JPS63221966A - Noncontact polishing method - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To perform noncontact spherical polishing, by applying the cup wheel fitted with a ringlike elastic wheel at the tip to a workpiece at the specified oblique angle, rotating it at high speed while feeding polishing fluid to the inside under pressure, and rotating the workpiece. CONSTITUTION:The cup wheel installed in the tip of a ringlike elastic wheel 2 of an effective diameter D at a semicircular section in a radius (r) is applied to the workpiece W attached to a jig 5 at an oblique angle sin<-1>D/2/(R+ or -r), rotating it at high speed around a wheel spindle center A while feeding polishing fluid 8 to an internal space X from an inlet 7 under pressure, and the workpiece W is rotated around its axial center SIGMA. And, the workpiece is polished by abrasive grains running into a void between the elastic wheel 2 and the workpiece W. If so, it can be polished into a spherical surface in a radius R, and that the workpiece W different in the radius R is polishable with one elastic wheel having a set of D and (r) values. In addition, since it is of noncontact, occurrence of a scratch or a void or the like is checkable to the utmost.

Description

【発明の詳細な説明】 （７）技術分野 この発明は、球面を非接触で研磨する方法に関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (7) Technical Field The present invention relates to a method of polishing a spherical surface in a non-contact manner.

光学部品、たとえばレンズや球面ミラーなどの表面は球
面に研磨しなければならない。The surfaces of optical components, such as lenses and spherical mirrors, must be polished to a spherical surface.

研磨には、固定砥粒を用いるものと、遊離砥粒を用いる
ものがある。固定砥粒を用いるものは、砥石面に砥粒が
固着しである。このため、流体などを必要とせず、排液
処理の問題がなく、自動連続研磨に好適である。これは
接触研磨である。There are two types of polishing: fixed abrasive grains and free abrasive grains. When using fixed abrasive grains, the abrasive grains are fixed to the surface of the whetstone. Therefore, it does not require fluid or the like, and there is no problem with drainage treatment, making it suitable for automatic continuous polishing. This is contact polishing.

遊離砥粒によるものは、水などの流体の中に微細な砥粒
を混合し懸濁液としたものを用いる。砥石となる物体と
対象物が接触するものは接触研磨という。非接触のもの
を非接触研磨という。The one using free abrasive grains uses a suspension obtained by mixing fine abrasive grains in a fluid such as water. When the object that serves as the grindstone comes into contact with the object, it is called contact polishing. Non-contact polishing is called non-contact polishing.

非接触研磨法は、平面を研磨するのには適しているが、
球面を研磨するようにしたものはない。Non-contact polishing methods are suitable for polishing flat surfaces, but
There is no one designed to polish the spherical surface.

球面は接触研磨によって研磨されている。The spherical surface is polished by contact polishing.

げ）従来技術 レンズなど球面を持つ光学部品は、高精度の球面を持つ
ように研磨される必要がある。(G) Prior art Optical components with spherical surfaces, such as lenses, need to be polished to have highly accurate spherical surfaces.

レンズを研削するには、リセス皿という半球形の治具が
用いられる。リセス皿には、多数のリセスと呼ばれるレ
ンズ取付穴がある。この取付穴にレンズ素材を嵌込む。To grind the lens, a hemispherical jig called a recess plate is used. The recess plate has many lens mounting holes called recesses. Insert the lens material into this mounting hole.

さらに、円筒形のカップ砥石というものを用いる。この
砥石の先端は断面が半円状になっている。Furthermore, a cylindrical cup grindstone is used. The tip of this whetstone has a semicircular cross section.

リセス皿の頂点に砥石の円筒面の最上点が重なるように
砥石軸をリセス皿の主軸に対して傾けて支持する。The grindstone shaft is tilted and supported with respect to the main axis of the recess dish so that the highest point of the cylindrical surface of the grindstone overlaps the apex of the recess dish.

こうすると、リセス皿に嵌込まれたレンズ素材の表面の
包絡面に、砥石の先端円周部が接触する。In this way, the circumference of the tip of the grindstone comes into contact with the envelope surface of the lens material fitted into the recessed plate.

この状態で、砥石を軸まわりに回転する。リセス皿も回
転する。こうすると、砥石の半円断面の先端部がレンズ
表面の包絡面を均一に磨くことになる。In this state, the grindstone is rotated around the axis. The recess plate also rotates. In this way, the semicircular cross-section tip of the grindstone uniformly polishes the envelope surface of the lens surface.

このように、カップ型の砥石を傾けて回転し、レンズを
研削するという事はよく行なわれる。固定砥粒によるも
のであるから、研削という。In this way, lenses are often ground by rotating a cup-shaped grindstone at an angle. It is called grinding because it uses fixed abrasive grains.

レンズ面を遊離砥粒によって、さらに精度よく研磨する
必要がある。この場合は、みがき皿という半球状の皿を
用いる。これはリセス皿に取り付けたレンズの包絡面に
等しい面を持つ皿である。It is necessary to polish the lens surface with even higher precision using free abrasive grains. In this case, a hemispherical plate called a polishing plate is used. This is a dish with a surface equal to the envelope surface of the lens attached to the recessed dish.

このみがき皿をレンズ表面に接触させ、研磨砥粒を含む
流体を供給しながら、レンズ表面を研磨する。みがき皿
も、リセス皿も回転させるので、均一に研磨する事がで
きる。This polishing plate is brought into contact with the lens surface, and the lens surface is polished while supplying a fluid containing polishing abrasive grains. Since both the polishing plate and the recess plate are rotated, uniform polishing can be achieved.

レンズは多数枚をいちどに研磨する事もあるが１枚だけ
を研磨する事もある。１枚だけの場合はリセス皿が不要
である。１枚のレンズがリセス皿に対応する運動をする
。Sometimes multiple lenses are polished at once, but sometimes only one lens is polished. If there is only one plate, no recessed plate is required. One lens makes a movement corresponding to the recess plate.

