(57)【要約】【課題】研磨対象物の形状に左右されない自由度と研磨能力に優れた研磨装置を提供する。【解決手段】ワーク１０を保持するワーク保持部材１１と、電気レオロジーゲル（ＥＲＧ）と砥粒とを含んで構成された研磨材１２Ａを有し、この研磨材１２Ａをワーク１０に接触させてワーク１０を研磨する研磨工具３００と、研磨工具３００を保持する工具保持部材３１０と、研磨工具３００又はワーク１０を、研磨面に対して略直行する軸を中心に回転駆動させる回転駆動手段４５０と、ＥＲＧに電圧を印加する電圧印加手段１２３とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状の研磨面を有するワークを研磨する研磨装置であって、
前記ワークを保持するワーク保持部材と、
電気レオロジーゲル（以後、「ＥＲＧ」ともいう）と砥粒とを含んで構成された研磨材を有し、この研磨材を前記ワークに接触させて前記ワークを研磨する研磨工具と、
前記研磨工具を保持する工具保持部材と、
前記研磨工具又は前記ワークを、前記研磨面に対して略直交する軸を中心に回転駆動させる回転駆動手段と、
前記ＥＲＧに電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨装置であって、
前記研磨面を上向きにした姿勢で前記ワーク保持部材を略垂直な軸を中心に回転可能に保持する第１のスリーブと、
前記第１のスリーブの上部に位置し、前記研磨材を下向きにした姿勢で前記工具保持部材を回転不能かつ前記ワーク保持部材の回転軸方向にスライド可能に保持する第２のスリーブとを備え、
前記回転駆動手段は、前記ワーク保持部材を回転させることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１に記載の研磨装置であって、
前記研磨材を上向きにした姿勢で前記工具保持部材を略垂直な軸を中心に回転可能に保持する第３のスリーブと、
前記第３のスリーブの上部に位置し、前記研磨面を下向きにした姿勢で前記ワーク保持部材を回転不能かつ前記工具保持部材の回転軸方向にスライド可能に保持する第４のスリーブとを備え、
前記回転駆動手段は、前記工具保持部材を回転させることを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の研磨装置において、
前記研磨工具は、導電性の工具本体と前記工具本体の先端に設けられた前記研磨材とから構成され、
前記電圧印加手段は、前記工具保持部材の中心に挿入され一端が前記工具本体に接触され、他端が給電部材に接触された第１電極と、前記ワーク保持部材の中心に配置され一端が前記ワークに接触し、かつ、他端が給電部材に接触された第２電極とを含んで構成され、
前記ワークが導電性であることを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載の研磨装置において、
前記研磨工具は、電気絶縁性の工具本体と、前記工具本体の先端に設けられた前記研磨材とから構成され、
前記電圧印加手段は、前記工具本体の前記研磨材近傍に配置された極性の異なる第１電極および第２電極とを含んで構成されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項６】
請求項２〜請求項５のいずれかに記載の研磨装置において、
前記ワーク保持部材と前記第１のスリーブとの間、又は、前記工具保持部材と前記第３のスリーブとの間には、ボールベアリング軸受又は空気静圧軸受が設けられていることを特徴とする研磨装置。
【請求項７】
請求項１に記載の研磨装置において、
前記ワーク保持部材及び工具保持部材の一方を、前記研磨面に対して略直交する軸方向へ変位させる変位駆動手段を備えていることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定形状の研磨面を有する被加工物を研磨する研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気粘性流体（以下、ＥＲ流体ともいう。）と呼ばれる組成物が知られている。この組成物は、例えば電気絶縁性の媒体中に分散相粒子を分散させて得られる流体であり、これに外部電界を加えると、その粘度が著しく増大し、場合によっては固化する性質を持つ、いわゆる電気レオロジー効果（以下、ＥＲ効果ともいう。）を有する流体組成物である。
このＥＲ流体は前記のようなＥＲ効果を有するために、クラッチ、ダンパー、ショックアブソーバー、振動素子のような電気制御による機器の動力伝達用または制動用の分野などで利用されている。
【０００３】
一方、このようなＥＲ流体の特異的性質を用いて、光学素子の研磨に応用しようという試みがある。例えば、特許文献１に記載された研磨装置では、光学素子を研磨する研磨ポリシャの裏面側に空隙部を設け、そこにＥＲ流体を充填している。そして、ＥＲ流体への印加電圧を制御することにより、研磨初期は研磨ポリシャを硬く、研磨終期には研磨ポリシャを柔らかく変化させている。その結果、被加工物である光学素子表面の面精度を良好なのものにしようというものである。
また、特許文献２のように、砥粒が分散されたＥＲ流体の中で光学素子を回転させながら、ＥＲ流体に対して相対的に運動させて研磨を行う装置も知られている。この研磨装置によれば、印加電圧を変えてＥＲ流体の粘度を変えることで、最適な研磨圧力により非球面形状光学素子の表面をくまなく研磨することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０７２８０号公報
