JPH11333702A - 球面創成加工装置及び球面創成加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小曲率でも段取りの手間がかかることな
く、しかも工具の摩耗を押させて高精度な凹球面に加工
する。 【解決手段】 被加工物５に凹球面を加工する球状の工
具４と、球状の工具４を転動自在に保持する凹み状の保
持部を一端に有すると共に、保持部内に保持された球状
の工具を超音波発振器１からの超音波によって超音波振
動させるホーン３と、ホーン３に保持された球状の工具
４と対向するように被加工物５を固定する載置台６と、
球状の工具４と被加工物５とを所定の荷重を有して当接
させる加圧手段７と、球状の工具４の加工によって生じ
る載置台６又は球状の工具４の変位量を測定する測定手
段８と、砥粒が分散した加工液９を球状の工具４の加工
時に被加工物５と球状の工具４との界面に対して供給す
る加工液供給手段１０とを備える。砥粒の粒径を変える
だけで微小曲率の段取りができ、工具の摩擦も少なくな
り、高精度に加工できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズや光学素子
などに対し、微小な凹球面を所望の深さに精度良く創成
加工する球面創成加工装置及び球面創成加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レンズや光学素子などの被加工物に対す
る凹球面の創成加工はカーブジェネレータ（ＣＧ機）に
より行われている。図８は加工の原理を示し、被加工物
１１０を回転軸Ａに沿って回転させると共に、カップ状
の砥石１２０を回転軸Ａと角度θをなす回転軸Ｂに沿っ
て回転させながら、砥石１２０の被加工物１１０側の最
接近部分１２１を回転軸Ａ上に配置させる。

【０００３】そして、ノズル１４０から研削液１３０を
加工部位に噴きかけながら被加工物１１０が回転軸Ａに
沿って砥石１２０側に切り込むことによって凹球面の創
成が行われる。このとき、角度θ、創成曲率半径Ｒ及び
砥石の径Ｄとの間には、θ＝ｓｉｎ^-1（Ｄ／２Ｒ）の関
係があり、この関係式に従った設定が必要である。

【０００４】図９は特開平３−２７７４６６号公報に開
示された超音波を用いた形状創成加工である。この加工
は、排出口２５１を有した加工容器２５０内に被加工物
２２０をセットし、所望の形状に形成した超音波加工工
具２１０を被加工物２２０に当接させると共に、超音波
加工工具２１０と被加工物２２０との界面に磁性砥粒を
分散させた流体２３０を介在させる。そして、超音波加
工工具２１０によって荷重をかけながら振動させて加工
を行う。この場合、超音波加工工具２１０に電極２４０
を取り付けることにより、磁性砥粒を効率的に加工部位
に集中させている。

【０００５】図１０は特開平４−４１１７３号公報に開
示された研磨加工装置である。この装置では、中央ヨー
ク３５０にＸ方向アクチュエータ３６１，Ｙ方向アクチ
ュエータ３６２及びＺ方向アクチュエータ３６３が連結
されており、アクチュエータ３６１，３６２，３６３に
電圧を印加することにより、中央ヨーク３５０が上下、
前後及び左右方向に微小振動する。又、中央ヨーク３５
０の周囲には、対向ヨーク３７０が対向するように配置
されており、これらのヨーク３５０，３７０の間に磁気
が発生するようになっている。さらに、ノズル３８０か
らは研磨剤となる磁性流体３４０が供給される。

【０００６】この磁性流体３４０は中央ヨーク３５０及
び対向ヨーク３７０によって与えられた磁気により、中
央ヨーク３５０の先端部分に保持され、この磁性流体３
４０の粘性によって、球状工具３３０が中央ヨーク３５
０の先端部に保持される。

【０００７】被加工物３１０はロードセル３２０上に載
置されることにより、球状工具３３０に下から臨んでお
り、アクチュエータ３６３が発生する上下方向の微小振
動によって、被加工物３１０は磁性流体３４０を介して
圧力を受ける。

