JPH10156689A - 研磨加工方法および研磨加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被加工物と研磨工具との相対的な位置関係が変
化しても、作業者の熟練を必要とせずに高い面精度と高
精度な中心厚を実現できる研磨加工方法および装置を提
供する。 【解決手段】被加工物４の被加工面４ａを研磨工具１２
の研磨面１２ａに当接して研磨工具１２を回転するとと
もに、被加工物４と研磨工具１２とを相対的に揺動する
ことで被加工物４を研磨する研磨加工方法において、被
加工物４と研磨工具１２とを揺動したときの被加工物４
の中心軸線Ｌｂと研磨工具４の回転軸線Ｌａとの相対的
な位置関係を相対位置Ｄ、研磨工具１２の回転数をＮ、
円周率をπとし、被加工物４と研磨工具１２との揺動に
よって上記相対位置Ｄが変動するのに伴い、（２×Ｄ×
π×Ｎ＝一定）となるように研磨工具１２の回転数Ｎを
変動させて研磨加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ等の被加工
物と研磨工具との相対的な滑りにより被加工物を研磨す
る研磨加工方法および研磨加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の研磨加工方法および研磨加工装置
を図５を用いて説明する。図５は、下方側に配置した研
磨工具を揺動させてレンズ等の被加工物の研磨加工を行
う一般的な下軸揺動方式の球心研磨加工装置の要部の構
成を示すものである。

【０００３】図５に示す通り、加圧シリンダー１００に
よって上下動自在なカンザシ１０１は、レンズ１０２
（平凹レンズ）の保持具であるホルダ１０３をボールジ
ョイント１０１ａにより傾動自在及び回転自在に保持し
ており、このホルダー１０３の下方には、レンズ１０２
の被加工面１０２ａに与える曲率と同じ曲率の研磨面１
０４ａを有する研磨工具１０４を対向して配置してい
る。

【０００４】この研磨工具１０４は、回転軸Ｌ（その回
転軸線をＬａとして表す。）の上端に固定されており、
回転軸Ｌは、プーリー１０５及びベルト１０６を介して
モーター１０７の回転駆動軸１０７ａに連結され、回転
駆動軸１０７ａの回転に連動して回転軸線Ｌａを中心に
回転自在であるとともに、図示省略した揺動装置により
研磨面１０４ａの曲率中心Ｏを中心として揺動自在であ
る。

【０００５】この揺動は、レンズ１０２の中心軸線Ｌｂ
に対して研磨工具１０４の回転軸線Ｌａを角度γだけ傾
斜した位置を揺動の中心とし、この揺動中心に対して±
φの範囲で変化させて行われる。

【０００６】よって、研磨加工時の中心軸線Ｌｂと回転
軸線Ｌａとが成す相対角度θは、γ±φで変化する。ま
た、中心軸線Ｌｂと回転軸線Ｌａとの相対的な位置関係
は、中心軸線Ｌｂと被加工面１０２ａとの交点（被加工
面中心位置Ｏ’）から回転軸線Ｌａまで引いた垂線の長
さでもって規定してこれを相対位置Ｄとし、相対位置Ｄ
の中でも、揺動の中心となる位置を相対位置ｄと称す
る。

【０００７】よって、回転軸線Ｌａを角度γに傾けたと
きの中心軸線Ｌｂと回転軸線Ｌａとの相対的な位置関係
は相対位置ｄとなる。次に、上記構成からなる研磨加工
装置によるレンズ１０２の研磨加工について説明する。

【０００８】まず、ホルダー１０３によってレンズ１０
２を保持し、レンズ１０２の中心軸線Ｌｂに対して研磨
工具１０４の回転軸線Ｌａとの成す角度が揺動中心とな
る相対角度γとなるよう揺動装置によって回転軸Ｌを傾
ける。

【０００９】次に、モーター１０７を駆動し、ベルト１
０６及びプーリー１０５を介して回転軸線Ｌａを中心に
研磨工具１０４を一定の回転数で回転する。一方、加圧
シリンダー１００を駆動して被加工面１０２ａを研磨面
１０４ａに当接するとともに、加圧シリンダー１００に
よってレンズ１０２に荷重Ｐを与え、被加工面１０２ａ
を研磨面１０４ａの形状に倣わせつつレンズ１０２を従
属回転させる。

【００１０】同時に、曲率中心Ｏを中心に、かつ、相対
角度γを揺動中心として±φの範囲の揺動角度となるよ
う、言い換えれば相対位置ｄを中心として±ｗの揺動幅
となるよう、揺動装置により回転軸Ｌを揺動し、被加工
面１０２ａと研磨面１０４ａとの相対位置Ｄを変化させ
ながら研磨加工を行うのである。

【００１１】このような研磨加工を複数個のレンズ１０
２について繰り返し行うと、研磨面１０４ａが偏磨耗し
てレンズ１０２の面精度（曲率半径）が低下してくるの
で、レンズ１０２の面精度を維持することができるよ
う、必要に応じて揺動装置を操作して揺動の中心となる
相対角度γ、即ち、揺動の中心となる相対位置ｄを適宜
変更し、上記と同様の研磨加工を行う。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような相対位置ｄの変更作業は、作業者が経験に基いて
適宜最適と思われる相対位置ｄを選定することにより行
われるのが一般的であり、作業者に熟練を要するという
問題があった。

【００１３】その理由は以下の通りである。レンズ１０
２を研磨加工する際、一定時間内における被加工面１０
２ａの研磨量は、レンズ１０２に付与される荷量Ｐの大
きさと、被加工面１０２ａに対する研磨面１０４ａの周
速度に大きく影響されるが、相対位置ｄを変更するとい
うことは、研磨面１０４ａに対する被加工面中心位置
Ｏ’の位置が研磨面１０４ａの半径方向に変化すること
になるので、研磨工具１０４の回転数が常に一定である
と、被加工面中心位置Ｏ’に対する研磨面１０４ａの周
速度は、相対位置ｄの変更に伴って変化してしまう。

