JP4342391B2 - 研削加工物の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、研削加工物の形成方法に関する。

従来、光学素子プレス成形用の成形型として、加熱軟化された光学素子形成用の素材に押し当てることで、その表面形状をこの素材の表面に反転転写する成形型がある。この成形型の一例として、図８に示すような、中央部に凸曲面状に形成されている光学面形成部１と、この光学面形成部１から径方向外向きに広がって、かつ、軸心に対して垂直に形成されている平面状の外方面形成部２とを有する軸対称な光学素子プレス成形用の成形型３が知られている。この成形型３を研削加工により形成する方法として、例えば、図９および図１０に示すようなものがある。

図９に示す形成方法は、図９（ａ）に示すように、被加工物４を、回転軸５を中心に回転させ、研削砥石６を、その回転軸心６ｃと被加工物４における研削砥石６との接触点での径方向とが垂直になるように配置し、図外の研削砥石送り手段により、図９（ｂ）に示すように、研削砥石６を軌跡９に沿って被加工物４の径方向外側から回転軸５にかけて送ることで、光学面形成部１および外方面形成部２を有する成形型３を形成している。なお、図中の６ａは、研削砥石６の周縁部分、７は、研削砥石６の回転方向、８は、被加工物４の回転方向を示している。

また、図１０に示す形成方法は、図１０（ａ）に示すように、研削砥石６を、その回転軸心６ｃと被加工物４における研削砥石６との接触点での径方向とが平行になるように配置し、図外の研削砥石送り手段により、図１０（ｂ）に示すように、研削砥石６を軌跡９に沿って被加工物４の径方向外側から回転軸５にかけて送ることで、光学面形成部１および外方面形成部２を有する成形型３を形成している。

なお、中央部に凹部を有する加工物を研削加工により形成する方法としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
特開平８−２２９７９２号公報

しかしながら、図９に示したような、研削砥石６の回転軸心６ｃと被加工物４の径方向とが垂直になるような研削加工方法（以下、クロス研削と記す）の場合、図１１に示すように、光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分には、図中の斜線部に示すように、研削砥石６の径により決定されるとともに、その径の研削砥石６では研削できない未加工領域１０が形成される。

その結果、図１２に示すように、この未加工領域１０が、光学面形成部１の有効径１１の範囲内に含まれてしまうことがあり、未加工領域１０が含まれない部分を得るためには、図示のように、光学面形成部１の半径をαだけ縮めるなどの処置を取らねばならず、結果として、所望の有効径１１の光学面形成部１を確保することが困難になるという問題が生じる。

これに対し、図１３に示すように、未加工領域１０を含まない所望の有効径１１を確保するため、光学面形成部１が径方向外側に大きくなるように、研削砥石６を、図中の仮想線にて示すように成形型３の径方向外側に、かつ、外方面形成部２の厚みが薄くなる方向にずらすこともできるが、この場合、未加工領域１０が成形型３の径方向外側にずれることになり、外方面形成部２の面積が小さくなり、場合によっては、平面状の外方面形成部２が無くなってしまうおそれがある。また、この場合、光学面形成部１が径方向外側に大きくなるようにするので、この成形型３で成形される光学素子の体積が所望の体積よりも大きくなってしまうという問題がある。このように、クロス研削は、研削砥石６の大きさの都合上大きくなってしまう未加工領域１０の処理に関しての問題がある。

一方、図１０に示したような、研削砥石６の回転軸心６ｃと被加工物４の径方向とが平行になるような研削加工方法（以下、パラレル研削と記す）の場合、図１４に示すように、光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分における未加工領域１０の大きさはクロス研削の場合とは異なり研削砥石６の径に依存せず、研削砥石６の周縁部分６ａの丸みの形状に依存するので、未加工領域１０の大きさをクロス研削の場合に比べて極めて小さくすることができる。

しかしながら、パラレル研削の場合、研削砥石６の周縁部分６ａの丸みの形状が被加工物４の表面に転写されるため、光学面形成部１を高精度に加工するためには、研削砥石６の周縁部分６ａ、特に図中において太線にて表している部分である研削面６ｂを、何らかのツルーイング方法により高い精度に保つ必要がある。

また、パラレル研削の場合、未加工領域１０をより小さくするには、研削砥石６の周縁部分６ａにおける研削面６ｂの丸みをより小さくすると良く、このようにすると、高い精度の研削加工を施すことができるが、その分、研削加工が細かくなるので、研削砥石６の送り速度を図９に示したクロス研削の場合の送り速度よりも遅くする必要が生じ、クロス研削の場合と比べて加工時間が長くなり、効率が悪くなってしまうという問題がある。このように、パラレル研削は、未加工領域１０をクロス研削の場合よりも小さくできるが、その分、加工に要する時間が長くなってしまうという問題がある。

