JPH10286772A - 研磨工具および研削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ポリシャ／砥石の各点の圧力を検出できる研磨
／研削工具を提供する。 【解決手段】研磨工具を例にとると、圧力センサ内蔵型
ホルダ２０と、ホルダ２０の下端部分に回転可能に取り
付けられた回転ポリシャ３０と、ホルダ２０に固定され
たモータ４０とを備え、モータ４０は、モータ本体から
回転ポリシャ３０に向かって突出した回転軸４１と、回
転軸４１の先端部分に取り付けられた駆動側ギヤ４３を
備え、回転ポリシャ３０は、被加工物に対向する面にポ
リシャ３３を有し、その背面側に、駆動側ギヤ４３にか
み合う受動側ギヤ３１が形成され、複数の圧力センサ２
２は、工具軸１０の延長線を囲むように各々が配置さ
れ、かつ、各々の圧力センサ２２は、自身の配置個所に
おける圧力を検出して、その結果を電気信号として出力
することを特徴とする研磨工具が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨用のポリシャ
あるいは研削用の砥石を被加工面に押し当て、これらを
相対的に移動させる加工作業に用いられる研磨／研削工
具に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、高精度で高品質な仕上げ面を必要
とする部品は、光学素子、射出成形用金型、金属鏡、結
晶体等、多岐にわたり、これに合わせて、研磨工具の開
発も盛んに行なわれている。

【０００３】従来の曲面研磨工具の一例を図３に示す。

【０００４】図３（ａ）において、１０１は被加工物、
１０２は研磨用のポリシャであり、ポリシャ１０２は、
支持軸１０３を介してエアーシリンダ１０４に押圧され
る。

【０００５】被加工物１０１の研磨を行なう場合には、
エアーシリンダ１０４を駆動してポリシャ１０２を被加
工面に押し当て、被加工物１０１をａ方向に２〜２００
ｒｐｍ程度の一定の速度で回転させる。この際、被加工
物１０１の回転抵抗により、ポリシャ１０２も同方向
（すなわち、ａ方向）に回転する。一方、被加工物１０
１に押し当てているポリシャ１０２は、さらに、所定の
曲面形状をたどるように被加工物１０１の半径方向（ｂ
方向）に動かしていく。このとき、ポリシャ１０２を支
える支持軸１０３が常にこの曲面形状に対して垂直にな
るように制御する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研磨装置においては、図３（ｂ）に示すように、研磨ポ
リシャ１０２が被加工物１０１の外周部に達して、その
一部が外周部からはみ出した際に、ポリシャ１０２にか
かる研磨圧力（荷重／接触面積）が大きくなってしま
う。この場合、外周部における研磨除去量が不安定にな
り、目的とする面精度を得ることができなくなる。ま
た、ポリシャ１０２の研磨圧力が大きくなると、その分
だけポリシャの研磨面も劣化する。

【０００７】研削作業についても、これと同様なことが
言える。

【０００８】このような問題点に鑑み、本発明は、高精
度な研磨／研削が行なえるよう、ポリシャ／砥石の各点
の圧力の検出が可能な研磨／研削工具を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の態様によれば、研磨用のポリシャを被
加工面に押し当て、前記ポリシャと前記被加工面とを相
対的に移動させて、被加工面の研磨を行なう研磨作業に
用いられる研磨工具において、前記ポリシャを保持する
ためのホルダと、前記ホルダに設けられ、前記ポリシャ
の押し当て力によって生じる圧力を各々が検出する複数
の圧力センサとを備えたことを特徴とする研磨工具が提
供される。

【００１０】上記目的を達成するための本発明の第２の
態様によれば、中空状の本体を有し、該本体の上端部分
が工具軸に固定され、かつ、該本体自身に複数の圧力セ
ンサが組み込まれた圧力センサ内蔵型ホルダと、前記ホ
ルダの本体の下端部分に回転可能に取り付けられた回転
ポリシャと、前記ホルダの本体の内側側面に固定された
モータとを備え、前記モータは、モータ本体から前記回
転ポリシャに向かって突出した回転軸と、該回転軸の先
端部分に取り付けられた駆動側ギヤを備え、前記回転ポ
リシャは、被加工物に対向する面にポリシャを有し、そ
の背面側に、前記回転軸の駆動側ギヤにかみ合う受動側
ギヤが形成され、前記複数の圧力センサは、前記工具軸
の延長線を囲むように各々が配置され、かつ、各々の圧
力センサは、自身の配置個所における圧力を検出して、
その結果を電気信号として出力することを特徴とする研
磨工具が提供される。

