JP2011177872A - 研削装置及び研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超半球凹面を簡易に形成するための研削装置及び研削方法を提供すること。
【解決手段】揺動機構５７が研削砥石部１０を開口ＯＰよりも内側に配置された揺動中心ＰＣのまわりに回転させるので、被研削物ＷＰにおいて半球凹面以上に深い超半球凹面ＳＳの加工が容易になる。つまり、研削砥石部１０の揺動中心ＰＣは、凹の球面の曲率中心に対応するので、これが開口ＯＰよりも内側に配置されるということは、曲率中心が開口ＯＰよりも内側にある超半球凹面ＳＳを研削加工できることを意味する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子に凹面を研削加工するための研削装置及び研削方法に関し、特に超半球凹面を形成するための研削装置及び研削方法に関する。

研削装置として、円筒形状を有するカップ形状砥石を用い、被加工レンズを回転させつつ、回転駆動されたカップ形状砥石の被加工レンズに対する対向角を調節することにより、被加工レンズに球面形状を創成するものがある（特許文献１）。

別の研削装置として、研削ホイールとワークとをそれぞれ回転させつつ、研削ホイールをワークに対して徐々に揺動させることにより、研削痕を除去した精度の高い加工面を得るものが存在する（特許文献２）。

さらに別の研削装置として、ディスク型の研削砥石を用い、研削砥石を回転軸まわりに回転させ、研削砥石をその姿勢を維持しつつレンズに対して回転軸方向に接触移動させることにより、被加工面を研削加工するものが存在する（特許文献３）。

研磨装置として、駆動部材が研磨皿の上方で水平方向に移動することにより、駆動部材の下端に連結された保持用治具に固定された研磨対象としての光学素材を研磨皿上で従動運動させ、光学素材の被研磨面を研磨するものが存在する（特許文献４）。

特開昭５８−４０２５９号公報 特開平７−１８６０３２号公報 特開２００３−１５９６４０号公報 特開２００３−２８５２５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の研削装置は、凹面を加工する際に、被加工レンズとカップ形状砥石とが機械的に干渉することにより、カップ形状砥石の回転軸である砥石軸を被加工レンズの回転軸に対して例えば９０°近辺まで大きく振って傾けることができない。このため、この研削装置では、半球凹面以上に深い超半球凹面を有するレンズ等を加工することができない。

また、特許文献２に記載の研削装置は、凹面の加工について触れていないが、このような研削装置で凹面を加工する場合、特許文献１の研削装置と同様の理由で、半球凹面以上に深い超半球凹面を有するレンズ等を加工することができない。

特許文献３に記載の研削装置は、研削砥石をその姿勢を変化させないでレンズに対して接触移動させるので、レンズの回転軸に平行な垂直面よりも内に窪んだ形状を加工することができない。つまり、この研削装置では、半球凹面以上に深い超半球凹面を有するレンズ等を加工することができない。

特許文献４に記載の研磨装置では、駆動部材と保持用治具とが機械的に干渉するため、保持用治具を大きく傾けることができず、半球凹面以上に深い超半球凹面を有するレンズ等を加工することができない。また、駆動部材を大きく動かすとこれを研磨皿上に保持することができなくなる。

そこで、本発明は、超半球凹面を簡易に形成するための研削装置及び研削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、本発明に係る研削装置は、被研削物に形成されるべき超半球型の凹面に形成された開口の直径よりも小さな直径の円板形状を有し、先端側の底面部と底面部の外周に設けた周辺部とに少なくとも研削面を有する研削砥石部と、研削砥石部を開口よりも内側に配置された揺動中心のまわりに揺動させる揺動機構とを備える。ここで、超半球型の凹面とは、その曲率中心が凹面の開口側端よりも内側にあるものを意味する。なお、揺動機構は、研削砥石部と被研削物との間に、開口よりも内側に配置された揺動中心のまわりの揺動運動を与えるものとできる。

上記研削装置によれば、揺動機構が研削砥石部を開口よりも内側に配置された揺動中心のまわりに揺動させるので、半球凹面以上に深い超半球凹面の加工が容易になる。つまり、研削砥石部の揺動中心は、凹の球面の曲率中心に対応させるものであるので、これが開口よりも内側に配置されるということは、曲率中心が開口よりも内側にある超半球凹面を研削加工できることを意味する。

