(57)【要約】【課題】  工具と被加工物との相対移動によって、工具が傾斜することにより工具の姿勢が変化し、工具面内の圧力の分布が変化して、加工精度を悪化させてしまう。【解決手段】  前記工具を前記工具保持部材に取り付ける複数の工具連結部材を有し、  前記複数の工具連結部材は、伸縮部を有し、  前記伸縮部の長さを変化させることによって前記工具を工具支持部材に対して傾斜させることを特徴とする。【選択図】  図１
2014108469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨部材を有する工具と、
前記工具を傾斜可能に支持する支持部を有する工具支持部材と、
前記工具支持部材と連結された工具保持部材と、
前記工具を前記工具保持部材に取り付ける複数の工具連結部材を有し、
前記複数の工具連結部材は、前記工具保持部材と前記工具との間隔を伸縮させる方向に伸縮する伸縮部を有し、
前記伸縮部の長さを変化させることによって前記工具を前記工具支持部材に対して傾斜させることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記伸縮部は、圧電素子、電歪素子、磁歪素子、電磁力、流体圧のいずれかを利用することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
前記伸縮部は、予め求めておいた値に基づいて伸縮することを特徴とする請求項１または２記載の研磨装置。
【請求項４】
前記工具を前記工具支持部材の回りに回転させるための回転ガイド部を有することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の研磨装置。
【請求項５】
前記工具支持部材を上下方向に移動可能な荷重機構を有することを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項記載の研磨装置。
【請求項６】
前記工具は複数の研磨部材に分割され、前記分割された研磨部材はそれぞれ圧力発生手段に連結されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の研磨装置。
【請求項７】
前記圧力発生手段は、冷却手段を有することを特徴とする請求項６記載の研磨装置。
【請求項８】
研磨部材を有する工具と対向するように
被加工物を傾斜可能に支持する支持部を有するワーク支持部材と、
前記ワーク支持部材と連結されたワーク保持部材と、
前記被加工物を前記ワーク保持部材に取り付ける複数のワーク連結部材を有し、
前記複数のワーク連結部材は、前記ワーク保持部材と前記ワークとの間隔を伸縮させる方向に伸縮する伸縮部を有し、
前記伸縮部の長さを変化させることによって前記被加工物を前記工具支持部材に対して傾斜させることを特徴とする研磨装置。
【請求項９】
工具と、
前記工具を傾斜可能に支持する支持部を有する工具支持部材と、
前記工具支持部材と連結された工具保持部材と、
前記工具を前記工具保持部材に取り付ける複数の工具連結部材を有し、
被加工物の形状あるいは目標とする形状から、前記被加工物と前記工具との相対位置ごとの前記工具の傾斜角度を予め求めておき、
前記工具が、前記予め求めておいた傾斜角度になるように前記工具連結部材を伸縮させながら前記工具と前記被加工物とを相対的に移動させて光学素子を加工することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記工具は、前記被加工物の形状と、目標とする形状との差である除去量に応じて、複数の圧力を発生させることを特徴とする請求項９に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
研磨部材を有する工具と対向するように
被加工物を傾斜可能に支持する支持部を有するワーク支持部材と、
前記ワーク支持部材と連結されたワーク保持部材と、
前記被加工物を前記ワーク保持部材に取り付ける複数のワーク連結部材を有し、
前記工具の形状から、前記工具と前記被加工物の相対位置ごとの前記被加工物の傾斜角度を予め求めておき、
前記被加工物が、前記予め求めておいた傾斜角度になるように前記ワーク連結部材を伸縮させながら、前記被加工物と前記工具とを相対的に移動させて光学素子を加工することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主に高精度な形状精度が求められる光学素子、金型、ウエハ、デバイス等を加工するための研磨装置及び光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンシューマ製品向け光学素子や放送機器用光学素子に加え、半導体露光装置用光学素子や天体観測用光学素子等にも球面形状だけではなく、非球面形状あるいは自由曲面形状を有する光学素子の採用が増えてきている。そのため、光学性能を左右するそれら光学素子の形状精度が重要になってきている。
