JP2008093779A - スムージング工具及びスムージング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物の凹状部に対しても固定砥粒フイルムを当接でき、安定したスムージング加工が行えるようにする。
【解決手段】スムージング工具１０は、砥粒を工具作用面に固定状態で保持して被加工物１１の表面を加工するものであり、軸方向の一端が加工機に取り付けられ、他端に略球面の凸状部１２ｂが形成された回転軸１２と、凸状部１２ｂの工具作用面側に固定された弾性部材１４と、弾性部材１４に固定された固定砥粒フイルム１５とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、研削加工又は切削加工された光学素子又は光学素子成形用の金型の表面を加工して、これらの表面粗さや加工痕を低減させるためのスムージング工具及びスムージング方法に関する。

プリズム、ミラー等の光学素子は、研削、砂かけ、研磨等の工程を経て鏡面に仕上げられるが、研磨工程では、研削工程で発生した加工痕（挽き目）やクラック層を除去する必要がある。従来、例えば非球面の光学素子の研削加工痕やクラック層の除去方法として、特許文献１の非球面用加工工具や、特許文献２のスムージング加工技術が開示されている。

図４には、特許文献１に記載されたスムージング工具１００が示されている。このスムージング工具１００は、光学レンズである被加工物１０４に対して摺動運動を行うことにより、その表面を加工するものである。すなわち、回転軸Ｘ１の先端に支持体１０１が取り付けられ、被加工物１０４は回転軸Ｘ２を中心として回転する。

また、支持体１０１の下部面は、被加工物１０４の表面形状に対応した形状とされ、支持体１０１の全体が被加工物１０４の表面に沿って移動する。支持体１０１の下部には、弾性部材１０２が取り付けられ、この弾性部材１０２の表面に対し両面テープにより固定砥粒１０３が接着されている。

そして、支持体１０１及び被加工物１０４を回転させながら、弾性部材１０２を被加工物１０４に押し付ける。この状態で、支持体１０１を被加工物１０４の表面形状に倣った摺動運動を行わせ、砥粒１０５が被加工物１０４の表面を研磨加工する。この場合、被加工物１０４には、砂あるいはダイヤモンドパウダ等の砥粒１０５を水に溶いたスラリーが塗布されている。

図５には、特許文献２に記載されたスムージング工具１１０が示されている。このスムージング工具１１０も、レンズ等の光学素子やレンズ成形用の金型の被加工物に対して摺動運動を行うことで、その表面を加工するものである。このスムージング工具１１０は、回転軸１１１の先端部に弾性部材１１２が固定され、該弾性部材１１２の加工面側に固定砥粒フイルム１１３が固定されている。回転軸１１１の先端部は平面であり、弾性部材１１２と固定砥粒フイルム１１３の直径は、回転軸１１１の先端部よりも大きくなっている。

これにより、回転軸１１１を回転ＲＡさせながら、被加工物１１５に回転軸１１１とは逆の回転ＲＢを与え、被加工物１１５の加工面１１６に固定砥粒フイルム１１３を一定加重Ｆｚで当接させ、摺動運動によりスムージング加工を行う。加工中においては、固定砥粒フイルム１１３と加工面１１６の間に砥粒が含まれない加工液を用いている。
特開平９−２８５９５２号公報 特開２００５−９６０２９号公報

しかしながら、最近の非球面加工では、加工対象となる光学素子や成形用金型の小型化の他、極端な変曲点を持った形状を有する場合が多くなっている。このため、特許文献１のように、加工物１０４の表面形状に対応した形状の支持体１０１を有する工具では、加工が困難な場合も見受けられる。

また、特許文献２では、図６に示すような不具合を生じる。すなわち、図に示すような被加工物１１５の場合、回転軸１１１の一端に固定された弾性部材１１２と固定砥粒フイルム１１３を有するスムージング工具１１０により、被加工物１１５の谷となる部分１１５ａのスムージング加工をする必要がある。

しかしながら、スムージング工具１１０の先端が平面なため、固定砥粒フイルム１１３が谷となる部分１１５ａに接触できず、クラック層や挽き目を除去することができない。また、固定砥粒フイルム１１３の周辺部が被加工物１１５に強く接触するため、固定砥粒フイルム１１３の脱落が起こり、工具としての寿命が短くなる。

一方、固定砥粒フイルム１１３と被加工物１１５との界面には、水溶性加工液１１７が介在する。水溶性加工液１１７は、潤滑及び冷却効果を与えるために用いられ、この液体に砥粒は含まれない。この状態で、スムージング工具１１０と被加工物１１５は、回転軸１１１に沿って回転させられ、スムージング工具１１０の固定砥粒フイルム１１３が被加工物１１５の表面を摺動する。

