JP2002200548A - Polishing method - Google Patents
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- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 自由曲面形状の光学部品や、その光学部品を
成型するための成形用金型などを、高精度で高能率に研
磨加工することができる研磨方法を提供すること。
【解決手段】 研磨加工に用いる工具1の作用面の形状
を、前工程で用いられた工具の作用面の曲率半径よりも
大きい形状の曲面に形成する。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing method capable of polishing an optical part having a free-form surface and a molding die for molding the optical part with high accuracy and high efficiency. . SOLUTION: The working surface of a tool 1 used for polishing is formed into a curved surface having a shape larger than the radius of curvature of the working surface of the tool used in the previous step.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自由曲面形状の光
学部品や、その光学部品を成型するための成形用金型な
どを、高精度で高能率に加工する研磨方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing method for processing an optical component having a free-form surface and a molding die for molding the optical component with high accuracy and high efficiency.
【0002】[0002]
【従来の技術】SiCなどのように硬質の脆性材料は研
磨レートが非常に低いため、それらを被加工体として基
材から所望の非球面までの加工を全てを研磨加工で行っ
た場合には、著しく長い加工時間を要する。そのため、
従来は、所望の非球面に近い形状までの加工を研削加工
で行った後、研削加工時に砥石の形状が転写されて形成
された周期100μm、振幅100〜200nmP・V
程度の微小うねりの修正と、研削加工で形成された脆性
モードの加工面の除去を機械又は手による研磨により行
い、形状誤差30nmP・V、表面粗さ5nmRa以下
の非球面形状の鏡面を得ていた。2. Description of the Related Art Hard brittle materials such as SiC have a very low polishing rate. Therefore, when all of the processing from the base material to the desired aspherical surface is performed by using these as a work piece, Requires extremely long machining times. for that reason,
Conventionally, after performing processing to a shape close to a desired aspherical surface by grinding, a period of 100 μm and an amplitude of 100 to 200 nm P · V formed by transferring the shape of a grindstone at the time of grinding are formed.
The correction of minute undulations and the removal of the brittle mode processing surface formed by grinding are performed by mechanical or hand polishing to obtain an aspherical mirror surface having a shape error of 30 nmPV and a surface roughness of 5 nmRa or less. Was.
【0003】その一例を説明すると、例えば、回転対称軸
を持った非球面形状や、あるいは、回転対称軸を持たな
い自由曲面形状の、レンズやその成形用金型またはミラ
ーなどは、ダイヤモンドバイトあるいは研削砥石を用い
て、工作機械の母性原理を利用した切削または研削加工
で形状が仕上げられる。For example, an aspherical lens having a rotationally symmetric axis, or a free-form surface having no rotationally symmetric axis, such as a lens, a molding die or a mirror thereof, is a diamond bite or a mirror tool. Using a grinding wheel, the shape is finished by cutting or grinding using the maternal principle of the machine tool.
【0004】図7は、セラミックス製の凹非球面形状ミ
ラーの研削加工装置の例で、研削加工装置は、被加工体
51を保持して回転する主軸52を備えた本体53を載
置したZ軸テーブル54と、被加工体51の対向位置に
工具台55に設けたれた砥石駆動用のエアスピンドル5
6に固定された研削砥石57を備えたXYテーブル58
が配置されている。それにより、回転している被加工体
51に対して回転している研削砥石57が接触して所定
の研削加工を施している。FIG. 7 shows an example of an apparatus for grinding a concave aspherical mirror made of ceramics. The grinding apparatus has a Z on which a main body 53 having a main shaft 52 which rotates while holding a workpiece 51 is mounted. An axis table 54 and an air spindle 5 for driving a grinding wheel provided on a tool table 55 at a position facing the workpiece 51.
XY table 58 with a grinding wheel 57 fixed to 6
Is arranged. Thus, the rotating grinding wheel 57 is brought into contact with the rotating workpiece 51 to perform predetermined grinding.
【0005】その後、機械加工の場合は、図8に示すよ
うな研磨装置を用いて研磨加工を施している。この研磨
装置は、被加工体51を保持して回転する主軸62を備
えた本体63を載置したZ軸テーブル64と、被加工体
51の対向位置に工具台65に設けたれた、駆動用のエ
アスピンドル66に固定された研磨工具67を備えたX
Yテーブル68が配置されている。なお、研磨工具67
は弾性体で形成されている。回転している被加工体51
に対して回転している研磨工具67が接触して所定の研
磨加工を施している。研磨工具67は弾性体で形成され
ているので、被加工体51の表面に倣って、所望の表面
粗さになるまで研磨加工を施して、被加工体51の表面
を仕上げている。[0005] Thereafter, in the case of mechanical processing, polishing is performed using a polishing apparatus as shown in FIG. The polishing apparatus includes a Z-axis table 64 on which a main body 63 having a main shaft 62 that holds and rotates the workpiece 51 is mounted, and a driving table provided on a tool base 65 at a position facing the workpiece 51. X equipped with a polishing tool 67 fixed to an air spindle 66 of
A Y table 68 is provided. The polishing tool 67
Is formed of an elastic body. Workpiece 51 rotating
The polishing tool 67 which is rotating with respect to, makes a predetermined polishing process. Since the polishing tool 67 is formed of an elastic body, the surface of the workpiece 51 is finished by performing a polishing process following the surface of the workpiece 51 until a desired surface roughness is obtained.
