(57)【要約】【課題】導電性砥石を機上放電ツルーイングする方法において、砥石の形状精度の悪化を防止して、非常に精度の高い加工精度を得ることを目的とする。【解決手段】機上に取り付けたバイト７により所定の形状に電極６を創成し、導電性砥石９を回転させながら、電極面をたどるがごとく走査することで所定の形状を砥石面に転写することにより、高精度な断面形状を有する砥石９を製作でき、本砥石９を使って加工することで、高精度な加工面を得ることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性砥石を放電ツルーイングする方法において、加工機に取り付けた電極をバイトにより所定の形状に創成し、前記導電性砥石を回転させながら、所定の形状に創成され、前記加工機に取り付けられた状態の前記電極面に沿って走査することで前記電極面の所定の形状を砥石面に転写することを特徴とする導電性砥石の放電ツルーイング方法。
【請求項２】
少なくとも３軸以上が数値制御可能な加工機を用いることを特徴とする請求項１記載の放電ツルーイング方法。
【請求項３】
電極を形成するバイトが、単結晶又は多結晶のダイヤモンドバイトであり、かつ刃先が円弧形状で、高い輪郭精度を有することを特徴とする請求項１記載の放電ツルーイング方法。
【請求項４】
バイトによる切削形状が円弧、非円弧、Ｖ形、多角形状などとなるように数値制御することを特徴とする請求項１記載の放電ツルーイング方法。
【請求項５】
円筒、非円筒、角形の先端形状を有する前記電極先端部の母線方向と直交する方向に前記電極面に沿って、この電極面をたどるがごとく数値制御しながら導電性砥石を走査させることで、所定の断面形状を有する砥石を成形する請求項１記載の放電ツルーイング方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法により放電ツルーイングした後、導電性砥石を前記電極の軸方向に必要量だけ移動させることにより、新しい電極面により導電性砥石の成形を行う請求項１記載の機上放電ツルーイング方法。
【請求項７】
３軸以上の加工軸を数値制御可能な加工機と、前記加工機に取り付けられた電極と、前記加工機に設けられ、前記電極を切削するためのバイトと、前記バイトにより切削され、所定の形状に創成された前記加工機上の前記電極の切削面に沿って砥石を走査することにより前記砥石を放電ツルーイングするための放電回路を含む電源部とを備えた放電ツルーイング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子等の超精密加工部品を研削加工するための導電性砥石の放電ツルーイングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加工機上で行う機上放電ツルーイングは、特開昭６３−２８３８６１号に記載されたものが良く知られている。図１０に従来の機上放電ツルーイング方法を示す。機上に設けた回転軸２に回転電極６を取り付けてある。電極６の円筒外周部は、機上に設けた工具による加工か、又は機外における加工によりあらかじめ創成してある。
【０００３】
被加工物となる導電性のメタルボンド砥石９を回軸させて、かつ加工液１１を供給しながら電極９に接近させる。図１０では省略されているが、砥石９と電極６の間には放電加工する上で必要となる直流電圧が印荷されており、所定の距離まで近づくと、パルス状に制御された放電電流が流れて加工がすすむ。その結果、砥石９の断面形状は、電極６の断面形状の反転した形が転写されるようになる。
【０００４】
また電極６の消耗に伴い、正確な形状が転写できなくなることについては、粗放電ツルーイングの後、電極６を再生し、仕上げ条件での放電ツルーイングを行うことを提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この機上放電ツルーイング法については、一般の機械部品を加工する上では充分な精度を得ることも可能と思われる。しかしながら上記記載の総形回転電極を用いた機上放電ツルーイング法では、放電加工が始まると同時に電極の消耗がすすむので放電ツルーイング完了時には消耗した電極形状が砥石に転写されることになる。また放電ツルーイングを粗加工と仕上げ加工に分けたとしても、電極を再加工した時に、以前と全く同じ形状で創成される保証がない。
