JP2000237942A - 研削加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の不連続な曲面で構成される軸対称な非
球面形状の部品の不連続部分でも、シャープなエッジを
精密に加工することができる研削加工方法及びその装置
を提供する。 【解決手段】 先端２Ａが尖った軸対称の円盤状の研削
砥石２と、軸対称の工作物４の回転軸に対して前記研削
砥石の砥石回転軸が直交し、さらに前記工作物４上で接
する前記研削砥石２の回転方向が工作物４の回転方向と
平行となるように配置された状態で、前記研削砥石２を
工作物４の半径方向及び回転軸方向に駆動させ、複数の
不連続な曲面で構成される軸対称な非球面形状の部品を
製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研削加工方法及び
その装置に係り、特に、ホログラフィー光学素子等のマ
イクロフレネルレンズの研削加工方法及びその装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
以下に示すようなものがあった。 （１）山崎雄司、中村和人、橋本洋：フレネルレンズの
内蔵ＬＥＤの開発，精密工学会誌，５９，４（１９９
３）１２３． （２）春原正明，梅谷誠，清水義之，白藤芳則：ホログ
ラム非球面レンズを成形−ＤＶＤ・ＣＤ併用可能にした
金型技術−，日経メカニカル，４５８，（１９９５）４
０． （３）山形豊，樋口俊郎，上田勝宣，高島譲，大野元
治：精密切削によるブレーズ化された自由曲面回折格子
の製作，１９９６年度精密工学会春季大会学術講演会講
演論文集，（１９９６）５３３． （４）森田晋也，山形豊，樋口俊郎：ホログラム光学素
子の切削条件に関する研究，１９９７年度精密工学会秋
季大会学術講演会講演論文集，（１９９７）２１． （５）Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｓ．Ｋｏｄｅｒａ，Ｔ．Ｎａ
ｋａｓｕｊｉ，Ｔ，Ｏｈｔａ ａｎｄ Ｋ．Ｓｙｏｊ
ｉ：Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｏｆＡｓ
ｐｈｅｒｉｃａｌ ＣＶＤ−ＳｉＣ Ｍｏｌｄｉｎｇ
Ｄｉｅ，Ｉｎｔ．Ｊ．ＪＳＰＥ，３２，（１９９８）２
５． （６）鈴木浩文，小寺直，前川茂樹，森田訓子，桜井英
一，田中克敏，武田弘，厨川常元，庄司克雄：マイクロ
非球面の超精密研削に関する研究−斜軸研削法によるマ
イクロ非球面の鏡面研削の可能性検証−，精密工学会
誌，６４，４（１９９８）５４１． 近年、ホログラフィー光学素子などのマイクロフレネル
レンズのニーズが増大している。このようなフレネルレ
ンズは、その利用目的上多数の不連続な曲面で構成され
ている微細な型を用いた成形法により量産加工しなけれ
ばならない。

【０００３】図１９は従来のガラス製フレネルレンズの
成形工程の一例を示す図である。

【０００４】まず、図１９（ａ）に示すように、下型５
１と上型５２間にガラス材料５３をセットし、図１９
（ｂ）に示すように、ガラス材料５３を加熱するととも
に、上型５２でプレスする。次に、図１９（ｃ）に示す
ように、上型５２をアンロードする。

【０００５】一方、これまでは型の加工は微小な単結晶
ダイヤモンドバイトによる切削加工が中心であり、型材
としては、無酸素銅、黄銅、無電解Ｎｉなどの軟質金属
に限られていた。その結果、レンズ材質は成形温度が低
いプラスチックレンズが中心となっていた。しかし、Ｄ
ＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｃ）やＣＤ
（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）用などのデバイスでは、
その性能の向上のため、ガラスレンズ化による光学特性
および耐熱強度の向上が不可欠であり、このような微細
な形状を有するセラミック型の超精密・微細加工技術の
開発が必要である。

【０００６】図２０はかかる従来のセラミック型の研削
加工装置を示す斜視図、図２１はその研削加工装置によ
る研削加工方法の説明図である。

【０００７】これらの図において、１０１は砥石軸、１
０２は研削砥石、１０３は主軸、１０４は工作物（フレ
ネル形状の工作物）である。

【０００８】この図に示すように、軸対称の円盤状の研
削砥石１０２を用い、軸対称の工作物１０４上で接する
研削砥石１０２の回転方向が工作物１０４の回転方向と
直角に配置されている。

