(57)【要約】【課題】  安定した除去深さ（除去量）を得て、つまり上記プレストンの経験則の比例定数ｋを比較的簡単な手法で安定させることによって、高精度な形状を持つ光学素子成形用金型の加工を可能とし、また、長時間にわたって安定した除去深さの得られる条件を、短時間の研磨で決定する工作物研磨方法及び研磨装置を提供する。【解決手段】  回転軸に球体または球体の一部からなる形状の部材が固定された研磨工具１と、加工面７ａとの間に荷重を発生させて、工作物７を研磨する工作物研磨方法において、前記加工面７ａと接触する部分を多孔質の材料で形成した前記研磨工具１を使用し、砥粒を含有するペースト及び液体を供給するにあたって、最大除去深さが得られるように液体の動粘度と液体の量を調整して最大除去深さが得られる動粘度と液量を事前に決定し、決定した液体の動粘度と液量を採用して工作物７を研磨する。【選択図】  図１
2006159324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に支持され且つ球体または球体の一部からなる形状を有するとともに多孔質材料からなる研磨工具と、該研磨工具と工作物の加工面との間に荷重を発生させつつ砥粒を含有するペースト及び液体を該加工面に供給しながら該工作物を研磨する工作物研磨方法であって、最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がないように該液体の動粘度とその量を事前に決定し、決定した動粘度と液量を採用して工作物を研磨することを特徴とする工作物研磨方法。
【請求項２】
前記加工面に供給する前記液体の動粘度を調整して最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない動粘度を決定する第１の工程と、この第１の工程で決定した動粘度の液体の量を調整して最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない液量を決定する第２の工程と、前記第１の工程と前記第２の工程で決定した動粘度と液量を採用して工作物を研磨する第３の工程と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の工作物研磨方法。
【請求項３】
前記加工面に供給する前記液体の量を調整して最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない液量を決定する第１の工程と、この第１の工程で決定した液量で液体の動粘度を調整して最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない動粘度を決定する第２の工程と、前記第１の工程と前記第２の工程で決定した液体の動粘度と液量を採用して工作物を研磨する第３の工程と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の工作物研磨方法。
【請求項４】
供給する液体の４０℃における動粘度が１０〜２００ｍｍ2／ｓで、かつ砥粒を含有するペーストの動粘度は該液体より高いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の工作物研磨方法。
【請求項５】
前記液体が、高級脂肪酸、アルコール、油脂、エステルの少なくとも１種が成分として含まれる液体であることを特徴とする請求項４記載の工作物研磨方法。
【請求項６】
０．３ｍｌ／ｍｉｎ以下の量の液体を単位時間あたり一定量供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の工作物研磨方法。
【請求項７】
回転軸に支持され且つ球体または球体の一部からなる形状を有するとともに多孔質材料からなる研磨工具と、該研磨工具と工作物の加工面との間に荷重を発生させつつ砥粒を含有するペースト及び液体を該加工面に供給しながら該工作物を研磨する工作物研磨装置であって、最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がないように液体の動粘度と液体の量を事前に決定し、０．３ｍｌ／ｍｉｎ以下の量の液体を単位時間あたり一定量供給する供給手段とそれを回収する回収手段を備え、決定した液体の動粘度と液量を採用して工作物を研磨することを特徴とする工作物研磨方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の研磨方法を使用し、前記研磨工具に弾性体を接触させながら研磨を行い、前記研磨工具に弾性体を接触させる接触手段を備えたことを特徴とする工作物研磨装置。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の研磨方法を使用し、前記研磨工具の回転軸の向きを加工点における加工面の法線と一致させない構成とすることを特徴とする工作物研磨装置。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の研磨方法を使用し、加工面の法線方向と、前記研磨工具と加工面との間に発生させる荷重の方向とが一致している構成としたことを特徴とする請求項６記載の工作物研磨装置。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれか１項記載の工作物研磨装置を使用し、前記研磨工具の回転方向をダウンカットにすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の工作物研磨方法。
