JPH06170601A - 被加工物の表面を曲面に加工する加工方法、加工装置、および被加工物保持治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工物の表面を曲面（特に非球面）に加工
する場合に、精度良くかつ容易に行える加工方法等を提
供することを目的とするものである。 【構成】 ヤング率の異なる第１、第２の層１２、１３
を積層してなる保持テ−ブル１１を具備し、この保持テ
−ブル１１に遠心力を加えることで保持面１１ａに保持
した被加工物１４を弾性的に湾曲させた後、この被加工
物１４の表面１４ａを略平坦に成形し、切削が終了した
ならば被加工物１４の湾曲を除去することで上記表面１
４ａを非球面に成形するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、トロイダル
ミラ−などの自由曲面（非球面）を有するミラ−を加工
する、被加工物の表面を曲面に加工する加工方法、加工
装置、および被加工物保持治具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、凹面格子分光器では、トロイダ
ル曲面のように非球面の反射面を持つミラ−（以下「ト
ロイダルミラ−」という）を用いるものがある。

【０００３】従来、トロイダルミラ−の製造方法として
は、図４に示す方法が考案されている。すなわち、保持
テ−ブル１上に上記トロイダルミラ−の素材（以下「被
加工物２」という）を保持すると共に、この被加工物２
の一面２ａ側にはピエゾ素子等の圧電素子３を介して保
持された切削工具４を配置する。

【０００４】そして、上記切削工具４と被加工物２とを
図に矢印（イ）で示すように相対的に移動させると共
に、上記圧電素子３を作動させることで上記切削工具４
の突出量を制御し、上記被加工物の一面２ａを任意の曲
面に切削する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な加工方法では、被加工物２と切削工具４の（イ）方向
の相対移動と上記切削工具４の突出駆動を同期させて行
うため、上記被加工物２を高速で切削する場合には上記
切削工具４の突出量を高速で制御する必要がある。しか
し、上記圧電素子３は高速応答性に劣るという特性を持
つため、ミラ−面のように高速切削を必要とする切削に
は、精度等の確保上限界があった。

【０００６】また、上記従来例では、切削工具４が突没
動作を行いながら加工を行うため、突動作時と没動作時
では工具すくい角が相対的に変化し、表面粗さに悪影響
を与えることがあった。

【０００７】この発明は、このような事情に鑑みて成さ
れたもので、被加工物の表面を曲面（特に非球面）に加
工する場合に、精度良くかつ容易に行える加工方法、加
工装置、および被加工物保持治具を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の手段
は、被加工物を弾性的に湾曲させて保持する第１の工程
と、この被加工物の表面を加工する第２の工程と、加工
が終了した被加工物の湾曲を除去することでこの被加工
物の表面を曲面に成形する第３の工程とを具備すること
を特徴とするものである。

【０００９】第２の手段は、円筒状をなし、中心軸線回
りに回転駆動される回転部材と、この回転部材の内面に
取り付けられ被加工物を弾性的に湾曲させた状態で保持
する被加工物保持治具と、上記回転部材内に回転不能に
設けられ、上記回転部材が回転駆動されることで、上記
被加工物保持治具に保持された被加工物の表面を切削す
る切削工具とを具備することを特徴とするものである。

【００１０】第３の手段は、場所により厚さが異なると
共にヤング率の異なる複数の材質を積層して形成され、
積層方向に遠心力が加わることで、積層方向一端面に保
持した被加工物を弾性的に湾曲させることを特徴とする
ものである。

【００１１】第４の手段は、場所により厚さが異なると
共に線膨脹率の異なる複数の材質を積層して形成され、
熱が加わることで、積層方向一端面に保持した被加工物
を弾性的に湾曲させることを特徴とするものである。

【００１２】第５の手段は、場所により厚さが異なる圧
電素子を含む複数の材質を積層して形成され、所定電圧
が印加されることで、積層方向一端面に保持した被加工
物を弾性的に湾曲させることを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】このような構成によれば、被加工物を弾性的に
湾曲させた状態で保持し、この被加工物の表面を略平坦
あるいは回転部材の内面形状に切削することで、被加工
物の湾曲を除去したときに表面を非球面等の任意の曲面
に形成することができる。

【００１４】

【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。

【００１５】この発明の加工装置は、円筒形の回転部材
１０を具備する。この回転部材１０は図示しない回転ス
ピンドルに保持され、軸線ｅ回りに図に矢印で示す方向
に回転駆動されるようになっている。

【００１６】また、この回転部材１０の内面には、被加
工物１４を保持する被加工物保持治具としての保持テ−
ブル１１が固定されている。この保持テ−ブル１１は、
特性の異なる第１の層１２および第２の層１３を貼り合
わせて構成されたもので、上記回転部材１０の径方向外
側（第１の層１２）と内側（第２の層１３）とでそれぞ
れヤング率を異ならせている。

