(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持するワークホルダを回転自在に設け、前記ワークホルダに保持されたワークのワーク表面に当接して研削加工するように回転駆動される砥石を設けた球面創成装置において、
前記ワークホルダを支持すると共に、その回転軸に平行に移動させる第１の移動機構部と、
前記砥石を支持すると共に、その回転軸に直角に移動させる第２の移動機構部と、
前記砥石をその回転軸方向に移動させる第３の移動機構部と、
前記砥石、第２の移動機構部及び第３の移動機構部が載置される旋回ベースを前記ワーク及び砥石の当接位置近傍を中心として旋回させる駆動モータと、
前記第１、第２および第３の移動機構部及び駆動モータを制御する制御装置とを具備し、
前記砥石は、前記ワーク表面に当接して加工を行う外周面に、粗加工を行うための凹曲面形状の曲面形状部と仕上げ加工を行うための円柱部とが形成された円盤形状となっていることを特徴とする球面創成装置。
【請求項２】
前記砥石は、前記曲面形状部と円柱部とが異なった砥石材であることを特徴とする請求項１記載の球面創成装置。
【請求項３】
ワークホルダに保持されたワークを回転しながら、回転する砥石をワーク表面に当接させてワークに球面創成を行う球面創成方法において、
前記砥石の外周面における回転軸方向に粗加工を行うための凹曲面形状の曲面形状部と仕上げ加工を行うための円柱部とを形成し、ワークホルダに保持されたワークの回転軸と前記砥石の回転軸とを直交させた状態でワークと砥石とをそれぞれ回転し、ワークの回転軸上の頂部と砥石の外周面における曲面形状部とを当接させてワークの頂部に曲面形状部による球面形状を加工し、次いで、ワークと砥石とを相対移動させてワークの回転軸に対して砥石の円柱部が対向するように位置決めし、前記球面形状が加工されたワークの頂部と砥石の円柱部とを当接して、当接位置近傍を中心として砥石を旋回し、ワークに球面を創成することを特徴とする球面創成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小径な光学素子等の被加工物（以下、ワークという）に対して球面を創成する球面創成装置及び球面創成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７及び図８は、光学素子等のワークに球面を創成するため、特公平７−３５００９号公報に開示された装置である。
【０００３】
図７に示すように、レンズホルダ５２のレンズ５１の保持部の反対側には、レンズホルダ５２をその回転軸５２ａに平行に移動させる制御モータ５５が設けられている。加工を行う砥石５３には、その回転軸５３ａに対して砥石５３を直角方向に移動させる制御モータ５６が設けられている。砥石５３と制御モータ５６とは、ほぼ扇形状のべース５７上に載置されている。ベース５７はレンズ５１と砥石５３の先端との当接位置近傍の回転中心５７ａを中心として制御モータ５８により回転自在となっている。さらに、前記各制御モータ５５、５６、５８は、それぞれ制御装置５９に接続されており、制御装置５９による制御により、砥石５３のレンズ５１に対する相対角度や移動方向等が適宜、設定される。
【０００４】
この構造の装置によって、レンズ３１に凸面を形成する場合には、図８に示すように、砥石５３の先端を回転軸５３ａ上で当接するように位置させ、レンズ５１を保持しているレンズホルダ５２を回転せながら砥石５３を回転させることにより凸面５１ａを創成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した球面創成装置においては、ワーク５１の外径およびワークに創成する球面の曲率半径が微小（例えば外径が２ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下）になるのに従い、砥石５３の外径も小さくする必要がある。例えば外径１ｍｍ、曲率半径１ｍｍの凸球面を創成する場合には、外径０．７ｍｍ程度の砥石が必要となる。このように砥石径の小さい砥石で加工を行うと、加工中に砥石５３に撓みが生じるため、所望の球面形状を得ることができない問題がある。