【００１４】具体的には、被加工面中心位置Ｏ’が研磨
面１０４ａの外径側に振れるように相対位置ｄを変更し
たときには周速度が速く、被加工面中心位置Ｏ’が回転
軸線Ｌａ側に振れるように相対位置ｄを変更したときに
は周速度が遅くなる。

【００１５】このように被加工面中心位置Ｏ’に対する
研磨面１０４ａの周速度が変化すると、一定時間内にお
ける被加工面１０２ａの研磨量が変化するので、相対位
置ｄを変更すると、個々の被加工面１０２ａの面精度は
維持できるものの、個々のレンズ１０２の中心厚に関し
てはバラツキを生じ易くなるので、中心厚精度の高いレ
ンズ１０２をコンスタントに研磨加工することが困難で
あった。

【００１６】そのため、上述のような研磨装置や研磨方
法によると、面精度と中心厚精度とを両立させるために
作業者の熟練を要するものであった。本発明は、被加工
物と研磨工具との相対的な位置関係が変化しても、作業
者の熟練を必要とせずに高い面精度と高精度な中心厚を
実現できる研磨加工方法および装置を提供することを目
的とする。

【００１７】

【課題を解決する手段】請求項１の研磨加工方法は、被
加工物の被加工面を研磨工具の研磨面に当接して研磨工
具を回転するとともに、被加工面が研磨面に倣うように
被加工物と研磨工具とを相対的に揺動して被加工物を研
磨する研磨加工方法において、被加工物と研磨工具とを
相対的に揺動したときの被加工物の中心軸線と研磨工具
の回転軸線との相対的な位置関係を、被加工物の中心軸
線と被加工面とが接する点（被加工面中心位置）から研
磨工具の回転軸線まで引いた垂線の長さで規定してこれ
を相対位置Ｄとし、相対位置Ｄの中での揺動の中心とな
る位置を相対位置ｄとし、研磨工具の回転数をＮ、円周
率をπとし、研磨加工中に、揺動の中心となる相対位置
ｄを変動した際、 ２×ｄ×π×Ｎ＝一定 となるように研磨工具の回転数Ｎを変動させて研磨加工
を行うことを特徴とする。

【００１８】請求項２の研磨加工方法は、被加工物の被
加工面を研磨工具の研磨面に当接して研磨工具を回転す
るとともに、被加工面が研磨面に倣うように被加工物と
研磨工具とを相対的に揺動して被加工物を研磨する研磨
加工方法において、被加工物と研磨工具とを相対的に揺
動したときの被加工物の中心軸線と研磨工具の回転軸線
との相対的な位置関係を、被加工物の中心軸線と被加工
面とが接する点（被加工面中心位置）から研磨工具の回
転軸線まで引いた垂線の長さを相対位置Ｄと規定し、研
磨工具の回転数をＮ、円周率をπとし、被加工物と研磨
工具との相対的な揺動によって上記相対位置Ｄが変動す
るのに伴い、 ２×Ｄ×π×Ｎ＝一定 となるように研磨工具の回転数Ｎを変動させて研磨加工
を行うことを特徴とする。

【００１９】請求項３の研磨加工装置は、被加工物の被
加工面を研磨加工するための研磨面を有する研磨工具
と、研磨工具を回転駆動するための回転駆動装置と、被
加工面が研磨面に倣うように研磨工具の回転軸線と被加
工物の中心軸線とを相対的に揺動させるための揺動機構
と、からなる研磨加工装置において、被加工物と研磨工
具とを相対的に揺動したときの被加工物の中心軸線と研
磨工具の回転軸線との相対的な位置関係を、被加工物の
中心軸線と被加工物の被加工面との接点（被加工面中心
位置）から研磨工具の回転軸線まで引いた垂線の長さを
相対位置Ｄと規定し、研磨工具の回転数をＮ、πを円周
率、とし、研磨加工中、被加工物と研磨工具との相対的
な揺動によって上記相対位置Ｄが変動するのに伴い、 ２×Ｄ×π×Ｎ＝一定 となるように研磨工具の回転数Ｎを変動させるよう前記
回転駆動装置を制御するための回転制御部と、回転制御
部を制御するための演算制御部と、を備えることを特徴
とする。

【００２０】請求項４の研磨加工装置は、回転制御部が
インバーターであることを特徴とする。請求項１の発明
によると、揺動の中心となる相対位置ｄを変動した際、 ２×ｄ×π×Ｎ＝一定 となるように、研磨工具の回転数を変動させているの
で、被加工面中心位置に対する研磨面の周速度は、相対
位置ｄにおいて常に一定となる。

【００２１】また、請求項２乃至請求項４の発明による
と、研磨面と被加工面中心位置との相対位置の変化に応
じて、 ２×Ｄ×π×Ｎ＝一定 となるように、研磨工具の回転数を変動させているの
で、被加工面中心位置に対する研磨面の周速度は常に一
定となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）本実施の形態では、曲率が無限大であ
る球面とみなすことのできる平面レンズの研磨加工を通
して本発明の詳細な実施形態を説明する。

【００２３】図１は、本実施の形態におけるレンズ研磨
加工装置の概略構成を示す部分断面図であり、加圧シリ
ンダー１は、チューブ２を介して接続したコンプレッサ
ー等の空圧装置（図示省略）によって上下動するカンザ
シ３を備えている。

【００２４】このカンザシ３の下端には、被加工物であ
る平面レンズ４をカンザシ３に対して同軸に保持する保
持具としてのホルダ５が、ボールジョイント３ａにより
傾動自在及び回転自在に保持されている。

【００２５】ホルダ５の下方には、平面レンズ４を研磨
するための研磨工具として、平面レンズ４の被加工面４
ａと同様の平面状の研磨面６ａをホルダ５側に対向させ
た円盤形状の研磨工具６を配置しており、研磨工具６
は、その軸心が回転軸線Ｌａと同軸となるように回転軸
Ｌに固定されている。

