JP2677652B2

JP2677652B2 - 傾動制御可能なワーク取付台を有する加工機およびその傾動制御方法

Info

Publication number: JP2677652B2
Application number: JP1021982A
Authority: JP
Inventors: 誠一広江; 豊斉藤; 朋史金子; 高広中川
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1997-11-17
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JPH01316167A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はラップ盤を用いて遊離砥粒あるいは固定砥粒
により光学部品、電子部品等の被加工物に微小斜面ある
いは曲面を形成するための加工機に関する。

〔従来技術とその課題〕

微小角斜面あるいは曲面の従来の加工としては機械的
に研削等であらかじめ形状を形成し、その後形成した面
に倣い別の加工機で研磨する方法が行なわれている。し
かし、この方法では被加工物の斜面の傾斜角や曲面の曲
率半径の高精度な制御を行なうことは難しいという課題
がある。

以上の課題に鑑み本発明は、高い加工精度を維持しな
がらも加工面質の品質向上および均等な加工量が得られ
る加工機およびその傾動制御方法を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明においては、圧電素子
を用いた傾動制御手段を有する被加工物を固定したワー
ク取付台を、外周面を回転支持部に回転自由に支持され
た円盤状キャリアに収納し、研磨定盤の回転力で前記キ
ャリアを回転運動させ、かつワーク取付台に傾動運動を
与え遊離砥粒あるいは固定砥粒を用いて被加工物に微小
角傾斜面又は曲面を形成する。

また、傾動制御方法は、まず、被加工物の下面全体が
研磨定盤に接するように圧電素子に基準電圧を印加して
基準面を形成し、その後基準電圧±ｅの方形波状の電圧
を印加して被加工物に三角山形状を形成させて、そして
更に、基準電圧±ｅの範囲で連続変化する電圧を印加し
て曲面を形成させることを特徴とする。

〔作用〕

従来より研磨定盤上に被加工物を下面に固定した円盤
状キャリアを回転支持部で支持し、研磨定盤の回転力に
よりキャリアに回転運動を与え、被加工物に平面を形成
させうるということは一般に知られている。そこで、被
加工物にその平面を、圧電素子を用いた傾動制御手段に
より固定あるいは連続変化した傾きとして与え加工する
ことで所望の傾斜面又は曲面が形成できる。

〔実施例〕

以下本発明による実施例を図面により説明する。第１
図は本発明による加工機の一実施例を示す斜視図で要部
を表わしている。円盤状のキャリア２には第３図あるい
は第４図に示すような被加工物６が固定され、傾動制御
手段である圧電素子８を有するワーク取付台４が収納さ
れている。また、このキャリア２の下面にはモータの駆
動力等によって回転する研磨定盤10の面形状修正のため
のセラミック材等よりなる修正チップ12が複数接着等に
より固定されている。そして、キャリア２は研磨定盤10
の回転力によって回転運動することになる。

このとき、キャリア２は研磨定盤10上から外れないよ
うに２つのローラ13で支持されている。

ただし、安全のため３つ以上のローラで支持しても構
わない。また、空気軸受等の非接触型軸受でも良い。そ
して、研磨定盤10が、図に示す矢印の方向に回転する
と、キャリア２も同方向に回転する。さらに、研磨定盤
10上に遊離砥粒あるいは固定砥粒を用いることで被加工
物６は研磨加工される。このとき、被加工物６も回転す
るため相対的に加工方向は多方向になり面質は向上す
る。

また、本発明においてはワーク取付台４に傾動制御手
段である圧電素子８を備えているので、回転したとき増
巾器14との接続ケーブル16が切断しないように接続ケー
ブル16の途中に回転を伝えないロータリコネクタ18が設
けられている。このロータリコネクタ18の中心は、キャ
リア２の回転中心と合わせ、ケーブル16にねじれが発生
しないようにしている。また、リモコンにより操作可能
にするならば接続ケーブル16は不要になるのでロータリ
コネクタ18も必要ない。