本発明の具体的な態様又は側面では、上記研削装置において、研削砥石部を先端側に支持する第１基部と、第１基部の根元側を軸支する第２基部とを有し、第１基部の横断面サイズと第２基部の横断面サイズとは、研削砥石部の円板輪郭よりも小さい。この場合、第２基部の先端に第１基部を介して研削砥石部を支持することになるが、第１及び第２基部の横断面を相対的に小さくするので、研削砥石部の第１基部に対する傾斜角を干渉を避けてより大きく取ることができ、超半球凹面の研削加工がより容易になる。

本発明の別の側面では、第１基部が、揺動中心から研削砥石部までの距離を調整する伸縮機構を備える。この場合、揺動中心から研削砥石部までの距離に応じて所望の曲率中心を有する凹面を形成することができる。

本発明のさらに別の側面では、研削砥石部を凹面と交差する回転軸のまわりに相対的に回転させるための回転機構をさらに備える。この場合、研削砥石部の回転によって凹面の研削が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、回転機構による回転に際して被研削物の相対的運動に対応して研削砥石部が回転する従動を許容する軸受けと、研削砥石部の従動を抑制する従動制限部とをさらに備える。この場合、研削砥石部の従動を抑制した強制的研削と研削砥石部の従動による研削との双方によって凹面の加工が可能になる。必要なタイミングで、研削砥石部の従動を抑制した強制的な研削と研削砥石部の従動による研削とを切り替えるここができる。

本発明のさらに別の側面では、研削砥石部を回転軸に垂直な方向に移動させる垂直移動機構と、研削砥石部を回転軸に平行な方向に移動させる進退移動機構とをさらに備え、垂直移動機構と進退移動機構と揺動機構とを連動させる。この場合、第１基部と第２基部との軸支位置を目的とする凹面の曲率中心に一致させなくてもよくなり、加工面の形状の自由度を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、第１基部と第２基部の軸支位置から研削砥石部の中心までの距離が、凹面の曲率半径の半分（すなわち０．５倍）よりも大きい。この場合、軸支位置が加工面に近づき過ぎることを防止できるので、凹部に開口に近いオーバーハング面の形成が容易となる。なお、軸支位置から研削砥石部の中心までの距離については、凹面の曲率半径よりも大きくすることができるが、凹面の曲率半径の１．５倍を超えると、上記と同様に軸支位置が加工面に近づき過ぎる傾向が生じる。

本発明のさらに別の側面では、研削砥石部が、根元側の上面部に研削面を有する。この場合、上面部による研削が可能になり、加工前における被研削物の形状の自由度を高めることができる。

本発明に係る研削方法は、超半球型の凹面を研削するための研削方法であって、被研削物に形成されるべき凹面に形成された開口の直径よりも小さな直径の円板形状を有し、先端側の底面部と底面部の外周に設けた周辺部とに少なくとも研削面を有する研削砥石部を、開口よりも内側に配置された揺動中心のまわりに揺動させることを特徴とする。

上記研削方法によれば、研削砥石部を開口よりも内側に配置された揺動中心のまわりに揺動させるので、曲率中心が開口よりも内側にある超半球凹面の加工が容易になる。

第１実施形態に係る研削装置の構造を概念的に説明するブロック図である。 （Ａ）は、図１の研削装置に組み込まれる研削砥石部及びその周辺の部分側方断面図であり、（Ｂ）は、研削砥石部の底面図であり、（Ｃ）は、研削砥石部の動作を説明する図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図１の研削装置による加工工程を説明する断面図である。 第２実施形態に係る研削装置の要部を説明する図である。 第３実施形態に係る研削装置の要部を説明する図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る研削装置及び研削方法について図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、第１実施形態の研削装置１００は、被研削物ＷＰを支持する第１ホルダ２０と、第１ホルダ２０を回転軸ＶＸのまわりに回転させる回転駆動機構３０と、回転駆動機構３０を昇降させる昇降駆動部４０と、被研削物ＷＰに接触することで被研削物ＷＰを研削する研削砥石部１０と、研削砥石部１０を下端に支持する第２ホルダ５０と、第２ホルダ５０を３次元的に変位させる並進駆動機構６０と、被研削物ＷＰの加工部位に研削液を供給する研削液供給回収装置７０と、回転駆動機構３０や並進駆動機構６０等の動作を数値的に制御する制御装置９０とを備える。なお、回転駆動機構３０と昇降駆動部４０とは、支持体８１を介して間接的に固定されている。

