(57)【要約】【課題】ワークの加工面に対する研磨工具の相対的な走査を伴う研磨加工において、加工面に規則的なうねりが形成されることを防止して、加工面精度の向上を実現する。【解決手段】ワーク１６の加工面１６ａの上を、自転するポリッシャを相対的に移動走査させて行う研磨加工方法において、加工点Ｐｗにおけるポリッシャの自転運動のベクトル（回転速度Ｖｐ）の方向（たとえば、ワーク１６のＸ軸に対する角度θ）を、移動走査を行う度に変更し、角度θが一定の場合に加工面１６ａに発生する規則的なうねりを防止して、加工面１６ａの形状精度を向上させる。【選択図】  図２Ａ
2010058245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転する研磨工具の被加工物の加工面に対する相対的な移動走査を反復する研磨加工方法であって、
前記加工面に対して前記研磨工具が当接する加工点における前記研磨工具の自転運動のベクトルの方向を、前記移動走査のたびに変更することを特徴とする研磨加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の研磨加工方法において、
前記被加工物の前記加工面が回転軸対称形状であり、加工中に前記被加工物が自転する場合は、前記移動走査を行う毎に前記研磨工具と前記被加工物との相対速度の大きさが一定となるように、前記被加工物および前記研磨工具の少なくとも一方の回転数を制御することを特徴とする研磨加工方法。
【請求項３】
被加工物の自転および姿勢を制御する第１姿勢制御手段と、
研磨工具の自転および姿勢を制御する第２姿勢制御手段と、
前記第１および第２姿勢制御手段を制御して、前記被加工物の加工面に対する前記研磨工具の相対的な移動走査を反復させる加工制御部と、を含み、
前記加工制御部は、前記加工面に対して前記研磨工具が当接する加工点における前記研磨工具の自転運動のベクトルの方向を、前記移動走査のたびに変更することを特徴とする研磨加工装置。
【請求項４】
請求項３記載の研磨加工装置において、
前記被加工物の前記加工面が回転軸対称形状であり、加工中に前記被加工物を自転させる場合には、
前記加工制御部は、前記移動走査を行うたびに前記研磨工具と前記被加工物との相対速度の大きさが一定となるように、前記被加工物および前記研磨工具の少なくとも一方における前記自転の回転数を制御することを特徴とする研磨加工装置。
【請求項５】
請求項３記載の研磨加工装置において、
前記加工制御部はコンピュータからなり、
前記第１および第２姿勢制御手段を制御して、前記研磨工具の前記被加工物の前記加工面に対する相対的な移動走査を行わせるステップと、
前記移動走査の完了を判別するステップと、
前記移動走査の完了時に、前記加工点における前記研磨工具の自転運動のベクトルの方向を変更するステップと、
を反復する処理を前記コンピュータに実行させる加工制御プログラムを具備したことを特徴とする研磨加工装置。
【請求項６】
請求項５記載の研磨加工装置において、
前記加工制御プログラムは、
さらに、前記研磨工具と前記被加工物との相対速度の大きさが一定となるように、前記被加工物および前記研磨工具の少なくとも一方における前記自転の回転数を制御するステップを前記コンピュータに実行させることを特徴とする研磨加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨加工方法および研磨加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子や光学素子成形用金型等、良好な面粗度を要求される被加工物に対しては、一般的に研磨加工方法が適用されている。
また、被加工物の形状を修正しながら研磨加工を行う場合には、被加工物よりも十分小さいスモールツールと呼ばれる加工作用部が球状の研磨工具を用いることが多い。
【０００３】
このような研磨加工を行う装置としては、たとえば、特許文献１に開示された技術が知られている。
