JPH09262750A - 非球面研削方法および非球面研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、砥石を用いてレンズや金型の非球
面加工を行う非球面研削方法および非球面研削装置に関
し、加工時間および砥石の摩耗を従来より大幅に低減す
ることを目的とする。 【解決手段】 砥石を回転する砥石スピンドル部の回転
軸と、被加工物を回転するワークスピンドル部の回転軸
を平行に位置させるとともに、前記砥石スピンドル部
に、前記被加工物に形成すべき軸対称非球面の対称軸の
片側半部に対応する形状の砥石面が形成される総型砥石
を装着し、前記総型砥石および被加工物を回転させた状
態で、前記砥石スピンドル部およびワークスピンドル部
をこれ等の回転軸の軸長方向に相対移動し、前記総型砥
石の砥石面に前記被加工物を押圧し、前記総型砥石の砥
石面の形状を前記被加工物に転写するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、砥石を用いてレン
ズや金型の非球面加工を行う非球面研削方法および非球
面研削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光学分野においてレンズ等に用
いられる非球面は軸対称非球面が多く、従来、このよう
な非球面は、数値制御加工機による軌跡制御による加工
で創成されている。そして、従来、数値制御加工機によ
る加工方式として、例えば、図４に示すような３つの方
式が知られている。

【０００３】第１の方式は、図４の（ａ）に示すよう
に、被加工物１をＹ軸回りに回転させながら、研削面が
Ｒ形状をした砥石２をＸ，Ｙ平面内で所望の非球面形状
曲線に沿って運動させるものであり、Ｘ，Ｙ同時二軸制
御の加工機であれば加工可能である。しかしながら、こ
のような同時二軸制御では、砥石２の加工点２ａ，２ｂ
が加工位置によって変わるため、砥石２が完全な円弧Ｒ
でないと非球面形状に誤差が発生する。

【０００４】なお、このような二軸制御方式の非球面研
削装置として、従来、例えば、「日経メカニカル １９
８５年 １月２８日号 １０４頁」に記載の非球面研削
装置が知られている。第２の方式は、図４の（ｂ）に示
すように、図４の（ａ）の同時二軸制御の欠点を補うた
めに、θ軸を付加してθ軸により砥石２または被加工物
１を旋回させ、砥石の加工点２ｃが加工運動中に変わら
ないようにしたものであり、同時三軸制御の加工機を用
いて行われる。

【０００５】なお、このような三軸制御方式の非球面研
削装置として、従来、例えば、「超精密生産技術大系
第２巻 実用技術 ２０８頁」に記載の非球面研削装置
が知られている。第３の方式は、図４の（ｃ）に示すよ
うに、被加工物１をＹ軸回りに回転させながら、被加工
物１の回転軸に対して直交する面内で、半径ｒの砥石３
を回転させ、砥石３の外周面を所定の非球面断面形状に
沿って運動させることにより非球面断面形状を創成する
ものであり、この場合、砥石３の半径ｒは砥石３の回転
軸の精度に依存する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
非球面研削装置では、砥石２，３を軌跡制御により非球
面形状に沿わせて加工する方式であるため、砥石２，３
の被加工物１に当接して加工する部分が点当たりとな
り、この結果、加工に時間がかかり、また砥石２，３の
当接する部分が限られてくるので、砥石２，３の摩耗が
速いという問題があった。

【０００７】また、Ｘ，Ｙの２軸あるいはθを含めた３
軸の誤差が、そのまま被加工物１の形状の誤差に反映す
るため、高精度な形状を得るためには、高精度な運動性
能および制御性能が必要になるという問題があった。本
発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたも
ので、簡易な構成により加工時間および砥石の摩耗を従
来より大幅に低減することができる非球面加工方法およ
び非球面研削装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の非球面研削方
法は、砥石を回転する砥石スピンドル部の回転軸と、被
加工物を回転するワークスピンドル部の回転軸を平行に
位置させるとともに、前記砥石スピンドル部に、前記被
加工物に形成すべき軸対称非球面の対称軸の片側半部に
対応する形状の砥石面が形成される総型砥石を装着し、
前記総型砥石および被加工物を回転させた状態で、前記
砥石スピンドル部およびワークスピンドル部をこれ等の
回転軸の軸長方向に相対移動し、前記総型砥石の砥石面
に前記被加工物を押圧し、前記総型砥石の砥石面の形状
を前記被加工物に転写することを特徴とする。

