(57)【要約】【課題】研磨装置において、被研磨物に対する研磨の偏りを容易に低減することができ、被研磨面の形状精度を向上することができるようにする。【解決手段】研磨装置１００が、ロータ１２ａを有する上軸スピンドル１２、上軸モータ１４と、ワーク３を固定する固定状態と、ワーク３をロータ１２ａの回転中心軸に対して傾動可能に支持する非固定状態とに切替可能な上軸カンザシ６、上軸チャック１０と、ロータ１３ａを有する下軸スピンドル１３、下軸モータ１５と、研磨皿５を固定する固定状態と、研磨皿５をロータ１３ａの回転中心軸に対して傾動可能に支持する非固定状態とに切替可能な下軸カンザシ８、下軸チャック１１と、研磨皿５の曲率中心を中心として相対揺動可能に保持する揺動アーム２５と、第１の保持モードと、第２の保持モードとを切り替えて研磨加工を行う制御部とを備えた構成とする。【選択図】図１
2008260091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸または凹の球面からなる研磨面を有する研磨皿と、ワークの被研磨面とを当接させて加圧し、前記研磨皿と前記ワークとを相対運動させて前記ワークを研磨加工する研磨装置であって、
前記ワークを回転させるための第１の回転軸部を有する第１の回転手段と、
前記第１の回転軸部上に設けられ、前記ワークを前記第１の回転軸部に固定する固定状態と、前記ワークを前記第１の回転軸部の回転中心軸に対して傾動可能に支持する非固定状態とに切替可能な第１の保持手段と、
前記研磨皿を回転させるための第２の回転軸部を有する第２の回転手段と、
前記第２の回転軸部上に設けられ、前記研磨皿を前記第２の回転軸部に固定する固定状態と、前記研磨皿を前記第２の回転軸部の回転中心軸に対して傾動可能に支持する非固定状態とに切替可能な第２の保持手段と、
前記第１および第２の回転手段を、前記研磨面の曲率中心を中心として相対揺動可能に保持する揺動手段と、
前記第１の保持手段が前記第１の保持手段の非固定状態にあり、かつ前記第２の保持手段が前記第２の保持手段の固定状態にある第１の保持モードと、前記第１の保持手段が前記第１の保持手段の固定状態にあり、かつ前記第２の保持手段が前記第２の保持手段の非固定状態にある第２の保持モードとを切り替えて研磨加工を行う制御手段とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記第１の保持手段の非固定状態で、前記ワークを前記第１の回転軸部の回転中心軸回りに回転可能に保持したことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記第２の保持手段の非固定状態で、前記研磨皿を前記第２の回転軸部の回転中心軸回りに回転可能に保持したことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記第１の保持手段は、前記ワークを前記第１の回転軸部の回転方向に対して係止する第１の係止手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記第２の保持手段は、前記研磨皿を前記第２の回転軸部の回転方向に対して係止する第２の係止手段を備えたことを特徴とする請求項１または４に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記第１の保持手段は、
前記第１の回転軸部と同軸に設けられ、前記ワークを前記被研磨面の裏面側から押圧して、前記第１の回転軸部の回転中心軸に対して回転可能かつ傾動可能に支持する第１のカンザシと、
前記ワークを前記第１の回転軸部に対して固定する第１のチャック部とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項７】
前記第２の保持手段は、
前記第２の回転軸部と同軸に設けられ、前記研磨皿を前記研磨面の裏面側から押圧して、前記第２の回転軸部の回転中心軸に対して回転可能かつ傾動可能に支持する第２のカンザシと、
前記研磨皿を前記第２の回転軸部に対して固定する第２のチャック部とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置に関する。例えば、脆性材料であるガラスからなるレンズ、プリズム、ミラーといった光学素子等の表面仕上げ研磨を行う研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、レンズ、プリズム、ミラーなどの光学素子の表面仕上げにおいて、これら光学素子からなる被研磨物と、例えば、ピッチ、ポリウレタン製のパッドやポリシャなどの研磨用の弾性工具からなる研磨皿とを、界面に研磨用砥粒を介在させた状態で加圧しつつ摺動運動させることで研磨加工を行う研磨装置が知られている。
このような研磨装置として、例えば、特許文献１には、下方に固定されたバランスウェイトによって軸方向の負荷荷重が調整された上軸が揺動アームによって揺動可能に支持され、この上軸の先端に設けられた支持杵が、研磨工具に当接した研磨ワークを保持するワーク保持部に傾動可能に押圧され、支持杵を介して上軸の揺動運動をワーク保持部に伝達するようにした研磨機が記載されている。特許文献１には、研磨工具の支持状態について記載されていないが、一般には、研磨工具は研磨面の中心軸を中心として回転させて研磨が行われる。
