(57)【要約】【課題】  研磨圧力を所望に保ち、研磨条件を安定させ、不均質な研磨結果を抑え、形状精度の確保や形状精度を確保するための研磨条件の制御を容易にして平面や曲面等に加工面を加工すること。【解決手段】  被加工物Ｗの加工面Ｗ１をポリッシャー３に研磨圧力を付与することで研磨加工する研磨装置であって、流体が流入する気室５、６を有し、該気室５、６に掛かる流体の流体圧力を、球状工具３への研磨圧力となる押圧力に変換する圧力変換手段７と、流体の流体圧力を、任意の圧力に自在に圧力制御する圧力制御手段８と、該圧力制御手段８により圧力制御された流体を、圧力変換手段７に導入させる管路９、圧力変換手段７の気室５、６、又は、圧力変換手段７を通過した下流側管路のいずれか１つ以上に、流体の制御圧力よりも圧力の低い空間に流体を開放する開放手段１０とを備えている研磨装置１を提供する。【選択図】  図１
2006088250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の加工面をポリッシャーに研磨圧力を付与することで研磨加工する研磨装置であって、
流体が流入する気室を有し、該気室に掛かる流体の流体圧力を、前記ポリッシャーへの前記研磨圧力となる押圧力に変換する圧力変換手段と、
前記流体の流体圧力を、任意の圧力に自在に圧力制御する圧力制御手段と、
該圧力制御手段により圧力制御された前記流体を前記圧力変換手段に導入させる管路、前記圧力変換手段の前記気室、又は、前記圧力変換手段を通過した下流側管路のいずれか１つ以上に、前記流体の制御圧力よりも圧力の低い空間に流体を開放する開放手段とを備えていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１記載の研磨装置において、
前記開放手段は、該開放手段を通過する前記流体の流れに、任意に抵抗を付与することを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズやプリズム等の光学面を有する素子、或いは、それらを成形するため
の成形用型の、光学的に良好な平面や曲面等を加工するための、研磨装置に関するもので
ある。
【背景技術】
【０００２】
従来、平面や曲面を研磨する研磨装置は、様々なものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
この種の研磨装置は、図４に示すように、不図示の制御装置と姿勢駆動装置とで加工データに基づき、３次元自在に姿勢制御可能なワークテーブル６０に加工ワーク６１を載置固定する。ポリッシャー軸６２を有するポリッシャー６３は、スピンドル６４にチャック６５で締め付け固定され、スピンドル６４はモーター駆動スピンドル６６によって回転可能である。モーター駆動スピンドル６６は、エア静圧軸受け６７に一体固定され、エア静圧軸受け６７は研磨ヘッドベース６８に固定されたガイドシャフト６９に挿通され案内される。
【０００３】
モーター駆動スピンドル６６は、押圧力検出器７０を介してピストン軸７１に固定され、ピストン軸７１にはピストン７２が一体である。ピストン７２は、シリンダー７３の上側気室と下側気室とを形成し、上下の圧力をピストン７２で受ける。また、ピストン７２とシリンダー７３とは、静圧軸受け構造で摺動抵抗が極小である。
ピストン軸７１の上端は、釣りライン７４に結合され、釣りライン７４は、研磨ヘッドベース６８に回転自在に設けられた滑車７５に案内され、他端は錘掛けシャフト７６の上端に結合される。錘掛けシャフト７６は、研磨ヘッドベース６８に固定されたエア静圧軸受け７７に挿通される。錘掛けシャフト７６の下端ネねじ部には、バランス錘７８がねじ込み固定される。
【０００４】
シリンダー７３の上側気室には、押圧ポート７９があり、管路で押圧エア電磁弁８０に接続される。更に、押圧エア電磁弁８０は、電空圧力制御弁８１に接続され、元圧力制御弁８２を介してエア源８３に接続されるよう空圧回路が組まれている。電空圧力制御弁８１は、不図示の制御装置により制御され、エア圧力を自在に制御可能である。
また、シリンダー７３の下側気室には、昇降ポート８４があり、管路で昇降エア電磁弁８５に接続される。更に、昇降エア電磁弁８５は、元圧力制御弁８２を介しエア源８３に接続される。押圧力検出器７０は、モーター駆動スピンドル６６、スピンドル６４、チャック６５及びポリッシャー軸６２を介して、ポリッシャー６３にピストン軸７１から加えられる押圧力を検出可能である。
以上のように、研磨装置は構成されている。
【０００５】
次に、このように構成された研磨装置により研磨加工を行う場合について説明する。
