(57)【要約】【課題】高精度かつ長寿命で研磨できる研磨工具およびその製作方法と、その研磨工具を備えた研磨装置および曲率修正装置を提供する。【解決手段】光学材料のための研磨工具において、母材がカーボン樹脂材で構成され、カーボン樹脂材の表面に厚さ０．３ｍｍ以下のピッチ層が形成されている。カーボン樹脂材の表面が、球面、平面、及び円筒面のいずれかの形状に加工されている。カーボン樹脂材の表面に、格子状、同心円状、放射状、及びスパイラル状のいずれかの溝が所定のパターンで形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学材料用の研磨工具において、母材がカーボン樹脂材で構成され、カーボン樹脂材の表面にピッチ層が形成されていることを特徴とする研磨工具。
【請求項２】
ピッチ層の厚さが、０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の研磨工具。
【請求項３】
カーボン樹脂材の表面が、球面、平面、及び円筒面のいずれかの形状に加工されており、かつ、カーボン樹脂材の表面に、格子状、同心円状、放射状、及びスパイラル状のいずれかの溝が所定のパターンで形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨工具。
【請求項４】
カーボン樹脂材が、ガラス又は金属を有する微粒子又は繊維の添加により改質又は補強されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨工具。
【請求項５】
金属又はセラミックの剛体基板上に、セグメント化した複数のカーボン樹脂材を接着したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨工具。
【請求項６】
ピッチ層が、液状化したピッチを塗布後に乾燥させることにより形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の研磨工具。
【請求項７】
ピッチが溶剤により液状化され、しかるのち、ピッチが再硬化されていることを特徴とする請求項６に記載の研磨工具。
【請求項８】
カーボン樹脂材からなる母材を所定形状に成形し、しかるのち、カーボン樹脂材の表面に液状化したピッチを塗布する研磨工具の製造方法。
【請求項９】
ピッチを溶剤により液状化し、カーボン樹脂材の表面に液状化したピッチを塗布し、そのピッチを乾燥させて再硬化させて、ピッチ層を形成することを特徴とする請求項８に記載の研磨工具の製造方法。
【請求項１０】
上軸と下軸を対向させて配置し、それらのいずれか一方に請求項１〜７のいずれか１項に記載の研磨工具を装着し、他方に光学材料を装着した光学材料用の研磨装置。
【請求項１１】
上軸と下軸を対向させて配置し、それらの双方に請求項１〜７のいずれか１項に記載の研磨工具を装着可能に構成した研磨装置。
【請求項１２】
上軸と下軸を対向させて配置し、それらのいずれか一方に請求項１〜７のいずれか１項に記載の研磨工具を装着し、他方に電着ダイヤモンドホイールを装着したことを特徴とする曲率修正装置。
【請求項１３】
上軸と下軸の軸間距離が、研磨工具と電着ダイヤモンドホイールの形状に応じて相対的に可変に構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の曲率修正装置。
【請求項１４】
電着ダイヤモンドホイールの側面に当接する２個以上のガイドローラーを備えた補助装置を有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の曲率修正装置。
【請求項１５】
電着ダイヤモンドホイールの上面に当接するガイドローラーを備えた補助装置を有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の曲率修正装置。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の曲率修正装置を具備した研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度な球面レンズ、光学平面板（オプチカルフラット）、又は円筒レンズ（シリンダーレンズ）の研磨に好適に用いられる研磨工具およびその製作方法と、その研磨工具を備えた研磨装置および曲率修正装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から各種のレンズ研磨に関しては、以下のような研磨工具が採用されてきた。
【０００３】
（１）．伝統的な光学レンズ研磨用ピッチ工具
伝統的な光学レンズ研磨用ピッチ工具（通称：磨き皿）は以下の手法で製作されている。
【０００４】
