JPH05309564A - 研削研磨砥石のツルーイング方法 - Google Patents

研削研磨砥石のツルーイング方法

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JPH05309564A
JPH05309564A JP14354792A JP14354792A JPH05309564A JP H05309564 A JPH05309564 A JP H05309564A JP 14354792 A JP14354792 A JP 14354792A JP 14354792 A JP14354792 A JP 14354792A JP H05309564 A JPH05309564 A JP H05309564A
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 砥石の回転動バランスを超精密加工機上で極
めて簡単に補正することにより、短時間かつ低コストで
バラツキの少ない非球面金型を製作する。 【構成】 非球面金型1は超精密加工機9上に設置され
たワークスピンドル7に支持されている。研削砥石2の
シャンク4はコレットチャック5を介して研削ヘッド6
に保持されている。陰電極3はシャンク4と非接触かつ
垂直方向に摺動可能に支持台8へ設置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、研削研磨砥石のツルー
イング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光学機器,医療機器および通信機
器等のレンズ系に非球面ガラスモールドレンズが頻繁に
用いられつつある。このガラスモールドレンズは非球面
に創成鏡面加工された金型を使用し、成形加工により量
産される。非球面ガラスモールドレンズ成形用の金型は
成形時の温度が高温であるために、高温耐熱性の高い超
硬合金(タングステンカーバイト)やSiCおよびSi
34 等の耐熱セラミックが材質として用いられる。こ
れらの材質は一般的に高硬度である反面、脆い性質を持
っている。
【0003】成形金型の非球面レンズ生成面は一般に超
精密研削加工機により非球面に創成研削加工された後、
レンズ生成面として最終的に必要な鏡面にポリッシング
される。この時、非球面レンズ生成面の面精度は超精密
研削加工機で加工される研削加工面の形状精度および面
粗さによってほぼ決定される。
【0004】現在の非球面金型加工法として、日経メカ
ニカル(1991年8月5日号)に記載された技術内容
を載げる。上記加工法は、被加工物である金型と加工刃
具である砥石とは、正面方向から見ると砥石の加工部
(金型と接触する部分)は金型回転軸と同一水平面で、
かつ砥石回転軸は前記金型回転軸と直交する位置に保持
され、刃部は点接触にてNC制御により所望の非球面形
状に研削加工する方法である。その際、上記引用文献に
も記載されているが、砥石の磨耗とともに砥石の回転動
バランスの補正が重要なポイントとなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術にも記載
されている様に、砥石の回転動バランスの補正は重要な
ポイントである。一般的に非球面金型加工に用いられる
研削砥石は、SUSや超硬材から成るシャンクに形成さ
れた軸付き砥石(インターナル砥石)が用いられ、超精
密研削加工機上の砥石スピンドルはこの砥石シャンクを
コレットチャックでチャッキング支持して高速回転す
る。
【0006】その際、チャッキングにおいてシャンク真
円度誤差や掴み誤差により砥石に振れが生じる。この振
れは被加工面である金型表面をたたく現象を起こしてし
まい、被加工面にクラックやチッピングを生じさせて良
好な研削面が得られなくなるため、砥石外周をツルーイ
ングしてバランスを取る方法が用いられる。鉄や合金等
の金属の研削加工においてはツルーイングにて被加工面
の品質(形状,粗さおよび面性状)は問題無いものの、
0.1μmの精度が要求され、かつ被加工物が脆性材で
あるガラスレンズモールド用金型ではわずかな研削抵抗
変化により砥石のバランスが崩れ、クラックやチッピン
グを生じさせる欠点が有った。
【0007】前記従来技術における引例文献の中には、
具体的な砥石の回転動バランスの補正方法は明示されて
いないが、一般的に砥石のバランスを安定させるため
に、砥石のチャック部および砥石シャンクの真円度の高
精度化を図り、振れを生じにくくする方法が取られてい
る。そのため、砥石やチャック等に厳選されたものが必
要となり、高額になるばかりか調整も必要となり作業性
が著しく悪くなる欠点が有った。
【0008】因って、本発明は前記従来技術における欠
点に鑑みて開発されたもので、0.1μm以下という高
精度が求められるガラスモールドレンズ用金型の研削加
工において、極めて容易に超精密研削加工機上で回転動
バランスの補正が行なえる研削研磨砥石のツルーイング
方法の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の研削研磨砥石の
ツルーイング方法に用いる非球面金型を加工する超精密
加工機上には、エアー軸受け等により高精度の回転精度