【００１１】上記目的を達成するための本発明の第３の
態様によれば、研削用の砥石を被加工面に押し当て、前
記砥石と前記被加工面とを相対的に移動させて、被加工
面の研削を行なう研削作業に用いられる研削工具におい
て、前記砥石を保持するためのホルダと、前記ホルダに
設けられ、前記砥石の押し当て力によって生じる圧力を
各々が検出する複数の圧力センサとを備えたことを特徴
とする研削工具が提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１３】図１には、本発明の一実施形態である研磨
工具１００が示されている。

【００１４】研磨工具１００は、工具軸１０に固定され
た圧力センサ内蔵型ホルダ２０と、圧力センサ内蔵型ホ
ルダ２０の下端部分に回転可能に取り付けられた回転ポ
リシャ３０と、圧力センサ内蔵型ホルダ２０の内側側面
に固定されたモータ４０とを有して構成される。

【００１５】圧力センサ内蔵型ホルダ２０は、中空の本
体２１と、本体２１に組み込まれた複数の圧力センサ２
２を有する。

【００１６】本体２１は、各部品が積み重なるようにし
て構成されており、具体的には、上端部分が工具軸１０
に固定された傘型のケーシング２３と、圧力センサ２２
を保持するための円筒状の弾性部材２４と、該弾性部材
２４の数分の一の厚さに形成された円環状のベース２５
と、回転ポリシャ３０を該ベース２５に回転可能に取り
付るためのスラストベアリング２６とから成る。

【００１７】圧力センサ２２は、例えば、上下のスペー
サ２２ａで圧電素子２２ｂを挟んだ構造のものであって
も構わない。本実施形態では、このタイプの圧力センサ
を８個備えている。これらの圧力センサは、研磨工具１
００の回転軸を中心とする円周上に互いに等間隔で配置
されている。圧力センサの個数は、被加工物の種類、大
きさ等に応じて増減すればよい。また、各圧力センサか
らは信号線６０が引き出されている。各信号線は、ここ
では図示省略したＮＣ制御装置９１に接続されている。
研磨作業中、圧力センサ２２の圧電素子は、周囲の弾性
部材２４と共に変形して圧力を検出し、その検出結果を
信号線６０を通してＮＣ制御装置９１に送信する。ＮＣ
制御装置９１は、８個の圧力センサ２２の各検出結果に
基づいて、回転ポリシャ３０の圧力分布を把握し、回転
ポリシャ３０の状態を把握する。例えば、ある圧力セン
サで測定された圧力が、他の圧力センサの測定結果より
も著しく低ければ、その部分が被加工物からはみ出して
いるということがわかる。弾性部材２４には、例えば、
軟質樹脂やゴム系の部材を使用する。なお、弾性部材２
４は、ダンパーの役割も果たしており、研磨工具１００
に衝撃が加わった場合に緩衝効果を発揮する。

【００１８】モータ４０は、モータ本体４１から回転ポ
リシャ３０に向かって突出した回転軸４２と、回転軸４
２の先端部分に取り付けられた駆動側ギヤ４３を備え
る。モータ本体４１は、図示省略した信号線を介してＮ
Ｃ制御装置９１に接続されており、ＮＣ制御装置９1か
ら出力される制御信号に基づいて回転数等が制御され
る。

