JPH06710A - 工作機械及びその加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】カップ型カッターを用いる工作機械とその加工
方法とを提供する。 【構成】基盤１へ摺動板３を設け、これにチャック機構
４を突設させる。基盤１へ担持体５を立設し、これにス
ピンドルケーシング７を設けて、スピンドルを内装し、
カップ型カッター８を固着する。担持体５へは、また、
非接触計測装置１１とディスプレー１２とを装着する。
カップ型カッター８を降下させると共にスピンドルを回
転させ、ワークＷをチャック機構４へ固着させると共に
チャック機構を回転させ、摺動させてワークを加工す
る。加工後にワークＷを非接触計測装置１１の直下へ移
動させて非接触測定し、加工精度をディスプレー１２で
確認しながらワークＷをチャック機構４から取り外すこ
と無く、要すれば再度修正加工をする。 【効果】超精密な加工が施せ且つ粗加工から仕上加工ま
で一工程で加工できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精度の平坦面加工、
正確な凹面及び凸面を要求される硬質及び軟質の金属、
硝子、合成樹脂、半導体等のワークに超精密加工を施
す、カップ型カッターを用いる工作機械とその加工方法
に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】現今における弛まざる技術革新は目覚ま
しいものがあり、その先端技術の開発によって、優れた
様々な商品群が多数送出されている。

【０００３】特に、コンピュータ、マイコン等の電子関
連機器の開発は実に日進月歩の感があり、又、これ等の
機器を搭載した装置、或いは、光学機器、医療機器等は
更に高度な応用技術の開発に鎬を削っている実状にあ
る。

【０００４】

【従来技術とその問題点】然し乍、これ等の先端技術に
よる優秀な商品のパーツには高精度な平坦面加工、或い
は、高精度な球面加工、非球面加工の凹凸面加工等が要
求されてきており、加えて、小型化に伴う極薄化、生産
性の観点からの拡径化が求められているが、現在はそれ
等の加工を旋盤、研削盤、ラップ盤、ポリシング盤等で
行っている現状であり、その加工速度及び加工精度に限
界があるものである。

【０００５】つまり、従来の旋盤ではカッターを固定さ
せてワークを回動させて旋削していたが、ワークが回動
するため周速度の関係から加工精度にむらができてお
り、特に、回動の中心点の近傍では周速度がゼロと成り
加工することは殆ど無理であるために突起が残留し、こ
の突起を取るために追加の加工工程が必要と成り、加工
精度が相違するために問題点を有していた。

【０００６】又、研削盤ではカップ基台へダイヤモンド
或いはジルコニア等の硬質の砥粒を結合剤で結合させた
砥石によって研削していたが、夫々の砥粒がランダムな
方向で結合されていて、見掛上は平坦面を呈していても
拡大視すると加工面に大小様々なランダムな傷が付いて
おり、更に、軟質ワークの加工は困難であり、精度面で
問題があった。

【０００７】又、ラップ盤、ポリッシュ盤では研磨加工
であり、加工速度が遅く、時間がかかり作業性に問題点
を有していた。

【０００８】その為に、ワークに対する押圧力を上げる
と摩擦抵抗が高くなり、極薄化、拡径化を求められるワ
ークの損傷や、破損する原因ともなっており、加えて、
摩擦抵抗の摩擦熱によってワーク或いは周辺部材が熱膨
張して精度か落ちるばかりか、ワークに摩擦熱により表
面から内部へ変質層(ダメージ)が入り、加工後のソリや
ヒズミの大きな原因となっており、見掛上は平坦面を呈
していても拡大視すると、複数の歪面状の箇所が随所に
見られ、この為、鏡面仕上げの精度の向上を著しく阻害
し精度上、能率性の難点等が生じていた。

【０００９】

【発明の目的】本発明は上記の問題点に鑑みて、鋭意研
鑚の結果、グライディング、ラッピング、ポリシング等
の技術を卓越した、現状での限界を打破する旋削でも研
削でも研磨でもない従来にないカップ型カッターを用
い、且つ、非接触計測装置で非接触測定し、加工精度を
ディスプレーで確認しながらワークをチャック機構の上
面から取り外すこと無く再度修正加工を可能とした工作
機械に創達すると共に、これを用いた工作方法を提供す
る目的である。

