JP4122120B2 - 球面創成方法及び球面創成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子などの被加工物（ワーク）に対し、球面を所望の曲率及び深さで精度良く創成加工する球面創成方法及び球面創成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８及び図９は、超音波などの振動を用いて球面を創成するため、本出願人が特願平１０−１４５４６３号として先に出願した球面創成装置であり、工具軸部１１２が上方に、ワーク軸部１１３が下方に配置されている。
【０００３】
工具軸部１１２には、超音波振動等の振動を付与する工具１０４が取り付けられるものであり、図示を省略した架台上部に取り付けたガイド１２１に沿って全体が上下方向に移動及び停止自在となっている。この工具軸部１１２はコントローラ１２０によって出力が制御される超音波振動子（図示せず）を内蔵した超音波発振器１０１と、超音波発振器１０１の下端に一体的に取り付けられた軸体１０２と、軸体１０２の下端部に固定されたホーン１０３とを備えている。ホーン１０３の下端には、工具保持部１０３ａが形成され、この工具保持部１０３ａに鋼球からなる球状の工具１０４が保持される。
【０００４】
ワーク軸部１１３は、被加工物であるレンズ１０５を接着などによって固定する載置台１０６と、載置台１０６を支持する加圧シリンダ１０７とを有している。加圧シリンダ１０７は図示省略した架台下部に取り付けられており、球状の工具１０４と被加工面であるレンズ１０５の上面１０５ａとが当接した状態の載置台１０６を上方に押圧して、工具軸部１１２方向へ荷重をかける加圧手段として作用する。載置台１０６の上面には、架台の一部に固定状態で支持されたダイヤルゲージ１０８の検出端子が当接しており、レンズ１０５への球面創成に伴う載置台１０６の上下方向の変位量を測定するようになっている。
【０００５】
以上に加えて、加工液を供給する加工液供給手段としてのディスペンサー１１０が設けられている。ディスペンサー１１０は工具１０４とレンズ１０５との界面に、砥粒１１１としてのダイヤモンドパウダーを水に分散させた加工液１０９を滴下して供給するものである。
【０００６】
このような装置では、ホーン１０３の下端部の工具保持部１０３ａに球状の工具１０４を保持した状態で、超音波発振器１０１をガイド１２１に沿って下降させ、工具１０４と載置台１０６に固定されたレンズ１０５の上面１０５ａとを当接させて工具軸部１１２の下降を停止する。この状態で、コントローラ１２０により超音波発振器１０１が超音波を出力する。この超音波振動により、図９に示すように球状の工具１０４は微視的に工具保持部１０３ａや、レンズ１０５の加工凹球面１０５ｂと離脱する瞬間を有する。この際に、工具１０４と加工凹球面１０５ｂとの間に、加工液１０９に含まれる砥粒１１１が介在する。
【０００７】
そして、超音波振動によって工具１０４は砥粒１１１をレンズ１０５の加工凹球面１０５ｂに叩き付けて加工を進行させる。加工が進行してレンズ１０５に凹球面１０５ｂが形成されるに従い、シリンダ１０７により所定の荷重を負荷されている載置台１０６は上方へ変位する。この変位量はダイヤルゲージ１０８により読み取られる。かかる変位量はレンズ１０５に創成される凹球面１０５ｂの深さと砥粒１１１の径の和に準じるので、目的の深さにまで加工が進行したことを読み取った時点で、超音波発振を停止して加工を終了する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような球面を創成加工する場合には、載置台に対するレンズ（ワーク）の固定や、加工終了後のレンズ（完成品）の取り出しおよび工具１０４の交換を行う必要があるが、この交換は手作業で行われている。このため、レンズ１０５の１個単位での交換の煩わしさ、鋼球の径が小さい（例えば直径が５ｍｍ以下）ことによる工具１０４の交換のしにくさが問題となっている。また、加工を終了する際にも、加工終了の操作タイミングにズレが生じやすいために、加工精度が安定しないという問題点も有している。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、取り扱いが困難な微小径の工具によるワーク加工においても、ワークや工具の交換を容易にし、しかも安定して精度の良い加工を行うことのできる球面創成方法及び球面創成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の球面創成方法は、球面を有する工具を超音波振動により振動させて工具の球面形状をワークに創成する球面創成方法において、工具供給手段の上面が開口されて前記工具保持部の下端側が挿入可能な径となって且つ底部がテーパ状となっている工具供給穴の穴軸中心に前記球面を有する工具の１つを位置決めした後、前記位置決めされた前記工具を、前記工具を保持する工具保持部に対して保持させるように前記工具供給手段を位置決めし、前記工具保持部と前記工具供給手段とを相対移動させて、工具保持部に工具供給手段内の工具を１個だけ保持させ、次いで、工具保持部と工具供給手段とを相対移動させて離すと共に、この工具供給手段を工具保持部に対して前記位置決め位置から退避させ、その後、工具保持部に保持された工具をワークに当接させ、この当接状態でワークに球面形状を創成することを特徴とする。
