JPH0976142A - 精密加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面形状に沿って微小切り込み量にて切削す
るための精密切削方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 加工物を工具に対して相対的に往復運動
させ、切削工程と表面形状測定工程とを交互に繰り返
す。表面形状測定工程では、加工物の表面形状を非接触
的に測定する。切削工程では、表面形状測定工程によっ
て得られた加工物表面の形状に関する情報に基づいて、
工具の切り込み量を工具に対する加工物の切削方向の位
置の関数として連続的に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非削材を微小加工量
にて切削するための精密加工方法及び装置に関し、より
詳細には切削工具又は非削材の往復直線運動によって平
面切削するための精密加工方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３Ａに薄膜磁気ヘッドに使用される薄
膜基板５０の断面構造を示す。薄膜基板５０は基板５１
とその上に配置された加工下地膜５２と表面の磁性材料
薄膜５３とを含む。加工下地膜５２は非削性が良い金
属、例えば銅よりなる。

【０００３】加工下地膜５２及び磁性材料薄膜５３は、
基板５１上に蒸着等の方法によって金属製薄膜を形成す
ることによって製造される。従って、金属製薄膜を形成
する過程で金属製薄膜５２、５３と基板５１の間に歪み
が生じ、内部応力が発生することがある。斯かる内部応
力によって薄膜基板５０は僅かに湾曲する。基板５１は
平坦な板状部材よりなるが、製造誤差があるため、僅か
に湾曲していることがある。

【０００４】図３Ｂは回折格子６０の断面構造を示す。
回折格子６０は基板６１の表面に多数の互いに平行な反
射溝６１Ａを有する。基板６１は平坦な板状部材よりな
るが、製造誤差があるため、僅かに湾曲している。また
基板６１は反射溝６１Ａを形成する過程で、表面応力に
よって僅かに湾曲する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図３Ａに示す如き薄膜
基板５０において、表面の磁性材料薄膜５３の部分だけ
を切削加工する場合、薄膜基板５０が湾曲しているた
め、磁性材料薄膜５３のみを所定の加工量（切削量）に
て正確に切削することは困難であった。

【０００６】図３Ｂに示す回折格子６０を製造する場
合、反射溝６１Ａを形成するために、小さな切り込み量
にて切削加工する必要がある。しかしながら、基板６１
が湾曲している場合には、切り込み量を一定にすると加
工量、即ち、切削量が一定でなくなる。従って深さが一
定の反射溝６１Ａを形成することは困難である。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、平坦な表面が僅
かに湾曲した非削材を往復直線運動によって切削する場
合に、正確且つ精密に切削加工することができる精密加
工方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の精密加工方法に
よると、加工物表面を工具によって切削する切削工程と
加工物表面の形状を検出する表面形状測定工程とを交互
に繰り返し、上記切削工程は、加工物を工具に対して相
対的に切削方向に沿って且つ直線方向に移動させること
と、上記表面形状測定工程によって得られた上記加工物
表面の形状に関する情報に基づいて上記工具の切り込み
量を上記工具に対する上記加工物の切削方向の位置の関
数として連続的に制御することと、を含む。

【０００９】本発明によると、精密加工方法において、
上記表面形状測定工程は、上記加工物を上記工具に対し
て相対的に上記切削方向と反対方向に沿って且つ直線方
向に移動させるとき、上記加工物の表面の形状を非接触
的に測定することを含むことを特徴とする。

【００１０】本発明によると、精密加工方法において、
上記工具の切り込み量は上記加工物の切削量が上記加工
物の表面に沿って一定となるように制御されることを特
徴とする。

【００１１】本発明によると、加工物を工具に対して相
対的にＸ軸方向に沿って往復運動させるための加工物往
復装置と、上記工具を取り外し可能に支持するための工
具切り込み装置と、上記加工物の表面の形状を測定する
ための表面形状測定装置と、を有する精密加工装置にお
いて、上記工具切り込み装置は、上記表面形状測定装置
からの信号に基づいて上記工具の切り込み量を連続的に
変化させることができるように構成されていることを特
徴とする。

【００１２】表面形状測定装置は非接触的に上記加工物
の表面の形状を測定するように構成されている。また、
工具切り込み装置は圧電素子によって上記工具を切り込
み方向に移動させるように構成されている。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１を参照して本発明による精密
加工装置及び方法の例を説明する。図示のように、水平
面内に加工物（非削材）２０の移動方向をＸ軸、それに
垂直にＹ軸をとる。また鉛直方向にＺ軸をとる。本例の
精密加工装置は、加工物（非削材）２０をＸ軸方向に往
復運動させるための加工物往復台１０と工具、例えば、
ダイヤモンド工具３１を支持する工具切り込み台３０と
加工物（非削材）２０の表面形状を測定するための表面
形状測定装置４１、４５とを有する。なお、工具３１の
切り込みはＹ軸方向であり、送りはＺ軸方向である。