このように高い形状精度が要求される光学素子等の製造では、研磨加工によって最終的な形状精度を達成している。
そのような超精密研磨加工に用いられる加工装置として、例えば特許文献１に記載されているようなものが知られている。
図１１は従来の加工装置を簡略化して示したものである。図１１（ａ）は、加工装置を正面からみた概略図であり、図１１（ｂ）は、側面からみた概略図である。工具１０３は支持部１０４によって工具支持部材１０５に対して回転可能に支持されている。工具支持部材１０５はアーム移動方向１０１６に移動可能な状態で揺動機構１０１２に接続される。
揺動機構１０１２は揺動ガイド１０１３上を揺動方向１０１４に揺動可能である。研磨加工の対象物である被加工物１０８はワークテーブル１０９に搭載され、ワークテーブル駆動機構１０１０によりワーク自転方向１０１５に自転可能である。
支持部１０４をなす凸部（図中では円形状に図示している）と工具支持部材１０５が一体となって、かんざし呼ばれることが多い。工具支持部材１０５は工具１０３に荷重を付与するとともに、揺動機構１０１２の揺動運動を工具１０３に伝達している。
この研磨装置では工具１０３の揺動運動と、被加工物１０８の自転運動による相対運動で研磨加工が進行する。研磨加工中は支持部１０４において、工具１０３が被加工物１０８上を揺動する際の上下動及び傾動を許容するとともに、工具１０３と被加工物１０８との間に発生する摩擦力に起因する工具１０３の自転（連れ回り）を許容する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２３２９５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の研磨装置および光学素子の製造方法において、小さな工具を用いる場合はあまり影響がないが、能率的に加工を進めるため少し大きな面積を有する図１２で示すような工具を用いた場合、次のような課題が発生する。
【０００５】
図１２（ａ）は、工具１０３が被加工物１０８のほぼ中央に位置している場合を示している。図１２（ｂ）は、被加工物１０８の全面を研磨するために、工具１０３が被加工物１０８に対して少しはみ出した状態（オーバーハングする位置）まで工具１０３を揺動させる場合を示している。
【０００６】
この２つの状態における工具面内の圧力分布の変化を図１３に示す。ここでは説明をわかりやすくするために被加工物１０８を平面形状とし、これに対応する工具１０３も平面工具として示してある。図１３において、工具１０３が被加工物１０８と接触している工具面内の圧力分布を１０１７で示す。図１２（ａ）のように、工具１０３が被加工物１０８の中央に位置し、工具１０３の全面が被加工物１０８上に接触している状態では、工具面内における圧力の分布は、図１３（ａ）の１０１７に示すようにはほぼ均等になる。しかしながら、図１２（ｂ）のように、工具の姿勢が変化し、工具１０３が被加工物１０８に対して傾斜した状態となる。特にオーバーハングするような状態の場合は、図１３（ｂ）のように、工具１０３が被加工物１０８と接触している部分にのみ圧力が発生するとともに、その工具面内における圧力の分布１０１７は大きく傾斜し、不均一となってしまう。
【０００７】
このように研磨加工中に工具面内における圧力が不均一であると、除去量が一様ではなくなり、加工後の形状精度を劣化させる原因となる。
【０００８】
本発明は以上の課題を鑑みてなされたものであり、加工中に工具と被加工物の相対運動によって工具が傾斜してしまう場合であっても、高精度かつ高能率な加工を行なうことができる研磨装置及び光学素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の研磨装置は、研磨部材を有する工具と、前記工具を傾斜可能に支持する支持部を有する工具支持部材と、前記工具支持部材と連結された工具保持部材と、前記工具を前記工具保持部材に取り付ける複数の工具連結部材を有し、前記複数の工具連結部材は、前記工具保持部材と前記工具との間隔を伸縮させる方向に伸縮する伸縮部を有し、前記伸縮部の長さを変化させることによって前記工具を前記工具支持部材に対して傾斜させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