【００１３】
この発明では、工具を保持する工具保持部に対し工具供給手段を位置決めして、工具供給手段から工具を１個だけ工具保持部に保持させるため、球面創成に必要な工具の交換を容易に行うことができる。
【００１６】
請求項２の発明の球面創成装置は、前記工具を保持する工具保持部が一端に形成されており、この工具保持部に保持される工具にホーンを介して超音波振動を付与する超音波発振器と、前記工具保持部と対向して配置され、球面形状を創成するワークまたはワークを固定したヤトイを着脱自在に保持する載置台と、前記載置台の横に配置されたテーブルと、前記テーブル上に配備され、上面が開口されて前記工具保持部の下端側が挿入可能な径となって且つ底部がテーパ状となっている工具供給穴の穴軸中心に前記ワークに創成する球面形状に対応した工具の１つを位置決めして前記工具保持部に供給する工具供給手段と、を有し、前記テーブル上の前記工具供給手段が前記載置台と工具保持部との間に位置したときに、前記工具保持部と前記工具供給手段とを相対移動させて、工具保持部に工具供給手段内の工具を１個だけ保持させ、その後、この工具供給手段を工具保持部に対して前記位置決め位置から退避させることを特徴とする。
【００１７】
この発明では、工具供給手段が工具の１つを工具保持部に供給するため、球面創成に必要な工具の交換を容易に行うことができる。
【００１８】
前記テーブル上には、前記工具保持部の下端側を洗浄する洗浄液が充填された洗浄槽が、更に配備されていることを特徴とする。
【００１９】
前記テーブル上には、前記工具保持部の下端側を洗浄後の洗浄液を除去する乾燥槽が、更に配備されていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１〜図４は本発明の実施の形態１を示し、図１はその全体斜視図である。この実施の形態の球面創成装置は、上方に工具軸部４０が配置され、下方にワーク軸部４２が配置されて構成されている。
【００２１】
工具軸部４０側には、超音波発振器１３、その他の後述する部材を制御する制御装置としてのコントローラ７０と、不図示の架台上部に取り付けた昇降用モータ１０の駆動により回転するボールネジ１１と、このボールネジ１１と平行状態で架台上部に取り付けた直動ガイド１２とを備えている。超音波発振器１３はボールねじ１１及び直動ガイド１２に掛け渡されたブラケット１２ａに取り付けられており、コントローラ７０の制御によって上下方向に任意に移動可能となっている。超音波発振器１３は超音波振動子（図示省略）を内蔵しており、その超音波出力が下方に向けて行われる。
【００２２】
超音波発振器１３には、その下端部に一体に設けられて超音波増幅器となる軸体１４と、軸体１４の下端部に固定された磁性材料からなるホーン１５とが連結されている。ホーン１５の下端には、工具１８を保持するための工具保持部１７ａを形成した工具保持具１７がネジによって着脱自在に配設されている。この実施の形態において、工具保持部１７ａとして、鋼球からなる球状の工具１８の径（例えば、直径４．０ｍｍ）に相当する曲率半径（Ｒ）が２．０ｍｍの凹面が設けられている。
【００２３】
ホーン１５の外周には、その着磁を行うためのコイル１６が巻回されている。このコイル１６は超音波発振器１３を制御するコントローラ７０と接続されることにより、任意の電圧を通電可能に配線してある。なお、ホーン１５に対して工具保持具１７を着脱自在にしたのは、工具保持具１７の工具保持部１７ａが摩耗することによって曲率が変化した場合に、工具保持具１７を交換可能にするためである。従って、工具保持部１７ａの摩耗 が少ない場合には、交換する必要がなくなり、ホーン１５と工具保持部１７とを一体的に形成できるようになる。
【００２４】
ワーク軸部４２には、加圧機構としての加圧シリンダ２６が配置されており、この加圧シリンダ２６に載置台２７が支持されている。加圧シリンダ２６はコントローラ７０によって制御され、載置台２７を上下方向へ駆動する。この駆動力量は任意に設定可能である。加圧シリンダ２６の加圧源としては、油圧或いは空圧でも良い。また、加圧機構としては、加圧シリンダ２６以外の磁力、バネ、モータに連結したネジによる送りなどによる機構であっても良い。加圧シリンダ２６上部の載置台２７の上面には、レンズ２９を貼り付けたヤトイ２８の下軸部２８ａを保持自在にする投入部７１が形成されている。
