JP2019072788A

JP2019072788A - 加工方法、加工装置、及び砥石

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Publication number: JP2019072788A
Application number: JP2017199652A
Authority: JP
Inventors: 石崎　幸治; Koji Ishizaki; 幸治石崎
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-05-16

Abstract

【課題】短い加工時間で加工対象物の外径の研削と面取りとを行うことができる加工方法を提供すること。【解決手段】加工方法は、加工対象物を保持するワーク軸の中心軸と、外径研削砥石を保持する外径研削砥石軸の中心軸と、を平行にして、前記加工対象物と前記外径研削砥石とをそれぞれ回転させながら当接させて、前記加工対象物の外径を研削する外径研削工程と、前記ワーク軸と、面取砥石を保持する面取砥石軸とによって、前記加工対象物と前記面取砥石とをそれぞれ回転させながら当接させて、前記加工対象物の面取加工を行う面取工程と、を有し、前記外径研削工程と、前記面取工程との少なくとも一部同士を同時に行う。【選択図】図１

Description

本発明は、加工対象物の外径の研削と面取りとを行う加工方法、加工装置、及び砥石に関する。

レンズ等の光学素子（加工対象物）を加工する加工方法として、光学素子の心出しを行う心取加工を行った後、外径を所望の大きさまで加工する外径研削加工を行い、さらに光学素子の表面及び裏面の面取加工を行う加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２には、一つの砥石で外径の研削と面取りとを行うことができる砥石が開示されている。

特開２００５−２１９１８３号公報特開２００５−１７７９３１号公報

しかしながら、従来の加工方法では、外径研削工程を行った後、面取工程を行うため、加工時間が長いという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、短い加工時間で加工対象物の外径の研削と面取りとを行うことができる加工方法、加工装置、及び砥石を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る加工方法は、加工対象物を保持するワーク軸の中心軸と、外径研削砥石を保持する外径研削砥石軸の中心軸と、を平行にして、前記加工対象物と前記外径研削砥石とをそれぞれ回転させながら当接させて、前記加工対象物の外径を研削する外径研削工程と、前記ワーク軸と、面取砥石を保持する面取砥石軸とによって、前記加工対象物と前記面取砥石とをそれぞれ回転させながら当接させて、前記加工対象物の面取加工を行う面取工程と、を有し、前記外径研削工程と、前記面取工程との少なくとも一部同士を同時に行うことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る加工方法は、前記面取工程は、前記外径研削工程において研削される研削量に応じて、面取加工における加工量を変化させることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る加工方法は、前記外径研削工程と前記面取工程とを同時に行う際に、前記外径研削砥石と前記面取砥石とを前記加工対象物の中心軸を挟んで略対向する位置に配置することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る加工方法は、前記面取砥石が前記ワーク軸に沿った方向に移動可能であり、前記面取砥石は、前記加工対象物にそれぞれ異なる所定の面取角度で当接する外側テーパ面と、内側テーパ面とを有し、前記面取工程は、前記外側テーパ面で前記加工対象物の先端側の面取加工を行う外側面取工程と、前記内側テーパ面で前記加工対象物の基端側の面取加工を行う内側面取工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る加工方法は、前記面取工程は、前記ワーク軸の中心軸と前記外径研削砥石軸の中心軸とがなす基準面と前記面取砥石軸の中心軸とが平行であり、かつ前記基準面と前記面取砥石軸の中心軸とが離間していることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る加工方法は、前記面取砥石が前記ワーク軸に沿った方向に移動可能であり、前記面取砥石は、前記加工対象物にそれぞれ異なる所定の面取角度で当接する外側テーパ面と内側テーパ面とを有し、前記面取工程は、前記面取砥石軸の中心軸に直交する面内において、前記外側テーパ面が前記加工対象物に対して鋭角に接触するように、前記基準面と前記面取砥石軸の中心軸とが離間している状態で、前記外側テーパ面で前記加工対象物の先端側の面取加工を行う外側面取工程と、前記面取砥石軸の中心軸に直交する面内において、前記内側テーパ面が前記加工対象物に対して鋭角に接触するように、前記基準面と前記面取砥石軸の中心軸とが離間している状態で、前記内側テーパ面で前記加工対象物の基端側の面取加工を行う内側面取工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る加工装置は、加工対象物に外径研削砥石を当接させて前記加工対象物の外径を研削するとともに、前記加工対象物に面取砥石を当接させて前記加工対象物の面取加工を行う加工装置であって、前記加工対象物を回転可能に保持するワーク軸と、前記ワーク軸の中心軸と平行な軸を中心に前記外径研削砥石を回転可能に保持する外径研削砥石軸と、前記面取砥石を回転可能に保持する面取砥石軸と、前記外径研削砥石による前記加工対象物に対する外径の研削と、前記面取砥石による前記加工対象物の面取加工との少なくとも一部同士を同時に行うよう制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る加工装置は、前記面取砥石軸は、前記面取砥石を前記ワーク軸に沿った方向に移動可能に保持し、前記面取砥石は、前記加工対象物にそれぞれ異なる所定の面取角度で当接する外側テーパ面と内側テーパ面とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る砥石は、加工対象物にそれぞれ異なる所定の面取角度で当接する外側テーパ面と内側テーパ面とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、短い加工時間で加工対象物の外径の研削と面取りとを行うことができる加工方法、加工装置、及び砥石を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る加工装置の構成を示す概略的な模式図である。図２は、図１に示す面取砥石の断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る加工装置を用いた加工方法を示すフローチャートである。図４は、外側面取工程の様子を表す図である。図５は、内側面取工程の様子を表す図である。図６は、面取工程における面取量を表す図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る加工方法、加工装置、及び砥石の実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。本発明は、加工対象物の外径の研削と面取りとを行う加工方法、加工装置、及び砥石一般に適用することができる。