【００１０】

【発明の構成】本発明の構成は、基盤へ摺動機構を介し
て摺動板を設け、摺動板へはワークを固着する固着機構
を備え且つ回転自在なチャック機構を突設させ、基盤へ
担持体を立設し、担持体へは摺動機構を介してスピンド
ルケーシングを設け、スピンドルケーシングへスピンド
ルを内装し、スピンドルへカップ基台の環状頂面へ刃先
を有した複数のカッターを突出させたカップ型カッター
を固着すると共に、担持体へは非接触計測装置とディス
プレーとを装着した構成である。

【００１１】

【発明の作用】本発明の作用は、担持体とスピンドルケ
ーシングとへ設けた摺動機構によって摺動させてカップ
型カッターを加工位置まで降下させると共にスピンドル
を回転させ、ワークをチャック機構の上面へ固着させる
と共にチャック機構を回転させ、摺動板と基盤とへ設け
た摺動機構によって摺動させてワークの上面を加工する
と共に、加工後に摺動板を摺動させてワークを非接触計
測装置の直下へ移動させて非接触測定し、加工精度をデ
ィスプレーで確認しながらワークをチャック機構の上面
から取り外すこと無く再度修正加工を可能としたもので
ある。

【００１２】

【発明の実施例】斯る目的を達成した本発明の工作機械
を実施例の図面によって説明する。

【００１３】図１は本発明の工作機械の概要正面図であ
り、図２は本発明の工作機械の計測時の概要正面図であ
り、図３はカップ型カッターの一実施例の底面図であ
り、図４はカップ型カッターの次実施例の底面図であ
り、図５は加工状態を示す説明図であり、図６はカッタ
ーの刃先の側面図と平面図である。

【００１４】本発明は、高精度の平坦面加工、正確な凹
面及び凸面を要求される硬質及び軟質の金属、硝子、合
成樹脂、半導体等のワークＷに超精密加工を施すもの
で、カップ型カッター８を用いる工作機械に関するもの
であり、特許請求項１は、基盤１へ摺動機構２を介して
水平方向に摺動可能な摺動板３を設け、該摺動板３へは
上面にワークＷを固着する固着機構を備え且つ回転自在
なチャック機構４を突設させ、前記基盤１へ担持体５を
立設し、該担持体５へは摺動機構６を介して上下方向に
摺動自在なスピンドルケーシング７を設け、該スピンド
ルケーシング７へ回転自在なスピンドル７ａを内装し、
該スピンドル７ａの下端へカップ基台９の環状頂面９ａ
へ刃先１０ａを有した複数のカッター１０を突出させた
カップ型カッター８を固着すると共に、前記担持体５の
側方へは電気的に接続した非接触計測装置１１とディス
プレー１２とを装着したものであり、特許請求項２は、
前述の特許請求項１の工作機械を用いて、前記担持体５
とスピンドルケーシング７とへ設けた摺動機構６によっ
て摺動させてカップ型カッター８を設定した切込量の加
工位置まで降下させると共にスピンドル７ａを回転さ
せ、ワークＷをチャック機構４の上面へ固着させると共
にチャック機構４を回転させ、前記摺動板３と基盤１と
へ設けた摺動機構２によって摺動させてワークＷの外周
からワーク中心点を越えてワークＷの上面を加工すると
共に、加工後に摺動板３を摺動させてワークＷを非接触
計測装置１１の直下へ移動させて非接触測定し、加工精
度をディスプレー１２で確認しながらワークＷをチャッ
ク機構４の上面から取り外すこと無く再度修正加工を可
能とした加工方法である。

【００１５】即ち、本発明の工作機械は図１及び図２に
図示の如く、基盤１と、摺動板３と、チャック機構４
と、担持体５と、スピンドルケーシング７、スピンドル
７ａと、カップ型カッター８と、非接触計測装置１１
と、ディスプレー１２とから成り、前記基盤１と摺動板
３とを水平方向に摺動可能に摺動させる摺動機構２はレ
ールとレール受部を形成し、夫々を合着させモーター
（図示しない）等の駆動源から動力を得てポール螺子又
は無端ベルト、歯車等の機械的接続によって水平方向に
摺動させるものである。

【００１６】前記摺動板３へは上面にワークＷを固着す
るための真空ポンプ（図示しない）等と繋連させたバキ
ューム吸着機構等の固着機構を備え、且つ、モーター
（図示しない）等の駆動源から動力を得て機械的接続し
て軸受等を介することよって回転自在に組設したもので
あり、更に、該チャック機構４の上面は摺動板３の上面
より若干突出させたものである。

