JPH09192994A - 光学素子の加工装置及び加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】加工対象である光学素子の形状精度を更に向上
させる。 【解決手段】本加工装置の研磨工具は、入れ子にされた
２つの砥石２０，２１を備える。加工対象である光学素
子に前加工面の形状修正と表面研磨とが施されるよう
に、内側の小径な砥石２０には、砥石主軸２２からの回
転が与えられる。一方、外側の砥石２１の作業面２１ａ
が光学素子の表面形状に倣って傾斜するように、主軸頭
１５に揺動自在に保持された保持部材２３ａ，２３ｂが
外側の砥石２１を保持する。また、固定砥石２１が保持
部材２３ａ，２３ｂのガイドに沿って変位すると、この
変位量に応じて、圧縮コイルばね２４が、固定砥石２１
の研磨圧となるべき弾性力を固定砥石２１に加えるよう
になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、前加工面の形状を
修正しながら加工物の表面を加工する加工装置及び加工
方法に係り、特に、高度な形状精度が要求される光学素
子等の仕上げ研磨加工に適した加工装置及び加工方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】形状測定装置等に使用される光学素子に
は高い形状精度が要求される。こうした要求を満足させ
るため、光学素子の仕上げ加工工程として、光学素子の
径に比べて充分小径な研磨工具によって、前加工面の形
状を積極的に修正しながら当該光学素子の表面を繰り返
し、光学素子が所望の形状精度および表面粗さに仕上が
る迄研磨する研磨加工が採用されること多い。

【０００３】さて、こうした研磨加工を行う装置とし
て、精密工学会誌Ｖｏｌ．６０ Ｎｏ．６ １９４４年
８２７ページ記載の装置が知られている（図３参照）。
この装置は、同時４軸制御方式（研磨工具３０が取付け
られた研磨ヘッドのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への送りと、研磨
工具３０のＸ軸回りの回転θ）の加工装置であり、所定
の速度で回転する研磨工具（ポリウレタン製）３０をθ
方向に揺動させながら（研磨工具３０と光学素子Ａの表
面とを摺動させながら）、加工データに基づき決定され
る工具経路Ｂに沿って移動させることにより、光学素子
Ａの表面の研磨加工を行うものである。なお、この際、
研磨工具１５と光学素子Ａの表面との間には適当な研磨
剤Ｃが介在させてある。

【０００４】また、この他にも、トラバースキャン方式
の研磨装置や、ラスタースキャン方式の研磨装置等が知
られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】さて、上記精密工学会
誌記載の装置等においては、研磨工具３０の作業面の軌
跡の包絡面として光学素子Ａの表面が形成される。従っ
て、これらの装置による仕上げでは、以下に示すような
ことが問題となる。

【０００６】すなわち、これらにより仕上げられた光学
素子Ａの表面には、使用した研磨工具３０の軌跡が加工
痕として残されている可能性が高いことである。すなわ
ち、最終的な仕上げ加工工程の段階で光学素子Ａの性能
を低下させてしまう場合が多いという点が問題とされ
る。そして、こうしたことは、工具径補正を施しても、
完全に防止することは難しい。従って、場合によって
は、残された加工痕を除去するために、ポリシャ等を用
いた研磨加工を光学素子Ａの表面に改めて施す必要が生
じる。すなわち、光学素子Ａの製造システムの最適操業
を妨げるという問題が加えて生じる場合もある。

【０００７】そこで、本発明は、光学素子の表面形状を
更に高精度に仕上げる加工装置を提供することを目的と
する。そして、こうした加工装置により、光学素子の仕
上げ加工の効率化を図らんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、光学素子の表面を加工する加工装置であ
って、前記光学素子の表面を回転しながら加工する第一
の加工工具と、前記第一の加工工具を回転させる回転手
段と、前記第一の加工工具が加工している前記光学素子
の表面の領域の周囲の領域を加工する第二の加工工具
と、前記光学素子に対して前記第一の加工工具と前記第
二の加工工具とを相対的に移動させる移動手段とを備え
ることを特徴とする加工装置を提供する。