【０００８】この装置では以上のようにして、球状工具
３３０と被加工物３１０との間に研磨剤となる磁性流体
３４０を保持した状態で、アクチュエータ３６１，３６
２，３６３により研磨面と平行な方向と垂直な方向に微
小運動させることにより、研磨加工を行うものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すカーブジェ
ネレータを用いた加工では、創成する凹球面の曲率半径
が小さくなるほど加工に使用する砥石１２０の径Ｄを小
さくする必要がある。例えば、曲率半径０．５ｍｍの微
小凹球面を創成する場合、砥石１２０の径Ｄはおよそ
０．７ｍｍ以下でなくてはならない。

【００１０】しかしながら、径が小さくなると砥石１２
０の強度が低下するため、加工負荷により撓みが生じた
り、場合によっては破損する問題がある。

【００１１】又、極度に砥石１２０の径が小さくなる
と、メタルボンドやレジンボンドによって成形されるダ
イヤモンド砥石の場合、所望の形状に製造及び成形する
ことが困難となる。さらに、砥石１２０の小径化に伴
い、加工時に被加工物１１０の回転軸Ａ上に砥石１２０
の最近接部１２１を合致させることが困難となる。従っ
て、これらにより所望の形状に加工するための条件設定
に多大な時間を費やす問題を有している。

【００１２】図９に示す超音波加工工具２１０を用いる
加工では、超音波加工工具２１０を被加工物２２０の所
望の形状に対応した転写形状に成形するところから、凹
球面を創成する場合には、凹球面に対応した凸球面を有
する超音波加工工具を用いる必要がある。このような超
音波加工工具２１０を用いた加工では、被加工物２２０
に最初に当接する先端部の摩耗が非常に激しくなり、こ
れに伴って創成する形状に大きな乱れが発生する。この
創成形状の乱れは超音波加工工具を交換することによっ
て解消するが、超音波加工工具を製作する手間や費用を
費やす問題がある。

【００１３】図１０に示す加工装置では、球状工具３３
０が微振動研磨を行うために、転動自在となっている必
要がある。ところが球状工具３３０が粘性の高い磁性流
体３４０に囲まれているため、加工中に転動することが
難しい。又、球状工具３３０として鋼球等の磁性体を用
いると、ヨーク３５０等の磁気機構の影響を受けて球状
工具３３０自体が磁化され、磁化された工具３３０が粘
性の高い磁性流体と組み合わせられるため、加工中の転
動が困難となる。従って、図９と同様に球状工具３３０
の部分的な摩耗が大きくなり、創成される形状の精度が
低下する問題が発生する。

【００１４】また、アクチュエータ３６１，３６２，３
６３により与えられる微小運動を球状工具３３０から磁
性流体３４０に与え、磁性流体３４０に与えられた微小
運動の力により被加工物３１０を加工するところから、
加工の際の荷重は被加工物３１０の方向に与えられるア
クチュエータの微小振動の力だけである。ところが、磁
性流体３４０中に存在する粉体状の研磨砥粒にアクチュ
エータから発せられる微小運動の力を与える程度では、
加工の効率が悪いものとなる。

【００１５】さらに、砥粒径が大きいほど加工の効率が
大きくなるのに対し、砥粒が均一が分散された磁性流体
３４０とするには、１００ｎｍ以下程度の粒径であるこ
とが好ましい。このような粒径では磁性流体３４０の特
徴を十分に発揮することができず、加工能率が悪く、深
さ０．１ｍｍ以上の凹球面を創成するには多大な時間を
要する問題を有している。

【００１６】加えて、磁性流体３４０を加工部位に集中
させるためにヨーク３５０等の磁気機構を設けたり、３
方向に微小振動させるためのアクチュエータ３６１，３
６２，３６３を設ける必要があり、装置が複雑で、その
制御が面倒であると共に、高価となる問題も有してい
る。