の研磨装置は、研磨部材を有する工具と対向するように被加工物を傾斜可能に支持する支持部を有するワーク支持部材と、前記ワーク支持部材と連結されたワーク保持部材と、前記被加工物を前記ワーク保持部材に取り付ける複数のワーク連結部材を有し、前記複数のワーク連結部材は、前記ワーク保持部材と前記ワークとの間隔を伸縮させる方向に伸縮する伸縮部を有し、前記伸縮部の長さを変化させることによって前記被加工物を前記工具支持部材に対して傾斜させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の光学素子の製造方法は、工具と、前記工具を傾斜可能に支持する支持部を有する工具支持部材と、前記工具支持部材と連結された工具保持部材と、前記工具を前記工具保持部材に取り付ける複数の工具連結部材を有し、被加工物の形状あるいは目標とする形状から、前記被加工物と前記工具との相対位置ごとの前記工具の傾斜角度を予め求めておき、前記工具が、前記予め求めておいた傾斜角度になるように前記工具連結部材を伸縮させながら前記工具と前記被加工物とを相対的に移動させて光学素子を加工することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光学素子の製造方法は、研磨部材を有する工具と対向するように被加工物を傾斜可能に支持する支持部を有するワーク支持部材と、前記ワーク支持部材と連結されたワーク保持部材と、前記被加工物を前記ワーク保持部材に取り付ける複数のワーク連結部材を有し、前記工具の形状から、前記工具と前記被加工物の相対位置ごとの前記被加工物の傾斜角度を予め求めておき前記被加工物が、前記予め求めておいた傾斜角度になるように前記ワーク連結部材を伸縮させながら、前記被加工物と前記工具とを相対的に移動させて光学素子を加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、加工中において加工対象となる被加工物の形状等による工具が傾斜してしまっても工具面内の圧力を均一にすることができ、高精度な加工が可能である。
【００１４】
本発明による研磨装置を使用した光学素子の製造方法では、従来以上の高精度な加工と加工時間の短縮、コストダウンが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一の実施形態を説明する図。
【図２】工具シャンク２に取り付けられる下側連結部７２の配置を示す図。
【図３】第一の実施形態を説明する図。
【図４】工具連結部材を説明する図。
【図５】第一の実施形態を説明する図。
【図６】第一の実施形態を説明する図。
【図７】第二の実施形態を説明する図。
【図８】第三の実施形態を説明する図。
【図９】第四の実施形態を説明する図。
【図１０】第五の実施形態を説明する図。
【図１１】従来技術を説明する図。
【図１２】従来技術を説明する図。
【図１３】従来技術を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第一の実施形態）
本発明による研磨装置の一例である第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態を説明する図である。
【００１７】
図１において、３は工具であり、ポリウレタンやアスファルトピッチ等からなる研磨部材１が、工具シャンク２に取り付けられて形成される。工具３は、工具支持部材５に、支持部４を介して傾斜自在に取り付けられている。支持部４は、例えば、工具支持部材５の先端に配置された凸部４２と、工具シャンク２の中央部に形成された凹部４１を嵌合させることにより形成される。６は工具支持部材５に一体に取り付けられている工具保持部材であり、複数の工具連結部材７（７ａ、７ｂ）を介して工具３を保持している。工具保持部材６は、工具支持部材５と垂直に交わる平面内に配置されていることが好ましい。工具連結部材７は、下側連結部７２（７２ａ、７２ｂ）、上側連結部７１（７１ａ、７１ｂ）、伸縮部７３（７３ａ、７３ｂ）を有し、これら上側連結部７１（７１ａ，７１ｂ）及び下側連結部７２（７２ａ，７２ｂ）はそれぞれ回転支持機構からなる連結部であってもよい。
【００１８】
支持部４は、研磨装置において一般的に用いられている、かんざしと呼ばれる機構を用いる例を示す。しかし、工具と被加工物とが相対移動するすべての位置（相対位置）において、工具が工具支持部材５に対して傾斜可能であれば、これに限定されるものではない。
【００１９】
