JP4137843B2 - Ultrasonic processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、レンズ等の光学素子に対し、微小な凹球面を所望の深さに精度良く創成加工
する超音波加工装置に関するものである。
The present invention relates to an ultrasonic machining apparatus that accurately creates a minute concave spherical surface at a desired depth with respect to an optical element such as a lens.
従来より、レンズ等の光学素子の被加工物に対して微小な凹球面の創成加工を行う装置は、様々なものが知られている。例えば、超音波を利用して創成加工を行う超音波加工装置が知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
この種の超音波加工装置は、レンズ等の被加工物に凹球面を創成加工する球状の工具と、該球状の工具を転動自在に保持する凹み状の保持部を一端に有すると共に、該保持部内に保持された工具を超音波発信器からの超音波によって超音波振動させるホーンとを備えている。
ここで、図7及び図8に上記ホーン及び保持部の一例を示す。
図7に示すように、ホーン20の先端部には、凹型の球R形状に形成された保持部21が設けられており、該保持部21に球状の工具22が保持されている。また、球状の工具22は、レンズ23に隣接するように配されている。
また、図8に示すように、円錐形状に形成された保持部21も知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various apparatuses for creating a minute concave spherical surface on a workpiece of an optical element such as a lens are known. For example, an ultrasonic processing apparatus that performs generation processing using ultrasonic waves is known (see, for example,
This type of ultrasonic processing apparatus has a spherical tool for creating a concave spherical surface on a workpiece such as a lens, and a concave holding portion for holding the spherical tool in a freely rolling manner. And a horn for ultrasonically vibrating the tool held in the holding portion with ultrasonic waves from an ultrasonic transmitter.
Here, FIGS. 7 and 8 show an example of the horn and the holding portion.
As shown in FIG. 7, the tip of the
Moreover, as shown in FIG. 8, the holding |
このように構成された超音波加工装置により、レンズ23の表面に凹球面を加工する場合には、球状の工具22を転動させた状態で、超音波発信器によりホーン20を超音波振動させながら、球状の工具22とレンズ23とを当接させる。また、この際、当接部に加工液の供給を行う。これにより、レンズ23の表面に凹球面を加工することができる。
しかしながら、上記従来の方式では、ホーン20と球状の工具22との心ずれが発生し易く、球状の工具22を保持部21に装着したときの心出しの再現性が得られないものであった。また、超音波による加工を行った場合に、ホーン20と球状の工具22との同軸度が変化してしまうという問題がある。
つまり、図7及び図8に示すように、レンズ23と球状の工具22及びホーン20とは、軸心に対して同軸であることが重要である。ところが、加工により、レンズ23に凹球面が形成される際、保持部21も同様に、球面の工具22との接触面が凹球面状に加工されてしまう。これにより、図7(b)及び図8(b)に示すように、保持部21と球状の工具22の軸心のずれが生じてしまう。即ち、球状の工具22が転動自在に動くということは、言い換えると正確に保持されていないことになるので、上述したずれが生じてしまう。
However, in the above-described conventional method, the
That is, as shown in FIGS. 7 and 8, it is important that the
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、球状の工具を正確、且つ、高精度に保持することができると共に高精度に能率よく位置決めすることができる超音波加工装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to be able to hold a spherical tool accurately and with high accuracy and to position it with high accuracy and efficiency. It is to provide a sonication device.
