(57)【要約】【課題】煩雑な加工条件の設定および制御を必要とすることなく、簡単な構成で加工工具からワークに作用する圧力分布の均等化を図り、高精度な加工品を得る。【解決手段】ステー６に揺動アーム支持部１４を介して水平に支持されたコの字形状の揺動アーム１１の両端部に、アッパーアーム支持部１３ａ、アッパーアーム支持部１３ｂを介してコの字形状のアッパーアーム１２を支持し、アッパーアーム１２の中央に被加工レンズ３を支持するワーク軸支持部４を配置した構成のワーク保持装置１において、揺動アーム１１とアッパーアーム１２の両端の接続部の各々に、Ｌ字型磁性体２０ａおよびＬ字型磁性体２０ｂを配置し、被加工レンズ３に対向する研磨工具との間に、軸線Ｚに交差する任意の傾斜方向に作用する加工圧を制御し、加工圧の総和が被加工レンズ３の半径方向に均等化されるようにした。【選択図】  図１
2010172978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工機に固定されたステーと、
前記ステーに第１の支軸を介して回動自在に支持され、前記第１の支軸を対称軸とするコの字形状を有する揺動アームと、
前記揺動アームの両端に、前記第１の支軸と交差する第２の支軸を介して回動自在に支持されるコの字形状を有するアッパーアームと、
前記アッパーアームの中央に、前記第２の支軸と交差する第３の支軸に回転自在に支持され、加工工具に対向するようにワークを保持するワークホルダーと、
前記ステーに固定され、前記揺動アームおよび前記アッパーアームとの間で磁力により前記加工工具に対して前記ワークを加圧させる圧力発生部材と、
を具備することを特徴とするワーク保持装置。
【請求項２】
請求項１記載のワーク保持装置において、
前記圧力発生部材は、前記揺動アームの両端部と前記アッパーアームの両端部とが接続される前記第２の支軸の各々の近傍に、前記揺動アームおよび前記アッパーアームに沿って配置された一対のＬ字型磁性体を有し、
個々の前記Ｌ字型磁性体の磁力を制御する制御装置を備えることを特徴とするワーク保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、光学素子や金型等のワークを加工する加工機に用いられるワーク保持装置として、特許文献１に開示された構成が知られている。
図４は従来技術によるワークの保持方法の原理を模式的に示したものである。
【０００３】
図４において、ワーク１０１は、ワーク支持部１０３に保持され、ワーク支持部１０３はワーク軸支持部１０４においてコの字形状のアッパーアーム１０２に回動自在に支承されている。
【０００４】
アッパーアーム１０２は、さらに平面コの字形状に形設された揺動アーム１０５にアッパーアーム支持部１０６を介して回動自在に連結されており、揺動アーム１０５は揺動アーム支持部１０７を介してステー１０８に回動自在に連結されている。
【０００５】
そして、揺動アーム１０５の回動中心の軸線をＸ、アッパーアーム１０２の回動中心の軸線をＹ、ワーク支持部１０３の回転中心の軸線をＺとしたとき、各軸線Ｘ，Ｙ，Ｚが点Ｏにて１点で交わるように設定してある。
【０００６】
前記原理を具体化したワーク保持装置の構成例を図５に示す。ワーク１０１を貼り付けた貼付皿１１３（図４におけるワーク支持部１０３に相当する）はベアリング１１０（図４におけるワーク軸支持部１０４に相当する）を介して、アッパーアーム１０２に軸線Ｚの回りに回転自在に保持されている。
【０００７】
前記ベアリング１１０の外輪は止め具１１１、ネジ１０９によりアッパーアーム１０２に固定されている。また、アッパーアーム１０２はピン１１２を介して揺動アーム１０５に軸線Ｙの回りに回動自在に保持されるように構成されている。
【０００８】
上記構成からなるワーク保持装置によるワークの加工は、図６に示すようにして行う。
すなわち、貼付皿１１３に保持したワーク１０１の被加工面１０１ａに対向して工具１１４を接触させ、工具１１４をα方向に揺動運動させるか、ワーク１０１をβ方向に前後揺動させることにより、ワーク１０１と工具１１４とを相対的に揺動運動させながら、工具１１４を回転運動（γ方向）させる。