いずれにしても、従来の球面の研磨は接触研磨であった
。In any case, conventional polishing of spherical surfaces has been contact polishing.

これに対して、非接触研磨法が提案されている。In response to this, a non-contact polishing method has been proposed.

森らが提案したＥＥＭは非接触研磨法のひとつである。EEM proposed by Mori et al. is one of the non-contact polishing methods.

森勇蔵、津和秀夫、杉山和久・精密機械Ｍｏｌ、４３Ｎ
０．５（１９７７）５４２ 森勇蔵、井川直哉、奥田徹、杉山和久・精密機械ｖｏ１
，４６　Ｎｏ、１２（１９８０）１５３７森勇蔵、井川
直哉、奥田徹、杉山和久、山内和人°精密機械ｖｏ１．
４９　Ｎｏ、１１（１９８Ｂ）１５４０１どに述べられ
ている。Yuzo Mori, Hideo Tsuwa, Kazuhisa Sugiyama, Precision Machinery Mol, 43N
0.5 (1977) 542 Yuzo Mori, Naoya Igawa, Toru Okuda, Kazuhisa Sugiyama, Precision Machinery vol.
, 46 No. 12 (1980) 1537 Yuzo Mori, Naoya Igawa, Toru Okuda, Kazuhisa Sugiyama, Kazuto Yamauchi° Precision Machinery vol.
49 No. 11 (198B) 15401, etc.

これは、ポリウレタンのような弾力性のある物体を研磨
液の中で回転させて、粒子に運動を与えて、この粒子に
より対象物を研磨させるものである。ポリウレタンと対
象物の間には狭い空隙が生じる。この空隙を研磨液が高
速で流□れる。この圧力のためにポリウレタンが歪み、
対象物に接触しないようになる。ポリウレタンに圧力を
加えても非接触である。接触してしまえば、研磨液が流
れすくするからである。研磨液が流れている限り、流量
は一定である。狭い流路では圧力が高まるので、ポリウ
レタンが圧力を受けて歪むわけである。In this method, an elastic object such as polyurethane is rotated in a polishing liquid to give motion to the particles, and the particles polish the object. A narrow gap is created between the polyurethane and the object. The polishing liquid flows through this gap at high speed. This pressure causes the polyurethane to warp.
Avoid contact with objects. Even if pressure is applied to polyurethane, there is no contact. This is because if they come into contact, the polishing liquid will flow less easily. As long as the polishing liquid is flowing, the flow rate is constant. As the pressure increases in narrow channels, the polyurethane becomes distorted under pressure.

こうして狭い流路が維持される。遊離砥粒が対象物に当
って、対象物表面の構造を除いてゆく。A narrow flow path is thus maintained. The free abrasive grains hit the object and remove the structure on the object's surface.

Ｅ　Ｅ　Ｍ　（Ｅｌａｓｔｉｃ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｍ
ａｃｈｉｎｉｎｇ　）と呼ばれる。これは平坦な対象物
（被研磨物、工作物）を、球形のポリウレタンで研磨す
るものである。工作物は動かず、ポリウレタン球が回転
する。E E M (Elastic Emission M
achining). This polishes a flat object (object to be polished, workpiece) with spherical polyurethane. The workpiece does not move, but the polyurethane ball rotates.

非接触研磨であるので、研磨後の面の平坦性は極めて良
い。しかし、工作物が平坦でなければならない。そうで
なければ、ポリウレタン球が工作物の表面を均等に走査
するという事ができないし、研磨液を工作物表面へ均等
に分布させるという事ができないからである。Since it is non-contact polishing, the flatness of the surface after polishing is extremely good. However, the workpiece must be flat. Otherwise, the polyurethane sphere would not be able to evenly scan the surface of the workpiece, and the polishing liquid would not be evenly distributed over the workpiece surface.

森らのＥＥＭは、弾性球体を回転する事により接線方向
の流れを生じさせ、これによって圧力を高め、球体を工
作物から離隔させるものであった。Mori et al.'s EEM created a tangential flow by rotating an elastic sphere, which increased the pressure and separated the sphere from the workpiece.

その後いくつかの非接触研磨法が提案されている。Since then, several non-contact polishing methods have been proposed.

雑波らによって提案されたフロートボリツシングも非接
触研磨法である。Float botting proposed by Sanami et al. is also a non-contact polishing method.

ワークホルダの下面に工作物をはりつけ、定盤の偏心位
置に置く。研磨液を定盤の上へ供給しながら、ワークホ
ルダと定盤との両方を回転させる。Attach the workpiece to the bottom of the work holder and place it on the eccentric position of the surface plate. Both the work holder and the surface plate are rotated while supplying the polishing liquid onto the surface plate.

ワークホルダが回転するので、流体がこれにつれて回転
し、流体の動圧力がワークホルダの下面に生じる。ワー
クホルダは回転力を与えるが、上下方向変位が可能であ
るように支持しである。As the work holder rotates, the fluid rotates with it and a dynamic fluid pressure is created on the underside of the work holder. The work holder provides rotational force, but is supported so that it can be displaced in the vertical direction.

流体の動圧力によって、ワークホルダが浮き上り、定盤
と工作物が非接触となる。遊離砥粒が工作物の表面に当
たる。これにより表面の原子が除かれてゆく。The work holder rises due to the dynamic pressure of the fluid, and the surface plate and workpiece become non-contact. Loose abrasive grains hit the surface of the workpiece. This removes atoms from the surface.

非接触研磨にするためには、流体の圧力を利用して、砥
石、定盤などが工作物から離れるようにしなければなら
ない。In order to perform non-contact polishing, fluid pressure must be used to separate the grinding wheel, surface plate, etc. from the workpiece.

