JPH04169713A - 研削加工方法及び装置 - 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〕 本発明は１円環状の非球面形状物体の加工方法及び、加
工装置に係り、特に非球面レンズの副半径が場所により
異なり、さらに加工面の全域にわたり、一定の仕上げ状
態を得ることが必要である変形トーリック面を有するレ
ンズを形成するのに好適な非球面物体の研削加工方法と
その装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、非球面物体を形成するのに好適なＮＣ制御による
研削加工において研削面に研削液を供給する方法として
は、特殊なノズルを用いることにより研削砥石の外周に
沿って研削液を層流状に流出させる方法や砥石表面に溝
や穴を設けることにより研削面に多量の研削液を供給す
る方法等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に研削加工において、仕上げ面の状態は研削条件に
よって大きく異なる。特に、研削液が仕上げ状態に及ぼ
す影響は非常に大きく、研削部への研削液の供給量が少
ないとチッピングや焼けが生じ、良好な仕上げ面を得る
ことはできない。ところで、砥石は通常１０００−６０
００　ｍ／ｍｉｎの周速で回転しているため、砥石の表
面では、圧力が高く、流速の大きな空気層が発生する。

したがって、研削液を噴射した場合、研削液がこの空気
層で跳ね返され、研削部分まで研削液が充分に行き渡ら
ない。そこで、この問題を解決するために砥石表面に溝
や穴を設けることにより、研削液を研削部まで多量に運
ぶ方法（特開昭５５−７０５４８）やノズルの形状を工
夫することにより、研削液を砥石表面外周に沿って、層
流状態で流れるようにすることにより研削部に多量の研
削液を供給する方法（特開昭５５−７７４６８）が提案
されている。確かに一般的な金属材料を平面研削する場
合は、上記の研削方法で充分に良好な仕上げ面を得るこ
とができる。しかし、複雑な非球面形状物体を研削によ
って加工する場合、砥石は創成すべき曲面上を移動しな
がら被加工物を研削するために、従来の研削液供給方法
では、砥石と被加工物との位置関係によって研削液の掛
かり方が異なり、仕上げ面の状態に差が生じる。また、
ガラスやセラミックスなどの脆性材料を研削により高精
度に仕上げる場合、砥石の表面状態も大いに影響し、面
の粗い砥石で脆性材料を研削した場合、高精度な仕上げ
面を得ることは不可能である。したがって、砥石に溝や
穴を設けて、研削液の供給量を増やす研削方法では、脆
性材料を高精度に仕上げることはできない。以上のよう
に、従来の研削方法では良好な仕上げ面を得るためには
、被加工物の形状や材質の点で大きく制約を受けること
が多かった。そこで、本発明の目的は、被加工物の形状
や材質に関わりなく、良好な研削仕上げ面を得るための
研削加工方法及び装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的は以下
に示す方法により達成される。

例えば第１図（ａ）に示すような球面を創成する研削加
工装置において、砥石１はワーク２の周りを創成すべき
曲面の軌道３に沿って移動しながら研削を行なう。この
時、研削面において、ノズル４′を砥石の接線と平行に
設け、研削液５を噴射するのがよいが、実際には、上述
したように高速で回転する砥石の表面には、高圧の空気
層が存在し、研削液の多くが跳ね返されるために、研削
部に到達する研削液の量は減少する。そこで、研削液を
研削部にまで供給する効率を高めるためには、第１図（
ｂ）に示すようにノズルを砥石の接線方向より少し、傾
けて設けるのが良い。ところがこの状態で砥石をある軌
道に沿って、移動させながら研削を行なうと、図から明
らかなように、砥石とワークの相対的な位置関係によっ
てノズルの方向が微妙に変化し、研削液の供給状態に微
妙な差が生じ、仕上げ面の状態が場所によって異なる。

そ二で、本発明では、ノズル４の設定角度を自由に変え
ることができるよ゛）にしている。さらに、このノズル
は研削点に自由に近づいたり遠ざかったりできるように
なっており、砥石とワークの位置関係に応じて、適宜、
最適な流量の研削液を研削部に供給できるようになって
いる。

〔実施例〕

実施例］ 本実施例では、一般に研削加工が困難であると言オ）れ
ている光学ガラスを研削し１、球面レンズを加Ｊ二する
ことにより本発明の効果を確認した。被加工物２には硬
度の異なる５種類の光学ガラスを選んだ。砥石１は直径
１５０ｍｌ１１の３０００番のダイヤモンド砥石を用い
た。切り込み量は２μｍ、砥石回転数は１１００００ｒ
ｐ、研削液供給量は１分間に】０ρとした。本実施例で
は、研削液の噴射方向は砥石１の接線方向より反時計方
向に３゜傾けるように、砥石〕がワーク２の頂点にある
時、ノズル４を設定した。砥石１の位置がワーク２の頂
点からずれるのに従い、ノズ刀ハ１の方向を少［５゜ず
つ変化させ、常に研削面に多量の研削液５が効率良く供
給されるように１、なから研削を行なった。