【０００９】
このとき、ワーク１０１は工具１１４の回転運動により同方向に連れ回りし（以下、この回転を従属回転と記す）、これによりワーク１０１の被加工面１０１ａの加工が行われる。
【００１０】
上記加工において、ワーク１０１の被加工面１０１ａに圧力を加えながらワーク１０１と工具１１４とを相対移動することにより研削や研磨加工を行う場合、ワーク１０１の被加工面１０１ａには不均等な圧力が加わり、この影響で加工された加工品（光学部品）の中央部近傍で面精度の悪化、いわゆるニュートンクセが生じやすくなる。図７、図８、図９を用いてこの理由を説明する。
【００１１】
図７および図８は近年、カメラレンズ等の量産加工で用いられている下軸揺動型の球心研磨の模式図である。ワーク１０１を研磨する場合、図示しない研磨機上軸から荷重Ｗをワーク１０１の被加工面１０１ａに負荷し、工具１１４を回転させつつ砥石軸の角度をθ１からθ２の間で揺動する。
【００１２】
図７は砥石軸角度がθ１で、ワーク１０１の被加工面１０１ａ全面に圧力がかかっている。このときの被加工面１０１ａ上で頂角αの輪帯Ａでの圧力はレンズ中心の圧力Ｐ１とすると球心方向の分力Ｐ１ｃｏｓαとなる。
【００１３】
図８は砥石軸角度がθ２（＞θ１）の場合であるが、ワーク１０１の被加工面１０１ａが工具１１４の加工面からはみ出しているため接触面１０１ｂの面積は小さくなり、ワーク１０１の中心での圧力はＰ２（＞Ｐ１）となる。このとき輪帯Ａでの圧力は前記接触面１０１ｂではＰ２ｃｏｓαとなるが、接触面１０１ｂ以外の領域ではゼロとなるため輪帯Ａでの圧力はこれらの和となる。
【００１４】
さらにワーク１０１の被加工面１０１ａには、工具１１４とワーク１０１の相対運動から生じるモーメントにより発生する圧力、および工具１１４の外周エッジ部１０１ｃ近傍に生じる応力集中による局部的圧力等がかかり、被加工面１０１ａに働く力はこれらの総和ΣＰとなる。
【００１５】
図９は上記した種々の圧力をグラフ化したものである。このように被加工面１０１ａに働く圧力は均等ではなくレンズの中心部（中心点近傍）で大きな値となる。
勿論、ワーク１０１の被加工面１０１ａの曲率、工具１１４の揺動速度および揺動角度等の加工条件によって圧力分布は異なってくるが、中心点近傍で大きな値となることは同様である。
【００１６】
一方、プレストンの式としてよく知られているように、レンズの加工量は圧力、相対速度、滞留時間の関数となるため、圧力の分布が均等でなくてもそれぞれの値を制御し加工量を制御することにより高精度な加工ができる。
【００１７】
しかし、圧力の分布が均等でないために加工条件の設定は非常に難しく高精度加工には限界がある。なお、ここでいう高精度とは例えば、ニュートン本数が０．５本以下（約１５０ｎｍ以下）程度である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特公平７−９８３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、煩雑な加工条件の設定および制御を必要とすることなく、簡単な構成で加工工具からワークに作用する圧力分布の均等化を図り、高精度な加工品を得ることができるワーク保持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、加工機に固定されたステーと、
前記ステーに第１の支軸を介して回動自在に支持され、前記第１の支軸を対称軸とするコの字形状を有する揺動アームと、
前記揺動アームの両端に、前記第１の支軸と交差する第２の支軸を介して回動自在に支持されるコの字形状を有するアッパーアームと、
前記アッパーアームの中央に、前記第２の支軸と交差する第３の支軸に回転自在に支持され、加工工具に対向するようにワークを保持するワークホルダーと、
前記ステーに固定され、前記揺動アームおよび前記アッパーアームとの間で磁力により前記加工工具に対してワークを加圧させる圧力発生部材と、