ＨＥＭでは弾力性のあるポリウレタンの弾性変形を用い
ている。フロートポリッシュではワークホルダの上下変
位を自由にする事によって、工作物が、定盤から離隔す
るようになっている。HEM uses elastic deformation of elastic polyurethane. In float polishing, the workpiece is separated from the surface plate by allowing the work holder to move freely up and down.

フロートポリッシュの場合、ワークホルダの裏面に工作
物を貼りつけ、これを回転させるのであるから、工作物
が平坦でなければならないのは当然のことである。In the case of float polishing, the workpiece is attached to the back of the work holder and rotated, so it goes without saying that the workpiece must be flat.

り）発明が解決すべき問題点 非接触研磨法は、研磨速度が遅いという欠点があるが、
研磨仕上後の平坦度が極めて良いという長所がある′。ri) Problems to be solved by the invention The non-contact polishing method has the disadvantage of slow polishing speed.
It has the advantage of extremely good flatness after polishing.

しかし、非接触研磨法は、対象となる工作物が平面であ
るものに限られている。However, the non-contact polishing method is limited to flat workpieces.

ＥＥＭの場合は、ＮＣと組合わせ、ポリウレタンボール
の走査を任意の曲面に沿わせる事ができるかもしれない
。しかし、ＥＥＭは、ポリウレタン球の一点接触による
研磨であるから、曲面の研磨には非能率である。曲面を
連続的に走査しなければならないが、ＮＣによるとこれ
ができない。In the case of EEM, it may be possible to scan the polyurethane ball along any curved surface by combining it with NC. However, EEM is inefficient for polishing curved surfaces because it polishes by single-point contact with a polyurethane ball. The curved surface must be continuously scanned, but this is not possible with NC.

三次元的な走査が可能であるが、ディスクリートな走査
になり、連続走査ができない。Three-dimensional scanning is possible, but the scanning is discrete and continuous scanning is not possible.

球面は既に述べたように接触研削、接触研磨がなされて
いる。これは２つの回転を組合わせたものである。リセ
ス皿やレンズのように球面を持つ工作物は自らの主軸の
まわりに回転する。カップ型の砥石は、工作物主軸に対
して傾斜して設けられ、砥石軸のまわりに回転する。As already mentioned, the spherical surface is contact ground and polished. This is a combination of two rotations. Workpieces with spherical surfaces, such as recess plates and lenses, rotate around their own principal axis. The cup-shaped grindstone is provided at an angle with respect to the main axis of the workpiece, and rotates around the grindstone axis.

２種類の回転によって球面が均一に研磨されてゆく。The two types of rotation uniformly polish the spherical surface.

球面の研磨を非接触で行なう事ができないのは理由のあ
る事である。There is a reason why spherical surfaces cannot be polished without contact.

非接触とするためには、工作物と砥石（又は定盤）とを
離隔させなければならない。外部的手段で離隔させたの
では役に立たない。研磨液による流体圧によって工作物
と砥石とを離隔させなければならない。In order to achieve non-contact, the workpiece and grindstone (or surface plate) must be separated. Isolation by external means is of no use. The workpiece and the grindstone must be separated by fluid pressure from the polishing liquid.

流体圧によって離隔したとき、研磨液が工作物に当たり
、砥粒が、工作物表面を擦ってゆくことができる。When separated by fluid pressure, the polishing fluid impinges on the workpiece and the abrasive grains are able to scrape across the workpiece surface.

工作物と砥石とを流体圧によって離隔するためには、砥
石と工作物の接触面の全体に於て流体圧をほぼ等しい値
に維持しなければならない。In order to separate the workpiece and the grinding wheel by means of fluid pressure, the fluid pressure must be maintained at approximately the same value over the entire contact surface between the grinding wheel and the workpiece.

平坦な工作物であればこれは簡単であるが、球面の工作
物の場合、これは難しい。This is easy for flat workpieces, but difficult for spherical workpieces.

流体圧をほぼ等しい値にするには、液体がまず一様に存
在しなければならない。また流体の運動と砥石の運動と
が一致してはならない。球面を研磨する場合、これは難
しい条件となる。In order for the fluid pressures to be approximately equal, the liquid must first be uniformly present. Furthermore, the movement of the fluid and the movement of the grindstone must not coincide. This is a difficult condition when polishing a spherical surface.

に）　　目　　　　　　　的 非接触球面研磨機を提供する事が本発明の目的である。) eyes It is an object of the present invention to provide a non-contact spherical polisher.

（イ）構　成 第１図は、本発明の非接触球面研磨を行なうための装置
の構成図である。(a) Configuration FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus for performing non-contact spherical polishing of the present invention.

球面を研磨するために、カップホイールを使う点は、従
来の接触球面研磨の場合と変わらない。The use of a cup wheel to polish the spherical surface is the same as in conventional contact spherical polishing.

カップホイールは、砥石本体１と、砥石本体１の先端に
貼りつけたリング状の弾性ホイール２と、砥石本体１の
中心に固着された砥石軸３とよりなっている。The cup wheel consists of a grindstone body 1, a ring-shaped elastic wheel 2 attached to the tip of the grindstone body 1, and a grindstone shaft 3 fixed to the center of the grindstone body 1.

弾性ホイールの先端部４は断面が半円状になっている。The tip 4 of the elastic wheel has a semicircular cross section.

接触研磨の場合ホイールは剛体で作られているが、ここ
では弾性のある材料で作ることとする。In contact polishing, the wheel is made of a rigid body, but here it is made of an elastic material.

砥石本体１の中心に固着された砥石軸３によって砥石は
高速回転する事ができる。砥石軸芯をＡで表わす。The whetstone can be rotated at high speed by the whetstone shaft 3 fixed to the center of the whetstone body 1. The center of the grinding wheel is represented by A.

