(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持する保持皿と、該保持皿を回転自在に支承するとともに外周に凸球面を形成した保持具と、該保持具の凸球面を摺動自在に支持する支持具とを有する研削研磨保持装置において、
前記保持具の凸球面は半球より少ない球面で形成され、該凸球面に前記支持具の支持部が線接触するように構成し、
前記支持具の支持部は、前記支持具の内周下部に形成された円錐面であるとともに、ワークの外周位置における接線とワークの回転軸との交点を基準点として、前記円錐面と前記凸球面との接触稜線とワークの回転軸とのなす角が９０度未満となるように構成したことを特徴とする研削研磨保持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ、ミラー、プリズム等の光学素子または成形型等のワークを研削研磨する際の保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、研削研磨するときの光学素子を保持する装置には、特許第２６１０９４９号（平成９年２月２７日登録）に開示された技術がある。図４を用いて、この技術を説明する。この光学素子（以下ワークという）を保持する装置は、図４に示すように、球帯状もしくは球冠状の凹球面１０１ｄ、１０１ｅをその内周面に有する支持具１０１と、ワーク１０２を保持するワークホルダ１０２Ａを中空部１０３ａに回転自在に支承し、かつ支持具１０１の凹球面１０１ｄ、１０１ｅに対応した曲率半径を有する凸球面１０３ｂを有する保持具１０３とを有する。また、支持具１０１の凹球面１０１ｄ、１０１ｅには、ノズル孔１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが穿設され、流体Ｚ、Ｘ１、Ｘ２を凹球面１０１ｄ、１０１ｅと凸球面１０３ｂとの間に供給することにより、支持具１０１と保持具１０３とを摺動自在にし、かつ凹球面１０１ｄ、１０１ｅと凸球面１０３ｂとの間の流体Ｚ、Ｘ１、Ｘ２によるスラスト方向およびラジアル方向の力を独立に制御するように構成されている。
【０００３】
上記構成の研削研磨保持装置を用いて、ワーク１０２の下方に配置された研磨具１０４でワーク１０２を加工するとき、ワーク１０２の回転軸をずらそうとする力、即ち加工抵抗力Ｆがワーク１０２に作用する。この力に対して、それぞれ独立したノズル孔１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃにより流体流量が供給されるため、加工中のワーク１０２には振動が発生せず、また、支持具１０１と保持具１０３との干渉が生ぜず、ワーク１０２の被加工面を均等な加工圧力にて加工でき、安定的な研磨加工ができるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来技術にはつぎのような問題点があった。すなわち、研磨具１０４でワーク１０２を加工するとき、ワーク１０２の回転軸をずらそうとする加工抵抗力Ｆは、ワーク１０２の上方よりかかる研磨荷重Ｎ、および研磨具１０４の回転力により変動し、また、ワーク１０２の被加工面の曲率半径、および、加工径によっても加工抵抗力Ｆが変動することを見出した。そのため、従来の研削研磨保持装置では、ワークの加工条件またはワーク形状に変更がある場合には、流体Ｚ、Ｘ１、Ｘ２の供給量の制御をその都度設定する必要があった。もし、供給量が加工抵抗力Ｆに対して少なかった場合、支持具１０１の凹球面１０１ｄ、１０１ｅと保持具１０３の凸球面１０３ｂとが接触し、摺動が困難になるため、ワーク１０２が研磨具１０４の回転に追従できず、ワーク１０２の被加工面を均等な加工圧力で加工できなくなり、安定的な研磨加工ができず、被加工面の形状精度が悪化するという問題点があった。
【０００５】
また、従来の研削研磨保持装置では、支持具１０１の凹球面１０１ｄ、１０１ｅおよび保持具１０３の凸球面１０３ｂが半球形状を越えているために、ワーク１０２に対向する位置に設けている研磨具１０４が保持具１０３に干渉しないように、保持具１０３は研磨具１０４の外径よりも大きく設定されている。しかし、保持具１０３が大きくなると、自ずと慣性モーメントが大きくなり、加工中に発生するワーク１０２の振動への保持具１０３の追従性が劣るようになる。これによっても、均等な加工圧力で加工ができなくなり、被加工面の形状精度が悪化するという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明の課題は、加工条件またはワーク形状の変更に起因する加工抵抗力が変化しても、均等な加工圧力で加工ができ、高精度なワークを得ることができる研削研磨保持装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ワークを保持する保持皿と、該保持皿を回転自在に支承するとともに外周に凸球面を形成した保持具と、該保持具の凸球面を摺動自在に支持する支持具とを有する研削研磨保持装置において、前記保持具の凸球面は半球より少ない球面で形成され、該凸球面に前記支持具の支持部が線接触するように構成し、前記支持具の支持部は、前記支持具の内周下部に形成された円錐面であるとともに、ワークの外周位置における接線とワークの回転軸との交点を基準点として、前記円錐面と前記凸球面との接触稜線とワークの回転軸とのなす角が９０度未満となるように構成した。
