JP3238850B2 - 表面加工方法 - Google Patents
表面加工方法Info
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- JP3238850B2 JP3238850B2 JP17039095A JP17039095A JP3238850B2 JP 3238850 B2 JP3238850 B2 JP 3238850B2 JP 17039095 A JP17039095 A JP 17039095A JP 17039095 A JP17039095 A JP 17039095A JP 3238850 B2 JP3238850 B2 JP 3238850B2
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- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トーリックレンズ等の
光学部品やその成形金型等の表面を高い面精度で鏡面状
態に加工することのできる表面加工方法に関するもので
ある。
光学部品やその成形金型等の表面を高い面精度で鏡面状
態に加工することのできる表面加工方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、レンズ等の光学部品やその成形金
型等の表面形状が軸対称であれば、球面、非球面形状を
問わず、図５に示すような２軸制御の精密加工機を用い
て高精度の鏡面状態に加工することができる。これは、
回転部１０１の主軸と一体である加工台１０２に被加工
物Ｐを保持させ、被加工物ＰをＺ軸のまわりに回転させ
ながら、これをＺ軸方向へ移動させる一方で、円弧状の
刃先１０３ａを有するダイヤモンドＲバイト１０３をＺ
軸に直交するＸ軸方向へ送ることで、Ｚ軸のまわりに軸
対称の曲面Ｐａを加工する。被加工物の加工面が軸対称
であれば、この方法で高い面精度の曲面に加工すること
ができる また、トーリックレンズやシリンドリカルレンズ等の軸
対称でない曲面を有するものは、図６に示すように、３
軸方向に位置制御されるＮＣ工作機械の主軸２０１に高
精度ボールエンドミル２０２を取り付けて、主軸２０１
を回転させながらその回転軸（Ｘ軸）に直交する所定の
軸方向（Ｚ軸方向）に送ることで被加工物Ｑの表面のＺ
軸方向の帯状部分Ｑａを切削し、次いで主軸２０１また
は被加工物ＱをＹ軸方向に所定のピッチだけずらせて同
様に次の帯状部分Ｑｂを切削する工程を繰り返えすこと
で、被加工物Ｑ全体の表面を所定の曲面形状に加工する
のが一般的である。
型等の表面形状が軸対称であれば、球面、非球面形状を
問わず、図５に示すような２軸制御の精密加工機を用い
て高精度の鏡面状態に加工することができる。これは、
回転部１０１の主軸と一体である加工台１０２に被加工
物Ｐを保持させ、被加工物ＰをＺ軸のまわりに回転させ
ながら、これをＺ軸方向へ移動させる一方で、円弧状の
刃先１０３ａを有するダイヤモンドＲバイト１０３をＺ
軸に直交するＸ軸方向へ送ることで、Ｚ軸のまわりに軸
対称の曲面Ｐａを加工する。被加工物の加工面が軸対称
であれば、この方法で高い面精度の曲面に加工すること
ができる また、トーリックレンズやシリンドリカルレンズ等の軸
対称でない曲面を有するものは、図６に示すように、３
軸方向に位置制御されるＮＣ工作機械の主軸２０１に高
精度ボールエンドミル２０２を取り付けて、主軸２０１
を回転させながらその回転軸（Ｘ軸）に直交する所定の
軸方向（Ｚ軸方向）に送ることで被加工物Ｑの表面のＺ
軸方向の帯状部分Ｑａを切削し、次いで主軸２０１また
は被加工物ＱをＹ軸方向に所定のピッチだけずらせて同
様に次の帯状部分Ｑｂを切削する工程を繰り返えすこと
で、被加工物Ｑ全体の表面を所定の曲面形状に加工する
のが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、トーリックレンズのように軸対称でな
い光学部品等を製作する場合に、高い面精度で均一な鏡
