JPH0659613B2

JPH0659613B2 - 研削研磨装置及び研削研摩方法

Info

Publication number: JPH0659613B2
Application number: JP63265080A
Authority: JP
Inventors: 正樹渡辺
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1994-08-10
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPH02109672A; US5024024A; DE3932197A1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光学素子等を研削，研摩加工するための研削
研摩装置及び研削研摩方法に係り、さらに詳細にはワー
クを軸回りに回転駆動又は回転可能に保持するワーク軸
と、工具を同軸上に保持するとともに駆動装置を介して
回転駆動自在に構成された工具軸とを備え、ワークと工
具の相互の回転により被加工体を研削研摩加工する研削
研摩装置及び研削研摩方法に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の研削研摩装置としては、特願昭６３−０１
０２９４号の明細書に記載された技術がある。かかる研
削研摩装置は、上皿を軸回りに回転可能に保持する上軸
と、下皿を同軸上に保持するとともに駆動装置を介して
回転駆動自在に構成された下軸とを備え、上皿と下皿と
の相互回転による相対すべりを介して被研摩体を研摩加
工するように構成してなる研摩装置において、上軸もし
くは下軸を必要に応じて角度振幅揺動させる機構と、上
軸もしくは下軸を両軸中心線を含む平面内において上軸
もしくは下軸に直交する方向に直進移動させる機構とを
装備して構成したものである。

上記構成の研摩装置によれば、上軸もしくは下軸を必要
に応じて揺動する角度振幅揺動機構と上軸もしくは下軸
の直進移動機構とにより、あたかも上皿もしくは下皿の
球心を中心とする角度振幅揺動による研摩加工と同様の
加工もしくは平面の研摩加工が可能となるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

第７図は、従来技術の課題を説明するための部分構成図
で、図において１で示すのは装置本体、２で示すのは支
持具、３で示すのは支持具２に軸方向摺動自在に、かつ
回転自在に保持された上軸、４で示すのはワーク、５で
示すのは下皿（研摩工具）で、回動中心Ｏを中心として
任意角度揺動自在の構成となっている。Ｏ_１で示すのは
下皿５の球心である。

上記従来の構成においては、角度θまでの範囲で下皿５
をＯ点を中心として角度振幅揺動させて研摩加工を行う
ものである。ところで、この揺動時には、図に示すよう
に下皿５の球心Ｏ_１がＯ_１の位置からＯ_１′の位置に移
動する。そして、この移動に伴って球心Ｏ_１は軸線方向
（高さ方向）にも所定量ｘだけ移動することになる。加
工時には、ワーク４と下皿５とは圧接状態にあるので、
下皿５の球心Ｏ_１が高さ方向にｘだけ移動すれば、上軸
３もこのｘの範囲内で上下動することになる。

支持具２と上軸３との間には摺動抵抗が存在するため
に、上記従来技術においては、上記上軸３の上下動の際
にこの摺動抵抗によりワーク４と下皿５との間の加工圧
にバラツキが生じ、ワーク４を均一に加工できず、安定
した品質の加工品が得られないという大きな問題点があ
った。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あって、上軸（ワーク軸）が上下動するのに同調して
（追従させて）上軸のガイド孔を有する部材を上下動さ
せるように構成することにより、上記従来技術の問題点
を解決するとともに、母性原理に基づく球面，平面の創
成加工から倣い加工による研削研摩加工まで幅広く適用
できるようにした研削研摩装置及び研削研摩方法を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明の請求項１に係る
研削研摩装置では、ワークを軸回りに回転自在又は回転
駆動自在に保持するワーク軸と、工具を同軸上に保持す
るとともに駆動装置を介して回転駆動自在に構成された
工具軸とを装備し、ワークと工具の相互の回転によりワ
ークを研削，研摩加工しうるように構成してなる研削研
摩装置において、前記ワーク軸もしくは前記工具軸をそ
の軸線と垂直な軸回りに揺動させる揺動機構と、前記ワ
ーク軸もしくは前記工具軸を両軸中心線を含む平面内に
おいて前記ワーク軸もしくは前記工具軸の軸線に直交す
る方向に直進移動させる直進移動機構と、前記揺動と前
記直進移動とによりその軸方向に移動する前記ワーク軸
又は前記工具軸の移動に追従させて、その保持具との間
に相対的摺動がないようにその保持具自体を軸方向に直
進移動させる機構と、前記各軸及び保持具を移動制御す
る制御部と、より構成したものである。

