JPH0929598A

JPH0929598A - 非球面形状物体の加工装置

Info

Publication number: JPH0929598A
Application number: JP7189401A
Authority: JP
Inventors: Koji Nishimura; 孝司西村
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 1997-02-04
Also published as: US5748482A

Abstract

(57)【要約】【目的】被加工物１の加工面に非軸対称非球面形状を
有する凹面を高い寸法精度で創成できるようにした非球
面形状物体の加工装置を提供する。【構成】円周部に被加工物１を取付け、回転軸３を軸
に回転する回転テーブル２と、テーブル２を移動させる
直進テーブル７と、被加工物１の副軸方向に移動可能な
スピンドル１２に保持され、被加工物１の主軸方向の研
削を行う砥石１３と、スピンドル保持軸１４によりスピ
ンドル１２とともに砥石１３を被加工物１の副軸方向に
円弧状に揺動する支持アーム１６と、被加工物１を非球
面形状に加工時の加工データを記憶するメモリ２４と、
テーブル２に取付けた状態の被加工物１形状を測定する
形状測定器２５と、各部を制御する制御部２３とを備
え、制御部２３は、形状測定部２５の測定データとメモ
リ２４に記憶された加工データとを比較し、その比較結
果により被加工物１の形状を修正しながら加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非球面形状物体の加工
装置に係わり、特に、被加工物の加工面を、その副軸方
向の径が場所によって異なっている変形トーリック面あ
るいは変形トーリック凹面を有するように加工する非球
面形状物体の加工装置に関する。

【０００２】そして、この非球面形状物体の加工装置
は、光学系のレンズの加工に用いて好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】一般に、光学レンズを製造する場合は、
構成材料として光学ガラス材が多く用いられており、か
かる光学レンズを加工する場合には、主として、研磨加
工等による機械的加工が利用される。

【０００４】ここで、光学レンズにおけるトーリックレ
ンズの加工手段としては、例えば、特開昭６２−２０３
７４４号に開示の手段がある。この特開昭６２−２０３
７４４号に開示の手段は、加工すべきトーリックレンズ
に対して、予めそのトーリック形状と相補的な（反対
の）形状を有する研磨皿を加工形成し、トーリックレン
ズの加工時には、構成材料である光学ガラス材にこの研
磨皿を押し当て、光学ガラス材と研磨皿との間の隙間に
微細な研磨砥粒を供給してから所定の圧力を印加した状
態で光学ガラス材と研磨皿とを擦り合わせ、所要のトー
リック面が得られるように光学ガラス材を研磨形成し、
トーリックレンズを形成するものである。

【０００５】前記特開昭６２−２０３７４４号に開示の
手段を用いれば、一応、トーリック面を有するトーリッ
クレンズを研磨加工することができるが、そのときに得
られるレンズの形状は、単純なトーリック面を有するも
のであって、非軸対称非球面レンズを加工することはで
きないものである。

【０００６】ところで、カメラやレーザプリンタ装置等
のように、内部に光学系機構を有する機器においては、
最近になって光学系機構に非球面形状のレンズが多く使
用されようになってきた。とりわけ、レーザプリンタ装
置等の光学系機構には、既知のＦθレンズと回転多面鏡
とを組合せた光学系を使用することにより、感光体ドラ
ム上をレーザ光で偏向走査させるようにしているが、こ
のレーザ光の偏向走査を行う際に、回転多面鏡の反射面
が傾き、走査ピッチにムラが生じるという問題が生じ
る。

【０００７】かかる問題の解決のために、幾つかの手段
が既に開発されている。その１つの例としては、特開昭
４８−９８８４４号に開示の手段であって、シリンダレ
ンズと球面レンズとを組合せ、回転多面鏡の反射面の傾
きに伴う誤差を低減させるものであり、もう１つの例と
しては、特開昭４８−４９３１５号に開示の手段であっ
て、トーリックレンズとシリンダレンズとを組合せ、回
転多面鏡の反射面の傾きに伴う誤差を低減させるもので
ある。しかるに、これらの手段は、回転多面鏡の反射面
の傾きに伴う誤差を低減するのに有効であるが、シリン
ダレンズ、トーリックレンズあるいは球面レンズからな
るＦθレンズという２種類以上の光学部品が使用されて
いることから、部品点数が多くなってしまうという新た
な問題がある。

【０００８】前記の新たな問題解決のために、Ｆθレン
ズの面倒れ方向（副走査方向）の曲率半径を偏向方向に
応じて変化させる手段も既に開発されている。この手段
は、Ｆθレンズの形状を、面倒れ方向（副走査方向）の
曲率半径が光軸から離れるにしたがって順次大きくなる
ような非軸対称非球面形状とすることにより、収差を低
減することを可能にしたものである。

【０００９】このような非軸対称非球面レンズは光学的
に種々の優れた特性を有しているものであるが、この非
軸対称非球面形状は非常に複雑な形状のものであるた
め、既知の研磨加工による非軸対称非球面レンズの加工
製造は不可能であり、非軸対称非球面レンズの加工製造
には数値（ＮＣ）制御による研削加工を利用する必要が
ある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】数値（ＮＣ）制御によ
る研削加工を利用してレンズを製造すれば、任意の非球
面形状をもった非球面レンズを創成することはできる
が、レンズ加工に要する時間が非常に長くなり、必然的
にコスト高になるばかりか、量産性に乏しいという問題
がある。