例えば、特許文献２には、レンズが、揺動可能に保持され先端に球体を有する軸体で押圧されたホルダに支持され、研磨面の中心軸を中心として回転可能に支持された研磨用の工具に押圧され、工具を回転しつつ軸体を揺動させることにより、レンズの研磨を行うようにした研磨装置が記載されている。
【特許文献１】特開平８−３９４２５号公報
【特許文献２】特開２００５−２７９７８３号公報
【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、上記のような従来の研磨装置には以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、いずれも被研磨物を傾動可能に保持した状態で、研磨工具（研磨皿）上で揺動移動させている。そのため、被研磨物と研磨工具との当たり方や、互いの間に働く力のバラツキがある程度低減される。ただし、研磨工具の回転周速に起因する加工力は回転中心で最小、周縁部で最大となるため、被研磨物の揺動によって研磨工具の周縁部が被研磨面に当たる際に偏磨耗が発生しやすいという問題がある。
揺動角を低減して、周縁部が被研磨面に当接しないようにして偏磨耗を防止することも考えられるが、この場合には、揺動角が狭いため、回転周速に起因する加工力のバラツキを均すことができなくなる。
このため、従来の研磨装置を用いて高精度の研磨加工を行う場合には、研磨面に発生するクセを解消するため、被研磨面の仕上がり状態に応じて、適宜、被研磨物と研磨工具との配置を逆転させて、研磨加工を繰り返すことも行われている。このような作業は、被研磨物と研磨工具との入れ替えに手間がかかるばかりでなく、配置誤差が研磨精度に影響するため、高度の熟練を要する作業になってしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被研磨物に対する研磨の偏りを容易に低減することができ、被研磨面の形状精度を向上することができる研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、凸または凹の球面からなる研磨面を有する研磨皿と、ワークの被研磨面とを当接させて加圧し、前記研磨皿と前記ワークとを相対運動させて前記ワークを研磨加工する研磨装置であって、前記ワークを回転させるための第１の回転軸部を有する第１の回転手段と、前記第１の回転軸部上に設けられ、前記ワークを前記第１の回転軸部に固定する固定状態と、前記ワークを前記第１の回転軸部の回転中心軸に対して傾動可能に支持する非固定状態とに切替可能な第１の保持手段と、前記研磨皿を回転させるための第２の回転軸部を有する第２の回転手段と、前記第２の回転軸部上に設けられ、前記研磨皿を前記第２の回転軸部に固定する固定状態と、前記研磨皿を前記第２の回転軸部の回転中心軸に対して傾動可能に支持する非固定状態とに切替可能な第２の保持手段と、前記第１および第２の回転手段を、前記研磨面の曲率中心を中心として相対揺動可能に保持する揺動手段と、前記第１の保持手段が前記第１の保持手段の非固定状態にあり、かつ前記第２の保持手段が前記第２の保持手段の固定状態にある第１の保持モードと、前記第１の保持手段が前記第１の保持手段の固定状態にあり、かつ前記第２の保持手段が前記第２の保持手段の非固定状態にある第２の保持モードとを切り替えて研磨加工を行う制御手段とを備えた構成とする。
この発明によれば、第１の保持モードでは、第１の保持手段によりワークを非固定状態とし、第２の保持手段により研磨皿を固定状態として研磨加工を行い、第２の保持モードでは、第１の保持手段によりワークを固定状態とし、第２の保持手段により研磨皿を非固定状態として研磨加工を行うことができる。そのため、第１の保持モードのよる研磨加工では、第２の回転軸部を回転させるとともに揺動手段を動作させることにより、研磨皿をワークに対して回転かつ相対揺動させて、傾動可能に保持されたワークを研磨することができる。また、第２の保持モードによる研磨加工では、第１の回転軸部を回転させるとともに揺動手段を動作させることにより、ワークを、傾動可能に保持された研磨皿に対して回転かつ相対揺動させてワークを研磨することができる。
このように、それぞれの研磨加工で傾動可能とする側を切り替えることにより、ワークに発生する偏磨耗の発生位置、発生度合いを変化させることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の研磨装置において、前記第１の保持手段の非固定状態で、前記ワークを前記第１の回転軸部の回転中心軸回りに回転可能とした構成とする。
この発明によれば、第１の保持手段の非固定状態で、ワークを傾動可能かつ回転可能に保持するので、第１の保持モードによる研磨加工において、ワークの姿勢の自由度が大きくなるため、ワークの偏磨耗を低減することができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の研磨装置において、前記第２の保持手段の非固定状態で、前記研磨皿を前記第２の回転軸部の回転中心軸回りに回転可能とした構成とする。
この発明によれば、第２の保持手段の非固定状態で、研磨皿を傾動可能かつ回転可能に保持するので、第２の保持モードによる研磨加工において、研磨皿の姿勢の自由度が大きくなるため、研磨皿の偏磨耗を低減することができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の研磨装置において、前記第１の保持手段は、前記ワークを前記第１の回転軸部の回転方向に対して係止する第１の係止手段を備えた構成とする。