ワークテーブル６０は、不図示の姿勢駆動装置と該姿勢駆動装置の制御装置とにより、加工データに基づき、加工ワーク６１がポリッシャー６３に常に法線方向で当接するよう加工ワーク６１の姿勢を保ちながら、且つ、研磨部位を走査するように制御される。
ポリッシャー６３のポリッシャー軸６２は、チャック６５によってスピンドル６４に締め付け固定され、モーター駆動スピンドル６６によって回転するスピンドル６４の運動をポリッシャー６３に伝達する。このポリッシャー６３の回転と加工ワーク６１の姿勢制御動作とにより相対的に研磨運動を発生して、研磨加工が行われる。
この際、モーター駆動スピンドル６６は、エア静圧軸受け６７を介してガイドシャフト６９に沿って案内されるので、極めて軽微な摺動抵抗で昇降する。
【０００６】
モーター駆動スピンドル６６は、押圧力検出器７０を介してピストン軸７１に接続されているので、ピストン７２によって押圧されると共に、押圧力は押圧力検出器７０で検出される。ピストン７２の押圧は、シリンダー７３の上側気室に圧力制御されて供給されるエアによって発生する。上側気室に供給されるエアは、押圧力検出器７０で検出される値をもとに、不図示の制御装置で制御反映され、電空圧力制御弁８１によって圧力制御される。エア供給の開閉は、押圧エア電磁弁８０によって行われる。ピストン７２の押圧力は、ピストン軸７１、押圧力検出器７０、モーター駆動スピンドル６６、スピンドル６４、チャック６５及びポリッシャー軸６２を介してポリッシャー６３に作用する。
【０００７】
シリンダー７３の下側気室は、ピストン７２の昇降用であり、ポリッシャー６３を加工ワーク６１から離して、研磨加工を中止する場合にエアを供給する。エア供給の開閉は、昇降エア電磁弁８５によって行われる。これらの空圧制御に供されるエアは、エア源８３から元圧力制御弁８２で使用圧力に圧力制御され二次圧として供給される。
ピストン軸７１に結合された釣りライン７４は、滑車７５に案内され、錘掛けシャフト７６とバランス錘７８とによって張力が掛かっている。錘掛けシャフト７６及びバランス錘７８の自重による張力は、ピストン７２、ピストン軸７１、押圧力検出器７０、モーター駆動スピンドル６６、エア静圧軸受け６７、スピンドル６４、チャック６５、ポリッシャー軸６２及びポリッシャー６３の自重を相殺補償している。
【０００８】
また、錘掛けシャフト７６及びバランス錘７８は、エア静圧軸受け７７により案内されているので、研磨ヘッドベース６８が傾斜しても自重の相殺補償は保たれる。これにより、ポリッシャー６３に掛かる研磨時の押圧力は、シリンダー７３の上側気室で付与される圧力制御されたエアの圧力による押圧力になる。
よって、モーター駆動スピンドル６６で付与されるポリッシャー６３の回転と、加工ワーク６１の姿勢制御動作と、ピストン７２の押圧力により作用するポリッシャー６３の押圧力とで、ポリッシャー６３と加工ワーク６１との間に研磨加工に必要な研磨運動と研磨圧力が付与される。
なお、研磨加工は、ポリッシャー６３と加工ワーク６１との間に研磨砥粒を介在させたり、ポリッシャー６３に固定砥粒を付着させたりすることで、研磨加工を行う。
【特許文献１】特開平１０−１４６７４８号公報
【特許文献２】特開平１０−２３０４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献1又は２等に記載されている研磨装置では、以下のような問題点があった。
即ち、シリンダー７３の上側気室に導入するエアを、電空圧力制御弁８１で精密に圧力制御しても、シリンダー７３及びピストン７２のヒステリシスやメカ的特性で、実際に発生するポリッシャー６３の押圧力は安定しない。つまり、シリンダー７３の上側気室に導入するエア圧力が電空圧力制御弁８１で安定して圧力制御できず、ポリッシャー６３の押圧力が安定しなかったり、また、シリンダー７３の上側気室に導入するエア圧力に対してポリッシャー６３の押圧力は不感帯があったりする。
【００１０】
このため、研磨圧力が、所望の圧力に保てず、研磨条件がばらつくので、加工ワーク６１の研磨結果もばらつき、不均質な研磨結果、例えば、加工ワーク６１の加工面でのダレや研磨不足や研磨過剰の部位が発生してしまい、形状不良となってしまう。例えば、加工ワーク６１の姿勢制御に０．０１ｍｍ程度の誤差があり、この誤差に伴う変移がピストン軸７１の軸方向に掛かると、ポリッシャー６３の押圧力に１０％程度の誤差を発生することがあり、押圧力検出器７０で検出してフィードバックしても、シリンダー７３のメカ的な追従特性や、電空圧力制御弁８１の不感帯により、直ちに追従補完できない。