【００２６】この回転軸Ｌは、平面レンズ４の中心軸線
Ｌｂに対して平行に往復移動（図１において矢印Ａ方
向）するように揺動装置（図示省略）に保持されている
とともに、プーリー７及びベルト８を介して回転駆動装
置であるモーター９の回転駆動軸９ａに連結され、回転
駆動軸９ａの回転に連動して回転軸線Ｌａを中心に回転
可能に備えられている。

【００２７】モーター９は、回転制御部であるインバー
ター１０（三菱電機製：商品名ＦＲＥＱＲＯＬ−Ｚ１２
３）に接続され、このインバーター１０と上記揺動装置
は、プログラム設定に従って多軸制御が可能な演算制御
部であるＮＣ装置１１（三菱電機製：商品名ＣＮＣ−Ｍ
ＥＬＤＡＳ）に接続されている。

【００２８】次に、モーター９と上記揺動装置とを制御
するためにＮＣ装置１１に入力する数式について説明す
る。まず、被加工面４ａと研磨面６ａとの相対的な位置
関係を、中心軸線Ｌｂと被加工面４ａとの接点（被加工
面中心位置Ｏ’）から回転軸線Ｌａに対して垂直におろ
した垂線の長さ（被加工面中心位置Ｏ’から回転軸線Ｌ
ａまでの距離）でもって規定してこれを相対位置Ｄと
し、この相対位置Ｄの中でも、揺動の中心となる位置を
相対位置ｄで表すこととする。

【００２９】また、上記被加工面中心位置Ｏ’に対する
研磨面６ａの周速度をωとし、研磨工具６の回転数をＮ
とすると、以下に示す式（１）が導かれる。 Ｎ＝ω／２×ｄ×π・・・（１） この式（１）をＮＣ装置１１に入力する。

【００３０】式（１）によると、揺動の中心となる相対
位置ｄを変更した際、変更した相対位置ｄに対して周速
度ωを変化させずに一定とするために必要な回転数Ｎを
求めることができるが、本実施の形態では、周速度ωを
一定の設定値とし、相対位置ｄの変更に併せて回転数Ｎ
を決定するため、式（１）は、 ω＝２×ｄ×π×Ｎ＝一定・・・（１）’ と表すことができる。

【００３１】次に、上記構成からなる研磨加工装置によ
る平面レンズ４の具体的な研磨加工例について説明す
る。ここで、所望の平面レンズ４の径、及び、研磨工具
６の径、並びに主な加工条件は以下の通りである。

【００３２】 ・ 平 面 レ ン ズ の 径 ：２０ｍｍ ・ 研 磨 工 具 の 径 ：３５ｍｍ ・ 周 速 度 （ 設 定 値）ω ：７５ｍ／ｍｉｎ ・揺動の中心となる相対位置ｄ（初期の設定値）：１５ｍｍ ・ 揺 動 幅 ｗ ：５ｍｍ ここで、相対位置ｄ及び揺動幅ｗを設定する条件は、上
述した平面レンズ４の径、及び、研磨工具６の径を考慮
し、平面レンズ４が揺動により研磨面６ａの外周縁から
外れない程度に、かつ、１回の揺動（往復）で中心軸線
Ｌｂが研磨面６ａ上に載るよう設定する。

【００３３】次に、回転軸Ｌの回転数Ｎの操作について
具体的な数値を挙げて説明する。まず、揺動の中心とな
る相対位置ｄが１５ｍｍのとき（初期の設定値のと
き）、ＮＣ装置１１は式（１）を基に以下の演算を行
う。

【００３４】 Ｎ＝ω／（２×ｄ×π） ＝７５／（２×１５×０．００１×π） ＝７９６（ｒｐｍ） この演算結果を基に、ＮＣ装置１１は、相対位置ｄ＝１
５ｍｍのときに回転軸Ｌの回転数Ｎが７９６ｒｐｍとな
るようインバーター１０に指令を出し、モーター９の制
御を行う。

【００３５】これらの値をＮＣ装置１１に入力した後、
平面レンズ４の研磨加工に入る。まず、被加工面４ａが
研磨面６ａと対向し、かつ、カンザシ３と同軸となるよ
う、ホルダー５に平面レンズ４を保持し、被加工面中心
位置Ｏ’と回転軸線Ｌａとの相対位置Ｄが相対位置ｄ＝
１５ｍｍとなるように回転軸Ｌを位置決めした後、ＮＣ
装置１１によりインバーター１０を介してモーター９を
駆動し、プーリー７及びベルト８を介して回転軸線Ｌａ
中心に研磨工具６を回転する。

【００３６】そして、ＮＣ装置１１により空圧装置を作
動し、チューブ２を介して圧縮空気を送り込むことで加
圧シリンダー１を駆動し、カンザシ３を介して平面レン
ズ４に荷重Ｐ（図１において矢印Ｐ方向）を与えつつ平
面レンズ４を研磨工具６に当接させて押圧し、被加工面
４ａと研磨面６ａとを擦り合わせる。

【００３７】これによって平面レンズ４を従属回転させ
ると同時に、ＮＣ装置１１は、揺動装置を制御して回転
軸Ｌの回転軸線Ｌａが相対位置ｄ＝１５ｍｍを中心に一
定の揺動幅ｗ（５ｍｍ）の範囲内で揺動させる。

【００３８】このような研磨加工を複数個の平面レンズ
４に対して繰り返し行うと、研磨面６ａが偏磨耗して平
面レンズ４の被加工面４ａの面精度（平面性）が低下し
てくるので、被加工面４ａの面精度を定期的にチェック
し、面精度が低下しているならこの面精度を維持するた
めに、相対位置ｄと回転数Ｎを初期の設定値から適宜変
更する。

【００３９】相対位置ｄの変更は、揺動装置を操作し、
中心軸線Ｌｂに対して回転軸線Ｌａを平行に移動して行
う。回転軸Ｌの移動の方向は、例えば、被加工面４ａが
凹形状気味であれば中心軸線Ｌｂ側に、被加工面４ａが
凸形状であれば中心軸線Ｌｂから離す方向に移動する。

【００４０】具体的には、例えば、研磨面６ａの偏磨耗
により平面レンズ４が凹形状気味になった場合、相対位
置ｄを１５ｍｍから７ｍｍに変更し、その他の条件（研
磨時間等）は変更せずに研磨加工を継続する。