【００１１】かかる問題の解決のために、非球面レンズ
の加工にモールド成形法を用いる方法が既に提案されて
いる。このモールド成形法を用いれば、１つの金型から
同一形状のレンズを多数作ることが可能になり、安価
で、かつ、優れた光学特性を有する非球面レンズを大量
に製造することが可能である。

【００１２】この場合、モールド成形法は、ガラスモー
ルドとプラスチックモールドとに大別される。この内、
ガラスモールドは、まず、所定形状の金型を高い寸法精
度で加工し、軟化させた塊状のガラス材をこの金型の中
に入れた後、加圧成形することによって金型の形状をガ
ラス側に正確に転写させ、所定形状のガラス製品（レン
ズ）を得るようにしたものである。一方、プラスチック
モールドは、さらに、プレス成形法、射出成形法、射出
圧縮成形法の３つに分けられる。ここで、プレス成形法
は、金型にブランク材を加圧圧縮させて、金型の光学面
をプラスチック樹脂（ガラス）成形物側に転写させるも
のである。射出成形法は、ガラス転移点付近の温度まで
上昇させた金型内に、可塑化したプラスチック樹脂（ガ
ラス材）を７００〜１０００ｋｇ／ｃｍ² 程度の圧力で
射出、充填させ、その後冷却してプラスチック樹脂（ガ
ラス）成形物を取出すものである。射出圧縮成形法は、
金型内に、可塑化したプラスチック樹脂（ガラス材）を
充填し、そのプラスチック樹脂（ガラス材）の逆流を防
ぎながら１０００〜１６００ｋｇ／ｃｍ² 程度の圧力で
プラスチック樹脂（ガラス材）を加圧し、その後冷却し
てプラスチック樹脂（ガラス）成形物を取出すものであ
る。これらのモールド成形法においては、金型の形状が
そっくりそのまま相手側のプラスチック樹脂（ガラス）
成形物に転写されるため、金型の形状における寸法精度
や、金型の表面の粗さがプラスチック樹脂（ガラス）成
形物の仕上げ精度に大きな影響を及ぼすことになる。こ
のため、モールド成形法は、金型の形状を所望する形に
高い寸法精度で加工することが重要になる。

【００１３】ところで、既知のモールド成形法に使用可
能なもので、現在得ることができる金型は、その光学面
の殆んどが平面か球面のものであり、また、例え、光学
面が非球面であったとしても、１眼レフカメラに用いる
レンズのように、軸対称非球面に加工されているもので
あるから、この金型を用いて非軸対称非球面の凹面部を
有するレンズを得ることはできない。換言すれば、既知
のモールド成形法は、使用可能な金型の形状に制約があ
ることから、軸対称非球面レンズを得ることができるに
しても、非軸対称非球面レンズを得ることができず、ま
してや、非軸対称非球面レンズを量産することは到底で
きないという問題がある。

【００１４】本発明は、これらの問題点を解決するもの
で、その目的は、被加工物の加工面に非軸対称非球面形
状を有する凹面を高い寸法精度で創成できるようにした
非球面形状物体の加工装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、円周部に被加工物が取付けられ、回転軸
を中心として回転する回転機構と、前記回転機構を一方
方向に移動させる移動機構と、前記被加工物の副軸方向
に移動可能なスピンドルに保持され、前記被加工物に当
接してその主軸方向の研削を行う研削部材を有する研削
機構と、スピンドル保持軸によって前記スピンドルとと
もに前記研削部材を前記被加工物の副軸方向に円弧状に
揺動させる揺動機構と、加工すべき前記被加工物の形状
の測定データを記憶するデータ記憶部と、前記回転機構
に取付けられた前記被加工物の形状を測定する形状測定
部と、各機構及び各部の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記形状測定部で測定した測定データと
前記データ記憶部に記憶している同種の測定データとを
比較し、その比較結果に基づき、前記被加工物の形状を
修正加工するように働く手段を備えている。

【００１６】

【作用】前記手段において、制御部は、被加工物を取付
けた回転機構を回転させ、回転している被加工物に研削
機構の研削部材を当接させて、被加工物の研削加工を行
う。この場合、被加工物の加工面の各部分における研削
加工の加工の度合いは、データ記憶部に予め記憶されて
いる加工データに基づいて制御部が設定しているもの
で、その設定により被加工物の加工面は所定の非球面形
状になるように順次研削加工される。また、被加工物が
研削加工されている間、制御部は、形状測定部を介して
被加工物の加工面の各部分毎にその形状寸法を測定し、
このときの測定データと記憶部に予め記憶されているそ
の測定データに対応した加工データとを比較する。そし
て、制御部は、その比較の結果、加工面のそれぞれの部
分の形状寸法について、測定データと加工データとの間
に偏差があると判断すると、以後、その部分の測定デー
タを加工データに近づかせるような新たな加工データを
用い、被加工物の形状を修正させる研削加工を行ってい
るものである。

【００１７】このように、前記手段によれば、被加工物
の加工面を、トーリック形状から僅かに偏差を持った変
形トーリック形状、即ち、非軸対称非球面形状の凹面を
有するように研削加工することが可能になり、量産性に
富んだ被加工物の研削加工を高い寸法精度で実行するこ
とができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１９】図１は、本発明に係わる非球面形状物体の
加工装置の一実施例の構成を示す斜視図であって、
（ａ）はその全体構成図、（ｂ）はその部分構成図であ
る。