を有する主軸に被加工物である非球面金型が支承され、
加工刃具である砥石は非球面金型回転軸に対して直交す
る位置に設置される。砥石は軸(シャンク)付きの砥石
であり、エアーや高周波の駆動源により高速回転する砥
石スピンドルにシャンクがコレットチャックを介して支
持され、数値制御駆動により所望の非球面軌跡を移動し
て加工を行なう。その際、砥石シャンクと非接触かつ一
定の間隔で平行に摺動可能な外部の陰極と通電したカー
ボンや真鋳等からなる電極が加工機上に設置され、陽極
は砥石シャンクと通電する構成を有する。さらに、陰極
と陽極とに通電し砥石シャンクとの間に弱電性を有する
電解液を供給する機構を有するものである。また、電解
除去加工の代わりに、非球面を加工する砥石とは別体
に、砥石シャンクの外周を研削除去加工するシャンク振
れ除去用砥石を設けたものである。
【0010】
【作用】本発明の作用を図1〜図3を基に説明する。コ
レットチャックに支持された軸付き砥石は、その回転中
心であるスピンドル軸Oに対して砥石2部およびシャン
ク4部の重心は各々δ・δ, 偏心する(図1参照)。そ
のため、通常スピンドルを回転させ、砥石2外周にツル
ーイングと称する除去加工を施して砥石重心の偏心を補
正し、スピンドル回転軸Oと砥石重心軸を一致せしめ、
O軸に対する振れを除去する。その時、砥石シャンク4
はコレットチャックに嵌着された状態であり、シャンク
の真円度が悪く斜めに支持されるため、砥石シャンク4
の重心はスピンドル回転軸Oに対してδ, なる偏心が生
じてしまう(図2参照)。
【0011】本発明では図3に示すごとく、砥石シャン
ク4の外周への電解除去加工によって全振れを取り、ス
ピンドル回転軸Oとシャンク4重心および砥石2重心と
が一致し、振れが除去される。従って、あらかじめシャ
ンクと砥石の重心の偏心を高度に抑えたり、チャッキン
グ時精密な調整する事なく、コレットチャックに傾斜さ
れて支持されたり、同軸度や真円度の悪い軸付き砥石に
おいても加工機上で容易に振れおよび回転バランスを取
ることができる。
【0012】
【実施例1】図4〜図6は本実施例で用いる超精密加工
機を示し、図4は一部を断面した正面図、図5および図
6は一部を断面した部分拡大正面図である。被加工物で
あるセラミック材質(WC・SiC・Al2 3 )から
成る非球面ガラスモールド成形用の非球面金型1は超精
密加工機9上に設置されたワークスピンドル7に保持ヤ
トイを介して水平方向に支持されている。ワークスピン
ドル7はモーター(図示省略)により数百rpmで回転
する。
【0013】非球面を加工する際の研削砥石2はエアー
スピンドルや高周波タービンから成る研削ヘッド6にコ
レットチャック5により掴まれてシャンク4は垂直方向
に支承され、最適な周速を得るため数万rpmで高速回
転する。さらにカーボン・銅・真鋳等の材質からなる電
解用の陰電極3はシャンク4と非接触かつ垂直方向に摺
動する様、支持台8により超精密加工機9に設置され、
加工機とは別体に設置された電圧発生装置(図示省略)
の陰電圧(−)に通電した陰電極3と陽電圧(+)に通
電したシャンク4との間に、弱電性の電解液が供給でき
るノズル10が設置されている。
【0014】上記構成からなる超精密加工機にて加工を
行なう際のツルーイング方法を説明する。研削砥石2と
一体に形成されているシャンク4をコレットチャック5
にて支持する。このとき、チャッキング誤差およびシャ
ンク4の研削砥石2に対する真円度誤差により、研削砥
石2およびシャンク4の重心は、コレットチャック5の
回転中心に対して偏心している。この状態でコレットチ
ャック5を高速回転させると、研削砥石2に振れδを生
じてしまう(図5の状態)。そのため、研削砥石2の動
的バランスが崩れて片当りとなり、非加工面をたたく現
象が生じる。そこで、研削砥石2およびシャンク4の重
心をコレットチャック5の回転中心に一致させることが
必要になる。
【0015】以下、研削砥石2およびシャンク4の重心
をコレットチャック5の回転中心に一致させる(ツルー
イング)方法を説明する。研削砥石2およびシャンク4
の重心とコレットチャック5の回転中心との間に生じた
偏心によって研削砥石2に振れが生じない程度の回転数
で、コレットチャック5(研削砥石2およびシャンク
4)を低速回転させる。研削砥石2を低速回転させた状
態で、従来通りの方法により研削砥石2の外周をツルー
イングし、研削砥石2の重心とコレットチャック5の回
転中心との間に生じた偏心を補正する。次に、シャンク
4の重心とコレットチャック5の回転中心との間に生じ
た偏心をツルーイングして補正する。
【0016】以下にその手順を説明する。研削砥石2
は、上記のように振れを生じさせない程度の回転数で、
低速回転させる。一方、シャンク4と一定の間隔を維持
して垂直方向に摺動可能な陰電極3にはノズル10から
噴出する弱電性電解液によりシャンク4と陰電極3との
間に電解作用が生じ、シャンク4の最外周には動的に回
転対象な除去加工が施される。それ故、研削砥石2を回
転させつつ電極3を垂直方向に摺動させることにより、
シャンク4の振れは回転軸方向で抑制され、数万rpm
という高速回転で研削砥石2が回転しても振れの生じな
