JP2669313B2 - 球面加工装置 - Google Patents

球面加工装置

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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバコネクタやガ
ラス、セラミックス、プラスチック等からなる柱状の材
料やブロックの端面を、凸球面形状に鏡面加工する装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】第5図は、端面を凸球面状に鏡面研磨加
工した光ファイバコネクタ同士の接続部の概略構造を示
す。光ファイバ9同士を接続して光信号を電搬する際、
光ファイバ端面10の間隙に起因して発生する光損失
は、極力抑制する必要がある。現在、低光損失接続を実
現する方法として、端面8を凸球面状の鏡面に形成して
光ファイバ端面10を相互に密着させるPC(PHYS
ICAL CONTACT)研磨コネクタが広く利用さ
れている。
【0003】従来この種の球面加工装置は、例えば特開
昭63−102863に示すように、PC研磨コネクタ
の球面加工として用いられ、図6(a)及び(b)に示
すように、回転砥石11を用いた研削か遊離砥粒を用い
たラッピングによって被加工物1の端面8を円錐状に形
成し、次に微細砥粒12を有する弾性シート13に端面
8を押し当て、弾性シート13の局所的な変形と、微細
砥粒12の研磨作用で滑らかな球面に仕上げている。し
かし、この研磨加工は数工程に分けて行われることが多
く、微細砥粒12を順次小径化していくことで所望する
凸球面に形成し、同時に表面粗さを低減している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の球面加
工法では、端面8を所望する球面形状に形成するまでに
多くの工程が必要であり、処理工程の長時間を要すると
いう課題があった。特に、滑らかな球面を得るための研
磨加工において、弾性シート13やシート上の微細砥粒
12の研磨能力を常に適切な状態に維持し続けるには、
弾性シート13や微細砥粒12を頻繁に交換しなくては
ならず、そのため生産性が低いという課題があった。ま
た、弾性シート13の変形を利用した方法であるため、
正確な真円の断面形状や楕円の断面形状を有する凸球面
に加工し難い課題があった。
【0005】本発明の目的は、このような従来の課題を
解決し、光ファイバコネクタのみならず、ガラスやセラ
ミックス等からなる柱状の光学材料の端面を高能率、高
精度に凸球面加工できる球面加工装置を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の発明の球面加工装
置は、被加工物端面を加工する加工砥石と、前記加工砥
石の側面作業面の形状を整える修正工具と、前記被加工
物と前記加工砥石と前記修正工具をそれぞれ回転させる
機構と、前記加工砥石の側面作業面と前記修正工具の外
周作業面を両者の走行方向が直交する状態で配置し該両
者を接触させて前記加工砥石の側面作業面に凹円弧の断
面形状を形成する移動機構と、前記加工砥石の側面作業
面の凹円弧の曲率中心と前記被加工物の回転軸が前記加
工砥石の回転中心を中心とする同心円上にくるように前
記被加工物を配置し前記凹円弧状の側面作業面と前記被
加工物を接触させる移動機構を有することを特徴とす
る。
【0007】第2の発明は、請求項1記載の球面加工装
置において、前記加工砥石の側面作業面の凹円弧の曲率
中心と複数個の前記被加工物の回転軸が前記加工砥石の
回転中心を中心とする同心円上にくるように前記複数個
の被加工物を配置し、前記凹円弧状の側面作業面と前記
複数個の被加工物を同時に接触させることを特徴とす
る。
【0008】第3の発明の球面加工装置は、請求項1記
載の球面加工装置の前記加工砥石の側面作業面の凹円弧
の断面形状を形成する移動機構において、前記加工砥石
の側面作業面の走行方向と前記修正工具の回転中心軸が
なす角度を0度から45度までの任意の角度を与えて前
記加工砥石の側面作業面と前記修正工具を配置し、該両
者を接触させて前記加工砥石の側面作業面に前記任意の
角度によって離心率が変化する凹楕円弧の断面形状を形
成させることを特徴とする。
【0009】第4の発明は、請求項3記載の球面加工装