【００１７】そして、前記基盤１の後方側へはスピンド
ルケーシング７及び非接触計測装置１１、ディスプレー
１２等を担持させる担持体５を立設したものであり、該
担持体５とスピンドルケーシング７とへは上下方向に摺
動自在な摺動機構６を介して担持させたもので、該摺動
機構６はレールとレール受部を夫々形成し夫々を合着さ
せると共に担持させるもので、モーター（図示しない）
等の駆動源から動力を得てポール螺子等の機械的接続に
よって上下方向へ摺動するものであり、スピンドルケー
シング７へは図示しないケーブル等を接続し、駆動源か
らの駆動力を得てスピンドル７ａを回転自在に内装して
いるものである。

【００１８】前記スピンドル７の下端へはカップ型カッ
ター８のカップ基台９の底平面の中央に円孔を穿設し、
該円孔を利して螺着等の公知の固定手段で固着するもの
であり、カップ基台９の環状頂面９ａへ複数のカッター
１０を突出させて固定するものであるが、夫々のカッタ
ー１０の先端の刃先１０ａはカップ基台９の中心９ｂよ
りの半径が夫々相違する位置へ配設したものであり、加
えて、夫々の刃先１０ａは内側に位置する刃先１０ａが
外側に位置する刃先１０ａよりも突出しているものであ
る。

【００１９】つまり、図３及び図５へ図示の如く、実施
例では四本のカッター１０を夫々半径の相違する位置へ
且つ対称する位置へ配設すると共に、内側に位置する刃
先１０ａが突出させているものであり、最も外側へ位置
するカッター１０１で第一段階の加工をし、次のカッタ
ー１０２とその内側のカッター１０３とで第二段階、第
三段階の加工をし、最も内側に位置するカッター１０４
で第四段階の加工を施すものであり、一度の加工で数段
階の加工を施すものであり、更に、夫々のカッター１０
１．１０２．１０３．１０４の間隔も自在であるが、超
高精度加工の場合では最も外側に位置するカッター１０
１の刃先１０ａと最も内側に位置するカッター１０４の
刃先１０ａとは８ミクロンメートル程度に設定できるも
のであり、切込量も５乃至１０ミクロンメートル程度に
設定できるものであり、更に、ワークＷによってその条
件を変更して設定できるものである。

【００２０】又、前記カップ型カッター８の複数のカッ
ター１０１．１０１．１０２．１０２．１０３．１０
３．１０４．１０４の内、少なくとも一対宛のカッター
１０１．１０１はカップ基台９の中心９ｂからの半径を
同一位置（図４参照）へ配設し、他のカッター１０２．
１０２．１０３．１０３．１０４．１０４は半径の相違
する位置へ配設したものであるが、図示のものは夫々四
本としているがそのカッター１０の数及び列の数は特に
限定するものではなく、対称する位置への配設も単にカ
ップ基台９の回転時のバランスを考慮したもので特に限
定するものではない。

【００２１】そして、本発明のカップ型カッター８のカ
ッター１０は断面矩形状の刃基１０ｂを形成したもの
で、該刃基１０ｂへは前記カップ基台９の環状頂面９ａ
へ突出させて固定させるため、カップ基台９の環状頂面
９ａの外周側面又は内周側面へ上下方向に凹陥部を形成
し、該凹陥部の中へ上下方向に角部を形成し、該角部へ
利して固定具を介し鋲螺等でワークＷに対して直角に固
定するように小孔を穿設したものであり、該カップ基台
９の環状頂面９ａの周側面に形成した凹陥部へは前記鋲
螺等を螺合させる螺孔を形成しているものであるが、カ
ップ基台９とカッター１０の固定手段は他にも多手段考
えられ特に限定するものではない。。

【００２２】前記刃基１０ｂから延設する刃先１０ａは
カップ基台９の周方向に沿って両側面へ対称して傾斜す
る両側斜面１０ｃ．１０ｃを形成したものであり、前記
両側斜面１０ｃ．１０ｃの交じり合う先端へはアール部
１０ｄを形成し、該先端のアール部１０ｄへはカッター
１０が進行するつまり加工方向の前側と後側とへ夫々前
側傾斜面１０ｅと後側傾斜面１０ｆを形成し、夫々の前
側傾斜面１０ｅと後側傾斜面１０ｆとが交わる角部は鈍
角とした刃先１０ａを形成したものであり、前記前側傾
斜面１０ｅは前側側面１０ｇに対して４５度以内の角度
に成るように形成し、後側傾斜面１０ｆは後側側面１０
ｈに対して４５度以上の角度に成るように形成したもの
であり、この角度は加工するワークＷの材質の硬度及び
加工する切り込み量によって相違するものであり、刃先
１０ａは人工又は天然のダイヤモンド等の硬質材料で形
成したものである。

