JPS6389258A - 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
クス、ガラスなどの硬脆性材料の非球面鏡、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、ＣＮＣ旋盤やカーブゼネレータなどによシ
形状の切削、研削加工を行い、その後、レンズ研摩機や
手作業によシ鏡面仕上げする方法や、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。

ガラスレンズの成形用金型の材質には淫硬合今やセラミ
ックスが用いられるが、これらの硬脆性材料よシなる金
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
動させることによ多形状の加工を行い、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５９年
年度様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シ、サブミクロンの精度を得
るために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ｔｍ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、工具送シ
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）Ｋ記載した問題によシ仕上げ研摩加工
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シか、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。

問題点を解決するだめの手段 そして上記問題点を解決するだめの本発明の技術的な手
段は、水平方向に直線位置決めを行う水平方向位置決め
機構と、この水平方向位置決め機構上に設けられ、鉛直
方向に回転軸を有するロータリテーブルと、とのロータ
リテーブル上に設けられ、ワークをその回転軸が上記ロ
ータリテーブルの回転軸に一致するように保持するワー
ク保持部材と、工具を取付けた工具ホルダ、この工具ホ
ルダを軸方向に移動可能に支持する支持部、工具ホルダ
の自重を支持するばね、上記支持部を揺動可能に支持す
る弾性体及び電歪素子を有する工具定圧揺動機構と、こ
の工具定圧揺動機構を支持し、工具を上記ワークの対向
方向に移動させる調節機構と、この調節機構が一端に取
付けられ、水平方向で回転可能に支持された回転軸、こ
の回転軸の他端に取付けられ、円弧状の案内面が形成さ
れたバランサ、このバランサの案内面に接触する摩擦ロ
ーラ、この摩擦ローラの、駆動源、上記回転軸の回転位
置を検出する手段を有する回転位置決め機構と、この回
転位置決め機構を鉛直方向に位置決めする鉛直方向位置
決め機構とを備えだものである０ 作用 上記技術的手段による作用は次のようになる。

ワークの非球面と工具を水平方向位置決め機構、鉛直方
向位置決め機構、回転位置決め機構により相対的に位置
決めし、工具を工具定圧揺動機構によりワークに押し当
てると共に、ワーク非球面形状の法線方向に一致させ、
ワークの回転速度と工具の移動速度によりラッピング、
ポリッシングで非球面の定圧切込み加工を行うので、各
種金型材や硬脆性材料の高精度な形状と鏡面の加工を同
時に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図乃至第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図は斜視図、第２図は工具定圧
揺動機構の断面図、第３図は動作説明図である。

第１図に示すように基台１上にワーク２を水平方向（Ｘ
軸方向）に直線位置決めを行う水平方向位置決め機構３
が設けられている。この水平方向位置決め機構３は固定
台４に可動台５が水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支
持され、可動台５がねじ軸とケース６内に納められたモ
ータなどよシなる駆動手段（図示省略）により移動され
る。水平方向位置決め機構３の可動台５上にはロータリ
テーブル７が鉛直方向の回転軸によシ回転可能に支持さ
れ、駆動手段（図示省略）により回転される。ロータリ
テーブル７上にはワークチャック８が取付けられ、この
ワークチャック８にワーク２が保持され、ワーク２の回
転軸がロータリテーブル７の回転軸に一致される。

一方、ワーク２を加工する工具９は工具定圧揺動機構１
０に支持され、工具定圧揺動機構１０は工具９をワーク
２の対向方向（Ｒ軸方向）に移動させる調節機構１１に
支持され、調節機構１１は工具９をワーク２の法線方向
に回転位置決めする回転位置決め機構１２に支持され、
回転位置決め機構１２は鉛直方向位置決め機構１３に支
持されている。これらを詳細に説明すると、基台１上に
鉛直方向位置決め機構１３の支柱１４が立設され、この
支柱１４に回転位置決め機構１２の軸受１５が鉛直方向
に移動可能に支持され、軸受１５はねじ軸１６と支柱１
４上に取付けられたモータ１７よりなる駆動手段によシ
鉛直方向に移動される。軸受１５には回転軸１８が水平
方向に回転可能に支持され、この回転軸１８の外端部に
は扇形のバランサ１９が取付けられ、バランサ１９の下
縁内側には円弧状の案内面間が形成されている。

基台１上にはモータ２１が取付けられ、モータ２１の出
力軸に摩擦ローラｎが連係され、摩擦ローラｎが案内面
２０に接触されている。従ってモータ２１の駆動により
摩擦ローラｎを回転させることによりバランサ１９及び
回転軸１８を回転させることができる。回転軸１８の外
端にはロータリエンコーダｎが連係され、このロータリ
エンコーダｎより回転軸１８の回転位置を検出すること
ができる。回転軸１８の内端には調節機構１１の取付台
Ｕが取付けられ、取付台別には固定台５が固定され、固
定台５には可動台２６が回転軸１８の軸と直交方向に移
動可能に支持され、可動台２６がねじ軸とモータなどよ
シなる駆動手段（図示省略）により移動される。可動台
２６には工具定圧揺動機構１０のフレームｒの基部が取
付けられている。第２図に示すようにフレームｎの先端
側内側には一対の弾性体２８ａ、２８ｂと一対の電歪素
子２９ａ、２９ｂによ多筒状の支持部３０が揺動可能に
支持されている。支持部間の内側には工具ホルダ３１が
転子３２により軸方向にのみ移動可能に支持され、ホル
ダ３１はその基部と支持部間の先端内面との間に介在さ
れた圧縮ばね３３により自重が支持されている。ホルダ
３１の先端には工具９が取付けられている。

