JP4136283B2 - 研磨装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ、ミラー、プリズムなどの光学素子の光学面、或いはこれらをプレス成形する金型の成形面等のワークの加工面を研磨加工する研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６３−２８５５２号公報には、ガラス、石英、セラミックス等の硬質脆性材料の非球面加工に対する研磨方法が記載されている。図７はこの公報に記載された研磨装置を示す。
【０００３】
図７において、基台７０上にワークテーブル７１が矢印Ｒ方向に回転可能に支持されており、ワークテーブル７１上にワーク７２が保持され、ワーク７２はワークテーブル７１と共に矢印Ｒ方向に回転する。ワーク７２の上方には、軸方向及び左右方向に移動可能なスピンドルケース７３が配置されている。スピンドルケース７３内には、モータ７４及びモータ７４に連結されて回転するスピンドル７５が配置されている。スピンドル７５はスピンドルケース７３からワーク７２方向に突出しており、スピンドル７５の先端部分にポリッシャ７６が取り付けられている。ポリッシャ７６はスピンドル７５と共にスピンドル軸７５ａを中心に矢印Ｓ方向に回転する。
【０００４】
このような研磨装置では、ワークテーブル７１とスピンドル７５をそれぞれの矢印方向に回転させ、ポリッシャ７６とワーク７２の所望の曲面形状に応じてスピンドルケース７３を移動させることにより、ワーク７２の加工面７２ａを研磨加工する。
【０００５】
さらに具体的には、周速がゼロ、若しくは周速が小さなワーク７２の回転軸付近では、ポリッシャ７６の回転軸をワーク７２の回転軸に対して傾斜させ、ポリッシャ７６の回転軸（スピンドル軸７５ａ）の中心からずれた部分をワーク７２に押し当てて研磨する。一方、周速が大きなワーク７２の外周部では、ポリッシャ７６の回転軸をワーク７２の法線方向に一致させ、ポリッシャ７６の中心部をワーク７２に押し当てて研磨する。
【０００６】
このようにすることにより、ワーク７２の各部の周速の変化に対して、押し当てるポリッシャ７６の周速が任意に変化するため、双方の相対速度をほぼ一定に維持又は任意に変化させることが可能となる。研磨量はポリッシャ７６及びワーク７２の相対速度に比例することが一般的に知られており、これにより、ワーク全体で均一な研磨量を得ることが可能となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した研磨では、ポリッシャ７６の回転球心がスピンドル軸７５ａ上にあるため、ポリッシャ７６がワーク７２に接触している部分では、ポリッシャ７６とワーク７２との相対速度が均一とはならないものである。
【０００８】
図８及び図９によって、このことを説明すると、図８に示すように、ワーク７２が矢印Ｒ方向に回転し、このワーク７２に対してポリッシャ７６が矢印Ｓ方向に回転しながら研磨を行う。同図のハッチングで示す部分がポリッシャ７６のワーク７２への接触面８０であり、図９はこの接触面８０を拡大して示している。
【０００９】
図９において、実線で示す矢印８１がワーク７２の周速であり、破線で示す矢印８２がポリッシャ７６の周速である。これらの相対速度は二重線で示す矢印８３であり、ワーク７２の周速８１及びポリッシャ７６の周速８２を合成した速度となっている。図９に示すように、ポリッシャ７６の接触面８０のそれぞれの部分では、相対速度８３の大きさが異なっており、均一な相対速度とはなっていない。このように、相対速度がばらついた状態では、研磨量を精密に制御することが困難であり、研磨を高精度化することに限界がある問題を有している。
【００１０】
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、ポリッシャ及びワークの相対速度を均一にすることができ、これにより、研磨量を精密に制御することが可能な研磨装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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の発明は、回転しているワークの加工面にポリッシャを押し付けて研磨を行う研磨装置において、前記ポリッシャは、外形がドーナツ形状に成形されており、前記ポリッシャの支持軸の方向と垂直な方向の軸で且つ前記ドーナツ形状の中心を回転中心軸とし、硬質のポリッシャ材と、前記回転中心軸の長さ方向に沿って、前記硬質ポリッシャ材の両方の外側に位置する軟質のポリッシャ材と、を備え、前記ポリッシャは、前記ポリッシャの径方向の外面を回転しているワークの加工面に押し付けつつワークの加工面上を移動することを特徴とする。
【００１２】
この発明では、外形がドーナツ形状に成形されたポリッシャを、前記ポリッシャの支持軸と垂直な方向の軸を回転中心軸として回転させるものであり、このポリッシャを回転しているワークに接触させることにより、ポリッシャの周速及びワークの周速から決定される相対速度がポリッシャのワークとの接触面において均一となる。従って、研磨量を精密に制御することができ、高精度に研磨することができる。