【００１１】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、研磨圧力を所望に保ち、研磨条件を安定させ、不均質な研磨結果、例えば、ダレや研磨不足や研磨過剰の部位の発生を抑え、形状精度の確保や形状精度を確保するための研磨条件の制御が容易にでき、平面や曲面等に加工面を加工する研磨装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
請求項１に係る発明は、被加工物の加工面をポリッシャーに研磨圧力を付与することで研磨加工する研磨装置であって、流体が流入する気室を有し、該気室に掛かる流体の流体圧力を、前記ポリシャーへの前記研磨圧力となる押圧力に変換する圧力変換手段と、前記流体の流体圧力を、任意の圧力に自在に圧力制御する圧力制御手段と、該圧力制御手段により圧力制御された前記流体を前記圧力変換手段に導入させる管路、前記圧力変換手段の前記気室、又は、前記圧力変換手段を通過した下流側管路のいずれか１つ以上に、前記流体の制御圧力よりも圧力の低い空間に流体を開放する開放手段とを備えている研磨装置を提供する。
【００１３】
この発明に係る研磨装置においては、被加工物の加工面を圧力付与されたポリッシャーにより研磨することで、加工面を平面や曲面等の任意の３次元的な面に加工することができる。
特に、ポリッシャーに付与する研磨圧力の元（源）を、流体の圧力を押圧力に変換する圧力変換手段により発生でき、さらにこの押圧力は、圧力制御手段により流体の圧力を制御することで、所望の押圧力に調整できる。また、開放手段を備えているので、流体の圧力を全て圧力変換手段で消費するのではなく、一部を低い圧力部分に逃がすので、実質の流体の使用量を増大させ、常に流体を消耗状態にすることができる。
【００１４】
このように、圧力制御された流体を、常時消耗状態にすることと、流体を消耗しながらも圧力制御できる程度に消耗を調整することで、圧力制御手段を常に作動状態とすることができ、圧力制御手段や圧力変換手段のメカ的なヒステリシスや不感帯、或いは、追従性の劣化を避け、研磨圧力を安定的に所望に保ち、研磨条件を安定させ、不均質な研磨結果、例えば、ダレや研磨不足や研磨過剰の部位の発生を抑え、形状精度を確保することができ、更に、これらの制御を簡単な構成により実現することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の研磨装置において、前記開放手段が、該開放手段を通過する前記流体の流れに、任意に抵抗を付与する研磨装置を提供する。
【００１６】
この発明に係る研磨装置においては、流体を低い圧力部分に逃がすときに、流体の流れに抵抗が加わり、開放手段より圧力制御手段側の流体圧力が、圧力制御できる状態を維持することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る研磨装置によれば、圧力制御された流体を、常時消耗状態にすることと、流体を消耗しながらも圧力制御できる程度に消耗を調整することで、圧力制御手段を常に作動状態とすることができ、圧力制御手段や圧力変換手段のメカ的なヒステリシスや不感帯、或いは、追従性の劣化を避け、研磨圧力を安定的に所望に保ち、研磨条件を安定させ、不均質な研磨結果、例えば、ダレや研磨不足や研磨過剰の部位の発生を抑え、形状精度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る研磨装置の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
本実施形態の研磨装置１は、３次元自在に姿勢制御可能なワークテーブル２の上面２ａに載置固定された加工ワーク（被加工物）Ｗの加工面Ｗ１を、ポリッシャー３に研磨圧力を付与することで、３次元的に研磨加工する装置である。
この研磨装置１は、上記ワークテーブル２と、該ワークテーブル２の上面２ａに対向配置された上記ポリッシャー３と、流体が流入する気室、即ち、上側気室５及び下側気室６を有し、これら両気室５、６に掛かる流体の流体圧力を、ポリッシャー３への研磨圧力となる押圧力に変換する、即ち、両気室５、６にそれぞれ掛かる流体圧力の圧力差を押圧力に変換するアクチュエータ（圧力変換手段）７と、流体の流体圧力を、任意の圧力に自在に圧力制御する電空圧力制御弁（圧力制御手段）８と、該電空圧力制御弁８により圧力制御された流体をアクチュエータ７に導入する管路９、アクチュエータ７の両気室５、６、又は、アクチュエータ７を通過した下流側管路のいずれか１つ以上に、流体の制御圧力よりも圧力の低い空間に流体を開放する調整絞り弁（開放手段）１０とを備えている。
