JPH09314451A

JPH09314451A - 加工装置

Info

Publication number: JPH09314451A
Application number: JP8138403A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Higuchi; 貴広樋口; Toshiaki Kikuchi; 俊晃菊池; Shinichiro Saito; 慎一郎斎藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-12-09

Abstract

(57)【要約】【課題】軸棒の移動の中心と被加工物との研磨点の距離
が変わった場合にも、その距離を計測して精度良く研削
または研磨を行うことの可能な加工装置を提供する。【解決手段】加工用工具３が端部に取り付けられた軸棒
８と、軸棒８を軸方向に自由度を有して保持する筒状の
保持部材２０３と、保持部材２０３を移動させることに
より、研磨工具３を被加工物６上で移動させる駆動手段
とを有する加工装置に、前記軸方向について、保持部材
２０３に対する加工用工具３の位置を検出するための検
出装置１を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子、金型を
加工するための研削装置および研磨装置等の加工装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の数値制御型研削・研磨装置では、
図２のように、研磨工具３の回転ストローク軸８を、筒
状の保持具２０３内に挿入して支持する構成が用いられ
ている。ＮＣコードに基づいて、保持具２０３をｘｙｚ
方向に制御しながら移動させることにより、研磨工具３
の先端を、被加工物６の所望の位置に所望の姿勢で接触
させて加工を行う。このとき、保持具２０３に取り付け
られた回転駆動源２０４の回転駆動を、ベルト２０５を
介して、保持具の内筒２０１へ伝達し、内筒２０１を回
転させ、内筒２０１から回転ストローク軸８へ回転を伝
えることにより、回転ストローク軸８を回転させる構成
が一般的に用いられている。保持具２０３の内筒２０１
と外筒２０２との間には、ベアリング２０６が配置され
る。

【０００３】回転ストローク軸８は、軸方向については
保持具２０３によって支持されていない。このため、回
転ストローク軸８および研磨工具３の自重により、研磨
工具３は常に被加工物６に押しつけられる。また、押圧
力を制御するために、ボイスコイルモータ等で回転スト
ローク軸８を軸方向に押圧する構成も知られている。

【０００４】なお、保持具２０３をｘｙｚ方向に駆動す
る際のＮＣコードは、保持具２０３の駆動の基準点５
と、研磨工具３の研磨点４との距離をパラメータとして
用いて計算したＮＣコードを用いる。基準点５と研磨点
４との距離は、設計値から計算された値もしくは目視し
た値を使用している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法で精度良く
研削または研磨を行うためには、保持具２０３の基準点
５と、研磨工具３の研磨点４との距離が、ＮＣコードを
計算する際に用いた値に、加工中に常に一致している必
要がある。しかしながら、保持具２０３の基準点５か
ら、研磨工具３の研磨点４までの距離は、次のような場
合には変化してしまう。すなわち、研磨工具３の厚さや
回転ストローク軸８の長さの異なる工具に交換した場合
や、弾性力が異なる研磨工具３に交換した場合や、重さ
の異なる研磨工具３等に交換して押圧力が変化した場合
や、ボイスコイルモータ等から加える押圧力を変化させ
た場合等である。

【０００６】従来は、設計値から計算された値もしくは
目視した値を使用していたため、このような変化に対し
て、その都度正確な値を求めることは困難であった。し
かしながら、基準点５から研磨点４までの距離をパラメ
ーターとして、研磨点を設計値に沿うようにＮＣコード
を定め、ｘｙｚ方向に駆動制御しているため、この距離
に誤差が含まれていると被加工物６上の異なる地点を加
工してしまい、被加工物６に対して所定の加工精度を得
ることができない。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、保持具の移動の中心と被加工物と
の研磨点の距離が変わった場合にも、その距離を計測し
て精度良く研削または研磨を行うことの可能な加工装置
を提供することを目的をする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような加工装置が提供され
る。

【０００９】すなわち、加工用工具と、前記加工用工具
が端部に取り付けられた軸棒と、前記軸棒を軸方向に自
由度を有して保持する保持部材と、前記保持部材を移動
させることにより、前記研磨工具を被加工物上で移動さ
せる駆動手段とを有する加工装置において、前記保持部
材の駆動中に、前記軸方向について、前記保持部材に対
する前記加工用工具の移動量を検出するための検出手段
を備える加工装置が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態として
の研削・研磨装置について図面を参照しながら説明す
る。