【０００８】
請求項１に係る発明の研削研磨保持装置では、保持具の凸球面は半球面より少ない球面で形成され、該凸球面に支持具の支持部が線接触するように構成したことにより、研磨具の回転および揺動による加工抵抗力および上方より作用する加工圧力を、保持具の凸球面から支持具の支持部に受け、発生した加工抵抗力に対する抗力を発生させてバランスを保つ。また、支持部がワークを保持する保持具の凸球面に線接触しているので、ワークと研磨具との相対的な運動に伴う保持具と支持具との摺動運動が円滑に行われる。
【００１１】
また、上記作用に加え、支持具の支持部が、支持具の内周下部に形成された円錐面であるとともに、ワークの外周位置における接線とワークの回転軸との交点を基準点として、円錐面と凸球面との接触稜線とワークの回転軸とのなす角が９０度未満となるように構成したことにより、円錐面が凸球面に線接触して摺動運動しながら加工抵抗力と抗力とのバランスを保つとともに、球面状の被加工面を有するワークの保持装置を小型にすることが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、研削研磨保持装置の実施の形態の概要について説明する。研磨機による精研削加工または研磨加工のとき、研磨具が回転し、かつ、研磨機の下軸または上軸が水平方向に揺動運動する。また、研磨機の上軸により加工圧力が加えられる。加工圧力は支持具および保持具の凸球面部に伝わり、ベアリング、保持皿、Ｏリングを介して、ワークに伝わり、研磨具の加工面に押し付けられる。ノズルより研削液または研磨材を含む遊離砥粒がワークおよび研磨具に供給される。また、研磨具とワークとの摩擦力および相対速度の差によりワークは研磨具と同方向に連れ回り（従属回転）しながら精研削加工または研磨加工される。
【００１３】
このとき、ワークには、研磨具の回転および揺動運動による加工抵抗力が発生する。この加工抵抗力に対して、保持具の凸球面部と支持具の環状稜線との接触稜線におけるラジアル方向の力が抗力となる。また、加工圧力に対しては、保持具の凸球面と支持具の環状稜線との接触稜線におけるアキシアル方向の力が抗力となる。これにより、加工抵抗力によるワークの回転軸のズレを防ぐことができる。また、保持具の凸球面部が、支持具の中空部と下端面とで形成される環状稜線に線接触しているので、容易に摺動が可能であり、研磨具の加工面の回転時の振れ、および、研磨機の上軸と下軸との傾きに対して、保持具の凸球面部が摺動することにより、研磨具の加工面にワークが追従する。これにより、ワークには、常に均等な加工圧力が加わるようになっている。
【００１４】
加工が終了すると、研磨機の上軸が上昇してワークを回収する。そのとき、押さえ部材の突起部に保持具の凸球面部の下端面が接触し、保持具が落下しないようになっている。なお、加工中は押さえ部材の突起部と凸球面部の下端面との間には、隙間が設けられているので、接触することはない。
【００１５】
つぎに、他の研削研磨保持装置の実施の形態の概要について説明する。研磨機の上軸の吸排出ユニットによりエアーを吸引すると、軟質材であるダイヤフラムは支持具の中空部の天井面と接触し、エアーは保持皿の貫通孔のみから吸引される。この状態でワークを保持皿に挿入すると、ワークが吸引される。研磨機の上軸が下降して、研磨具にワークが当接する。研磨具が回転し、かつ、研磨機の下軸がワークの被加工面の曲率半径の中心を揺動中心として球心揺動（または、遊星球心揺動）する。また、研磨機の上軸により加工圧力が加わる。加工圧力は、支持具、Ｏリング、保持具の凸球面部に伝わり、ベアリング、保持皿およびＯリングを介して、ワークに伝わり、研磨具の加工面に押し付けられる。ノズルより研削液、または、研磨材を含む遊離砥粒がワークおよび研磨具に供給される。また、研磨具とワークとの摩擦力、および、相対速度の差によりワークは従属回転しながら精研削加工または研磨加工される。
【００１６】
このとき、ワークには、加工圧力と、研磨具の回転および揺動による加工抵抗力とが加わる。この加工抵抗力に対して、保持具の凸球面部と支持具に保持されたＯリングとの間で、ラジアル方向の力とアキシアル方向の力が抗力となる。これにより、加工抵抗力によるワークの回転軸のズレを防ぐことができる。また、保持具の凸球面部が、支持具に保持されたＯリングと線接触しているので、容易に摺動が可能である。研磨具の回転時の加工面の振れ、および、研磨機の上軸と下軸との傾きに対して、保持具の凸球面部が摺動することにより、研磨具の加工面にワークが追従する。これにより、ワークには、常に均等な加工圧力が加わるようになっている。