第１ホルダ２０は、被研削物ＷＰを着脱可能に固定する部分である。固定の際、被研削物ＷＰは、第１ホルダ２０の上部に嵌め込まれ側面ＷＰａ及び下面ＷＰｂを介して保持されている。なお、被研削物ＷＰは、例えば円柱状のガラスブロックであり、研削装置１００による研削加工により、上面ＷＰｃ側に開口する穴状の超半球凹面ＳＳが形成された光学部品用のプリフォームとなる。

回転駆動機構３０は、制御装置９０の制御下で動作しており、回転機構として、被研削物ＷＰを第１ホルダ２０とともにその軸心すなわち回転軸ＶＸのまわりに回転させる。回転駆動機構３０は、第１ホルダ２０の回転速度を調節することができ、被研削物ＷＰを研削砥石部１０に対して相対的に所望の速度で回転させることにより、窪みとして超半球凹面ＳＳを形成するような研削加工を可能にする。なお、本実施形態の場合、被研削物ＷＰを回転させる回転軸ＶＸは、Ｚ方向に平行に配置される鉛直軸となっている。

昇降駆動部４０は、制御装置９０の制御下で動作しており、回転駆動機構３０を回転軸ＶＸ方向に平行な±Ｚ方向に昇降させることができる。これにより、回転駆動機構３０上の第１ホルダ２０すなわち被研削物ＷＰを回転軸ＶＸに平行なＺ方向に昇降させることができる。

第２ホルダ５０は、研削砥石部１０を下端に支持しており、制御装置９０の制御下で研削砥石部１０の傾斜姿勢等を調節することができる。第２ホルダ５０は、研削砥石部１０を先端側に支持する第１基部５１と、第１基部５１の根元側を揺動中心ＰＣを通る水平軸ＨＸのまわりに軸支する第２基部５２と、第２基部５２の根元部分を支持して第２基部５２とともに移動する台座部分５３と、第１基部５１を第２基部５２に対して揺動させる揺動機構５７とを有する。

図２（Ａ）〜２（Ｃ）に示すように、研削砥石部１０は、円板形状すなわち円板状の外形を有しており、内部に埋め込まれた本体１１と、本体１１の周囲を覆う研削層１２とを備える。本体１１は、例えば金属材料で形成され、研削層１２は、例えばダイヤモンド砥粒をボンドで焼結した研削砥石で形成される。つまり、研削砥石部１０の底面部１０ａと、上面部１０ｂと、周辺部１０ｃとは、研削面で被覆された状態となっている。これらのうち、底面部１０ａの研削面１４ａと上面部１０ｂの研削面１４ｂとは、平坦面となっており、周辺部１０ｃの研削面１４ｃは、外側に凸の半円を従動軸ＲＸのまわりに回転させて得られるトロイダル面となっている。なお、研削砥石部１０には、これを上下に貫通する複数の孔ＴＨが形成されており（図２（Ｂ）参照）、研削液の循環の確保によって研削砥石部１０と被研削物ＷＰとの間に熱がこもってしまうことを防止している。なお、研削砥石部１０は、被研削物ＷＰに形成されるべき超半球凹面ＳＳの開口ＯＰの直径ＯＤよりも小さな直径Ｄ０を有する。

第１基部５１は、先端側に軸受け５４を有しており、その軸心に沿った中心軸５４ａの先端に固定された研削砥石部１０を従動軸ＲＸのまわりに回転可能に支持している。第１基部５１には、摩擦板や液体駆動部で構成されるクラッチ機構５５ａが埋め込まれており、中心軸５４ａやこれに固定された研削砥石部１０の回転を所望のタイミングで阻止したり許容したりすることができる。なお、クラッチ機構５５ａは、図１に示す台座部分５３に組み込まれたクラッチ駆動源５５ｂに駆動されて動作しており、クラッチ駆動源５５ｂは、制御装置９０の制御下で動作する。クラッチ機構５５ａとクラッチ駆動源５５ｂとをあわせて従動制限部としてのクラッチ装置５５を構成している。このクラッチ装置５５のクラッチ機構５５ａを動作させて研削砥石部１０の回転を許容すると、研削砥石部１０が被研削物ＷＰの加工点の移動に伴って従動軸ＲＸのまわりに自転する従動が可能になる。また、クラッチ機構５５ａを動作させて研削砥石部１０の回転を停止させると、研削砥石部１０の上記のような従動が禁止される。つまり、研削砥石部１０は、第１基部５１の先端に固定的に支持された状態となる。