また、請求項２に係る研削研摩方法では、「ワーク軸の
軸端に保持されたワークと、工具軸の軸端に保持された
工具とを当接し、ワークと工具との相互の回転によりワ
ークを研削研摩加工するに際して、前記ワーク軸もしく
は前記工具軸の少なくとも一方を回転駆動させ、前記ワ
ーク軸もしくは前記工具のうちの一方の軸を自身の軸線
と垂直な軸回りに揺動させるとともに、他方の軸の軸線
上に前記揺動させた一方の軸のワークまたは工具の曲率
中心を一致させるように前記ワーク軸もしくは工具軸を
直進移動させ、かつ前記ワーク軸もしくは工具軸を自身
の軸線方向に摺動自在に保持する保持具を、ワーク軸も
しくは工具軸の移動に同期させて直進移動させることに
より、前記保持具とその軸との軸方向の摺動をなくして
ワークを研削研摩加工するものである。

〔作用〕

請求項１，２に係る装置においては、研削，研摩加工時
に工具の角度揺動操作に伴って上下動するワーク軸又は
工具軸に追従してその保持具が軸方向に移動する。従っ
て、ワーク軸又は工具軸とその保持具との間の相対摺動
がなくなり、ワークに対する加圧力が常に一定となる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明
する。

（第１実施例）第１図〜第３図は、本発明に係る研摩装置２０の第１実
施例を示すものであり、第１図（ａ）は研摩装置２０の
側面図、第１図（ｂ）はその正面図、第２図及び第３図
は作用状態説明図である。

図に示すように研摩装置２０は、装置本体２１と、装置
本体２１に装着されたワーク軸部２２及び工具軸部２３
とより構成してある。

ワーク軸部２２は、装置本体２１に対して上下動自在に
構成された支持具２４に軸方向摺動自在に、かつ回転自
在に保持されたワーク軸２５と、ワーク軸２５の下端部
に装着されたワーク２６とより構成してある。

支持具２４は、装置本体２１に固定されたブラケット６
１に固装されたサーボモータ６２を介してワーク軸２５
の軸線方向に移動制御自在に構成してある。

ワーク軸２２は、支持具２４に軸方向摺動自在に、かつ
回転自在に保持されたワーク軸２５と、ワーク軸２５の
下端部に装着されたワーク２６とより構成してある。

工具軸部２３は、ハウジング２７を介して回転自在に保
持された工具軸２８と、工具軸２８の上端部に固設した
工具２９等より構成してある。工具軸２８の工具軸部に
はプーリー３０が固設してあり、プーリー３０は、ベル
ト３１を介して駆動装置３２側のプーリー３３と連動構
成してある。工具軸２８のハウジング２７の両側部（第
１図（ｂ）における左右側部）にはアーム３４が設けて
あり、各アーム３４の上部には水平の回動軸３５が一体
的にもしくは固着して形設してある。そして、各アーム
３４の回動軸３５は、回動支持ベース３６の孔３７に嵌
装してあり、工具軸２８はアーム３４、回動支持ベース
３６を介して回動軸３５を中心として回動（揺動）自在
の構成となっている。この回動中心Ｏは、第１図ａにて
示されるように、工具２９の球心Ｏ_１よりも工具の面頂
側に位置している。一側の回動軸３５の軸端には歯車３
８が固設してあり、この歯車３８は回動用サーボモータ
３９側の歯車４０と噛合構成してある。即ち、工具軸２
８は、回動用サーボモータ３９を介して、工具２９の球
心Ｏ_１よりも工具の面頂側に位置した回動中心Ｏを中心
として矢印４２方向に任意角度回動駆動自在の構成にな
っている。回動支持ベース３６は、スライドベース４１
を介して水平方向、即ち矢印４３方向にスライド自在の
構成となっている。回動支持ベース３６には、水平の送
りねじ４４が螺着してあり、この送りねじ４４は、スラ
イドベース４１に固設された支持部材４５に固定された
サーボモータ４６に連動連結してある。即ち、工具軸２
８は、サーボモータ４６、送りねじ４４を介してワーク
軸線に直交する水平方向（直進方向）４３に移動制御自
在の構成となっている。

