JP2002254280A - 光学部材の研削加工方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学部材の曲率半径が種々に変化しても、研
削砥石の磨耗を少なくし、高い形状精度と高品位な面粗
さを有する光学部材の光学面を得る。 【解決手段】 回転軸対称形状を有する光学部材３を研
削加工する光学部材の研削加工方法において、研削加工
中に、光学部材３を保持しながら進退させるワーク軸１
の軸心と回転する加工面８ａを一定の曲率半径Ｒに成形
した研削砥石８を保持する工具軸４の軸心とを含む平面
内で、研削砥石８を相対的に移動させるとともに、前記
平面に垂直な旋回軸Ｂ回りに研削砥石８を旋回させて、
研削砥石８が光学部材３に接触する加工点Ｐの位置を任
意に設定して移動させながら研削加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ、ミラー、
プリズムなどの光学素子の光学面、またはそれらを押圧
成形する成形型の光学面を研削加工する光学部材の研削
加工方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、成形型の光学面を研削加工する光
学部材の研削加工方法とその装置には、特開平８−２２
９７９２号公報所載の技術が開示されている。この従来
技術は、円柱状のセラミックス等の硬脆材料を回転軸対
称の非球面形状に研削加工するものである。この従来技
術を図４〜図６を用いて説明する。

【０００３】図４はこの研削加工方法に用いる研削装置
である。図４において、この研削装置は、被加工物１１
７を回転自在に保持するワークスピンドル１０９と、矢
印ＸＹ方向に移動可能な調整テーブル１１０上で、水平
方向に対して傾斜した傾斜台１１１に載置された研削ス
ピンドル１１２と、研削スピンドル１１２に回転自在に
保持される先端コーナ部を円弧状に形成した砥石１１３
とを備えている。

【０００４】上記構成の研削装置によって研削加工を行
うときは、ワークスピンドル１０９と研削スピンドル１
１２とを回転させ、砥石先端円弧ｒ（図５参照）と、被
加工物１１７の所望の曲面形状に応じて、矢印ＸＹ方向
に調整テーブル１１０を移動させながら研削加工を行
う。

【０００５】上記研削加工方法の作用を説明する。図５
は被加工物と砥石との作用を示す説明図、図６は砥石の
先端面における加工点の移動の説明図である。図５およ
び図６に示すように、砥石１１３の加工面上の任意の点
は、砥石１１３の回転に伴い、円形軌跡を描く。このと
き、砥石１１３の送り方向（矢印Ｘ方向）への移動に伴
い、被加工物１１７と砥石との接触点である加工点はＸ
方向へ移動していく。この加工点の移動により、砥石軸
方向に沿った移動幅ｔが研削加工に使用される部分とな
る。そのため、砥石１１３の磨耗箇所が分散し、砥石１
１３の各加工点の磨耗量を少なくすることが可能という
ものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来技
術にはつぎのような問題点があった。すなわち、上記従
来技術においては、砥石の加工点の移動量は、被加工物
の曲率半径によって決定される。例えば、曲率半径の大
きい被加工物を加工する場合には、加工点の移動量は少
なくなる。従って、その場合、砥石の磨耗が大きくなる
ため、加工形状精度が良くないという欠点があった。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、請求項１に係る発明の課題は、被加工物で
ある光学部材の曲率半径が種々に変化しても、研削砥石
の磨耗を少なくし、高い形状精度と高品位な面粗さを有
する光学部材の光学面を得ることができる光学部材の研
削加工方法を提供することである。

【０００８】請求項２に係る発明の課題は、被加工物で
ある光学部材の曲率半径が種々に変化しても、研削砥石
の磨耗を少なくすることができる光学部材の研削装置を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、回転軸対称形状を有する光
学部材を研削加工する光学部材の研削加工方法におい
て、研削加工中に、前記光学部材を保持しながら進退さ
せるワーク軸の軸心と回転する加工面を一定の曲率半径
に成形した研削砥石を保持する工具軸の軸心とを含む平
面内で、前記研削砥石を相対的に移動させるとともに、
前記平面に垂直な旋回軸回りに前記研削砥石を旋回させ
て、前記研削砥石が前記光学部材に接触する加工点の位
置を任意に設定して移動させながら研削加工する。

【００１０】請求項２に係る発明は、光学部材の研削装
置において、回転軸対称形状を有する光学部材を回転自
在に保持するワーク軸と、該ワーク軸をその軸心方向に
進退自在に移動させるワーク軸移動テーブルと、加工面
を一定の曲率半径に成形した研削砥石と、該研削砥石を
回転自在に保持し前記ワーク軸の軸心にその軸心が交差
するように配置された工具軸と、該工具軸を保持しその
軸心に直交する旋回軸を中心にして旋回する旋回テーブ
ルと、該旋回テーブルを保持し前記ワーク軸の軸心方向
とは垂直な方向に進退自在な工具軸テーブルとを備え
た。

