JP2001300838A - 大型超精密elid非球面加工装置 - Google Patents
大型超精密elid非球面加工装置Info
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- JP2001300838A JP2001300838A JP2000123634A JP2000123634A JP2001300838A JP 2001300838 A JP2001300838 A JP 2001300838A JP 2000123634 A JP2000123634 A JP 2000123634A JP 2000123634 A JP2000123634 A JP 2000123634A JP 2001300838 A JP2001300838 A JP 2001300838A
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- Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
に抑えてワークと工具の相対位置を高精度に保持するこ
とができ、かつワークの取外し/取付けを行うことな
く、機上でポリッシング及び形状計測が可能であり、大
型超精密X線ミラー等を高精度かつ優れた表面粗さに高
能率に加工することができる大型超精密ELID非球面
加工装置を提供する。 【解決手段】 水平な上面を有するX軸方向に細長いマ
シーンベット12と、マシーンベット上に取り付けられ
上面にワーク4を固定してX軸方向にNC制御可能なX
軸テーブル14と、X軸テーブルを跨いでX軸に直交す
る水平なY軸方向に延び両脚部がマシーンベットに固定
された門型固定コラム16と、門型固定コラム上に取り
付けられY軸方向にNC制御可能なY軸ステージ18
と、Y軸ステージに吊り下げられ鉛直なZ軸方向にNC
制御可能なZ軸コラム20と、Z軸コラムに取り付けら
れたELID研削装置22、ポリッシング装置24及び
形状計測装置26とを備えた。
Description
D非球面加工装置に関する。
加工への要求は飛躍的に高度化しつつあり、この要求を
満たす鏡面研削手段として、電解インプロセスドレッシ
ング研削法(Electrolytic In-pro
cess Dressing:ELID研削法)が本願
出願人等により開発され、発表されている(理研シンポ
ジウム「鏡面研削の最新技術動向」、平成3年3月5日
開催)。
すように、従来の電解研削における電極に代えて導電性
砥石1を用い、かつこの砥石と隙間(ギャップ)を隔て
て対向する電極2を設け、砥石と電極との間に導電性液
3を流しながら砥石1と電極2との間に電圧を印加し、
砥石を電解によりドレッシングしながら、砥石によりワ
ークを研削するものである。すなわち、メタルボンド砥
石1を陽極、砥石表面にギャップを隔てて対設された電
極2を陰極とし、研削作業と同時に砥石の電解ドレッシ
ングを行うことにより、研削性能を維持・安定させるこ
とのできる研削法である。なお、この図において、4は
ワーク(被研削材)、5はELID電源、6は給電体、
7は導電性液のノズルである。
も電解ドレッシングにより砥粒の目立てにより砥石の目
詰まりが生じないので、砥粒を細かくすることにより鏡
面のような極めて優れた加工面を研削加工により得るこ
とができる。従って、ELID研削法は、高能率研削か
ら鏡面研削に至るまで砥石の切れ味を維持でき、かつ従
来技術では不可能であった高精度な表面を短時間に創成
できる手段として、種々の研削加工への適用が期待され
ている。
線ミラーやホログラム光学素子あるいはその他の光学素
子、機械構造物、光電子デバイス(以下、大型超精密X
線ミラー等という)など大型かつ超精密な素子の加工要
求が、放射光利用施設や大型天体望遠鏡などの科学機器
分野あるいは光電子デバイス、高密度・高速情報機器、
フラットディスプレイなどの産業界で必要性が高まって
いる。
加工手段では、ラッピング又は通常の研削により表面粗
さを加工限界であるRmax1〜2μm(1000〜2
000nm)まで加工し、次いで、ポリッシングにより
必要な表面粗さを(例えば数Å)まで仕上げる必要があ
る。しかし、ポリッシングによる取り代は、通常加工前
の表面粗さの10倍程度が必要となるため、実際には1
