(57)【要約】【課題】処理精度がより向上した処理装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１Ａは、ワーク１０を軸周りに回転させつつ、ワーク１０の先端部に配置されたダイヤモンド部１０ａにレーザを照射してワーク１０を加工処理するための処理装置である。レーザ加工装置１Ａは、多軸ステージ７と、エアギャップ固定冶具８とを備えている。多軸ステージ７は、ワーク１０の一方の端部とは反対側の他方の端部において、ワーク１０を軸周りに回転可能に保持する。エアギャップ固定冶具８は、ワーク１０の一方の端部と他方の端部との間において、ワーク１０の軸周りの回転を支持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延在する処理対象物を軸周りに回転させつつ、前記処理対象物の一方の端部に光を照射して前記処理対象物を処理するための処理装置であって、
前記処理対象物の前記一方の端部とは反対側の他方の端部において、前記処理対象物を軸周りに回転可能に保持する駆動部材と、
前記処理対象物の前記一方の端部と前記他方の端部との間において、前記処理対象物の軸周りの回転を支持する支持部材とを備える、処理装置。
【請求項２】
前記支持部材には、前記処理対象物を通すための孔部が形成され、
前記孔部の内面と、前記孔部に通されるべき前記処理対象物との間の隙間に気体を供給するための気体供給部をさらに備える、請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記支持部材は、前記処理対象物を軸周りに回転可能に支持する軸受を含む、請求項１に記載の処理装置。
【請求項４】
前記処理対象物の前記一方の端部にレーザを照射して前記処理対象物を加工するためのレーザ照射部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項５】
前記処理対象物の前記一方の端部に光を照射して前記処理対象物の状態を測定するための測定部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理装置に関するものであり、より特定的には、処理精度がより向上した処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
精密部品の加工に使用される切削工具には、硬度や摩耗性に優れるダイヤモンドをその材料として用いたダイヤモンド工具がある。ダイヤモンド工具は、切刃が形成された先端のダイヤモンド部と、ダイヤモンド部に固定されたシャンクとを主に有している（たとえば、特許文献１参照）。このようなダイヤモンド工具においては、シャンクをその軸周りに回転させつつ先端のダイヤモンド部にレーザを照射することによりダイヤモンド部の加工や形状測定などの処理が実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２９８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダイヤモンド工具の加工や形状測定などにおいては、たとえばＶ字クランプやコレットチャックなどにより処理対象物であるダイヤモンド工具をその軸周りにおいて回転可能に保持し、先端のダイヤモンド部にレーザを照射することが可能なレーザ加工装置や測定装置などの処理装置が用いられる。しかし、このような従来の処理装置はその処理精度が低く、ダイヤモンド部を所望の形状に加工することや精密な形状測定が困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理精度がより向上した処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の処理装置は、一方向に延在する処理対象物を軸周りに回転させつつ、処理対象物の一方の端部に光を照射して処理対象物を処理するための処理装置であって、駆動部材と、支持部材とを備えている。駆動部材は、処理対象物の一方の端部とは反対側の他方の端部において、処理対象物を軸周りに回転可能に保持する。支持部材は、処理対象物の一方の端部と他方の端部との間において、処理対象物の軸周りの回転を支持する。
