JPH02131851A - 曲面研摩装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば半導体、ガラス、セラミックス又は
金属酸化物の単結晶の硬質脆性材料、あるいは金属など
を素材とする光学部品やその成形用型などを研摩するも
ので、特に曲面形状を有する被加工物の表面を精密に研
摩する曲面研摩装誼−こ関するものである。

〔従来の技術〕

従米の曲面研摩装置として、原子単位の弾性変形破壊現
象に基づ《極微小加工を行うＥＥＭ（　Ｅｌａｓｔｉｃ
　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　）　ｌζ基
づ《研摩装置について述べる。

第３図は例えば精密機械学会誌，４６巻，１２号，第８
５頁〜第９２頁（　１９８０年）に示された従来の研摩
装置であるＥＥＭに基づく加工装置の要部を示す構成図
である。

図において、（自）は主軸ヘッド、（ニ）は主軸ヘッド
四によって支えられ、枠四をＩｉ！！垂する十字バネ、
（財）は枠（イ）に設けられたモーター、（ホ）はモー
ター■により回転駆動される回転シャフト、（自）は回
転シャフト（ニ）の先端に設けられた、例えばポリウレ
タン球である研摩用のツール、（ニ）は研摩材懸濁液、
（自）は研摩材懸濁液■で水平に置かれた被加工物、翰
は荷重支持棒である。

ツール（ホ）を被加工物（自）の表面に近接して回転さ
せることにより、被加工物（ニ）の表面を研摩する。

ツール（至）と被加工物（ニ）の加工面との近接の程度
は、シャフト（ニ）の取付枠四の下部に取り付けた荷重
支持棒四の重さで調節する様になっている。枠（ニ）、
モーター、回転シャフト（自）、ツール（ホ）で研摩ヘ
ッドを構成している。

しかし、この様な研摩装置によって、大さな傾きをもつ
曲面形状の被加工物＠を研摩する場合、以下の様な問題
が生じる。

一般に曲面形状の研摩を行うプロ篭スは、始めに被加工
物（自）の前加工形状を測定し、その形状測定値と設計
値を比較し、その差から研摩加工除去量を計算する。こ
の研摩加工除去量に応じて、ツール四の位置決め及びツ
ール（至）の滞留時間を計算し、それらのデータをＮＣ
データ化して、加工を行うものである。その際、加工点
における被加工物四とツール（至）の相対速度及び加工
圧を常に一定にしておき、ツール（ホ）の滞留時間のコ
ントロールのみを行って目標形状を得ながら、表面を研
摩する。第４図に示す様に曲面形状の被加工物（至）を
研摩する場合、被加工物（至）上の加工点の傾きに対応
して、研摩ヘッドも傾ける必要がある。研摩ヘッドを傾
けると、荷重支持棒翰の位置が加工点の垂直上からずれ
ることにより、又、研摩ヘッド自体の自重の傾きの変化
により、加工点における圧力、即ち加工圧Ｆが変化する
。例えば、加工点が被加工物（ニ）上の位置（２ａ）に
あるときは、加工圧Ｆａ＝Ｗであったものが、被加工物
（自）上の位置（２ｂ）に移動すると加工圧はＦｂとな
り、位置《２ａ）での加工圧Ｆａとは大さ《異なる。こ
こでＷは荷重支持棒の重力である。仁の影響Ｃζより、
先に述べた曲面研摩のプロセスの原理に従って、被加工
精度に大さな形状誤差が生じ、目標の形状精度が得られ
に《い。

〔発明が解決しようとする課題〕

従米の研摩装置は以上のように構成されてεり、曲面形
状｛？有する被加工物を加工する場合、被加工面の傾さ
に応じて研摩ヘッドも傾ける必要があり、これにより加
工圧に誤差が生じる。このため被加工物の加工精度に大
きな形状誤差が生じ、目標の形状精度が得られに《いと
いう問題点があった。

この発明は上記の様な問題点を解消するためになされた
もので、曲面形状を有する被加工物の被加工面を精密に
研摩でさる曲面研摩装ｆｆｌｅ得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る曲面研摩装置は、曲面を有する研摩用ツ
ール、このツールを支持するシャフト、及びツールを回
転駆動する回転駆動機構からなる加工用研摩ヘッド、曲
面形状を有する被加工物上の加工点において、この加工
点の法線方向に研摩ツールを介して一定の圧力を加える
加圧機構、並びに加工用研摩ヘッドをその重心で支持し
、加工点における法線方向と加圧機構による加圧方向を
一致させるように加工用研摩ヘッドを回転するロータリ
ーテーブルを碓えたものである。

さらに、この発明の別の発明に係る曲面研摩装置は、上
記発明に加えて、加工点における法線方向の荷重を測定
する荷重測定器、及びこの荷重測定器の．出力に応じて
加工点に加える圧力を一定に制御する加工圧制御機構を
備えたものである。