【００１７】
加工が終了すると、加工前と同様に、研磨機の上軸の給排出ユニットによりエアーを吸引しながら上軸を上昇させる。このとき、ワークはこの吸引力により、保持皿に保持された状態が維持され、研磨機の上軸が上昇したのち、ワークを回収する。なお、ワークが上昇し始めると、保持具は重力により下方に下がるが、外輪ナットの傾斜部と支持部の突起とが接触し、保持具の落下を防止するとともに、エアー漏れを防止する。また、加工中は外輪ナットの傾斜部と支持具の突起部とは、一定の隙間を有しているので、保持具の動きを損なうことはない。
【００１８】
つぎに、さらに他の研削研磨保持装置の実施の形態の概要について説明する。ワークを保持した磁性材料からなる貼付皿を保持皿に挿入すると、磁石の磁力により貼付皿が保持される。研磨機の上軸が下降して、研磨具にワークが当接される。研磨具が回転し、かつ、研磨機の下軸がワークの被加工面の曲率半径の中心を揺動中心として球心揺動（または、遊星球心揺動）する。また、研磨機の上軸により加工圧力が加わる。加工圧力は、支持具の円錐面を介して保持具の凸球面部に伝わり、ベアリング、保持皿および貼付皿を介してワークに伝わり、研磨具の加工面に押し付けられる。ノズルより研削液または研磨材を含む遊離砥粒がワークおよび研磨具に供給される。また、研磨具とワークとの摩擦力、および、相対速度の差によりワークは従属回転しながら精研削加工または研磨加工される。
【００１９】
このとき、ワークには、加工圧力と、研磨具の回転および揺動による加工抵抗力とが加わる。この加工抵抗力に対して、保持具の凸球面部と支持具の円錐面との間で、ラジアル方向の力とアキシアル方向の力が抗力となる。これにより、加工抵抗力によるワークの回転軸のズレを防ぐことができる。また、保持具の凸球面部が、支持具の円錐面と線接触しているので、容易に摺動が可能である。研磨具の加工面の回転時の振れ、および研磨機の上軸と下軸との傾きに対して、保持具の凸球面部が摺動することにより、研磨具の加工面にワークが追従する。これにより、ワークには、常に均等な加工圧力が加わるようになっている。
【００２０】
加工が終了すると、磁石により貼付皿は保持皿に保持された状態で、上軸が上昇する。なお、ワークが上昇し始めると、保持具は重力により下方に下がるが、外輪ナットの傾斜部と支持部の突起とが接触し、保持具の落下を防止する。また、加工中は外輪ナットの傾斜部と支持具の突起部とは、一定の隙間を有しているので、保持具の動きを損なうことはない。以下、具体的な実施の形態について説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１を示し、研削研磨保持装置の縦断面図である。図１において、図示しない研磨機の下軸９に装着された研磨具７の平面状の加工面７ａに対向して、被加工面１ａが平面である円板状のミラー、レンズ、プリズムなどのワーク１が当接されている。ワーク１の上方側には、保持皿４が配設され、凹状に穿設した保持部４ｂによってワーク１の上面および側面を保持している。保持皿４の保持部４ｂの底面には、Ｏリング５が嵌装され、ワーク１の上面に接触するようになっている。保持皿４の軸部４ａは、円柱状に形成され、ベアリング６の内輪が装着されている。ベアリング６の外輪は保持具３に嵌装し、保持具３と保持皿４とは回転自在に連結されている。
【００２２】
保持具３の下部には、逃げ穴３ｃが形成され、保持皿４とは接触しないようになっている。保持具３の外周は凸球面としての凸球面部３ａが形成され、下端面３ｂは平面状に形成されている。また、凸球面部３ａの曲率半径の中心位置は、ワーク１の被加工面１ａとワーク１の回転軸ｈ（下軸９の回転中心軸線と一致する軸）との交点Ｏとほぼ一致して設定されている。この保持具３の下端面３ｂは、凸球面部３ａの曲率半径の中心位置を通る平面（即ち、研磨具７の加工面７ａ）よりも上方に設定されているので、凸球面部３ａは、半球より少ない球面に形成されている。
【００２３】
研磨機の下軸９に対向する上方には、図示しない上軸が配設され、上軸には、ワーク１を加工する際の加工圧力Ｎを与えるための図示しないエアシリンダが連結されている。上軸の下端側には、円柱空間状の中空部２ａを形成した支持具２が配設され、支持具２は回転しないように上軸に固着されている。支持具２の中空部２ａの内周面と下端面２ｂとにより、支持部としての環状稜線２ｃを形成している。支持具２の中空部２ａには、保持具３の凸球面部３ａが嵌入し、保持具３の凸球面部３ａと支持具２の環状稜線２ｃとは、線接触するように構成されている。この場合、交点Ｏを基準とし、保持具３の凸球面部３ａと支持具２の環状稜線２ｃとの接触稜線と、回転軸ｈとのなす角θは、９０°未満に設定されている。