また、本実施形態では、調整絞り弁１０は、管路９に設けられているものであり、また、該調整絞り弁１０を通過する流体の流れに、任意に抵抗を付与するものである。
【００１９】
上記ワークテーブル２は、不図示の制御装置と姿勢駆動装置とで加工データに基づき、３次元自在に姿勢制御可能とされており、自由曲面の加工面Ｗ１を有する加工ワークＷを上面２ａに載置固定する。
ポリッシャー軸１１を有する球状のポリッシャー３は、スピンドル軸１２にコレット状のチャック１３で締め付け固定され、スピンドル軸１２はモーター駆動スピンドル１４によって回転可能である。
【００２０】
上記モーター駆動スピンドル１４は、極低摺動抵抗のエア静圧軸受け１５に一体固定され、エア静圧軸受け１５は研磨ヘッドベース１６に固定されたガイドシャフト１７に挿通され案内される。
モーター駆動スピンドル１４は、ピストン軸１８に固定され、ピストン軸１８にはピストン１９が一体に設けてある。ピストン１９は、シリンダーの上記上側気室５と下側気室６とを形成し、上下の圧力を該ピストン１９で受ける。また、ピストン１９とシリンダー２０とは、上記アクチュエータ７を構成し、アクチュエータ７のピストン１９とシリンダー２０とは静圧軸受け構造で摺動抵抗が極小である。
【００２１】
ピストン軸１８の上端は、張力に優れる糸の釣りライン２１に結合され、釣りライン２１は研磨ヘッドベース１６に回転自在に設けられた滑車２２に案内され、作用方向を１８０°折り返され、その他端は錘掛けシャフト２３の上端に結合される。
錘掛けシャフト２３は、研磨ヘッドベース１６に固定された極低摺動抵抗のエア静圧軸受け２４に挿通され、極低摺動抵抗で昇降自在である。錘掛けシャフト２３の下端ねじ部には、バランス錘２５がねじ込み固定される。
【００２２】
シリンダー２０の上側気室５には、エアを導入する押圧ポート２６があり、管路９でエアを開閉制御する押圧エア電磁弁２７に接続される。更に、押圧エア電磁弁２７は、上記電空圧力制御弁８に接続され、さらに元圧力制御弁２８を介してエア源２９に接続されるよう空圧回路が組まれている。電空圧力制御弁８は、不図示の制御装置により制御され、エア圧力を自在に制御可能である。
また、シリンダー２０の下側気室６には、エアを導入する昇降ポート３０があり、管路９でエアを開閉制御する昇降エア電磁弁３１に接続される。更に、この昇降エア電磁弁３１は、元圧力制御弁２８を介しエア源２９に接続される。
また、押圧エア電磁弁２７と押圧ポート２６の管路９の途中には、上記調整絞り弁１０が分岐して設けられている。
【００２３】
このように構成された研磨装置１により、加工ワークＷの加工面Ｗ１を研磨加工する場合について説明する。
まず、ワークテーブル２は、不図示の姿勢駆動装置と制御装置により、加工データに基づき、加工ワークＷがポリッシャー３に常に法線Ｌ方向で当接するよう加工ワークＷの姿勢を保ちながら、且つ、研磨部位を走査するように制御される。
ポリッシャー３のポリッシャー軸１１は、チャック１３によってスピンドル軸１２に締め付け固定され、モーター駆動スピンドル１４によって回転するスピンドル軸１２の運動をポリッシャー３に伝達する。このポリッシャー３の回転と加工ワークＷの姿勢制御動作とにより、相対的に研磨運動となり研磨加工が行われる。この際、モーター駆動スピンドル１４は、エア静圧軸受け１５を介してガイドシャフト１７に沿って案内されるので、極めて軽微な摺動抵抗で昇降する。ピストン１９の押圧は、シリンダー２０の上側気室５に圧力制御されて供給するエアによって発生する。
【００２４】
上側気室５に供給されるエアは、不図示の制御装置で制御される電空圧力制御弁８によって圧力制御される。エア供給の開閉は、押圧エア電磁弁２７によって行われる。ピストン１９の押圧力は、ピストン軸１８、モーター駆動スピンドル１４、スピンドル軸１２、チャック１３、ポリッシャー軸１１を介してポリッシャー３に作用する。
シリンダー２０の下側気室６は、ピストン１９の昇降用であり、ポリッシャー３を加工ワークＷから離して研磨加工を中止する場合にエアを供給する。エア供給の開閉は、昇降エア電磁弁３１によって行われる。これらの空圧制御に供されるエアは、エア源２９から元圧力制御弁２８で使用圧力に圧力制御され二次圧として供給される。
【００２５】
ピストン軸１８に結合された釣りライン２１は、滑車２２に案内され、錘掛けシャフト２３とバランス錘２５とによって張力が掛かっている。錘掛けシャフト２３及びバランス錘２５の自重による張力は、ピストン１９及びピストン軸１８、モーター駆動スピンドル１４、エア静圧軸受け１５、スピンドル軸１２、チャック１３、ポリッシャー軸１１及びポリッシャー３の自重を相殺補償している。