第２基部５２は、Ｚ方向に平行な支持軸ＳＸに沿って延びている。第２基部５２は、先端側に軸受け５６を有しており、第１基部５１延いては研削砥石部１０をＹ方向に平行な水平軸ＨＸのまわりに回動又は揺動可能に支持している。第２基部５２には、軸受け５６に付随して第１基部５１とともに回転するプーリー５７ａが設けられており、第１基部５１を所望のタイミングで回転軸ＶＸに対して所望の角度だけ傾斜させることができる。なお、プーリー５７ａにかけられたベルト５７ｂは、図１に示す台座部分５３に組み込まれた傾斜駆動部５７ｃに駆動されて移動してプーリー５７ａを適宜回転させることができ、傾斜駆動部５７ｃは、制御装置９０の制御下で動作する。傾斜駆動部５７ｃを適宜動作させて第１基部５１延いては研削砥石部１０を回動させると、従動軸ＲＸの支持軸ＳＸに対する角度（傾斜角α）が徐々に増加し、研削砥石部１０が水平状態から大きく傾いた傾斜状態に変化する。なお、研削砥石部１０の傾斜角αは、０°から９０°を超える所定角度まで連続的に変化させることができる。

以上で説明した第１基部５１の横断面サイズである横断面幅Ｄ１や第２基部５２の横断面サイズである横断面幅Ｄ２は、研削砥石部１０の円板輪郭に相当する直径Ｄ０よりも十分に小さくなっており、研削砥石部１０の揺動の傾斜角αを９０°を超える範囲とすることを確実に可能にしている。また、水平軸ＨＸ（すなわち揺動中心ＰＣに一致させた軸支位置）から研削砥石部１０の中心までの距離Ｌは、研削砥石部１０の回動又は傾斜を確保するため、第２基部５２の横断面幅Ｄ２の半分以上としている。

なお、以上で説明したプーリー５７ａと、ベルト５７ｂと、傾斜駆動部５７ｃとは、研削砥石部１０を揺動させるための揺動機構５７を構成する（図１参照）。

図１に示す並進駆動機構６０は、制御装置９０の制御下で動作しており、第２ホルダ５０のＺ方向に延びる姿勢を維持した状態で、第２ホルダ５０をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に３次元的に変位させることができる。つまり、並進駆動機構６０は、第２ホルダ５０の下端に支持された研削砥石部１０を、その姿勢を保ったままで３次元的な所望の位置に所望の速度で変位させることができる。なお、詳細な説明は省略するが、並進駆動機構６０は、研削砥石部１０を回転軸ＶＸに垂直なＸ方向等に移動させる垂直移動機構６１と、研削砥石部を回転軸ＶＸに平行なＺ方向に移動させる進退移動機構６２とを内蔵する。

研削液供給回収装置７０は、制御装置９０の制御下で動作しており、回転駆動機構３０等に連動して研削砥石部１０に対して研削液の供給や回収を行う。例えば回転駆動機構３０を動作させて第１ホルダ２０に支持された被研削物ＷＰを回転させつつ、並進駆動機構６０を動作させて第２ホルダ５０に支持された研削砥石部１０を降下させることにより、研削砥石部１０によって被研削物ＷＰに凹部を形成する研削が可能になるが、この際、研削砥石部１０の周辺に研削液供給回収装置７０から研削液が供給され、周囲の容器８２に溢れた研削液は、研削液供給回収装置７０に戻される。

