(57)【要約】【課題】研磨工具を構成する磁力発生部材のサイズ等に関係なく、狭い範囲での研磨を行なうことが可能な磁気研磨技術を提供する。【解決手段】工具軸３ａの下端の凹形の保持部３ｂに永久磁石４を保持される構成の研磨工具３において、下端面に直径Ｄ０の開口部５ａが開設された非磁性体のシリコーンゴム等からなるキャップ５を装着し、開口部５ａの部分から露出した永久磁石４の部分に選択的に磁性流体Ｍが吸着されるようにして、ワークＷと磁性流体Ｍの接触範囲を、永久磁石４のサイズ等に関係なく、狭い直径Ｄ１（≦Ｄ０）の範囲等に制限できるようにして、ワークＷでの狭い範囲での形状修正等の研磨を可能にした。【選択図】  図２
2008264920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性流体を磁力により先端部に保持して研磨加工を行なう研磨工具であって、
前記磁性流体を保持する磁力発生部材と、
前記磁力発生部材を覆う領域に開口部が形成され、非磁性体からなる被覆部材と、を含むことを特徴とする研磨工具。
【請求項２】
請求項１記載の研磨工具において、
前記被覆部材は、被加工物よりも柔らかい非磁性体からなり前記磁力発生部材に着脱自在に装着されるキャップであることを特徴とする研磨工具。
【請求項３】
請求項２記載の研磨工具において、
前記キャップは、樹脂類またはゴム類からなることを特徴とする研磨工具。
【請求項４】
研磨工具に保持された磁性流体を介して被加工物の加工を行う磁気研磨方法であって、
非磁性体からなり、開口部を備えた被覆部材によって前記研磨工具を覆うことを特徴とする磁気研磨方法。
【請求項５】
請求項４記載の磁気研磨方法において、
前記被覆部材は、前記被加工物よりも柔らかい非磁性体からなり前記研磨工具に着脱自在に装着されるキャップであることを特徴とする磁気研磨方法。
【請求項６】
請求項５記載の磁気研磨方法において、
前記キャップは、樹脂類またはゴム類からなることを特徴とする磁気研磨方法。
【請求項７】
磁性流体を保持する研磨工具と、
被加工物に対する前記研磨工具の相対的な変位を制御する変位制御手段と、
非磁性体からなり、前記研磨工具を覆う領域に開口部が形成された被覆部材と、
を含むことを特徴とする磁気研磨装置。
【請求項８】
請求項７記載の磁気研磨装置において、
前記被覆部材は、前記被加工物よりも柔らかい非磁性体からなり前記研磨工具に着脱自在に装着されるキャップであることを特徴とする磁気研磨装置。
【請求項９】
請求項８記載の磁気研磨装置において、
前記キャップは、樹脂類またはゴム類からなることを特徴とする磁気研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨技術に関し、たとえば、微小形状の光学素子および光学素子成形用金型等の被加工物を高精度に研磨加工するための研磨技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、光学素子等に代表されるような精密製品の製造加工分野では、仕上げ加工として特許文献１に開示されるような磁性流体を用いた微小領域研磨装置が用いられている。
【０００３】
すなわち、この特許文献１の研磨装置の場合には、永久磁石が配置された研磨軸の先端部に当該永久磁石によって磁化される磁性球体を転動可能に保持させ、この磁性球体の全面に磁性流体研磨材を磁気的に吸着保持して、被研磨面との間に介在させることで研磨加工を行うものである。
【０００４】
そして、この特許文献１の研磨装置では、磁性球体を研磨軸に対して転動可能に配置したことにより、研磨加工中の当該磁性球体の摩耗が、転動により全体で均一になり、高い加工精度を維持できる、としている。
【０００５】
しかしながら、この特許文献１の研磨装置の場合には、上述のように、磁性流体研磨材は、磁力を帯びている磁性球体の全面に付着するため（特許文献１の図２参照）、磁性球体のサイズに応じて磁性流体研磨材と被研磨面との接触面積が大きくなり、たとえば、被研磨面の特定領域の形状修正を行なう時など、狭い範囲での微細な研磨加工ができないといった技術的課題がある。
【０００６】
また、特許文献１における磁性球体は、軸受鋼（ＳＵＪ２）等の高硬度材料で構成されているとともに、加工中は流動性の磁性流体研磨材で覆われているだけなので、常に、高硬度の磁性球体が被研磨面に直接に接触する可能性があり、高硬度の磁性球体との接触によって被研磨面が損傷を受ける懸念がある、という技術的課題もある。
