(57)【要約】【課題】  被加工物の表面に存在するうねり、挽き目又はクラック等の凹凸部のうち、凸部のみを選択的に除去することができ、効率よく短時間で被加工物の表面のうねり等を除去することが可能なスムージング工具を提供する。【解決手段】  加工機に取り付けられ、被加工物６の表面形状に倣う研磨部材を、回転させながら該被加工物６に当接させて研磨するスムージング工具において、前記加工機に取り付けられる回転軸１を有し、該回転軸１の一端側に、被加工物６の表面形状に追従可能な弾性部材２及び研磨部材４，５を設けるとともに、これら弾性部材２と研磨部材４，５の間に薄板部材３を介在させた構成としてある。好ましくは、薄板部材３が、金属材料、又は樹脂材料からなる構成とし、より好ましくは、薄板部材３が、厚さ約０．０１〜０．０５ｍｍの金属板、又は厚さ約０．０５〜０．２０ｍｍの樹脂板からなる構成とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工機に取り付けられ、被加工物の表面形状に倣う研磨部材を、回転させながら該被加工物に当接させて研磨するスムージング工具において、
前記加工機に取り付けられる回転軸を有し、該回転軸の一端側に、前記被加工物の表面形状に追従可能な弾性部材及び研磨部材を設けるとともに、これら弾性部材と研磨部材の間に薄板部材を介在させたことを特徴とするスムージング工具。
【請求項２】
前記薄板部材が、金属材料、又は樹脂材料からなることを特徴とする請求項１記載のスムージング工具。
【請求項３】
前記薄板部材が、厚さ約０．０１〜０．０５ｍｍの金属板、又は厚さ約０．０５〜０．２０ｍｍの樹脂板からなることを特徴とする請求項１又は２記載のスムージング工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ，プリズム又はミラー等の光学素子、その成形型等の被加工物の表面を研磨することにより、その表面の粗さ、うねり、挽き目（研削痕）又はクラック等を低減するスムージング工具に関し、特に、被加工物の表面に存在する凹凸部のうちの凸部のみを選択的に除去することができるスムージング工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、非球面又は自由曲面といった表面形状のレンズを加工する場合、又はこのような表面形状のレンズを成形するための成形型を加工する場合において、最終的な光学素子の性能を満足させる表面形状を得るために、これら被加工物の表面を研削加工した後に研磨加工を行っていた。
【０００３】
後工程である研磨加工を短時間で効率よく行うためには、前工程である研削加工において、被加工物の表面のうねり、挽き目又はクラック等を極力小さくする必要がある。ところが、被加工物の表面のうねり等を低減するために、研削工程を粗研削工程と仕上げ研削工程とに分割すると多大な手間と時間を要してしまう。そこで、従来から、研削工程又はそれ以前の工程で生じたうねり、挽き目又はクラック等を被加工物の表面から除去するための種々のスムージング工具が提案されている。
【０００４】
例えば、図６は特開平６−９１５４５号で提案されているスムージング工具を示す部分断面図である。該スムージング工具１００は、被加工物の表面を研磨加工するための研磨部１１０と、該研磨部１１０を傾動及び回転自在に保持する回転伝達部１２０とを備えた構成となっており、前記研磨部１１０は、ステンレス鋼製の定盤１１１に、ウレタン・ゴム等の弾性部材からなる弾性板１１２を取り付けるとともに、該弾性板１１２に不織布等のバフ部材からなる研磨布１１３を直接接着した構成となっていた。このような従来のスムージング工具１００では、図示しない加工機の駆動手段によって、研磨部１１０及び回転伝達部１２０を回転させ、前記研磨布１１３を一定の荷重で被加工物１３０の表面に当接させることによりうねり、挽き目又はクラック等を除去していた。
【特許文献１】特開平６−９１５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のスムージング工具１００では、研磨部１１０を構成する弾性板１１２及び研磨布１１３が、被加工物１３０の表面形状に追従可能な柔軟性を有しており、研磨布１１３を弾性板１１２に直接接着することにより、これら弾性板１１２及び研磨布１１３を被加工物１３０の表面形状に倣わせて研磨を行っていた。
【０００６】
