JP2005169543A

JP2005169543A - 凹球面加工方法

Info

Publication number: JP2005169543A
Application number: JP2003411391A
Authority: JP
Inventors: Yuta Nishide; 雄太西出
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】被加工物を球面加工する際、加工品質及び加工能率を向上させることができる球面加工方法を提供することにある。
【解決手段】球状の工具１と被加工物としてのレンズ６との当接位置に、砥粒を含むスラリー５を供給しつつ、ホーン３介して前記工具１を超音波振動させつつ前記工具１もしくはレンズ６を加圧し、レンズ６の球面加工を行う球面加工方法において、前記工具１を保持する前記ホーン３の保持部３ａを予め倣い加工によって凹球面に施すことにより、前記ホーン３に前記工具１を面接触で保持しつつ、超音波振動を前記工具１に伝動させることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、球状の工具と超音波を用いてレンズ等の被加工物を凹球面に加工する球面加工方法に関する。

従来、レンズ等の被加工物を球面加工する際に使用する加工機及び加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１は、図５（ａ）（ｂ）及び図６に示すように構成されている。

すなわち、図５（ａ）において、加工を行う側の工具軸部１４０が上方に、加工が施される側のワーク軸部１４１が下方に配置されている。加工軸部１４０は図示しない架台上部に取り付けたガイド１２１に沿って上下動に移動可能になっているとともに、この移動が定位置で固定されるようになっている。加工軸部１４０はコントローラ１２０によって出力が制御された超音波発振器１０１と、超音波発振器１０１の下端部に一体に設けられた軸体１０２と軸体１０２の下端部に固定されたホーン１０３とを備えており、ホーン１０３の下端部には、鋼球からなる球状の工具１０４が取り付けられている。

図５（ｂ）はホーン１０３における工具１０４の取り付け部を示し、ホーン１０３の下端部には球状の工具１０４と同じ形状及び曲率の凹部からなる保持部１０３ａが設けられている。この保持部１０３ａの内部に工具１０４が挿入されることにより、工具１０４は転動自在な状態で保持されている。このホーン１０３は被加工物であるレンズ１０５に向かって先細りするテーパ状の外形に成形されている。従って、超音波発振器１０１から超音波を増幅して工具１０４に伝達することができる。

ワーク軸部１４１は、レンズ１０５が接着により固定される載置台１０６と、載置台１０６を支持するシリンダ１０７とから構成されている。シリンダ１０７は工具１０４とレンズ１０５が当接した状態の載置台１０６を上方に押圧して、工具軸部１４０方向へ荷重をかける加圧手段として作用するものである。

載置台１０６の上面には、マイクロメータ１０８の端子１０８ａが当接しており、レンズ１０５への球面の創成に伴う載置台１０６の上下方向の変位量を測定することになっている。このマイクロメータ１０８はレンズ１０５への凹球面１０５ｂの創成に伴って載置台１０６が変位する変位量を測定する測定手段となっている。この場合、載置台１０６の変位量を測定するのに替えて、載置台１０６側を定位置に固定し、工具１０４における上下方向の変位量を測定してもよい。

以上に加えて、工具１０４とレンズ１０５との当接部に、砥粒１１１としてのダイヤモンドパウダーを水に分散させた加工液１０９を滴下して供給するディスペンサ１１０が設けられている。このディスペンサ１１０は加工液１０９を供給する供給手段として作用している。
特開平１１−３３３７０２号公報

しかしながら、特許文献１は、図５（ｂ）に示すように、ホーン１０３に予め工具１０４の形状に見合った凹面の保持部１０３ａが形成されている。実際、レンズ１０５の凹面を加工する時には、工具１０４と保持部１０３ａの凹面部が接触した状態で超音波を伝達し加工が進行するが、このときの工具１０４と保持部１０３ａの凹面との接触状態が良好でない場合、超音波が確実に伝達されないことがある。具体的には、工具１０４の曲率と保持部１０３ａの凹面の曲率が僅かにズレていることにより、図７に示すように点接触もしくは、図８に示すように線接触に近い状態で工具１０４と保持部１０３ａの凹面が接していることになる。このような接触状態では超音波の伝播不良が起き、加工がなかなか進行せず加工時間が長くなる。

また、レンズ１０５の加工を連続で継続した場合、保持部１０３ａの凹面部が工具１０４の形状に倣って磨耗していく。その際、加工における中心軸からズレた状態で磨耗していくことがある。具体的には、図９に示すように、工具１０４が偏心した状態で保持部１０３ａに保持されることになる。これにより、加工されるレンズ１０５も偏心した位置に凹面が形成されてしまう。