【００４１】相対位置ｄ＝７ｍｍのときの研磨工具６の
回転数Ｎは、ＮＣ装置１１の演算により次の通り演算さ
れる。 Ｎ＝ω／（２×ｄ×π） ＝７５／（２×７×０．００１×π） ＝１７０５ （ｒｐｍ） この演算結果を基に、ＮＣ装置１１は、回転軸Ｌの回転
数Ｎが１７０５ｒｐｍとなるようインバーター１０に指
令を出し、モーター９の制御を行う。

【００４２】要するに、ＮＣ装置１１は、相対位置ｄの
変化に応じて式（１）’を満足する回転数Ｎに適宜変更
するとともに、その設定通り回転軸Ｌが回転するようイ
ンバーター１０に指令を出してモーター９を制御してい
るのである。

【００４３】従って、相対位置ｄを１５ｍｍから７ｍｍ
に変更しても、変更した後の被加工面中心位置Ｏ’に対
する研磨面６ａの周速度ωは一定に保たれる。ここで、
研磨加工された研磨面４ａの研磨量を実際に測定したと
ころ、相対位置ｄを変更する前、即ち、相対位置ｄ＝１
５ｍｍにおける研磨面４ａの研磨量は２２μｍであり、
相対位置ｄを変更した後、即ち、相対位置ｄ＝７ｍｍに
おける研磨面４ａの研磨量は２０μｍであって、研磨量
の変化が少ないことが確認された。

【００４４】尚、本実施の形態のように回転数Ｎの制御
を行わなかった場合、即ち、相対位置をｄ＝１５ｍｍか
らｄ＝７ｍｍに変更したにも関わらず、回転数Ｎを変更
しなかった場合、その他の条件を同じにしても、研磨面
４ａの研磨量は、１３μｍであった。

【００４５】

【効果】本実施の形態によると、揺動の中心となる相対
位置ｄを変動しても、被加工面中心位置に対する研磨面
の周速度ωが変化せずに一定となるため、相対位置ｄの
変化に伴う研磨量の変化を抑えることができる。

【００４６】従って、平面レンズの研磨量のバラツキを
抑えるのに作業者の熟練を要せずして面精度及び中心厚
精度の高い平面レンズを得ることができる。 （実施の形態２）次に、図２及び図３を用いて本発明の
第２の実施の形態について説明する。

【００４７】図２は本実施の形態におけるレンズ研磨加
工装置の概略構成を示す部分断面図、図３は相対位置Ｄ
と回転数Ｎとの相関を示すグラフである。図２に示す通
り、本実施の形態におけるレンズ研磨加工装置は、上記
実施の形態１における研磨工具６をシート工具１２とし
た点を除いて上記実施の形態１のレンズ研磨加工装置と
同様であるため、その他の説明は省略する。

【００４８】次に、モーター９と上記揺動装置とを制御
するためにＮＣ装置１１に入力する数式について説明す
る。まず、被加工面４ａと研磨面１２ａとの相対的な位
置関係について説明すると、相対位置Ｄおよび揺動の中
心となる相対位置ｄは上記実施の形態１と同様に規定す
るものとし、これに加えて、相対位置Ｄは相対位置ｄを
中心に揺動幅±ｗで変動するものとする。

【００４９】従って、相対位置Ｄは、 Ｄ＝ｄ±ｗ・・・（２） で表すことができる。

【００５０】また、上記被加工面中心位置Ｏ’に対する
研磨面１２ａの周速度をωとし、シート工具１２の回転
数をＮとすると、以下に示す式（３）が導かれる。 Ｎ＝ω／２×Ｄ×π・・・（３） 上記式（３）に式（２）を代入すると、 Ｎ＝ω／｛２×（ｄ±ｗ）×π｝・・・（４） となる。

【００５１】この式（４）をＮＣ装置１１に入力する。
式（４）によると、相対位置ｄを中心に揺動幅±ｗの範
囲で逐次変化する相対位置Ｄに対応して周速度ωを一定
とするために必要な回転数Ｎを求られる。

【００５２】尚、式（３）によると、相対位置ｄを中心
に揺動幅±ｗの範囲で逐次変化する相対位置Ｄに対して
周速度ωを一定とするのに必要な回転数Ｎを求めること
ができるが、本実施の形態では、周速度ωを一定の設定
値とし、相対位置Ｄの変動に応じて回転数Ｎを決定する
ため、式（３）は、 ω＝２×Ｄ×π×Ｎ＝一定・・・（３）’ と表すことができる。

【００５３】次に、上記構成からなる研磨加工装置によ
る平面レンズ４の具体的な研磨加工について説明する。
所望の平面レンズ４の径及びシート工具１２の径、並び
に、主な加工条件は以下の通りである。

【００５４】 ・ 平 面 レ ン ズ ４ の 径 ：３０ｍｍ ・ シ ー ト 工 具 １ ２ の 径 ：５０ｍｍ ・ 周 速 度 （ 設 定 値 ） ω ：６０ｍ／ｍｉｎ ・ 揺 動 幅 （ 設 定 値 ） ｗ ：±５ｍｍ ・揺動の中心となる相対位置（初期の設定値）ｄ：２０ｍｍ 尚、本実施の形態において、回転軸Ｌが相対位置ｄから
揺動を開始し、揺動幅±ｗの範囲で１往復して再び相対
位置ｄに戻るまでの時間である揺動速度は（８ｓｅｃ／
揺動）とした。

【００５５】揺動幅ｗと相対位置ｄとを設定する条件
は、上記実施の形態１と同様である。次に、回転軸Ｌの
回転数Ｎの操作について具体例を挙げて説明する。中心
軸線Ｌｂと回転軸線Ｌａとの相対位置Ｄが、揺動の中心
となる相対位置ｄ＝２０ｍｍのとき（初期の設定では揺
動幅ｗ＝０とする）、上記加工条件と式（４）から、 Ｎ＝ω／｛（２×（ｄ±ｗ）×π）｝ ＝６０／｛２×（２０＋０）×０．００１×π｝ ＝４７８（ｒｐｍ） となる。

