JPH04269157A - 球体研削研磨方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、球状光学素子、鋼球、
セラミックボール等の球体を加工する球体研削研磨方法
および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、球体の光学素子、鋼球、セラミッ
クボール等の加工法として行われているボール加工法が
知られており、例えば、特開昭６１−１９２４７２号公
報に開示されている。

【０００３】図１０は、上記公報に開示された球体加工
装置の要部を示す中央縦断面図、図１１は、図１０のＡ
−Ａ線方向から見た平面図である。この球体加工装置に
は、円板状下ラップ盤１と、この下ラップ盤１に対し接
近・離反自在な円板状上ラップ盤２とが、同一回転軸線
３で回転自在に上下方向に対向配置されている。下ラッ
プ盤１の下面および上ラップ盤２の上面には、それぞれ
回転駆動源に連結された下回転軸４および上回転軸５が
それぞれ固着されている。被加工物６を多数配置するた
めのＶ溝７が円環状に形成されている。さらに、下ラッ
プ盤１と上ラップ盤２との間には、加工の際に被加工物
６が互いに干渉し合うことを防ぎ、かつ被加工物６の回
転を良くするために、Ｖ溝７内に配置された多数の被加
工物６を等間隔で転動自在に保持する保持板８は配置さ
れている。

【０００４】次に、上記構成の球体加工装置による加工
方法を説明すると、まず、保持板８を介して多数の被加
工物６をＶ溝７内に等間隔で配置する。その後、上ラッ
プ盤２を下降させ、被加工物６を下ラップ盤１と上ラッ
プ盤２とにより狭圧する。そして、かかる状態で、上下
ラップ盤２，１をそれぞれ矢印方向に回転する。このと
き、被加工物６は、Ｖ溝７内を転がりながら研磨加工さ
れる。そして、被加工物６は、所望する真球に加工され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の球
体加工方法および装置にあって、高精度に加工された球
体を得るには、被加工物６が、いかにＶ溝７内を良く転
がるかにあり、換言すれば、下ラップ盤１と上ラップ盤
２とが互いに干渉することなく平行に回転する必要があ
る。上記装置では、下ラップ盤１と上ラップ盤２間の干
渉がなく平行に回転するための干渉材として、加工され
る被加工物６そのものが、その役割を負っているため、
同じ大きさの被加工物６を上下ラップ盤２，１間に多数
個配置する必要がある。したがって、上記装置では、同
じ径の球体が同時に多数個加工され、特に、小径の球体
の場合では、同時に数百個の加工がなされる。すなわち
、上記装置にあっては、多数個の被加工物６を同時に加
工する必要があるとともに、同時に加工された球体は全
て同一球径に加工されるため、多種少量の加工（生産）
には対応できない問題があった。このため、商品が多様
化している現在にあって、例えば、光学素子の加工では
必要とする数量のみを加工することができず、非常に大
きな無駄が生じていた。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、必要とする数量かつ球径の球体を高精度に
加工し得る球体研削研磨方法および装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の球体研削研磨方法は、図１および図２の
概念図における平面図および正面図で示すように、少な
くとも３本の回転軸１ａ，１ｂ，１ｃにそれぞれ装着し
た円柱状の研削研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃを互いに干渉
させず３次元方向に交差して上記研削研磨工具２ａ，２
ｂ，２ｃにより囲まれた領域３に球状の被加工物５を乗
載した後、上記各回転軸１ａ，１ｂ，１ｃとともに各研
削研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃをその円周方向に回転して
被加工物５を転動させながら加工することとした。

【０００８】そして、本発明の球体研削研磨装置は、少
なくとも３本の回転軸１ａ，１ｂ，１ｃにそれぞれ装着
した円柱状の研削研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃを互いに干
渉させず３次元方向に交差して上記研削研磨工具２ａ，
２ｂ，２ｃにより囲まれた領域３に球状の被加工物５を
乗載し得るように配置するとともに、上記各回転軸１ａ
，１ｂ，１ｃとともに各研削研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃ
をそれぞれ円周方向に回転させる回転駆動手段を設けて
構成してある。

