JPS63295173A - 非球面加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、プラスチック、ガラスよりなる非球面レンズ
の成形に用いられる金型の高精度鏡面加工や、セラミッ
ク、ガラスなどの硬脆性材料よりなる非球面鏡、レンズ
の加工を行う非球面加工機に関するものである。

従来の技術 従来、非球面レンズの成形に用いられる金型の高精度鏡
面加工には、ＯＮＯ旋盤やカーブゼネレータなどにより
形状の切削、研削加工を行い、その後、レンズ研摩機や
手作業により鏡面仕上げを行う方法や、超精密ダイヤモ
ンド旋盤を用いて形状加工と同時に鏡面加工を実現する
加工方法がある（平井健−他：非球面プラスチックレン
ズ用金型加工技術、Ｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｔｅｃｈｎｉ
ｃａｌ　　Ｒｅｐｏｒｔ、３１．５（１９８５）６３２
）。

一方、ガラスレンズの成形用金型の材質には超硬合金や
セラミックスが用いられるが、これらの硬脆性材料より
なる金型や鏡、レンズの非球面形状の加工には、高精度
で高速回転させたダイヤモンド砥石を所望加工形状に沿
って移動させるこ吉により形状の加工を行い、なおかつ
鏡面に加工しようとする加工方法がある（上田他、昭和
６９年度精機学会秋季大会学術講演会論文集　ＰＯ２）
。

以上示した加工方法は定位置切込み加工方式であるため
、加工精度は加工機械の精度（位置決め、振れなど）に
一致する。そのため、通常の機械構成では、数ミクロン
のオーダが精度の限界であり、サブミクロンの精度を得
るためには、機械構成に静圧軸受やレーザ測長フィード
バックシステムを組み込むことにより高精度な位置決め
を行う必要がある。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記のような従来例では、次のような問題点が
ある。

（１）切削、研削による加工だけでは加工面の表面粗さ
が粗く、ミクロンオーダであり、形状精度も同じくミク
ロンオーダである。超精密ダイヤモンド切削やダイヤモ
ンド精研削の高精度加工によれば、表面粗さ及び形状精
度はサブミクロン以下で鏡面が実現されるが、工具送り
マークが残る等の問題があり、いずれも最終の仕上げが
必要である。

（２）上記（１）に記載した問題により仕上げ研摩加工
が行われることにより表面粗さが数ナノメータオーダで
加工されるが、その加工のために形状を前加工面以上に
することができないばかりか、それ以下に崩してしまう
ことが多い。

そこで、本発明は、高精度に形状を創成することができ
ると共に、サブミクロンオーダの非球面の鏡面加工を行
うことができ、また微小光学部品の加工を容易に実現す
ることができ、更には従来、加工が困難であった高硬質
脆性材料をも高精度に、かつ容易に加工することができ
るようにした非球面加工機を提供しようとするものであ
る。

問題点を解決するための手段 そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、ワークを保持し、回転させるワーク回転機構と、
上記ワークを加工する加工工具と、この加工工具を保持
して回転させる駆動機構と、上記ワークと加工工具とを
直交する２軸方向で相対的に位置決めする直線位置決め
機構と、加工工具の回転軸を上記直交する２軸の座標平
面内で回転させる回転位置決め機構と、上記ワークと加
工工具のギャップを測定するギャップセンサと、このギ
ャップセンサの指令により上記ワークと加工工具のギャ
ップを制御する制御機構と、上記ワークと加工工具の間
に砥粒を混合した加工液を供給する手段とを具備したも
のである。

作　　用 上記技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、２軸の直線位置決め機構と回転位置決め機構
により加工工具の回転軸をワークの非球面形状の法線方
向に一致させるように３軸を制御し、ワークと加工工具
とのギャップをギャップセンサの測定に基づき制御機構
により極めて微小に制御し、ワークと加工工具の間に砥
粒を混入した加工液を介在させて加工することにより非
接触での加工を実現し、高精度鏡面加工を行うことがで
き、また、ワークと加工工具のギャップを測定しながら
加工を行うことにより高精度形状創成を実現することが
できる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。第１図は本発明の一実施例における非球面加工機
を示す一部破断正面図である。