また、錘掛けシャフト２３及びバランス錘２５は、エア静圧軸受け２４により案内されているので、研磨ヘッドベース１６が傾斜しても自重の相殺補償は保たれる。
【００２６】
これにより、ポリッシャー３に掛かる研磨時の押圧力は、シリンダー２０の上側気室５で付与される圧力制御されたエアの圧力による押圧力になり、装置の自重が相殺されているので、微小な押圧力の制御も可能にしている。よって、モーター駆動スピンドル１４で付与されるポリッシャー３の回転と、加工ワークＷの運動と、ピストン１９の押圧力により作用するポリッシャー３の押圧力とで、ポリッシャー３と加工ワークＷとの間に研磨加工に必要な研磨運動と研磨圧力が付与される。
【００２７】
ポリッシャー３と加工ワークＷとの間に研磨砥粒を介在させ研磨加工を行う。調整絞り弁１０は、押圧エア電磁弁２７が開の場合、電空圧力制御弁８からシリンダー２０の上側気室５の間の圧力制御されたエアを、絞りで流量に抵抗を掛けながら大気開放している。よって、電空圧力制御弁８からシリンダー２０の上側気室５のエアは、管路９内を含め、電空圧力制御弁８で制御される圧力を保ちながらも常にエアを消耗し続け、且つ、消耗を補うために電空圧力制御弁８が常に圧力制御されたエアを供給する。このとき、シリンダー２０の上側気室５及び電空圧力制御弁８までの管路９内のエア静圧は、均等になり、常にエア供給状態が連続して保たれる。
【００２８】
上述したように、本実施形態の研磨装置１によれば、電空圧力制御弁８が常に作動状態であり、休止状態が無いので、電空圧力制御弁８のヒステリシスや不感帯に関わらず、シリンダー２０の上側気室５に供給するエア圧力は安定している。また、加工ワークＷの微小なうねりによって起きるメカ的特性によるピストン１９の押圧力の不追従や不感帯も軽減できる。これにより、研磨条件が安定し、研磨過剰が発生せず、均等な形状精度を保つ研磨加工を行うことができる。
【００２９】
次に、本発明に係る研磨装置４０の第２実施形態を、図２を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、開放手段として調整絞り弁１０を採用したのに対し、第２実施形態では、開放手段として開閉チェック弁４１を採用する点である。
【００３０】
即ち、本実施形態の研磨装置４０は、図２に示すように、不図示の制御装置と駆動装置とで加工データに基づき、３次元自在に姿勢制御可能なワークテーブル２に、自由曲面の加工面Ｗ１を有する加工ワークＷを載置固定する。
ポリッシャー軸１１を有する球状のポリッシャー３は、スピンドル軸１２にコレット状のチャック１３で締め付け固定され、スピンドル軸１２はモーター駆動スピンドル１４によって回転可能である。
【００３１】
モーター駆動スピンドル１４は、極低摺動抵抗のエア静圧軸受け１５に一体固定され、エア静圧軸受け１５は研磨ヘッドベース１６に固定されたガイドシャフト１７に挿通され案内される。
モーター駆動スピンドル１４は、ピストン軸１８に固定され、ピストン軸１８にはピストン１９が一体に設けてある。ピストン１９は、シリンダー２０の上側気室５と下側気室６とがあり、上下の圧力を該ピストン１９で受ける。また、ピストン１９とシリンダー２０とは、静圧軸受け構造で摺動抵抗が極小である。
【００３２】
ピストン軸１８の上端は、張力に優れる釣りライン２１に結合され、釣りライン２１は研磨ヘッドベース１６に回転自在に設けられた滑車２２に案内され、作用方向を１８０°折り返され、その他端は錘掛けシャフト２３の上端に結合される。
錘掛けシャフト２３は、研磨ヘッドベース１６に固定された極低摺動抵抗のエア静圧軸受け２４に挿通され、極低摺動抵抗で昇降自在である。錘掛けシャフト２３の下端ねじ部には、バランス錘２５がねじ込み固定される。
【００３３】
シリンダー２０の上側気室５には、エアを導入する押圧ポート２６があり、管路９でエアを開閉制御する押圧エア電磁弁２７に接続される。更に、押圧エア電磁弁２７は、電空圧力制御弁８に接続され、さらに元圧力制御弁２８を介してエア源２９に接続されるよう空圧回路が組まれている。電空圧力制御弁８は、不図示の制御装置により制御され、エア圧力を自在に制御可能である。
また、シリンダー２０の下側昇降ポート３０には、エアを導入する昇降ポート３０があり、管路９でエアを開閉制御する昇降エア電磁弁３１に接続される。更に、昇降エア電磁弁３１は、元圧力制御弁２８を介しエア源２９に接続される。また、押圧エア電磁弁２７と押圧ポート２６の管路９との途中には、上記開閉チェック弁４１が分岐して設けられている。
【００３４】
このように構成された研磨装置４０により、加工ワークＷの加工面Ｗ１を研磨加工する場合について説明する。