【０００９】また、上記球体研削研磨装置は、各研削研
磨工具２ａ，２ｂ，２ｃをその回転軸１ａ，１ｂ，１ｃ
の軸線方向に移動する移動手段を設けて構成しても良い
。

【００１０】さらに、上記球体研削研磨装置は、各研削
研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃにその軸方向で粒度、ボンド
を変えた砥石を設けて構成しても良い。

【００１１】

【作用】上記構成の研削研磨方法および装置にあっては
、各研削研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃ間の領域に乗載され
た球状の被加工物５は、図３に示すように、各６ａ，６
ｂ，６ｃ点でそれぞれ各研削研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃ
の外周面と接触するとともに、各被加工物５には各研削
研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃの円周方向の回転により、矢
印７ａ，７ｂ，７ｃ方向の力が作用する。即ち、各研削
研磨工具２ａ，２ｂおよび２ｃによる各研削研磨力は、
７ａ，７ｂおよび７ｃと互いに異なった方向に作用する
。この各研削研磨力の方向７ａ，７ｂおよび７ｃにより
、被加工物５は、あらゆる方向に転動しながら研削研磨
がなされる。

【００１２】また、各研削研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃを
その軸方向に移動可能とすることにより、被加工物５の
加工位置が変わり、各研削研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃの
偏摩耗が防止される。

【００１３】さらに、各研削研磨工具２ａ，２ｂ，２ｃ
にその軸方向に粒度、ボンドを変えた砥石を設けること
により、被加工物５の荒仕上げから研磨加工までの一連
の加工が行える。

【００１４】

【実施例１】図４は、本発明に係る球体研削研磨装置の
実施例１を示す平面図、図５は、図４におけるＡ方向か
ら見た一部を示す断面図である。

【００１５】図において２０で示すのは、脚で、この脚
２０の上端面には、円板状の架台２１が設置されている
。脚２０は、架台２１の下面外周部で等間隔に３本配置
されるとともに、その内部には、架台２１に設けた研削
研磨液の排水口２１ａに連通した通孔２０ａが形成され
ている。

【００１６】円板状の架台２１には、その上面２２にお
いて突部２３，２４が架台２１と一体に形成されるとと
もに研削研磨工具２５の工具台２６が取り付けられてい
る。そして、架台２１の外周全面には、研削研磨液を架
台２１からの流出を防止するためのカバー３５が、その
上端を架台２１の上面から突出した状態で設けられてい
る。

【００１７】突部２３は、架台２１の外周部に３個等間
隔に形成されととともに、架台２１の中心Ｏに向かうそ
れぞれの突部２１の端面は法線ａとそれぞれ直角に形成
さしれている。一方、突部２４は、架台２１の中心Ｏの
位置で三角形状に形成されるとともに、その端面は、そ
れぞれ上記突部２３のそれぞれの端面と平行に形成され
ている。

【００１８】工具台２６は、その下部が上記突部２３，
２４の端面と接した状態で固定具２７（図においてはボ
ルトとナット）により、突部２３，２４間にそれぞれ固
着されている。それそれの工具台２６の下面には、研削
研磨工具２５の回転軸２８の回転駆動装置２９を固着す
る取付台３０が、工具台２６と一体かつ回転軸２８と平
行に形成されている。この取付台３０は、架台２１の工
具台２６の取り付け位置に貫設した穴３１を貫通して、
架台２２の下面方向に突設され、上記回転駆動装置２９
を架台２１の下方で固着し得るように構成されている。

【００１９】回転軸２８は、同一径の棒状に形成され、
工具台２６の上端部に設けたラジアルベアリング３２を
介して、それぞれの工具台２６に回転自在に支持されて
いる。この回転軸２８には、その上端からラジアルベア
リング３２間に、円筒状の研削研磨工具２５が、回転軸
２８の外周面と研削研磨工具２５の内面と密着するよう
に着脱自在に固着されている。回転軸２８と研削研磨工
具２５は、同軸に装着されるとともに、研削研磨工具２
５とラジアルベアリング３２間には、研削研磨液等のシ
ール用のＶリング３３が設けられている。