【０００６】
また、砥石径の小さい砥石で加工を行うと、砥石がすぐに摩耗し、その結果、ワークの加工寸法がすぐに変化して安定しない問題も有している。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点を考慮してなされたものであり、微小径なワークに曲率半径が小さい球面でも１基の砥石で高精度に加工することができる球面創成装置及び球面創成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の球面創成装置は、ワークを保持するワークホルダを回転自在に設け、前記ワークホルダに保持されたワークのワーク表面に当接して研削加工するように回転駆動される砥石を設けた球面創成装置において、前記ワークホルダを支持すると共に、その回転軸に平行に移動させる第１の移動機構部と、前記砥石を支持すると共に、その回転軸に直角に移動させる第２の移動機構部と、前記砥石をその回転軸方向に移動させる第３の移動機構部と、前記砥石、第２の移動機構部及び第３の移動機構部が載置される旋回ベースを前記ワーク及び砥石の当接位置近傍を中心として旋回させる駆動モータと、前記第１、第２および第３の移動機構部及び駆動モータを制御する制御装置とを具備し、前記砥石は、前記ワーク表面に当接して加工を行う外周面に、粗加工を行うための凹曲面形状の曲面形状部と仕上げ加工を行うための円柱部とが形成された円盤形状となっていることを特徴とする。
【０００８】
この発明では、円盤形状の砥石の曲面形状部によってワークに対して曲面形状に近い粗加工を行い、砥石の円柱部によって仕上げ加工を行う。円盤形状の砥石を用いるため、砥石径を微小にする必要がなく、砥石の撓みを小さくすることができ、高精度な球面創成加工が可能となる。また、砥石の曲面形状部で粗加工を行ってから円柱部で仕上げ加工を行うため、仕上げ加工時の仕上げ代が均一となり、加工時の負荷が安定し、より高精度な加工が可能となる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明であって、前記砥石は、前記曲面形状部と円柱部とが異なった砥石材であることを特徴とする。
【００１０】
この発明では、砥石が異なった砥石材の組み合わせからなるため、加工条件に合わせた砥石材を用いることができ、面精度が向上した高精度な加工を行うことができる。
【００１１】
請求項３の発明の球面創成方法は、ワークホルダに保持されたワークを回転しながら、回転する砥石をワーク表面に当接させてワークに球面創成を行う球面創成方法において、前記砥石の外周面における回転軸方向に粗加工を行うための凹曲面形状の曲面形状部と仕上げ加工を行うための円柱部とを形成し、ワークホルダに保持されたワークの回転軸と前記砥石の回転軸とを直交させた状態でワークと砥石とをそれぞれ回転し、ワークの回転軸上の頂部と砥石の外周面における曲面形状部とを当接させてワークの頂部に曲面形状部による球面形状を加工し、次いで、ワークと砥石とを相対移動させてワークの回転軸に対して砥石の円柱部が対向するように位置決めし、前記球面形状が加工されたワークの頂部と砥石の円柱部とを当接して、当接位置近傍を中心として砥石を旋回し、ワークに球面を創成することを特徴とする。
【００１２】
この発明では、第１ステップとして、円盤形状からなる砥石の曲面形状部をワークに当接させて、所望の曲面形状に近い曲面寸法に粗加工を行う。第２ステップとして、砥石の円柱部をワークに当接させ、所望の曲面形状に仕上げ加工を行う。このように円盤形状の砥石を使うことにより、砥石径を微小にする必要がなくなるため、砥石の撓みを小さくすることができ、高精度な球面創成加工が可能となる。また、砥石の曲面形状部で粗加工を行ってから円柱部で仕上げ加工を行うため、仕上げ加工時の仕上げ代が均一となり、加工時の負荷が安定し、より高精度な加工が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態により具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の要素は同一の符号を付して対応させてある。