【００１９】回転ポリシャ３０は、スラストベアリング
２６に取り付けられて、内周歯を駆動側ギヤ４３に噛み
合わせている受動側ギヤ３１と、受動側ギヤ３１に着脱
可能に取り付けられている台座３２と、台座３２に固定
されたポリシャ３３を有する。ポリシャ３３には、例え
ば、ピッチ、樹脂系ボンドに研磨剤を混合したもの、ポ
リウレタン等に研磨剤を含ませたものなどを用いる。な
お、本実施形態では、受動側ギヤ３１と台座３２を共に
金属で形成し、また、台座３２の上面部分にマグネット
（図示省略）を埋め込んでいるため、ポリシャ３３を台
座３２ごと取り外し、被加工物の種類に応じてポリシャ
種を変更することも可能である。また、特に図示しない
が、ポリシャの替わりに研削用の砥石が固定された台座
を用意しても構わない。このようにすれば、一つの工具
で、高精度微小研削から高精度仕上げ研磨まで、様々な
加工作業に対応することができるようになる。

【００２０】工具軸１０の途中には、ホルダ側に加わる
全加圧力を測定するための圧力センサー１１が設けられ
ている。圧力センサー１１の検出結果は、信号線６１を
通じてＮＣ制御装置９１に通知される。圧力センサー１
１は、ポリシャの圧力分布の検出処理に直接関連するも
のではないが、ホルダ側にかかる全圧力をモニターでき
るため、研磨工具の動作を制御するための制御情報の一
つとして利用することができる。

【００２１】工具軸１０の上端は、ボイスコイルモータ
等を駆動源とする圧力制御機構５０が連結されている。
圧力制御機構５０は、ＮＣ制御装置９１から与えられる
指示に基づいて、研磨工具１００を直動させる。

【００２２】図２には、研磨工具１００を搭載した研磨
装置９０と、研磨装置９０を制御するＮＣ制御装置９１
と、数値演算装置９２と、形状測定装置９３と、から成
る加工システムの一例が示されている。

【００２３】同図において、被加工物７０は、Ｗ軸回り
に回転するロータリーテーブル７１に固定されている。
ロータリーテーブル７１は、Ｘテーブル７２に載置され
ており、モータ７３の駆動によりＸ軸方向に直動する。
Ｘテーブル７２は、Ｙテーブル７４に載置されており、
モータ７５の駆動によりＹ軸方向に直動する。モータ７
３、７５は、信号線を介してＮＣ制御装置９１に接続さ
れている。このように、Ｗ軸回りに回転する被加工物７
０は、モータ７３、７５をＮＣ制御装置９１で制御する
ことでＸ―Ｙ平面上を自在に動かすことができるように
なっている。なお、後述する各モータもＮＣ制御装置９
１によって制御される。

【００２４】一方、モータ８０の駆動によりＺ軸方向
（Ｗ軸と同方向）に移動するＺフランジ８１には、モー
タ８２の駆動によりＢ軸回りに回転する回転フレーム８
３が取り付けられている。回転フレーム８３には、モー
タ８４の駆動によりＡ軸回りに回転する支持台８５が取
り付けられている。支持台８５には、前述した圧力制御
機構５０が固定されている。

【００２５】ＮＣ制御装置９１は、被加工物の形状を測
定し、目的の形状に対する形状精度を算出する形状測定
装置９３と、形状測定装置９３で算出された形状精度デ
ータに基づいて、 ＮＣ加工データを生成する数値演算
装置９２にネットワークを介して接続している。

【００２６】以上の加工システムを使用するにあたり、
作業者は、まず、形状測定装置９３で被加工物の形状測
定を行い、所望の形状に対する形状精度データを取得す
る。形状精度データは、ネットワークを介した自動転送
あるいは手作業により、数値演算装置９２に入力され
る。数値演算装置９２は、形状精度データをもとに、被
加工物を加工するための最適な研磨条件を算出すると共
に、形状誤差を修正するためのＮＣ加工データを生成し
てＮＣ制御装置９１に送出する。ＮＣ制御装置９１は、
モータ４０を駆動して研磨工具１００の回転ポリシャ３
０を回転させ、与えられたＮＣ加工データと、８個の圧
力センサ２２で検出した圧力に基づいて、Ｘ、Ｙ、Ｚ、
Ａ、Ｂ、Ｗ軸の６軸を同時制御して研磨工具１００の位
置を変えつつ、圧力制御機構５０で研磨工具１００の研
磨圧を調整し、被加工物７０を研磨する。そして、例え
ば、圧力センサー２２の出力値に変化が現れた場合は、
被加工面とポリシャとの接触面積に変化が生じたとし
て、圧力制御機構５０に制御信号を送り、ポリシャの研
磨圧（研磨荷重／接触面積）が変わらないように制御す
る。これにより、被加工物外周部まで安定した研磨加工
を行なうことができるようになる。

