JP2012240176A - 研削加工装置及び研削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研削対象側の回転軸と砥石側の回転軸との軸ズレを抑制し、高精度な球面形状を得ることのできる研削加工装置を提供し、研削対象に球状面の研削を行う研削加工方法を提供すること。
【解決手段】軸ズレ調整部６０が、研削対象１０及び砥石部材２０が支持された状態でズレ度合測定部５０によって測定された軸ズレに応じた各回転軸ＲＡ１，ＲＡ２の位置の調整を可能にしている。これにより、研削加工時における回転軸の軸ズレを抑制することができるので、作業性を損なうことなく高精度な球状面を再現性良く得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子等の研削のために用いられる研削加工装置及び研削加工方法に関する。

光学素子に球面を創成するための研削方法として、ホイールとワークとを回転駆動させつつ、研削ホイールをワークに対して当接させて切り込むように移動させ、かかる切り込みの終了後に、研削ホイールを創成した球面に平行な方向に揺動させるものがある（特許文献１参照）。

また、被加工物に研磨を行う研磨装置として、研磨面の形状精度を確保するために被加工物側のワーク軸と研磨用の研磨皿側の砥石軸との同軸度を治具の取付け時において高めるもの（特許文献２参照）や、レンズ等の被研磨物の凹凸球面と研磨皿の研磨面が同じ経路を辿るように研磨皿の磨耗量に合わせた補正をすることで精度の向上を図るものが知られている（特許文献３参照）。また、球面の研削を行うものであって、加工中に冷却媒体を流して精度を確保するもの（特許文献４参照）や、カップ状の砥石の位置を摩耗による誤差に応じて補正するもの（特許文献５参照）も知られている。

特開平７−１８６０３２号公報 特開２０１０−１２０１４７号公報 特開２００２−３４６８９８号公報 特開平１１−１１４７９１号公報 特開平１−３０１０４８号公報

上記特許文献１の方法では、研削ホイールの揺動によってワークの仕上げ精度を簡易に高めることができるが、各回転軸の軸位置の精度確保について考慮されておらず、回転軸の軸ズレによって研削面の精度が劣化する可能性がある。

また、上記特許文献２の場合、ワーク軸側の治具を遊動状態に装着して、固定されている砥石軸側の治具に嵌合させてからワーク軸側の治具を固定することで位置調整をしており、治具の固定時には同軸度の高い状態が確保されているが、各治具の固定後、実際の研削対象であるレンズ等が取り付けられた状態として、ワーク軸側と砥石軸側との位置関係が軸ズレのない所期の状態を保っているとは限らない。

また、上記の他の文献（特許文献３〜５）のいずれでも、実際に研削対象が装着されて研削加工を開始する時点において、ワーク側の回転軸と砥石側の回転軸との同軸度を高いものにできるように調整することについては開示していない。例えば、特許文献２の場合、研削動作中の研削状態に応じて研削動作の制御を行うことはできるとしても、上記２つの回転軸の軸合わせがある程度正確になされた状態となって研削されているとは限らない。

そこで、本発明は、ワーク側すなわち研削対象側の第１回転軸と砥石側の第２回転軸との軸ズレを比較的簡易に測定して調整可能とすることで研削加工時における回転軸の軸ズレを抑制し、高精度な球面形状を得ることのできる研削加工装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、研削対象に球状面の研削を行わせる研削加工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、本発明に係る研削加工装置は、研削対象を第１ホルダに支持して第１回転軸のまわりに回転させる第１駆動機構と、砥石部材を第２ホルダに支持して第２回転軸のまわりに回転させる第２駆動機構と、第１駆動機構と第２駆動機構との動作を制御して砥石部材によって研削対象に球状面の研削加工を行わせる制御部と、第１及び第２ホルダによって研削対象及び砥石部材が支持された状態で第１回転軸と第２回転軸との相対的な軸ズレの度合を測定するズレ度合測定部と、ズレ度合測定部の結果に基づいて軸ズレの調整を可能にする軸ズレ調整部とを備える。

上記研削加工装置によれば、軸ズレ調整部が、研削対象及び砥石部材が支持された状態で、ズレ度合測定部によって測定された軸ズレに応じた各軸の位置の調整を可能にする。これにより、研削加工時における回転軸の軸ズレを抑制することができるので、作業性を損なうことなく高精度な球状面を再現性良く得ることができる。

本発明の具体的な態様又は観点では、研削加工装置が、第２回転軸を第１回転軸に対して旋回させる旋回機構をさらに備える。この場合、旋回中心を曲率中心に一致させることで、砥石部材を正確に旋回し、さらに揺動させて偏りのない研削を行うことができる。