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１を示し、図１は球面創成装置の平面図、図２及び図３は加工部分を拡大した平面図である。
【００１４】
この実施の形態では、レンズは光学ガラス素材からなるワーク１から創成される。加工前において、ワーク１の形状は円柱状であって、その外径は０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度となっている。
【００１５】
図１及び図２において、ワーク１はワークホルダ２に形成した凹部内に接着（あるいは吸引）により保持されている。ワークホルダ２はその回転軸２ａ方向に移動させる第１の移動機構部３に取り付けられた回転スピンドル４の先端部に支持されていると共に、回転自在となっている。回転スピンドル４の他端側にはプーリ５が取り付けられており、第１の移動機構部３を構成する移動テーブル３ａ上に設置されたモータ６とは、プーリ７、ベルト８を介して接続されており、これによりモータ６の回転を回転スピンドル４に伝達することができる。
【００１６】
第１の移動機構部３はワークホルダ２の回転軸２ａと平行な方向に回転スピンドル４の移動及び位置決めを行う機構である。この第１の移動機構部３は、回転スピンドル４を取り付けた移動テーブル３ａと、移動テーブル３ａを回転軸２ａの方向に案内するガイド３ｂと、移動テーブル３ａの下部と螺合して移動テーブル３ａを送る送りネジ３ｃと、送りネジ３ｃを回転する駆動モータ３ｄとから構成されている。
【００１７】
砥石９は円盤形状に成形されたものが使用される。円盤形状からなる砥石９は、曲面形状部としての曲面形状の溝部９ｂと円柱部９ｃとを外周部に有している。砥石９はワークホルダ２の回転軸２ａに対して直交する向きで回転する回転軸９ａを有した砥石スピンドル１０の先端部に取り付けられている。砥石９の曲面形状の溝部９ｂは、創成するレンズ球面の所望の凸の曲面形状に近い凹の曲面寸法に形成されている。
【００１８】
砥石スピンドル１０は図示せぬ駆動手段によって高速回転（１０，０００ｒｐｍ〜７０，０００ｒｐｍ）可能な構成になっている。砥石スピンドル１０は第２の移動機構部１１を構成する移動テーブル１１ａ上に設置されている。
【００１９】
第２の移動機構部１１は砥石スピンドル１０を砥石９の回転軸９ａに対して直角な方向に移動及び位置決めを行う機構である。この第２の移動機構部１１は、砥石スピンドル１０を取り付けた移動テーブル１１ａと、移動テーブル１１ａを回転軸９ａに対して直角な方向に案内するガイド１１ｂと、移動テーブル１１ａと螺合して移動テーブル１１ａを送る送りネジ１１ｃと、送りネジ１１ｃを回転させる駆動モータ１１ｄとから構成されている。
【００２０】
砥石スピンドル１０は砥石スピンドル１０と第２の移動機構部１１の移動テーブル１１ａとの間に設けられた図示せぬ第３の移動機構部によって砥石９の回転軸９ａの方向に移動及び位置決め可能な構成になっている。なお、第３の移動機構部は、図示する形態では、砥石スピンドル１０によって隠れて見えないが、回転軸９ａの方向に対となって延在するガイドに沿って駆動モータによって砥石スピンドル１０を進退動させる機構であり、第２の移動機構部１１と同様な構成となっている。
【００２１】
第２の移動機構部１１は、略長方形板状の旋回ベース１２上に固定されている。旋回ベース１２はその板状の下部に設けられた駆動モータ１３（図示において点線の円で示す）によって、ワーク１及び砥石９の当接位置近傍の回転中心１２ａ（ワーク１の球面の曲率中心と一致する位置）を中心として回転運動可能となっている。
【００２２】
以上の各駆動モータ３ｄ、１１ｄ、１３及び第１〜第３の移動機構部のそれぞれは制御装置１４に接続され、制御装置１４の制御により、各移動機構部の位置や速度の設定ができるようになっている。
【００２３】