【００２５】
図３及び図４に示すように、投入部７１は、載置台２７の中央部に形成された円形の保持穴７１ａと、保持穴７１ａの中心に向かう一対のガイド溝７１ｂとを備えている。一対のガイド溝７１ｂには、一対の挟持爪７３がそれぞれ摺動可能に挿入されている。挟持爪７３はその両側面及び下面がガイド溝７１ｂに沿って摺動する。また、一対のガイド溝７１ｂの基端部分には、挟持爪７３をロッド７４を介して進退動するための挟持用シリンダ７５がそれぞれ埋設されている。
【００２６】
一対の挟持爪７３はレンズ２９が貼り付けられたヤトイ２８を狭持するものである。ヤトイ２８は、下軸部２８ａと、大径のフランジ部２８ｂと、レンズの貼付部２８ｃとが同軸状に一体的に形成された形状となっている。この場合、ガイド溝７１ｂ内に摺動自在な挟持爪７３の上面は、載置台２７の上面から突出していないので、レンズ２９を貼り付けたヤトイ２８の下軸部２８ａを保持穴７１ａに挿入し、ヤトイ２８外周のフランジ部２８ｂで係止した後、挟持用シリンダ７５を駆動してヤトイ２８の下軸部２８ａの外周面を一対の挟持爪７３で挟持したときには、ヤトイ２８の中心軸線上に工具保持部１７ａの中心（すなわち工具１８の球心）が位置するようになっている。
【００２７】
なお、図３及び図４では、ガイド溝７１ｂあるいは保持穴７１ａ内に入り込む加工液の逃がし孔（図示省略）が形成されており、この逃がし孔を介して加工液が排出されるようになっている。また、挟持用シリンダ７５駆動用の供給源の配管は図示を省略してある。
【００２８】
載置台２７の上下移動量を測定するため、図１に示すように、載置台２７の下面に検出部を向け、図示しない架台上に固定された留め具２４に取り付けられた測定器としての電気マイクロメータ２５が設けられている。電気マイクロメータ２５は、接触式でも非接触式のどちらでもよい。
【００２９】
ワーク軸部４２の右横には、工具集配部４１が配置されている。工具集配部４１は、テーブル台２３の上部にテーブル２２が取り付けられることにより構成されている。テーブル台２３はテーブル２２を上下動するためのシリンダ及び回転するためのモータをそれぞれ内蔵している。テーブル２２はその一部（図では左側の略半分弱程度）を切り欠いた切り欠き部及び右側の略半分強程度からなる載置部とを有している。なお、切り欠き部のかわりに、ヤトイ２８の最大径となるフランジ部２８ｂが通過可能な穴が開けられていてもよい。
【００３０】
テーブル台２３の回転により、切り欠き部が載置台２７中心の保持穴７１ａ上方に位置したときには、ワーク軸部４２の載置台２７にヤトイ２８を搬送するとともに、このヤトイ２８を保持穴７１ａに対して位置決めして載置するようになっている。
【００３１】
テーブル２２の載置部には、工具保持部１７ａに球状の工具１８を供給するための工具供給部を構成する工具供給部材２１が５個配備してある。図２は工具供給部材２１の断面を示し、工具供給部材２１は横Ｌ字状となっている。工具供給部材２１の内部には、上面が開口されたスロープ２１ａが形成されており、このスロープ２１ａに複数の球状の工具１８が充填される。スロープ２１ａの底部には、球状の工具１８を１個だけ通過させる縦方向の落とし穴２１ｂが形成されている。落とし穴２１ｂの下部には、落とし穴２１ｂに対して交叉する方向の横穴２１ｃが連通状に形成されている。
【００３２】
横穴２１ｃは、落とし穴２１ｂから１個供給される工具１８を受け取るチャンバ５４と、供給された工具１８を送り出すための送り穴５６と、工具１８を送り出すためのロッド５３及びピストン５１を収納する空気供給穴５０とからなっている。空気供給穴５０は、工具供給部材２１の下部側面に形成した継手５０ａを介して圧縮空気供給源（図示せず）からの圧縮空気を供給及び排気する。空気供給穴５０内のピストン５１は、その外周面が空気供給穴５０の内周面と密に嵌合するとともに、バネ５２により片側（図では右側）に当て付けられている。ロッド５３はピストン５１に連設されており、その先端はチャンバ５４の位置で停止している。
【００３３】
チャンバ５４は、工具１８を１個だけ収容可能な大きさとなっている。従って、チャンバ５４には落とし穴２１ｂから工具１８が１個づつ落下する。送り穴５６は工具１８の径よりも大きな径となっており、この送り穴５６とチャンバ５４との間には、工具１８の径より若干小さい内径のゴムブッシュ５５が配置されている。さらに、送り穴５６の先端側には工具保持具１７の下端側が挿入可能な径となっている工具供給穴５７が、直動ガイド１２の延設方向と同じ上下方向に向けて開けられている。工具供給穴５７の底部は、テーパ状となっており、その穴軸中心に工具１８が納まって位置決めされる。
【００３４】