【００２４】
支持具２の下端面２ｂ側の外周面には、ネジ２ｄが螺刻され、断面がＬ字状の押さえ部材である押さえ環８が螺着されている。押さえ環８の内側方向へ延設された突起部８ａの内径は、保持具３の凸球面部３ａの下端面３ｂの最大外径となる外周の径寸法より小さく設定されている。従って、研磨具７とワーク１とを離間した非加工時には、押さえ環８の突起部８ａは、保持具３の下端面３ｂを支持可能になっている。また、図１に示すように、研磨具７にワーク１が当接して、ワーク１の加工が実施される際には、押さえ環８の突起部８ａの上面と、保持具３の下端面３ｂとの間には、隙間が形成されるようになっている。なお、上記下軸９と上軸のいずれか一方は、下軸９の回転中心軸線に対して、直交する方向に移動自在（いわゆる揺動自在）となっている。この移動自在とする揺動手段は周知であるので図および説明を省略する。
【００２５】
つぎに、上記構成の研削研磨保持装置の作用について説明する。研磨機によるワーク１の研削研磨加工時には、下軸９の回転によって研磨具７が回転し、かつ、研磨機の下軸９（また上軸（不図示）でもよい）が水平揺動し、研磨機の上軸により加工圧力Ｎが加えられる。加工圧力Ｎは、支持具２、保持具３の凸球面部３ａと伝わり、さらにベアリング６、保持皿４およびＯリング５を介して、ワーク１に伝えられ、ワーク１の被加工面１ａが研磨具７の加工面７ａに押し付けられる。図示しないノズルより、研削液または研磨材を含む遊離砥粒がワーク１の被加工面１ａおよび研磨具７の加工面７ａに供給される。そして、研磨具７の加工面７ａとワーク１の被加工面１ａとの摩擦力、および両者の相対速度の差により、ワーク１は研磨具７の回転方向と同方向に連れ回り（以下、従属回転という）しながら、ワーク１の被加工面１ａは研磨具７によって研削、または研磨加工される。
【００２６】
このとき、ワーク１には、研磨具７の回転および水平揺動により加工抵抗力Ｆが加わる。この加工抵抗力Ｆに対して、保持具３の凸球面部３ａと支持具２とが接触する環状稜線２ｃのラジアル方向の力Ｆｒが抗力となる。また、加工圧力Ｎに対しては、保持具３の凸球面部３ａと支持具２とが接触する環状稜線２ｃのアキシアル方向の力Ｆａが抗力となる。すなわち、ラジアル方向の抗力Ｆｒと、加工抵抗力Ｆとのバランスにより、ワーク１の回転軸ｈのズレを防ぐことができる。また、保持具３の凸球面部３ａが、支持具２の環状稜線２ｃとリング状に線接触しているので、容易に保持具３の摺動が可能であり、研磨具７の加工面７ａの回転時に発生する振れが有っても、あるいは、研磨機の上軸と下軸との間の各回転軸線が同一線上にならずに傾いたとしても、保持具３の凸球面部３ａが支持具２の環状稜線２ｃに対して摺動することにより、研磨具７の加工面７ａにワーク１の被加工面１ａが常に全面当接して追従する。これにより、ワーク１の被加工面１ａには常に均等な加工圧力が加わるようになっている。
【００２７】
加工が終了すると、研磨機の上軸が上昇し、押さえ環８の突起部８ａに保持具３の下端面３ｂが接触し、保持具３とともに保持皿４が持ち上げられる。この動作によって保持皿４内に配備されたワーク１が研磨具７の加工面７ａ上に残され、ワーク１の回収が行われる。なお、Ｏリング５は保持皿４内に残った状態になっている。上述のように、ワーク１の加工中は、押さえ環８の突起部８ａと保持具３の下端面３ｂとの間には、隙間が形成されているので、互いに接触することはない。なお、ワーク１の加工終了後、ワーク１を保持皿４ごと取り外す場合は、押さえ環８は不要となる。
【００２８】
本実施の形態によれば、保持具３の凸球面部３ａと支持具２は摺動抵抗の少ない線接触で加工抵抗力Ｆに対する抗力Ｆｒを得ているので、加工条件またはワーク形状の変更があっても、均等な加工圧力で加工することができる。また、ワーク１の被加工面１ａと回転軸ｈとの交点Ｏを基準点として、保持具３の凸球面部３ａと支持具２の環状稜線２ｃとの接触点と、回転軸ｈとのなす角度θが９０度未満なので、研磨具７の大きさに影響されずに保持具３の大きさを設定することができる。故に、保持具３を小型にすることができ、慣性モーメントの影響を抑えることができる。これによっても、ワークを均等な加工圧力で安定して加工することができ、高精度なワークが得られる。
【００２９】
（実施の形態２）
図２は実施の形態２を示し、研削研磨保持装置の縦断面図である。本実施の形態は、実施の形態１と同一の部材を用いているので、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００３０】
