JPH09309001A - 軟弾性体材料の切削加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピッチ等の軟弾性体材料を切削加工により形
状創成することができ、レンズ等の研磨加工に用いる研
磨工具の製作などに好適な軟弾性体材料の切削加工方法
を提供する。 【解決手段】 振動切削ユニット１０は、超音波ねじり
振動を発生する超音波ねじり振動子１と、この振動子１
より発生した超音波振動の振幅を拡大して伝達するホー
ン２と、ホーン２先端に取り付けられた切削用チップ３
とを有する。振動切削ユニット１０を、ＮＣ制御された
切削装置に取り付けて、切削用チップ３の超音波ねじり
振動により、研磨工具のピッチ等の軟弾性体材料を所望
の形状に切削加工する。超音波振動切削のため、切削用
チップ３により発生する切削熱が極めて少なく、ピッチ
等の軟弾性体材料の温度上昇による流動化を防止でき、
安定した切削加工が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学ガラスの研磨
工程で使用する研磨工具のピッチ等の軟弾性体材料の切
削加工を可能とする軟弾性体材料の切削加工方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】光学ガラスの形状創成加工工程は、通
常、研削、砂かけ、研磨加工より成り立っている。例え
ば、光学ガラス部品であるガラスレンズの加工において
は、ＣＧ（カーブジェネレータ）による研削加工により
大まかな球面形状をガラス表面に創成し、砂かけ加工に
より加工形状の精度を向上させるとともに、加工面の表
面あらさを向上させる。さらに研磨加工によって、砂か
け加工工程で得られた表面形状を崩さずに加工面の表面
あらさを向上させることにより、透明感のあるガラスレ
ンズとなる。

【０００３】前記研磨加工工程において、通常の球面レ
ンズや平面形状を持つ光学平面の加工では、図４に示す
ような方法で研磨加工を行うのが一般的である。図４に
示すような球面形状を持つガラスレンズ４１の加工にお
いては、強制回転ができる軸４６に雇４２を介して加工
物であるガラスレンズ４１を固定し、レンズ４１の上か
ら、レンズ４１表面の球面形状を反転させた形状とほぼ
同じ形状を持った研磨皿４４表面のピッチ４３を接触さ
せる。研磨皿４４は、回転および傾きに対して自由に動
くことができる球面座のジョイント４５で支持されてい
る。ガラスレンズ４１には軸４６により回転を与え、一
方、研磨皿４４には球面座のジョイント４５を介して揺
動運動４７を与える。さらに酸化セリウムなどの研磨剤
を、ガラスレンズ４１とピッチ４３との間に介在させ研
磨加工を行う。

【０００４】ここで、研磨皿４４表面のピッチ４３に、
ガラスレンズ４１表面に対応した球面形状を形成するに
は、通常、図５に示すような方法が行われている。ガラ
スレンズ４１の最終加工形状を持つ基準となる基準皿５
１に対して、研磨皿４４に塗布されたピッチ４３（予め
熱してやわらかくしておく）を、網状の布５３を介して
押しあてる。なお、５２は基準皿５１を支持する基準皿
用雇であり、５４は研磨皿４４の加圧方向を示す。これ
により、研磨皿４４に塗布されたピッチ４３の表面に
は、ガラスレンズ４１の最終加工形状を有する基準皿５
１の形状が転写されるとともに、研磨剤が入り込むため
の溝も併せて創成される。このようにして得られたピッ
チ４３表面に溝を持った研磨皿４４を用いて、図４に示
した方法によりガラスレンズ４１の研磨加工が行われ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】研磨皿表面のピッチに
対し、加工物であるガラスレンズ表面の形状に倣って形
状創成する方法として、前記基準皿に熱して押しあてる
方法は、ガラスレンズを大量に量産する場合にはきわめ
て能率の高い研磨皿製作方法といえる。

【０００６】しかしながら、ガラスレンズの直径が大き
い、大口径のレンズの加工の場合には、それに使用する
研磨皿の直径も大きくなる。そのような場合には、研磨
皿は数十ｋｇにもなり、前記の研磨皿製作方法では、作
業を人手に頼る場合には、作業者の負担が大きくなり、
作業の安全の観点からも好ましいものではない。そのた
め、大掛かりな専用の研磨皿製作装置を設計・製作する
必要が生じ、製品であるガラスレンズの加工コストの上
昇を招くといった問題があった。