まず、ワークテーブル２は、不図示の姿勢駆動装置と制御装置とにより、加工データに基づき、加工ワークＷがポリッシャー３に常に法線Ｌ方向で当接するよう加工ワークＷの姿勢を保ちながら、且つ、研磨部位を走査するように動作する。
ポリッシャー３のポリッシャー軸１１は、チャック１３によってスピンドル軸１２に締め付け固定され、モーター駆動スピンドル１４によって回転するスピンドル軸１２の運動をポリッシャー３に伝達する。このポリッシャー３の回転と加工ワークＷの動作とが相対的に研磨運動となる。モーター駆動スピンドル１４は、エア静圧軸受け１５を介してガイドシャフト１７に沿って案内されるので、極めて軽微な摺動抵抗で昇降する。ピストン１９の押圧は、シリンダー２０の上側気室５に圧力制御されて供給されるエアによって発生する。
【００３５】
上側気室５に供給されるエアは、不図示の制御装置で制御される電空圧力制御弁８によって圧力制御される。エア供給の開閉は、押圧エア電磁弁２７によって行われる。ピストン１９の押圧力は、ピストン軸１８、モーター駆動スピンドル１４、スピンドル軸１２、チャック１３及びポリッシャー軸１１を介してポリッシャー３に作用する。
シリンダー２０の下側気室６は、ピストン１９の昇降用であり、ポリッシャー３を加工ワークＷから離して研磨加工を中止する場合にエアを供給する。エア供給の開閉は、昇降エア電磁弁３１によって行われる。これらの空圧制御に供されるエアは、エア源２９から元圧力制御弁２８で使用圧力に圧力制御され二次圧として供給される。
【００３６】
ピストン軸１８に結合された釣りライン２１は、滑車２２に案内され、錘掛けシャフト２３とバランス錘２５とによって張力が掛かっている。錘掛けシャフト２３及びバランス錘２５の自重による張力は、ピストン１９、ピストン軸１８、モーター駆動スピンドル１４、エア静圧軸受け１５、スピンドル軸１２、チャック１３、ポリッシャー軸１１及びポリッシャー３の自重を相殺保障している。  
【００３７】
また、錘掛けシャフト２３及びバランス錘２５は、エア静圧軸受け２４により案内されているので、研磨ヘッドベース１６が傾斜しても自重の相殺保障は保たれる。これにより、ポリッシャー３に掛かる研磨時の押圧力は、シリンダー２０の上側気室５で付与される圧力制御されたエアの圧力による押圧力になり、装置の自重が相殺されているので微小な押圧力の制御も可能にしている。よって、モーター駆動スピンドル１４で付与されるポリッシャー３の回転と、加工ワークＷの運動と、ピストン１９の押圧力により作用するポリッシャー３の押圧力とで、ポリッシャー３と加工ワークＷとの間に研磨加工に必要な研磨運動と研磨圧力が付与される。ポリッシャー３と加工ワークＷの間に研磨砥粒を介在させ研磨加工を行う。
【００３８】
開閉チェック弁４１は、押圧エア電磁弁２７が開の場合、電空圧力制御弁８からシリンダー２０の上側気室５の間の圧力制御されたエアを、弁の瞬時開閉で断続的に流量に抵抗を掛けながら大気開放している。よって、電空圧力制御弁８からシリンダー２０の上側気室５のエアは、管路９内を含め、電空圧力制御弁８で制御される圧力を保ちながらも瞬時断続的にエアを消耗し、且つ、消耗を補うために電空圧力制御弁８が圧力制御されたエアを供給する。このとき、シリンダー２０の上側気室５及び電空圧力制御弁８までの管路９内のエア静圧は均等になる。ここで行う開閉チェック弁４１の開閉は、瞬時の断続開閉であり、小さなエア脈動をしながら開閉チェック弁４１からの大気開放を行う。
【００３９】
上述したように、本実施形態の研磨装置４０によれば、電空圧力制御弁８が常に作動状態であり、休止状態が無いので、電空圧力制御弁８のヒステリシスや不感帯に関わらずシリンダー２０の上側気室５に供給するエア圧力は安定している。また、加工ワークＷの微小なうねりによって起きるメカ的特性によるピストン１９の押圧力の不追従や不感帯も軽減できる。
特に、開閉チェック弁４１の瞬時開閉で電空圧力制御弁８からシリンダー２０の摺動抵抗や電空圧力制御弁８の感度の悪い領域で、適度に動作を促進するランダムノイズになり、より良好な押圧機能を得る効果がある。これにより、研磨条件が安定し、研磨結果もばらつきが無く、均等な研磨結果が得られる。
従って、部位によるダレや研磨不足、研磨過剰が発生せず、良好な形状精度を保つ研磨加工を行うことができる。こうして、形状精度の確保や形状精度を確保するための研磨条件の制御が容易にできる。なお、上記エア脈動は、微小で瞬時の繰り返しでは研磨に全く影響は無い。
【００４０】