しかし、このような構成では、研磨布１１３が、被加工物１３０の表面形状のみならず、該表面に存在するうねり、挽き目又はクラック等の凹凸部にまで追従してしまい、凸部と同時に凹部も研磨されてしまうので、これらうねり等を除去するためには、その凹凸部以上の大きさの加工量が必要であった。このため、上述した従来のスムージング工具１００では、被加工物１３０の表面に存在するうねり等の除去に長時間を要し、うねり等が大きい場合は被加工物１３０の表面形状を崩してしまうといった問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被加工物の表面に存在するうねり、挽き目又はクラック等の凹凸部のうち、凸部のみを選択的に除去することができ、効率よく短時間で被加工物の表面のうねり等を除去することが可能なスムージング工具の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のスムージング工具は、加工機に取り付けられ、被加工物の表面形状に倣う研磨部材を、回転させながら該被加工物に当接させて研磨するスムージング工具において、前記加工機に取り付けられる回転軸を有し、該回転軸の一端側に、前記被加工物の表面形状に追従可能な弾性部材及び研磨部材を設けるとともに、これら弾性部材と研磨部材の間に薄板部材を介在させた構成としてある。
【０００９】
好ましくは、前記薄板部材が、金属材料、又は樹脂材料からなる構成とし、より好ましくは、前記薄板部材が、厚さ約０．０１〜０．０５ｍｍの金属板、又は厚さ約０．０５〜０．２０ｍｍの樹脂板からなる構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のスムージング工具によれば、被加工物の表面形状に追従可能な柔軟性を有する弾性部材と研磨部材の間に薄板部材を介在させたことにより、該薄板部材及び研磨部材が、被加工物の表面形状に追従するが、該表面に存在するうねり、挽き目又はクラック等の凸凹部に追従しなくなる。これにより、被加工物の表面に存在するうねり等の凹凸部のうち、凸部のみを選択的に除去することができ、効率よく短時間で被加工物の表面を研磨加工することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係るスムージング工具について図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の第１実施形態に係るスムージング工具について、図１〜図３を参照しつつ説明する。本実施形態では、被加工物である凸面レンズの表面に、砥粒を含まない加工液を供給しつつ、本スムージング工具を凸面レンズの表面に押し当てて、両者を相対的に移動走査させながら研磨している。なお、以下に説明する本スムージング工具は、被加工物の切削工程後の、研磨工程ないしその前工程において使用するものである。
【００１２】
図１は本実施形態に係るスムージング工具を示す部分断面図である。同図において、１０は本実施形態に係るスムージング工具であり、主として、図示しない加工機に取り付け可能な回転軸１の一端側に、スポンジゴム（弾性部材）２、リン青銅板（薄板部材）３、及び固定砥粒フィルム（研磨部材）４を順に接着固定した構成としてある。
【００１３】
詳述すると、回転軸１は、大径円柱状の本体の他端側に、該本体と中心軸を共有する小径円柱状の保持部１ａを連成したステンレス製の棒状体である。前記加工機に保持部１ａを保持させることにより、回転軸１が前記加工機の動力を受けて回転動作させられる。また、スポンジゴム２は、弾性に富んだ発泡クロロプレンゴムを厚さ約２ｍｍの円板状としたものであり、被加工物の表面形状に追従可能な柔軟性を有している。
【００１４】
リン青銅板３は、厚さ約０．０３ｍｍの円形薄板である。該リン青銅板３は、被加工物の表面形状に追従可能な柔軟性を有するが、その材質と厚さに起因して前記スポンジゴム２よりも硬度が高く、また、板状であることより、該スポンジゴム２よりもその形状追従性が低くなっている。このようなリン青銅板３は、その形状追従性を損なうことがないように、硬化時にも柔軟性に富んだ性質を維持するクロロプレンゴム系の接着剤により、前記スポンジゴム２に接着固定してある。
【００１５】
固定砥粒フィルム４は、厚さ約２５μｍのポリエステルフィルムに、約３μｍ粒経のダイヤモンド砥粒（研磨部材）５を高分子系合成接着剤によってコーティングした研磨シートである。該固定砥粒フィルム４は、これが接着固定される前記リン青銅板３の形状追従性を限度に、被加工物の表面形状に追従可能な柔軟性を有している。また、このような固定砥粒フィルム４も、クロロプレンゴム系の接着剤によって前記リン青銅板３に接着固定してある。
【００１６】
次に、本実施形態に係るスムージング工具を用いた凸面レンズのうねり等の除去工程について、図２及び図３を参照しつつ説明する。図２は上記スムージング工具を用いた凸面レンズのうねり等の除去工程を示す部分断面図である。図３は図２における凸面レンズの表面の拡大図である。
