本実施形態において図１の自由曲面金型１に研磨用ヤトイ１１を取り付けた状態を示す断面図である。研磨用ヤトイ１１の内縁１２から周縁１３までの厚みＡは、研磨工具５の直径Ｒの１／２以上であり、上記厚み部のうち、研磨工具５の直径Ｒの１／２より外側の部分は平面に加工されており、研磨工具５が干渉しないようになっている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

（方法）本実施形態における研磨加工方法は、第１の実施形態における研磨加工方法と同様であるため、説明を省略する。
（効果）以上のようにすることにより、例えば自由曲面金型１への研磨用ヤトイ１１の取り付けに制約がある、または微小な研磨工具５を使用する場合、研磨用ヤトイ２の内縁から周縁までの厚みが研磨工具５の直径Ｒの１／２以上となっても、自由曲面金型１の延長線上以外の部分が研磨工具５に干渉しないために第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の被加工物の形状を示す斜視図である。 第１の実施形態における研磨用ヤトイの形状を示す斜視図である。 第１の実施形態において被加工物に研磨用ヤトイを取り付けた状態を示す斜視図である。 第１の実施形態において被加工物に研磨用ヤトイを取り付けた状態を示す断面図である。 第１の実施形態における研磨工具の軌跡を示す上面図である。 第２の実施形態における研磨用ヤトイの形状を示す斜視図である。 第２の実施形態において被加工物に研磨用ヤトイを取り付けた状態を示す斜視図である。 第３の実施形態において被加工物に研磨用ヤトイを取り付けた状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 自由曲面金型
１ａ 自由曲面金型の成形面
２、１１ 研磨用ヤトイ
２ａ 研磨用ヤトイ面
３、１２ 研磨用ヤトイ内縁
４、１３ 研磨用ヤトイ周縁
５ 研磨工具
６、１０ ビス
７ 研磨工具の走査軌跡
８ 分割可能型研磨用ヤトイ
８ａ、８ｂ 分割可能型研磨用ヤトイ
９ 研磨用ヤトイツバ部
Ａ 研磨用ヤトイの内縁から周縁までの厚み
Ｂ 研磨用ヤトイの曲面形状部
Ｒ 研磨工具の直径

Claims (4)

1. 自由曲面形状を有する成形用金型と研磨工具とを相対的に運動させることにより、金型の被加工面を研磨するときに使用する研磨用ヤトイにおいて、その内縁から前記研磨工具の直径の１／２以上の範囲までが前記被加工面の延長線上の曲面で形成されていることを特徴とする研磨用ヤトイ。
2. 前記研磨用ヤトイと前記成形用金型との着脱が可能であることを特徴とする、請求項１記載の研磨用ヤトイ。
3. 前記研磨用ヤトイが分割可能であることを特徴とする、請求項１記載の研磨用ヤトイ。
4. 自由曲面形状を有する成形用金型と研磨工具とを相対的に運動させることにより、金型の被加工面を研磨する研磨方法において、その内縁から前記研磨工具の直径の１／２以上の範囲までが前記被加工面の延長線上の曲面で形成されている研磨用ヤトイを取り付けて研磨を行うことを特徴とする、自由曲面金型の研磨方法。
   
   

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