【００２０】図１（ａ）、（ｂ）において、１は被加工
物（ワーク）、２は回転テーブル、３は回転軸、４はモ
ータ、５はベルト、６はロータリーエンコーダ、７は直
進テーブル、８はクロスローラガイド、９はベ−ス、１
０は第１の圧電素子（ピエゾアクチュエータ）、１１は
第１の静電容量型変位検出器、１２はエアスピンドル、
１２ａはスピンドル軸、１３は砥石（研削部材）、１４
はスピンドル保持軸、１５は軸受、１６は支持アーム、
１６ａは表面が円弧状をなす突出部、１７はウォーム、
１８はウォームホイール、１９は支持部材、２０は第２
の静電容量型変位検出器、２１は第２の圧電素子（ピエ
ゾアクチュエータ）、２２はパルスモータ、２３はＣＰ
Ｕ（制御部）、２４はメモリ（データ記憶部）、２５は
形状測定器（形状測定部）である。この場合、回転テー
ブル２と回転軸３とモータ４とベルト５は回転機構を構
成し、直進テーブル７とクロスローラガイド８は移動機
構を構成している。また、エアスピンドル１２とスピン
ドル軸１２ａと砥石１３は研削機構を構成し、スピンド
ル保持軸１４と軸受１５と支持アーム１６とウォーム１
７とウォームホイール１８は揺動機構を構成している。

【００２１】そして、回転テーブル２は、回転軸３を中
心に回転するもので、上面周辺部に１つまたはそれ以上
の被加工物１が取付けられ、後で述べるように、直進テ
ーブル７の移動に伴って若干量移動できるように構成さ
れている。回転軸３は、中間部にモータ４に結合された
ベルト５が結合され、端部にロータリーエンコーダ６が
結合される。なお、回転テ−ブル２は、アンギュラコン
タクトボールベアリングによって支えられ、それによっ
て０．１μｍ程度の回転振れ精度の回転を行う。直進テ
ーブル７は、図１（ａ）に図示されたｘ方向に僅かな距
離移動可能なもので、両側部とベース９間にクロスロー
ラガイド８が設けられ、後部とベース９間に第１の圧電
素子１０が設けられる。第１の静電容量型変位検出器１
１は、直進テーブル７の後部に配置され、その出力が制
御部２３に供給される。

【００２２】また、エアスピンドル１２は、高周波モー
タを内蔵しているもので、僅かに上下動できる状態で支
持アーム１６に取付けられており、スピンドル軸１２ａ
の先端に円盤状の砥石１３が取付けられる。砥石１３
は、被加工物１の加工時に、高周波モータの駆動によ
り、例えば、３００００ｒｐｍ程度の回転数で高速回転
する。支持アーム１６は、ウォーム１７とウォームホイ
ール１８の回動によりエアスピンドル１２とともにスピ
ンドル軸１２ａの軸方向に円弧状に揺動するもので、ス
ピンドル保持軸１４と軸受１５とを介して一対の支持部
材１９に揺動自在に取付けられる。第２の静電容量型変
位検出器２０は、支持アーム１６の突出部１６ａの円弧
状の表面に対向配置され、その出力がベース９と支持部
材１９との間に設けられている第２の圧電素子２１に供
給される。ＣＰＵ２３は、ロータリーエンコーダ６と、
第１の圧電素子１０と、ウォーム１７に結合されたパル
スモータ２２と、形状測定器２５にそれぞれ接続され、
同時に、メモリ２４にも接続されている。形状測定器２
５は、回転テ−ブル２の周辺部近傍に配置され、回転テ
−ブル２上に被加工物１を取付けた状態で、被加工物１
の各部分の形状寸法を測定する。

【００２３】次いで、図２は、図１に図示の実施例にお
ける各構成要素の位置関係を示す説明図であって、被加
工物１と砥石１３と回転テ−ブル２の回転軸３とを含ん
だ部分の横断面を示すものである。

【００２４】また、図３は、被加工物１の加工面の加工
形状を示す説明図であって、非軸対称非球面形状と軸対
称非球面形状とを対比して示すものである。

【００２５】図２において、Ｌは回転軸３の回転中心
軸、Ｃはスピンドル保持軸１５の回転中心軸、Ｓはスピ
ンドル軸１２ａの回転中心軸、Ｒは回転軸３の回転中心
軸Ｌから被加工物１の主軸方向における加工面まで距離
（半径）、ｒはスピンドル保持軸１５の回転中心軸Ｃか
ら被加工物１の加工面まで距離（半径）、ｒ’はスピン
ドル軸１２ａの回転中心軸Ｓから被加工物１の加工面ま
で距離（半径）であり、その他、図１に示された構成要
素と同じ構成要素については同じ符号を付けている。

【００２６】また、図３において、Ａ（実線形状）は非
軸対称非球面の加工形状、Ｂ（点線形状）は軸対称非球
面をなす加工形状であり、その他、図１及び図２に示さ
れた構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付け
ている。

【００２７】なお、図２及び図３において、被加工物１
の主軸方向とは図３に図示のラインｗ、ｗに沿った被加
工物１の長さ方向を意味し、被加工物１の副軸方向とは
図３に図示のラインｈ、ｈに沿った被加工物１の高さ方
向を意味する。

