JPH05162055A - 非球面形状物体の加工方法およびその装置 - Google Patents

非球面形状物体の加工方法およびその装置

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JPH05162055A
JPH05162055A JP3324225A JP32422591A JPH05162055A JP H05162055 A JPH05162055 A JP H05162055A JP 3324225 A JP3324225 A JP 3324225A JP 32422591 A JP32422591 A JP 32422591A JP H05162055 A JPH05162055 A JP H05162055A
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JP
Japan
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grinding
workpiece
grindstone
processing
work piece
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3324225A
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English (en)
Inventor
Koji Nishimura
孝司 西村
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Koki Holdings Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Koki Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05162055A publication Critical patent/JPH05162055A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】非球面光学素子の超精密研削加工を行う。 【構成】曲面をもったワークを加工する超精密研削加工
装置において、研削加工点の移動軌跡に沿って、研削液
噴射ノズルを複数個配置し、研削点に最も近いノズルを
作動させるように制御する。 【効果】研削点が逐次変化する曲面の研削加工におい
て、研削点の移動に伴い研削液の噴射位置を変えること
ができるため、常に一定の研削液噴射状態が実現される
ため加工面全域にわたり、研削仕上げ状態を一定に保つ
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、円環状の非球面形状物
体の加工方法及びその加工装置に係り、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
形トーリック面をもつレンズを形成するのに好適な非球
面物体の加工方法と加工装置に関する。
【0002】
【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(特開昭55−70548
号,特開昭55−77468 号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、研削加工で仕
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1000〜6000m/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。従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 号公報)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号
公報)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、こ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。従って、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。この
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。
【0004】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方法
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明においては、被加
工物を回転させ、前記被加工物を加工する砥石表面の研
削点を前記被加工物の回転軸を含む平面内に円弧運動さ
せて前記被加工物を加工する非球面形状物体の加工方法
において、前記被加工物の回転角位置に対応させて、前
記被加工物の回転中心軸位置が変化するように制御し、
さらに研削点における研削液の掛かり方が常に同一状態
になるように研削液の噴射状態を制御することにより、
非球面形状に加工する。
【0006】
【作用】図1に示すような凹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、
研削点で、ノズル4′を砥石の接線と平行に設け、研削
液を噴射するのがよいが、実際にはノズルとワークが干
渉したりあるい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。
【0007】そこで、ノズルとワークの干渉を防ぎかつ
研削液を研削点にまで供給する効率を高めるためには、
図2に示すように、ノズル4′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、砥
石1とワーク2の相対的な位置関係によって研削液の噴
射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。
【0008】この問題を解決するためには研削点の移動
に伴い、研削液の噴射方向を最適化する必要がある。そ
こで、本発明では図3に示すように、複数のノズル4を
軌道3に沿って配置し研削液を噴射することにより、こ
の問題を解決した。
【0009】
【実施例】
〈実施例1〉本実施例では一般に研削加工が困難である
と言われている光学ガラスを研削し、球面レンズを加工
することにより本発明の効果を確認した。被加工物には
硬度の異なる五種類の光学ガラスを選んだ。砥石は直径
50mm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15000rpm 、研削液
供給量は一分間に10lとした。本実施例ではノズルを
次のように設定した。すなわち、内径1.5mm のノズル
を研削点の円弧運動の軌道に沿って二十本配置し、研削
点の移動に従って、差動するノズルを逐次変えることに
より研削液の掛かり方が常に同一状態になるようにし
た。その結果、研削面全面にわたって鏡面が得られ、研
削工程のみで球面レンズを加工することができた。な
お、研削面はペルトメータにより面粗さを評価し、さら
に光学顕微鏡で表面の様子を観察した。その結果、本実
施例による研削面はほ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。
【0010】〈比較例1〉実施例とはノズルの部分のみ
が異なる研削加工装置を用いて、実施例の場合と全く同
じ加工条件で上記の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
ワークの中心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。従って、本発明の効果を確認する
ためには実施例,比較例共に仕上げ面の端面付近の表面
の様子を観察した。
【0011】結果を図5及び図6に示す。図5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。従って図6に示したように、研削液の供給が不十分
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る。
【0012】〈実施例2〉本発明による加工装置の一実
施例を図6により説明する。
【0013】図6は、本発明に係る非球面レンズの加工
方法に基づく加工装置の構成を示している。ワーク2
は、モータ8により回転する回転テーブル6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上に設けられている。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、砥石1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、一万rpm ほどの回
転数で高精度に回転する。また、エアスピンドル12