研磨部材１は、ポリウレタン等の研磨パッドやアスファルトピッチ等の研磨加工用の部材以外にも、研削加工に使用される砥石やペレットといった固定砥粒等の部材が選択できる。
【００２０】
複数の工具連結部材７は、工具シャンク２に取り付けられる下側連結部７２と連結された複数の伸縮部７３を有する。伸縮部７３は、工具３と工具保持部材６の間で伸縮可能なもので、圧電素子、電歪素子、磁歪素子、電磁力を利用するボイスコイルモータ、リニアモータ等、流体圧を利用する空圧シリンダー、油圧シリンダー等のいずれかを利用することが好ましい。ここで、伸縮部７３の伸び縮みする方向は、工具３と工具保持部材６との間隔を伸縮させる方向であれば効果は発現するが、工具支持部材５と平行する方向であることがより好ましい。また、伸縮部７３は、工具と連結している位置が十分なストロークで可動できるようにすることで、ワーク形状に起因する工具の支持部４回りの傾動運動に対応できる。さらに、この傾動運動で必要となる伸縮部７３のストロークに対応するために、伸縮部７３と工具３との連結部分である下側連結部７２、伸縮部７３と工具保持部材６との連結部分である上側連結部７１を、傾斜可能な構造とすることが好ましい。
【００２１】
次に本実施形態に適用可能な工具連結部材７の例を図４に示す。
【００２２】
図４（ａ）は工具連結部材７に圧電素子を適用した実施形態である。圧電素子３４１が、圧力を測定するための圧力測定部材であるロードセル３４５を介して取り付け部３４４ａに取り付けられる。圧電素子３４１の他方の端部は鋼球３４２を介して取り付け部３４４ｂに当接している。取り付け部３４４ａと３４４ｂを予圧ばね要素３４３で連結することで、圧電素子３４１、ロードセル３４５、鋼球３４２が一体化され、伸縮部として作用する。図４では、取り付け部３４４ａ、取り付け部３４４ｂと説明したが、この圧力発生部材を図１に適用した場合、取り付け部３４４ａは、工具保持部材３６であり、取り付け部３４４ｂは、工具シャンク３２となる。
【００２３】
ここではロードセル３４５により工具連結部に生じる圧力を検知することが可能である。また、圧電素子３４１が伸縮した際、鋼球３４２のエコライズ機能により取り付け部３４４ａ、３４４ｂの平行度が変化しても、圧電素子３４１を破損するようなモーメントの発生を回避できる。
【００２４】
この実施形態は、伸縮部に多くのストロークを必要としないより平面形状に近い被加工物を対象とする加工装置に好適である。
【００２５】
図４（ｂ）はシャフト状のリニアモータを適用した実施形態を示すである。このようなリニアモータは、例えば、株式会社ジイエムシーヒルストンの製品等でよく知られているものを用いることができる。
【００２６】
シャフト状の磁石３４７は図示のようにＮ極同士、Ｓ極同士を接合した構造になっている。このシャフト状の磁石３４７を取り囲むようにコイル３４８が配置される。シャフト状の磁石３４７ではＮ極同士、Ｓ極同士の接合部から強い磁力線が発生している。コイル３４８に電流が流れると磁界が発生し、フレミングの左手の法則により推力が発生する。この推力によって、シャフト状の磁石３４７とコイル３４８が相対的に直動運動を行う。シャフト状磁石３４７は圧力測定部材３４５、回転支持部３４６ａを介して取り付け部３４４ａに、コイル３４８は回転支持部３４６ｂを介して取り付け部３４４ｂに取り付けられる。この実施形態はリニアモータの持つ大きな繰り出し量と高い応答性により、球面形状や非球面形状等のワークを対象とする加工や加工能率を高めるために高速で工具や被加工物を運動させる加工に使用される加工装置に好適である。
【００２７】
図４（ｃ）は流体圧を利用したシリンダを適用した実施形態である。シリンダ３４９は、圧力測定部材３４５ａ、回転支持部３４６ａを介して取り付け部３４４ａに、ピストン３５０は、圧力測定部材３４５ｂ、回転支持部３４６ｂを介して取り付け部３４４ｂに取り付けられる。この実施形態はシリンダの高い発生圧力により、比較的重量が大きな、大型の工具を使用する場合、あるいは大型のワークを加工対象とする加工装置に好適である。
【００２８】
次に、工具３を工具保持部材６に取り付ける際の、工具連結部材７の配置を説明する。図２は、工具シャンク２を上方から見た図であり、工具シャンク２に取り付けられる下側連結部７２と、工具支持部材５を支持する凹部４１の位置関係を示している。
【００２９】
図２（ａ）は、下側連結部７２を、揺動方向１４と平行方向に２か所に配置した実施形態を示す。揺動方向１４の方向以外に工具を傾斜させない場合は、このように最低２か所に工具保持部材を設けておけばよい。
【００３０】
