JP4136283B2 - 研磨装置 - Google Patents

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【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。
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