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
請求項1に係る発明は、被加工物に凹球面を加工する球状の工具と、該球状の工具を転動自在に保持する凹状の保持部を一端に有すると共に、該保持部内に保持された球状の工具を超音波振動させるホーンと、該ホーンに保持された前記球状の工具に対向する位置に前記被加工物を固定する載置台と、前記球状の工具と前記被加工物とを所定の圧力で当接させる加圧手段と、該加圧手段による当接状態から、載置台と球状の工具との相対的な変位量を測定する測定手段と、砥粒が分散した加工液を、前記被加工物と前記球状の工具との界面に対して供給する加工液供給手段とを備え、前記ホーンは、その外形が前記球状の工具に向かって暫時細くなるテーパ状に形成され、前記保持部は、円筒状又は円錐状に凹んで形成されて内部に前記球状の工具を保持すると共に、該球状の工具を保持したときに球状の工具を位置決めさせるガイド穴が内部に設けられている超音波加工装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The invention according to
この発明に係る超音波加工装置においては、ホーンに転動自在に保持されている球状の工具と、載置台に固定されている被加工物とを加圧手段により所定の圧力(所定の荷重を作用させて)で当接させた状態で、球状の工具を転動させると共にホーンを超音波振動させる。この超音波振動は、ホーンを介して球状の工具に伝達する。球状の工具は、超音波振動しながら転動することで、球状の工具の偏摩擦を抑えた状態で被加工物に凹球面を加工(創成)することができる。そして、測定手段により、載置台と球状の工具との相対的な変位量を測定し、測定した変位量が所定の値に達するまで加工を行う。これにより、所望の深さの凹球面を加工することができる。
このように、球状の工具の偏摩擦を抑えた状態で加工を行えるので、形状精度が良く、安定した曲率の凹球面を加工することができる。特に、凹球面の加工中は、加工液供給手段により、被加工物と球状の工具との界面に加工液を供給するので、保持部内において球状の工具を良好に転動させることができる。
また、ホーンは、その外形が球状の工具に向かって暫時細くなる(先細り状)テーパ状に形成されているので、超音波振動を増幅した状態で球状の工具に伝達する。これにより、球状の工具は、効率の良い超音波振動を行うことができ、高精度に凹球面の加工を行える。
In the ultrasonic machining apparatus according to the present invention, a spherical tool held for rolling on a horn and a work piece fixed to a mounting table are subjected to a predetermined pressure (predetermined load) by a pressing means. In this state, the spherical tool is rolled and the horn is ultrasonically vibrated. This ultrasonic vibration is transmitted to the spherical tool through the horn. The spherical tool rolls while being ultrasonically vibrated, so that a concave spherical surface can be processed (created) in the workpiece while suppressing the partial friction of the spherical tool. Then, the relative displacement between the mounting table and the spherical tool is measured by the measuring means, and processing is performed until the measured displacement reaches a predetermined value. Thereby, the concave spherical surface of a desired depth can be processed.
As described above, since the processing can be performed in a state where the partial friction of the spherical tool is suppressed, it is possible to process a concave spherical surface with good shape accuracy and a stable curvature. In particular, during machining of the concave spherical surface, the machining fluid is supplied to the interface between the workpiece and the spherical tool by the machining fluid supply means, so that the spherical tool can be favorably rolled in the holding portion.
Further, the horn is formed in a taper shape whose outer shape becomes narrower (tapered) for a while toward the spherical tool, so that the ultrasonic vibration is transmitted to the spherical tool in an amplified state. Thereby, the spherical tool can perform efficient ultrasonic vibration and can process the concave spherical surface with high accuracy.
更に、保持部は、円筒状又は円錐状に凹んで形成されていると共に、内部に球状の工具を位置決めさせるガイド穴が設けられているので、球状の工具を容易、かつ、正確に保持することができ、ホーンの軸心と球状の工具の軸心とを一致させることができる。つまり、保持部には、ガイド穴が形成されているので、球状の工具は常にこのガイド穴に案内されて同一位置、即ち、ホーンの軸心と球状の工具の軸心とが一致する位置関係が維持される。このように、転動自在の球状の工具を正確に保持できるので、従来のような軸心のずれがなくなり、高精度に凹球面の加工を行うことができる。 Furthermore, since the holding portion is formed in a cylindrical or conical recess, and a guide hole for positioning the spherical tool is provided therein, the spherical tool can be easily and accurately held. The axis of the horn and the axis of the spherical tool can be matched. In other words, since the guide hole is formed in the holding portion, the spherical tool is always guided in this guide hole and is in the same position, that is, the positional relationship in which the axis of the horn coincides with the axis of the spherical tool. Is maintained. In this way, since the rollable spherical tool can be accurately held, there is no deviation of the axial center as in the prior art, and the concave spherical surface can be processed with high accuracy.
請求項2に係る発明は、請求項1記載の超音波加工装置において、前記ホーンは、その先端周縁部が前記球状の工具の半球以上を覆うように形成されている超音波加工装置を提供する。
The invention according to
この発明に係る超音波加工装置においては、ホーンの先端周縁部が、球状の工具の半球以上を覆っているので、球状の工具はより安定した状態で転動すると共に、軸心がずれ難い。従って、より高精度に凹球面の加工を行うことができる。 In the ultrasonic machining apparatus according to the present invention, the peripheral edge of the tip of the horn covers more than the hemisphere of the spherical tool, so that the spherical tool rolls in a more stable state and the axis is not easily displaced. Therefore, the concave spherical surface can be processed with higher accuracy.