面状態の曲面を得るのが難しい。その理由は以下の通り
である。
の技術によれば、トーリックレンズのように軸対称でな
い光学部品等を製作する場合に、高い面精度で均一な鏡
面状態の曲面を得るのが難しい。その理由は以下の通り
である。
【０００４】３位置制御されるＮＣ工作機械の主軸にボ
ールエンドミルを取り付けてこれを回転させるものであ
るため、ボールエンドミルの刃先の周速が回転中心にお
いてゼロとなり、従ってこの部分の切削性がゼロであ
り、径方向外方に位置する部分ほど周速が大きくなって
切削性が増大する。このようにボールエンドミルの刃先
の当る位置によって切削性が大きく変化すると、被加工
物の表面を均一な鏡面状態に加工することはできない。
ールエンドミルを取り付けてこれを回転させるものであ
るため、ボールエンドミルの刃先の周速が回転中心にお
いてゼロとなり、従ってこの部分の切削性がゼロであ
り、径方向外方に位置する部分ほど周速が大きくなって
切削性が増大する。このようにボールエンドミルの刃先
の当る位置によって切削性が大きく変化すると、被加工
物の表面を均一な鏡面状態に加工することはできない。
【０００５】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであり、トーリックレンズのよう
に軸対称でない曲面形状を有する光学部品等でも、高い
面精度で均一な鏡面状態に加工できる表面加工方法を提
供することを目的とするものである。
に鑑みてなされたものであり、トーリックレンズのよう
に軸対称でない曲面形状を有する光学部品等でも、高い
面精度で均一な鏡面状態に加工できる表面加工方法を提
供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の表面加工方法は、被加工物を保持する保
持面に平行な旋回軸のまわりを旋回するバイトを前記保
持面に沿って第１の方向に送りかつ前記被加工物をその
表面形状に応じて前記バイトに向かって進退させること
によって前記被加工物の所定の帯状部分を切削したうえ
で、前記バイトを前記保持面に沿って前記第１の方向に
対して直交する第２の方向に送る工程を繰り返すことを
特徴とする。
めに、本発明の表面加工方法は、被加工物を保持する保
持面に平行な旋回軸のまわりを旋回するバイトを前記保
持面に沿って第１の方向に送りかつ前記被加工物をその
表面形状に応じて前記バイトに向かって進退させること
によって前記被加工物の所定の帯状部分を切削したうえ
で、前記バイトを前記保持面に沿って前記第１の方向に
対して直交する第２の方向に送る工程を繰り返すことを
特徴とする。
【０００７】バイトを送る第１の方向は、バイトの旋回
方向に対して直交する方向であるとよい。
方向に対して直交する方向であるとよい。
【０００８】バイトを第２の方向に送るピッチが、被加
工物の加工面の曲率または表面粗さの許容値に基づいて
制御されるとよい。
工物の加工面の曲率または表面粗さの許容値に基づいて
制御されるとよい。
【０００９】バイトが、形状誤差０．１μｍ以下の円弧
状の刃先を有する単結晶のダイヤモンドカッターである
とよい。
状の刃先を有する単結晶のダイヤモンドカッターである
とよい。
【００１０】バイトが、３位置制御の超精密ＮＣ工作機
械の主軸に取り付けられているとよい。
械の主軸に取り付けられているとよい。
【００１１】
【作用】保持面に平行な旋回軸のまわりを旋回するバイ
トは、旋回軸と同軸の円筒面に外向きに配設された刃先
によって保持面上の被加工物の表面を切削する。前記円
筒面の周速は一定であるからバイトの切削性は均一であ
り、ボールエンドミルを用いた場合のように刃先が当た
る位置によって切削性が不均一になるおそれはない。従
って、被加工物の帯状部分を高い面精度で鏡面状態に加
工できる。
トは、旋回軸と同軸の円筒面に外向きに配設された刃先
によって保持面上の被加工物の表面を切削する。前記円
筒面の周速は一定であるからバイトの切削性は均一であ
り、ボールエンドミルを用いた場合のように刃先が当た
