JP4468606B2 - 凹球面の加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凹球面を創成する加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−３３３７０２号公報には、レンズ等の被加工物に対して凹球面を加工する従来の装置が記載されている。図１４、図１５はこの加工装置を示す。
【０００３】
図１４に示すように、加工を施す側の工具軸部１４０が上方に、加工を施される側のワーク軸部１４１が下方に配置されている。工具軸部１４０は、図示を省略する架台上部に取り付けられたガイド１２１に沿って上下移動自在となっているとともに、この移動が定位置で固定されるようになっている。工具軸部１４０は、コントローラ１２０によって出カが制御される超音波発振器１０１と、超音波発振器１０１の下端に一体に設けられた軸体１０２と、軸体１０２の下端に固定されたホーン１０３とを備えており、ホーン１０３下端部には、鋼球からなる球状の工具１０４が配置される。
【０００４】
ワーク軸部１４１は、被加工物であるレンズ１０５が接着によって固定される載置台１０６と、載置台１０６を支持するシリンダ１０７とを有する。シリンダ１０７は、工具１０４とレンズ１０５とが当接した状態で載置台１０６を上方に押圧して、工具軸部１４０方向に荷重をかけるようになっている。
【０００５】
載置台１０６の上面には、マイクロメータ１０８が当接しており、レンズ１０５の球面創成加工に伴い、載置台１０６が上下方向に変位する変位量を測定する。
また、砥粒１１１としてダイヤモンド・パウダを水に分散させた加工液１０９を、工具１０４とレンズ１０５との当接部に滴下して供給するディスペンサ１１０が設けられている。
【０００６】
図１５に示すように、ホーン１０３の下端には、球状の工具１０４の形状を同じ曲率で反転した凹球面状の保持部１０３ａが、ホーン１０３の軸心と同軸となるように形成されており、この保持部１０３ａ内に工具１０４が配置されることによって、工具１０４は転動自在に保持される。ホーン１０３は、下端に向かって先細りするテーパ状に形成されているため、超音波発振器１０１で発生した超音波を増幅して工具１０４に伝達することができる。また、ホーン１０３の保持部１０３ａが工具１０４を同じ曲率で反転した形状になっているので、球状工具１０４の曲率中心とホーン１０３の軸心とが一致し、精度の良い加工が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１４〜図１８は、以上の加工装置の問題点を示すものであり、図１６は加工位置がずれた状態、図１７は加工の進行方向が傾いた状態、図１８（ａ）はレンズ１０５に創成された凹球面１０５ａがずれた状態、図１８（ｂ）はレンズ１０５に創成された凹球面１０５ａが楕円状に変形した状態を示す。
【０００８】
図１４に示すように、工具軸部１４０では、ガイド１２１に取り付けられた超音波発振器１０１と、球状工具１０４を保持するホーン１０３との間は軸体１０２を介して離れている。したがって、工具軸部１４０が撓んで、ホーン１０３がガイド１２１に取り付けられた超音波発振器１０１に対して、横方向に数十μｍ程度ずれることが可能である。このようにホーン１０３がずれた状態でレンズ１０５の球面創成加工を行うと、図１６に示すように、創成された凹球面１０５ａは所望の位置から数十μｍ程度ずれて形成される問題がある。図１６において、鎖線が目的の位置であり、実際には実線で示すようにずれて加工が行われる。
【０００９】
また、同一のホーン１０３を用いて複数回の球面創成加工を繰り返すと、凹球面状の保持部１０３ａが摩耗していく。これにより、図１７に示すように、凹球面状の保持部１０３ａと球状工具１０４との間で曲率に差が生じ、工具１０４の横方向への移動規制が弱まる。この状態でレンズ１０５への球面創成加工を行うと、工具軸部１４０およびワーク軸部１４１の軸心に対して傾いて加工が進行する。すなわち、図１７に示すように球状工具１０４による加工は、鎖線位置から実線位置に向かう矢印Ｎ方向に進行する。
【００１０】
これにより、図１８（ａ）に示すように、創成された凹球面１０５ａが所望の位置からずれて形成されたり、図１８（ｂ）に示すように、凹球面１０５ａの断面形状が楕円状になる問題がある。図１８において、鎖線が目的の加工位置であり、実際の加工位置は実線のようにずれることとなる。
【００１１】
以上のように工具軸部１４０が撓むまたはホーン１０３の保持部１０３ａが摩耗するなどの理由で、ホーン１０３に保持された工具１０４が横方向に移動しやすい状態になると、レンズ１０５の球面創成加工中、工具１０４が横方向に大きく振動しながら凹球面１０５ａの縁部に当接し、凹球面１０５ａの縁部にバリ、カケなどの欠落が生じる問題がある。
【００１２】
これに加えて、上述のように、レンズ１０５に創成された凹球面１０５ａの位置が目的の位置からずれて形成された場合、レンズ１０５の完成品で凹球面１０５ａの位置が目的位置となるように、後工程にてレンズ１０５の外周を研削加工する必要がある。このような外周研削加工を行う場合には、レンズ素材のうち研削代として廃棄される分が多くなり、また、工程が増えることによって手間、労力、時間などの各種コストが増える問題がある。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点を鑑みてなされたものであり、凹球面の球面創成加工を行う際、凹球面が形成される位置がずれることを防止し、また、凹球面の断面形状が円形以外に形成されることを防止し、さらに凹球面の縁部にバリやカケなどの欠落が生じることを防止することが可能な凹球面の球面加工装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【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の発明の加工装置は、超音波振動する球状工具を被加工物に当接させて、球状工具を転写した凹球面を被加工物に創成する凹球面の加工装置において、前記球状工具に当接して加工中に球状工具が水平方向に移動することを制限する移動制限手段を有し、前記移動制限手段は、前記球状工具の側方に対して少なくとも３方から当接する当接面を有した移動制限部材であることを特徴とする。
【００１５】
この発明では、移動制限手段である移動制限部材が、球状工具の側方に対して少なくとも３方から当接面を当接させて加工中における球状工具が水平方向に移動することを制限するため、球状工具が被加工物に対して位置ずれすることなく、加工が進行する。このため、球状工具を正確に転写した凹球面を被加工物に創成することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、超音波振動する球状工具を被加工物に当接させて、球状工具を転写した凹球面を被加工物に創成する凹球面の加工装置において、前記球状工具に当接して加工中に球状工具が水平方向に移動することを制限する移動制限手段を有し、前記移動制限手段は、前記球状工具が挿入されて該球状工具の水平方向への移動を制限する規制孔を上部に有し、前記被加工物を保持するワーク保持部材に取り付けられる略円筒状の移動制限治具であることを特徴とする。
【００１７】
この発明では、移動制限治具の規制孔が球状工具の水平方向への移動を制限するため、球状工具が被加工物に対して位置ずれすることがなく、高精度の凹球面を被加工物に創成することができる。また、移動制限治具は被加工物を保持するワーク保持部材に取り付けることにより、移動制限治具を介して球状工具と被加工物との相対的な位置決めが行われる。このため、被加工物に対する球状工具の位置決めを簡単に行うことができる。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項２記載の凹球面の加工装置であって、前記移動規制治具に、被加工物の加工部位に加工液を供給する供給孔が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明では、移動制限治具の供給孔から加工液を加工部位に供給するため、加工液の供給を確実に行うことができ、加工が円滑に進行する。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の凹球面の加工装置であって、前記球状工具に超音波振動を伝達するホーンが当接しており、このホーンの当接面が平面状となっていることを特徴とする。
【００２３】
このように、ホーンの当接面を平面状とすることにより、任意の位置でホーンが球状工具と当接することができると共に、ホーンの加工が簡単となる。
【００２６】
【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、同一の部材には同一符号を付して対応させてある。
【００２７】
（実施の形態１）
図１〜図５は本発明の実施の形態１であり、図１は加工装置の正面図、図２はその側面図、図３は加工部位の断面図、図４はその平面図、図５は球面創成加工の様子を示す断面図である。
【００２８】
図１および図２に示すように、この加工装置では、ワーク軸部３０が下方に、工具軸部３１が上方に配置されて対向している。
【００２９】
ワーク軸部３０は、被加工物であるレンズ１を保持して固定するレンズ保持台１０と、レンズ保持台１０を支持する加圧シリンダ１１とを有する。レンズ保持台１０はワーク保持部材として機能するものである。加圧シリンダ１１は、レンズ１と球状工具２とが当接した状態でレンズ保持台１０を上方に押圧して、工具軸部３１方向に荷重をかける加圧手段として作用する。
【００３０】
レンズ保持台１０の上面には、マイクロメータ１２の測定軸部１２ａが当接しており、レンズ１の球面創成加工に伴い、レンズ保持台１０が上下方向に変位する変位量を測定できるようになっている。このマイクロメータ１２は、レンズ保持台１０の変位量を測定する測定手段として作用する。
【００３１】
工具軸部３１は、図示を省略する架台上部に上下方向を向いて取り付けられたガイド２０に沿って上下移動自在になっているとともに、この移動が定位置で固定されるようになっている。工具軸部３１は、コントローラ２１によって出力が制御される超音波発振器２２と、超音波発振器２２の下端に一体に設けられた軸体２３とを備えている。
【００３２】
軸体２３の下端には、ホーン３が固定されている。ホーン３は、下端に向かって先細りするテーパ状に形成されており、これにより、超音波発振器２２で発生した超音波を増幅して球状工具２に伝達することができる。ホーン３の下端部には、球状工具２を同じ曲率で反転させた凹球面状の保持部３ａが形成されており、球状工具２は保持部３ａ内に配置されることによって、転動自在に保持される。
【００３３】
また、図２に示すように、工具軸部３１側には、砥粒としてのダイヤモンド・パウダを水に分散させた加工液６を、レンズ１と球状工具２との当接部に滴下して供給するディスペンサ７が設けられている。このディスぺンサ７は加工液６を供給する加工液供給手段として作用する。