【請求項１２】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の工作物研磨方法及び請求項８ないし１０のいずれか１項記載の工作物研磨装置を使用して加工されたことを特徴とする工作物。
【請求項１３】
前記工作物が光学素子成形用の金型であることを特徴とする請求項１２記載の工作物。
【請求項１４】
請求項１３記載の光学素子用の金型を使用して成形されたことを特徴とする光学素子。
【請求項１５】
請求項１４記載の光学素子を搭載したことを特徴とする印刷処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超精密光学素子成形用金型の研磨技術、光学素子等の超精密研磨における工作物研磨方法及び工作物研磨装置、さらには、これらを使用して作成される工作物、これを搭載した印刷処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学素子や、光学素子を成形するための金型（鏡面駒）等の加工のような高精度加工技術においては、数ｎｍから数十ｎｍのレベルの除去深さ精度が望まれることが多くなっている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特許文献１には、ポリシャーによって成形用型の成形面を研磨するさいに、ポリシャーの研磨運動速度を低速または高速にしても研磨剤の流体潤滑を確保することにより、高精度に研磨する技術が開示されている。
図１４は従来の研磨技術の一例を示す概略図である。特許文献１では、図１４に示すように、光学素子を成形する成形用型８の表面８ａをポリシャー５によって鏡面となるように研磨する。
ポリシャー５と成形用型８の表面８ａとの間に、粘性が５ｃＳｔよりも高い溶剤に研磨砥粒を溶いて混練した研磨剤１０を供給する工程と、研磨剤１０の流体潤滑が始まる研磨運動速度となるようにポリシャー５の回転速度とポリシャー５の送り速度とを決定する工程とによって研磨する。研磨剤が高粘度のため、研磨剤の流体潤滑を確保できる。
特許文献２には、被研磨物の表面が導電性及び非導電性に拘わらず、あらゆる被研磨物に対して研磨効率がよく、研磨圧等の研磨特性の変動を抑制することを可能とした被研磨物の研磨方法を提供することが開示されている。
図１５は従来の研磨技術の他の例を示す概略図である。特許文献２では、図１５に示すように、研磨平面１１上に正極と負極とを対向して多重同心リング状に形成した円盤状の基板１０と、この基板１０と被研磨物４０であるシリコンウエハの被研磨面が対向するように設置している。
この基板１０と被研磨物４０との間に、研磨剤として機能する液晶系電気粘性流体を介在させ、この液晶系電気粘性流体の粘性流体に電圧を印加することで粘性を変化させるとともに、基板１０及びシリコンウエハ４０を研磨平面１１と平行な方向に相対的に移動させることでシリコンウエハ４０を研磨する研磨装置３０を用いた研磨方法としている。
研磨工具１２と加工面との間に荷重を発生させて行う研磨、すなわち荷重制御によって行われる研磨はプレストンの経験則にしたがって除去量と加工条件との関係が決まる。
プレストンの経験則は以下のようにあらわすことができる。
δ＝ｋ×Ｐ×Ｖ×ｔ
ここで、δ；除去量、ｋ；比例定数、Ｐ；圧力、Ｖ；工具と加工点の相対速度（工具周速）、ｔ；滞留時間である。
このような技術分野において、例えば滞留時間によって除去深さが決まるというような滞留時間制御の研磨を行うことで高精度な形状を達成できるようになる。高精度な工作物の例としてＸ線用ミラーがあるが、その最終加工工程は荷重制御による研磨であり、形状計測→研磨→形状計測→研磨・・・という工程を複数回繰り返すことにより長時間かけて所望の精度をようやく達成している状況である。
また、レーザビームプリンタ等に使用する長尺の走査レンズを成形するための金型（鏡面駒）を対象とする長時間の研磨において高精度な研磨を行うためには、何通りもの条件で長時間研磨を行って、その結果から研磨条件を決定していた。
【特許文献１】特開２０００−２１０８５５公報
【特許文献２】特開２００２−１９２４５８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術を見ると、上述した特許文献１は高粘度の溶剤を使用して流体潤滑状態を確保して、高精度に研磨するという例である。ところが、流体潤滑状態というのは工具が浮き上がった状態であるから砥粒が被加工面に作用しにくい状態であり、高い精度の除去深さを得ることが難しい。