る位置によって切削性が不均一になるおそれはない。従
って、被加工物の帯状部分を高い面精度で鏡面状態に加
工できる。
【００１２】バイトを被加工物に対して第２の方向へ送
って前記切削工程を繰り返えすことで、被加工物全体の
表面を高い面精度で鏡面状態に加工できる。
って前記切削工程を繰り返えすことで、被加工物全体の
表面を高い面精度で鏡面状態に加工できる。
【００１３】バイトを第１の方向に送りながら被加工物
をバイトに対して進退させれば、被加工物の帯状部分を
所定の起伏を有する曲面状に加工できる。この工程を繰
り返えすことで、被加工物の表面全体を均一な鏡面状態
の曲面形状に加工することができる。
をバイトに対して進退させれば、被加工物の帯状部分を
所定の起伏を有する曲面状に加工できる。この工程を繰
り返えすことで、被加工物の表面全体を均一な鏡面状態
の曲面形状に加工することができる。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１５】図１は一実施例による表面加工方法を説明
するもので、これは、レーザプリンタやレーザファクシ
ミリ等の画像形成装置の光学系に用いるトーリックレン
ズを製作する工程に適用される。
するもので、これは、レーザプリンタやレーザファクシ
ミリ等の画像形成装置の光学系に用いるトーリックレン
ズを製作する工程に適用される。
【００１６】図１の（ａ）に示すように、超精密ＮＣ工
作機械Ｍの保持面であるＸＹステージ１０の表面に被加
工物Ｗを保持させ、旋回軸であるＺ軸のまわりに回転す
るとともに第１の方向であるＺ軸方向に往復移動する主
軸１に、バイトである単結晶のダイヤモンドカッター２
を保持するバイトホルダ３を取り付ける。ＸＹステージ
１０は第２の方向であるＹ軸方向（水平方向）に往復移
動するＹステージ１１と、その上でＸ軸方向（垂直方
向）に往復移動するＸステージ１２を有し、Ｙステージ
１１のＹ軸方向の位置とＸステージ１２のＸ軸方向の位
置はそれぞれレーザ干渉計によってモニタされ、被加工
物Ｗを０．０１μｍの誤差の範囲で極めて高精度に位置
決めできる。
作機械Ｍの保持面であるＸＹステージ１０の表面に被加
工物Ｗを保持させ、旋回軸であるＺ軸のまわりに回転す
るとともに第１の方向であるＺ軸方向に往復移動する主
軸１に、バイトである単結晶のダイヤモンドカッター２
を保持するバイトホルダ３を取り付ける。ＸＹステージ
１０は第２の方向であるＹ軸方向（水平方向）に往復移
動するＹステージ１１と、その上でＸ軸方向（垂直方
向）に往復移動するＸステージ１２を有し、Ｙステージ
１１のＹ軸方向の位置とＸステージ１２のＸ軸方向の位
置はそれぞれレーザ干渉計によってモニタされ、被加工
物Ｗを０．０１μｍの誤差の範囲で極めて高精度に位置
決めできる。
【００１７】主軸１は静圧軸受によって支持され、例え
ば振れ量が０．０５μｍ以下の極めて高い回転精度で回
転し、また、主軸１のＺ軸方向の位置も、レーザ干渉計
によってモニタされ、前述と同様に高精度で制御され
る。
ば振れ量が０．０５μｍ以下の極めて高い回転精度で回
転し、また、主軸１のＺ軸方向の位置も、レーザ干渉計
によってモニタされ、前述と同様に高精度で制御され
る。
【００１８】ダイヤモンドカッター２の刃先の形状は、
例えば、半径５ｍｍで形状誤差である真円度が０．１μ
ｍの円弧状であり、旋回半径は２５ｍｍに設定されてい
る。
例えば、半径５ｍｍで形状誤差である真円度が０．１μ
ｍの円弧状であり、旋回半径は２５ｍｍに設定されてい
る。
【００１９】被加工物Ｗの表面は以下のように切削され
る。まず、Ｙステージ１１を所定のＹ位置に固定して主
軸１をＺ軸のまわりに回転させながら被加工物ＷをＺ軸
方向に横切って移動させ、同時に、所定のプログラムに
従ってＸステージ１２をＸ軸方向に移動させることで被
加工物Ｗをダイヤモンドカッター２に向かって進退さ
せ、被加工物Ｗの表面のＺ軸方向の帯状部分Ａ1 を切削
する。本実施例はトーリックレンズを加工するものであ
るから、帯状部分Ａ1 の切削面の傾斜は、Ｚ軸を含む垂