【０００９】これらの図から明らかなように、これまで
の軸対称非球面工作物の研削加工はＸ，Ｚ軸の同時２軸
制御加工機により行われていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の研削加
工装置では、不連続な曲面で構成される軸対称な非球面
形状の光学部品（フレネルレンズ）を研削加工すると、
図２０及び図２１に示すように、加工点における工作物
１０４の回転方向と研削砥石１０２の回転方向が直交し
ており、研削砥石１０２の円弧形状が段差部に転写さ
れ、鋭利な段差で構成されるフレネル形状の精密加工は
困難であるといった問題があった。

【００１１】本発明は、上記問題点を除去し、複数の不
連続な曲面で構成される軸対称な非球面形状の部品の不
連続部分でも、シャープなエッジを精密に加工すること
ができる研削加工方法及びその装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕研削加工方法において、先端が尖った軸対称の円
盤状の研削砥石と、軸対称の工作物の回転軸に対して前
記研削砥石の砥石回転軸が直交し、さらに前記工作物上
で接する前記研削砥石の回転方向が工作物の回転方向と
平行となるように配置された状態で、前記研削砥石を工
作物の半径方向及び回転軸方向に駆動させ、複数の不連
続な曲面で構成される軸対称な非球面形状の部品を製造
するようにしたものである。

【００１３】〔２〕上記〔１〕記載の研削加工方法にお
いて、前記非球面形状の部品は硬質のフレネル形状の光
学部品である。

【００１４】〔３〕上記〔２〕記載の研削加工方法にお
いて、前記非球面形状の部品はガラス製マイクロフレネ
ルレンズである。

【００１５】〔４〕上記〔１〕記載の研削加工方法にお
いて、前記研削砥石の送り速度を制御可能にする。

【００１６】〔５〕空気静圧軸受による縦型の研削砥石
スピンドルと横型の主軸を備え、分解能ｎｍオーダーの
リニアスケールフィードバックシステムによる４軸
（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｃ）制御の研削加工装置であって、先端
がナイフエッジ状に尖った軸対称の円盤状の研削砥石
と、この研削砥石の砥石回転軸Ｙと直交する回転軸Ｚを
有する軸対称の工作物とを備え、前記Ｙ−Ｚ軸の同時２
軸制御手段と、研削砥石送り速度制御手段とを具備する
ようにしたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の実施例を示す研削加工装置
の要部斜視図、図２はその研削加工装置による研削加工
方法の説明図である。

【００１９】これらの図に示すように、砥石軸１を有
し、先端２Ａが鋭利なナイフエッジ形状の研削砥石２を
用い、研削点における工作物４の回転方向と研削砥石２
の回転方向が平行関係にあるような砥石軌跡で研削す
る。なお、３は工作物４が装着される主軸である。

【００２０】ここで、この実施例では、研削砥石２の回
転軸であるＹ軸（縦軸）と、工作物４の回転軸であるＺ
軸（横軸）の同時２軸制御による研削方法を用いた。

【００２１】以下、詳細に説明する。

【００２２】（１）研削砥石の位置決め 刃先が円弧形状になった研削砥石による軸対称非球面の
切削加工では、次式に示すように、研削砥石の位置決め
の基点となる円弧中心の座標を計算し、ＮＣ制御しなが
ら加工を行う。

【００２３】

【数１】

【００２４】ここで、（Ｙ_W ，Ｚ_W ）は工作物の座標、
（Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）は研削砥石の刃先円の中心座標であり、
Ｒは研削砥石の刃先円の曲率半径、θは加工点における
接線方向角である。

【００２５】本発明の研削方法では、図１及び図２に示
すように、先端２Ａが鋭利な研削砥石２でフレネル形状
を創成するため、上記式（１）において、Ｒ＝０として
計算した。

【００２６】（２）送り速度制御 図３に示すように、軸対称の工作物４を回転させながら
研削砥石２をＹ方向に送る場合、工作物４の半径方向位
置をｒ（ｍｍ）、研削砥石２および工作物４の回転数を
各々ω₁ ，ω₂ （ｒｐｍ）とすると、研削砥石２の１回
転当たりの工作物４の円周方向の送り量Ｆ_C （ｍｍ／ｍ
ｉｎ）は次式で表される。