【００３４】
この実施の形態では、水平に且つ、ワーク軸部３０および工具軸部３１の中心軸に対する放射方向に向かって３本のガイド５が図示を省略する架台に対し、取り付けられている。それぞれのガイド５には、移動制限棒４が進退移動可能及び定位置で停止するように設けられている。それぞれのガイド５に設けられることにより、移動制限棒４はワーク軸部３０および工具軸部３１の中心軸に対する放射方向に配置されている。
【００３５】
図３及び図４に示すように、３本の移動制限棒４は先端面が当接面４ａとなっており、この当接面４ａがレンズ１に当接した球状工具２の側方に対して３方から当接する。この当接によって、移動制限棒４は球状工具２を側方から挟み込み、これにより球状工具２の水平方向位置を決定する。従って、移動制限棒４は球状工具２の水平方向への移動を制限する移動制限部材（移動制限手段）を構成する。
【００３６】
球状工具２が３本の移動制限棒４に挟み込まれた状態では、球状工具２と移動制限棒４との間に２μｍ程度の隙間を設け、球状工具２が転動自在に保持される。移動制限棒４が球状工具２の位置決めを行うと、工具軸部３１はわずかに変形して、ホーン３の保持部３ａの位置を球状工具２の位置に合わせる。
【００３７】
上記構成によって球面創成加工を行う場合、レンズ１と球状工具２とを当接させた状態で、ディスペンサ７を通してその当接部に加工液６を供給する。また、球状工具２を側方から移動制限棒４で挟み込む。これによって、球状工具２はレンズ１上面の中心位置から半径３μｍ以内に位置決めされる。
【００３８】
次に、加圧シリンダ１１によってレンズ１を球状工具２に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン３を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。
【００３９】
この研削の際に、球状工具２は、ホーン３と移動制限棒４によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在のため、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、図５に示すように球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【００４０】
レンズ１の凹球面１ａが創成されるのに伴い、加圧シリンダ１１によって所定の荷重が負荷されているレンズ保持台１０は上方へ変位する。マイクロメータ１２でこの変位量を読み取り、所望の研削量に達したところで超音波発振器２２からの超音波振動と加圧シリンダ１１による荷重付加を停止させ、加工を終了する。
【００４１】
その後、移動制限棒４を球状工具２から離れた位置へ待避させ、工具軸部３１を上方へ待避させ、加工されたレンズ１をレンズ保持台１０から取り外す。凹球面１ａはレンズ１上面の中心から半径３μｍ以内の位置に創成され、凹球面の真球度が２μｍ以下に形成される。
【００４２】
なお、球状工具２も加工液６の砥粒および超音波振動の働きで摩耗するが、転動することで各部の摩耗量が均一となる。したがって、球状工具２の曲率半径は変化していくものの、真球度が悪化することはない。
【００４３】
このような実施の形態では、移動制限棒４によって球状工具２の水平方向位置が決められるので、レンズ１に創成される凹球面１ａの水平方向の位置決めが高精度に行うことができる。また、これに伴い、凹球面１ａの位置を所望位置に合わせることを目的として、後工程でレンズ１の外周研削加工を行う必要がなく、手間や労力などの各種コストを削減できる。
【００４４】
また、移動制限棒４によって球状工具２の水平方向位置が決められるので、レンズ１に創成される凹球面１ａの真球度を良好に保つことができる。また、レンズ１の凹球面１ａの外周部にバリやカケなどの欠落が生じにくい効果がある。
【００４５】
（実施の形態２）
図６及び図７は、実施の形態２であり、図６は加工装置の正面図、図７は加工部位の平面図を示す。
【００４６】
この実施の形態では、移動制限部材（移動制限手段）として、３本の移動制限棒４に代えて、第１移動制限板５０と第２移動制限板５１を用いるものである。これらの第１移動制限板５０と第２移動制限板５１は、図７に示すように、ホーン３に保持され且つレンズ１に当接した球状工具２の側方に配置されている。
【００４７】
図６に示すように、ガイド５２とガイド５３はそれぞれ、図示を省略する架台に水平に、ワーク軸部３０および工具軸部３１の中心軸に対する放射方向に、かつ、同一線上に取り付けられている。第１移動制限板５０と第２移動制限板５１はそれぞれ、ガイド５２とガイド５３に沿って進退移動自在であり、これらの移動が定位置で固定されるようになっている。
【００４８】
図６に示すように、第１移動制限板５０は、Ｖ字状に形成された２つの平面からなる第１当接面５０ａと第２当接面５０ｂとを端部に有する。第２移動制限板５１は、１つの平面である当接面５１ａを端部に有する。第１移動制限板５０の第１当接面５０ａ、第２当接面５０ｂ、第２移動制限板５１の当接面５１ａによって球状工具２を側方から挟み込むことにより、球状工具２の水平方向位置が決定される。
【００４９】
球状工具２が第１移動制限板５０と第２移動制限板５１とに挟み込まれた状態では、球状工具２と第１移動制限板５０、第２移動制限板５１との間に２μｍ程度の隙間を設け、球状工具２が転動自在に保持される。
【００５０】
上記構成によって球面創成加工を行う場合、レンズ１と球状工具２とを当接させた状態で、ディスペンサ７を通してその当接部に加工液６を供給する。また、球状工具２を側方から第１移動制限板５０と第２移動制限板５１とで挟み込む。これによって、球状工具２はレンズ１上面の中心位置から半径３μｍ以内に位置決めされる。
【００５１】
次に、加圧シリンダ１１によってレンズ１を球状工具２に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン３を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。また、球状工具２は、ホーン３、第１移動制限板５０、第２移動制限板５１によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在なため、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【００５２】
レンズ１の凹球面１ａが創成されるのに伴い、加圧シリンダ１１によって所定の荷重が負荷されているレンズ保持台１０は上方へ変位する。マイクロメータ１２でこの変位量を読み取り、所望の研削量に達したところで超音波発振器２２からの超音波振動と加圧シリンダ１１による荷重付加を停止させ、加工を終了する。
【００５３】
その後、第１移動制限板５０と第２移動制限板５１を球状工具２から離れた位置へ待避させ、工具軸部３１を上方へ待避させ、加工されたレンズ１をレンズ保持台１０から取り外す。レンズ１の凹球面１ａはレンズ１上面の中心から半径３μｍ以内の位置に創成され、凹球面１ａの真球度が２μｍ以下に形成される。
【００５４】
なお、球状工具２も加工液６の砥粒および超音波振動の働きで摩耗するが、転動することで各部の摩耗量が均一となる。したがって、球状工具２の曲率半径は変化していくものの、真球度が悪化することはない。
【００５５】
このような実施の形態では、球状工具２の移動を制限する移動制限手段において、位置を制御するべき対象が３本の移動制限棒から２つの移動制限板５０，５１に減少する。このため、球状工具の水平方向の位置決めをより簡易に行うことができる効果がある。その他の効果は実施の形態１と同様である。
【００５６】
（実施の形態３）
図８及び図９は、本発明の実施の形態３であり、図８はその加工装置の正面図、図９は移動制限治具６０の斜視図を示す。この実施の形態では、移動制限手段として、図９に示す移動制限治具６０を用いるものである。
【００５７】
図８に示すように、ワーク保持部材としてのワーク軸部３０のレンズ保持台１０は、上面中心部でレンズ１を保持して固定する。また、レンズ保持台１０はその外側に同心円状の段部１０ａ及び段部１０ａより低くなっているフランジ部１０ｂを有し、この段部１０ａ及びフランジ部１０ｂによって移動制限治具６０を保持し、固定する。
【００５８】
移動制限治具６０は略円筒状となっており、大径孔６０ａが下部に、小径孔６０ｂが上部に形成されている。移動制限治具６０の大径孔６０ａの直径は、レンズ保持台１０の段部１０ａの直径より３μｍ程度大きいだけであり、これらを嵌合させることによって、移動制限治具６０はレンズ保持台１０上に固定される。このとき、レンズ保持台１０上に保持されて固定されたレンズ１は、移動制限治具６０の大径孔６０ａの内方に収まる。
【００５９】
移動制限治具６０の小径孔６０ｂには、球状工具２が挿入され、この挿入によって球状工具２はレンズ１に当接する。この場合、小径孔６０ｂの直径は、球状工具２の直径より３μｍ程度大きいだけであり、小径孔６０ｂに球状工具２を挿入することにより、球状工具２は水平方向への移動が制限される。移動制限治具６０の小径孔６０ｂ内に挿入された球状工具２は、小径孔６０ｂ内で転動自在であるものの、小径孔６０ｂによって水平方向への移動を規制される。このため、小径孔６０ｂは球状工具２の移動方向を制限する規制孔となっている。
【００６０】
以上に加えて、移動制限治具６０には、加工液の供給孔６０ｃが形成されている。この供給孔６０ｃは、小径孔６０ｂ側の底面から大径孔６０ａ内へ貫通するように形成されるものであり、これにより、ディスペンサ７の先端部分が移動制限治具６０の内部に進入可能となっている。ディスペンサ７は、図示を省略するガイド手段に沿って進退移動自在であり、移動制限治具６０の供給孔６０ｃ内を通り、その先端部分がレンズ１と球状工具２との当接部である加工部位に接近することができる。
【００６１】
上方に配置された工具軸部３１のホーン３の下端部には、実施の形態１と同様に、球状工具２を同じ曲率で反転させた凹球面状の保持部３ａが形成されている。球状工具２は、保持部３ａ内に配置されることによって、転動自在に保持される。
【００６２】
上記構成によって球面創成加工を行う場合、レンズ１を保持し固定するレンズ保持台１０に移動制限治具６０を固定する。次に、球状工具２を移動制限治具６０の小径孔６０ｂ内に挿入し、レンズ１に当接させる。これによって、球状工具２はレンズ１上面の中心位置から半径３μｍ以内に位置決めされる。
【００６３】
次に、ディスぺンサ７を移動させ、移動制限治具６０の供給孔６０ｃ内を通して、レンズ１と球状工具２との当接部に接近させ、この当接部（加工部位）に加工液６を供給する。
【００６４】