加えて、除去深さが浅い状態のため、形状を修正したり、うねり成分を除去するには能率が低いという問題がある。さらに、図１４に示すような円盤状の工具を面当たりとして、回転軸を被加工面の法線と一致させるような状態で回転させると、遠心力で砥粒が弾かれるため、工具と被加工面との間に砥粒や潤滑油を供給することは高回転になればなるほど困難となる。
また、特許文献２は電気粘性流体を介在させて、その粘性を電圧変化によって変化させることで適切な研磨状態にするという例であるが、電気粘性流体に電圧をかけるために電極を構成するので、通常の研磨装置に比較して非常に複雑な機構となり、その制御も難しいものになる。したがって、製造現場では受け入れにくいものとなってしまう。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、安定した除去深さ（除去量）を得て、つまり上記プレストンの経験則の比例定数ｋを比較的簡単な手法で安定させることによって、高精度な形状を持つ光学素子成形用金型の加工を可能とし、また、長時間にわたって安定した除去深さの得られる条件を、短時間の研磨で決定する工作物研磨方法及び研磨装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、上述した工作物研磨方法及び研磨装置を使用して作成される工作物、これを搭載した印刷処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸に球体または球体の一部からなる形状の部材が固定された研磨工具と、加工面との間に荷重を発生させて、工作物を研磨する工作物研磨方法において、前記加工面と接触する部分を多孔質の材料で形成した前記研磨工具を使用し、砥粒を含有するペースト及び液体を供給するにあたって、最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がないように液体の動粘度と液体の量を調整して最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない動粘度と液量を事前に決定し、決定した液体の動粘度と液量を採用して工作物を研磨する工作物研磨方法を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、供給する液体の動粘度を調整して最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない動粘度を決定する第１の工程と、この第１の工程で決定した動粘度の液体の量を調整して最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない液量を決定する第２の工程を有し、第３の工程として前記第１の工程と前記第２の工程で決定した液体の動粘度と液量を採用して工作物を研磨する請求項１記載の工作物研磨方法を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、供給する液体の量を調整して最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない液量を決定する第１の工程と、この第１の工程で決定した液量で液体の動粘度を調整して最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない動粘度を決定する第２の工程を有し、第３の工程として前記第１の工程と前記第２の工程で決定した液体の動粘度と液量を採用して工作物を研磨する請求項１記載の工作物研磨方法を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、供給する液体が４０℃における動粘度が１０〜２００ｍｍ2／ｓで、かつ砥粒を含有するペーストの動粘度は該液体より高い請求項１ないし３のいずれか１項記載の工作物研磨方法を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記液体が、高級脂肪酸、アルコール、油脂、エステルの少なくとも１種が成分として含まれる液体である請求項４記載の工作物研磨方法を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、０．３ｍｌ／ｍｉｎ以下の量の液体を単位時間あたり一定量供給する請求項１ないし３のいずれか１項記載の工作物研磨方法を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、回転軸に球体または球体の一部からなる形状の部材が固定された研磨工具と、加工面との間に荷重を発生させて、工作物を研磨する工作物研磨装置において、前記加工面と接触する部分を多孔質の材料で形成した前記研磨工具を使用し、砥粒を含有するペースト及び液体を供給するにあたって、最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がないように液体の動粘度と液体の量を調整して最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない動粘度と液量を事前に決定し、０．３ｍｌ／ｍｉｎ以下の量の液体を単位時間あたり一定量供給する供給手段とそれを回収する回収手段を備え、決定した液体の動粘度と液量を採用して工作物を研磨する工作物研磨方法を特徴とする。