〔作用〕

この発明における曲面研摩装置では、曲面形状を有する
被加工物上の加工点の傾きに対応させてツールの傾１ｔ
を変化させても、ツールから被加工面上の加工点に作用
する加工圧は常に一定に保たれる。このことにより、加
工速度に大きく影響を及ぼす加工圧が常に一定に保たれ
、ツールと被加工物の被加工面との滞留時間をコントロ
ールするだけで、精度よ《目標の形状に加工することが
できる。

さらに、この発明の別の発明では、上記作用に加え、ツ
ールの加工点における加工圧を荷重測定器によって測定
し、この荷重測定器からの出力値が一定となるように加
工圧制御ｍ構によりロータリーテーブルをツールの加工
点における法線方向と同一の方向壷こ移動させる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による曲面研摩装置の要部を一
部断面で示す構成図である。図にわいて、（１）は研摩
ヘッドの重心位置、（２目よ被加工物（自）上の加工点
、（３月よベアリング、（４）はケーシング、（５）は
軸継手、（６）は研摩ヘッド支持用ペアリング、《７》
は研摩ヘッド支持用アーム、（８》は加工圧負荷用バネ
、（９）は加工圧設疋用マイクロメーダ、ＱＯはバネ押
え、Ｏυは研摩ヘッド固定具、（自）は被加工物回転ス
ピンドル、斡はノズル、斡はノズル、０４はツール回転
軸、卯は被加工物回転軸、斡は加工点法線方向である。

また、（自）〜四は従来装置と同様の部分であり、（自
）は研摩ヘッドロータリーテーブル、（ホ）は枠、（財
）はモータ、（自）はシャフト、（ホ）は例えば９レタ
ンで作られた研摩用ツール、匈は例えばダイヤモンド粉
などの研摩材による加工液、（ニ）は例えば凸面レンズ
などの被加工物、（自）は加工圧支持板である。

ケーシング（４）、軸継手＜ｓ）、モータ（財）、シャ
フト■、研摩用ツール（ホ）はツール回転ＩｌＩＩａ４
Ｊにおいて一直線上に並ぶ様に枠四に取り付けられ、加
工圧支持板四と共に研摩ヘッドが構成されている。この
研摩ヘッドは、研摩ヘッドの重心（１）においてベアリ
ング（６）を介してアーム（７月こより研摩ヘッドロー
タリーテーブル（自）に取り付けられている。ここで、
研摩ヘッドの回転軸Ｑ４は、回転スピンドル（ロ）に取
り付けられた被加工物（至）上の加工点（２）の法線方
向ｏＱに対して一定の角度αＣＣなる様に設置されてい
る。ξの加工点（２》を通る法線方向ｑＱ上から加工圧
負荷用バネ（８月こより加工圧を例えば１０ｇ〜ＩＫｇ
　　程度加圧する。この加工圧は、加工圧設定用マイク
ロ・メータ（９）を回転させることによりバネ押え四を
上下移動さ甘て設疋さｎる。動作は従来と同様ｉζ、ツ
ール（至）を被加工物（財）の表面に近接して、例えば
Ｗ，方向に回転させることにより被加工物（財）の表面
を研摩する。この時、この実施例によれば、ツール回転
軸Ｃｌ４１と加工点の法線方向ＱＱとで構成される角度
αを一定に保つ様に、被加工物四を例えばＷ，方向Ｃこ
回転さで、かっＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させる。また、研
摩ヘッドが取り付けられた研摩ヘッドロータリーテーブ
ル（自）を回転さゼて加工点（２》を被加工物（財）の
被加工面上を移動さぜ、ノズルμｓから研摩材（ニ）を
供給し研摩材翰の作用で研摩を行う。

この実施例では回転駆動装置としてモーターを用い、加
工圧負荷手段にバネ（８》を用いたが、他の方法でもよ
い。

この実施例では研摩ヘッドの重心に支持点を置《ことζ
ζより、加工点の移動に伴う研摩ヘッドの水平線ｌこ対
する角度の笈化に対しても、加工圧を一定に保っている
。さらに、加工圧を常に被加工物ノ加工点に対して法線
方向から加えることにより、加工圧を正確に制御でさる
。また、ツールの回転軸輔を加工点（２１にわける法線
方向頭に対して一定の角度αに保つことにより、良好で
安定した単一加工痕を得ることができる。この様に加工
圧を常に一定にしながら被加工物（ホ）とツール（至）
の相対位置を移動させて、ツール（ホ）の加工点にわけ
る滞留時間をコントロールさせながら研摩を行い、表面
粗さを良好に保って目標の形状を創成する。

また、第２図はこの発明の他の実施例による曲面研摩装
置の要部を一部断面で示す構成図である。

図において、助は研摩ヘッドスライド方向、（７）は加
工点における法線方向の加重を測疋するガードセル、Ｑ
Ｑは研摩ヘッドテーブル、（１）はＤＣサーボモータ、
曽は加工圧制御機構である。この研摩ヘッドは、研摩ヘ
ッドの重心（旧こおいてベアリンク（６Ｊを介してアー
ム（７）に支持され、このアーム（７目よ研摩ヘッド固
定具Ｑｖにより研摩ヘッドテーブル。鐸に取り付けられ
た後、研摩ヘッドロータリーテーブル（自）に取り付け
られている。研摩の最初に加工圧を加工圧設定用マイク
ロメータ（９》を回転さ電ることにより設定する。研摩
中のツール（ニ）の移動の際に何らかの原因で生じた加
工圧の変動を、加工圧負荷用バネ（８）の下に取り付け
たロードセル（ニ）で測定し、常Ｃこ加工圧が一定とな
る様に加工圧制御機構（７）で制御する。例えばＤＣサ
ーボモータ■により研摩ヘッドテーブルｏ婦を加工点の
法線方向に移動させ、加工圧の定圧制御を行う。