【0006】図9(a)〜(c)を用いて、これらの場
合の被加工体51の被加工面51aの状況を説明する
と、図9(a)に示すように、切削または研削では、工具
57の回転振れや工具57の設定送り間隔、工具57の
位置決め誤差、機械の振動などによって、工具57の作
用面の形状に応じたうねり(連続または不連続のくぼ
み)が、加工面に発生している。FIGS. 9A to 9C illustrate the state of the processing surface 51a of the workpiece 51 in these cases. As shown in FIG. Due to the rotational runout of the tool 57, the set feed interval of the tool 57, the positioning error of the tool 57, the vibration of the machine, etc., undulations (continuous or discontinuous depressions) corresponding to the shape of the working surface of the tool 57 occur on the processing surface. are doing.
【0007】研磨工程では、図9(b)に示すように、研
磨工具67のポリシャあるいは研磨クロスは、樹脂や布
織物などの弾性体が用いられているので、被加工体51
の被加工面51aのうねり形状に沿って砥粒71が作用
して、高能率な研磨が行われる。その結果、図9(c)
に示すような、被加工体51の被加工面51aに関して
の仕上面が得られる。In the polishing step, as shown in FIG. 9 (b), the polisher or polishing cloth of the polishing tool 67 is made of an elastic material such as resin or cloth.
The abrasive grains 71 act along the undulation shape of the surface 51a to be processed, thereby performing highly efficient polishing. As a result, FIG.
As shown in the figure, a finished surface of the work surface 51a of the work body 51 is obtained.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法では、被加工面の表面粗さ成分を短時間で低減させ
る(表面粗さを向上させる)方法としては有効である
が、うねりを除去する能率は低い。そのため、うねりを
除去する能率を高めるために、比較的大きな粒径の砥粒
を用いる粗研磨工程を経ることが必要とされる。ところ
が、大きな粒径の砥粒を用いた場合、前工程(切削また
は研削)で作られた形状を保ったまま、面性状のみを向
上(うねりおよび表面粗さを向上)させることは非常に
難しい。このため、研磨工程においても形状精度測定を
随時行い、その測定結果に基づいて部分的に形状を整え
る形状修正加工が必要とされ、研磨加工の工程に要する
時間と手間は著しく大きい。However, the above-described method is effective as a method of reducing the surface roughness component of the surface to be processed in a short time (improving the surface roughness), but removes undulations. Efficiency is low. Therefore, in order to increase the efficiency of removing waviness, it is necessary to go through a rough polishing step using abrasive grains having a relatively large particle size. However, when using abrasives with a large particle size, it is very difficult to improve only the surface properties (improve waviness and surface roughness) while maintaining the shape created in the previous process (cutting or grinding). . For this reason, in the polishing step, shape accuracy measurement is performed as needed, and a shape correction process for partially adjusting the shape based on the measurement result is required, and the time and labor required for the polishing process are extremely large.
【0009】また、手研磨で行なった場合は、加工の良
否が作業者の研磨技能に大きく左右され、かつ、長時間
を連続で行なう研磨加工が難しいために、被加工体が大
面積、大口径である場合、その非球面加工は極めて困難
である。そのため、手研磨では鏡面の口径はおよそφ1
00mm程度に制限されていた。In the case of manual polishing, the quality of the processing greatly depends on the polishing skill of the operator, and it is difficult to perform polishing for a long time continuously. In the case of the aperture, the aspherical surface processing is extremely difficult. Therefore, the diameter of the mirror surface is approximately φ1 in hand polishing.
It was limited to about 00 mm.
【0010】また、硬質の脆性材料を加工物とするこれ
らの研磨加工をNC制御の超精密加工装置で行う試みも
なされているが、ポリシャの曲率半径が所望の非球面の
曲率半径より著しく小さいため、研磨作用領域が極めて
小さく、研磨レートが低く実際の加工には不向きであっ
た。Attempts have also been made to perform such polishing using a hard and brittle material with a super-precision machining apparatus controlled by an NC, but the radius of curvature of the polisher is significantly smaller than the radius of curvature of the desired aspherical surface. Therefore, the polishing action area is extremely small, and the polishing rate is low, which is not suitable for actual processing.