【００１４】加工物往復台１０は可動部１１Ａと案内部
１１ＢとよりなるＸ軸スライダ１１Ａ、１１Ｂを有す
る。案内部１１Ｂは固定されており、斯かる案内部１１
Ｂに対して可動部１１ＡはＸ軸方向に移動することがで
きるように構成されている。

【００１５】可動部１１Ａの側面上には角度調節台１２
が装着され、斯かる角度調節台１２の上に傾斜調節台１
３が装着され、斯かる傾斜調節台１３の上に上下調節台
１４が装着されている。上下調節台１４上に板状の加工
物（非削材）２０が取り外し可能に支持されている。

【００１６】上下調節台１４は加工物２０をＺ軸方向に
移動させるように構成され、傾斜調節台１３は加工物２
０をＸ軸周り及びＺ軸周りに回転させるように構成さ
れ、角度調節台１２は加工物２０をＹ軸周りに回転させ
るように構成されている。従って、加工物（非削材）２
０の３軸周りの回転位置及びＺ軸方向の直線位置が調節
されることができる。

【００１７】加工物往復台１０に隣接してシリンダ１６
が配置されている。斯かるシリンダ１６は伸縮可能なス
ピンドル１７を有し、斯かるスピンドル１７の先端は可
動部１１Ａに取り付けられている。スピンドル１７が伸
縮することによって可動部１１ＡはＸ軸方向に沿って往
復運動する。

【００１８】工具切り込み台３０は工具３１を取り外し
可能に支持する工具台３２と工具台３２をＹ軸方向に移
動させる微動工具テーブル３３と微動工具テーブル３３
をＹ軸方向に移動させる粗動工具テーブル３４とを有す
る。微動工具テーブル３３は圧電素子３５に接続されて
おり、斯かる圧電素子３５によって微動工具テーブル３
３はＹ軸方向に微小量変位する。即ち、圧電素子３５に
供給する駆動電圧を調節することによって、工具３１の
切り込み量は制御される。

【００１９】本例による表面形状測定装置４１、４５は
加工物往復台１０の上側に配置されたＸ軸位置測定装置
４１と工具切り込み台３０に隣接して設けられた形状検
出装置４５とを有する。表面形状測定装置４１、４５は
加工物２０の表面の形状を表す曲線を求める。

【００２０】Ｘ軸位置測定装置４１は、Ｘ軸方向に延在
するスケール部４１Ａと可動部１１Ａの上面に装着され
可動部１１Ａと共に移動可能な検出部４１Ｂとを有す
る。検出部１８Ｂがスケール部１８Ａに沿ってＸ軸方向
に移動することによって、可動部１１Ａ、即ち、加工物
２０のＸ軸方向の変位又は座標が検出される。斯かる位
置測定部４１は例えば、磁気目盛りと磁気ヘッドを含む
磁気スケールであってよい。

【００２１】形状検出装置４５は形状センサ４６と斯か
る形状センサ４６をＹ軸方向に移動させるための形状セ
ンサ用テーブル４７とを有する。本例の形状検出装置４
５は非接触的に測定面の形状を測定するように構成され
たものであればどのようなものであってもよい。斯かる
非接触型形状検出装置として、例えば光学的又は音響的
距離測定装置、静電容量型距離測定装置等がある。

【００２２】次に本例の精密加工装置の動作を説明す
る。先ず加工物（非削材）２０を加工物往復台１０に装
着する。これは加工物２０を上下調節台１４上に固定す
ることによってなされる。次に加工物２０の位置が調節
される。角度調節台１２を調節することによって加工物
２０はＹ軸周りに回転し、傾斜調節台１３を調節するこ
とによって加工物２０はＸ軸周り及びＺ軸周りに回転
し、上下調節台１４を調節することによって加工物２０
はＺ軸方向に移動する。こうして加工物２０は３軸周り
の回転角度調節及びＺ軸方向の位置調節がなされ、所望
の位置に配置されることができる。