次に、本発明に係る研磨装置５０の第３実施形態を、図３を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、開放手段として電空圧力制御弁８と押圧ポート２６との間の管路９に設けた調整絞り弁１０を採用したのに対し、第３実施形態では、開放手段としてシリンダー２０を通過した下流側管路に設けられた調整絞り弁５１を採用している点である。
【００４１】
即ち、本実施形態の研磨装置５０は、図３に示すように、不図示の制御装置と駆動装置とで加工データに基づき、３次元自在に姿勢制御可能なワークテーブル２に、自由曲面の加工面Ｗ１を有する加工ワークＷを載置固定する。
ポリッシャー軸１１を有する球状のポリッシャー３は、スピンドル軸１２にコレット状のチャック１３で締め付け固定され、スピンドル軸１２はモーター駆動スピンドル１４によって回転可能である。
【００４２】
モーター駆動スピンドル１４は、極低摺動抵抗のエア静圧軸受け１５に一体固定され、エア静圧軸受け１５は研磨ヘッドベース１６に固定されたガイドシャフト１７に挿通され案内される。モーター駆動スピンドル１４は、ピストン軸１８に固定され、ピストン軸１８にはピストン１９が一体に設けてある。ピストン１９は、シリンダー２０の上側気室５と下側気室６とがあり、上下の圧力をピストン１９で受ける。また、ピストン１９とシリンダー２０とは、静圧軸受け構造で摺動抵抗が極小である。
【００４３】
ピストン軸１８の上端は、張力に優れる糸の釣りライン２１に結合され、釣りライン２１は研磨ヘッドベース１６に回転自在に設けられた滑車２２に案内され、作用方向を１８０°折り返され、その他端は錘掛けシャフト２３の上端に結合される。
錘掛けシャフト２３は、研磨ヘッドベース１６に固定された極低摺動抵抗のエア静圧軸受け２４に挿通され、極低摺動抵抗で昇降自在である。錘掛けシャフト２３の下端ねじ部には、バランス錘２５がねじ込み固定される。
【００４４】
シリンダー２０の上側気室５には、エアを導入する押圧ポート２６があり、管路９でエアを開閉制御する押圧エア電磁弁２７に接続される。更に、押圧エア電磁弁２７は、電空圧力制御弁８に接続され、さらに元圧力制御弁２８を介してエア源２９に接続されるよう空圧回路が組まれている。
電空圧力制御弁８は、不図示の制御装置により制御され、エア圧力を自在に制御可能である。シリンダー２０の下側気室６には、エアを導入する昇降ポート３０があり、管路９でエアを開閉制御する昇降エア電磁弁３１に接続される。更に、昇降エア電磁弁３１は、元圧力制御弁２８を介しエア源２９に接続される。
【００４５】
また、シリンダー２０の上側気室５には、上記調整絞り弁５１が設けられている。即ち、流体圧力を押圧力に変換するピストン１９とシリンダー２０とからなるアクチュエータ７の上側気室５の側方には、上側気室５を通過する流体の図示しない下流側管路が設けられて、この下流側管路に調整絞り弁５１が設けられている。
【００４６】
このように構成された研磨装置５０により、加工ワークＷの加工面Ｗ１を研磨加工する場合について説明する。
まず、ワークテーブル２は、不図示の姿勢駆動装置と制御装置とにより、加工データに基づき、加工ワークＷがポリッシャー３に常に法線Ｌ方向で当接するよう加工ワークＷの姿勢を保ちながら、且つ、研磨部位を走査するように動作する。
ポリッシャー３のポリッシャー軸１１は、チャック１３によってスピンドル軸１２に締め付け固定され、モーター駆動スピンドル１４によって回転するスピンドル軸１２の運動をポリッシャー３に伝達する。このポリッシャー３の回転と加工ワークＷの動作とが相対的に研磨運動となる。
【００４７】
モーター駆動スピンドル１４は、エア静圧軸受け１５を介してガイドシャフト１７に沿って案内されるので、極めて軽微な摺動抵抗で昇降する。ピストン１９の押圧は、シリンダー２０の上側気室５に圧力制御されて供給されるエアによって発生する。上側気室５に供給されるエアは、不図示の制御装置で制御される電空圧力制御弁８によって圧力制御される。エア供給の開閉は、押圧エア電磁弁２７によって行われる。ピストン１９の押圧力は、ピストン軸１８、モーター駆動スピンドル１４、スピンドル軸１２、チャック１３及びポリッシャー軸１１を介してポリッシャー３に作用する。
【００４８】
シリンダー２０の下側気室６は、ピストン１９の昇降用であり、ポリッシャー３を加工ワークＷから離して研磨加工を中止する場合にエアを供給する。エア供給の開閉は、昇降エア電磁弁３１によって行われる。これらの空圧制御に供されるエアは、エア源２９から元圧力制御弁２８で使用圧力に圧力制御され二次圧として供給される。
【００４９】