【特許文献２】特開平０８−２２９７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１の研磨装置では、研磨ポリシャという、研磨対象物の形状に対応した研磨材を前もって準備する必要がある。また、研磨ポリシャとＥＲ流体との間に金属板が存在するため、ＥＲ流体が持つ独特の性質が十分利用されていない。
一方、特許文献２の研磨装置では、ＥＲ流体中に分散した砥粒が研磨の主体であるため、砥粒を光学素子に押しつける圧力はＥＲ流体の流れに依存し、非球面形状の光学素子に対する研磨力を高めることが困難である。
さらに、前記の分散相粒子を用いたＥＲ流体は、上述したように多くの優れたＥＲ効果を有するものではあるが、長期間静置されると、分散相粒子が分散媒中に沈降し、また一旦沈降すると、凝集して再分散が困難になるという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ＥＲ流体を用いて、研磨対象物の形状に左右されない自由度と研磨能力に優れた研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の研磨装置は、所定形状の研磨面を有するワークを研磨する研磨装置であって、前記ワークを保持するワーク保持部材と、電気レオロジーゲル（以後、「ＥＲＧ」ともいう）と砥粒とを含んで構成された研磨材を有し、この研磨材を前記ワークに接触させて前記ワークを研磨する研磨工具と、前記研磨工具を保持する工具保持部材と、前記研磨工具又は前記ワークを、前記研磨面に対して略直交する軸を中心に回転駆動させる回転駆動手段と、前記ＥＲＧに電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、ＥＲＧとは、ＥＲ流体が流動性を失ったゲル状物質である。また、「ＥＲＧと砥粒とを含んで」とは、例えば、ＥＲＧの中に砥粒が分散しているような構造をいい、ＥＲ流体中に砥粒を分散させてゲル化を行えばそのような構造が得られる。
本発明の研磨装置によれば、研磨材がＥＲＧと砥粒とを含んでいるので、ＥＲＧの特質を生かした研磨装置しての機能が発揮できる。すなわち、ＥＲＧを一定の力でワーク表面に押しつけると、ＥＲＧ自体がワークの表面形状に倣った形状に変形するため、必ずしも、研磨材を前もってワークの表面形状に合わせて製造する必要がない。
【０００９】
さらに、この研磨装置は、研磨工具又はワークを回転駆動させる回転駆動手段と、研磨材を構成するＥＲＧに電圧を印加する手段を備えているため、研磨の最中に、ＥＲＧの弾性（硬度）を変化させて、研磨特性を変えることができる。すなわち、ワークの表面粗度に応じてＥＲＧの硬度を変化させることができるので、例えば、被加工物の表面粗度が大きなときはＥＲＧに高い電圧をかけて硬くして、被加工物の表面粗度が小さくなったときはＥＲＧにかける電圧を下げて柔らかくすることで研磨を効率的に行うことができる。なお、研磨の際には、研磨工具とワークのいずれを回転させてもよい。
さらにまた、砥粒がＥＲＧ中に拡散・沈降することがないため、電気レオロジー特性が低下することなく、長期間に渡って研磨材としての性能が維持できる。
【００１０】
なお、この砥粒は、ＥＲＧの表層部分に保持されていることが好ましい。
本発明によれば、砥粒がＥＲＧの表層部分に保持されているため、研磨材が被加工物と接触した際に、ＥＲ効果が直接的に砥粒に反映するため、効率的に研磨を行うことができる。
【００１１】
また、研磨材は、前記研磨工具の工具本体に固着されていることが好ましい。
ここで、研磨材が工具本体に固着されているとは、研磨材自身の吸着力により工具本体に吸着している場合や、工具本体側に溝を作成しておくなどして研磨材が工具本体に固定されている状態を意味する。
本発明によれば、研磨材が工具本体に固着されているため、研磨工具として使用したときに、研磨材が工具本体から剥離してしまうことなく、上述の効果を好適に奏することができる。
【００１２】
本発明では、前記研磨面を上向きにした姿勢で前記ワーク保持部材を略垂直な軸を中心に回転可能に保持する第１のスリーブと、前記第１のスリーブの上部に位置し、前記研磨材を下向きにした姿勢で前記工具保持部材を回転不能かつ前記ワーク保持部材の回転軸方向にスライド可能に保持する第２のスリーブとを備え、前記回転駆動手段は、前記ワーク保持部材を回転させることが好ましい。
本発明によれば、工具保持部材を回転不能かつワーク保持部材の回転軸方向にスライド可能に保持する第２のスリーブを備えているため、研磨工具は、ワークの研磨の際に常に一定の圧力（自重）でワークに接することになる。それ故、研磨の際の接圧変動が少なくなり、研磨作業を安定して行うことができる。
【００１３】
本発明では、前記研磨材を上向きにした姿勢で前記工具保持部材を略垂直な軸を中心に回転可能に保持する第３のスリーブと、前記第３のスリーブの上部に位置し、前記研磨面を下向きにした姿勢で前記ワーク保持部材を回転不能かつ前記工具保持部材の回転軸方向にスライド可能に保持する第４のスリーブとを備え、前記回転駆動手段は、前記工具保持部材を回転させることが好ましい。
本発明によれば、ワーク保持部材を回転不能かつ工具保持部材の回転軸方向にスライド可能に保持する第４のスリーブを備えているため、ワークは、ワークの研磨の際に常に一定の圧力（自重）で研磨工具に接することになる。それ故、研磨の際の接圧変動が少なくなり、研磨作業を安定して行うことができる。
【００１４】
本発明では、前記研磨工具は、導電性の工具本体と前記工具本体の先端に設けられた前記研磨材とから構成され、前記電圧印加手段は、前記工具保持部材の中心に挿入され一端が前記工具本体に接触され、他端が給電部材に接触された第１電極と、前記ワーク保持部材の中心に配置され一端が前記ワークに接触し、かつ、他端が給電部材に接触された第２電極とを含んで構成され、前記ワークが導電性であることが好ましい。