【００５６】この演算結果を基に、ＮＣ装置１１は、相
対位置ｄ＝２０ｍｍのときに回転軸Ｌの回転数Ｎが４７
８ｒｐｍとなるようにインバーター１０に指令を出し、
モーター９の制御を行う。

【００５７】これらの値をＮＣ装置１１に入力した後、
平面レンズ４の研磨加工に入る。まず、被加工面４ａが
研磨面１２ａと対向し、かつ、カンザシ３と同軸となる
よう、ホルダー５によって平面レンズ４を保持し、被加
工面中心位置Ｏ’と回転軸線Ｌａとの相対位置Ｄが相対
位置ｄ＝２０ｍｍとなるように回転軸Ｌを位置決めした
後、ＮＣ装置１１によりインバーター１０を介してモー
ター９を駆動し、プーリー７及びベルト８を介してシー
ト工具１２を回転軸線Ｌａ中心に回転する。

【００５８】そして、空圧装置を作動し、チューブ２を
介して圧縮空気を送り込んで加圧シリンダー１を駆動
し、平面レンズ４をシート工具１２に当接させるととも
に、カンザシ３を介して平面レンズ４に荷重Ｐ（図中、
矢印Ｐ方向）を与えて押圧し、被加工面４ａと研磨面１
２ａとを擦り合わせ、平面レンズ４を従属回転する。

【００５９】この動作と同時に、ＮＣ装置１１は、回転
軸線Ｌａが平面レンズ４の中心軸線Ｌｂに対して相対位
置ｄ＝２０ｍｍを中心に揺動幅ｗ＝±５ｍｍの範囲内で
揺動（平行移動）するよう揺動装置を制御するととも
に、回転軸Ｌの回転数Ｎが、上記式（４）によって求め
られる回転数Ｎとなるよう、インバーター１０に対して
指令を出し、インバーター１０はその指令を受けてモー
ター９に対して周波数出力を行う。

【００６０】このようにモーター９を制御することによ
って、回転軸線Ｌａと被加工面中心位置Ｏ’との相対位
置Ｄが揺動により変動しても被加工物中心位置Ｏ’に対
する研磨面１２ａの周速度ωが変化せず一定となる。

【００６１】また、揺動装置により、揺動幅ｗ＝＋５ｍ
ｍに揺動したとき（Ｄ＝２５ｍｍのとき）、上記加工条
件と式（４）から、 Ｎ＝ω／｛（２×（ｄ±ｗ）×π）｝ ＝６０／｛２×（２０＋５）×０．００１×π｝ ＝３８２（ｒｐｍ） となる。

【００６２】また、揺動装置により、揺動幅ｗ＝−５ｍ
ｍに揺動したとき（Ｄ＝１５ｍｍのとき）、上記加工条
件と式（４）から、 Ｎ＝ω／｛（２×（ｄ±ｗ）×π）｝ ＝６０／｛２×（２０−５）×０．００１×π｝ ＝６３７（ｒｐｍ） となる。

【００６３】ＮＣ装置１１は、これらの演算結果から、
求めた回転数Ｎで回転軸Ｌが回転するよう、インバータ
ー１０に指令を出してモーター９を制御する。要する
に、ＮＣ装置１１は、相対位置Ｄの変化に応じて式
（３）’を満足する回転数Ｎに適宜変更するとともに、
その設定通り回転軸Ｌが回転するようインバーター１０
に指令を出してモーター９を制御しているのである。

【００６４】従って、相対位置ｄ＝２０ｍｍを中心に±
５ｍｍの範囲で揺動しても、被加工面中心位置Ｏ’に対
する研磨面１２ａの周速度ωは常に一定に保たれる。
尚、参考として揺動による相対位置Ｄの変化と、これに
応じて変化する回転数Ｎとの相関関係は、図３に示す通
り、相対位置Ｄが大きくなる程回転数Ｎが大きく、逆
に、相対位置Ｄが小さくなるほど回転数Ｎが大きくなっ
ている。

【００６５】このような研磨加工を複数個の平面レンズ
４に対して繰り返し行うと、研磨面１２ａが偏磨耗して
被加工面４ａの面精度（平面性）が低下してくるので、
被加工面４ａの面精度を定期的にチェックし、面精度が
低下しているならばこの面精度を維持するために相対位
置ｄを初期の設定値から適宜変更する。

【００６６】相対位置ｄの変更及び回転軸Ｌの移動方向
は上記実施の形態１と同様であり、本実施の形態では、
相対位置ｄ＝２０ｍｍからｄ＝１５ｍｍに変更したが、
相対位置ｄ＝１５ｍｍを中心に±５ｍｍの範囲で揺動し
ても、被加工面中心位置Ｏ’に対する研磨面の周速度ω
は一定に保たれる。

【００６７】相対位置をｄ＝１５ｍｍに変更した後のＮ
Ｃ装置１１による回転数Ｎの操作は以下の通りである。
まず、揺動幅ｗ＝０ｍｍのとき、上記加工条件と式
（４）から、 Ｎ＝ω／｛（２×（ｄ±ｗ）×π）｝ ＝６０／｛２×（１５−０）×０．００１×π｝ ＝６３７（ｒｐｍ） となる。

【００６８】また、揺動装置により、揺動幅ｗ＝５ｍｍ
に揺動したとき（Ｄ＝２０ｍｍのとき）、 Ｎ＝ω／｛（２×（ｄ±ｗ）×π）｝ ＝６０／｛２×（１５＋５）×０．００１×π｝ ＝４７７（ｒｐｍ） となる。

【００６９】また、揺動装置により、揺動幅ｗ＝−５ｍ
ｍに揺動したとき（Ｄ＝１０ｍｍのとき）、 Ｎ＝ω／｛（２×（ｄ±ｗ）×π）｝ ＝６０／｛２×（１５−５）×０．００１×π｝ ＝９５５（ｒｐｍ） となる。