【０００７】また、生産数量の少ないガラスレンズの加
工においては、１種類のレンズ形状に対して基準となる
皿が必ず１枚必要となり、極端な場合には１個のレンズ
を加工するために基準皿をわざわざ新たに製作しなけれ
ばならないといった不都合が生じることが多々ある。す
なわち、多品種少量の生産には、前記の従来の研磨皿製
作方法は適していない。

【０００８】なお、大口径のガラスレンズ、多品種少量
のガラスレンズの加工に用いる研磨皿を製作する際に、
ピッチを研磨皿表面に形状創成する方法として、ＮＣ制
御された旋盤で切削により加工することは、加工コスト
の点からみて、きわめて有効な方法であると思われる。
しかし、比較的低い温度で流動化し、しかも熱可塑性を
持つピッチ等の軟弾性体材料を切削で加工を行なうのは
困難である。すなわち、切削によるバイト刃先付近に発
生する熱（切削熱）で加工物であるピッチが軟化してし
まい、軟化したピッチがバイト刃先に融着し、切削が不
可能な状態になってしまう。

【０００９】本発明の目的は、ピッチ等の軟弾性体材料
を切削加工により形状創成することができ、ガラスレン
ズ等の研磨加工に用いる研磨工具の製作などに好適な軟
弾性体材料の切削加工方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の軟弾性体材料の
切削加工方法は、超音波振動を発生する超音波振動子
と、この超音波振動子より発生した超音波振動の振幅を
拡大して伝達するホーンと、ホーン先端に取り付けられ
た切削用チップとを有する振動切削ユニットを、ＮＣ制
御された切削装置に取り付けて、前記切削用チップの超
音波振動切削により軟弾性体材料を加工するようにした
ものである。前記軟弾性体材料としては、光学ガラスの
研磨加工で使用する研磨工具のピッチなどが挙げられ
る。

【００１１】このように、本発明では、軟弾性体材料の
形状創成に超音波振動切削を採用したため、切削用チッ
プに発生する切削熱が極めて少なく、ピッチ等の軟弾性
体材料の温度上昇を招かずに切削加工を行うことが可能
である。従って、加熱により流動化しやすいピッチ等の
軟弾性体材料に対しても安定した切削が可能となり、良
好な形状創成ができる。更に、本発明では、ＮＣ制御の
切削装置で振動切削ユニットの位置を制御しているの
で、球面形状を持つガラスレンズ用の研磨工具のみなら
ず、光学平面を持つ光学部品の加工用研磨工具、その他
の特殊形状の軟弾性体材料の形状創成にも適用可能であ
る．

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、光学ガラス研磨用の研磨皿の
ピッチを切削加工する際に用いられる超音波ねじり振動
切削ユニットの一例を示す。

【００１２】図１に示すように、超音波ねじり振動切削
ユニット１０は、ピエゾ素子を電極を介して両側からジ
ュラルミン製のロッドで締め付けたボルト締めランジュ
バン型の超音波ねじり振動子１と、ねじり振動子１の先
端にねじ止めされ、振動子１で発生したねじり振動の振
幅を拡大して伝達する振幅拡大用ホーン２と、ホーン２
の先端外周部にねじ止めされた切削用チップ３とから主
に構成されている。ねじり振動子１、ホーン２および切
削用チップ３からなる振動系は、ねじり振動子１の固有
振動数とほぼ同じ振動数で定在波が発生し共振する振動
系となっている。この振動系は、振幅拡大用ホーン２に
発生した定在波のノード点（振幅が０の位置）に設けら
れたフランジ８部分を、振動切削ユニット１０のケース
７にねじ止めすることにより固定される（尚、９は定在
波のねじり振動姿態であり、実際にはホーン２先端側で
振幅が拡大されているが、図１では同一振幅で表してい
る）。ケース７の側壁には、給電用コネクタ４が設けら
れており、発振器６からの高周波電気信号は給電用コネ
クタ４を介してねじり振動子１のピエゾ素子に印加され
るようになっている。また、ケース７の後端面には、加
工時に発熱するねじり振動子１を空冷するための冷却用
ファン５が設けられている。