この発明によれば、第１の保持手段の非固定状態で、第１の係止手段によりワークを係止して、傾動可能な状態で、第１の回転軸部とともに回転するので、第１の保持モードの研磨加工において、第１の回転軸部に同期してワークを回転させることができる。そのため、ワークと研磨皿との間で安定した相対運動を行う研磨加工を行うことができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項１または４に記載の研磨装置において、前記第２の保持手段は、前記研磨皿を前記第２の回転軸部の回転方向に対して係止する第２の係止手段を備えた構成とする。
この発明によれば、第２の保持手段の非固定状態で、第２の係止手段により研磨皿を係止して、傾動可能な状態で、第２の回転軸部とともに回転するので、第２の保持モードの研磨加工において、第２の回転軸部に同期して研磨皿を回転させることができる。そのため、ワークと研磨皿との間で安定した相対運動を行う研磨加工を行うことができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の研磨装置において、前記第１の保持手段は、前記第１の回転軸部と同軸に設けられ、前記ワークを前記被研磨面の裏面側から押圧して、前記第１の回転軸部の回転中心軸に対して回転可能かつ傾動可能に支持する第１のカンザシと、前記ワークを前記第１の回転軸部に対して固定する第１のチャック部とを有する構成とする。
この発明によれば、第１の保持手段は、第１のカンザシおよび第１のチャック部を有するので、第１のチャック部によってワークを第１の回転軸部に固定することで、第１の保持手段の固定状態を実現することができ、第１のチャック部による固定を解除することで、第１のカンザシによって非固定状態を実現することができる。そのため、第１のチャック部の作動、作動解除によって、第１の保持手段の固定状態、非固定状態を切り替えることができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜６のいずれかに記載の研磨装置において、前記第２の保持手段は、前記第２の回転軸部と同軸に設けられ、前記研磨皿を前記研磨面の裏面側から押圧して、前記第２の回転軸部の回転中心軸に対して回転可能かつ傾動可能に支持する第２のカンザシと、前記研磨皿を前記第２の回転軸部に対して固定する第２のチャック部とを有する構成とする。
この発明によれば、第２の保持手段は、第２のカンザシおよび第２のチャック部を有するので、第２のチャック部によって研磨皿を第２の回転軸部に固定することで、第２の保持手段の固定状態を実現することができ、第２のチャック部による固定を解除することで、第２のカンザシによって非固定状態を実現することができる。そのため、第２のチャック部の作動、作動解除によって、第２の保持手段の固定状態、非固定状態を切り替えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の研磨装置によれば、第１および第２の保持手段によってワークと研磨皿とをそれぞれ傾動可能に保持し、制御手段によって傾動可能に保持する側を切り替えることにより、ワークに発生する偏磨耗の発生位置、発生度合いを変化させることができるので、被研磨物に対する研磨の偏りを容易に低減することができ、被研磨面の形状精度を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る研磨装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の主要部を示す模式的な正面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置のワークの一例を示す断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の研磨皿の一例を示す部分断面図である。
【００１５】
本実施形態の研磨装置１００は、図１に示すように、凸球面または凹球面を有するレンズ、プリズム、ミラーなどの光学素子の表面仕上げを行うもので、凸球面または凹球面が形成されたワークに対して、それぞれ対応する凹球面または凸球面からなる研磨面を有する研磨皿をワークの被研磨面に当接させて加圧し、研磨皿とワークとを相対運動させることで、ワークを研磨する球心研磨装置である。
以下では、研磨装置１００におけるワークと研磨皿との相対運動機構の構成および動作を中心に説明する。なお、このような研磨加工を行うため当然に備えられている周知の機構、例えば、研磨液供給機構などは、図示および説明を省略する。
【００１６】
研磨装置１００の装置本体２０は装置本体下部２０Ａ上に支持された装置本体上部２０Ｂを備えており、これらの中間部に研磨加工を行う加工室部２１が設けられている。
装置本体下部２０Ａには、研磨皿５を着脱自在に設けた下軸ユニット２が、研磨皿５の研磨面５ｄの曲率中心に一致された点Ｐを中心として、図示紙面に平行な面内で揺動移動可能に設けられている。
下軸ユニット２を揺動する揺動手段の一例として、本実施形態では、揺動アーム２５とサーボモータ２７とからなる構成を採用している。
揺動アーム２５は、点Ｐを通り紙面に垂直方向に延ばされた不図示の回転軸に揺動可能に支持された略扇形状部材である。この回転軸を中心とする円弧状の端面には揺動ギヤ２５ａが形成されている。