【００１７】本発明はこのような従来技術の問題点を考
慮してなされたものであり、球状からなる工具の形状を
転写させて凹球面を創成するのに際し、微小曲率の形状
でも段取りの手間をかけずに加工でき、しかも球状の工
具が容易に転動しながら加工を行うことができ、これに
より、工具の偏摩耗を抑えて高精度な凹球面を創成する
球面創成加工装置及び球面創成加工方法を提供すること
を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の球面創成加工装置は、被加工物に
凹球面を加工する球状の工具と、この球状工具を転動自
在に保持する凹み状の保持部を一端に有すると共に、こ
の保持部内に保持された球状の工具を超音波発振器から
の超音波によって超音波振動させるホーンと、このホー
ンに保持された球状の工具と対向するように前記被加工
物を固定する載置台と、前記球状の工具と被加工物とを
所定の荷重を有して当接させる加圧手段と、前記球状の
工具の加工によって生じる載置台又は球状の工具の変位
量を測定する測定手段と、砥粒が分散した加工液を、球
状の工具の加工時に前記被加工物と球状の工具との界面
に対して供給する加工液供給手段と、を備えていること
を特徴とする。

【００１９】この発明では、ホーンに転動自在に保持さ
れている球状の工具及び載置台に固定されている被加工
物に対し、加圧手段が荷重を作用させながら当接状態と
し、この状態に対し加工液供給手段が砥粒分散状態の加
工液を供給する。そして、ホーンを介して球状の工具が
超音波振動することにより、被加工物に凹球面を加工す
る。測定手段は加工に伴う変位量を測定し、この変位量
が目的の凹球面の値に達した時点で加工が終了する。こ
のような発明では、球状の工具が転動しながら加工を行
うため、工具の偏摩耗が少なくなる。従って、形状精度
の良い加工ができると共に、安定した曲率の凹球面を創
成することができる。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１記載の発明で
あって、前記ホーンの外形が前記球状の工具に向かって
細くなるテーパ状となっていると共に、前記保持部が凹
球面又は窪んだテーパ状となっていることを特徴とす
る。

【００２１】ホーンが先細り状のテーパとなっているた
め、超音波振動を増幅して球状の工具に伝達させること
ができ、球状の工具は効率の良い超音波振動を行うこと
ができる。又、凹球面又は窪んだテーパ状となった保持
部によって球状の工具を保持するため、球状の工具の曲
率中心とホーンの軸心とが一致し、精度の良い加工が可
能となる。

【００２２】請求項３の発明の球面創成加工方法は、超
音波発振器に接続されたホーンの保持部に球状の工具を
転動自在に保持した状態で、載置台に固定されている被
加工物と球状の工具とを所定の荷重で当接させ、砥粒を
分散した加工液を前記球状の工具と被加工物との当接部
位に供給しながら前記ホーンを介して球状の工具を超音
波振動させて被加工物に凹球面を創成すると共に、この
凹球面の創成に伴って生じる前記載置台又は球状の工具
の変位量により凹球面の深さを測定することを特徴とす
る。

【００２３】この発明では、転動自在の球状の工具と被
加工物とが所定の荷重で当接した状態に対し、加工液を
供給しながら球状の工具を超音波振動させて加工を行う
ため、工具の偏摩耗が少なく、精度の良い加工を行うこ
とができる。

【００２４】請求項４の発明は、請求項３記載の発明で
あって、前記球状の工具の曲率半径と前記砥粒の直径と
の和が目的の凹球面の曲率半径と等しくなるように創成
することを特徴とする。

【００２５】この発明では、球状の工具の曲率半径及び
砥粒の直径の和により、目的の凹球面とするため、球状
の工具又は／及び砥粒を組み合わせることにより、任意
の曲率半径を創成することができ、創成の自由度が増大
する。又、目的の曲率に調整することが容易となる。

【００２６】請求項５の発明は、請求項３記載の発明で
あって、前記球状の工具の硬さよりも大きな硬さの砥粒
を用いることを特徴とする。

【００２７】この発明では、球状の工具が砥粒よりも硬
さが小さいため、工具が砥粒を保持することができ、工
具が確実に被加工物を加工することができる。

【００２８】請求項６の発明は、請求項３記載の発明で
あって、前記砥粒は、最大粒径から１０％の粒径と最小
粒径から１０％の粒径との差が５μｍ以内の分布領域の
粒径であることを特徴とする。