上記各サーボモータ３９，４６の制御は、図示を省略し
ている数値制御装置を介して行えるように設定してあ
り、従って、工具軸部２３の矢印４２，４３方向の作動
操作を数値制御にて同期させて行い、工具軸２８の軸線
がワーク軸２５の軸線に対して傾きを生じている場合で
あっても、工具２９の球心Ｏ_１が常にワーク軸２５の軸
線上に位置するように移動制御しうるように設定してあ
る。

又、同様にサーボモータ６２の制御も図示を省略してい
る数値制御装置を介して行えるように設定してあり、従
って、研削，研摩加工時の工具軸２８の角度振幅揺動４
２並びに直進移動４３に同期させて支持具２４を移動制
御させることにより、ワーク軸２５の支持具２４に対す
る相対摺動を抑えて摺動抵抗が生じないように制御構成
してある。

上記構成の研摩装置２０においては、第２図にて示すご
とく、角度θまでの範囲で工具軸部２３をＯ点を中心に
して角度振幅揺動させて研摩加工を行うのであるが、工
具軸部２３をＯ点を中心として揺動させた際には、図に
おいて２点鎖線で示すように工具２９の球心Ｏ_１が傾斜
角度θに応じて矢印４３方向に移動する。この移動量ｅ
は、ｅ＝▲▼_１sinθで表される。工具軸部２３
は、角度θだけ矢印４２方向に回動されると同時に矢印
４３方向に数値制御装置を介して移動され、工具２９の
球心Ｏ_１がワーク軸２５の軸線上に位置するように補正
制御される。この場合、補正制御の方向は、Ｏ点に対す
るＯ_１点の位置により決定される。本実施例において
は、かかる補正制御を連続する角度振幅揺動に同期させ
て行ない、ワーク２６と工具２９とが均等に当接する上
で必要な制御分解能で制御させることにより、あたかも
工具球心Ｏ_１を中心とする角度振幅揺動による研摩加工
と同様の加工を可能にするものである。更に工具軸部２
３を傾斜角度θに応じて矢印４３方向に直進移動させた
際に、工具球心Ｏ_１は▲▼_１−▲▼_１cosθ＝
▲▼_１（１−cosθ）だけワーク軸２５の軸線方向
に移動することになるが、本実施例においては、このワ
ーク軸２５の軸線方向の移動に対して支持具２４を、サ
ーボモータ６２を介して工具軸２８の角度振幅揺動４２
並びに直進移動４３に同期させて移動制御させているの
で、支持具２４とワーク軸２５との間の相対的摺動が生
じることがない。従って、支持具２４とワーク軸２５と
の間に摺動抵抗が発生することがなく、常に安定した加
圧力を付与することができ、安定した品質の加工品を得
ることができるものである。