【００１１】請求項１に係る発明の光学部材の研削加工
方法では、研削加工中に、光学部材を保持しながら進退
させるワーク軸の軸心と回転する加工面を一定の曲率半
径に成形した研削砥石を保持する工具軸の軸心とを含む
平面内で、研削砥石を相対的に移動させるとともに、前
記平面に垂直な旋回軸回りに研削砥石を旋回させて、研
削砥石が光学部材に接触する加工点の位置を任意に設定
して移動させながら研削加工することにより、光学部材
の曲率半径が種々に変化しても加工点の移動量は変動を
小さくして研削加工が進行する。

【００１２】請求項２に係る発明の光学部材の研削装置
では、ワーク軸上に回転軸対称形状を有する光学部材を
回転自在に保持し、工具軸上に加工面を一定の曲率半径
に成形した研削砥石を回転自在に保持し、ワーク軸の軸
心と工具軸の軸心とが互いに交差するように配置し、さ
らに、工具軸はその軸心上にあってその軸心に直交する
旋回軸を中心に旋回可能とし、ワーク軸の移動と工具軸
の移動および旋回とを組み合わせて制御することによ
り、回転軸対称形状の光学部材と研削砥石とが接触する
加工点の位置を任意に設定する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態では、回転軸
対称形状を有する光学部材として、凹面を有する被加工
物を例とし、加工面を一定の曲率半径に成形した研削砥
石として、凸面を有する砥石を例として説明するが、凸
面を有する被加工物と凹面を有する砥石とを組み合わせ
た場合にも、適用することができる。その場合、旋回テ
ーブルの旋回軸の位置は、工具軸の軸心の延長上で研削
砥石前方に移動させる等の変更が必要である。

【００１４】（実施の形態１）図１〜図３は実施の形態
１を示し、図１は光学部材の研削装置の斜視図、図２は
被加工物と砥石とが接触する加工点付近の拡大平面図、
図３は加工点が移動する状態の説明図である。まず、光
学部材の研削装置の構成から説明する。

【００１５】図１において、水平方向に載置された基台
９上には、矢印Ｚ方向に移動自在なワーク軸移動テーブ
ルとしてのＺ方向移動テーブル２と、矢印Ｚ方向に直交
する矢印Ｘ方向に移動自在な工具軸移動テーブルとして
のＸ方向移動テーブル６とが配設されている。Ｚ方向移
動テーブル２とＸ方向移動テーブル６とには、それぞれ
図示しないボールナットが取着され、そのボールナット
に螺合する図示しないボールネジがそれぞれ基台９内部
に配設されている。それぞれのボールネジには、図示し
ないサーボモータがそれぞれ連結され、サーボモータは
図示しないＮＣ装置によって数値制御される。

【００１６】Ｚ方向移動テーブル２の上面には、ワーク
台１０が取着されており、ワーク台１０には、ワーク軸
としてのワーク軸スピンドル１が矢印Ｚ方向と平行に回
転自在に嵌装されている。ワーク軸スピンドル１は、ワ
ーク台１０内に配設された図示しない電動モータに連結
されており、電動モータの回転駆動により回転されるよ
うになっている。ワーク軸スピンドル１の先端には、レ
ンズ等の光学素子やその成形型などの光学部材としての
被加工物３が保持されている。被加工物３の被加工面３
ａ（図２参照）は、本実施の形態では回転軸対称形状の
凹非球面となっている。

【００１７】Ｘ方向移動テーブル６の上面には、旋回テ
ーブルとしてのＢ軸旋回テーブル７が取着され、Ｂ軸旋
回テーブル７は旋回軸Ｂに連結されており、矢印Ｚ方向
と矢印Ｘ方向とで形成される平面に対して垂直な方向に
配置された旋回軸Ｂを軸心として旋回自在に構成されて
いる。Ｘ方向移動テーブル６の内部には、旋回軸Ｂに連
結された図示しないサーボモータが配設され、サーボモ
ータは図示しないＮＣ装置によって数値制御される。Ｂ
軸旋回テーブル７の上面には、工具台５が取着され、工
具台５の上面には、工具軸としての砥石軸スピンドル４
が、その軸心が旋回軸Ｂの延長線上にくるように取着さ
れている。砥石軸スピンドル４は、工具台５の内部に配
設された図示しない電動モータに連結されており、電動
モータの回転駆動により回転されるようになっている。
砥石軸スピンドル４の先端には、研削砥石としての砥石
８が回転自在に装着されている。砥石８の加工面８ａは
一定の曲率半径を有する半球形に成形されており、被加
工物３の被加工面３ａに接触して研削加工を行う。な
お、砥石軸スピンドル４の軸心の基台９からの高さは、
ワーク軸スピンドル１の軸心の基台９からの高さと同一
に設定されている。また、ワーク軸スピンドル１に連結
された電動モータと、砥石軸スピンドル４に連結された
電動モータとは、それぞれ図示しないＮＣ装置に接続さ
れ、制御される。