【０００９】請求項２の非球面研削方法は、請求項１記
載の非球面研削方法において、前記砥石スピンドル部お
よびワークスピンドル部をこれ等の回転軸の軸長方向に
所定の速度で相対移動することを特徴とする。請求項３
の非球面研削方法は、請求項１記載の非球面研削方法に
おいて、前記砥石スピンドル部およびワークスピンドル
部をこれ等の回転軸の軸長方向に、前記総型砥石の砥石
面への前記被加工物の押圧力が一定になるように相対移
動することを特徴とする。

【００１０】請求項４の非球面研削装置は、被加工物の
中心を軸心として回転させる回転軸を備えたワークスピ
ンドル部と、前記ワークスピンドル部を載置し、前記ワ
ークスピンドル部の回転軸の軸長方向に移動可能なワー
クスライドテーブル部と、総型砥石を保持し、前記ワー
クスライドテーブル部の移動方向に平行に位置され前記
総型砥石の中心を通る軸を回転軸とした砥石スピンドル
部と、前記砥石スピンドル部を載置し、前記ワークスラ
イドテーブル部の移動方向と直交する方向に移動可能と
される砥石シフトテーブル部とを有してなることを特徴
とする。

【００１１】請求項５の非球面研削装置は、被加工物の
中心を軸心として回転させる回転軸を備えたワークスピ
ンドル部と、前記ワークスピンドル部を載置し、前記ワ
ークスピンドル部の回転軸の軸長方向に移動可能なワー
クスライドテーブル部と、前記ワークスピンドル部と前
記ワークスライドテーブル部の間に介在され、前記ワー
クスピンドル部を、前記ワークスピンドル部の回転軸の
軸長方向に所定圧力で押圧移動させる定圧スライド機構
と、総型砥石を保持し、前記ワークスライドテーブル部
の移動方向に平行に位置され前記総型砥石の中心を通る
軸を回転軸とした砥石スピンドル部と、前記砥石スピン
ドル部を載置し、前記ワークスライドテーブル部の移動
方向と直交する方向に移動可能とされる砥石シフトテー
ブル部とを有してなることを特徴とする。

【００１２】請求項６の非球面研削装置は、請求項５記
載の非球面研削装置において、前記定圧スライド機構
は、前記ワークスピンドル部が固定され前記ワークスピ
ンドル部の回転軸の軸長方向に移動可能なリニアガイド
と、前記ワークスライドテーブル部に固定され前記リニ
アガイドを総型砥石側に押圧するアクチュエータとを有
することを特徴とする。

【００１３】（作用）請求項１の非球面研削方法では、
砥石スピンドル部の回転軸とワークスピンドル部の回転
軸を平行になるように配置し、総型砥石を砥石スピンド
ル部に、被加工物をワークスピンドル部に取り付けた
後、総型砥石および被加工物を回転させた状態で、砥石
スピンドル部およびワークスピンドル部をこれ等の回転
軸の軸長方向に相対移動させ、総型砥石に被加工物を押
し当てることにより、総型砥石の砥石面の非球面形状が
被加工物に転写され、被加工物に非球面形状が形成され
る。

【００１４】請求項２の非球面研削方法では、砥石スピ
ンドル部およびワークスピンドル部をこれ等の回転軸の
軸長方向に所定の速度で強制的に相対移動され、比較的
精度の粗い強制研削が行われる。請求項３の非球面研削
方法では、砥石スピンドル部およびワークスピンドル部
をこれ等の回転軸の軸長方向に、総型砥石の砥石面への
被加工物の押圧力が一定になるように相対移動され、比
較的精度の高い定圧研削が行われる。

【００１５】請求項４の非球面研削装置では、砥石スピ
ンドル部の回転軸とワークスピンドル部の回転軸を平行
になるように配置し、総型砥石を砥石スピンドル部に、
被加工物をワークスピンドル部に取り付けた後、総型砥
石および被加工物を回転させた状態で、ワークスライド
テーブル部をワークスピンドル部の回転軸と平行に移動
させ、総型砥石に被加工物を強制的に押し当てることに
より、総型砥石の非球面形状が被加工物に転写され、被
加工物に非球面形状が形成される。