支持部４として、従来からよく用いられているかんざし機構を用いる場合は、工具支持部材５に対して３６０度どの方向にも傾斜可能であるため、図２（ｂ）に示すように、工具連結部材７を連結する下側連結部７２を３か所に配置することが好ましい。もちろん、図２（ｃ）に示すように、工具連結部材を連結する下側連結部７２を４か所に配置してもよいし、それ以上であってもよい。このように工具連結部材７の個数や配置は様々な形態をとることができる。
【００３１】
次に、本実施形態による研磨装置を用いた加工方法の一例を図３で説明する。図示しない移動機構によって、本実施形態による研磨装置を、被加工物上に載置し、研磨装置と被加工物とを相対的に移動させることにより、被加工物を目標とする形状（光学素子等）に加工する。つまり、研磨装置の自重（図１に示す、工具３、支持部４、工具支持部材５、工具保持部材６、工具連結部材７ａ、７ｂの重量の合計）が荷重として被加工物に作用する。工具と被加工物との相対的な移動は、例えば、被加工物を回転させた状態で、研磨装置を所定の方向に移動（揺動）させることにより行なう。図３においては、研磨加工の対象となる被加工物８は、１５で示す方向へ自転している。工具３の揺動方向１４への揺動運動により研磨加工が実施される。
【００３２】
図３（ａ）は、被加工物８の中央に工具３が位置している場合を示す。この場合、工具は工具支持部材５に対して傾斜しておらず、工具面内の圧力はほぼ等しく、よって、伸縮部７３ａ，７３ｂの長さを変化させる必要はない。
【００３３】
図３（ｂ）は、工具３が被加工物８の外周部に位置している状態を示している。この場合、工具３は被加工物８の面傾斜角に相当する角度で支持部４回りに傾斜するため、より外周部に近い工具面に加わる圧力が大きくなる。工具面内での圧力差が小さくなるように、工具の傾斜にあわせて、伸縮部７３ａ，７３ｂの長さを変化させる。よって、図３（ｂ）に示す例においては、伸縮部７３ａと７３ｂの繰り出し量が異なり、工具連結部材の長さが変化することがわかる。
【００３４】
そして、工具３（工具シャンク２）と連結しているそれぞれの工具連結部７に加わる力、（工具が被加工物から受ける力（反力））の差が少なくなるように、工具の傾斜に合わせて伸縮部７３の長さを変化させる。工具の傾斜に合わせて伸縮部７３の長さを変化させることで、工具連結部７に加わる力、（工具が被加工物から受ける力（反力））の差が少なくなる。よって、工具面内の圧力の差が少なくなる。差を少なくすることで、本実施形態の効果は発現するが、それぞれの工具連結部７に加わる力を等しくすることが好ましい。
【００３５】
予め加工前の被加工物の形状から、前記被加工物と工具との相対位置ごとの工具の工具支持部材５に対する傾斜角度を求めておく。そして、被加工物と工具とを移動させた時、予め求めておいた相対位置ごとの工具の工具支持部材５に対する傾斜角度に応じて、それぞれの伸縮部７３の長さを変化させることが好ましい。あるいは、目標とする形状と工具との相対位置ごとの工具の工具支持部材５に対する傾斜角度を予め求めておく。そして、被加工物と工具とを移動させた時、予め求めておいた相対位置ごとの工具の工具支持部材５に対する傾斜角度に応じて、それぞれの伸縮部７３の長さを変化させてもよい。目標とする形状と工具との相対位置ごとの工具の工具支持部材５に対する傾斜角度を求めると、工具面内の圧力の均一性は落ちるが、除去量（除去しなければならない量）が大きいところほど、より大きな荷重を与えることができるため、除去効率を向上させることができる。
【００３６】
また、それぞれの工具連結部７に加わる力の平均値を計算し、それぞれに加わる力が前記計算した平均値となるように、それぞれの伸縮部７３の長さを変化させてもよい。これにより、工具の被加工物に対向する面内のどの位置であっても、被加工物に対して均一な圧力を加えることが可能となり、目標とする形状に加工することができる。
【００３７】
次に、本実施形態の研磨装置を用いた光学素子を製造するための制御方法の一例について図５を用いて説明する。図５において、９は被加工物である光学素子８を搭載するためのワークテーブルであり、ワークテーブル駆動機構１０によって回転可能になっている。６１は、ロータリエンコーダであり、ワークテーブル９の回転角度を検出可能である。工具３は、図示しない揺動機構によって、矢印１４の方向に揺動可能に構成されている。６３はスケールヘッドであり、図示しない揺動ガイド側にスケール６２が取り付けられ、加工中の工具支持部材５の位置を検出可能である。ロータリエンコーダ６１の出力はワークテーブル回転角度信号線８１を通して、制御装置８０に取り込まれ、スケールヘッド６３の出力は揺動位置信号線８２を通して制御装置８０に取り込まれる。また、圧力測定部材４５ａ，４５ｂで検出された圧力値は圧力信号線８５、８６を通して制御装置８０に取り込まれる。制御装置８０では取り込んだ光学素子８の回転角度情報と工具支持部５の位置情報と圧力測定部材４５ａ、４５ｂの圧力情報に基づいて、伸縮部７３ａ、７３ｂへ、指令信号線８３、８４を通して伸縮指令信号を送る。そして、伸縮部７３ａ，７３ｂを駆動して、工具面内の圧力を均一にしながら研磨加工を行う。
