(57)【要約】      （修正有）【課題】装置の小型化を図りつつ比較的少量の研磨液で高品質な仕上げ面を得る。【解決手段】研磨加工装置１０は、回転するワーク１１と、このワーク１１の表面の法線方向に加圧力を作用させてその母線上を走査する回転可能な研磨ポリッシャ１７とを備え、研磨ポリッシャ１８によりワーク１１を加工する。そして、重力方向に対しワーク１１の回転軸１１ａを傾動可能なロータリテーブル１７と、このロータリテーブル１７による回転軸１１ａの傾動平面内でワーク１１を移動可能な移動機構１５．１６とを備えている。また、ワーク１１の研磨液２０を収容し、ワーク１１と同軸で回転可能かつ傾動可能な液密の容器１９と、この容器１９の内壁に回転軸１１ａを中心として放射状に形成された複数の突起２１を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するワークと、該ワークの表面の法線方向に加圧力を作用させてその母線上を走査する回転可能な研磨ヘッドとを備え、該研磨ヘッドにより前記ワークを加工する研磨加工装置であって、
重力方向に対し前記ワークの回転軸を傾動可能な傾動手段と、
該傾動手段による前記回転軸の傾動平面内で前記ワークを移動可能な移動機構と、
前記ワークの研磨液を収容し前記ワークと同軸で回転可能かつ傾動可能な液密の容器と、
該容器の内壁に前記回転軸を中心として放射状に形成された複数の突起と、を備える
ことを特徴とする研磨加工装置。
【請求項２】
前記容器の底面に、前記複数の突起の代わりに又は前記複数の突起とともに形成され、前記容器の径方向の外側に向かって深くなる複数の液溜め溝を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の研磨加工装置。
【請求項３】
研磨ヘッドの加圧力が、回転するワークの表面の法線方向から作用するように該ワークを姿勢制御しながら、前記研磨ヘッドにより前記ワークの母線上を走査して加工する研磨加工方法であって、
重力方向に対し前記ワークの回転軸を傾動可能に保持し、
前記ワークの研磨液を収容する液密の容器を前記ワークと同軸で回転可能かつ傾動可能に保持し、
前記ワークの回転軸を傾動させて前記容器を傾動させたとき、前記ワークよりも重力方向の下側の前記研磨液を重力方向の上側に汲み上げ、該上側に汲み上げられた研磨液が重力の作用で下側に移動する際に加工面に介在するようにした
ことを特徴とする研磨加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物たるワークを研磨液に浸漬して加工する研磨加工装置および研磨加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸対称形状の光学素子、特に非球面形状を有する光学素子、又は光学素子の成形用金型の研磨加工では、例えばスモールツールと呼ばれる小径の研磨ポリッシャにてワーク（被加工物）を研磨する方法が採用されている。
【０００３】
この研磨方法では、使用される研磨剤として、油脂中に砥粒を混ぜたペーストタイプのものや、砥粒を液体に分散させたスラリータイプのもの等が知られている。そして、このような研磨剤を、加工前や加工中に加工面に供給して研磨加工が行われる。また、予め樹脂やゴムの中に砥粒が保持されたものを研磨ポリッシャとして用いる場合もある。
【０００４】
これらの中でも、スラリーと呼ばれる液体の研磨剤（以下、研磨液という）は、仕上がり面の品質も良く、使用頻度も高い。
ところが、液体であるため蒸発しやすく、また、加工面から流れ落ちてしまうので、逐次研磨液を補充供給することが必要となる。さらに、ガラス研磨に好適な酸化セリウム等のように、液体への分散性が良くない砥粒の研磨液を使用する場合は、砥粒が短時間で沈降してしまう。このため、研磨液を供給する直前に該研磨液を攪拌する必要もある。
【０００５】
このような、取り扱い上の欠点を補うため、更には仕上げ面の品質を向上させる目的で、ワークの加工面を研磨液に浸漬させた状態で研磨加工を行う手段（液中研磨方法）が採用されている。
【０００６】
この液中研磨方法では、例えば図８に示すように、特に凸形状のワーク１１１の外周部を研磨加工する際、ワーク１１１は容器１２１とともに姿勢制御されて重力方向に対し傾動する。しかし、容器１２１の傾斜により、加工点Ｐが研磨液１２０に浸漬していない状態となる。これにより、ワーク１１１の加工量にばらつきが生じたり、仕上げ面の品質が悪化するおそれがある。これに対処するには、容器１２１を深くして研磨液１２０の量を増やすことが考えられる。しかし、これでは、研磨ポリッシャ１８０と容器１２１とがＱ点で干渉してしまう。
【０００７】
これに対し、例えば特許文献１によれば、図９に示すように、研磨液１２０を満たす容器壁１２３を伸縮自在な材料で構成し、この容器壁１２３を上部リング１２６に固定している。また、上部リング１２６は、不図示のベアリングを介して固定具１２７に連結されている。これにより、ワーク１１１の外周部を研磨する際に該ワーク１１１が重力方向に対し傾動しても、研磨液１２０がこぼれるおそれがない。さらに、研磨ポリッシャ１８０と容器壁１２３とが干渉することなく液中研磨が行えるというものである。