本発明の別の態様では、ズレ度合測定部が、砥石部材に付随して研削対象の形状に関する情報を測定する付随センサを有する。この場合、付随センサにより研削対象を第１ホルダから外すことなく即座に軸ズレの測定をすることができる。

本発明のさらに別の態様では、ズレ度合測定部において、付随センサが、研削対象の加工表面に当接することで当該加工表面の位置を検出する。この場合、研削対象の加工表面を直接的に計測することができ、軸ズレの測定を簡易かつ正確に行うことができる。

本発明のさらに別の態様では、付随センサが、砥石部材の中心軸に沿って形成された貫通孔に挿通されるとともに研削対象の加工表面に付勢可能なプローブを有し、砥石部材の中心軸に沿ったプローブの位置を検出する。この場合、付随センサを簡易な構造とすることができ、加工表面の情報を検出することができる。

本発明のさらに別の態様では、軸ズレ調整部における軸ズレの調整方向が、第１回転軸の軸方向と第２回転軸の軸方向とに対して垂直な方向である。この場合、第１回転軸と第２回転軸との高さ方向について位置の調整をすることができる。

本発明のさらに別の態様では、研削加工装置が、砥石部材を第２回転軸に沿って先端側に移動させる送り込みを行う送込機構をさらに備え、制御部が、砥石部材の摩耗を補償するように送込機構に砥石部材の送り込みを行わせる。この場合、送込機構による送り込み量の調整によって、砥石部材の摩耗を自動的に補償した加工を簡易に実行することができる。

本発明のさらに別の態様では、砥石部材が、円形の加工部を先端に有するカップ状の部材である。この場合、砥石部材による加工を簡易に高精度化することができる。なお、付随センサは、砥石部材の内側に配置される。

上記課題を解決するため、本発明に係る研削加工方法は、研削対象を第１ホルダに支持して第１回転軸のまわりに回転させつつ、砥石部材を第２ホルダに支持して第２回転軸のまわりに回転させることにより、砥石部材によって研削対象に球状面の研削を行わせる研削加工方法であって、研削対象と砥石部材とを第１及び第２ホルダにそれぞれ装着させる装着工程と、研削対象及び砥石部材を装着工程での装着後の支持状態に保ちつつ第１回転軸と第２回転軸との相対的な軸ズレの度合を測定するズレ度合測定工程と、ズレ度合測定工程の結果に基づいて軸ズレを減少させる軸ズレ調整工程と、を有する。

上記研削加方法によれば、軸ズレ調整工程において、ズレ度合測定工程で測定された第１及び第２回転軸での相対的な軸ズレを減少させるので、その後の研削加工時に、高精度な球状面を得ることができる。

実施形態に係る研削加工装置の構造と、これを用いた研削対象の修正とを概念的に説明するブロック図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、研削加工装置のうち、砥石部材の構造について説明する概念的な図である。 図１の研削加工装置における第１回転軸と第２回転軸との軸ズレの調整方法を概念的に説明するフローチャートである。 （Ａ）、（Ｂ）は、図１の研削加工装置において生じる第１回転軸と第２回転軸との軸ズレの状態を例示する図である。 図１の研削加工装置における第１回転軸と第２回転軸との軸ズレを調整するための軸ズレ調整部の構造の一例について説明する図である。 図１の作製装置を用いた研削動作を概念的に説明するフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る光学素子の研削加工装置及びこれを用いた研削加工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、光学素子の研削加工装置１００は、カーブジェネレータ型の駆動機構を有する駆動装置３０と、駆動装置３０に研削液を供給する研削液供給部４０と、研削対象１０の加工状態を測定する測定部５０と、測定部５０の結果に基づいて軸ズレの調整を行うことを可能にする軸ズレ調整部６０と、駆動装置３０の動作を数値的に制御する等各種の制御を行う制御部７０とを備える。

駆動装置３０は、台座３１上に第１ステージ３２と第２ステージ３３とを載置した構造を有する。ここで、第１ステージ３２は、第１可動部３５を支持しており、この第１可動部３５は、第１ホルダ３７を介してレンズ等の光学素子となるべき研削対象１０を間接的に支持している。この第１ステージ３２は、研削対象１０を支持する第１可動部３５を、例えば水平なＺ軸方向に沿った所望の位置に移動させることができる。また、第１ステージ３２は、研削対象１０を支持する第１可動部３５を、Ｚ軸方向に垂直なＸＹ面に沿って変位させる微調整機構を有している。なお、第１可動部３５は、第１駆動機構として、研削対象１０を第１ホルダ３７とともにＺ軸に平行な水平回転軸である第１回転軸ＲＡ１のまわりに所望の速度で回転させることができる。一方、第２ステージ３３は、第２可動部３６を支持しており、この第２可動部３６は、第２ホルダ３８を介して砥石部材２０を間接的に支持している。第２ステージ３３は、旋回機構として、研削対象１０を支持する第２可動部３６を、例えば水平なＹ軸に平行な鉛直旋回軸ＰＸのまわりに所望の角度範囲及び角速度で旋回させることができる。また、第２ステージ３３は、砥石部材２０を支持する第２可動部３６等をＺ軸方向に沿った所望の位置に移動させることができ、鉛直旋回軸ＰＸまでの相対的な距離を調整することができる。なお、第２可動部３６は、第２駆動機構として、第２ホルダ３８とともに砥石部材２０をＺ軸に平行に配置可能な水平回転軸である第２回転軸ＲＡ２のまわりに所望の角速度で回転させることができる。さらに、第２可動部３６は、送込機構として、第２ホルダ３８とともに砥石部材２０を第２回転軸ＲＡ２に沿って先端側に所望の速度で移動させる送り込みを実行することができる。