【0011】本発明はこれらの事情にもとづいてなされ
たもので、自由曲面形状の光学部品や、その光学部品を
成型するための成形用金型などを、高精度で高能率に研
磨加工することができる研磨方法を提供することを目的
としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and is intended to polish a free-form surface-shaped optical component and a molding die for molding the optical component with high accuracy and high efficiency. It is an object of the present invention to provide a polishing method capable of performing polishing.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明による手
段によれば、切削あるいは研削による前工程での加工に
より所定形状に形成された被加工体に対して研磨加工を
施す研磨方法において、前記研磨加工は、作用面の形状
が前記前工程で用いられた工具の作用面の曲率半径より
も大きい形状の曲面を有する工具を用いておこなうこと
を特徴とする研磨方法である。According to the first aspect of the present invention, there is provided a polishing method for performing a polishing process on a workpiece formed into a predetermined shape by processing in a previous step by cutting or grinding. The polishing method is characterized in that the polishing is performed using a tool having a curved surface having a shape of a working surface larger than a radius of curvature of the working surface of the tool used in the previous step.
【0013】また請求項2の発明による手段によれば、
前記研磨加工は、銅又は錫又はそれらの合金のいずれか
による前記工具を用いておこなうことを特徴とする研磨
方法である。According to the second aspect of the present invention,
The polishing method is characterized in that the polishing is performed using the tool made of copper, tin, or an alloy thereof.
【0014】また請求項3の発明による手段によれば、
切削あるいは研削による前工程での加工により所定形状
に形成された被加工体に対して研磨加工を施す研磨方法
において、前記研磨加工は、弾性体のボディの外周に砥
粒が分散された作用面が形成されている工具を用いてお
こなうことを特徴とする研磨方法である。According to the third aspect of the present invention,
In a polishing method for performing polishing on a workpiece formed in a predetermined shape by processing in a previous step by cutting or grinding, the polishing is performed by a working surface in which abrasive grains are dispersed around an outer periphery of an elastic body. This is a polishing method characterized in that the polishing is performed using a tool in which is formed.
【0015】また請求項4の発明による手段によれば、
前記研磨加工は、前記作用面が軟質金属により形成され
た工具を用いておこなうことを特徴とする研磨方法であ
る。According to a fourth aspect of the present invention,
The polishing method is characterized in that the polishing is performed using a tool whose working surface is formed of a soft metal.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の研磨装置と研磨方
法の実施の形態を図面を参照して説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a polishing apparatus and a polishing method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0017】第1の実施の形態では、被加工体としてセ
ラミックス製ミラーを研磨加工した場合について説明す
る。このセラミックス製ミラーは、直径φ120mm
で、近似曲率半径が210mmのセラミックス製の回転
対称凹非球面ミラーである。In the first embodiment, a case will be described in which a ceramic mirror is polished as a workpiece. This ceramic mirror has a diameter of 120mm
And a rotationally symmetric concave aspherical mirror made of ceramics having an approximate radius of curvature of 210 mm.
【0018】まず、図7に示した超精密非球面加工装置
を用いて被加工体3の研削加工を行なう。なお、超精密
非球面加工装置の構造については、従来の技術の項で説
明しているので、その説明は省略する。First, the workpiece 3 is ground using the ultra-precision aspherical surface processing apparatus shown in FIG. Since the structure of the ultraprecision aspherical surface processing apparatus has been described in the section of the related art, the description thereof will be omitted.
【0019】超精密非球面加工装置では、平形R付形状
(半径100mm、作用面断面半径100mm、ホイー
ル厚さ10mm)のダイヤモンド砥石(砥石メッシュサ
イズ#1200:砥粒サイズ約12μm)を用いて、凹
非球面形状ミラーを研削加工する。被加工体3は超精密
非球面加工装置の主軸端面に装着され、20rpmの速
度で回転される。砥石は砥石駆動用のエアスピンドル5
2に装着され、6000rpmの速度で回転され、超精
密非球面加工装置のX軸およびZ軸の同時制御動作によ
って非球面断面曲線の軌跡で移動し、被加工体3である
ミラーの表面を研削する。In the ultra-precision aspherical surface processing apparatus, a diamond wheel (grindstone mesh size # 1200: abrasive grain size of about 12 μm) having a flat R shape (radius 100 mm, working surface cross-sectional radius 100 mm, wheel thickness 10 mm) is used. Grind the concave aspheric mirror. The workpiece 3 is mounted on the end face of the spindle of the ultra-precision aspherical surface processing apparatus, and rotated at a speed of 20 rpm. The grindstone is an air spindle 5 for driving the grindstone
2 and rotated at a speed of 6000 rpm, and moved along the locus of the aspherical section curve by the simultaneous control operation of the X-axis and the Z-axis of the ultra-precision aspherical surface processing apparatus to grind the surface of the mirror which is the workpiece 3. I do.
【0020】なお、1回の切り込み量は1μm以下に設
定されている。この研削加工によって、非球面ミラー
は、加工面全体の非球面形状精度0.3μmP−V、う
ねり成分0.15μmP−V、表面粗さ0.02μmR
aに加工される。The amount of one cut is set to 1 μm or less. As a result of this grinding, the aspherical mirror has an aspherical surface shape accuracy of 0.3 μmP-V, a waviness component of 0.15 μmP-V, and a surface roughness of 0.02 μmR.
a.
