JPH0319759A - 研削研磨用ワークヘッド - 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Ｊ 本発明は光学素子、金型等のワークの精密加工を固定砥
粒砥石により高速で行う場合に砥石を保持するのに用い
るワークヘソｔ’に関する。

（従来の技術） 従来より−・般的乙こ用いられているプリズム、レンズ
等の研磨加工におけるワークヘッドを第７図ムごて説明
する。

第７図は従来の研磨装置の要部側面を示す断面図である
。

図に示す符号７は平而形状で回転可能に構成された円形
のボリソシャである。このポリソシャ７の上面には、被
加工物である平面形状のワク４が載置されている。ワー
ク４はその上面および側縁辺をボルダ６にまり固設保持
されている。

上記ホルダ６の上面中心部には、円形状の突Ｕを形成し
、その中心位置に、カンザシ１の先端に形成された球形
状のビボソ｝　２と対応した球形状の凹部、即ちビボソ
Ｉ一受５を形成している。

このビボソト受５の上方には、下端部を球形状のピボソ
１・２（ｆ！芯０，）と係合した棒状のカンザシＩが垂
直に配設されて係合構或されている。またカンザシ１の
基端は駆動源と連設したアーム３に保持されている。

上記研磨加工装置は、ポリンシャ７を回転し上記カンザ
シ１およびホルダ６を介して荷重Ｆを負荷し、ワーク４
をポリノンヤ７に圧接しなから揺動アームを揺動させて
研磨されるよう構成されている。

また光学素子の研磨加工における面精度に関ずる研究文
献として、「光学素子加工技術８４の研削・研磨」があ
る。この文献に記載され゛（いる技術は、研だにおける
皿の条｛′Ｉと面積度および加工高さと面精度などにつ
いての実験結末による問題点および解決策などが記載さ
れていろ。

即ち横振り方式の研磨作業における面積度または曲率半
径精度の保持に関する事項と、それによる研磨機の持つ
レンズ軸の回転数とカンザシの繻動数との比率などの条
件に基づいて、被加工物の大きさに対して適正な皿の大
きさの設定に関すること、また高速研磨における研磨時
間短縮のため効果的な機械条件と、皿の使い方などに関
する問題点などが記載されている。

しかし、この文献には、皿と被加工部材との関係と皿と
カンザシの高さの関係についての研磨精度に関する問題
点とその解決策のめにとどまっており、高速に対ずるさ
らの傾斜問題については、全く触れていない。

また上記文献の外に特開昭６３−１１４８ＧＯ℃公＋レ
がある。この公報に開示された光学素子研磨装置を第８
図にて説明する。

第８１ＪＩＩｌ．；Ｊ：　Ｊ：記公報に記載された発明
を示す原理図である。

図示しない上軸に固設されたステ−１２の下端部には、
コの字形状の第１ｔｆｆｌ動部材１３がその中心軸線（
Ｘ軸）の回りに回転自在に取付ゆられ、また、この第ｌ
｛χ動部材１３の両先端部には、コの字形状の第２揺動
部材１４の両先端部がＹ軸回りに回転自在に取付けられ
ている。さらに、第２揺動部材ｌ４の中心部には、軸先
端部においてワーク４を支持ずるワーク支持軸１５が、
その軸線を第２謡動部材１４の中心重山線（Ｚ軸）と−
・致させて回転自在に支承されている。

上記δこおいて、各回転軸Ｘ，Ｙ，Ｚの交点０，は上記
した、第７図にて示したカンザシの球形ピボット２の球
心０１に相当ずる点を構成している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技１４・テにおいて母、いずれも、ワークへ・
，ドを装着した上軸の軸方向に荷重を加え、ワーク加工
面全面にできるだけ均−な荷重がかかるようにし、かつ
ワークは実質的な罷動支点を中心としてできるだ＆Ｊ滑
らかな運動を行うように構成されている。