【００２０】さらに、各回転軸２８は、架台２１の中心
Ｏ付近の上方で互いに干渉せず、公差するように、その
回転中心軸ｂが、架台２１に対して角度θを有して斜設
されるとともに、法線ａに対して平行に距離ｅだけ反時
計方向にずらした状態で設けられている。すなわち、各
研削研磨工具２５の上端は、それぞれ工具台２６側の他
の１つの研削研磨工具２５より上方に位置され、各回転
軸２８の交差点における球径より小さい正三角となるよ
うに、各回転軸２８が配置されている。上記θは、４５
°±１５°に設定するのが好ましく、ｅは、被加工物５
の球径に応じて任意に設定される。

【００２１】次に、上記構成からなる球体研削研磨装置
を用いて、球体の被加工物５を研削研磨する方法を説明
する。

【００２２】まず、３本の研削研磨工具２５が交差する
部分の上方に、被加工物５を載置し、３本の研削研磨工
具２５により被加工物８を保持する。次に、回転駆動装
置２９を駆動して、３本の研削研磨工具２５を同時かつ
同方向に回転軸２８とともに回転させる。この回転中に
、被加工物５には、図３に示すような方向に研削研磨力
が作用する。そして、この力によって、被加工物５はあ
らゆる方向に転動されつつ球状に研削研磨加工される。 なお、かかる研削研磨加工の際、必要に応じて、図示し
ない研削研磨液供給装置で、被加工物５の上方から研削
研磨液を供給しても良い。この時、研削研磨液は、架台
２１の外周に設けたカバー３５により、架台２１上から
外部への流出が防止されるとともに、排水口２１および
脚２０の通孔２０ａを介して外部に回収される。

【００２３】本実施例によれば、研削研磨工具２５の交
差する位置に，被加工物を載置し、その後各研削研磨工
具２５を回転することにより、簡単に球状被加工物の研
削研磨加工を行うことができる。

【００２４】

【実施例２】図６は、本発明に係る研削研磨装置の実施
例２を示す底面図、図７は、図６におけるＢ方向から見
た一部を示す断面図である。

【００２５】図において４０で示すのは、脚で、この脚
４０の上端面には、円板状の架台４１が設置されている
。脚４０は、架台４１の下面４２の外周部で等間隔に３
本配置されている。

【００２６】円板状の架台４１には、その下面４２の外
周部に、３個の段部４３が等間隔に形成されている。各
段部４３は、架台４１の肉厚より薄く設けられるととも
に、その切下げ面４３ａは、架台４１の外周面に対する
法線ａと直角となるように形成されている。また、架台
４１の中央部には、円形の穴４４が設けられている。こ
の穴４４は、被加工物５の球径より大径でかつ上記切下
げ面４３ａに届かない大きさに形成され、被加工物５を
加工位置に配置したり加工時に研削液を被加工物５に供
給等し得るようになっている。

【００２７】各段部４３には、切下げ面４３ａ近傍で、
切下げ面４３ａと平行に、それぞれ長穴４５が形成され
ている。さらに、段部４３には、研削研磨工具２５の回
転駆動装置２９を保持する門型の工具台４６が、長穴４
５を介して架台４１の下面に位置するように固定具４７
により取り付けられている。即ち、工具台４６の上面に
はボルトが設けられ、このボルトを長穴４５に段部４３
側から挿通して架台４１の上面からナットを締め付けて
、工具台４６が固定されている。この工具体４６は、長
穴４５の長手方向に移動可能に取り付けられ、研削研磨
工具２５を法線ａに対して直角に移動し得るようになっ
ている。

【００２８】工具台４６の下端部には、上記回転駆動装
置２９が固定具４８によって固定されている。回転駆動
装置２９は、工具台４６に対して回動自在に取り付けら
れ、回転駆動装置２９に連結された研削研磨工具２５の
回転軸２８を、架台４１に対して所定の任意の角度θに
設定し得るようになっている。

【００２９】各回転軸２８には、上記実施例１と同様に
研削研磨工具２５が装着されている。さらに、各回転軸
２８は、架台４１の中心Ｏ付近の下方で互いに干渉せず
交差するように、架台４１に対して角度θを有して斜設
されるとともに、法線ａに対して平行に距離ｅだけ同方
向にずらした状態で、上記実施例１と同様に設けられて
いる。この角度θおよび距離ｅの調整（設定）は、固定
具４７および４８をゆるめてそれぞれ行うことができる
。角度θの設定角度は、４５°±１５°が好ましく、距
離ｅは、研削研磨工具２５の半径をｒとした場合、ｅ−
ｒが被加工物５の半径より小さくなるように設定する。