本発明によれば、工具本体とワークが導電性であるので、電圧印加手段を構成する第１電極と第２電極によりＥＲＧの両側に電極を配置して電圧を印加することができる。それ故、例えば、レンズ成形用の金型を研磨する場合に好適である。
【００１５】
本発明では、前記研磨工具は、電気絶縁性の工具本体と、前記工具本体の先端に設けられた前記研磨材とから構成され、前記電圧印加手段は、前記工具本体の前記研磨材近傍に配置された極性の異なる第１電極および第２電極とを含んで構成されていることが好ましい。
本発明によれば、ＥＲＧの片側に電圧をかけてＥＲＧの硬さを制御できるため、例えば、ワークがプラスチックレンズのような電気絶縁性物質であった場合に好適である。
【００１６】
本発明では、前記ワーク保持部材と前記第１のスリーブとの間、又は、前記工具保持部材と前記第３のスリーブとの間には、ボールベアリング軸受又は空気静圧軸受が設けられていることが好ましい。
本発明によれば、ワーク保持部材と第１のスリーブとの間、又は、工具保持部材と第３のスリーブとの間には、ボールベアリング軸受又は空気静圧軸受が設けられているので、ワーク保持部材、又は、工具保持部材の回転を円滑に行うことができる。
【００１７】
本発明では、前記ワーク保持部材及び工具保持部材の一方を、前記研磨面に対して略直交する軸方向へ変位させる変位駆動手段を備えていることが好ましい。
本発明によれば、ワーク保持部材及び工具保持部材の一方を、研磨面に対して略直交する軸方向へ変位させる変位駆動手段を備えているので、ワークの研磨面と研磨工具との接圧を自由に制御でき、研磨効率を高めることができる。すなわち、前述のように、研磨工具やワークを重力によって下に押し下げるのではなく、変位駆動手段によりワーク保持部材及び工具保持部材の一方を変位させるので、例えば、研磨面の回転軸を水平に保つように研磨装置を製造・設置することもでき、研磨装置としての自由度が非常に大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態を詳細に説明する。
（１）ＥＲＧの構造及び製法
本実施形態におけるＥＲＧは、電気絶縁性媒体および分散相粒子が分散されたＥＲＧである。具体的には、ポリシロキサン架橋体中に電気絶縁性媒体および分散相粒子が分散されたＥＲＧを用いている。ポリシロキサン架橋体は、ハイドロジェンシリコーンと前記不飽和基含有化合物のヒドロシリル化反応生成物であることが好ましい。
【００１９】
本実施形態で用いられる電気絶縁性媒体としては、シリコーンオイル、塩化ジフェニル、トランスオイルなどがあるが、シリコーンオイルは絶縁破壊電圧、体積抵抗率などの電気的特性に優れ、物理的、化学的に安定なため長期にわたって安定した電気特性を発揮することができ、難燃性が高いため好ましく用いることができる。本発明で用いられる電気絶縁性媒体の粘度は限定されないが、好ましくは、２５℃において１〜１０万ｍｍ2／ｓ、特に好ましくは５〜１０００ｍｍ2／ｓである。粘度が１ｍｍ2／ｓ未満では、ＥＲＧの貯蔵安定性を低下させるため好ましくない。一方、１０万ｍｍ2／ｓを超えると、攪拌時に気泡を巻き込み、その気泡が抜け難くなり、取り扱いに支障をきたす恐れがあるので好ましくない。
【００２０】
シリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、フェニル変性シリコーンオイルのいずれか１種または２種以上が好適に用いられる。フッ素変性シリコーンオイルとしては、例えば、トリフルオロプロピル基（ＣＦ3Ｃ2Ｈ4−）を有するポリシロキサン、ノナフルオロヘキシル基（Ｃ4Ｆ9Ｃ2Ｈ4−）を有するポリシロキサン、環状型ポリシロキサン化合物などがある。この中でも、ＥＲ流体中における分散相は、化学的、電気的に不活性で、変成シリコーンより安価なジメチルシリコーンオイルを用いるのが好ましい。
【００２１】
本実施形態で用いられる分散相粒子は、電気絶縁性媒体中に分散されてＥＲ流体を構成するものであり、シリカゲル、セルロース、でんぷん、大豆カゼイン、ポリスチレン系イオン交換樹脂などのような粒子の表面に水を吸着保有する固体粒子やカーボン粒子などがある。また、分散相粒子としては、有機高分子化合物からなる芯体と、電気半導体性無機物粒子からなる表層とからなるＥＲ流体用複合粒子（以下、「ＥＲ複合粒子」と略記する。）、またはＥＲ複合粒子の表層に親和性表面処理が施され、電気絶縁性媒体との親和性が高められているＥＲ流体用複合粒子（以下、「親和性ＥＲ複合粒子」と略記する。）も用いられる。安定したＥＲ効果および良好な保存安定性が維持されることから、分散相粒子としては、ＥＲ複合粒子または親和性ＥＲ複合粒子が好ましく用いられている。
【００２２】
上記ＥＲ複合粒子または、親和性ＥＲ複合粒子についての詳細および製造方法は、例えば、特開２００１−２６７９３号公報、特開平１０−１２１０８４号公報、特開平９−７９４０４号公報などに記載されている。
【００２３】
上記分散相粒子は、電気絶縁性媒体中に均一に攪拌混合してＥＲ流体とすることができる。分散相粒子の含有率は、特に限定されるものではないが、ＥＲ流体の１〜７５重量％の範囲、特に１０〜６０重量％の範囲とすることが好ましい。含有率が１重量％未満では、十分なＥＲ効果が得られず、７５重量％を超えると、電圧を印加しない状態での初期粘度が過大となって使用に適さなくなる。
【００２４】
本実施形態においては、上記電気絶縁性媒体および分散相粒子はゲル骨格中に分散されている。ゲル骨格は限定されないが、電気絶縁性のものが好ましい。具体的には、ポリシロキサン架橋体が骨格中に電気絶縁性媒体を多量に保持することができるため好ましく、特に、ハイドロジェンシリコーンおよび不飽和基含有化合物のヒドロシリル化反応生成物が製造の容易性の理由から好ましい。ここで、ハイドロジェンシリコーンとは、例えばシロキサン鎖のケイ素原子に結合した水素原子を持つジアルキルポリシロキサンで、例えば下記式（Ｂ）で示される化合物が挙げられる。