【００１６】請求項５の非球面研削装置では、ワークス
ピンドル部が、定圧スライド機構により総型砥石の砥石
面への被加工物の押圧力が一定になるように移動され、
比較的精度の高い定圧研削が行われる。請求項６の非球
面研削装置では、リニアガイドがアクチュエータにより
押圧され、ワークスピンドル部が、総型砥石の砥石面へ
の被加工物の押圧力が一定になるように移動される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。図１は、本発明の非球面研削装置の第１の
実施形態を示しており、この非球面研削装置は、ワーク
部１１と砥石部１３により主体部分が構成されている。
ワーク部１１には、ワーク１５を回転する図示しない回
転軸を備えたワークスピンドル部１７が配置されてい
る。

【００１８】このワークスピンドル部１７は、モータ内
蔵型のスピンドルであり、ワークスライドテーブル部１
９に固定されている。ワークスライドテーブル部１９
は、リニアガイド２１上に移動自在に配置されている。
このワークスライドテーブル部１９は、リニアガイド２
１を案内として、ＤＣサーボモータ２３および送り螺子
２５により移動される。

【００１９】そして、ワークスライドテーブル部１９の
位置は、ＤＣサーボモータ２３に装着されるエンコーダ
２７および送り螺子２５のリードにより確認可能とされ
ている。砥石部１３には、ワーク１５を研削する総型砥
石２９と、この総型砥石２９を保持して回転する砥石ス
ピンドル部３１とが配置されている。

【００２０】砥石スピンドル部３１は、モータ内蔵型の
スピンドルであり、砥石シフトテーブル部３３に固定さ
れている。砥石シフトテーブル部３３は、リニアガイド
３５上に移動自在に配置されている。この砥石シフトテ
ーブル部３３は、リニアガイド３５を案内として、ステ
ッピングモータ３７および送り螺子３９により移動され
る。

【００２１】そして、砥石シフトテーブル部３３の位置
は、ディジタルマイクロメータ４１により確認可能とさ
れている。以下、上述した非球面研削装置により、硝子
レンズの非球面加工を行う場合の動作について説明す
る。先ず、図２の（ａ）に示すようなワーク１５が、ワ
ークスピンドル部１７に固定される。

【００２２】このワーク１５は、被加工物である硝子レ
ンズ４３を治具４５に密蝋で接合して形成されている。
そして、ワーク１５は、治具４５を介してボルト４７に
より、ワークスピンドル部１７に固定される。一方、図
２の（ｂ）に示すように、総型砥石２９には、被加工物
である硝子レンズ４３への対向面に、硝子レンズ４３に
形成すべき軸対称非球面の対称軸の片側半部に対応する
形状の砥石面２９ａが形成されており、総型砥石２９
は、ボルト４９により砥石スピンドル部３１に螺子止め
される。

【００２３】この実施形態の非球面研削装置では、主
に、強制研削による粗研削加工が行われる。先ず、総型
砥石２９とワ−ク１５の接触面との関係が、砥石シフト
テーブル部３３の移動により調整される。次に、砥石ス
ピンドル部３１とワ−クスピンドル部１７とが回転され
る。

【００２４】そして、この状態でＤＣサーボモータ２３
により、ワークスライドテーブル部１９を定速で移動す
ることにより強制研削が行われる。次に示す表１は、こ
の時の加工条件を示している。

【表１】 この表１の加工条件では、硝子レンズ４３の中心厚換算
で数百μｍ〜数mmの加工量に対して、形状精度数μｍ以
内の加工を、従来に比較して非常に短時間で行うことが
できた。

【００２５】以上のように構成された非球面研削装置で
は、総型砥石２９および硝子レンズ４３を回転させた状
態で、ワークスライドテーブル部１９をワークスピンド
ル部１７の回転軸と平行に移動させ、総型砥石２９に硝
子レンズ４３を強制的押し当てることにより、総型砥石
２９の非球面形状が硝子レンズ４３に転写されるため、
比較的精度の粗い強制研削を容易に行なうことができ
る。

【００２６】また、上述した非球面研削方法では、総型
砥石２９および硝子レンズ４３を回転させた状態で、砥
石スピンドル部３１およびワークスピンドル部１７をこ
れ等の回転軸の軸長方向に相対移動させ、総型砥石２９
に硝子レンズ４３を押し当てることにより、総型砥石２
９の非球面形状が硝子レンズ４３に転写され、硝子レン
ズ４３に非球面形状が形成されるため、総型砥石２９と
硝子レンズ４３との当たりが線当たりになり、加工時間
および砥石の摩耗を従来より大幅に低減することができ
る。