本発明に係る超音波加工装置によれば、簡単な構造の装置と、高精度にも係わらず比較的安価で容易に入手できる工具とにより、微小な凹球面及びその深さを高精度に創成することができる。
更に、保持部は、円筒状又は円錐状に凹んで形成されていると共に、内部に球状の工具を位置決めさせるガイド穴が設けられているので、球状の工具を容易、かつ、正確に保持することができ、ホーンの軸心と球状の工具の軸心とを一致させることができる。よって、従来のような軸心のずれがなくなり、高精度に凹球面の加工を行うことができる。
According to the ultrasonic machining apparatus of the present invention, a minute concave spherical surface and its depth can be created with high accuracy by using a device having a simple structure and a tool that is relatively inexpensive and easily available despite high accuracy. can do.
Furthermore, since the holding portion is formed in a cylindrical or conical recess, and a guide hole for positioning the spherical tool is provided therein, the spherical tool can be easily and accurately held. The axis of the horn and the axis of the spherical tool can be matched. Therefore, there is no deviation of the axial center as in the conventional case, and the concave spherical surface can be processed with high accuracy.
以下、本発明に係る超音波加工装置の第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。
本実施形態の超音波加工装置1は、図1から図3に示すように、レンズ(被加工物)2の上面2aに凹球面2bを加工する球状の工具3と、該球状の工具3を転動自在に保持する凹状の保持部4を先端(一端)に有すると共に、該保持部4内に保持された球状の工具3を超音波振動させるホーン5と、該ホーン5に保持された球状の工具3に対向する位置にレンズ2を固定する載置台6と、球状の工具3とレンズ2とを所定の圧力で当接させるシリンダ(加圧手段)7と、該シリンダ7による当接状態から載置台6と球状の工具3との相対的な変位量を測定するマイクロメータ8(測定手段)と、砥粒Aが分散した加工液Bを、レンズ2と球状の工具3との界面に対して供給するディスペンサ(加工液供給手段)9とを備えている。
Hereinafter, a first embodiment of an ultrasonic machining apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
As shown in FIGS. 1 to 3, the
また、本実施形態の超音波加工装置1は、図1に示すように、加工を行う側の加工軸部10が上方に配置されていると共に、加工が施される側のワーク軸部11が下方に配置されている。
上記加工軸部10は、図示しない架台の上部に取りつけたガイド12に沿って上下方向に移動可能となっていると共に、この移動が定位置で固定されるようになっている。また、加工軸部10は、コントローラ13によって出力が制御された超音波発信器14と、該超音波発信器14の下端部に一体的に設けられた軸体15と、該軸体15の下端部に固定された上記ホーン5とを備えており、該ホーン5の下端部には上記球状の工具3が取り付けられている。
Further, as shown in FIG. 1, the
The
上記ワーク軸部11は、上記載置台6と、該載置台6を支持する上記シリンダ7とを有している。このシリンダ7は、球状の工具3とレンズ2とが当接した状態で載置台6を上方に押圧して、球状の工具3の方向へ荷重をかける加圧手段として作用するものである。これにより、球状の工具3とレンズ2とが、所定の圧力で当接される。
また、載置台6の上面6aには、上記マイクロメータ8が当接しており、レンズ2への球面加工に伴う載置台6の上下方向の変位量を測定するようになっている。このマイクロメータ8は、レンズ2への凹球面2bの加工(創成)に伴って、載置台6が変位する変位量を測定する測定手段となっている。なお、載置台6の変位量を測定するのに替えて、載置台6側を定位置に固定し、球状の工具3の上下方向の変位量を測定しても良い。つまり、載置台6とレンズ2との相対的変位量を測定できれば構わない。
また、球状の工具3とレンズ2との当接部に、砥粒A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Bを滴下して供給する上記ディスペンサ9が設けられている。このディスペンサ9は、加工液Bを供給する加工液供給手段として作用する。
The
The
Further, the
上記ホーン5は、その外形が球状の工具3に向かって暫時細くなる(先細り)テーパ状に形成されている。
ここで、ホーン5における球状の工具3の取り付け部分を図3に示す。図3に示すように、ホーン5の下端部には、円筒状に凹んで形成された上記保持部4が形成され、該保持部4内に球状の工具3が挿入されることにより、球状の工具3は転動自在な状態で保持されるようになっている。また、保持部4の内径は、球状の工具3を嵌合可能な大きさに設定されている。