【００７０】ＮＣ装置１１は、これらの演算結果を基に
インバーター１０に指令を出してモーター９の回転を制
御するのである。要するに、モーター９による回転軸Ｌ
の回転数Ｎは、ＮＣ装置１１によって式（３）’を満足
するよう適宜変更されるのであり、この様な回転数Ｎの
制御により、揺動の中心となる相対位置をｄ＝２０ｍｍ
からｄ＝１５ｍｍに変更し、相対位置ｄを中心に±５ｍ
ｍの範囲で揺動しても、被加工面中心位置Ｏ’に対する
研磨面１２ａの周速度ωは一定に保たれるのである。

【００７１】ここで、研磨加工された研磨面４ａの研磨
量を実際に測定したところ、相対位置ｄを変更する前、
即ち、相対位置ｄ＝２０ｍｍにおける研磨面４ａの研磨
量は１６μｍであり、相対位置ｄを変更した後、即ち、
相対位置ｄ＝１５ｍｍにおける研磨面４ａの研磨量は１
７μｍであって研磨量の変化が少ないことが確認され
た。

【００７２】尚、本実施の形態のように回転数Ｎの制御
を行わなかった場合、即ち、相対位置をｄ＝２０ｍｍか
らｄ＝１５ｍｍに変更したにも関わらず、回転数Ｎを変
更しなかった場合、研磨面４ａの研磨量は１１μｍであ
った。

【００７３】

【効果】本実施の形態によると、シート工具の回転軸線
と平面レンズの中心軸線との相対位置が、揺動や、揺動
の中心となる相対位置の変更により変動しても、被加工
面中心位置に対する研磨面の周速度は変化せずに常に一
定となるため、相対位置Ｄの変化に伴う研磨量の変化を
抑えることができる。

【００７４】従って、上記実施の形態１よりも中心厚精
度の高い平面レンズを得ることができる。 （実施の形態３）本実施の形態では、平凹レンズの研磨
加工を通して本発明の詳細な実施形態を説明する。

【００７５】図４は、本実施の形態におけるレンズ研磨
加工装置の概略構成を示す部分断面図であり、加圧シリ
ンダー１３は、チューブ１４を介して接続したコンプレ
ッサー等の空圧装置（図示省略）によって上下動するカ
ンザシ１５を備えており、このカンザシ１５の下端に
は、被加工物である平凹レンズ１６をカンザシ１５に対
して同軸に保持する保持具であるホルダ１７がボールジ
ョイント１５ａにより傾動自在及び回転自在に保持され
ている。

【００７６】ホルダ１７の下方には、平凹レンズ１６の
被加工面１６ａである球面と同じ曲率である研磨面１８
ａを有するシート工具１８を研磨工具として対向配置し
ており、シート工具１８は、研磨面１８ａの曲率中心Ｏ
が回転軸線Ｌａ上に位置するように設定されて、回転軸
Ｌに固定されている。

【００７７】この回転軸Ｌは、その回転軸線Ｌａが、研
磨面１８ａの曲率中心Ｏを中心に揺動（回動）するよう
揺動装置（図示省略）に保持されているとともに、プー
リー１９及びベルト２０を介して回転駆動装置であるモ
ーター２１の回転駆動軸２１ａに連結され、モーター２
１の回転駆動に連動して回転軸線Ｌａを中心に回転駆動
自在に備えられている。

【００７８】モーター２１は、回転制御部であるインバ
ーター２２（富士電機製：商品名ＦＶＲ−Ｅ７Ｓ）に接
続されており、このインバーター２２と上記揺動装置
は、プログラム設定に従って多軸制御が可能な演算制御
部であるＮＣ装置２３（安川電機製：商品名ＭＯＴＩＯ
ＮＰＡＣＫ）に接続されている。

【００７９】次に、上記モーター２１と上記揺動装置と
を制御するためにＮＣ装置２３に入力する数式について
説明する。本実施の形態においても、被加工面１６ａと
研磨面１８ａとの相対的な位置関係は上記実施の形態２
と同様に規定して相対位置Ｄとし、相対位置Ｄ、揺動の
中心となる相対位置ｄ、揺動幅ｗ、被加工面中心位置
Ｏ’に対する研磨面１８ａの周速度ωについても上記実
施の形態２で説明した式（２）（３）（４）の関係が成
り立つことものとする（図３参照）。

【００８０】相対位置Ｄは、回転軸線Ｌａと中心軸線Ｌ
ｂとが成す挟角である相対角度θと、レンズの曲率半径
Ｒを用いて次のように表すことができる。 Ｄ＝ｄ±ｗ ＝Ｒ×ｓｉｎ（θ）・・・（５） 相対角度θは、揺動の中心となる相対角度γと、相対角
度γの位置を中心に揺動する範囲である揺動角度±φと
から、 θ＝γ±φ・・・（６） で表せるから、式（６）を式（５）に代入すると、式
（７）となる。

【００８１】 Ｄ＝Ｒ×ｓｉｎ（γ±φ）・・・（７） この式（７）を、実施の形態２で説明した式（３）に代
入すると、 Ｎ＝ω／｛２×Ｒ×ｓｉｎ（γ±φ）×π｝・・・（８） となる。

【００８２】この式（８）をＮＣ装置２３に入力する。
式（８）によると、揺動よって逐次変化する相対角度θ
＝γ±φに対応して被加工面中心位置Ｏ’に対する周速
度ωを一定とするのに必要なシート工具１８の回転数Ｎ
を求め得る。

【００８３】このように逐次変動する相対角度θ＝γ±
φに対応して周速度ωが一定となるように制御すること
は、上述の式（５）、（６）、（８）からも解る通り、
揺動により相対位置ｄを中心に揺動幅±ｗの範囲で逐次
変化する相対位置Ｄに対応して被加工面中心位置Ｏ’に
対する周速度ωが一定となるように回転数Ｎを制御する
こと（上記実施の形態２における回転数Ｎの制御）と同
じである。