を具備するワーク保持装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、煩雑な加工条件の設定および制御を必要とすることなく、簡単な構成で加工工具からワークに作用する圧力分布の均等化を図り、高精度な加工品を得ることができるワーク保持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態であるワーク保持装置の構成の一例を模式的に例示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるワーク保持装置を備えた研磨装置の構成の一例を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるワーク保持装置を備えた研磨装置の構成の一例を示す正面図である。
【図４】従来技術によるワークの保持構造を模式的に示した斜視図である。
【図５】図４の保持構造を具体化したワーク保持装置の構成例を示す部分断面図である。
【図６】従来技術のワークの保持構造を用いた研磨加工装置の断面図である。
【図７】カメラレンズ等の量産加工で用いられている下軸揺動型の球心研磨の動作を示す模式図である。
【図８】カメラレンズ等の量産加工で用いられている下軸揺動型の球心研磨の動作を示す模式図である。
【図９】カメラレンズ等の量産加工で用いられている下軸揺動型の球心研磨においてワークに作用する圧力の分布を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本実施の形態では、一態様として、ワーク保持装置の揺動アームおよびアッパーアームに磁力によって荷重をかけることにより、光学素子等のワークの被加工面の圧力分布を均等にし、クセのない研磨面を得る。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態であるワーク保持装置の構成の一例を模式的に例示した斜視図である。
【００２５】
図２は、本発明の一実施の形態であるワーク保持装置を備えた研磨装置の構成の一例を示す側面図である。
図３は、本発明の一実施の形態であるワーク保持装置を備えた研磨装置の構成の一例を示す正面図である。
【００２６】
（構成）
図２および図３に例示されるように、本実施の形態の研磨装置Ｍ（加工機）は、ワークとしての被加工レンズ３（光学素子）を支持するワーク保持装置１と、揺動軸３１に支持され、ワーク保持装置１に保持された被加工レンズ３に対向するように配置された研磨工具３０（加工工具）と、を備えている。
【００２７】
本実施の形態では、研磨工具３０の加工面は凸面としている。
図１に例示されるように、本実施の形態のワーク保持装置１は、ワーク支持部２（第３の支軸）に回転自在に支持されたワークホルダーとしての貼付皿４ａ、柱状のステー６、コの字形状の揺動アーム１１、コの字形状のアッパーアーム１２および後述する圧力発生部材としての一対のＬ字形状のＬ字型磁性体２０ａ，２０ｂを備えている。
【００２８】
このワーク保持装置１において、ワーク支持部２は、その上端部がコの字形状のアッパーアーム１２の中央部に穿設された孔を介して、この孔の直径よりも外径の大きいワーク軸支持部４に固定されている。一方、ワーク支持部２の下端部は、貼付皿４ａが固定されており、この貼付皿４ａに被加工レンズ３が被加工面（この場合、凹面）を下向きにして固定されている。すなわち、ワーク軸支持部４、ワーク支持部２および貼付皿４ａは、コの字形状のアッパーアーム１２に軸線Ｚを中心として回転自在に支承されている。
【００２９】
また、アッパーアーム１２の両端部は、コの字形状の揺動アーム１１の両端部に一対のアッパーアーム支持部１３ａ（第２の支軸）およびアッパーアーム支持部１３ｂ（第２の支軸）を介して回動自在に連結されている。
【００３０】
このアッパーアーム支持部１３ａおよびアッパーアーム支持部１３ｂの各々は、アッパーアーム１２および揺動アーム１１の両端部に、それぞれ、軸線Ｚに対して交差（本実施の形態では直交）する軸線Ｙの方向に貫通して形成された軸穴１２ａおよび軸穴１２ｂと、これらの各々に挿通される支持ピン１１ａおよび支持ピン１１ｂからなる。
【００３１】
アッパーアーム１２を支持する揺動アーム１１は、揺動アーム支持部１４（第１の支軸）を介してステー６に軸線Ｘを中心として回動自在に連結されている。