第１図に示すようにワーク１はロータリーテーブル２上
にチャック３により固定されている。ロータリーテーブ
ル２はＸ軸直線位置決め機構４により回転可能に支持さ
れ、かつＸ軸直線位置決め機構４によりＸ軸方向（水平
方向）へ移動されて位置決めされる。その詳細について
説明すると、固定台ｓ上に可動台６がころがり軸受７を
介してＸ軸方向に移動可能に支持されている。可動台６
の下側にはボールねじのナツト８が取付けられ、このナ
ツト８に螺合されたボールねじのねじ軸９が固定台６に
回転可能に支持され、ねじ軸９は固定台５に支持された
モータ１ｏに連係されている。

可動台６は枠状に形成され、上面の穴６ａにロータリー
テーブル２の中間部の小径部２ａが抜止めされて回転可
能に支持されている。ロータリーテーブル２はモータ１
１により回転される。このモータ１１はステータ１２と
ロータ１３とより構成され、ステータ１２は可動台６の
底部に支持され、ロータ１３はロータリーテーブル２の
下端に取付けられている。したがってモータ１０の駆動
によりねじ軸９を回転させることによりナツト８を介し
て可動台６、ロータリーテーブル２、ワーク１等を固定
台６に対しＸ軸方向に移動させることができる。

加工工具１４はＺ軸直線位置法め機構１６、θ軸回転位
置決め機構１６によりワーク１の非球面形状の法線方向
に一致され、また制御機構１７によりワーク１との間隔
が制御される。その詳細について説明すると、枠状の案
内柱１７に可動板１８がころがり軸受１９を介してＺ軸
方向（垂直方向）に移動可能に支持され、可動板１８は
モータ２ｏ、ねじ軸２１等の駆動手段によりＺ軸方向に
移動される。可動板１８には円板２２が回転可能に支持
され、駆動手段（図示省略）により回転される。円板２
２には案内部材２３が取付けられ、案内部材２３には保
持枠２４がころがり軸受２６を介して直線状に移動可能
に支持され、保持枠２４には上記加工工具１４を有する
スピンドル２６が支持され、スピンドル２６および加工
工具１４がモータ２７の駆動により回転される。保持枠
２４、スピンドル２６、加工工具１４等はモータ２８、
ねじ軸２９等の駆動手段により案内部材２３に沿って移
動され、加工工具１４の先端が円板２２のほぼ中心に向
けられるようになっている。

ワーク１と加工工具１４のギャップは両者間に生じる静
電容量に基づきギャップセンサ３０により検出される。

容器３１には砥粒３２を混入した加工液３３（第２図参
照）が納められ、この砥粒３２を混入した加工液３３は
容器３１に連通された供給口３４よりワーク１と加工工
具１４との間に供給される。

次に上記実施例による非球面の加工動作について説明す
る。

非球面形状は２次関数として表現されるので、Ｘ軸直線
位置決め機構４と２軸直線位置決め機構１５によりワー
ク１と加工工具１４のＸ、２両軸の位置を決定すること
によりワークの非球面形状を創成することができる。本
発明では更に加工工具１４の一点が常に加工を施す点と
なるように、加工工具１４の回転軸を上記直交するＸ、
Ｚ２軸の座標平面内で、θ軸回転位置決め機構１６によ
り加工工具１４のワーク１に対する位置決めを加え、３
軸の制御を行う。そしてワーク１と加工工具１４を相対
的に位置決めし、モータ１１と２７の駆動によりワーク
１と加工工具１４を回転させて非球面形状の加工を行う
に際し、実際にはワーク１の前加工での形状に誤差があ
るので、各加工位置でのワーク１と加工工具１４とギャ
ップに偏差がある。そこで、このギャップをギャップセ
ンサ３０によって常時測定し、偏差に応じて制御機構１
７により加工工具１４をθ軸方向で移動させ、ギャップ
を制御することで形状の制御を行うことができる。