【００２８】ここで、前記構成に係る本実施例の非球面
形状の加工装置の動作を、図１乃至図３を用いて説明す
る。

【００２９】まず、この加工装置を用いて、図３の点線
形状Ｂに示すように、被加工物１の加工面がトーリック
面形状になるように研削加工する場合について述べる。

【００３０】最初に、図２及び図３に示されるように、
回転テーブル２の回転軸３の回転中心軸Ｌと被加工物１
の主軸方向における加工面までの距離（半径）がＲにな
るように選択するとともに、エアスピンドル１２のスピ
ンドル軸１２ａの位置を調整し、スピンドル保持軸１５
の回転中心軸Ｃと被加工物１の副軸方向における加工面
までの距離、即ち、砥石１３の加工部表面までの距離
（半径）がｒになるように選択する。その後、ＣＰＵ２
３の制御によってパルスモータ２２を駆動させ、パルス
モータ２２に連結されたウォーム１７及びウォームホイ
ール１８の回動により、支持アーム１６をスピンドル保
持軸１５を軸心として円弧状に揺動させ、砥石１３の加
工部表面が、被加工物１の加工面の加工開始点、即ち、
被加工物１の下端近くにくるまで移動させる。このと
き、ＣＰＵ２３の制御によってモータ４が駆動され、回
転テ−ブル２を数ｒｐｍ程度の低い回転数で回転させて
おき、同時に、被加工物１の加工領域に研削液を加えな
がら、ＣＰＵ２３の制御によってエアスピンドル１２に
内蔵の高周波モータを駆動させ、砥石１３を高速回転さ
せる。

【００３１】次いで、ＣＰＵ２３の制御によって第１の
圧電素子１０に電圧を供給し、第１の圧電素子１０を変
位させて直進テーブル７を微小量だけｘ方向に移動さ
せ、被加工物１と砥石１３の加工部表面とを接触させる
ことによって、被加工物１の加工面を砥石１３の加工部
表面で研削加工する。この研削加工が行われる際には、
被加工物１が回転テーブル２とともに回転しているの
で、砥石１３の加工部表面により被加工物１の加工面が
その主軸方向に沿って細い１本の帯状に研削加工され
る。回転テーブル２が一回転し、回転テーブル２上に取
付けられている１つまたはそれ以上の被加工物１に対す
る細い１本の帯状の研削加工が終了すると、ＣＰＵ２３
の制御によってパルスモータ２２が駆動され、ウォーム
１７及びウォームホイール１８が微小量回動してエアス
ピンドル１２を上方へ微小量移動させ、砥石１３の加工
部表面を被加工物１の副軸方向の半径ｒの面に沿って僅
かに上方に移行させ、砥石１３の加工部表面が被加工物
１の未加工領域に接触するようになる。なお、当然なが
ら、被加工物１の加工面におけるこの未加工領域は、既
に研削加工が終了した１本の細い帯状の直上になる。

【００３２】続いて、被加工物１の加工面における未加
工領域は、前述の場合と同様に、被加工物１の主軸方向
に沿って再び細い１本の帯状に研削加工され、かかる細
い１本の帯状の研削加工が終了すると、再度、砥石１３
の加工部表面が被加工物１の次の未加工領域に接触する
というように、前述の動作が繰返し実行される。そし
て、砥石１３の加工部表面が被加工物１の加工面の上端
にまで達すると、被加工物１の加工面は、図３の点線形
状部Ｂで示されるように、被加工物１の副軸方向に半径
ｒを有する加工面が創成され、加工面がトーリック面形
状の凹面をもった被加工物１を得ることができる。

【００３３】この場合、第１の静電容量型変位検出器１
１は、直進テーブル７の位置を測定することにより、直
進テーブル７が実際に移動した距離を測定しているもの
で、この測定により、被加工物１の加工面において所定
量の研削加工が行われたことが確認できるものである。
また、被加工物１の加工面は、被加工物１の副軸方向の
半径がｒとなる曲面であるため、研削加工に使用される
砥石１３は、図３に示されるように、加工部表面が凸曲
面をなすように加工されたものである。

【００３４】次に、本実施例の加工装置を用いて、図３
の実線形状Ａに示すように、被加工物１の加工面がトー
リック面からの偏差ｄを有する変形トーリック面形状か
らなる非球面形状になるように研削加工する場合につい
て述べる。

【００３５】この場合の動作も、前記トーリック面の研
削加工を行う場合の動作と同様に、まず、砥石１３の加
工部表面が、被加工物１の加工面の加工開始点、即ち、
被加工物１の下端近くにくるまで移動させる。このとき
に、ＣＰＵ２３の制御によってモータ４を駆動させ、回
転テーブル２を低い回転数で回転させるとともに、被加
工物１の加工領域に研削液を加えながら、ＣＰＵ２３の
制御によってエアスピンドル１２に内蔵の高周波モータ
を駆動させ、砥石１３を高速回転させる。次いで、ＣＰ
Ｕ２３の制御によって第１の圧電素子１０に電圧を供給
し、第１の圧電素子１０を変位させて直進テーブル７を
微小量だけ移動させ、被加工物１と砥石１３の加工部表
面とを接触させることにより、被加工物１の加工面にお
ける主軸方向の研削加工を行っている。さらに、回転テ
ーブル２が一回転する毎に、ＣＰＵ２３の制御によって
パルスモータ２２を駆動させ、ウォーム１７及びウォー
ムホイール１８を微小量回動させることでエアスピンド
ル１２を上方に微小量移動させ、それにより砥石１３の
加工部表面を被加工物１の副軸方向の半径ｒに沿って僅
かに上方に移行させ、砥石１３の加工部表面が被加工物
１の未加工領域に次々に接触させることにより、被加工
物１の加工面における副軸方向の研削加工を行ってい
る。