【００２９】このように分布領域が小さな粒径の砥粒を
用いることにより、曲率のばらつきの少ない凹球面を創
成することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明の
実施の形態１の加工装置であり、加工を行う側の工具軸
部４０が上方に、加工が施される側のワーク軸部４１が
下方に配置されている。

【００３１】加工軸部４０は図示を省略した架台上部に
取り付けたガイド２１に沿って上下方向に移動可能とな
っていると共に、この移動が定位置で固定されるように
なっている。加工軸部４０はコントローラ２０によって
出力が制御された超音波発振器１と、超音波発振器１の
下端部に一体的に設けられた軸体２と、軸体２の下端部
に固定されたホーン３とを備えており、ホーン３の下端
には、鋼球からなる球状の工具４が取り付けられてい
る。

【００３２】図２はホーン３における工具４の取り付け
部分を示し、ホーン３の下端面には、球状の工具４と同
じ形状及び曲率となっている凹み状の保持部３ａが形成
されており、この保持部３ａ内に工具４が挿入されるこ
とにより、工具４は転動自在な状態で保持部３ａに保持
される。このホーン３は被加工物であるレンズ５に向か
って先細りするテーパ状の外形に成形されている。従っ
て、超音波発振器１からの超音波を増幅して球状の工具
４に伝達することができる。又、保持部３ａが球状の工
具４の同じ形状及び曲率のため、球状の工具４の曲率中
心とホーン３の軸心とが一致し、精度の良い加工が可能
となる。

【００３３】ワーク軸部４１は被加工物であるレンズ５
が接着によって固定される載置台６と、載置台６を支持
するシリンダー７とを有している。シリンダー７は球状
の工具４とレンズ５とが当接した状態の載置台６を上方
に押圧して、工具軸部４０方向へ荷重をかける加圧手段
として作用するものである。

【００３４】載置台６の上面には、マイクロメータ８が
当接しており、被加工物５への球面の創成に伴う載置台
６の上下方向の変位量を測定するようになっている。こ
のマイクロメータ８はレンズ５への凹球面５ｂの創成に
伴って載置台６が変位する変位量を測定する測定手段と
なっている。この場合、載置台６の変位量を測定するの
に替えて、載置台６側を定位置に固定し、球状の工具４
の上下方向の変位量を測定しても良い。

【００３５】以上に加えて、工具４とレンズ５との当接
部に、砥粒１１としてのダイヤモンドパウダーを水に分
散させた加工液９を滴下して供給するディスペンサー１
０が設けられている。このディスペンサー１０は加工液
を供給する加工液供給手段として作用する。

【００３６】以上の装置を用いて、曲率半径０．４００
ｍｍ、凹部深さ０．３００ｍｍの凹球面５ｂを被加工物
５の加工面５ａに創成する加工を手順に沿って説明す
る。

【００３７】工具軸部４０のホーン３の下端に曲率半径
０．３９９ｍｍの球状の工具４を保持した状態でガイド
２１によって下降させ、球状の工具４と載置台６に固定
されたレンズ５とを当接させ、この当接状態で工具軸部
４０を固定する。

【００３８】この実施の形態において、ホーン３先端に
設けられた保持部３ａは、球状の工具４と同じ曲率を有
する形状で、球状の工具４を保持部３ａ内に納めたとき
に球状の工具４の半球以上が突出するように０．１５ｍ
ｍの深さに創成されている。又、載置台６は上方に向け
た０．３ｋｇｆの荷重をシリンダー７によって付勢され
ており、球状の工具４とレンズ５とを当接させると、球
状の工具４は０．３ｋｇｆの荷重をレンズ５に作用させ
ることができる。かかる当接部位に対し、水１０ｃｍ³
に粒径１μｍのダイヤモンドパウンダーからなる砥粒
０．１ｇを分散させた加工液９をディスペンサー１０に
よって滴下する。このような加工液９は水を媒体とする
と共に分散の濃度が低いため、粘度の低いものとなって
いる。