すなわち、ワークをその回転軸であるＣ軸を中心として回転させるワーク駆動部と、上記ワークを回転軸方向であるＺ軸方向（Ｂ軸方向）に移動させるＺ軸機構部と、上記ワークを上記Ｚ軸に対して直交するＸ軸方向（Ａ軸方向）に移動させるＸ軸機構部と、上記ワークを上記Ｘ軸と上記Ｚ軸に対して直交するＹ軸を中心として傾けるθ軸機構部と、上記ワークを研磨加工しているときは、ワークとポリシャとの接触点を常に上記Ｙ軸上またはＹ軸の近傍に位置させるように、上記Ｚ軸機構部、Ｘ軸機構部およびθ軸機構部を制御する制御手段と、を具備した構成の研磨装置が開示されている。
【０００４】
そして、ポリッシャをワークに当接して、ポリッシャによる加工作用点が、ワークの子午線上を相対的に移動走査するように、また、ポリッシャの研磨荷重が常にワークの法線方向から作用するように、ワークの姿勢を制御しながら加工を行うことで、ワークの研磨面に対し、ポリシャの研磨荷重を常に法線方向に作用させるとともに所定の研磨荷重を安定的に作用させ、高精度な研磨加工を実現するものである。
【０００５】
しかしながら、上述の従来技術においては以下のような技術的課題がある。
研磨加工では、単位時間当りにおける加工量は微量であるため、ポリッシャの移動走査を複数回繰り返して加工を行うのが一般的である。このとき、上述の従来技術では、ワークとポリッシャの回転速度の方向は反復される移動走査において、毎回同じになる。すると、同じ方向に形成させる研磨加工による加工痕が重畳していき、研磨加工後の加工面には規則的なうねりが形成される。このうねりは加工面精度の悪化の一因となり、結果的に、ワークである光学素子の光学品質の低下に繋がることになる。
【特許文献１】特開２００２−４６０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ワークの加工面に対する研磨工具の相対的な走査を伴う研磨加工において、加工面に規則的なうねりが形成されることを防止して、加工面精度の向上を実現することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点は、自転する研磨工具の被加工物の加工面に対する相対的な移動走査を反復する研磨加工方法であって、
前記加工面に対して前記研磨工具が当接する加工点における前記研磨工具の自転運動のベクトルの方向を、前記移動走査のたびに変更する研磨加工方法を提供する。
【０００８】
本発明の第２の観点は、被加工物の自転および姿勢を制御する第１姿勢制御手段と、
研磨工具の自転および姿勢を制御する第２姿勢制御手段と、
前記第１および第２姿勢制御手段を制御して、前記被加工物の加工面に対する前記研磨工具の相対的な移動走査を反復させる加工制御部と、を含み、
前記加工制御部は、前記加工面に対して前記研磨工具が当接する加工点における前記研磨工具の自転運動のベクトルの方向を、前記移動走査のたびに変更する研磨加工装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ワークの加工面に対する研磨工具の相対的な走査を伴う研磨加工において、加工面に規則的なうねりが形成されることを防止して、加工面精度の向上を実現することが可能な技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本実施の形態の第１態様は、被加工物の加工面上を、自転する研磨工具を相対的に移動走査させて行う研磨加工方法において、加工点における前記研磨工具の自転運動のベクトルの方向を、移動走査を行う度に変更する。
【００１１】
第２態様では、上述の第１態様の研磨加工方法において、被加工物が回転軸対称形状であって、加工中に自転する場合は、前記の移動走査を行う度に前記スモールツールと前記被加工物との相対速度が一定となるように、前記ワーク又は前記スモールツールの自転の回転数を制御する。
【００１２】
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。
［実施の形態１］
図１は、本発明の一実施の形態である研磨加工方法を実施する研磨装置の構成の一例を示す斜視図である。
［構成］
本実施の形態では、研磨加工装置の一例として、回転軸対称形状の被加工物を研磨するための研磨装置について以下に説明する。
【００１３】
本実施の形態の研磨装置Ｍは、共通のベース１に固定された工具ユニット部ベース２およびワーク駆動部ベース３と、これらに支持された工具ユニット４（第２姿勢制御手段）およびワーク駆動部２０（第１姿勢制御手段）と、これらを制御する加工制御部３０を含んでいる。