【０００５】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１ないし６記載の研磨方法を使用し、前記研磨工具に弾性体を接触させながら研磨を行い、前記研磨工具に弾性体を接触させる接触手段を備えた請求項６記載の工作物研磨装置を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１ないし６記載の研磨方法を使用し、前記研磨工具の回転軸の向きを加工点における加工面の法線と一致させない構成とする請求項６記載の工作物研磨装置を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし６記載の研磨方法を使用し、加工面の法線方向と、前記研磨工具と加工面との間に発生させる荷重の方向とが一致している構成とした請求項６記載の工作物研磨装置を特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項７ないし１０の工作物研磨装置を使用し、前記研磨工具の回転方向をダウンカットにする請求項１ないし６のいずれか１項記載の工作物研磨方法を特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし６記載の工作物研磨方法及び請求項７ないし１０における工作物研磨装置を使用して加工された工作物を特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、前記工作物が光学素子成形用の金型である請求項１２記載の工作物を特徴とする。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３記載の光学素子用の金型を使用して成形された光学素子を特徴とする。
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４記載の光学素子を搭載した印刷処理装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、研磨工具の加工面と接触する部分を多孔質の材料で形成したので、砥粒を把持し易く、潤滑や洗浄のための液体を吸収し易い特性を持っている。このために、加工点において、砥粒と、潤滑や洗浄のための液体が安定して存在できるようになり、得られる除去深さが安定し易くなる。
また、事前の研磨実験を実施して、除去深さ精度にたいする効果の大きい、潤滑や洗浄のための液体の動粘度と液量を変化させた、短時間研磨の除去深さと加工面品位を調べることによって、液体の動粘度と液量を決定することができるため、従来のように長時間の研磨のために長時間の研磨実験を行って研磨条件を決めることが必要なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による加工装置、すなわち、研磨装置の実施の形態を示す概略図である。図１に示すように、回転軸２で支持された研磨工具１が直動スライドを兼ねたスピンドル（直動スライド）３に固定されている。図中、符号６はコラム、符号８は３軸直動テーブルを示している。
荷重発生機構部５により直動スライド３に所定の荷重を与え、その荷重が研磨工具１に伝達されて研磨工具１と工作物（被加工部）７の加工面７ａとの間に荷重が発生する。発生した荷重を荷重センサ４が検知して、その荷重を所定の荷重になるように図示していない制御部、例えば、パソコンから荷重発生機構部５に対して指令を出す。
工作物（被加工部）７はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びＸ軸、Ｙ軸と平行な回転軸のＡ軸、Ｂ軸（図示せず）の動きによって工作物（被加工部）７の法線を工具荷重負荷方向と一致させる、いわゆる法線制御が可能となっている。
この機構によって工具１と加工面７ａとの間に発生させる荷重が高精度となる。加工面７ａの設計形状のデータから加工面７ａの各位置における加工面７ａの法線を算出し、加工装置１０の各軸の動きを決めることで法線制御を行う。
図２は所望の設計形状と加工面の研磨前の形状を示す概略図である。図２に示すように、所望の設計形状と加工面の研磨前の形状測定結果との誤差が存在し、その誤差から各加工点における除去量または除去深さを決定する。
【０００８】
図１の対象とする工作物（被加工部）７を加工する前に、この工作物７と同じ材料を加工することによって除去量または除去深さと加工条件との関係を事前に掴んでおく必要がある。
この関係について従来から次式で示すようなプレストンの経験則が知られている。
δ＝ｋ×Ｐ×Ｖ×ｔ
ここで、δ；除去量、ｋ；比例定数、Ｐ；圧力、Ｖ；工具と加工点の相対速度（工具周速）、ｔ；滞留時間を示す。
これにより各加工点における必要な除去量または除去深さに対して加工条件を決めることができる。本発明においては、δは除去深さ、Ｐは荷重と考えても差し支えない。一般的に比例定数ｋは工作物の材質や工具により決まる定数である。
