JP2006088250A - Polishing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズやプリズム等の光学面を有する素子、或いは、それらを成形するため
の成形用型の、光学的に良好な平面や曲面等を加工するための、研磨装置に関するもので
ある。
The present invention relates to a polishing apparatus for processing an optically good flat surface, curved surface, or the like of an element having an optical surface such as a lens or a prism, or a molding die for molding them.
従来、平面や曲面を研磨する研磨装置は、様々なものが知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。
この種の研磨装置は、図4に示すように、不図示の制御装置と姿勢駆動装置とで加工データに基づき、3次元自在に姿勢制御可能なワークテーブル60に加工ワーク61を載置固定する。ポリッシャー軸62を有するポリッシャー63は、スピンドル64にチャック65で締め付け固定され、スピンドル64はモーター駆動スピンドル66によって回転可能である。モーター駆動スピンドル66は、エア静圧軸受け67に一体固定され、エア静圧軸受け67は研磨ヘッドベース68に固定されたガイドシャフト69に挿通され案内される。
Conventionally, various polishing apparatuses for polishing a flat surface or a curved surface are known (see, for example,
As shown in FIG. 4, this type of polishing apparatus places and fixes a
モーター駆動スピンドル66は、押圧力検出器70を介してピストン軸71に固定され、ピストン軸71にはピストン72が一体である。ピストン72は、シリンダー73の上側気室と下側気室とを形成し、上下の圧力をピストン72で受ける。また、ピストン72とシリンダー73とは、静圧軸受け構造で摺動抵抗が極小である。
ピストン軸71の上端は、釣りライン74に結合され、釣りライン74は、研磨ヘッドベース68に回転自在に設けられた滑車75に案内され、他端は錘掛けシャフト76の上端に結合される。錘掛けシャフト76は、研磨ヘッドベース68に固定されたエア静圧軸受け77に挿通される。錘掛けシャフト76の下端ネねじ部には、バランス錘78がねじ込み固定される。
The
The upper end of the
シリンダー73の上側気室には、押圧ポート79があり、管路で押圧エア電磁弁80に接続される。更に、押圧エア電磁弁80は、電空圧力制御弁81に接続され、元圧力制御弁82を介してエア源83に接続されるよう空圧回路が組まれている。電空圧力制御弁81は、不図示の制御装置により制御され、エア圧力を自在に制御可能である。
また、シリンダー73の下側気室には、昇降ポート84があり、管路で昇降エア電磁弁85に接続される。更に、昇降エア電磁弁85は、元圧力制御弁82を介しエア源83に接続される。押圧力検出器70は、モーター駆動スピンドル66、スピンドル64、チャック65及びポリッシャー軸62を介して、ポリッシャー63にピストン軸71から加えられる押圧力を検出可能である。
以上のように、研磨装置は構成されている。
In the upper air chamber of the
The lower air chamber of the
As described above, the polishing apparatus is configured.
次に、このように構成された研磨装置により研磨加工を行う場合について説明する。
ワークテーブル60は、不図示の姿勢駆動装置と該姿勢駆動装置の制御装置とにより、加工データに基づき、加工ワーク61がポリッシャー63に常に法線方向で当接するよう加工ワーク61の姿勢を保ちながら、且つ、研磨部位を走査するように制御される。
ポリッシャー63のポリッシャー軸62は、チャック65によってスピンドル64に締め付け固定され、モーター駆動スピンドル66によって回転するスピンドル64の運動をポリッシャー63に伝達する。このポリッシャー63の回転と加工ワーク61の姿勢制御動作とにより相対的に研磨運動を発生して、研磨加工が行われる。
この際、モーター駆動スピンドル66は、エア静圧軸受け67を介してガイドシャフト69に沿って案内されるので、極めて軽微な摺動抵抗で昇降する。
Next, the case where the polishing process is performed by the polishing apparatus configured as described above will be described.