【００３９】この状態で、超音波発振器１からコントロ
ーラー２０によって１５ＫＨｚで制御される超音波出力
を与えて加工が行われる。この超音波振動により、球状
の工具４は微視的にホーン３やレンズ５と離脱する瞬間
を有する。又、球状の工具４はホーン３に転動自在に保
持されていると共に、水を媒体とした粘度の低い加工液
９が用いらているため、加工中はホーン３先端の保持部
３ａ内で良好に転動することができる。

【００４０】加工が進行してレンズ５に凹球面５ｂが創
成されるに従い、シリンダー７により所定の荷重を負荷
されている載置台６は上方へ変位する。この変位量はマ
イクロメーター８により読み取ることができる。かかる
変位量はレンズ５に創成される凹球面５ｂの深さと砥粒
１１の径の和に準じるので、目的の深さである０．３０
０ｍｍから砥粒径の０．００１ｍｍを引いた値０．２９
９ｍｍがマイクロメーター８で読み取れた時点で、超音
波発振を停止して加工を終了する。

【００４１】表１は以上のようにして曲率半径０．４０
０ｍｍ、深さ０．３００ｍｍの凹球面５ｂを５個のレン
ズに順に創成した場合の各レンズの曲率半径及び形状精
度（ＰＶ値）である。同表では、比較のために、球状の
工具４が転動自在な場合と、固定した場合との結果を示
してある。転動自在の場合は、球状の工具４の摩耗に従
って創成される曲率半径の若干の減少があるが、形状精
度（ＰＶ値）の低下はほとんどない。又、加工後の球状
の工具４の径を測定すると、短径と長径の差は２μｍ程
度しか生じていない。

【００４２】

【表１】

【００４３】これに対し、球状の工具４を固定した場合
は、レンズとの当接点が常に同一であるため、当接点近
傍の曲率が摩耗により大きくなる。このため、創成する
曲率半径が増加すると共に、形状精度も大きく低下す
る。又、加工後の工具４の径を測定すると、短径と長径
の差が３５μｍと大きくなる。

【００４４】表２は以上のように球状の工具４を転動自
在に保持したときの凹部深さの測定値を示す。測定値の
幅が２μｍであり、凹部深さを高精度に制御可能なこと
が確認できる。

【００４５】

【表２】

【００４６】この実施の形態では、砥粒１１として粒径
１μｍのダイヤモンドパウダーを用いるが、水への分散
の濃度を小さくしてある。このように砥粒１１の分散濃
度を薄くした加工液を用いることにより、図３に示すよ
うに球状の工具４とレンズ５との界面に、多層の砥粒層
が形成されないようにすることができる。

【００４７】創成する凹球面に対しては、粒度分布の幅
（バラツキ）が大きくない砥粒を用いることが望まし
く、このため、粒度分布においては、度数のバラツキが
小さい方が望ましい。一方、レンズなどの光学素子の加
工では球面創成後に精研削と研磨とを行うが、これらの
加工時にも所望の曲率半径をレンズに維持するために、
前段の加工である球面創成におけるレンズの曲率半径の
バラツキが５μｍ以下であることが必要であり、砥粒の
径のバラツキ（粒度分布の幅）もこれに準じる必要があ
る。

【００４８】以下、この実施の形態における粒度分布の
幅について説明する。表３は砥粒の粒度分布において、
最大径側と最小径側の粒度を有した砥粒の存在の大小が
レンズの加工曲率半径のバラツキ（（最大値）−（最小
値））に与える影響を示し、図４は表３を表示したガウ
ス分布図である。ガウス分布では、加工に用いる加工液
中の砥粒の粒度分布粒径（粒度）を横軸に、比率（度
数）を縦軸にプロットしている。

【００４９】

【表３】

【００５０】中心粒径に対する粒度分布幅を５μｍとす
ると、表３で示すように、径が５μｍ以外の砥粒の量の
大小に対応して各レンズの曲率半径のバラツキ幅が大き
くなっている。なお、バラツキ幅は２０個のレンズを加
工したときの各レンズの曲率半径を測定し、その中の最
大値と最小値との差である。表３から５μｍの粒度分布
領域以外の比率が１０％を超えないレベルであれば、上
述した５ｍ以下を満足でき、このレベルであれば目的の
曲率を得ることができることがわかる。