【０００６】
そもそも、電極については機上で創成するとあるが、高精度に電極をつくる方法の記述がない。
【０００７】
一般にレンズやミラー等の光学素子やそれらを成形する金型加工の分野においては、サブミクロンオーダの形状精度が要求されている。
【０００８】
本発明は、このような光学素子等の超精密加工部品を研削加工するための導電性砥石の機上放電ツルーイング方法及び装置において、精度を高めることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の放電ツルーイング方法は、加工機に取り付けた電極をバイトにより所定の形状に創成し、前記導電性砥石を回転させながら、所定の形状に創成され、前記加工機に取り付けられた状態の前記電極面に沿って走査することで前記電極面の所定の形状を砥石面に転写することにより導電性砥石を所定の形状に高精度に加工することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、導電性砥石を放電ツルーイングする方法において、加工機に取り付けた電極をバイトにより所定の形状に創成し、前記導電性砥石を回転させながら、所定の形状に創成され、前記加工機に取り付けられた状態の前記電極面に沿って走査することで前記電極面の所定の形状を砥石面に転写することを特徴とする導電性砥石の放電ツルーイング方法であり、一つの機上で電極形成から放電ツルーイングまで実施することで、取付に伴う誤差等が生じることなく高精度なツルーイングが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、少なくとも３軸以上が数値制御可能な加工機を用いることを特徴とするものであり、数値制御することで位置決めの人為的な誤差がなくなり、数学的に定義される複雑な形状がプログラムにより自動動作できることで高精度なツルーイングが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、電極を形成するバイトが、単結晶又は多結晶のダイヤモンドバイトであり、かつ刃先が円弧形状で、高い輪郭精度を有することを特徴とするものであり、バイトの輪郭精度と同等の精度で電極の輪郭形状を成形できる作用を有する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、バイトによる切削形状が円弧、非円弧、Ｖ形、多角形状などとなるように数値制御することを特徴とするものであり、複雑な断面形状を有する電極も成生することが可能となる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の発明において、円筒、非円筒、角形の先端形状を有する前記電極先端部の母線方向と直交する方向に前記電極面に沿って、この電極面をたどるがごとく数値制御しながら導電性砥石を走査させることで、所定の断面形状を有する砥石を成形するものであり、導電性砥石と電極は主に１点でのみ放電加工される故に、電極が１度で全て形くずれすることなく効率良く使用できる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の発明において、放電ツルーイングした後、導電性砥石を前記電極の軸方向に必要量だけ移動させることにより、新しい電極面により導電性砥石の成形を行うものであり、放電ツルーイングしている場所の電極が消耗して形くずれしても、場所を移動することで、同一の断面形状を有する電極により引きつづき放電ツルーイングが可能となり、高精度な形状を有する砥石を成形できるという作用を有する。
【００１６】
請求項７記載の発明は、３軸以上の加工軸を数値制御可能な加工機と、前記加工機に取り付けられた電極と、前記加工機に設けられ、前記電極を切削するためのバイトと、前記バイトにより切削され、所定の形状に創成された前記加工機上の前記電極の切削面に沿って砥石を走査することにより前記砥石を放電ツルーイングするための放電回路を含む電源部とを備えた放電ツルーイング装置であり、高精度な電極形成から機上放電ツルーイングまでが行えることにより高精度な加工が実現できる。