そこで本発明は、凸状面部と平面部との接続部分に生じる未加工領域の大きさを小さくしつつ、かつ、短時間で研削加工を施すことができる研削加工物の形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、平面部と前記平面部の中央部に凸状面部とを有する軸対称の被加工物を回転させた状態で、周縁部分が鋭角状に形成された研削砥石の前記周縁部分によって、前記被加工物の平面部から前記中央部の凸状面部に向かって前記被加工物の表面に研削加工を施して研削加工物を形成する方法であって、前記平面部に研削加工を施す平面部研削工程と、前記被加工物の平面部と前記凸状面部との接続部分に研削加工を施す接続部研削工程と、前記中央部の凸状面部に研削加工を施す中央部研削工程とを有し、前記平面部研削工程のときには、前記研削砥石の回転軸心が、前記被加工物の表面と前記研削砥石との接触点での前記被加工物の径方向に垂直となる状態から研削加工を行い、前記平面部研削工程から前記接続部研削工程にさしかかりつつあるときには、前記研削砥石の回転軸心の傾斜角度を、前記被加工物の表面と前記研削砥石との接触点での前記被加工物の径方向に平行な方向へ近づくように連続的に傾斜させて研削加工を行い、前記接続部研削工程のときには、前記研削砥石の回転軸心が、前記被加工物の表面と前記研削砥石との接触点での前記被加工物の径方向に平行となる状態で研削加工を行い、前記接続部研削工程から前記中央部研削工程にさしかかりつつあるときには、前記研削砥石の回転軸心の傾斜角度を、前記被加工物の表面と前記研削砥石との接触点での前記被加工物の径方向に垂直な方向へ近づくように連続的に戻して研削加工を行い、前記中央部研削工程のときには、前記研削砥石の回転軸心が、前記被加工物の表面と前記研削砥石との接触点での前記被加工物の径方向に垂直となる状態で研削加工を行うことを特徴とする。

このような構成によれば、平面部と凸状面部との接続部分に研削加工を施す際には、研削砥石保持部により研削砥石の回転軸心と被加工物の径方向とが平行になるように前記研削砥石を配置することができ、前記研削砥石の回転軸心と前記被加工物の径方向とが垂直になるように研削砥石を配置する研削加工方法に比べて、例えば前記接続部分に生じる削り残し部分を研削して小さくすることができ、また、前記接続部分以外の箇所に研削加工を施す際には、前記研削砥石の回転軸心６ｃと前記被加工物の径方向とが垂直になるように前記研削砥石を配置することができ、前記研削砥石の回転軸心と前記被加工物の径方向とが垂直になるように研削砥石を配置する研削加工方法に比べて、研削加工に要する時間を短縮することができる。

本発明によれば、凸状面部と平面部との接続部分に生じる削り残し部分である未加工領域の大きさを小さくしつつ、短時間で研削加工を施すことができる。

本発明の研削加工物の形成方法を、図１〜図７を参照しながら説明する。図１は、研削加工装置２０の斜視図、図２は、研削砥石６の形状を示す図、図３は、研削時における研削砥石６の動作を示す図、図４〜図７は、研削時における光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分の近傍の拡大図である。なお、図８〜図１４において説明したものと同様のものには、同じ符号を付すことで、その詳細な説明を省略する。

研削加工装置２０は、図１に示すように、前後方向、左右方向（以下、Ｘ方向、Ｙ方向と記す）に移動可能な第１の移動テーブル２１と、この第１の移動テーブル２１上に固定され、一方側に円柱状でその端面が加工される被加工物４を保持するとともに、この被加工物４を、その回転軸２２ａ周りに回転させるワークスピンドル２２と、被加工物４に相対する位置に設けられているとともにＹ方向に移動可能な第２の移動テーブル２３と、第２の移動テーブル２３上に固定され、後述する円形の回転テーブル２４をＸ方向およびＹ方向に垂直な方向である上下方向（以下、Ｚ方向と記す）に移動させることが可能な第３の移動テーブル２５と、第３の移動テーブル２５に固定されて、ワークスピンドル２２の回転軸２２ａと平行な回転軸２８周りに回転可能な研削砥石保持部としての回転テーブル２４と、回転テーブル２４に取り付けられているとともに、回転テーブル２４とは逆側に工具スピンドル２６が取り付けられ、回転テーブル２４に対する工具スピンドル２６の位置を調整する位置決めテーブル２７と、この工具スピンドル２６に回転可能に保持されている研削砥石６とを有する。この回転テーブル２４は、研削砥石６の回転軸心６ｃの方向を変えることが可能とされている。