い研削砥石2の支持が可能になる(図6参照)。
【0017】本実施例によれば、NC制御により所望の
非球面形状に研削砥石2を軌道させることにより、研削
砥石2の叩き現象を防止した極めて精度の高い鏡面加工
が得られる。
【0018】
【実施例2】図7〜図9は本実施例で用いる超精密加工
機を示し、図7および図8は非球面金型と研削砥石との
説明図、図9は一部を断面した部分拡大正面図である。
本実施例は、前記実施例1と同様な構成であり、同一番
号を付してその説明を省略する。
【0019】図に示すごとく、研削砥石2の外径は非球
面金型1の最小曲率Rより小さくないと所望の非球面形
状が創成できないばかりか、非球面金型1との干渉を防
がなくてはならない。特に、凹形状をした非球面金型1
の場合には、シャンク4は非球面金型1の周端部と干渉
しない外径となり細径化する制約を受ける。本実施例
は、前記問題点を解決するとともに、研削砥石2の振れ
を防止したものである。
【0020】その作用は、研削砥石2のシャンク4を電
極3を垂直方向に摺動させて電解除去する際、研削ヘッ
ド6をNC制御により同時に水平方向へ移動させて、シ
ャンク4の非球面金型1最外周の干渉する部分を細径化
し、研削砥石2の非球面形状の軌道を確保する作用・効
果がある。
【0021】
【実施例3】図10は本実施例で用いる超精密加工機を
示す一部を断面した正面図である。本実施例は、基本的
には前記各実施例と同様であり、同一構成部分には同一
番号を付し、異なる部分のみ記述する。本実施例は電解
除去加工の代わりに、非球面を加工する砥石とは別体
に、シャンク4の外周を研削除去加工するシャンク振れ
除去用砥石11を設置したものである。
【0022】シャンク振れ除去用砥石11は、前記実施
例1と同様に、超精密加工機上にシャンク4と平行に摺
動するように設置される。その作用は、研削ヘッド6に
コレットチャック5により掴まれてシャンク4を高速回
転させ、シャンク振れ除去用砥石11を接触させた状態
で、シャンク4の回転軸に沿って摺動させる事で、振れ
を除去する作用・効果の図れるものである。
【0023】
【実施例4】図11は本実施例で用いる超精密加工機を
示す一部を断面した部分拡大正面図である。本実施例
は、非球面金型1を加工する形態が異なる実施例であ
る。非球面金型1は前記各実施例と同様の形態で超精密
加工機上に設置される。一方、研削ヘッド6は非球面金
型1の回転軸に対して約45°の角度で設置され、それ
に伴いシャンク4および研削砥石2も同様の角度に位置
される。
【0024】そのため、前記実施例1で記載した電極3
もシャンク4と平行に摺動する構成を有する。本実施例
の作用・効果は前記実施例1と同様であるため、説明は
省略する。尚、本実施例では前記実施例1の変形例を示
したが、本発明はこれに限定するものではなく、前記実
施例3におけるシャンク振れ除去用砥石7をシャンク4
と平行に摺動する様に構成し、前記実施例3の変形例と
することもできる。
【0025】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る研削研
磨砥石のツルーイング方法によれば、0.1μmとサブ
ミクロンの精度が要求される非球面ガラスモールドレン
ズ用金型の研削加工において、砥石の回転動バランスを
超精密加工機上で極めて簡単に補正でき、被加工面であ
る非球面部をクラックやチッピングの無い良好な加工面
が得られ、後工程であるポリッシング時間を大巾に短縮
できる。因って、極めて短時間でかつ低コストでバラツ
キの少ない非球面金型の製作が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作用の説明図である。
【図2】本発明の作用の説明図である。
【図3】本発明の作用の説明図である。
【図4】実施例1を示す一部を断面した正面図である。
【図5】実施例1を示す一部を断面した部分拡大正面図
である。
【図6】実施例1を示す一部を断面した部分拡大正面図
である。
【図7】実施例2を示す説明図である。
【図8】実施例2を示す説明図である。
【図9】実施例2を示す一部を断面した部分拡大正面図
である。
【図10】実施例3を示す一部を断面した正面図であ
る。
【図11】実施例4を示す一部を断面した部分拡大正面
図である。
【符号の説明】
1 非球面金型 2 研削砥石 3 陰電極 4 シャンク 5 コレットチャック 6 研削ヘッド 7 ワークスピンドル 8 支持台 9 超精密加工機 10 ノズル 11 シャンク振れ除去用砥石

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽電極と通電した砥石軸で砥石を支持
    し、前記砥石軸に沿って非接触に摺動可能な陰電極に通
    電した電極と前記砥石軸との間で電解加工を生じさせつ
    つ砥石軸の回転フレを除去することを特徴とする研削研
    磨砥石のツルーイング方法。
  2. 【請求項2】 非球面加工用の砥石を支持する砥石軸の
    回転フレを別体の砥石により研削除去することを特徴と
    する研削研磨砥石のツルーイング方法。
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