【００２３】次に工具（刃物）３１を工具切り込み台３
０に装着する。これは工具台３２に工具３１を固定する
ことによってなされる。次に粗動工具テーブル３４を調
節することによって工具３１の位置決めがなされる。こ
うして加工物２０及び工具３１の位置が調節される、更
に、表面形状測定装置４１、４５の準備が完了すると、
作業が開始される。

【００２４】本発明による精密加工装置の動作及び精密
加工方法を説明する。シリンダ１６が作動され、スピン
ドル１７が伸縮すると、可動部１１Ａ及び加工物２０は
Ｘ軸方向に沿って往復運動する。

【００２５】本例によると加工物２０がＸ軸方向に沿っ
て１往復する間に、切削工程と表面形状測定工程の２つ
の工程がなされる。スピンドル１７が伸びて加工物２０
が前進方向に移動するとき、切削工程がなされる。スピ
ンドル１７が縮み加工物２０が後退方向に移動すると
き、表面形状測定工程がなされる。

【００２６】最初に表面形状測定工程が実行される。表
面形状測定工程は表面形状測定装置４１、４５によって
なされる。可動部１１Ａが後退方向に移動するとき、Ｘ
軸位置測定装置４１によって加工物２０のＸ軸方向の変
位又は座標が測定され、同時に形状検出装置４５によっ
て加工物２０の表面（非削面）の形状が検出される。上
述のように、形状検出装置４５は非接触的に加工物２０
の表面（非削面）の形状を検出する。従って、形状セン
サ４６の先端が加工物２０の表面に接触しないように、
微動工具テーブル３３が作動される。

【００２７】尚、Ｘ軸位置測定装置４１及び形状検出装
置４５の出力信号は適当な信号処理装置に供給される。
斯かる信号処理装置は形状検出装置４５に内蔵されて配
置されてよい。Ｘ軸位置測定装置４１より供給されたＸ
座標値と形状検出装置４５より供給されたＹ座標値とに
よって加工物２０の表面の形状を表す曲線が求められ
る。

【００２８】表面形状測定工程によって加工物２０の表
面形状が測定されると、それに基づいて切削工程がなさ
れる。可動部１１Ａが切削方向に移動するとき、信号処
理装置より微動工具テーブル３３の圧電素子３５に駆動
電圧信号が供給される。圧電素子３５によって微動工具
テーブル３３はＹ軸方向に連続的に変位し、工具３１の
切り込み量が連続的に変化する。切り込み量の変化は加
工物２０の表面形状に対応している。切削工程が終了す
ると、表面形状測定工程が開始される。

【００２９】尚、本例の精密加工装置には図示しない自
動送り装置が設けられている。斯かる自動送り装置によ
って、スピンドル１７の１往復毎に工具３１は加工物２
０に対してＺ軸方向に所定の送り量だけ移動する。例え
ば、斯かる自動送り装置は上下調節台１４に設けてよ
い。

【００３０】図２を参照して本発明による精密加工方法
を説明する。図２Ａは表面形状測定工程を示し、図２Ｂ
は切削工程を示す。

【００３１】図２Ａに示すように、表面形状検出工程で
は、加工物５０が工具３１に対して後退方向に移動し、
加工物５０の表面形状が形状センサ４６によって検出さ
れる。同時にＸ軸位置測定装置４１によってＸ軸方向の
座標が求められる。形状センサ４６によって加工物５０
の表面形状、特に、切削方向に沿った表面の湾曲が検出
される。図示のように形状センサ４１は加工物５０の表
面より隔置されて配置されている。また、工具３１は加
工物５０の表面より隔置されて配置されている。表面形
状検出工程においても、圧電素子３５の駆動電圧を調節
することによって、工具３１はＹ軸方向に沿って後退さ
れる。

【００３２】図２Ｂに示すように、切削工程では、加工
物５０が工具３１に対して前進方向、即ち、切削方向に
移動し、加工物５０が工具３１によって切削される。図
示のように加工物５０の表面は僅かに湾曲している。本
例では、加工物５０の表面の湾曲に沿って切削加工され
る。即ち、切り込み量は加工物５０の表面の湾曲に対応
して変化し、それによって切削量が常に一定となるよう
に切削される。切り込み量の調節は上述のように、圧電
素子３５の駆動電圧を調節することによってなされる。
こうして、切削工程において、加工物５０の表面形状に
対応して仕上げ面が形成される。

【００３３】尚、加工物５０の表面が湾曲していても、
加工量、即ち、切削量は一定であるが、斯かる切削量
は、粗削り工程、仕上げ工程等によって異なる値に設定
されてよい。