The work table 60 is maintained by the posture driving device (not shown) and the control device of the posture driving device while maintaining the posture of the processed
The
At this time, the motor-driven
モーター駆動スピンドル66は、押圧力検出器70を介してピストン軸71に接続されているので、ピストン72によって押圧されると共に、押圧力は押圧力検出器70で検出される。ピストン72の押圧は、シリンダー73の上側気室に圧力制御されて供給されるエアによって発生する。上側気室に供給されるエアは、押圧力検出器70で検出される値をもとに、不図示の制御装置で制御反映され、電空圧力制御弁81によって圧力制御される。エア供給の開閉は、押圧エア電磁弁80によって行われる。ピストン72の押圧力は、ピストン軸71、押圧力検出器70、モーター駆動スピンドル66、スピンドル64、チャック65及びポリッシャー軸62を介してポリッシャー63に作用する。
Since the
シリンダー73の下側気室は、ピストン72の昇降用であり、ポリッシャー63を加工ワーク61から離して、研磨加工を中止する場合にエアを供給する。エア供給の開閉は、昇降エア電磁弁85によって行われる。これらの空圧制御に供されるエアは、エア源83から元圧力制御弁82で使用圧力に圧力制御され二次圧として供給される。
ピストン軸71に結合された釣りライン74は、滑車75に案内され、錘掛けシャフト76とバランス錘78とによって張力が掛かっている。錘掛けシャフト76及びバランス錘78の自重による張力は、ピストン72、ピストン軸71、押圧力検出器70、モーター駆動スピンドル66、エア静圧軸受け67、スピンドル64、チャック65、ポリッシャー軸62及びポリッシャー63の自重を相殺補償している。
The lower air chamber of the
A
また、錘掛けシャフト76及びバランス錘78は、エア静圧軸受け77により案内されているので、研磨ヘッドベース68が傾斜しても自重の相殺補償は保たれる。これにより、ポリッシャー63に掛かる研磨時の押圧力は、シリンダー73の上側気室で付与される圧力制御されたエアの圧力による押圧力になる。
よって、モーター駆動スピンドル66で付与されるポリッシャー63の回転と、加工ワーク61の姿勢制御動作と、ピストン72の押圧力により作用するポリッシャー63の押圧力とで、ポリッシャー63と加工ワーク61との間に研磨加工に必要な研磨運動と研磨圧力が付与される。
なお、研磨加工は、ポリッシャー63と加工ワーク61との間に研磨砥粒を介在させたり、ポリッシャー63に固定砥粒を付着させたりすることで、研磨加工を行う。
Therefore, between the
The polishing process is performed by interposing polishing abrasive grains between the
しかしながら、上記特許文献1又は2等に記載されている研磨装置では、以下のような問題点があった。
即ち、シリンダー73の上側気室に導入するエアを、電空圧力制御弁81で精密に圧力制御しても、シリンダー73及びピストン72のヒステリシスやメカ的特性で、実際に発生するポリッシャー63の押圧力は安定しない。つまり、シリンダー73の上側気室に導入するエア圧力が電空圧力制御弁81で安定して圧力制御できず、ポリッシャー63の押圧力が安定しなかったり、また、シリンダー73の上側気室に導入するエア圧力に対してポリッシャー63の押圧力は不感帯があったりする。
However, the polishing apparatus described in
That is, even if the pressure of the air introduced into the upper chamber of the
このため、研磨圧力が、所望の圧力に保てず、研磨条件がばらつくので、加工ワーク61の研磨結果もばらつき、不均質な研磨結果、例えば、加工ワーク61の加工面でのダレや研磨不足や研磨過剰の部位が発生してしまい、形状不良となってしまう。例えば、加工ワーク61の姿勢制御に0.01mm程度の誤差があり、この誤差に伴う変移がピストン軸71の軸方向に掛かると、ポリッシャー63の押圧力に10%程度の誤差を発生することがあり、押圧力検出器70で検出してフィードバックしても、シリンダー73のメカ的な追従特性や、電空圧力制御弁81の不感帯により、直ちに追従補完できない。
For this reason, the polishing pressure cannot be maintained at a desired pressure, and the polishing conditions vary, so that the polishing result of the
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、研磨圧力を所望に保ち、研磨条件を安定させ、不均質な研磨結果、例えば、ダレや研磨不足や研磨過剰の部位の発生を抑え、形状精度の確保や形状精度を確保するための研磨条件の制御が容易にでき、平面や曲面等に加工面を加工する研磨装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to maintain the polishing pressure as desired, to stabilize the polishing conditions, and to obtain a non-uniform polishing result such as sagging, insufficient polishing or polishing. An object of the present invention is to provide a polishing apparatus that suppresses the occurrence of excessive parts, facilitates control of polishing conditions for ensuring shape accuracy and shape accuracy, and processes a processed surface into a flat surface or a curved surface.
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
請求項1に係る発明は、被加工物の加工面をポリッシャーに研磨圧力を付与することで研磨加工する研磨装置であって、流体が流入する気室を有し、該気室に掛かる流体の流体圧力を、前記ポリシャーへの前記研磨圧力となる押圧力に変換する圧力変換手段と、前記流体の流体圧力を、任意の圧力に自在に圧力制御する圧力制御手段と、該圧力制御手段により圧力制御された前記流体を前記圧力変換手段に導入させる管路、前記圧力変換手段の前記気室、又は、前記圧力変換手段を通過した下流側管路のいずれか1つ以上に、前記流体の制御圧力よりも圧力の低い空間に流体を開放する開放手段とを備えている研磨装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The invention according to
この発明に係る研磨装置においては、被加工物の加工面を圧力付与されたポリッシャーにより研磨することで、加工面を平面や曲面等の任意の3次元的な面に加工することができる。
特に、ポリッシャーに付与する研磨圧力の元(源)を、流体の圧力を押圧力に変換する圧力変換手段により発生でき、さらにこの押圧力は、圧力制御手段により流体の圧力を制御することで、所望の押圧力に調整できる。また、開放手段を備えているので、流体の圧力を全て圧力変換手段で消費するのではなく、一部を低い圧力部分に逃がすので、実質の流体の使用量を増大させ、常に流体を消耗状態にすることができる。
In the polishing apparatus according to the present invention, the processed surface can be processed into an arbitrary three-dimensional surface such as a flat surface or a curved surface by polishing the processed surface of the workpiece with a polisher to which pressure is applied.