【0021】次に、図1に示すように、図7で示した超
精密非球面加工装置で、研削加工に用いた砥石に代え
て、砥石と同様の形状(平形R付形状)で銅製の研磨工
具1を砥石駆動用のエアスピンドル2に装着し、それに
より被加工体3に対して研磨加工を行う。なお、研磨工
具1の寸法は、半径150mm、作用面の断面半径15
0mmの形状で、前工程の研削で用いた砥石の作用面の
曲率半径よりも大きく、かつ被加工体3である非球面ミ
ラーの曲率半径よりも小さく、また、研磨工具1の肉厚
方向の曲率半径も非球面ミラーの曲率半径よりも小さい
ものを用いている。Next, as shown in FIG. 1, in the ultra-precision aspherical surface processing apparatus shown in FIG. 7, instead of the grindstone used for the grinding, the same shape (flat R shape) as the grindstone is used. The polishing tool 1 is mounted on an air spindle 2 for driving a grindstone, whereby the workpiece 3 is polished. The dimensions of the polishing tool 1 are 150 mm in radius and 15 mm in cross-sectional radius of the working surface.
0 mm in shape, larger than the radius of curvature of the working surface of the grindstone used in the grinding in the previous step, and smaller than the radius of curvature of the aspherical mirror that is the workpiece 3, and in the thickness direction of the polishing tool 1. The radius of curvature is smaller than that of the aspherical mirror.
【0022】この場合、被加工体3は、研削加工時と同
様に20rpmの速度で回転される。研磨工具1は10
0〜500rpm程度の低い速度で回転され、砥石と同
様に超精密非球面加工装置のX軸および2軸の同時制御
動作によって、すでに前工程で研削加工された非球面ミ
ラーの断面曲線に沿う軌跡で移動する。研磨工具1は、
銅や錫あるいはそれらの合金などの硬質素材が用いら
れ、その作用面には、ダイヤモンド砥粒(平均粒径3μ
m)が間欠的に供給される。その際、研磨工具1の作用
面は、非球面ミラー表面に対し接触させずに隙間を保
つ。隙間の寸法は、供給砥粒の平均粒径と同等(3μ
m)に設定する。In this case, the workpiece 3 is rotated at a speed of 20 rpm as in the case of the grinding. Polishing tool 1 is 10
A locus that is rotated at a low speed of about 0 to 500 rpm, and along the cross-sectional curve of the aspherical mirror that has already been ground in the previous process by the simultaneous control operation of the X axis and the two axes of the ultraprecision aspherical surface processing device like a grindstone. Move with. Polishing tool 1
Hard materials such as copper, tin or their alloys are used, and the working surface is provided with diamond abrasive grains (average grain size 3μ).
m) is supplied intermittently. At this time, the working surface of the polishing tool 1 keeps a gap without making contact with the aspherical mirror surface. The size of the gap is equal to the average particle size of the supplied abrasive grains (3 μm).
m).
【0023】この研磨工程により、研削加工時に発生し
た、砥石の回転振れ設定送り間隔、超精密非球面加工装
置のX軸および2軸の同時制御動作の位置決め誤差、機
械の振動などにより発生している、砥石の作用面形状に
応じたうねり(運続または不連続のくぼみ)の凸部分が
選択的に研磨加工される。In this polishing step, the rotation deviation set feed interval of the grinding wheel, the positioning error of the simultaneous control operation of the X-axis and the two-axis of the ultra-precision aspherical processing device, the vibration of the machine, etc. generated during the grinding process. The convex portion of the undulation (continuous or discontinuous depression) according to the working surface shape of the grinding stone is selectively polished.
【0024】次に、これらの工程による被加工体3の被
加工面の状況を、図2(a)〜(c)に示して説明す
る。Next, the condition of the work surface of the work body 3 in these steps will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (c).
【0025】図2(a)に示すように、回転軸から研削
作用面までの距離である曲率半径rを有する研削砥石か
らなる工具4を用いた研削加工においては、工具4の回
転振れや工具4の設定送り間隔、工具4の位置決め誤
差、機械の振動などによって、工具4の作用面形状に応
じたうねり(連続または不連続のくぼみ)が、被加工体
3の被加工面3aに発生している。この場合、被加工面
3aの全体の非球面形状精度0.3μmP−V(=研削
加工精度)、うねり成分0.05μmP−V、表面粗さ
0.002μmRaに加工されている。As shown in FIG. 2 (a), in the grinding using a tool 4 made of a grinding wheel having a radius of curvature r which is the distance from the rotation axis to the grinding action surface, the rotational runout of the tool 4 and the tool Due to the set feed interval of 4, the positioning error of the tool 4, the vibration of the machine, etc., undulations (continuous or discontinuous dents) corresponding to the working surface shape of the tool 4 occur on the processing surface 3a of the workpiece 3. ing. In this case, the entire surface 3a to be processed is processed to have an aspherical shape accuracy of 0.3 μmP-V (= grinding accuracy), a swell component of 0.05 μmP-V, and a surface roughness of 0.002 μmRa.