【０００９】また、少なくとも１つ以上の加工工具を回
転させながら光学素子の表面を加工しながら、前記１つ
以上の加工工具が加工している光学素子の表面の領域の
周囲の領域を他の加工工具で加工する加工方法を提供す
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら
本発明に係る実施の一形態を、トラバーススキャン方式
の加工装置に適用した場合を例に挙げて説明する。

【００１１】最初に、図１により、本実施の形態に係る
加工装置の主な構成について説明しておく。但し、ここ
では、加工対象の一例として円柱レンズＡを挙げる。

【００１２】本加工装置は、プラノミラ等の工作機械と
同様な門型コラムを備える同時３軸制御方式の加工装置
を母体とするものである。すなわち、本加工装置におい
ては、研磨工具１０が円柱レンズＡの長手方向に適正な
状態で移動するように、ＮＣ装置１１が、ベース１２に
立てられた２本のコラム１３ａ，１３ｂ間に渡された横
けた１４のＺ軸方向への移動と、横けた１４に取付けら
れた主軸頭１５のＸ軸方向への移動と、主軸頭１５のＸ
軸回りの回転すなわちθ方向への回転とを制御する。更
に、ＮＣ装置１１は、後述の回転砥石２１が適当な研磨
圧で円柱レンズＡの表面を研磨するように、主軸頭１５
からの砥石主軸（不図示）の出入れ、すなわち主軸頭１
５に対する砥石主軸（不図示）のＺ軸方向への移動を制
御する。

【００１３】また、本加工装置のベース１２には、加工
対象である円柱レンズＡの一端を取付ける主軸台１６ａ
と、円柱レンズＡの他端を支持するセンタ１６ｂが固定
されている。なお、主軸速度の変動が抑制されるよう
に、コントローラ１７によりサーボモータ１８の速度制
御が行われている。

【００１４】以上で、本実施の形態に係る加工装置の主
な構成の説明を終わり、以下、本加工装置の特徴部分で
ある研磨工具１０の内部構成を説明する。

【００１５】本研磨工具１０は、２つの砥石２０，２１
を備え、その内の一方の砥石２１は、適当な内径を有す
る円筒形状に成形されている。そして、円筒形状の砥石
２１は、図２（ｂ）に示すように、他方の砥石２０の周
囲を囲むように配置されている。

【００１６】さて、このうちの内側に配置された砥石２
０には、従来技術の欄で説明したスモールツール研磨加
工に用いられる研磨工具と同様に、加工対象である円柱
レンズＡの表面形状の曲率半径よりも充分小径なものを
使用し、且つ、円柱レンズＡに対して前加工面の形状修
正と表面研磨とを施すことができるように、砥石主軸２
２から回転が与えられる（図２（ａ）参照。以下、内側
に配置された砥石２０を回転砥石と呼ぶ）。

【００１７】一方、外側に配置された砥石２１は、これ
の作業面２１ａが円柱レンズＡの表面形状に倣って傾斜
するように、主軸頭１５に揺動自在に保持された保持部
材２３ａ，２３ｂに保持されている（図２（ａ）参照。
以下、外側に配置された砥石２１を固定砥石と呼ぶ）。
また、保持部材２３ａ，２３ｂには、固定砥石２１を保
持部材２３ａ，２３ｂに沿って案内するガイドが設けら
れており、固定砥石２１には、主軸頭１１に対する固定
砥石２１の変位量に応じて圧縮コイルばね２４が弾性力
を及ぼすようになっている。この圧縮コイルばね２４の
及ぼす弾性力が固定砥石２１の研磨圧となるので、加工
対象である光学素子の材質等に応じて適当なバネ定数を
有するものを使用することが望ましい。また、これに換
えて、適当な弾性を有するもの、例えば、板ばねやゴム
等を使用しても構わない。

【００１８】尚、本実施の形態では円筒形状の砥石を固
定砥石として使用したが、回転砥石を入れ子にすること
ができる形状であれば、これ以外の形状、例えば箱型等
の砥石を使用しても構わない。また、両砥石には、それ
ぞれ、加工対象とする光学素子の材質に応じた適当なの
材質のものを使用することが望ましく、必要であれば、
砥石の換えて、他の材料、例えばアスファルト等を主成
分とするピッチ等を使用しても構わない。