更に、保持部4の内部には、球状の工具3を保持したときに該球状の工具3を位置決めさせるように保持部4の内径よりも小径な、断面が円形のガイド穴16が設けられている。このガイド穴16の軸心は、ホーン5の軸心Cに沿うように(同軸に)形成されている。また、球状の工具3は、保持部4内に保持されたときに、ガイド穴16によって案内され、即ち、ガイド穴16の端部の周縁によって案内され、ホーン5の軸心Cと球状の工具3の軸心とが一致する位置に位置決めされるようになっている。
また、ホーン5は、球状の工具3を保持したときに、その先端周辺部が球状の工具3の半球以上を覆うように形成されている。即ち、球状の工具3の半球以上は、保持部4に保持されるようになっている。
The
Here, the attachment part of the
Furthermore, a
Further, the
このように構成された超音波加工装置1を動作させ、レンズ2の上面2aに凹球面2bを加工(創成)する場合について説明する。
まず、加工軸部10のホーン5の下端に球状の工具3を保持させる。即ち、図3に示すように、球状の工具3をホーン5の下端の保持部4内に挿入して、転動自在に保持させる。この際、球状の工具4は、ガイド穴16によって案内され、該球状の工具4の軸心がホーン5の軸心Cと一致するように位置決めされていると共に、半球以上が保持されている。つまり、球状の工具3は、半球以下がホーンの下端から突出するようになっている。
そして、球状の工具3を保持した状態で、図1に示すように、ガイド12によって超音波発信器14、軸体15及びホーン5を下降させ、球状の工具3と載置台6に固定されたレンズ2の上面2aとを当接させ、この状態で加工軸部10を固定する。
The case where the
First, the
Then, while holding the
当接した後、シリンダ7によって載置台6を上方に向けて(球状の工具3側)に押圧して荷重を作用させ、球状の工具3とレンズ2とを所定の圧力で当接させる。なお、マイクロメータ8は、この当接状態を基準として変位を測定する。そして、図2に示すように、球状の工具3とレンズ2との当接部位に対して、ディスペンサ9により加工液Bを滴下する。
この状態で、超音波発信器14からコントローラ13によって、超音波出力を与えて加工が行われる。この超音波振動は、軸体15及びホーン5を介して球状の工具3に伝達する。これにより、球状の工具3は、微視的にホーン5やレンズ2と離脱する瞬間を有しながら転動する。このように、球状の工具3が超音波振動しながら転動するので、球状の工具3の偏摩擦を抑えた状態で、図2に示すように、レンズ2の上面2aに凹球面2bを加工することができる。
特に、加工中において、球状の工具3は、ホーン5に転動自在に保持されていると共に、水を媒体とした加工液Bが用いられているため、保持部4内で良好に転動することができる。また、ホーン5は、球状の工具3に向かって暫時細くなるテーパ状に形成されているので、超音波振動を増幅させた状態で球状の工具3に伝達することができる。従って、球状の工具3は、効率の良い超音波振動を行うことができ、高精度に凹球面2bの加工を行うことができる。
After the contact, the mounting table 6 is directed upward (on the
In this state, processing is performed by giving an ultrasonic output from the
In particular, during machining, the
上述した加工が進行してレンズ2に凹球面2bが加工(創成)されるに従い、シリンダ7により所定の荷重を負荷されている載置台6が上方に変位する。この変位量は、マイクロメータ8により読み取ることができる。かかる変位量は、レンズ2に創成される凹球面2bの深さと、砥粒Aの径の和に準じるので、目的の深さがマイクロメータ8で読み取れた時点で、超音波発振を停止して加工を終了する。これにより、所望の深さの凹球面2bを加工することができる。
As the processing described above proceeds and the concave
特に、上述した加工の際、保持部4には、ガイド穴16が形成されているので、球状の工具3は常にこのガイド穴16に案内されて同一位置、即ち、ホーン5の軸心Cと球状の工具3の軸心とが一致する位置関係が維持される。つまり、転動自在の球状の工具3を正確に保持できるので、従来のようにホーン5の軸心Cと球状の工具3の軸心とがずれることはない。よって、高精度に凹球面2bの加工を行うことができる。
更に、加工の際、保持部4は、球状の工具3との接触面が、例えば、凹球面状に加工されてしまうが、本実施形態においては、ガイド穴16が設けられているので、図4に示すように、保持部4内に加工による形状変化16aが生じたとしても、球状の工具3はガイド穴16に案内されて倣うので、ホーン5の軸心Cと球状の工具3の軸心とがずれることはない。(ホーン5の軸心Cと形状変化16aの軸心とが常に同軸状態である)
また、球状の工具3は、半球以上がホーン5の先端周縁部に覆われているので、がたつくことなく安定して転動すると共に、より軸心がずれ難い。このことからも高精度な凹球面2bの加工を行うことができる。
また、次のレンズ2を加工する場合も、球状の工具3はガイド穴16を有する円筒状の保持部4に保持されているため、球状の工具4の軸心とホーン5の軸心Cとがずれることはない。
In particular, since the
Further, in the processing, the holding
In addition, since the
Further, when processing the
上述したように、本実施形態の超音波加工装置1によれば、簡単な構造の装置と、高精度にも係わらず比較的安価で容易に入手できる工具とにより、微小な凹球面2b及びその深さを高精度に創成することができる。
また、球状の工具3の軸心とホーン5の軸心Cとが常に一定であるので、レンズ2の外形及び凹球面2bの同軸度を高精度に創成することができる。
As described above, according to the
Further, since the axial center of the