【００２３】本発明に用いるカッター１０の刃先１０ａ
はカップ基台９の周方向に沿って両側面へ対称して適宜
に傾斜する両側斜面１０ｃ．１０ｃを形成し、前記両側
斜面１０ｃ．１０ｃの交じり合う先端の頂部はアール部
１０ｄを形成し、更に、該アール部１０ｄへは加工する
方向の前側と後側とへ前側傾斜面１０ｅと後側傾斜面１
０ｆとを夫々形成したものであり、前側傾斜面１０ｅは
前側側面１０ｇに対して４５度以内の角度に成るように
形成し、後側傾斜面１０ｆは後側側面１０ｈに対して４
５度以上の角度に成るように形成したものであり、シリ
コンウエハの加工の場合は前側傾斜面１０ｅは前側側面
１０ｇに対して２５度程度、後側傾斜面１０ｆは後側側
面１０ｈに対して１．５度程度に形成すると加工精度、
加工速度ともに良好であり、前述の計算から前側傾斜面
１０ｅと後側傾斜面１０ｆとの交じり合う刃先１０ａの
角度は必ず鈍角と成るものである。

【００２４】前述のような夫々の角度を形成した刃先１
０ａを人工又は天然のダイヤモンド等の硬質材料で形成
したことによって、鋭く切り込み摩擦抵抗を極減させた
加工を施せ、更に、カッター１０を高速回転させながら
切り込んで加工するために高精度な加工が可能となり、
然も、複数工程の加工が同時に施せるため短時間で加工
が可能と成り作業工程の短縮化が計られるものである。

【００２５】又、本発明のカップ型カッター８はカップ
基台９を傾斜させて固定する、つまり、スピンドル７ａ
を傾斜させることによって、凹面加工、凸面加工も可能
とするものであり、凹面加工と凸面加工との間に平面加
工を有するものである。

【００２６】前記基盤１に立設させた担持体５の側方へ
はレザー、マイクロ波、超音波、静電容量、磁気等を用
いた非接触計測装置１１と、ディスプレー１２とを装着
したものであり、該非接触計測装置１１とディスプレー
１２とは電気的に接続されており、非接触計測装置１１
で平坦精度、面粗さ等の加工精度を計測すると共にディ
スプレー１２で表示され、ディスプレー１２の画像によ
って前記加工精度を把握するものである。

【００２７】そして、請求項２へ記載の加工方法は、前
述の工作機械を用いて、先ず、担持体５とスピンドルケ
ーシング７とへ設けた摺動機構６によってスピンドルケ
ーシング７を下方へ摺動させ、該スピンドルケーシング
７の降下と共にスピンドル７ａ及びカップ型カッター８
も降下し、予め、設定した切込量の加工位置に停止させ
て、スピンドル７ａを回転させるものである。

【００２８】次いで、ワークＷをチャック機構４の上面
へ載置し、バキューム吸着等の手段によって、確りとチ
ャック機構４の上面へ固着させるものであり、チャック
機構４はモーター等の駆動源から動力を得て機械的に接
続されて回転させるものであり、更に、前記摺動板３と
基盤１とへ設けた摺動機構２によってワークＷをカップ
型カッター８の直下直前まで摺動させて、更に摺動させ
ることによってワークＷの外周から切り込み加工を施す
ものであり、カップ型カッター８の前進側の先端はワー
ク中心点を越える位置まで摺動させて加工を施し、ワー
クＷの回転の中心点近傍の周速度ゼロの位置へ残留しが
ちな小突起を皆無とするものである。

【００２９】前記ワークＷの加工後は、スピンドルケー
シング７を上昇させるか、摺動板３を元の位置まで摺動
させるかの手段によって加工を終え、更に、図２に図示
の如く、摺動板３を摺動させてワークＷを非接触計測装
置１１の直下へ移動させてレザー光線等を照射して非接
触測定し、該レザー光線の反射光を利してディスプレー
１２の画像で表示し、平坦精度、面粗さ等の加工精度を
確認するものであり、超高精度加工を施すためにワーク
Ｗをチャック機構４の上面から一度も取り外すこと無く
再度の修正加工を施せるものである。