【００３８】
次に、本実施形態の研磨装置の制御装置８０の詳細および制御方法について、図６を用いて説明する。
【００３９】
加工装置９０では、ロータリエンコーダ６１、スケールヘッド６３からの出力はそれぞれ変換器９１、９２を介して、制御装置８０のカウンタ５０１に読み込まれる。圧力測定部材４５ａ、４５ｂからの出力は変換器９５、９６を介して、Ａ／Ｄ変換器５１０によって読み込まれる。カウンタ５０１で読み込まれた信号は位置情報５０２に変換され、記憶装置５０６に保存されている伸縮指令値のデータベースと照合し、位置情報が合致する記憶された伸縮指令値から伸縮指令値を決定する。決定された伸縮指令値はインターフェース部５０９を介して加工装置９０側の変換器９３、９４に出力され、変換器９３、９４により伸縮部に適した駆動信号に変換された後、伸縮部７３ａ，７３ｂが駆動される。記憶装置５０６に保存される伸縮指令値は、被加工物を実際に測定した形状から、工具の工具支持部材５に対する傾斜角度を算出し、各伸縮部の長さを記憶させておくことが好ましい。また、目標とする形状から、工具の工具支持部材５に対する傾斜角度を算出し、各伸縮部の長さを記憶させておいてもよい。さらに、被加工物を実際に測定した形状と、目標とする形状から、被加工物と工具と相対位置ごとの除去量と、工具の工具支持部材５に対する傾斜角度を算出する。そして、除去するために必要な圧力値と、工具面内の圧力が均一になるような工具の工具支持部材５に対する傾斜角度とから、各伸縮部の長さを記憶させておいてもよい。これにより、高精度な加工を行なうことができる。
【００４０】
（第二の実施形態）
図７は第二の実施形態を説明する図である。図１と同じ機能を有する部材には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
工具３には中央部に支持部４が設けられている。そして工具３の外周に位置する部分に輪帯状の回転ガイド部１９が設けられ、この回転ガイド部１９上にスライド１８が備えられている。スライド１８と回転ガイド部１９は相対的に工具支持部材５の回りに回転自在である。つまり、工具３を回転自在に支持することができる。スライド１８と工具保持部材６は、複数の工具連結部材７ａ、７ｂで連結される。具体的には、伸縮部７３ａ，７３ｂはスライド１８に対して、下側連結部７２ａ，７２ｂで連結され、工具保持部材６に対して上側連結部７１ａ，７１ｂで連結されている。この連結によりスライド１８は工具保持部材６と一体となり、回転ガイド部１９がスライド１８に対して回転可能となっている。ここでは２つの工具連結部材で連結する例を示したが３つ以上の工具連結部材で連結してもよい。その結果、回転ガイド部１９と一体となっている工具３は、伸縮部７３ａ，７３ｂの動作に影響を受けることなく、工具支持部材５の回りを自転することが可能である。この場合、工具３の中央に位置する支持部４は、かんざし等の工具３の工具支持部材５の回りの自転を妨げない形態をとることが好ましい。なお、スライド１８と回転ガイド部１９について、スライド１８が工具３側に、回転ガイド部１９が伸縮部７３ａ，７３ｂの下側連結部７２ａ，７２ｂ側に取り付けられる形態でも構わない。
【００４２】
本実施形態では、横振り式研磨等のかんざしと同様に、工具３が研磨加工中にワークと連れ回る構成においても適用可能である。
【００４３】
（第三の実施形態）
図８は第三の実施形態を説明する図である。図１と同じ機能を有する部材には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
工具支持部材５は第一のハウジング２１の上下ガイド部２０に案内されて上下方向に移動が可能である。この第一のハウジングは図示されない揺動機構と一体となっている。工具支持部材５の支持部４と反対側の端部に荷重機構２３が備えられ、荷重機構２３は第二のハウジング２２に収納されている。第二のハウジング２２は第一のハウジング２１に取り付けられている。なお、荷重機構２３が設けられる位置は工具支持部材５の端部に限定されるものではない。
【００４５】
