(57)【要約】【課題】砥石の周縁部を用いた研削加工において、砥石の偏磨耗を抑制することにより高い研削精度を得る。【解決手段】回転する研削砥石２の周縁部２ａを用い、回転する金型１の回転中心を横断する母線上に研削砥石２の周縁部２ａを接触させ、金型１に軸対称の曲面を加工する研削加工方法に関するもので、研削砥石２の周縁部２ａと金型１との接触点の軌跡が、金型１の回転中心からその外周部に向けての動作と、金型１の外周部からその回転中心に向けての動作とによって形成される。そして、これら動作回数の和が、加工に必要な動作回数内に含まれるようにした。【選択図】図１
2007283433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する砥石の周縁部を用い、回転する被加工物の回転中心を横断する母線上に前記砥石の周縁部を接触させ、前記被加工物に軸対称の曲面を加工する研削加工方法において、
前記砥石の周縁部と前記被加工物との接触点の軌跡が、前記被加工物の回転中心からその外周部に向けての動作と、前記被加工物の外周部からその回転中心に向けての動作と、によって形成され、これら動作回数の和が、加工に必要な動作回数内に含まれるようにした、
ことを特徴とする研削加工方法。
【請求項２】
前記砥石の周縁部と前記被加工物の接触点の軌跡が、前記被加工物の回転中心からその外周部に向けての動作と、前記被加工物の外周部からその回転中心に向けての動作と、を交互に行うことで形成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の研削加工方法。
【請求項３】
前記砥石の周縁部と前記被加工物の接触点の軌跡が、前記被加工物の回転中心からその外周部に向けての動作と、前記被加工物の外周部からその回転中心に向けての動作と、によって形成され、これら動作回数を予め設定し、該設定された動作回数を順次行うようにした、
ことを特徴とする請求項1に記載の研削加工方法。
【請求項４】
加工最後の前記接触点の軌跡の向きが、各加工毎に同じ向きとなるようにした、
ことを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載の研削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の光学機能面又は光学素子を成形するための成形用金型の光学機能面を研削加工するための技術に関し、特に回転軸対称形状の研削加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種、光学素子の光学機能面又は光学素子を成形するための成形用金型の光学機能面を研削加工する技術として、例えば特許文献１に記載の技術が公知である。
この特許文献１の研削加工方法では、図７に示すように、被加工物となる金型５１は、中心軸Ｏを回転軸として低速で回転駆動され、この回転する金型５１の表面に研削砥石５５を高速回転しながら移動させている。この場合、研削砥石５５を、低速回転する金型５１の表面５１Ａに接触させつつ、中心軸Ｏから外側に向けて所定の軌跡を描くように移動させている。
【０００３】
この研削砥石５５の動作は、中心軸Ｏから外側に向けて、または外側から中心軸Ｏに向けての移動となる。また、研削砥石５５の形状としては、円筒形状以外にも、例えば円盤形状の砥石であってもよい。
【特許文献１】特開平８−３３７４２９号公報（第６−７頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の研削加工方法では、研削砥石５５の移動軌跡は、被加工物としての金型５１の中心軸Ｏから外側に向けて、又は外側から中心軸Ｏに向けてのものとなっているが、研削加工を行うことによって研削砥石５５の周縁部には摩耗が生じる。
【０００５】
ところで、砥石の正確な移動軌跡によって被加工物に高精度な軸対称曲面を形成する加工においては、加工設備の動作精度は非常に高いものであり、数ｎｍからサブミクロンの動作精度を備えた加工設備で研削加工を行うのが一般的である。よって、加工時に見られる形状誤差においては、砥石の摩耗は非常に大きな要因となっている。