【００５１】この実施の形態では、砥粒１１としてダイ
ヤモンドパウダーを、球状の工具４として鋼球を用いて
おり、砥粒１１が球状の工具４よりも硬くなっている。
これに対し、砥粒１１の硬さが球状の工具４の硬さより
も小さい場合、砥粒１１が加工界面に溜まることができ
ず、排出される。これにより、球状の工具４と被加工物
であるレンズ５とが直接に当接して、加工進行が極めて
遅くなるだけでなく、形状精度も低下する。

【００５２】表４は、砥粒１１として主成分がＳｉＣ
（９９％以上）である緑色炭化珪素質砥粒であるＧＣと
球状の工具４として超硬合金とを用いた場合、砥粒１１
としてダイヤモンドパウダー、球状の工具４として鋼球
を用いた場合における同一形状を同一条件での創成を行
った形状精度（ＰＶ値）と加工時間を示す。同表から砥
粒１１の硬さと球状の工具４の硬さの組み合わせによっ
て加工結果が大きく異なることがわかる。

【００５３】

【表４】

【００５４】この実施の形態では、砥粒１１の材質とし
てダイヤモンド、ｃ−ＢＮ、ＳｉＣ、炭化セリウム、ア
ルミナ、ジルコニア、ＧＣ等を、球状の工具４の材質と
して、鋼球、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、
非鉄金属類を使用することができるが、上述したよう
に、砥粒１１の硬さの方が工具４の硬さを下回らないよ
うに適宜、選択することにより良好な加工を行うことが
できる。さらに、粒径が小さく、砥粒の硬さが小さいほ
うが加工される凹球面の粗さが小さくなる一方、この逆
の場合に高い加工能力が得られる。従って、これらの特
性を加工の目的に応じて適宜、組み合わせて選択すれば
良い。

【００５５】このような実施の形態では、簡単な構造の
装置と、高精度にも関わらず比較的安価で容易に入手で
きる工具とにより、微小な凹球面及びその深さを高精度
に創成することができる。また、球状の工具４と、この
工具４の保持部材であるホーン３とを交換することによ
り、別の曲率創成を行う段取り替えを容易に行うことが
できる。

【００５６】（実施の形態２）この実施の形態では、図
１に示す装置を用い、加工液９中に分散させる砥粒１１
の径と、球状の工具４の径を組み合わせによって創成す
る凹球面の曲率を制御するものである。本実施の形態で
は、粒径が１μｍ、３μｍ、５μｍのｃ−ＢＮ砥粒１１
（共に粒径のバラツキは±０．３μｍ以内）と、直径
０．３９９ｍｍの鋼球からなる球状の工具４を用いてい
る。そして、加工による球状の工具４の摩耗に関わら
ず、多数の光学ガラスに曲率半径０．２００ｍｍ、０．
２ｍｍの一定深さの凹球面を創成している。

【００５７】この実施の形態では、実施の形態１のよう
に、砥粒１１の硬さよりも球状の工具４の硬さが小さい
ため、加工に伴って球状の工具４に僅かではあるが摩耗
が発生する。これに対し、球状の工具４の曲率半径に砥
粒１１の直径を加えた値が創成曲率となるため、球状の
工具４に発生する摩耗分だけ砥粒１１の径を大きくする
ことにより創成曲率を一定とすることができる。

【００５８】図５は荷重１００ｇ、超音波周波数１０Ｋ
Ｈｚの条件で光学ガラスの加工を行い、創成曲率半径が
２μｍ変化する毎に砥粒１１の径を２μｍ変更して加工
した場合に変化する曲率半径の特性図を示す。