【００１７】すなわち、上記第１の層１２の材質は、上
記第２の層１３の材質よりもヤング率が小さいものが選
択される。例えば、第２の層１３の材質を鋼材とする
と、第１の層１２の材質はアルミニウム合金が選択され
る。

【００１８】また、図２（ａ）に拡大して示すように、
上記保持テ−ブル１１の第１の層１２と第２の層１３の
境界面は、曲面で構成され、上記第１の層１２は上記回
転部材１０の周方向に沿う両端部の厚みを大きくかつ中
心部の厚みが小さくなるように形成され、上記第２の層
の材質１３は、第１の層の材質１２とは反対の形状に成
形されている。

【００１９】そして、この保持テ−ブル１１は、上記第
２の層１３の上記軸線ｅに対向する側の面を被加工物１
４を保持する保持面１１ａとするもので、同図（ａ）に
示すように、上記回転部材１０を回転させない状態にお
いては、この保持面１１ａは略平坦になるよう形成され
ている。

【００２０】また、図１に示すように、上記回転部材１
０の内部には、刃物台１５が配置されている。この刃物
台１５には、切り刃１６ａを上記回転部材１０の内周面
に向けたバイト１６が直径方向に突没自在に設けられて
いる。次に、この加工装置で、トロイダルミラ−を成形
する工程について説明する。

【００２１】まず、図２（ａ）に示すように、上記保持
テ−ブル１１の保持面１１ａ上に被加工物１４を保持す
る。次に、上記回転部材１０を高速で回転させる。この
ことにより、上記保持テ−ブル１１は遠心力を受け変形
する。

【００２２】この保持テ−ブル１１は、ヤング率が異な
る第１、第２の層１２、１３からなり、かつ場所によっ
て厚さ方向に占める上記第１、第２の層１２、１３の割
合が異なる。

【００２３】したがって、この保持テ−ブル１１の両端
部のように、ヤング率の小さい第１の層１２が占める割
合が大きい場所では、その分径方向の変形（縮み）量が
大きくなり、上記保持面１１ａは（ｂ）に示すように中
央部にくらべて両端部の高さが低くなるよう湾曲する。
このように、保持面１１ａが湾曲することにより、上記
被加工物１４の切削面１４ａはこの保持面１１ａの形に
従って凸状に弾性的に湾曲する。

【００２４】この状態で上記工具１６をこの回転部材１
０の径方向外側に突出させて、上記被加工物１４を切削
すれば、（ｃ）に示すように、凸状に変形した上記被加
工物１４の加工面１４ａは工具突き出し量により定まる
円弧状に切削される。

【００２５】上記被加工物１４の切削が終了したなら
ば、上記回転部材１０の回転を停止する。このことで、
同図（ｄ）に示すように、遠心力の変形が取り除かれる
から、上記切削面１４ａは曲率が場所によって異なる非
球面（曲面）となる。したがって、上記治具の構成は、
この曲率および形状が所望のものになるように設計する
ようにする。

【００２６】このようにすれば、従来例のように工具を
高速で突没制御しなくても、被加工物１４を弾性的に湾
曲させることで、上記被加工物１４の表面を非球面に加
工することが可能である。したがって、簡単な構成で非
球面を持つトロイダルミラ−を成形することができる効
果がある。なお、この発明は、上記一実施例に限定され
るものではない。上記一実施例では、上記保持テ−ブル
の第１、第２の層１２、１３はヤング率の異なる材質よ
り構成されていたが、これに限定されるものではない。

【００２７】例えば、上記第１の層１２を例えばＰＺＴ
等の圧電素子で成形しても良い。圧電素子は、素子の厚
さに比例して歪み量が大きくなるので、所定の電圧を印
加することで、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように保持面
１１ａを湾曲させ、上記被加工物１４を弾性的に湾曲さ
せることができる。

【００２８】なお、このような保持テ−ブルであれば、
被加工物１４を湾曲させるのに遠心力を加える必要がな
い。したがって、図１に示すような回転部材１０を用い
る必要はなく、単に旋盤による正面削りやフライス加工
でも上述のようなトロイダルミラ−を成形することがで
きる。

【００２９】また、上記第１の層あるいは第２の層１０
に、１３を線膨脹率が異なる材質で構成するようにして
も良い。例えば、第１の層１２をアルミニウム合金とす
ると第２の層１３はインバ−などの低熱膨張合金が選択
される。

【００３０】したがって、このように形成された保持テ
−ブルの上面に被加工物１４を保持した後、保持テ−ブ
ルに熱を加えることで、図２（ａ）〜（ｄ）に示すのと
同様に上記被加工物１４を弾性的に湾曲させることがで
きる。