【０００７】
このような、研磨加工中の被研磨面と磁性球体の接触は、高精度が要求される精密製品では、致命的な製品不良につながる虞がある。
【特許文献１】特開平５−１６２０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、研磨工具を構成する磁力発生部材のサイズ等に関係なく、狭い範囲での研磨を行なうことが可能な磁気研磨技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、研磨工具と被加工物との接触による被加工物の損傷を確実に防止することが可能な磁気研磨技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、磁性流体を磁力により先端部に保持して研磨加工を行なう研磨工具であって、
前記磁性流体を保持する磁力発生部材と、
前記磁力発生部材を覆う領域に開口部が形成され、非磁性体からなる被覆部材と、を含む研磨工具を提供する。
【００１０】
本発明の第２の観点は、第１の観点に記載の研磨工具において、
前記被覆部材は、被加工物よりも柔らかい非磁性体からなり前記磁力発生部材に着脱自在に装着されるキャップである研磨工具を提供する。
【００１１】
本発明の第３の観点は、第２の観点に記載の研磨工具において、
前記キャップは、樹脂類またはゴム類からなる研磨工具を提供する。
本発明の第４の観点は、研磨工具に保持された磁性流体を介して被加工物の加工を行う磁気研磨方法であって、
非磁性体からなり、開口部を備えた被覆部材によって前記研磨工具を覆う磁気研磨方法を提供する。
【００１２】
本発明の第５の観点は、第４の観点に記載の磁気研磨方法において、
前記被覆部材は、前記被加工物よりも柔らかい非磁性体からなり前記研磨工具に着脱自在に装着されるキャップである磁気研磨方法を提供する。
【００１３】
本発明の第６の観点は、第５の観点に記載の磁気研磨方法において、
前記キャップは、樹脂類またはゴム類からなる磁気研磨方法を提供する。
本発明の第７の観点は、磁性流体を保持する研磨工具と、
被加工物に対する前記研磨工具の相対的な変位を制御する変位制御手段と、
非磁性体からなり、前記研磨工具を覆う領域に開口部が形成された被覆部材と、
を含む磁気研磨装置を提供する。
【００１４】
本発明の第８の観点は、第７の観点に記載の磁気研磨装置において、
前記被覆部材は、前記被加工物よりも柔らかい非磁性体からなり前記研磨工具に着脱自在に装着されるキャップである磁気研磨装置を提供する。
【００１５】
本発明の第９の観点は、第８の観点に記載の磁気研磨装置において、
前記キャップは、樹脂類またはゴム類からなる磁気研磨装置を提供する。
すなわち、本発明では、一例として、研磨工具の先端の一部分に磁性流体が付着するように開口部が形成され、磁性流体を付着させたくない部分を覆う非磁性体のキャップ等の被覆部材を装着する。
【００１６】
この場合、非磁性体の被覆部材としては、たとえば、樹脂類、ゴム類の弾性に富む素材を用いて製作することができる。
本発明によれば、開口部以外の、磁性流体を付着させたくない部分が非磁性体の被覆部材で覆われるため磁力が遮断され磁性流体が付着しない。そのため、加工に必要な一部分のみに被覆部材の開口部を介して磁性流体が付着することとなり、磁力発生部材の形状やサイズ等に関係なく、被覆部材の開口部のサイズや形状等に応じた狭い範囲の任意の形状の加工領域を設定できる。
【００１７】
また、被覆部材を樹脂類やゴム類で構成する場合、当該樹脂類やゴム類は弾力があるため、被加工物に研磨工具が接触した場合でも、被加工物が損傷を受けることを防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、研磨工具を構成する磁力発生部材のサイズ等に関係なく、狭い範囲での研磨を行なうことが可能な磁気研磨技術を提供することができる。
また、研磨工具と被加工物との接触による被加工物の損傷を確実に防止することが可能な磁気研磨技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である磁気研磨方法を実施する磁気研磨装置の構成の一例を示す側面図であり、図２は、本実施の形態の磁気研磨装置における研磨工具の部分を拡大して例示した断面図である。
【００２０】