【0026】研磨工程では、図2(b)に示すように、平
均粒径1μmのダイヤモンド砥粒6を用いて、被加工体
3である非球面ミラーの表面全体を研磨し、被加工面3
aの全体の非球面形状精度0.3μmP−V(=研削加
工精度)、うねり成分0.05μmP−V、表面粗さ
0.002μmRaに加工する。研磨工具1の寸法は、
前工程の研削で用いた砥石の作用面の曲率半径よりも大
きく、かつ、非球面ミラーの曲率半径よりも小さいもの
を用いている。また、研磨工具1のポリシャあるいは研
磨クロスは、樹脂や織物などの弾性体が用いられている
ので、被加工体3の被加工面3bのうねり形状に沿って
ダイヤモンド砥粒6が作用して、高能率な研磨が行われ
る。その結果、図2(c)に示すような、被加工面3c
として、うねり成分の除去効率の高い仕上面が得られ
る。In the polishing step, as shown in FIG. 2B, the entire surface of the aspherical mirror which is the workpiece 3 is polished using diamond abrasive grains 6 having an average particle diameter of 1 μm.
The workpiece a is processed to have an overall aspherical shape accuracy of 0.3 μm PV (= grinding accuracy), a swell component of 0.05 μm PV, and a surface roughness of 0.002 μm Ra. The dimensions of the polishing tool 1 are
The grinding wheel used is larger than the radius of curvature of the working surface of the grindstone used in the grinding in the previous step and smaller than the radius of curvature of the aspherical mirror. Since the polisher or polishing cloth of the polishing tool 1 is made of an elastic material such as resin or woven fabric, the diamond abrasive grains 6 act along the undulating shape of the processing surface 3b of the processing object 3, Highly efficient polishing is performed. As a result, as shown in FIG.
As a result, a finished surface with high removal efficiency of the undulation component can be obtained.
【0027】なお、表面粗さの要求値が0.005μm
Ra以上の場合には、研磨工程を省略することができ
る。The required value of the surface roughness is 0.005 μm.
In the case of Ra or more, the polishing step can be omitted.
【0028】また、研磨加工に用いるダイヤモンド砥粒
の粒径については、研削加工のうねり精度に応じて選択
する。The diameter of the diamond abrasive used for the polishing is selected according to the undulation accuracy of the grinding.
【0029】また、研磨加工に用いる超精密非球面加工
装置の構成は、上述の構成以外のものでも、同様の作用
を得ることが出来る。The same operation can be obtained even if the configuration of the ultraprecision aspherical surface processing apparatus used for the polishing process is other than the configuration described above.
【0030】次に本発明の第2の実施の形態について説
明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
【0031】図3(a)は、本発明の研磨加工装置の要
部の模式平面図であり、図3(b)は、その側面図であ
る。FIG. 3 (a) is a schematic plan view of a main part of the polishing apparatus of the present invention, and FIG. 3 (b) is a side view thereof.
【0032】XYZの3軸方向に移動自在な移動テーブ
ル11には、研磨圧力センサ12とアクチュエータ13
が設けられ、また、静圧軸受(不図示)で軸支されたス
ピンドル14にポリシャ15が取付けられている。な
お、アクチュエータ13は研磨圧力センサ12の検出結
果に応じて作動する。また、ポリシャ15の回転は、ロ
ータリエンコーダとサーボモータを具備しNC制御部
(不図示)により制御されている。A polishing table 11 and an actuator 13 are mounted on a moving table 11 which is movable in three directions of XYZ.
Is provided, and a polisher 15 is attached to a spindle 14 supported by a static pressure bearing (not shown). The actuator 13 operates according to the detection result of the polishing pressure sensor 12. The rotation of the polisher 15 includes a rotary encoder and a servomotor, and is controlled by an NC control unit (not shown).
【0033】一方、ポリシャ15に対向する位置に被加
工体3を保持した保持テーブル16がベッド17上に設
けられている。この保持テーブル16はポリシャ15の
加工点を中心にXZ平面で所定角度が回動自在に設けら
れている。この回動動作もロータリエンコーダとサーボ
モータを具備しNC制御部により制御されている。On the other hand, a holding table 16 holding the workpiece 3 is provided on a bed 17 at a position facing the polisher 15. The holding table 16 is provided so as to be rotatable at a predetermined angle on the XZ plane about the processing point of the polisher 15. This rotating operation also includes a rotary encoder and a servomotor, and is controlled by the NC control unit.
【0034】これらの構成により、本実施の形態の研磨
加工では、可能な限り定常的な研磨加工を実現して研磨
加工を自動化している。そのため、ポリシャ15の揺
動、研磨作用領域の中心点での加工面法線(#13)と
ポリシャ15の回転軸(#14)との成す角度(#1
5)を一定に保つ制御を同時にNC制御部で行なってい
る。With these configurations, in the polishing process of the present embodiment, the polishing process is automated by realizing the polishing process as steady as possible. Therefore, the angle (# 1) formed between the normal of the machined surface (# 13) at the center point of the oscillating and polishing action area of the polisher 15 and the rotation axis (# 14) of the polisher 15 is determined.