しかし、スムージング工具１１０の外周が強く当接している部分１１５ｂに比べ、谷となる部分１１５ａが当接しないことから、加工量がばらつき、研磨時間も大幅にかかり、研磨効率を悪化させてしまう。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、被加工物の凹状部に対しても固定砥粒フイルムを当接でき、安定したスムージング加工が行えるようなスムージング工具及びスムージング方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係るスムージング工具の発明は、
砥粒を工具作用面に固定状態で保持して被加工物の表面を加工するスムージング工具において、
軸方向の一端が加工機に取り付けられ、他端に略球面の凸状部が形成された回転軸と、
前記凸状部の工具作用面側に固定された弾性部材と、
該弾性部材に固定された固定砥粒フイルムとを備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のスムージング工具において、
前記弾性部材は、厚さが０．５〜５．０ｍｍでＣ硬度（ロックウェル硬さ）が２〜５０を有することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載のスムージング工具において、
前記固定砥粒フイルムは、厚さが５μｍ〜５０μｍの基材に、粒度が０．５μｍ〜１０μｍの砥粒が固定されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載のスムージング工具において、
前記弾性部材と前記固定砥粒フイルムは円板形状に形成され、直径が前記凸状部と略同じか又はそれよりも大きいことを特徴とする。

請求項５に係るスムージング方法の発明は、
被加工物の表面をスムージング加工するスムージング方法において、
回転軸の一端に固定された弾性部材と該弾性部材に固定された固定砥粒フイルムとを備えたスムージング工具と、前記被加工物の表面との間に加工液を介在させる工程と、
前記スムージング工具の固定砥粒フイルムと前記被加工物の表面とを当接させ、前記弾性部材を変形させる工程と、
前記スムージング工具と前記被加工物とを回転させて該被加工物の表面をスムージングする工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、被加工物が非球面の光学素子で、変曲点をもつ面形状が存在する場合であっても、変曲点の曲率に合わせて回転軸端に凸形状を作ることにより、安定してスムージング加工を行うことができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態におけるスムージング工具１０の断面図であり、図２は、スムージング工具１０を用いて被加工物１１を加工する例を示す図、図３はその部分の拡大図である。

図２及び図３において、スムージング工具１０は、先端側に凸状部１２ｂを有する回転軸１２と、この凸状部１２ｂの工具作用面側に接着固定されたスポンジ等の弾性部材１４と、この弾性部材１４の下面に接着固定された固定砥粒フイルム１５と、を備えている。これら弾性部材１４と固定砥粒フイルム１５は、いずれも円板状に形成されている。また、凸状部１２ｂは、弾性部材１４側に突出する球面に形成され、その球面は曲率半径Ｒ＝１．５ｍｍに形成されている。

固定砥粒フイルム１５は、ポリエステルフィルムの工具作用面に、粒径1μｍのダイヤモンド砥粒が高分子系接着剤によりコーティングされている。すなわち、ダイヤモンド砥粒が工具作用面に固定状態で保持されている。

回転軸１２は、ステンレス製からなり、長手方向の中間に円柱状の大径の本体部１２ａと、先端側の凸状部１２ｂとの間に小径の軸部１２ｃと、回転軸１２の基端側に、不図示の加工機に保持するための小径の保持部１２ｄと、を有している。

本実施形態において、被加工物１１として光学素子用金型が用いられ、その加工面は研削の仕上げ加工面である。この加工面は、凸面部１８と平面部２０、及びそのつなぎ部分としての凹面部２２を有している。凸面部１８はＲｌ０．０の球面に形成され、凹面部２２はＲ２．０の球面に形成されている。

被加工物１１は、不図示の加工機のモーターからの動力伝達により、スムージング工具１０の回転（ＲＢ方向）とは反対方向の回転（ＲＡ方向）を行いながら、上下方向（Ｏ−Ｏ軸方向）、左右方向（Ｏ−Ｏ軸と略直交方向）、上下軸及び左右軸に垂直な軸回りに揺動する旋回方向に進退自在の駆動機構（不図示）を有している。

本実施形態では、回転軸１２は、本体部１２ａの軸径がφ３．０であり、先端側の凸状部１２ｂの曲率は、前述のようにＲｌ．５である。凸状部１２ｂと弾性部材１４、及び弾性部材１４と固定砥粒フイルム１５とは、強固に接着する必要があるため、接着剤として、クロロプレンゴム系が使用されている。

弾性部材１４と固定砥粒フイルム１５の径は共にφ４．０である。弾性部材１４は、厚さが０．５〜５μｍでＣ硬度（ロックウェル硬さ）が２〜５０を有しているものが望ましい。硬度がこの範囲内では、弾性部材１４が加工面の曲面形状に倣って変形するためである。また、固定砥粒フイルム１５の厚さは５〜５０μｍ程度が好ましい。