【００１３】ねじり振動子１で発生した超音波ねじり振
動は、ホーン２を伝達することによって振幅が拡大さ
れ、ホーン２先端部では振動振幅が数倍に拡大される。
切削用チップ３は、図２に示すように、ホーン２先端の
切欠き部１１に固定用ねじ１２によって取り付けられて
おり、切削用チップ３先端のねじり振動は、ホーン２端
面の中心１３より切削用チップ３先端までの距離を半径
とした、円弧状の振動１４となる。

【００１４】図３は、上記の振動切削ユニット１０を汎
用旋盤をＮＣ化した切削装置に取り付けた例である。汎
用旋盤の刃物台を取り外し、そこにＺ軸駆動用サーボモ
ータ１５で制御されたＺ軸移動用テーブル１７を取り付
け、その上に超音波ねじり振動切削ユニット１０を固定
する。さらに、これらを、Ｘ軸駆動用サーボモータ１８
で制御されたＸ軸移動用テーブル２０上に載置する。Ｚ
軸移動用テーブル１７、Ｘ軸駆動用テーブル２０の位置
は、それぞれＺ軸ポジションスケール１６、Ｘ軸ポジシ
ョンスケール１９で検知され、検知した位置信号は制御
装置２５に入力されるようになっている。制御装置２５
は、予め入力されたデータとＺ軸及びＸ軸ポジションス
ケール１６、１９からの位置信号とに基づいて、モータ
ドライバ２６を介してモータ１５、１８を駆動制御し、
振動切削ユニット１０のＸＺ平面上の位置制御を行う。
研磨皿表面のピッチ等の加工物２１は、旋盤主軸２３の
先端に取り付けられたチャック２２（あるいは雇）によ
って把持される。なお、２４は主軸回転用モータであ
る。旋盤主軸２３に取り付けられた加工物２１を回転駆
動し、これに対し振動切削ユニット１０を制御装置２５
によりＸＺ平面内を移動して、振動切削ユニット１０の
切削用チップ３の超音波ねじり振動切削により、加工物
２１を所望の球面あるいは平面形状などに加工する。

【００１５】

【実施例】次に、本発明に係る軟弾性体材料の加工方法
の実施例を説明する。

【００１６】（実施例１）この実施例１において使用し
た超音波ねじり振動切削ユニットの構造は、図１に示し
たものと同じである。振動切削ユニットは、無負荷時の
振動系の共振周波数は約２０．４ｋＨｚ、切削用チップ
の刃先振幅は、発振器の出力２０Ｗで約２５μｍで、ユ
ニットの重量は４．２ｋｇ、全長は２４０ｍｍである。
この超音波ねじり振動切削ユニットを図３のＮＣ化した
旋盤の刃物台に取り付け、研磨皿のピッチ表面を球面形
状（Ｒ２００ｍｍ）にする切削加工を行なった。加工条
件は次の通りである。加工物である研磨皿の外径：１０
５ｍｍ、旋盤の回転数：１００回転／分、振動切削ユニ
ットの送り速度：０．０２〜０．１ｍｍ／回転、切り込
み：０．０１（最終仕上げ時）〜０．４ｍｍ、切削用チ
ップ：超硬合金（Ｋ１０）で先端Ｒ＝０．２ｍｍ、振動
切削ユニットの振動周波数：２０．５〜２０．６ｋＨｚ
であった。

【００１７】この実施例１において、切削熱によるピッ
チの温度上昇はきわめて少なく、冷却用の切削液を使用
しなくても加工が可能であり、高精度に形状創成ができ
た。

【００１８】（実施例２）上記実施例１と同一の超音波
ねじり振動切削ユニット及び切削装置を用いて、平面状
に加工したピッチ表面に、研磨剤を供給しやすくするた
めの深さ０．８ｍｍ、角度６０°の溝を、２ｍｍ間隔で
形成する切削加工を行った。加工条件は、平面状のピッ
チの直径：１８０ｍｍ 、旋盤の回転数：５０回転／
分、振動切削ユニットの送り速度：０．０５ｍｍ／回
転、切り込み（溝深さ）：０．８ｍｍであり、その他の
加工条件は実施例１と同じである。