【００１４】
加工制御部３０は、たとえば数値制御（ＮＣ）装置等のコンピュータからなり、ＮＣプログラム等の加工制御プログラム３１によって、後述のような研磨装置Ｍの制御動作を実現する。
【００１５】
工具ユニット４はワーク１６（被加工物）と当接して研磨加工を行う工具としての球状のポリッシャ５（研磨工具）、鉛直下向きに荷重を与える荷重発生部６、工具ユニット４を、図１のｘ，ｙ及びｚ方向（ｚ方向は、鉛直方向であり、互いに直交するｘとｙ方向に対してそれぞれ直交している）に移動調整可能なｘ軸移動機構７、ｙ軸移動機構８、ｚ軸移動機構９と、ａ方向（すなわちｘ−ｙ平面内）に回転調整可能なａ軸回転機構１０及びこれらを固定支持する基盤１１からなり、基盤１１は工具ユニット部ベース２に固定されている。なお、ポリッシャ５は回転軸６ａを介して荷重発生部６に支持され、図示しない回転機構によって自転可能となっている。
【００１６】
ワークユニット１２は、ワークベース１３と、ワークモータ１４により回転可能に取り付けられたワーク台１５と、ワーク台１５に固定されたワーク１６からなる。
このワークユニット１２は、Ｘ軸駆動機構１７、Ｚ軸駆動機構１８、Ｂ軸駆動機構１９からなるワーク駆動部２０により、図１のＸ，Ｚ，Ｂ方向（ｘ−ｚ平面内の回転方向）に駆動可能となっており、Ｂ軸駆動機構１９は、ワーク駆動部ベース３に固定されている。
［作用］
次に、本実施の形態の研磨加工方法および研磨加工装置の作用について説明する。
【００１７】
図２Ａは、本実施の形態の研磨装置Ｍにおけるワーク１６とポリッシャ５の関係を拡大して例示した斜視図である。
まず、加工前に、ワーク駆動部２０の各軸が原点にあるとき、すなわちＸ，Ｚ，Ｂ軸座標が０のときに、ポリッシャ５の加工作用点、すなわちポリッシャ５の球心がワーク１６の中心と一致するように、工具ユニット４のｘ軸移動機構７、ｙ軸移動機構８によって水平面内の位置調整を行う。
【００１８】
また、加工時にポリッシャ５がワーク１６に当接するようにｚ軸移動機構９によって鉛直方向の位置を調整する。
ここで、工具ユニット４のａ軸回転機構１０の回転中心軸１０ａとワーク１６の回転中心軸１６ｂは、予め組立て時の調整により一致しているものとする。
【００１９】
また、ポリッシャ５を支持する回転軸６ａは、鉛直方向に対してツール固定角度θｋだけ傾斜して荷重発生部６に固定されている。
そして、ワーク１６を研磨加工する際は、図２Ａに例示されるように、加工制御部３０は、ポリッシャ５及びワーク１６を、それぞれ、Ｒｐ（ｒｐｍ）、Ｒｗ（ｒｐｍ）で自転させながら、ポリッシャ５がＸ軸と平行にワーク１６の子午線上を走査し、なおかつポリッシャ５の荷重がワーク１６の法線方向から作用するように、ワーク駆動部２０を制御して加工を行う。
【００２０】
一般的に研磨加工における加工量は非常に小さいため、以上のような移動走査を複数回行って加工を終了する。
さらに作用についてワーク１６を上面から見た図２Ｂおよび図２Ｃを用いて説明する。
【００２１】
Ｏはワーク１６の回転中心（回転中心軸１６ｂ）、Ｐｗはある時点における加工点、Ｖｗは加工点Ｐｗにおけるワーク１６の回転速度、Ｖｐは加工点Ｐｗにおけるポリッシャ５の回転速度である。
【００２２】
今、ポリッシャ５の軸（回転軸６ａ）は、鉛直方向に対して４５°のツール固定角度θｋで傾斜した状態で固定しており、回転方向はＸ軸と平行（Ｘ軸とのなす角度θが０）であるとき、加工点Ｐｗにおける回転速度Ｖｗ（被加工物の自転運動のベクトル）及び回転速度Ｖｐ（研磨工具の自転運動のベクトル）は図２Ｂとなり、回転速度Ｖｗと回転速度Ｖｐの合成速度は、合成速度Ｖｇのようになる。
【００２３】
一方、ポリッシャ５の回転方向（すなわち、回転速度Ｖｐの方向）が、Ｘ軸とのなす角度θが４５°となるように、工具ユニット４のａ軸回転機構１０によって回転位置を調整したときの回転速度Ｖｐ及び合成速度Ｖｇは、図２Ｃに示す通りとなり、合成速度Ｖｇの方向が変化しているのがわかる。
【００２４】
このように、ａ軸回転機構１０によるポリッシャ５の回転方向を任意に変更することでワーク回転速度（回転速度Ｖｗ）とポリッシャ回転速度（回転速度Ｖｐ）の合成速度Ｖｇの方向を変化させることができる。