サーボモータ２７は、モータ軸の先端に、揺動アーム２５の揺動ギヤ２５ａに係合されたピニオンギヤ２６を備え、ピニオンギヤ２６を正逆転可能に回転させるものである。
サーボモータ２７の回転は、それぞれが電気的に接続された後述する制御部１６（図２参照）によって制御される。
装置本体上部２０Ｂには、ワークホルダ４を介してワーク３を着脱自在に取り付けた上軸ユニット１が、点Ｐを通る鉛直軸である軸Ａに沿って上下移動可能に設けられている。
【００１７】
上軸ユニット１を上下移動する機構は、装置本体上部２０Ｂにおいて鉛直軸方向に延ばされたスライドガイド２２と、サーボモータ２４によってスライドガイド２２上で往復移動可能に設けられたスライダ２３とからなる。そして、上軸ユニット１は、スライダ２３上に上軸スピンドル１２を介して固定されている。
【００１８】
上軸ユニット１は、図１、２に示すように、先端部に上軸カンザシ６（第１のカンザシ）、上軸チャック１０（第１のチャック部）を備えるロータ１２ａ（第１の回転軸部）と、軸Ａを回転中心軸としてロータ１２ａを回転可能に支持する上軸スピンドル１２と、ロータ１２ａを回転駆動する上軸モータ１４とからなる。
ここで、上軸カンザシ６と上軸チャック１０とは第１の保持手段を構成し、上軸スピンドル１２と上軸モータ１４とは第１の回転手段を構成する。
【００１９】
上軸カンザシ６は、軸Ａと同軸に設けられた軸状部材であり、軸先端部にワークホルダ４の取付部をなす球芯部６ａを備え、軸基端部はロータ１２ａに内蔵された上軸シリンダ７によって軸先端側（図示下方向）に付勢可能な状態で支持されている。
上軸シリンダ７は、大きさが制御された押圧力を軸方向に付勢できる機構であれば、押圧力の発生機構は特に限定されない。例えば、加圧バネなどを用いた機械的な押圧力、電磁力、流体力などを用いた適宜の機構を採用することができる。本実施形態では、不図示の空気圧供給装置から圧縮空気の供給を受ける空気圧方式の付勢手段を採用している。
【００２０】
ワーク３は、本実施形態では、図３に示すように、レンズ径φＤ１、曲率半径ｒ、レンズ半角θ１の凹レンズ面を有する凹平レンズを形成するためのガラス部材である。凹レンズ面が被研磨面３ａ、平面が保持面３ｂの場合で説明する。符号３ｃは、レンズの光軸となるワーク３の中心軸を示す。
なおレンズ半角θ１とは、レンズの曲率中心Ｏ１と被研磨面３ａの外周部（外周縁部）とを結ぶ直線と中心軸３ｃとのなす角度であり、レンズの「深さ」とも称される。
ワークホルダ４は、図２に示すように、上軸カンザシ６の球芯部６ａを回転可能に嵌合する半球よりやや大きな凹球面を有するカンザシ受け部４ａと、カンザシ受け部４ａの凹球面の中心を通る軸と同軸に延ばされた円柱状の被保持部４ｂと、被保持部４ｂの中心軸に直交する平面を固定面としてワーク３の保持面３ｂを保持する凹形状のワーク保持部４ｃとから構成される。
ワーク３は、ワーク保持部４ｃに対して、ワーク３の中心軸３ｃがカンザシ受け部４ａの中心を通るように位置決めされた状態で、嵌合保持または接着保持される。
なお、カンザシ受け部４ａの凹球面は、そのうちの半球以下の部分が、被保持部４ｂの内部側に形成され、それ以外の凹球面部分が、被保持部４ｂの軸方向の端面に着脱自在に設けられた球芯部６ａの抜け止め部材（不図示）によって形成され、この抜け止め部材を着脱することによって、球芯部６ａに対してワークホルダ４を交換できるようになっている。
なお、抜け止め部材を取り付けた状態では、上軸カンザシ６の球芯部６ａにワークホルダ４が抜けないように支持された状態になっている。
【００２１】
上軸チャック１０は、ワークホルダ４の被保持部４ｂの外周側面を把持する状態と、把持を解除する状態とが切替可能とされた複数の可動把持部材であり、本実施形態では、ロータ１２ａの側面からワークホルダ４側に向けて延ばされたコ字状の複数のアームが、径方向に開閉動作するように設けられている。
上軸チャック１０の開閉機構は、特に図示しないが、例えば、電磁的な開閉機構、空気圧などの流体的な開閉機構などを適宜採用することができる。それらの開閉機構の動作は制御部１６によって制御される。
【００２２】
このような構成によれば、上軸チャック１０によってワークホルダ４の被保持部４ｂを把持すると、ワーク３は、ワークホルダ４を介して中心軸３ｃが軸Ａと同軸に整列されてロータ１２ａに固定される。この固定状態においては、ロータ１２ａが回転すると、ワーク３はロータ１２ａと一体に同軸回転される。
また、上軸チャック１０によってワークホルダ４の被保持部４ｂの把持を解除すると、ワークホルダ４はカンザシ受け部４ａに対して回転可能とされているため、軸Ａに対する傾動と軸Ａ回りの回転が可能となり、上軸カンザシ６に対して傾動可能かつ回転可能に支持される。この非固定状態においては、ロータ１２ａが回転しても球芯部６ａとカンザシ受け部４ａとが滑るため、ロータ１２ａの回転力はワークホルダ４に略伝達されない状態となる。
【００２３】
下軸ユニット２は、図１、２に示すように、先端部に下軸カンザシ８（第２のカンザシ）、下軸チャック１１（第２のチャック部）を備えるロータ１３ａ（第２の回転軸部）と、揺動アーム２５に固定されロータ１３ａを軸Ｂを回転中心軸として回転可能に支持する下軸スピンドル１３と、ロータ１３ａを回転駆動する下軸モータ１５とからなる。
軸Ｂは、点Ｐを通り揺動アーム２５の揺動可能範囲の中心軸となるように設定される。
ここで、下軸カンザシ８と下軸チャック１１とは第２の保持手段を構成し、下軸スピンドル１３と下軸モータ１５とは第２の回転手段を構成する。
【００２４】