【００３０】次に、上記構成からなる球体研削研磨装置
を用いて、球体の被加工物５を研削研磨する方法を説明
すると、３本の研削研磨工具２５が交差する部分の上方
に、架台４１の穴４４から被加工物５を載置する。次に
、上記実施例と同様に、回転駆動装置２９により研削研
磨工具２５を回転させて、被加工物５の球形加工を行う
。そして、加工が完了した被加工物５の交換は、穴４４
から行うことができる。

【００３１】かかる加工の際にあっては、各脚４０を槽
５０の中に入れて、架台４１を槽５０の上方に位置させ
、架台４１の穴４４の上方に配置したノズル５１から被
加工物５に研削液５２を供給しながら行うことができ、
この場合、研削液は槽５０内に回収される。さらに、槽
５０内に研削液５２を被加工物５が浸漬される位置まで
満たした状態で加工することもできる。

【００３２】本実施例によれば、上記実施例１と同様な
効果が得られるとともに、研削研磨工具２５の角度θと
距離ｅの調整を被加工物５に対応して簡単に調整するこ
とができる。また、研削研磨工具２５の回転駆動装置２
９が、被加工物５の加工位置より上方に設けられている
ので、研削液５２による影響を防止することができる。

【００３３】

【実施例３】本実施例の特徴は、研削研磨工具２５を回
転軸２８の回転中心軸ｂ方向に移動自在に設けて構成し
た点にある。即ち、工具台４６の下端部には、固定具６
０を介してサーボモータ等の位置決め用モータ６１が取
り付けられ、位置決め用モータ６１の回転軸には、ボー
ルネジ６２が直結されている。ボールネジ６２は、その
軸線ｃが架台４１の段部４３と角度θを有するように斜
設され、この角度θは、工具台４６の固定具６０をゆる
めて位置決め用モータ６１を固定具６０を中心に回動す
ることにより、任意に設定することができる。

【００３４】位置決め用モータ６１には、ガイド６３が
ボールネジ６２と平行に固着されている。さらに、ボー
ルネジ６２には、ボールネジハウジング６４が螺合され
、このボールネジハウジング６４は、ガイド６３に沿っ
て移動されるようになっている。

【００３５】ボールネジハウジング６４には、研削研磨
工具２５の回転駆動装置２９が取り付けられている。回
転駆動装置２９は、その回転軸２８とボールネジ６２と
が平行となるようにボールネジハウジング６４に固着さ
れている。即ち、研削研磨工具２５は、ボールネジ６２
の架台４１に対する角度θと同じ角度θを保持して斜設
されている。さらに、図示しない制御部によって位置決
め用モータ６１が回転されることにより、ボールハウジ
ング６４がボールネジ６２を介してガイド６３に沿って
移動され、研削研磨工具２５が、その回転軸ｂ方向に移
動されるように構成されている。その他の構成は、図６
および図７と同様に構成されているので、同一構成部分
には同一番号を付して、その説明は省略するとともに、
その他の部分についてはその図示を省略する。

【００３６】本実施例にあっては、被加工物の加工方法
は、上記実施例２と同様であるので、その説明は省略す
る。

【００３７】本実施例によれば、上記実施例２と同様な
効果を得ることができるとともに、研削研磨工具２５を
回転しながら、その軸方向に移動することによって、被
加工物との接触部を変化させることができる。したがっ
て、研削研磨工具２５の偏摩耗を防ぎ、均等に摩耗させ
ることができ、良好な加工を行うことができる。

【００３８】なお、本実施例では、研削研磨工具２５の
軸方向の移動をサーボモータとボールネジによって行っ
た例を示したが、その他の手段として、例えばエアシリ
ンダ、リンク機構を用いた構成で実施でき、この構成で
あっても本実施例と同様な作用、効果を奏することがで
きる。

【００３９】

【実施例３】図９は、本発明の実施例４の研削研磨装置
における要部を示す正面図である。

【００４０】本実施例の特徴は、研削研磨工具７０が、
その軸方向に砥粒のメッシュを異ならしめて構成した点
にある。即ち、研削研磨工具７０は、＃５００の荒仕上
げ用の砥石７０ａ，＃８００の中仕上げ用の砥石７０ｂ
，＃１５００の仕上げ用の砥石７０ｃおよび研磨用の砥
石７ｄが連続して形成されている。その他の構成は、図
８に示す構成と同様である。