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について図１から図９を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明の工程を示したものである。
【００１９】
図１（ａ）に示す第１の段階では、加工機上に設けたダイヤモンドバイト７で電極６を加工する。図には示してないが、任意のプログラムにより数値制御される。
【００２０】
図１（ｂ）に示す第２の段階では、同様に機上に設けた研削スピンドルに取付けられ、回転している導電性砥石９と、図１（ａ）に示す第１の段階と同じ位置に取付けられた電極６とを接近させて、所定のプログラムにより電極６の表面に沿ってその表面をたどるがごとく砥石９を走査して放電回路２０を用い砥石９の断面形状が所定の形状となるように放電回路２０により放電加工される。
【００２１】
図１（ｃ）に示す第３の段階では、所定の形状に成形された砥石９を用いて被加工物１５を研削加工する。研削加工後、砥石断面形状に形くずれが生じたら、再度第２段階に戻れば良い。同様に、電極６に形くずれが生じれば、第１の段階にまで戻る。いずれの工程においても電極６の取り付け位置を変えることなく同一の加工機上でなし得るので、元の座標値に戻すことでどの段階へも自在に移動できることが特徴である。
【００２２】
図２は、図１に示した本発明の工程を実現する加工機としての放電ツルーイング装置を示す。Ｘテーブルに、Ｘテーブル上に設けたＹテーブル１３、Ｚテーブル１４の３軸を有し、図示していない数値制御装置によりナノメーターオーダの精度で駆動することが可能となっている。Ｙテーブル１３の上には、電極６を加工するためのダイヤモンドバイト７と、研削スピンドル１１及びその先端に導電性砥石９を設けている。Ｚテーブル１４の上には、電極６と被加工物１５が設置してある。放電ツルーイングするための図１（ａ）に示す放電回路２０、放電液を供給ノズル等は省略してある。
【００２３】
図３と図４は、本発明の第１段階であるダイヤモンドバイト７による電極６の形成加工例である。
【００２４】
図３は、図２に示した放電ツルーイング装置を使って電極６を、ダイヤモンドバイト７をＸ軸方向に送ることにより加工する例を示す。説明するまでもないが、電極６の加工面は完全に加工機のＸ軸と平行になる。
【００２５】
図４は、図２に示した放電ツルーイング装置でのＹ−Ｚ断面における電極形成の様子を示す図である。本図の例では、ダイヤモンドバイト７をＸ軸方向に動かして加工する毎にＹ軸を使ってピッチ送りすることで、電極断面形状が所定の形状となるようにＮＣプログラムにより制御装置を介して加工すれば良い。本実施形態では電極の先端形状を加工が容易な円筒面状に形成する例を示したが、数学的に定義された非円弧形状、Ｖ形形状などであっても良いことは言うまでもない。同様に凸形状、凹形状の電極を製作しても良い。
【００２６】
本発明の第１の段階の電極形成の工程で重要な点は、次の面である。すなわち、電極形成時、放電ツルーイング時、いずれの場合にも電極が同じ位置に取り付けられているため、加工に伴う誤差が無いと仮定すれば、ダイヤモンドバイトの持つ形状誤差が、そのまま電極面の形状誤差になることである。例えば高精度な単結晶ダイヤモンドバイトであれば、先端ノーズ半径の輪郭度５０ｎｍ以下のバイトが市販されている。そのようなダイヤモンドバイトをもって電極加工すれば、成形された電極面の形状精度も５０ｎｍ以下になっていることにある。
【００２７】
図５、図６、図７は、本発明の第２の段階である導電性砥石９の放電ツルーイング工程を示す。
【００２８】
図５は、高精度に加工された電極６に対し、導電性砥石９を所定の回転数で回した状態で接近させる状態を示す図である。砥石９と電極６との間は放電回路２０により結ばれている。また図示しない放電液も供給する。砥石９が電極６の表面をたどるがごとく走査するようにＮＣプログラムに基づいてテーブルを駆動する。必要に応じて、同図のＺ方向に切込んで放電加工する。
【００２９】
図６は、高精度に放電ツルーイングする方法を示している。１ヶ所でＸ軸方向の位置を固定し、Ｙ軸とＺ軸方向に矢印２２に沿って駆動して放電ツルーイングすると、図６中６ａの様な放電痕が電極６の面に生じる。この放電痕６ａが大きくなるとツルーイングした砥石９の断面形状精度が悪化する。その場合、Ｘ軸に平行な矢印２１方向に一定距離ずらして同じＮＣプログラムで放電ツルーイングする。矢印２１方向にずらした電極面形状は、元の位置での加工初期の電極面形状と全く同一であり、高精度に作業を継続することができる。またこのように位置をＸ方向に変えることで、第一段階で製作した電極６を有効に利用できることは言うまでもない。