【特許文献１】特開平６−２９７３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、伸縮自在な容器壁１２３を用いているため、加工終了時等にその構成部品を簡単に着脱することは困難である。このため、研磨装置の汎用性を考慮すると、装置は大型にならざるをえない。その場合、装置のコストが増大するばかりでなく、容器壁１２３に満たすべき研磨液１２０も大量となって無駄になる。
【０００９】
また、加工物１１１が傾斜した状態にあるとき、容器壁１２３の上部と下部の回転平面は平行ではないため、ベアリングにはラジアル方向に負荷が加わり、該ベアリングの故障原因となる。また、容器壁１２３は、ワーク１１１の回転（自転）に伴って伸縮を繰り返すことになるので、消耗が激しくなる。仮に、容器壁１２３が破損した場合には、研磨液１２０が漏れ出し、加工面が乾燥して仕上げ面に傷が付く。これにより、加工されたワーク１１１は不良品となるばかりか、漏れた研磨液１２０の清掃も煩雑である。
【００１０】
また、酸化セリウム等のように、液体への分散性が良くない砥粒を含む研磨液１２０を使用した場合、砥粒は沈降しやすい上、凸形状のワーク１１１では、加工位置が常に最も高い位置になる。このため、加工に寄与する砥粒はほとんどなくなり、ワーク面内での加工量が不均一となり、加工時間も長くなる。
【００１１】
これを解決するためには、研磨液１２０を攪拌する装置を付設することが考えられる。しかし、これではさらに装置の大型化やコストアップにつながる。さらに、加工終了後のワーク１１１の取り出しに関しても、研磨液１２０の量が多いため排出が困難で、多量の廃液も発生する。また、ワーク１１１は容器壁１２３の底面に固定されているので、着脱するのも困難である。
【００１２】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、装置の小型化を図りつつ比較的少量の研磨液で高品質な仕上げ面を得ることのできる研磨加工装置および研磨加工方法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】
【００１３】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
回転するワークと、該ワークの表面の法線方向に加圧力を作用させてその母線上を走査する回転可能な研磨ヘッドとを備え、該研磨ヘッドにより前記ワークを加工する研磨加工装置であって、
重力方向に対し前記ワークの回転軸を傾動可能な傾動手段と、
該傾動手段による前記回転軸の傾動平面内で前記ワークを移動可能な移動機構と、
前記ワークの研磨液を収容し前記ワークと同軸で回転可能かつ傾動可能な液密の容器と、
該容器の内壁に前記回転軸を中心として放射状に形成された複数の突起と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の研磨加工装置において、
前記容器の底面に、前記複数の突起の代わりに又は前記複数の突起とともに形成され、前記容器の径方向の外側に向かって深くなる複数の液溜め溝を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明は、
研磨ヘッドの加圧力が、回転するワークの表面の法線方向から作用するように該ワークを姿勢制御しながら、前記研磨ヘッドにより前記ワークの母線上を走査して加工する研磨加工方法であって、
重力方向に対し前記ワークの回転軸を傾動可能に保持し、
前記ワークの研磨液を収容する液密の容器を前記ワークと同軸で回転可能かつ傾動可能に保持し、
前記ワークの回転軸を傾動させて前記容器を傾動させたとき、前記ワークよりも重力方向の下側の前記研磨液を重力方向の上側に汲み上げ、該上側に汲み上げられた研磨液が重力の作用で下側に移動する際に加工面に介在するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、装置の小型化を図りつつ比較的少量の研磨液で高品質の仕上げ面を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態における研磨加工装置の要部の構成を示している。また、図２および図３は、研磨液を収容する容器の上面図及び側面の断面図を示している。
【００１８】
研磨加工装置１０は、回転するワーク１１と、このワーク１１を加工する研磨ヘッドとしての研磨ポリッシャ１８とを備えている。本実施形態では、研磨ポリッシャ１８は重力方向に沿って取り付けられている。また、ワーク１１は、回転軸１１ａを中心として回転駆動される回転軸対称の形状をなしている。研磨ポリッシャ１８は、ワーク１１の表面の法線方向に加圧力を作用させて、該ワーク１１の母線上を走査しながら加工を行う。