さらに、テーブル２２における載置部上の各工具供給部材２１の工具供給穴５７は、テーブル２２の回転により、その穴軸中心と工具保持具１７の軸線がほぼ同軸上に一致するように配設されている。このように複数の工具供給部材２１が配置される場合、各工具供給部材２１には、同じ径の工具１８が収容されてもよいし、それぞれ別の径の工具１８が収容されてもよい。
【００３５】
なお、工具供給部材２１としては、底部がテーパ状となっている工具供給穴５７のみが形成された構造であっても良い。この場合には、工具供給穴５７に対し上方から工具１８を投入し、この工具１８が工具保持具１７によって搬出された時点で再び次の工具１８を投入するようにしてもよい。
【００３６】
図１に示すように、テーブル２２の載置部上には、テーブル２２が回転した際に、工具保持具１７の下端側を洗浄する水等の洗浄液が充填されている洗浄槽１９及び洗浄後の工具保持具１７に付着した洗浄液を除去して乾燥するエアブロア手段を有する乾燥槽２０が配設されている。
【００３７】
工具集配部４１の反対側となるワーク軸部４２の左横には、加工液供給部４３が配置されている。加工液供給部４３は、加工液の攪拌ユニット３４及び攪拌された加工液をレンズに対して供給するディスペンサ３０を備えている。
【００３８】
攪拌ユニット３４上には加工液容器３２が載せられており、その容器３２内には、所定の粒径を有する砥粒を混入させた加工液とともに、加工液を攪拌するマグネットスターラ（図示せず）が入れられている。ディスペンサ３０は、コントローラ７０の制御によって、その内部に加工液３３を任意の量と速度で吸引及び吐出が可能となっている管状筒となっている。このディスペンサ３０は加工液容器３２内に挿入可能なようにピック＆プレース３１に取り付けられている。ピック＆プレース３１は、コントローラ７０によって制御されることにより、ディスペンサ３０先端を加工液容器３２とレンズ２９近傍間の任意の位置との間に移動させる。
【００３９】
ワーク軸部４２の手前側には、レンズ受け渡し部４４が配置されている。レンズ受け渡し部４４は、支軸３５ａが突出している筒状のアーム台３５を備えている。アーム台３５から突出する支軸３５ａは、アーム台３５の内部に備えたシリンダ及びモータ（いずれも図示せず）により、その上端に取り付けたアーム３６を上下動及び回転自在に支持する。アーム３６の先端には、有底筒状のヤトイ保持部材３７が固定されている。ヤトイ保持部材３７は、レンズを貼り付けたヤトイ２８のフランジ部２８ｂの上面に当接し、上方からヤトイ２８を吸引することによりヤトイ２８を保持する（吸引手段は図示せず）。
【００４０】
ヤトイ保持部材３７が支軸３５ａにより回転移動する円周軌跡上には、ヤトイ投入用穴がワーク軸部４２の載置台２７上に設けられている。この軌跡上の他の位置にはヤトイ投入用穴に対してレンズを貼り付けたヤトイを供給するレンズ搬送部４５が設けられている。
【００４１】
レンズ搬送部４５は、走行するコンベア３９を有しており、このコンベア３９により複数のパレット３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ……が間欠的に搬送される。各パレット３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ……には、ヤトイ２８の下軸部２８ａ（図４参照）と係合して位置決めするための位置決め穴（図示省略）が穿設されており、一個のレンズ２９を貼り付けたヤトイ２８が搭載可能になっている。なお、パレットには複数個の位置決め穴をコンベア３９の移動方向に設けても良い。コンベア３９は加工工程の前工程（例えば、ヤトイへのレンズの貼り付け工程）と加工工程の後工程（例えば、レンズの凹球面をさらに研磨する工程）を連結するものであり、コンベア３９上を搬送されるパレット３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ……は、コントローラ７０によってヤトイ保持部材３７によるヤトイの取り出しあるいは戻しのための受け渡し位置で停止できるように制御される。
【００４２】
次のこの実施の形態の作動を説明する。接着剤によりレンズ２９（光学ガラス製；直径４．０ｍｍ、厚さ２．２ｍｍ）を貼り付けて固定したヤトイ２８をパレット３８に載せる。コンベア３９上を搬送されたパレット３８は、ヤトイ保持部材３７によるヤトイ２８の受け渡し位置（供給位置）において、コンベア３９が停止することによって停止する。停止したパレット３８ｂは、その上に載せられているヤトイ２８に貼り付けられたレンズ２９の加工が終了するまで、その位置で停止する。なお、レンズ２９のヤトイ２８への固定は、貼り付けの他に、例えば複数の爪によりレンズ２９の外周を把持するチャッキングであっても良い。
【００４３】