【００３４】以上本発明の実施の形態について詳細に説
明したが、本発明はこれらの例に限定されることなく特
許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更等
が可能であることは当業者にとって理解されよう。

【００３５】上述の例では、工具３１に対して加工物２
０、５０をＸ軸方向に、即ち、切削方向に移動させるよ
うに構成されているが、逆に、加工物２０、５０に対し
て工具３１をＸ軸方向に、即ち、切削方向に移動させる
ように構成してもよい。

【００３６】また、上述の例では表面形状測定工程と切
削工程は別個の工程としてなされているが、両工程を同
時に実行するように構成してよい。例えば、図２Ｂの例
にて、形状センサ４６を工具３１の後側（図２Ｂにて工
具３１の右側）に配置し、形状センサ４６によって加工
物の表面形状を測定し、斯かる表面形状の情報に基づい
て工具３１の切り込み量を制御するように構成してもよ
い。

【００３７】本発明による精密切削方法及び装置は薄膜
磁気ヘッドに使用される薄膜基板の切削加工や回折格子
の反射溝の切削加工に使用されるが、それ以外の精密切
削加工に適用される。一般に、本発明は、工具と加工物
の間で往復直線運動を生成することによって略平坦な加
工面を切削するための平削り又は形削り加工に適用され
る。

【００３８】

【発明の効果】本発明によると、表面が湾曲した加工物
を切削加工する場合、切り込み量を表面の湾曲に対応し
て変化させることができる利点を有する。

【００３９】本発明によると、表面が湾曲した加工物を
切削加工する場合、切り込み量を表面の湾曲に対応して
変化させることができるから、加工量、即ち、切削量を
一定にすることができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による精密加工装置の例の外観を示す斜
視図である。

【図２】本発明による精密加工方法の例を示す説明図で
ある。

【図３】薄膜基板及び回折格子の構造例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 加工物往復台 １１ Ｘ軸スライダ １１Ａ 可動部 １１Ｂ 案内部 １２ 角度調節台 １３ 傾斜調節台 １４ 上下調節台 １６ シリンダ １７ スピンドル ２０ 加工物（非削材） ３０ 工具切り込み台 ３１ 工具 ３２ 工具台 ３３ 微動工具テーブル ３４ 粗動工具テーブル ３５ 圧電素子 ４１ 位置測定装置 ４１Ａ スケール部 ４１Ｂ 検出部 ４５ 形状検出装置 ４６ 形状センサ ４７ 形状センサ用テーブル ５０ 薄膜基板、加工物 ５１ 基板 ５２ 加工地膜 ５３ 磁性材料薄膜 ６０ 回折格子 ６１ 基板 ６１Ａ 反射溝

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工物表面を工具によって切削する切削
   工程と加工物表面の形状を検出する表面形状測定工程と
   を交互に繰り返し、 上記切削工程は、加工物を工具に対して相対的に切削方
   向に沿って且つ直線方向に移動させることと、上記表面
   形状測定工程によって得られた上記加工物表面の形状に
   関する情報に基づいて上記工具の切り込み量を上記工具
   に対する上記加工物の切削方向の位置の関数として連続
   的に制御することと、を含む精密加工方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の精密加工方法において、
   上記表面形状測定工程は、上記加工物を上記工具に対し
   て相対的に上記切削方向と反対方向に沿って且つ直線方
   向に移動させるとき、上記加工物の表面の形状を非接触
   的に測定することを含むことを特徴とする精密加工方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の精密加工方法にお
   いて、上記工具の切り込み量は上記加工物の切削量が上
   記加工物の表面に沿って一定となるように制御されるこ
   とを特徴とする精密加工方法。
4. 【請求項４】 加工物を工具に対して相対的にＸ軸方向
   に沿って往復運動させるための加工物往復装置と、上記
   工具を取り外し可能に支持するための工具切り込み装置
   と、上記加工物の表面の形状を測定するための表面形状
   測定装置と、を有する精密加工装置において、 上記工具切り込み装置は、上記表面形状測定装置からの
   信号に基づいて上記工具の切り込み量を連続的に変化さ
   せることができるように構成されていることを特徴とす
   る精密加工装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の精密加工装置において、
   上記表面形状測定装置は非接触的に上記加工物の表面の
   形状を測定するように構成されていることを特徴とする
   精密加工装置。
6. 【請求項６】 請求項４又は５記載の精密加工装置にお
   いて、上記工具切り込み装置は圧電素子によって上記工
   具を切り込み方向に移動させるように構成されているこ
   とを特徴とする精密加工装置。