下軸カンザシ８は、軸Ｂと同軸に設けられた軸状部材であり、軸先端部に研磨皿５の取付部をなす球芯部８ａを備え、軸基端部はロータ１３ａに内蔵された下軸シリンダ９によって軸先端側に付勢可能な状態で支持されている。
下軸シリンダ９は、上軸シリンダ７と同様の構成を採用している。
【００２５】
研磨皿５は、ワーク３を共擦り加工により被研磨面３ａを研磨するものであり、例えば、金属製の保持治具に弾性材料を貼り付けて研磨面を形成する構成を有する。すなわち、研磨皿５の外形は、図４に示すように、一方の面に、ワーク３の被研磨面３ａの形状に対応して、皿径φＤ２（Ｄ２＞Ｄ１）、曲率半径ｒ、研磨皿半角θ２（θ２＞θ１）の凸球面状の研磨面５ｄが適宜の弾性材料で形成され、その裏面側には、研磨面５ｄの中心軸５ｃに同軸の円柱状の被保持部５ｂが形成されている。
ここで、研磨皿半角θ２をレンズ半角θ２よりも大きい設定とするのは、研磨面５ｄの面積を被研磨面３ａよりも大きくすることで、研磨面５ｄの磨耗を相対的に低減するためである。研磨装置１００で行うような共擦り加工の場合、被研磨面３ａの研磨とともに、研磨面５ｄも磨耗するが、研磨面５ｄの磨耗を被研磨面３ａに比べて低減することで、被研磨面３ａの形状精度をより向上することができるものである。
被保持部５ｂの端面には、研磨面５ｄの曲率中心Ｏ２と同心で、下軸カンザシ８の球芯部８ａを回転可能に嵌合する半球よりやや大きな凹球面を有するカンザシ受け部５ａが設けられている。
カンザシ受け部５ａの凹球面は、カンザシ受け部４ａと同様にして、球芯部８ａに対して着脱自在とされ、ワーク３の形状、研磨工程の種類、研磨面５ｄの磨耗状態などに応じて適宜研磨皿５を交換できるようになっている。
なお、球芯部８ａの抜け止め部材（不図示）を取り付けた状態では、下軸カンザシ８の球芯部８ａに研磨皿５が抜けないようにして支持された状態になっている。
【００２６】
下軸チャック１１は、研磨皿５の被保持部５ｂの外周側面を把持する状態と、把持を解除する状態とが切替可能とされた複数の可動把持部材であり、本実施形態では、上軸チャック１０と同様に、ロータ１３ａの側面から研磨皿５側に向けて延ばされたコ字状の複数のアームが、径方向に開閉動作するように設けられている。
下軸チャック１１の開閉機構は、上軸チャック１０と同様な開閉機構からなり、その開閉動作は制御部１６によって制御される。
【００２７】
このような構成によれば、下軸チャック１１によって研磨皿５の被保持部５ｂを把持すると、研磨皿５は、中心軸５ｃが軸Ｂと同軸に整列されてロータ１３ａに固定される。この固定状態においては、ロータ１３ａが回転すると、研磨皿５もロータ１３ａと一体に同軸回転される。
また、下軸チャック１１によって被保持部５ｂの把持を解除すると、研磨皿５はカンザシ受け部５ａに対して回転可能とされているため、軸Ｂに対する傾動と軸Ｂ回りの回転が可能となり、下軸カンザシ８に対して傾動可能かつ回転可能に支持される。この非固定状態においては、ロータ１３ａが回転しても球芯部８ａとカンザシ受け部６ａとが滑るため、ロータ１３ａの回転力は研磨皿５に略伝達されない状態となる。
【００２８】
制御部１６は、サーボモータ２４、２７、上軸モータ１４、上軸シリンダ７、上軸チャック１０、下軸モータ１５、下軸シリンダ９、および下軸チャック１１に、それぞれ電気的に接続され、それぞれの動作を制御するものである。
制御部１６の装置構成は、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力部、外部記憶装置などで構成されたコンピュータやその他のハードウェアからなり、後述する動作を行うために作成されたプログラムをコンピュータで実行することで、動作制御を実現している。
【００２９】
次に、研磨装置１００を用いた研磨加工動作について説明する。
図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の第１の保持モードにおける研磨加工の様子を示す模式説明図である。図５（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の第２の保持モードにおける研磨加工の様子を示す模式説明図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の第２の保持モードにおける好ましい位置関係を示す模式説明図である。
【００３０】
本実施形態の研磨装置１００では、２つの研磨モードを備え、制御部１６によって、それらの研磨モードを適宜切り替えて繰り返すことにより、ワーク３の研磨を行えるようになっている。
まず、第１の研磨モードでは、図５（ａ）に示すように、上軸チャック１０を開いてワークホルダ４を非固定状態とするとともに、下軸チャック１１を閉じて被保持部５ｂを把持し研磨皿５を固定状態に保持する第１の保持モード（第１の保持状態）に設定する。この状態で、スライダ２３を移動して、ワーク３の被研磨面３ａと研磨皿５の研磨面５ｄとを当接させる。
このとき、サーボモータ２７の回転量を適宜設定して、ロータ１３ａの回転中心軸である軸Ｂを、ロータ１２ａの回転中心軸である軸Ａに対して、角度φ１だけ傾斜させる。
この状態で、上軸シリンダ７によって上軸カンザシ６を付勢し、被研磨面３ａを研磨面５ｄに押圧する。その結果、軸Ａ、Ｂを含む断面内では、研磨面５ｄの周縁部が点Ｑ１で被研磨面３ａに当接し、被研磨面３ａの周縁部が点Ｓで研磨面５ｄに当接する。
【００３１】
このとき、円弧ＳＱ１が見込む角∠ＳＰＱ１は次式で表される。