被加工物Ｗは球面を持っている。球面の部分を研磨する
ことが目的である。ここでは半球面が図示されているが
、そうでなくてもよい。レンズのように球面の一部分で
あってもよいのである。被加工物Ｗの中心からみた立体
角の大きさは任意である。The workpiece W has a spherical surface. The purpose is to polish the spherical surface. Although a hemispherical surface is illustrated here, this need not be the case. It can also be a part of a spherical surface like a lens. The size of the solid angle viewed from the center of the workpiece W is arbitrary.

被加工物Ｗは円形の被加工物治具５の上に、軸芯Σと、
被加工物の軸芯とが合致するように固着されている。The workpiece W is placed on a circular workpiece jig 5 with an axis Σ,
It is fixed so that it aligns with the axis of the workpiece.

被加工物治具５は被加工物回転軸６によって回転可能に
支持されている。The workpiece jig 5 is rotatably supported by a workpiece rotation shaft 6.

被加工物回転軸６の軸芯をΣとする。The axis of the workpiece rotating shaft 6 is assumed to be Σ.

砥石軸芯Ａと被加工物軸芯Σとは中心Ｏで交差し、ここ
で角θをなす。The grindstone axis A and the workpiece axis Σ intersect at the center O and form an angle θ there.

傾角ｅは、被加工物Ｗの半径Ｈによって一義的に決定さ
れる。The inclination angle e is uniquely determined by the radius H of the workpiece W.

これは、次のような拘束条件が課される事による。This is due to the following constraint conditions being imposed.

被加工物Ｗの頂点をＦとする。つまり、被加工物軸芯Σ
と被加工物面の交点をＦとするのである。Let F be the apex of the workpiece W. In other words, the workpiece axis Σ
Let F be the intersection of the surface of the workpiece and the surface of the workpiece.

カップ砥石の弾性ホイール２が最上点にある時、弾性ホ
イール２が被加工物Ｗの頂点Ｆに接触しなければならな
い。もしもそうでなければ、頂点Ｆには弾性ホイール２
が接近するチャンスがなく、頂点Ｆを研磨する事ができ
ないからである。When the elastic wheel 2 of the cup grinding wheel is at the highest point, the elastic wheel 2 must contact the apex F of the workpiece W. If not, there is an elastic wheel 2 at the vertex F.
This is because there is no chance for the apex F to approach, and the apex F cannot be polished.

弾性ホイール２の端部の半円弧の中心を、最上点でＰ１
最下点でＱとする。The center of the semicircular arc at the end of the elastic wheel 2 is at the top point P1
Let Q be the lowest point.

さきほどの拘束条件から、線分ＯＰの上に頂点Ｆが存在
しなければならない。From the previous constraint condition, the vertex F must exist on the line segment OP.

線分ＯＱと被加工物Ｗの面との交点をＥとする。Let E be the intersection of the line segment OQ and the surface of the workpiece W.

線分ＰＱ、と砥石軸芯Ａの交点をＭとする。△ＯＰＱは
二等辺三角形である。半径ＯＦをＲとする。Let M be the intersection of line segment PQ and grindstone axis A. ΔOPQ is an isosceles triangle. Let R be the radius OF.

弾性ホイール２の先端部の半円弧の半径をｒとする。Let r be the radius of the semicircular arc at the tip of the elastic wheel 2.

弾性ホイールの有効直径をＤとすると、ＱＥ＝Ｑｐ’＝
ｌ’（（１） Ｆ　Ｐ　＝　Ｅ　Ｑ　＝　ｒ　　　　　　　　　　　　
　　（２）ＰＱ＝Ｄ（３） である。△ＯＭＰの斜角がＯであるのでとなる。ただし
、正符号は被加工物が凸球面である場合に対応する。負
符号は被加工物が凹球面である場合に対応する。If the effective diameter of the elastic wheel is D, then QE=Qp'=
l'((1) F P = E Q = r
(2) PQ=D(3). This is because the oblique angle of ΔOMP is O. However, the positive sign corresponds to the case where the workpiece is a convex spherical surface. The negative sign corresponds to the case where the workpiece is a concave spherical surface.

この図は凸球面を例示しているが、凹球面の研磨にも使
用できるのは明らかである。Although this figure illustrates a convex spherical surface, it is clear that it can also be used to polish concave spherical surfaces.

（４）式で分るとおり、ひとつの（Ｄ、ｒ）の値の組を
もつ弾性ホイールによって、半径Ｈの異なる被加工物Ｗ
を研磨する事ができる。As can be seen from equation (4), the workpieces W with different radii H can be
can be polished.

このような装置は接触球面研磨に於て既に用いられてお
り実績がある。Such equipment has already been used in contact spherical polishing and has a proven track record.

ここでは、非接触研磨を行なうのである。Here, non-contact polishing is performed.

このために、ホイールを弾性ホイールとして、歪みやす
くしている。研磨液の全圧力によって歪むのであるから
、弾性ホイールでなければならないが、もうひとつ、重
要なことは研磨液の流れである。For this purpose, the wheels are made of elastic wheels to make them easily distorted. Since it is distorted by the total pressure of the polishing liquid, it must be an elastic wheel, but another important thing is the flow of the polishing liquid.

研磨液８は、砥石軸３の中心を抜いて設けた液流入ロア
から、砥石の内部空間Ｘの中へ圧力をかけて送りこまれ
る。The polishing liquid 8 is fed under pressure into the internal space X of the grindstone from a liquid inlet lower provided at the center of the grindstone shaft 3.

砥石と被加工物とによって囲まれた内部空間Ｘへ研磨液
８が流入する。Polishing liquid 8 flows into the internal space X surrounded by the grindstone and the workpiece.

研磨液８は、弾性カップホイール２と被加工物Ｗの表面
との接触部から外部へ流出する。The polishing liquid 8 flows out from the contact portion between the elastic cup wheel 2 and the surface of the workpiece W.