初めに本実施の形態１の磁気研磨装置２０の構成を図１および図２を参照して説明する。
工具テーブル１には工具スピンドル２（変位制御手段）が取り付けられており、工具スピンドル２の内部に設けられたスピンドルモータ（図示省略）により回転可能となっている。工具軸３ａは工具スピンドル２に着脱可能にチャックされており、スピンドルモータの回転に連動して回転する。
【００２１】
工具軸３ａの先端には、凹形の保持部３ｂが設けられ、この保持部３ｂには、球形状の永久磁石４（磁力発生部材）が磁力により保持され、研磨工具３を構成している。
本実施の形態１の場合、図２に例示されるように、研磨工具３において、永久磁石４の取り付けられた研磨加工部には、たとえば、非磁性体のシリコーンゴムからなるキャップ５（被覆部材）が取り付けられていている。このキャップ５の中央部には磁性流体Ｍを付着させるための直径Ｄ０（この場合、たとえば１ｍｍ）の開口部５ａが設けられている。キャップ５の厚さは、永久磁石４の磁力を遮蔽するために十分な厚さに設定されている。
【００２２】
これにより、磁性流体Ｍは、非磁性体のキャップ５の開口部５ａから露出した永久磁石４の狭い領域に選択的に付着する。
なお、この開口部５ａの直径Ｄ０は、たとえば、細い径のキリやレーザ等による穿孔加工によって、１ｍｍ以下の微細な値に設定できる。
【００２３】
また、開口部５ａの形状は円形に限らず、たとえば、多角形、星型、楕円、スリット形、等のように任意の形状に設定でき、それに応じて、磁性流体Ｍの付着形状の任意に設定できる。
【００２４】
工具テーブル１は、スライド板８（変位制御手段）に取り付けられており、スライド板８は、スタンド７のガイド９に沿ってＺ軸方向に移動する。
工具テーブル１の下方にはワークテーブル２１（変位制御手段）が位置し、ワークテーブル２１は、ステッピングモータ（図示省略）により、Ｘ軸、Ｚ軸方向に移動可能となっている。また、別のモータ（図示省略）により、工具軸３ａの軸方向（この場合、鉛直方向）の周りのＢ軸方向に揺動可能となっている。
【００２５】
ワークテーブル２１の上には、ワークＷ（被加工物）を着脱自在に載せることができ、固定ネジ２２によりワークＷを固定することが可能になっている。ワークテーブル２１の下方には、ワークスピンドル（図示省略）とワークスピンドルを回転させるモータ（図示省略）が取り付けられ、これによりワークＷを回転させることができる。
【００２６】
以下、本実施の形態１の作用の一例について説明する。上述のような構成の本実施の形態１の磁気研磨装置２０による研磨方法について図１および図２を参照して説明する。
図１に例示されるように、まず、ワークＷをワークテーブル２１上に載置する。次に、ワークＷを回転した際に、ワークＷの加工面の振れが無いように固定ネジ２２により載置位置を調整しつつ固定する。
【００２７】
工具軸３ａは磁性材料によりできており、上述のように、先端に球形状の永久磁石４を保持できるように、Ｒ形状の保持部３ｂに成形されている。この工具軸３ａの先端に球形状の永久磁石４を磁力により付着させ、更に、中心部に直径Ｄ１（この場合、たとえば１ｍｍ）の開口部５ａが穿設されたシリコーンゴムからなるキャップ５を被せて研磨工具３を構成する。この研磨工具３を、工具軸３ａを介して工具スピンドル２に取り付ける。
【００２８】
次に、磁性流体Ｍを研磨工具３の先端の加工部に供給する。本実施の形態の場合には、磁性流体Ｍは研磨工具３におけるキャップ５の開口部５ａの部分にのみ磁力によって付着する。また、ワークＷにも磁性流体Ｍを供給し、加工中も適宜供給する。
【００２９】
続いてスピンドルモータにより工具スピンドル２を回転させ、研磨工具３を回転させる。また、ワーク軸モーターによりワークスピンドルを回転させ、ワークＷを回転する。
ワークＷの加工動作は、研磨工具３が、ワークＷの端面の加工開始位置の上方に位置するようにワークテーブル２１を移動させる。そして、ワークテーブル２１をワークＷと研磨工具３の先端部の距離ｈが、たとえば１ｍｍになる位置まで下げ、研磨工具３とワークＷの加工面の間に磁性流体Ｍが磁力により保持される状態とし加工を開始する。
【００３０】
このとき、図２に例示されるように、ワークＷの表面に接する磁性流体Ｍの接触領域の大きさは、たとえば、キャップ５の開口部５ａの直径Ｄ０および磁性流体Ｍの表面張力等のパラメータに応じて直径Ｄ１（≦Ｄ０）となる。
【００３１】