直面に沿った断面が図１の（ｂ）に示すようにＸステー
ジ１２の上下動によって形成された円弧状であり、ま
た、同図の（ｃ）に示すようにＹ軸を含む垂直面に沿っ
た断面はダイヤモンドカッター２の旋回によって微細な
幅の円弧状に切削され、極めて高い面精度を有する帯状
の鏡面となる。
る。まず、Ｙステージ１１を所定のＹ位置に固定して主
軸１をＺ軸のまわりに回転させながら被加工物ＷをＺ軸
方向に横切って移動させ、同時に、所定のプログラムに
従ってＸステージ１２をＸ軸方向に移動させることで被
加工物Ｗをダイヤモンドカッター２に向かって進退さ
せ、被加工物Ｗの表面のＺ軸方向の帯状部分Ａ1 を切削
する。本実施例はトーリックレンズを加工するものであ
るから、帯状部分Ａ1 の切削面の傾斜は、Ｚ軸を含む垂
直面に沿った断面が図１の（ｂ）に示すようにＸステー
ジ１２の上下動によって形成された円弧状であり、ま
た、同図の（ｃ）に示すようにＹ軸を含む垂直面に沿っ
た断面はダイヤモンドカッター２の旋回によって微細な
幅の円弧状に切削され、極めて高い面精度を有する帯状
の鏡面となる。
【００２０】次に、Ｙステージ１１をＹ軸方向に所定の
ピッチだけ移動させたうえで、帯状部分Ａ1 と同様の方
法でこれに隣接する帯状部分Ａ2 を切削する。この工程
を繰り返すことで被加工物ＷのＹ軸方向の全幅を所定の
曲面に加工することができる。
ピッチだけ移動させたうえで、帯状部分Ａ1 と同様の方
法でこれに隣接する帯状部分Ａ2 を切削する。この工程
を繰り返すことで被加工物ＷのＹ軸方向の全幅を所定の
曲面に加工することができる。
【００２１】図２に示すようにＹステージ１１のピッチ
△Ｙは被加工物Ｗの加工面のＹ軸方向の表面粗さが許容
値以下になるように設定しなければならない。そこで以
下のようにＹステージ１１のピッチ△Ｙを制御する。
△Ｙは被加工物Ｗの加工面のＹ軸方向の表面粗さが許容
値以下になるように設定しなければならない。そこで以
下のようにＹステージ１１のピッチ△Ｙを制御する。
【００２２】図３に示すように、ダイヤモンドカッター
２の旋回半径Ｒと被加工物Ｗの加工面の曲率ρと表面粗
さδの間には以下の関係が成立する。
２の旋回半径Ｒと被加工物Ｗの加工面の曲率ρと表面粗
さδの間には以下の関係が成立する。
【００２３】 δ＝△Ｙ2 （１／８Ｒ−１／８ρ）・・・（１） ρ＝（１＋ｆ1 2）3/2 ／ｆ2 ・・・（２） Ｒ＜ρ ・・・（３） ここで、ｆ1 、ｆ2 はそれぞれトーリックの母線形状Ｘ
＝ｆ（Ｙ）の１階、２階微分である。
＝ｆ（Ｙ）の１階、２階微分である。
【００２４】被加工物ＷのＹ軸方向の位置が変わるたび
に式（１）〜（３）に基づいてＹステージ１１のピッチ
を制御すれば、被加工物Ｗの加工面のＹ軸方向の表面粗
さを許容値以下に仕上げることができる。すなわち、被
加工物Ｗの加工面全体を高い面精度の鏡面に加工するこ
とができる。また、被加工物Ｗの加工面をその起伏に沿
って均一な幅の帯状部分に分割し、Ｙステージ１１を１
ピッチ送るごとに各帯状部分を間欠的に前進させるよう
に構成してもよい。この場合は、被加工物Ｗの加工面の
曲率に基づいてＹステージ１１の送りピッチを制御する
ことになる。
に式（１）〜（３）に基づいてＹステージ１１のピッチ
を制御すれば、被加工物Ｗの加工面のＹ軸方向の表面粗
さを許容値以下に仕上げることができる。すなわち、被
加工物Ｗの加工面全体を高い面精度の鏡面に加工するこ
とができる。また、被加工物Ｗの加工面をその起伏に沿
って均一な幅の帯状部分に分割し、Ｙステージ１１を１
ピッチ送るごとに各帯状部分を間欠的に前進させるよう
に構成してもよい。この場合は、被加工物Ｗの加工面の
曲率に基づいてＹステージ１１の送りピッチを制御する
ことになる。
【００２５】本実施例によれば、超精密ＮＣ工作機械の
水平方向の主軸にダイヤモンドカッターを取り付けてこ
れを旋回させることで曲面加工を行なうものであるた
め、加工面の各帯状部分の幅全体を均一な切削速度で切
削し高い面精度に均一に鏡面加工することができる。ボ