また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る加工装置の構成を示す概略的な模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係る加工装置１００は、加工対象物としてのワーク１を保持するワーク保持部２と、ワーク保持部２を介してワーク１を回転可能に保持するワーク軸３と、ワーク軸３を駆動させるワークユニット駆動部４と、外径研削砥石５を回転可能に保持する外径研削砥石軸６と、外径研削砥石軸６を駆動する外径研削砥石ユニット駆動部７と、面取砥石８を回転可能に保持する面取砥石軸９と、面取砥石軸９を駆動する面取砥石ユニット駆動部１０と、加工装置１００全体を統括的に制御する制御部１１と、を備える。

加工装置１００は、制御部１１による制御のもと、ワーク１に外径研削砥石５を当接させてワーク１の外径を研削する外径研削工程と、ワーク１に面取砥石８を当接させてワーク１の面取加工を行う面取工程と、を並行して行う加工装置である。

ワーク１は、ガラス、サファイア等の結晶材料、セラミック等からなる。ワーク１は、例えば内視鏡用等の直径５ｍｍ以下の極めて小さいレンズに加工される。

ワーク保持部２には、ワックス又は接着剤でワーク１が貼りつけられている。

ワーク軸３には、ワックス又は接着剤でワーク保持部２が貼りつけられている。ワーク軸３は、ワークユニット駆動部４によってワーク軸３の中心軸である軸Ａ１を軸に回転する。ワーク軸３は、ワークユニット駆動部４にチャックにより固定されている。ワーク軸３は、ワーク１を軸Ａ１に沿った方向（図１の方向Ｚ１）と、軸Ａ１及び軸Ａ２に直交する方向（図１の方向Ｘ１）とに移動させる。