第１ホルダ３７に保持される研削対象１０は、レンズ等の光学素子となるべきものであり、例えばガラス等の材料で形成されたブロックである。研削対象１０の根元側は、第１ホルダ３７の先端に設けたチャックＣＡに埋め込むように固定されている。

第２ホルダ３８に保持される砥石部材２０は、カップ状の部材であり、中心軸に沿って貫通孔ＰＰが形成されている。砥石部材２０は、先端に環状の砥石部２０ｃを有する。砥石部２０ｃは、円形の加工部であり、例えばダイヤモンド粒子をボンド材料で焼結したものである。なお、図２（Ａ）等に示すように、砥石部材２０は、根元側が第２ホルダ３８のチャックＣＢに埋め込まれるように固定されていることで、第２ホルダ３８に保持される。

測定部５０は、砥石部材２０に付随して研削対象１０の形状に関する情報を測定する付随センサ５１と、付随センサ５１を駆動するセンサ駆動部５２とを有する。なお、付随センサ５１は、ケーブル線ＣＬを介してセンサ駆動部５２に接続されている。

軸ズレ調整部６０は、第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２との軸ズレを補正可能とする機構をする。つまり、研削加工装置１００を操作するオペレータは、測定部５０で得られた測定結果に基づいて、軸ズレ調整部６０を適宜操作することで、鉛直旋回軸ＰＸに平行なＹ方向について第２回転軸ＲＡ２のＹ位置すなわち軸高さの調整を行うことができる。なお、軸ズレ調整部６０については、図５等により後述する。

制御部７０は、高精度の数値制御を可能にするものであり、駆動装置３０に内蔵されたモータや位置センサ等を駆動することによって、第１及び第２ステージ３２，３３や、第１及び第２可動部３５，３６を目的とする状態に適宜動作させる。例えば、第１ステージ３２の第１可動部３５によって、第１ホルダ３７に保持された研削対象１０をその中心軸と一致する第１回転軸ＲＡ１のまわりに比較的低速で回転させる。同時に、第２ステージ３３の第２可動部３６によって、第２ホルダ３８に保持された砥石部材２０をその対称軸と一致する第２回転軸ＲＡ２のまわりに比較的高速で回転させつつ、第２ステージ３３によって第２可動部３６すなわち砥石部材２０を鉛直旋回軸ＰＸのまわりに旋回させる（図２（Ａ）及び２（Ｂ）参照）。この際、第２ステージ３３によって第２可動部３６すなわち砥石部材２０を第２回転軸ＲＡ２に沿って先端側に適宜移動させる送り込みを行うことで、結果的に砥石部材２０の先端面である加工面２０ｓを目標とする球面形状ＳＯに沿ってその曲率中心のまわりに旋回させることができる。つまり、研削対象１０の加工表面１０ｓの形状を球面に調製しつつ、その曲率半径を砥石部材２０の加工面２０ｓの先端から鉛直旋回軸ＰＸまでの距離（目標曲率半径）に一致させる加工が可能になる。なお、砥石部材２０をその加工面２０ｓの曲率中心のまわりに旋回させ、さらに揺動せることで、研削ムラを低減することができ、カップ状の砥石部材２０による加工精度を高めることができる。また、制御部７０は、測定部５０で得られた測定結果から軸ズレ等を算出するといった各種演算処理を行う。このため、制御部７０は、各種情報を表示するためのディスプレイＤＳを有している。

砥石部材２０を第２回転軸ＲＡ２に沿って先端側に移動させる送り込みは、砥石部材２０を徐々に前進させることにより、その加工面２０ｓが目標の球面形状ＳＯと一致するように、上記曲率半径に対応する目標の送り込み量となるまで徐々に行われる。この際、第２可動部３６に内蔵されたモータの負荷を監視し、その負荷が増大した場合、第２可動部３６による切り込み動作の速度を遅くする。これにより、研削対象１０の加工速度を調整することができ、研削対象１０の加工表面１０ｓの面粗さの一様性を高めることができる。