（至）作　用 この時に研磨液の圧力により弾性カップホイール２が撓
み、空間が生じる。この空間によって非接触研磨が実現
される。(To) Operation At this time, the elastic cup wheel 2 is bent by the pressure of the polishing liquid, creating a space. This space enables non-contact polishing.

この圧力の内容が、従来の非接触研磨法と異なる。動圧
力によって非接触にするのではナク、むしろ静圧力によ
って非接触にするのである。The content of this pressure is different from conventional non-contact polishing methods. It is not possible to make contact by dynamic pressure, but rather by static pressure.

液体のエネルギーＵは Ｕ　＝　ρｇｈ　＋　”ρｖ”　＋　Ｐ　　　　　　（
５）によって与えられる。ρは密度、ｇは重力加速度、
Ｖは速度、Ｐは圧力である。The energy U of the liquid is U = ρgh + “ρv” + P (
5) is given by ρ is density, g is gravitational acceleration,
V is velocity and P is pressure.

この内、Ｐを静圧力、ρｖ２／２を動圧力という事があ
る。Among these, P is sometimes referred to as static pressure, and ρv2/2 is sometimes referred to as dynamic pressure.

従来の非接触研磨法は、上方の開いた空間に研磨液を入
れていた。このため、静圧力を高めるという事ができな
い。静圧力Ｐは１気圧でしかない。In conventional non-contact polishing methods, a polishing liquid is placed in an open space above. For this reason, static pressure cannot be increased. The static pressure P is only 1 atmosphere.

ｇＥＭに於ては、ポリウレタン球を高速回転させ、粘性
によって球に付いてくる液体に速度Ｖを与え、Ｖを高め
てゆきながら、液体と被加工物の間へ導いてゆく。この
ため、大きい動圧力ρｖ２／２を得る事ができるのであ
る。この圧力によって、ポリウレタン球を被加工物から
浮くようにしている。In gEM, a polyurethane sphere is rotated at high speed, giving a velocity V to the liquid attached to the sphere due to its viscosity, and guiding it between the liquid and the workpiece while increasing V. Therefore, a large dynamic pressure ρv2/2 can be obtained. This pressure causes the polyurethane sphere to float away from the workpiece.

ＥＥＭに於て、研磨液が自由表面（大気に接する）を持
つから、Ｐは１気圧なのである。変化するのは動圧力ρ
デ／２である。大きい動圧力を得るためにポリウレタン
球を高速回転′シナければならない。In EEM, P is 1 atmosphere because the polishing liquid has a free surface (in contact with the atmosphere). What changes is the dynamic pressure ρ
It is D/2. In order to obtain a large dynamic pressure, the polyurethane sphere must be rotated at high speed.

この点はフロートポリッシュでも全く同じである。自由
空間に研磨液がある。このため、静圧Ｐは１気圧である
。ワークホルダと定盤とを回転することにより、粘性を
通じて液体を加速し、動圧力ρｖ／２を得ている。動圧
力によって、ワークホルダを浮き上らせているのである
。This point is exactly the same with float polish. There is polishing liquid in free space. Therefore, the static pressure P is 1 atmosphere. By rotating the work holder and the surface plate, the liquid is accelerated through viscosity and a dynamic pressure ρv/2 is obtained. The work holder is lifted up by dynamic pressure.

ところが本発明に於ては、動圧力ではなく、静圧力を主
に利用する。液流入ロアから往道した液体は加圧液体で
ある。つまり、Ｐが大きいのである。１気圧ではない。However, in the present invention, static pressure is mainly used instead of dynamic pressure. The liquid that goes out from the liquid inlet lower is pressurized liquid. In other words, P is large. It's not 1 atm.

２〜５気圧にするのは容易なことである。It is easy to set the pressure to 2 to 5 atmospheres.

静圧力によって、弾性カップホイールの外縁を被加工物
Ｗから浮き上らせる。こうして、弾性カップホイールを
被加工物に対し非接触に維持する。The outer edge of the elastic cup wheel is lifted off the workpiece W by the static pressure. This keeps the resilient cup wheel out of contact with the workpiece.

なぜ動圧力が利用できないか？という理由を説明する。Why can't dynamic pressure be used? The reason for this will be explained.

砥石の運動についてまず考える。First, consider the motion of the grindstone.

これは、砥石軸芯Ａに関して、回転対称であるリング状
の弾性ホイール２を持っている。これは接線方向に液体
を加速する事ができる。接線方向に加速した流体の流線
は当然接線方向である。It has a ring-shaped elastic wheel 2 which is rotationally symmetrical with respect to the grinding wheel axis A. This can accelerate the liquid in the tangential direction. The streamlines of fluid accelerated in the tangential direction are naturally tangential.

この流体の流線がホイールのリング状外縁を横ぎらない
ので、流路が狭くなって、流速が急激に上る、という事
がない。Since the streamlines of this fluid do not cross the ring-shaped outer edge of the wheel, the flow path does not become narrow and the flow speed does not increase rapidly.

カップ型の砥石を軸まわりに回転しても、液体に大きい
動圧力を与える事ができない。Even if a cup-shaped grindstone is rotated around its axis, it cannot apply large dynamic pressure to the liquid.

次に、被加工物の回転であるが、これは、比較的広い空
間Ｘにある液体を殆ど加速する事ができない。粘性の作
用は極めて薄い層にしか及ばないからである。Next, regarding the rotation of the workpiece, it is hardly possible to accelerate the liquid in the relatively wide space X. This is because the effect of viscosity affects only extremely thin layers.

Ｍ点（中点）の同一緯度にあたる２点、つまり、ホイー
ルの回転と、被加工物の回転方向がほぼ直交する２点で
は、被加工物の回転によって、液体を加速できる。しか
し、半径ｒのホイール外縁が回転−ｊるわけではないの
で、やはり加速が十分でない。それに、狭い空間が生じ
にくいので、粘性の働く面積が狭い。At two points at the same latitude of point M (midpoint), that is, two points where the rotation direction of the wheel and the rotation direction of the workpiece are substantially orthogonal, the liquid can be accelerated by the rotation of the workpiece. However, since the outer edge of the wheel with radius r does not rotate -j, the acceleration is still insufficient. In addition, since narrow spaces are less likely to occur, the area where viscosity acts is narrow.