【００２７】 Ｆ_C ＝２πｒ・ω₂ ／ω₁ …（２） 研削砥石送り速度をＦ_Y （ｍｍ／ｍｉｎ）とすると、工
作物４の１回転当たりに研削砥石２が工作物４の半径方
向に移動する距離Ｆ_r （ｍｍ／ｒｅｖ）は次式のように
表せる。

【００２８】 Ｆ_r ＝Ｆ_Y ／ω₂ …（３） 次に、工作物４と接触可能領域における作用砥粒数を
Ｎ，１砥粒による平均研削痕の長さをｌ_W とすると、工
作物４上の円周方向における砥粒引掻き痕のピッチＰは
次式で表される。

【００２９】 Ｐ＝Ｆ_C ・Ｆ_r ／Ｎ・ｌ_W …（４） 上記式（２），式（３），式（４）より次式が得られ
る。

【００３０】 Ｐ＝２π・Ｆ_Y ・ｒ／Ｎ・ｌ_W ・ω₁ …（５） ここで、砥粒切刃数Ｎは、研削砥石表面の作用砥粒密度
δ（／ｍｍ² ）、工作物と研削砥石の接触面積をＡ（ｍ
ｍ² ）とすると、次式で表される。

【００３１】 Ｎ＝δ・Ａ …（６） ここで、δは研削砥石の硬度、集中度等により決定さ
れ、δとＡが加工中は一定とすると、Ｎも一定となる。

【００３２】また、研削砥石の表面に突出した砥粒の刃
先の平均頂角をθとし、砥粒の形状が転写されると仮定
するならば、図４より工作物の表面粗さ（Ｒ_y ）は次式
のように表現できる。

【００３３】 Ｒ_y ＝（Ｐ／２）ｃｏｔ（θ／２） …（７） 上記式（５）及び式（７）より次式が得られる。

【００３４】 Ｒ_y ＝（π・Ｆ_Y ・ｒ／Ｎ・ｌ_W ・ω₁ ）ｃｏｔ（θ／２） …（８） すなわち、この式から、従来のように砥石送り速度Ｆ_Y
が固定されている場合、工作物４の表面粗さは工作物の
半径方向位置に比例して悪化することがわかる。そこ
で、本発明の方法では、研削砥石２の送り速度Ｆ_Y を次
式のように変化させた。

【００３５】 Ｆ_Y （ｒ）＝ｋ・Ｐ・Ｎ・ｌ_W ・ω₁ ／２πｒ …（９） ここで、ｋは比例定数である。

【００３６】さらに、図３に示すように、研削砥石２が
１回転する間に加工面上において加工点が移動する円周
方向の長さＬ（ｒ）は次式のように表される。

【００３７】 Ｌ（ｒ）＝２πｒ・ω₂ ／ω₁ …（１０） ここで、研削砥石２が１回転する間の工作物との干渉面
積をＡ（ｒ）とすると、その間の工作物４の除去量Ｖ
（ｒ）は次式のようになる。

【００３８】 Ｖ（ｒ）＝Ｌ（ｒ）・Ａ（ｒ） …（１１） 上記式（１０）及び式（１１）より次式が得られる。

【００３９】 Ｖ（ｒ）＝２πｒ・（ω₂ ／ω₁ ）・Ａ（ｒ） …（１２） 工作物４の形状が平面の場合、切込みをδとすると、次
式の関係が成り立つ。

【００４０】 Ａ（ｒ）＝Ｆ_Y （ｒ）・δ …（１３） 上記式（１２）及び式（１３）より次式が得られる。

【００４１】 Ｖ（ｒ）＝２πｒ・（ω₂ ／ω₁ ）・Ｆ_Y （ｒ）・δ …（１４） 上記式（９）及び式（１４）より次式が得られる。

【００４２】 Ｖ（ｒ）＝ｋ・ω₂ ・δ・Ｐ・Ｎ・ｌ_W ＝ｃｏｎｓｔ …（１５） すなわち、この場合Ｖ（ｒ）が一定となるため、研削抵
抗が工作物と研削砥石の干渉体積（除去速度）に比例す
るものと仮定すると、形状精度も向上することを意味す
る。

【００４３】なお、半径方向位置ｒが小さい場合、Ｆ_Y
（ｒ）の値は大きくなるが、本発明では、送り量Ｆ
_Y （ｒ）／ω₁ が大きくなりすぎないように上限を設け
た、ここでは、上限値を０．４ｍｍ／ｍｉｎ（１．３μ
ｍ／ｒｅｖ）に設定した。