【００３６】ここまでの動作は、前記トーリック面の研
削加工を行う場合の動作と殆んど同じであるが、以下に
述べる動作は、前記トーリック面の研削加工を行う場合
の動作と異なっているものである。

【００３７】まず、被加工物１の加工面を、その主軸方
向及び副軸方向をそれぞれ多数に分割し、これら分割に
よって形成されたそれぞれの部分についての加工データ
を、予めメモリ２４に記憶させておく。この加工データ
は、被加工物１の加工面を所定の非球面形状に加工する
際に必要な寸法等を示すデータであって、被加工物１の
加工面のそれぞれの部分を表すデータとともにメモリ２
４に記憶される。この場合、被加工物１の加工面のそれ
ぞれの部分を表すデータは、回転テーブル２の回転角θ
及びエアスピンドル１２の揺動角ψに基づいて設定され
るもので、被加工物１の加工面の主軸方向についてはロ
ータリーエンコーダ６の１パルス毎、被加工物１の加工
面の副軸方向についてはエアスピンドル１２の揺動の１
ステップ毎に、被加工面１の加工面を格子状に分割した
ときのデータであり、加工する際に必要な寸法等を示す
データは、各部分における標準値からの偏差量をコンピ
ュータで計算して得られた数値制御データである。

【００３８】ここにおいて、現在、被加工物１の加工面
で研削加工が行われている部分、即ち、研削加工が行わ
れている被加工物１の主軸方向及び副軸方向におけるそ
れぞれの部分は、ロータリエンコーダ６が出力するパル
ス数をＣＰＵ２３でカウントすること、即ち、回転テー
ブル２の回転角θを高精度に検出することによって、被
加工物１の加工面における主軸方向の部分が正確に検出
され、また、パルスモータ２２に供給されるパルス数を
ＣＰＵ２３でカウントすること、即ち、エアスピンドル
１２の揺動角ψを高精度に検出することによって、被加
工物１の加工面における副軸方向の部分が正確に検出さ
れる。このとき、ＣＰＵ２３は、ロータリエンコーダ６
で検出した回転テーブル２の回転角θと回転テーブル２
の回転角θ及びエアスピンドル１２の揺動角ψ１０とに
基づいて、被加工物１の主軸方向及び副軸方向における
部分の位置を特定し、その特定した位置にある部分に対
応した加工データをメモリ２４から読み出す。次いで、
ＣＰＵ２３は、この読み出した加工データに応じた電圧
を第１の圧電素子１０に供給し、第１の圧電素子１０の
変形により直進テーブル７を微小量ｘ方向に移動させ
て、砥石１３の加工部表面を被加工物１の加工面に当接
させる深さを変えるものである。かかる動作を被加工物
１の主軸方向及び副軸方向におけるそれぞれの部分につ
いて連続的に行い、砥石１３の加工部表面が被加工物１
の上端にまで達すると、被加工物１の加工面は研削加工
が終了したことになり、被加工物１の加工面は、その副
軸方向の半径ｒが場所によって異なる非球面形状とな
り、トーリック面からの偏差ｄの変形トーリック面形状
を有する被加工物１になる。

【００３９】かかる被加工物１の研削加工において、被
加工物１の形状修正を行う場合は、前述のように被加工
物１を一旦を所定形状になるように加工した後、形状測
定器２５を用いて回転テーブル２に取付けられたままの
被加工物１の形状寸法を測定する。この形状測定器２５
を用いた被加工物１の形状寸法の測定は、被加工物１の
加工面をその主軸方向及び副軸方向のそれぞれについて
多数に分割した各部分について行われ、測定データはＣ
ＰＵ２３に供給される。ＣＰＵ２３は、これらの各部分
について、それぞれ測定データと加工データとを比較
し、それらデータ間に偏差があれば、その偏差分を加味
した新たな加工データを作成する。そして、ＣＰＵ２３
は、この新たに作成された加工データを用い、被加工物
１における対応するそれぞれの部分の形状を修正加工
し、所望のトーリック面からの偏差ｄの変形トーリック
面形状を有する被加工物１を形成させる。

【００４０】また、図１（ａ）に示されるように、本実
施例による非球面形状物体の加工装置は、スピンドル保
持軸１４を高精度の転がり軸受１５で保持するように
し、スピンドル保持軸１４の回転時の軸振れをできる限
り少なくしているが、それでも若干の軸振れが生じてい
る。そこで、本実施例による非球面形状物体の加工装置
においては、このスピンドル保持軸１４の軸振れを支持
アーム１６の突出部１６ａの円弧状の表面に対向配置し
た第２の静電容量型変位検出器２１で検出し、この検出
で得られた電圧を第２の圧電素子２１に供給し、第２の
圧電素子２１の変形によって、転がり軸受１５で保持さ
れているスピンドル保持軸１４を微小量移動させること
により、スピンドル保持軸１４の回転時の軸振れをでき
るだけ小さく抑えるようにしている。