【００８４】つまり、式（８）は、 ω＝２×Ｒ×ｓｉｎ（γ±φ）×π×Ｎ ＝２×Ｄ×π×Ｎ ＝一定 ・・・（８）’ と表すことができる。

【００８５】次に、上記構成からなるレンズ研磨加工装
置による平凹レンズ１６の具体的な研磨加工の例につい
て説明する。所望の平凹レンズ１６の径及びシート工具
１８の径、並びに、主な加工条件は以下の通りである。

【００８６】 ・ 平 凹 レ ン ズ １ ６ の 径 ：２０ｍｍ ・ 平凹レンズ１６の曲率半径 Ｒ ：３５ｍｍ ・ シ ー ト 工 具 １ ８ の 径 ：３５ｍｍ ・ 周 速 度 ω （ 設 定 値 ） ：７５ｍ／ｍｉｎ ・ 揺 動 角 度 φ （ 設 定 値 ） ：±５ｄｅｇ ・ 揺動の中心となる相対角度γ（初期の設定値）：２０ｄｅｇ ここで、相対角度θ及び揺動角度φは、上述した平凹レ
ンズ１６の径、及び、シート工具１８の径を考慮し、揺
動により平凹レンズ１６が研磨面１８ａの外周縁から外
れない程度に、かつ、１回の揺動（１回の往復）の中で
中心軸線Ｌｂが研磨面１８ａ上に載るように設定する。

【００８７】次に、研磨加工中において逐次変動する回
転軸線Ｌａと中心軸線Ｌｂとの相対角度と回転軸Ｌの回
転数Ｎとの関係について具体的な数値を挙げて説明す
る。揺動角度φ＝０、相対角度θ＝２０ｄｅｇとする初
期の設定値でのシート工具１８の回転数Ｎは、式（８）
から、次の通り設定される。

【００８８】 Ｎ＝ω／｛２×Ｒ×ｓｉｎ（γ±φ）×π｝ ＝７５／｛２×３５×０．００１×ｓｉｎ（２０＋０）×π｝ ＝９９７（ｒｐｍ） 上記加工条件の値をＮＣ装置２３に入力した後、平凹レ
ンズ１６の研磨加工に入る。

【００８９】まず、被加工面１６ａが研磨面１８ａと対
向し、かつ、カンザシ１５と同軸となるよう、ホルダー
１７に平凹レンズ１６を保持し、相対角度γ＝２０ｄｅ
ｇとなるように回転軸Ｌを位置決めした後、ＮＣ装置２
３によりインバーター２２を介してモーター２１を駆動
し、プーリー１９及びベルト２０を介してシート工具１
８を回転軸線Ｌａ中心に回転する。

【００９０】そして、空圧装置を作動して加圧シリンダ
ー１３を駆動し、カンザシ１５を介して平凹レンズ１６
に荷重Ｐ（図中、矢印Ｐ方向）を与え、平凹レンズ１６
をシート工具１８に当接させて押圧し、被加工面１６ａ
と研磨面１８ａとを擦り合わせて平凹レンズ１６を従属
回転する。

【００９１】この動作と同時に、ＮＣ装置２３は、相対
角度γ＝２０ｄｅｇを中心に、かつ、揺動角度φ＝±５
ｄｅｇの範囲内で回転軸Ｌを揺動（曲率中心Ｏを中心と
する回動）するよう揺動装置を制御するとともに、式
（８）にて得られる回転数Ｎで回転軸Ｌを回転駆動する
ために、インバーター２２に対して指令を出し、モータ
ー２１に対して周波数出力を行わせる。

【００９２】これによって、回転軸線Ｌａと中心軸線Ｌ
ｂとの相対角度θが変動、即ち、回転軸線Ｌａと被加工
面中心位置Ｏ’との相対位置が変動しても、被加工面中
心位置Ｏ’に対する回転数ωが一定となる。

【００９３】相対角度θ＝２０ｄｅｇから揺動角度φ＝
−５ｄｅｇだけ揺動したとき、即ち、相対角度θが１６
ｄｅｇとなったときのシート工具１８の回転数Ｎは、式
（８）から次のようになる。

【００９４】 Ｎ＝ω／｛２×Ｒ×ｓｉｎ（γ±φ）×π｝ ＝７５／｛２×３５×０．００１×ｓｉｎ（２０−５）×π｝ ＝１３１８（ｒｐｍ） また、相対角度θ＝２０ｄｅｇから揺動角度φ＝５ｄｅ
ｇだけ揺動したとき、即ち、相対角度θが２５ｄｅｇと
なったときのシート工具１８の回転数Ｎは、 Ｎ＝ω／｛２×Ｒ×ｓｉｎ（γ±φ）×π｝ ＝７５／｛２×３５×０．００１×ｓｉｎ（２０＋５）×π｝ ＝８０７（ｒｐｍ） ＮＣ装置２３は、これらの演算結果を基に、算出された
回転数Ｎとなるようインバーター２２に対して指令を出
し、インバーター２２はその指令を受けてモーター２１
に対して周波数出力を行う。

【００９５】このようにシート工具１８の回転数Ｎを制
御することにより、相対角度がθ＝２０ｄｅｇを中心に
±５ｄｅｇの範囲で揺動しても、被加工面中心位置Ｏ’
における研磨面１８ａの周速度ωは一定に保たれる。

【００９６】このような研磨加工を複数個の平凹レンズ
１６に対して繰り返し行うと、研磨面１８ａが偏磨耗し
て被加工面１６ａの面精度（平面性）が低下してくるの
で、被加工面１６ａの面精度を定期的にチェックし、面
精度が低下してくるならば、この面精度を維持するため
に相対角度γを初期の設定値から適宜変更する。

【００９７】本実施の形態では、相対角度γ＝２０ｄｅ
ｇからγ＝１６ｄｅｇに変更するが、相対角度γ＝１６
ｄｅｇを中心に±５ｄｅｇの範囲で揺動しても、被加工
面中心位置Ｏ’に対する研磨面１８ａの周速度ωは一定
に保たれる。