ヤトイ保持部３７は、アーム台３５内の駆動手段（モータ及びシリンダ）の制御により、パレット３８ｂ上のヤトイ２８に対して回転し位置決めの後、下降してヤトイ２８のフランジ部２８ｂに当接し、吸引作用により吸着してヤトイ２８を保持する。その後、ヤトイ保持部材３７は支軸３５ａを介して上昇、回転、下降することにより、ヤトイ２８の下軸部２８ａを載置台２７の投入部７１における保持穴７１ａに投入する。この位置でヤトイ２８は、載置台２７に配置された一対の挟持爪７３により、その下軸部２８ａが挟持されて、載置台２７に保持される。その後、ヤトイ保持部材３７は、支軸３５ａを介して上昇及び回転を行って、ホーン１５やディスペンサ３０と干渉しない位置に戻る。
【００４４】
テーブル２２は回転することにより、その上に載せられた複数の工具供給部材２１のうち、必要な径を有する工具１８を収容した工具供給部材２１をホーン１５の工具保持具１７の下方に移動させ、その工具供給穴５７の位置決めを行う。次いで、工具供給部材２１の継手５０ａを介して空気供給穴５０に送られた空気圧によって、ピストン５１及びロッド５３がバネ５２を圧縮しながら、送り穴５６方向に押し出される。これによりロッド５３は、チャンバ５４内に落下している１個の工具１８をゴムブッシュ５５を弾性変形させるながら、チャンバ５４外から押し出す。押し出された工具１８は、送り穴５６を通って工具供給穴５７内に落下し、その穴軸中心に位置決めされる。
【００４５】
この後、空気供給穴５０に供給していた圧縮空気を排除することにより、バネ５２の戻り弾性力により、ロッド５３及びピストン５１が元の位置まで引き戻される。このロッド５３の後退により、新たな球状の工具１８がチャンバ５４内に落下し、次回の工具１８の供給のためのセットがなされる。
【００４６】
この状態で、テーブル台２３を介してテーブル２２が上昇することにより、工具供給穴５７内に工具保持具１７の先端が挿入される。そして、凹面となっている工具保持具１７先端の工具保持部１７ａと工具供給穴５７内の工具１８の球面とが接触した状態で、コントローラ７０によりコイル１６に電圧を印加する。これによりホーン１５及び工具保持具１７が磁化し、工具１８が工具保持部１７ａに磁力保持される。このように磁力で保持する場合には、工具１８である鋼球の径が変わった場合でも工具１８の保持が可能である。なお、工具１８の保持手段は磁力に限定されるものではなく、吸引や把持などでも良い。
【００４７】
工具１８が工具保持具１７に保持された時点で、テーブル２２は下降及び回転を行い、テーブル２２の一部を切り欠いた切り欠き部を工具１８とレンズ２９の間に位置させ、載置部を工具１８とその下方にあるレンズ２９との間から待避させる。
【００４８】
超音波発振器１３は、昇降用モータ１０とボールネジ１１により、ブラケット１２ａが直動ガイド１２を摺動することにより下降する。これに伴い工具１８は、工具保持具１７に保持されたまま下降を行い、レンズ２９に当てつく。レンズ２９に工具１８が当てついた後も、工具１８は加工量以上に下降し、加圧機構である加圧シリンダ２６を下方に押し込んだ後、停止する。これにより加圧シリンダ２６は下方に押し込まれた状態となり、そのときの加圧シリンダ２６の設定圧力により、工具１８とレンズ２９は接している状態となっている。
【００４９】
一方、加工液容器３２に入れられた加工液３３は、加工液の中に介在する砥粒が沈殿しないように、攪拌ユニット３４のマグネットスターラにより攪拌されている。攪拌方式は、マグネットスターラに限らず、攪拌棒を用いてもよく、超音波攪拌や加工液容器３２自体の揺動によって攪拌する等であってもよい。
【００５０】
ディスペンサ３０は、コントローラ７０により制御されるピック＆プレース３１により、先端の吸引吐出部が加工液容器３２内で攪拌されている加工液３３に浸けられる。この状態でディスペンサ３０は加工液３３を必要量吸引する。レンズの外径が５ｍｍ以下の小径部品の凹球面の加工のためには、吸引量は少量で十分である。
【００５１】
ディスペンサ３０内に加工液３３を吸引後、ピック＆プレース３１はディスペンサ３０を加工部位すなわち工具１８とレンズ２９との接触位置付近へと移送する。移送されたディスペンサ３０は、工具１８とレンズ２９との界面に加工液３３を適量（例えば１〜２滴）吐出する。吐出後、ディスペンサ３０は後退し、テーブル２２が回転しても当接しない位置で待機する。
【００５２】
コイル１６への電圧印加は、工具１８がレンズ２９と接触した時点から加工開始までの間に解除し、加圧シリンダ２６による設定圧力で、工具１８を工具保持具１７とレンズ２９との間に挟持する。この際、ホーン１５や工具保持具１７、更には工具１８に残留した磁化を、電気的に消磁しておくと、工具１８が工具保持部１７ａとレンズ２９との間で回動し易くなるため、なお好適である。
【００５３】