このような構成からなる球面創成装置は、まず、円柱状のワーク１をワークホルダ２に保持し、制御装置１４により第１の移動機構部３の駆動モータ３ｄを駆動させ、ワーク１を砥石９側の所定の位置まで移動させる。このとき、ワーク１と向き合う位置には、砥石９の曲面形状の溝部９ｂが位置している。
【００２４】
次に、ワーク１及び砥石９を回転させ、第１ステップとして、第２の移動機構部１１の駆動モータ１１ｄを駆動させて、砥石９の曲面形状の溝部９ｂをワーク１に当接させ、所望の曲面形状に近い凸形状の曲面寸法に粗加工を行う（図２参照）。
【００２５】
その後、第２の移動機構部１１の駆動モータ１１ｄを駆動させて、砥石９をワーク１から一旦離し、第３の移動機構部によって砥石９を回転軸９ａ方向に移動させ、砥石９の円柱部９ｃをワーク１と対向させる。
【００２６】
第２ステップとして、第２の移動機構部１１の駆動モータ１１ｄを駆動させて砥石９を凸形状のワーク１の頂部に接触させていく。この実施の形態では、ワーク１と砥石９との加工点と、旋回ベース１２の回転中心１２ａとの距離曲面Ｒ（図３参照）が曲率半径となるため、この距離Ｒが所望の曲率半径となるように砥石９を移動させながら、ワークの頂部を加工することになる。
【００２７】
次に、所望の距離Ｒとなったとき、ワーク１と砥石９の位置を固定した状態で、旋回ベース１２を駆動モータ１３によって所定角度θへ所定速度で回転させて（即ち、回転中心１２ａを中心として砥石９を回転軸２ａに対し、角度θ分移動（旋回）させて）球面創成を行う。
【００２８】
このような実施の形態によれば、円盤形状の砥石９を用いて加工を行うため、砥石９の径を小さくする必要がなくなり、砥石９の撓みを小さくすることができ、高精度な球面創成加工が可能となる。また、砥石９の曲面形状の溝部９ｂで粗加工を行ってから円柱部９ｃで仕上げ加工を行うため、仕上げ加工時の仕上げ代が均一となり、加工時の負荷か少なくなって砥石９による球面創成が安定し、より高精度な加工が可能となる。
【００２９】
（実施の形態２）
図４〜図６は、実施の形態２を加工順序で示す拡大平面図である。この実施の形態における砥石９は、曲面形状の溝部９ｂと円柱部９ｃとが異なる砥石材によって形成されるものである。例えば、曲面形状の溝部９ｂは砥粒粒度＃４００（約５０μ）の砥粒をメタルボンドで結合した粗加工用砥石材、円柱部９ｃは曲面形状の溝部９ｂより目の細かい砥粒とやわらかい結合剤から形成された、例えば砥粒粒度＃８００（約２０μ）の砥粒をレジンボンドで結合した仕上げ用砥石材が使用される。
【００３０】
この実施の形態では、実施の形態１のワークホルダ２の形状を変更しており、ワークホルダ２とワーク１の接触部分の外径に対し、ワーク１の外径よりもワークホルダ２の外径を小さくした形状になっている。
【００３１】
この実施の形態の球面創成装置では、まず、ワーク１をワークホルダ２に接着剤で保持し、制御装置１４により第１の移動機構部３の駆動モータ３ｄを駆動させ、ワーク１を砥石９側の所定の位置まで移動させる。このとき、ワーク１と向き合う位置には、砥石９の曲面形状の溝部９ｂが位置している（即ち、ワーク１の回転軸上には砥石９の曲面形状の溝部９ｂの曲面中心が一致している）。
【００３２】
次に、ワーク１及び砥石９を回転させ、第１ステップとして、第２の移動機構部１１の駆動モータ１１ｄを駆動させて、砥石９の曲面形状の溝部９ｂをワーク１に当接させ、ワーク１に対して所望の曲面形状に近い曲面寸法の粗加工を行う（図４参照）。
【００３３】
次に、第２の移動機構１１の駆動モータ１１ｄを駆動させて砥石９をワーク１から一旦離し、図示せぬ第３の移動機構部によって砥石９を回転軸９ａ方向に移動させ、砥石９の円柱部９ｃをワーク１と対向させる（即ち、ワーク１の回転軸上に砥石９の円柱部９ｃを位置させる。）
【００３４】
その後、第２ステップとして、第２の移動機構１１の駆動モータ１１ｄを駆動させて砥石９をワーク１に接触させてワーク１を加工していく。この実施の形態では、ワーク１と砥石９との加工点と、旋回ベース１２の回転中心１２ａとの距離Ｒ（図５参照）が曲率半径となるため、この距離Ｒが所望の曲率半径となるように砥石９を移動させることになる。この移動は駆動モータ１１ｄの駆動によって回転軸９ａに対して直角な方向にガイド１１ｂで案内し、ワーク１を加工しながら行う。