The control for keeping 5) constant is simultaneously performed by the NC control unit.
【0035】その際に必要となるポリシャ15と被加工
体3との運動は、被加工体3または研磨ポリシャ15の
回転移動(#16)、研磨ポリシャ15または被加工体
3のX軸方向並進移動(#17)、および、研磨ポリシ
ャ15または被加工体3のZ軸方向並進移動(#18)
である。The movement of the polisher 15 and the workpiece 3 required at that time is the rotational movement of the workpiece 3 or the polishing polisher 15 (# 16), the translation of the polishing polisher 15 or the workpiece 3 in the X-axis direction. Movement (# 17) and translation movement of the polishing polisher 15 or the workpiece 3 in the Z-axis direction (# 18)
It is.
【0036】さらに、研磨圧力センサ12により研磨圧
力を検出し、その検出結果に応じてアクチュエータ13
を作動させて、ポリシャ15を軸方向に微動させて、研
磨圧力を一定に維持する。なお、被加工体3の回転、研
磨ポリシャ15の回転、研磨ポリシャ15の回転移動
は、ロータリエンコーダとサーボモータを具備しNC制
御部により回転スピードや割り出し位置の制御が行なわ
れる。Further, the polishing pressure is detected by the polishing pressure sensor 12 and the actuator 13 is operated in accordance with the detection result.
Is operated to finely move the polisher 15 in the axial direction to maintain the polishing pressure constant. The rotation of the workpiece 3, the rotation of the polishing polisher 15, and the rotation of the polishing polisher 15 are provided with a rotary encoder and a servomotor, and the rotation speed and the indexing position are controlled by an NC control unit.
【0037】なお、ポリシャ15の並進移動(#17、
#18)のガイドは、リニアスケールとサーボモータを
具備し、NC制御部により移動スピードや位置の制御が
可能なリニアモータガイド、エアスライドまたは油静圧
軸受け、または、これに類する軸受けを用いて行うこと
ができる。The translation of the polisher 15 (# 17,
The guide of # 18) includes a linear motor guide, an air slide or a hydrostatic bearing, or a similar bearing, which includes a linear scale and a servomotor, and whose movement speed and position can be controlled by the NC control unit. It can be carried out.
【0038】また、研磨圧力を検出する研磨圧力センサ
12およびアクチュエータ13にはピエゾ素子を用いて
いる。A piezo element is used for the polishing pressure sensor 12 for detecting the polishing pressure and the actuator 13.
【0039】図4は、上述の加工方式において、所望の
非球面を球面で近似できる場合を示したものである。な
お、図3と同一部分については同一符号を付して個々の
説明を省略する。FIG. 4 shows a case where a desired aspherical surface can be approximated by a spherical surface in the above-mentioned machining method. The same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and their description is omitted.
【0040】この場合、研磨作用領域中心点での加工面
法線(#13)とポリシャ15の回転軸であるスピンド
ル14との成す角度(#15)を一定に保つために必要
となるポリシャ15と被加工体3の運動を、近似球面の
中心を回転中心とする被加工体3または研磨ポリシャ1
5の回転移動(#22)と、研磨ポリシャ15または被
加工体3のZ軸方向並進移動(#23)の2つに簡略化
することができる。そのため、制御が簡単になり加工の
生産性を向上させることができる。In this case, the polisher 15 required to maintain a constant angle (# 15) between the processing surface normal (# 13) at the center of the polishing action area and the spindle 14 which is the rotation axis of the polisher 15 is required. The workpiece 3 or the polishing polisher 1 with the motion of the workpiece 3 as the center of rotation of the approximate spherical surface.
5 (# 22) and the Z-axis translation (# 23) of the polishing polisher 15 or the workpiece 3 can be simplified to two. Therefore, the control is simplified, and the productivity of processing can be improved.
【0041】次に、上述の加工の際のポリシャ15の作
用面と被加工体3の被加工面の状況等について、さらに
詳しく説明する。Next, the working surface of the polisher 15 and the condition of the surface of the workpiece 3 during the above-described processing will be described in more detail.
【0042】図5は、ポリシャ15が砥粒18を介して
被加工体3に作用する様子を微視的に示した説明図であ
り、図6は同様の作用を巨視的に示した説明図である。FIG. 5 is an explanatory view microscopically showing how the polisher 15 acts on the workpiece 3 via the abrasive grains 18, and FIG. 6 is an explanatory view macroscopically showing the same operation. It is.
【0043】図5に示すように、ポリシャ15の作用面
15aは、微視的には、粒径がφ1〜10μmの砥粒1
8が分散してボディ19まで埋め込まれていることによ
り、被加工体3に対して効率よく研磨作用を及ぼしてい
る。また、前工程である研削加工時に用いた砥石の形状
が、被加工体3に転写されて形成された周期100μ
m、振幅100〜200nmP・V程度の徽小うねりの
凸領域3eに局所的に高い研磨圧力を与え、被加工体3
の凸領域3eを選択的に研磨して除去している。As shown in FIG. 5, the working surface 15a of the polisher 15 is microscopically formed of abrasive grains 1 having a diameter of 1 to 10 μm.
