JP2000296464A

JP2000296464A - 研削研磨方法及び研削研磨装置

Info

Publication number: JP2000296464A
Application number: JP11106068A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ara; 健一荒
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】従来の加工量の制御方法の場合、ＮＣプログ
ラムは被加工物全体の機械的硬さが均一であることを前
提として被加工物の表面形状データを基に加工量を設定
する。そのため、１つの加工面内で機械的硬さの違う領
域が分布している結晶材料の加工では、加工場所によっ
て変化する加工量に対応できないため、所望とする面形
状を得ることができない問題点があった。【解決手段】上記問題点を解決するために、加工量の測
定方法に着目し、ワーク軸またはツールにＺ方向移動距
離（除去量に対応する変位量）を計測することのできる
計測器を備え、これによって得られた加工量データを工
具の滞留時間にフィードバックすることが可能であるＮ
Ｃ制御装置と組み合わせることが有効でこのＮＣ制御装
置を使用して、工具と被加工物の相対的な位置を制御し
ながら加工することで、高精度研削研磨が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスや結晶材
料、金属等からなる固体状部材を高精度に研削、研磨す
るための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のスモールツール研磨機を使用した
研磨では、任意の加工条件下で除去することができる単
位除去量を一定と仮定してＮＣプログラムを作成し、加
工を行っていた。このようなスモールツール研磨機を使
用して高精度加工を行う場合には、何らかの機構を設け
て、いかなる状況下であっても安定した加工条件を加工
点に供給しなければならない。

【０００３】特開平１０−１４６７４８号公報には、ス
モールツール研磨機を使用して高精度加工を行う方法が
提案されている。図２に前記公報に記載されているスモ
ールツール研磨機の概略図を示す。この研磨機は加工量
を制御しながら研磨するものであるが、その加工量の制
御方法は以下の通りである。被加工物２４は、Ｘ軸、Ｙ
軸上でスライド可能なスライドテーブル３１上に固定さ
れている。そして、図示しないＮＣ制御装置によって加
工データを呼び出し加工を開始する。

【０００４】まず所望の加工点に達したら、ポリッシャ
２５を回転させる。そして、Ｚ軸スライドテーブル２６
を被加工物２４方向に降下させ、ポリッシャ２５を被加
工物２４の面に接触させる。ここで研磨工具部２７を有
するＺ軸スライドテーブル２６は、バランスウェイト及
びワイヤ２８で重力補償され、空気圧シリンダ２９によ
って一定加圧で下方に押されている。被加工物２４は、
このような定圧制御により研磨される。加工時の加工圧
力は、荷重検出手段３０によって検出し、図示しない圧
力制御部にフィードバック信号を戻し、空気圧を圧力制
御することにより制御する。

【０００５】従来は、このような加工量の制御方法によ
って研磨加工を行っていた。

【０００６】

【本発明が解決しようとする課題】このような従来の加
工量の制御方法の場合、ＮＣプログラムは被加工物の表
面形状データを基に加工量を設定する。このＮＣプログ
ラムは、被加工物全体の機械的硬さが均一であることを
前提として作成される。そのため、１つの加工面内で機
械的硬さの違う領域が分布している結晶材料の加工や、
外周雇い（材質が被加工物と異なる場合）を伴なった加
工では、加工場所によって変化する加工量に対応できな
いため、所望とする面形状を得ることができない問題点
があった。

【０００７】また、過去の加工データを参考にして加工
量を設定しても、加工量は被加工物の硬度や研磨液中の
研磨剤の粒径、形状、分布状態やポリッシャの先端部分
の摩耗状態等に左右され易く、所望の形状が得られない
ことがあった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題点
を解決するために、加工量の測定方法に着目した。そし
て、ワーク軸またはツールにＺ方向移動距離（除去量に
対応する変位量）を計測することのできる計測器を備え
れば、加工量の制御が向上することが判った。そして、
計測器は、これによって得られた加工量データを工具の
滞留時間にフィードバックすることが可能であるＮＣ制
御装置と組み合わせることが有効であることも判った。
このＮＣ制御装置を使用して、工具と被加工物の相対的
な位置を制御しながら加工することで、高精度研削研磨
が可能となる。

