(57)【要約】【課題】  球状の工具を正確、且つ、高精度に保持することができると共に高精度に能率よく位置決めすること。【解決手段】  被加工物２に凹球面を加工する球状の工具３と、該球状工具３を転動自在に保持する凹状の保持部を一端に有すると共に球状の工具３を超音波振動させるホーン５と、球状の工具３に対向する位置に被加工物２を固定する載置台と、球状の工具３と被加工物２とを所定の圧力で当接させる加圧手段と、載置台と球状工具３との相対的な変位量を測定する測定手段と、砥粒が分散した加工液を、被加工物２と球状の工具３との界面に対して供給する加工液供給手段とを備え、ホーン５は、その外形が球状の工具３に向かって暫時細くなるテーパ状に形成され、保持部４は、円筒状又は円錐状に凹んで形成されて内部に球状の工具３を保持すると共に、球状の工具３を位置決めさせるガイド穴１６が内部に設けられている超音波加工装置を提供する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に凹球面を加工する球状の工具と、
該球状の工具を転動自在に保持する凹状の保持部を一端に有すると共に、該保持部内に保持された球状の工具を超音波振動させるホーンと、
該ホーンに保持された前記球状の工具に対向する位置に前記被加工物を固定する載置台と、
前記球状の工具と前記被加工物とを所定の圧力で当接させる加圧手段と、
該加圧手段による当接状態から、載置台と球状の工具との相対的な変位量を測定する測定手段と、
砥粒が分散した加工液を、前記被加工物と前記球状の工具との界面に対して供給する加工液供給手段とを備え、
前記ホーンは、その外形が前記球状の工具に向かって暫時細くなるテーパ状に形成され、
前記保持部は、円筒状又は円錐状に凹んで形成されて内部に前記球状の工具を保持すると共に、該球状の工具を保持したときに球状の工具を位置決めさせるガイド穴が内部に設けられていることを特徴とする超音波加工装置。  
【請求項２】
請求項１記載の超音波加工装置において、
前記ホーンは、その先端周縁部が前記球状の工具の半球以上を覆うように形成されていることを特徴とする超音波加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ等の光学素子に対し、微小な凹球面を所望の深さに精度良く創成加工
する超音波加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レンズ等の光学素子の被加工物に対して微小な凹球面の創成加工を行う装置は、様々なものが知られている。例えば、超音波を利用して創成加工を行う超音波加工装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
この種の超音波加工装置は、レンズ等の被加工物に凹球面を創成加工する球状の工具と、該球状の工具を転動自在に保持する凹み状の保持部を一端に有すると共に、該保持部内に保持された工具を超音波発信器からの超音波によって超音波振動させるホーンとを備えている。
ここで、図７及び図８に上記ホーン及び保持部の一例を示す。
図７に示すように、ホーン２０の先端部には、凹型の球Ｒ形状に形成された保持部２１が設けられており、該保持部２１に球状の工具２２が保持されている。また、球状の工具２２は、レンズ２３に隣接するように配されている。
また、図８に示すように、円錐形状に形成された保持部２１も知られている。
【０００３】
このように構成された超音波加工装置により、レンズ２３の表面に凹球面を加工する場合には、球状の工具２２を転動させた状態で、超音波発信器によりホーン２０を超音波振動させながら、球状の工具２２とレンズ２３とを当接させる。また、この際、当接部に加工液の供給を行う。これにより、レンズ２３の表面に凹球面を加工することができる。
【特許文献１】特開平１１−３３３７０２号公報
【特許文献２】特開２００１−１３８１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の方式では、ホーン２０と球状の工具２２との心ずれが発生し易く、球状の工具２２を保持部２１に装着したときの心出しの再現性が得られないものであった。また、超音波による加工を行った場合に、ホーン２０と球状の工具２２との同軸度が変化してしまうという問題がある。
つまり、図７及び図８に示すように、レンズ２３と球状の工具２２及びホーン２０とは、軸心に対して同軸であることが重要である。ところが、加工により、レンズ２３に凹球面が形成される際、保持部２１も同様に、球面の工具２２との接触面が凹球面状に加工されてしまう。これにより、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、保持部２１と球状の工具２２の軸心のずれが生じてしまう。即ち、球状の工具２２が転動自在に動くということは、言い換えると正確に保持されていないことになるので、上述したずれが生じてしまう。
【０００５】