そして、揺動アーム１１の回動中心の軸線をＸ、アッパーアーム１２の回動中心の軸線をＹ、ワーク軸支持部４の回転中心の軸線をＺとしたとき、各軸線Ｘ，Ｙ，Ｚが点Ｏにて１点で交わるように各部材の寸法が設定されている。
【００３２】
本実施の形態では、軸線Ｘを水平方向とし、軸線Ｙを軸線Ｘに対して交差（本実施の形態では直交）する方向とし、軸線Ｚを軸線Ｙに対して交差（本実施の形態では直交）する方向としている。
【００３３】
ステー６は、ワーク保持装置１の全体を上下動させる図示しない研磨装置の昇降機構（加圧機構）に支持され、ワーク軸支持部４に保持された被加工レンズ３を、柱状のステー６の長手方向すなわち鉛直方向に、研磨工具３０に押圧して、所望の加工荷重を発生させることが可能になっている。
【００３４】
なお、本実施の形態では、所望の加工荷重を発生させるために、被加工レンズ３を移動させているが、被加工レンズと研磨工具３０とを相対的に移動させれば良い。
本実施の形態のワーク保持装置１では、Ｌ字型磁性体２０ａおよびＬ字型磁性体２０ｂが、一対のアッパーアーム支持部１３ａおよびアッパーアーム支持部１３ｂの各々の近傍における揺動アーム１１およびアッパーアーム１２と近接した位置に設置され、コの字形状の固定アーム２０ｃを介して、ステー６に固定されている。
【００３５】
具体的には、Ｌ字型磁性体２０ａの鉛直部２０ａ１は、ステー６の長手方向すなわち鉛直方向と平行で、アッパーアーム支持部１３ａから延出しているアッパーアーム１２の一部に沿って配置されている。また、Ｌ字型磁性体２０ａの水平部２０ａ２は、鉛直部２０ａ１に対して直交する方向すなわち水平方向と平行で、アッパーアーム支持部１３ａから延出している揺動アーム１１の一部に沿って配置されている。
【００３６】
同様に、Ｌ字型磁性体２０ｂの鉛直部２０ｂ１は、ステー６の長手方向すなわち鉛直方向と平行で、アッパーアーム支持部１３ｂから延出しているアッパーアーム１２の一部に沿って配置されている。また、Ｌ字型磁性体２０ｂの水平部２０ｂ２は、鉛直部２０ｂ１に対して直交する方向すなわち水平方向と平行で、アッパーアーム支持部１３ｂから延出している揺動アーム１１の一部に沿って配置されている。
【００３７】
そして、Ｌ字型磁性体２０ａの鉛直部２０ａ１およびＬ字型磁性体２０ｂの鉛直部２０ｂ１は、ステー６に固定されているコの字形状の固定アーム２０ｃの両端部に固定されている。
【００３８】
さらに、本実施の形態では、個々のＬ字型磁性体２０ａおよびＬ字型磁性体２０ｂは電磁石で構成され、給電ケーブル２１ａおよび給電ケーブル２１ｂを介して制御装置２１に接続されている。
【００３９】
この制御装置２１は、Ｌ字型磁性体２０ａおよびＬ字型磁性体２０ｂの各々に対する通電方向や電流値を制御することで、当該Ｌ字型磁性体２０ａおよびＬ字型磁性体２０ｂの各々から、揺動アーム１１およびアッパーアーム１２に作用する磁力を制御する。
【００４０】
たとえば、Ｌ字型磁性体２０ａを作動させると、アッパーアーム支持部１３ａの側の揺動アーム１１およびアッパーアーム１２がＬ字型磁性体２０ａに吸引されて上昇し、反対側のアッパーアーム支持部１３ｂの側の揺動アーム１１およびアッパーアーム１２が下降する方向に変位する。
【００４１】
また、アッパーアーム１２は、軸線Ｙを中心として、ステー６に接近する方向に変位する。
これにより、ワーク軸支持部４に保持された被加工レンズ３の外周部には、点Ｏを通り、アッパーアーム支持部１３ｂの側に任意に傾斜した方向から押圧力が下向きに作用する。
【００４２】
反対に、Ｌ字型磁性体２０ｂを作動させた場合は、逆にワーク軸支持部４に保持された被加工レンズ３の外周部には、点Ｏを通り、アッパーアーム支持部１３ａの側に傾斜した方向から押圧力が下向きに作用する。
【００４３】
また、Ｌ字型磁性体２０ａとＬ字型磁性体２０ｂの磁力のバランスを変化させることで、点Ｏを通り、ワーク軸支持部４に保持された被加工レンズ３に上方から作用する押圧力の方向や大きさを自在に制御できる。
【００４４】
（作用）
まず、研磨装置Ｍのワーク保持装置１のワーク軸支持部４の貼付皿４ａに被加工レンズ３を貼り付けて装着する。