以上のように本実施例によれば、工具軸部２３をＯ点を
中心として揺動させた際でも、常にあたかも工具球心Ｏ
_１を中心とする角度振幅揺動による研摩加工と同様の加
工が行なえ、かつ、ワーク軸２５と支持具２４との間の
摺動抵抗も発生しないので、工具軸２８の角度振幅揺動
の回動中心Ｏと工具球心Ｏ_１とを一致させなくとも、ワ
ーク軸中心線とワーク中心線とを同軸に保ったまま球心
揺動加工を行なうことができる。又、ワーク２６と工具
２９の曲率半径が異なる組合せに変更する場合でも、角
度振幅揺動θの範囲、工具軸２８の回動中心Ｏと工具球
心Ｏ_１間の距離、工具２９の球面の凹凸の区別、揺動速
度を数値制御装置に入力することにより、容易に加工条
件を設定できる。即ち、例えば、θは最小角θ_１＝10(d
eg)、最大角θ_２＝25(deg)、工具軸回動中心Ｏと工具球
心Ｏ_１間の距離▲▼_１＝10.000(mm)、工具凸面は＋
符合、揺動速度ω＝0.5(rad/sec)というように加工条件
を入力すればよい。従って、かかる条件設定をすること
により、工具軸２８の角度振幅揺動の回動中心Ｏと工具
球心Ｏ_１とを一致させなくとも、微小曲率半径から平面
に至るまでの全ての曲率半径（全ての形状）の被研摩面
を研摩加工できる極めて大きな効果が得られるととも
に、研摩装置の有効活用化が図れる。又、上記効果を奏
する研摩装置を簡単かつ大型化させることなく実現で
き、又、装置の使い易さ、信頼性、耐久性ともに向上で
きるものである。

なお、上記実施例においては、ワーク２６が凹面、工具
２９が凸面の例を示したが、これと逆の場合、即ち、ワ
ーク２６が凸面、工具２９が凹面の場合にも適用できる
のは勿論であり、この構成例の要部を第３図に示す。な
お、第３図における各構成部とその作用及び効果は、第
１図の場合と同様であるので、同様の構成部には同一符
合を付してその説明を省略する。

又、本実施例においては工具軸部２３を回動する側に配
設したが、ワーク軸部２２と工具軸部２３とを入れ換え
てワーク軸部２２を回動する側に配設しても、同様に加
工でき、同様の効果を得ることができるものである。

（第２実施例）第４図（ａ），（ｂ）に本発明に係る研摩装置２０の第
２実施例を示す。本実施例は、第１実施例における矢印
４２方向の角度振幅揺動操作を工具軸部２３にて行な
い、矢印４３方向の直進移動操作をワーク軸部２２にて
行なうように構成したものである。即ち、ワーク軸２５
の支持具２４を装置本体２１に対して矢印６３方向に加
えて更に４３方向に移動自在に構成し、この支持具２４
の下部に設けた可動操作部５０と螺合するボールねじ５
１を有するサーボモータ５２を介して支持具２４を矢印
４３方向に移動制御自在に構成したものである。５３で
示すのは摺動部である。支持具２４の移動は、第１実施
例と同様に工具軸部２３の角度振幅揺動における下皿球
心Ｏ_１の移動に同期させてワーク軸２５の軸心がＯ_１点
を常に通るように移動制御できるように設定してある。
又、ワーク軸部２２を矢印４３方向に移動させる構成で
あるので、第１実施例と異なり工具軸部２３は所定の傾
斜角度θの範囲で角度振幅揺動させるだけの構成でよ
い。その他の構成は、第１実施例と同様であるので、第
１図にて示した構成部と同様の構成部には同一符合を付
してその説明を省略する。

又、本実施例においても、工具軸部２３の角度振幅揺動
に伴う工具２９球心Ｏのワーク軸２５の軸線方向の変位
に対しては、第１実施例と同様にサーボモータ６２を介
して支持具２４を移動制御させることにより摺動抵抗の
発生を防止している。

本実施例の構成において研摩加工を行なう際には、まず
ワーク軸２５を下降させてワーク２６と工具２９を当接
させ、工具２８及び／又はワーク軸２５を回転させなが
ら工具軸部２３をＯ点を中心として傾斜角度θの範囲内
で角度振幅揺動させて行なう。この場合、ワーク軸２５
が工具軸部２３の傾斜角度に応じて矢印４３方向に移動
制御され、工具球心Ｏ_１の水平方向への移動に同期して
ワーク軸２５の軸心がＯ_１点を常に通るように制御され
るので、第１実施例と同様の作用にてあたかも工具球心
Ｏ_１を中心とする角度振幅揺動による研摩加工と同様の
加工が可能となるものである。