【００４４】（３）研削装置および研削システム 図５は本発明の実施例を示す研削加工装置の斜視図であ
る。なお、上記した図１〜図４に示したと同様の部分に
は同じ番号を付してそれらの説明は省略する。

【００４５】この図において、１１は主軸を回転させる
モータ、１２は真空チャック、１３はジグ、１４はＸ−
Ｚ軸案内テーブル、１５はＹ軸案内テーブル、１６は砥
石軸１を回転させるモータ、１７はクーラントノズルで
ある。

【００４６】研削装置としては、図５に示すような、同
時４軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｃ）制御加工機〔東芝機械（株）
製ＵＬＧ１００Ａ（Ｈ３）〕を用いた。Ｚ軸案内テーブ
ル上に主軸３が横向きに取り付けられ、自由曲面の加工
が可能である。

【００４７】ここで、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸テーブルは、Ｖ−Ｖ
溝面にニードルを配置した転がり案内であり、位置決め
は温度変化による変動を抑えるためにリニア（ガラス）
スケールフィードバック制御により行い、その位置決め
分解能は１ｎｍである。Ｘ−Ｚ軸案内テーブル１４上に
は、Ｙ軸案内テーブル１５が取り付けられ、そのＹ軸案
内テーブル１５に高速回転の研削スピンドルを設置し
た。主軸３は最大回転数３０００ｒｐｍの空気静圧軸受
であり、研削スピンドルは最大回転数４×１０⁴ｒｐｍ
の空気静圧軸受である。

【００４８】軸対称の工作物４はジグ１３を介して真空
チャック１２により主軸３に取り付けた。この際、電気
マイクロメータにより計測しながら、±０．５μｍ以下
の同軸度が得られるように調整した。さらに、主軸３お
よび砥石軸１に設けられたネジ穴にバランス重りを取り
付けて、主軸３および研削砥石２のアンバランスがそれ
ぞれ０．１μｍおよび０．０１μｍ以下になるように調
整した。同装置を用いて、Ｙ軸（縦軸）とＺ軸の同時２
軸制御を行いながら試作を行った。なお、Ｘ軸とＣ軸は
研削砥石２の原点調整時のみに用いた。

【００４９】（４）ダイヤモンドホイール（砥石）およ
びそのツルーイング法 本発明の実施例では、図６に示すような、研削砥石２と
して円盤状のダイヤモンドホイール（砥石）を用いた。
先端２Ａがθ（例えば、４５°）とナイフエッジ状に尖
らせ、このホイール先端２Ａにより、微小な段差で構成
されるフレネル形状を創成する。なお、図６において、
φＬ₁ は７０ｍｍ、Ｌ₂ は３ｍｍ、Ｌ₃は３ｍｍ、φＬ
₄ は１０ｍｍである。研削加工のみで仕上げるために、
また、工作物の形状誤差に影響を与える砥石磨耗を極力
抑制するために、砥粒径＃１２００と比較的粗粒のレジ
ノイドダイヤモンドホイール２Ｂを用いた。２Ｃはホイ
ールのスチール台座である。

【００５０】図７はダイヤモンドホイールのツルーイン
グの説明図であり、図７（ａ）は砥石側面のツルーイン
グ概念図、図７（ｂ）は端砥石面のツルーイング概念図
をそれぞれを示している。

【００５１】ダイヤモンドホイール２のツルーイング
は、これらの図に示すように、機上でツルア５を主軸３
に取り付けて、ダイヤモンドホイール２の下面と上面
（４５°テーパ部）をトラバースさせて行った。

【００５２】ここで、ツルーイング条件を表１に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】ツルア５には、ストレート形状の＃２００
のレジノイドボンドダイヤモンドホイールを用いて湿式
で行った。ツルア５はジグを介して真空チャックにより
主軸３に取り付け、外周を電気マイクロメータにより測
定しながら、１μｍ以下の同軸度が得られるように調整
した。ホイール２のエッジ部（先端部）２Ａは鋭利に成
形され、このエッジ部２Ａで研削を行った。

【００５５】（５）研削条件 型材料としてはガラス成形を行うことを想定し、微粒子
超硬合金ＷＣを用いた。ここでは、始めに平面形状の工
作物の研削加工を行い、上記した（２）〔送り速度制
御〕の効果を検討した。最後に、図８のフレネル形状の
型を試作し、検証を行った。