【００２５】
すなわち、本実施の形態１では、加工制御部３０は、ワーク１６の加工面１６ａを子午線方向に相対的に横断するポリッシャ５の移動走査において、一回の移動走査毎に、ポリッシャ５の回転方向が、Ｘ軸とのなす角度θを変化させる制御を行う。
【００２６】
図３は、本実施の形態１の制御を行う加工制御部３０（加工制御プログラム３１）の作用の一例を示すフローチャートである。
まず、加工制御プログラム３１（加工制御部３０）は、ワーク１６およびポリッシャ５の形状等の情報の入力を受け付ける（ステップ５０１）。このワーク１６およびポリッシャ５の形状情報は、加工点Ｐｗの法線方向にポリッシャ５の当接荷重を作用させる制御等に用いられる。
【００２７】
次に、加工制御プログラム３１は、加工面１６ａにおける走査開始位置にポリッシャ５の加工点Ｐｗを位置決めする（ステップ５０２）。
そして、ワーク１６およびポリッシャ５を自転させながら摺動させつつ、子午線方向（回転中心Ｏを通って加工面１６ａを横断する方向）にポリッシャ５を相対的に移動走査する（ステップ５０３）。この過程では、加工制御プログラム３１は、加工面１６ａにおける加工点Ｐｗの法線方向に常にポリッシャ５の接触荷重が作用するように、工具ユニット４およびワーク駆動部２０を制御する。
【００２８】
そして、加工制御プログラム３１は、一回の走査が完了すると（ステップ５０４）、ａ軸回転機構１０を制御して、ポリッシャ５の回転方向のＸ軸方向とのなす角度θを変更し、合成速度Ｖｇの向きを前回の走査から変化させる（ステップ５０５）。
【００２９】
そして、加工制御プログラム３１は、ステップ５０２からステップ５０５の処理を、ワーク１６の加工完了まで反復する（ステップ５０６）。
［効果］
実施の形態１のように、ポリッシャ５の走査毎にポリッシャ５の回転方向（角度θ）を変化させることでワーク１６の回転速度Ｖｗと、ポリッシャ５の回転速度Ｖｐの合成速度である合成速度Ｖｇの方向が変化するため、加工によりワーク１６の加工面１６ａに形成される加工痕の方向が不規則となり、ワーク１６の加工面１６ａに規則的なうねりを形成させずに平滑な研磨面を得ることができる。
【００３０】
すなわち、ワークの加工面に対する研磨工具の相対的な走査を伴う研磨加工において、加工面に規則的なうねりが形成されることを防止して、加工面精度の向上を実現することが可能となる。
【００３１】
この結果、たとえば、ワーク１６が光学素子の場合には、光学品質が向上する。
［実施の形態２］
［構成］
本実施の形態２の研磨装置Ｍの構成は、上述の実施の形態１と同様であるが、加工中におけるポリッシャ５およびワーク１６の少なくとも一方の自転の回転数（Ｒｐ、Ｒｗ）を、加工制御部３０（加工制御プログラム３１）が可変に制御できる機能を備えた点が異なっている。
［作用］
一般的に、研磨加工による加工量ｄは、加工圧Ｐ、ポリッシャと加工物の相対速度Ｖ、研磨時間ｔに比例することが知られておりプレストンの式として以下のように示すことができる。
【００３２】
ｄ＝ｋ・Ｐ・Ｖ・ｔ  ・・・  式（１）
ここで、ｋは研磨条件によって決定される比例定数である。
上述の実施の形態１のようにポリッシャ５の一回の走査毎にポリッシャ５の回転方向を変化させたとき、ワーク１６の回転速度Ｖｗと、ポリッシャ５の回転速度Ｖｐとの合成速度Ｖｇの向きが変化するが、これと同時に当該合成速度Ｖｇの大きさも変化し、結果として、単位時間当たりの加工面１６ａの加工量ｄも走査毎に変化することになる。
【００３３】
これは、加工量ｄのばらつき、ひいてはワーク１６の加工面１６ａの形状劣化に繋がるため、本実施の形態２では、加工制御プログラム３１は、加工中にワーク１６又はポリッシャ５の自転の回転数ＲｗまたはＲｐを制御して、両者の合成速度Ｖｇの大きさが、個々の移動走査毎に変化しないように一定の値に制御する。
【００３４】
図４は、この本実施の形態２における加工制御部３０（加工制御プログラム３１）の作用を示すフローチャートである。