【００３０】

【発明の効果】以上の如く本発明の工作機械とその加工
方法は、超精密な加工が施せ且つ粗加工から仕上加工ま
で一工程で加工できるカップ型カッターで行うため能率
的である上に、カッターの刃先の角度と突出させる度合
いと刃先の間隔を適宜に設定することによって、硬質の
ものから軟質のものまでの加工が可能とし、更に、摩擦
抵抗を極減しているために連続的加工が行なえ、且つ、
加工後のワークＷにダメージを残すこと無く、従って、
平坦精度にむらがなく、非接触計測装置で加工精度を計
測すると共にディスプレーで表示され、該ディスプレー
の画像によって加工精度を把握して再度加工が施せるも
のであって、チャック機構からワークを一度も取り外す
こと無く加工するものであり、ミクロン単位の超精密な
加工も可能と成り、広範囲な利用が可能となるなど計り
知れない有意義な効果を奏するものであり画期的なもの
である。

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の工作機械の概要正面図である。

【図２】図２は本発明の工作機械の計測時の概要正面図
である。

【図３】図３はカップ型カッターの一実施例の底面図で
ある。

【図４】図４はカップ型カッターの次実施例の底面図で
ある。

【図５】図５は加工状態を示す説明図である。

【図６】図６はカッターの刃先の側面図と平面図であ
る。

【００３３】

【符号の説明】

Ｗ ワーク １ 基盤 ２ 摺動機構 ３ 摺動板 ４ チャック機構 ５ 担持体 ６ 摺動機構 ７ スピンドルケーシング ７ａ スピンドル ８ カップ型カッター ９ カップ基台 ９ａ 環状頂面 ９ｂ 中心 １０ カッター １０ａ 刃先 １０ｂ 刃基 １０ｃ 両側斜面 １０ｄ アール部 １０ｅ 前側傾斜面 １０ｆ 後側傾斜面 １０ｇ 前側側面 １０ｈ 後側側面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基盤へ摺動機構を介して水平方向に摺動可
   能な摺動板を設け、該摺動板へは上面にワークを固着す
   る固着機構を備え且つ回転自在なチャック機構を突設さ
   せ、前記基盤へ担持体を立設し、該担持体へは摺動機構
   を介して上下方向に摺動自在なスピンドルケーシングを
   設け、該スピンドルケーシングへ回転自在なスピンドル
   を内装し、該スピンドルの下端へカップ基台の環状頂面
   へ刃先を有した複数のカッターを突出させたカップ型カ
   ッターを固着すると共に、前記担持体の側方へは電気的
   に接続した非接触計測装置とディスプレーとを装着した
   ことを特徴とする工作機械。
2. 【請求項２】基盤へ摺動機構を介して水平方向に摺動可
   能な摺動板を設け、該摺動板へは上面にワークを固着す
   る固着機構を備え且つ回転自在なチャック機構を突設さ
   せ、前記基盤へ担持体を立設し、該担持体へは摺動機構
   を介して上下方向に摺動自在なスピンドルケーシングを
   設け、該スピンドルケーシングへ回転自在なスピンドル
   を内装し、該スピンドルの下端へカップ基台の環状頂面
   へ刃先を有した複数のカッターを突出させたカップ型カ
   ッターを固着すると共に、前記担持体の側方へは電気的
   に接続した非接触計測装置とディスプレーとを装着した
   工作機械を用いて、前記担持体とスピンドルケーシング
   とへ設けた摺動機構によって摺動させてカップ型カッタ
   ーを設定した切込量の加工位置まで降下させると共にス
   ピンドルを回転させ、ワークをチャック機構の上面へ固
   着させると共にチャック機構を回転させ、前記摺動板と
   基盤とへ設けた摺動機構によって摺動させてワークの外
   周からワーク中心点を越えてワークの上面を加工すると
   共に、加工後に摺動板を摺動させてワークを非接触計測
   装置の直下へ移動させて非接触測定し、加工精度をディ
   スプレーで確認しながらワークをチャック機構の上面か
   ら取り外すこと無く再度修正加工を可能としたことを特
   徴とする加工方法。