図２において、図示しない研磨機の下軸９に装着された研磨具１７の凹球面状の加工面１７ａに対向して、被加工面１１ａが凸球面で、外形が円形状のレンズ（または成形型）からなるワーク１１が当接されている。ワーク１１の上方側には、保持皿１４が配設され、凹状に穿設した保持部１４ｂによってワーク１１の上面および側面を保持している。保持皿１４の保持部１４ｂの底面には、Ｏリング５が嵌装され、ワーク１１の上面に接触するようになっている。保持皿１４の軸部１４ａは、円柱状に形成され、ベアリング１６Ａ、１６Ｂの内輪が装着されている。ベアリング１６Ａ、１６Ｂの外輪は保持具１３に嵌装し、保持具１３と保持皿１４とは回転自在に連結されている。ベアリング１６Ａ、１６Ｂの内輪と外輪との間には、それぞれ環状のスペーサ１８、１９が介装されている。また、保持皿１４の軸部１４ａの中心部には、貫通孔１４ｃが穿設され、保持部１４ｂから上方に貫通している。
【００３１】
保持皿１４の軸部１４ａの上端部に螺刻した雄ネジには、内輪ナット２１が螺合し、ベアリング１６Ｂの内輪の上端を押圧、固定している。また、保持具１３の上端部に螺刻した雄ネジには、外輪ナット２０が螺合し、ベアリング１６Ｂの外輪の上端を押圧、固定している。外輪ナット２０の外周には、傾斜部２０ａが形成されている。保持具１３の外周は凸球面としての凸球面部１３ａが形成され、下端面１３ｂは平面状に形成されている。また、凸球面部１３ａの曲率半径の中心位置は、ワーク１１の被加工面１１ａの外周位置における接線と、ワーク１１の回転軸ｈ（ワーク１１が従属回転するときにワーク１１の回転中心軸線となる軸）との交点Ｏ１とほぼ一致して設定されている（好ましくは交点Ｏ１と一致であるが、加工面１１ａの外周位置における接線に対し±１０度の範囲ならば加工は可能である）。
【００３２】
研磨機の下軸９に対向する上方には、図示しない上軸が配設され、上軸には、ワーク１１を加工する際の加工圧力Ｎ（不図示）を与えるための図示しないエアシリンダが連結されている。上軸の下端側には、円柱空間状の中空部１２ａを形成した支持具１２が配設され、支持具１２は回転しないように上軸に固着されている。支持具１２の中空部１２ａの内周面下端には、段付部１２ｂが形成され、硬質ゴム、樹脂またはテフロンなどの硬質で変形しにくく且つ摺動（潤滑）性に優れた材料で形成された支持部としてのＯリング１５が装着され、保持具１３の凸球面としての凸球面部１３ａに線接触するようになっている。この場合、ワーク１１の被加工面１１ａの外周位置における接線とワーク１１の回転軸ｈとの交点Ｏ１を基準点として、保持具１３の凸球面部１３ａと支持具１２に保持されたＯリング１５との接触稜線と、回転軸ｈとのなす角θは９０°未満に設定されている。
【００３３】
支持具１２の中空部１２ａの内周面の上下方向の中間位置には、突起部１２ｃが内側方向へ延設されており、突起部１２ｃは、加工時に外輪ナット２０の傾斜部２０ａとの間に一定間隔の隙間ができるように、傾斜部２０ａに対向して傾斜面１２ｅを形成している。支持具１２の中空部１２ａの天井面１２ｆには、貫通孔１２ｄが穿設され、中空部１２ａより上方に貫通している。貫通孔１２ｄは、研磨機の上軸（不図示）内部に配設されたエアーの吸引、排出を行う吸排出ユニット（不図示）に連通している。保持具１３に螺合している内輪ナット２１の外周面に周設された溝２１ａには、ゴム、シリコン等の材料からなる円環状のダイヤフラム２２が嵌装されており、その下面２２ａと外輪ナット２０の上面２０ｂとの間には、一定の隙間が設けられている。
【００３４】
上記構成の研削研磨保持装置の作用について説明する。研磨機の上軸（不図示）の吸排出ユニット（不図示）によりエアーを吸引すると、支持具１２の突起部１２ｃの傾斜面１２ｅに当接していた外輪ナット２０の傾斜部２０ａが離れて、この外輪ナット２０は吸引作用で持ち上げられ、軟質材であるダイヤフラム２２は支持具１２の天井面１２ｆと接触し、エアーは保持皿１４の貫通孔１４ｃのみから吸引される。この状態でワーク１１を保持皿１４に挿入すると、ワーク１１が吸引されて、保持皿１４に保持される。研磨機の上軸が下降して、研磨具１７にワーク１１が当接する。研磨具１７が回転し、かつ、研磨機の下軸９がワーク１１の被加工面１１ａの曲率半径の中心Ｏ２を揺動中心として、ワーク１１の回転軸ｈに対する傾斜角αの位置を基準にして球心揺動（または遊星球心揺動）する。
【００３５】
また、研磨機の上軸により加工圧力Ｎ（不図示）が加えられる。加工圧力Ｎは、支持具１２、Ｏリング１５、保持具１３の凸球面部１３ａと伝わり、さらにベアリング１６Ａ、１６Ｂ、保持皿１４およびＯリング５を介して、ワーク１１に伝えられ、ワーク１１の被加工面１１ａが研磨具１７の加工面１７ａに押し付けられる。図示しないノズルより、研削液または研磨材を含む遊離砥粒がワーク１１の被加工面１１ａおよび研磨具１７の加工面１７ａに供給される。そして、研磨具１７の加工面１７ａとワーク１１の被加工面１１ａとの摩擦力、および両者の相対速度の差により、ワーク１１は従属回転しながら、ワーク１１の被加工面１１ａは研磨具１７によって研削、または研磨加工される。