【００５６】本実施例では、図８に示すように、次式で
表される軸対称のフレネル形状の型を試作した。

【００５７】 Ｚ（Ｙ）＝ｍｏｄ｛ｇ（Ｙ），ｂ｝ …（１６） ここで、Ｙは工作物の半径方向の位置、Ｚは工作物の回
転軸方向の位置、ｇ（Ｙ）は非球面関数（多項式）、ｂ
はフレネルレンズの溝の段差である。

【００５８】また、ｇ（Ｙ）は一般の軸対称の非球面多
項式関数と同様に次式で表される。

【００５９】

【数２】

【００６０】ここで、Ｃ_V ，Ｋ，Ｃ_i （ｉ＝ｎ）は非球
面定数である。

【００６１】また、ここでは、ｇ（Ｙ）を約５０ｍｍの
近似曲率半径の非球面（有効径：約φ４ｍｍ）とし、段
差ｂ≒０．００５ｍｍ（５μｍ）に設定した。ガラスプ
レスを行うことを前提にし、型材に微粒子超硬合金を用
いた。

【００６２】研削条件を表２に示す。

【００６３】

【表２】

【００６４】仕上げ加工用の研削砥石としては＃１２０
０のレジノイドボンドダイヤモンドホイールを用いた。
切り込みは２μｍとし、送り速度を０．０２５〜０．４
ｍｍ／ｍｉｎと変化させた。

【００６５】（６）平面研削 砥石送り速度制御による表面粗さと形状精度の改善の効
果について検証する。以下では、工作物に平面形状の超
硬合金を用いた場合の結果を示す。

【００６６】（ａ）表面粗さ 表２に示した条件で平面研削したときの表面粗さの変化
を図９に示す。非接触表面粗さ計（ＺＹＧＯ社製Ｍａｘ
ｉｎＮＴ）を用いて工作物の半径方向位置において測定
したものである。評価面積は約１８０μｍ×１６０μｍ
であった。横軸は工作物の半径方向の位置で、縦軸はＰ
−Ｖ値で最大高さＲ_y に相当する。○印は砥石送り速度
を式（９）により、０．０２５〜０．４ｍｍ／ｍｉｎと
変化させたもの、●印は砥石送り速度を０．２μｍ／ｍ
ｉｎに固定したものである。砥石送り速度を制御するこ
とにより、表面粗さが改善され、均一化しているのがわ
かる。

【００６７】（ｂ）形状精度 先端に２μｍのダイヤモンドスタイラスをもつ形状測定
機〔松下電器（株）製ＵＡ３Ｐ〕により、同工作物を測
定して得られた形状誤差曲線を図１０に示す。上の曲線
ａが研削砥石の送り速度を一定としたもので、下の曲線
ｂが式（９）により変化させたものである。送り速度が
一定の場合、式（１４）より工作物の除去量Ｖ（ｒ）は
外周部で大きく内周部で小さくなり、その結果、研削抵
抗も変動し形状誤差が大きくなっている。一方、送り速
度を式（１５）に従って制御する場合、Ｖ（ｒ）は外周
部と内周部で一定となるため、その結果、研削抵抗が一
定化し、形状誤差も小さくなっているものと考えられ
る。

【００６８】（７）フレネル形状の研削実験 本発明の研削方法により、図８のフレネルレンズの成形
型の超精密研削を行い、研削加工の可能性検証を行っ
た。表１の条件でダイヤモンドホイールのツルーイング
を行った後、表２の条件で図１１に示すように研削加工
を行った。

【００６９】（ａ）形状精度 上記実験において、１次加工を行った後に測定した断面
形状を図１２に示す。形状誤差曲線は、表２の条件で３
回切り込みを与えて研削した後に工作物を主軸から取り
外し、先端の曲率半径２μｍ、頂角６０°のダイヤモン
ドスタイラスを備えた接触式形状測定装置〔松下電器
（株）製ＵＡ３Ｐ〕により測定したものである。いずれ
の段差部においても設計形状通りに約５μｍの段差があ
る。

【００７０】この結果を基に段差部近傍を除去して計算
した目標形状との差、すなわち形状誤差曲線を図１３に
示す。形状精度は約２．４１μｍＰ−Ｖであった。これ
は研削砥石の原点位置の誤差によるものである。