【０００６】
一方、特許文献１のような砥石周縁部による研削加工では、砥石の被加工物上の軌跡の向きによって摩耗の形態が異なってくる。例えば、図８（ａ）（ｂ）は、研削加工において、被加工物の中心軸から外周に向けての動作を繰り返して加工を行った場合の砥石摩耗の例を示している。
【０００７】
また、図９（ａ）（ｂ）は、研削加工において外周から被加工物の中心軸に向けての動作を繰り返して加工を行った場合の砥石摩耗の例を示している。
これら図８及び図９で明らかなように、研削砥石５５の砥石周縁部は、加工動作方向の側の摩耗が大きくなっている。このため、加工動作の向きに関わらず、その方向が一定であれば砥石周縁部の偏摩耗が起こってしまうことになる。
【０００８】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、砥石の周縁部を用いた研削加工において、加工精度に影響を与える砥石の偏磨耗を抑制することにより高い研削精度を得ることができる研削加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
回転する砥石の周縁部を用い、回転する被加工物の回転中心を横断する母線上に前記砥石の周縁部を接触させ、前記被加工物に軸対称の曲面を加工する研削加工方法において、
前記砥石の周縁部と前記被加工物との接触点の軌跡が、前記被加工物の回転中心からその外周部に向けての動作と、前記被加工物の外周部からその回転中心に向けての動作と、によって形成され、これら動作回数の和が、加工に必要な動作回数内に含まれるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項1に記載の研削加工方法において、
前記砥石の周縁部と前記被加工物の接触点の軌跡が、前記被加工物の回転中心からその外周部に向けての動作と、前記被加工物の外周部からその回転中心に向けての動作と、を交互に行うことで形成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項1に記載の研削加工方法において、
前記砥石の周縁部と前記被加工物の接触点の軌跡が、前記被加工物の回転中心からその外周部に向けての動作と、前記被加工物の外周部からその回転中心に向けての動作と、によって形成され、これら動作回数を予め設定し、該設定された動作回数を順次行うようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項1〜３のいずれかに記載の研削加工方法において、
加工最後の前記接触点の軌跡の向きが、各加工毎に同じ向きとなるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、砥石の周縁部と被加工物との接触点の軌跡が、被加工物の回転中心から外周部に向けての動作と、被加工物の外周部から回転中心に向けての動作とによって形成されるようにしたことで、研削砥石の偏磨耗を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図1及び図2は、第１の実施の形態の超精密加工機１０による研削加工方法を示す図である。超精密加工機１０は、Ｘ軸、Ｚ軸、Ｂ軸の3軸を高精度に制御動作可能であり、回転する研削砥石２によって、被加工物としての金型１に凸非球面形状を創成することができる。
【００１５】
この金型１は、20〜1500ｒｐｍの回転数で回転可能な不図示のスピンドル先端に固定されている。この不図示のスピンドルの回転軸と、金型１の中心軸（回転中心）Ｏとは略一致している。また、超精密加工機１０は、その中心軸Ｏの方向をＺ軸方向として制御動作可能としている。
【００１６】