In particular, the source (source) of the polishing pressure applied to the polisher can be generated by pressure converting means for converting the pressure of the fluid into a pressing force, and this pressing force is controlled by controlling the pressure of the fluid by the pressure control means, It can be adjusted to a desired pressing force. In addition, since the release means is provided, not all the pressure of the fluid is consumed by the pressure conversion means, but a part of it is released to the low pressure part, so that the actual amount of fluid used is increased and the fluid is always consumed. Can be.
このように、圧力制御された流体を、常時消耗状態にすることと、流体を消耗しながらも圧力制御できる程度に消耗を調整することで、圧力制御手段を常に作動状態とすることができ、圧力制御手段や圧力変換手段のメカ的なヒステリシスや不感帯、或いは、追従性の劣化を避け、研磨圧力を安定的に所望に保ち、研磨条件を安定させ、不均質な研磨結果、例えば、ダレや研磨不足や研磨過剰の部位の発生を抑え、形状精度を確保することができ、更に、これらの制御を簡単な構成により実現することができる。 In this way, the pressure control means can always be in an operating state by making the pressure-controlled fluid constantly consumed and adjusting the consumption to such an extent that the pressure can be controlled while consuming the fluid. Avoid mechanical hysteresis and dead band of pressure control means and pressure conversion means, or deterioration of followability, keep polishing pressure stable and desired, stabilize polishing conditions, and make non-homogeneous polishing results such as sagging and Generation of insufficiently polished or excessively polished parts can be suppressed, shape accuracy can be secured, and these controls can be realized with a simple configuration.
請求項2に係る発明は、請求項1記載の研磨装置において、前記開放手段が、該開放手段を通過する前記流体の流れに、任意に抵抗を付与する研磨装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the polishing apparatus according to the first aspect, wherein the opening means arbitrarily gives resistance to the fluid flow passing through the opening means.
この発明に係る研磨装置においては、流体を低い圧力部分に逃がすときに、流体の流れに抵抗が加わり、開放手段より圧力制御手段側の流体圧力が、圧力制御できる状態を維持することができる。 In the polishing apparatus according to the present invention, when the fluid is allowed to escape to the low pressure portion, resistance is added to the flow of the fluid, and the fluid pressure on the pressure control means side from the opening means can be maintained in a state where the pressure can be controlled.
本発明に係る研磨装置によれば、圧力制御された流体を、常時消耗状態にすることと、流体を消耗しながらも圧力制御できる程度に消耗を調整することで、圧力制御手段を常に作動状態とすることができ、圧力制御手段や圧力変換手段のメカ的なヒステリシスや不感帯、或いは、追従性の劣化を避け、研磨圧力を安定的に所望に保ち、研磨条件を安定させ、不均質な研磨結果、例えば、ダレや研磨不足や研磨過剰の部位の発生を抑え、形状精度を確保することができる。 According to the polishing apparatus of the present invention, the pressure control means is always in an operating state by making the pressure-controlled fluid constantly consumed and adjusting the consumption so that the pressure can be controlled while the fluid is consumed. It is possible to avoid mechanical hysteresis and dead zone of pressure control means and pressure conversion means, or deterioration of followability, keep the polishing pressure stable and desired, stabilize polishing conditions, and heterogeneous polishing As a result, for example, the occurrence of sagging, insufficient polishing or excessive polishing can be suppressed, and the shape accuracy can be ensured.
以下、本発明に係る研磨装置の第1実施形態について、図1を参照して説明する。
本実施形態の研磨装置1は、3次元自在に姿勢制御可能なワークテーブル2の上面2aに載置固定された加工ワーク(被加工物)Wの加工面W1を、ポリッシャー3に研磨圧力を付与することで、3次元的に研磨加工する装置である。