ＨＥＭの場合、ウレタン球の半径が大きいほど圧力が高
まる領域が長くなり、動圧力も大きくｌる。それゆえ、
直径が５０〜７０闘程度のウレタン球を使う。In the case of HEM, the larger the radius of the urethane sphere, the longer the area where pressure increases, and the greater the dynamic pressure. therefore,
Use a urethane ball with a diameter of about 50 to 70 mm.

本発明の場合、これが弾性カップホイールの先端の円弧
半径ｒに対応する。直径に直しても、これは５ｍ程度で
ある。In the case of the present invention, this corresponds to the arc radius r of the tip of the elastic cup wheel. Even if you convert it into a diameter, this is about 5 meters.

こういうわけで、被加工物の回転運動も、液体を加速す
る事ができない。For this reason, the rotational movement of the workpiece cannot accelerate the liquid either.

それで、動圧力に代えて、静圧力を用いる。Therefore, static pressure is used instead of dynamic pressure.

静圧力によって、ホイールが被加工物から浮き上る。こ
のため非接触研磨になる。Static pressure causes the wheel to lift off the workpiece. This results in non-contact polishing.

研磨砥粒が被加工物Ｗに当って表面を研磨してゆくとい
う作用は、従来の非接触研磨法と同様である。The effect that the abrasive grains hit the workpiece W and polish the surface is similar to the conventional non-contact polishing method.

ホイールと、被加工面の間隙を、液中の微細粒チが面に
対しほぼ平行に流れる。微細粒子（研磨砥粒）が被加工
面に衝突することにより非接触微小加工ができる。Fine particles in the liquid flow through the gap between the wheel and the surface to be machined, almost parallel to the surface. Non-contact micromachining is possible by colliding fine particles (abrasive grains) with the surface to be machined.

砥粒の粒径は１０八〜１００ＯＡ程度である。The grain size of the abrasive grains is about 108 to 100 OA.

カップホイールは、被加工物に向う方向に押圧力が加え
られている。この圧力と液体の全圧力（主に静圧力）が
つりあう位置でカップホイールの位置がきまる。つまり
、間隙の大きさが決まる。A pressing force is applied to the cup wheel in the direction toward the workpiece. The position of the cup wheel is determined by the position where this pressure and the total pressure of the liquid (mainly static pressure) are balanced. In other words, the size of the gap is determined.

弾性ホイール２は、ＥＥＭのように、弾性を必須要件と
しているものと異なり、より剛性の高いものであってよ
い。ポリウレタンでもよいが、より硬いテフロンでもよ
い。酸、アルカリに強い材料である程度の剛性があつに
方がよい。The elastic wheel 2 may have higher rigidity, unlike an EEM, which requires elasticity. Polyurethane may be used, but harder Teflon may also be used. It is better to use a material that is resistant to acids and alkalis and has a certain degree of rigidity.

しかし、全くの剛体であってはならない。However, it must not be completely rigid.

カップホイールと被加工物とが全く密合できるように、
完全な球、円環であればよい。しかし、いずれにも寸法
誤差があるはずである。被加工物とカップホイールを接
触させた時に、接触しない部分もあれば、接触する部分
もある。To ensure that the cup wheel and workpiece are in close contact with each other,
It only needs to be a perfect sphere or ring. However, there must be dimensional errors in both cases. When the workpiece and the cup wheel are brought into contact, some parts do not come into contact, while others do.

こういつ場合に、内部空間に研磨液を注入しに時、カッ
プホイールの周縁から出る液の量が不均一になり、発生
する圧力が一様でないようになる。In this case, when the polishing liquid is injected into the internal space, the amount of liquid coming out from the periphery of the cup wheel becomes uneven, and the pressure generated becomes uneven.

剛体のホイールの場合、寸法誤差による圧力差を補償す
る事ができない。In the case of a rigid wheel, pressure differences due to dimensional errors cannot be compensated for.

カップホイールが弾性をもっていれば、強い圧力を受け
る部分は強く撓み、圧力を下げる。こうしてカップホイ
ールの周縁での圧力が均衡する。If the cup wheel has elasticity, the parts that receive strong pressure will flex strongly, reducing the pressure. This balances the pressure at the periphery of the cup wheel.

このように、ホイールが弾性でなければならない理由も
、ＥＥＭの場合とは異なっている。Thus, the reason why the wheel has to be elastic is also different than in EEM.

ＥＥＭの場合、ボールが弾性を持っていないと、流体の
流れが止まってしまい、動圧力を発生させる事ができな
い。In the case of EEM, if the ball does not have elasticity, the fluid flow will stop and dynamic pressure cannot be generated.

本発明の場合、圧力は、ポンプなどの装置によって与え
られ、動圧力を殆ど必要としない。圧力を発生させるの
ではナク、圧力を均一にするために、本発明ではホイー
ルが弾性体でなければならないのである。In the case of the present invention, pressure is provided by a device such as a pump, and little dynamic pressure is required. It is not necessary to generate pressure; in order to equalize the pressure, the wheel in the present invention must be made of an elastic body.

（１）実施例 レンズなどを研削する横型カーブジェネレータ機を使用
し、本発明の思想に従って、ガラスを球面研磨した。通
常の研削用のカップ砥石のかわりに、先端のリング部分
がテフロンで作られたカップホイールを用意した（Ｄ＝
９０ｍｍ、ｒ　＝　２．５Ｍ　）。(1) Example Glass was polished into a spherical surface according to the idea of the present invention using a horizontal curve generator machine for grinding lenses and the like. Instead of a normal cup whetstone for grinding, we prepared a cup wheel with a ring at the tip made of Teflon (D=
90mm, r = 2.5M).