【００５９】同一径の砥粒１１によって加工を続行する
と、球状の工具４の摩耗に伴って創成曲率が小さくな
る。光学ガラスに創成される曲率半径が目的の０．２０
０ｍｍよりも２μｍ小さくなったとき（図５では１１個
目）にｃ−ＢＮ砥粒の径を当初の１μｍから３μｍに変
更する。これにより、球状の工具４の摩耗量分をｃ−Ｂ
Ｎ砥粒１１の径によって補うため、光学ガラスに創成さ
れる曲率半径は所望の０．２００ｍｍとなる。その後の
加工では、再び２μｍ小さくなったとき（図５では１７
個目）、砥粒１１の径を５μｍとする。これにより創成
する曲率半径を一定に保つことができる。

【００６０】このように球状の工具４の曲率半径と砥粒
１１の直径との和を創成する凹球面の曲率半径に一致さ
せるように直径の異なる砥粒１１に交換することによ
り、この実施の形態では、２６個目までの光学ガラスに
対して球状の工具４を交換することなく、所定の曲率半
径を加工することができた。

【００６１】このような実施の形態では、球状の工具４
の曲率半径と、砥粒１１の径との組み合わせにより、所
望の曲率半径を創成することができる。従って、ある曲
率半径を有した球状の工具４を連続的に用いながら、砥
粒１１の径だけを変えることにより、選択的に所望の創
成曲率を得ることができる。

【００６２】表５は上述したと同様の条件において、球
状の工具４の曲率半径を０．２００ｍｍに固定し、砥粒
１１の径だけを変更して加工を行うことにより、工具４
の曲率半径と砥粒１１の径との和に等しい曲率半径を創
成した結果を示す。創成する曲率半径は目標値±１μｍ
の精度となっていることが確認できる。

【００６３】

【表５】

【００６４】なお、曲率半径を安定して創成すると共に
高精度に曲率精度維持を行う必要がある場合には、径の
異なる砥粒を交換することなく、加工毎に球状の工具４
を交換することにより可能である。

【００６５】図６及び図７は球状の工具４を保持するホ
ーン３の別の形態を示し、図６は球状の工具４を受けて
保持する保持部３ａが円錐形状あるいは三角錐以上の多
角錐形状などのテーパ形状となっている。図７は保持部
３ａが球状の工具４と同じ径となっているが、保持部３
ａに続く保持軸部３ｂが保持部３ａと同一の径となって
いる。これにより、ホーン３が摩耗しても球状の工具４
を受ける部分の径が変化することがなく、長期の使用が
可能となる。

【００６６】なお、ホーン３による工具４の保持は、球
状の工具４を被加工物と当接させる際にホーン先端の保
持部３ａに挿入するだけでなく、ホーン３の中心部に微
孔を設けて吸引しても良く、球状の工具４が磁性体の場
合には磁力により保持しても良く、球状の工具４の径が
微細な場合には、加工液の張力により保持しても良い。
なお、これらの場合においても、加工時には吸引や磁力
等の加工に不要な力は排除し、球状の工具４を転動自在
にする必要がある。

【００６７】さらに、使用する超音波の周波数は、被加
工物の材質等により異なるが、１０〜５０ＫＨｚ程度に
することにより、球状の工具４と被加工物の界面の振動
に対する追従性が良くなると共に、加工を行う砥粒１１
の運動を活発にすることができる。これにより、高精度
且つ高能率な加工を行うことができる。

【００６８】以上説明から、本発明は以下の発明を包含
するものである。 （１） 球状の工具と、この球状の工具を転動自在に保
持する保持部を一端に設けたホーンと、このホーンを一
端に固定する軸体と、この軸体が固定状態で接続される
超音波発振器とからなる工具軸部と、被加工物を載置状
態で固定する載置台と、この載置台の工具軸方向の変位
量を測定する測定機構と、前記載置台を工具軸方向へ印
荷する加圧機構とからなるワーク軸部と、加工時に前記
球状の工具と被加工物の界面に砥粒を液体に分散させた
加工液を供給する加工液供給部とからなることを特徴と
する球面創成加工装置。

【００６９】この発明では、ワーク軸部の加圧機構によ
り、被加工物と工具軸部の球状の工具とに荷重をかけ、
加工液を供給しながら超音波振動させることにより、球
状の工具が被加工物に対して球面を創成することができ
る。