【００４５】
その後、研磨工具３０に対してワーク保持装置１を降下させ、被加工レンズ３を所定の加工圧で研磨工具３０に密着させる。
そして、研磨工具３０を回転させ、この研磨工具３０の回転により被加工レンズ３を連れ回りさせつつ、研磨工具３０の揺動軸３１を、Ｚ−Ｙ平面内で揺動させることにより、研磨工具３０による被加工レンズ３の研削や研磨加工を行う。
【００４６】
このように被加工レンズ３をワーク保持装置１に保持して研削や研磨加工を行うに際し、本実施の形態の場合には、Ｌ字型磁性体２０ａ、２０ｂに磁力を発生させ、揺動アーム１１およびアッパーアーム１２に磁力を作用させることにより、軸線Ｘの回りおよび軸線Ｙの回りに、揺動アーム１１およびアッパーアーム１２の各々を回動させる力を与える。
【００４７】
これにより、被加工レンズ３の被加工面が研磨工具３０の加工面に対して加える圧力の方向は、ステー６の上下方向の移動による鉛直方向だけでなく、点Ｏを通り、鉛直方向に対して任意に傾斜した方向にも発生する。
【００４８】
この時、制御装置２１によりＬ字型磁性体２０ａおよびＬ字型磁性体２０ｂの磁力を制御することにより、被加工レンズ３の被加工面の外周部に適切な荷重を与えることができる。
【００４９】
すなわち、上述の図７、図８および図９で説明した加工圧の総和ΣＰの偏りを補い（被加工レンズ３の被加工面の外周部での押圧力の低下を補い）、被加工レンズ３の半径方向の全範囲にわたって総和ΣＰが均一化するようにＬ字型磁性体２０ａおよびＬ字型磁性体２０ｂの磁力を制御する。
【００５０】
（効果）
本実施の形態の研磨装置Ｍおよびワーク保持装置１によれば、被加工レンズ３の被加工面に発生する圧力分布（総和ΣＰ）を被加工レンズ３の半径方向で均等にすることが可能となり、被加工レンズ３の被加工面の全体で均一な研削や研磨加工が行われるようにして、容易に高精度なレンズを得ることができる。
【００５１】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、研磨装置Ｍによる研削や研磨加工に際して、被加工レンズ３の被加工面の外周部にも非接触で荷重を加えることにより、総和ΣＰの半径方向における圧力分布を適切に制御することができる。
【００５２】
また、Ｌ字型磁性体２０ａおよびＬ字型磁性体２０ｂの磁力による押圧力により、被加工レンズ３の外周部のバタツキ（位置変化や振動）を抑える効果もあるため、被加工レンズ３にクセのない高精度な加工品を得ることができる。
【００５３】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
（付記）
加工機の加圧機構に固定されたステーと、前記ステーに第１の支軸を介して回動自在に支持され、第１の支軸を対称軸とするコの字形状を有する揺動アームと、前記揺動アームの両端に、第１の支軸と交差する第２の支軸を介して回動自在に支持されるコの字形状を有するアッパーアームと、前記アッパーアームの中央に、第２の支軸と直交する第３の支軸に回転自在に保持されたワークホルダーと、を有するワーク保持装置において、前記ステーに固設され、前記揺動アームおよび前記アッパーアームとの間で磁力により荷重を発生させる荷重発生部材を具備することを特徴とする光学素子保持装置。
【符号の説明】
【００５４】
１  ワーク保持装置
２  ワーク支持部
３  被加工レンズ
４  ワーク軸支持部
４ａ  貼付皿
６  ステー
１１  揺動アーム
１１ａ  支持ピン
１１ｂ  支持ピン
１２  アッパーアーム
１２ａ  軸穴
１２ｂ  軸穴
１３ａ  アッパーアーム支持部
１３ｂ  アッパーアーム支持部
１４  揺動アーム支持部
２０ａ  Ｌ字型磁性体
２０ｂ  Ｌ字型磁性体
２０ｃ  固定アーム
２１  制御装置
２１ａ  給電ケーブル
２１ｂ  給電ケーブル
３０  研磨工具
３１  揺動軸
Ｍ  研磨装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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