【０００９】そこで本発明は、「ツールにより被加工物
の表面を研削及び／または研磨加工する研削研磨方法に
おいて、前記加工中に前記被加工物の加工量を測定しな
がら前記加工を行うことを特徴とする研削研磨方法（請
求項１）」を提供する。第２に「前記加工量は、前記ツ
ールまたは前記被加工物を設置するワーク軸の変位量を
測定して得ることを特徴とする請求項１に記載の研削研
磨方法（請求項２）」を提供する。第３に「前記測定さ
れた加工量のデータにより前記加工量測定後の加工にお
ける加工量を制御することを特徴とする請求項１または
２に記載の研削研磨方法（請求項３）」を提供する。第
４に「前記加工量の制御により前記加工中における前記
ツールと前記被加工物との相対的位置を調整しながら加
工することを特徴とする請求項３に記載の研削研磨方法
（請求項４）」を提供する。第５に「前記加工前に所望
の加工量を設定し、該設定した加工量に加工されるよう
に前記加工量を制御することを特徴とする請求項３また
は４に記載の研削研磨方法（請求項５）」を提供する。
第６に「被加工物の表面を研削研磨加工するツールと、
該ツール及び／または前記被加工物を軸回転させる駆動
モーターと、前記被加工物の加工量を計測する計測器を
有することを特徴とする研削研磨装置（請求項６）」を
提供する。第７に「前記計測器は、前記ツールの変位量
または前記被加工物のワーク軸の変位量を計測するもの
であることを特徴とする請求項６に記載の研削研磨装置
（請求項７）」を提供する。第８に「前記計測器で得た
前記加工量のデータをもとに前記加工量を制御する制御
部を有することを特徴とする請求項６または７に記載の
研削研磨装置（請求項８）」を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は、本発明に係わる研削
研磨装置の構成を示す概略図である。図１に示すよう
に、被加工物１は、回転機構を備えたワーク軸（以下、
Ｗ軸）２の上端に取り付けられる。Ｗ軸２は、その回転
軸と直交するＹ軸機構部３に被加工物１を一定圧力で工
具先端（例えばポリッシャ２２）に押し付けるための加
圧機構４を介して取り付けられる。加圧機構４は、圧搾
空気やバネ等の機械的な制御方法、あるいは電気的な制
御方法としてボイスコイルモータ等を使用することが可
能である。また、加圧機構４は、加工工具としての汎用
性を考慮し、使用用途に応じて脱着可能な構造をとり、
Ｗ軸スライドテーブル１１に設置されている。

【００１１】Ｗ軸スライドテーブル１１は、Ｙ軸機構部
３にＹ軸にスライド可能な状態で設置される。Ｙ軸機構
部３は、Ｙ軸及びＷ軸の２軸に直交するＸ軸機構部５に
取り付けられている。図１中６及び７は、Ｘ軸機構部５
及びＹ軸機構部３をそれぞれ駆動するモータである。被
加工物１はＸ軸、Ｙ軸、Ｗ軸の３軸により加圧されなが
ら回転し、ＸＹ平面を移動することができる。

【００１２】一方、Ｂ軸フランジ８は、Ｗ軸２の回転軸
と軸方向が一致するＺ軸スライドテーブル９に取り付け
られてる。そして、Ｂ軸フランジ８は、Ｚ軸起動用モー
タ１０によりフレーム１２の案内面を上下移動（Ｚ軸方
向）することができる。Ｂ軸フランジ８には、Ｂ軸起動
用モータ１３が取り付けられており、これによりＢ軸フ
ランジ８内のＢ軸回転体１４がＹＺ平面を旋回できるよ
うになっている。またＢ軸回転体１４には、Ａ軸起動用
モータ１５が取り付けられており、更に、Ｂ軸回転体１
４内にはＡ軸回転体１６が設けられている。Ａ軸回転体
は、先端にポリッシャを備えたＴ軸を備え、Ｔ軸は、Ｔ
軸起動用モーター２１で回転される。そして、Ａ軸起動
用モータ１５により、Ａ軸回転体１６がＸＺ平面を旋回
できるようになっている。