ところで、近年光学素子加工の分野においては、固定砥
粒砥石を用いた高速研磨法が広く行われつつある。この
固定砥粒砥石による加工で＋Ｊ、砥拉の粒度が大きい場
合には、砥石表面は適度な粗さを維持しながら加工が行
われる。しかし、砥粒の粒度が小さくなると砥石表面の
粗さも小さくなり、ワーク加工面、砥石表面ともにあ】
面に近い状態となる。このような鏡面研磨においては、
ワークが砥石表面に安定して研磨ができないという現象
があった。この現象を第６図にて説明する。

第６図は、固定砥粒砥石による光学素子の加工状態を示
す概念図である。

第６図（イ）は、研磨装置の要部の側面よりの断面図で
あって、ワークと砥石表面が鏡面状態の場合を示してい
る。また第６図（口）は、研磨装置の要部の側面よ２ク
の断面図であって、ワークと砥石表面が粗さの大きい場
合を示している。

研磨加工中においてワーク４と砥石７との間Ｌこは加工
液１７が供給されて、潤滑作用と冷却作用などを行って
いる。第６図（イ）において、ワーク４と砥石７との間
には、ワーク４の速度Ｖ１および砥石７の速度■２の差
△■の相対速度が生している。このためワーク４の加工
面４“と砥石７のラ・２プ面７゜との間には力Ｉ１工液
１７が吸い込まれる。この相対速度△■がある値を超え
ると、液流の変化、ピボソ１一部分のひっかかりなどに
より研磨加工中のワーク４は僅かに傾きを生し、その傾
きにより吸い込まれた加工液１７は薄い液膜１７・を形
成しくさび的効果による加工液の動圧でワーク４は浮い
た状態となる。

この現象を積極的に利用した加工法としてフロー１・ボ
リシングなどがあるが、このような状態においては、加
工能率の向上はほとんど望めない。なお、第６図（口）
に示ずよウｃこ砥石７の粒度が大ぎい場合には、砥石表
面に存在する砥石１８等の突起により液膜が発生しても
これを破るため、上記のような浮き現象は起こらない。

この液膜１７゛に発生ずる圧力Ｐは、上記相対速度△Ｖ
、加工液の密度ρ等に比例するとざれている。

実験によれば、酸化セリウＪ．と熱硬化性樹脂とで製造
された研磨砥石により、外径φ２０のガラスレンズを相
対速度△■ζｌｍ／ｓｅｃで研磨加工した場合、上記圧
力Ｐξ６．５ｋｇ／ｃＪとなる。

即ち、前記従来技術で示すワークヘッドを使用した加工
においては、上記岐欣１７′の住成Ｃこ抗して加工を行
うには、約２０ｋｇ以上の荷重Ｆが必要とされる。

なお、実験で使用したガラスレンズの場合、必要な取代
を得る適正圧力は約１ｋｇ／ｃｒＭであり、６　．　５
　｛ｅの差がある。ワーク外径や相対速度△Ｖ等がさら
に増大ずれば、この荷重は極めて大きなものとなる。

このような高荷重下の加工においては、加工機械の剛性
、耐荷重性のみでなく、ワークヘットの剛性や耐荷重性
も必要となり、前記した従来例のようなワークヘン１，
では、それらに使用される部品の耐久性や摺動性が悪化
し、ワークヘンドの構或が困難となる。

更に、このような高荷重下の加工においては、加工中の
僅かな負荷変動によって液膜１７・が破壊され、ワーク
４とポリソシャ７とが適正圧力の数倍から数斗倍の高圧
で接触するために局部的な除去作用が生し、キズ、クセ
等が発生し易くなる。

本発明は、上記従来技１ネｉの問題点に鑑み、小さな加
工荷重においても加工が進行し、キズ、クセ等のない精
密な加工面が得られるワークヘッドを提供しようとする
ものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕〔手段〕 本発明は、ポリソシャと相対して配設したワタを摺動加
工する研削研磨加工に用いられるワークヘッドであって
、ワーク中心および／または全面に第１の荷重を負荷す
る手段と、該ワタ中心から偏心した一点または複数の点
に第２の荷重を負荷する丁段とを設けた研削研磨用ワー
クヘノドである。