第２図はキャリア２の説明図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。キャリア２には
ワーク取付台４を収納するための貫通する開口部2aが設
けられていてその周縁部にはさらにワーク取付台４を支
持する溝部2bが設けられている。

第３図および第４図は第２図（ｂ）に示すキャリア２
に収納されたワーク取付台４を示した側面図であり、第
３図はワーク取付台４の下面両端に被加工物６を固定し
たタイプ、第４図は一端に被加工物６を固定したタイプ
を示している。第３図に示すタイプのワーク取付台４は
以下に示す構成になっている。下端がワーク固定面であ
るワーク取付部材20が２個対向配置され、中間端部20a
に弾性部材である板ばね22がねじ止め等により固定する
ことで連結されている。

さらに、２個のワーク取付部材20の間には傾動制御手
段である圧電素子８が設けられていて、この圧電素子８
が印加電圧の変化により伸縮することで被加工物６の研
磨定盤10との接触部が変わる。被加工物６の曲面の曲率
半径は板ばね22と圧電素子８間との距離、あるいは圧電
素子８の伸縮量を決定する圧電素子８に印加する電圧で
調整することができる。また、ワーク取付台４とキャリ
ア２とのクリアランスが加工に悪影響を与えないように
支持ピン24に弾性材であるＯリング26を介して溝部2bで
支持しているが、影響がない場合はこのような弾性支持
する必要はない。一方、第４図に示すタイプのワーク取
付台４は板状のプレート30の一端に被加工物６を他端に
圧電素子８を設けている。そして、圧電素子８が印加電
圧の変化により伸縮することでプレート30と研磨定盤10
との傾きが変わり、それにともなって被加工物６と研磨
定盤10との接触部も変化していくので曲面が形成され
る。曲面の曲率半径は圧電素子８と被加工物６間の距
離、あるいはプレート30からの圧電素子８の突き出し量
を決定する圧電素子に印加する電圧で調整することがで
きる。また、ワーク取付台４とキャリア２とのクリアラ
ンスが加工に悪影響を与えないように第３図に示したタ
イプと同様に支持ピン32を図示しないＯリングを介して
溝部20で支持しているが、影響がない場合はこのような
弾性支持する必要はない。

なお、第３図および第４図ともに溝部2bは上下方向に
形成されているが、これは圧電素子８によりワーク取付
台４が傾動した際に上下方向への自由度を持たせるよう
にしたためである。また第３図および第４図とも支持ピ
ン24、32は最も適していると思われる方向に設けたが、
例えば本実施例で示した方向と直角な方向に設けても良
いし、あるいは支持ピン以外の別の方法でも構わない。

次に、第５図を基に他の実施例について説明する。基
本的な構造に関しては、先の実施例と同様であるが、本
実施例は、より確実な再現性が得られるようになされた
ものである。

ロータリコネクタ18の上部はコネクタ支持部40に固定
されており、一方、上部に係合している下部はアーム42
と結合しており、さらに、このアーム42の係合部42aは
キャリア２の上面に設けられた凸状部2dに接している。
キャリア２が回転すると、アーム42の係合部42aがキャ
リア２の凸状部2dに押される。よって、キャリア２が回
転すると、それにつれてアーム42も回転することにな
る。したがって、ケーブル16がねじれてワーク取付台４
に悪影響をおよぼすということを確実に除去できる。

ここで、アーム42の係合部42aとキャリア２の凸状部2
dとの接している状態を第６図により、詳しく説明す
る。（ａ）は正面図で、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図
である。係合部42aは、凸状部2dとの接触部近傍におい
て、平面、あるいは（ｃ）に示すような凹面が形成され
ている。よって、ロータリコネクタ18の中心とキャリア
２の回転中心とが多少ずれていても、キャリア２が
（ｂ）に示す矢印の方向に回転したとき、凸状部２は図
における上下方向に移動しながら係合部42aを押すこと
になるので、スムーズな運動が達成される。