加工中は、研磨工具３の先端部とワークＷの距離ｈが常に一定となるように制御される。また、工具軸３ａがワークＷの表面の加工点の接線に対して、常に垂直方向に作用するように姿勢を維持しつつ研磨する。
【００３２】
たとえば、ワークＷの表面に存在する挽き目を除去する研磨を行なう際は、ワークＷの端面から研磨を開始させ、ワークＷの中心部を通り、もう一方のワークＷの端面まで研磨工具３を走査させることで、ワークＷの全面を研磨する。この動作を１サイクルとし、ワークＷの表面に所望の鏡面形状が得られるまで繰り返す。
【００３３】
一方、ワークＷに対して形状の修正を行なう際は、ワークＷの断面形状から、平滑面にするために研磨により除去したい凸部にのみ研磨工具３を滞留させる。これをワークＷに所望の形状が得られるまで繰り返す。
【００３４】
本実施の形態１によれば、研磨工具３の先端部の、加工に不要な部分を非磁性体からなるシリコーンゴムのキャップ５で覆うことで、永久磁石４のサイズ等に関係なく、開口部５ａの開設領域に対応した研磨に必要な部分のみに磁性流体Ｍを付着させられるため、ワークＷの微小な範囲（この場合、直径Ｄ１の領域）で研磨を行なうことができる。
【００３５】
換言すれば、永久磁石４の寸法を微細化する等の困難を伴うことなく、磁性流体ＭのワークＷに対する付着範囲を微小領域に制限した微細研磨が可能になる。
特に、形状修正を行なう際は、ワークＷを部分的に研磨する必要があるため、ワークＷにおける直径Ｄ１（≦Ｄ０）のような微小な範囲を研磨できる効果は大きい。
【００３６】
また、キャップ５はワークＷよりも遥かに硬度の低い弾性体であるシリコーンゴムからできているため、加工中、誤って研磨工具３がワークＷに接触しても、両者の間に柔らかいキャップ５が介在するため、ワークＷの損傷を防止できるという効果がある。
（実施の形態２）
図３より本発明の実施の形態２について説明する。図３は本発明の実施の形態２に係わる研磨工具の概略構成を例示した拡大断面図である。
【００３７】
この実施の形態２の磁気研磨装置２０の構成は実施の形態１の構成と研磨工具３−１の部分を除いて同じであるため、詳細な説明は省略する。
図３より実施の形態２の磁気研磨装置２０で使用する研磨工具３−１について説明する。工具軸３ａは磁性を有するステンレスからなり、球形状の永久磁石４を保持できるように先端が凹形にＲ加工され、保持部３ｂが形成されている。この先端の保持部３ｂに球形状の永久磁石４が磁力により保持されている。
【００３８】
この実施の形態２では、工具軸３ａの先端部の永久磁石４の取り付けられた研磨加工部には、ワークＷよりも遥かに柔らかいゴム等の非磁性体からなるキャップ６（被覆部材）が取り付けられて、研磨工具３−１が構成されている。
【００３９】
この実施の形態２の場合、ワークＷの研磨対象領域は凹形を呈している。そして、キャップ６は、加工するワークＷの表面と加工中に干渉することがないように、先端がＲ形状に加工されて球形部６ｂが形成されている。
【００４０】
また、キャップ６の下面の中央部には、磁性流体Ｍを付着させるための直径Ｄ０（この場合、たとえば２ｍｍ）の開口部６ａが設けられている。
上述の構成の研磨工具３−１を備えた本実施の形態２の磁気研磨装置２０による研磨方法について図１および図３を参照して説明する。
【００４１】
図１に例示されるように、まず、ワークＷをワークテーブル２１上に取り付ける。次に、ワークＷを回転した際に、ワークＷの加工面の振れが無いように固定ネジ２２により調整しつつ固定する。研磨工具３−１は、工具軸３ａの先端の保持部３ｂに球形状をした永久磁石４を磁力により付着させる、また、上述のように工具軸３ａの先端に配置された永久磁石４には、中心部に直径Ｄ０（たとえば、２ｍｍ）の開口部６ａが開設されたゴム等からなるキャップ６を取り付け、研磨工具３−１を構成する。このようにして研磨工具３−１が装着された工具軸３ａを工具スピンドル２に取り付ける。
【００４２】
次に、磁性流体Ｍを研磨工具３−１の先端の加工部に供給する。磁性流体Ｍは研磨工具３−１のキャップ６の中央の開口部６ａの開いた部分にのみ磁力によって付着する。また、ワークＷにも磁性流体Ｍを供給し、加工中も適宜供給する。これにより、ワークＷに接する磁性流体Ｍの直径Ｄ１は、たとえば、開口部６ａの直径Ｄ０よりも小さくなるように制御される。
【００４３】
続いてスピンドルモータにより工具スピンドル２を回転させ、工具軸３ａに支持された研磨工具３−１を回転させる。また、ワーク軸モーターによりワークスピンドルを回転させ、ワークＷを回転する。