なお、砥石部材２０は、研削対象１０の研削加工を繰り返すことで徐々に磨耗する。例えば、砥石部材２０の加工面２０ｓの磨耗厚みが所定の閾値以下である場合、制御部７０は、砥石部２０ｃが一様に磨耗しているとして、第２可動部３６による送り込み量の値を磨耗厚み分だけ修正する。これにより、砥石部材２０の磨耗を考慮した動作が可能になり、研削対象１０の加工精度を高めることができる。砥石部材２０の磨耗の程度は、研削対象１０の処理枚数によって判定することができる。また、砥石部材２０の磨耗の程度は、センサ駆動部５２を介して取得される付随センサ５１の検出出力に基づいて監視することもできる。

以下、図２（Ａ）及び２（Ｂ）を参照して、測定部５０の付随センサ５１について詳細に説明する。付随センサ５１は、プローブ部５１ａと、プローブ部５１ａの根元側を支持する支持部５１ｂとを有する。プローブ部５１ａは、第２回転軸ＲＡ２に沿って第２ホルダ３８（図１参照）の中心を貫通し、砥石部材２０の貫通孔ＰＰに挿通されており、その先端部５１ｅは、実線で示す図示の状態では、第２回転軸ＲＡ２に沿って砥石部材２０の加工面２０ｓの位置まで達している。プローブ部５１ａは、その先端部５１ｅを研削対象１０の加工表面１０ｓに適当な圧力で付勢可能になっている。支持部５１ｂは、プローブ部５１ａを、第２回転軸ＲＡ２に沿って前進させた実線で示す測定位置と、第２回転軸ＲＡ２に沿って後退させた点線で示す退避位置とに配置することができる。プローブ部５１ａを、前進させて測定位置にセットした場合、先端部５１ｅによって研削対象１０の加工表面１０ｓの位置をミクロン単位で精密に計測することができる。プローブ部５１ａによって計測された研削対象１０の加工表面１０ｓの位置に関する情報は、センサ駆動部５２を介して制御部７０に出力される。なお、センサ駆動部５２には、測定結果等を表示可能な表示部ＤＰが設けられている。この場合、測定部５０は、第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２との高さ方向（Ｙ方向）についての相対的な軸ズレの高精度に測定可能なズレ度合測定部として機能させることができる。

以上のような研削加工を行うにあたって、第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２との軸の位置合わせや、旋回させる際の旋回中心が研削対象１０の曲率中心に一致しているといったことは、加工表面１０ｓを所望の形状にするために非常に重要な前提となる。このような位置合わせの１つとして、鉛直旋回軸ＰＸの延びる方向すなわち第１及び第２回転軸ＲＡ１，ＲＡ２に垂直な方向である高さ方向（Ｙ方向）について、第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２との位置が揃っていることは、重要である。本実施形態では、測定部５０をズレ度合測定部として機能させることによって第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２との高さ方向についての軸ズレの度合を高い精度で測定し、かつ、測定部５０の測定結果に応じて軸ズレ調整部６０を利用して高さ方向を調整方向とする当該軸ズレの補正を実行することで、球面精度の高い研削加工を可能としている。

以下、図３等により、軸ズレの度合の測定及び軸ズレの調整を含む研削加工の工程について説明する。図３は、図１等に示す研削加工装置１００を用いた研削加工を開始するための回転軸の軸調整の流れの一例を説明するフローチャートである。ここでは、研削加工装置１００を一日動作させるにあたっての最初の起動の場合のように、新たな研削対象１０について研削加工を行う場合の例を示すものとする。また、図４（Ａ）及び４（Ｂ）は、図１の研削加工装置１００において生じる第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２との軸ズレの状態を例示する図である。具体的には、図４（Ａ）は、第１回転軸ＲＡ１が第２回転軸ＲＡ２よりも相対的に高い位置にずれている状態を示す例であり、図４（Ｂ）は、第１回転軸ＲＡ１が第２回転軸ＲＡ２よりも相対的に低い位置にずれている状態を示す例である。なお、図５は、図１の研削加工装置１００における第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２との軸ズレを調整するための軸ズレ調整部６０の一例について説明する図である。