この研磨装置1は、上記ワークテーブル2と、該ワークテーブル2の上面2aに対向配置された上記ポリッシャー3と、流体が流入する気室、即ち、上側気室5及び下側気室6を有し、これら両気室5、6に掛かる流体の流体圧力を、ポリッシャー3への研磨圧力となる押圧力に変換する、即ち、両気室5、6にそれぞれ掛かる流体圧力の圧力差を押圧力に変換するアクチュエータ(圧力変換手段)7と、流体の流体圧力を、任意の圧力に自在に圧力制御する電空圧力制御弁(圧力制御手段)8と、該電空圧力制御弁8により圧力制御された流体をアクチュエータ7に導入する管路9、アクチュエータ7の両気室5、6、又は、アクチュエータ7を通過した下流側管路のいずれか1つ以上に、流体の制御圧力よりも圧力の低い空間に流体を開放する調整絞り弁(開放手段)10とを備えている。
また、本実施形態では、調整絞り弁10は、管路9に設けられているものであり、また、該調整絞り弁10を通過する流体の流れに、任意に抵抗を付与するものである。
Hereinafter, a polishing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The polishing
The polishing
Moreover, in this embodiment, the
上記ワークテーブル2は、不図示の制御装置と姿勢駆動装置とで加工データに基づき、3次元自在に姿勢制御可能とされており、自由曲面の加工面W1を有する加工ワークWを上面2aに載置固定する。
ポリッシャー軸11を有する球状のポリッシャー3は、スピンドル軸12にコレット状のチャック13で締め付け固定され、スピンドル軸12はモーター駆動スピンドル14によって回転可能である。
The work table 2 can be controlled in three-dimensional attitude based on machining data by a control device (not shown) and an attitude driving device, and a workpiece W having a free-form machining surface W1 is placed on the
A spherical polisher 3 having a
上記モーター駆動スピンドル14は、極低摺動抵抗のエア静圧軸受け15に一体固定され、エア静圧軸受け15は研磨ヘッドベース16に固定されたガイドシャフト17に挿通され案内される。
モーター駆動スピンドル14は、ピストン軸18に固定され、ピストン軸18にはピストン19が一体に設けてある。ピストン19は、シリンダーの上記上側気室5と下側気室6とを形成し、上下の圧力を該ピストン19で受ける。また、ピストン19とシリンダー20とは、上記アクチュエータ7を構成し、アクチュエータ7のピストン19とシリンダー20とは静圧軸受け構造で摺動抵抗が極小である。
The
The
ピストン軸18の上端は、張力に優れる糸の釣りライン21に結合され、釣りライン21は研磨ヘッドベース16に回転自在に設けられた滑車22に案内され、作用方向を180°折り返され、その他端は錘掛けシャフト23の上端に結合される。
錘掛けシャフト23は、研磨ヘッドベース16に固定された極低摺動抵抗のエア静圧軸受け24に挿通され、極低摺動抵抗で昇降自在である。錘掛けシャフト23の下端ねじ部には、バランス錘25がねじ込み固定される。
The upper end of the
The
シリンダー20の上側気室5には、エアを導入する押圧ポート26があり、管路9でエアを開閉制御する押圧エア電磁弁27に接続される。更に、押圧エア電磁弁27は、上記電空圧力制御弁8に接続され、さらに元圧力制御弁28を介してエア源29に接続されるよう空圧回路が組まれている。電空圧力制御弁8は、不図示の制御装置により制御され、エア圧力を自在に制御可能である。
また、シリンダー20の下側気室6には、エアを導入する昇降ポート30があり、管路9でエアを開閉制御する昇降エア電磁弁31に接続される。更に、この昇降エア電磁弁31は、元圧力制御弁28を介しエア源29に接続される。
また、押圧エア電磁弁27と押圧ポート26の管路9の途中には、上記調整絞り弁10が分岐して設けられている。
The
Further, the
Further, the adjusting
このように構成された研磨装置1により、加工ワークWの加工面W1を研磨加工する場合について説明する。
まず、ワークテーブル2は、不図示の姿勢駆動装置と制御装置により、加工データに基づき、加工ワークWがポリッシャー3に常に法線L方向で当接するよう加工ワークWの姿勢を保ちながら、且つ、研磨部位を走査するように制御される。
ポリッシャー3のポリッシャー軸11は、チャック13によってスピンドル軸12に締め付け固定され、モーター駆動スピンドル14によって回転するスピンドル軸12の運動をポリッシャー3に伝達する。このポリッシャー3の回転と加工ワークWの姿勢制御動作とにより、相対的に研磨運動となり研磨加工が行われる。この際、モーター駆動スピンドル14は、エア静圧軸受け15を介してガイドシャフト17に沿って案内されるので、極めて軽微な摺動抵抗で昇降する。ピストン19の押圧は、シリンダー20の上側気室5に圧力制御されて供給するエアによって発生する。
A case where the processing surface W1 of the workpiece W is polished by the polishing
First, the work table 2 is maintained by the posture drive device and the control device (not shown) while maintaining the posture of the workpiece W so that the workpiece W always abuts the polisher 3 in the normal L direction based on the machining data, and It is controlled to scan the polishing site.
The
上側気室5に供給されるエアは、不図示の制御装置で制御される電空圧力制御弁8によって圧力制御される。エア供給の開閉は、押圧エア電磁弁27によって行われる。ピストン19の押圧力は、ピストン軸18、モーター駆動スピンドル14、スピンドル軸12、チャック13、ポリッシャー軸11を介してポリッシャー3に作用する。
シリンダー20の下側気室6は、ピストン19の昇降用であり、ポリッシャー3を加工ワークWから離して研磨加工を中止する場合にエアを供給する。エア供給の開閉は、昇降エア電磁弁31によって行われる。これらの空圧制御に供されるエアは、エア源29から元圧力制御弁28で使用圧力に圧力制御され二次圧として供給される。
The pressure of the air supplied to the
The
ピストン軸18に結合された釣りライン21は、滑車22に案内され、錘掛けシャフト23とバランス錘25とによって張力が掛かっている。錘掛けシャフト23及びバランス錘25の自重による張力は、ピストン19及びピストン軸18、モーター駆動スピンドル14、エア静圧軸受け15、スピンドル軸12、チャック13、ポリッシャー軸11及びポリッシャー3の自重を相殺補償している。