【００１３】加工中、測定用反射板１７の位置をＷ軸ス
ライドテーブル１１に取り付けた高精度レーザ変位計１
８によって計測する。高精度レーザ変位計１８は、被加
工物表面が除去されることで浮き上がってくる（被加工
物１と工具先端とは、加圧により接触しているため）Ｗ
軸２（測定用反射板１７と共に）の移動量を検出する。
このような測定用反射板１７と高精度レーザ変位計１８
を用いたものは、被加工物に対して非接触式の変位計で
あるので、Ｗ軸２を回転させながらの加工であっても、
被加工物の加工量の測定が可能となる。また加工量の変
位量は、被加工物を計測するのではなく、W軸（または
ツール）の変位量を計測するため、被加工物表面の性状
に左右されることなく、正確な変位量を計測することが
可能である。

【００１４】また、このような非接触式変位計は、接触
式の変位計（例えばデジタルマイクロメーター）と比べ
て、回転する被加工物と接触子が接触し擦れることがな
いので、被加工物を傷つけることが無い。前記方法の
他、変位量の計測法としては、例えばＷ軸に、Ｗ軸と共
に回転しないアウターチューブ等を設置し、これの変位
量を計測することも可能である。また、Ｗ軸を回転させ
ずに加工する場合（被加工物が回転対称形でない場合
等）には、接触式の変位計も使用可能である。これらの
中でも計測精度の面からレーザーを用いた計測器が好ま
しいが、被加工物の用途等によっては、渦電流式や超音
波式の変位計が使用可能である。

【００１５】本発明では、変位計で得られた変位量（加
工量）をＮＣ制御装置１９に加工量データとして随時送
信することが可能である。これにより、変位計で得られ
た加工量のデータをもとに、ＮＣ制御装置１９によりそ
の後の加工量を制御することが可能となる。ＮＣ制御装
置１９は、予め表面形状測定器２３等を用いて測定して
おいた加工前の表面形状と、所望の加工後の形状との誤
差を認識させることで、所望の加工量を把握する。そし
て、設定された加工量に達するまで工具（ポリッシャ）
を滞留し続けるように制御する（本実施の形態では工具
を停滞させたが、被加工物を停滞させ工具を移動させて
もよい）。

【００１６】そして、所望の加工点まで加工が終了した
ら、その点の加工を終了させ、ＸＹ軸上に取り付けら
れ、ＮＣ制御されたＷ軸２を被加工物表面でくまなく矩
形波状に移動させる。これと共に、被加工物表面に対し
てポリッシャの角度が常に一定になる（例えば法線方
向）ようにＡ軸及びＢ軸を制御する。例えば被加工物の
加工表面が平面の場合には、ポリッシャのＡ，Ｂ軸は固
定される。また、非球面等の曲面を加工する場合には、
設定した角度で加工されるように、随時ポリッシャの角
度は制御される。

【００１７】また、ポリッシャの加工点（被加工物との
接触点）がＺ軸方向にずれないようにＺ軸を制御する。
これによりポリッシャの方向へ加圧している被加工物が
上下移動してしまうことを防止している。このような制
御方法及び加工装置を用いることで、被加工物全体に所
望の形状を創成することが可能となる。

【００１８】研削工程でこの装置を用いる場合は、加工
面に研削砥粒・研磨液送出部２０を供給し、回転する研
削砥石や超音波振動などにより微小振幅する工具を使用
することで研削作業を行う。また研磨工程では、加工面
に研磨液２０を供給し、モータ２１によって回転するス
モールツール２２を被加工物に押しあてることで研磨す
ることが可能である。Ａ軸回転体１６は、本実施の形態
で記載した装置以外の加工装置であっても脱着が容易で
あるようにすることで汎用性をもたせる。前記他の加工
装置としては、非加工面に対して垂直方向にポリッシャ
の回転軸を有する装置や超音波加工機等が適宜使用可能
である。