【００１９】
ワーク１１は、回転軸対称で非球面形状を有し、このワーク１１はワーク把持部１２によって一体的に把持されている。このワーク把持部１２は、ブラケット１３に内挿された不図示のベアリングを介して駆動モータ１４の出力軸（図示せず）と連結されている。これにより、ワーク１１は、ワーク把持部１２と一体で回転軸１１ａを中心として回転（自転）可能となっている。
【００２０】
また、ワーク把持部１２の外周面には、有底円筒状の液密の容器１９がワーク１１と同軸に固定されている。これにより、容器１９はワーク１１と同軸で回転可能かつ傾動可能に配置されている。この容器１９は、ゴム、ウレタン等の水を通さない弾性材からなり、中心部に貫通孔１９ａが形成されている。そして、この貫通孔１９ａにワーク把持部１２が嵌挿されている。この容器１９は、その内径をワーク把持部１２の外径よりも若干小さく製作されている。
【００２１】
こうして、容器１９はワーク把持部１２の外径に嵌挿されている。これにより、容器１９内に研磨液２０を満たした場合に、この研磨液２０が外部に漏れることはない。こうして、容器１９はワーク１１及び研磨液２０を収容した状態で、ワーク１１の回転軸１１ａを中心として回転可能に配置されている。
【００２２】
また、前述したワーク１１、ワーク把持部１２、容器１９、およびブラケット１３で、ワーク部２２が構成されている。
このワーク部２２は、不図示のモータ、ボールネジ、ガイド等から構成される移動機構としてのＸ軸移動機構１５及びＺ軸移動機構１６により、紙面の左右方向（Ｘ軸方向）および上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能となっている。これにより、ワーク１１は、研磨ポリッシャ１８の加圧方向（Ｚ軸方向）およびこれと略直交方向（Ｘ軸方向）に移動制御される。
【００２３】
また、このワーク部２２は、傾動手段としてのロータリテーブル１７によってＸＺ平面内において、不図示の駆動手段によって時計方向又は反時計方向に旋回可能となっている。これにより、ロータリテーブル１７を旋回させることで、ワーク１１の回転軸１１ａは、重力方向に対し所定角度に傾動制御される。なお、本実施形態では、研磨ポリッシャ１８は重力方向に取り付けられているため、ロータリテーブル１７を旋回させるとワーク１１の回転軸１１ａも、重力方向に対し所定角度に傾動される。
【００２４】
ワーク１１の上方には、研磨ポリッシャ１８が回転軸１８ａを中心として回転可能に配設されている。この研磨ポリッシャ１８は、ばねや重り、又はシリンダ等によって加圧可能に配設されている。
【００２５】
本実施形態では、前述した容器１９の内周側の壁面に、ワーク１１の回転軸１１ａを中心として半径方向に向けて放射状に複数の羽根状の突起２１が設けられている。具体的には、８個の突起２１が円周上に等分割で設けられている。この突起２１は、ワーク１１が研磨ポリッシャ１８の加圧方向（Ｚ軸方向）に対し傾動した場合に、一時的に研磨液を上方に溜めて加工位置に介在させる役目をなす。
【００２６】
次に、研磨加工装置による作用について説明する。
まず、ワーク１１の加工に先立ち、容器１９内に研磨液２０を供給する。この研磨液２０の液量は、ワーク１１が水平に保持された状態（図１参照）で、ワーク１１の加工面全体が浸漬する量で十分である。
【００２７】
加工を開始すると、回転軸１８ａを中心として回転（自転）する研磨ポリッシャ１８は、回転軸１１ａを中心として回転（自転）するワーク１１の母線上を走査して研磨加工が行われる。加工中、ワーク１１上の加工点において、研磨ポリッシャ１８の荷重が常に法線方向から作用するように、ワーク１１はＸ軸移動機構１５とＺ軸移動機構１６によって、ロータリテーブル１７と同一平面内で移動制御される。
【００２８】
また、ワーク１１はロータリテーブル１７の回転に伴い、その回転軸１１ａが傾動制御されて姿勢制御される。これらの制御は、予め作成された加工プログラムに従って数値制御装置によって行われる。
【００２９】
図４に示すように、ワーク１１の外周部を加工する際、ワーク１１が傾動されると容器１９も一体的に傾動する。これにより、容器１９内の研磨液２０は重力に従って低い位置のＡ部に溜まる。Ａ部に溜まった研磨液２０の一部は、容器１９の回転に伴い、該容器１９に設けられた羽根状突起２１によって上方に汲み上げられてＢ部へ到達する。このＢ部へ到達した研磨液２０は、さらなる容器１９の回転に伴い重力によって低い位置へ流れ落ちる。このとき、研磨液２０は、途中で研磨ポリツシャ１８とワーク１１との接触位置、すなわち加工面に介在してから流れ落ちる。このため、常に研磨液２０が加工面に介在することになる。
【００３０】