工具保持具１７における工具１８の保持力解除と、工具１８とレンズ２９接触部への加工液吐出が完了した時点で、超音波発振器１３の振動子を超音波振動させる。超音波発振器１３の振動は軸体１４及びホーン１５により効率的に増幅され、工具保持具１７を介して工具１８に伝搬される。工具１８は伝搬された振動によって工具保持具１７とレンズ２９との間を、数μｍ〜数十μｍの振幅で振動すると同時に、工具１８自体が回転を行う。この工具１８の振動及び回転によって工具１８とレンズ２９との間に定期的に隙間が生じる。そして、この隙間内には、吐出された加工液３３が介在する。
【００５４】
レンズ２９は、工具１８の振動により工具１８の径全体で叩きつけられることにより、工具１８の半径に加工液３３中の砥粒径を加えたＲ形状が、曲率半径となって凹球面が創成加工される。
【００５５】
レンズ２９への加工が進行していくと、上下方向の移動を停止している工具軸部４０に対して、加圧機構である加圧シリンダ２６により載置台２７が上昇する。測定器である電気マイクロメータ２５は、超音波発振開始直前からの載置台２７の上昇量をモニターしており、載置台２７の上昇量があらかじめ設定されたレンズ２９の球面形状の加工深さ（例えば０．８ｍｍ）に到達した時点でのモニター信号（検出信号）により、コントローラ７０は超音波発振器１３に対して超音波振動を停止する信号を出力し、超音波発振器１３の作動を停止する。超音波振動停止後、再びコントローラ７０の制御によりコイル１６に電圧が印加され、工具保持具１７は工具１８を磁力保持する。
【００５６】
次いで、超音波発振器１３はモータ１０の駆動により上昇し、これに伴い持ち上げられた工具１８の下方には、洗浄槽１９がテーブル２２の回転によって移動する。その後、テーブル台２３によってテーブル２２が上昇し、工具１８は工具保持具１７ごと洗浄槽１９内に挿入され、洗浄液に浸けられる。この状態でコントローラ７０はコイル１６への印加電圧を解除し、超音波発振器１３の発振により工具保持具１７へ超音波振動を伝搬することによって、工具保持具１７に付着した劣化加工液が洗浄される。また、印加電圧を解除した際、あるいは印加電圧を解除した後の超音波を発振した際のいずれかの時点で、工具保持具１７に保持されていた工具１８は、洗浄槽１９内に落下する。
【００５７】
洗浄工程終了後、落下した工具１８を収容した洗浄槽１９はテーブル台２３の下降により下降し、次にテーブル２２が回転して乾燥槽２０を工具保持具１７の下方に位置決めする。テーブル台２３の上昇により乾燥槽２０は上昇し、槽内に工具保持具１７を挿入する。この状態で乾燥槽２０に設置されたエアブロア手段により、工具保持具１７に付着した洗浄液を吹き飛ばす。このとき、工具保持具１７に超音波振動をかけながらエアブローを行うと、なお効果的である。エアブロー後、テーブル２２は下降し、回転することにより工具保持具１７とレンズ２９との間から載置部が待避して、その間に切り欠き部が位置し、レンズ２９位置へのヤトイ保持部３７の進入空間を確保する。
【００５８】
レンズ受け渡し部４４は、アーム３６の回転によりヤトイ保持部材３７を載置台２７上へと移動した後、アーム３６を下降させることにより、ヤトイ保持部材３７にレンズ２９をヤトイ２８ごと保持する。ヤトイ２８は、ヤトイ保持部材３７に吸引により保持された状態で、アーム台３５の駆動によって、レンズ搬送部４５のコンベア３９上に停止しているパレット３８ｂへと搬送される。
【００５９】
このようにして加工が完了したレンズ２９を載置したパレット３８ｂは、コンベア３９により次工程へと移送される。レンズ搬送部４５のレンズ受け渡し部４４の位置には、次に加工するレンズ２９を搭載したパレット３８ｃが搬送され、以後、同様にして次のレンズ２９の加工が進行する。
【００６０】
なお、この実施の形態では、レンズの加工に際し、工具１８とレンズ２９との間の界面に適量として１滴あるいは２滴を吐出したが、これに限らず、最初に１滴を吐出し、工具１８によるレンズ２９の加工中に追加の一滴を吐出するようにしても良い。この追加の一滴の時には、工具１８をレンズ２９から離すと共に、劣化途中の加工液を例えば不図示の１軸ロボットの先端に取り付けた布で拭くことにより除去し、その後に吐出するようにしてもよい。
【００６１】
このような実施の形態では、微小なため取り扱いが困難であったワークや工具、さらには加工液の攪拌作業や定量吐出を省力化できる。また、ワークの加工量によって超音波出力を停止する加工終了タイミングが自動判定されるため、停止精度に信頼性及び安定性が増し、精度良く加工を行うことができる。更には、レンズ搬送部により前後工程との接続が可能であり、レンズ加工の一貫した作業も自動化が可能となる。
【００６２】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２を示す。この実施の形態では、実施の形態１におけるレンズ搬送部４５の代わりに、搬送ユニット６７を用いるものである。