（作用〕 本発明の概念を図に基づいて説明する。

第１図（イ）は、本発明のワークへ，ドの緊部側面より
の概念図である。第１図（口）は、第１図（イ）による
作用を示す概念図である。

第２図（イ）（口）（ハ）（二）はそれぞれ第１図（イ
）（Ｌｌ）に示す研磨加工中における研磨液の流動と研
ヂ装置の駆動とによる被加工部材の作用状態を示す要部
平面図である。

図中において上記第６図（イ）（口）および第７図にて
説明した従来技術と同一構或、同一部材については、同
一符号を用いその説明を省略する。

第１図（イ）に示すように、下端部に球形状のピボン１
２を有するカンザシ１の基端部は、ｌｍ　動アーム３の
先端部６こ装着されている。このピボソ１・２の下方位
置には、円形状のホルダ６を右しその下端面に装着され
たワーク４が配設されでいる。このワーク４は、上面に
上記球形ピボット２と係合するピポソト受５を有するホ
ルダ６に保持されている。

ｌｉＪ１府加工は、上記カンザシ１およびホルダ６を介
して荷重Ｆを資荷し、前記ワーク４をボリソシャ７に圧
接して研磨される。また、符号１９は補助アームでカン
ザシ１の中芯軸から偏心した点０２に補助荷重Ｉ・′１
をｊｊえるよう横成さＤ，ている。

第１図（イ）６こおいて、仕成した液欣１７・Ｃこより
ワーク４の一方が」二方に浮き」二がった状態を示して
いる。更に、図において、Ｆ　＋　’−Ｏの時、即ち、
上記従来技術と同様の現象の場合には、ワーク加工面４
′には荷重Ｆによって圧力Ｐ１が均等に生している。こ
の時、液欣１７・を破壊するには、Ｐ．＞Ｐ（Ｐは液膜
の圧力）としなければならｌｆい。

一方、第１図（ロ）においては、カンリ′シ１の中心軸
に対して加工液Ｉ７の浸入方向前オキ側の点０，に、補
助アー１、１９により補助荷重Ｆ，が負荷されている。

このとき、ワーク４　４ｉ僅かに傾き、加工液の流れに
乱れを生しる。

このため、ワーク４の加工面４′と砥石７の表面７・の
間で生ずる液膜の圧力Ｐ・は第１図（イ）における定常
状態の圧力Ｐよりも小となり１２ 土荷重Ｆが小の場合でもＰ，　＞Ｐ・となり、ワーク４
の浮き上がりは解消される。

また、荷重Ｆ１がさらに大きい場合にはワク４のエッジ
によって、液膜１７”は容易に破壊され、ワーク４の加
工面４゛と砥石７の表面７・とは接触状態となり、研磨
加工が進行する。

第２図（イ）（口）（ハ）（二）は、上記第１図の状態
を加工液１７によるワーク４の作用を示した概念図であ
る。第２図（イ）は適正０こ加工が行われている状態を
示している、第２図（口）は層状の液＋１２１７・が形
威された状態を示し、また第２図（ハ）は加工液１７の
流れに乱れが生した状態を示し、液膜１７・の圧力Ｐが
低下するため、荷重Ｆにより上記第２図（イ）の状態に
復帰する状態を示している、更に、第２図（二）は液膜
１７・が破壊された状態で、液膜の圧力Ｐはゼ１１とな
った状態である。

以一Ｌのように、加工中浮き状態にあるワーク４にｔ１
１１助荷重Ｆ１を作用させることにより、液欣の圧力Ｐ
・を小さくし、あるいは、液膜１７・を破壊することに
より浮き状態を解消する。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図面中において、」二記第１図（イ）（Ｉコ），第２図
（イ）（ロ）（ハ）（二）、第６図（イ）（口）、およ
び第７図にてそれぞれ説明した同一部材または同一構或
については、同一符号を用いてその説明を省略する。

（第１実施例） 平面形状で回転自在に構威されたポリ，シャ７の上面に
は、被加工物であるワーク４が載置されている。

ワーク４は、その上面および側縁辺をホルダ６により固
設保持されている。

上記ホルダ６の上面中心部には円形状の突起を形成し、
その中心位置にカンザシ１の先ラ１）１に形成された球
形状のピボ，１・２と対応した半球形状の四部（ピボソ
１・受）５を形成している。