また、錘掛けシャフト23及びバランス錘25は、エア静圧軸受け24により案内されているので、研磨ヘッドベース16が傾斜しても自重の相殺補償は保たれる。
A
Further, since the
これにより、ポリッシャー3に掛かる研磨時の押圧力は、シリンダー20の上側気室5で付与される圧力制御されたエアの圧力による押圧力になり、装置の自重が相殺されているので、微小な押圧力の制御も可能にしている。よって、モーター駆動スピンドル14で付与されるポリッシャー3の回転と、加工ワークWの運動と、ピストン19の押圧力により作用するポリッシャー3の押圧力とで、ポリッシャー3と加工ワークWとの間に研磨加工に必要な研磨運動と研磨圧力が付与される。
As a result, the pressing force applied to the polisher 3 at the time of polishing is the pressing force by the pressure-controlled air pressure applied in the
ポリッシャー3と加工ワークWとの間に研磨砥粒を介在させ研磨加工を行う。調整絞り弁10は、押圧エア電磁弁27が開の場合、電空圧力制御弁8からシリンダー20の上側気室5の間の圧力制御されたエアを、絞りで流量に抵抗を掛けながら大気開放している。よって、電空圧力制御弁8からシリンダー20の上側気室5のエアは、管路9内を含め、電空圧力制御弁8で制御される圧力を保ちながらも常にエアを消耗し続け、且つ、消耗を補うために電空圧力制御弁8が常に圧力制御されたエアを供給する。このとき、シリンダー20の上側気室5及び電空圧力制御弁8までの管路9内のエア静圧は、均等になり、常にエア供給状態が連続して保たれる。
Polishing is performed by interposing polishing abrasive grains between the polisher 3 and the workpiece W. When the pressure
上述したように、本実施形態の研磨装置1によれば、電空圧力制御弁8が常に作動状態であり、休止状態が無いので、電空圧力制御弁8のヒステリシスや不感帯に関わらず、シリンダー20の上側気室5に供給するエア圧力は安定している。また、加工ワークWの微小なうねりによって起きるメカ的特性によるピストン19の押圧力の不追従や不感帯も軽減できる。これにより、研磨条件が安定し、研磨過剰が発生せず、均等な形状精度を保つ研磨加工を行うことができる。
As described above, according to the
次に、本発明に係る研磨装置40の第2実施形態を、図2を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、開放手段として調整絞り弁10を採用したのに対し、第2実施形態では、開放手段として開閉チェック弁41を採用する点である。
Next, a second embodiment of the polishing
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the
即ち、本実施形態の研磨装置40は、図2に示すように、不図示の制御装置と駆動装置とで加工データに基づき、3次元自在に姿勢制御可能なワークテーブル2に、自由曲面の加工面W1を有する加工ワークWを載置固定する。
ポリッシャー軸11を有する球状のポリッシャー3は、スピンドル軸12にコレット状のチャック13で締め付け固定され、スピンドル軸12はモーター駆動スピンドル14によって回転可能である。
That is, as shown in FIG. 2, the polishing
A spherical polisher 3 having a
モーター駆動スピンドル14は、極低摺動抵抗のエア静圧軸受け15に一体固定され、エア静圧軸受け15は研磨ヘッドベース16に固定されたガイドシャフト17に挿通され案内される。
モーター駆動スピンドル14は、ピストン軸18に固定され、ピストン軸18にはピストン19が一体に設けてある。ピストン19は、シリンダー20の上側気室5と下側気室6とがあり、上下の圧力を該ピストン19で受ける。また、ピストン19とシリンダー20とは、静圧軸受け構造で摺動抵抗が極小である。
The
The
ピストン軸18の上端は、張力に優れる釣りライン21に結合され、釣りライン21は研磨ヘッドベース16に回転自在に設けられた滑車22に案内され、作用方向を180°折り返され、その他端は錘掛けシャフト23の上端に結合される。
錘掛けシャフト23は、研磨ヘッドベース16に固定された極低摺動抵抗のエア静圧軸受け24に挿通され、極低摺動抵抗で昇降自在である。錘掛けシャフト23の下端ねじ部には、バランス錘25がねじ込み固定される。
The upper end of the
The
シリンダー20の上側気室5には、エアを導入する押圧ポート26があり、管路9でエアを開閉制御する押圧エア電磁弁27に接続される。更に、押圧エア電磁弁27は、電空圧力制御弁8に接続され、さらに元圧力制御弁28を介してエア源29に接続されるよう空圧回路が組まれている。電空圧力制御弁8は、不図示の制御装置により制御され、エア圧力を自在に制御可能である。
また、シリンダー20の下側昇降ポート30には、エアを導入する昇降ポート30があり、管路9でエアを開閉制御する昇降エア電磁弁31に接続される。更に、昇降エア電磁弁31は、元圧力制御弁28を介しエア源29に接続される。また、押圧エア電磁弁27と押圧ポート26の管路9との途中には、上記開閉チェック弁41が分岐して設けられている。
The
Further, the lower elevating
このように構成された研磨装置40により、加工ワークWの加工面W1を研磨加工する場合について説明する。
まず、ワークテーブル2は、不図示の姿勢駆動装置と制御装置とにより、加工データに基づき、加工ワークWがポリッシャー3に常に法線L方向で当接するよう加工ワークWの姿勢を保ちながら、且つ、研磨部位を走査するように動作する。
ポリッシャー3のポリッシャー軸11は、チャック13によってスピンドル軸12に締め付け固定され、モーター駆動スピンドル14によって回転するスピンドル軸12の運動をポリッシャー3に伝達する。このポリッシャー3の回転と加工ワークWの動作とが相対的に研磨運動となる。モーター駆動スピンドル14は、エア静圧軸受け15を介してガイドシャフト17に沿って案内されるので、極めて軽微な摺動抵抗で昇降する。ピストン19の押圧は、シリンダー20の上側気室5に圧力制御されて供給されるエアによって発生する。
A case where the processing surface W1 of the workpiece W is polished by the polishing
First, the work table 2 is maintained by the posture driving device and the control device (not shown) while maintaining the posture of the workpiece W so that the workpiece W always abuts the polisher 3 in the normal L direction based on the machining data. Operate to scan the polishing site.