【００６３】
搬送ユニット６７は、パレット６０がパレット台６１に対して位置決め可能及び着脱可能となっている。パレット６０上には、実施の形態１と同様にレンズ２９を貼り付けたヤトイ２８を挿入して位置決めする保持穴（実施の形態１における位置決め穴）が複数（所定ピッチで１８個）形成されている。
【００６４】
パレット台６１はＹステージ６３上に設置されており、Ｙステージ６３内に配置された図示しない直動ガイドと、一端に配置されたモータ６２とにより、Ｙ方向での移動及び位置決めが自在となっている。Ｙステージ６３はＸステージ６４上に設置されており、Ｘステージ６４内に配置された図示しない直動ガイドと一端に配置されたモータ６５とにより、Ｘ方向での移動及び位置決めが自在となっている。なお、Ｘステージ６４とＹステージ６３の移動方向（Ｘ，Ｙ）は直交している。
【００６５】
さらに、パレット６０上に設けられているヤトイ２８挿入用の保持穴の全ては、Ｘステージ６４及びＹステージ６３の移動により、ヤトイ２８をヤトイ保持部３７へ受け渡すところのワーク交換位置６６へ移動し、且つ位置決め可能になっている。
【００６６】
この実施の形態では、まずレンズ２９を貼り付けたヤトイ２８の下軸部２８ａをパレット６０上の保持穴にセットして、複数のヤトイをパレット６０上に並べた後に、パレット６０ごとパレット台６１に載置する。パレット６０上の各ヤトイ２８は、Ｘステージ６４及びＹステージ６３により、あらかじめ決められた順序で、ワーク交換位置６６へ移送され位置決めされる。
【００６７】
ヤトイ保持部３７は、ワーク交換位置６６に位置したレンズ２９を、ヤトイ２８ごと保持し、図１の載置台２７へ搬送する。搬送されたレンズ２９は、実施の形態１と同様にして加工が施され、ヤトイ保持部材３７によりパレット６０上の同じ保持穴に再び戻される。このようにして、パレット６０上の各レンズ２９は、搬送ユニット６７のＸステージ６４およびＹステージ６３によってワーク交換位置６６へと順次送られる。パレット６０上の全てのレンズ２９の加工が終了すると、パレット６０は次のパレットに交換されるまでそのパレット台６１の位置で待機する。
【００６８】
この実施の形態では、実施の形態１と同様に作用するのに加えて、レンズがパレット６０を単位として供給されるため、装置を単体で設置することが可能となり、コンパクトで多種少量生産に適合させることができる。
【００６９】
この実施の形態の変形々態として、ヤトイ２８の保持穴だけをパレット６０に設けることなく、実施の形態１における工具集配部４１に設けられている洗浄槽１９，乾燥槽２０、工具供給部２１をもパレット６０に設けてもよく、あるいはパレット台６１上にパレット６０と合わせて構成してもよい。この場合には、パレット６０あるいはパレット台６１は、ヤトイ２８のみならず洗浄槽１９，乾燥槽２０，工具供給部２１のそれぞれを移動し位置決めする範囲が工具保持具１７下方にまで及ぶようにすることができる。従って、この場合には、レンズ載置部と、工具集配部を一体化することができるため、更にコンパクトな装置とすることができる。
【００７０】
（実施の形態３）
以上の実施の形態では、球面形状を創成するワーク（レンズ）をヤトイに貼り付けて搬送したが、この実施の形態では、ワークを直接に保持して搬送するものである。
【００７１】
この実施の形態では、図６及び図７に示すように、載置台２７の中心軸線に対してレンズ２９を嵌め込み且つレンズ２９の下面側を係止する形状の係止穴７８を穿設し、この係止穴７８内に投入されたレンズ２９の外周を一対の挟持爪７３で固定する。
【００７２】
レンズ２９を直接に搬送する場合には、ヤトイ保持部材３７の代わりに、ワーク保持部材７９として、図７に示すように下面に凹部７９ａを形成し、この凹部７９ａ内に円柱状の貼着剤８０を貼付する。そして、貼着剤８０にレンズ２９を貼着して搬送する。この場合には、パレット３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ…図１参照）に穴を２つ穿設し、一方の穴の底部には、ワーク保持部材７９の貼着剤８０よりも貼着力が強い貼着剤を貼り付けておくことにより加工済みのレンズを受け取るようにし、他方の穴に加工前のレンズ（素材）を収納することにより、各パレットからのレンズの搬出および各パレットへの加工済みのレンズの保管を良好に行うことができる。なお、他方の穴内には、ワーク保持部材７９の貼着剤８０よりも貼着力が弱い貼着剤を貼り付けてもよい。また、貼着力を利用するときには、穴に限ることなく、平面上に貼着剤を貼り付けて使用することが可能となる。
【００７３】
以上の実施の形態から、本発明は次の発明を包含している。
【００７４】