0〜20μmをポリッシングで加工する必要があり、ポ
リッシングによる取り代(加工量)が大きい問題点があ
った。このため、弾性変形する工具を、傷を付けないよ
うに光学素子の表面に軽く押し付け、微細砥粒を含むス
ラリーを供給して磨く従来のポリッシングでは、大型ミ
ラー表面の10〜20μmを加工するのに数カ月以上の
長期間を必要とした。
去すると、ラッピング又は研削の際の表面の加工歪みが
除去されるため、表面と基準面の形状精度が変化する問
題があり、超精密鏡面に必要な形状精度(λ/4以下)
を得るためには、ポリッシング後に基準面を再加工し、
再度ポリッシングを繰り返し、必要な精度がでるまでこ
れを繰り返す必要があった。更に、ワークの取外し/取
付けの繰り返しの際に、光学素子の基準面にズレが生じ
やすい問題があった。
には、高能率かつ高精度な研削加工に適するにもかかわ
らず、これを単に大型化しても、加工抵抗による変形や
熱膨張の影響によりワークと工具の相対位置を高精度に
保持することができない問題点があった。また、このE
LID研削法を単に適用しても、上述したポリッシング
のためにワークの取外し/取付けを繰り返す必要が生
じ、この際に、光学素子の基準面にズレが生じる問題点
があった。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、加工
抵抗による変形や熱膨張の影響を最小限に抑えてワーク
と工具の相対位置を高精度に保持することができ、かつ
ワークの取外し/取付けを行うことなく、機上でポリッ
シング及び形状計測が可能であり、これにより、大型超
精密X線ミラー等を高精度かつ優れた表面粗さに高能率
に加工することができる大型超精密ELID非球面加工
装置を提供することにある。
上面を有するX軸方向に細長いマシーンベット(12)
と、該マシーンベット上に取り付けられ上面にワーク
(4)を固定してX軸方向にNC制御可能なX軸テーブ
ル(14)と、該X軸テーブルを跨いでX軸に直交する
水平なY軸方向に延び両脚部がマシーンベットに固定さ
れた門型固定コラム(16)と、該門型固定コラム上に
取り付けられY軸方向にNC制御可能なY軸ステージ
(18)と、該Y軸ステージに吊り下げられ鉛直なZ軸
方向にNC制御可能なZ軸コラム(20)と、該Z軸コ
ラムに取り付けられたELID研削装置(22)、ポリ
ッシング装置(24)及び形状計測装置(26)とを備
えた、ことを特徴とする大型超精密ELID非球面加工
装置が提供される。
ベット(12)の幅方向に門型固定コラム(16)が固
定されたフレーム構造となっているので、フレームが高
剛性であり、かつ対称性をもった構造のため熱変形によ
る影響を最小限にとどめることができる。また、細長い
マシーンベット(12)の上にX軸テーブル(14)が
取り付けられ、門型固定コラム(16)にY軸ステージ
(18)及びZ軸コラム(20)が取り付けられている
ので、主に放射光利用施設などで利用される細長いトロ
イダル面をもったミラーなどを効率よく加工することが
できる。更に、同一のZ軸コラムにELID研削装置
(22)、ポリッシング装置(24)及び形状計測装置
(26)が取り付けられているので、ELID研削、ポ
リッシング及び形状計測を同一の機上でワークの取外し
/取付けを行うことなく、修正を加えながら繰り返すこ
とができ、大型の大型超精密X線ミラー等を高精度かつ
優れた表面粗さに高能率に加工することができる。
X,Y,Z軸をそれぞれ1対のV形ローラガイドで案内
する超精密V−Vローラガイドを備える。この構成によ
り、1対のV形ローラガイドでガイド精度とガイド剛性
を高め、いわゆるガタのない超精密な直進運動が可能と
なる。
るボールネジを有し、該ボールネジの少なくとも1本
は、水冷の中空に形成されている。この構成により、特
に高速駆動するボールネジ(例えばX軸)の発熱を防
ぎ、ボールネジの熱膨張による精度低下と、ワークやガ
イドの昇温による悪影響を回避することができる。
装置と、該NC制御装置とHSSB接続されたパーソナ
ルコンピュータとを備え、該パーソナルコンピュータに
NC制御用のプログラムを記憶する。この構成により、
高価なNC制御装置のメモリ容量を小さくでき、かつ汎
用のパーソナルコンピュータ(PC)により、NC制御
用プログラムのシュミレーションを自由にでき、そのバ