このピボン１・受５Ｉこは、上記したように先端部に球
形状のピボソ１・２（球芯０，）を形威した｛４形状の
カンザシ１が、垂直に配設して係合横或されている。ま
たカンザン１の基端部は図示していないか症動駆勤源と
連設したＫｈ動アム３の先端部に装着ざれた主荷重用シ
リンダ２０に設（ノられたシャフト２ｌの先端部に装着
されている。

上記揺動アーム３の先端部には、ブＩコソク形状の固定
紺丁２５を装名し、その中火部には下方向ｔこ伸延措成
された補助荷重用シリンダ２２を装，乙している。

上記補助荷重用シリンダ２２に装着された下方向に伸延
するシャフト２３の先端には、ホルダ６の上面外周側に
当接する球ｌ６を保持した球面軸受２４が父着されてい
る。

上記主荷重用シリンダ２０および補助荷重用シリンダ２
２は、共に図示していないが電磁弁およびコン１・ロー
ラを介して空圧源に接続されている。

またワーク４の浮き上がり状態の検出機構は図示してい
ないが、軸の上下動を例えばダイヤルゲージまたは歪ゲ
ージまたは振動計などと接続して検出するよ・う構或さ
れている。

またホルダ４の研磨による抵抗の検出は、モータの１・
ルクの変動の検出または被加工部材（ワーク）４を保持
するカンザシ１、ポリ，シャ７を回転する軸のたわろ（
ボリソシ４・７により被加工部材４が回転ずる方向に引
張られるので負荷の変動で軸が角に元に戻るようになる
）で検出する９ 上記構成の本実施例の作用を次に説明する。

まずポリッシャ７を回転させ、続いて揺動アーム３を駆
動させると共に研磨液１７を供給するとポリノシャ７上
にワーク４は揺動回転ずる。

研磨加工中において、ワーク４が浮き上がり状態が発生
した場合、コン１・＋１−ラの作動により補助荷重用シ
リンダ２２を下方に作動させ、球面軸受２４を介して該
ワーク４の外周側に適度な荷重を加える。この時、球面
軸受２４によりワーク４の揺動回転運動などが明害され
ることはない。なお、加工時間内において、補助荷重用
シ１５ １６ リンダ２２を作動さセる回数、周期等はワーク４、ボリ
ッシャ７の種類により適宜設定すればよい。

また、図示していないがセンサーにより加工抵抗を検知
し、浮き上がり状態が発生した時点即ち加工抵抗が急激
に抵抗した時点において、補助荷重用シリンダ２２を作
動させるようにしてもよい。

上記実施例によれば、補助荷重用シリンダ２２を｛＝ｊ
加ずるだ（ｊの、簡単な構或によりワーク４の浮き上が
り状態を解消することができるので品質のよい製品を製
造することがとできる。

なお、前記従来技術で述べた実験によるガラスレンズと
砥石Ｃこ、本実施例を通用した場合、主荷重Ｆ　’−：
　４　ｋｇ、補助荷重Ｆ１ξ１ｋｇとなり、適正荷重に
近い荷重で加工でき、キズ、クセ等の発生もなかった。

また」二記実施例において微細な遊離砥粒を用いた研磨
皿による加工でもよい。

（第２実施例） 第４図（イ）（口）は、本発明の第２実施例の研磨装置
を示し第４図（イ）は、要部側面よりの断面図、第４図
（口）は、第４図に示すＡＡ線よりの断面図である。図
に示すように下端部に球形状のビボソ１・２（球芯０．
）を形成したカンザシ】は、駆動源と連設された揺動ア
ーム３の先端部に装着された主荷重用シリンダ２０の下
端に装着されている。上記カンザシ１の球形状のピボッ
ト２と係合するピボット受５を上面中心に有するホルダ
６の下端面には、ワーク４を保持している。更にホルダ
６の上面外周縁辺部には、リング状の永久磁石２６を装
着している。