次に上記実施例の動作について第３図を参照しながら説
明する。工具９の先端部を回転軸１８の回転中心と一致
させ、ワーク２の非球面形状２ａを水平方向位置決め機
構３と鉛直方向位置決め機構１３によるＸｌＺ両軸の位
置決めによりトレースする。これと同時に回転位置決め
機構１２によシワーク２の非球面形状２ａの＜Ｘ−Ｚ）
点における法線方向に工具９を一致させるようにθ方向
の回転位置決めをする。以上の説明に用いた値（Ｘ、Ｚ
１θ）は所望の非球面形状の値である。そして調整機構
１１によシ工具９をワーク２に対し所望の圧力をもって
押し当て、電歪素子２９ａ、２９ｂのそれぞれに印加す
る電圧を制御し、長さ２゜（第２図参照）をそれぞれ−
ｅａ、形すに伸ばす（又は縮める）ことによシ、Δθの
範囲で工具９を移動させる。このとき、工具９はその軸
が接触している点における非球面形状２ａの法線方向に
一致するように２ａと２ｂを設定する。このようにして
回転軸１８を中心に士△θの角度で工具９を揺動させる
ことによりワーク２との間に相対的な速度を与え、加工
を進行させる。第３図では、理解し易くするために△θ
を大きく示しているが、実際には極めて微小な範囲でち
るので問題はない。加工方法としては、工具９に固定砥
粒（砥石）を用いる場合と、ポリ。

シャと遊離砥粒とを用いる場合があるが、いずれも微小
範囲の加工であり、加工条件（加工圧力、砥粒径、速度
）と加工時間によって加工量を０．０１μｍオーダで制
御することが可能である。ポリッシングによって加工す
れば、表面粗さは数ナオンゲストロームを達成すること
は容易である。形状の精度はＸ１ｚ、θの各軸の機構精
度で決定されるが、加工ポイントが微小ながら面積をも
っていることと、定圧切込み加工方式であることによシ
、機構精度はサブミクロンの精度は必要ではなく、むし
ろ、各機構の真直度、真円度が重要となる。

特に回転位置決め機構１２における回転中心の移動は加
工形状の座標系の誤差になるので重要な要素でちる。上
記実施例においては、回転軸（θ軸）１８に工具定圧機
構（Ｒ軸）１０が取付けられているため、回転バランス
が大きく崩れている。そこで、回転軸（θ軸）１８他端
にバランサ１９を設け、さらに摩擦ローラｎにより加圧
することで回転ノくランスを調整し、回転軸（θ軸）１
８の荷重が常に一方向にかかるようにし、回転中心の運
動精度を高くしている。まだ、加工量が加工条件によっ
て決定されるので、加工形状精度は、前加工面の形状測
定精度に従う。

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、水平位置
決め機構、鉛直方向位置決め機構、回転位置決め機構に
よりワークの非球面形状と工具を相対的に位置決めし、
工具定性揺動機構によム工具の軸を常に非球面形状の所
望形状の法線方向に一致させるように揺動させるので、
微小範囲の定圧切込み加工であるが、高精度に形状の創
成を可能とし、表面粗さも極めて良好とすることが可能
である。また微小範囲の加工が可能であるので、微小光
学部品の加工を容易に実現できる。更に加工材質もあら
ゆる材質が可能であわ、特に従来困難であった高硬質脆
性材料も高精度に、かつ容易に加工することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及至第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図は斜視図、第２図は工具定圧揺動機
構の断面図、第３図は動作説明図である。 ２・・・ワーク、３・・・水平方向位置決め機構、７・
・・ロータリテーブル、８・・・ワークチャック、９・
・・工具、１０・・・工具定圧揺動機構、１１・・・調
節機構、１２°“。 回転位置決め機構、１３・・・鉛直方向位置決め機構、
１８・・・回転軸、１９・・・バランサ、加・・・案内
面、ｎ・・・摩擦ローラ、ｎ・・・ロークリエンコーダ
、２８ａ、２８ｂ・・・弾性体、２９ａ、２９ｂ・・・
電歪素子、加・・・支持部、３１・・・工具ホルダ、３
３・・・圧縮ばね。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　　ほか１名第
２１９ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水平方向に直線位置決めを行う水平方向位置決め機構と
   、この水平方向位置決め機構上に設けられ、鉛直方向に
   回転軸を有するロータリテーブルと、このロータリテー
   ブル上に設けられ、ワークをその回転軸が上記ロータリ
   テーブルの回転軸に一致するように保持するワーク保持
   部材と、工具を取付けた工具ホルダ、この工具ホルダを
   軸方向に移動可能に支持する支持部、工具ホルダの自重
   を支持するばね、上記支持部を揺動可能に支持する弾性
   体及び電歪素子を有する工具定圧揺動機構と、この工具
   定圧揺動機構を支持し、工具を上記ワークの対向方向に
   移動させる調節機構と、この調節機構が一端に取付けら
   れ、水平方向で回転可能に支持された回転軸、この回転
   軸の他端に取付けられ、円弧状の案内面が形成されたバ
   ランサ、このバランサの案内面に接触する摩擦ローラ、
   この摩擦ローラの駆動源、上記回転軸の回転位置を検出
   する手段を有する回転位置決め機構と、この回転位置決
   め機構を鉛直方向に位置決めする鉛直方向位置決め機構
   とを備えたことを特徴とする非球面加工機。