（１） 球面を有する工具を超音波振動により振動させて工具の球面形状をワークに創成する球面創成装置において、前記ワークへの球面創成深さを測定する測定器と、ホーン先端に前記工具を保持する工具保持手段と、ホーン先端へ工具を単体で供給する工具供給機構と、ホーン先端から工具を回収する工具回収機構と、前記工具保持手段の工具保持部を洗浄する洗浄機構と、ワークの加工部位へ加工液を供給する加工液供給機構と、加工の前工程から後工程へワークを搬送するワーク搬送機構と、ワーク搬送機構と前記加工部位との間でワークの受け渡しを行うワーク受け渡し機構と、を有することを特徴とする球面創成装置。
【００７５】
この発明では、小さな工具や小さなワークであっても、工具やワークの交換が容易となると共に、安定して精度の良い加工を行うことが可能となる。
【００７６】
（２） 上記（１）項記載の球面創成装置において、前記ワークを複数ストック可能なワークストック手段をさらに具備していることを特徴とする球面創成装置。
【００７７】
この発明では、ワークの交換のための機構を小型化することができる。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、工具を保持する工具保持部に対し工具供給手段を位置決めして、工具を１個だけ工具保持部に保持させるため、球面創成に必要な工具の交換を容易に行うことができる。
【００８１】
請求項２の発明によれば、工具供給手段が工具の１つを工具保持部に供給するため、球面創成に必要な工具の交換を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の全体を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１における工具供給部材の断面図である。
【図３】実施の形態１における載置台の部分平面図である。
【図４】実施の形態１における載置台の部分断面図である。
【図５】実施の形態２の搬送ユニットの斜視図である。
【図６】実施の形態３の部分平面図である。
【図７】実施の形態３の部分断面図である。
【図８】従来の球面創成装置の正面図である。
【図９】従来の球面創成装置の作用を説明する断面図である。
【符号の説明】
１３ 超音波発振器
１７ 工具保持具
１７ａ 工具保持部
１８ 工具
２７ 載置台
２８ ヤトイ
２９ レンズ

Claims (4)

1. 球面を有する工具を超音波振動により振動させて工具の球面形状をワークに創成する球面創成方法において、
   工具供給手段の上面が開口されて前記工具保持部の下端側が挿入可能な径となって且つ底部がテーパ状となっている工具供給穴の穴軸中心に前記球面を有する工具の１つを位置決めした後、前記位置決めされた前記工具を、前記工具を保持する工具保持部に対して保持させるように前記工具供給手段を位置決めし、
   前記工具保持部と前記工具供給手段とを相対移動させて、工具保持部に工具供給手段内の工具を１個だけ保持させ、
   次いで、工具保持部と工具供給手段とを相対移動させて離すと共に、この工具供給手段を工具保持部に対して前記位置決め位置から退避させ、
   その後、工具保持部に保持された工具をワークに当接させ、この当接状態でワークに球面形状を創成することを特徴とする球面創成方法。
2. 球面を有する工具を超音波振動により振動させて工具の球面形状をワークに創成する球面創成装置において、
   前記工具を保持する工具保持部が一端に形成されており、この工具保持部に保持される工具にホーンを介して超音波振動を付与する超音波発振器と、
   前記工具保持部と対向して配置され、球面形状を創成するワークまたはワークを固定したヤトイを着脱自在に保持する載置台と、
   前記載置台の横に配置されたテーブルと、
   前記テーブル上に配備され、上面が開口されて前記工具保持部の下端側が挿入可能な径となって且つ底部がテーパ状となっている工具供給穴の穴軸中心に前記ワークに創成する球面形状に対応した工具の１つを位置決めして前記工具保持部に供給する工具供給手段と、
   を有し、前記テーブル上の前記工具供給手段が前記載置台と工具保持部との間に位置したときに、前記工具保持部と前記工具供給手段とを相対移動させて、工具保持部に工具供給手段内の工具を１個だけ保持させ、その後、この工具供給手段を工具保持部に対して前記位置決め位置から退避させることを特徴とする球面創成装置。
3. 前記テーブル上には、前記工具保持部の下端側を洗浄する洗浄液が充填された洗浄槽が、更に配備されていることを特徴とする請求項２記載の球面創成装置。
4. 前記テーブル上には、前記工具保持部の下端側を洗浄後の洗浄液を除去する乾燥槽が、更に配備されていることを特徴とする請求項２記載の球面創成装置。

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