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、球状の工具を正確、且つ、高精度に保持することができると共に高精度に能率よく位置決めすることができる超音波加工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】
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、被加工物に凹球面を加工する球状の工具と、該球状の工具を転動自在に保持する凹状の保持部を一端に有すると共に、該保持部内に保持された球状の工具を超音波振動させるホーンと、該ホーンに保持された前記球状の工具に対向する位置に前記被加工物を固定する載置台と、前記球状の工具と前記被加工物とを所定の圧力で当接させる加圧手段と、該加圧手段による当接状態から、載置台と球状の工具との相対的な変位量を測定する測定手段と、砥粒が分散した加工液を、前記被加工物と前記球状の工具との界面に対して供給する加工液供給手段とを備え、前記ホーンは、その外形が前記球状の工具に向かって暫時細くなるテーパ状に形成され、前記保持部は、円筒状又は円錐状に凹んで形成されて内部に前記球状の工具を保持すると共に、該球状の工具を保持したときに球状の工具を位置決めさせるガイド穴が内部に設けられている超音波加工装置を提供する。
【０００７】
この発明に係る超音波加工装置においては、ホーンに転動自在に保持されている球状の工具と、載置台に固定されている被加工物とを加圧手段により所定の圧力（所定の荷重を作用させて）で当接させた状態で、球状の工具を転動させると共にホーンを超音波振動させる。この超音波振動は、ホーンを介して球状の工具に伝達する。球状の工具は、超音波振動しながら転動することで、球状の工具の偏摩擦を抑えた状態で被加工物に凹球面を加工（創成）することができる。そして、測定手段により、載置台と球状の工具との相対的な変位量を測定し、測定した変位量が所定の値に達するまで加工を行う。これにより、所望の深さの凹球面を加工することができる。
このように、球状の工具の偏摩擦を抑えた状態で加工を行えるので、形状精度が良く、安定した曲率の凹球面を加工することができる。特に、凹球面の加工中は、加工液供給手段により、被加工物と球状の工具との界面に加工液を供給するので、保持部内において球状の工具を良好に転動させることができる。
また、ホーンは、その外形が球状の工具に向かって暫時細くなる（先細り状）テーパ状に形成されているので、超音波振動を増幅した状態で球状の工具に伝達する。これにより、球状の工具は、効率の良い超音波振動を行うことができ、高精度に凹球面の加工を行える。
【０００８】
更に、保持部は、円筒状又は円錐状に凹んで形成されていると共に、内部に球状の工具を位置決めさせるガイド穴が設けられているので、球状の工具を容易、かつ、正確に保持することができ、ホーンの軸心と球状の工具の軸心とを一致させることができる。つまり、保持部には、ガイド穴が形成されているので、球状の工具は常にこのガイド穴に案内されて同一位置、即ち、ホーンの軸心と球状の工具の軸心とが一致する位置関係が維持される。このように、転動自在の球状の工具を正確に保持できるので、従来のような軸心のずれがなくなり、高精度に凹球面の加工を行うことができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の超音波加工装置において、前記ホーンは、その先端周縁部が前記球状の工具の半球以上を覆うように形成されている超音波加工装置を提供する。
【００１０】
この発明に係る超音波加工装置においては、ホーンの先端周縁部が、球状の工具の半球以上を覆っているので、球状の工具はより安定した状態で転動すると共に、軸心がずれ難い。従って、より高精度に凹球面の加工を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る超音波加工装置によれば、簡単な構造の装置と、高精度にも係わらず比較的安価で容易に入手できる工具とにより、微小な凹球面及びその深さを高精度に創成することができる。
更に、保持部は、円筒状又は円錐状に凹んで形成されていると共に、内部に球状の工具を位置決めさせるガイド穴が設けられているので、球状の工具を容易、かつ、正確に保持することができ、ホーンの軸心と球状の工具の軸心とを一致させることができる。よって、従来のような軸心のずれがなくなり、高精度に凹球面の加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る超音波加工装置の第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態の超音波加工装置１は、図１から図３に示すように、レンズ（被加工物）２の上面２ａに凹球面２ｂを加工する球状の工具３と、該球状の工具３を転動自在に保持する凹状の保持部４を先端（一端）に有すると共に、該保持部４内に保持された球状の工具３を超音波振動させるホーン５と、該ホーン５に保持された球状の工具３に対向する位置にレンズ２を固定する載置台６と、球状の工具３とレンズ２とを所定の圧力で当接させるシリンダ（加圧手段）７と、該シリンダ７による当接状態から載置台６と球状の工具３との相対的な変位量を測定するマイクロメータ８（測定手段）と、砥粒Ａが分散した加工液Ｂを、レンズ２と球状の工具３との界面に対して供給するディスペンサ（加工液供給手段）９とを備えている。