その結果、研削面全面にわたって鏡面が得られ、研削工
程のみで球面１メンズを加工することができた。なお、
研削面はベルトメータにより面粗ざを評価１．７、さら
に光学顕微鏡で表面の様子を観察した。結果を第２図及
び第３図に８示す。その結果、本実施例による研削面は
、はとんど塑性流動面からなる平滑な面であることが確
認された。

比較例１ 、ノズルが固定の研削加工装置を用いて、実施例１の場
合と全く同じ加工条件でガラスを研削し、仕上げ面の様
子を調べた。本比較例では、ノズルは固定されているた
め砥石がワークの頂点から離れるのに従い、研削部への
研削液の供給状態が悪くなる。本実施例の効果を確認す
るため、比較例の什りげ面の端面付近の表面の様子を観
察した。

その結果を第４図及び第５図に示す。第４図から分かる
ようにワーク材質がやわらかい場合は研削性が良いため
に、多少研削液の供給状態が悪くても、平滑な仕上げ面
が得られるが、材質の硬度が大きくなると、研削性が悪
くなり　仕上げ面は研削液供給の影響を大きく受ける。

し７たがって第５図に示したように、研削液の供給が不
七分なままで、研削した場合の仕上げ面には脆性破壊に
よるクラックが多数認められろ。

実施例２ 本発明による研削加工装置の一実施例を第６図により説
明する。

第６図は、本発明り、−よる非球面レンズの力Ｌｒ、方
法に基づく加工装置の構成を丞し、ている。ワーク２は
、モ・−夕８により回転する回転テーブルＧ上に取り付
けられており、さらに、この回転テーブル６は、前後に
移動可能な直進テーブル７七に設けられている。この直
進テーブル７はガイド９を介しベース１０に取付けられ
ている。この直進テーブル７を駆動するために、ピエゾ
アクチュエータ１１が用いられる。一方、ワーク２を加
工するために５砥石〕が用いられるが、この砥石１は、
エアスピンドル１２に取付けられて、１１００００ｒｐ
はどの回転数で高精度に回転する。また、エアスピンド
ル】−２は、その回転軸と平行に設置されたエアスピン
ドル保持軸１３を中心として、ウオーム１４．ウオーム
ホイール１５により、円弧状に揺動できるように構成さ
れている。エアスピンドル保持軸１３は支持部材１６−
ａ、１６−ｂによりその両端が固定さ才ｌている。また
、研削液噴射ノズルコアはエアスピンドル保持部材１８
上に固定されており、さらにこの研削液噴射ノズル１７
は、パルスモータ１９により円弧運動ができるために研
削液の噴射角度を随時変更できるような構造どなってい
る。

次りこ本加工装置の動作についで説明する。まず、研削
開始点であるワーク２の下端に、砥石１を移動させてお
く。ここで、回転テーブル６を回転させる訳だが、非球
面加工の場合は、回転テーブル６の回転角θを正確に検
出する。すなわち、砥石１がワーク２の表面上のどの位
置で研削を行なうかを正確に検出する。そのためには、
回転テーブル６の回転軸に直結し７たロータリエンコー
ダ２０で高精度に回転角を測定する。一方、エアスピン
ドル１２は、回転テーブル６の一回転ごとに、ステップ
送りされ、その位置を変えて行く。すなわち、砥石１と
ワーク２の接触位置が変わって行く。

また同時に、研削液噴射ノズル１７もパルスモータ１９
により円弧運動を行なうため、研削液の噴射角度が変化
する。したがって、研削仕上げ面の面粗さが最小となる
ように、研削液噴射ノズル１７の取付は角度を調節する
。すなわち、予め。

エアスピンドル１２の各々の位置での回転角θをパラメ
ータとして計算された加工データをメモリから読出し、
ロータリエンコーダ２０からのパルスを検出し、そのパ
ルスを元に加工データをピエゾアクチュエータ１１及び
パルスモータ１９に供給し、直進テーブル７を連続的に
前後に動かすと同時に研削液噴射ノズル１７の取付は角
度を前述の様に調節する。この様にすると、砥石１がワ
ーク２を研削してゆく際、研削量及び研削液の噴射角度
が連続的に変化する。そして、回転テーブル６が一回転
したところで、エアスピンドル１２をΔψだけステップ
的に動かし、砥石１をワーク２の新しい面へ持ってゆく
。同時に、その角度ψに対応する新しい加工データをメ
モリから呼出し、前述した様な動作を行ない、研削量及
び研削液の噴射角度を制御してゆく。この様な動作を繰
り返しながら、砥石１がワーク２の上端に移動し終わる
と、ワーク２の表面はすべて研削されたことになり、そ
の面は副半径ｒが場所によって異なる非球面形状となる
。なお、加工データは、第７図に示すように、レンズ２
１の副半径方向についてはエアスピンドル１２の揺動の
１ステツプごと、主半径方向についてはロータリエンコ
ーダ２０の１パルスごとに、レンズ表面を格子状に分割
し、各点における偏差量を計算機により計算した数値制
御データである。