また、研削砥石２は円柱形状をなしていて、この研削砥石２は、5000〜100000ｒｐｍの回転数で回転可能な不図示のスピンドル先端に固定されている。この不図示のスピンドルの回転軸と、研削砥石２の中心軸Ｍとは略一致している。また、超精密加工機１０は、砥石周縁の最も金型１に近い側の位置が旋回軸Ｂの旋回中心ＢＯと略一致するように段取りされている。
【００１７】
本実施形態では、Ｚ軸と研削砥石２の回転軸Ｍとは略45度の角度を成している。また、旋回軸Ｂと研削砥石２は、Ｚ軸と略直交するＸ軸方向に動作できるように構成されている。
【００１８】
なお、研削加工の段取り時には、金型１の回転軸Ｏ上に研削砥石２の周縁部２ａが合致するように位置決めされる。その際、金型１の回転軸Ｏと研削砥石２の回転軸Ｍとは角度θ（略45度）を成すように調整され、また、研削砥石２の周縁部２ａの先端は加工設備の旋回軸Ｂの旋回中心ＢＯに一致させておく。
【００１９】
更に、この位置を基準として金型１と研削砥石２の相対位置をＸ軸、Ｚ軸、Ｂ軸の各軸の動作プログラムとして作成し、その動作によって所望の曲面形状を加工する。そして、研削砥石２の周縁部２ａの摩耗が起こった際に、金型１と研削砥石２の接触点が回転軸0の延長線上となるような摩耗であれば前記動作プログラムの補正は容易である。
【００２０】
しかし、接触点が回転軸Ｏの延長線上にないような摩耗、すなわち偏摩耗を生じている場合には、その大きさや向き（金型１と研削砥石２の接触点が回転軸Ｏの上下どちらにあるか）を金型１の加工後の形状から推測することは困難である。このため、砥石摩耗を考慮した高精度な補正研削加工を行うことはできない。
【００２１】
そこで、本実施形態では、加工精度に影響を与える砥石偏磨耗を抑制することにより高い研削精度を得ることを可能とした。
次に、超精密加工機１０による加工動作について説明する。
【００２２】
金型1及び研削砥石2が所定の回転数で回転した状態において、図示しない研削液ユニットによって金型1の表面に研削液を供給する。次いで、Ｚ軸を動作させて、金型1を研削砥石2の方向に移動させ、該金型1に所定の切り込み量を与える。
【００２３】
この状態において、Ｘ軸、Ｚ軸、Ｂ軸の3軸を略同時に動作制御させ、見かけ上では研削砥石2の作用点（周縁部２ａ）が、金型1の回転中心を横断する母線上に研削砥石2の周縁部２ａを接触させて所望の非球面形状の軌跡を与えるように加工を行う。この際に、研削砥石2の作用点は金型1の中心部から外側に向けて移動する軌跡を描く。
【００２４】
そして、研削砥石２の作用点が金型1の最外周部を通過したら、Ｚ軸によって金型1に所望の切り込み量を与え、今度は研削砥石2の作用点が金型1の外側から中心部に向けて移動する軌跡を描くように動作させる。
【００２５】
このように、研削砥石2を、金型1の中心部から外側に向けての動作と、金型1の外側から中心部に向けての動作を交互に行い、必要なパス（研削砥石2の通路軌跡）分の加工を行う。
【００２６】
このような研削砥石2の動作で加工を行うことで、図3（ａ）（ｂ）に示すように、研削砥石２の周縁部２ａの摩耗は、Ｚ軸方向の摩耗だけに抑えられ、偏磨耗は発生しない。
そして、Ｚ軸方向の摩耗のみに抑えることができると、図4に示すように、Ｂ軸の旋回角度の初期設定の45度とした際の砥石作用点をｔ、初期設定からの旋回角度増加分をθとした際の砥石作用点をｔ’、研削砥石2のＺ軸方向の摩耗量をＴとした際、加工動作によって同時制御されるＸ軸、Ｚ軸、Ｂ軸の3軸の計算座標に対して、Ｘ軸についてはＴｓｉｎθ分をマイナスさせ、Ｚ軸についてはＴｃｏｓθ分をプラスさせつつ加工を行う。
【００２７】
本実施形態によれば、研削砥石2の摩耗量を補正しつつ高精度な加工を行うことができる。すなわち、例えば、非球面又は球面ミラーディスクの加工の場合、その中心軸に対する非球面又は球面ミラーのラジアル方向の位置精度を、1ミクロン以下に加工することができる。
（第２の実施の形態）
図5は、第２の実施の形態の超精密加工機２０による研削加工方法を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には、１０を加えた符号を付して説明する。
【００２８】