【００２７】さらに、上述した非球面研削方法では、砥
石スピンドル部３１およびワークスピンドル部１７をこ
れ等の回転軸の軸長方向に所定の速度で強制的に相対移
動するようにしたので、比較的精度の粗い強制研削を容
易に行なうことができる。図３は、本発明の非球面研削
装置の第２の実施形態を示すもので、この非球面研削装
置では、ワークスピンドル部１７とワークスライドテー
ブル部１９の間に、ワークスピンドル部１７を、ワーク
スピンドル部１７の回転軸の軸長方向に所定圧力で押圧
移動させる定圧スライド機構５１が配置されている。

【００２８】この定圧スライド機構５１は、ワークスピ
ンドル部１７が固定されるリニアガイド５３を有してい
る。リニアガイド５３は、ワークスライドテーブル部１
９に固定される案内テーブル５４に案内され、ワークス
ピンドル部１７の回転軸の軸長方向に移動可能とされて
いる。

【００２９】そして、ワークスライドテーブル部１９に
は、リニアガイド５１を総型砥石２９側に押圧するアク
チュエータであるエアーシリンダ５５が固定されてい
る。なお、上述した部分以外は、図１に示した非球面研
削装置と同様に構成されているため、同一部分には同一
符号を付して詳細な説明を省略する。この実施形態の非
球面研削装置では、主に、定圧研削による精研削加工が
行われる。

【００３０】先ず、総型砥石２９とワ−ク１５の接触面
との関係が、砥石シフトテーブル部３３の移動により調
整される。次に、砥石スピンドル部３１とワ−クスピン
ドル部１７とが回転される。そして、この状態でエアー
シリンダ５５により、リニアガイド５３を総型砥石２９
側に所定の一定の圧力で押圧移動することにより定圧研
削が行われる。

【００３１】次に示す表２は、この時の加工条件を示し
ている。

【表２】 この表２の加工条件では、硝子レンズ４３の中心厚換算
で数十μｍの加工量に対して、十分の数μｍの形状精度
が得られた。以上のように構成された非球面研削装置で
は、硝子レンズ４３への総型砥石２９の押圧力が一定に
なるようにして定圧研削が行われるため、精度の高い研
削加工を容易に行うことができる。

【００３２】また、上述した非球面研削装置では、ワー
クスピンドル部１７が固定されるリニアガイド５３をエ
アーシリンダ５５により押圧するようにしたので、総型
砥石２９の砥石面２９ａへの硝子レンズ４３の押圧力が
一定になるようにワークスピンドル部１７を容易に移動
することができる。そして、上述した非球面研削方法で
は、硝子レンズ４３への総型砥石２９の押圧力が一定に
なるようにして定圧研削が行われるため、精度の高い研
削加工を容易に行うことができる。

【００３３】なお、上述した実施形態では、被加工物に
硝子レンズ４３を適用した例について述べたが、本発明
はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、
プラスチックレンズや非球面レンズ成形用の金型であっ
ても良い。また、軸対称非球面レンズであれば、凸レン
ズに限定されるものではなく、凹レンズでも良い。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の非球面研
削方法では、総型砥石および被加工物を回転させた状態
で、砥石スピンドル部およびワークスピンドル部をこれ
等の回転軸の軸長方向に相対移動させ、総型砥石に被加
工物を押し当てることにより、総型砥石の非球面形状が
被加工物に転写され、被加工物に非球面形状が形成され
るため、総型砥石と被加工物との当たりが線当たりにな
り、加工時間および砥石の摩耗を従来より大幅に低減す
ることができる。

【００３５】請求項２の非球面研削方法では、砥石スピ
ンドル部およびワークスピンドル部をこれ等の回転軸の
軸長方向に所定の速度で強制的に相対移動するようにし
たので、比較的精度の粗い強制研削を容易に行なうこと
ができる。請求項３の非球面研削方法では、被加工物へ
の総型砥石の押圧力が一定になるようにして定圧研削が
行われるため、精度の高い研削加工を容易に行うことが
できる。