∠ＳＰＱ１＝θ１＋θ２−φ１                                  ・・・（１）
また、被研磨面３ａ上で研磨面５ｄが当接しない部分の円弧ＴＱ１が見込む角∠ＴＰＱ１は次式で表される。
∠ＴＰＱ１＝θ１−θ２＋φ１                                  ・・・（２）
【００３２】
そして、不図示の研磨液供給機構により、被研磨面３ａ、研磨面５ｄとの間に研磨液を連続供給した状態で、下軸モータ１５を回転させ、ロータ１３ａを図示矢印方向に回転させる。一方、上軸モータ１４の回転は停止させる。
また、同時に、サーボモータ２７を所定周期で正逆回転させ、軸Ｂが（φ１±Δφ１）の範囲で揺動するように揺動アーム２５を揺動させる。
このとき、Δφ１は、軸Ｂの揺動範囲で、研磨面５ｄが被研磨面３ａに必ず当接するように設定する。すなわち、Δφ１≧∠ＴＰＱ１となる条件から、次式のように設定する。
Δφ１≧θ１−θ２＋φ１                                      ・・・（３）
【００３３】
このような動作により、被研磨面３ａが研磨面５ｄにより揺動研磨される。このとき、ワーク３は、上軸カンザシ６に対して軸Ａ回りに回転可能とされているので、研磨面５ｄから伝達される回転力を受けて供回り回転できるようになっている。
そのため、研磨加工力は概ね研磨皿５の回転による加工力によって支配され、回転速度の大きな研磨皿５の周縁側で大きくなる。例えば、図５（ａ）の点Ｑ１で最大となる。このような加工力が大きい研磨皿５の周縁側は、揺動によって、ワーク３の被研磨面３ａの一定範囲内を移動する。そして、ワーク３は球芯部６ａで傾動可能に支持されているため、研磨皿５の周縁部がワーク３の周縁部（例えば、点Ｔ）に移動すると、対向する周縁側（例えば、点Ｓ）で受ける加工力がより小さいため、ワーク３は図示時計回り方向に傾動し、点Ｔでは研磨皿５から逃げる傾向を持つ。そのため、点Ｔ近傍ではワーク３の周縁側に作用する加工力が低下する。
【００３４】
この結果、第１の研磨モードを続けると、点Ｑ１を通る同心円の近傍での研磨量が相対的に大きく、ワーク３の周縁側での研磨量が相対的に小さくなり、ワーク３の被研磨面３ａは、目標とする球面に対して、定性的には、例えば、図５（ａ）に符号３０で示す概念図のような凹凸を有する面に研磨される。
そこで、研磨装置１００では、このような凹凸を解消するために、第１の研磨モードによる加工を所定時間続けてから、研磨加工を停止し、第２の研磨モードによる研磨加工を行えるようになっている。
【００３５】
第２の研磨モードでは、第１の研磨モードによる加工後、図５（ｂ）に示すように、下軸チャック１１を開いて被保持部５ｂの把持を解除して、研磨皿５を非固定状態とするとともに、上軸チャック１０を閉じて被保持部４ｂを把持しワーク３を固定状態に保持する第２の保持モード（第２の保持状態）に設定する。
このとき、サーボモータ２７の回転量を適宜設定して、ロータ１３ａの回転中心軸である軸Ｂを、ロータ１２ａの回転中心軸である軸Ａに対して、角度φ２だけ傾斜させる。
この状態で、下軸シリンダ９によって下軸カンザシ８を付勢し、研磨面５ｄを被研磨面３ａに押圧する。その結果、軸Ａ、Ｂを含む断面内では、研磨面５ｄの周縁部が点Ｑ２で被研磨面３ａに当接し、被研磨面３ａの周縁部が点Ｓで研磨面５ｄに当接する。
このとき、第１の研磨モードの場合と同様に、次式が成り立つ。
∠ＳＰＱ２＝θ１＋θ２−φ２                                  ・・・（４）
∠ＴＰＱ２＝θ１−θ２＋φ２                                  ・・・（５）
【００３６】
そして、不図示の研磨液供給機構により、被研磨面３ａ、研磨面５ｄとの間に研磨液を連続供給した状態で、上軸モータ１４を回転させ、ロータ１２ａを図示矢印方向に回転させる。一方、下軸モータ１５の回転は停止させる。
また、同時に、サーボモータ２７を所定周期で正逆回転させ、軸Ｂが（φ２±Δφ２）の範囲で揺動するように揺動アーム２５を揺動させる。
このとき、Δφ２は、軸Ｂの揺動範囲で、研磨面５ｄが被研磨面３ａに必ず当接するように設定する。すなわち、Δφ２≧∠ＴＰＱ２となる条件から、次式のように設定する。
Δφ２≧θ１−θ２＋φ２                                      ・・・（６）
【００３７】
このような動作により、被研磨面３ａが研磨面５ｄにより揺動研磨される。なお、図５（ｂ）では、第１の研磨モードとの対応が見やすいように、φ２＝φ１の場合を図示している。
このとき、研磨皿５は、下軸カンザシ８に対して軸Ｂ回りに回転可能とされているので、被研磨面３ａから伝達される回転力を受けて供回り回転できるようになっている。
そのため、研磨加工力は概ねワーク３の回転による加工力によって支配され、回転速度の大きなワーク３の周縁側で大きくなる。例えば、図５（ｂ）の点Ｓで最大となる。このような加工力が大きいワーク３の周縁側は、相対揺動によって、研磨皿５の研磨面５ｄの一定範囲内を移動する。そして、軸Ｂの近傍を往復するため、研磨皿５が球芯部８ａで傾動可能に支持されていても、下軸カンザシ８を介して軸Ｂ方向に付勢される押圧力を低減する作用はあまりない。一方、回転速度が相対的に大きくなり、研磨皿５からの研磨加工力が大きくなる周縁部（例えば、点Ｑ２）では、研磨皿５が図示反時計回りに傾動して逃げることで、研磨加工力が低減される。