【００７１】この測定結果を基にダイヤモンドホイール
の原点位置をＹ方向に補正して研削加工を行い、同様の
測定方法により得られた結果を図１４に示す。約０．１
１μｍＰ−Ｖの形状精度が得られている。

【００７２】また、非接触形状測定装置（三鷹光器
（株）製ＮＨ−３）により測定した３次元形状を図１５
に示す。比較的に鋭利なエッジが得られていることが分
かる。

【００７３】最後に、研削後のフレネル形状の段差部の
みを上述の接触式形状測定装置により測定し、拡大して
表示した断面曲線を図１６に示す。鋭利に見える段差部
の横に約２５μｍの幅の形状誤差領域が存在している。
これはダイヤモンドホイール先端が円弧形状になってい
るためであると考えられる。この形状誤差領域をさらに
減少させるためには、ダイヤモンドホイールのツルーイ
ング法を改善して先端の形状をさらに鋭利にする必要が
ある。

【００７４】（ｂ）表面粗さ この研削後の工作物の中心付近において測定した表面粗
さを図１７に示す。非接触表面粗さ計（ＺＹＧＯ社製Ｍ
ａｘｉｎＮＴ）を用いて工作物の中心付近において測定
したものである。評価面積は、約１８０μｍ×１６０μ
ｍであった。約１０ｎｍＲ_y の表面粗さが得られ、高い
鏡面性が得られている。

【００７５】最後に、研削面のノマルスキー顕微鏡写真
（図示なし）で見たところ、表面に非常に微細な砥粒引
っかき痕が見られるが、延性モードの加工面が得られて
いることがわかる。加工点における研削砥石の回転方向
が従来の非球面研削方式では工作物の回転方向に対して
直交しているが、本発明の研削方法では工作物の回転方
向に対して研削砥石は平行な位置関係にある。そのため
に表面粗さは従来法に比べ悪化しやすい傾向にあると考
えられる。しかし、研削砥石の送り速度を工作物の半径
位置に対応して変化させることにより、良好な表面粗さ
が得られることが明らかとなった。

【００７６】以上の結果から、セラミックスなどの硬質
ぜい性材料製のフレネル形状の加工において、本発明の
研削法が有効であることが明らかとなった。

【００７７】（８）結果 上記したように、多数の不連続な曲面で構成されている
微細なフレネル形状の研削加工を実現し、ガラス製マイ
クロフレネルレンズを量産（プレス成形）するのを可能
にするため、本発明では以下の特徴をもつ研削システム
を開発した。

【００７８】（ａ）空気静圧軸受け方式の縦型の砥石ス
ピンドルと横型の主軸を備え、分解能１ｎｍのリニアス
ケールフィードバックシステムによる同時４軸（Ｘ、
Ｙ、Ｚ、Ｃ）制御が可能である。

【００７９】（ｂ）先端がナイフエッジ状で鋭利な円盤
状の研削砥石をＹ軸（縦軸）とＺ軸（横軸）の同時２軸
制御しながら駆動することにより、不連続な非球面形状
の創成が可能である。

【００８０】（ｃ）軸対称の非球面工作物において半径
方向の位置に対応した研削砥石の送り速度制御が可能で
ある。

【００８１】以上の研削システムにより微粒子超硬合金
製フレネル形状の研削を行い、研削加工の可能性につい
て検討を行った。その結果、以下のことが明らかとなっ
た。

【００８２】（１）送り速度を制御した場合、工作物の
表面粗さは良好になり、全面において均一化し、形状精
度も同様に良好になる。

【００８３】（２）超硬合金製フレネル形状の型を試作
した結果、約０．１μｍの形状精度と約１０ｎｍＲ_y の
表面粗さが得られ、本発明の研削方法は、フレネル形状
の研削に有効である。

【００８４】また、図１において、鋭利なナイフエッジ
形状の研削砥石を図１８のように駆動するようにしても
よい。すなわち、Ｙ、Ｚ軸のみならず、Ｘ軸も複合させ
てもよく、要はフレネル段差部の加工において砥石回転
軸と工作物回転軸が平行となるようにすればよい。