【００３０】
図７は、各種の断面形状に導電性砥石９をツルーイングできる例を示している。砥石形状は円弧、数学的に定義された非円弧、Ｖ形状、凸形、凹形であっても良いことは言うまでもない。この砥石成形段階で、加工したい形状を反転した総形砥石も容易に製作できる。
【００３１】
本発明の第２段階である放電ツルーイング工程で重要な点は、次のことである。すなわち、放電加工時の誤差や加工機を駆動することによる誤差が無いと仮定すれば、電極形状の持つ形状誤差がそのまま砥石断面の形状誤差になることである。例えば、電極面の形状誤差が５０ｎｍであれば、砥石断面形状の誤差も同様となることにある。
【００３２】
図８と図９は、本発明の第３の段階である研削工程の一例を示す。
【００３３】
図８は、被加工物１５を所定の研削条件で加工する様子を示す。Ｘ軸方向にトラバース研削し、Ｙ方向にピッチ送りして所定の形状となるように加工する。
【００３４】
図９は、断面形状が数学的に定義された非円弧面を図８のようにＸ軸方向にトラバースして研削する一例である。例えば光学部品の一種である非円弧シリンドリカルレンズ金型がその例にあたる。加工始点から砥石９を９ａ、９ｂ、９ｃで示すそれぞれの位置に順次ピッチ送りすることで、所定の形状精度を得ることができる。ＮＣプログラムにより数値制御することは言うまでも無い。
【００３５】
本発明の第３段階である研削工程で重要な点は、次のことである。すなわち、加工機を駆動することによる誤差が無いとすれば、砥石形状の持つ誤差がそのまま被加工物の断面形状の誤差になることである。例えば、砥石断面形状の誤差が５０ｎｍであれば、被加工物の形状誤差も同様となることにある。
【００３６】
また図９に示す本実施の形態では、円弧状の断面をした砥石９をＹ軸方向にピッチ送りすることで、非円弧断面を加工する例を示したが、加工したい形状を反転した総形砥石を本実施形態における放電ツルーイングにより製作して、図８に示すＸ軸方向に沿った送り方法により所定の形状を得ても良いことは、言うまでも無い。
【００３７】
【発明の効果】
以上の様に本発明は、加工機上に取り付けたバイトによりこの加工機上で所定の形状に電極を創成し、導電性砥石を回転させながら、この加工機上に取り付けられた状態を維持した電極面をたどるがごとく走査することで所定の形状を砥石面に転写することにより、非常に高精度な形状精度を得ることができる優れた機上放電ツルーイング方法及び装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態の放電ツルーイング方法の第１段階の工程を示す図
（ｂ）本実施形態における第２段階の工程を示す図
（ｃ）本実施形態における第３段階の工程を示す図
【図２】本発明の一実施の形態における放電ツルーイング装置を示す斜視図
【図３】放電ツルーイング装置上での電極加工を示す図
【図４】図３に示す電極加工におけるバイトの動作を説明する図
【図５】放電ツルーイングにおける砥石の位置を示す図
【図６】放電ツルーイングにおける電極使用位置の移動を示す図
【図７】（ａ）電極により凸円弧状に放電ツルーイングされた砥石を示す図
（ｂ）電極により凹円弧状に放電ツルーイングされた砥石を示す図
（ｃ）電極により非円弧状に放電ツルーイングされた砥石を示す図
（ｄ）電極によりＶ形状に放電ツルーイングされた砥石を示す図
【図８】砥石による被加工物の研削状態を示す図
【図９】砥石による被加工物における非円弧面の加工を示す図
【図１０】従来の放電ツルーイング方法を示す図
【符号の説明】
６　　電極
７　　ダイヤモンドバイト
９　　導電性砥石
１２　Ｘテーブル
１３　Ｙテーブル
１５　被加工物
２０　放電回路
【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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【図１０】
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