荷重機構２３の作用により工具支持部材５を介して工具３に加えられる荷重が調整される。例えば、除去能率を重視した加工時には荷重機構２３により荷重を増加させることで、工具３による除去レートを増加させることにより対応できる。また、荷重機構２３により荷重を減少させることで、工具３による除去レートを減少させ、粗さ精度を重視する仕上げ加工に対応できる。荷重機構２３は第二のハウジング２２、第一のハウジング２１を介して、図示されない揺動機構と一体となっている。第一、第二の実施形態に比べ、より大きな荷重を加えることが可能である。つまり、工具３、支持部４、工具支持部材５、工具保持部材６、工具連結部材７ａ、７ｂの重量を合計した自重よりも大きな荷重を加えることが可能となる。
【００４６】
（第四の実施形態）
図９は第四の実施形態を説明する図である。
【００４７】
研磨部材９１は工具シャンク９２に取り付けられ、工具９３を形成する。工具９３は工具駆動機構９２５によって矢印で示す工具自転方向９２４に自転可能である。工具９３と対向するように、研磨加工の対象である被加工物９８はワークテーブル９９に搭載される。ワークテーブル９９の中央部には凹部９４１が設けられ、ワーク支持部材の先端の凸部９４２と嵌合してワーク支持部９４を形成する。ワーク支持部材９５にはワーク保持部材９６が一体となって取り付けられている。ワークテーブル９９とワーク保持部材９６は複数のワーク連結部材９７ａ、９７ｂで連結されている。ワーク連結部材９７ａ、９７ｂは、上側連結部９７１ａ，９７１ｂと下側連結部９７２ａ，９７２ｂを介して伸縮部９７ａ，９７ｂで連結されている。ここでは２つのワーク連結部材で連結する例を示したが３つ以上のワーク連結部材で連結してもよい。また、ワーク支持部材９５は上下動可能なように第一のハウジング９２１の上下ガイド部９２０によって案内されている。この第一のハウジング９２１は図示されない揺動機構と一体になっている。これにより揺動機構の揺動運動に合わせて被加工物９８は矢印で示す揺動方向９１４に移動可能である。
【００４８】
ワーク支持部材９５のワーク支持部９４と対向する端部には荷重機構９２３が備えられ、荷重機構９２３は第二のハウジング９２２に収納されている。第二のハウジング９２２は第一のハウジング９２１に取り付けられている。
【００４９】
荷重機構９２３の作用によりワーク支持部材９５を介して被加工物９８に加えられる荷重が調整される。
【００５０】
また、荷重機構９２３は第二のハウジング９２２、第一のハウジング９２１を介して、図示されない揺動機構と一体となっている。これによりさらに大きな荷重を加えることが可能である。つまり、ワーク９３、ワーク支持部９４、ワーク支持部材９５、ワーク保持部材９６、ワーク連結部材９７ａ、９７ｂの重量を合計した自重よりも大きな荷重を加えることが可能となる。
【００５１】
（第五の実施形態）
図１０は第五の実施形態を説明する図である。図１と同じ機能を有する部材には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図１０は、研磨部材１および工具シャンク２を分割し、分割した研磨部材１および工具シャンク２に与える圧力をそれぞれ変化させることができる研磨装置を示した図である。つまり、工具面内で、複数の圧力を発生させることができる。これにより、被加工物の形状と、目標とする形状との差である除去量が工具面内で異なっていても、除去量に応じて、複数の圧力を発生させることができるため、より効率的に高精度に加工を行なうことができる。図１０（ｂ）は、研磨装置を下側から見た図であり、図１０（ａ）は、図（ｂ）をＬ１で切断した断面の概略図を示している。図１０（ａ）を用いて説明する。工具３２の中央部には凹部４１が設けられ、凸部４２と嵌合して支持部４を形成し、工具支持部材５と接続されている。工具支持部材５には工具保持部材６が一体となって取り付けられている。工具３２と工具支持部材６は上側連結部７１ａ，７１ｂと下側連結部７２ａ，７２ｂと伸縮部７３ａ，７３ｂからなる工具連結部材で連結されている。なお、図示されない機構により工具支持部材５は上下動および揺動が可能となっている。
【００５３】