【００２５】
【化１】
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【００２６】
（式中、Ｒ1は互いに独立して置換もしくは無置換の炭素数１〜１８のアルキル基、炭素数７〜２１のアラルキル基、または置換もしくは無置換の炭素数６〜２０のアリール基を示し、ｎ1は０〜５００の整数を示す。）
Ｒ1により示されるアルキル基には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、ドデシル基などが含まれ、アラルキル基には、例えばベンジル基、フェネチル基などが含まれ、そして、アリール基には、例えば、フェニル基、トルイル基、ナフチル基などが含まれる。Ｒ1により示される置換アルキル基には、例えば、トリフルオロプロピル基、クロロプロピル基などのハロゲン化アルキル基、および２−シアノエチル基のようなシアノアルキル基が含まれる。好ましくは、Ｒ1はメチル基であり、ｎ1は１０〜２００の整数である。ハイドロジェンシリコーンの具体例としては、下記式（Ｂ−１）、式（Ｂ−２）および式（Ｂ−３）で示されるものが挙げられる。
【００２７】
【化２】
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【００２８】
また、上記不飽和基含有化合物とは、下記式（Ｄ）で示されるものが挙げられる。
【００２９】
【化３】
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【００３０】
（式中、Ｒ2は互いに独立して水素原子、置換もしくは無置換の炭素数１〜１８のアルキル基、または置換もしくは無置換の炭素数６〜２０のアリール基を示し、Ｒ3は炭素数１〜１８のアルキレン基、炭素数７〜２１のアリールアルキレン基、ヘテロ原子数１〜６で炭素数１〜１２のヘテロ原子含有アルキレン基、または直接結合を示し、ｎ2は３以上の整数であり、そして、Ｚはｎ2と同じ価数を持つ連結基であって、炭素原子、ケイ素原子、一置換３価ケイ素原子、炭素数１〜３０の脂肪族基、ヘテロ原子数１〜６で炭素数１〜３０のヘテロ原子含有有機基、またはケイ素原子数２〜５０の直鎖状、分枝状または環状のアルキルシロキサン基を示す。）
Ｒ2により示されるアルキル基には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、ドデシル基などが含まれ、そして、アリール基には、例えば、フェニル基、トルイル基、ナフチル基などが含まれる。Ｒ3により示されるアルキレン基には、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、オクチレン基、ドデシレン基などが含まれ、アリールアルキレン基には、例えば、フェニルメチレン基、フェニルエチレン基、フェニルエチリデン基などが含まれる。Ｒ3について使用される「ヘテロ原子含有アルキレン基」という用語は、ヘテロ原子として、酸素、硫黄または窒素原子を含有する基であって、それらへテロ原子を炭素原子とみなすことにより、全体をアルキレン基とみなすことができる基を意味する。そのような基には、メチレンオキシメチレン基、メチレンオキシエチレン基、メチレンオキシプロピレン基、エチレンオキシプロピレン基、メチレンオキシエチレンオキシメチレン基、エチレンオキシエチレンオキシエチレン基、プロピレンオキシエチレンオキシプロピレン基、それらの酸素原子が硫黄または窒素原子で置き換えられたもの、およびそれらの酸素原子の一部が硫黄および／または窒素原子で置き換えられたものが含まれる。Ｚにより示される脂肪族基には、３価以上の直鎖状または分枝状のアルキル基が含まれ、例えば、メチニル基、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、オクチニル基、ドデシニル基などが含まれる。Ｚについて使用される「ヘテロ原子含有有機基」という用語は、ヘテロ原子として、酸素、硫黄または窒素原子を含有する脂肪族または芳香族の官能基を意味する。そのような官能基には、メチレンオキシメチニル基、メチレンオキシエチニル基、メチレンオキシプロピニル基、エチレンオキシプロピニル基、メチレンオキシエチレンオキシメチニル基、エチレンオキシエチレンオキシエチニル基、プロピレンオキシエチレンオキシプロピニル基、フェニレンビス（メチルオキシエチニル）基、それらの酸素原子が硫黄または窒素原子で置き換えられたもの、およびそれらの酸素原子の一部が硫黄および／または窒素原子で置き換えられたものが含まれる。Ｚの一置換３価ケイ素原子には、例えば、化学式≡Ｓｉ−アルキル基が含まれ、具体例としては≡Ｓｉ−ＣＨ3を挙げることができる。好ましくは、Ｒ2は水素原子またはメチル基であり、Ｒ2は−ＣＨ2ＯＣＨ2−、−ＣＨ2ＯＣＨ2ＣＨ2−、または−ＣＨ2ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＣＨ2−である。不飽和基含有化合物の具体例としては、下記式（Ｄ−１）、式（Ｄ−２）、式（Ｄ−３）、式（Ｄ−４）、式（Ｄ−５）、式（Ｄ−６）、式（Ｄ−７）で示されるものが挙げられる。
【００３１】
【化４】
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【００３２】
【化５】
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【００３３】