【００１９】実施例２においても、温度上昇による切削
用チップ刃先へのピッチ融着などは認められず、切削用
チップ刃先の形状をピッチ表面に転写することができ
た。

【００２０】上記実施例において使用した超音波ねじり
振動切削ユニット以外に、次の超音波ねじり振動切削ユ
ニットを作製した。この振動切削ユニットも、図１のも
のと同様な構造で、無負荷時の振動系の共振周波数は約
２８．１ｋＨｚ、切削用チップ刃先振幅は、発振器の出
力１５Ｗで約２０μｍで、ユニットの重量は１．７ｋ
ｇ、全長は１８０ｍｍである。この振動切削ユニットを
用いてピッチの切削加工を行ったが、上記実施例と同様
な安定した切削加工ができた。

【００２１】なお、上記実施例では、超音波振動子は、
ねじり振動を発生する超音波ねじり振動子であったが、
縦振動を発生する超音波振動子を使用するようにしても
よい。超音波ねじり振動子の場合、図１に示すように、
切削用チップに振幅拡大して伝えたねじり振動を、その
まま切削に使用することができるので、超音波振動切削
ユニットの簡素化及び小型・軽量化が図れてよい。ま
た、軟弾性体材料としては、ピッチに限らず、例えば研
磨用パッドなどに適用してもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、軟弾性体材料の形状創成に超音波振動切削を
採用したため、切削用チップに発生する切削熱が極めて
少なく、ピッチ等の軟弾性体材料の温度上昇を招かずに
切削加工を行うことが可能である。このため、加熱によ
り流動化しやすいピッチ等の軟弾性体材料に対しても安
定した切削が可能となり、良好な形状創成ができる。

【００２３】また、ＮＣ制御の切削装置で振動切削ユニ
ットの位置を制御しているので、球面レンズ用の研磨工
具のみならず、光学平面を持つ光学部品の加工用研磨工
具の作製、その他の特殊形状の軟弾性体材料の形状創成
にも適用可能である。

【００２４】従って、本発明は、大口径のガラスレンズ
や多品種少量のガラスレンズの加工などに用いる研磨工
具を製作する際に、従来方法における基準皿を必要とせ
ず、加工コストを軽減でき、きわめて有効な方法であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軟弾性体材料の切削加工方法に用
いられる超音波ねじり振動の振動切削ユニットの一例を
示す断面図である。

【図２】図１の超音波ねじり振動切削ユニットの切削用
チップの取付部分を拡大して示す概要図である。

【図３】図１の超音波ねじり振動切削ユニットを汎用旋
盤を改造しＮＣ化した切削装置に取り付けた例を示す構
成図である。

【図４】球面ガラスレンズの研磨方法を示す断面図であ
る。

【図５】従来のピッチを用いた研磨皿の製作方法を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 超音波ねじり振動子 ２ 振幅拡大用ホーン ３ 切削用チップ ４ 給電用コネクタ ５ 冷却用ファン ６ 発振器 ７ ケース ８ フランジ ９ ねじり振動姿態 １０ 超音波ねじり振動切削ユニット １１ 切欠き部 １２ 固定用ねじ １３ ホーン端面の中心 １４ ねじり振動 １５ Ｚ軸駆動用モータ １６ Ｚ軸ポジションスケール １７ Ｚ軸移動用テーブル １８ Ｘ軸駆動用モータ １９ Ｘ軸ポジションスケール ２０ Ｘ軸移動用テーブル ２１ 加工物 ２２ チャック ２３ 旋盤の主軸 ２４ 主軸回転用モータ ２５ 制御装置 ２６ モータドライバ ４１ ガラスレンズ ４２ ガラスレンズ用雇 ４３ ピッチ ４４ 研磨皿 ４５ ジョイント ４６ 軸 ４７ 揺動運動 ５１ 基準皿 ５２ 基準皿用雇 ５３ 網状の布 ５４ 加圧方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動を発生する超音波振動子と、
   この超音波振動子より発生した超音波振動の振幅を拡大
   して伝達するホーンと、ホーン先端に取り付けられた切
   削用チップとを有する振動切削ユニットを、ＮＣ制御さ
   れた切削装置に取り付けて、前記切削用チップの超音波
   振動切削により軟弾性体材料を加工するようにしたこと
   を特徴とする軟弾性体材料の切削加工方法。
2. 【請求項２】 前記軟弾性体材料が、光学ガラス等の研
   磨加工で使用する研磨工具のピッチであることを特徴と
   する請求項１記載の軟弾性体材料の切削加工方法。