The
上側気室5に供給されるエアは、不図示の制御装置で制御される電空圧力制御弁8によって圧力制御される。エア供給の開閉は、押圧エア電磁弁27によって行われる。ピストン19の押圧力は、ピストン軸18、モーター駆動スピンドル14、スピンドル軸12、チャック13及びポリッシャー軸11を介してポリッシャー3に作用する。
シリンダー20の下側気室6は、ピストン19の昇降用であり、ポリッシャー3を加工ワークWから離して研磨加工を中止する場合にエアを供給する。エア供給の開閉は、昇降エア電磁弁31によって行われる。これらの空圧制御に供されるエアは、エア源29から元圧力制御弁28で使用圧力に圧力制御され二次圧として供給される。
The pressure of the air supplied to the
The
ピストン軸18に結合された釣りライン21は、滑車22に案内され、錘掛けシャフト23とバランス錘25とによって張力が掛かっている。錘掛けシャフト23及びバランス錘25の自重による張力は、ピストン19、ピストン軸18、モーター駆動スピンドル14、エア静圧軸受け15、スピンドル軸12、チャック13、ポリッシャー軸11及びポリッシャー3の自重を相殺保障している。
A
また、錘掛けシャフト23及びバランス錘25は、エア静圧軸受け24により案内されているので、研磨ヘッドベース16が傾斜しても自重の相殺保障は保たれる。これにより、ポリッシャー3に掛かる研磨時の押圧力は、シリンダー20の上側気室5で付与される圧力制御されたエアの圧力による押圧力になり、装置の自重が相殺されているので微小な押圧力の制御も可能にしている。よって、モーター駆動スピンドル14で付与されるポリッシャー3の回転と、加工ワークWの運動と、ピストン19の押圧力により作用するポリッシャー3の押圧力とで、ポリッシャー3と加工ワークWとの間に研磨加工に必要な研磨運動と研磨圧力が付与される。ポリッシャー3と加工ワークWの間に研磨砥粒を介在させ研磨加工を行う。
Further, since the
開閉チェック弁41は、押圧エア電磁弁27が開の場合、電空圧力制御弁8からシリンダー20の上側気室5の間の圧力制御されたエアを、弁の瞬時開閉で断続的に流量に抵抗を掛けながら大気開放している。よって、電空圧力制御弁8からシリンダー20の上側気室5のエアは、管路9内を含め、電空圧力制御弁8で制御される圧力を保ちながらも瞬時断続的にエアを消耗し、且つ、消耗を補うために電空圧力制御弁8が圧力制御されたエアを供給する。このとき、シリンダー20の上側気室5及び電空圧力制御弁8までの管路9内のエア静圧は均等になる。ここで行う開閉チェック弁41の開閉は、瞬時の断続開閉であり、小さなエア脈動をしながら開閉チェック弁41からの大気開放を行う。
When the pressure
上述したように、本実施形態の研磨装置40によれば、電空圧力制御弁8が常に作動状態であり、休止状態が無いので、電空圧力制御弁8のヒステリシスや不感帯に関わらずシリンダー20の上側気室5に供給するエア圧力は安定している。また、加工ワークWの微小なうねりによって起きるメカ的特性によるピストン19の押圧力の不追従や不感帯も軽減できる。
特に、開閉チェック弁41の瞬時開閉で電空圧力制御弁8からシリンダー20の摺動抵抗や電空圧力制御弁8の感度の悪い領域で、適度に動作を促進するランダムノイズになり、より良好な押圧機能を得る効果がある。これにより、研磨条件が安定し、研磨結果もばらつきが無く、均等な研磨結果が得られる。
従って、部位によるダレや研磨不足、研磨過剰が発生せず、良好な形状精度を保つ研磨加工を行うことができる。こうして、形状精度の確保や形状精度を確保するための研磨条件の制御が容易にできる。なお、上記エア脈動は、微小で瞬時の繰り返しでは研磨に全く影響は無い。
As described above, according to the polishing
In particular, when the open /
Therefore, sagging due to the part, insufficient polishing, and excessive polishing do not occur, and polishing can be performed while maintaining good shape accuracy. In this way, it is possible to easily control the polishing conditions for ensuring the shape accuracy and the shape accuracy. The air pulsation is minute and has no effect on polishing when it is repeated instantaneously.