【０００７】
本発明者は、従来の処理装置においてその処理精度が低い原因について詳細な検討を行った。その結果、光を照射して処理すべき処理対象物の一方の端部において、軸周りの回転精度が低下していることがその一因であることを見出し、本発明に想到した。
【０００８】
本発明の処理装置は、光を照射して処理されるべき処理対象物の一方の端部と、駆動部材により回転可能に保持されるべき他方の端部との間において、処理対象物の軸周りの回転を支持する支持部材を備えている。そのため、本発明の処理装置では、従来の処理装置と比較して、処理されるべき一方の端部における処理対象物の軸周りの回転精度をより向上させることができる。したがって、本発明の処理装置によれば、処理すべき一方の端部における処理対象物の軸周りの回転精度の向上により、処理精度がより向上した処理装置を提供することができる。
【０００９】
上記処理装置において、支持部材には、処理対象物を通すための孔部が形成されていてもよい。また、上記処理装置は、孔部の内面と、孔部に通されるべき処理対象物との間の隙間に気体を供給するための気体供給部をさらに備えていてもよい。
【００１０】
これにより、支持部材に形成された孔部の内面と、孔部に通されるべき処理対象物との間の隙間に気体を供給することができる。そのため、上記隙間に供給された気体の圧力が処理対象物に加えられ、処理対象物を非接触状態で支持することができる。その結果、処理対象物の軸周りにおける回転精度を容易に向上させることができる。
【００１１】
上記処理装置において、支持部材は、処理対象物を軸周りに回転可能に支持する軸受を含んでいてもよい。これにより、処理対象物の軸周りにおける回転をさらに容易に支持することができる。
【００１２】
上記処理装置は、処理対象物の一方の端部にレーザを照射して処理対象物を加工するためのレーザ照射部をさらに備えていてもよい。このように、上記処理装置は、処理対象物にレーザを照射して処理対象物を加工するレーザ加工装置において、好適に採用することができる。
【００１３】
上記処理装置は、処理対象物の一方の端部に光を照射して処理対象物の状態を測定するための測定部をさらに備えていてもよい。このように、上記処理装置は、処理対象物に光を照射して処理対象物の状態を測定する測定装置において、好適に採用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の説明から明らかなように、本発明の処理装置によれば、処理精度がより向上した処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】レーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２】レーザ加工装置の構成を拡大して示す概略図である。
【図３】エアギャップ固定冶具の構成を示す概略図である。
【図４】エアギャップ固定冶具の構成を示す概略図である。
【図５】他のエアギャップ固定冶具の構成を示す概略図である。
【図６】さらに他のエアギャップ固定冶具の構成を示す概略図である。
【図７】レーザ形状測定装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１７】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１の処理装置としてのレーザ加工装置の構成について説明する。図１を参照して、本実施の形態のレーザ加工装置１Ａは、一方向に延在する処理対象物（ダイヤモンド工具）であるワーク１０をその軸周りに回転させつつ、ワーク１０の一方の端部（先端部）に配置されたダイヤモンド部１０ａにレーザ（光）を照射してワーク１０を加工処理するための処理装置である。レーザ加工装置１Ａは、レーザ照射部としての合成レーザ発生手段２、円偏光レーザ発生手段３、ミラー４および対物レンズ５と、ガス供給手段６と、駆動部材としての多軸ステージ７と、支持部材としてのエアギャップ固定冶具８と、位相伝送部材９とを主に備えている。レーザ照射部は、ワーク１０の先端部に配置されたダイヤモンド部１０ａにレーザを照射して、ワーク１０を加工するためのものである。また、図１中の実線は各レーザＬ１，Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の光路を示し、また当該実線付近に示された矢印は各レーザＬ１，Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の偏光方向を示している。