制御装置９０は、回転駆動機構３０、並進駆動機構６０、第２ホルダ５０等の動作を制御している。具体的には、制御装置９０は、回転駆動機構３０を動作させて被研削物ＷＰを回転軸ＶＸのまわりに回転させる。また、制御装置９０は、並進駆動機構６０を動作させて、第２ホルダ５０の支持軸ＳＸを例えば回転軸ＶＸに一致させ、さらに、第２ホルダ５０を−Ｚ方向に降下させることにより、研削砥石部１０によって被研削物ＷＰの上面ＷＰｃ側から円筒状の凹所を形成する。その後、制御装置９０は、被研削物ＷＰの回転を維持したままで、第２ホルダ５０に設けた傾斜駆動部５７ｃを適宜動作させて研削砥石部１０の傾斜角αを０°から徐々に増大させる。この際、制御装置９０は、第２ホルダ５０に設けたクラッチ駆動源５５ｂを動作させてクラッチ機構５５ａを回転許容状態とすることにより、凹所内の研削砥石部１０を被研削物ＷＰに対して従動させる。

以下、図３（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、図１に示す研削装置１００を用いた研削加工について説明する。

まず、図３（Ａ）に示すように、被研削物ＷＰを準備して第１ホルダ２０に固定する。この被研削物ＷＰには、予め、球面状の凹部２ａと円柱状の穴２ｂとが形成されている。凹部２ａや穴２ｂは、被研削物ＷＰの中心に同心に形成されている。凹部２ａの直径は、面取りのため、最終的に形成されるべき超半球凹面ＳＳの開口ＯＰの直径ＯＤよりも僅かに大きいものとなっている。また、穴２ｂの直径は、超半球凹面ＳＳの開口ＯＰの直径ＯＤよりも小さいものとなっている。

次に、図３（Ｂ）に示すように、制御装置９０を介して回転駆動機構３０を動作させ、第１ホルダ２０すなわち被研削物ＷＰを回転軸ＶＸのまわりに回転させる。これと同時に、制御装置９０を介して並進駆動機構６０を動作させ、第２ホルダ５０を−Ｚ方向に降下させる。この際、揺動機構５７により研削砥石部１０を傾斜角α＝０°の水平状態とする。さらに、クラッチ機構５５ａにより研削砥石部１０の回転を停止させて、研削砥石部１０の従動を禁止した回転禁止状態として単純な回転による研削を可能にする。以上により、研削砥石部１０が水平に保たれて回転しつつ降下するため、被研削物ＷＰの穴２ｂが拡張され、研削砥石部１０の直径Ｄ０程度の円筒面ＣＳが形成される。なお、研削砥石部１０を最も降下させた状態では、被研削物ＷＰの周辺部１０ｃが最終的に形成されるべき超半球凹面ＳＳに接するようにする。

次に、図３（Ｃ）に示すように、被研削物ＷＰの回転を維持しつつ、制御装置９０を介して揺動機構５７を動作させることで、第１基部５１すなわち研削砥石部１０を例えば反時計回りに回動又は揺動させて傾斜角αを０°から僅かに増加させる。これにより、研削砥石部１０が水平軸ＨＸのまわりに回動して僅かな傾斜状態となるので、穴２ｂの底部に拡径部２ｄが形成され、研削砥石部１０がその板面に沿って移動や回転する隙間状の空間が確保される。

次に、図３（Ｄ）に示すように、被研削物ＷＰの回転を維持しつつ、制御装置９０を介してクラッチ機構５５ａを動作させて研削砥石部１０の従動を可能にするとともに、揺動機構５７を動作させて研削砥石部１０の傾斜角αをさらに徐々に増加させる。これにより、研削砥石部１０が従動軸ＲＸのまわりに自転しつつ水平軸ＨＸのまわりに揺動する複合的な動作が行われ、被研削物ＷＰの穴２ｂが底部から徐々に拡大し、超半球凹面ＳＳが底部から徐々に拡大する。なお、研削砥石部１０の傾斜角αを増加させる際、傾斜角αを微少量だけ増減させる振動を追加することもできる。