グを低減し、誤加工を未然に防止できる。
水平又は鉛直に回転軸を変換可能な研削スピンドル(2
2a)と、該研削スピンドルに回転可能に取り付けられ
た導電性砥石(22b)と、砥石と間隔を隔てて対向す
る電極と、砥石と電極との間に導電性液を流すノズル
と、砥石と電極との間に電圧を印加する電源及び給電体
とからなり、砥石と電極との間に導電性液を流しなが
ら、砥石と電極との間に電圧を印加し、砥石を電解によ
りドレッシングしながらワーク(4)を研削するように
なっている。この構成により、研削スピンドル(22
a)の回転軸を水平又は鉛直に変換することにより、導
電性砥石(22b)として円板状砥石、ボールノーズ砥
石、その他の導電性砥石を用いることができ、種々の形
状の大型超精密X線ミラー等を、ELID研削により高
能率、高精度かつ高品質の表面粗さに研削加工すること
ができる。
下端にポリッシングパッドを有するポリッシングヘッド
(24a)と、該ポリッシングヘッドを揺動可能に支持
しながら鉛直軸を中心に回転駆動する回転駆動装置(2
4b)と、ポリッシングヘッドをワークに対して下向き
に押し付ける押付けシリンダ(24b)とからなる。こ
の構成により、押付けシリンダ(24b)でポリッシン
グヘッド(24a)を所定の押付力で押付けながら、回
転駆動装置(24b)でポリッシングヘッドを回転さ
せ、軟質のポリッシングヘッドを加工面に沿って揺動か
つ回転させて、効率的にポリッシングを行うことができ
る。
に球形の接触子を有するプローブ(26a)と、該プロ
ーブを上下動可能に支持して下方に付勢する付勢ガイド
装置(26b)と、プローブの位置を検出する位置検出
器(26c)とからなる。この構成により、位置検出器
(26c)に例えばレーザー式位置検出器を用い、プロ
ーブ(26a)を空気軸受で支持することにより、プロ
ーブの動特性を高め、被加工物の加工面形状を機上で高
精度に計測することができる。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。
非球面加工装置の全体斜視図である。この図に示すよう
に、本発明の大型超精密ELID非球面加工装置10
は、マシーンベット12、X軸テーブル14、門型固定
コラム16、Y軸ステージ18、Z軸コラム20及びZ
軸コラムに取り付けられたELID研削装置22、ポリ
ッシング装置24及び形状計測装置26からなる。ま
た、この例では、更にマシーンベット12に回転式ツル
ーア28を備え、その外周面と砥石22bとを接触させ
ることにより、砥石2の加工面をツルーイングするよう
になっている。更に、この大型超精密ELID非球面加
工装置10は図示しない恒温室内に設置し、恒温室内を
常に一定の温度に保持し、ワーク4や構成機器の熱膨張
による変位を抑え、高精度を維持するようになってい
る。
るX軸方向に水平に延びる細長い本体フレームであり、
剛性の高い一体構造になっている。X軸テーブル14
は、マシーンベット12の上に取り付けられ、その上面
にワーク4を固定してワークをX軸方向にNC制御で高
速かつ高精度に移動できるよになっている。門型固定コ
ラム16は、X軸テーブル14を跨いでX軸に直交する
水平なY軸方向に延び、両脚部がマシーンベット12に
固定されている。門型固定コラム16もマシーンベット
12と同様に本体フレームの一部であり、剛性の高い一
体構造になっている。Y軸ステージ18は、門型固定コ
ラム16のこの例では上面に取り付けられ、Y軸方向に
NC制御で高速かつ高精度に移動できるよになってい
る。Z軸コラム20は、このY軸ステージ18に吊り下
げられ、鉛直なZ軸方向にNC制御で高速かつ高精度に
移動できるよになっている。
ト12の幅方向に門型固定コラム16が固定されたフレ
ーム構造となっているので、フレームが高剛性であり、
かつ対称性をもった構造のため熱変形による影響を最小
限にとどめることができる。特に、後述する実施例のよ
うに、X軸ストロークを長くし(例えば1400m
m)、Y軸とZ軸のストロークを比較的短くする(例え
ばそれぞれ550mm、200mm)ことにより、高い
フレーム剛性を保持しながら、大型の大型超精密X線ミ
ラー等(例えば主に放射光利用施設などで利用される細
長いトロイダル面をもったミラーなど)を高精度に加工
することができる。