超精密加工機２０は、Ｚ軸及びＹ軸の2軸を高精度に制御動作可能であり、回転する研削砥石１２によって、被加工物としてのレンズ１１に凸非球面形状を創成することができる。
【００２９】
このレンズ１１は、20〜1500ｒｐｍの回転数で回転可能な不図示のスピンドル先端に固定されている。この不図示のスピンドルの回転軸と、レンズ１１の中心軸0とは略一致している。超精密加工機２０は、その中心軸0の方向をＺ軸方向として制御動作可能としている。
【００３０】
また、研削砥石１２は円盤形状をなしていて、この研削砥石１２は、5000〜100000ｒｐｍの回転数で回転可能な不図示のスピンドル先端に固定されている。この不図示のスピンドルの回転軸と、研削砥石１２の中心軸Ｍとは略一致している。超精密加工機２０は、中心軸Ｍの方向をＹ軸方向として制御動作可能としている。
【００３１】
そして、研削砥石１２の周縁部１２ａの最もレンズ１１に近い側の位置が研削砥石１２の作用点であり、この砥石作用点は、Ｙ軸位置を調整してレンズ１１の回転中心に一致するように段取りされている。
【００３２】
次に、超精密加工機２０による加工動作について説明する。
レンズ１１及び研削砥石１２が所定の回転数で回転した状態において、図示しない研削液ユニットによってレンズ１１の表面に研削液を供給する。次いで、Ｚ軸を動作させて、レンズ１１を研削砥石１２の方向に移動させ、該レンズ１１に所定の切り込み量を与える。
【００３３】
この状態において、Ｚ軸とＹ軸の2軸を略同時に動作制御させ、見かけ上では研削砥石１２の作用点がレンズ１１の表面に所望の非球面形状の軌跡を与えるように加工を行う。この際に、研削砥石１２の作用点は、レンズ１１の中心部から外側に向けて移動する軌跡を描く。
【００３４】
そして、研削砥石１２の作用点がレンズ１１の最外周部を通過したら、Ｚ軸によってレンズ１１に所望の切り込み量を与え、今度は研削砥石１２の加工点がレンズ１１の外側から中心部に向けて移動する軌跡を描くように動作させる。
【００３５】
このように、研削砥石１２を、レンズ１１の中心部から外側に向けての動作と、レンズ１１の外側から中心部に向けての動作を交互に行い、必要なパス分の加工を行う。
このような研削砥石１２の動作で加工を行うことで、図4に示すように、研削砥石１２の周縁部１２ａの摩耗は、Ｚ軸方向の摩耗だけに抑えられ、偏磨耗は発生しない。
【００３６】
そして、Ｚ軸方向の摩耗のみに抑えることができると、摩耗量分だけＺ軸の切り込みを大きくするだけで、砥石摩耗量を補正した加工が行うことができる。
なお、従来技術のように、加工を1方向のみのパスを繰り返して行った場合に発生する偏摩耗に対しては、Ｚ軸方向の補正だけでなく、Ｙ方向の補正も必要となり、摩耗補正が煩雑になる上に高精度な加工が困難となる。
【００３７】
本実施形態によれば、研削砥石１２の摩耗量を補正しつつ高精度な加工を行うことができる。
（第３の実施の形態）
図６は、第３の実施の形態の超精密加工機３０による研削加工方法を示す図である。なお、第２の実施の形態と同一又は相当する部材には、１０を加えた符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
第１及び第２の実施の形態では、加工パスの方向を交互に繰り返す加工方法について説明したが、これに対し、本実施の形態では、必要パス数の1／2を被加工物の中心部から外周部に向けて行い、その後必要パス数の1／2を被加工物の外周部から中心部に向けて行う加工方法を用いている。
【００３９】
次に、図６に基づき、本実施の形態の加工動作について説明する。
被加工物としてのレンズ２１、及び研削砥石２２が所定の回転数で回転した状態において、図示しない研削液ユニットによってレンズ２１の表面に研削液を供給する。次いで、Ｚ軸を動作させて、レンズ２１を研削砥石２２の方向に移動させ、該レンズ２１に所定の切り込み量を与える。
【００４０】
この状態において、Ｚ軸とＹ軸の2軸を略同時に動作制御させ、見かけ上では研削砥石２２の作用点（周縁部２２ａ）がレンズ２１の表面に所望の非球面形状の軌跡を与えるように加工を行う。