Ｃの実施例では、上記実施例に加えて、加工圧憂さらＣ
ζ精度良く一定にできるので、良好で安定した加工精度
を得ることができ、さらに目標形状に到達するまでのプ
ロセスが短縮化され、加工時間の繻小化が可能となる。

なお、上記実施例では加工圧負荷手段にコイルバネを用
いたが、加圧でさるものなら何でもよく、これに限るも
のではない。また、ツール（ニ）の傾き角αを４５°に
設疋したが、これに限るものではない。加工圧測定手段
にロードセルＯＳ＋用いたが他の方法でもよく、加工圧
測疋場所も法線方向の荷重が測定でさるならば、どこに
設置してもよい。

また、被加工物（ニ）に、軸対象で凸状の非球面ガラス
レンズを用いたがこれに限るものではない。形状は凹面
でもよく、又、非球面でも球面でもよい。

さらに、材料は、ガラスに限るものではなく、例えばセ
ラミックスや酸化物系単結晶材料、金属等でもよく、上
記実施例に限るものではない。ただし、被加工物（ニ）
の形状が非軸対称の場合は、これに応じて、被加工物（
ニ）に対するツール（ホ）の軌跡は、最適なものとする
必要がある。

〔発明の効果〕

以上のようにＣの発明によれば、曲面を有する研摩用ツ
ール、このツールを支持するシャフト、及びツールを回
転駆動する回転駆動機構からなる加工用研摩ヘッド、曲
面形状を有する被加工物上の加工点において、この加工
点の法線方向に研摩ツールを介して一定の圧力を加える
加圧機構、並びに加工用研摩ヘッドをその重心で支持し
、加工点における法線方向と加圧機構による加圧方向を
一致させるように加工用研摩ヘッドを回転するロータリ
ーテーブルを備えたことにより、ができる曲面研摩装置
を得るξとができる効果がある。

また、上記発明Ｃζ加えて、加工点における法線方向の
荷重を測定する荷重測定器、及び仁の荷重測定器の出力
に応じて加工点に加える圧力を一定Ｃこ制御する加工圧
制御機構を備えることにより、加工精度の向上及び加工
効率の向上を計ることのできる曲面研摩装置が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による曲面研摩装置の要部
を一部断面で示す構成図、第２図はこの発明の他の実施
例による曲面研摩装置の要部を一部断面で示す構成図、
第３図は従来の研摩装置の要部を示す構成図、第４図は
従米装置の動作を示す説明図である。 図において、《ｌ》は研摩ヘッド支点、（幻は加工点、
（３）はベアリング、（４》はケーシング、（ＩＳ》は
軸継手、（７）は研摩ヘッド支持用アーム、（８月よ加
工圧負荷用バネ、ａ４はツール回転軸、（ニ）は被加工
物回転軸、Ｑ●は加工点法線方向、Ｑηは研摩ヘッドス
ライド方向、（ニ）はロードセル、斡は研摩ヘッドテー
ブル、四はＤＣサーボモータ、弼はモーター、舞はシャ
フト、曽は研摩用ツール、（自）は加工液、（ホ）は被
加工物、四は加工圧支持板、（１）は加工圧制御機構で
ある。 なお、各図中、同一符号は同一、または相当部分を示す
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）曲面を有する研摩用ツールと、このツールを支持
   するシャフトと、上記ツールを回転駆動する回転駆動機
   構とからなる加工用研摩ヘッド、曲面形状を有する被加
   工物上の加工点においてこの加工点の法線方向に上記研
   摩ツールを介して一定の圧力を加える加圧機構、及び上
   記加工用研摩ヘッドをその重心で支持し、上記加工点に
   おける法線方向と上記加圧機構による加圧方向を一致さ
   せるように上記加工用研摩ヘッドを回転するロータリー
   テーブルを備えた曲面研摩装置。
2. （２）曲面を有する研摩用ツールと、このツールを支持
   するシャフトと、上記ツールを回転駆動する回転駆動機
   構とからなる加工用研摩ヘッド、曲面形状を有する被加
   工物上の加工点において、この加工点の法線方向に上記
   研摩用ツールを介して一定の圧力を加える加圧機構、上
   記加工点における法線方向の荷重を測定する荷重測定器
   、この荷重測定器の出力に応じて上記加工点に加える圧
   力を一定に制御する加工圧制御機構、及び上記加工用研
   摩ヘッドをその重心で支持し、上記加工点における法線
   方向と上記加圧機構による加圧方向を一致させるように
   上記加工用研摩ヘッドを回転するロータリーテーブルを
   備えた曲面研摩装置。