By dispersing and embedding 8 to the body 19, the workpiece 3 is efficiently polished. In addition, the shape of the grindstone used during the grinding process in the previous process is transferred to the workpiece 3 at a period of 100 μm.
m, a high polishing pressure is locally applied to the convex region 3e having a small waviness having an amplitude of about 100 to 200 nm PV
Are selectively removed by polishing.
【0044】そのためにポリシャ15のボディ19は、
粒径がφ1〜10μmの砥粒18に対しては、これを容
易に埋め込む軟らかな材質で、かつ、周期100μm、
振幅100〜200nmPV程度の微小うねりに対して
は、これに容易には倣わない堅さを有するもので形成さ
れている。For this purpose, the body 19 of the polisher 15
For abrasive grains 18 having a particle size of φ1 to 10 μm, a soft material for easily embedding the abrasive grains, and a period of 100 μm
It is formed of a material having a hardness that does not easily follow minute undulations having an amplitude of about 100 to 200 nm PV.
【0045】図6に示すように、ポリシャ15の作用面
15aは、また、巨視的には、研削加工後の非球面に直
径が数十〜数百mmの範囲で倣い、研磨作用領域を確保
して高い研磨レートを発揮する。この場合、図5に示し
たように、作用面15aは、さらに、砥粒18を介した
研磨作用によって、被加工体3の表面の微小うねりの凸
領域3eに形成された脆性モードの加工面(#7)を除
去し、微小うねりの凹領域3fに形成された脆性モード
の加工面(#9)を、微小うねりの凸領域3eの除去後
に除去する。As shown in FIG. 6, the working surface 15a of the polisher 15 macroscopically follows the aspherical surface after grinding in a range of several tens to several hundreds of mm in diameter to secure a polishing action area. And demonstrate a high polishing rate. In this case, as shown in FIG. 5, the working surface 15a further has a brittle mode processing surface formed in the convex region 3e of the minute undulation on the surface of the workpiece 3 by the polishing action via the abrasive grains 18. (# 7) is removed, and the brittle mode processed surface (# 9) formed in the concave region 3f of the minute undulation is removed after the convex region 3e of the minute undulation is removed.
【0046】このような条件を満たすポリシャ15の作
用面15aを形成する材料として、例えば、銅などの軟
質金属の箔やめっきが用いられる。As a material for forming the working surface 15a of the polisher 15 satisfying such conditions, for example, a foil or plating of a soft metal such as copper is used.
【0047】研磨ポリシャ15のボディ19は、作用面
15aに研磨圧力(#10)を与え、これを研削加工後
の非球面に、直径が数十〜数百mmの範囲で倣わせるこ
とができるような弾性を有することが必要である。この
ような条件を満たすボディ19の材料として、例えばゴ
ム、ウレタン、又は、エアパッドなどを用いることがで
きる。The body 19 of the polishing polisher 15 applies a polishing pressure (# 10) to the working surface 15a, and this can be made to conform to the aspherical surface after grinding in the range of several tens to several hundreds of mm in diameter. It is necessary to have such elasticity as possible. As a material of the body 19 satisfying such conditions, for example, rubber, urethane, an air pad, or the like can be used.
【0048】また、その形状と寸法として、例えば、所
望の非球面の最大曲率に等しい曲率を有する球面があ
る。作用面15aをボディ19の表面に形成する方法に
は、箔の接着、めっきなどを用いることができる。な
お、めっきを用いる場合は、無電解めっきで下地処理を
行なった後に、電気めっきで、厚さ0.1μm〜0.3
μmのCu膜を形成する。Further, as the shape and dimensions, for example, there is a spherical surface having a curvature equal to the maximum curvature of a desired aspherical surface. As a method of forming the working surface 15a on the surface of the body 19, foil bonding, plating, or the like can be used. In the case of using plating, after performing a base treatment by electroless plating, the thickness is 0.1 μm to 0.3 μm by electroplating.
A μm Cu film is formed.
【0049】また、これらによる研磨加工は、基本的に
被加工体3の軸中心回転(#11)および研磨ポリシャ
15の回転(#12)により行われる。The polishing process is basically performed by rotating the workpiece 3 around the axis (# 11) and rotating the polishing polisher 15 (# 12).