その後、工具軸部３１を移動させ、ホーン３の保持部３ａを球状工具２に当接させる。次に、加圧シリンダ１１によってレンズ１を球状工具２に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン３を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。 球状工具２は、ホーン３、移動制限治具６０によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在なので、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【００６５】
レンズ１の凹球面１ａが創成されるのに伴い、加圧シリンダ１１によって所定の荷重負荷されているレンズ保持台１０は上方へ変位する。マイクロメータ１２でこの変位量を読み取り、所望の研削量に達したところで超音波発振器２２からの超音波振動と加圧シリンダ１１による荷重付加を停止させ、加工を終了する。その後、工具軸部３１を上方へ待避させ、移動制限治具６０を取り外し、加工されたレンズ１をレンズ保持台１０から取り外す。
【００６６】
凹球面１ａはレンズ１上面の中心から半径３μｍ以内の位置に創成され、凹球面の真球度が２μｍ以下に形成される。なお、球状工具２も加工液６の砥粒および超音波振動の働きで磨耗するが、転動することで各部の摩耗量が均一となる。したがって、球状工具２の曲率半経は変化していくものの、真球度が悪化することはない。
【００６７】
この実施の形態では、球状工具２の移動制限手段として、レンズ保持台１０に固定される移動制限治具６０を用いたため、移動制限棒４や移動制限板５０，５１のように位置を制御する必要がなく、球状工具２の水平方向の位置決めをより簡易に行うことができる。その他の効果は実施の形態１と同様である。
【００６８】
（実施の形態４）
図１０及び図１１は、実施の形態４であり、図１０は加工装置の正面図、図１１は移動制限治具６０を取り付けたレンズ保持皿７０の断面図である。レンズ保持皿７０は、移動制限治具６０を保持するワーク保持部材となるものであり、図１０に示すように、レンズ保持台７１に取り付けられる。
【００６９】
図１１に示すように、レンズ保持皿７０の上面中心部には窪み状の保持部７０ａが形成され、この保持部７０ａにレンズ１が接着によって固定される。窪み状の保持部７０ａ外周部には、段部７０ｂが同心円状に形成されている。この段部７０ｂの直径は、移動制限治具６０の大径部６０ａの直径より３μｍ程度小さい。また、レンズ保持皿７０の下部には、保持部７０ａ及び段部７０ｂと同軸の略円柱状の胴部７０ｃが形成されており、後述するように、この胴部７０ｃがワーク保持台７１に嵌合することによりワーク保持皿７０がワーク保持台７１に取り付けられる。
【００７０】
レンズ保持皿７０の段部７０ｂには、移動制限治具６０を配置し、さらに、球状工具２を移動制限治具６０の小径孔（規制孔）６０ｂに挿入し、レンズ１に当接させる。これによって、球状工具２はレンズ保持皿７０上において水平方向の移動が規制される。
【００７１】
図１１に示すように、下方に位置するワーク軸部３０は、レンズ保持皿７０を保持し固定するワーク保持台７１と、ワーク保持台７１を支持する加圧シリンダ１１とを有する。ワーク保持台７１上面には、レンズ保持皿７０の胴部７０ｃと嵌合する直径の保持孔７１ａが形成され、保持孔７１ａにレンズ保持皿７０が保持されて固定される。このとき、ワーク保持皿７０の外周側のフランジ部７０ｄはワーク保持台７１の上面に支持される。
【００７２】
レンズ保持皿７０上にあるレンズ１及び移動制限治具６０に保持された球状工具２に対し、上方から工具軸部３１のホーン３を当接させる。加圧シリンダ１１は、レンズ１と球状工具２とが当接した状態でワーク保持台７１を上方に押圧して、工具軸部３１方向に荷重をかけるように作用する。
【００７３】
ワーク保持台７１の上面には、図２と同様にマイクロメータ１２が当接しており、レンズ１の球面創成加工に伴い、ワーク保持台７１が上下方向に変位する変位量を測定できるようになっている。
【００７４】
上記構成によって球面創成加工を行う場合、レンズ１を保持し固定するレンズ保持皿７０に移動制限治具６０を固定し、さらに、球状工具２を移動制限治具６０の小径孔（規制孔）６０ｂ内に挿入し、レンズ１に当接させる。これによって、球状工具２は、レンズ保持皿７０上において、レンズ１上面の中心位置から半径３μｍ以内に位置決めされる。次に、レンズ１、移動制限治具６０、球状工具２が取り付けられたレンズ保持皿７０をワーク保持台７１上に配置する。
【００７５】
その後、ディスペンサ７を移動させ、移動制限治具６０の供給孔６０ｃ内を通して、レンズ１と球状工具２との当接部に接近させ、この当接部（加工部位）に加工液６を供給する。
【００７６】
次に、工具軸部３１を移動させ、ホーン３の保持部３ａを球状工具２に当接させる。加圧シリンダ１１によってレンズ１を球状工具２に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン３を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。
【００７７】
また、球状工具２は、ホーン３、移動制限治具６０によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在なので、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【００７８】
レンズ１の凹球面１ａが創成されるのに伴い、加圧シリンダ１１によって所定の荷重が負荷されているワーク保持台７１は上方へ変位する。マイクロメータ１２でこの変位量を読み取り、所望の研削量に達したところで超音波発振器２２からの超音波振動と加圧シリンダ１１による荷重付加を停止させ、加工を終了する。
【００７９】
工具軸部３１を上方へ待避させ、レンズ保持皿７０を取り外す。さらに、レンズ保持皿７０から移動制限治具６０を取り外す。レンズ１は、レンズ保持皿７０に固定されたまま、後工程で研磨加工などが施される。
【００８０】
凹球面１ａはレンズ１上面の中心から半径３μｍ以内の位置に創成され、凹球面の真球度が２μｍ以下に形成される。
【００８１】
この実施の形態では、球状工具２の移動制限手段として、レンズを固定し保持するレンズ保持部材としてのレンズ保持皿７０に移動制限治具６０と球状工具２を取り付けるため、これらを取り付ける作業を加工装置の外で行うことができ、被加工物であるレンズ１が加工装置内に滞留する時間を削減することができる。
【００８２】
また、レンズ１がレンズ保持皿７０に固定・保持された状態で加工を行うため、作業者や加工装置の把持具などが直接、レンズ１に接触する必要がなく、レンズ１の破損を防ぐことができる。また、レンズ１が小型である場合にも、レンズ単体を扱うことによって、レンズの紛失を防ぐことができる。さらにレンズ１を固定するレンズ保持皿７０が移動制限治具６０を保持する構造のため、移動制限棒や移動制限板のように位置を制御する必要がなく、球状工具２の水平方向の位置決めをより簡易に行うことができる。その他の効果は実施の形態３と同様である。
【００８３】
（実施の形態５）
図１２は実施の形態５の断面図を示す。
【００８４】
図１２に示すように、被加工物であるレンズ１は、下方に配置されたワーク軸部３０のレンズ保持台１０に保持されることにより固定されている。工具軸部３１のホーン８０の下端面には、平面状の当接面８０ａとなっており、この当接面８０ａが球状工具２に当接している。
【００８５】
レンズ１とホーン８０とに当接した球状工具２の側方には、図４と同様に、ワーク軸部３０および工具軸部の中心軸に対する放射方向に進退移動自在の３本の移動制限棒４が当接し、球状工具２の水平方向位置を決定している。球状工具２が３本の移動制限棒４に挟み込まれた状態では、球状工具２と移動制限棒４との間に２μｍ程度の隙間を設け、球状工具２が転動自在に保持される。移動制限棒４は球状工具２の水平方向への移動制限手段として作用する。
【００８６】
この構成では、加圧シリンダ１１によってレンズ１を球状工具２に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン８０を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。
【００８７】
また、球状工具２は、ホーン８０と移動制限棒４によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在となっているため、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【００８８】
この実施の形態では、球状工具２に当接するホーン８０下端部の当接面８０ａが平面状となっており、これにより、加工当初において、球状工具２と当接面８０ａが点接触で接触する。そして、レンズ１の加工と同時に、ホーン８０の当接面８０ａの球面創成加工も進行して凹球面が形成される。この場合、同じホーン８０を用いて複数回の加工を行う場合は、ホーン８０の当接面８０ａに創成された凹球面が、レンズ１の凹球面１ａの所望位置に対して偏心していないことと、ホーン８０の当接面８０ａに創成された凹球面が深すぎないことが条件となる。
【００８９】
このような実施の形態では、ホーン８０の当接面８０ａに球状工具２を反転した凹球面形状を形成することがないので、ホーン８０の製作に要する手間や労力を低減することができる。また、これに伴い、ホーンを多数個準備して、ホーンの交換頻度を増やすことが容易となる。
【００９０】
凹球面状の保持部を有するホーンでは、ホーンに保持された球状工具の水平方向位置が移動制限手段によって決められるので、ホーンを有する工具軸部と球状工具とで水平方向位置が異なる場合、工具軸部に変形が生じる可能性がある。これに対し、この実施の形態では、球状工具２に当接するホーン８０の当接面８０ａが平面状となっていることにより、ホーン８０が球状工具２の水平方向の位置決め機能を持たないため、工具軸部の変形を防ぐことができる。また、球状工具２はホーン８０の当接面８０ａに対し、任意の位置で当接可能であるため、ホーン８０を有する工具軸部３１は高い精度で位置決めをする必要がなくなる。その他の効果は実施の形態１と同様である。
【００９１】
（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６の加工装置の正面図を示す。
【００９２】
図１３に示すように、被加工物であるレンズ１は、下方に配置されたワーク軸部３０のレンズ保持台１０に保持されて固定されている。レンズ保持台１０は図示を省略する架台に固定されている。
【００９３】
上方に配置された工具軸部３１のホーン３の下端部には、図３に示すように、球状工具２を同じ曲率で反転させた凹球面状の保持部３ａが形成されている。球状工具２は、この保持部３ａ内に配置されることによって、転動自在に保持される。
【００９４】