そして、図３（Ｅ）に示すように、制御装置９０を介して揺動機構５７を動作させて研削砥石部１０の傾斜角αを最大値まで増加させると、研削砥石部１０が超半球凹面ＳＳの開口ＯＰに達して、穴２ｂの加工が上端まで完成し、超半球凹面ＳＳが完成する。超半球凹面ＳＳは、研削面であるが、適当な手段で研磨することにより研磨面とすることができる。ここで、研削砥石部１０の傾斜角αの最大値とは、研削砥石部１０の上端が開口ＯＰに達する角度を意味し、超半球凹面ＳＳの曲率中心の深さ位置に応じて変化する。なお、第１実施形態の研削方法では、揺動機構５７を動作させる際に並進駆動機構６０によって第２ホルダ５０を変位させないので、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置が超半球凹面ＳＳの曲率中心（すなわち揺動中心ＰＣ）上に配置されることになる。

本実施形態の研削装置１００によれば、揺動機構５７が研削砥石部１０を開口ＯＰよりも内側すなわち−Ｚ側に配置された揺動中心ＰＣのまわりに揺動させるので、被研削物ＷＰにおいて半球凹面以上に深い超半球凹面ＳＳの加工が容易になる。つまり、研削砥石部１０の揺動中心ＰＣは、凹の球面の曲率中心に一致するので、これが開口ＯＰよりも内側に配置されるということは、曲率中心が開口ＯＰよりも内側にある超半球凹面ＳＳを研削加工できることを意味する。

なお、上記実施形態では、研削砥石部１０の直径Ｄ０を超半球凹面ＳＳの半径Ｒに比較して大きくしている。これは、研削砥石部１０の直径Ｄ０が小さくなると、研削砥石部１０の傾斜角αが９０°となったときに研削砥石部１０の上端が開口ＯＰに達していない状態が発生することを防止したものである。つまり、研削砥石部１０の傾斜角αが９０°になると、研削砥石部１０に被研削物ＷＰの回転に伴う従動が生じにくくなり、研削砥石部１０の偏った磨耗が進行する可能性がある。これを防止するためには、研削砥石部１０の傾斜角αが９０°となったときに研削砥石部１０の上端が開口ＯＰに達する加工完了状態とすればよく、本実施形態では、このような条件設定を行っている。

以下、第１実施形態に係る研削装置１００の変形例について説明する。この場合、研削装置１００は、従動制限部であるクラッチ装置５５として、軸受け５６の部分にワンウェイクラッチを組み込んであり、クラッチ駆動源５５ｂが不要になる。動作について説明すると、クラッチ装置５５が例えば上から見て研削砥石部１０が時計回りに回転することを許容するものとするならば、図３（Ｂ）、３（Ｃ）に示す動作を、回転駆動機構３０の制御により被研削物ＷＰが研削砥石部１０に対して反時計回りとなるように実施する。これにより、研削砥石部１０の従動を禁止した回転禁止状態を自動的に確保することができる。一方、図３（Ｃ）、３（Ｄ）に示す動作を、回転駆動機構３０の制御により被研削物ＷＰが研削砥石部１０に対して時計回りとなるように実施する。これにより、研削砥石部１０の従動を許可した状態を自動的に確保することができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る研削装置及び研削方法について図面を参照しつつ説明する。なお、第２実施形態の研削装置等は、第１実施形態の研削装置１００等を変形したものであり、特に説明がない事項については、第１実施形態の研削装置１００等と同様であるものとする。

図４に示すように、第２実施形態の研削装置１００の場合、第２ホルダ５０の第１基部５１に軸受け５４やクラッチ機構５５ａのほか、伸縮部５９が組み込まれている。この伸縮部５９は、機械機構、液体の圧力等によって駆動され、第１基部５１の長さを増減させることにより、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置（支点）から研削砥石部１０の中心までの距離Ｌを増減調整する。伸縮部５９は、クラッチ駆動源５５ｂと同様に図１に示す台座部分５３に組み込まれた伸縮駆動源（不図示）に駆動されており、制御装置９０の制御下で動作する。なお、本実施形態において、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置から研削砥石部１０の中心までの距離Ｌは、研削砥石部１０の回動又は傾斜を確保するため、第２基部５２の横断面幅Ｄ２の半分以上とする必要がある。また、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置から研削砥石部１０の中心までの距離Ｌは、研削加工中に第２基部５２を移動させない場合、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置を揺動中心ＰＣすなわち超半球凹面ＳＳの曲率中心に配置することになるので、超半球凹面ＳＳの曲率半径Ｒよりも小さくする。