〔発明の効果〕

ガラスのような脆性材料に研削加工を行ない、鏡面を得
るためには、研削液の供給が重要であり、特に曲面を創
成する場合には、研削液の供給状態が研削部によって微
妙に異なり、それが仕上げ面精度に大きく影響を及ぼす
。本発明による研削方法は、研削場所によりノズルの方
向を調節することにより、常に研削部に高効率で研削液
が供給され、その結果、脆性材料のような難削材料でも
容易に全面に渡って鏡面を有する曲面を形成することが
可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１１（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施例を示す概略
図、第２図は本発明の一実施例の結果を示す図、第３図
は本発明の一実施例の結果の一例を示す図、第４図は比
較例の結果を示す図、第５図は比較例の結果の一例を示
す図、第６図は本発明による加工装置の一実施例を示す
構成図、第７図は加工すべき非球面レンズの形状を示す
図である。 １・・・砥石、２・・・ワーク、３・・・砥石の移動す
る軌跡、４′・・・ノズル、４・・・本発明のノズル、
５・・・研削液、６・・・回転テーブル、７・・・直進
テーブル、８・・・モータ、９・・・ガイド、１０・・
・ベース、１１・・・ピエゾアクチュエータ、１２・・
・エアスピンドル、１３・・・エアスピンドル保持軸、
１４・・・ウオーム、１５・・・ウオームホイール、１
６−　ａ　＝支持部材、１６−ｂ・・・支持部材、１７
・・・研削液噴射ノズル、１８・・エアスピンドル保持
軸材、１９・・・パルスモータ。 笛　２　鉛 第　４　め ギ　６１￥１ ｖＪｑ口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工物を回転させると共に、該被加工物を加工す
   る砥石のスピンドル回転軸を該被加工物の回転軸を含む
   面内に円弧運動させて該被加工物を加工する非球面形状
   物体の研削加工方法において、該被加工物の回転角位置
   に対応させて、上記砥石のスピンドル回転軸と上記被加
   工物との空間的位置関係が変化するように制御し、さら
   に該被加工物の研削面と該砥石との間に供給する研削液
   の噴射角度を制御することを特徴とする非球面形状物体
   の研削加工方法。 ２、被加工物を回転させると共に、該被加工物を加工す
   る砥石のスピンドル回転軸となり、該被加工物の回転軸
   を含む平面とは直角な回転軸をもつ砥石スピンドル軸を
   該平面内で円弧運動させ、該回転する砥石で該被加工物
   を加工する非球面形状物体の研削加工方法において、該
   被加工物の回転角位置に対応させて該被加工物の回転中
   心軸位置が変化するように制御し、さらに該被加工物の
   研削面と該砥石との間に供給する研削液の噴射角度を制
   御することを特徴とする非球面形状物体の研削加工方法
   。 ３、被加工物の回転装置と、該被加工物を加工する砥石
   を備えた砥石スピンドルと、該砥石スピンドルの軸を円
   弧運動させる手段と、上記被加工物の回転角に対応させ
   て、上記被加工物の回転軸と上記砥石スピンドルの円弧
   運動の中心軸間の距離を変化させる手段と、研削液の噴
   射角度を制御する手段とを有することを特徴とする非球
   面形状物体の研削加工装置。 ４、被加工物の回転装置と、該被加工物を加工する回転
   砥石を備えた砥石スピンドルと、該砥石スピンドルの軸
   を円弧運動させる手段と、上記被加工物の回転軸と上記
   砥石スピンドルの円弧運動の中心軸間の距離を変化させ
   る手段と、上記被加工物の回転角位置を検出する検出器
   と、上記砥石スピンドルの円弧運動の角位置を検出する
   手段と、これら検出された２つの角位置信号に対応させ
   て、予め蓄積手段に蓄積された制御データを読み出し、
   該読み出された制御データにもとづいて上記の軸間距離
   及び研削液の噴射角度を制御する制御装置とを有するこ
   とを特徴とする非球面形状物体の研削加工装置。