この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、被加工物を球面加工する際、球状の工具とホーンの接触不良に起因する加工時間の延長や連続加工した際のホーンの偏摩耗や凹球面の偏心を抑えると共に、加工品質及び加工能率を向上させることができる球面加工方法を提供することにある。

この発明は、前記目的を達成するために、請求項１は、球状の工具と被加工物との当接位置に、砥粒を含む加工液を供給しつつ、ホーンを介して前記工具を超音波振動させつつ前記工具もしくは被加工物を加圧し、被加工物の球面加工を行う球面加工方法において、前記工具を保持する前記ホーンの保持部を予め倣い加工によって凹球面に施すことにより、前記ホーンに前記工具を面接触で保持しつつ、超音波振動を前記工具に伝動させることを特徴とする。

請求項２は、請求項１において、前記工具を保持する前記ホーンの凹球面の部分に予め行う倣い加工の方法として、別の球状の工具を用いてラッピング加工により形状を整えることを特徴とする。
請求項３は、請求項１において、前記凹球面の中心部分に穴を有するホーンを使用することを特徴とする。

この発明は、超音波振動を工具に伝動させ、被加工物に凹球面を加工する際に、工具を安定して保持させることができ、加工品質・加工能率が向上するという効果がある。

以下、この発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は第１の実施形態を示し、図１はホーンの凹面部を球状の工具を用いて倣い加工を行っている状態の側面図、図２は凹面部が成形されたホーンを用いてのレンズの加工を行っている状態の側面図、図３は球状の工具を球体貼付皿に装着する際の説明図である。

図３に示すように、球状の工具１を球体貼付皿２に予め設けてあるテーパー溝８に落とし込むようにして接着する。接着剤は接着力が弱くなければ特に限定する必要はないが、熱可塑性接着剤や紫外線硬化型接着剤もしくは２液混合型接着剤や瞬間接着剤のようなものでもよい。

次に、図１のように、工具１を接着した球体貼付皿２を図示しない回転可能な回転軸に取り付ける。さらに工具１にホーン３の凹面部３ａを当て付けた後に、回転軸を回転させることにより球体貼付皿２を回転させると同時に、スラリー５を工具１とホーン３との接触面に供給してホーン３を球面に沿って揺動させる。いわゆる、ラッピング加工を施し、ホーン３の凹面部３ａを成形し整える。なお、予めラッピング加工前にホーン３の凹面部３ａにマジックインキなどの塗料で着色しておき、ある程度ラッピング加工を行った後、着色した塗料が消えているかを確認するとよい。（もし、着色した塗料が完全に消えていなければ、消えるまでラッピング加工を継続して行うことが望ましい。）
ラッピング加工が終了した後、図２に示すように、ホーン３を超音波の加工機に取り付け、従来と同様の超音波による加工を行う。図２においては凹面を成形されたホーン３に工具１を、例えば磁力などにより保持・固定させ、図示しない加圧シリンダにより工具１と被加工物としてのレンズ６が当接した状態から加圧する。そして、超音波発生装置から出力された超音波がホーン３及び工具１を伝わってレンズ６に作用する。また、加工中はスラリー供給ノズル４から、砥粒を含んだ懸濁液であるスラリー５を工具１とレンズ６との接触面に向けて供給する。なお、図１で示す工具１と図２で示す工具１とは、同形状であるが別物である。

次に、作用について説明する。レンズ６の球面加工を行う場合、工具１とホーン３の凹面部３ａが当接した状態で、図示しない加工液供給装置からスラリー供給ノズル４を通してスラリー５が工具１とレンズ６との接触面に供給される。その際、超音波がホーン３及び工具１を伝播して、工具１とレンズ６との接触点（すなわち、レンズの加工位置）に超音波振動が伝わり、加工が進行する。このとき、工具１とホーン３の凹面部３ａが当接した状態で超音波振動を伝えるが、工具１とホーン３の凹面部３ａの曲率が一致した状態であり、工具１とホーン３の凹面部３ａが面接触しているため、振動の伝播状態が極めて良好になる。
本実施形態によれば、工具１とホーン３の接触状態がきわめて良好であるため、加工能率が向上するとともに、連続で加工しても偏心がほとんど発生せず、品質の維持という点でも向上する。

図４は第２の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。図４はホーン３の断面図であり、第１の実施形態と異なる点は、ホーン３の中心部に細径の穴９が設けられている。加工手順としては第１の実施形態と同様に、最初にホーン３の凹面部３ａのラッピング加工を行う。さらに、その後の超音波を用いたレンズ加工も第１の実施形態と同様に行う。他の構成は第１の実施形態と同様である。