なお、被加工物４は、図８に示したものと同様で、軸心に対して垂直な平面部としての外方面形成部２と、外方面形成部２から突出した凸状面部としての光学面形成部１とを有する軸対称の部材である。また、例えば、第１の移動テーブル２１は、固定側部分２１ａと可動側部分２１ｂとの２段式の構造になっており、この固定側部分２１ａに対して可動側部分２１ｂが、手動または自動で、図示しない送り機構により移動可能とされている。また、第２の移動テーブル２３も固定側部分２３ａと可動側部分２３ｂとを有し、第３の移動テーブル２５も固定側部分２５ａと可動側部分２５ｂとを有し、回転テーブル２４も固定側部分２４ａと可動側部分２４ｂとを有し、位置決めテーブル２７も、上記のテーブルと同様、固定側部分２７ａと可動側部分２７ｂとを有する構成とされ、第１の移動テーブル２１と同様に、それぞれの可動側部分が固定側部分に対して移動可能とされている。本実施の形態において、研削砥石送り手段は、第１の移動テーブル２１および第２の移動テーブル２３のそれぞれが、適宜に移動することによって実現されるものであり、したがって、第１の移動テーブル２１および第２の移動テーブル２３により、被加工物４と研削砥石６との相対位置を変化させることで、研削砥石６に所望の送りを付与している。

また、図２に示すように、研削砥石６は、周縁部分６ａが鋭いエッジ状、すなわち鋭角状に形成されており、例えば、その先端角度は６０〔°〕である。なお、この研削砥石６としては、例えば粒度が＃３０００のダイヤモンド砥粒をメタルボンドにて固めたメタルボンド砥石を用いている。

上記のような構成において、研削加工装置２０を作動させて、被加工物４に研削加工を施すには、まず、回転テーブル２４の回転軸２８からの研削砥石６および工具スピンドル２６の位置を、位置決めテーブル２７により、研削砥石６の回転軸心６ｃが回転テーブル２４の径方向と平行になるように調整し、回転テーブル２４の回転角度と研削砥石６の回転軸心６ｃの回転角度とが一致するようにする。そして、回転テーブル２４における可動側部分２４ａを回転させ、工具スピンドル２６がＺ方向に下向きになるように調整する。

次に、被加工物４の回転軸となる回転軸２２ａの位置の高さと研削砥石６の周縁部分６ａの位置の高さとが一致するように、第３の移動テーブル２５により、研削砥石６の周縁部分６ａの位置の高さを調整する。

このようにして、各部の位置調整を終えると、工具スピンドル２６を作動させて研削砥石６を回転させて被加工物４における外方面形成部２に接触させ、被加工物４に対する研削砥石６の周縁部分６ａの相対位置を、ＮＣプログラム等に基づいて、第１の移動テーブル２１、第２の移動テーブル２３および回転テーブル２４により変化させつつ、被加工物４の研削加工を開始する。

詳細には、被加工物４の外方面形成部２に研削加工を施す工程のときには、研削砥石６の回転軸心６ｃが、図３における実線Ａに示す状態や、図４に示す状態のように、被加工物４における研削砥石６との接触点での径方向と垂直になる状態、すなわち、クロス研削となる状態から研削加工を開始する。

そして、図３に示すように、外方面形成部２に研削加工を施している途中、研削砥石６が、光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分に近づくにつれて、第２の移動テーブル２３、第３の移動テーブル２５および回転テーブル２４を作動させて、研削砥石６の回転軸心６ｃのＺ方向に対する傾斜角度２９を変化させる。すなわち、外方面形成部２に対して研削加工を施しつつ、研削砥石６の回転軸心６ｃが、図３における仮想線Ｂ、Ｃに示す状態や、図５に示す状態のように徐々に水平方向に近づくように連続的に傾斜させる。これにより、図５に示すように、被加工物４の回転軸２２ａに向けて送りが付与されている研削砥石６の周縁部分６ａが光学面形成部１に接触しないようにしつつ、研削砥石６の周縁部分６ａを、光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分にできるだけ近づけるようにする。