この場合、加工制御プログラム３１は、ポリッシャ５の一回の走査毎にポリッシャ５の回転方向を変化させる上述のステップ５０５の後に、ポリッシャ５およびワーク１６の少なくとも一方の自転の回転数Ｒｐ、Ｒｗ（すなわち、回転速度Ｖｐ、回転速度Ｖｗの大きさ）を変化させ、回転速度Ｖｐと回転速度Ｖｗの合成速度Ｖｇの大きさが一定になるように制御するステップ５０５ａを実行する処理が追加されている点が、上述の図３の実施の形態１のフローチャートと異なっている。
［効果］
本実施の形態２の形態によれば、実施の形態１の効果に加えて、ポリッシャ５の個々の移動走査における加工面１６ａの加工量ｄを一定に制御でき、加工量ｄのばらつきに起因するワーク１６の形状精度を劣化させることなく、さらに高精度な研磨加工を行うことができる。
【００３５】
以上説明したように発明の各実施の形態によれば、たとえば、光学素子又は光学素子成形型の研磨加工において、研磨工具の回転による規則的なうねりを加工面に形成することがなくなるため、加工物の面精度が向上し、カメラ等の光学性能を向上させることができる。
【００３６】
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。
たとえば、研磨装置Ｍの構成は、一例であり、上述の各実施の形態に例示した構成に限定されない。
（付記１）
被加工物の加工面上を、自転する研磨工具を相対的に移動走査させて行う研磨加工方法において、加工点における前記研磨工具の自転運動のベクトルの方向を、移動走査を行う度に変更させることを特徴とする研磨加工方法。
（付記２）
付記１記載の研磨加工方法において、前記被加工物が回転軸対称形状であって、加工中に自転する場合は、前記移動走査を行う度に前記スモールツールと前記被加工物との相対速度の大きさが一定となるように、前記被加工物または前記スモールツールの回転数を制御することを特徴とする研磨加工方法。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態である研磨加工方法を実施する研磨装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図２Ａ】本発明の一実施の形態である研磨加工方法の作用を説明する斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施の形態である研磨加工方法の作用を説明する概念図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施の形態である研磨加工方法の作用を説明する概念図である。
【図３】本発明の一実施の形態である研磨加工方法を実施する研磨装置および加工制御プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施の形態である研磨加工方法を実施する研磨装置および加工制御プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１  ベース
２  工具ユニット部ベース
３  ワーク駆動部ベース
４  工具ユニット
５  ポリッシャ
６  荷重発生部
６ａ  回転軸
７  ｘ軸移動機構
８  ｙ軸移動機構
９  ｚ軸移動機構
１０  ａ軸回転機構
１０ａ  回転中心軸
１１  基盤
１２  ワークユニット
１３  ワークベース
１４  ワークモータ
１５  ワーク台
１６  ワーク
１６ａ  加工面
１６ｂ  回転中心軸
１７  Ｘ軸駆動機構
１８  Ｚ軸駆動機構
１９  Ｂ軸駆動機構
２０  ワーク駆動部
３０  加工制御部
３１  加工制御プログラム
Ｍ  研磨装置
Ｏ  回転中心
Ｐ  加工圧
Ｐｗ  加工点
Ｖ  相対速度
Ｖｇ  合成速度
Ｖｐ  回転速度
Ｖｗ  回転速度
Ｒｐ  ポリッシャ５の自転の回転数（ｒｐｍ）
Ｒｗ  ワーク１６の自転の回転数（ｒｐｍ）
ｄ  加工量
ｋ  比例定数
ｔ  研磨時間
θｋ  ツール固定角度
θ  ポリッシャ５の回転速度Ｖｐの座標軸Ｘに対する角度
【図２Ａ】
2010058245.tif 000003
【図２Ｂ】
2010058245.tif 000004
【図２Ｃ】
2010058245.tif 000005
【図３】
2010058245.tif 000006
【図４】
2010058245.tif 000007
【図１】
2010058245.tif 000008