次に、作用について説明する。レンズ６の球面加工を行う場合、第１の実施形態と同様、工具１とホーン３の凹面部が当接した状態で、図示しない加工液供給装置からスラリー供給ノズル４を通してスラリー５が工具１とレンズ６との接触面に供給される。その際、超音波がホーン３及び工具１を伝播して、工具１とレンズ６との接触点（すなわち、レンズの加工位置）に超音波振動が伝わり加工が進行する。

このとき、工具１とホーン３の凹面部３ａが当接した状態で振動を伝えるが、工具１とホーン３が面接触しているため、振動の伝播状態が極めて良好になる。さらに、ホーン３の中心部に細径の穴９が設けられているため、ラッピング加工によりホーン３の凹面部３ａが成形される際に中心部の穴９に沿って磨耗していくので、凹面部３ａの中心軸がズレる（偏心する）ことがない。

また、超音波を使用してレンズ６に凹面を創成する際にも、連続で加工を行うとホーン３が磨耗していくが、その際にも中心の穴９に沿って磨耗が進行していくので、ホーン３の凹面部３ａが中心軸からズレる（偏心する）ことがない。このことによって、レンズ６に創成される凹面についても中心軸からズレる（偏心する）ことがない。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、工具１とホーン３の接触状態がきわめて良好であるため、加工能率が向上するとともに、連続で加工しても偏心がほとんど発生せず、品質の維持という点でも向上する。加えて、ホーン３の中心に穴９を設けたことにより、スラリー５の円滑な供給、レンズ６を加工した際に発生する削り滓（スラッジ）の排出にも効果がある。

前記構成によれば、次のような構成が得られる。

（付記１）球状の工具と被加工物との当接位置に、砥粒を含む加工液を供給しつつ、ホーンを介して前記工具を超音波振動させつつ前記工具もしくは被加工物を加圧し、被加工物の球面加工を行う球面加工方法において、前記工具を保持する前記ホーンの保持部を予め倣い加工によって凹球面に施すことにより、前記ホーンに前記工具を面接触で保持しつつ、超音波振動を前記工具に伝動させることを特徴とする凹球面加工方法。

（付記２）付記１において、前記工具を保持する前記ホーンの凹球面の部分に予め行う倣い加工の方法として、別の球状の工具を用いてラッピング加工により形状を整えることを特徴とする凹球面加工方法。
（付記３）付記１において、前記凹球面の中心部分に穴を有するホーンを使用することを特徴とする凹球面加工方法。

（付記４）前記被加工物は、レンズであることを特徴とする付記1記載の凹球面加工方法。
（付記５）前記加工液は、砥粒を含むスラリーであることを特徴とする付記1記載の凹球面加工方法。
（付記６）前記ホーンの穴は、ホーンの軸方向に摩耗が進行するようにホーンの軸方向に設けられていることを特徴とする付記３記載の凹球面加工方法。
（付記７）前記ホーンの穴は、被加工物の加工時に発生する加工屑を排出する通路であることを特徴とする付記３記載の凹球面加工方法。
なお、この発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組合わせてもよい。

この発明の第１の実施形態を示し、ホーンの凹面部を球状の工具を用いて倣い加工を行っている状態の側面図。同実施形態の凹面部が成形されたホーンを用いてのレンズの加工を行っている状態の側面図。同実施形態の球状の工具を球体貼付皿に装着する際の説明図。この発明の第２の実施形態を示し、ホーンの縦断側面図。従来例を示し、（ａ）は加工装置の正面図、（ｂ）はホーン及び球状工具の保持状態の断面図。同従来例を示し、加工液を供給した状態の断面図。同従来例を示し、ホーンの凹部と球体工具が点接触の状態の断面図。同従来例を示し、ホーンの凹部と球体工具が線接触の状態の断面図。同従来例を示し、ホーンの凹部が偏磨耗した状態でレンズを加工した際、偏心が発生した状態の断面図。

符号の説明

１…工具、３…ホーン、３ａ…凹面部、５…スラリー（加工液）、６…レンズ（被加工物）、９…穴

Claims

球状の工具と被加工物との当接位置に、砥粒を含む加工液を供給しつつ、ホーンを介して前記工具を超音波振動させつつ前記工具もしくは被加工物を加圧し、被加工物の球面加工を行う球面加工方法において、
前記工具を保持する前記ホーンの保持部を予め倣い加工によって凹球面に施すことにより、前記ホーンに前記工具を面接触で保持しつつ、超音波振動を前記工具に伝動させることを特徴とする凹球面加工方法。
請求項１において、前記工具を保持する前記ホーンの凹球面の部分に予め行う倣い加工の方法として、別の球状の工具を用いてラッピング加工により形状を整えることを特徴とする凹球面加工方法。
請求項１において、前記凹球面の中心部分に穴を有するホーンを使用することを特徴とする凹球面加工方法。