ールエンドミルを用いた従来例のように刃先の周速が径
方向に変化して面精度がバラつくおそれがないため、極
めて高い面精度を必要とする光学部品の製作に好適であ
る。
水平方向の主軸にダイヤモンドカッターを取り付けてこ
れを旋回させることで曲面加工を行なうものであるた
め、加工面の各帯状部分の幅全体を均一な切削速度で切
削し高い面精度に均一に鏡面加工することができる。ボ
ールエンドミルを用いた従来例のように刃先の周速が径
方向に変化して面精度がバラつくおそれがないため、極
めて高い面精度を必要とする光学部品の製作に好適であ
る。
【００２６】本実施例によるトーリックレンズの曲面加
工工程を図４のフローチャートに基づいて説明する。
工工程を図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００２７】まず、ステップＳ１でトーリックレンズの
曲面形状データを超精密ＮＣ工作機械に入力する。ステ
ップＳ２で式（１）〜（３）に基づいてＹステージのピ
ッチを算出し、ステップＳ３で工具の中心位置を設定
し、ステップＳ４で主軸の回転とＺ軸方向の移動とＸＹ
ステージの制御を行ない、被加工物の加工面を切削す
る。ステップＳ５で被加工物の加工面全体が加工済みで
あることを確認して加工サイクルを終了する。
曲面形状データを超精密ＮＣ工作機械に入力する。ステ
ップＳ２で式（１）〜（３）に基づいてＹステージのピ
ッチを算出し、ステップＳ３で工具の中心位置を設定
し、ステップＳ４で主軸の回転とＺ軸方向の移動とＸＹ
ステージの制御を行ない、被加工物の加工面を切削す
る。ステップＳ５で被加工物の加工面全体が加工済みで
あることを確認して加工サイクルを終了する。
【００２８】なお、本実施例においてはトーリックレン
ズの加工を行なうものであるため、加工面のＺ軸方向の
垂直面に沿ってとった断面が均一な曲率の円弧状である
が、加工中の被加工物のＸ軸方向の位置を制御すること
で、いかなる曲面でも切削できることは言うまでもな
い。
ズの加工を行なうものであるため、加工面のＺ軸方向の
垂直面に沿ってとった断面が均一な曲率の円弧状である
が、加工中の被加工物のＸ軸方向の位置を制御すること
で、いかなる曲面でも切削できることは言うまでもな
い。
【００２９】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。
で、次に記載するような効果を奏する。
【００３０】トーリックレンズのような軸対称でない曲
面形状を有する光学部品等でも、高い面精度で均一な鏡
面状態に加工できる。これによって、すぐれた光学特性
を有するトーリックレンズ等を製作できる。
面形状を有する光学部品等でも、高い面精度で均一な鏡
面状態に加工できる。これによって、すぐれた光学特性
を有するトーリックレンズ等を製作できる。
【図１】一実施例による曲面加工工程を説明する図であ
って、（ａ）は加工中の被加工物と切削装置を示す斜視
図、（ｂ）と（ｃ）は、それぞれ、加工中の被加工物と
ダイヤモンドカッターおよびバイトホルダを異なる断面
で示す模式部分断面図である。
って、（ａ）は加工中の被加工物と切削装置を示す斜視
図、（ｂ）と（ｃ）は、それぞれ、加工中の被加工物と
ダイヤモンドカッターおよびバイトホルダを異なる断面
で示す模式部分断面図である。
【図２】被加工物とＹ軸方向のピッチを説明する図であ
る。
る。
【図３】被加工物の加工面の表面粗さとＹ軸方向のピッ
チの関係を示すグラフである。
チの関係を示すグラフである。
【図４】本実施例による曲面加工工程を説明するフロー
チャートである。
チャートである。
【図５】一従来例を説明する模式断面図である。
【図６】別の従来例を説明する斜視図である。
１ 主軸 ２ ダイヤモンドカッター ３ バイトホルダ １０ ＸＹステージ １１ Ｙステージ １２ Ｘステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23B 1/00 B23C 3/34 B24B 13/00 G02B 3/06