ピストン軸１８に結合された釣りライン２１は、滑車２２に案内され、錘掛けシャフト２３とバランス錘２５とによって張力が掛かっている。錘掛けシャフト２３及びバランス錘２５の自重による張力は、ピストン１９、ピストン軸１８、モーター駆動スピンドル１４、エア静圧軸受け１５、スピンドル軸１２、チャック１３、ポリッシャー軸１１及びポリッシャー３の自重を相殺補償している。
【００５０】
また、錘掛けシャフト２３及びバランス錘２５は、エア静圧軸受け２４により案内されているので、研磨ヘッドベース１６が傾斜しても自重の相殺補償は保たれる。これにより、ポリッシャー３に掛かる研磨時の押圧力は、シリンダー２０上側気室５で付与される圧力制御されたエアの圧力による押圧力になり、装置の自重が相殺されているので、微小な押圧力の制御も可能にしている。
よって、モーター駆動スピンドル１４で付与されるポリッシャー３の回転と、加工ワークＷの運動と、ピストン１９の押圧力により作用するポリッシャー３の押圧力とで、ポリッシャー３と加工ワークＷとの間に研磨加工に必要な研磨運動と研磨圧力とが付与される。ポリッシャー３と加工ワークＷとの間に研磨砥粒を介在させ、研磨加工を行う。
【００５１】
アクチュエータ７におけるシリンダー２０の側方の下流側管路に設けられた調整絞り弁５１は、押圧エア電磁弁２７が開の場合、電空圧力制御弁８からシリンダー２０の上側気室５に圧力制御されて供給されるエアを、絞りで流量に抵抗を掛けながら大気開放している。よって、シリンダー２０の上側気室５のエアは、電空圧力制御弁８で制御される圧力を保ちながらも常にエアを消耗しつづけ、且つ、消耗を補うために電空圧力制御弁８が常に圧力制御されたエアを常に供給する。
【００５２】
上述したように、本実施形態の研磨装置５０によれば、電空圧力制御弁８が常に作動状態であり、休止状態がないので、電空圧力制御弁８のヒステリシスや不感帯に関わらずシリンダー２０の上側気室５に供給するエア圧力は安定している。また、加工ワークＷの微小なうねりによって起きるメカ的特性によるピストン１９の押圧力の不追従や不感帯も軽減できる。
更に、本実施形態では、調整絞り弁５１が、シリンダー２０の上側気室５に直接設けられているので、押圧力に対する応答が良い。これにより、研磨条件が安定し、研磨結果もばらつきが無く、均等な研磨結果が得られる。よって、部位によるダレや研磨不足、研磨過剰が発生せず、良好な形状精度を保つ研磨加工を行うことができる。こうして、形状精度の確保や形状精度を確保するための研磨条件の制御が容易にできる。
【００５３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５４】
例えば、上記各実施形態において、流体の制御圧力よりも圧力の低い空間に流体を開放する開放手段として、調整絞り弁１０、開閉チェック弁４１や調整絞り弁５１を用いたが、それぞれの開口径が異なる複数のオリフィスを同心円状に形成した回転自在な円盤を用い、この円盤の回転中心軸を中心として回転させることで、前記複数のオリフィスから１つを選択し、この選択されたオリフィスを介して前記流体を開放するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る研磨装置の第１実施形態の構成図である。
【図２】本発明に係る研磨装置の第２実施形態の構成図である。
【図３】本発明に係る研磨装置の第３実施形態の構成図である。
【図４】従来の研磨装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
Ｗ    加工ワーク（被加工物）
Ｗ１    加工面
１、４０、５０    研磨装置
２    ワークテーブル
３    ポリッシャー
７    アクチュエータ（圧力変換手段）
８    電空圧力制御弁（圧力制御手段）
９    管路
１０、５１    調整絞り弁（開放手段）
１１    ポリッシャー軸
１２    スピンドル軸
１３    チャック
１４    モーター駆動スピンドル
１５、２４    エア静圧軸受け
１６    研磨ヘッドベース
１７    ガイドシャフト
１８    ピストン軸
１９    ピストン
２０    シリンダー
２１    釣りライン
２２    滑車
２３    錘掛けシャフト
２５    バランス錘
２６    押圧ポート
２７    押圧エア電磁弁
２８    元圧力制御弁  
２９    エア源
３０    昇降ポート
３１    昇降エア電磁弁
４１    開閉チェック弁（開放手段）
【図１】
2006088250.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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