加工面７ａと接触する部分を多孔質の材料で形成した研磨工具１を使用して研磨することにより、研磨面に砥粒を含有するペーストを供給したときに、その研磨工具１表面に砥粒を把持し易くなり、また、潤滑や洗浄のための液体を充分に吸収して保持することが可能となる。
そして、実際の光学素子成形用金型の研磨を行う前に、その液体の動粘度と液体の量を調整して、最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がない条件を、長時間の研磨ではなく短時間の研磨によって決定する。このように決定された液体の動粘度と液体の量で、実際の光学素子成形用金型を研磨することを特徴とする工作物研磨方法としている。ここでスクラッチとは５０ｎｍ以上の深さのものをいう。ただし、必ずしもこの値に限定されることはなく、必要な機能から値は決まるものであり、一般的には研磨痕における異常な傷をスクラッチという。
【０００９】
ここで、液体の動粘度は１０〜２００ｍｍ2／ｓが好ましく、液体の量は０．３ｍｌ／分以下の少量を単位時間あたりに一定量ずつ供給すると良い。さらに研磨中において、研磨工具１に弾性体を接触させる。
これによって、研磨工具１の表面に存在する切粉を除去し、また、研磨工具１表面に存在する砥粒量と液体の量を一定にする。このように研磨表面から除去した切粉と砥粒を含む液体を除去回収して、その液体が再び加工点に移動することを防止する。
このように本発明は、回転軸２に支持され且つ球体または球体の一部からなる形状を有するとともに多孔質材料からなる研磨工具１と、研磨工具１と工作物７の加工面７ａとの間に荷重を発生させつつ砥粒を含有するペースト及び液体を該加工面７ａに供給しながら工作物を研磨する工作物研磨方法（工作物研磨装置）であって、最大除去深さが得られ、かつスクラッチの発生がないように該液体の動粘度とその量を事前に決定し、決定した動粘度と液量を採用して工作物を研磨することを特徴としている。
図３は研磨に使用する研磨工具の例を示す概略図である。研磨に使用する研磨工具としては、図３に示すような球体の１部分からなる形状を採用する。研磨工具形状として球体そのものであるものも採用可能である。
これら研磨工具によって加工点における研磨工具と加工面との接触面積を小さくする、いわゆるポイント研磨が可能となる。ポイント研磨によって比較的短い波長のうねりを除去することが可能となる。研磨工具の回転軸は加工面の法線と一致していないので、回転する研磨工具のなかで周速ゼロとなる部分は加工面と接触しない状態である。
【００１０】
次に本発明による工作物研磨装置の第１の実施の形態を説明する。図１に示した加工装置（工作物研磨装置）１０によって、レーザビームプリンタに搭載される長尺のｆθレンズ成形用金型の研磨を行う。研磨面は無電解ニッケルメッキ面であり、形状は自由曲面となっている。
図４は研磨に使用する研磨工具の他の例を示す概略図である。使用する研磨工具は木粉を粉砕して作成した粒子を樹脂バインダ、ここではウレタン樹脂と混練して成形したもので、形状は図４に示すような形状である。図３及び図４において、各研磨工具１は軸２によって支持され、符合７ａは加工面を示している。
この研磨工具１はその構成材料中に木粉を粉砕して作成した粒子を分散して含むため、多孔質となっていて、砥粒を把持しやすく、潤滑や洗浄のための液体を吸収しやすい特性を持っている。
加工面７ａの法線に対して垂直方向に、つまり加工面７ａと平行な方向に研磨工具１の回転軸が設定されている。この研磨工具１を使用して加工点に遊離砥粒を供給しながら研磨を行う。
加工面７ａの法線方向と、研磨工具１と加工面７ａとの間に発生させる荷重の方向とが一致していることで、研磨工具１と加工面７ａとの間に正確な荷重を加工面７ａに対して直交方向に発生させることができるので、所望の除去深さを高精度に実現することができる。
図５は液体供給及び吸引機構を示す概略図である。本実施の形態では、ダイヤモンドペーストを加工面７ａに予め塗布してから、図５に示すような液体供給及び吸引機構における液体供給ノズル１１から液体を供給する。吸引機構からは液体を吸引する。
この液体供給及び吸引機構によって弾性体１２が研磨工具１表面の少なくとも研磨作用を及ぼす部分に接触した状態になっている。ここでは、弾性体１２としてナイロン製のブラシを使用した。さらに、ブラシ１２で回収された液体及びその液体に混合された砥粒とペーストを、第２ノズル１３によって吸引して排出するようになっている。
実際のレンズ成形用金型の研磨に先立ち、事前の加工として対象とするレンズ成形用金型と同じ材質である無電解ニッケルメッキ面の研磨をダミーワークで行う。研磨条件は、研磨工具の回転数を２００ｒｐｍ、回転方向がダウンカット、研磨荷重を２Ｎ、研磨工具の送り速度を１５０ｍｍ／分とした。
平均粒径０．５μｍのダイヤモンド砥粒を含有しているペーストであるダイヤモンドペーストを研磨する面に塗布して、液体を供給しながら研磨を行うのであるが、上記のように研磨条件を固定して供給する液体の動粘度と液量を変化させて研磨による除去深さを測定する。