ヒドロシリル化は、反応速度の温度依存性が大きいことから、室温以下で混合し、加熱して反応を促進させることができる。これはヒドロシリル化反応の大きな利点であって、反応物を適度な粘性で混合し、成形した後、加熱すれば、一挙に所望の形状の重合物が得られる。この場合の加熱温度としては５０℃から１５０℃程度、好ましくは６０℃から１２０℃程度である。
【００３４】
このヒドロシリル化反応には、触媒を使用することが好ましい。ヒドロシリル化反応に使用可能な触媒としては、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムなどの化合物が知られている。特に白金化合物が有用であり、白金化合物の例としては、塩化白金酸、白金の単体、アルミナ、シリカ、カーボンブラックなどの担体に固体白金を担持させたもの、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−ホスフィン錯体、白金−ホスファイト錯体、白金アルコラート触媒などが使用できる。白金触媒の場合は白金として、０．０００１重量％程度添加することができる。電気絶縁性媒体および分散相粒子は、上記ヒドロシリル化反応の前にハイドロジェンシリコーンと不飽和基含有化合物に予め混合しておくと、直接、ＥＲＧが得られ好ましいが、ヒドロシリル化反応後に生成物に含浸させてＥＲＧにすることも可能である。
【００３５】
本実施形態におけるＥＲＧ組成物の架橋密度は、上記式（Ｂ）で示される化合物の分子量によりある程度決定されるが、化合物（Ｂ）と上記式（Ｄ）で示される多官能性化合物は、以下に示す式（１）に従っている。
式：０．５≦[（化合物（Ｄ）のモル数×化合物（Ｄ）の価数）／（化合物（Ｂ）のモル数×２）]≦１．５  （１）
この場合、特に、式（１）の下限が０．８で上限が１．２である場合に好ましい架橋密度のＥＲＧ組成物が得られる。
【００３６】
また、ハイドロジェンシリコーンおよび不飽和基含有化合物は、合計でＥＲＧの０．５〜７０重量％、好ましくは１〜３０重量％の量で存在する。
【００３７】
本実施形態のＥＲＧは電気絶縁性媒体と分散相粒子がゲル骨格中に分散されたものなので、分散相粒子が沈降することはない。また、電圧印加時には分散相粒子がゲル骨格内部において移動可能なので、電界方向に配列してＥＲ効果が発現されると考えられる。
【００３８】
以下、ＥＲＧ製造の具体例を示す。まず、以下に示すような製造方法によって、分散相粒子を調製した。
アンチモンドーピング酸化錫（石原産業社製、ＳＮ−１００Ｐ、電気伝導度：１．０×１０0Ω-1／ｃｍ） ３０ｇ水酸化チタン（石原産業社製、一般名：含水チタン、Ｃ−ＩＩ、電気伝導度：９．１×１０-6Ω-1／ｃｍ） １０ｇ アクリル酸ブチル３００ｇ １，３−ブチレングリコールジメタクリレート １００ｇ 重合開始剤（アゾビスイソバレロニトリル） ２ｇ上記処方の混合物を、第三リン酸カルシウム２５ｇを分散安定剤として含む水１８００ｍｌ中に分散し、６０℃で１時間攪拌下に懸濁重合を行い、得られた生成物を酸処理し、水洗後、脱水乾燥し、無機・有機複合粒子を得た。この粒子２００ｇに鉄フタロシアニン（山陽色素社製Ｐ−２６）２ｇを加え、ボールミルにて７５時間複合化処理を行い、次いでこれをジェット気流処理機（奈良機械製作所社製、ハイブリタイザー）を用いて周速７５ｍ／秒で２１０秒間ジェット気流処理を行い、分散相粒子のＥＲ複合粒子を得た。
【００３９】
上記分散相粒子を、電気絶縁性媒体のジメチルシリコーンオイル中に均一に分散させ、式（Ｂ−１）で示される化合物、式（Ｄ−１）で示される化合物および白金触媒を加えて混合し、９０℃で６時間加熱することにより、ＥＲＧを得た。ここで使用したジメチルシリコーンオイルは、Ｌ−４５（１００）（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）、室温（２５℃）における粘度が１００ｍｍ2／ｓ、比重０．９７／２５℃、屈折率１．４０２／２５℃のものである。また、白金触媒は０価の白金触媒を１０ｍｍ2／ｓのジメチルシリコーンに白金濃度０．３重量％で溶解させたものである。表１に、この例のＥＲＧの配合を示す。
【００４０】
【表１】
2006326782.tif 000008
【００４１】
このようにして得られたＥＲＧの特性について調べた。
（1-1）剪断応力および電流値の測定
前記で得たＥＲＧを二重円筒型回転粘度計にいれ、それぞれ内外円筒間に直流電圧２．０ｋｖ／ｍｍを印加し、かつ内筒電極に回転力を与えて、２５℃で、剪断速度１００ｓｅｃ-1における剪断応力（Ｐａ）を測定した。結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
2006326782.tif 000009
【００４３】
（1-2）ＥＲＧの沈降性の評価
次に、前記のＥＲＧについて常温における沈降性について次の測定法を用いて評価した。このＥＲＧを、内径６ｍｍの試験管に深さ１００ｍｍとなるように導入し、このまま常温（２５℃）にて６ヶ月間静置し、ＥＲ複合粒子の粒子沈降による試験管の上澄み層の厚さを測定した。沈降性の大きいものほど、この数値は大きくなる。結果を表３に示す。
【００４４】
【表３】
2006326782.tif 000010
【００４５】
表２の結果から、この例のＥＲＧは、電圧印加時の剪断応力が向上し、実用に耐え得る範囲であることが分かる。表３の結果から、この例のＥＲＧは６ヶ月間静置しても、ＥＲ複合粒子の沈降が認められなかった。よって、常温放置後の保存安定性が著しく優れていて長期使用に耐えるものとなっていることが分かる。
【００４６】
（２）研磨工具の製造
まず、後述する研磨装置で使用する研磨工具の製造方法について説明する。
図１に、研磨工具素材製造装置１の断面図を、図２に、その分解斜視図を示す。