す超精密V−Vローラガイド32により直進運動を案内
されている。この超精密V−Vローラガイド32は、高
精度のニードルベアリング33で支持された1対のV形
ローラガイド34からなり、ガイド精度とガイド剛性を
高め、いわゆるガタのない超精密な直進運動を実現して
いる。更に、X,Y,Z軸をそれぞれ駆動するボールネ
ジ(図示せず)を有し、このボールネジの少なくとも1
本(例えばX軸用)は、高速駆動時の発熱を防ぎ、ボー
ルネジの熱膨張による精度低下と、ワークやガイドの昇
温による悪影響を回避するために、水冷の中空に形成さ
れている。
御装置(図示せず)と、このNC制御装置とHSSB接
続されたパーソナルコンピュータとを備える。このパー
ソナルコンピュータには、高価なNC制御装置のメモリ
容量を小さくし、かつ汎用のパーソナルコンピュータ
(PC)により、NC制御用プログラムのシュミレーシ
ョンを自由に行って、そのバグを低減し、誤加工を未然
に防止するために、NC制御用のプログラムが記憶され
ている。
水平又は鉛直に回転軸を変換可能な研削スピンドル22
aと、研削スピンドル22aに回転可能に取り付けられ
た導電性砥石22bと、砥石と間隔を隔てて対向する電
極(図示せず)と、砥石と電極との間に導電性液を流す
ノズル(図示せず)と、砥石と電極との間に電圧を印加
する電源及び給電体(図示せず)とからなる。この構成
により、研削スピンドル22aの回転軸を水平又は鉛直
に変換することにより、導電性砥石22bとして円板状
砥石、ボールノーズ砥石、その他の導電性砥石を用いる
ことができ、種々の形状の大型超精密X線ミラー等を加
工できる。また、従来のELID研削装置と同様に、砥
石と電極との間に導電性液を流しながら、砥石と電極と
の間に電圧を印加し、砥石を電解によりドレッシングし
ながらワーク4をELID研削により高能率、高精度か
つ高品質の表面粗さに研削加工することができる。
ッシング装置の構成図である。この図に示すように、ポ
リッシング装置24は、下端にポリッシングパッドを有
するポリッシングヘッド24aと、ポリッシングヘッド
24aを揺動可能に支持しながら鉛直軸を中心に回転駆
動する回転駆動装置24bと、ポリッシングヘッド24
aをワークに対して下向きに押し付ける押付けシリンダ
24cとからなる。回転駆動装置24bは、例えば電動
機、プーリ及びベルトで構成されている。この構成によ
り、導電性砥石22bによるELID研削後に、押付け
シリンダ24cでポリッシングヘッド24aを所定の押
付力で押付けながら、回転駆動装置24bでポリッシン
グヘッドを回転させ、軟質のポリッシングヘッドを加工
面に沿って揺動かつ回転させて、効率的にポリッシング
を行うことができる。
計測装置の構成図である。この図に示すように、形状計
測装置26は、下端に球形の接触子を有するプローブ2
6aと、プローブ26aを上下動可能に支持して下方に
付勢する付勢ガイド装置26bと、プローブ26aの位
置を検出する位置検出器26cとからなる。また、この
例では位置検出器26cは、レーザー式位置検出器であ
り、プローブ26aは空気軸受で支持されており、プロ
ーブの動特性を高め、被加工物の加工面形状を機上で高
精度に計測できるようになっている。
非球面加工装置の仕様である。
は、それぞれ10nmの位置決め分解能を有する。ま
た、各軸の真直度も超精密V−Vローラガイドの採用に
より、X軸で0.5μm/1400mm、Y,Z軸では
0.2μm/550mm、0.2μm/200mmを実
現している。従って、この装置により、1200mm×
500mm×200mmの大型の超精密X線ミラー等を
加工することができる。また、上述したように、この装
置は、同一のZ軸コラムにELID研削装置22、ポリ
ッシング装置24及び形状計測装置26が取り付けられ
ているので、ELID研削、ポリッシング及び形状計測
を同一の機上でワークの取外し/取付けを行うことな
く、修正を加えながら繰り返すことができ、大型の大型
超精密X線ミラー等を高精度かつ優れた表面粗さに高能
率に加工することができる。
示す図であり、10nmステップの指令を繰り返したと
きのX軸のステップ移動位置を示している。この結果か
ら、10nmステップの指令値に精度よく追従している
ことがわかる。また、繰り返し位置精度も各軸とも0.