そして、研削砥石６の回転軸心６ｃを、図３における実線Ｄに示す状態や、図６に示す状態のように水平方向と平行になるように、すなわち、研削砥石６の回転軸心６ｃと被加工物４の径方向とが平行になる状態にして、未加工領域１０に、パラレル研削を施す。なお、クロス研削とパラレル研削とにおける研削砥石６の送りの速度が異なることから、研削砥石６の回転軸心６ｃの傾斜角度２９の変化に応じて、研削砥石６の送り速度を調整する。

これにより、成形型３０における光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分に生じる未加工領域１０の大きさを、図１０に示したようなパラレル研削時と同様に小さくすることができる。また、本実施の形態の場合、図２に示すような、周縁部分６ａが鋭いエッジ形状の研削砥石６を用いているので、図１４に示したような、周縁部分が丸みを有する研削砥石６を用いる場合に比べて、丸みが無い分、光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分に生じる未加工領域１０を小さくすることができる。

その後、光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分に研削加工を施す工程から光学面形成部１に研削加工を施す工程にさしかかりつつあるときに、被加工物４の回転軸２２ａに向けて送りが付与されている研削砥石６の周縁部分６ａが光学面形成部１に接触しないようにしつつ、第１の移動テーブル２１、第２の移動テーブル２３および回転テーブル２４により、研削砥石６の回転軸心６ｃの傾斜角度２９を徐々に連続的に戻し、図７に示すように、研削砥石６の回転軸心６ｃと被加工物４の径方向とが垂直になるようにして、光学面形成部１に、図９に示したようなクロス研削を施す。このとき、研削砥石６の回転軸心６ｃの傾斜角度２９の変化に応じて、研削砥石６の送り速度を早める。そして、研削砥石６をそのまま被加工物４の回転軸２２ａの位置まで送り、成形型３０を形成する。これにより、光学面形成部１に施す研削加工に要する時間を短くすることができる。

以上のように、研削砥石６の回転軸心６ｃの傾斜角度２９を調整し、かつ、この傾斜角度２９に応じて研削砥石６の送り速度を調整することで、光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分以外の箇所の研削加工は、例えば、図１０に示したようなパラレル研削のみの場合に比べて短い時間で行うことができ、さらに、光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分における研削加工は、パラレル研削と同様の精度で行うことができるので、図９に示したクロス研削のみの場合に比べて、未加工領域１０を極めて小さくすることができる。したがって、成形型３０に対する研削加工を、短時間でかつ高い精度で行うことができる。また、研削砥石６の回転軸心６ｃの傾斜角度２９を徐々に変化させる、すなわち連続的に変化させることで、研削砥石６の送りを停止することなく、外方面形成部２、光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分、光学面形成部１のそれぞれに適切な研削加工を施すことができ、研削加工に要する時間を短くすることができる。

なお、上記においては、研削砥石６の回転軸心６ｃを連続的に傾斜させる場合を説明しているが、これに限らず、研削砥石６の回転軸心６ｃを非連続的に傾斜させてもよい。すなわち、外方面形成部２に研削加工を施しているときには、研削砥石６の回転軸心６ｃの傾斜角度２９を変化させずに、研削砥石６の姿勢を図４に示したような、研削砥石６の回転軸心６ｃと被加工物４の径方向とが垂直になる状態に維持して、外方面形成部２に終始クロス研削を施し、外方面形成部２への研削加工が終わると、研削砥石６の送りを停止して、研削砥石６の回転軸心６ｃの傾斜角度２９を変化させ、研削砥石６の姿勢を図６に示したような、研削砥石６の回転軸心６ｃと被加工物４の径方向とが平行になる状態にし、そして研削砥石６に送りを付与し、この姿勢を維持させつつ光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分に終始パラレル研削を施し、さらに、光学面形成部１と外方面形成部２との接続部分への研削加工が終わると、研削砥石６の送りを停止して、研削砥石６の回転軸心６ｃの傾斜角度２９を戻し、研削砥石６の姿勢を図７に示したような、研削砥石６の回転軸心６ｃと被加工物４の径方向とが垂直になる状態にし、再び研削砥石６に送りを付与し、この姿勢を維持させつつ光学面形成部１に終始クロス研削を施す。このように、研削砥石６の姿勢を一定に維持している時と、研削砥石６の回転軸心６ｃの傾斜角度２９を変化させている時とを分けることもできる。このようにしても、成形型３０に対して行う研削加工に要する時間の短縮を図ることができる。