【００４１】ところで、被加工物と１と砥石１３との位
置決めは、エアスピンドル１２を支持アーム１６中で微
動させることができるので、スピンドル軸１２ａとスピ
ンドル保持軸１４との間の距離を変更することができ
る。このため、図２に図示された砥石１３の半径ｒ’が
ドレッシング等によって減少したとしても、Ｒ−ｒ＝ｌ
で、ｌは一定であるので、回転テーブル２をスピンドル
保持軸１４の回転軸中心Ｃから常にｌだけ離れた場所に
位置付け、その点を原点として長さＲの基準ゲージを砥
石１３側に突出させ、エアスピンドル１２をスピンドル
保持軸１５に向かって微動させ、砥石１３をこの基準ゲ
ージに接触させるようにすれば、前記条件を常に満たす
ことができる。なお、被加工物と１と砥石１３との位置
決めは、砥石１３の摩耗による半径ｒ’の減少以外に、
被加工物１の研削代εの影響も含まれるもので、この研
削量は前加工等によって異なっている。この場合には、
被加工物１を回転テーブル２に取付ける際に、基準ゲー
ジの先端に電気マイクロメータの触針を配置させ、基準
位置から被加工物１表面までの距離を測定することによ
り、研削代εを予め求めておく。そして、回転テーブル
２を研削代εだけ後退させた位置にセットし、基準ゲー
ジをＲ＋εにし、前述のように砥石１３の位置を決めれ
ば、研削量を考慮した被加工物１と砥石１３の位置決め
を容易に行なうことができる。

【００４２】次に、図４は、図１に図示の実施例におい
て、回転テーブル２の回転軸３部分に、回転軸３の回転
時の軸振れを少なくする軸振れ制御機構を組み込んだ場
合の構成例を示す斜視図である。

【００４３】図４において、２６は転がり軸受、２７は
２対の第３の圧電素子（ピエゾアクチュエータ）、２８
は２つの第３の静電容量型変位検出器であり、その他、
図１（ｂ）に示された構成要素と同じ構成要素について
は同じ符号を付けている。

【００４４】そして、回転テーブル２の回転軸３は、転
がり軸受２６を介して図示のｘ、ｙ方向にそれぞれ配置
された対の第３の圧電素子２７によって保持される。第
３の静電容量型変位検出器２８は、図示のｘ、ｙ方向に
それぞれ１つづつ回転軸３に対向配置される。

【００４５】前記構成において、回転テーブル２の回転
軸３の回転時に、回転軸３のｘ、ｙ方向への軸振れは、
回転軸３に対向配置された第３の静電容量型変位検出器
２８によって検出される。そして、一方の（ｘ方向の）
第３の静電容量型変位検出器２８の検出結果に応じた電
圧が一方の（ｘ方向の）対の第３の圧電素子に供給さ
れ、また、他方の（ｙ方向の）第３の静電容量型変位検
出器２８の検出結果に応じた電圧が他方の（ｙ方向の）
対の第３の圧電素子に供給され、これら第３の静電容量
型変位検出器２８を供給電圧に応じた変形をさせている
ので、回転軸３の回転時における軸振れは有効に制御さ
れ、極めて小さな軸振れを生じるだけに抑制される。

【００４６】続いて、図５は、図１に図示の実施例にお
いて、エアスピンドル１２の高さ、即ち、砥石１３の高
さを微調整することが可能な垂直位置調整機構を組み込
んだ場合の構成例を示す斜視図である。

【００４７】図５において、２９は把持部材、３０はガ
イド、３１は第４の圧電素子（ピエゾアクチュエータ）
であり、その他、図１（ａ）に示された構成要素と同じ
構成要素については同じ符号を付けている。

【００４８】そして、エアスピンドル１２は把持部材２
９によって把持され、把持部材２９は直進テーブル７上
に取付けられる。ガイド３０は、断面コ時形のもので、
把持部材２９の両側面と後面に接触している。第４の圧
電素子３１は、把持部材２９と支持アーム１６との間に
配置される。

【００４９】また、図６は、エアスピンドル１２のスピ
ンドル軸１２ａに取付けられる砥石１３が交換された際
等において、砥石１３の取り付け位置が若干変化した場
合の例を示す説明図である。

【００５０】図６において、１３’は新たに取り付けら
れた砥石であり、その他、図１（ａ）に示された構成要
素と同じ構成要素については同じ符号を付けている。

【００５１】図５に示されるように、第４の圧電素子３
１に適宜電圧を供給すると、第４の圧電素子３１が変形
を起こし、その変形によって支持アーム１６と把持部材
２９との間隔が調整され、同時に、支持アーム１６に対
するエアスピンドル１２の垂直方向の位置（高さ）、即
ち、スピンドル軸１２ａに取付けられた砥石１３の垂直
方向の位置（高さ）が調整される。この調整により、被
加工物１に対する砥石１３の垂直方向の取付け位置（高
さ）を調整することができるもので、特に、図６に示さ
れるように、砥石１３を新しい砥石１３’にを交換した
ような場合に、スピンドル軸１２ａへの新しい砥石１
３’の取付け方によっては、砥石１３’の加工点表面の
位置が下側の位置Ｈから上側の位置Ｈ’に変わるように
なる。そして、加工点表面の位置が変わった状態で研削
加工を続行すると、被加工物１の副軸方向の形状が変わ
ってしまうので、被加工物１の加工精度が著しく低下す
るようになり、この垂直位置調整機構による砥石１３の
垂直方向の取付け位置（高さ）を調整は、高い加工精度
を維持する上で必要なものである。

【００５２】続く、図７は、図１に図示の実施例におい
て、エアスピンドル１２の周囲に、エアスピンドル１２
の水平方向に加わる加工力を調整する加工力調整機構を
組み込んだ場合の構成例を示す斜視図である。

【００５３】図７において、３２は２対の第５の圧電素
子（ピエゾアクチュエータ）、３３は２対の第６の圧電
素子（ピエゾアクチュエータ）であり、その他、図１
（ａ）に示された構成要素と同じ構成要素については同
じ符号を付けている。