【００４１】次に、上記構成からなる球体研削研磨装置
を用いて、球体の被加工物５を研削研磨する方法を説明
すると、まず、実施例２と同様に研削研磨工具７０の交
差する部分において荒仕上げ用の砥石７０ａの位置に載
置する。次に、この状態で、研削研磨工具７０をそれぞ
れ回転して、被加工物５を荒仕上げする。その後、モー
タ６１（図８参照）を駆動して、研削研磨工具７０を軸
方向を引き上げる方向（図において矢印ｃ方向）に移動
し、被加工物５を中仕上げ用の砥石７０ｂと接触させて
加工する。この順次、研削研磨工具７０を矢印し方向に
移動して、被加工物５を仕上げ用の砥石７０ｃ、研磨用
の砥石７０ｄで加工する。

【００４２】本実施例によれば、被加工物５は、加工の
際に、順次、荒仕上げ加工から研磨加工を、同一の研削
研磨工具７０で行うことができるので、被加工物５の表
面を連続的に鏡面に仕上げることができる。

【００４３】

【発明の効果】従来のボール研削研磨加工ではその加工
の特殊性から大量生産を余儀なくされたが、本発明の球
体研削研磨方法および装置では必要な数、必要な径の精
度良い光学素子等の球体が適時に得られる。さらに、本
発明においては、各工程で必要な球体径の測定が非常に
容易となり、本発明の研削研磨装置を並列に設置するこ
とにより被加工物を搬送するだけで研削研磨を連続的に
かつ自動的に精度良く行うことができる。そして、研削
研磨工具の組み合わせ、角度を変更することにより、ま
た工具径を変更することにより大径から小径までの球体
を研削研磨することができ、凡用性の高い球体研削研磨
方法および装置を得ることができる。また、各加工工程
を行う砥石を一体的に研削研磨工具に設けたので、各工
程を研削研磨装置を変えることなく連続して行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の球体研削研磨装置を概念的に示す平面
図である。

【図２】本発明の球体研削研磨装置を概念的に示す正面
図である。

【図３】球状の被加工物に作用する研削研磨力を示す図
である。

【図４】本発明に係る球体研削研磨装置の実施例１を示
す平面図である。

【図５】図４におけるＡ方向から見た一部を示す断面図
である。

【図６】本発明に係る球体研削研磨装置の実施例２を示
す底面図である。

【図７】図６におけるＢ方向から見た一部を示す断面図
である。

【図８】本発明の実施例３における球体研削研磨装置に
おける要部を一部断面にして示す正面図である。

【図９】本発明の実施例４における球体研削研磨装置に
おける要部を示す正面図である。

【図１０】従来の球体研削研磨装置の要部を示す中央縦
断面図である。

【図１１】図１０におけるＡ−Ａ線方向から見た平面図
である。

【符号の説明】

２ａ，２ｂ，２ｃ，２５，７０　　研削研磨工具３　　
領域 ５　　球状の被加工物 ２９　　回転駆動装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　円周方向に回転する少なくとも３本の
   円柱状の研削研磨工具を互いに干渉させず３次元方向に
   交差して上記研削研磨工具に囲まれた領域に球状の被加
   工物を乗載した後、上記研削研磨工具をそれぞれ回転し
   て被加工物を転動させながら加工することを特徴とする
   球体研削研磨方法。
2. 【請求項２】　　少なくとも３本の円柱状の研削研磨工
   具を、互いに干渉させず３次元方向に交差して上記研削
   研磨工具により囲まれた領域に球状の被加工物を乗載し
   得るように配置するとともに、各研削研磨工具をそれぞ
   れ円周方向に回転させる回転駆動手段を設けたことを特
   徴とする球体研削研磨装置。
3. 【請求項３】　　上記各研削研磨工具をその回転軸方向
   に移動する移動手段を設けたことを特徴とする請求項２
   の球体研削研磨装置。
4. 【請求項４】　　上記各研削研磨工具は、それぞれの軸
   方向に粒度、ボンドを変えた砥石を設けたことを特徴と
   する請求項３の球体研削研磨装置。