次に、本発明に係る超音波加工装置の第2実施形態を、図5及び図6を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、保持部4が円筒状に凹んで形成されていたのに対し、第2実施形態の保持部4は、図5及び図6に示すように、円錐状に凹んで形成されている点である。なお、本実施形態においては、球状の工具3は、半球以上がホーン5から突出するようになっている。
本実施形態も、第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、第1実施形態と同様に、球状の工具3の半球以上を覆うように、ホーン5の先端周縁部を形成しても構わない。
Next, a second embodiment of the ultrasonic machining apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, the holding
This embodiment can also exhibit the same effects as the first embodiment. As in the first embodiment, the tip peripheral edge of the
B 加工液
1 超音波加工装置
2 レンズ(被加工物)
2b 凹球面
3 球状の工具
4 保持部
5 ホーン
6 載置台
7 シリンダ(加圧手段)
8 マイクロメータ(測定手段)
9 ディスペンサ(加工液供給手段)
16 ガイド穴
2b Concave
8 micrometers (measuring means)
9 Dispenser (working fluid supply means)
16 Guide hole
Claims (2)
該球状の工具を転動自在に保持する凹状の保持部を一端に有すると共に、該保持部内に保持された球状の工具を超音波振動させるホーンと、
該ホーンに保持された前記球状の工具に対向する位置に前記被加工物を固定する載置台と、
前記球状の工具と前記被加工物とを所定の圧力で当接させる加圧手段と、
該加圧手段による当接状態から、載置台と球状の工具との相対的な変位量を測定する測定手段と、
砥粒が分散した加工液を、前記被加工物と前記球状の工具との界面に対して供給する加工液供給手段とを備え、
前記ホーンは、その外形が前記球状の工具に向かって暫時細くなるテーパ状に形成され、
前記保持部は、円筒状又は円錐状に凹んで形成されて内部に前記球状の工具を保持すると共に、該球状の工具を保持したときに球状の工具を位置決めさせるガイド穴が内部に設けられていることを特徴とする超音波加工装置。 A spherical tool for machining a concave spherical surface on the workpiece;
A horn that has a concave holding part that holds the spherical tool in a rollable manner at one end, and ultrasonically vibrates the spherical tool held in the holding part;
A mounting table for fixing the workpiece to a position facing the spherical tool held by the horn;
Pressurizing means for bringing the spherical tool and the workpiece into contact with each other at a predetermined pressure;
Measuring means for measuring a relative displacement amount between the mounting table and the spherical tool from a contact state by the pressing means;
A machining fluid supply means for supplying a machining fluid in which abrasive grains are dispersed to an interface between the workpiece and the spherical tool;
The horn is formed in a tapered shape whose outer shape becomes narrower for a while toward the spherical tool,
The holding portion is formed to be recessed in a cylindrical shape or a conical shape to hold the spherical tool therein, and a guide hole for positioning the spherical tool when the spherical tool is held is provided inside. An ultrasonic processing apparatus characterized by comprising:
前記ホーンは、その先端周縁部が前記球状の工具の半球以上を覆うように形成されていることを特徴とする超音波加工装置。
The ultrasonic processing apparatus according to claim 1,
The ultrasonic processing apparatus, wherein the horn is formed so that a peripheral edge portion of the horn covers a hemisphere or more of the spherical tool.
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