【００１３】
また、本実施形態の超音波加工装置１は、図１に示すように、加工を行う側の加工軸部１０が上方に配置されていると共に、加工が施される側のワーク軸部１１が下方に配置されている。
上記加工軸部１０は、図示しない架台の上部に取りつけたガイド１２に沿って上下方向に移動可能となっていると共に、この移動が定位置で固定されるようになっている。また、加工軸部１０は、コントローラ１３によって出力が制御された超音波発信器１４と、該超音波発信器１４の下端部に一体的に設けられた軸体１５と、該軸体１５の下端部に固定された上記ホーン５とを備えており、該ホーン５の下端部には上記球状の工具３が取り付けられている。
【００１４】
上記ワーク軸部１１は、上記載置台６と、該載置台６を支持する上記シリンダ７とを有している。このシリンダ７は、球状の工具３とレンズ２とが当接した状態で載置台６を上方に押圧して、球状の工具３の方向へ荷重をかける加圧手段として作用するものである。これにより、球状の工具３とレンズ２とが、所定の圧力で当接される。
また、載置台６の上面６ａには、上記マイクロメータ８が当接しており、レンズ２への球面加工に伴う載置台６の上下方向の変位量を測定するようになっている。このマイクロメータ８は、レンズ２への凹球面２ｂの加工（創成）に伴って、載置台６が変位する変位量を測定する測定手段となっている。なお、載置台６の変位量を測定するのに替えて、載置台６側を定位置に固定し、球状の工具３の上下方向の変位量を測定しても良い。つまり、載置台６とレンズ２との相対的変位量を測定できれば構わない。
また、球状の工具３とレンズ２との当接部に、砥粒Ａとしてのダイヤモンドパウダーを水に分散させた加工液Ｂを滴下して供給する上記ディスペンサ９が設けられている。このディスペンサ９は、加工液Ｂを供給する加工液供給手段として作用する。
【００１５】
上記ホーン５は、その外形が球状の工具３に向かって暫時細くなる（先細り）テーパ状に形成されている。
ここで、ホーン５における球状の工具３の取り付け部分を図３に示す。図３に示すように、ホーン５の下端部には、円筒状に凹んで形成された上記保持部４が形成され、該保持部４内に球状の工具３が挿入されることにより、球状の工具３は転動自在な状態で保持されるようになっている。また、保持部４の内径は、球状の工具３を嵌合可能な大きさに設定されている。
更に、保持部４の内部には、球状の工具３を保持したときに該球状の工具３を位置決めさせるように保持部４の内径よりも小径な、断面が円形のガイド穴１６が設けられている。このガイド穴１６の軸心は、ホーン５の軸心Ｃに沿うように（同軸に）形成されている。また、球状の工具３は、保持部４内に保持されたときに、ガイド穴１６によって案内され、即ち、ガイド穴１６の端部の周縁によって案内され、ホーン５の軸心Ｃと球状の工具３の軸心とが一致する位置に位置決めされるようになっている。
また、ホーン５は、球状の工具３を保持したときに、その先端周辺部が球状の工具３の半球以上を覆うように形成されている。即ち、球状の工具３の半球以上は、保持部４に保持されるようになっている。
【００１６】
このように構成された超音波加工装置１を動作させ、レンズ２の上面２ａに凹球面２ｂを加工（創成）する場合について説明する。
まず、加工軸部１０のホーン５の下端に球状の工具３を保持させる。即ち、図３に示すように、球状の工具３をホーン５の下端の保持部４内に挿入して、転動自在に保持させる。この際、球状の工具４は、ガイド穴１６によって案内され、該球状の工具４の軸心がホーン５の軸心Ｃと一致するように位置決めされていると共に、半球以上が保持されている。つまり、球状の工具３は、半球以下がホーンの下端から突出するようになっている。
そして、球状の工具３を保持した状態で、図１に示すように、ガイド１２によって超音波発信器１４、軸体１５及びホーン５を下降させ、球状の工具３と載置台６に固定されたレンズ２の上面２ａとを当接させ、この状態で加工軸部１０を固定する。
【００１７】
当接した後、シリンダ７によって載置台６を上方に向けて（球状の工具３側）に押圧して荷重を作用させ、球状の工具３とレンズ２とを所定の圧力で当接させる。なお、マイクロメータ８は、この当接状態を基準として変位を測定する。そして、図２に示すように、球状の工具３とレンズ２との当接部位に対して、ディスペンサ９により加工液Ｂを滴下する。
この状態で、超音波発信器１４からコントローラ１３によって、超音波出力を与えて加工が行われる。この超音波振動は、軸体１５及びホーン５を介して球状の工具３に伝達する。これにより、球状の工具３は、微視的にホーン５やレンズ２と離脱する瞬間を有しながら転動する。このように、球状の工具３が超音波振動しながら転動するので、球状の工具３の偏摩擦を抑えた状態で、図２に示すように、レンズ２の上面２ａに凹球面２ｂを加工することができる。