【００３６】請求項４の非球面研削装置では、総型砥石
および被加工物を回転させた状態で、ワークスライドテ
ーブル部をワークスピンドル部の回転軸と平行に移動さ
せ、総型砥石に被加工物を強制的押し当てることによ
り、総型砥石の非球面形状が被加工物に転写されるた
め、比較的精度の粗い強制研削を容易に行なうことがで
きる。請求項５の非球面研削装置では、被加工物への総
型砥石の押圧力が一定になるようにして定圧研削が行わ
れるため、精度の高い研削加工を容易に行うことができ
る。

【００３７】請求項６の非球面研削装置では、ワークス
ピンドル部が固定されるリニアガイドをアクチュエータ
により押圧するようにしたので、総型砥石の砥石面への
被加工物の押圧力が一定になるようにワークスピンドル
部を容易に移動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非球面研削装置の第１の実施形態を示
す上面図である。

【図２】図１のワークおよび総型砥石の構成を示す断面
図である。

【図３】本発明の非球面研削装置の第２の実施形態を示
す側面図である。

【図４】従来の非球面研削方式を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ ワーク部 １３ 砥石部 １５ ワーク １７ ワークスピンドル部 １９ ワークスライドテーブル部 ２９ 総型砥石 ２９ａ 砥石面 ３１ 砥石スピンドル部 ３３ 砥石シフトテーブル部 ５１ 定圧スライド機構 ５３ リニアガイド ５５ エアーシリンダ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砥石を回転する砥石スピンドル部の回転
   軸と、被加工物を回転するワークスピンドル部の回転軸
   を平行に位置させるとともに、前記砥石スピンドル部
   に、前記被加工物に形成すべき軸対称非球面の対称軸の
   片側半部に対応する形状の砥石面が形成される総型砥石
   を装着し、前記総型砥石および被加工物を回転させた状
   態で、前記砥石スピンドル部およびワークスピンドル部
   をこれ等の回転軸の軸長方向に相対移動し、前記総型砥
   石の砥石面に前記被加工物を押圧し、前記総型砥石の砥
   石面の形状を前記被加工物に転写することを特徴とする
   非球面研削方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の非球面研削方法におい
   て、 前記砥石スピンドル部およびワークスピンドル部をこれ
   等の回転軸の軸長方向に所定の速度で相対移動すること
   を特徴とする非球面研削方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の非球面研削方法におい
   て、 前記砥石スピンドル部およびワークスピンドル部をこれ
   等の回転軸の軸長方向に、前記総型砥石の砥石面への前
   記被加工物の押圧力が一定になるように相対移動するこ
   とを特徴とする非球面研削方法。
4. 【請求項４】 被加工物の中心を軸心として回転させる
   回転軸を備えたワークスピンドル部と、 前記ワークスピンドル部を載置し、前記ワークスピンド
   ル部の回転軸の軸長方向に移動可能なワークスライドテ
   ーブル部と、 総型砥石を保持し、前記ワークスライドテーブル部の移
   動方向に平行に位置され前記総型砥石の中心を通る軸を
   回転軸とした砥石スピンドル部と、 前記砥石スピンドル部を載置し、前記ワークスライドテ
   ーブル部の移動方向と直交する方向に移動可能とされる
   砥石シフトテーブル部と、を有してなることを特徴とす
   る非球面研削装置。
5. 【請求項５】 被加工物の中心を軸心として回転させる
   回転軸を備えたワークスピンドル部と、 前記ワークスピンドル部を載置し、前記ワークスピンド
   ル部の回転軸の軸長方向に移動可能なワークスライドテ
   ーブル部と、 前記ワークスピンドル部と前記ワークスライドテーブル
   部の間に介在され、前記ワークスピンドル部を、前記ワ
   ークスピンドル部の回転軸の軸長方向に所定圧力で押圧
   移動させる定圧スライド機構と、 総型砥石を保持し、前記ワークスライドテーブル部の移
   動方向に平行に位置され前記総型砥石の中心を通る軸を
   回転軸とした砥石スピンドル部と、 前記砥石スピンドル部を載置し、前記ワークスライドテ
   ーブル部の移動方向と直交する方向に移動可能とされる
   砥石シフトテーブル部と、を有してなることを特徴とす
   る非球面研削装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の非球面研削装置におい
   て、 前記定圧スライド機構は、 前記ワークスピンドル部が固定され前記ワークスピンド
   ル部の回転軸の軸長方向に移動可能なリニアガイドと、 前記ワークスライドテーブル部に固定され前記リニアガ
   イドを総型砥石側に押圧するアクチュエータと、を有す
   ることを特徴とする非球面研削装置。