研磨工具素材製造装置１は、装置基台１９と、この装置基台１９の上面中央に設けられワーク１０を保持するワーク保持部材１１と、装置基台１９の上面外周に設けられワーク１０の研磨面１０Ａに対し所定の隙間を隔てて工具本体１２を保持する工具本体保持部材１３と、ワーク１０の研磨面１０Ａと工具本体１２との間の隙間に形成され、ＥＲ流体を充填するためのＥＲ流体充填空間１４と、ＥＲ流体供給手段１５と、加熱手段１６とを備えている。
【００４７】
ワーク１０は、研磨の対象物であり、例えば、プラスチックレンズ等の射出成形に用いられる導電性の金型である。このワーク１０は、表面の形状は特に問題とされない。
ワーク保持部材１１はワーク１０を側面から保持する筒状の側壁部材１１１とワーク１０を底面から支える基台部材１１２とを備えて構成される。側壁部材１１１と基台部材１１２はボルトで固定され、ワーク保持部材１１として一体となっている。また、ワーク１０は、ワーク保持部材１１に嵌合して固定されている。
工具本体１２は、導電性の金属で構成され、先端にはＥＲＧを固着できるような溝（図示せず）が形成されている。
【００４８】
工具本体保持部材１３は、ワーク保持部材１１の外側に配置された外筒１３１と、この外筒１３１の一端に取り付けられ工具本体１２を取り付けた工具本体支持部材１３２とを含んで構成されている。また、外筒１３１の内側には、工具本体１２を固定する内筒１２１が配設されている。外筒１３１は、装置基台１９に固定され、一体となって、ワーク保持部材１１と工具本体１２を保持している。
また、外筒１３１と工具本体支持部材１３２との間には、ＥＲ流体充填空間１４の隙間寸法を調整する厚み調整手段としてスペーサ１８が挿入されている。
【００４９】
ＥＲ流体充填空間１４は、ワーク１０の研磨面１０Ａと工具本体１２との間の隙間内に形成され、ＥＲ流体を供給するＥＲ流体供給手段１５が接続されている。
このＥＲ流体供給手段１５は、工具本体１２に形成され一端がＥＲ流体充填空間１４に開口され、かつ、他端が工具本体１２の外表面に開口された供給路１５１と、側壁部材１１１に形成され一端がＥＲ流体充填空間１４に開口され、かつ、他端が側壁部材１１１の外表面に開口された排出路１５２とを含んで構成される。
排出路１５２は、外筒１３１の側壁中央に形成された孔１３１Ａに連通しており、主として、供給路１５１からＥＲ流体充填空間１４に流入したＥＲ流体の余剰分を外部に排出する通路として機能する。
【００５０】
ＥＲ流体充填後は、外筒１３１の側面にバンドヒータ（加熱手段）１６が巻かれ、ＥＲ流体充填空間１４内に充填されたＥＲ流体を加熱してゲル化（ＥＲＧに変成）できるようになっている。
【００５１】
以下に、上述の研磨工具素材製造装置１を用いた研磨工具素材の製造方法について説明する。
ＥＲＧの製造方法は、前記実施形態（１）で述べたとおりであるが、ＥＲＧを備えた研磨工具を製造する際は、以下のようにして行う。
【００５２】
ゲル化前のＥＲ流体（配合は表１に示す）を、ＥＲ流体供給手段１５の供給路１５１からＥＲ流体充填空間１４に流し込む。余分のＥＲ流体は、排出路１５２から排出される。
その後、外筒１３１に巻かれたバンドヒータ１６により、ＥＲ流体充填空間１４内部のＥＲ流体を、９０℃で６時間加熱してゲル化を完了させ、ＥＲＧを得る。このＥＲＧの下面は、ワーク１０の上面の形状（凹面、凸面等）に応じた形状となる。
図３は、工具本体１２を、外筒１３１、工具本体保持部材１３および内筒１２１から分離した後、ＥＲＧ１２２を上側にして示したものである。工具本体１２の先端部にＥＲＧ１２２が固着して、研磨工具素材２００を構成している。
ここで、図４に示したように、工具本体１２の先端に固着したＥＲＧ１２２の表面に砥粒１２２Ａを散布して研磨材１２Ａとすれば、研磨工具素材２００は、研磨工具３００となる。
ここで、砥粒としては、ＧＣ＃６００、ＧＣ＃１２００、ＧＣ＃２０００等のシリカ粉やダイヤモンドスラリー＃４０００等が好適に用いられる。
なお、砥粒１２２ＡがすでにＥＲ流体に含まれている場合には、上述のゲル化反応によりＥＲ流体がＥＲＧ１２２になるだけで、上述の研磨工具素材２００がそのまま研磨工具３００となる。この場合は、研磨工具素材製造装置１は研磨工具製造装置１００ともなる。
【００５３】
（３）研磨装置及びその動作
図５に、本実施形態に係る研磨装置４００の断面図を示す。
研磨装置４００は、ワーク１０を保持するワーク保持部材１１と、研磨材１２Ａをワーク１０に接触させてワーク１０を研磨する研磨工具３００と、研磨工具３００を保持する工具保持部材３１０と、ワーク１０を研磨面１０Ａに対して略直交する軸を中心に回転駆動させる回転駆動手段４５０と、研磨材１２Ａ（ＥＲＧ）に電圧を印加する電圧印加手段１２３とを備えて構成される。
すなわち、この研磨装置４００は、図１の研磨工具素材製造装置１あるいは研磨工具製造装置１００から工具本体１２、内筒１２１、ワーク１０、およびワーク保持部材１１を取り外して、その中心部に据え付けたものである。
【００５４】
ワーク１０を固定するワーク保持部材１１は、周囲をワーク保持回転部材１１３により保持され、これらは一体となっている。そして、ワーク保持回転部材１１３は、空気静圧軸受１１３Ａを介して第１のスリーブ１４０に回転可能に保持されている。
【００５５】
また、第１のスリーブ１４０の上部には、研磨材１２Ａを下向にした姿勢で研磨工具３００を保持する工具保持部材３１０を回転不能かつワーク１０の回転軸方向にスライド可能に保持する第２のスリーブ３４０がボルトで固定されている。
すなわち、工具保持部材３１０は、第２のスリーブ３４０の上部に位置する回転抑制部材３４０Ａにより回転を抑制されているが、上下方向にはスライド可能であるため、研磨工具３００と一体となって、その自重によりワーク１０に当接することとなる。
【００５６】