ワークユニット駆動部４は、例えばＤＤ（ＤｉｒｅｃｔＤｒｉｖｅ）モータ、スピンドルモータを含み、制御部１１による制御のもと、ワーク軸３を回転させる。また、ワークユニット駆動部４は、ＬＭ（ＬｉｎｅａｒＭｏｔｉｏｎ）ガイド（登録商標）、ステッピングモータ、サーボモータ等の直動モータを含み、制御部１１による制御のもと、ワーク軸３を、軸Ａ１に沿った方向と、軸Ａ１及び軸Ａ２に直交する方向とに移動させる。

外径研削砥石５は、金属又は合金の表面にダイヤモンドを電着した電着砥石、又はメタル砥石、レジン砥石等である。

外径研削砥石軸６は、外径研削砥石ユニット駆動部７によってワーク軸３の中心軸である軸Ａ１と平行な外径研削砥石軸６の中心軸である軸Ａ２を軸に回転する。外径研削砥石軸６は、外径研削砥石ユニット駆動部７にチャックにより固定されている。

外径研削砥石ユニット駆動部７は、例えばＤＤモータ、スピンドルモータを含み、制御部１１による制御のもと、外径研削砥石軸６を回転させる。なお、本実施の形態では、ワークユニット駆動部４がワーク１と外径研削砥石５との相対的な位置関係を変更し、外径研削砥石ユニット駆動部７は、ワーク１と外径研削砥石５との相対的な位置関係を変更しないが、外径研削砥石ユニット駆動部７がワーク１と外径研削砥石５との相対的な位置関係を変更し、ワークユニット駆動部４は、ワーク１と外径研削砥石５との相対的な位置関係を変更しない構成であってもよい。

面取砥石８は、金属又は合金の表面にダイヤモンドを電着した電着砥石、又はメタル砥石、レジン砥石等である。図２は、図１に示す面取砥石の断面図である。図２に示すように、面取砥石８は、ワーク１にそれぞれ異なる所定の面取角度で当接する外側テーパ面８ａと、内側テーパ面８ｂとを有する。外側テーパ面８ａのテーパ角θ１は、例えば４５度であるが特に限定されない。内側テーパ面８ｂのテーパ角θ２は、例えば４５度であるが特に限定されない。

面取砥石軸９は、面取砥石ユニット駆動部１０によって面取砥石軸９の中心軸である軸Ａ３を軸に回転する。面取砥石軸９は、面取砥石ユニット駆動部１０にチャックにより固定されている。面取砥石軸９は、面取砥石８を軸Ａ３に沿った方向（図１の方向Ｚ３）と、軸Ａ３に直交する面内方向（図１の方向Ｘ３及びＹ３）とに移動させる。

面取砥石ユニット駆動部１０は、例えばＤＤモータ、スピンドルモータを含み、制御部１１による制御のもと、面取砥石軸９を回転させる。また、面取砥石ユニット駆動部１０は、ＬＭガイド、ステッピングモータ、サーボモータ等の直動モータを含み、制御部１１による制御のもと、面取砥石軸９を、軸Ａ３に沿った方向と、軸Ａ３に直交する面内方向とに移動させる。

制御部１１は、例えばパーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータによって実現され、所定の制御プログラムをＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のハードウェアに読み込むことにより、加工装置１００の各部に対する制御を行う。具体的には、制御部１１は、ワークユニット駆動部４、外径研削砥石ユニット駆動部７、及び面取砥石ユニット駆動部１０を制御し、ワーク１、外径研削砥石５、及び面取砥石８の相対的な位置関係を制御する。

次に、加工装置１００を用いた加工方法を説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る加工装置を用いた加工方法を示すフローチャートである。図３に示すように、はじめに、ワーク１に対して心出し加工を行う（ステップＳ１）。この工程は、加工装置１００を用いてもよいが、別の装置を用いてもよい。

続いて、ステップＳ２として、ワーク軸３の中心軸である軸Ａ１と、外径研削砥石軸６の中心軸である軸Ａ２と、を平行にして、ワーク１と外径研削砥石５とをそれぞれ回転させながら当接させて、ワーク１の外径を研削する（外径研削工程）とともに、外側テーパ面８ａでワーク１の先端側の面取加工を行う（外側面取工程）。