【００９８】相対角度をγ＝１６ｄｅｇに変更した後の
ＮＣ装置１１による回転数Ｎの操作は以下の通りであ
る。まず、揺動角度φ＝０ｄｅｇのとき、上記加工条件
と式（４）から、 Ｎ＝ω／｛（２×Ｒ×ｓｉｎ（γ±φ）×π）｝ ＝７５／｛２×ｓｉｎ（１６−０）×０．００１×π｝ ＝１２３７（ｒｐｍ） となる。

【００９９】また、揺動装置により、揺動角度φ＝５ｄ
ｅｇに揺動したとき（θ＝２１ｄｅｇのとき）、 Ｎ＝ω／｛（２×Ｒ×ｓｉｎ（γ±φ）×π）｝ ＝７５／｛２×Ｒ×ｓｉｎ（１６＋５）×０．００１×π｝ ＝９５２（ｒｐｍ） となる。

【０１００】また、揺動装置により、揺動角度γ＝−５
ｄｅｇに揺動したとき（θ＝１１ｄｅｇのとき）、 Ｎ＝ω／｛（２×Ｒ×ｓｉｎ（γ±φ）×π）｝ ＝７５／｛２×（１６−５）×０．００１×π｝ ＝１７８７（ｒｐｍ） となる。

【０１０１】ＮＣ装置２３は、これらの演算結果を基に
インバーター２２に指令を出してモーター２１の回転数
Ｎを制御する。言い換えると、ＮＣ装置２３は、揺動角
度±φの範囲内で変化する相対角度θの変化に応じて式
（８）’を満足するよう回転数Ｎを適宜設定するととも
に、その設定通り回転軸Ｌが回転するようインバーター
２２に指令を出してモーター２１を制御しているのであ
る。

【０１０２】従って、揺動の中心となる相対角度をγ＝
２０ｄｅｇからγ＝１６ｄｅｇに変更し、相対角度γを
中心に±５ｄｅｇの範囲で揺動しても、被加工面中心位
置Ｏ’に対する研磨面１８ａの周速度ωは常に一定に保
たれる。

【０１０３】

【効果】本実施の形態によると、シート工具の回転軸線
とレンズの中心軸線との相対角度が変動しても、被加工
面中心位置に対する研磨面の周速度が変化せずに一定で
あるため、レンズの研磨量のバラツキを抑え、中心厚精
度の高いレンズを得ることができる。

【０１０４】

【発明の効果】請求項１乃至４の発明によれば、作業者
の熟練を必要とせずに高い面精度と高精度なレンズ中心
厚を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の概略構成を示す部分断面図であ
る。

【図２】実施の形態２の概略構成を示す部分断面図であ
る。

【図３】実施の形態２における相対位置Ｄと回転数Ｎと
の相関を示すグラフである。

【図４】実施の形態３の概略構成を示す部分断面図であ
る。

【図５】従来の研磨加工装置の概略構成を示す部分断面
図である。

【符号の説明】

４ 平面レンズ ６ 研磨工具 ９ モーター １０ インバーター １１ ＮＣ装置 Ｌａ 回転軸線 Ｌｂ 中心軸線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物の被加工面を研磨工具の研磨面に
   当接して研磨工具を回転するとともに、被加工面が研磨
   面に倣うように被加工物と研磨工具とを相対的に揺動し
   て被加工物を研磨する研磨加工方法において、 被加工物と研磨工具とを相対的に揺動したときの被加工
   物の中心軸線と研磨工具の回転軸線との相対的な位置関
   係を、被加工物の中心軸線と被加工面とが接する点（被
   加工面中心位置）から研磨工具の回転軸線まで引いた垂
   線の長さで規定してこれを相対位置Ｄとし、相対位置Ｄ
   の中での揺動の中心となる位置を相対位置ｄとし、研磨
   工具の回転数をＮ、円周率をπとし、研磨加工中に、揺
   動の中心となる相対位置ｄを変動した際、 ２×ｄ×π×Ｎ＝一定 となるように研磨工具の回転数Ｎを変動させて研磨加工
   を行うことを特徴とする研磨加工方法。
2. 【請求項２】被加工物の被加工面を研磨工具の研磨面に
   当接して研磨工具を回転するとともに、被加工面が研磨
   面に倣うように被加工物と研磨工具とを相対的に揺動し
   て被加工物を研磨する研磨加工方法において、 被加工物と研磨工具とを相対的に揺動したときの被加工
   物の中心軸線と研磨工具の回転軸線との相対的な位置関
   係を、被加工物の中心軸線と被加工面とが接する点（被
   加工面中心位置）から研磨工具の回転軸線まで引いた垂
   線の長さを相対位置Ｄと規定し、研磨工具の回転数を
   Ｎ、円周率をπとし、被加工物と研磨工具との相対的な
   揺動によって上記相対位置Ｄが変動するのに伴い、 ２×Ｄ×π×Ｎ＝一定 となるように研磨工具の回転数Ｎを変動させて研磨加工
   を行うことを特徴とする研磨加工方法。
3. 【請求項３】被加工物の被加工面を研磨加工するための
   研磨面を有する研磨工具と、 研磨工具を回転駆動するための回転駆動装置と、 被加工面が研磨面に倣うように研磨工具の回転軸線と被
   加工物の中心軸線とを相対的に揺動させるための揺動機
   構と、 からなる研磨加工装置において、 被加工物と研磨工具とを相対的に揺動したときの被加工
   物の中心軸線と研磨工具の回転軸線との相対的な位置関
   係を、被加工物の中心軸線と被加工物の被加工面との接
   点（被加工面中心位置）から研磨工具の回転軸線まで引
   いた垂線の長さを相対位置Ｄと規定し、 研磨工具の回転数をＮ、πを円周率、とし、 研磨加工中、被加工物と研磨工具との相対的な揺動によ
   って上記相対位置Ｄが変動するのに伴い、 ２×Ｄ×π×Ｎ＝一定 となるように研磨工具の回転数Ｎを変動させるよう前記
   回転駆動装置を制御するための回転制御部と、 回転制御部を制御するための演算制御部と、 を備えることを特徴とする研磨加工装置。
4. 【請求項４】回転制御部はインバーターであることを特
   徴とする請求項３記載の研磨加工装置。