【００３１】また、このような保持テ−ブルであれば、
被加工物１４を湾曲させるのに遠心力を加える必要がな
い。したがって、必ずしも図１に示すような回転部材１
０を用いる必要はなく、旋盤による正面削りやフライス
加工でも上記トロイダルミラ−を成形することができ
る。上記一実施例では、トロイダルミラ−を成形した
が、これに限定されるものではない。曲面が必要な部品
であれば他の物であっても良い。

【００３２】なお、上記一実施例においては、円筒形の
回転部材１０の内面の一部に保持テ−ブル１１を取り付
けたので、回転部材１０に不釣合が生じて回転速度が上
昇しにくくかったり回転状態がばらつくことが考えられ
る。

【００３３】この状態を解消するため、図３（ａ）に示
すように、上記回転部材１０の内面の上記回転中心ｅを
挟んで対向する位置にそれぞれ一つずつ上記保持テ−ブ
ル１１、１１を取着するようにしても良い。

【００３４】また、図３（ａ）において回転部材１０の
変形による加工誤差を打ち消すために、同図（ｂ）に示
すように、図３（ａ）で設けた保持テ−ブル１１、１１
と９０°ずれた位置にカウンタウェイト２０、２０を取
着するようにしても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の第１の構
成は、被加工物を弾性的に湾曲させて保持する第１の工
程と、この被加工物の表面を加工する第２の工程と、加
工が終了した被加工物の湾曲を除去することでこの被加
工物の表面を曲面に成形する第３の工程とを具備するも
のである。

【００３６】第２の構成は、円筒状をなし、中心軸線回
りに回転駆動される回転部材と、この回転部材の内面に
取り付けられ被加工物を弾性的に湾曲させた状態で保持
する被加工物保持治具と、上記回転部材内に回転不能に
設けられ、上記回転部材が回転駆動されることで、上記
被加工物保持治具に保持された被加工物の表面を切削す
る切削工具とを具備するものである。

【００３７】第３の構成は、場所により厚さが異なると
共にヤング率の異なる複数の材質を積層して形成され、
積層方向に遠心力が加わることで、積層方向一端面に保
持した被加工物を弾性的に湾曲させるものである。

【００３８】第４の構成は、場所により厚さが異なると
共に線膨脹率の異なる複数の材質を積層して形成され、
熱が加わることで、積層方向一端面に保持した被加工物
を弾性的に湾曲させるものである。

【００３９】第５の構成は、場所により厚さが異なる圧
電素子を含む複数の材質を積層して形成され、所定電圧
が印加されることで、積層方向一端面に保持した被加工
物を弾性的に湾曲させるものである。

【００４０】このような構成によれば、被加工物の表面
を非球面に加工する場合に、加工中に切削工具の突没量
を高速で制御する等の作業が必要がないので、精度良く
かつ容易に行なうことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す概略構成図。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は、同じく、加工工程を示す工
程図。

【図３】（ａ）および（ｂ）は、他の実施例を示す概略
構成図。

【図４】従来例を示す概略構成図。

【符号の説明】

１０…回転部材、１１…保持テ−ブル（被加工物保持治
具）、１１ａ…保持面、１２…第１の層、１３…第２の
層、１４…被加工物、１４ａ…表面、１６…切削工具。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物を弾性的に湾曲させて保持する
   第１の工程と、この被加工物の表面を加工する第２の工
   程と、加工が終了した被加工物の変形を除去することで
   この被加工物の表面を曲面に成形する第３の工程とを具
   備することを特徴とする加工方法。
2. 【請求項２】 円筒状をなし、中心軸線回りに回転駆動
   される回転部材と、この回転部材の内面に取り付けられ
   被加工物を弾性的に湾曲させた状態で保持する被加工物
   保持治具と、上記回転部材内に回転不能に設けられ、上
   記回転部材が回転駆動されることで、上記被加工物保持
   治具に保持された被加工物の表面を切削する切削工具と
   を具備することを特徴とする加工装置。
3. 【請求項３】 場所により厚さが異なると共にヤング率
   の異なる複数の材質を積層して形成され、積層方向に遠
   心力が加わることで、積層方向一端面に保持した被加工
   物を弾性的に湾曲させることを特徴とする被加工物保持
   治具。
4. 【請求項４】 場所により厚さが異なると共に線膨脹率
   の異なる複数の材質を積層して形成され、熱が加わるこ
   とで、積層方向一端面に保持した被加工物を弾性的に湾
   曲させることを特徴とする被加工物保持治具。
5. 【請求項５】 場所により厚さが異なる圧電素子を含む
   複数の材質を積層して形成され、所定電圧が印加される
   ことで、積層方向一端面に保持した被加工物を弾性的に
   湾曲させることを特徴とする被加工物保持治具。