【００３８】
このように、第２の保持モードでは、ワーク、研磨皿の保持関係および付勢状態が、第１の保持モードに対して逆転され、あたかもワーク３を研磨皿として、研磨皿５の形状の凸レンズを研磨するような状態となっている。
このため、研磨加工力の分布は第１の研磨モードの分布を略反転したような分布となり、第２の研磨モードを続けると、点Ｑ２を通る同心円の近傍での研磨量が相対的に小さく、ワーク３の周縁側での研磨量が相対的に大きくなり、ワーク３の被研磨面３ａは、目標とする球面に対して、定性的には、例えば、図５（ｂ）に符号３１で示す概念図のような凹凸を有する面に研磨される。
【００３９】
したがって、このような第２の研磨モードを第１の研磨モードに引き続いて行うことで、あるいは、これらを切り替えて交替しつつ研磨加工を行うことで、被研磨面３ａに対する研磨量のバランスをとることができ、被研磨面３ａの研磨精度を向上することができる。
【００４０】
なお、第２の保持モードの角度φ２は、第１の保持モードの角度φ１と必ずしも同一とする必要はない。
研磨加工力を支配するのは、第１の研磨モードでは研磨皿５側であり、第２の研磨モードではワーク３側である。したがって、第１の研磨モードでは、研磨皿５の周縁部ができるだけ広い範囲で被研磨面３ａ上を移動するように、角度φ１を設定することが加工効率上好ましい。また、第２の研磨モードでは、ワーク３の周縁部が研磨面５ｄ上にできるだけ当接するように、角度φ２を設定することが加工効率上好ましい。
このため、揺動範囲を決めるΔφ１、Δφ２の設定にもよるが、第１の保持モードでは、図５（ａ）に示すように、研磨皿５の周縁部の点Ｑ１が、ワーク３の周縁部の点Ｔと被研磨面３ａの中心Ｕとの中間に位置するように角度φ１を設定とすることが好ましく、第２の保持モードでは、図６に示すように、点Ｑ２は、第１の保持モードよりも点Ｔ側に位置するように角度φ２を設定することが好ましい。すなわち、φ１＞φ２のような関係に設定することが好ましい。
また、角度φ１は、点Ｑ１が点Ｔと中心Ｕとの略中間に位置するように設定することがより好ましく、角度φ２は、点Ｑ２が略点Ｔと一致するように設定することがより好ましい。
【００４１】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る研磨装置について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る研磨装置の主要部を示す模式的な正面図である。図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図７のＣ視、Ｄ視の部分拡大図である。
【００４２】
本実施形態の研磨装置１１０は、図１、７に示すように、上記第１の実施形態の研磨装置１００において、ワークホルダ４、研磨皿５に代えて、それぞれワークホルダ４Ａ、研磨皿５Ａを備え、上軸カンザシ６、下軸カンザシ８に対してそれぞれスライドピン１７（第１の係止手段）、スライドピン１８（第２の係止手段）を設けたものである。なお、図７は、第２の保持モードの保持状態について図示している。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
ワークホルダ４Ａは、図７、８（ａ）に示すように、ワークホルダ４における被保持部４ｂを円筒状にロータ１２ａ側に延ばして形成し、この円筒状の被保持部４ｂの外周側面に円筒の中心軸方向に延ばされた平行溝あるいはＵ字状溝などからなるスライド溝４ｄを形成したものである。
そして、上軸カンザシ６のスライドピン１７は、上軸カンザシ６の側面に径方向に延ばされ、ワークホルダ４Ａのスライド溝４ｄと軸方向にスライド移動可能に嵌合する構成とされる。
【００４４】
研磨皿５Ａは、図７、８（ｂ）に示すように、研磨皿５における被保持部５ｂを円筒状にロータ１３ａ側に延ばして形成し、この円筒状の被保持部５ｂの内周面側に、円筒の中心軸方向に延ばされた凹状の平行溝あるいはＵ字状溝などからなるスライド溝５ｅを形成したものである。
そして、下軸カンザシ８のスライドピン１８は、下軸カンザシ８の側面に径方向に延ばされ、研磨皿５Ａのスライド溝５ｅと軸方向にスライド移動可能に係合する構成とされる。
【００４５】
このような研磨装置１００Ａによれば、ワークホルダ４Ａと上軸カンザシ６、研磨皿５Ａと下軸カンザシ８とは、それぞれスライドピン１７、１８によって、軸Ａ、Ｂ回りに係合されている。また、スライド溝４ｄ、５ｅ内をスライドピン１７、１８が軸方向にスライド移動することにより、それぞれスライド溝４ｄの溝幅中心線と軸Ａとを含む平面、スライド溝５ｅの溝幅中心線と軸Ｂを含む平面においては、ワークホルダ４Ａ、研磨皿５Ａがそれぞれ傾動可能に保持される。
すなわち、本実施形態は、上軸チャック１０、下軸チャック１１によって、それぞれワークホルダ４Ａ、研磨皿５Ａを非固定状態としたときにそれぞれ傾動のみが可能となる状態に保持するようにしたものである。
【００４６】
そして、本実施形態では、第１、第２の研磨モードにおいて、非固定状態側の下軸モータ１５、上軸モータ１４を、固定状態側の上軸モータ１４、下軸モータ１５とともに回転させる。すなわち、第１の保持モードでは、ワークホルダ４Ａが軸Ａ回りにロータ１２ａと同期回転できるようになっている。また、第２の保持モードでは、研磨皿５Ａが軸Ｂ回りにロータ１３ａと同期回転できるようになっている。