この永久磁石の上方向には、第４図（口）に示すように
永久磁石２Ｇと対応して設けた７Ｉ：Ｌ磁石２８が複数
個放射状にかつ等間隔に配設した補助荷重用リング２７
が、その中央部にカンザシ１およびシリンダ２１を挿通
して揺動アー１、３の先端に装着されている。上記ワー
ク４の下方位置には、円形のポリッシャ７が対向配設し
ている。

上記補助荷重用リング２７と１磁石２８は、研磨加工中
ワーク４の浮き上がり状態に応して、適宣電磁石２８に
通電し、永久磁石２Ｇにより反発する力を利用した構戒
となっている。

１．記実施例の構成による作用は、揺動回転ずるホルダ
６は、補助荷重用リング２７と非接触状態であるため、
ワーク４の回転運動等に影響を！テえることなく、補助
荷重を付加できる。また、電磁石２８は放射状に複数配
設されているため、ワーク４の回転、陥動運動による相
対速度△■の方向の変化に対しても、容易に適切な方向
から荷重を付加でさる。

（第３実施例） 本発明の第５図は、本発明の第３実施例の研ｇ２　！，
！．置の要部を示す斜視図である。

図示していないが、上軸に垂直に配設したステ−１２の
下端部には、横形状のコの字形状の第１揺動部材ｌ３が
その中心軸線（Ｘ軸）の回りに回転自在に装着されてい
る。また、この第Ｎｍ動部材１３の両先端部には、縦形
状のコの字形状の第２揺動部材１４の両先端部がＹ軸回
りに回転自在に装着されている。更に、第２揺動部材Ｉ
４の中心部には、軸先端部においてワーク４を支持する
ワーク支持’ｌｌ＋ｂｌ５が、その軸線を第２揺動部材
１４の中芯軸線（Ｚｌｌｌｌ＋）と一致させて回転内在
に支承されている。

各回転軸χ，Ｙ，Ｚ軸の交点ＯＪが、上記した第Ｉ実施
例の第３図に示すカンザン１の丁求形ビボソＩ・２の球
心０１に相当ずる点を構成している。図中符号２つは、
」二記ステ−１２の側面に装着された継手であって、そ
の一端に水平シリンダ３０および垂直シリンダ３２のー
’ｌｉｊ部をそれぞれに保持している。上記水平シリン
ダ３０の伸延したシャフ｝３１の先端部は第２揺動部材
１４に装着され、乗直シリング３２のシャフｌ・３３の
伸延した下端部は第Ｈｚ動部材ｉＪ：　１３に装着され
ていろ。

上記構戒においてホルダ６と支持！ｌ＋ＩＩＩ１５の係
合は螺子による螺合でもよくまたはベヤリングを介在し
て連粘してもよい。

上記実施例の構或２こよる作用を次に説明する。

まず研磨加工中において、水平シリンダ３０および垂直
シリンダ３２を作動させるこどにより、１つ ２０ ｉノーク４にはＹ軸回りおよびＸ軸回りのモーメン１・
が発生するが水平シリンダ３０および垂直シリンダ３２
により発生ずる力を適宜＆ｔｌ＝”＋合わせることによ
り、上記第１実施例と第２実施例にて説明した補助荷重
と同等の作用を行うことができる。

上記本実施例によれば、ワーク４の回転運動を｝Ｄなう
ことなく補助荷重を負荷することができ、またワーク４
を保持でぎる範囲内であればワーク４の外径が変化して
も水平シリンダ３０および垂直シリンダ３２の荷重点を
変える必要がなく、任意の大きさのワーク４に対応でき
る。

上記実施例において、ワーク４は平面形状を用いたが、
必ずしも平面形状に限定するものではなく球面である場
合も同様であり、またＭｙｉＩＩ砥粒による加工におい
ても、砥粒径が細かくなると同様の現象が発生し、本発
明によるワークヘノｌが存効に作用する。