また、上記においては、研削砥石６がメタルボンド結合材により固められた砥石を用いたが、これに限らず、他の結合材、例えば、ビトリファイドボンド、レジノイドボンドを用いた研削砥石や、電着法により形成された研削砥石を使用してもよい。また、上記においては、研削砥石６の粒度を＃３０００としたが、上記の研削加工はその粒度に限定されるものではなく、所望の研削面粗さを得ることが可能な砥石粒度であれば何ら問題ない。また、上記においては、研削砥石６の周縁部分６ａの角度を６０〔°〕としたが、これに限らず、光学面形成部１との干渉が発生しない前提であれば、角度に左右されるものではない。さらに、上記においては、研削砥石６の周縁部分６ａが鋭角状になったものを用いているが、周縁部分６ａに丸みが形成されているものでも問題はなく、逆に、研削砥石６の耐摩耗性の面から見て周縁部分６ａに丸みが形成されているほうが好適である。

さらに、上記においては、ＮＣプログラムに研削砥石６の位置ズレ補正を加味したデータを作成する手段を設けてもよい。また、上記においては、被加工物４の径方向外側から研削加工を実施したが、この方向に限定されるものではない。

本発明は、光学素子形成用の素材を加熱軟化して加圧成形を行う光学素子の成形用型に関し、特に軸対称凸形状の光学面形成部とその延長面でない外方面形成部とを有する光学素子プレス成形用型の形成等に有用である。

本発明の実施の形態の研削加工装置の斜視図である。 図１に示した研削加工装置における研削砥石の形状を示す図である。 研削時における研削砥石の動作を示す図である。 外方面形成部に研削加工を施しているときの光学面形成部と外方面形成部との接続部分の近傍の拡大図である。 研削砥石の傾斜角度が変化しているときの光学面形成部と外方面形成部との接続部分の近傍の拡大図である。 未加工領域に研削加工を施しているときの光学面形成部と外方面形成部との接続部分の近傍の拡大図である。 光学面形成部に研削加工を施しているときの光学面形成部と外方面形成部との接続部分の近傍の拡大図である。 成形型を示す斜視図である。 従来の研削加工の一例を示す図である。 図９とは異なる研削加工の一例を示す図である。 光学面形成部と外方面形成部との接続部分に生じる未加工領域を示す図である。 光学面形成部の有効径の範囲内に未加工領域が含まれている状態を示す図である。 未加工領域を径方向外側にずらした状態を示す図である。 図１０に示した研削加工方法により未加工領域を研削している状態を示す図である。

符号の説明

１ 光学面形成部
２ 外方面形成部
４ 被加工物
６ 研削砥石
６ａ 周縁部分
６ｃ 回転軸心
２１ 第１の移動テーブル
２２ ワークスピンドル
２３ 第２の移動テーブル
２４ 回転テーブル
２５ 第３の移動テーブル
２６ 工具スピンドル

Claims (1)

1. 平面部と前記平面部の中央部に凸状面部とを有する軸対称の被加工物を回転させた状態で、
   周縁部分が鋭角状に形成された研削砥石の前記周縁部分によって、前記被加工物の平面部から前記中央部の凸状面部に向かって前記被加工物の表面に研削加工を施して研削加工物を形成する方法であって、
   前記平面部に研削加工を施す平面部研削工程と、前記被加工物の平面部と前記凸状面部との接続部分に研削加工を施す接続部研削工程と、前記中央部の凸状面部に研削加工を施す中央部研削工程とを有し、
   前記平面部研削工程のときには、前記研削砥石の回転軸心が、前記被加工物の表面と前記研削砥石との接触点での前記被加工物の径方向に垂直となる状態から研削加工を行い、
   前記平面部研削工程から前記接続部研削工程にさしかかりつつあるときには、前記研削砥石の回転軸心の傾斜角度を、前記被加工物の表面と前記研削砥石との接触点での前記被加工物の径方向に平行な方向へ近づくように連続的に傾斜させて研削加工を行い、
   前記接続部研削工程のときには、前記研削砥石の回転軸心が、前記被加工物の表面と前記研削砥石との接触点での前記被加工物の径方向に平行となる状態で研削加工を行い、
   前記接続部研削工程から前記中央部研削工程にさしかかりつつあるときには、前記研削砥石の回転軸心の傾斜角度を、前記被加工物の表面と前記研削砥石との接触点での前記被加工物の径方向に垂直な方向へ近づくように連続的に戻して研削加工を行い、
   前記中央部研削工程のときには、前記研削砥石の回転軸心が、前記被加工物の表面と前記研削砥石との接触点での前記被加工物の径方向に垂直となる状態で研削加工を行うこと
   を特徴とする研削加工物の形成方法。

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