【００３６】
このとき、ワーク１１には、加工圧力Ｎ、研磨具１７の回転および揺動により加工抵抗力Ｆ（不図示）が加わる。この加工抵抗力Ｆに対して、保持具１３の凸球面部１３ａと支持具１２の保持されたＯリング１５との接触稜線でラジアル方向の力Ｆｒ（不図示）とアキシアル方向の力Ｆａ（不図示）とが抗力となる。すなわち、ラジアル方向の抗力Ｆｒと加工抵抗力Ｆとのバランスにより、ワーク１１の回転軸ｈのズレを防ぐことができる。また、保持具１３の凸球面部１３ａが、支持具１２に保持されたＯリング１５と線接触しているので、保持具１３は容易に摺動することができる。特に、Ｏリング１５の材質がテフロンの場合は摺動抵抗が低い。研磨具１７の加工面１７ａの回転時に発生する振れ、および、研磨機の上軸と下軸との揺動による傾きの変化に対して、保持具１３の凸球面部１３ａが支持具１２に保持されたＯリング１５に対して摺動することにより、研磨具１７の加工面１７ａにワーク１１の被加工面１１ａが常に全面当接して追従する。これにより、ワーク１１の被加工面１１ａには常に均等な加工圧力が加わるようになっている。
【００３７】
加工が終了すると、加工前と同様に、研磨機の上軸の吸排出ユニット（不図示）により、エアーを吸引しながら上軸を上昇させる。このとき、ワーク１１はこの吸引力により保持具１４に保持された状態が維持され、研磨機の上軸が上昇したのち、保持皿１４側からワーク１１を回収する。なお、上軸が上昇し始めると、保持具１３は重力により下方に下がるが、外輪ナット２０の傾斜部２０ａと支持具１２の突起部１２ｃの傾斜面１２ｅとが接触し、保持具１３の落下を防止するとともに、エアー漏れも防止する。また、加工中は、外輪ナット２０の傾斜部２０と支持具１２の突起部１２ｃの傾斜面１２ｅとは、一定の隙間を維持しているので、保持具１３の動きを損なうことはない。
【００３８】
本実施の形態によれば、保持具１３の凸球面部１３ａと支持具１２とは摺動抵抗の少ない線接触で加工抵抗力Ｆに対する抗力Ｆｒを得ているので、加工条件またはワーク形状の変更があっても、均等な加工圧力で加工することができる。また、ワーク１１の被加工面１１ａの外周位置における接線と、ワーク１１の回転軸ｈとの交点Ｏ１を基準点として、保持具１３の凸球面部１３ａと支持具１２の保持されたＯリング１５との接触稜線と、回転軸ｈとのなす角θが９０度未満なので、研磨具１７の大きさに影響されずに保持具１３の大きさを設定することができる。故に、保持具３を小型にすることができ、慣性モーメントの影響を抑えることができる。これによっても、ワークを均等な加工圧力で安定して加工することができ、高精度なワークを得ることができる。さらに、研磨機の上軸部に内蔵されたエアーによる吸引にて、ワーク１１を保持しつつ、研磨機の上軸を上昇させることができるので、ワーク１１の着脱を容易に行うことができ、自動搬送にも対応することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、凸球面を有するワークを例として説明したが、凹球面を有するワークであっても、各部材の寸法を設定変更して本実施の形態を適用することができる。また、研磨機の揺動方式は、研磨機の上軸がワーク１１の被加工面１１ａの曲率半径中心Ｏ２を中心として球心揺動しても、同様な作用効果が得られる。さらに、下軸を傾斜させた状態で上軸を直進揺動（オスカー式）または遊星揺動させた研磨機では、外輪ナット２０の傾斜部２０ａと支持具１２の突起部１２ｃとの隙間を保持具１３の動きが最大のときに干渉しないように大きく設定すればよい。
【００４０】
（実施の形態３）
図３は実施の形態３を示し、研削研磨保持装置の縦断面図である。本実施の形態は、貼付皿に熱可塑性のワックス等で固定された凹球面を有するワークを保持するための研削研磨保持装置であり、実施の形態１および実施の形態２と共通の構造が多いので、異なる部分のみ説明し、同一の部材には、同一の符号を付し説明を省略する。
【００４１】
図３において、図示しない研磨機の下軸９に装着された研磨具２７の凸球面状の加工面２７ａに対向して、被加工面３１ａが凹球面で、外形が円形状のレンズ（または成形型）からなるワーク３１が当接されている。ワーク３１の上方側には、貼付皿３３が配設され、貼付皿３３には熱可塑性のワックスによりワーク３１が貼付されている。貼付皿３３には、中心部に軸部３３ａが立設され、軸部３３ａはその周囲に配設された保持皿３２の有底穴３２ａに嵌装されている。有底穴３２ａの底面には、磁石３４が配設され、磁力により貼付皿３３を吸引し、保持皿３２に固定している。保持皿３２には、有底穴３２ａの周囲に円筒部３２ｂを形成しており、実施の形態２と同様に、ベアリング１６Ａ、１６Ｂおよびスペーサ１８、１９を介して保持具１３に回転自在に保持されている。