上記ギャップ制御による形状の制御について更に詳細に
説明する第２図はワーク１と加工工具１４をワーク１の
中心より見た加工動作説明用の拡大図である。第２図に
おいてワーク１は回転によって右から左へ移動している
。加工工具１４は数ミクロンのギャップをもってワーク
１上に位置しており、両者間には砥粒３２を混入した加
工液３３が存在している。ワーク１の回転によって加工
液３３が矢印で示すような流れを生じ、加工液３３中の
砥粒３２がワーク１に衝突し、ワーク１を削ることによ
り加工が進行する。この加工の進行の速度に寄与する主
たる要因としては、ワーク１０回転速度とギャップ長を
挙げることができ、この他の要因として、加工工具１４
の回転速度、砥粒径等を挙げることができる。そしてギ
ャップを小さくすると加工速度が早まり、大きくすると
その逆に加工速度が遅くなる。

第３図にワーク１の前形状に対するギャップ制御の例を
示す。第３図（、）はワーク１の前形状を示し、縦軸が
所望形状からの誤差である。同図（ｂ）は一定ギャップ
になるように位置決めした際のギャップセンサ３ｏの出
力を示し、縦軸がギャップ長であり、同図（ａ）とは逆
の出力形状となっている。

この状態で加工を進めても偏差を除去することはできる
。しかし、時間効率良く加工するために。

同図（ｃ）に示すようにギャップを制御する。ギャップ
長ｇは全く加工が進行しない距離である。以上用いた第
３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）の横軸はワーク１０半径方
向もしくは同じ半径内の円周方向と考えても良Ｇ１゜ また、上記のようにワーク１に対し加工工具１４を３軸
制御し、ワーク１と加工工具１４のギャップをギャップ
センサ３０の測定に基づき極めて微小に制御し、ワーク
１と加工工具１４０間に砥粒３２を混合した加工液３３
を介在させ、ワーク１と加工工具１４をモータ１１と２
７の駆動により回転させることにより、非接触で、高精
度鏡面加工を行うことができる。

発明の効果 以上要するに本発明の非球面加工機によれば、２軸の直
線位置決め機構と回転位置決め機構により加工工具の回
転軸をワークの非球面形状の法線方向に一致させるよう
に３軸制御し、ワークと加工工具のギャップをセンサの
測定に基づき制御機構により制御し、ワークと加工工具
の間に砥粒を混入した加工液を介在させて加工するよう
にしている。このように加工工具によるワークの非接触
加工を実現することができ、ワークと加工工具のギャッ
プを微小に制御することによりあらゆる材質に対して高
精度な鏡面加工を行うことができる。

また、ワークと加工工具のギャップを測定しながら加工
を行うことによりワーク全面の形状誤差に対しての補正
加工が可能となり、同芯度良く、高精度な形状創成を実
現することができる。また、上記のように３軸制御によ
る形状創成であるため、あらゆる形状の加工が可能とな
り、特に従来困難であった微小光学部品の高精度加工を
容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例における非球面
加工機を示し、第１図は全体の一部破断正面図、第２図
はワークと加工工具をワークの中心より見た加工動作説
明用の拡大図、第３図（ａ）〜（ｃ）は加工制御の説明
図である。 １・・・ワーク、２・・・ロータリーテーブル、４・・
・Ｘ軸直線位置決め機構、１１・・・モータ、１４・・
・加工工具、１５・・・Ｚ軸直線位置決め機構、１ｅ・
・・θ軸回転位置決め機構、１７・・・制御機構、３ｏ
・・・ギャップセンサ、３２・・・砥粒、３３・・・加
工液。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ワークを保持し、回転させるワーク回転機構と、上記ワ
   ークを加工する加工工具と、この加工工具を保持して回
   転させる駆動機構と、上記ワークと加工工具とを直交す
   る２軸方向で相対的に位置決めする直線位置決め機構と
   、加工工具の回転軸を上記直交する２軸の座標平面内で
   回転させる回転位置決め機構と、上記ワークと加工工具
   のギャップを測定するギャップセンサと、このギャップ
   センサの指令により上記ワークと加工工具のギャップを
   制御する制御機構と、上記ワークと加工工具の間に砥粒
   を混合した加工液を供給する手段とを具備したことを特
   徴とする非球面加工機。