本実施形態の場合、第１基部５１の長さすなわち距離Ｌを調整することができるので、研削砥石部１０を交換することなく、曲率半径の異なる多種類の超半球凹面ＳＳを研削加工することができる。

なお、第２ホルダ５０の第１基部５１に伸縮部５９を設けた場合、研削砥石部１０の傾きに相当する従動軸ＲＸの傾斜角αに応じて第１基部５１の長さや距離Ｌを調整できるので、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置とは異なる位置を揺動中心ＰＣすなわち曲率中心とする様々な超半球凹面ＳＳを研削加工することもできる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る研削装置及び研削方法について図面を参照しつつ説明する。なお、第３実施形態の研削装置等は、第１実施形態の研削装置１００等を変形したものであり、特に説明がない事項については、第１実施形態の研削装置１００等と同様であるものとする。

本実施形態の場合、図５に示すように、研削加工中に第２基部５２を移動させることで、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置ＳＰを被研削物ＷＰの穴２ｂ内で変位させる。具体的には、軸支位置ＳＰは、目的とする超半球凹面ＳＳの曲率中心ＣＴを通ってＸＺ面に平行な揺動面上に配置された半円状の軌跡ＴＲに沿って移動する。以上の動作において、並進駆動機構６０は、研削砥石部１０を回転軸ＶＸに垂直なＸ方向等に移動させる垂直移動機構６１と、研削砥石部を回転軸ＶＸに平行なＺ方向に移動させる進退移動機構６２とを内蔵し、これらを連動させることで軸支位置ＳＰを軌跡ＴＲに沿って移動させることができる。この際、傾斜駆動部５７ｃを適宜動作させて第１基部５１を回動させて、従動軸ＲＸの傾斜角αを調節し、従動軸ＲＸが超半球凹面ＳＳの曲率中心ＣＴを常に通るように保持する。これにより、研削砥石部１０を被研削物ＷＰ内で第１実施形態と同様に変位させることができる。つまり、研削砥石部１０を曲率中心ＣＴに一致する揺動中心ＰＣのまわりに揺動させることができるので、第１基部５１の長さに関わらず所望の曲率半径を有する超半球凹面ＳＳを研削加工することができる。本実施形態の場合、傾斜駆動部５７ｃのほか、並進駆動機構６０も揺動機構を構成する。

なお、上記実施形態において、軸支位置ＳＰから研削砥石部の中心までの距離Ｌは、超半球凹面ＳＳの半径Ｒを基準として０．５Ｒよりも大きい。この場合、揺動中心ＰＣが穴２ｂの加工面に近づき過ぎることを防止できるので、開口ＯＰに近いオーバーハング面の形成が容易となる。また、距離Ｌは、超半球凹面ＳＳの半径Ｒを基準として１．５Ｒよりも小さい。この場合も、軸支位置ＳＰが穴２ｂの加工面に近づき過ぎることを防止できるので、開口ＯＰに近いオーバーハング面の形成が容易となる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、被研削物ＷＰの下面ＷＰｂに特に加工が施されていないことを前提としているが、下面ＷＰｂに凹又は凸の研削面又は加工面を予め形成しておくことができる。

また、上記実施形態では、回転駆動機構３０により被研削物ＷＰを回転軸ＶＸのまわりに回転させているが、これに代えて、並進駆動機構６０により第２ホルダ５０を回転軸ＶＸ又は支持軸ＳＸのまわりに回転させることができる。つまり、回転駆動機構３０及び並進駆動機構６０のいずれか一方又は双方を、被研削物ＷＰと研削砥石部１０との相対的な回転のための回転機構とすることができる。同様に、上記実施形態では、並進駆動機構６０により第２ホルダ５０を−Ｚ方向に降下させているが、これに代えて、昇降駆動部４０により第１ホルダ２０を＋Ｚ方向に上昇させることができる。さらに、第２ホルダ５０を傾斜させることで被研削物ＷＰを傾斜させて、研削砥石部１０に相対的な揺動を行わせることができる。