また、本実施例では、第５図に示すとおり、撹拌器46
で撹拌され、排出器48で研磨定盤10上に排出する研磨液
が余分に排出されないように、排出器48と研磨定盤10と
の動作開始および停止を同期させている。このとき、研
磨定盤10上には、あらかじめある程度の研磨液を塗布し
ておくので、キャリア２が回転を始めたからといって回
転定盤10に損耗を与えるということはない。

次に、曲面加工の際の傾動制御方法について説明す
る。第５図において、44は、ワーク取付台４に設けられ
た圧電素子８を制御するコントローラである。このコン
トローラ44は、方形波、三角波、および正弦波状の電圧
を印加できる。そして、それぞれの周期、印加時間およ
び印加電圧が前面のパネルより設定できる。また、本実
施例におけるワーク取付台４は第３図に示したワーク取
付台４の変形例であり、被加工物を一方に１個、他方に
この１個と平行でかつ直線上になるように２個配置する
構成をとっている。これは、被加工物３個で定盤と接し
させることで安定した加工を得ようとしたものである。
実際の傾動制御方法を第７、８図により説明する。第７
図（ａ）に示されるとおり、本制御方法は以下のような
４つのステップから成り立っている。

第１ステップ（t₀〜t₁）；基準電圧E₁を印加する。

第２ステップ（t₁〜t₂）；基準電圧E₁より小さな電圧E₀
を印加する。

第３ステップ（t₂〜t₃）；基準電圧E₁より（E₁−E₀）だ
け大きな電圧E₂を印加する。

第４ステップ（t₃〜t₄）；最大電圧E₂、最小電圧E₀で三
角波状の電圧を印加する。

これらのステップを第８図により実際の加工動作に対
応させて説明する。

第１ステップ（第８図（ａ））；電圧E₁を印加すること
で、双方の被加工物６の下面全体を研磨定盤10に接しさ
せ、基準面を形成する。

第２ステップ（第８図（ｂ））;E₁より小さい電圧E₀を
印加して圧電素子８を第１ステップの状態より収縮さ
せ、被加工物６の内側と研磨定盤10が接するようにし、
内側に斜面を形成する。

第３ステップ（第８図（ｃ））;E₁より大きい電圧E₂を
印加して圧電素子８を第１ステップの状態より伸長さ
せ、被加工物６の外側と研磨定盤10が接するようにし、
外側に斜面を形成する。この状態で、被加工物６には三
角山形状が形成されることになる。

第４ステップ（第８図（ｄ））;E₀〜E₂の範囲で三角波
状の電圧を印加することにより、被加工物６の頂部から
徐々に加工されていき、時間t₄になったところで所望の
曲面が得られる。三角波状の電圧は時間に正比例の関係
で変化するので、被加工物６と研磨定盤10との接触時間
は、各接触点において等しくなる。よって、より曲率の
正確な曲面が得られ、また、曲面と平面との境界部も短
時間の加工によるので、だれることなく明確な境界を得
ることができる。

曲面の形状は各波形の振巾、周期および継続時間によ
って設定できる。

以上、基本的な方法を説明してきたが、前記ステップ
２とステップ３の関係は、第７図（ｂ）に示すように逆
でも良い。ただし、この場合、第４ステップにおける三
角波状の電圧の増減方向は逆になる。また、第２ステッ
プと第３ステップの関係は、第７図（ｃ）に示すように
連続した方形波状の電圧を印加しても良い。ただし、よ
り確実な面を形成するという点では、前記２つの例の方
が望ましい。また、曲面と平面との境界部を特に明確に
する必要がない等というときには、第７図（ｄ）に示す
ように、第４ステップでは正弦波状の電圧を印加しても
構わない。さらに、以上述べた第１〜第４ステップの動
作はコントローラ44によって連続した動作として行なう
ものであるが、各ステップ毎に設定して行なうことも可
能である。また、本制御方法は本実施例では、回転する
キャリア２に収納され、かつ圧電素子８を定盤と平行に
なるように設けたワーク取付台４についての説明であっ
たが、往復運動によって加工される装置に用いた場合で
も支障なく使用できるし、第４図に示したような圧電素
子８を定盤に対してほぼ直角になるように設けた場合に
も使用できる。