まず、オペレータが研削加工装置１００を停止状態から起動させ、原点スイッチ（不図示）を押すと、研削加工装置１００の制御部７０は、第２回転軸ＲＡ２の旋回角度を０度とするすなわち第２可動部３６を図２（Ｂ）に示す位置に移動させるとともに、Ｚ軸方向についても初期の位置に戻し、新たな研削対象１０についての基本データや加工量データの入力を受け付ける（図３のステップＳ１１，Ｓ１２）。この基本データには、目標曲率半径、砥石部材２０の直径及び長さ等が含まれる。なお、目標曲率半径は、研削対象１０の加工表面１０ｓの目標曲率半径を意味し、砥石部材２０の砥面形状の旋回中心からの距離に対応するものとなっている。また、加工量データは、研削対象１０の加工表面１０ｓが砥石部材２０の加工面２０ｓと接触して研削対象１０の加工を開始した加工開始位置又は加工開始時から砥石部材２０を送り込む量を意味し、研削対象１０の表面層の切込量に相当するものとなっている。

次に、第１回転軸ＲＡ１側の第１ホルダ３７に研削対象１０を固定し（ステップＳ１３）、第２回転軸ＲＡ２側の第２ホルダ３８に砥石部材２０を固定する（ステップＳ１４）。つまり、研削対象１０及び砥石部材２０を対応するホルダ３７，３８にそれぞれ装着して支持・固定する（装着工程）。

次に、制御部７０は、第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２とをそれぞれ先進させ、第２回転軸ＲＡ２の加工開始位置座標を記憶する（ステップＳ１５）。

次に、制御部７０は、第１可動部３５によって研削対象１０を適当な回転数で回転させるとともに、第２可動部３６によって砥石部材２０を適当な回転数で回転させる（ステップＳ１６）。次に、制御部７０は、研削液供給部４０を動作させて、駆動装置３０に加工液を供給する（ステップＳ１７）。次に、制御部７０は、第２ステージ３３等を適宜動作させて、研削対象１０に対する切削加工処理を行う（ステップＳ１８）。この際、第２ステージ３３を適宜動作させて砥石部材２０を鉛直旋回軸ＰＸのまわりに旋回させるとともに、第２可動部３６を適宜動作させて砥石部材２０を第２回転軸ＲＡ２に沿って先端側に移動させる送り込みを行う。

次に、制御部７０は、第１回転軸ＲＡ１側と第２回転軸ＲＡ２側とでの軸ズレの程度やズレの方向を測定するための測定を行う（図３のステップＳ６のズレ度合測定工程）。ステップＳ６の処理の１つとして、まず、制御部７０は、測定部５０の付随センサ５１を用いて、凸形状の研削対象１０のピーク位置を計測する。具体的には、図２（Ｂ）に示すように、第２回転軸ＲＡ２がＺ方向に平行な状態となるようにして、プローブ部５１ａを研削対象１０の加工表面１０ｓに付勢させピーク位置を計測する。この時、両回転軸ＲＡ１，ＲＡ２間に高さ方向（Ｙ方向）について軸ズレがあると、図４（Ａ）や図４（Ｂ）のような状態となる。次に、制御部７０は、付随センサ５１によるＺ方向についてのピーク位置の計測結果から、第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２とが高さ方向についてずれた状態となっているか否かを判断する。すなわち、制御部７０は、測定部５０の計測結果から軸ズレ量の度合の測定を行う。制御部７０は、ステップＳ６において算出された軸ズレ量が許容範囲内にあると判断すると（図３のステップＳ７：Ｙｅｓ）、第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２とは、所望の位置関係にあり軸ズレの補正を要しないものとして、高さ方向（Ｙ方向）についての位置修正を行うことなく調整の動作を終了する。一方、制御部７０は、ステップＳ６において算出された軸ズレ量が許容範囲内にないと判断すると（図３のステップＳ７：Ｎｏ）、図５に示す軸ズレ調整部６０を用いて軸ズレを補正するための軸高さの調整が必要である旨をオペレータに示す処理を行う（図３のステップＳ８の軸ズレ調整工程）。オペレータに示す方法としては、種々考えられるが、例えばセンサ駆動部５２の表示部ＤＰに補正に関する数値を表示することが考えられる。オペレータによって軸ズレ調整がなされると、再びズレ度合の測定がなされ（図３のステップＳ６）、軸ズレ量が許容範囲内にあると判断されるまで上記の動作が繰り返される（ステップＳ６〜Ｓ８）。つまり、オペレータは、例えば測定部５０の表示部ＤＰや図１の制御部７０のディスプレイＤＳに示された数値等を確認しながら、軸ズレ量が許容範囲内になるまで軸ズレ調整部６０を利用して±Ｙ方向について第２ホルダ３８の位置調整を適宜行う。

なお、以上のステップＳ６〜Ｓ８は、第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２との軸ズレを調整する上での中核的な動作である。ここでは、ステップＳ６〜Ｓ８の処理を軸調整処理Ａ１とする。本実施形態では、研削加工装置１００によって研削加工された研削対象１０を第１ホルダ３７から外すことなく軸調整処理Ａ１においての軸ズレ量の測定対象としているため、より正確な軸ズレの測定が可能になっている。