【００８５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果を奏
することができる。

【００８７】（Ａ）複数の不連続な曲面で構成される軸
対称な非球面形状の部品の不連続部分でも、シャープな
エッジを精密に加工することができる。

【００８８】（Ｂ）送り速度を制御した場合、工作物の
表面粗さは良好になり、全面において均一化し、形状精
度も同様に良好になる。

【００８９】超硬合金製フレネル形状の型を試作した結
果、約０．１μｍの形状精度と約１０ｎｍＲ_y の表面粗
さが得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す研削加工装置を示す要部
斜視図である。

【図２】本発明の実施例を示す研削加工装置を用いた研
削加工方法の説明図である。

【図３】本発明の実施例を示す研削加工装置の研削砥石
の送り速度制御方法の説明図である。

【図４】本発明の実施例を示す研削加工装置の研削砥石
の送り速度と表面粗さプロファイルの関係を示す図であ
る。

【図５】本発明の実施例を示す研削加工装置の斜視図で
ある。

【図６】本発明の実施例を示す研削加工装置の研削砥石
の構成図である。

【図７】本発明の実施例を示すダイヤモンドホイールの
ツルーイングの説明図である。

【図８】本発明の実施例を示すフレネル形状の型の断面
図である。

【図９】本発明の実施例を示す種々の径方向位置におけ
る平面状表面の表面粗さを示す図である。

【図１０】本発明の実施例を示す種々の径方向位置にお
ける平面状表面の表面粗さを示す図である。

【図１１】本発明の実施例を示す非球面研削装置の斜視
図である。

【図１２】本発明の実施例を示す１次加工を行った後の
フレネル表面の計測断面を示す図である。

【図１３】本発明の実施例を示す１次研削後の偏差プロ
ファイルを示す図である。

【図１４】本発明の実施例を示す２次研削後の偏差プロ
ファイルを示す図である。

【図１５】本発明の実施例を示すフレネル表面の３次元
トポクラフィである。

【図１６】本発明の実施例を示すスタイラス装置（接触
式形状測定装置）を用いて計測されたフレネルの深さプ
ロファイルである。

【図１７】本発明の実施例による研削加工後の表面粗さ
プロファイルである。

【図１８】本発明における他の実施例を示す研削加工装
置を示す要部斜視図である。

【図１９】従来のガラス製フレネルレンズの成形工程の
一例を示す図である。

【図２０】従来の研削加工装置を示す斜視図である。

【図２１】従来の研削加工装置による研削加工方法の説
明図である。

【符号の説明】

１ 砥石軸 ２ 鋭利なナイフエッジ形状の研削砥石 ２Ａ 先端 ２Ｂ ダイヤモンドホイール ２Ｃ ホイールのスチール製台座 ３ 主軸 ４ 工作物 ５ ツルア １１ 主軸を回転させるモータ １２ 真空チャック １３ ジグ １４ Ｘ−Ｚ軸案内テーブル １５ Ｙ軸案内テーブル １６ 砥石軸を回転させるモータ １７ クーラントノズル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端が尖った軸対称の円盤状の研削砥石
   と、軸対称の工作物の回転軸に対して前記研削砥石の砥
   石回転軸が直交し、さらに前記工作物上で接する前記研
   削砥石の回転方向が工作物の回転方向と平行となるよう
   に配置された状態で、前記研削砥石を工作物の半径方向
   及び回転軸方向に駆動させ、複数の不連続な曲面で構成
   される軸対称な非球面形状の部品を製造することを特徴
   とする研削加工方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の研削加工方法において、
   前記非球面形状の部品は硬質のフレネル形状の光学部品
   である研削加工方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の研削加工方法において、
   前記非球面形状の部品はガラス製マイクロフレネルレン
   ズである研削加工方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の研削加工方法において、
   前記研削砥石の送り速度を制御可能にする研削加工方
   法。
5. 【請求項５】 空気静圧軸受による縦型の研削砥石スピ
   ンドルと横型の主軸を備え、分解能ｎｍオーダーのリニ
   アスケールフィードバックシステムによる４軸（Ｘ，
   Ｙ，Ｚ，Ｃ）制御の研削加工装置であって、（ａ）先端
   がナイフエッジ状に尖った軸対称の円盤状の研削砥石
   と、（ｂ）該研削砥石の砥石回転軸Ｙと直交する回転軸
   Ｚを有する軸対称の工作物とを備え、（ｃ）前記Ｙ−Ｚ
   軸の同時２軸制御手段と、（ｄ）研削砥石送り速度制御
   手段とを具備することを特徴とする研削加工装置。