この工作物研磨装置においては、工具１に弾性体１２を接触させながら研磨工程を行い、研磨工具１に弾性体１２を接触させる手段（図示せず）を備えている。
このため、研磨工具１表面に存在する切粉を除去することができ、余分な砥粒と液体及びペーストを除去することができ、また、砥粒と液体の量を一定量にならすことができるために、研磨によって安定した除去深さを得ることができる。
研磨表面から除去した切粉と砥粒を含む液体を回収手段１３（第２ノズル）によって回収して、その液体が再び加工点に移動することを防止できることからも、安定した除去深さが得られる。
【００１１】
図６は研磨による除去深さの測定結果を表として示す図である。本実施の形態では図６に示すような結果が得られたため、最大除去深さが得られる４０℃における動粘度が５０ｍｍ2／ｓ、液量０．０１ｍｌ／分の条件を選定して、本番の研磨加工を行う。ダイヤモンドペーストの動粘度は５００ｍｍ2／ｓ以上である。
図７は工具回転の向きを上から見た図である。図８は工具回転の向きを横から見た図である。ここで、ダウンカットとは下向き削りとも言われているが、図７及び図８に示すように、本発明では未加工領域と既加工領域の境の斜面に対して下向きに削る（研磨する）ことを意味している。
つまり、図７及び図８に示す矢印のように被加工面で研磨工具が相対移動するように回転することであり、研磨工具における加工作用を及ぼす部分の少なくとも一部が未加工領域と既加工領域の境の斜面に対して下向きに削る（研磨する）ことである。
研磨対象とするレンズ成形用金型を事前に形状測定して、その各位置におけるその誤差量から研磨による除去量を決定する。本実施の形態では１ｍｍから８ｍｍの空間波長を持つうねり誤差を対象とする。
このときに事前の研磨における送り速度の逆数である滞留時間及び工具回転数、研磨荷重と除去深さとの関係からプレストンの経験則における比例定数ｋを算出して、このｋをもとに研磨面の各位置における滞留時間を算出する。
研磨工具の回転軸の向きが加工面の法線と一致しないことで、回転する球体または球体の一部からなる形状の研磨工具の中で周速ゼロとなる部分が加工面にポイントで接触しないことになり、研磨工具の周速のある部分が加工面と接触するため、研磨工具と加工面との接触面積を小さくしたポイント研磨が可能となり、短い波長の誤差成分（うねり）を除去することが可能となる。
研磨工具の回転方向をダウンカットとすることで、研磨工具の進行方向に対して研磨工具が上から回転して、砥粒及び、潤滑や洗浄のための液体を巻き込むようにして研磨を行うことになるので、研磨工具と加工面との間に砥粒や液体の供給を容易に行うことができる。
【００１２】
図９は工具回転数と研磨荷重を一定としたときの、滞留時間と除去深さの関係をグラフで示す図である。通常は工具回転数と研磨荷重を一定として、滞留時間制御によってうねり誤差を除去することをおこなうので、研磨面の各位置における滞留時間を図９の関係から求める。実際に研磨をおこなったところ、８時間という長時間の研磨によって得られた面のうねり誤差は３０ｎｍ以下の値となった。
図１０は液体の動粘度と液量を変化させて得られる除去深さと除去深さ精度の関係をグラフで示す図である。図１０には、他の研磨条件を固定して、供給する液体の動粘度と液量を変化させて、短時間における研磨で得られる除去深さと、長距離研磨における除去深さ精度（除去深さのバラツキ３σを除去深さの平均値で割った値）との関係の一例を示している。このように短時間における研磨で得られる除去深さが大きいほど、高い除去深さ精度が得られる。しかし、除去深さが大きくても、スクラッチが発生する条件は選定しない。
【００１３】
次に、第２の実施の形態において、図１に示した加工装置でレーザビームプリンタに搭載される長尺のｆθレンズ成形用金型の研磨を行う。研磨面は無電解ニッケルメッキ面であり、形状は自由曲面となっている。
使用する研磨工具１は多孔質炭素材料である木炭を粉砕して作成した粒子を樹脂バインダ、ここではフェノール樹脂と混練して成形したものである。形状は図３に示すような形状で、研磨作用を及ぼす部分は球面となっている。
この研磨工具１は木炭を粉砕して作成した粒子を含むため、多孔質となっていて、砥粒を把持し易く、潤滑や洗浄のための液体を吸収し易い特性を持っている。加工面７ａの法線に対して角度をなして研磨工具１の回転軸が設定されている。この研磨工具１を使用して加工点に遊離砥粒を供給しながら研磨を行う。
本実施の形態では、ダイヤモンドペーストを加工面７ａに予め塗布してから、図５に示すような機構における液体供給ノズル１１から液体を供給する。液体供給ノズル１１には、図示されていないが、少量の液体を定量供給できるポンプを接続してある。
この機構によって弾性体（ブラシ）１２が研磨工具表面の少なくとも研磨作用を及ぼす部分に接触した状態になっている。ここでは、弾性体１２としてポリプロピレン製のブラシを使用した。さらに、ブラシ１２で回収された液体及びその液体に混合された砥粒とペーストを、第２ノズル１３によって吸引して排出する排出機構を備えている。