置において、前記加工砥石の側面作業面の凹楕円弧の図
心と複数個の前記被加工物の回転軸が前記加工砥石の回
転中心を中心とする同心円上にくるように前記複数個の
被加工物を配置し、前記凹円弧状の側面作業面と前記複
数個の被加工物を同時に接触させることを特徴とする。
【0010】第5の発明は、請求項2又は請求項4記載
の球面加工装置において、メタルボンドからなる前記加
工砥石の側面作業面の近傍に電解ドレッシング作用を付
加するマイナス電極を前記複数個の被加工物と同数以下
設け、かつ前記複数個の被加工物と交互になるよう概均
等配分して設置したことを特徴とする。
【0011】第6の発明は、請求項1から請求項5に記
載の球面加工装置の前記被加工物を前記加工砥石の側面
作業面に接触させる移動機構において、前記移動機構と
前記被加工物の間に振動減衰効果を有する弾性体を設け
たことを特徴とする。
【0012】
【実施例】第1図は、第1の発明の球面加工装置を説明
する斜視図を示す。本発明の球面加工装置が従来法と大
きく異なるのは、加工砥石2の側面4の走行運動と被加
工物1の回転運動で得られる研削作用によって、側面4
に予め形成された凹円弧の断面形状を被加工物1の端面
8に転写し、滑らかな凸球面を得る点にある。本発明の
方法では、加工砥石2の側面4の研削能力を適切に維持
し、かつ工具寿命を増加して加工砥石2の交換頻度を低
減するため、電源7よりメタルボンドの加工砥石2と、
その側面4の近傍に設置したマイナス電極6の間に電圧
を印加し、弱導電性の研削液5を供給して、加工砥石2
に電解ドレッシングを作用させている。
【0013】加工砥石2は、側面4に凹円弧形状を形成
することによって、第1図に斑点で示した砥石部が消耗
するまで、繰り返し使用することができる。従来法にお
ける砥粒12や弾性シート13等の工具の頻繁な交換は
必要なくなり、被加工物1を連続的に加工することがで
きる。また、第2図に示しように、複数個の被加工物1
を配置し、同時に側面4に接触させることで、多数の被
加工物1を一度に加工することが可能となる。
【0014】複数個の被加工物1を同時に加工する場
合、加工砥石2に作用させる電解ドレッシングは、被加
工物1を研削した直後に、その効果が減少しやすく、加
工砥石2は目詰まり状態になり易い。そこで第5の発明
では、加工砥石2に電解ドレッシング作用を付加するマ
イナス電極6を、複数個の被加工物1と同数あるいはそ
れ以下の数とし、かつ被加工物1と交互にバランス良く
設置している。複数のマイナス電極6によって、次の被
加工物1を加工する直前に新たな電解ドレッシング効果
を付加でき、加工砥石を常に安定した研削能力に維持で
きる。
【0015】本発明の球面加工装置において、加工砥石
2の側面4と修正工具3の外周の作業面を接触させる
際、双方の面の走行方向を直行させている。側面4に
は、真円の円弧面の断面形状が形成され、この凹円弧面
に対して、被加工物1を垂直に、かつ凹円弧の曲率中心
と前記被加工物の回転軸が前記加工砥石の回転中心を中
心とする同心円上にくるように配置し接触させること
で、真球面形状を端面8に形成できる。
【0016】次に、第3図を用いて第3及び第4の発明
の実施例を説明する。第3図は側面4を作業とする加工
砥石2と修正工具3の位置関係を示した平面図であり、
加工砥石2と修正工具3の双方の作業面の走行方向を直
行させずに、θを10度傾けて配置している。このよう
に、加工砥石2の側面作業面の走行方向と修正工具3の
回転中心軸がなす角度を0度から45度の間で傾けて接
触させると、直行度のずれに対応した離心率を持つ凹楕
円の断面形状が側面4に形成される。この側面4に被加
工物1を接触させると、断面が楕円の球面が被加工物1
の端面8に形成可能となる。また、複数個の被加工物1
を同時に側面4に接触させることで、多数の被加工物1
の端面8を一度に楕円球面に加工できる。
【0017】本発明の球面加工装置は、第4図に示すよ
うに、被加工部1に定切込みを与えながら側面4に接触
させる定切込み機構17と、定加圧を与えながら被加工
物1を側面4に接触させる定加圧機構18を有してい
る。第6の発明が従来技術と異なるのは、被加工物1を
加工砥石2の側面4に接触させるための定加圧機構18
と被加工物1の間に振動減衰材15を設けたことにあ
る。
【0018】加工砥石2や被加工物1には、常に回転振
れや振動が起こっており、そのため被加工物1が断続的