ホーン３に保持され、かつ、レンズ１に当接した球状工具２の側方には、図４に示すように、ワーク軸部３０および工具軸部の中心軸に対する放射方向に進退移動自在の３本の移動制限棒４が当接し、球状工具２の水平方向位置を決定している。球状工具２が３本の移動制限棒４に挟み込まれた状態では、球状工具２と移動制限棒４との間に２μｍ程度の隙間を設け、球状工具２が転動自在に保持される。移動制限棒４は実施の形態１と同様に、球状工具２の水平方向への移動制限手投として作用する。
【００９５】
工具軸部３１は、図示を省略する架台上部に取り付けられたガイド２０に沿って上下移動自在になっている。また、工具軸部３１は、架台上部に取り付けられたモータ９０の駆動軸９０ａに接続したボールネジ９１と螺合している。従って、モータ９０が駆動することにより、工具軸部３１の全体が上下方向に移動するようになっている。なお、この実施の形態では、工具軸部３１の超音波発振器２２の上部がボールネジ９１と螺合するものである。
【００９６】
モータ９０はモータコントローラ９２によって駆動が制御されており、モータコントローラ９２がモータ９０を制御することによって工具軸部３１の移動量、すなわち下方向へ付加する荷重を設定することができる。従って、モータ９０は、レンズ１と球状工具２とが当接した状態でホーン３を下方に押圧して、ワーク軸部３０方向に荷重をかける加圧手段として作用する。これに加えて、モータ９０およびモータコントローラ９２は、工具軸部３１の変位量を測定する測定手段としても作用する。
【００９７】
工具軸部３１は、モータコントローラ２１によって出力が制御される超音波発振器２２と、超音波発振器２２の下端に一体に設けられた軸体２３とを備え、ホーン３が軸体２３の下端に固定されている。ホーン１０３は、下端に向かって先細りするテーパ状に形成されており、これにより、超音波発振器２２で発生した超音波を増幅して球状工具２に伝達することができる。
【００９８】
この実施の形態においても、実施の形態１と同様に、３本のガイド５及び３本の移動制限帽４が配置されている。３本のガイド５はそれぞれ、図示を省略する架台に水平に、かつ、ワーク軸部３０および工具軸部の中心軸に対する放射方向に取り付けられている。３本の移動制限棒４はそれぞれ、球状工具２の側方に位置し、ガイド５に沿って進退移動自在であると共に、この移動が定位置で固定されるようになっている。これらの移動制限棒４は球状工具２を側方から挟み込むことができ、球状工具２が水平方向に移動することを規制する移動制限手段として作用する。
【００９９】
なお、図示を省略するが、ディスペンサ７が設けられており、砥粒としてダイヤモンド・パウダを水に分散させた加工液６をレンズ１と球状工具２との当接部に滴下して供給するようになっている。
【０１００】
上記構成によって凹球面の創成加工を行う場合、レンズ１と球状工具２とを当接させた状態で、ディスペンサ７を通してその当接部位に加工液６を供給する。また、球状工具２を側方から移動制限棒４で挟み込む。これによって、球状工具２はレンズ１上面の中心位置から半径３μｍ以内に位置決めされる。
【０１０１】
次に、モータコントローラ９２によってモータ９０を作動させ、ホーン３が保持する球状工具２をレンズ１に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン３を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。
【０１０２】
この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。また、球状工具２は、ホーン３と移動制限棒４によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在となっているため、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【０１０３】
レンズ１の凹球面１ａが創成されるのに伴い、モータ９０によって所定の荷重が負荷されている工具軸部３１は下方へ変位する。モータコントローラ９２はこの変位量を計測しており、所望の研削量に達した時点で超音波発振器２２からの超音波振動と加圧シリンダ１１による荷重付加を停止させ、加工を終了する。
【０１０４】
その後、移動制限棒４を球状工具２から離れた位置へ待避させ、工具軸部３１を上方へ待避させ、加工されたレンズ１をレンズ保持台１０から取り外す。凹球面１ａはレンズ１上面の中心から半径３μｍ以内の位置に創成され、凹球面の真球度が２μｍ以下に形成される。
【０１０５】
なお、球状工具２も加工液６の砥粒および超音波振動の作用で摩耗するが、転動することにより各部の摩耗量が均一となる。従って、球状工具２の曲率半径は変化していくものの、真球度が悪化することはない。
【０１０６】
このような実施の形態では、加工の上下方向位置を設定する際、ワーク軸部３０と工具軸部３１の双方を変位させる方式ではなく、工具軸部３１のみを変位する方式としているため、加工時における操作対象が少なくなり、操作が容易となる効果がある。その他の効果は実施の形態１と同様である。
【０１０７】
本発明は以上の実施の形態に限定されることなく、種々変形が可能である。例えば、発明の実施の形態１〜６において、被加工物は円柱状のレンズ１を用いているが、凹球面が創成される他の形状或いは他の材料であっても良い。
【０１０８】
実施の形態１〜６において、移動制限手段が球状工具２の側面に３点で当接、または円周状に当接しているが、水平方向への移動を規制しながら保持できる構造であれば、その他の構成としても良い。
【０１０９】
実施の形態１〜６において、円柱状のレンズ１の上面中心に凹球面を創成しているが、移動制限手段による球状工具２の位置設定を変えることにより、レンズ上面の任意の位置に凹球面を創成することができる。
【０１１０】
実施の形態１〜５において、加圧手段として、ワーク軸部の加圧シリンダを用いたが、加工中に所定の荷重を付加できるものであれば、他の手段を用いても良い。
【０１１１】
実施の形態６において、工具軸部３１の加圧手段として、モータ９０を用いたが、加工中に所定の荷重を付加できるものであれば、シリンダ等の他の手段を用いても良い。
【０１１２】
発明の実施の形態１〜５において、加工量の測定手段としてマイクロメータ１２を用いたが、高精度に加工量を測定できるものであれば、他の手段を用いても良い。
【０１１３】
さらに、以上の実施の形態１〜６で示された複数の構成要素を組み合わせても良い。
【０１１４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、移動制限手段が加工中における球状工具に３方から当接して水平方向の移動を制限するため、球状工具が被加工物に対して位置ずれすることなく、加工が進行する。このため、球状工具を正確に転写した凹球面を被加工物に高精度に創成することができる。また、移動制限手段が球状工具の水平方向位置を決定するため、ワーク軸部と工具軸部との水平方向の相対位置を高精度に設定する必要がなくなる。さらに、凹球面を所望の位置に創成することができるため、凹球面の位置を所望位置に合わせるための後工程での被加工物の外周研削加工を行う必要がなく、手間や労力などを削減することができる。さらに、また、加工中、移動制限手段が所望の方向以外への球状工具の移動を規制するため、被加工物に創成される凹球面の真球度を良好に保つことができ、また、さらに被加工物の凹球面外周部にバリやカケなどの欠落が生じにくくなる。
【０１１５】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様な効果を有するのに加えて、移動制限治具の規制孔が球状工具の水平方向への移動を制限するため、高精度の凹球面を被加工物に創成することができ、また、移動制限治具が被加工物を保持するワーク保持部材に取り付けられるため、被加工物に対する球状工具の位置決めを簡単に行うことができる。
【０１１６】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様な効果を有するのに加えて、移動制限治具の規制孔が球状工具の進行方向を制限するため、高精度の凹球面を被加工物に創成することができ、また、移動制限治具が被加工物を保持するワーク保持部材に取り付けられるため、被加工物に対する球状工具の位置決めを簡単に行うことができる。
【０１１７】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明と同様な効果を有するのに加えて、移動制限治具の供給孔から加工液を加工部位に供給できるため、加工液が確実に供給され、加工が円滑に進行する。
【０１１８】
請求項４の発明によれば、請求項１〜３の発明と同様な効果を有するのに加えて、ホーンの当接面が平面状となっているため、任意の位置でホーンが球状工具と当接することができ、しかも、ホーンの加工が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の加工装置の正面図である。
【図２】実施の形態１の加工装置の側面図である。
【図３】実施の形態１における加工部位の断面図である。
【図４】実施の形態１における加工部位の平面図である。
【図５】実施の形態１における加工時の断面図である。
【図６】実施の形態２の加工装置の正面図である。
【図７】実施の形態２における加工部位の平面図である。
【図８】実施の形態３の加工装置の正面図である。
【図９】実施の形態３における移動制限治具の斜視図である。
【図１０】実施の形態４の加工装置の正面図である。
【図１１】実施の形態４における移動制限治具の取り付け状態の断面図である。
【図１２】実施の形態５の加工部位の断面図である。
【図１３】実施の形態６の加工装置の正面図である。
【図１４】従来の加工装置の正面図である。
【図１５】従来の加工装置の加工部位の断面図である。
【図１６】従来の加工によって加工位置がずれた状態を示す断面図である。
【図１７】従来の加工によって進行方向が傾いた状態を示す断面図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、従来の加工によって、凹球面が変形した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１ レンズ
１ａ 凹球面
２ 球状工具
３ ホーン
４ 移動制限棒
４ａ 当接面
５０ 第１移動制限板
５１ 第２移動制限板
５０ａ、５０ｂ、５１ａ 当接面
６０ 移動制限治具
６０ｂ 規制孔
６０ｃ 供給孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、凹球面を創成する加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−３３３７０２号公報には、レンズ等の被加工物に対して凹球面を加工する従来の装置が記載されている。図１４、図１５はこの加工装置を示す。
【０００３】