なお、例えば休み明けに研削加工装置１００を停止状態から再度起動する場合や、加工中のレンズの球面性が悪化したと考えられる場合、若しくは加工数量がある程度の回数に達しているといった場合には、加工精度を確認する処理を行うものとしてもよい。具体的には、軸調整処理Ａ１で位置調整がなされた後、測定部５０によって研削対象１０のピーク位置を再度計測するものとしてもよい。すなわち、第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２とがより正確な位置にある状態において研削対象１０のピーク位置を測定し、測定値が適正なものであることが確認されれば、最終的に研削対象１０に対する研削が適正であったと判断できる。

以下、図５に一例として示す軸ズレ調整部６０による図３のステップＳ８での軸ズレの度合の測定及び調整方法について説明する。軸ズレ調整部６０は、例えば第２可動部３６において軸が偏芯していることを利用して、±Ｙ方向についての高さ調整が可能となっている。このため、軸ズレ調整部６０は、高さ調整のためのネジ機構や高さ位置の検出用のセンサ（いずれも不図示）を有している。なお、検出用のセンサとしては、例えばマイクロメーターが適用できる。

以上のように、軸ズレ調整部６０によって±Ｙ方向についての高さ調整を可能とすることで、研削加工装置１００のオペレータは、図３のステップＳ８での軸ズレの調整を比較的簡易かつ正確に行うことができる。ここで、測定部５０の測定結果において、軸ズレしていることは分かっても、研削対象１０が第１回転軸ＲＡ１について軸対称であるため、ズレの方向が＋Ｙ方向であるのか−Ｙ方向であるのか、すなわち、図４（Ａ）の状態にあるのか４（Ｂ）の状態にあるのかは必ずしも判別できない。そこで、ステップＳ８においてオペレータが第２ホルダ３８を±Ｙ方向へ動かすにあたって、高さ方向のずれが±Ｙ側のうちいずれへのずれであるかすなわち図４（Ａ）と図４（Ｂ）うち、どちらのようなズレの状態であるかを最初に測るものとしてもよい。具体的には、例えば最初の測定の状態から少量の移動量として１０μｍだけ＋Ｙ側に第２回転軸ＲＡ２の位置を移動させて再度軸ズレの度合を測定するものとする。この際、測定部５０で示されるズレ量が移動前と比較して減少すれば、補正の方向が＋Ｙ方向であっているものとして、＋Ｙ側に必要な量の補正を行う。一方、ズレ量が移動前と比較して増加すれば、補正の方向が＋Ｙ方向と反対の−Ｙ方向であるものとして、−Ｙ側に必要な量の補正を行う。この動作を繰り返し、ズレ量の増減がある閾値以下になることで、必要な量の補正が行えたことが分かる。なお、図５に示す場合、第２回転軸ＲＡ２は、第１回転軸ＲＡ１に対して＋Ｙ側にずれた状態となっている。従って、１０μｍだけ＋Ｙ側に移動させるとズレ量が増加することになる。オペレータは、ズレ量の増加を数値で確認することで、最初の少量の移動とは反対方向の−Ｙ方向に第２ホルダ３８を押し下げるべきであることを判断でき、ズレ量を減少させるように軸ズレ調整部６０を操作することになる。また、以上の軸ズレ調整部６０の構成は一例であり、砥石部材２０が±Ｙ方向について調整可能であれば、軸ズレ調整部６０は、これ以外の構成であってもよく、例えばアクチュエータを用いて高さを調整できるものとしてもよい。また、例えば±Ｙ方向について必要となる調整量（移動量）を測定部５０で得られた位置情報のズレ度合から図１の制御部７０が換算してディスプレイＤＳや表示部ＤＰに表示させてオペレータに通知するものとしてもよい。また、制御部７０が算出した値に基づいて、軸ズレ調整部６０がオペレータの支持によらず自発的に上述したような補正を行う制御機構を有していてもよい。

以下、図６のフローチャートにより、図１等に示す研削加工装置１００を用いた研削加工の連続的な動作の流れの一例を説明する。図３の場合、初期の動作のような１回の動作の場合を示すものであり、この動作を繰り返すことで、複数回の研削加工を行うことは可能である。図６は、連続した研削加工の動作を行う他の例を示すものである。

まず、制御部７０は、基本データの入力を受け付け、加工量データの入力を受け付け（ステップＳ１１，Ｓ１２）、研削対象１０及び砥石部材２０を固定する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。次に、制御部７０は、第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２とをそれぞれ先進させ、第２回転軸ＲＡ２の加工開始位置座標を記憶する（ステップＳ１５）。なお、以上の研削加工のための準備工程において、既に１回以上の動作がなされており、各データに変更がない場合には、これらの動作を省略するものとしてもよい。また、ステップＳ１４は、既に１回以上の研削加工の動作がなされていれば、砥石部材２０の取り換えが必要な場合に限って実行される。

