単軸研磨機の面形状制御の難しさや人手による経験の多用、光学部品の急増する数量と精度の要求に応えられない問題に対処するため、新型の超精密環状研磨機の開発を提案した。まず、研磨盤の振れを変数としてプリストンの式とヘルツ接触理論に基づく材料除去モデルを構築した。モデルのシミュレーション解析により、研磨盤振れ誤差の変化が材料の不均一な除去を引き起こし、主軸振れ誤差およびガイドレールの直線誤差が研磨盤の面形修正と測定精度に直接影響を与えることが示された。次に、この結論に基づき、静的、モード解析、および調和応答解析により機械全体のレイアウトと横梁支持形態を最適化し、同時に気体静圧ガイドレールと主軸を設計して直線運動精度および主軸回転精度を向上させた。最後に、機械の精度と加工指標を検証するためにLK-G5000レーザーセンサーを用いてガイドレールとターンテーブルの運動誤差をそれぞれ1.2 μm/400 mmおよび0.4 μm以下に検出した。⌀300 mmのUBK7光学部品を研磨し、8時間後に粗さとPV値はそれぞれRa0.56 nm未満および1/10λ以下であった。結果は、開発した超精密環状研磨機が設計要求を満たしたことを示している。

超精密機械;環状研磨;気体静圧主軸;気体静圧ガイドレール;材料除去モデル