図１４に示すように、加工を施す側の工具軸部１４０が上方に、加工を施される側のワーク軸部１４１が下方に配置されている。工具軸部１４０は、図示を省略する架台上部に取り付けられたガイド１２１に沿って上下移動自在となっているとともに、この移動が定位置で固定されるようになっている。工具軸部１４０は、コントローラ１２０によって出カが制御される超音波発振器１０１と、超音波発振器１０１の下端に一体に設けられた軸体１０２と、軸体１０２の下端に固定されたホーン１０３とを備えており、ホーン１０３下端部には、鋼球からなる球状の工具１０４が配置される。
【０００４】
ワーク軸部１４１は、被加工物であるレンズ１０５が接着によって固定される載置台１０６と、載置台１０６を支持するシリンダ１０７とを有する。シリンダ１０７は、工具１０４とレンズ１０５とが当接した状態で載置台１０６を上方に押圧して、工具軸部１４０方向に荷重をかけるようになっている。
【０００５】
載置台１０６の上面には、マイクロメータ１０８が当接しており、レンズ１０５の球面創成加工に伴い、載置台１０６が上下方向に変位する変位量を測定する。
また、砥粒１１１としてダイヤモンド・パウダを水に分散させた加工液１０９を、工具１０４とレンズ１０５との当接部に滴下して供給するディスペンサ１１０が設けられている。
【０００６】
図１５に示すように、ホーン１０３の下端には、球状の工具１０４の形状を同じ曲率で反転した凹球面状の保持部１０３ａが、ホーン１０３の軸心と同軸となるように形成されており、この保持部１０３ａ内に工具１０４が配置されることによって、工具１０４は転動自在に保持される。ホーン１０３は、下端に向かって先細りするテーパ状に形成されているため、超音波発振器１０１で発生した超音波を増幅して工具１０４に伝達することができる。また、ホーン１０３の保持部１０３ａが工具１０４を同じ曲率で反転した形状になっているので、球状工具１０４の曲率中心とホーン１０３の軸心とが一致し、精度の良い加工が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１４〜図１８は、以上の加工装置の問題点を示すものであり、図１６は加工位置がずれた状態、図１７は加工の進行方向が傾いた状態、図１８（ａ）はレンズ１０５に創成された凹球面１０５ａがずれた状態、図１８（ｂ）はレンズ１０５に創成された凹球面１０５ａが楕円状に変形した状態を示す。
【０００８】
図１４に示すように、工具軸部１４０では、ガイド１２１に取り付けられた超音波発振器１０１と、球状工具１０４を保持するホーン１０３との間は軸体１０２を介して離れている。したがって、工具軸部１４０が撓んで、ホーン１０３がガイド１２１に取り付けられた超音波発振器１０１に対して、横方向に数十μｍ程度ずれることが可能である。このようにホーン１０３がずれた状態でレンズ１０５の球面創成加工を行うと、図１６に示すように、創成された凹球面１０５ａは所望の位置から数十μｍ程度ずれて形成される問題がある。図１６において、鎖線が目的の位置であり、実際には実線で示すようにずれて加工が行われる。
【０００９】
また、同一のホーン１０３を用いて複数回の球面創成加工を繰り返すと、凹球面状の保持部１０３ａが摩耗していく。これにより、図１７に示すように、凹球面状の保持部１０３ａと球状工具１０４との間で曲率に差が生じ、工具１０４の横方向への移動規制が弱まる。この状態でレンズ１０５への球面創成加工を行うと、工具軸部１４０およびワーク軸部１４１の軸心に対して傾いて加工が進行する。すなわち、図１７に示すように球状工具１０４による加工は、鎖線位置から実線位置に向かう矢印Ｎ方向に進行する。
【００１０】
これにより、図１８（ａ）に示すように、創成された凹球面１０５ａが所望の位置からずれて形成されたり、図１８（ｂ）に示すように、凹球面１０５ａの断面形状が楕円状になる問題がある。図１８において、鎖線が目的の加工位置であり、実際の加工位置は実線のようにずれることとなる。
【００１１】
以上のように工具軸部１４０が撓むまたはホーン１０３の保持部１０３ａが摩耗するなどの理由で、ホーン１０３に保持された工具１０４が横方向に移動しやすい状態になると、レンズ１０５の球面創成加工中、工具１０４が横方向に大きく振動しながら凹球面１０５ａの縁部に当接し、凹球面１０５ａの縁部にバリ、カケなどの欠落が生じる問題がある。
【００１２】
これに加えて、上述のように、レンズ１０５に創成された凹球面１０５ａの位置が目的の位置からずれて形成された場合、レンズ１０５の完成品で凹球面１０５ａの位置が目的位置となるように、後工程にてレンズ１０５の外周を研削加工する必要がある。このような外周研削加工を行う場合には、レンズ素材のうち研削代として廃棄される分が多くなり、また、工程が増えることによって手間、労力、時間などの各種コストが増える問題がある。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点を鑑みてなされたものであり、凹球面の球面創成加工を行う際、凹球面が形成される位置がずれることを防止し、また、凹球面の断面形状が円形以外に形成されることを防止し、さらに凹球面の縁部にバリやカケなどの欠落が生じることを防止することが可能な凹球面の球面加工装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【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の発明の加工装置は、超音波振動する球状工具を被加工物に当接させて、球状工具を転写した凹球面を被加工物に創成する凹球面の加工装置において、前記球状工具に当接して加工中に球状工具が水平方向に移動することを制限する移動制限手段を有し、前記移動制限手段は、前記球状工具の側方に対して少なくとも３方から当接する当接面を有した移動制限部材であることを特徴とする。
【００１５】
この発明では、移動制限手段である移動制限部材が、球状工具の側方に対して少なくとも３方から当接面を当接させて加工中における球状工具が水平方向に移動することを制限するため、球状工具が被加工物に対して位置ずれすることなく、加工が進行する。このため、球状工具を正確に転写した凹球面を被加工物に創成することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、超音波振動する球状工具を被加工物に当接させて、球状工具を転写した凹球面を被加工物に創成する凹球面の加工装置において、前記球状工具に当接して加工中に球状工具が水平方向に移動することを制限する移動制限手段を有し、前記移動制限手段は、前記球状工具が挿入されて該球状工具の水平方向への移動を制限する規制孔を上部に有し、前記被加工物を保持するワーク保持部材に取り付けられる略円筒状の移動制限治具であることを特徴とする。
【００１７】
この発明では、移動制限治具の規制孔が球状工具の水平方向への移動を制限するため、球状工具が被加工物に対して位置ずれすることがなく、高精度の凹球面を被加工物に創成することができる。また、移動制限治具は被加工物を保持するワーク保持部材に取り付けることにより、移動制限治具を介して球状工具と被加工物との相対的な位置決めが行われる。このため、被加工物に対する球状工具の位置決めを簡単に行うことができる。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項２記載の凹球面の加工装置であって、前記移動規制治具に、被加工物の加工部位に加工液を供給する供給孔が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明では、移動制限治具の供給孔から加工液を加工部位に供給するため、加工液の供給を確実に行うことができ、加工が円滑に進行する。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の凹球面の加工装置であって、前記球状工具に超音波振動を伝達するホーンが当接しており、このホーンの当接面が平面状となっていることを特徴とする。
【００２３】
このように、ホーンの当接面を平面状とすることにより、任意の位置でホーンが球状工具と当接することができると共に、ホーンの加工が簡単となる。
【００２６】
【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、同一の部材には同一符号を付して対応させてある。
【００２７】
（実施の形態１）
図１〜図５は本発明の実施の形態１であり、図１は加工装置の正面図、図２はその側面図、図３は加工部位の断面図、図４はその平面図、図５は球面創成加工の様子を示す断面図である。
【００２８】
図１および図２に示すように、この加工装置では、ワーク軸部３０が下方に、工具軸部３１が上方に配置されて対向している。
【００２９】
ワーク軸部３０は、被加工物であるレンズ１を保持して固定するレンズ保持台１０と、レンズ保持台１０を支持する加圧シリンダ１１とを有する。レンズ保持台１０はワーク保持部材として機能するものである。加圧シリンダ１１は、レンズ１と球状工具２とが当接した状態でレンズ保持台１０を上方に押圧して、工具軸部３１方向に荷重をかける加圧手段として作用する。
【００３０】
レンズ保持台１０の上面には、マイクロメータ１２の測定軸部１２ａが当接しており、レンズ１の球面創成加工に伴い、レンズ保持台１０が上下方向に変位する変位量を測定できるようになっている。このマイクロメータ１２は、レンズ保持台１０の変位量を測定する測定手段として作用する。
【００３１】
工具軸部３１は、図示を省略する架台上部に上下方向を向いて取り付けられたガイド２０に沿って上下移動自在になっているとともに、この移動が定位置で固定されるようになっている。工具軸部３１は、コントローラ２１によって出力が制御される超音波発振器２２と、超音波発振器２２の下端に一体に設けられた軸体２３とを備えている。
【００３２】
軸体２３の下端には、ホーン３が固定されている。ホーン３は、下端に向かって先細りするテーパ状に形成されており、これにより、超音波発振器２２で発生した超音波を増幅して球状工具２に伝達することができる。ホーン３の下端部には、球状工具２を同じ曲率で反転させた凹球面状の保持部３ａが形成されており、球状工具２は保持部３ａ内に配置されることによって、転動自在に保持される。
【００３３】
また、図２に示すように、工具軸部３１側には、砥粒としてのダイヤモンド・パウダを水に分散させた加工液６を、レンズ１と球状工具２との当接部に滴下して供給するディスペンサ７が設けられている。このディスぺンサ７は加工液６を供給する加工液供給手段として作用する。
【００３４】
この実施の形態では、水平に且つ、ワーク軸部３０および工具軸部３１の中心軸に対する放射方向に向かって３本のガイド５が図示を省略する架台に対し、取り付けられている。それぞれのガイド５には、移動制限棒４が進退移動可能及び定位置で停止するように設けられている。それぞれのガイド５に設けられることにより、移動制限棒４はワーク軸部３０および工具軸部３１の中心軸に対する放射方向に配置されている。
【００３５】