すなわち、研磨ポリッシャ１８の加圧方向が常にワーク１１の表面の法線方向から作用するように、該ワーク１１を姿勢制御しながら、研磨ポリツシャ１８にて研磨を行う。この際、ワーク外周に容器１９を液密に保持し、該容器１９の内壁に複数の突起２１を設ける。そして、容器１９に研磨液２０を満たして研磨を行うことによって、分散状態の研磨液２０が常に加工位置に介在した状態となる。これによって、安定した加工が行える。
【００３１】
本実施形態によれば、凸形状のワーク１１の外周部を研磨加工する場合であっても、研磨液２０は常に加工位置に介在する状態となるため、ワーク全面において安定した加工量と、高い仕上げ面品質を得ることができる。
【００３２】
また、ワーク１１の種類が変わった場合には、ワーク１１の寸法に合わせてワーク把持部１２と容器１９を準備するだけで良いので、無駄なコストも発生せず、装置の大型化も避けられる。
【００３３】
さらに、砥粒が沈降し易い研磨液２０を使用した場合でも、研磨液２０は常にワーク面上を流動するので、砥粒が分散された状態を保つことができる。よって、特に研磨液２０の攪拌装置を付設する必要もない。
【００３４】
取り外し時には、加工後に残った少量の研磨液２０をスポイト等で吸引すれば、直ちにワーク１１を取り外すことができるので段取り性も良い。
（第２の実施の形態）
図５は、本実施形態の容器９の上面図、図６は、その側面の断面図である。本実施形態の研磨装置は、第１の実施の形態の構成要素と略同様であるが、容器１９の外周底面に、外周に向かって深くなる液溜め溝２４を設けた点が相違している。
【００３５】
すなわち、本実施形態では、容器１９の底面に、複数の突起２１の代わりに形成され、容器１９の径方向の外側に向かって深くなる複数の液溜め溝２４を備えている。このように、液溜め溝２４を、容器１９の径方向の外側に向かって深くなるように形成したのは、容器１９が回転しながら重力方向に対し傾動した場合に、上方に移動した液溜め溝２４に研磨液２０が一時的に溜まるようにするためである。
【００３６】
なお、容器１９の底面に、複数の突起２１の代わりに複数の液溜め溝２４を形成するのではなく、複数の突起２１とともに複数の液溜め溝２４を形成しても良い。その他、加工中のワーク１１の動作については、第１の実施形態と同様である。
【００３７】
本実施形態によれば、図７に示すように、ワーク１１の外周部を加工する際、該ワーク１１が傾動されると容器１９も一体的に傾動する。これにより、容器１９内の研磨液２０は重力に従って低い位置のＣ部の液溜め溝２４に溜まる。この液溜め溝２４に溜まった研磨液２０は、容器１９の回転によって汲み上げられて上方へ移動する。この容器１９の回転に伴い、液溜め溝２４の深さは、水平面（装置設置面）を基準とした場合、徐々に浅くなっていき、最も上方へ達したＤ位置で最も浅くなる。これにより、液溜め溝２４内の研磨液２０は溢れ出し、ワーク１１の加工位置を通過して流れ落ちていく。このため、第１の実施の形態と同様に、常に研磨液２０がワーク１１の加工位置に介在することになる。
【００３８】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、凸形状のワーク１１の外周部を研磨加工する場合であっても、研磨液２０は常にワーク１１の加工位置に介在する状態となる。このため、ワーク全面において安定した加工量と、高い仕上げ面品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態における研磨加工装置の要部構成を示す図である。
【図２】容器の平面図である。
【図３】同上の断面側面図である。
【図４】ワークの外周部を研磨するときの断面側面図である。
【図５】他の実施形態の容器の平面図である。
【図６】同上の断面側面図である。
【図７】同上のワークの外周部を研磨するときの断面側面図である。
【図８】従来装置によるワークの外周部を研磨するときの側面図である。
【図９】従来装置によるワークの外周部を研磨するときの側面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０      研磨加工装置
１１      ワーク
１１ａ    回転軸
１２      ワーク把持部
１３      ブラケット
１４      駆動モータ
１５      Ｘ軸移動機構（移動機構）
１６      Ｚ軸移動機構（移動機構）
１７      ロータリテーブル（傾動手段）
１８      研磨ポリツシャ
１８ａ    回転軸
１９      容器
１９ａ    貫通孔
２０      研磨液
２１      突起
２２      ワーク部
２４      液溜め溝
【図１】
2008168376.tif 000003
【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】
2008168376.tif 000008
【図７】
2008168376.tif 000009
【図８】
2008168376.tif 000010
【図９】
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