４１ａ〜４１ｃは、ポリウレタンやアスファルトピッチ等からなる研磨部材であり、４２ａ〜４２ｃに示す工具シャンクに取り付けられている。分割された研磨部材４１ａ〜４１ｃおよび工具シャンク４２ａ〜４２ｃは、それぞれ工具ユニットＡ，Ｂ，Ｃに取り付けられる。研磨部材は、本実施形態においては、工具ユニットごとに別体である例を示したが、各工具ユニットをまたがって研磨部材を取り付けても構わない。この研磨部材の表面が工具面として作用する。４９ａ〜４９ｃはハウジングであり、４３ａ〜４３ｃはハウジング４９ａ〜４９ｃ内に研磨液等が浸入することを阻止する防水シートである。４４ａ〜４４ｃは、平行ばね機構やスライドユニットからなる工具案内機構である。４５ａ〜４５ｃは、工具案内機構４４ａ〜４４ｃに作用する圧力を検知する検知手段である圧力センサ、４６ａ〜４６ｃは、工具案内機構４４ａ〜４４ｃを駆動するアクチュエータである。工具案内機構と圧力センサとアクチュエータでそれぞれの研磨部材に別々に圧力を発生させる圧力発生手段を構成する。アクチュエータは、圧電素子や電歪素子、ボイスコイルモータまたは空圧シリンダや油圧シリンダなどを用いることができる。また、検知手段としては、圧力センサのほか、ロードセルといった検知手段を用いることができる。４７ａ〜４７ｃは、圧力センサ４５ａ〜４５ｃおよびアクチュエータ４６ａ〜４６ｃを動作させるアンプである。４８ａ〜４８ｃは、アンプ４７ａ〜４７ｃと、圧力センサ４５ａ〜４５ｃとアクチュエータ４６ａ〜４６ｃの駆動制御を行い、アンプ４７ａ〜４７ｃへ駆動指令値を出力するＣＰＵである。
【００５４】
工具シャンク４２ａ〜４２ｃは、防水シート４３ａ〜４３ｃを介して、工具案内機構４４ａ〜４４ｃに取り付けられる。圧力センサ４５ａ〜４５ｃは、アクチュエータ４６ａ〜４６ｃと直列に、工具案内機構４４ａ〜４４ｃとハウジング４９ａ〜４９ｃの間に取り付けられる。また、ハウジングには、アンプ４７ａ〜４７ｃと、圧力センサ４５ａ〜４５ｃとアクチュエータ４６ａ〜４６ｃの駆動制御を行い、アンプ４７ａ〜４７ｃへ駆動指令値を出力するＣＰＵ４８ａ〜４８ｃが取り付けられている。
【００５５】
工具ユニットのアクチュエータを制御することによって、研磨部材４１の被加工物と対向する面（工具面）で圧力に分布（圧力の強いところ弱いところ）を発生させることができる。これにより、より効率的に、高精度に、目標とする形状に加工することが可能となる。
【００５６】
しかし、目標とする除去量に応じて、工具ユニット毎に圧力を発生させても、工具連結部材がない従来の研磨装置においては、被加工物の傾斜および各工具ユニット毎に発生する圧力の違いによって、支持部４の回りのモーメントが発生してしまう。このため、充分にその効果を発揮させることができなかった。しかし、本実施形態においては、工具の傾斜に応じて、伸縮部７２ａ，７２ｂを伸縮させることで、研磨部材４１の被加工物と対向する面に発生させる除去量に応じた圧力の分布が維持され、より高精度な加工を行うことができる。
【００５７】
さらに、工具ユニットに、冷却手段を持たせることで、より高精度な加工を行なうことができる。工具ユニットには、センサ、アクチュエータ、アンプ等の発熱体が収納されているため、熱により工具案内機構や工具シャンクなどが変形膨張し、高精度な位置決めが行なえず、発生させたい圧力とは異なる値になってしまう場合がある。これを防ぐために、センサ、アクチュエータ、アンプ等の発熱体を熱伝導性の良い金属等の熱伝導体に接触させる。この熱伝導性の良い金属等の熱伝導体を工具ユニットの外部に露出させ、これを冷媒等により冷やすことが好ましい。冷媒は、加工液等を用いてもよく、加工液を用いると、そのまま加工にも使えるため、装置構成が簡略化できる。
【００５８】
上記の各実施形態は、本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、様々な形態を取ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は主に高精度な形状精度が求められるレンズ、ミラー、およびレンズ、ミラーを成形するための金型等の光学素子を加工するための加工工具及び加工方法を対象にする。加工対象の形状は平面、球面、非球面、自由曲面等であり、その大きさは直径が１ｍを超える大型のものまでを含む。また、光学素子以外にも、静圧軸受けの案内部材などの高い精度が要求される部品などにも適用可能であり、対象とする部品などの大きさは１ｍを超える大型のものまでを含む。
【符号の説明】
【００６０】
１  研磨部材
２  工具シャンク
３  工具
４  支持部
４１  凹部
４２  凸部
５  工具支持部材
６  工具保持部材
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  工具連結部材
７１ａ、７１ｂ  上側連結部
７２ａ、７２ｂ  下側連結部
７３ａ、７３ｂ  伸縮部
８  被加工物
９  ワークテーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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