次に、制御部７０は、研削加工のための処理を行う。すなわち、制御部７０は、研削対象１０及び砥石部材２０を適当な回転数で回転させ（ステップＳ１６）、駆動装置３０に加工液を供給し（ステップＳ１７）、研削対象１０を切削加工する（ステップＳ１８）。

次に、上記ステップＳ１１〜Ｓ１５の準備工程で新たなデータの入力や、砥石部材２０の取り換えがあったか否かを判断する（ステップＤ１）。ステップＤ１において、入力データの変更や砥石部材２０の取り換えがあったと判断された場合には（ステップＤ１：Ｙｅｓ）、軸ズレの確認をする必要があるものとして、軸調整処理Ａ１を行う。つまり、図３のステップＳ６〜Ｓ８と同様の動作をして、軸調整を行う。ステップＤ１において、データ変更等がないと判断された場合には（ステップＤ１：Ｎｏ）、さらに、連続して行われている上記ステップＳ１６〜Ｓ１８の研削加工の動作の回数が、一定以上に達しているか否かを判断する（ステップＥ１）。ステップＥ１において、研削加工の動作が一定の回数以上になると（ステップＥ１：Ｙｅｓ）、制御部７０は、研削加工の動作を繰り返すうちに両回転軸ＲＡ１，ＲＡ２の間に軸ズレが生じている可能性があり、軸ズレの確認を再度行う必要があるものと判断して、軸調整処理Ａ１を行う。一方、研削加工の動作が一定の回数以下の場合には（ステップＥ１：Ｎｏ）、制御部７０は、まだ軸ズレは生じていないものと判断し、１回の研削加工の動作を終了し、再び次の研削加工の処理として、ステップＳ１１からの動作を開始する。なお、図３に示す場合と同様に、一定の条件の場合に、軸調整処理Ａ１の後に、加工精度を確認する処理を行うことで、研削加工された研削対象１０が製品として適するか否かの判断をし、最終的な製品としての精度を確認するものとしてもよい。

以上説明した本実施形態に係る研削加工装置１００によれば、軸ズレ調整部６０が、研削対象１０及び砥石部材２０が支持された状態でズレ度合測定部５０によって測定された軸ズレに応じた各回転軸ＲＡ１，ＲＡ２の位置の調整を可能にしている。これにより、研削加工時における回転軸の軸ズレを抑制することができるので、作業性を損なうことなく高精度な球状面を再現性良く得ることができる。

また、測定部５０の付随センサ５１は、研削対象１０の加工表面１０ｓの曲率の異常や研削対象１０の中心厚みの異常を簡易に検出することもできる。例えば、図２（Ｂ）に示す場合において、研削対象１０の加工表面１０ｓの曲率が、目的とする球面形状よりも大きいと、付随センサ５１は、加工表面１０ｓの頂部が目標値よりも低いという検出結果を出力する。また、砥石部材２０の砥石部２０ｃが摩耗していると、研削対象１０の中心の厚みが目的とする球面形状よりも厚くなり、付随センサ５１は、加工表面１０ｓの頂部が目標値よりも高いという検出結果を出力する。従って、付随センサ５１の出力の基準値からのずれに基づいて、研削対象１０の加工表面１０ｓの曲率のズレ量や中心厚みのズレ量を見積もることができる。

ここで、上述した軸ズレ調整部６０による第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２とでの高さ方向（Ｙ方向）についての相対的な軸ズレの調整に加え、付随センサ５１によって見積もることのできる曲率のズレ量や中心厚みのズレ量をさらに考慮して、これらのズレも補正しつつ、研削加工を行うことも可能である。例えば、図６の軸調整処理Ａ１において、高さ方向についての軸ズレの調整の必要性を確認するとともに、曲率のズレや中心厚みのズレに伴う調整の必要であるか否かを併せて判断し、ズレが許容範囲内になるまで砥石部材２０を第２回転軸ＲＡ２に沿って先端側に移動させる送り込みを実行するものとしてもよい。また、例えば、一定の回数の研削加工をした場合には強制的に一定の送り込み量で送り込みを実行するものとしてもよい。

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い。例えば、上記実施形態では、研削対象１０がレンズ等の光学素子であるとしたが、研磨又は精研削のための研磨皿や粗研削用の研削皿の加工に図１に示す研削加工装置１００を用いることもできる。

また、上記実施形態では、砥石部材２０にカップ状の砥石を用いるものとしているが、例えば凹又は凸の球面状の表面を有するものや、多数の小径の焼結体ペレットを貼り付けた略球面のペレット層を用いることもできる。

