JPH04256559A - 内面研磨装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は被加工物の内面を数オ
ングストロングの表面粗さで研磨加工するための内面研
磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】非球面や自由曲面形状で、しかも１つの
内面に異なる形状の複数の曲面が屈曲点（段差）を介し
て連続的に形成された内面を有する部品として、たとえ
ばＸ線用の反射光学系に用いられる内面ミラ−（被加工
物）がある。この内面ミラ−の鏡面は数オングストロン
グという高精度の表面粗さが要求される。

【０００３】このような高い研磨精度が要求される内面
ミラ−を研磨加工する場合、たとえばプラスチックやゴ
ムなど軟質な材料で作られた研磨工具を上記内面ミラ−
の内面に沿うよう数値制御によって駆動するということ
が行われている。

【０００４】数値制御によって高精度な研磨加工を行う
場合、まず、試料を研磨加工してその研磨精度を測定し
、そのデ−タに基づいて制御数値を設定するということ
が行われる。

【０００５】そのため、制御数値の設定に手間が掛かる
ということがあるばかりか、上記内面ミラ−の内面のミ
クロンオ−ダの微小な形状変化に対してリアルタイムで
応答することができない。その結果、内面ミラ−の内面
に加える研磨荷重を一定に保つことができなくなるから
、上記内面の形状精度や表面粗さにバラツキが生じると
いうことがある。

【０００６】さらに、数値制御だけで研磨荷重を制御す
る場合、制御装置自体はサブミクロオ−ダの精度を有す
るものの、制御装置と研磨工具との間に介在する機械部
品の温度変化などによる精度の補償がなされないから、
研磨荷重を一定に保つことが難しい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の内
面研磨装置は、被加工物の内面を一定の研磨荷重で研磨
加工することが難しかったので、高精度な研磨加工を行
うことができないということがあった。

【０００８】この発明は上記事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、被加工物の内面形状の
微小な変化に対しても、一定の研磨荷重で研磨加工を行
うことができるようにした内面研磨装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、中途部が回転自在に支持されたア−ムと
、このア−ムの一端側に設けられた研磨工具と、上記ア
−ムの他端側に設けられ回転駆動および上記研磨工具に
対して相対的に進退駆動される被加工物の内面に上記研
磨工具を所定の研磨荷重で押し付ける微小駆動手段と、
上記被加工物の内面に加わる研磨荷重を検出する検出手
段と、この検出手段からの検出信号によって上記被加工
物の内面に加わる研磨荷重を予め定められた値になるよ
う上記微小駆動手段を駆動する制御手段とを具備したこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、検出手段によって被加工物
の内面に対する研磨工具の研磨荷重の変化が検出される
と、その検出信号によって微小駆動手段が駆動されるこ
とでア−ムが回転するから、研磨工具により被加工物の
内面に加えられる研磨荷重をリアルタイムで一定に維持
することができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。

【００１２】図２はこの発明の内面研磨装置の正面図で
あり、この装置は本体１を有する。この本体１はベ−ス
部２と、このベ−ス部２に立設された門型の支持部３と
からなる。

【００１３】上記ベ−ス部２上には図示しない駆動源に
よって水平面上をＸＹ方向に駆動されるＸＹテ−ブル４
が設けられている。このＸＹテ−ブル４上には、図１に
示すように筒状の保持体５が設けられている。この保持
体５内には空気軸受６が軸線を垂直にして取付けられて
いる。この空気軸受６には回転軸７が上下端部を空気軸
受６から突出させて回転自在に支持されている。この回
転軸６の下端部には被駆動プ−リ８が取付けられ、上端
部には円盤状の取付体９が取着されている。

【００１４】上記ＸＹテ−ブル４の上面の一端側にはブ
ラケット１１が設けられている。このブラケット１１に
はモ−タおよび変速機が一体化された駆動源１２が取付
けられている。この駆動源１２の出力軸１３には駆動プ
−リ１４が取付けられている。この駆動プ−リ１４と上
記被駆動プ−リ８とにはベルト１５が張設されている。 したがって、上記駆動源１２が作動すれば、上記空気軸
受６に支持された回転軸７が回転駆動されるようになっ
ている。