【００１１】まず、図４および図５を用いて本実施の形
態の研削・研磨装置の構成について説明する。

【００１２】研磨ヘッド部１３は、図４のように、研磨
工具３と、研磨工具３に推力及び回転を伝達する為の回
転ストローク軸８と、回転ストローク軸８を保持する保
持具２０３と、回転ストローク軸８に回転動力を与える
回転駆動源２０４と、回転ストローク軸８を軸方向に押
圧する押圧力部２とを備えて構成されている。

【００１３】保持具２０３は、内筒２０１と外筒２０２
とを備えた筒状の部材であり、回転ストローク軸８を、
内筒２０１内に挿入して保持する構成である。保持具２
０３に取り付けられた回転駆動源２０４は、回転駆動
を、ベルト２０５を介して、保持具の内筒２０１へ伝達
し、内筒２０１を回転させる。内筒２０１は、回転駆動
を回転ストローク軸８へ伝え、回転ストローク軸８を回
転させる。保持具２０３の内筒２０１と外筒２０２との
間には、ベアリング２０６が配置される。保持具２０３
は、このような構成であるため、回転ストローク軸８
を、軸方向については支持していない。

【００１４】一方、保持具２０３の上には、支柱４０１
によって押圧力部２が搭載されている。押圧力部２は、
回転ストローク軸８を軸方向に予め設定された圧力によ
り押圧する。これにより、研磨工具３は常に被加工物６
に押しつけられる。図４の構成では、押圧力部２として
エアシリンダを用いている。

【００１５】本実施の形態では、回転ストローク軸８と
保持具２０３との、軸方向についての位置関係を検出す
るために測定器１を配置している。測定器１として本実
施の形態ではリニアエンコーダを用いている。エンコー
ダの種類としては、接触式、光式、磁気式等のいかなる
ものでも用いることができる。

【００１６】上述の構成の研磨ヘッド部１３は、図５の
ように、傾斜角可変機構１２に装着され、ｚ方向に直進
駆動するためのｚ方向直動軸９上に搭載される。そし
て、ｚ方向駆動機構１４により直進駆動される。傾斜角
可変機構１２は、研磨ヘッド部１３を被加工物６の回転
中心軸Ｃに対して、設定された角度Ｂだけ傾斜させる機
構である。

【００１７】一方、被加工物６は、ワークステージ５０
３上に搭載される。ワークステージ５０３は、被加工物
６を回転させる回転駆動機構７によって支持されてい
る。回転駆動機構７は、ｙ方向直動軸５０２に搭載さ
れ、ｙ方向直動軸５０２は、ｘ方向直動軸５０１に搭載
される。ｙ方向直動軸５０２には、ｙ方向駆動機構１５
が取り付けられ、ｘ方向直動軸５０１には、ｘ方向駆動
機構１６がそれぞれ取り付けられている。

【００１８】傾斜角可変機構１２、ｚ方向駆動機構１
４、ｙ方向駆動機構５０２、および、ｘ方向駆動機構１
６には、制御装置１０が接続され、駆動量が数値制御さ
れる。また、制御装置１０には、エンジニアリングワー
クステーション（ＥＷＳ）１１が接続されている。ＥＷ
Ｓ１１は、研磨工具３を被加工物６上で予め定めた移動
経路で移動させるためのＮＣコードを、予め定めた条件
に基づいて演算し、制御装置１０に出力する。予め定め
た条件としては、被加工物６の形状や傾斜角Ｂの他に、
保持具２０３の基準点５と研磨工具３の研磨点４との距
離Ａを用いる。基準点５は、本実施の形態では、傾斜角
可変機構１２が角度Ｂで傾斜させるために研磨ヘッド１
３を回転させる回転中心である。

【００１９】本実施の形態では、測定器１によって保持
具２０３と回転ストローク軸８との位置関係の変化を検
出することにより、加工中の距離Ａの変動を研磨工具３
を被加工物４に押圧した状態で計測する事ができる。

【００２０】このような本実施の研削・研磨装置を用い
て被加工物６を加工する方法について説明する。

【００２１】まず、図３のように、あらかじめ曲率半径
のわかっているＲ原器１８をワークステージ５０３に装
着させる。また、回転ストローク軸８の下部に、研磨工
具３に代えて、触子１７を装着させる。触子１７は、先
端に直径の小さなボールが回転可能に取り付けられてい
る。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸それぞれの駆動機構１６、１５、
１４を操作し、触子１７をＲ原器１８の頂点にもってい
きｚ方向駆動機構部を操作し触子１７を静かにＲ原器１
８の頂点に接触させる。なお、Ｒ原器１８の頂点の座標
は、予め探索しておいた座標を用いる。