【００１８】
合成レーザ発生手段２は、レーザ発振器２ａ，２ｂと、１／２波長板２ｃとを主に有している。レーザ発振器２ａ，２ｂの各々は、たとえばＱスイッチパルスＹＶＯ４（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｖａｎａｄａｔｅ）レーザ発振器であって、波長が５２３ｎｍ、出力が７Ｗ、パルス幅が２３ｎｓのレーザＬ１，Ｌ２を各々発生する。１／２波長板２ｃは、レーザＬ１の光路上に配置され、レーザＬ１の偏光方向を９０°回転させることによりレーザＬ１をレーザＬ１’に変換する。そして、レーザＬ１’はレーザＬ２と合成されて、出力が１４Ｗの合成レーザＬ３が発生する。
【００１９】
円偏光レーザ発生手段３は、たとえば１／４波長板であり、合成レーザＬ３の光路上に配置されている。円偏光レーザ発生手段３は、合成レーザ発生手段２から発生した合成レーザＬ３を円偏光させることにより、円偏光レーザＬ４を発生する。
【００２０】
ミラー４は、円偏光レーザ発生手段３から発生した円偏光レーザＬ４を、対物レンズ５側へ反射させる。対物レンズ（集光レンズ）５は、円偏光レーザＬ４を集光し、ワーク１０の先端部に配置されたダイヤモンド部１０ａに照射する。対物レンズ５にはＺ軸ステージ（図示しない）が設けられており、これにより対物レンズ５は、ワーク１０に接近する向きまたはワーク１０から退避する向きに移動可能となっている。対物レンズ５の倍率は、たとえば５倍である（たとえば、株式会社ミツトヨ社製、Ｍ  Ｐｌａｎ  Ａｐｏ  Ｎｉｒ）。
【００２１】
ガス供給手段６は、たとえば酸素ガスなどが充填されたガス供給源（図示しない）と、酸素ガスをワーク１０に吹き付けるためのガスノズル６ａとを主に有している。
【００２２】
図１および図２を参照して、多軸ステージ７は、Ａ軸旋回ステージ７ａと、θ軸旋回ステージ７ｂと、Ｘ軸ステージ７ｃと、Ｙ軸ステージ７ｄと、Ｚ軸ステージ７ｅとを主に有している。Ａ軸旋回ステージ７ａ、θ軸旋回ステージ７ｂ、Ｘ軸ステージ７ｃ、Ｙ軸ステージ７ｄおよびＺ軸ステージ７ｅの各々は互いに接続され、かつ図１中矢印で示すように各軸方向において移動可能となっている。Ａ軸旋回ステージ７ａは、ワーク１０のダイヤモンド部１０ａが配置される先端部とは反対側の他方の端部において、ワーク１０を軸周りに回転可能に保持する。θ軸旋回ステージ７ｂ、Ｘ軸ステージ７ｃ、Ｙ軸ステージ７ｄおよびＺ軸ステージ７ｅの各々は、Ａ軸旋回ステージ７ａと同様に、各軸方向においてワーク１０を移動可能に保持する。
【００２３】
図２を参照して、エアギャップ固定冶具８は、ワーク１０のダイヤモンド部１０ａが配置される先端部と、Ａ軸旋回ステージ７ａに保持される他方の端部との間に配置されている。エアギャップ固定冶具８は、ワーク１０の軸周りにおける回転を支持する。
【００２４】
図３および図４を参照して、エアギャップ固定冶具８の構成について詳細に説明する。エアギャップ固定冶具８には、一方向に貫通する孔部８ａが形成されており、孔部８ａの内面８ｂ側の空間にワーク１０を通すことが可能となっている。孔部８ａは、孔部８ａに通されるべきワーク１０と内面８ｂとの距離が、たとえば０．１ｍｍとなるように形成されている。エアギャップ固定冶具８には、孔部８ａの内面８ｂと、孔部８ａに通されるべきワーク１０との間の隙間８ｃに空気などの気体を供給するための気体供給部としてのエアギャップ用ホース８ｄが取り付けられている。これにより、ワーク１０は、エアギャップ用ホース８ｄからエアギャップ固定冶具８に形成された孔部を介して隙間８ｃに供給された空気の圧力を受け、その外周面１０ｄが孔部８ａの内面８ｂと極薄いガス層（空気層）を介して対向した状態で支持される。なお、気体の圧力や孔部８ａの形状により、ワーク１０の外周面１０ｄの一部が孔部８ａの内面８ｂと接触していてもよい。このようにして、エアギャップ固定冶具８は、ワーク１０の軸周りの回転を支持する。なお、レーザ加工装置１Ａは、ワーク１０の軸周りの回転精度を測定するためのダイヤルゲージ（図示しない）やレーザ変位計（図示しない）をさらに備えていてもよい。