実際のレンズ成形用金型の研磨に先立ち、事前の加工として対象とするレンズ成形用金型と同じ材質である無電解ニッケルメッキ面の研磨をダミーワークで行う。研磨条件は、研磨工具１の回転数を１００ｒｐｍ、回転方向がダウンカット、研磨荷重を３Ｎ、研磨工具１の送り速度を１００ｍｍ／分とした。
平均粒径０．５μｍのダイヤモンド砥粒を含有しているペーストであるダイヤモンドペーストを研磨する面に塗布して、液体を供給しながら研磨を行うのであるが、上記のように研磨条件を固定して、供給する液体の動粘度と液量を変化させて、研磨による除去深さを測定する。
【００１４】
図１１は液体の動粘度による除去深さの変化をグラフで示す図である。液量を０．２ｍｌ／分としたときに本実施の形態では図１１に示すような結果が得られたため、最大除去深さが得られる４０℃における動粘度が６０ｍｍ2／ｓの液体を選定した。
この液体は鉱油を基油とした潤滑油で、高級脂肪酸を含んでおり、油性に優れた潤滑油であり、研磨工具材料に対しても、被削材に対しても濡れ性が優れている。次に選定した液体を使用して、液量を変化させた研磨実験を行う。
図１２は除去深さ精度に及ぼす潤滑油供給の影響をグラフで示す図である。上記の研磨実験により図１２のような結果が得られたので、液量を０．０８ｍｌ／分とした。ダイヤモンドペーストの動粘度は４００ｍｍ2／ｓ以上である。ここで潤滑油として、高級脂肪酸のほかに、アルコール、油脂、エステルのいずれかを含むものも同様に使用することができる。
所望の設計形状と加工面の研磨前の形状測定結果との誤差から各加工点において滞留時間を決定して、滞留時間制御研磨を行い、うねり誤差が３７ｎｍ以下の精度を得ることができた。
比較として、動粘度が１０ｍｍ2／ｓより小さくなると、除去深さが浅くなり、結果として除去深さ精度が悪くなるのみでなく、被加工面にスクラッチが発生し易くなる。これは動粘度が低いために研磨工具と加工面との間の油膜厚が小さいことが予想されるため、研磨工具自体が加工面に接触するいわゆるボンドこすれの状態になっていて、潤滑様式でいうと境界潤滑になっている。
このような状態においては、研磨によって発生した切粉が研磨工具と加工面との間に存在するとスクラッチの発生確率が大きくなり、除去深さも不安定になる。逆に、動粘度が２００ｍｍ2／ｓより大きくなったときも除去深さが浅くなる。
このときは研磨工具と加工面との間の油膜厚が大きくなることが予想され、研磨工具が浮き上がった状態になり、潤滑様式でいうと流体潤滑になっている。このような状態においては、研磨工具に把持された砥粒が加工面に作用したりしなかったりという不安定な状態となり、安定した除去深さを得ることができない。
上記条件と同様の研磨条件で、動粘度が５ｍｍ2／ｓの潤滑油を１０ｍｌ／分の量で供給して滞留時間制御によって、長尺のｆθレンズ成形用金型の研磨を行なったところ、うねり誤差は８０ｎｍ程度となってしまった。
【００１５】
次に、第３の実施の形態において、第２の実施の形態で得られた結果から、４０℃における動粘度が７０ｍｍ2／ｓのすべり面用潤滑油を使用して、液量を０．０５ｍｌ／分として、図１に示した加工装置１０でレーザビームプリンタに搭載される長尺のｆθレンズ成形用金型の研磨を行った。
図１３は副走査断面曲率誤差を説明する概略図である。所望の設計形状と被加工面の研磨前の形状測定結果との誤差から各加工点において滞留時間を決定して、滞留時間制御研磨を行う。
副走査方向の曲率精度を図１３に示すような深さで表現すると、３０ｎｍ以下とすることができた。本実施の形態のように、一度データをとっておけば、次にも同じようにそのデータから液体の動粘度と液量を決定することができる。
【００１６】
次に、第４の実施の形態において、第２の実施の形態と同様に図１に示した加工装置１０でレーザビームプリンタに搭載される長尺のｆθレンズ成形用金型の研磨を行う。
実際のレンズ成形用金型の研磨に先立ち、事前の加工として対象とするレンズ成形用金型と同じ材質である無電解ニッケルメッキ面の研磨をダミーワークで行う。研磨条件は、研磨工具の回転数を１００ｒｐｍ、回転方向がダウンカット、研磨荷重を３Ｎ、研磨工具の送り速度を１００ｍｍ／分とした。
平均粒径０．５μｍのダイヤモンド砥粒を含有しているペーストであるダイヤモンドペーストを研磨する面に塗布して、液体を供給しながら研磨を行うのであるが、上記のように研磨条件を固定して、供給する液体の動粘度と液量を変化させて、研磨による除去深さを測定する。
動粘度が８０ｍｍ2／ｓの液体を使用して、液量が０．０１ｍｌ／分のときに最大除去深さ４２０ｎｍが得られたので液量を０．０１ｍｌ／分とした。次に選定した液量において、液体の動粘度を変化させて研磨実験を行なったところ、動粘度が６０ｍｍ2／ｓにおいて最大除去深さ５００ｎｍが得られたので、動粘度を６０ｍｍ2／ｓに決定した。
４０℃における動粘度が６０ｍｍ2／ｓ、液量０．０１ｍｌ／分の研磨を行った。本実施の形態では水溶性の液体を使用した。ここで使用したダイヤモンドペーストは水溶性のタイプである。
光学素子成形用金型を研磨したところ、副走査曲率精度は深さで４０ｎｍ以下とすることができた。このように研磨で仕上げられた金型を使用して光学素子を成形し、その光学素子を搭載した高精細な印字品質の印刷処理装置を得ることができた。