次に、本発明に係る研磨装置50の第3実施形態を、図3を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第3実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、開放手段として電空圧力制御弁8と押圧ポート26との間の管路9に設けた調整絞り弁10を採用したのに対し、第3実施形態では、開放手段としてシリンダー20を通過した下流側管路に設けられた調整絞り弁51を採用している点である。
Next, a third embodiment of the polishing
The difference between the third embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, an
即ち、本実施形態の研磨装置50は、図3に示すように、不図示の制御装置と駆動装置とで加工データに基づき、3次元自在に姿勢制御可能なワークテーブル2に、自由曲面の加工面W1を有する加工ワークWを載置固定する。
ポリッシャー軸11を有する球状のポリッシャー3は、スピンドル軸12にコレット状のチャック13で締め付け固定され、スピンドル軸12はモーター駆動スピンドル14によって回転可能である。
That is, as shown in FIG. 3, the polishing
A spherical polisher 3 having a
モーター駆動スピンドル14は、極低摺動抵抗のエア静圧軸受け15に一体固定され、エア静圧軸受け15は研磨ヘッドベース16に固定されたガイドシャフト17に挿通され案内される。モーター駆動スピンドル14は、ピストン軸18に固定され、ピストン軸18にはピストン19が一体に設けてある。ピストン19は、シリンダー20の上側気室5と下側気室6とがあり、上下の圧力をピストン19で受ける。また、ピストン19とシリンダー20とは、静圧軸受け構造で摺動抵抗が極小である。
The
ピストン軸18の上端は、張力に優れる糸の釣りライン21に結合され、釣りライン21は研磨ヘッドベース16に回転自在に設けられた滑車22に案内され、作用方向を180°折り返され、その他端は錘掛けシャフト23の上端に結合される。
錘掛けシャフト23は、研磨ヘッドベース16に固定された極低摺動抵抗のエア静圧軸受け24に挿通され、極低摺動抵抗で昇降自在である。錘掛けシャフト23の下端ねじ部には、バランス錘25がねじ込み固定される。
The upper end of the
The
シリンダー20の上側気室5には、エアを導入する押圧ポート26があり、管路9でエアを開閉制御する押圧エア電磁弁27に接続される。更に、押圧エア電磁弁27は、電空圧力制御弁8に接続され、さらに元圧力制御弁28を介してエア源29に接続されるよう空圧回路が組まれている。
電空圧力制御弁8は、不図示の制御装置により制御され、エア圧力を自在に制御可能である。シリンダー20の下側気室6には、エアを導入する昇降ポート30があり、管路9でエアを開閉制御する昇降エア電磁弁31に接続される。更に、昇降エア電磁弁31は、元圧力制御弁28を介しエア源29に接続される。
The
The electropneumatic
また、シリンダー20の上側気室5には、上記調整絞り弁51が設けられている。即ち、流体圧力を押圧力に変換するピストン19とシリンダー20とからなるアクチュエータ7の上側気室5の側方には、上側気室5を通過する流体の図示しない下流側管路が設けられて、この下流側管路に調整絞り弁51が設けられている。
The
このように構成された研磨装置50により、加工ワークWの加工面W1を研磨加工する場合について説明する。
まず、ワークテーブル2は、不図示の姿勢駆動装置と制御装置とにより、加工データに基づき、加工ワークWがポリッシャー3に常に法線L方向で当接するよう加工ワークWの姿勢を保ちながら、且つ、研磨部位を走査するように動作する。
ポリッシャー3のポリッシャー軸11は、チャック13によってスピンドル軸12に締め付け固定され、モーター駆動スピンドル14によって回転するスピンドル軸12の運動をポリッシャー3に伝達する。このポリッシャー3の回転と加工ワークWの動作とが相対的に研磨運動となる。
A case where the processing surface W1 of the workpiece W is polished by the polishing
First, the work table 2 is maintained by the posture driving device and the control device (not shown) while maintaining the posture of the workpiece W so that the workpiece W always abuts the polisher 3 in the normal L direction based on the machining data. Operate to scan the polishing site.
The
モーター駆動スピンドル14は、エア静圧軸受け15を介してガイドシャフト17に沿って案内されるので、極めて軽微な摺動抵抗で昇降する。ピストン19の押圧は、シリンダー20の上側気室5に圧力制御されて供給されるエアによって発生する。上側気室5に供給されるエアは、不図示の制御装置で制御される電空圧力制御弁8によって圧力制御される。エア供給の開閉は、押圧エア電磁弁27によって行われる。ピストン19の押圧力は、ピストン軸18、モーター駆動スピンドル14、スピンドル軸12、チャック13及びポリッシャー軸11を介してポリッシャー3に作用する。
Since the
シリンダー20の下側気室6は、ピストン19の昇降用であり、ポリッシャー3を加工ワークWから離して研磨加工を中止する場合にエアを供給する。エア供給の開閉は、昇降エア電磁弁31によって行われる。これらの空圧制御に供されるエアは、エア源29から元圧力制御弁28で使用圧力に圧力制御され二次圧として供給される。
The
ピストン軸18に結合された釣りライン21は、滑車22に案内され、錘掛けシャフト23とバランス錘25とによって張力が掛かっている。錘掛けシャフト23及びバランス錘25の自重による張力は、ピストン19、ピストン軸18、モーター駆動スピンドル14、エア静圧軸受け15、スピンドル軸12、チャック13、ポリッシャー軸11及びポリッシャー3の自重を相殺補償している。
A
また、錘掛けシャフト23及びバランス錘25は、エア静圧軸受け24により案内されているので、研磨ヘッドベース16が傾斜しても自重の相殺補償は保たれる。これにより、ポリッシャー3に掛かる研磨時の押圧力は、シリンダー20上側気室5で付与される圧力制御されたエアの圧力による押圧力になり、装置の自重が相殺されているので、微小な押圧力の制御も可能にしている。