これを砥石回転軸に着装した。This was attached to the whetstone rotating shaft.

研磨液は回転主軸を通して、カップホイールとガラスで
形成される内部空間Ｘへ導入する事にしく２０） 六〇 被加工物としては、ＢＫ−ガラス製のレンズを選んだ。The polishing liquid was introduced into the internal space X formed by the cup wheel and glass through the rotating main shaft.20) A lens made of BK-glass was selected as the workpiece.

このレンズはφ５”　のレンズであって、予めＲ＝　８
５６．４Ｍの曲率半径に前加工しである。加工面の精度
は１０ニュートン本、面粗さは５００ＡＲａであった。This lens is a φ5” lens, and R=8 in advance.
Pre-processed to a radius of curvature of 56.4M. The precision of the machined surface was 10 newtons, and the surface roughness was 500 ARa.

このレンズを、カーブジェネレータ機のレンズ保持皿に
取りつけた。This lens was attached to the lens holding dish of a curve generator machine.

研磨液は、純水に０．０１μｍＡｔ２０３微粉末を５ｗ
ｔ％分散させたものである。カップホイールの中心軸か
ら研磨液を内部空間へ流入させる。これは受は皿によっ
て集め、ポンプを通して、再びカップホイールへ循環さ
せるようにしである。The polishing liquid is 5W of 0.01μm At203 fine powder in pure water.
t% dispersed. The polishing liquid is caused to flow into the internal space from the central axis of the cup wheel. This is done so that the catch is collected by a tray, passed through a pump, and circulated back to the cup wheel.

被加工物治具すなわちレンズ保持皿は、１０ｒｐｍ程度
で低速回転させた。The workpiece jig, ie, the lens holding plate, was rotated at a low speed of about 10 rpm.

カップホイールは、８０００ｒｐｍ　〜１２００Ｏｒｐ
ｍまで、速度を変化させる事ができる。カップホイール
の回転数を、ひとつのパラメータとした。Cup wheel is 8000rpm ~ 1200orp
The speed can be varied up to m. The number of rotations of the cup wheel was used as one parameter.

カップホイールは、レンズに対して一定圧力で押しつけ
られている。Ｒ＝　８５６．８６Ｍ　、　Ｄ　＝　９０
ｍｍ　。The cup wheel is pressed against the lens with constant pressure. R=856.86M, D=90
mm.

ｒ　＝　２．５鵬であるので、ホイール軸芯Ａと被加工
物軸芯Σとの斜角θは７．２０４°とした。Ｒ＝　８５
６．８６ｍｍというのは仕上げの曲率半径である。前加
工でＲ＝８５６．４Ｍｍとしているので、０．０４齢の
厚さだけ研磨することになる。Since r = 2.5, the oblique angle θ between the wheel axis A and the workpiece axis Σ was set to 7.204°. R=85
6.86 mm is the finished radius of curvature. Since R=856.4 mm in the pre-processing, only the thickness of 0.04 years is required for polishing.

以上の如く条件を設定し、研磨加工を行なつ六〇加工能
率は、カップホイールの回転数に比例して上昇する。し
かし７０００〜８０００ｒｐｍ以上になると、ホイール
の精度や研磨液の供給が不均一となることが分った。こ
の実施例の場合、ホイール回転数が６００Ｏｒｐｍに於
て最適加工条件が得られた。When the conditions are set as described above and polishing is performed, the processing efficiency increases in proportion to the number of rotations of the cup wheel. However, it was found that when the speed exceeds 7,000 to 8,000 rpm, the precision of the wheel and the supply of polishing liquid become uneven. In the case of this example, the optimum processing conditions were obtained when the wheel rotation speed was 600 rpm.

この最適加工条件で、Ｒ＝　８５６．４ＭからＲ＝８５
６．８６ａｎ　　の仕上げ値にまで加工するのに２０時
間を要した。With this optimal processing condition, R = 856.4M to R = 85
It took 20 hours to process to a finish value of 6.86 an.

仕上げられた面の状態は、面精度が０．５ニユ一トン本
、面粗さが１８．６ＡＲａであった。曲率半径Ｈの精度
は±０．００５μｍ以下であった。優れた平坦度の研磨
面であるといえる。キズなども全くなかった。The finished surface had a surface accuracy of 0.5 new tons and a surface roughness of 18.6 ARa. The accuracy of the radius of curvature H was ±0.005 μm or less. It can be said that the polished surface has excellent flatness. There were no scratches at all.

一方、カップホイールの先端に、摩耗、変形が全く見ら
れなかった。On the other hand, no wear or deformation was observed at the tip of the cup wheel.

り）効　果 本発明によって、非接触球面研磨が可能になつ六〇非接
触研磨である事、球面研磨である事から、次のような利
点がある。Effects The present invention enables non-contact spherical polishing.60 Since it is non-contact polishing and spherical polishing, it has the following advantages.

（１）非接触であるので、スクラッチやボイドなどの発
生を極力抑える事ができる。(1) Since it is non-contact, the occurrence of scratches and voids can be minimized.

微細粒子の衝突によって表面が加工されるから、被加工
物に与えるダメージが少ない。このため研磨加工にはつ
きものの加工変質層が少ない。Since the surface is processed by the collision of fine particles, there is little damage to the workpiece. For this reason, there is little process-altered layer which is inherent in polishing process.

（１１）非接触であるので、工具の摩耗が少ない。工具
寿命が著しく伸びる。(11) Since there is no contact, there is less wear on the tool. Tool life is significantly extended.

再現性も良好であって、面精度の維持が容易である。The reproducibility is also good, and it is easy to maintain surface accuracy.