【００４２】
支持具１２の中空部１２ａの内周面下部には、支持部としての円錐面１２ｇが形成され、保持具１３の凸球面部１３ａと線接触するようになっている。この場合、ワーク３１の被加工面３１ａの外周位置における接線とワーク３１の回転軸ｈとの交点Ｏ１を基準点として、保持具１３の凸球面部１３ａと支持具１２の円錐面１２ｇとの接触稜線と、回転軸ｈとのなす角θは、９０°未満に設定されている。その他の構成は、内輪ナット２１にダイヤフラム２２が除去されている点を除いて、実施の形態２と同様である。
【００４３】
上記構成の研削研磨保持装置の作用について説明する。ワーク２１を貼付した磁性材料からなる貼付皿３３を保持皿３２に挿入すると、磁石３４の磁力により貼付皿３３が保持される。研磨機の上軸（不図示）が下降して、研磨具２７にワーク３１が当接する。研磨具２７が回転し、かつ、研磨機の下軸９がワーク３１の被加工面３１ａの曲率半径の中心Ｏ４を揺動中心として、ワーク３１の回転軸ｈに対する傾斜角αの位置を基準にして、球心揺動（または遊星球心揺動）する。
【００４４】
また、研磨機の上軸により加工圧力Ｎ（不図示）が加えられる。加工圧力Ｎは、支持具１２の円錐面１２ｇを介して、保持具１３の凸球面部１３ａに伝わり、さらにベアリング１６Ａ、１６Ｂ、保持皿３２および貼付皿３３を介して、ワーク３１に伝えられ、ワーク３１の被加工面３１ａが研磨具２７の加工面２７ａに押し付けられる。図示しないノズルより、研削液または研磨材を含む遊離砥粒がワーク３１の被加工面３１ａおよび研磨具２７の加工面２７ａに供給される。そして、研磨具２７の加工面２７ａとワーク３１の被加工面３１ａとの摩擦力、および両者の相対速度の差により、ワーク３１は従属回転しながら、ワーク３１の被加工面３１ａは研磨具２７によって研削、または研磨加工される。
【００４５】
このとき、ワーク３１には、加工圧力Ｎ、研磨具２７の回転および揺動により加工抵抗力Ｆ（不図示）が加わる。この加工抵抗力Ｆに対して、保持具１３の凸球面部１３ａと支持具１２の円錐面１２ｇとの接触稜線でラジアル方向の力Ｆｒ（不図示）とアキシアル方向の力Ｆａ（不図示）とが抗力となる。すなわち、ラジアル方向の抗力Ｆｒと、加工抵抗力Ｆとのバランスにより、ワーク３１の回転軸ｈのズレを防ぐことができる。また、保持具１３の凸球面部１３ａが、支持具１２の円錐面１２ｇと線接触しているので、保持具１３は容易に摺動することができる。研磨具２７の加工面２７ａの回転時に発生する振れ、および、研磨機の上軸と下軸との揺動による傾きの変化に対して、保持具１３の凸球面部１３ａが支持具１２に形成された円錐面１２ｇに対して摺動することにより、研磨具２７の加工面２７ａにワーク３１の被加工面３１ａが常に全面当接して追従する。これにより、ワーク３１の被加工面３１ａには常に均等な加工圧力が加わるようになっている。
【００４６】
なお、支持具１２は回転しないように研磨機の上軸（不図示）に固着されているので、研磨具２７の加工面２７ａの回転時の振れ、および、研磨機の上軸と下軸との傾きによる保持具の摺動運動が必要以上に発生することはない。
【００４７】
加工が終了すると、磁石３４により貼付皿３３は保持皿３２に保持された状態で上軸が上昇する。上軸の上昇が停止したところで、ワーク３１と一体になった貼付皿３３を保持皿３２より引き出して回収する。なお、上軸が上昇し始めると、保持具１３は重力により下方に下がるが、外輪ナット２０の傾斜部２０ａと支持具１２の突起部１２ｃの傾斜面１２ｅとが接触し、保持具１３の落下を防止する。また、加工中は、外輪ナット２０の傾斜部２０ａと支持具１２の突起部１２ｃの傾斜面１２ｅとは、一定の隙間を維持しているので、保持具１３の動きを損なうことはない。
【００４８】
本実施の形態によれば、凹球面を有するワークの場合、およびワークが貼付された貼付皿の場合であっても、実施の形態２と同様に、ワークを均等な加工圧力で安定して加工することができ、高精度のワークを得ることができる。また、保持皿の有底穴の底面には、磁石が配設されているので、貼付皿を保持皿に保持しつつ、研磨機の上軸を上昇させることができるので、ワークの着脱を容易に行うことができ、自動搬送にも対応可能である。
【００４９】
本実施の形態では、凹球面を有するワークを例として説明したが、凸球面を有するワークであっても、各部材の寸法を設定変更して本実施の形態を適用することができる。また、本実施の形態においては、支持具１２の貫通孔１２を介して、研磨機の上軸（不図示）よりエアーを供給することにより、支持具１２の中空部１２ａは圧力が上がり、研削液または研磨液のベアリング１６Ａ、１６Ｂへの侵入を防止することができ、ベアリングの寿命が延びるという効果がある。
【００５０】
なお、本発明の具体的な実施の形態から、つぎのような技術的思想が導き出される。
（付記）