図４は、外側面取工程の様子を表す図である。図４に示すように、軸Ａ３に直交する面内において、外側テーパ面８ａがワーク１に対して鋭角（図４の角度θ３）に接触するように、ワーク軸３の中心軸である軸Ａ１と外径研削砥石軸６の中心軸である軸Ａ２とがなす基準面Ｐと面取砥石軸９の中心軸である軸Ａ３とが図４の距離ｄ１だけ離間している状態で、外側テーパ面８ａによりワーク１の表面１ａ（先端側）の面取加工を行う。この状態では、外側テーパ面８ａは、表面１ａ側からワーク１に接し、側面１ｃ側に脱けるように、ワーク１を研削する。一般に砥石が脱ける方向にカケが発生しやすいため、この加工装置１００では、光学面（表面１ａ）にカケが発生することが防止されている。

その後、ステップＳ３として、外径研削工程を継続するとともに、内側テーパ面８ｂでワーク１の基端側の面取加工を行う（内側面取工程）。

図５は、内側面取工程の様子を表す図である。図５に示すように、軸Ａ３に直交する面内において、内側テーパ面８ｂがワーク１に対して鋭角（図５の角度θ４）に接触するように、基準面Ｐと面取砥石軸９の中心軸である軸Ａ３とが図５の距離ｄ２だけ離間している状態で、内側テーパ面８ｂによりワーク１の裏面１ｂ（基端側）の面取加工を行う。この状態では、内側テーパ面８ｂは、裏面１ｂ側からワーク１に接し、側面１ｃ側に脱けるように、ワーク１を研削する。従って、この加工装置１００では、光学面（裏面１ｂ）にカケが発生することが防止されている。

以上説明したように、実施の形態に係る加工方法によれば、外径研削工程と、外側面取工程及び内側面取工程を含む面取工程とを同時に行うことにより、外径研削工程と面取工程とを並行して行っている時間の分だけ、全体的な加工時間を短縮することができる。従って、実施の形態に係る加工方法によれば、ガラスを加工する場合だけでなく、サファイアのような硬い結晶材料を加工する場合であっても、短い加工時間で加工対象物の外径の研削と面取りとを行うことができる加工方法を実現することができる。

また、基準面Ｐと面取砥石軸９の中心軸である軸Ａ３とが平行であり、かつ基準面Ｐと面取砥石軸９の中心軸である軸Ａ３とが離間していることにより、光学面（表面１ａ及び裏面１ｂ）のカケが発生することが防止されている。

なお、外径研削工程と面取工程との少なくとも一部同士を同時に行えばよく、外径研削工程と面取工程とを並行して行っている時間の分だけ、全体的な加工時間を短縮することができる。

また、面取工程において、外径研削工程において研削される研削量に応じて、面取加工における加工量を変化させることが好ましい。図６は、面取工程における面取量を表す図である。図６に示すように、外径の研削が完了した状態で面取加工を行う場合には、面取加工の加工量は、図６の加工量Ｂ１でよい。しかしながら、実施の形態では、外径研削工程と面取工程とを並行して行うため、予め外径研削工程において研削される研削量Ｃの分だけ加工量を増やし、図６の加工量Ｂ２だけ加工を行う。その結果、外径研削工程と面取工程とを並行して行う場合であっても、面取加工の加工量が不足することを防止することができる。

また、実施の形態によれば、外径研削工程と面取工程とを同時に行う際に、外径研削砥石５と面取砥石８とをワーク１の中心軸である軸Ａ１を挟んで略対向する位置に配置する。その結果、外径研削工程と面取工程とを同時に行う際に、外径研削砥石５と面取砥石８とが干渉することが防止されている。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表し、かつ記述した特定の詳細及び代表的な実施の形態に限定されるものではない。従って、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ワーク
１ａ表面
１ｂ裏面
１ｃ側面
２ワーク保持部
３ワーク軸
４ワークユニット駆動部
５外径研削砥石
６外径研削砥石軸
７外径研削砥石ユニット駆動部
８面取砥石
８ａ外側テーパ面
８ｂ内側テーパ面
９面取砥石軸
１０面取砥石ユニット駆動部
１１制御部
１００加工装置