【００１７】
図２において、まず、図示しない加工機に取り付けたスムージング工具１０を、被加工物である凸面レンズ６に向かって下降させ、荷重を加えつつ両者を接触させる。すると、該荷重によって、スムージング工具１０のスポンジゴム２及びリン青銅板３が弾性変形し、リン青銅板３に接着固定した固定砥粒フィルム４全面が凸面レンズ６の表面に倣って均一に当接する。このとき、リン青銅板３を、スポンジゴム２ほどの形状追従性はない材質及び厚さとしてあるので、該リン青銅板３が、凸面レンズ６の表面に存在するうねり、挽き目又はクラック等の凹凸部にまでは追従しない。この結果、該リン青銅板３に接着固定した固定砥粒フィルム４のダイヤモンド砥粒５が、凸面レンズ６表面に存在するうねり等の凹凸部のうち、凸部のみに作用する状態となる。
【００１８】
ここで、本実施形態では、研磨加工の際に、固定砥粒フィルム４と凸面レンズ６との界面に水溶性研削油７を介在させている。該水溶性研削油７は、潤滑及び冷却効果を与えるために用いており、この加工液中に砥粒は含まれてない。
【００１９】
このような状態において、前記加工機を駆動させると、スムージング工具１０と凸面レンズ６とが、それぞれの中心軸回りに回転動作するとともに、各中心軸のなす角度を変化させて、スムージング工具１０の固定砥粒フィルム４が凸面レンズ６の表面を研磨加工しながら揺動するように動作する。
【００２０】
図３に示すように、凸面レンズ６は精密に研削加工されているが、その表面６ａはうねり、挽き目又はクラック等によって荒れた状態である。この表面６ａに対して、本実施形態のスムージング工具１０によれば、固定砥粒フィルム４は、加工荷重を受けたスポンジゴム２の変形によって凸面レンズ６の表面形状に追従するものの、リン青銅板３の作用によって凸面レンズ６の表面６ａに存在するうねり等の凹凸部には追従せず、該凹凸部のうちの凸部のみに当接する。また、本実施形態では、加工界面に介在させた水溶性研削油７中に遊離砥粒を用いていないので、該遊離砥粒がうねり等の凹部に作用することもない。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態のスムージング工具１０によれば、リン青銅板３、及びこれに接着固定した固定砥粒フィルム４によって、被加工物の表面に存在するうねり等の凹凸部のうち、凸部のみに砥粒を作用させることができ、被加工物の表面に存在するうねり等を効率よく除去することができる。また、該うねり等の凹部に砥粒を作用させることなく凸部のみを除去することができるので、最低限の加工量で該うねり等を除去することができ、被加工物の表面形状を崩すこともない。
【００２２】
次に、本発明の第２実施形態に係るスムージング工具について、図４を参照しつつ説明する。図４は本実施形態に係るスムージング工具を用いた凹面レンズの研磨加工工程を示す部分断面図である。本実施形態では、被加工物である凹面レンズの表面に、砥粒を含む加工液を供給しつつ、本スムージング工具を凹面レンズの表面に押し当てて、両者を相対的に移動走査させながら研磨加工している。上述した第１実施形態と同様に、本スムージング工具は、被加工物の切削工程後の、研磨工程ないしその前工程において使用するものである。
【００２３】
同図において、２１は本実施形態に係るスムージング工具である。ステンレス製の回転軸１１には、図示しない加工機に取り付け可能な保持部１１aが連成してあり、該回転軸１１の一端側にスポンジゴム（弾性部材）１２が接着固定してある。該スポンジゴム１２は、弾性に富んだ発泡ゴム製の厚さ約１ｍｍの発泡クロロプレンゴム製である。また、該スポンジゴム１２には、厚さ約０．０２ｍｍのリン青銅板（薄板部材）１３を介して、砥粒を含まない厚さ約３５μｍの発泡ポリウレタンシート（研磨部材）１４が接着固定してある。これら部材相互間の接着には、凹面レンズ１５の表面形状に追従するための柔軟性を失うことがないように、硬化時にも柔軟性に富んだクロロプレンゴム系の接着剤を使用している。
【００２４】
次に、上記構成からなる本スムージング工具２１による凹面レンズ１５のうねり等の除去工程について説明すると、スムージング工具２１は、前記加工機よって下方への荷重が与えられる。該荷重によって、スポンジゴム１２が弾性変形して、発泡ポリウレタンシート１４の全面が被加工物である凹面レンズ１５の表面に倣って均一に当接する。このとき、リン青銅板１３は、スポンジゴム１２ほどの形状追従性はないため、凹面レンズ１５の表面に存在するうねり、挽き目又はクラック等の凹凸部に追従しない。これにより、リン青銅板１３に接着固定した発泡ポリウレタン研磨シート１４が、凹面レンズ１５の表面に存在するうねり等の凸部のみに作用する状態となる。
【００２５】