【００１３】
又、ワークの外周から中心にかけての周速の変化に対しては、ポリッシャの接触点を移動させることにより、ポリッシャ及びワークの相対速度を一定または任意に変化させることが可能となる。
【００１５】
この発明では、硬度の異なったポリッシャ材をワークの周速に合わせて使い分けることができる。これにより、ポリッシャとワークの相対速度を一定とすることができない場合でも、相対速度のばらつきを吸収することができ、均一な研磨量を確保することができる。
【００１７】
また、ワークが回転することにより、ワークの中心部分と外周部分とは周速が異なっている。この発明では、内側に位置した硬質のポリッシャ材によってワークの中心部分を研磨し、外側に位置した軟質のポリッシャ材によって外周部分を研磨することにより、周速が異なっていても、ワークの全体で均一な研磨量とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態により、具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の要素は同一の符号を付して対応させてある。
【００１９】
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１を示し、図１は実施の形態１の研磨装置の正面図である。
【００２０】
図１に示すように、基台１上にワークテーブル２が回転可能に支持されており、研磨加工されるワーク３はワークテーブル２に取り付けられてワークテーブル２と共に矢印Ａ方向に回転する。ワーク３の上方には、ポリッシャテーブル４が配置されている。ポリッシャテーブル４はその全体がＸＺ軸方向に移動可能となっていると共に、θ方向に傾斜可能となっている。
【００２１】
ポリッシャテーブル４からは、支持軸５が垂下している。支持軸５の先端部分は、二股状に分岐して先端が直角方向に屈曲した取付軸部５ａとなっている。ポリッシャ６はこの取付軸部５ａに回転可能に取り付けられている。支持軸５の上部は、ポリッシャテーブル４内に挿入されており、ポリッシャテーブル４内に設けられている加圧機構（図示省略）に連結されている。従って、ポリッシャ６は一定圧力で加圧された状態となる。
【００２２】
ポリッシャ６は全体が発泡ウレタン等の樹脂からなり、外形がドーナツ形状となるように成形されている。ドーナツ形状に成形されることにより、ポリッシャ６における径方向の外面は円弧状となっており、この円弧状の外面がワーク３の加工面３ａを研磨する加工作用面６ａとなっている。
【００２３】
上述した支持軸５の取付軸部５ａは、ポリッシャ６はドーナツ形状の中心に挿入されて、ポリッシャ６を回転可能に支持している。すなわち、ポリッシャ６は取付軸部５ａが挿入されたドーナツ形状の中心を回転中心軸１０として回転するものである。ここで、取付軸部５ａは支持軸５の先端部分で直交する方向に屈曲されており、この取付軸部５ａがポリッシャ６の回転中心となるため、ポリッシャ６は支持軸５とは垂直な軸周りで回転することとなる。即ち、回転中心軸１０は支持軸５と垂直になっている。図１において、矢印Ｂはポリッシャ６の回転方向を示している。なお、ポリッシャ６の回転は図示を省略したモータ等の回転源によって行うものである。
【００２４】
この実施の形態によってワーク３を研磨加工する場合には、ポリッシャ６外面の円弧状の加工作用面６ａをワーク３に一定の圧力で押し付け、ワーク３をワークテーブル２と共に矢印Ａ方向に回転させると共に、ポリッシャ６を矢印Ｂ方向に回転させることにより行う。そして、ポリッシャテーブル４をＸＺ軸方向に移動させ、ワーク３とポリッシャ６の接触面における両者の相対速度が一定となるように、ワーク３の半径位置とポリッシャ６の形状とを基に算出された角度θに傾斜させ、この状態でワーク３に対するポリッシャ６の接触点を加工作用点６ａの円弧断面上で移動させる。
【００２５】
図２及び図３は、ワーク３に対してポリッシャ６が移動しながら研磨する場合の周速を説明するものである。図２に示すように、ワーク３が矢印Ａ方向に回転すると共に、ワーク３に対してポリッシャ６が矢印Ｂ方向に回転している。ワーク３の周速１３及びポリッシャ６の周速１６は、それぞれの矢印の長さで示してあり、ワーク３の中心部から外周部に向かうのに従って大きくなっている。同図のハッチングで示す部分がポリッシャ６のワーク３への接触面１１であり、図３はこの接触面１１を拡大して示している。
【００２６】
図３において、実線で示す矢印１３がワーク３の周速であり、破線で示す矢印１６がポリッシャ６の周速である。これらの相対速度は二重線で示す矢印１２であり、ワーク３の周速１３及びポリッシャ６の周速１６を合成することにより決定される。ポリッシャ６の外形をドーナツ形状に成形し、ポリッシャ６を矢印Ｂ方向に回転させながら、円弧状の加工作用面６ａをワーク３に接触させることにより、相対速度１６が接触面１１の全体で同じ大きさとなる。
【００２７】