【００４１】
この際に、研削砥石２２の必要な加工パス数を２０回とすると、まずは研削砥石２２の作用点はレンズ２１の中心部から外側に向けての軌跡を描き、パス毎にＺ軸にて所望の切り込み量を与え、レンズ中心部から外周部に向けての軌跡を合計１０回描く。１０回分のパスが終了したら、次にレンズ外周部から中心部への軌跡を合計１０回描いて、加工完了とする。
【００４２】
このような研削砥石２２の動作を行うことで、第２の実施の形態と略同様の効果が得られる。また、事前にレンズ２１の中心部から外周部に向けての軌跡を描く加工で生じる研削砥石２２の偏磨耗量と、レンズ２１の外周部から中心部に向けての軌跡を描く加工で生じる研削砥石２２の偏摩耗量との比率を確認しておくことによって、研削砥石２２に偏摩耗が発生しないようにすることができる。
【００４３】
なお、研削砥石２２の摩耗がＺ軸方向の摩耗のみとなるように、レンズ外周部から中心部に向かってのパス数と、レンズ中心部から外周部に向かってのパス数との比率を設定してもよい。
【００４４】
本実施形態によれば、研削砥石２２の摩耗量を補正しつつ高精度な加工を行うことができる。
（第４の実施の形態）
本実施の形態は、最後のパスとなる加工の向きを毎回同じにすることを特徴とした研削加工方法である。
【００４５】
被加工物を加工する際、被加工物の中心部から外周部に向かって加工をする場合と、被加工物の外周部から中心部に向かって加工を行う場合とでは、研削砥石に加えられる力の向きが異なる。これによって、研削砥石の砥石軸の微小な変形やスピンドルのガタ分の変位の大きさや向き等が変わってくる。また設備動作の向きが逆になることで、微小なバックラッシも生じる。
【００４６】
本実施形態のような研削加工では、先に加工した面形状を測定し、所望の形状との誤差分を考慮して補正加工を行う。その際、上述したような原因によって加工の向きによる加工形状の差があると、補正が高精度に行えないことになる。
【００４７】
そこで、これを解決するために、毎回の各加工において最終のパスとなる加工の向きを同じ方向とすることで高精度な補正加工を実現することができる。
本実施形態によれば、研削砥石の摩耗量を補正しつつ高精度な加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１の実施の形態の超精密加工機の要部構成を示す図である。
【図２】同上の研削砥石による金型の加工方法を示す図である。
【図３】（ａ）は、金型と研削砥石との接触状態を示す図であり、（ｂ）は、そのＡ部拡大図である。
【図４】砥石摩耗量を補正しつつ加工を行うための実施の形成を示す図である。
【図５】第２の実施の形態の超精密加工機の要部構成を示す図である。
【図６】第３の実施の形態の超精密加工機の要部構成を示す図である。
【図７】従来例による研削加工方法を示す図である。
【図８】（ａ）は、金型と研削砥石との接触状態を示す図であり、（ｂ）は、そのＢ部拡大図である。
【図９】（ａ）は、金型と研削砥石との接触状態を示す図であり、（ｂ）は、そのＣ部拡大図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      金型
２      研削砥石
２ａ    周縁部
１０    超精密加工機
１１    レンズ
１２    研削砥石
１２ａ  周縁部
２０    超精密加工機
２１    レンズ
２２    研削砥石
２２ａ  周縁部
３０    超精密加工機
【図１】
2007283433.tif 000003
【図２】
2007283433.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007283433.tif 000008
【図７】
2007283433.tif 000009
【図８】
2007283433.tif 000010
【図９】
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