図３及び図４に示すように、３本の移動制限棒４は先端面が当接面４ａとなっており、この当接面４ａがレンズ１に当接した球状工具２の側方に対して３方から当接する。この当接によって、移動制限棒４は球状工具２を側方から挟み込み、これにより球状工具２の水平方向位置を決定する。従って、移動制限棒４は球状工具２の水平方向への移動を制限する移動制限部材（移動制限手段）を構成する。
【００３６】
球状工具２が３本の移動制限棒４に挟み込まれた状態では、球状工具２と移動制限棒４との間に２μｍ程度の隙間を設け、球状工具２が転動自在に保持される。移動制限棒４が球状工具２の位置決めを行うと、工具軸部３１はわずかに変形して、ホーン３の保持部３ａの位置を球状工具２の位置に合わせる。
【００３７】
上記構成によって球面創成加工を行う場合、レンズ１と球状工具２とを当接させた状態で、ディスペンサ７を通してその当接部に加工液６を供給する。また、球状工具２を側方から移動制限棒４で挟み込む。これによって、球状工具２はレンズ１上面の中心位置から半径３μｍ以内に位置決めされる。
【００３８】
次に、加圧シリンダ１１によってレンズ１を球状工具２に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン３を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。
【００３９】
この研削の際に、球状工具２は、ホーン３と移動制限棒４によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在のため、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、図５に示すように球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【００４０】
レンズ１の凹球面１ａが創成されるのに伴い、加圧シリンダ１１によって所定の荷重が負荷されているレンズ保持台１０は上方へ変位する。マイクロメータ１２でこの変位量を読み取り、所望の研削量に達したところで超音波発振器２２からの超音波振動と加圧シリンダ１１による荷重付加を停止させ、加工を終了する。
【００４１】
その後、移動制限棒４を球状工具２から離れた位置へ待避させ、工具軸部３１を上方へ待避させ、加工されたレンズ１をレンズ保持台１０から取り外す。凹球面１ａはレンズ１上面の中心から半径３μｍ以内の位置に創成され、凹球面の真球度が２μｍ以下に形成される。
【００４２】
なお、球状工具２も加工液６の砥粒および超音波振動の働きで摩耗するが、転動することで各部の摩耗量が均一となる。したがって、球状工具２の曲率半径は変化していくものの、真球度が悪化することはない。
【００４３】
このような実施の形態では、移動制限棒４によって球状工具２の水平方向位置が決められるので、レンズ１に創成される凹球面１ａの水平方向の位置決めが高精度に行うことができる。また、これに伴い、凹球面１ａの位置を所望位置に合わせることを目的として、後工程でレンズ１の外周研削加工を行う必要がなく、手間や労力などの各種コストを削減できる。
【００４４】
また、移動制限棒４によって球状工具２の水平方向位置が決められるので、レンズ１に創成される凹球面１ａの真球度を良好に保つことができる。また、レンズ１の凹球面１ａの外周部にバリやカケなどの欠落が生じにくい効果がある。
【００４５】
（実施の形態２）
図６及び図７は、実施の形態２であり、図６は加工装置の正面図、図７は加工部位の平面図を示す。
【００４６】
この実施の形態では、移動制限部材（移動制限手段）として、３本の移動制限棒４に代えて、第１移動制限板５０と第２移動制限板５１を用いるものである。これらの第１移動制限板５０と第２移動制限板５１は、図７に示すように、ホーン３に保持され且つレンズ１に当接した球状工具２の側方に配置されている。
【００４７】
図６に示すように、ガイド５２とガイド５３はそれぞれ、図示を省略する架台に水平に、ワーク軸部３０および工具軸部３１の中心軸に対する放射方向に、かつ、同一線上に取り付けられている。第１移動制限板５０と第２移動制限板５１はそれぞれ、ガイド５２とガイド５３に沿って進退移動自在であり、これらの移動が定位置で固定されるようになっている。
【００４８】
図６に示すように、第１移動制限板５０は、Ｖ字状に形成された２つの平面からなる第１当接面５０ａと第２当接面５０ｂとを端部に有する。第２移動制限板５１は、１つの平面である当接面５１ａを端部に有する。第１移動制限板５０の第１当接面５０ａ、第２当接面５０ｂ、第２移動制限板５１の当接面５１ａによって球状工具２を側方から挟み込むことにより、球状工具２の水平方向位置が決定される。
【００４９】
球状工具２が第１移動制限板５０と第２移動制限板５１とに挟み込まれた状態では、球状工具２と第１移動制限板５０、第２移動制限板５１との間に２μｍ程度の隙間を設け、球状工具２が転動自在に保持される。
【００５０】
上記構成によって球面創成加工を行う場合、レンズ１と球状工具２とを当接させた状態で、ディスペンサ７を通してその当接部に加工液６を供給する。また、球状工具２を側方から第１移動制限板５０と第２移動制限板５１とで挟み込む。これによって、球状工具２はレンズ１上面の中心位置から半径３μｍ以内に位置決めされる。
【００５１】
次に、加圧シリンダ１１によってレンズ１を球状工具２に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン３を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。また、球状工具２は、ホーン３、第１移動制限板５０、第２移動制限板５１によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在なため、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【００５２】
レンズ１の凹球面１ａが創成されるのに伴い、加圧シリンダ１１によって所定の荷重が負荷されているレンズ保持台１０は上方へ変位する。マイクロメータ１２でこの変位量を読み取り、所望の研削量に達したところで超音波発振器２２からの超音波振動と加圧シリンダ１１による荷重付加を停止させ、加工を終了する。
【００５３】
その後、第１移動制限板５０と第２移動制限板５１を球状工具２から離れた位置へ待避させ、工具軸部３１を上方へ待避させ、加工されたレンズ１をレンズ保持台１０から取り外す。レンズ１の凹球面１ａはレンズ１上面の中心から半径３μｍ以内の位置に創成され、凹球面１ａの真球度が２μｍ以下に形成される。
【００５４】
なお、球状工具２も加工液６の砥粒および超音波振動の働きで摩耗するが、転動することで各部の摩耗量が均一となる。したがって、球状工具２の曲率半径は変化していくものの、真球度が悪化することはない。
【００５５】
このような実施の形態では、球状工具２の移動を制限する移動制限手段において、位置を制御するべき対象が３本の移動制限棒から２つの移動制限板５０，５１に減少する。このため、球状工具の水平方向の位置決めをより簡易に行うことができる効果がある。その他の効果は実施の形態１と同様である。
【００５６】
（実施の形態３）
図８及び図９は、本発明の実施の形態３であり、図８はその加工装置の正面図、図９は移動制限治具６０の斜視図を示す。この実施の形態では、移動制限手段として、図９に示す移動制限治具６０を用いるものである。
【００５７】
図８に示すように、ワーク保持部材としてのワーク軸部３０のレンズ保持台１０は、上面中心部でレンズ１を保持して固定する。また、レンズ保持台１０はその外側に同心円状の段部１０ａ及び段部１０ａより低くなっているフランジ部１０ｂを有し、この段部１０ａ及びフランジ部１０ｂによって移動制限治具６０を保持し、固定する。
【００５８】
移動制限治具６０は略円筒状となっており、大径孔６０ａが下部に、小径孔６０ｂが上部に形成されている。移動制限治具６０の大径孔６０ａの直径は、レンズ保持台１０の段部１０ａの直径より３μｍ程度大きいだけであり、これらを嵌合させることによって、移動制限治具６０はレンズ保持台１０上に固定される。このとき、レンズ保持台１０上に保持されて固定されたレンズ１は、移動制限治具６０の大径孔６０ａの内方に収まる。
【００５９】
移動制限治具６０の小径孔６０ｂには、球状工具２が挿入され、この挿入によって球状工具２はレンズ１に当接する。この場合、小径孔６０ｂの直径は、球状工具２の直径より３μｍ程度大きいだけであり、小径孔６０ｂに球状工具２を挿入することにより、球状工具２は水平方向への移動が制限される。移動制限治具６０の小径孔６０ｂ内に挿入された球状工具２は、小径孔６０ｂ内で転動自在であるものの、小径孔６０ｂによって水平方向への移動を規制される。このため、小径孔６０ｂは球状工具２の移動方向を制限する規制孔となっている。
【００６０】
以上に加えて、移動制限治具６０には、加工液の供給孔６０ｃが形成されている。この供給孔６０ｃは、小径孔６０ｂ側の底面から大径孔６０ａ内へ貫通するように形成されるものであり、これにより、ディスペンサ７の先端部分が移動制限治具６０の内部に進入可能となっている。ディスペンサ７は、図示を省略するガイド手段に沿って進退移動自在であり、移動制限治具６０の供給孔６０ｃ内を通り、その先端部分がレンズ１と球状工具２との当接部である加工部位に接近することができる。
【００６１】
上方に配置された工具軸部３１のホーン３の下端部には、実施の形態１と同様に、球状工具２を同じ曲率で反転させた凹球面状の保持部３ａが形成されている。球状工具２は、保持部３ａ内に配置されることによって、転動自在に保持される。
【００６２】
上記構成によって球面創成加工を行う場合、レンズ１を保持し固定するレンズ保持台１０に移動制限治具６０を固定する。次に、球状工具２を移動制限治具６０の小径孔６０ｂ内に挿入し、レンズ１に当接させる。これによって、球状工具２はレンズ１上面の中心位置から半径３μｍ以内に位置決めされる。
【００６３】
次に、ディスぺンサ７を移動させ、移動制限治具６０の供給孔６０ｃ内を通して、レンズ１と球状工具２との当接部に接近させ、この当接部（加工部位）に加工液６を供給する。
【００６４】
その後、工具軸部３１を移動させ、ホーン３の保持部３ａを球状工具２に当接させる。次に、加圧シリンダ１１によってレンズ１を球状工具２に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン３を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。 球状工具２は、ホーン３、移動制限治具６０によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在なので、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【００６５】
レンズ１の凹球面１ａが創成されるのに伴い、加圧シリンダ１１によって所定の荷重負荷されているレンズ保持台１０は上方へ変位する。マイクロメータ１２でこの変位量を読み取り、所望の研削量に達したところで超音波発振器２２からの超音波振動と加圧シリンダ１１による荷重付加を停止させ、加工を終了する。その後、工具軸部３１を上方へ待避させ、移動制限治具６０を取り外し、加工されたレンズ１をレンズ保持台１０から取り外す。