【００１８】上記構成の研削装置を用いた光学部材の研
削加工方法について説明する。図２において、砥石軸ス
ピンドル４とワーク軸スピンドル１とを、それぞれに連
結された電動モータによって、それぞれ所定の回転方向
および回転数で回転させる。続いて、砥石８の加工面８
ａの曲率半径Ｒと、被加工物３の被加工面３ａの所望の
形状曲線とに基づいて、加工点Ｐ（図３参照）の位置を
任意に設定して作成されたＮＣデータによって、図１に
示すＸ方向移動テーブル６、Ｚ方向移動テーブル２、お
よびＢ軸旋回テーブル７を、それぞれに連結されたサー
ボモータを駆動して移動させる。これにより、被加工物
３の被加工面３ａの外周から中心に向かって、砥石８が
被加工物３に対して一定の切り込み量を与えながら送ら
れ、所望の形状曲線に研削加工する。このとき、図３に
示すように、砥石８の加工面８ａの曲率半径Ｒの中心Ｏ
は、常に、被加工物３の被加工面３ａの法線上にあるよ
うに移動していく。これにより、被加工物３の被加工面
３ａは、所望の形状曲線に形成されるとともに、被加工
物３と砥石８とが接触する加工点Ｐは、砥石８の加工面
８ａ上での移動量の変動が大きいので、偏磨耗すること
なく、砥石８の形状崩れを少なくすることができる。

【００１９】本実施の形態の光学部材の研削加工方法に
よれば、被加工物の被加工面は、所望の形状曲線に形成
されるとともに、加工点Ｐの砥石の加工面上での移動量
の変動が大きく、砥石の磨耗を少なくし、曲率半径が種
々に変化する回転軸対称形状の被加工物の凹非球面を、
高い形状精度と高品位な面粗さに研削加工することがで
きる。また、光学部材の研削装置によれば、ワーク軸ス
ピンドルの移動と砥石軸スピンドルの移動および旋回と
を組み合わせて制御することにより、被加工物の被加工
面は、曲率半径が種々に変化する所望の形状曲線に形成
されるとともに、被加工物と砥石とが接触する加工点
は、砥石の加工面上での移動量の変動が大きいので、偏
磨耗することなく、砥石の形状崩れを少なくすることが
できる。

【００２０】本実施の形態では、研削装置のワーク軸ス
ピンドルと砥石軸スピンドルとを水平方向に移動し、砥
石軸スピンドルを垂直方向の軸を中心にして旋回してい
るが、ワーク軸スピンドルは水平方向に移動するままに
して、砥石軸スピンドルを垂直方向に移動できるように
するとともに、水平方向の軸を中心にして旋回するよう
に構成してもよい。

【００２１】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、加工点の
移動量の変動を大きくして研削加工が進行するようにし
たので、光学部材の曲率半径が種々に変化しても、研削
砥石の磨耗を少なくし、高い形状精度と高品位な面粗さ
を有する回転軸対称形状の光学部材の光学面を得ること
ができる。

【００２２】請求項２に係る発明によれば、回転軸対称
形状の光学部材と研削砥石とが接触する加工点の位置を
任意に設定するようにしたので、光学部材の曲率半径が
種々に変化しても、加工点の移動量の変動を大きくし
て、研削砥石の磨耗を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の光学部材の研削装置の斜視図で
ある。

【図２】実施の形態１の被加工物と砥石とが接触する加
工点付近の拡大平面図である。

【図３】実施の形態１の加工点が移動する状態の説明図
である。

【図４】従来技術の研削加工方法に用いる研削装置であ
る。

【図５】従来技術の被加工物と砥石との作用を示す説明
図である。

【図６】従来技術の砥石の先端面における加工点の移動
の説明図である。

【符号の説明】

１ ワーク軸スピンドル ３ 被加工物 ４ 砥石軸スピンドル ８ 砥石 ８ａ 加工面 Ｐ 加工点 Ｒ 曲率半径

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸対称形状を有する光学部材を研削
   加工する光学部材の研削加工方法において、 研削加工中に、前記光学部材を保持しながら進退させる
   ワーク軸の軸心と回転する加工面を一定の曲率半径に成
   形した研削砥石を保持する工具軸の軸心とを含む平面内
   で、前記研削砥石を相対的に移動させるとともに、前記
   平面に垂直な旋回軸回りに前記研削砥石を旋回させて、
   前記研削砥石が前記光学部材に接触する加工点の位置を
   任意に設定して移動させながら研削加工することを特徴
   とする光学部材の研削加工方法。
2. 【請求項２】 回転軸対称形状を有する光学部材を回転
   自在に保持するワーク軸と、該ワーク軸をその軸心方向
   に進退自在に移動させるワーク軸移動テーブルと、加工
   面を一定の曲率半径に成形した研削砥石と、該研削砥石
   を回転自在に保持し前記ワーク軸の軸心にその軸心が交
   差するように配置された工具軸と、該工具軸を保持しそ
   の軸心に直交する旋回軸を中心にして旋回する旋回テー
   ブルと、該旋回テーブルを保持し前記ワーク軸の軸心方
   向とは垂直な方向に進退自在な工具軸テーブルとを備え
   たことを特徴とする光学部材の研削装置。