【００１５】上記回転軸７の上端部に設けられた取付体
９の上面には内面１６ａを有する筒状の被加工物１６を
保持する保持具１７が取着されている。この保持具１７
は、上記被加工物１６とともに上記取付体９に底部が取
着された内部タンク１８内に収容される。この内部タン
ク１８は、底部に上記保持体５に嵌め込まれる凹部１９
が形成された外部タンク２１内に収容されている。

【００１６】上記内部タンク１８には研磨液Ｌが供給さ
れる。内部タンク１８に供給された研磨液Ｌは、その周
壁下部に設けられた複数の流出管２２から外部タンク２
１へ流出する。この外部タンク２１には循環ポンプがフ
ィルタおよび温度制御部（いずれも図示せず）を介して
接続されている。したがって、上記内部タンク１８から
外部タンク２１へ流出した研磨液Ｌは、研磨屑が除去さ
れ、しかも一定の温度に維持された状態で繰返して使用
されるようになっている。

【００１７】なお、上記保持具１７には被加工物１６の
内部空間の下端を内部タンク１８に連通させる通孔１７
ａが形成されている。また、研磨液Ｌとしては、たとえ
ば平均粒径が０．０５μｍのダイヤモンド、シリコンカ
−バイト、酸化セリウムなどの砥粒を油性もしくは水溶
性の液体に混入したものが用いられる。

【００１８】上記本体１の支持部３には上下方向（Ｚ方
向）に駆動されるＺテ−ブル２５が設けられている。こ
のＺテ−ブル２５の下面には取付体２６が水平に取付け
られている。この取付体２６の両端下面にはそれぞれ第
１の取付板２７と第２の取付板２８とが上端を接合させ
て固定されている。

【００１９】上記第１の取付板２７の内面には、軸線を
水平にした筒状のホルダ２９が一端面を接合させて設け
られている。このホルダ２９内には圧電素子からなる微
小駆動素子３１が縮小方向を水平にして収容されている
。この微小駆動素子３１の軸方向一端面は上記第１の取
付板２７にねじ３２によって連結固定されている。それ
によって、微小駆動素子３１は、軸方向一端を基準にし
て他端側が縮小方向に変位する。

【００２０】上記第２の取付板２８の内面には支持体３
３が設けられている。この支持体３３にはア−ム３４の
中途部が支軸３５によって回転自在に支持されている。 このア−ム３４の一端（上端）は上記微小駆動素子３１
の先端に接触し、他端（下端）には研磨工具３６が設け
られている。研磨工具３６が設けられたア−ム３４の他
端部は上記被加工物１６の内部に挿通されている。そし
て、研磨工具３６は上記被加工物１６の内面１６ａに接
触している。

【００２１】上記研磨工具３６は弗素樹脂やゴムなどの
弾性材によって形成されており、その形状は上記被加工
物１６の内面１６ａと点接触する形状、この実施例では
たとえば球形に形成されている。

【００２２】上記ＸＹテ−ブル４とＺテ−ブル２５とは
図示しないＮＣ制御装置のＮＣデ−タにもとづいてそれ
ぞれＸＹおよびＺ方向に駆動される。すなわち、ＮＣ装
置には、研磨加工される前の上記被加工物１６の内面１
６ａ形状の座標デ−タが入力されており、その座標デ−
タにもとづいて駆動されるようになている。

【００２３】さらに、ア−ム３４の中途部である支軸３
５によって支持された部分よりも僅かに下の箇所には、
研磨工具３６が被加工物１６の内面１６ａと接触するこ
とでア−ム３４が受ける応力、つまり研磨工具３６が上
記内面１６ａに与える研磨荷重を検出する検出手段とし
ての歪みゲ−ジ３７が取着されている。

【００２４】歪みゲ−ジ３７が研磨荷重を検出すると、
その検出信号によって上記微小駆動素子３１が図３に示
す制御系４１にもとづいて駆動制御される。すなわち、
歪みゲ−ジ３７からの検出信号は動歪み計４２を介して
ロ−パスフィルタ４３に入力される。このロ−パスフィ
ルタ４３からは歪みゲ−ジ３７が検出した研磨荷重に対
応する値の測定電圧Ｖ２　が出力される。