【００６６】
凹球面１ａはレンズ１上面の中心から半径３μｍ以内の位置に創成され、凹球面の真球度が２μｍ以下に形成される。なお、球状工具２も加工液６の砥粒および超音波振動の働きで磨耗するが、転動することで各部の摩耗量が均一となる。したがって、球状工具２の曲率半経は変化していくものの、真球度が悪化することはない。
【００６７】
この実施の形態では、球状工具２の移動制限手段として、レンズ保持台１０に固定される移動制限治具６０を用いたため、移動制限棒４や移動制限板５０，５１のように位置を制御する必要がなく、球状工具２の水平方向の位置決めをより簡易に行うことができる。その他の効果は実施の形態１と同様である。
【００６８】
（実施の形態４）
図１０及び図１１は、実施の形態４であり、図１０は加工装置の正面図、図１１は移動制限治具６０を取り付けたレンズ保持皿７０の断面図である。レンズ保持皿７０は、移動制限治具６０を保持するワーク保持部材となるものであり、図１０に示すように、レンズ保持台７１に取り付けられる。
【００６９】
図１１に示すように、レンズ保持皿７０の上面中心部には窪み状の保持部７０ａが形成され、この保持部７０ａにレンズ１が接着によって固定される。窪み状の保持部７０ａ外周部には、段部７０ｂが同心円状に形成されている。この段部７０ｂの直径は、移動制限治具６０の大径部６０ａの直径より３μｍ程度小さい。また、レンズ保持皿７０の下部には、保持部７０ａ及び段部７０ｂと同軸の略円柱状の胴部７０ｃが形成されており、後述するように、この胴部７０ｃがワーク保持台７１に嵌合することによりワーク保持皿７０がワーク保持台７１に取り付けられる。
【００７０】
レンズ保持皿７０の段部７０ｂには、移動制限治具６０を配置し、さらに、球状工具２を移動制限治具６０の小径孔（規制孔）６０ｂに挿入し、レンズ１に当接させる。これによって、球状工具２はレンズ保持皿７０上において水平方向の移動が規制される。
【００７１】
図１１に示すように、下方に位置するワーク軸部３０は、レンズ保持皿７０を保持し固定するワーク保持台７１と、ワーク保持台７１を支持する加圧シリンダ１１とを有する。ワーク保持台７１上面には、レンズ保持皿７０の胴部７０ｃと嵌合する直径の保持孔７１ａが形成され、保持孔７１ａにレンズ保持皿７０が保持されて固定される。このとき、ワーク保持皿７０の外周側のフランジ部７０ｄはワーク保持台７１の上面に支持される。
【００７２】
レンズ保持皿７０上にあるレンズ１及び移動制限治具６０に保持された球状工具２に対し、上方から工具軸部３１のホーン３を当接させる。加圧シリンダ１１は、レンズ１と球状工具２とが当接した状態でワーク保持台７１を上方に押圧して、工具軸部３１方向に荷重をかけるように作用する。
【００７３】
ワーク保持台７１の上面には、図２と同様にマイクロメータ１２が当接しており、レンズ１の球面創成加工に伴い、ワーク保持台７１が上下方向に変位する変位量を測定できるようになっている。
【００７４】
上記構成によって球面創成加工を行う場合、レンズ１を保持し固定するレンズ保持皿７０に移動制限治具６０を固定し、さらに、球状工具２を移動制限治具６０の小径孔（規制孔）６０ｂ内に挿入し、レンズ１に当接させる。これによって、球状工具２は、レンズ保持皿７０上において、レンズ１上面の中心位置から半径３μｍ以内に位置決めされる。次に、レンズ１、移動制限治具６０、球状工具２が取り付けられたレンズ保持皿７０をワーク保持台７１上に配置する。
【００７５】
その後、ディスペンサ７を移動させ、移動制限治具６０の供給孔６０ｃ内を通して、レンズ１と球状工具２との当接部に接近させ、この当接部（加工部位）に加工液６を供給する。
【００７６】
次に、工具軸部３１を移動させ、ホーン３の保持部３ａを球状工具２に当接させる。加圧シリンダ１１によってレンズ１を球状工具２に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン３を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。
【００７７】
また、球状工具２は、ホーン３、移動制限治具６０によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在なので、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【００７８】
レンズ１の凹球面１ａが創成されるのに伴い、加圧シリンダ１１によって所定の荷重が負荷されているワーク保持台７１は上方へ変位する。マイクロメータ１２でこの変位量を読み取り、所望の研削量に達したところで超音波発振器２２からの超音波振動と加圧シリンダ１１による荷重付加を停止させ、加工を終了する。
【００７９】
工具軸部３１を上方へ待避させ、レンズ保持皿７０を取り外す。さらに、レンズ保持皿７０から移動制限治具６０を取り外す。レンズ１は、レンズ保持皿７０に固定されたまま、後工程で研磨加工などが施される。
【００８０】
凹球面１ａはレンズ１上面の中心から半径３μｍ以内の位置に創成され、凹球面の真球度が２μｍ以下に形成される。
【００８１】
この実施の形態では、球状工具２の移動制限手段として、レンズを固定し保持するレンズ保持部材としてのレンズ保持皿７０に移動制限治具６０と球状工具２を取り付けるため、これらを取り付ける作業を加工装置の外で行うことができ、被加工物であるレンズ１が加工装置内に滞留する時間を削減することができる。
【００８２】
また、レンズ１がレンズ保持皿７０に固定・保持された状態で加工を行うため、作業者や加工装置の把持具などが直接、レンズ１に接触する必要がなく、レンズ１の破損を防ぐことができる。また、レンズ１が小型である場合にも、レンズ単体を扱うことによって、レンズの紛失を防ぐことができる。さらにレンズ１を固定するレンズ保持皿７０が移動制限治具６０を保持する構造のため、移動制限棒や移動制限板のように位置を制御する必要がなく、球状工具２の水平方向の位置決めをより簡易に行うことができる。その他の効果は実施の形態３と同様である。
【００８３】
（実施の形態５）
図１２は実施の形態５の断面図を示す。
【００８４】
図１２に示すように、被加工物であるレンズ１は、下方に配置されたワーク軸部３０のレンズ保持台１０に保持されることにより固定されている。工具軸部３１のホーン８０の下端面には、平面状の当接面８０ａとなっており、この当接面８０ａが球状工具２に当接している。
【００８５】
レンズ１とホーン８０とに当接した球状工具２の側方には、図４と同様に、ワーク軸部３０および工具軸部の中心軸に対する放射方向に進退移動自在の３本の移動制限棒４が当接し、球状工具２の水平方向位置を決定している。球状工具２が３本の移動制限棒４に挟み込まれた状態では、球状工具２と移動制限棒４との間に２μｍ程度の隙間を設け、球状工具２が転動自在に保持される。移動制限棒４は球状工具２の水平方向への移動制限手段として作用する。
【００８６】
この構成では、加圧シリンダ１１によってレンズ１を球状工具２に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン８０を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。
【００８７】
また、球状工具２は、ホーン８０と移動制限棒４によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在となっているため、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【００８８】
この実施の形態では、球状工具２に当接するホーン８０下端部の当接面８０ａが平面状となっており、これにより、加工当初において、球状工具２と当接面８０ａが点接触で接触する。そして、レンズ１の加工と同時に、ホーン８０の当接面８０ａの球面創成加工も進行して凹球面が形成される。この場合、同じホーン８０を用いて複数回の加工を行う場合は、ホーン８０の当接面８０ａに創成された凹球面が、レンズ１の凹球面１ａの所望位置に対して偏心していないことと、ホーン８０の当接面８０ａに創成された凹球面が深すぎないことが条件となる。
【００８９】
このような実施の形態では、ホーン８０の当接面８０ａに球状工具２を反転した凹球面形状を形成することがないので、ホーン８０の製作に要する手間や労力を低減することができる。また、これに伴い、ホーンを多数個準備して、ホーンの交換頻度を増やすことが容易となる。
【００９０】
凹球面状の保持部を有するホーンでは、ホーンに保持された球状工具の水平方向位置が移動制限手段によって決められるので、ホーンを有する工具軸部と球状工具とで水平方向位置が異なる場合、工具軸部に変形が生じる可能性がある。これに対し、この実施の形態では、球状工具２に当接するホーン８０の当接面８０ａが平面状となっていることにより、ホーン８０が球状工具２の水平方向の位置決め機能を持たないため、工具軸部の変形を防ぐことができる。また、球状工具２はホーン８０の当接面８０ａに対し、任意の位置で当接可能であるため、ホーン８０を有する工具軸部３１は高い精度で位置決めをする必要がなくなる。その他の効果は実施の形態１と同様である。
【００９１】
（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６の加工装置の正面図を示す。
【００９２】
図１３に示すように、被加工物であるレンズ１は、下方に配置されたワーク軸部３０のレンズ保持台１０に保持されて固定されている。レンズ保持台１０は図示を省略する架台に固定されている。
【００９３】
上方に配置された工具軸部３１のホーン３の下端部には、図３に示すように、球状工具２を同じ曲率で反転させた凹球面状の保持部３ａが形成されている。球状工具２は、この保持部３ａ内に配置されることによって、転動自在に保持される。
【００９４】
ホーン３に保持され、かつ、レンズ１に当接した球状工具２の側方には、図４に示すように、ワーク軸部３０および工具軸部の中心軸に対する放射方向に進退移動自在の３本の移動制限棒４が当接し、球状工具２の水平方向位置を決定している。球状工具２が３本の移動制限棒４に挟み込まれた状態では、球状工具２と移動制限棒４との間に２μｍ程度の隙間を設け、球状工具２が転動自在に保持される。移動制限棒４は実施の形態１と同様に、球状工具２の水平方向への移動制限手投として作用する。
【００９５】
工具軸部３１は、図示を省略する架台上部に取り付けられたガイド２０に沿って上下移動自在になっている。また、工具軸部３１は、架台上部に取り付けられたモータ９０の駆動軸９０ａに接続したボールネジ９１と螺合している。従って、モータ９０が駆動することにより、工具軸部３１の全体が上下方向に移動するようになっている。なお、この実施の形態では、工具軸部３１の超音波発振器２２の上部がボールネジ９１と螺合するものである。