（川）カップホイールの径（Ｄ）を大きくすることで、
大面積の球面を一度に加工することができる。(River) By increasing the diameter (D) of the cup wheel,
A large area of spherical surface can be processed at once.

加工能率が高まる。Processing efficiency increases.

これは、接触球面研削の場合にも同じことがいえるが、
ＥＥＭに比べて加工能率が高い事を（あ） 意味している。The same can be said for contact spherical grinding,
(a) This means that the machining efficiency is higher than that of EEM.

４Ｖ）研磨液、或はカップホイールの材質を適当に選ぶ
ことにより、優れた面精度の研磨面が得られる。4V) By appropriately selecting the polishing liquid or the material of the cup wheel, a polished surface with excellent surface accuracy can be obtained.

Ｍ　Ｅ　Ｅ　Ｍのように工具を回転させながら走査する
、というものではないから、大がかりな機械は不要であ
る。カーブジェネレータ機一台を用いるだけでよい。装
置全体がコンパクトである。Since it does not scan while rotating the tool like MEEM, there is no need for a large-scale machine. Only one curve generator machine is required. The entire device is compact.

（ｖｌｌ加工液の粒子の大きさを粒度の粗いもの（Ｔｈ
ｍφ）から粒度の細いもの（１／数百μｍφ）まで、数
段階に分けて、少しずつ細かくしてゆくことにより、同
じ装置を用いて研削から研磨まで全てを行なうことがで
きる。(The particle size of the vll processing liquid is coarse (Th)
By dividing the grain size into several stages and gradually making it finer, from the fine grain size (1/several hundred μmΦ) to the fine grain size (1/several hundred μmΦ), everything from grinding to polishing can be performed using the same device.

（勾利用分野 （１）ガラスを始めとする、種々の球面をもつ光学部品
の研磨 （１１）超精密空気軸受の研磨 ０１１）磁気ヘッドの研磨 など高精度な球面を必要とする広範囲の技術分野に利用
することができる。(Gravity application field (1) Polishing of optical components with various spherical surfaces including glass (11) Polishing of ultra-precision air bearings 011) A wide range of technical fields that require high precision spherical surfaces such as polishing of magnetic heads It can be used for.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の非接触球面研磨を行なうための装置の
正面図。 １・・・・・・砥石本体 ２・・・・・・弾性ホイール ３・・・・・・砥石　軸 ４　・・・・・・　ホイール先端部 ５・・・・・・被加工物治具 ６　・・・・・・　被加工物回転軸 ７・・・・・・液流入口 ８・・・・・・研磨液 Σ・・・・・・被加工物軸芯 Ａ・・・・・・砥石軸芯 Ｘ・・・・・・内部空間 Ｗ・・・・・・被加工物 発　　明　者　　　　　　　　　草　　尾　　　　　　
幹特許出願人　　　　　住友電気工業株式会社第　　　
１　　　図 １被加工物回転軸FIG. 1 is a front view of an apparatus for non-contact spherical polishing of the present invention. 1... Grinding wheel body 2... Elastic wheel 3... Grinding wheel shaft 4... Wheel tip 5... Workpiece jig 6 ... Workpiece rotation axis 7 ... Liquid inlet 8 ... Polishing liquid Σ ... Workpiece axis A ... Grinding wheel Axis center X...Inner space W...Workpiece Inventor: Kusao
Main patent applicant: Sumitomo Electric Industries, Ltd.
1 Figure 1 Workpiece rotation axis

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）曲率半径Ｒの球面に仕上げるべき被加工物Ｗを被
加工物治具５に取付け、半径がｒの半円形断面を有し実
効直径がＤであるリング状の弾性ホイール２を先端に設
けたカップホイールを、被加工物Ｗに対して斜角ｓｉｎ
＾−＾１［（Ｄ／２）／（Ｒ±ｒ）］をなすように当て
、カップホイールの軸を貫いて設けた液流入口７からカ
ップホイールの内部空間Ｘへ研磨液８を圧送しながら、
カップホイールを軸芯Λのまわりに高速回転させ、かつ
被加工物Ｗを軸芯Σのまわりに回転させる事により、弾
性ホイール２と被加工物Ｗの間に研磨液の流れによる空
隙を生ぜしめ、空隙を流れる研磨砥粒により被加工物Ｗ
を研磨することを特徴とする非接触研磨方法。(1) A workpiece W to be finished into a spherical surface with a radius of curvature R is attached to a workpiece jig 5, and a ring-shaped elastic wheel 2 having a semicircular cross section with a radius r and an effective diameter D is attached to the tip. The provided cup wheel is at an oblique angle sin with respect to the workpiece W.
^-^1 [(D/2)/(R±r)], and the polishing liquid 8 is pumped into the internal space X of the cup wheel from the liquid inlet 7 provided through the axis of the cup wheel. While
By rotating the cup wheel at high speed around the axis Λ and rotating the workpiece W around the axis Σ, a gap is created between the elastic wheel 2 and the workpiece W due to the flow of the polishing liquid. , the workpiece W is caused by the abrasive grains flowing through the gap.
A non-contact polishing method characterized by polishing. （２）弾性ホイールがテフロンである事を特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の非接触研磨方法。(2) The non-contact polishing method according to claim (1), wherein the elastic wheel is made of Teflon. （３）カップホイールの回転数が６０００ｒｐｍである
事を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の非接触
研磨方法。(3) The non-contact polishing method according to claim (1), wherein the rotation speed of the cup wheel is 6000 rpm. （４）研磨液に含まれる粒子の直径が１０Å〜１０００
Åである事を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
の非接触研磨方法。(4) The diameter of the particles contained in the polishing liquid is 10 Å to 1000
The non-contact polishing method according to claim (1), wherein the polishing method is Å. （５）弾性ホイールがポリウレタンである事を特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載の非接触研磨方法。(5) The non-contact polishing method according to claim (1), wherein the elastic wheel is made of polyurethane.