に研削加工されると、端面8の凸球面に歪みや凸凹が発
生する。振動減衰材15は、断続的な研削加工を抑制
し、被加工物1の端面8の球面形状を滑らかにする作用
がある。
【0019】次に、第1図と第4図を用いて具体的な加
工条件を含め、本発明の実施例を説明する。第4図は被
加工物1が単数の場合の球面加工装置を示している。加
工砥石1は青銅ボンド、メッシュ4000のダイヤモン
ド砥粒とし、外径100mmのカップ型を用いた。修正
工具3はレジンボンド、メッシュ3000のダイヤモン
ド砥粒を用い、外径40mm、厚さ5mmのものを使用
した。被加工物1は、第4図に示すようにフェルール1
4に石英製のシングルモード光ファイバ9を挿入した光
ファイバコネクタを用いた。
【0020】加工砥石2の回転モータ16の回転数を1
800rpmとし、修正工具3の回転モータは100r
pmで回転させた。第1図に示すように、修正工具3の
外周作業面と加工砥石2の側面4を両者の走行方向直交
する状態を保ち、ステージ22によって両者を近づけ
た。研削液5を供給しながら両者を接触させ、加工砥石
2の側面4に曲率半径20mmの真円の円弧断面を持つ
凹面を形成した。側面4の凹円弧形状は加工砥石2や修
正工具の3のボンド材、砥粒の種類には影響されず、修
正工具3の半径と等しい曲率半径となる。
【0021】次に、マイナス電極6と加工砥石2の間に
研削液5を供給しながら、この間に電源7より直流電圧
を印加し、側面4に電解ドレッシングを作用させた。本
実施例では、被加工物1の端面8の凸球面加工を行う直
前に、電解電流値2Aで15秒間の電解ドレッシングを
付加して側面4の表面に分布する砥粒を突出させ、側面
4の研削能力を良好な状態にした。
【0022】第4図に示すように、被加工物1を反転モ
ータ20によって回転させながら、定切込み機構17を
用いて加工砥石2の側面4に一定速度で近づけて接触さ
せ、まず粗加工を行った。その後、定加圧機構18によ
って被加工物1に500gの定荷重を付加しながら、両
者を5秒間接触させた。この定荷重の付加は、側面4か
ら特に突出していた砥粒を脱落させて側面4の表面の砥
粒突き出しを一様に揃え、被加工物1の端面8に生じる
スクラッチを抑制する効果がある。反転モータ20は5
0rpmで回転させ、1.5回転ごとに反転させながら
加工を行った。最後に、定加圧機構18を用いて、被加
工物1に100gの低い定加重を付加しながら10秒
間、側面4と接触させて被加工物1の端面8を仕上げ加
工した。研削加工を進めることによって側面4の形状に
崩れが生じ、良好な凸球面状の端面8が得られなくなっ
た場合、再びステージ22を移動し、加工砥石2と修正
工具3を接触させることで、側面4を正確な凹円弧形状
に容易に修正した。端面8に形成した球面の曲率半径
は、加工砥石2の側面4の凹円弧の曲率半径と等しく2
0mmで、表面粗さ0.08μmRmax以下の歪みの
ない滑らかな真円の断面形状の凸球面が得られた。
【0023】本実施例におて、被加工物1は円柱状のガ
ラス製フェルールを用いたが、第5図に示したフェルー
ル14をジルコニアセラミックス製、プラスチック製な
どとした物や、角柱状の被加工物1を用いても、端面8
に同様の良好な凸球面が得られた。なお、第3図に示す
ように、加工砥石2の側面4と修正工具3の作業面の走
行方向を直行させず、加工砥石2の側面作業面の走行方
向と修正工具3の回転中心軸がなす角度を10度傾けて
接触させた場合、側面4には凹楕円の断面形状が形成さ
れた。この側面4を用い、上述と同様の加工を実施した
結果、端面8は楕円の断面形状を有する凸面に加工でき
た。本実施例では、双方の作業面の傾きを10度とした
が、この角度を大きくするほど、離心率が大きい楕円の
断面形状が得られた。
【0024】以上の実施例における端面8の球面加工時
間は、従来の方法を用いて同程度の球面品質を得るまで
の時間と比較して、1/2以下に短縮された、さらに、
複数個の被加工物1を回転させながら、同時に側面4に
接触させて加工した場合、1本当たりの加工時間は、被
加工物が単数の場合に比べてさらに短縮可能となった。
また、工具交換に要するロスタイムも、従来の弾性シー
トと微細砥粒を用いた方法の1/50以下に低減でき
た。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では光ファイ