【００４４】
ワークＷの加工動作では、研磨工具３−１が、ワークＷの端面の加工開始位置の上方に位置するようにワークテーブル２１を移動させる。そして、ワークテーブル２１をワークＷと研磨工具３−１の先端部との距離ｈが、たとえば０．５ｍｍになる位置まで下げ、研磨工具３−１とワークＷの加工面の間に磁性流体Ｍが磁力により、たとえば直径Ｄ１の接触面積で保持される状態として加工を開始する。加工中は、研磨工具３−１の先端部とワークＷの距離が常に一定となるように制御される。また、工具軸３ａがワークＷの表面の加工点の接線に対して、常に垂直方向に作用するように姿勢維持しつつ研磨を行なう。
【００４５】
たとえば、ワークＷの表面に存在する「挽き目」を除去する研磨を行なう際は、ワークＷの端面から研磨を開始させ、ワークＷの中心部を通り、もう一方のワークＷの端面まで研磨工具３−１を走査させ全面を研磨する。この動作を１サイクルとし、所望の鏡面形状が得られるまで繰り返す。
【００４６】
一方、形状の修正を行なう際は、ワークＷの断面形状から、平滑面にするために不要な凸部にのみ研磨工具３−１を滞留させるように制御する。これをワークＷに所望の形状が得られるまで繰り返す。
【００４７】
本実施の形態２によれば、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、研磨工具３−１の先端に取り付けるゴム製のキャップ６の先端を、球形部６ｂ等の球形状にすることで、ワークＷの凹形状の領域を研磨した場合でも、研磨工具３−１とワークＷとが干渉することなく加工をすることができる。
【００４８】
以上のように本発明の各実施の形態の磁気研磨技術によれば、研磨工具の先端の加工に不要な部分を非磁性体のキャップ（被覆部材）で覆うことで、研磨工具の一部にのみ磁性流体を付着させることができるので、研磨工具のサイズ等に関係なく、ワークの狭い範囲で研磨加工を行なうことができる。
【００４９】
また、研磨工具の先端を覆う非磁性体のキャップとして樹脂類、ゴム類等の柔らかい材質を使用することで研磨工具がワークに誤って接触した際の損傷を確実に防止することができる。
【００５０】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、キャップ５における開口部５ａや、キャップ６における開口部６ａの数は、一つに限らず、複数の開口部を開設してもよい。
【００５１】
また、上述の各実施の形態では、キャップ５における開口部５ａや、キャップ６における開口部６ａは、貫通して形成された例を示したが、当該開口部５ａ、開口部６ａの部分の肉厚を選択的に薄くして（非貫通）、当該開口部５ａ、開口部６ａにおける磁力が、周囲の領域よりも大きくなるようにしてもよい。
【００５２】
また、開口部が形成された非磁性体からなる被覆部材で全周を覆われた永久磁石４等の磁力発生部材を用いてもよい。ただし、この場合には、工具軸の側に磁力によって磁力発生部材を設置することは困難なので、真空吸着、接着、ネジ止め等の方法を用いる。
【００５３】
また、磁力発生部材としては、永久磁石４の代わりに電磁石の磁心を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態である磁気研磨方法を実施する磁気研磨装置の構成の一例を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である磁気研磨装置における研磨工具の部分を拡大して例示した断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係わる磁気研磨装置における研磨工具の構成を拡大して例示した断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  工具テーブル
２  工具スピンドル
３  研磨工具
３−１  研磨工具
３ａ  工具軸
３ｂ  保持部
４  永久磁石
５  キャップ
５ａ  開口部
６  キャップ
６ａ  開口部
６ｂ  球形部
７  スタンド
８  スライド板
９  ガイド
２０  磁気研磨装置
２１  ワークテーブル
２２  固定ネジ
Ｄ０  直径
Ｄ１  直径
Ｍ  磁性流体
Ｗ  ワーク
ｈ  距離
【図１】
2008264920.tif 000003
【図２】
2008264920.tif 000004
【図３】
2008264920.tif 000005