固定砥粒フイルム１５は、厚さがこれより薄いと破れ易く、また、これより厚いと、しょう性が劣り、加工面の曲面形状に倣わないことがある。砥粒の粒度は０．５〜１０μｍ程度のものを用いる。これにより、研削加工時から粗さが向上する。回転軸１２の保持部１２ｄは、不図示の加工機に取り付けられており、モーターによって被加工物１１の回転（ＲＡ方向）とは逆の回転（ＲＢ方向）をする。

また、スムージング工具１０には、加工機により下方への加重Ｆｚが与えられる。弾性部材１４と固定砥粒フイルム１５をφ４で使用することで、これらが加重Ｆｚにより弾性変形して固定砥粒フイルム１５の全面が被加工物１１の加工面に均一に当接するようになる。この際、固定砥粒フイルム１５と加工面との界面には、該固定砥粒フイルム１５に接着されたダイヤモンド砥粒とは別の砥粒を含む研磨剤２４が介在する。加工中のスムージング工具１０は、加工面の中心を通る母線上を摺動しながら走査する。

次に、図２及び図３に基づき、本実施形態のスムージング方法を作用とともに説明する。
スムージング工具１０の一端には、弾性部材１４と固定砥粒フイルム１５とが固定されている。加工時には、予めこのスムージング工具１０と被加工物１１の表面との間に、加工液２６と研磨剤２４を供給しておく。なお、スムージング工具１０の加工面への作用位置は、機械的に制御されており、加重Ｆｚも一定となる様に調整されている。

次に、スムージング工具１０を回転（ＲＢ方向）させ、また、被加工物１１を回転（ＲＡ方向）させる。このとき、回転方向のＲＢ方向とＲＡ方向はそれぞれ逆になっている。次いで、スムージング工具１０を被加工物１１の加工面に当接させる。これにより、スムージング工具１０の先端の弾性部材１４は、加重Ｆｚにより加工面に倣って変形し、固定砥粒フイルム１５の固定砥粒が作用してスムージング加工が行われる。

この状態を詳しく見ると、回転軸１２の先端側の凸状部１２ｂの曲率半径はＲ＝ｌ．５であり、被加工物１１のつなぎ部である凹面部２２の曲率半径のＲ＝２．０よりも小さい。このため、凹面部２２のように、加工面に谷が存在する場合でも、ここに固定砥粒フイルム１５が入り込み、確実にスムージング加工することができる。

すなわち、非球面の光学素子では変曲点をもつ面形状となることが往々にしてあり、この変曲点の曲率に合わせて回転軸１２の先端に凸状部１２ｂを設けることにより、これらの形状の加工に対応することができる。

本実施形態によれば、回転軸先端の凸状部１２ｂに弾性部材１４を介して固定砥粒フィルム１５を固定したことで、被加工物１１の谷部である凹面部２２へのスムージング工具１０の当接が可能となる。こうして、被加工物１１の凹面部２２に対しても広い面積で固定砥粒フイルム１５を当接でき、安定してスムージング加工を行うことができる。

本実施形態におけるスムージング工具の断面図である。 スムージング工具を用いて凹状部を有する被加工物を加工する例を示す図である。 同上の部分拡大図である。 被加工物を加工する際の従来例を示す図である。 被加工物を加工する際の従来例を示す図である。 被加工物を加工する際の不具合の従来例を示す図である。

符号の説明

１０ スムージング工具
１１ 被加工物
１２ 回転軸
１２ｂ 凸状部
１４ 弾性部材
１５ 固定砥粒フィルム
１８ 凸面部
２０ 平面部
２２ 凹面部
２４ 研磨剤
２６ 加工液

Claims (5)

1. 砥粒を工具作用面に固定状態で保持して被加工物の表面を加工するスムージング工具において、
   軸方向の一端が加工機に取り付けられ、他端に略球面の凸状部が形成された回転軸と、
   前記凸状部の工具作用面側に固定された弾性部材と、
   該弾性部材に固定された固定砥粒フイルムと、
   を備えていることを特徴とするスムージング工具。
2. 前記弾性部材は、厚さが０．５〜５．０ｍｍでＣ硬度（ロックウェル硬さ）が２〜５０を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のスムージング工具。
3. 前記固定砥粒フイルムは、厚さが５μｍ〜５０μｍの基材に、粒度が０．５μｍ〜１０μｍの砥粒が固定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のスムージング工具。
4. 前記弾性部材と前記固定砥粒フイルムは円板形状に形成され、直径が前記凸状部と略同じか又はそれよりも大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載のスムージング工具。
5. 被加工物の表面をスムージング加工するスムージング方法において、
   回転軸の一端に固定された弾性部材と該弾性部材に固定された固定砥粒フイルムとを備えたスムージング工具と、前記被加工物の表面との間に加工液を介在させる工程と、
   前記スムージング工具の固定砥粒フイルムと前記被加工物の表面とを当接させ、前記弾性部材を変形させる工程と、
   前記スムージング工具と前記被加工物とを回転させて該被加工物の表面をスムージングする工程と、
   を備えていることを特徴とするスムージング方法。