本実施例によれば、第１実施例の効果に加えて、研摩装
置２０における駆動部をワーク軸部２２と工具軸部２３
に分割でき、装置の構成上、機能性上有利となる利点が
ある。

（第３実施例）第５図に本発明に係る研摩装置２０の第３実施例を示
す。本実施例は、平面を研摩加工する場合の例を示すも
ので、図に示すように工具軸部２３をサーボモータ４６
にて水平方向に直進移動制御しうる構成となっている。
サーボモータ４６による移動機構は、第１図（ａ）にて
示すものと同一であるので、その説明を省略する。本実
施例においては、角度振幅揺動は不要であるので、その
ための機構は省くか、揺動駆動制御をしないようにす
る。なお、本実施例では工具軸部２３を移動する例を示
したが、ワーク軸部２２側を移動させる構成であっても
よい。その他の構成は、第１実施例と同様であるので、
同様の部材には同一符合を付してその説明を省略する。

本実施例においては、ワーク２６を工具２９に当接さ
せ、工具軸２８及び／又はワーク軸２５を回転させなが
ら工具軸部２３又はワーク軸部２２を加工に必要な移動
量ｅだけ直線往復動させることにより、平面の研摩加工
を行なうことができるものである。

又、本実施例においてもワーク軸部２２と工具軸部２３
とを入れ換えて配設しても、同様に加工でき、同様の効
果を得ることができるものである。

なお、上記各実施例の他、ワーク２６，工具２９が球面
であって、工具球心Ｏ_１が下軸角度振幅揺動の回動中心
Ｏと一致するように配置した場合には、工具軸２８の角
度振幅揺動だけで研摩加工が可能となる。又、第１〜第
３実施例の構成を上下逆にして倒立させた構成にしても
同様の機能が得られるものである。

又、上記各実施例においては、光学素子の研磨の例で説
明したが、光学素子に限定されるものではなく、セラミ
ック，金属，プラスチックの球面軸受面等の研摩加工に
も適用しうるものである。

以上のように各実施例によれば、ワーク軸もしくは工具
軸の角度振幅揺動機構と、ワーク軸もしくは工具軸の直
進移動機構とにより、あたかもワークもしくは工具の球
心を中心とする角度振幅揺動による研摩加工と同様の加
工が可能となる。

又、角度振幅揺動機構を機能させずに直進移動機構のみ
を操作することにより、平面の研摩加工が可能となる。

以上の結果、微小曲率半径を有する球面から平面までの
全ての形状の面を研摩加工できるものである。

なお、上記各実施例においては研摩加工装置の例を示し
たが、カップ状砥石を用いた球面創成加工にも適用しう
るものである。

（第４実施例）第６図に本発明に係る研削研摩方法を実施するための実
施装置を示す。本実施例は、カップ状の砥石を用いて球
面創成原理に基づき球面を研削創成する例を示してい
る。

本実施例においては、ワーク軸２５の上端部にプーリ７
３を固設するとともに、支持具２４に固定したモータ７
１側の駆動プーリ７２との間にベルト７４を巻回してあ
り、ワーク軸２５をモータ７１を介して回転駆動しうる
ように構成してある。又、ワーク軸２５は、サーボモー
タ６２を介して支持具２４とともにその軸線方向に移動
制御自在に構成してある。又、工具軸２８の先端部には
カップ状の砥石７０が固設してある。その他の構成につ
いては第１実施例と同様であるので、同様の構成部には
同一符号を付してその説明を省略する。

本実施例の装置によれば、カーブジェネレータによる球
面創成原理に基づいて工具軸２８の角度θ，水平方向４
３の移動調節を行った後、ワーク軸２５をモータ７１を
介して回転駆動させつつ、サーボモータ６２を介して軸
線方向６３を移動制御し、カップ状砥石７０を回動中心
Ｏを中心として角度振幅揺動させることにより、ワーク
２６を研削加工するものである。なお、本実施例のよう
にカップ状砥石７０を用いた揺動による加工だけではな
く、所定の位置関係を保って相対的な切り込みを与えつ
つ加工することもできるものである。