【００２５】
図２を参照して、位相伝送部材９は、たとえばゴム管などであり、エアギャップ固定冶具８から見て、ワーク１０のダイヤモンド部１０ａ側とは反対側に配置されている。位相伝送部材９は、たとえば直径４ｍｍのシャンク１０ｂ，１０ｃを通すことが可能な孔部を有し、Ａ軸旋回ステージ７ａに保持されるシャンク１０ｃと、ダイヤモンド部１０ａが配置されるシャンク１０ｂとを接続する。これにより、位相伝送部材９は、Ａ軸旋回ステージ７ａからシャンク１０ｃに伝えられた回転位相をシャンク１０ｂに伝送する。
【００２６】
次に、本実施の形態のレーザ加工装置１Ａによるワーク１０のレーザ加工について説明する。まず、図１を参照して、処理対象物であるワーク１０がレーザ加工装置１Ａに設置される。ワーク１０は、ダイヤモンド部１０ａとは反対側の端部がＡ軸旋回ステージ７ａに保持されるように設置される。次に、ガスノズル６ａより酸素ガスを吹き付けつつ、対物レンズ５により集光したレーザを照射することにより、ダイヤモンド部１０ａが所望の形状に加工される。このとき、多軸ステージ７を構成する各ステージを動作させることにより、ダイヤモンド部１０ａの所望の位置にレーザが照射されるようにワーク１０の位置を調整する。また、Ａ軸旋回ステージ７ａを動作させてワーク１０を軸周りに回転させる際には、エアギャップ用ホース８ｄから孔部８ａの内面８ｂとワーク１０との間の隙間８ｃに空気が供給される。これにより、ワーク１０は、隙間８ｃにおいて圧縮された空気の圧力を受けて外周面１０ｄが内面８ｂに空気層を介して支持された状態となり、その軸周りの回転が支持される。そして、ダイヤモンド部１０ａの加工が完了した後、ワーク１０がレーザ加工装置１Ａから取り出される。このようにして、レーザ加工装置１Ａによるワーク１０のレーザ加工が実施される。
【００２７】
以上のように、本実施の形態のレーザ加工装置１Ａは、レーザを照射して加工処理されるべきワーク１０の先端部と、多軸ステージ７により回転可能に保持されるべき他方の端部との間において、ワーク１０の軸周りの回転を支持するエアギャップ固定冶具８を備えている。そのため、レーザ加工装置１Ａでは、従来のレーザ加工装置と比較して、加工処理されるべき先端部におけるワーク１０の軸周りの回転精度をより向上させることができる。すなわち、従来のレーザ加工装置では先端部における回転精度が±１５μｍ程度であるため、加工精度±５μｍ以下の精密加工が困難であったのに対し、本実施の形態のレーザ加工装置１Ａでは、先端部における回転精度を±０．１μｍ以下とすることにより、加工精度を±１μｍ以下にまで向上させることができる。このように、本実施の形態のレーザ加工装置１Ａは、加工処理すべき先端部におけるワーク１０の軸周りの回転精度を向上させることにより、加工精度がより向上したレーザ加工装置となっている。また、本実施の形態のレーザ加工装置１Ａにおいては、ワーク１０の回転を高精度に制御するためのシステムやモータなどの機構を別途設けることなく回転精度を向上させることができるため、より安価にワーク１０の加工精度を向上させることができる。
【００２８】
また、上述のように、レーザ加工装置１Ａにおいて、エアギャップ固定冶具８には、ワーク１０を通すための孔部８ａが形成されていてもよい。そして、レーザ加工装置１Ａは、孔部８ａの内面８ｂと、孔部８ａに通されるべきワーク１０との間の隙間８ｃに空気を供給するためのエアギャップ用ホース８ｄをさらに備えていてもよい。
【００２９】
これにより、エアギャップ固定冶具８に形成された孔部８ａの内面８ｂと、孔部８ａに通されるべきワーク１０との間の隙間８ｃに空気を供給することができる。その結果、隙間８ｃに供給されて圧縮された空気の圧力がワーク１０に加えられてワーク１０が支持されることにより、ワーク１０の軸周りにおける回転精度を容易に向上させることができる。また、このように空気圧をワーク１０に加えることにより、ワーク１０における摩擦抵抗を抑制しつつその軸周りの回転を支持することができる。
【００３０】