このため、第１、第２の研磨モードにおいて、被研磨面３ａと研磨面５ｄとの軸Ａ、Ｂ回りの相対回転をロータ１２ａ、１３ａの回転に同期させた状態で、研磨加工を行うことができる。
例えば、第１の実施形態の研磨装置１００では、ワーク３のレンズ半角θ１が研磨皿５Ａの研磨皿半角θ２に比べて著しく小さいような場合、接触面積が小さいため、固定状態とされて回転される側から非固定状態の側に供回りの回転力が十分に伝達しない場合がある。この場合、被研磨面３ａと研磨面５ｄとは相対運動しているので、研磨は進行するものの、研磨効率が劣ってしまう。また、研磨面５ｄが軸Ｂ回りに回転しないため、研磨面５ｄに偏磨耗が発生しやすくなる。
本実施形態によれば、非固定状態であっても、ワーク３、研磨皿５を軸Ａまたは軸Ｂ回りに回転できるので、ワーク３のレンズ半角θ１が研磨皿５Ａの研磨皿半角θ２に比べて著しく小さいような場合でも、研磨の進行を安定させることができ、研磨面の精度を向上することができる。
【００４７】
なお、上記の説明では、ワーク３が単品レンズの場合の例で説明したが、ワークホルダ４として、複数のワークを配置する貼り付け治具を用いて、複数のワークを同時に加工してもよい。
図９は、本発明の第１、第２の実施形態に係る研磨装置において、複数のワークを加工する場合の貼り付け治具の一例を示す模式的な断面図である。
【００４８】
貼り付け治具１９は、図９に示すように、凹形状のワーク保持部４ｃに対して単品のワーク３と同様に保持可能な被保持部１９ｂを有し、被保持部１９ｂの対向面側に、複数のワーク３Ａを貼り付ける貼り付け部１９ａが形成されてなる。そして、各貼り付け部１９ａに、ワーク３Ａが、各被研磨面３ａが半径ｒの球面上に整列するように貼り付けられている。
そして、上記第１、第２の実施形態のワークホルダ４に、ワーク３に代えて、貼り付け治具１９を取り付けることにより、複数のワーク３Ａを同時に研磨加工することができる。
【００４９】
また、上記の説明では、揺動手段は研磨皿側を揺動させる場合の例で説明したが、ワークと研磨皿とは相対揺動できればよく、ワーク側、あるいは両方の側に揺動手段を設けて揺動させてもよい。
【００５０】
また、上記の第２の実施形態の説明では、第１、第２の保持手段にそれぞれ第１、第２の係止手段を設けた場合の例で説明したが、必要に応じていずれか一方に係止手段を設けた構成としてもよい。
【００５１】
また、上記の説明では、第１、第２の保持手段として、カンザシとチャックとを用いた構成の例で説明したが、ワーク、研磨皿を固定状態と非固定状態に切り替えて保持できる機構であれば、このような構成に限定されない。例えば、被保持部と保持手段とが凹部と凸部とを嵌合することで、固定状態を実現する構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の主要部を示す模式的な正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置のワークの一例を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の研磨皿の一例を示す部分断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の第１および第２の保持モードにおける研磨加工の様子を示す模式説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の第２の保持モードにおける好ましい位置関係を示す模式説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る研磨装置の主要部を示す模式的な正面図である。
【図８】図７のＣ視およびＤ視の部分拡大図である。
【図９】本発明の第１、第２の実施形態に係る研磨装置において、複数のワークを加工する場合の貼り付け治具の一例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００、１００Ａ  研磨装置
３、３Ａ  ワーク
３ａ  被研磨面
４、４Ａ  ワークホルダ
４ａ  カンザシ受け部
４ｂ  被保持部
４ｃ  ワーク保持部
４ｄ、５ｅ  スライド溝
５、５Ａ  研磨皿
５ａ  カンザシ受け部
５ｂ  被保持部
５ｄ  研磨面
６  上軸カンザシ（第１のカンザシ）
６ａ  球芯部
７  上軸シリンダ
８  下軸カンザシ（第２のカンザシ）
９  下軸シリンダ
１０  上軸チャック（第１のチャック部）
１１  下軸チャック（第２のチャック部）
１２  上軸スピンドル（第１の回転手段）
１２ａ  ロータ（第１の回転軸部）
１３  下軸スピンドル（第２の回転手段）
１３ａ  ロータ（第２の回転軸部）
１４  上軸モータ（第１の回転手段）
１５  下軸モータ（第２の回転手段）
１６  制御部
１７  スライドピン（第１の係止手段）
１８  スライドピン（第２の係止手段）
２０  装置本体
２５  揺動アーム
２５ａ  揺動ギヤ
２７  サーボモータ
【図１】
2008260091.tif 000003
【図２】
2008260091.tif 000004
【図３】
2008260091.tif 000005
【図４】
2008260091.tif 000006
【図５】
2008260091.tif 000007
【図６】
2008260091.tif 000008
【図７】
2008260091.tif 000009
【図８】
2008260091.tif 000010
【図９】
2008260091.tif 000011