【００７０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、球状の工具が
転動しながら加工を行うため、工具の偏摩耗が少なくな
り、形状精度の良い加工ができると共に、安定した曲率
の凹球面を創成することができる。

【００７１】請求項２の発明によれば、超音波振動を増
幅して球状の工具に伝達させることができると共に、球
状の工具の曲率中心とホーンの軸心とが一致するため、
精度の良い加工が可能となる。

【００７２】請求項３の発明によれば、転動自在の球状
の工具と被加工物とが所定の荷重で当接した状態に対
し、加工液を供給しながら球状の工具を超音波振動させ
て加工を行うため、工具の偏摩耗が少なく、精度の良い
加工を行うことができる。

【００７３】請求項４の発明によれば、球状の工具又は
／及び砥粒を組み合わせることにより、任意の曲率半径
を創成することができ、創成の自由度が増大すると共
に、目的の曲率に調整することが容易となる。

【００７４】請求項５の発明によれば、工具が砥粒を保
持することができるため、確実に被加工物を加工するこ
とができる。

【００７５】請求項６の発明によれば、分布領域が小さ
な粒径の砥粒を用いるため、曲率のばらつきの少ない凹
球面を創成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の加工装置の正面図であ
る。

【図２】工具を保持する部分の断面図である。

【図３】加工液を供給した状態の断面図である。

【図４】砥粒の粒度分布を示すガウス分布特性図であ
る。

【図５】実施の形態２における加工手順を示す特性図で
ある。

【図６】ホーンの別の形状を示す断面図である。

【図７】ホーンのさらに別の形状を示す断面図である。

【図８】従来の加工方法を示す断面図である。

【図９】別の従来の加工方法を示す断面図である。

【図１０】さらに別の従来に加工方法を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 超音波発振器 ３ ホーン ４ 球状の工具 ５ レンズ ６ 載置台 ７ シリンダー ８ マイクロメータ ９ 加工液 １０ ディスペンサー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物に凹球面を加工する球状の工具
   と、 この球状工具を転動自在に保持する凹み状の保持部を一
   端に有すると共に、この保持部内に保持された球状の工
   具を超音波発振器からの超音波によって超音波振動させ
   るホーンと、 このホーンに保持された球状の工具と対向するように前
   記被加工物を固定する載置台と、 前記球状の工具と被加工物とを所定の荷重を有して当接
   させる加圧手段と、 前記球状の工具の加工によって生じる載置台又は球状の
   工具の変位量を測定する測定手段と、 砥粒が分散した加工液を、球状による工具の加工時に前
   記被加工物と球状の工具との界面に対して供給する加工
   液供給手段と、を備えていることを特徴とする球面創成
   加工装置。
2. 【請求項２】 前記ホーンの外形が前記球状の工具に向
   かって細くなるテーパ状となっていると共に、前記保持
   部が凹球面又は窪んだテーパ状となっていることを特徴
   とする請求項１記載の球面創成加工装置。
3. 【請求項３】 超音波発振器に接続されたホーンの保持
   部に球状の工具を転動自在に保持した状態で、載置台に
   固定されている被加工物と球状の工具とを所定の荷重で
   当接させ、 砥粒を分散した加工液を前記球状の工具と被加工物との
   当接部位に供給しながら前記ホーンを介して球状の工具
   を超音波振動させて被加工物に凹球面を創成すると共
   に、 この凹球面の創成に伴って生じる前記載置台又は球状の
   工具の変位量により凹球面の深さを測定することを特徴
   とする球面創成加工方法。
4. 【請求項４】 前記球状の工具の曲率半径と前記砥粒の
   直径との和が目的の凹球面の曲率半径と等しくなるよう
   に創成することを特徴とする請求項３記載の球面創成加
   工方法。
5. 【請求項５】 前記球状の工具の硬さよりも大きな硬さ
   の砥粒を用いることを特徴とする請求項３記載の球面創
   成加工方法。
6. 【請求項６】 前記砥粒は、最大粒径から１０％の粒径
   と最小粒径から１０％の粒径との差が５μｍ以内の分布
   領域の粒径であることを特徴とする請求項３記載の球面
   創成加工方法。