【００１９】本発明で加工可能な被加工物は、ガラス、
プラスチック、金属、石、結晶材料、セラミックス等固
体状の物であれば加工可能である。加圧機構及び変位
計、また変位を読み取る部材（例えば測定用反射板）
は、本実施の形態では被加工物側に設けられているが、
被加工物側ではなく、ポリッシャ側に設けることも可能
である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、加工しながら加工量を
計測することができるので、加工中に加工量が把握で
き、研削や研磨等の微細な加工での加工誤差を軽減する
ことができる。更に、計測された加工量のデータをＮＣ
制御装置にフィードバックすることもできるので、研削
や研磨加工等の微細な加工を高精度かつ容易に行うこと
もできる。更に本発明では、ワーク軸またはツール等の
変位量を計測するため、被加工物の性状（例えば透明性
やゴミ付着による表面状態の誤認等）に左右されずに変
位量の計測が可能になる。

【００２１】更に、実際の加工量により加工量を制御す
るので、硬さの違う領域が被加工面上に分布する場合で
も正確に研削、研磨加工を行うことが可能である。これ
により被加工物が結晶材料や、材質の違う外周雇いをも
ったレンズであっても、加工量のばらつきに惑わされる
ことなく、容易に高精度研削研磨することが可能とな
る。

【００２２】更に、本発明によれば、加工に関わる条件
設定等の作業が簡略化でき、加工効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明実施の形態で説明した研削研磨機の
構成図である。

【図２】は、従来の研磨装置を説明する説明図である。

【符号の説明】

１被加工物２Ｗ（ワーク）軸３Ｙ軸機構部４加圧装置５Ｘ軸機構部６Ｘ軸起動用モータ７Ｙ軸起動用モータ８Ｂ軸フランジ９Ｚ軸スライドテーブル１０Ｚ軸起動用モータ１１Ｗ軸スライドテーブル１２フレーム１３Ｂ軸起動用モータ１４Ｂ軸回転体１５Ａ軸起動用モータ１６Ａ軸回転体１７測定用反射板１８高精度レーザ変位計１９ＮＣ制御装置２０研削砥粒・研磨液送出部２１Ｔ軸起動用モータ２２ポリッシャ２３表面形状測定器２４被加工物２５ポリッシャ２６Ｚ軸スライドテーブル２７研磨工具部２８バランスウェイト及びワイヤ２９空気圧シリンダ３０荷重検出手段３１ＸＹ平面スライドテーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ツールにより被加工物の表面を研削及び
／または研磨加工する研削研磨方法において、前記加工
中に前記被加工物の加工量を測定しながら前記加工を行
うことを特徴とする研削研磨方法。
【請求項２】前記加工量は、前記ツールまたは前記被
加工物を設置するワーク軸の変位量を測定して得ること
を特徴とする請求項１に記載の研削研磨方法。
【請求項３】前記測定された加工量のデータにより前
記加工量測定後の加工における加工量を制御することを
特徴とする請求項１または２に記載の研削研磨方法。
【請求項４】前記制御された加工量により前記加工中
における前記ツールと前記被加工物との相対的位置を調
整しながら加工することを特徴とする請求項３に記載の
研削研磨方法。
【請求項５】前記加工前に所望の加工量を設定し、該
設定した加工量に加工されるように前記加工量を制御す
ることを特徴とする請求項３または４に記載の研削研磨
方法。
【請求項６】被加工物の表面を研削研磨加工するツー
ルと、該ツール及び／または前記被加工物を軸回転させ
る駆動モーターと、前記被加工物の加工量を計測する計
測器を有することを特徴とする研削研磨装置。
【請求項７】前記計測器は、前記ツールの変位量また
は前記被加工物のワーク軸の変位量を計測するものであ
ることを特徴とする請求項６に記載の研削研磨装置。
【請求項８】前記計測器で得た前記加工量のデータを
もとに前記加工量を制御する制御部を有することを特徴
とする請求項６または７に記載の研削研磨装置。
【請求項９】前記制御部の制御により前記被加工物と
前記ツールとの相対的位置が制御される、前記被加工物
及び／または前記ツールの駆動部を有することを特徴と
する請求項８に記載の研削研磨装置。