Claims (5)
- 【請求項１】 被加工物を保持する保持面に平行な旋回
軸のまわりを旋回するバイトを前記保持面に沿って第１
の方向に送りかつ前記被加工物をその表面形状に応じて
前記バイトに向かって進退させることによって前記被加
工物の所定の帯状部分を切削したうえで、前記バイトを
前記保持面に沿って前記第１の方向に対して直交する第
２の方向に送る工程を繰り返すことを特徴とする表面加
工方法。 - 【請求項２】 バイトを送る第１の方向が、バイトの旋
回方向に対して直交する方向であることを特徴とする請
求項１記載の表面加工方法。 - 【請求項３】 バイトを第２の方向に送るピッチが、被
加工物の加工面の曲率または表面粗さの許容値に基づい
て制御されることを特徴とする請求項１または２記載の
表面加工方法。 - 【請求項４】 バイトが、形状誤差０．１μｍ以下の円
弧状の刃先を有する単結晶のダイヤモンドカッターであ
ることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載
の表面加工方法。 - 【請求項５】 バイトが、３軸位置制御の超精密ＮＣ工
作機械の主軸に取り付けられていることを特徴とする請
求項１ないし４いずれか１項記載の表面加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17039095A JP3238850B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 表面加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17039095A JP3238850B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 表面加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08336701A JPH08336701A (ja) | 1996-12-24 |
| JP3238850B2 true JP3238850B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=15904047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17039095A Expired - Fee Related JP3238850B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 表面加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3238850B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001018108A (ja) | 1999-07-05 | 2001-01-23 | Canon Inc | 回折光学格子素子形状の加工方法及び回折光学格子素子形状を成形する金型の加工方法 |
| US20100035524A1 (en) * | 2005-06-06 | 2010-02-11 | Nidec Sankyo Corporation | Method of producing optical element, and optical element |
| CN117124483B (zh) * | 2023-07-13 | 2024-03-08 | 同济大学 | 基于在线与离线检测的自由曲面棱镜高精度补偿加工方法 |
-
1995
- 1995-06-13 JP JP17039095A patent/JP3238850B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08336701A (ja) | 1996-12-24 |
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