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を中心としてウォーム14,ウォームホィール1
5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れている。また、研削液噴射
ノズル4はベース10上に固定されており、さらにこの
研削液噴射ノズル4は、砥石1の揺動軌跡に沿って複数
本設置されている。なお、研削液供給用コントローラ1
7により作動するノズルを変えることができる。
【0014】次に、本加工装置の動作について説明す
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。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、回転テーブル6の回転軸に直結したロータリエンコ
ーダ18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。同時に複数本配
置された研削液噴射ノズル4は研削液供給用コントロー
ラ17により制御され、研削点に最も近いノズルが作動
する。
【0015】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呼出し、ロータリエンコーダ18
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及び研削液供給用コントロー
ラ17に供給し、直進テーブル7を連続的に前後に動か
すと同時に研削点に最も近い研削液噴射ノズル4を作動
させる。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位置が連続的に変化す
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位
置を制御してゆく。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。
【0016】なお、加工データは図7に示すように、レ
ンズ19の副半径方向については、エアスピンドル12
の揺動の1ステップごと、それぞれ主半径方向について
は、ロータリエンコーダ18の1パルスごとに、それぞ
れ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。
【0017】〈実施例3〉設備の簡便化を図るため研削
液供給用コントローラ17を設けない場合、ノズル形状
を研削点の揺動軌跡と同一形状とすることにより、研削
液は研削点の揺動軌跡に沿って噴射されるため、研削点
における研削液の掛かり方は常に一定になる。ただし、
前記実施例に記載した研削液噴射方法に比べて、研削点
への供給効率は低下する。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、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
供給方法が重要であることが分かった。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点の揺動軌跡に沿ってノズ
ルを複数本設置した構成とすることにより常に研削点に
高効率で研削液が供給されるようにした。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】
【図1】本発明の一実施例を示す説明図。
【図2】本発明の一実施例を示す説明図。
【図3】本発明の一実施例を示す説明図。
【図4】本実施例の結果を示す特性図。
【図5】本実施例の結果の一例を示す特性図。
【図6】本発明の加工装置の一例を示す説明図。
【図7】加工すべき非球面レンズの形状を示す説明図。
【符号の説明】
1…砥石、2…ワーク、3…砥石の移動する軌跡、4′
…ノズル、4…ノズル。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被加工物を回転させ、前記被加工物を加工
    する砥石表面の研削点を前記被加工物の回転軸を含む平
    面内に円弧運動させて前記被加工物を加工する非球面形
    状物体の加工方法において、前記被加工物の回転角位置
    に対応させて、前記被加工物の回転中心軸位置が変化す
    るように制御し、さらに研削点における研削液の掛かり
    方が常に同一状態になるように研削液の噴射状態を制御
    することにより、非球面形状に加工することを特徴とす
    る非球面形状物体の加工方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、研削点の移動軌跡に沿
    って複数本の研削液噴射ノズルを配置した非球面形状物
    体の加工方法。
  3. 【請求項3】被加工物の回転装置と、前記被加工物を加
    工する砥石を備えた砥石スピンドルと、前記砥石スピン
    ドルの軸を円弧運動させる手段と、前記被加工物の回転
    角に対応させて、前記被加工物の回転軸と前記砥石スピ
    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、研削液の噴射位置を制御する手段を設けたことを特
    徴とする非球面形状物体の加工装置。
  4. 【請求項4】被加工物の回転装置と、前記被加工物を加
    工する回転砥石を備えた砥石スピンドルと、前記砥石ス
    ピンドルの軸を円弧運動させる手段と、前記被加工物の
    回転軸と前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、前記被加工物の回転角位置を検
    出する検出器と、前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、これら検出された二つの角位置信
    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、前記読み出された制御データにもとづいて
    前記軸間距離及び研削液の噴射位置を変化すべく構成し
    た制御装置で構成したことを特徴とする非球面形状物体
    の加工装置。
JP3324225A 1991-09-25 1991-12-09 非球面形状物体の加工方法およびその装置 Withdrawn JPH05162055A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3324225A JPH05162055A (ja) 1991-12-09 1991-12-09 非球面形状物体の加工方法およびその装置
US07/950,687 US5411430A (en) 1991-09-25 1992-09-25 Scanning optical device and method for making a hybrid scanning lens used therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3324225A JPH05162055A (ja) 1991-12-09 1991-12-09 非球面形状物体の加工方法およびその装置

Publications (1)

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JPH05162055A true JPH05162055A (ja) 1993-06-29

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Family Applications (1)

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JP3324225A Withdrawn JPH05162055A (ja) 1991-09-25 1991-12-09 非球面形状物体の加工方法およびその装置

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JP (1) JPH05162055A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100376357C (zh) * 2005-04-25 2008-03-26 东北大学 砂轮约束磨粒喷射精密光整加工方法及装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100376357C (zh) * 2005-04-25 2008-03-26 东北大学 砂轮约束磨粒喷射精密光整加工方法及装置

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Date Code Title Description
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Effective date: 19990311