又、本実施例ではカップ状砥石７０を用いた球面の研削
創成の例を示したが、カップ状砥石７０に代えてワーク
２６の球面もしくは平面形状に対する凹凸対をなす球面
もしくは平面形状を有する皿状の研削，研摩砥石を用い
ることにより、皿状の研削，砥石による加工が可能とな
る。

従って、本実施例によれば、砥石の選択と工具軸２８及
びワーク軸２５の回転駆動の選択と数値制御プログラム
の設定により、研削創成加工から工具皿による研削，研
摩加工が同一の装置で行なえる利点がある。

又、本実施例においても他の実施例と同様に、ワーク軸
部２２，工具軸部２３を互に入れ換えることができ、こ
の場合にも同様の効果が得られるものである。

又、以上の実施例においては、球面や平面の研削，研摩
加工の例を示したが、いずれの例においても、３つの制
御軸を所望の形状を得るために同期させて連続または断
続的に移動制御している。従って、ワークが非球面（楕
円面，トーリック面，放物面，等々）であってもその形
状に適した移動制御を与えることによって上記実施例と
同様の加工ができるものである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の請求項１，２に係る装置によれ
ば、ワーク軸又は工具軸とその保持具との間の相対摺動
がなくなり、軸とその保持具との間の摺動抵抗が発生し
ないので加圧力が常に一定となり、安定した品質の加工
品が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明に係る装置の第１実施例を示す
側面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の正面図、第２図は、第１図（ａ），（ｂ）の作用状態説明図、第３図は第１実施例の要部の他の構成例を示す側面図、第４図（ａ），（ｂ）は本発明に係る装置の第２実施例
を示す側面図，正面図、第５図は、本発明に係る装置の第３実施例を示す側面
図、第６図は、本発明に係る方法の実施装置の実施例の側面
図、第７図は、従来技術の説明図である。２５……ワーク軸、２６……ワーク２８……工具軸、２９……工具３９……回動用サーボモータ４６……水平（直進）移動用サーボモータ６２……支持具上下動用サーボモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークを軸回りに回転自在又は回転駆動自
在に保持するワーク軸と、工具を同軸上に保持するとと
もに駆動装置を介して回転駆動自在に構成された工具軸
とを装備し、ワークと工具の相互の回転によりワークを
研削，研摩加工しうるように構成してなる研削研摩装置
において、前記ワーク軸もしくは前記工具軸をその軸線
と垂直な軸回りに揺動させる揺動機構と、前記ワーク軸
もしくは前記工具軸を両軸中心線を含む平面内において
前記ワーク軸もしくは前記工具軸の軸線に直交する方向
に直進移動させる直進移動機構と、前記揺動と前記直進
移動とによりその軸方向に移動する前記ワーク軸又は前
記工具軸の移動に追従させて、その保持具との間に相対
的摺動がないようにその保持具自体を軸方向に直進移動
させる機構と、前記各軸及び保持具を移動制御する制御
部と、より構成したことを特徴とする研削研摩装置。
【請求項２】ワーク軸の軸端に保持されたワークと、工
具軸の軸端に保持された工具とを当接し、ワークと工具
との相互の回転によりワークを研削研摩加工する研削研
摩方法において、前記ワーク軸もしくは前記工具軸の少
なくとも一方を回転駆動させ、前記ワーク軸もしくは前
記工具のうちの一方の軸を自身の軸線と垂直な軸回りに
揺動させるとともに、他方の軸の軸線上に前記揺動させ
た一方の軸のワークまたは工具の曲率中心を一致させる
ように前記ワーク軸もしくは工具軸を直進移動させ、か
つ前記ワーク軸もしくは工具軸を自身の軸線方向に摺動
自在に保持する保持具を、ワーク軸もしくは工具軸の移
動に同期させて直進移動させることにより、前記保持具
とその軸との軸方向の摺動をなくしてワークを研削研摩
加工することを特徴とする研削研摩方法。