【００５４】そして、エアスピンドル１２は、図示の
ｘ、ｙ方向にそれぞれ配置された対の第５の圧電素子３
２によって保持され、同時に、図示のｘ、ｙ方向にそれ
ぞれ配置された対の第６の圧電素子３３によっても保持
されている。

【００５５】また、図８は、圧電素子に加わる力と圧電
素子から出力される電圧との関係を示す特性図である。

【００５６】図８において、横軸はＫｇで表した圧電素
子に加わる力であり、縦軸はｍＶで表した圧電素子から
出力される電圧である。

【００５７】図８に示されるように、１つの圧電素子に
加える力とこの圧電素子から出力される電圧との関係
は、線形特性になるもので、圧電素子から出力される電
圧が判れば、この圧電素子に加えられている力を知るこ
とができる。そこで、図７に示されるように、エアスピ
ンドル１２から一方の（ｘ方向の）対の第５の圧電素子
３２及び他方の（ｙ方向の）対の第５の圧電素子３２に
加えられる力、即ち、研削加工時に被加工物１に加えら
れる研削加工力をこれら第５の圧電素子３２で検出し、
ＣＰＵ２３は、第５の圧電素子３２から出力された電圧
と加工力指令電圧Ｖ０を比較し、その差が０になるよう
な電圧を一方の（ｘ方向の）対の第６の圧電素子３３及
び他方の（ｙ方向の）対の第６の圧電素子３３に供給す
る。このとき、一方の（ｘ方向の）対の第６の圧電素子
３３及び他方の（ｙ方向の）対の第６の圧電素子３３は
それぞれ供給電圧に対応した変位を生じ、この結果、研
削加工中に被加工物１に加えられる研削加工力の変動を
なくすことができ、常時、研削加工力が一定になるよう
に制御して、加工装置の振動の発生や被加工物１の弾性
変形等の撹乱現象の発生が抑えられ、高い加工精度の研
削加工を行うことができる。

【００５８】次いで、図９は、図１に図示の実施例にお
いて、砥石１３に平行にポリッシャを取付けた場合の例
を示す構成図である。

【００５９】図９において、３４はポリッシャであり、
その他、図１（ａ）に示された構成要素と同じ構成要素
については同じ符号を付けている。

【００６０】そして、エアスピンドル１２のスピンドル
軸１２ａには、砥石１３に平行にポリッシャ３４が取付
けられている。この場合、ポリッシャ３４は、フェルト
材等の繊維材料で構成してもよく、被加工物１の材質に
よっては、他の材料、例えば、テフロンのような化学樹
脂や、錫のような軟質金属材料を用いてもよい。

【００６１】通常、この種の加工装置においては、砥石
１３の垂直方向の取付け位置（高さ）の調整機能を有し
ているため、ポリッシャ３４による研磨加工の際には、
エアスピンドル１２を垂直方向（高さ方向）に移動さ
せ、被加工物１にポリッシャ３４が当接した状態で研磨
加工を行う。そして、この研磨加工時においては、研削
液の代わりにダイヤモンドペーストのような遊離砥粒を
含んだ研磨液を被加工物１の加工部に供給し、所要の研
磨加工を行っている。

【００６２】このように、本実施例による非球面形状物
体の加工装置によれば、被加工物１の形状を全く損なう
ことなしに所要の非球面形状を創成することができ、ま
た、被加工物１を加工した後、被加工物１を加工装置に
取付けた状態で被加工物１の形状測定を行ない、このと
き得られた形状の測定データと形状の加工データとの間
の偏差に基づく新たな加工データを用いて、被加工物１
を形状を修正研削加工するようにしているので、より設
計形状に近い形状を有する非軸対称非球面形状の研削加
工を行なうことができる。

【００６３】なお、本実施例が適用される被加工物１
は、光学レンズ材であっても、光学レンズのモールド形
成に用いる金属製の金型であってもよく、また、それ以
外の材料であってもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
被加工物１が研削加工されている間、形状測定部２５を
介して被加工物１の加工面の各部分毎にその形状寸法を
測定し、このときの測定データと記憶部２４に予め記憶
されているその測定データに対応した加工データとが制
御部２３で比較される。そして、制御部２３は、測定デ
ータと加工データに偏差があると判断すると、以後、そ
の測定データが加工データに近づくように修正した加工
データを用いて、被加工物１の加工を行っているもので
ある。

【００６５】このように、本発明によれば、被加工物１
の加工面を、トーリック形状から僅かに偏差を持った変
形トーリック形状、即ち、非軸対称非球面形状を有する
凹面を加工することが可能になり、量産性に富んだ被加
工物１の研削加工を高い寸法精度で実行することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる非球面形状物体の加工装置の一
実施例の構成を示す斜視図である。