図５を参照して、レーザ加工装置１Ａにおいて、エアギャップ固定冶具８には、複数（たとえば２つ）のエアギャップ用ホース８ｄが取り付けられていてもよい。これにより、複数の方向からワーク１０に対して空気圧を加えることが可能となり、その結果ワーク１０の軸周りにおける回転精度をさらに容易に向上させることができる。
【００３１】
図６を参照して、レーザ加工装置１Ａにおいて、エアギャップ固定冶具８は、ワーク１０を軸周りに回転可能に保持する軸受２０を含んでいてもよい。このように、エアギャップ用ホース８ｄに代えて軸受２０をエアギャップ固定冶具８に取り付けた場合でも、同様にワーク１０の軸周りにおける回転精度を容易に向上させることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２の処理装置としてのレーザ測定装置の構成について説明する。図７を参照して、本実施の形態のレーザ測定装置１Ｂは、一方向に延在する処理対象物であるワーク１０をその軸周りに回転させつつ、ワーク１０の先端部に配置されたダイヤモンド部１０ａにレーザを照射してダイヤモンド部１０ａの形状を測定するためのレーザ測定装置である。
【００３３】
レーザ測定装置１Ｂは、実施の形態１のレーザ加工装置１Ａと同様に、多軸ステージ７と、エアギャップ固定冶具８と、位相伝送部材９とを備え、これらの構成部材はレーザ加工装置１Ａの場合と同様に構成されている。そして、レーザ測定装置１Ｂは、上記構成に加えて、ワーク１０の先端部に光を照射してワーク１０の形状などの状態を測定するための測定部として、投光部１１と、受光部１２とをさらに備えている。投光部１１は、ワーク１０の先端部に配置されたダイヤモンド部１０ａにレーザなどの光を照射する。受光部１２は、投光部１１よりダイヤモンド部１０ａに照射されて反射した光を受ける。受光部１２で受光された光のデータは制御部（図示しない）へ伝送され、ワーク１０の形状などの状態の測定データが得られる。
【００３４】
このように、本実施の形態のレーザ測定装置１Ｂは、実施の形態１と同様に、ワーク１０の軸周りの回転を支持するエアギャップ固定冶具８を備えている。そのため、形状測定がされるべき先端部におけるワーク１０の軸周りの回転精度をより向上させることができる。したがって、本実施の形態のレーザ測定装置１Ｂによれば、より高精度な形状測定が可能となる。
【００３５】
実施の形態１および２にて説明したように、本発明の処理装置は、処理対象物に対して物理的な負荷を加えることなく処理対象物を処理するレーザ加工装置１Ａやレーザ測定装置１Ｂにおいて好適に採用することができる。また、実施の形態１および２においてはレーザ加工装置１Ａおよびレーザ測定装置１Ｂの各々について説明したが、本発明の処理装置は、レーザ加工装置１Ａによる加工機能およびレーザ測定装置１Ｂの測定機能のいずれも備えることにより、高精度な加工および測定を可能とする処理装置であってもよい。
【００３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の処理装置は、処理精度の向上が要求される処理装置において、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００３８】
１Ａ  レーザ加工装置、１Ｂ  レーザ測定装置、２  合成レーザ発生手段、２ａ，２ｂ  レーザ発振器、２ｃ  １／２波長板、３  円偏光レーザ発生手段、４  ミラー、５  対物レンズ、６  ガス供給手段、６ａ  ガスノズル、７  多軸ステージ、７ａ  Ａ軸旋回ステージ、７ｂ  θ軸旋回ステージ、７ｃ  Ｘ軸ステージ、７ｄ  Ｙ軸ステージ、７ｅ  Ｚ軸ステージ、８  エアギャップ固定冶具、８ａ  孔部、８ｂ  内面、８ｃ  隙間、８ｄ  エアギャップ用ホース、９  位相伝送部材、１０  ワーク、１０ａ  ダイヤモンド部、１０ｂ，１０ｃ  シャンク、１０ｄ  外周面、１１  投光部、１２  受光部、２０  軸受、Ｌ１，Ｌ１’，Ｌ２  レーザ、Ｌ３  合成レーザ、Ｌ４  円偏光レーザ。
【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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