【００３５】
そして、所望の距離Ｒになったとき、ワーク１と砥石９の位置を固定した状態で、旋回ベース１２を駆動モータ１３によって所定角度θへ所定速度で回転させて（図５に示すように、砥石９を２点鎖線で示す角度θ分移動させて）、仕上げの球面創成加工を行う。この加工では、ワーク１の表面が第１ステップで予め凸形状に形成されており、第２ステップでの加工量が少ないので、砥石９の一度の回転（移動）で所望の球面を創成できる。
【００３６】
球面創成加工後、一旦ワーク１の表面から砥石９を離し、次いでワークホルダ２の回転軸２ａと砥石９の回転軸９ａが平行になる位置（図６で砥石９が回転軸２ａに対し直交する実線で示す位置）まで駆動モータ１３を駆動させて旋回ベース１２を旋回させる。
【００３７】
次に、第２の移動機構部１１の駆動モータ１１ｄを駆動させて砥石９の円柱部９ｃをワーク１の接触側外周部に接触させ、次いで、ワーク１の外周部に対して駆動モータ１１ｄにより砥石９を送り込んでワーク１の外周部の研削加工とともに第１の移動機構部３の駆動モータ３ｄを駆動させて、ワークホルダ２の回転軸２ａと平行にワーク１を移動させることによって、ワーク１の外径加工を行う（図６参照）。
【００３８】
このように駆動モータ３ｄを駆動することによって長尺なレンズの外径を成形することができる。なお、砥石９の円柱部９ｃの長さが、レンズ外周面の長さに対して十分であれば、駆動モータ３ｄによりワーク１を移動させる必要がなくなる。
【００３９】
このような実施の形態によれば、砥石９の曲面形状の溝部９ｂを粗加工用砥石、円柱部９ｃを仕上用砥石としているので、より効率良く、より面粗さを向上させた高精度な加工を行うことができる。また、この実施の形態では、球面創成加工だけでなく、外径加工も１台の装置上で行うことができる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、円盤形状の砥石を用いるため、砥石径を微小にする必要がなく、砥石の撓みを小さくすることができ、高精度な球面創成加工が可能となり、しかも、砥石の曲面形状部で粗加工を行ってから円柱部で仕上げ加工を行うため、仕上げ加工時の仕上げ代が均一となり、加工時の負荷が安定し、より高精度な加工が可能となる。
【００４１】
請求項２の発明によれば、加工条件に合わせた砥石材を用いることができ、面精度が向上した高精度な加工を行うことができる。
【００４２】
請求項３の発明によれば、砥石の撓みを小さくすることができ、高精度な球面創成加工が可能となり、しかも、仕上げ加工時の仕上げ代が均一となり、加工時の負荷が安定し、より高精度な加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の全体を示す平面図である。
【図２】            実施の形態１の第１ステップを示す平面図である。
【図３】実施の形態１の第２ステップを示す平面図である。
【図４】実施の形態２の第１ステップを示す平面図である。
【図５】実施の形態２の第２ステップを示す平面図である。
【図６】実施の形態２の最終ステップを示す平面図である。
【図７】従来の球面創成装置の平面図である。
【図８】従来の球面創成装置による加工部分の拡大平面図である。
【符号の説明】
１  ワーク
２  ワークホルダ
３  第１の移動機構部
９  砥石
１１   第２の移動機構部
【図１】
0004208364.tif 000002
【図２】
0004208364.tif 000003
【図３】
0004208364.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004208364.tif 000007
【図７】
0004208364.tif 000008
【図８】
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