〔発明の効果〕

上記篇中な構或と作用を有する木発明のワーク・＼冫ド
によれば、＠磨加工中浮き上がり状態にあるワークに補
助荷重を作用させることにより、本来の適正な加工荷重
においても液１模の圧力を小さくし、あるいは液股を破
壊することによって、ワークの浮き上がり状態を解消し
、一［ズ、クセ等のない精密な研磨加工が得られると共
に品質の良い製品が製造できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は、本発明の概念図を示すワク・＼ンドの
要部の側面よりの断面図。 第１図（口）は、第１図（イ）の作用を示す側面よりの
断面図。 第２図（イ）は、第１図（イ）（口）に示す研磨加工中
における研磨液の流動と研磨装置の駆動とによる被加工
部材の作用状態を示す要部平面図。 第２図（ｒ＋）は、第２図（イ）と同様Ｃこ被加工部材
の作用状態を示す栗部下面図。 第２図（ハ）は第２図（イ）ど同様に被加工部材の作用
状態を示すデ部平面図。 第２図（二）は、第２図（イ）と同様に被加王部材の作
用状愈を示す要部平面図。 第３図は、本発明の第１実施例を示すワークー・ノ］の
要部側面」、りの断面図。 笛４図（イ）は、本発明の第２実施例を示ずワーク・＼
ンｌの要部側面よりの断面図。 Ｚｔ４図（口）は、第４図（イ）に示すＡ−Ａ線よりの
断面を示す下面図。 ｍ５図は、本発明の第３丈施例を示すワークヘノ１の砦
部を示ず剥視図。 第６図（イ）は、従来のワークヘッドの要部を示す側面
よりの断面図。 第６図（ｌコ）は、従来のワークー・ソトの要部を示す
側面よりの断面図。 第７図

【ま、従来のワーク・＼７１の要部を示す（！Ｉ
リ面よりの断面図。 第８Ｉ２ｌは、従来のワークヘノｔ’の要部を示す斜視
図。 カンザソ　　　　　　２・・ピボソ１・３−・・揺動ア
ーノ， ５・・ピボ．７ｌ・受 ７・・・ポリッシャ １３・・・第１揺動部材 １Ｇ・一・ボール １７・・・／Ｐｊ．Ｉｌ２ ］９・一捕助アーＪ、　　　２０ ２２・・補助荷重シリンダ ２４−・・球面軸受 ２７・・・補助荷重用リング ３０・−・水平シリンダ ４・・ワーク ６・・ホルダ １２−ステー ｌ４・第２揺動部十Ａ ｌ７・一カロエン１｛（ １８　　砥粒 ・主荷重用ンリンダ ２３・シー】・フト ２６・・永久磁石 ２８一雷磁石 ３２−・・重直シリンダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリッシャと相対して配設したワークを摺動加工
   する研削研磨加工にするワークヘッドであって、ワーク
   の中心および／または全面に第１の荷重を負荷する手段
   と、該ワークの中心から偏心した一点または複数の点に
   第２の荷重を負荷する手段とを設けたことを特徴とする
   研削研磨用ワークヘッド。
2. （２）第１の荷重用シャフトの下端部に装着され下端部
   に球形のピボットを有するカンザシと、上面に前記球形
   ピボットと係合するピボット受けを有するワーク保持用
   ホルダと、該ホルダの上面外周側に装着された下端部に
   球面軸受を固着した第２の荷重用シャフトと、からなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の研削研磨
   用ワークヘッド。
3. （３）第１の荷重用シャフトの下端部に装着され下端部
   に球形ピボットを有するカンザシと、上面に前記球形ピ
   ボットと係合するピボット受けを有し、上面外周側にリ
   ング状永久磁石を設けたワーク保持用ホルダと、上記リ
   ング状永久磁石と対向して配設された複数の電磁石より
   なる第２の荷重リングとからなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の研削研磨用ワークヘッド。
4. （４）ステーと、該ステーの下端部にその中心軸線の回
   りに回転自在に装着した第１揺動部材と、該第１揺動部
   材の先端部に装着した回転自在の第２揺動部材と、該第
   ２揺動部材の中心軸線と一致させて回転自在に支承され
   た軸先端部にワークを支持する支持軸と、上記ステーに
   装着され、その先端部が上記第２揺動部材に装着された
   水平シリンダと、上記ステーに装着され、その下端部が
   上記第１揺動部材に装着された垂直シリンダとからなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の研削研磨
   用ワークヘッド。