【００９６】
モータ９０はモータコントローラ９２によって駆動が制御されており、モータコントローラ９２がモータ９０を制御することによって工具軸部３１の移動量、すなわち下方向へ付加する荷重を設定することができる。従って、モータ９０は、レンズ１と球状工具２とが当接した状態でホーン３を下方に押圧して、ワーク軸部３０方向に荷重をかける加圧手段として作用する。これに加えて、モータ９０およびモータコントローラ９２は、工具軸部３１の変位量を測定する測定手段としても作用する。
【００９７】
工具軸部３１は、モータコントローラ２１によって出力が制御される超音波発振器２２と、超音波発振器２２の下端に一体に設けられた軸体２３とを備え、ホーン３が軸体２３の下端に固定されている。ホーン１０３は、下端に向かって先細りするテーパ状に形成されており、これにより、超音波発振器２２で発生した超音波を増幅して球状工具２に伝達することができる。
【００９８】
この実施の形態においても、実施の形態１と同様に、３本のガイド５及び３本の移動制限帽４が配置されている。３本のガイド５はそれぞれ、図示を省略する架台に水平に、かつ、ワーク軸部３０および工具軸部の中心軸に対する放射方向に取り付けられている。３本の移動制限棒４はそれぞれ、球状工具２の側方に位置し、ガイド５に沿って進退移動自在であると共に、この移動が定位置で固定されるようになっている。これらの移動制限棒４は球状工具２を側方から挟み込むことができ、球状工具２が水平方向に移動することを規制する移動制限手段として作用する。
【００９９】
なお、図示を省略するが、ディスペンサ７が設けられており、砥粒としてダイヤモンド・パウダを水に分散させた加工液６をレンズ１と球状工具２との当接部に滴下して供給するようになっている。
【０１００】
上記構成によって凹球面の創成加工を行う場合、レンズ１と球状工具２とを当接させた状態で、ディスペンサ７を通してその当接部位に加工液６を供給する。また、球状工具２を側方から移動制限棒４で挟み込む。これによって、球状工具２はレンズ１上面の中心位置から半径３μｍ以内に位置決めされる。
【０１０１】
次に、モータコントローラ９２によってモータ９０を作動させ、ホーン３が保持する球状工具２をレンズ１に押圧するとともに、コントローラ２１によって超音波発振器２２を作動させ、軸体２３とホーン３を介して、超音波振動を球状工具２に伝播させる。
【０１０２】
この超音波振動によって、球状工具２は微視的、瞬間的にレンズ１やホーン３との当接および離脱を繰り返し、介在する加工液６に含まれる砥粒がレンズ１を研削していく。また、球状工具２は、ホーン３と移動制限棒４によって転動自在に保持されるとともに、レンズ１との間に介在する粘度の低い加工液６によって転動自在となっているため、超音波振動によって転動する。これらの挙動によって、球状工具２の形状を転写した凹球面１ａがレンズ１に創成されていく。
【０１０３】
レンズ１の凹球面１ａが創成されるのに伴い、モータ９０によって所定の荷重が負荷されている工具軸部３１は下方へ変位する。モータコントローラ９２はこの変位量を計測しており、所望の研削量に達した時点で超音波発振器２２からの超音波振動と加圧シリンダ１１による荷重付加を停止させ、加工を終了する。
【０１０４】
その後、移動制限棒４を球状工具２から離れた位置へ待避させ、工具軸部３１を上方へ待避させ、加工されたレンズ１をレンズ保持台１０から取り外す。凹球面１ａはレンズ１上面の中心から半径３μｍ以内の位置に創成され、凹球面の真球度が２μｍ以下に形成される。
【０１０５】
なお、球状工具２も加工液６の砥粒および超音波振動の作用で摩耗するが、転動することにより各部の摩耗量が均一となる。従って、球状工具２の曲率半径は変化していくものの、真球度が悪化することはない。
【０１０６】
このような実施の形態では、加工の上下方向位置を設定する際、ワーク軸部３０と工具軸部３１の双方を変位させる方式ではなく、工具軸部３１のみを変位する方式としているため、加工時における操作対象が少なくなり、操作が容易となる効果がある。その他の効果は実施の形態１と同様である。
【０１０７】
本発明は以上の実施の形態に限定されることなく、種々変形が可能である。例えば、発明の実施の形態１〜６において、被加工物は円柱状のレンズ１を用いているが、凹球面が創成される他の形状或いは他の材料であっても良い。
【０１０８】
実施の形態１〜６において、移動制限手段が球状工具２の側面に３点で当接、または円周状に当接しているが、水平方向への移動を規制しながら保持できる構造であれば、その他の構成としても良い。
【０１０９】
実施の形態１〜６において、円柱状のレンズ１の上面中心に凹球面を創成しているが、移動制限手段による球状工具２の位置設定を変えることにより、レンズ上面の任意の位置に凹球面を創成することができる。
【０１１０】
実施の形態１〜５において、加圧手段として、ワーク軸部の加圧シリンダを用いたが、加工中に所定の荷重を付加できるものであれば、他の手段を用いても良い。
【０１１１】
実施の形態６において、工具軸部３１の加圧手段として、モータ９０を用いたが、加工中に所定の荷重を付加できるものであれば、シリンダ等の他の手段を用いても良い。
【０１１２】
発明の実施の形態１〜５において、加工量の測定手段としてマイクロメータ１２を用いたが、高精度に加工量を測定できるものであれば、他の手段を用いても良い。
【０１１３】
さらに、以上の実施の形態１〜６で示された複数の構成要素を組み合わせても良い。
【０１１４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、移動制限手段が加工中における球状工具に３方から当接して水平方向の移動を制限するため、球状工具が被加工物に対して位置ずれすることなく、加工が進行する。このため、球状工具を正確に転写した凹球面を被加工物に高精度に創成することができる。また、移動制限手段が球状工具の水平方向位置を決定するため、ワーク軸部と工具軸部との水平方向の相対位置を高精度に設定する必要がなくなる。さらに、凹球面を所望の位置に創成することができるため、凹球面の位置を所望位置に合わせるための後工程での被加工物の外周研削加工を行う必要がなく、手間や労力などを削減することができる。さらに、また、加工中、移動制限手段が所望の方向以外への球状工具の移動を規制するため、被加工物に創成される凹球面の真球度を良好に保つことができ、また、さらに被加工物の凹球面外周部にバリやカケなどの欠落が生じにくくなる。
【０１１５】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様な効果を有するのに加えて、移動制限治具の規制孔が球状工具の水平方向への移動を制限するため、高精度の凹球面を被加工物に創成することができ、また、移動制限治具が被加工物を保持するワーク保持部材に取り付けられるため、被加工物に対する球状工具の位置決めを簡単に行うことができる。
【０１１６】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様な効果を有するのに加えて、移動制限治具の規制孔が球状工具の進行方向を制限するため、高精度の凹球面を被加工物に創成することができ、また、移動制限治具が被加工物を保持するワーク保持部材に取り付けられるため、被加工物に対する球状工具の位置決めを簡単に行うことができる。
【０１１７】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明と同様な効果を有するのに加えて、移動制限治具の供給孔から加工液を加工部位に供給できるため、加工液が確実に供給され、加工が円滑に進行する。
【０１１８】
請求項４の発明によれば、請求項１〜３の発明と同様な効果を有するのに加えて、ホーンの当接面が平面状となっているため、任意の位置でホーンが球状工具と当接することができ、しかも、ホーンの加工が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の加工装置の正面図である。
【図２】実施の形態１の加工装置の側面図である。
【図３】実施の形態１における加工部位の断面図である。
【図４】実施の形態１における加工部位の平面図である。
【図５】実施の形態１における加工時の断面図である。
【図６】実施の形態２の加工装置の正面図である。
【図７】実施の形態２における加工部位の平面図である。
【図８】実施の形態３の加工装置の正面図である。
【図９】実施の形態３における移動制限治具の斜視図である。
【図１０】実施の形態４の加工装置の正面図である。
【図１１】実施の形態４における移動制限治具の取り付け状態の断面図である。
【図１２】実施の形態５の加工部位の断面図である。
【図１３】実施の形態６の加工装置の正面図である。
【図１４】従来の加工装置の正面図である。
【図１５】従来の加工装置の加工部位の断面図である。
【図１６】従来の加工によって加工位置がずれた状態を示す断面図である。
【図１７】従来の加工によって進行方向が傾いた状態を示す断面図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、従来の加工によって、凹球面が変形した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１ レンズ
１ａ 凹球面
２ 球状工具
３ ホーン
４ 移動制限棒
４ａ 当接面
５０ 第１移動制限板
５１ 第２移動制限板
５０ａ、５０ｂ、５１ａ 当接面
６０ 移動制限治具
６０ｂ 規制孔
６０ｃ 供給孔
Claims (4)
- 超音波振動する球状工具を被加工物に当接させて、球状工具を転写した凹球面を被加工物に創成する凹球面の加工装置において、
前記球状工具に当接して加工中に球状工具が水平方向に移動することを制限する移動制限手段を有し、
前記移動制限手段は、前記球状工具の側方に対して少なくとも３方から当接する当接面を有した移動制限部材であることを特徴とする、凹球面の加工装置。 - 超音波振動する球状工具を被加工物に当接させて、球状工具を転写した凹球面を被加工物に創成する凹球面の加工装置において、
前記球状工具に当接して加工中に球状工具が水平方向に移動することを制限する移動制限手段を有し、
前記移動制限手段は、前記球状工具が挿入されて該球状工具の水平方向への移動を制限する規制孔を上部に有し、前記被加工物を保持するワーク保持部材に取り付けられる略円筒状の移動制限治具であることを特徴とする、凹球面の加工装置。 - 前記移動制限治具に、被加工物の加工部位に加工液を供給する供給孔が形成されていることを特徴とする、請求項２記載の凹球面の加工装置。
- 前記球状工具に超音波振動を伝達するホーンが当接しており、このホーンの当接面が平面状となっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の凹球面の加工装置。
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