特に、加工中において、球状の工具３は、ホーン５に転動自在に保持されていると共に、水を媒体とした加工液Ｂが用いられているため、保持部４内で良好に転動することができる。また、ホーン５は、球状の工具３に向かって暫時細くなるテーパ状に形成されているので、超音波振動を増幅させた状態で球状の工具３に伝達することができる。従って、球状の工具３は、効率の良い超音波振動を行うことができ、高精度に凹球面２ｂの加工を行うことができる。
【００１８】
上述した加工が進行してレンズ２に凹球面２ｂが加工（創成）されるに従い、シリンダ７により所定の荷重を負荷されている載置台６が上方に変位する。この変位量は、マイクロメータ８により読み取ることができる。かかる変位量は、レンズ２に創成される凹球面２ｂの深さと、砥粒Ａの径の和に準じるので、目的の深さがマイクロメータ８で読み取れた時点で、超音波発振を停止して加工を終了する。これにより、所望の深さの凹球面２ｂを加工することができる。
【００１９】
特に、上述した加工の際、保持部４には、ガイド穴１６が形成されているので、球状の工具３は常にこのガイド穴１６に案内されて同一位置、即ち、ホーン５の軸心Ｃと球状の工具３の軸心とが一致する位置関係が維持される。つまり、転動自在の球状の工具３を正確に保持できるので、従来のようにホーン５の軸心Ｃと球状の工具３の軸心とがずれることはない。よって、高精度に凹球面２ｂの加工を行うことができる。
更に、加工の際、保持部４は、球状の工具３との接触面が、例えば、凹球面状に加工されてしまうが、本実施形態においては、ガイド穴１６が設けられているので、図４に示すように、保持部４内に加工による形状変化１６ａが生じたとしても、球状の工具３はガイド穴１６に案内されて倣うので、ホーン５の軸心Ｃと球状の工具３の軸心とがずれることはない。（ホーン５の軸心Ｃと形状変化１６ａの軸心とが常に同軸状態である）
また、球状の工具３は、半球以上がホーン５の先端周縁部に覆われているので、がたつくことなく安定して転動すると共に、より軸心がずれ難い。このことからも高精度な凹球面２ｂの加工を行うことができる。
また、次のレンズ２を加工する場合も、球状の工具３はガイド穴１６を有する円筒状の保持部４に保持されているため、球状の工具４の軸心とホーン５の軸心Ｃとがずれることはない。
【００２０】
上述したように、本実施形態の超音波加工装置１によれば、簡単な構造の装置と、高精度にも係わらず比較的安価で容易に入手できる工具とにより、微小な凹球面２ｂ及びその深さを高精度に創成することができる。
また、球状の工具３の軸心とホーン５の軸心Ｃとが常に一定であるので、レンズ２の外形及び凹球面２ｂの同軸度を高精度に創成することができる。
【００２１】
次に、本発明に係る超音波加工装置の第２実施形態を、図５及び図６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、保持部４が円筒状に凹んで形成されていたのに対し、第２実施形態の保持部４は、図５及び図６に示すように、円錐状に凹んで形成されている点である。なお、本実施形態においては、球状の工具３は、半球以上がホーン５から突出するようになっている。  
本実施形態も、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、第１実施形態と同様に、球状の工具３の半球以上を覆うように、ホーン５の先端周縁部を形成しても構わない。  
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る超音波加工装置の第１実施形態の概略構成図である。
【図２】図１に示す超音波加工装置における球状の工具とレンズとの当接部分の拡大図である。
【図３】図１に示す超音波加工装置のホーン先端の拡大断面図であって、保持部及びガイド穴の構成を示す図である。
【図４】図３に示す保持部と球状の工具との接触面に生じた加工による形状変化を示す図である。
【図５】本発明に係る超音波加工装置の第２実施形態のホーン先端の拡大断面図であって、保持部及びガイド穴の構成を示す図である。
【図６】図５に示す保持部と球状の工具との接触面に生じた加工による形状変化を示す図である。
【図７】従来の超音波加工装置のホーン先端の保持部を示す一例である。
【図８】従来の超音波加工装置のホーン先端の保持部を示す他の一例である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｂ    加工液
１    超音波加工装置
２    レンズ（被加工物）
２ｂ    凹球面
３    球状の工具
４    保持部
５    ホーン
６    載置台
７    シリンダ（加圧手段）
８    マイクロメータ（測定手段）
９    ディスペンサ（加工液供給手段）
１６    ガイド穴
【図１】
2005329505.tif 000003
【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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