【００２２】そして、頂点の位置に触子１７が接触した
状態で、測定器１の出力をリセットし、０とする。

【００２３】また、触子１７の先端と、保持具２０３の
基準点５との距離Ａを、設計値から求める。この距離Ａ
を用いて、Ｒ原器１８の中心断面に沿って、予め定めた
傾斜角Ｂで触子１７を走査させるためのｘｙｚ方向駆動
機構１６、１５、１４および傾斜角可変機構１２の駆動
量を定めるＮＣコードをＥＷＳ１１で演算させ、ＮＣコ
ードを制御装置１０に出力させる。そして、制御装置１
０により、このＮＣコードを用いてｘｙｚ方向駆動機構
１６、１５、１４および傾斜角可変機構１２を動作さ
せ、触子１７をＲ原器１８の中心断面にそって走査させ
る。

【００２４】この時の測定器１の出力値は、常に０であ
るはずだが、０でない場合は、すなわち設計値と距離Ａ
との誤差があることを意味する。よって、測定器１の出
力を解析し、距離Ａを補正し、補正した距離Ａを用いて
再びＮＣコードを演算し、再び測定を行い、測定器１の
出力値が走査中に常に０になるまで、この動作を繰り返
す。これにより真値の距離Ａが求められる。距離Ａの補
正方法としては、例えば、設計値Ａから測定器１の出力
値を差し引く等の方法を用いることができる。

【００２５】このように、真値の距離Ａが求められたな
らば、回転ストローク軸８に研磨工具３を装着する。ま
た、ワークステージ５０３に、Ｒ原器１８に代えて被加
工物６を搭載する。そして、加工原点に持っていき、押
圧力部２から加工時に用いる押圧力を回転ストローク軸
８に加え、研磨工具３を被加工物６に接触させる。この
時の測定器１からの出力が、この設定した押圧力での距
離Ａのずれ幅であり、距離Ａからこのずれ幅を差し引い
て補正し、この押圧力での距離Ａを求める。そして、こ
の距離Ａを用いて、ＥＷＳ１１に、所望の走査経路で加
工を行うためのＮＣコードを演算させる。制御装置１０
にこのＮＣコードを用いてｘｙｚ方向駆動機構１６、１
５、１４および傾斜角可変機構１２を動作させるととも
に、押圧力部２に前記押圧力を設定する。また、傾斜角
可変装置１２にも、被加工物６の形状に応じて傾斜角を
設定する。

【００２６】これにより、任意の形状の被加工物６を加
工する際に、誤差の含まれていない距離Ａを用いて演算
したＮＣコードで、研磨工具３が被加工物６上を移動す
ることとなるため、被加工物６上の所望の位置に正確に
研磨工具３を位置させることができ、高精度に被加工物
６を加工することができる。

【００２７】また、上述の実施の形態では、設定した押
圧力での距離Ａのずれ幅を、距離Ａから差し引いて補正
し、補正後の距離Ａを用いて、ＮＣコードを演算する方
法を用いたが、測定器１からの出力値が０になるように
被加工物６の回転中心点を移動させることにより、距離
Ａを補正する方法を用いることもできる。

【００２８】また、図４の研磨ヘッド部１３では、押圧
力部２としてエアシリンダを用いた例を示したが、エア
シリンダの代わりに図６のようにボイスコイルモータ
（ＶＣＭ）を用いることも可能である。なお、ボイスコ
イルモータを用いる場合には、被加工物６に押圧した状
態が、測定器１の上死点と下死点の中点となるように、
測定器１を取り付ける。これにより、正確な距離Ａを高
精度に計測できる。なお、押圧力部２として、油圧装置
やバネを用いた場合にも、同様に計測できる。

【００２９】また、研磨ヘッド部１３として、図１に示
したような斜軸型研磨装置の研磨ヘッド部を用いること
も可能である。斜軸型研磨ヘッド部は、図７のように、
傾斜させた回転ストローク軸８とは別に加重軸２４を有
している。加重軸２４の押圧力は、押圧力伝達部材１０
１を介して回転ストローク軸８に与えられる。加重軸２
４の押圧力は、ボイスコイルモータ２２により生じる。
ボイスコイルモータ２２は、本体２３により支持され
る。また、回転ストローク軸８は、傾斜した状態で回転
可能にエアベアリング２６により支持される。