バコネクタ、ガラスやセラミックス、プラスチック等か
らなる単一材料、あるいは複合材料の端面を、従来の方
法と比較して短時間で高精度な凸球面に加工できる。ま
た加工工具の交換頻度を大幅に低減でき、球面加工の生
産性を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の球面加工装置の斜視図
【図2】本発明の球面加工装置の斜視図
【図3】本発明の球面加工装置の加工砥石と修正工具の
位置関係を示す平面図
【図4】本発明の球面加工装置の平面図
【図5】本発明の球面加工装置にて球面加工する光ファ
イバコネクタの概略構成図
【図6】(a),(b)従来の球面加工法を示す図
【符号の説明】
1 被加工物 2 加工砥石 3 修正工具 4 側面 5 研削液 6 電極 7 電源 8 端面 9 光ファイバ 10 ファイバ端面 11 回転砥石 12 砥粒 13 弾性シート 14 フェルール 15 振動減衰材 16 回転モータ 17 定切込み機構 18 定加圧機構 19 加工部カバー 20 反転モータ 21 チャック 22 ステージ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバコネクタやガラス、セラミッ
    クス、プラスチック等からなる柱状の材料やブロックの
    端面を、凸球面形状に鏡面加工する装置に於いて、被加
    工物端面を加工する加工砥石と、前記加工砥石の側面作
    業面の形状を整える修正工具と、前記被加工物と前記加
    工砥石と前記修正工具をそれぞれ回転させる機構と、前
    記加工砥石の側面作業面と前記修正工具の外周作業面を
    両者の走行方向が直交する状態で配置し該両者を接触さ
    せて前記加工砥石の側面作業面に凹円弧の断面形状を形
    成する移動機構と、前記加工砥石の側面作業面の凹円弧
    の曲率中心と前記被加工物の回転軸が前記加工砥石の回
    転中心を中心とする同心円上にくるように前記被加工物
    を配置し前記凹円弧状の側面作業面と前記被加工物を接
    触させる移動機構を有することを特徴とする球面加工装
    置。
  2. 【請求項2】 前記加工砥石の側面作業面の凹円弧の曲
    率中心と複数個の前記被加工物の回転軸が前記加工砥石
    の回転中心を中心とする同心円上にくるように前記複数
    個の被加工物を配置し、前記凹円弧状の側面作業面と前
    記複数個の被加工物を同時に接触させることを特徴とす
    る請求項1記載の球面加工装置。
  3. 【請求項3】 前記加工砥石の側面作業面の凹円弧の断
    面形状を形成する移動機構に於いて、前記加工砥石の側
    面作業面の走行方向と前記修正工具の回転中心軸がなす
    角度を0度から45度までの任意の角度を与えて前記加
    工砥石の側面作業面と前記修正工具を配置し、該両者を
    接触させて前記加工砥石の側面作業面に前記任意の角度
    によって離心率が変化する凹楕円弧の断面形状を形成さ
    せることを特徴とする請求項1記載の球面加工装置。
  4. 【請求項4】 前記加工砥石の側面作業面の凹楕円弧の
    図心と複数個の前記被加工物の回転軸が前記加工砥石の
    回転中心を中心とする同心円上にくるように前記複数個
    の被加工物を配置し、前記凹円弧状の側面作業面と前記
    複数個の被加工物を同時に接触させることを特徴とする
    請求項3記載の球面加工装置。
  5. 【請求項5】 メタルボンドからなる前記加工砥石の側
    面作業面の近傍に電解ドレッシング作用を付加するマイ
    ナス電極を前記複数個の被加工物と同数以下設け、かつ
    前記複数個の被加工物と交互になるよう概均等配分して
    設置したことを特徴とする請求項2又は請求項4記載の
    球面加工装置。
  6. 【請求項6】 前記被加工物を前記加工砥石の側面作業
    面に接触させる移動機構に於いて、前記移動機構と前記
    被加工物の間に振動減衰効果を有する弾性体を設けたこ
    とを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載
    の球面加工装置。
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