【図２】図１に図示の実施例における各構成要素の位置
関係を示す説明図である。

【図３】被加工物の加工面の加工形状を示す説明図であ
る。

【図４】図１に図示の実施例において、回転テーブルの
回転軸部分に、回転軸の回転時の軸振れを少なくする軸
振れ制御機構を組み込んだ例を示す斜視図である。

【図５】図１に図示の実施例において、エアスピンドル
の高さ、即ち、砥石の高さを微調整することが可能な垂
直位置調整機構を組み込んだ例を示す斜視図である。

【図６】エアスピンドルのスピンドル軸に取付けられる
砥石が交換された際等において、砥石の取り付け位置が
若干変化した場合の例を示す説明図である。

【図７】図１に図示の実施例において、エアスピンドル
の周囲に、エアスピンドルの水平方向の加工力を調整す
る加工力調整機構を組み込んだ例を示す斜視図である。

【図８】圧電素子に加わる力と圧電素子から出力される
電圧との関係を示す特性図である。

【図９】図１に図示の実施例において、砥石に平行にポ
リッシャを取付けた場合の例を示す構成図である。

【符号の説明】

１被加工物（ワーク）２回転テーブル３回転軸４モータ５ベルト６ロータリーエンコーダ７直進テーブル８ガイド９ベース１０第１の圧電素子（ピエゾアクチュエータ）１１第１の静電容量型変位検出器１２エアスピンドル１２ａスピンドル軸１３、１３’ 砥石（研削部材）１４スピンドル保持軸１５、２６転がし軸受１６支持アーム１７ウォーム１８ウォームホイール１９支持部材２０第２の静電容量型変位検出器２１第２の圧電素子（ピエゾアクチュエータ）２２パルスモータ２３ＣＰＵ（制御部）２４メモリ（記憶部）２５形状測定器（形状測定部）２７第３の圧電素子（ピエゾアクチュエータ）２８第３の静電容量型変位検出器２９把持部材３０ガイド３１第４の圧電素子（ピエゾアクチュエータ）３２第５の圧電素子（ピエゾアクチュエータ）３３第６の圧電素子（ピエゾアクチュエータ）３４ポリッシャ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円周部に被加工物が取付けられ、回転軸
を中心として回転する回転機構と、前記回転機構を一方
向に移動させる移動機構と、前記被加工物の副軸方向に
移動可能なスピンドルに保持され、前記被加工物に当接
してその主軸方向の研削を行う研削部材を有する研削機
構と、スピンドル保持軸によって前記スピンドルととも
に前記研削部材を前記被加工物の副軸方向に円弧状に揺
動させる揺動機構と、前記被加工物を非球面形状に加工
する場合の加工データを記憶するデータ記憶部と、前記
回転機構に取付けられている前記被加工物の形状を測定
する形状測定部と、前記各機構及び前記各部の動作を制
御する制御部とを備え、前記制御部は、前記形状測定部
で測定した測定データと前記データ記憶部に記憶されて
いる前記測定データに対応した加工データとを比較し、
その比較結果に基づき、前記被加工物の形状を修正しな
がら加工することを特徴とする非球面形状物体の加工装
置。
【請求項２】前記制御部における前記形状測定部で測
定した測定データと前記データ記憶部に記憶されている
前記測定データに対応した加工データとの比較は、前記
被加工物の加工面を主軸方向及び副軸方向にそれぞれ多
数に分割した各分割部分毎に行うものであることを特徴
とする請求項１に記載の非球面形状物体の加工装置。
【請求項３】前記研削部材は、砥石であることを特徴
とする請求項１乃至２のいずれかに記載の非球面形状物
体の加工装置。
【請求項４】前記揺動機構は、前記スピンドル保持軸
に対向配置した複数の位置検出器と前記スピンドル保持
軸の支持部材に配置した圧電素子とからなり、前記位置
検出器の検出出力で前記圧電素子を変形させることによ
り、前記スピンドル保持軸の軸振れを防止させる軸振れ
機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の非球面形状物体の加工装置。
【請求項５】前記回転機構は、前記回転軸に対向配置
した複数の位置検出器と前記回転軸の軸受部に配置した
複数の圧電素子とからなり、前記複数の位置検出器の検
出出力で前記複数の圧電素子を変形させることにより、
前記回転軸の軸振れを防止させる軸振れ機構を備えてい
ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
非球面形状物体の加工装置。
【請求項６】前記研削機構は、前記スピンドルが前記
回転機構の回転軸と前記被加工物との間に配置されてい
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
非球面形状物体の加工装置。
【請求項７】前記研削機構は、前記スピンドル保持軸
に取付けられた支持アームと前記スピンドルを前記支持
アーム上に保持するガイド部材と前記支持アームと前記
ガイド部材間に配置される圧電素子とからなり、前記圧
電素子に加える電圧によって前記圧電素子を変形させ、
前記被加工物の副軸方向に対するスピンドル位置の初期
調整を行う位置調整機構を備えていることを特徴とする
請求項１乃至６のいずれかに記載の非球面形状物体の加
工装置。
【請求項８】前記研削機構は、前記支持アーム上に設
けた取付部材に保持され、前記スピンドルに当接する複
数の第１の圧電素子と、同じく、前記取付部材に保持さ
れ、前記スピンドルに当接する複数の第２の圧電素子と
からなり、前記複数の第１の圧電素子の発生電圧に対応
する前記複数の第２の圧電素子を変位させることによ
り、前記研削部材が前記被加工物に当接する際の加工力
を一定にする加工力補正機構を備えていることを特徴と
する請求項１乃至７のいずれかに記載の非球面形状物体
の加工装置。
【請求項９】前記研削機構は、前記研削部材に平行に
研磨用ポリッシャーを配置し、前記研削部材で前記被加
工物を加工し、さらに、前記研磨用ポリッシャーで前記
被加工物の加工面を研磨することを特徴とする請求項１
乃至８のいずれかに記載の非球面形状物体の加工装置。
【請求項１０】前記被加工物は、光学レンズ材である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の非
球面形状物体の加工装置。
【請求項１１】前記被加工物は、モールド成形に用い
る金属材料の金型であることを特徴とする請求項１乃至
９のいずれかに記載の非球面形状物体の加工装置。