（１）  ワークを保持する保持皿と、該保持皿を回転自在に支承するとともに外周に凸球面を形成した保持具と、該保持具の凸球面を摺動自在に支持する支持具とを有する研削研磨保持装置において、
前記保持具の凸球面は半球よりも少ない球面で形成され、前記支持具は円柱空間状の中空部と該中空部の下端に環状稜線とを形成し、前記保持具を前記中空部に収納し、かつ、前記保持具の凸球面と前記環状稜線とで線接触させるように構成したことを特徴とする研削研磨保持装置。
【００５１】
付記（１）に係る研削研磨保持装置によれば、保持具の凸球面部と支持具の環状稜線とは、摺動抵抗の少ない線接触で加工抵抗力に対する抗力を得ているので、加工条件またはワーク形状の変更があっても、均等な加工圧力で安定した加工ができ、高精度のワークを得ることができる。
【００５２】
（２）  ワークを保持する保持皿と、該保持皿を回転自在に支承するとともに外周に凸球面を形成した保持具と、該保持具の凸球面を摺動自在に支持する支持具とを有する研削研磨保持装置において、
前記保持皿は中心部に貫通孔が形成され、前記保持具はベアリングを介して前記保持皿を回転自在に保持し、前記凸球面は半球よりも少ない球面で形成され、前記支持具は円柱空間状の中空部とエアーの給排出装置に連通する貫通孔とを形成し、前記中空部の下端にＯリングを装着して、前記保持具を前記中空部に収納し、かつ、前記保持具の凸球面と前記Ｏリングとで線接触させるように構成したことを特徴とする研削研磨保持装置。
【００５３】
付記（２）に係る研削研磨保持装置によれば、保持具の凸球面部と支持具の下端に装着したＯリングとは、摺動抵抗の少ない線接触で加工抵抗力に対する抗力を得ているので、加工条件またはワーク形状の変更があっても、均等な加工圧力で安定した加工ができ、高精度のワークを得ることができる。また、ワークをエアーによる吸引にて保持しつつ、研磨機の上軸を上昇させることができるので、ワークの着脱を容易に行うことができ、自動搬送に対応可能となる。
【００５４】
（３）  ワークを保持する保持皿と、該保持皿を回転自在に支承するとともに外周に凸球面を形成した保持具と、該保持具の凸球面を摺動自在に支持する支持具とを有する研削研磨保持装置において、
前記保持皿は中心部の有底穴に磁石を装備してワークを貼付した貼付皿を保持し、前記保持具はベアリングを介して前記保持皿を回転自在に保持し、前記凸球面は半球よりも少ない球面で形成され、前記支持具は円柱空間状の中空部と該中空部の内周下部に円錐面とを形成して、前記保持具を前記中空部に収納し、かつ、前記保持具の凸球面と前記円錐面とで線接触させるように構成したことを特徴とする研削研磨保持装置。
【００５５】
付記（３）に係る研削研磨保持装置によれば、保持具の凸球面部と支持具の内周下部の円錐面とは、摺動抵抗の少ない線接触で加工抵抗力に対する抗力を得ているので、加工条件またはワーク形状の変更があっても、均等な加工圧力で安定した加工ができ、高精度のワークを得ることができる。また、ワークを貼付した貼付皿を磁石により吸引しているので、貼付皿を保持皿に保持しつつ、研磨機の上軸を上昇させることができるので、ワークの着脱を容易に行うことができ、自動搬送に対応可能となる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、研磨具の回転および揺動による加工抵抗力および上方より作用する加工圧力を、保持具の凸球面から支持具の支持部に受け、発生した加工抵抗力に対する抗力を発生させてバランスを保つ。また、支持部がワークを保持する保持具の凸球面に線接触しているので、ワークと研磨具との相対的な運動に伴う保持具と支持具との摺動運動が円滑に行われる。これにより、加工条件またはワーク形状に変更があっても、均一な加工圧力で安定した加工ができ、高精度のワークを得ることができる。また、上記効果に加え、円錐面が凸球面に接触して摺動運動しながら加工抵抗力と抗力とのバランスを保つとともに、球面状の被加工面を有するワークの保持装置を小型にすることが可能となるので、保持具による慣性モーメントの影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の研削研磨保持装置の縦断面図である。
【図２】実施の形態２の研削研磨保持装置の縦断面図である。
【図３】実施の形態３の研削研磨保持装置の縦断面図である。
【図４】従来技術の研削研磨装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１  ワーク
２  支持具
２ｃ  環状稜線
３  保持具
３ａ  凸球面部
【図１】
0004073117.tif 000002
【図２】
0004073117.tif 000003
【図３】
0004073117.tif 000004
【図４】
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