Claims

加工対象物を保持するワーク軸の中心軸と、外径研削砥石を保持する外径研削砥石軸の中心軸と、を平行にして、前記加工対象物と前記外径研削砥石とをそれぞれ回転させながら当接させて、前記加工対象物の外径を研削する外径研削工程と、
前記ワーク軸と、面取砥石を保持する面取砥石軸とによって、前記加工対象物と前記面取砥石とをそれぞれ回転させながら当接させて、前記加工対象物の面取加工を行う面取工程と、を有し、
前記外径研削工程と、前記面取工程との少なくとも一部同士を同時に行うことを特徴とする加工方法。
前記面取工程は、前記外径研削工程において研削される研削量に応じて、面取加工における加工量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記外径研削工程と前記面取工程とを同時に行う際に、前記外径研削砥石と前記面取砥石とを前記加工対象物の中心軸を挟んで略対向する位置に配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の加工方法。
前記面取砥石が前記ワーク軸に沿った方向に移動可能であり、
前記面取砥石は、前記加工対象物にそれぞれ異なる所定の面取角度で当接する外側テーパ面と、内側テーパ面とを有し、
前記面取工程は、
前記外側テーパ面で前記加工対象物の先端側の面取加工を行う外側面取工程と、
前記内側テーパ面で前記加工対象物の基端側の面取加工を行う内側面取工程と、
を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の加工方法。
前記面取工程は、前記ワーク軸の中心軸と前記外径研削砥石軸の中心軸とがなす基準面と前記面取砥石軸の中心軸とが平行であり、かつ前記基準面と前記面取砥石軸の中心軸とが離間していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の加工方法。
前記面取砥石が前記ワーク軸に沿った方向に移動可能であり、
前記面取砥石は、前記加工対象物にそれぞれ異なる所定の面取角度で当接する外側テーパ面と内側テーパ面とを有し、
前記面取工程は、
前記面取砥石軸の中心軸に直交する面内において、前記外側テーパ面が前記加工対象物に対して鋭角に接触するように、前記基準面と前記面取砥石軸の中心軸とが離間している状態で、前記外側テーパ面で前記加工対象物の先端側の面取加工を行う外側面取工程と、
前記面取砥石軸の中心軸に直交する面内において、前記内側テーパ面が前記加工対象物に対して鋭角に接触するように、前記基準面と前記面取砥石軸の中心軸とが離間している状態で、前記内側テーパ面で前記加工対象物の基端側の面取加工を行う内側面取工程と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の加工方法。
加工対象物に外径研削砥石を当接させて前記加工対象物の外径を研削するとともに、前記加工対象物に面取砥石を当接させて前記加工対象物の面取加工を行う加工装置であって、
前記加工対象物を回転可能に保持するワーク軸と、
前記ワーク軸の中心軸と平行な軸を中心に前記外径研削砥石を回転可能に保持する外径研削砥石軸と、
前記面取砥石を回転可能に保持する面取砥石軸と、
前記外径研削砥石による前記加工対象物に対する外径の研削と、前記面取砥石による前記加工対象物の面取加工との少なくとも一部同士を同時に行うよう制御する制御部と、
を備えることを特徴とする加工装置。
前記面取砥石軸は、前記面取砥石を前記ワーク軸に沿った方向に移動可能に保持し、
前記面取砥石は、前記加工対象物にそれぞれ異なる所定の面取角度で当接する外側テーパ面と内側テーパ面とを有することを特徴とする請求項７に記載の加工装置。
加工対象物にそれぞれ異なる所定の面取角度で当接する外側テーパ面と内側テーパ面とを備えることを特徴とする砥石。