【００１７】
本発明によれば、４０℃における動粘度が１０〜２００ｍｍ2／ｓである液体を供給する。これによって、その液体が研磨工具と加工面との間に存在することで、動粘度が１０ｍｍ2／ｓより小さいときのように工具のボンドこすれが起こらない。
また、それによって、動粘度が２００ｍｍ2／ｓより大きいときのように工具の浮き上がりが起こらないために、研磨によって安定した除去深さを得ることができる。しかも、スクラッチのない高品位な面を得ることができる。
さらに、砥粒を含有するペーストの動粘度は供給する液体よりも高いため、曲面に供給したときにペーストが流れて落ちてしまうことがなくその曲面上に存在するため、このように曲面上に存在するペーストを巻き込みながら研磨工具が加工面を走査するので、安定した砥粒の供給が実現できる。そのため、除去深さが安定する。
また、本発明によれば、油性向上剤である高級脂肪酸、アルコール、油脂、エステルの少なくとも１種が成分として含まれることで、被削材との濡れ性が向上して研磨工具と被削材との間の加工点において、常にこの液体が存在する状態を維持、つまり油膜切れを防止することが可能となる。
これによって、この液体が研磨における潤滑の作用を効率よく行うことができる。したがって、ボンドこすれのような問題が起こりにくいため、スクラッチが発生せず、研磨によって安定した除去深さを得ることができる。
【００１８】
本発明によれば、工作物研磨装置は潤滑や洗浄のための液体を０．３ｍｌ／分以下の量で単位時間あたり一定量供給する手段と使用後の液体を回収する手段を備えている。
したがって、過剰な液体供給によって、加工面に供給したペーストが溶けて加工面から流されてしまう事態が生じにくく、また、工具の浮き上がりが生じにくいため、さらにはその量が単位時間あたり一定量であるため、加工点において存在する液体の量は一定となり、研磨によって安定した除去深さを得ることができる。
本発明による研磨方法及び研磨装置により加工されたことによって、設計形状に対して誤差を除去された高精度の工作物を得ることができ、所望の機能を実現することが可能となる。
本発明によれば、設計形状に対して誤差を除去された光学素子成形用金型を得ることで、高性能な光学素子を得ることが可能となり、この光学素子用の金型を使用して成形された高性能な光学素子を得ることで、高性能な印刷処理装置を得ることが可能となり、さらに、前記光学素子を搭載した高性能な印刷処理装置を得ることで、高精細な印刷物を得ることが可能となる。
以上により、安定した除去深さを得て、つまりプレストンの経験則の比例定数ｋを比較的簡単な手法で安定させることによって、高精度な形状を持つ光学素子成形用金型の加工を可能とすることができる。さらに、長時間にわたって安定した除去深さの得られる条件を、短時間の研磨で決定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による加工装置、すなわち、研磨装置の実施の形態を示す概略図である。
【図２】所望の設計形状と加工面の研磨前の形状を示す概略図である。
【図３】研磨に使用する研磨工具の例を示す概略図である。
【図４】研磨に使用する研磨工具の他の例を示す概略図である。
【図５】液体供給及び吸引機構を示す概略図である。
【図６】研磨による除去深さの測定結果を表として示す図である。
【図７】工具回転の向きを上から見た図である。
【図８】工具回転の向きを横から見た図である。
【図９】滞留時間と除去深さの関係をグラフで示す図である。
【図１０】液体の動粘度と液量を変化させて得られる除去深さと除去深さ精度の関係をグラフで示す図である。
【図１１】液体の動粘度による除去深さの変化をグラフで示す図である。
【図１２】除去深さ精度に及ぼす潤滑油供給の影響をグラフで示す図である。
【図１３】副走査断面曲率誤差を説明する概略図である。
【図１４】従来の研磨技術の一例を示す概略図である。
【図１５】従来の研磨技術の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    研磨工具
３    直動スライド
４    荷重センサ
７    加工部
７ａ  加工面
１０    工作物研磨装置（加工装置）
１２    弾性体（ブラシ）
１３    回収手段（第２ノズル）
【図１】
2006159324.tif 000003
【図２】
2006159324.tif 000004
【図３】
2006159324.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006159324.tif 000008
【図７】
2006159324.tif 000009
【図８】
2006159324.tif 000010
【図９】
2006159324.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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