また、上記実施形態では、第２ステージ３３や第２可動部３６を適宜動作させることにより、砥石部材２０を鉛直旋回軸ＰＸのまわりに旋回させるとともに、砥石部材２０を第２回転軸ＲＡ２に沿って先端側に送り込んでいるが、砥石部材２０の加工に際しての移動方法はこれに限らない。すなわち、第２ステージ３３や第２可動部３６とは異なる駆動機構を用いて、砥石部材２０を研削対象１０に対して他の手法で３次元的に移動させることによっても、研削対象１０の加工表面１０ｓを所望の曲率半径の球面に加工することができる。

また、砥石部材２０を鉛直旋回軸ＰＸのまわりに旋回しないタイプの研削加工装置においても、測定部５０と軸ズレ調整部６０とを用いて高さの調整を行うことができる。

また、上記実施形態では、測定部５０の付随センサ５１は、研削対象１０に適当な圧力で付勢可能とするプローブ部５１ａを有する構造としているが、付随センサ５１は、これ以外の構成も可能であり、例えばレーザによる非接触型のセンサとして構成されるものでもよい。

１０…研削対象、 １０ｂ…本体部、 １０ｓ…加工表面、 ２０…砥石部材、 ２０ｃ…砥石部、 ２０ｓ…加工面、 ３０…駆動装置、 ３１…台座、 ３２…第１ステージ、 ３３…第２ステージ、 ３５…第１可動部、 ３６…第２可動部、 ３７…第１ホルダ、 ３８…第２ホルダ、 ４０…研削液供給部、 ５０…測定部、 ５１…付随センサ、 ５２…センサ駆動部、 ６０…軸ズレ調整部、 ７０…制御部、 １００…研削加工装置、 ＣＡ，ＣＢ…チャック、 ＣＬ…ケーブル線、 ＰＰ…貫通孔、 ＰＸ…鉛直旋回軸、 ＲＡ１…第１回転軸、 ＲＡ２…第２回転軸

Claims (9)

1. 研削対象を第１ホルダに支持して第１回転軸のまわりに回転させる第１駆動機構と、
   砥石部材を第２ホルダに支持して第２回転軸のまわりに回転させる第２駆動機構と、
   前記第１駆動機構と前記第２駆動機構との動作を制御して、前記砥石部材によって前記研削対象に球状面の研削加工を行わせる制御部と、
   前記第１及び第２ホルダによって前記研削対象及び前記砥石部材が支持された状態で、前記第１回転軸と前記第２回転軸との相対的な軸ズレの度合を測定するズレ度合測定部と、
   前記ズレ度合測定部の結果に基づいて前記軸ズレの調整を可能にする軸ズレ調整部と
   を備えることを特徴とする研削加工装置。
2. 前記第２回転軸を前記第１回転軸に対して旋回させる旋回機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の研削加工装置。
3. 前記ズレ度合測定部は、前記砥石部材に付随して前記研削対象の形状に関する情報を測定する付随センサを有することを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の球面研削装置。
4. 前記ズレ度合測定部において、前記付随センサは、前記研削対象の加工表面に当接することで当該加工表面の位置を検出することを特徴とする請求項３に記載の研削加工装置。
5. 前記付随センサは、前記砥石部材の中心軸に沿って形成された貫通孔に挿通されるとともに前記研削対象の加工表面に付勢可能なプローブを有し、前記砥石部材の中心軸に沿った前記プローブの位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の研削加工装置。
6. 前記軸ズレ調整部における前記軸ズレの調整方向は、前記第１回転軸の軸方向と前記第２回転軸の軸方向とに対して垂直な方向であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の研削加工装置。
7. 前記砥石部材を前記第２回転軸に沿って先端側に移動させる送り込みを行う送込機構をさらに備え、
   前記制御部は、前記砥石部材の摩耗を補償するように前記送込機構に前記砥石部材の送り込みを行わせることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の研削加工装置。
8. 前記砥石部材は、円形の加工部を先端に有するカップ状の部材であ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加工装置。
9. 研削対象を第１ホルダに支持して第１回転軸のまわりに回転させつつ、砥石部材を第２ホルダに支持して第２回転軸のまわりに回転させることにより、前記砥石部材によって前記研削対象に球状面の研削を行わせる研削加工方法であって、
   前記研削対象と前記砥石部材とを前記第１及び第２ホルダにそれぞれ装着させる装着工程と、
   前記研削対象及び前記砥石部材を前記装着工程での装着後の支持状態に保ちつつ、前記第１回転軸と前記第２回転軸との相対的な軸ズレの度合を測定するズレ度合測定工程と、
   前記ズレ度合測定工程の結果に基づいて前記軸ズレを減少させる軸ズレ調整工程と
   を有することを特徴とする研削加工方法。

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