【００３０】このような斜軸型研磨ヘッド部の場合に
は、本体２３に対する加重軸２４の位置を検出するよう
に測定器１を配置する構成にすることにより、図４の構
成の場合と同様の効果が得られる。

【００３１】上述の各実施の形態では、押圧力部２等を
用いて、回転ストローク軸８を加圧する構成を示した
が、押圧力部を備えず、回転ストローク軸８と研磨ヘッ
ド３の自重のみで被加工物６に押圧される構成を用いる
ことも可能である。この場合には、測定器１を回転スト
ローク軸８の端部に取り付ける構成にすることが可能で
ある。

【００３２】さらに、上述の各実施の形態では、研磨工
具３を取り付けた研磨装置を例を示したが、本発明は、
研磨装置に限定されるものではない。回転ストローク軸
８の先端に所望の加工用工具を取り付けた加工装置に、
本発明を用いることができる。例えば、研磨工具３の代
わりに研削工具を取り付けた研削装置に本発明を用いる
ことができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明においては、加工用工具の支持軸
の移動の中心と被加工物との研磨点の距離が変わった場
合にも、その距離を容易に計測することができるため、
被加工物を目標とする形状に精度よく加工することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の斜軸型研磨装置の研磨
ヘッドの構成を示す断面図。

【図２】従来の研磨ヘッドの構成と目視による距離Ａの
確認の動作を示す説明図。

【図３】図４の研磨ヘッドに触子１７を取り付けた構成
を示す部分断面図。

【図４】本発明の一実施の形態による研磨ヘッドの構成
を示す部分断面図。

【図５】図４に記載した研磨ヘッドを搭載した研削・研
磨装置を示す斜視図。

【図６】押圧力部としてボイスコイルモータを搭載した
研磨ヘッドの部分断面図。

【符号の説明】

１…測定器、２…押圧力部、３…研磨工具、４…研磨
点、５…基準点、６…被加工物、７…回転駆動機構、８
…回転ストローク軸、９…ｚ方向直動軸、１０…制御装
置、１１…エンジニアリングワークステーション（ＥＷ
Ｓ）、１２…傾斜角可変装置、１３…研磨ヘッド部、１
４…ｚ方向移動機構、１５…ｙ方向移動機構、１６…ｘ
方向移動機構、１７…触子、１８…Ｒ原器、１９…研磨
工具装着部、２２…ボイスコイルモータ、２３…本体、
２４…加重軸、２６…エアーベアリング。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工用工具と、前記加工用工具が端部に取
り付けられた軸棒と、前記軸棒を軸方向に自由度を有し
て保持する保持部材と、前記保持部材を移動させること
により、前記研磨工具を被加工物上で移動させる駆動手
段とを有する加工装置において、前記保持部材の駆動中に、前記軸方向について、前記保
持部材に対する前記加工用工具の移動量を検出するため
の検出手段を備えることを特徴とする加工装置。
【請求項２】請求項１において、前記検出手段は、前記
軸方向について、前記保持部材に対する前記軸棒の位置
を検出する手段であることを特徴とする加工装置。
【請求項３】請求項２において、前記検出手段は、エン
コーダであることを特徴とする加工装置。
【請求項４】加工用工具と、前記加工用工具が端部に取
り付けられた軸棒と、前記軸棒を軸方向に自由度を有し
て保持する保持部材と、前記保持部材を駆動することに
より、前記研磨工具を被加工物上で移動させる駆動手段
とを有する加工装置を用いる加工方法であって、予め形状のわかっている被加工物上で前記加工用工具を
予め定めた移動経路で移動させるための前記駆動手段の
駆動量を、前記保持部材と前記加工用工具との距離を用
いて演算する第１のステップと、前記駆動手段を前記第１のステップで演算した駆動量に
より駆動することにより、前記加工用工具を前記被加工
物上で移動させ、移動中の前記軸棒の前記保持部材に対
する移動量を前記軸方向について測定する第２のステッ
プと、前記移動量が０でない場合には、前記演算で用いる前記
距離を補正し、補正する第３のステップと、前記第３のステップで補正した前記距離を用いて、被加
工物上での所望の移動経路を演算する第４のステップと
を有することを特徴とする加工方法。