【００１９】以上で、本実施の形態に係る加工装置の備
える研磨工具の構成についての説明を終り、最後に、こ
うした研磨工具１０を備えた加工装置を、円柱レンズＡ
の仕上げ工程に採用することにより得られる効果をまと
めておく。

【００２０】研磨工具１０の移動に伴って、回転工具２
０は、円柱レンズＡの前加工面の形状を積極的に修正し
ながら円柱レンズＡの表面に研磨を施していくが、この
際、場合によっては、従来技術の欄で説明した加工装置
の研磨工具と同様な軌跡が円柱レンズＡの表面に残して
いく。

【００２１】しかし、それと同時に、円柱レンズａの表
面と固定工具２１の作業面２１ａとの摺動によって、回
転工具２０の作業面の形状転写により残される凸部が除
去されていくので、結果的に、研磨工具１０の移動後に
回転砥石２０の軌跡が残されることはない。尚、主軸頭
１１に対して固定砥石２１が大きく変位する程、圧縮コ
イルばね２４が固定砥石２１に高い研磨圧が与えるよう
になっているので、円柱レンズａの表面の凸部が特に効
果的に除去される。

【００２２】つまり、本加工装置によれば、工程数を増
加させずに、加工対象である光学素子の形状精度を更に
向上させることができる。尚、円柱レンズＡ以外の光学
素子（例えば、非球面レンズ等）を加工対象とした場合
にも、当然に、これと同様な効果を得ることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る加工装置によれば、研磨工
具の軌跡を残さずに、光学素子の表面を良好に仕上げる
ことができる。従って、こうした加工装置を仕上げ工程
に採用すれば、仕上げ工程への差戻が必要とされる程に
表面がうねった光学素子を生じる確率が小さくなるた
め、光学素子の製造システムの最適な操業が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る加工装置の構成を説
明するための図である。

【図２】（ａ）は、図１の研磨工具のＸＺ断面図であ
り、（ｂ）は、図１の研磨工具のＸＹ断面図である。

【図３】従来の加工装置における研磨方式を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１０…研磨工具 １１…ＮＣ装置 １２…ベース １３ａ，１３ｂ…コラム １４…横けた １５…主軸頭 １６ａ…主軸台 １６ｂ…センタ １７…コントローラ １８…サーボモータ ２０，２１…砥石 ２２…砥石主軸 ２３ａ，２３ｂ…保持部材 ２４…圧縮コイルばね

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学素子の表面を加工する加工装置であっ
   て、 前記光学素子の表面を回転しながら加工する第一の加工
   工具と、 前記第一の加工工具を回転させる回転手段と、 前記第一の加工工具が加工している前記光学素子の表面
   の領域の周囲の領域を加工する第二の加工工具と、 前記光学素子に対して前記第一の加工工具と前記第二の
   加工工具とを相対的に移動させる移動手段とを備えるこ
   とを特徴とする加工装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の加工装置であって、 前記第二の加工工具は、中空形状を有し、 前記第一の加工工具は、前記第二の加工工具の中空形状
   の中空内部に配置されることを特徴とする加工装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の加工装置であっ
   て、 前記第二の加工工具を、前記光学素子の表面形状に倣っ
   て揺動自在に保持する保持部を備えることを特徴とする
   加工装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の加工装置であって、 前記第二の加工工具の揺動により前記第一の加工工具の
   回転が妨げられないように、前記第一の加工工具の回転
   の回転軸に垂直な方向への前記第二の加工工具の揺動を
   制限する制限手段を備えることを特徴とする加工装置。
5. 【請求項５】請求項３または４記載の加工装置であっ
   て、 前記保持部は、前記光学素子の材質に応じた値のばね定
   数を有する弾性部材で前記第二の加工工具を保持するこ
   とを特徴とする加工装置。
6. 【請求項６】少なくとも１つ以上の加工工具を回転させ
   ながら光学素子の表面を加工しながら、前記１つ以上の
   加工工具が加工している光学素子の表面の領域の周囲の
   領域を他の加工工具で加工する加工方法。
7. 【請求項７】請求項６記載の加工方法であって、 前記他の加工工具は、前記光学素子の表面形状に倣って
   揺動しながら、前記１つ以上の加工工具が加工している
   光学素子の表面の領域の周囲の領域を加工することを特
   徴とする加工方法。