1μm以下であり、超精密加工に必要な精度を有してい
ることが確認された。
されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで主種に変更で
きることは勿論である。
装置により、(1)溶融石英、SiCなどの超硬質材料
によるトロイダル面などの非軸対称非球面形状の加工、
(2)単結晶ダイヤモンド工具によるホログラム光学素
子/ホログラフィックグレーティングの形成、等の加工
を行うことができる。
え、この軸(C軸)をNC制御することにより、(3)
円筒形の大型光学素子の加工、(4)軸対称大型レンズ
/反射鏡の加工、(5)C軸を含めた4軸同時制御によ
る大型非軸対称非球面の加工等を行うこともできる。
面加工装置は、加工抵抗による変形や熱膨張の影響を最
小限に抑えてワークと工具の相対位置を高精度に保持す
ることができ、かつワークの取外し/取付けを行うこと
なく、機上でポリッシング及び形状計測が可能であり、
これにより、大型超精密X線ミラー等を高精度かつ優れ
た表面粗さに高能率に加工することができる、等の優れ
た効果を有する。
置の全体斜視図である。
る。
(被研削材)、5 ELID電源、6 給電体、7 ノ
ズル、10 大型超精密ELID非球面加工装置、12
マシーンベット、14 X軸テーブル、16 門型固
定コラム、18 Y軸ステージ、20 Z軸コラム、2
2 ELID研削装置、22a 研削スピンドル、22
b 導電性砥石、24 ポリッシング装置、24a ポ
リッシングヘッド、24b 回転駆動装置、24c 押
付けシリンダ、26 形状計測装置、26a プロー
ブ、26b 付勢ガイド装置、26c 位置検出器、2
8 回転式ツルーア、32 超精密V−Vローラガイ
ド、33 ニードルベアリング、34 V形ローラガイ
ド
Claims (7)
- 【請求項1】 水平な上面を有するX軸方向に細長いマ
シーンベット(12)と、該マシーンベット上に取り付
けられ上面にワーク(4)を固定してX軸方向にNC制
御可能なX軸テーブル(14)と、該X軸テーブルを跨
いでX軸に直交する水平なY軸方向に延び両脚部がマシ
ーンベットに固定された門型固定コラム(16)と、該
門型固定コラム上に取り付けられY軸方向にNC制御可
能なY軸ステージ(18)と、該Y軸ステージに吊り下
げられ鉛直なZ軸方向にNC制御可能なZ軸コラム(2
0)と、該Z軸コラムに取り付けられたELID研削装
置(22)、ポリッシング装置(24)及び形状計測装
置(26)とを備えた、ことを特徴とする大型超精密E
LID非球面加工装置。 - 【請求項2】 前記X,Y,Z軸をそれぞれ1対のV形
ローラガイドで案内する超精密V−Vローラガイドを備
える、ことを特徴とする請求項1に記載の大型超精密E
LID非球面加工装置。 - 【請求項3】 前記X,Y,Z軸をそれぞれ駆動するボ
ールネジを有し、該ボールネジの少なくとも1本は、水
冷の中空に形成されている、ことを特徴とする請求項2
に記載の大型超精密ELID非球面加工装置。 - 【請求項4】 前記X,Y,Z軸をNC制御するNC制
御装置と、該NC制御装置とHSSB接続されたパーソ
ナルコンピュータとを備え、該パーソナルコンピュータ
にNC制御用のプログラムを記憶する、ことを特徴とす
る請求項1に記載の大型超精密ELID非球面加工装
置。 - 【請求項5】 前記ELID研削装置(22)は、水平
又は鉛直に回転軸を変換可能な研削スピンドル(22
a)と、該研削スピンドルに回転可能に取り付けられた
導電性砥石(22b)と、砥石と間隔を隔てて対向する
電極と、砥石と電極との間に導電性液を流すノズルと、
砥石と電極との間に電圧を印加する電源及び給電体とか
らなり、砥石と電極との間に導電性液を流しながら、砥
石と電極との間に電圧を印加し、砥石を電解によりドレ
ッシングしながらワーク(4)を研削するようになって
いる、ことを特徴とする請求項1に記載の大型超精密E
LID非球面加工装置。 - 【請求項6】 前記ポリッシング装置(24)は、下端
にポリッシングパッドを有するポリッシングヘッド(2
4a)と、該ポリッシングヘッドを揺動可能に支持しな
がら鉛直軸を中心に回転駆動する回転駆動装置(24
b)と、ポリッシングヘッドをワークに対して下向きに
押し付ける押付けシリンダ(24b)とからなる、こと
を特徴とする請求項1に記載の大型超精密ELID非球
面加工装置。 - 【請求項7】 前記形状計測装置(26)は、下端に球
形の接触子を有するプローブ(26a)と、該プローブ
を上下動可能に支持して下方に付勢する付勢ガイド装置
(26b)と、プローブの位置を検出する位置検出器
(26c)とからなる、ことを特徴とする請求項1に記
載の大型超精密ELID非球面加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000123634A JP2001300838A (ja) | 2000-04-25 | 2000-04-25 | 大型超精密elid非球面加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000123634A JP2001300838A (ja) | 2000-04-25 | 2000-04-25 | 大型超精密elid非球面加工装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001300838A true JP2001300838A (ja) | 2001-10-30 |
Family
ID=18633908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000123634A Pending JP2001300838A (ja) | 2000-04-25 | 2000-04-25 | 大型超精密elid非球面加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001300838A (ja) |
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