【００２５】この測定電圧Ｖ２　は設定電圧Ｖ１　と比
較される。そして、これら設定電圧Ｖ１と測定電圧Ｖ２
　　との差電圧ΔＶ（Ｖ１　−Ｖ２　）が補償回路４４
を通じて駆動アンプ４５に入力される。この駆動アンプ
４５は、上記差電圧ΔＶの電圧値に応じて上記微小駆動
素子３１を縮小方向あるいは伸長方向に駆動する。

【００２６】微小駆動素子３１が伸長あるいは縮小方向
に駆動されれば、その駆動量に応じた角度だけア−ム３
４が図５に矢印で示す方向に回転する。それによって、
ア−ム３４の他端に設けられた研磨工具３６の被加工物
１６の内面に対する研磨荷重が制御される。

【００２７】すなわち、上記研磨工具３６による研磨加
工が行われているときには、上記差電圧ΔＶが生じるこ
とのないフィ−ドバック制御がリアルタイムで行われる
。言い換えれば、歪みゲ−ジ３７が検出するア−ム３４
の歪みが一定となる状態、つまり研磨工具３６が被加工
物１６の内面１６ａに与える研磨荷重が常に一定になる
よう、上記ア−ム３４の回転角度が制御される。

【００２８】なお、上記駆動アンプ４５には所定のバイ
アス電圧ＶＢ　が与えられている。上記微小駆動素子３
１は、バイアス電圧ＶＢ　によって測定電圧Ｖ２　が零
のときにも上記バイイアス電圧ＶＢ　の値に応じた量だ
け縮小している。したがって、微小駆動素子３１は、補
償回路４４から出力される差電圧ΔＶがプラスのときに
は研磨荷重が増大する伸長方向に駆動され、マイナスの
ときには研磨荷重が減少する縮小方向に駆動されるよう
になっている。

【００２９】一方、上記被加工物１６は、たとえばＸ線
用の反射光学系に用いられる内面ミラ−であって、被研
磨面となるその内面１６ａは、図５に示すように曲率の
異なる２つの曲面Ｓ１　とＳ２　とが数十μｍの段差Ｄ
を介して形成されている。

【００３０】つぎに、上記構成の研磨装置によって上記
被加工物１６の内面１６ａを研磨加工する場合について
説明する。まず、研磨工具３６を被加工物１６に対して
相対的に位置決めしたのち、ＮＣ制御装置を作動させる
と、このＮＣ制御装置に設定されたＮＣデ−タにもとづ
いて被加工物１６のＸＹ方向の座標および研磨工具３６
のＺ方向の座標が決定され、上記研磨工具３６が上記内
面１６ａの上端に所定の研磨荷重となる状態で接触する
。その状態で駆動源１２が作動し、保持具１７に保持さ
れた被加工物１６が回転駆動されるとともに、研磨工具
３６がＺ方向下方に駆動されながら被加工物１６がＸＹ
方向に駆動されることで、上記被加工物１６の内面１６
ａが研磨加工される。

【００３１】研磨工具３６によって被加工物１６に研磨
荷重が与えられると、それに応じてア−ム３４が撓むか
ら、研磨荷重は歪みゲ−ジ３７によって検出される。歪
みゲ−ジ３７からの検出信号は図３に示す制御系４１で
測定電圧Ｖ２　に変換される。この測定電圧Ｖ２　は予
め定められた最適な研磨荷重に対応する値の設定電圧Ｖ
１と比較され、これらの値に差があると、その差電圧Δ
Ｖが補償回路４４から駆動アンプ４５に出力される。そ
れによって、微小駆動素子３１が上記差電圧ΔＶに応じ
て縮小方向あるいは伸長方向に駆動される。

【００３２】微小駆動素子３１が駆動されると、ア−ム
３４が右方向あるいは左方向に所定角度回転し、研磨工
具３６による研磨荷重が制御される。上記ア−ム３４の
回転角度は、歪みゲ−ジ３７の検出信号にもとづいて上
記差電圧ΔＶが零となるようリアルタイムで行われる。 したがって、ＮＣデ−タにもとづく研磨工具３６や被加
工物１６の駆動精度が温度変化などの影響を受けて低下
しても、研磨荷重を一定に維持することができるから、
たとえば被加工物１６の内面１６ａを一定の研磨荷重で
高精度に研磨加工することができる。