従って、接触面１１では、相対速度１６がばらつくことなく、均一となることができる。これにより、研磨量が均一となるように精密に制御することができ、ワーク３を高精度に研磨することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
図４〜図６は、本発明の実施の形態２を示す。この実施の形態においても、ポリッシャ２０が支持軸５の取付軸部５ａに回転可能に取り付けられる。ポリッシャ２０は外形がドーナツ形状となるように成形されており、支持軸５の取付軸部５ａの軸線を回転中心軸１０として矢印Ｂ方向に回転する。又、ポリッシャテーブル４はその全体がＸＺ軸方向に移動可能となっているが、実施の形態１とは異なりθ方向に傾斜はしない。
【００２９】
この実施の形態において、ポリッシャ２０は硬度が異なったポリッシャ材２１，２２が回転中心軸１０の長さ方向に沿って積層状に組み付けられることにより構成されている。このようなポリッシャ２０では、硬度の異なったポリッシャ材２１，２２をワーク３の周速に合わせて使い分けることにより、ポリッシャ２０とワーク３の相対速度を一定とすることができない場合でも、相対速度のばらつきを吸収することができ、均一な研磨量を確保することができる。
【００３０】
この実施の形態におけるポリッシャ２０は、回転中心軸１０の長さ方向の内側に位置しているポリッシャ材２１が硬質のポリッシャ材からなり、ポリッシャ材２１の両方の外側に位置しているポリッシャ材２２が軟質のポリッシャ材からなっている。内側の硬質のポリッシャ材２１としては、硬質の発泡ウレタンなどが使用され、外側の軟質のポリッシャ材２２としては、軟質の発泡ウレタンなどが使用される。
【００３１】
この実施の形態によって、ワーク３を研磨加工する場合には、実施の形態１と同様に、ワーク３をワークテーブル２と共に矢印Ａ方向に回転させると共に、ポリッシャ６を矢印Ｂ方向に回転させることにより行う。そして、ポリッシャテーブル４をＸＺ軸方向に移動させ、ワーク３とポリッシャ２０の接触面における両者の相対速度を任意に変化させ、この状態でワーク３に対するポリッシャの接触点を加工作用点の円弧断面上で移動させる。
【００３２】
このような研磨加工では、周速の小さい、すなわち、速度の遅いワーク３の中心部付近を加工する時は、内側の硬質ポリッシャ材２１によって加工し、周速の大きい、すなわち、速度の速いワーク３の外周部を加工する時は、外側の軟質ポリッシャ材２２によって加工を行う。
【００３３】
すなわち、図６に示すように、加工点３１では、硬質のポリッシャ材２１によって加工し、加工点３２，３３では、軟質のポリッシャ材２２によって加工を行うものである。これにより、周速が異なっていても、ワークの全体で均一な研磨量とすることができる。このため、例えば、大径のワーク３を加工する場合に、ポリッシャーの周速変化で相対速度が一定にできないときにも、ワーク外周部付近を軟質ポリッシャ材２２によっ加工することにより、ワーク全体で均一な研摩量とすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、ポリッシャの周速及びワークの周速から決定される相対速度をポリッシャのワークとの接触面において均一とすることができ、このため、研磨量を精密に制御することができ、高精度に研磨することができる。
【００３５】
また、本発明によれば、ポリッシャとワークの相対速度を一定とすることができない場合でも、相対速度のばらつきを吸収することができ、均一な研磨量を確保することができる。
【００３６】
さらに、本発明によれば、内側に位置した硬質のポリッシャ材によってワークの中心部分を研磨し、外側に位置した軟質のポリッシャ材によって外周部分を研磨することにより、周速が異なっていても、ワークの全体で均一な研磨量とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の正面図である。
【図２】ポリッシャによるワークの研磨の作動を示す平面図である。
【図３】図２の接触面における周速を示す拡大平面図である。
【図４】本発明の実施の形態２の正面図である。
【図５】実施の形態２のポリッシャ部分の拡大正面図である。
【図６】実施の形態２による研磨を示す拡大正面図である。
【図７】従来の研磨装置を示す正面図である。
【図８】従来の研磨装置による研磨の作動を示す平面図である。
【図９】図８の接触面における周速を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
３ ワーク
６ ２０ ポリッシャ
１０ 回転中心軸
２１ 硬質のポリッシャ材
２２ 軟質のポリッシャ材

Claims (1)

1. 回転しているワークの加工面にポリッシャを押し付けて研磨を行う研磨装置において、
   前記ポリッシャは、外形がドーナツ形状に成形されており、前記ポリッシャの支持軸の方向と垂直な方向の軸で且つ前記ドーナツ形状の中心を回転中心軸とし、硬質のポリッシャ材と、前記回転中心軸の長さ方向に沿って、前記硬質のポリッシャ材の両方の外側に位置する軟質のポリッシャ材と、を備え、
   前記ポリッシャは、前記ポリッシャの径方向の外面を回転しているワークの加工面に押し付けつつワークの加工面上を移動することを特徴とする研磨装置。

Images