【００２７】

【発明の効果】本発明に係る研磨工具によれば、ポリシ
ャの各点の研磨圧を測定することができるので、被加工
物外周部におけるポリシャの動きを的確に制御できるよ
うになり、被加工物の中心部分から外周部まで安定した
研磨加工を行なうことができるようになる。

【００２８】また、被加工物の外周部分でポリシャがは
みだして過大な研磨圧がかかるといったこともないた
め、ポリシャの摩耗が少なく、研磨工具の長寿命化が期
待できる。

【００２９】本発明に係る研削工具でも、以上と同様な
効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研磨工具の一実施形態を示す概略
断面図。

【図２】図１に示した研磨工具を搭載した研磨装置と、
その周辺装置の構成例を示した構成図。

【図３】従来の研磨工具の一例を示した説明図。

【符号の説明】

１０：工具軸、１１：全加圧力測定用圧力センサ、２
０：圧力センサ内蔵型ホルダ、２１：本体、２２：圧力
センサ、２２ａ：スペーサ、２２ｂ：圧電素子、２３：
ケーシング、２４：弾性部材、２５：ベース、２６：ス
ラストベアリング、３０：回転ポリシャ、３１：受動側
ギヤ、３２：台座、３３：ポリシャ、４０：モータ、４
１：モータ本体、４２：回転軸、４３：駆動側ギヤ、５
０：圧力制御機構、６０：信号線、７０：被加工物、７
１：ロータリーテーブル、７２：Ｘテーブル、７３、７
５、８０、８２、８４：モータ、７４：Ｙテーブル、８
１：Ｚフランジ、８３：回転フレーム、８５：支持台、
９１：ＮＣ制御装置、９３：形状測定装置、９２：数値
演算装置、１００：研磨工具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研磨用のポリシャを被加工面に押し当て、
   前記ポリシャと前記被加工面とを相対的に移動させて、
   被加工面の研磨を行なう研磨作業に用いられる研磨工具
   において、 前記ポリシャを保持するためのホルダと、 前記ホルダに設けられ、前記ポリシャの押し当て力によ
   って生じる圧力を各々が検出する複数の圧力センサとを
   備えたことを特徴とする研磨工具。
2. 【請求項２】中空状の本体を有し、該本体の上端部分が
   工具軸に固定され、かつ、該本体自身に複数の圧力セン
   サが組み込まれた圧力センサ内蔵型ホルダと、 前記ホルダの本体の下端部分に回転可能に取り付けられ
   た回転ポリシャと、 前記ホルダの本体の内側側面に固定されたモータとを備
   え、 前記モータは、モータ本体から前記回転ポリシャに向か
   って突出した回転軸と、該回転軸の先端部分に取り付け
   られた駆動側ギヤを備え、 前記回転ポリシャは、被加工物に対向する面にポリシャ
   を有し、その背面側に、前記回転軸の駆動側ギヤにかみ
   合う受動側ギヤが形成され、 前記複数の圧力センサは、前記工具軸の延長線を囲むよ
   うに各々が配置され、かつ、各々の圧力センサは、自身
   の配置個所における圧力を検出して、その結果を電気信
   号として出力することを特徴とする研磨工具。
3. 【請求項３】研削用の砥石を被加工面に押し当て、前記
   砥石と前記被加工面とを相対的に移動させて、被加工面
   の研削を行なう研削作業に用いられる研削工具におい
   て、 前記砥石を保持するためのホルダと、 前記ホルダに設けられ、前記砥石の押し当て力によって
   生じる圧力を各々が検出する複数の圧力センサとを備え
   たことを特徴とする研削工具。