回転駆動手段４５０は、モータ４５０Ａ、プーリ４５１、ベルト４５２、およびプーリ４５３から構成され、所定の回転数にてワーク保持回転部材１１３、ワーク保持部材１１、およびワーク１０を一体として研磨面１０Ａに対して略直交する軸を中心に回転させる。そして、固定された研磨工具３００（研磨材１２Ａ）によりワーク１０の表面が研磨される。ここで所定のトルクを設定して、そのトルクに応じて自動的に電圧を上げ下げしてもよいし、また、手動で電圧を変化させてもよい。なお、電圧を上げれば、ＥＲＧは硬くなり、電圧を下げると、ＥＲＧは柔らかく（当初の硬さに）なる。
【００５７】
なお、図５では、モータ４５０Ａがワーク保持回転部材１１３およびワーク保持部材１１とともに回転させるのは、研磨装置４００下部に位置するワーク１０であるが、研磨工具３００および内筒１２１と、ワーク１０およびワーク保持部材１１とは上下が逆でも良い。すなわち、研磨工具３００を下部で回転させ、上部で固定されたワーク１０を研磨してもよい。
【００５８】
また、研磨材１２Ａ（ＥＲＧ）に電圧を印加するための電圧印加手段１２３は、工具保持部材３１０の中心に挿入され一端が研磨工具３００に接触され、他端が給電部材（図示せず）に接触された第１電極１２３Ａと、ワーク保持回転部材１１３の中心に配置され一端がワーク１０に接触し、かつ、他端が給電部材に接触された第２電極１２３Ｂとを備えて構成される。この第１電極１２３Ａと第２電極１２３Ｂとは、互いに極性が異なり、例えば、第１電極が正極、第２電極が負極のように設定される。
【００５９】
上述のような第１実施形態によれば、研磨装置４００は、その中核をなす研磨工具３００がＥＲＧ１２２と砥粒１２２Ａとを含んだ研磨材１２Ａを備えているので、ＥＲＧの特質を生かした研磨機能を発揮できる。すなわち、研磨工具３００（研磨材１２Ａ）をワーク１０表面に押しつけると、先端のＥＲＧ１２２が適度の弾性を持ったゲルであるので、ＥＲＧ１２２自体がワークの表面形状に倣った形状に変形する。それ故、研磨工具３００の先端部（研磨材１２Ａ）を必ずしも前もってワークの表面形状に合わせて製造する必要がない。
【００６０】
また、研磨工具（素材）製造装置１、１００では、ゲル化する前のＥＲ流体がワーク１０表面に倣った形状となり、その形状を保ってゲル化しているため、研磨装置４００は、ワーク１０に最適な研磨形状を持った研磨工具３００を備えることができる。すなわち、従来は、プラスチックレンズ成型用の金型等を研磨する場合、研磨材の表面を凸面や凹面にする必要があり、各々の場合に合わせて研磨材を交換しなければならなかったが、本実施形態によれば、ＥＲＧ１２２の表面が、ワーク１０の研磨面１０Ａに倣った形状をしているため、自動的にその金型等の表面形状に合わせた研磨材１２Ａが得られることになる。
【００６１】
また、この研磨工具３００は、砥粒がＥＲＧの表層部分に保持された研磨材１２Ａを備えているので、ワーク１０と接触した際に、ＥＲ効果が直接的に砥粒の動きに反映して、効率的に研磨を行うことができる。
すなわち、ワーク１０の表面粗度に応じてＥＲＧの硬度を変化させることができるので、被加工物の表面粗度が大きなときはＥＲＧに高い電圧をかけて硬くして、被加工物の表面粗度が小さくなったときはＥＲＧにかける電圧を下げて柔らかくすることで研磨を効率的に行うことができる。
【００６２】
さらに、研磨装置４００は、工具保持部材３１０をワーク保持部材１１の回転軸方向にスライド可能に保持する第２のスリーブ３４０を備えているため、研磨工具３００は、ワーク１０の研磨の際に常に一定の圧力（自重）でワーク１０に接することになる。それ故、研磨の際の接圧変動が少なくなり、研磨作業を安定して行うことができる。
【００６３】
なお、研磨装置４００においては、研磨工具３００のＥＲＧ１２２中に分散相粒子が分散されているので、分散相粒子が沈降することがなくＥＲ効果が長期間安定して得られる。
【００６４】
〔第２実施形態〕
第２実施形態においても、ＥＲＧの製法・性質等については第１実施形態と同様である。
第１実施形態においては、研磨工具を製造した後に、それを研磨装置に組み込んだが、第２実施形態では、研磨工具（素材）製造装置と研磨装置が一体になっているところが相違する。なお、第１実施形態と同様の機能を持った部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
図６に、研磨装置５００の断面図を示す。
研磨装置５００は、ワーク１０を底面から保持するワーク保持部材５１１と、ワーク１０を研磨する研磨工具５２０と、研磨工具５２０の工具本体を回転可能に保持する工具保持部材５３０と、研磨工具５２０の工具本体を研磨面（図示せず）に対して略直交する軸を中心に回転駆動させる回転駆動手段４５０と、ワーク１０の研磨面と研磨工具５２０の工具本体との間に形成された隙間内にＥＲ流体を充填するためのＥＲ流体充填空間１４と、ＥＲ流体充填空間１４にＥＲ流体を供給するＥＲ流体供給手段１５と、ＥＲ流体充填空間１４内に充填されたＥＲ流体を加熱してＥＲＧにするための加熱手段１６と、このＥＲＧに電圧を印加する電圧印加手段１２３（１２３Ａ、１２３Ｂ）とを備えている。
ここで、第２実施形態における工具保持部材５３０は、第１実施形態における工具本体保持部材１３の外筒１３１（図１）と工具保持部材３１０（図５）の機能を併せ持っている。
また、研磨工具５２０の工具本体部分はワーク１０同じく金属製であり導電性である。また、ワーク保持部材５１１と工具保持部材５３０はベークライトのような非導電性物質で構成されている。
【００６６】
第１実施形態においては、研磨工具３００を専用の研磨工具（素材）製造装置１、１００により製造したが、第２実施形態においては、研磨装置５００が研磨工具（素材）製造装置を兼ねている。
具体的には、以下のようにして研磨工具５２０を製造する。