〔発明の効果〕

本発明による加工機は、傾動制御手段として圧電素子
を用いているため、再現性のある微小加工が可能となり
高精度で加工ができる。さらに、被加工物は回転しなが
ら加工されるので、被加工物に対する研磨定盤の加工方
向は多方向になり均等に加工でき面質も向上する。ま
た、ワーク取付台とキャリアとは弾性体を介して係合さ
せているので、ワーク取付台とキャリアとのクリアラン
スが加工に悪影響を与えるということはない。さらに、
圧電素子とコントローラとをロータリコネクタを介して
ケーブルで接続しているが、ロータリコネクタと圧電素
子との間でのケーブルのねじれ防止を確実なものにした
ので、ケーブルのねじれが加工に悪影響をおよぼすとい
うこともない。また、被加工物は三角山形状を形成して
から曲面を形成するようにしたので、効率良く加工で
き、さらに三角波状の電圧を印加することにより、より
良い曲面を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示す加工機の要部斜視
図、第２図はキャリアを示す図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図、第３図および第４図はワーク取付台の
一実施例を示す側面図、第５図は本発明による他の実施
例を示す加工機の要部斜視図、第６図はアーム係合部と
キャリア凸状部の係合状態を示す説明図で、（ａ）は正
面図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ断面図、第７図は傾動
制御方法の説明図で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）
はそれぞれ異なる実施例における電圧波形の説明図、第
８図（ａ）〜（ｄ）は第７図（ａ）の傾動制御方法にお
ける被加工物の動作説明図である。２……キャリア、４……ワーク取付台、６……被加工物、８……圧電素子、 10……研磨定盤、 18……ロータリコネクタ、 40……コネクタ支持部、 42……アーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−169263（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−92549（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】モータ等の回転動力源により回転する研磨
定盤と、この研磨定盤の回転力によって回転する貫通し
た開口部を有する円盤状のキャリアと、このキャリアの
外周面を回転自在に支持する支持部と、前記キャリアの
開口部に収納され下面に被加工物を固定し、圧電素子を
備えた傾動制御手段を有するワーク取付台とから構成さ
れることを特徴とする傾動制御可能なワーク取付台を有
する加工機。
【請求項２】ワーク取付台は弾性体を介してキャリアに
係合されていることを特徴とする請求項１記載の傾動制
御可能なワーク取付台を有する加工機。
【請求項３】圧電素子を制御するコントローラと、前記
圧電素子とコントローラとを上部と下部とが回転可能に
係合されているロータリコネクタを介して接続するケー
ブルと、前記ロータリコネクタの上部の中心がキャリア
の回転中心とほぼ一致するように前記ロータリコネクタ
を固定するコネクタ支持部と、水平に位置し一端は前記
ロータリコネクタの下部と結合し、他端はキャリア上に
設けられた凸部と係合する係合部を有するアームとを有
しており、前記キャリアが回転することにより、前記キ
ャリア上に設けられた凸部によって前記アームの係合部
が押され、前記アームが回転することで前記ロータリコ
ネクタの下部が回転することを特徴とする請求項１又は
２記載の傾動制御可能なワーク取付台を有する加工機。
【請求項４】圧電素子を備えた傾動制御手段における圧
電素子の制御方法であって、基準電圧（E₁）を印加する
ステップと、基準電圧（E₁）より小さな電圧（E₀）を印
加するステップと、基準電圧（E₁）より（E₁−E₀）だけ
大きな電圧（E₂）を印加するステップと、これらの電圧
を印加した後に、電圧（E₀）から電圧（E₂）の範囲内で
連続変化する電圧を印加するステップとを有することを
特徴とした傾動制御可能なワーク取付台を有する加工機
の傾動制御方法。
【請求項５】連続変化する印加電圧は三角波状になって
いることを特徴とする請求項４記載の傾動制御可能なワ
ーク取付台を有する加工機の傾動制御方法。