【0050】以上に述べたように、本発明によれば、Si
Cなどに代表される硬脆材料を被加工体3として所望の
非球面形状を形状誤差が30nmP・V以下、表面粗さ
が約5nmHa以下の鏡面に加工するための研磨ポリシ
ャ15を用いた研磨加工方法で、予め、研削加工により
所望の非球面に近い形状に形成された加工面を被加工面
として、研削加工時に砥石の形状が転写されて形成され
た周期100μm、振幅100〜200nmP・V程度
の微小うねりを修正すると共に、研削加工時に形成され
る脆性モードの加工面を除去し、延性モードの鏡面から
なる所望の非球面形状を創成することができる。As described above, according to the present invention, Si
Polishing using a polishing polisher 15 for processing a desired aspherical surface into a mirror surface having a shape error of 30 nm PV or less and a surface roughness of about 5 nm Ha or less using a hard and brittle material represented by C or the like as the workpiece 3. In the processing method, using a processing surface formed in advance to a shape close to a desired aspherical surface by grinding as a work surface, a period of 100 μm, an amplitude of 100 to 200 nm P · V formed by transferring the shape of a grindstone during grinding. In addition to correcting the slight undulation, the processing surface in the brittle mode formed during the grinding process is removed, and a desired aspherical shape including a mirror surface in the ductile mode can be created.
【0051】また、それらの研磨加工を自動で行うこと
ができ、さらに、研磨作用領域を広くとることにより、
高い研磨レートを確保することができる。In addition, these polishing processes can be performed automatically, and further, by widening the polishing action area,
A high polishing rate can be secured.
【0052】[0052]
【発明の効果】本発明によれば、自由曲面形状の光学部
品や、その光学部品を成型するための成形用金型などを
高精度で高能率に研磨加工することができる。According to the present invention, an optical component having a free-form surface and a molding die for molding the optical component can be polished with high precision and efficiency.
【図1】本発明の第1の実施の形態の超精密非球面加工
装置の模式説明図。FIG. 1 is a schematic explanatory view of an ultraprecision aspherical surface processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】(a)〜(c)は、加工工程に応じた被加工体
の被加工面の状況の説明図。FIGS. 2A to 2C are explanatory views of the state of a processing surface of a processing object according to a processing step.
【図3】(a)は、本発明の第2の実施の形態の研磨加
工装置の要部の模式平面図、(b)は、その側面図。FIG. 3A is a schematic plan view of a main part of a polishing apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a side view thereof.
【図4】本発明の第2の実施の形態の変形例。FIG. 4 is a modified example of the second embodiment of the present invention.
【図5】ポリシャの作用する様子を微視的に示した説明
図。FIG. 5 is an explanatory diagram microscopically showing how a polisher operates.
【図6】ポリシャの作用する様子を巨視的に示した説明
図。FIG. 6 is an explanatory diagram macroscopically showing how the polisher operates.
【図7】従来の研削加工装置の模式図。FIG. 7 is a schematic view of a conventional grinding apparatus.
【図8】従来の研磨加工装置の模式図。FIG. 8 is a schematic view of a conventional polishing apparatus.
【図9】(a)〜(c)は、加工工程に応じた被加工体
の被加工面の状況の説明図。FIGS. 9A to 9C are explanatory views of the state of a processing surface of a processing object according to a processing step.
1…研磨工具、3…被加工体、3a、3b、3c…被加
工面、4…工具、6…ダイヤモンド砥粒、13…ポリシ
ャ、18…砥粒、19…ボディDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polishing tool, 3 ... Workpiece, 3a, 3b, 3c ... Workpiece surface, 4 ... Tool, 6 ... Diamond abrasive grain, 13 ... Polisher, 18 ... Abrasive grain, 19 ... Body
Claims (4)
れた被加工体に対して研磨加工を施す研磨方法におい
て、前記研磨加工は、作用面の形状が前記前工程で用い
られた工具の作用面の曲率半径よりも大きい形状の曲面
を有する工具を用いておこなうことを特徴とする研磨方
法。1. A polishing method for performing polishing on a workpiece formed into a predetermined shape by processing in a previous step, wherein the polishing is performed using a tool whose working surface has a shape used in the previous step. A polishing method characterized by using a tool having a curved surface having a shape larger than the radius of curvature of the working surface.
合金のいずれかによる前記工具を用いておこなうことを
特徴とする請求項1記載の研磨方法。2. The polishing method according to claim 1, wherein the polishing is performed using the tool made of copper, tin, or an alloy thereof.
により所定形状に形成された被加工体に対して研磨加工
を施す研磨方法において、前記研磨加工は、弾性体のボ
ディの外周に砥粒が分散された作用面が形成されている
工具を用いておこなうことを特徴とする研磨方法。3. A polishing method for performing a polishing process on a workpiece formed in a predetermined shape by a process in a previous step by cutting or grinding, wherein the polishing process includes the step of forming abrasive grains on an outer periphery of an elastic body. A polishing method, characterized in that the polishing is performed using a tool having a dispersed working surface.
により形成された工具を用いておこなうことを特徴とす
る請求項3記載の研磨方法。4. The polishing method according to claim 3, wherein the polishing is performed using a tool whose working surface is formed of a soft metal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000398998A JP2002200548A (en) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | Polishing method |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013141736A (en) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Spherical surface grinding device and grinding method |
| CN116442117A (en) * | 2023-05-23 | 2023-07-18 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | Device and method for trimming inner arc of CBN grinding wheel segment |
-
2000
- 2000-12-27 JP JP2000398998A patent/JP2002200548A/en active Pending
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