よって、モーター駆動スピンドル14で付与されるポリッシャー3の回転と、加工ワークWの運動と、ピストン19の押圧力により作用するポリッシャー3の押圧力とで、ポリッシャー3と加工ワークWとの間に研磨加工に必要な研磨運動と研磨圧力とが付与される。ポリッシャー3と加工ワークWとの間に研磨砥粒を介在させ、研磨加工を行う。
Further, since the
Therefore, the polishing between the polisher 3 and the workpiece W is polished by the rotation of the polisher 3 applied by the motor-driven
アクチュエータ7におけるシリンダー20の側方の下流側管路に設けられた調整絞り弁51は、押圧エア電磁弁27が開の場合、電空圧力制御弁8からシリンダー20の上側気室5に圧力制御されて供給されるエアを、絞りで流量に抵抗を掛けながら大気開放している。よって、シリンダー20の上側気室5のエアは、電空圧力制御弁8で制御される圧力を保ちながらも常にエアを消耗しつづけ、且つ、消耗を補うために電空圧力制御弁8が常に圧力制御されたエアを常に供給する。
The
上述したように、本実施形態の研磨装置50によれば、電空圧力制御弁8が常に作動状態であり、休止状態がないので、電空圧力制御弁8のヒステリシスや不感帯に関わらずシリンダー20の上側気室5に供給するエア圧力は安定している。また、加工ワークWの微小なうねりによって起きるメカ的特性によるピストン19の押圧力の不追従や不感帯も軽減できる。
更に、本実施形態では、調整絞り弁51が、シリンダー20の上側気室5に直接設けられているので、押圧力に対する応答が良い。これにより、研磨条件が安定し、研磨結果もばらつきが無く、均等な研磨結果が得られる。よって、部位によるダレや研磨不足、研磨過剰が発生せず、良好な形状精度を保つ研磨加工を行うことができる。こうして、形状精度の確保や形状精度を確保するための研磨条件の制御が容易にできる。
As described above, according to the polishing
Furthermore, in this embodiment, since the
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記各実施形態において、流体の制御圧力よりも圧力の低い空間に流体を開放する開放手段として、調整絞り弁10、開閉チェック弁41や調整絞り弁51を用いたが、それぞれの開口径が異なる複数のオリフィスを同心円状に形成した回転自在な円盤を用い、この円盤の回転中心軸を中心として回転させることで、前記複数のオリフィスから1つを選択し、この選択されたオリフィスを介して前記流体を開放するようにしても良い。
For example, in each of the above embodiments, the
W 加工ワーク(被加工物)
W1 加工面
1、40、50 研磨装置
2 ワークテーブル
3 ポリッシャー
7 アクチュエータ(圧力変換手段)
8 電空圧力制御弁(圧力制御手段)
9 管路
10、51 調整絞り弁(開放手段)
11 ポリッシャー軸
12 スピンドル軸
13 チャック
14 モーター駆動スピンドル
15、24 エア静圧軸受け
16 研磨ヘッドベース
17 ガイドシャフト
18 ピストン軸
19 ピストン
20 シリンダー
21 釣りライン
22 滑車
23 錘掛けシャフト
25 バランス錘
26 押圧ポート
27 押圧エア電磁弁
28 元圧力制御弁
29 エア源
30 昇降ポート
31 昇降エア電磁弁
41 開閉チェック弁(開放手段)
W Workpiece (Workpiece)
W1 Processed
8 Electro-pneumatic pressure control valve (pressure control means)
9
DESCRIPTION OF
29
Claims (2)
流体が流入する気室を有し、該気室に掛かる流体の流体圧力を、前記ポリッシャーへの前記研磨圧力となる押圧力に変換する圧力変換手段と、
前記流体の流体圧力を、任意の圧力に自在に圧力制御する圧力制御手段と、
該圧力制御手段により圧力制御された前記流体を前記圧力変換手段に導入させる管路、前記圧力変換手段の前記気室、又は、前記圧力変換手段を通過した下流側管路のいずれか1つ以上に、前記流体の制御圧力よりも圧力の低い空間に流体を開放する開放手段とを備えていることを特徴とする研磨装置。 A polishing apparatus for polishing a processed surface of a workpiece by applying a polishing pressure to a polisher,
A pressure conversion means for converting the fluid pressure of the fluid applied to the air chamber into a pressing force which is the polishing pressure to the polisher, and has an air chamber into which the fluid flows.
Pressure control means for freely controlling the fluid pressure of the fluid to an arbitrary pressure;
Any one or more of a conduit that introduces the fluid whose pressure is controlled by the pressure controller into the pressure converter, the air chamber of the pressure converter, or a downstream pipe that has passed through the pressure converter And an opening means for releasing the fluid into a space whose pressure is lower than the control pressure of the fluid.
前記開放手段は、該開放手段を通過する前記流体の流れに、任意に抵抗を付与することを特徴とする研磨装置。
The polishing apparatus according to claim 1, wherein
The polishing apparatus according to claim 1, wherein the opening means arbitrarily gives resistance to the fluid flow passing through the opening means.
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