また、上記実施形態では、図３（Ａ）〜３（Ｅ）の加工を一連の一回の動作として行っているが、予め研削砥石部１０を同様に動作させて、目的とする曲率半径Ｒよりも小さい超半球凹面を形成し、再度研削砥石部１０を図３（Ｂ）〜３（Ｅ）と同様に動作させることにより、目的とする曲率半径Ｒの超半球凹面ＳＳを形成することもできる。上記２回目の研削のみを行う装置の場合、目的とする超半球凹面ＳＳに近い形状が既に形成されている場合、研削砥石部１０において上面部１０ｂの研削面１４ｂを設ける必要がなくなる。

上記実施形態では、揺動機構５７がプーリー５７ａやベルト５７ｂからなる機構であるとしたが、これらは単なる例示であり、他の機構、例えばウォーム・ホイール等を用いることもできる。

上記実施形態では、被研削物ＷＰの回転軸ＶＸをＺ方向に延びる鉛直軸として縦置き型の研削装置１００としているが、回転軸ＶＸを水平方向に延びる水平軸として横置き型の研削装置１００とすることもできる。なお、横置き型の研削装置１００の場合、回転駆動機構３０と並進駆動機構６０とが水平方向に対向して配置され、第２ホルダ５０の第２基部５２が水平方向に延びるものとなる。

２ａ…凹部、 ２ｂ…穴、 １０…研削砥石部、 １１…本体、 １２…研削層、 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ…研削面、 ２０…第１ホルダ、 ３０…回転駆動機構、 ４０…昇降駆動部、 ５０…第２ホルダ、 ５１…第１基部、 ５２…第２基部、 ５４…軸受け、 ５５…クラッチ装置、 ５５ａ…クラッチ機構、 ５５ｂ…クラッチ駆動源、 ５７…揺動機構、 ５７ｃ…傾斜駆動部、 ５９…伸縮部、 ６０…並進駆動機構、 ７０…研削液供給回収装置、 ９０…制御装置、 １００…研削装置、 ＣＴ…曲率中心、 ＨＸ…水平軸、 ＯＰ…開口、 ＰＣ…揺動中心、 Ｒ…曲率半径、 ＲＸ…従動軸、 ＳＳ…超半球凹面、 ＳＰ…軸支位置、 ＳＸ…支持軸、 ＴＲ…軌跡、 ＴＨ…孔、 ＶＸ…回転軸、 ＷＰ…被研削物

Claims (9)

1. 被研削物に形成されるべき超半球型の凹面に形成された開口の直径よりも小さな直径の円板形状を有し、先端側の底面部と前記底面部の外周に設けた周辺部とに少なくとも研削面を有する研削砥石部と、
   前記研削砥石部を前記開口よりも内側に配置された揺動中心のまわりに揺動させる揺動機構と、
   を備える研削装置。
2. 前記研削砥石部を先端側に支持する第１基部と、前記第１基部の根元側を軸支する第２基部とを有し、前記第１基部の横断面サイズと前記第２基部の横断面サイズとは、前記研削砥石部の円板輪郭よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
3. 前記第１基部は、前記揺動中心から前記研削砥石部までの距離を調整する伸縮機構を備えることを特徴とする請求項２に記載の研削装置。
4. 前記研削砥石部を前記凹面と交差する回転軸のまわりに相対的に回転させるための回転機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の研削装置。
5. 前記回転機構による回転に際して前記被研削物の相対的運動に対応して前記研削砥石部が回転する従動を許容する軸受けと、前記研削砥石部の従動を抑制する従動制限部とをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の研削装置。
6. 前記研削砥石部を前記回転軸に垂直な方向に移動させる垂直移動機構と、前記研削砥石部を前記回転軸に平行な方向に移動させる進退移動機構とをさらに備え、前記垂直移動機構と前記進退移動機構と前記揺動機構とを連動させることを特徴とする請求項５に記載の研削装置。
7. 前記第１基部と前記第２基部との軸支位置から前記研削砥石部の中心までの距離は、前記凹面の曲率半径の半分よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の研削装置。
8. 前記研削砥石部は、根元側の上面部に研削面を有することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の研削装置。
9. 超半球型の凹面を研削するための研削方法であって、
   被研削物に形成されるべき前記凹面の開口に形成された開口の直径よりも小さな直径の円板形状を有し、先端側の底面部と前記底面部の外周に設けた周辺部とに少なくとも研削面を有する研削砥石部を、前記開口よりも前記凹面内側に配置された揺動中心のまわりに揺動させることを特徴とする研削方法。

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