まず。ゲル化前のＥＲ流体（配合は表１に示す）を、ＥＲ流体充填空間１４に流し込む。
その後、ＥＲ流体充填空間１４内部のＥＲ流体を、９０℃で６時間加熱してゲル化を完了させ、ＥＲＧを得る。このＥＲＧの下面は、ワーク１０の上面の形状（凹面、凸面等）に応じた形状となっている。
【００６７】
次に、ＥＲＧが工具本体（研磨工具５２０となる前）に保持された状態のまま、この工具本体を工具保持部材５３０から抜き出す。そして、工具本体に保持されたＥＲＧの表面に、砥粒を散布して研磨工具５２０とする。
この研磨工具５２０は、研磨装置５００の工具保持部材５３０に挿入された後は、研磨装置５００の本体部分となる。
【００６８】
研磨装置５００の回転駆動手段４５０は、モータ４５０Ａからの動力を、ベルト４５２を介して研磨工具５２０に伝え、所定の回転数にて研磨工具５２０を回転させる。そして、研磨工具５２０によりワーク１０の表面が研磨される。
【００６９】
上述のような第２実施形態の研磨装置５００によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、研磨装置５００が研磨工具（素材）製造装置をも兼ねているので、研磨装置５００の製造及び研磨操作が簡便であり、装置製造コストの面からも有利である。
【００７０】
なお、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。その他、本発明を実施する際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲内で他の構造等としてもよい。
【００７１】
本実施形態では、研磨対象であるワーク１０が導電性の金型であるため、いわゆる両側電極を用いることができた。これに対して、例えば、非導電性の工具本体の研磨材近傍に極性の異なる正負の電極を配置して、いわゆる片側電極方式でＥＲＧに電圧をかけることもできる。例えば、プラスチックのような非導電性物質を直接研磨する際には、図７に模式的に示したような片側電極８００を用いればよい。この片側電極８００は、正電極８００Ａと負電極８００Ｂが交互に並んで構成されており、非導電性ワーク１０’に接しているＥＲＧ９００に対して、反対側から電圧をかけることができる。ＥＲＧ９００の片側に電圧をかけてＥＲＧの硬さを制御できるため、ワーク１０’がプラスチックレンズのような電気絶縁性物質であった場合に好適である。
【００７２】
また、図８の研磨装置６００に示すように、第２実施形態の研磨装置５００と異なり、モータ４５０Ａの駆動力をカップリング４５０Ｂを通じて直接研磨工具５２０に伝えてもよい。カップリング４５０Ｂは、ボルト４５０Ｂ１とキー４５０Ｂ２によりモータ４５０Ａの回転軸と研磨工具５２０とを固定している。このモータ４５０Ａは、研磨装置６００が載置されている装置基台１９のフレーム１９Ａにより固定されている。なお、ここでは、ワーク保持部材５１１と工具保持部材５３０は、一体の構造となっている。
【００７３】
さらに、図９の研磨装置７００に示すように、カップリング４５０Ｃにより研磨工具５２０の上下方向の動きを拘束するとともに、ワーク保持部材５１１の下部に圧電素子（ＰＺＴ）５４０を配設し、その変位により、研磨工具５２０のワーク１０への押圧力を制御してもよい。研磨装置７００によれば、電圧によるＥＲＧの硬さ制御と併せて、研磨の際の押圧力をも制御することで、より精密な研磨が可能となる。なお、カップリング４５０Ｃはボルト４５０Ｃ１とキー４５０Ｃ２によりモータ４５０Ａの回転軸と研磨工具５２０とを固定している。
なお、回転駆動手段としては、上述のようなモータ駆動方式以外に、手動ハンドル等を設けて、人力により研磨工具やワークを回転させる方式を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の研磨装置は、プラスチックレンズ等の射出成形に用いられる金型の研磨に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第1実施形態に係る研磨工具素材製造装置の断面図。
【図２】前記実施形態における研磨工具素材製造装置の分解斜視図。
【図３】前記実施形態における研磨工具素材の斜視図。
【図４】前記実施形態における研磨工具の斜視図。
【図５】前記実施形態における研磨装置の断面図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る研磨装置の断面図。
【図７】本発明の他の実施形態における片側電極の模式図。
【図８】本発明の他の実施形態における研磨装置の断面図。
【図９】本発明の他の実施形態における研磨装置の断面図。
【符号の説明】
【００７６】
１…研磨工具素材製造装置、１０…ワーク、１１，５１１…ワーク保持部材、１２…工具本体、１２Ａ…研磨材、１３…工具本体保持部材、１４…流体充填空間、１５…流体供給手段、１６…バンドヒータ（加熱手段）、１８…スペーサ（厚み調整手段）、１００…研磨工具製造装置、１２３…電圧印加手段、１４０…第１のスリーブ、２００…研磨工具素材、
３００，５２０…研磨工具、３１０，５３０…工具保持部材、３４０…第２のスリーブ、
４００，５００，６００，７００…研磨装置
【図１】
2006326782.tif 000011
【図２】
2006326782.tif 000012
【図３】
2006326782.tif 000013
【図４】
2006326782.tif 000014
【図５】
2006326782.tif 000015
【図６】
2006326782.tif 000016
【図７】
2006326782.tif 000017
【図８】
2006326782.tif 000018
【図９】
2006326782.tif 000019