ここで、研磨加工の際には、発泡ポリウレタンシート１４が研磨能力を持たないため、水に酸化セリウム研磨材（研磨部材）１６を分散させた研磨液１７を加工液として加工界面に介在させる。
【００２６】
このような状態において、前記加工機を駆動させると、スムージング工具２１と凹面レンズ１５とが、それぞれの中心軸回りに回転動作するとともに、スムージング工具２１の発泡ポリウレタンシート１４が、酸化セリウム研磨剤１６を保持して凹面レンズ１５の表面の研磨加工をしながら揺動する。
【００２７】
本実施形態のように、砥粒を含まない発泡ポリウレタンシート１４と遊離砥粒を含む研磨液１７の組み合わせでも、リン青銅板１３の作用によって被加工物の表面に存在するうねり等を効率よく除去することができる。ここで、うねり等の除去能力の面では、上記第１実施形態における固定砥粒フィルム４を用いたほうが優れているが、固定砥粒フィルム４に固定することができる砥粒には制約があり、被加工物に高い外観品質が求められる場合に用いたい粒径の０．５μｍ以下の砥粒は容易には使えない、また、固定砥粒フィルム４を用いた場合は、砥粒の摩滅が起こると研磨加工能力を失ってしまうという事情があり、この点で本実施形態のスムージング工具２１は有効である。
【００２８】
なお、本発明のスムージング工具は、上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した各実施形態では、薄板部材として厚さ約０．０３ｍｍ又は０．０２ｍｍのリン青銅板３，１３を用いたが、加工荷重が与えられた際に、被加工物の表面形状に追従することができ、且つ該被加工物の表面に存在するうねり等の凹凸部に追従しない硬さ、例えば、ロックウェル硬度でＭ８０〜Ｍ１００のアクリルや、ロックウェル硬度でＭ７０〜Ｒ１１８のポリカーボネート等の樹脂薄板を用いることも可能である。
【００２９】
また、薄板部材の硬さ及び厚さは、加工荷重や被加工物の表面形状等に応じて任意に設定されるが、金属板の場合は約０．０１〜０．０５ｍｍ、樹脂板の場合は約０．０５〜０．２ｍｍの厚さに設定することが望ましい。
【００３０】
さら、研磨加工に用いる砥粒は、被加工物の種類によって、ダイヤモンド、酸化セリウム、アルミナ、シリカ等の種類が選定され、その粒径は、研磨又はその前工程であることから、第１実施形態ような固定砥粒として用いる場合は０．５〜３μｍ、第２実施形態のように遊離砥粒として用いる場合は０．１〜３μｍのものを用いるとよい。
【００３１】
またさらに、弾性部材としては、上述した各実施形態のスポンジゴム以外にも、被加工物の表面形状に追従して倣うことのできる硬さの材料であればよく、例えば、シリコーンゴム等を用いることができる。弾性部材の厚さは、回転軸の直径の範囲内において研磨シート全面が被加工物の表面に倣うことのできる厚さとし、すなわち、図５に示す回転軸３１の直径Ｄ範囲内での被加工物３２の球欠量Ａに相当する厚さが最低限必要になる。回転軸の直径によって必要な弾性部材の厚さは変わるが、回転軸の直径に対して弾性部材の厚さが大きすぎると加工の際に与えられる荷重と回転の力によってねじ切れてしまうことがあるので、その厚さは約０．５〜５ｍｍ程度とすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスムージング工具を示す部分断面図である。
【図２】上記スムージング工具を用いた凸面レンズのうねり等の除去工程を示す部分断面図である。
【図３】図２における凸面レンズの表面の拡大図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るスムージング工具を用いた凹面レンズのうねり等の除去工程を示す部分断面図である。
【図５】本発明のスムージング工具に用いる回転軸の直径と弾性部材の厚さ及び被加工物の球欠量の関係を示す説明図である。
【図６】従来のスムージング工具を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０，２１  スムージング工具
１，１１  回転軸
１ａ，１１ａ  保持部
２，１２  スポンジゴム（弾性部材）
３，１３  リン青銅板（薄板部材）
４  固定砥粒フィルム（研磨部材）
５  ダイヤモンド砥粒（研磨部材）
６  凸面レンズ（被加工物）
７  水溶性研削油
１４  発泡ポリウレタンシート（研磨部材）
１５  凹面レンズ（被加工物）
１６  酸化セリウム研磨材（研磨部材）
１７  研磨液
【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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