【００３３】たとえば、被加工物１６の内面１６ａが曲
率の異なる２つの曲面Ｓ１　とＳ２　とから形成されて
いて、これらの境界部分に数十μｍの段差Ｄがある場合
、上記段差Ｄによってア−ム３４が受ける応力が変化す
れば、その変化に応じてリアルタイムで微小駆動素子３
１が駆動されてア−ム３４が所定角度回転する。したが
って、研磨工具３６は上記段差Ｄに倣って変位するから
、一定の研磨荷重で上記段差Ｄを高精度に研磨加工する
ことができる。

【００３４】図４は、上記段差Ｄにおける歪みゲ−ジ３
７の出力と、微小駆動素子３１への入力と、研磨工具３
６の変位との関係を示す。すなわち、図４は、研磨工具
３６が図５に示す曲面Ｓ１　から図６に示す曲面Ｓ２　
に移行するときの状態を示す。

【００３５】研磨工具３６が段差Ｄを乗り越えるとき、
歪みゲ−ジ３７の出力は図４（ａ）に示すようにステッ
プ状に変化する。それによって、図４（ｂ）に示すよう
に微小駆動素子３１が駆動されると、ア−ム３４が所定
角度回転して図４（ｃ）に示されるように研磨工具３６
が所定寸法変位する。

【００３６】ア−ム３４が回転すれば、歪みゲ−ジ３７
からの出力は零となる。したがって、歪みゲ−ジ３７か
らの出力は図４（ａ）に示すようにパルス状に出力され
て瞬時に零となる。

【００３７】なお、この発明は上記一実施例に限定され
ず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 たとえば、研磨工具の形状は球形に代わり楕円形や他の
形状であってもよく、被加工物の内面形状に応じて設定
すればよい。さらに、研磨工具に代わり被加工物をＺ方
向に駆動してもよく、また被加工物に代わり研磨工具を
Ｘ，Ｙ方向に駆動するようにしてもよい。つまり、被加
工物と研磨工具とは相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に駆動され
る構成であればよい。

【００３８】また、ア−ムを垂直に配置すれば、その自
重が研磨荷重として被加工物に作用することがないから
、研磨荷重の設定がし易いが、上記ア−ムを水平に配置
しても、その自重が研磨荷重に与える影響を勘案して研
磨荷重を設定すれば、実用上、なんら問題はない。さら
に、被加工物を研磨液が満たされたタンク内で研磨加工
するようにしたが、研磨液をノズルから噴出させながら
研磨加工を行うようにしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、被加工物
の内面を研磨加工する場合、一端に研磨工具が取付けら
れて回転自在に設けられたア−ムの他端に微小駆動手段
を配置し、上記内面に加わる研磨荷重に応じて上記ア−
ムを上記微小駆動手段で回転させて研磨荷重が一定にな
るよう制御するようにした。

【００４０】したがって、研磨荷重が変動すると、リア
ルタイムで上記ア−ムが回転させられて研磨荷重が一定
になるよう制御されるから、内面の研磨加工を高精度に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の要部を拡大した構成図。

【図２】同じく装置全体の正面図。

【図３】同じく研磨荷重を制御する制御系の説明図。

【図４】（ａ）は段差における歪みゲ−ジの出力を示す
図、（ｂ）は同じく微小駆動素子の入力を示す図、（ｃ
）は同じく研磨工具の変位を示す図。

【図５】研磨工具が第１の曲面を研磨している状態の説
明図。

【図６】研磨工具が段差を乗り越えて第２の曲面を研磨
している状態の説明図。

【符号の説明】

３１…微小駆動素子（微小駆動手段）、３４…ア−ム、
３６…研磨工具、３７…歪みゲ−ジ（検出手段）、４１
…制御系（制御手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　中途部が回転自在に支持されたア−ム
   と、このア−ムの一端側に設けられた研磨工具と、上記
   ア−ムの他端側に設けられ回転駆動および上記研磨工具
   に対して相対的に進退駆動される被加工物の内面に上記
   研磨工具を所定の研磨荷重で押し付ける微小駆動手段と
   、上記被加工物の内面に加わる研磨荷重を検出する検出
   手段と、この検出手段からの検出信号によって上記被加
   工物の内面に加わる研磨荷重を予め定められた値になる
   よう上記微小駆動手段を駆動する制御手段とを具備した
   ことを特徴とする内面研磨装置。