先ず、所望レンズ曲率半径（Ｒ）よりもピッチ層の厚み（Ｔ＝３〜６ｍｍ程度）を加減した曲率を有する磨き皿基板（凹面の磨き皿の場合：Ｒ＋ｔ、凸面の磨き皿の場合：Ｒ−ｔ）に、適量より余分のピッチ（別途容器で加熱溶解された光学研磨用ピッチ）を落とし、基板上に伸ばす。
【０００５】
次に、基板背面にグリップ（握り）を付けてバーナー上でピッチを炙り、再加熱する。所望レンズ曲率を有する合わせ皿に押し付け、研磨工具表面形状を整形すると共に、ピッチ層が基盤上に厚さ一様に広がるようにする。
【０００６】
ここで、ピッチを炙る時は常時手首を返し、バーナー上で適切な距離を保ちながら一様均等な加熱を心がけ、また合わせ皿にはせっけん水を塗り離型を容易とする等、注意が必要である。
【０００７】
また、一度でピッチが基板上に伸び広がらない場合は、同様の作業を繰り返す。
【０００８】
ピッチが基板上に伸び広がった際、外周部にはみ出した余分のピッチは加熱したナイフで切り落とし、ピッチ層を整形する。
【０００９】
次に、合わせ皿の上に木綿製の網を敷き、上記と同様の手法でピッチ表層を炙り、網目に押し付け、網目の溝構造を転写成形する。
【００１０】
前記工程により製作された研磨工具に研磨剤（スラリー）を供し、レンズを研磨した後、ニュートン原器で調べると、所望曲率半径との差異が現れる。光学設計上の要求仕様に合致させるために、この差を小さくする必要がある。一般的には、安全剃刀用の替え刃を手に持ち、前記磨き皿のピッチ層表面を切削除去するか、適当な溶剤で表層を溶解除去する。もしくは研磨工具表面に余分の溝を加え、その部分のピッチ表層の流動の活性化を促す。
【００１１】
すなわち、凸レンズの曲率半径を大きくしたい場合は、磨き皿の外周側を除去し、逆に曲率半径を小さくしたい場合は、磨き皿の中央部を除去する。一方、凹レンズでは、曲率半径を大きくしたい場合は、磨き皿の中央部を除去し、逆に曲率半径を小さくしたい場合は磨き皿の外周側を除去する。
【００１２】
余分の溝を加える場合も同様であり、例えば、凸レンズの曲率半径を大きくしたい場合は、磨き皿の外周側に余分な溝を加え、逆に曲率半径を小さくしたい場合は、磨き皿の中央部に余分の溝を加える。余分の溝は格子型、螺旋型等、多種多様である。
【００１３】
伝統的光学研磨の生産現場では、これらの作業を「当たりを変える」と言う。レンズと磨き皿の外周部が強く接触した状態を「当たりが強い」と言い、逆に中央部が強く接触した状態を「当たりが弱い」と言う。光学研磨技能者は、巧みに「当たりを変える」作業を繰り返し、光学図面上の設計値に曲率半径を誘導してゆく。
【００１４】
工業的に利用される光学レンズは単に真球度、表面あらさの表面加工誤差を満たすだけではなく、曲率半径に関しても許容誤差範囲でなければ、光学系は成立しない。
【００１５】
（２）．Ｇ．Ｏｔｔｅおよび、Ａ．Ｊ．Ｌｅｉｓｔｎｅｒの研磨工具
平面に限られるが、Ｇ．Ｏｔｔｅは、パイレックス（登録商標）の母材の表面に幅・深さ１ｍｍの格子溝を設け、３ｍｍ四方の小面積に分割し、光学研磨を施して平面度を整えた後、約０．５ｍｍの厚さのピッチ層を形成し、研磨工具として用いた。形状精度が崩れにくく、高い平面度のオプチカルフラットが得られたとの報告が出ている。
【００１６】
加工面のフチダレの原因を、ピッチ表層の摩擦熱による流動変形であると分析し、その低減に狙いを絞った方法である。
【００１７】
上記に関しては、以下の文献に記載されている。
【００１８】
Ｇ．ＯＴＴＥ：Ａｎ  ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｆｌａｔ  ｓｕｒｆａｃｅｓ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  ｖｏｌ．４２  （１９６５）後にＯＴＴＥは、上記ポリシャ材をピッチから、より形状安定性の優れたテフロン（登録商標）（ＦＥＰ：Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）の材料に変更し、ポリシャの長寿命化を図った。高精度・高品質表面を得る機会は増大したが、一方で、僅かに研磨面からの散乱光はピッチポリシャの方が小さいとの記載がある。
【００１９】
Ｇ．ＯＴＴＥ：ｔｈｅ  ｕｓｅ  ｏｆ  Ｔｅｆｌｏｎ  ｐｏｌｉｓｈｅｒｓ  ｆｏｒ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｌａｔｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  ｖｏｌ．２  （１９６９）Ｇ．ＯＴＴＥの後、Ａ．Ｊ．Ｌｅｉｓｔｎｅｒが上記の手法を相続、発展させた。
【００２０】
工具母材には石英ガラスの他、Ｃｅｒ−Ｖｉｔ、ＺＥＲＯＤＵＲＥ（登録商標）等無膨張セラ  ミックを推奨している。ここでは、テフロン（登録商標）のポリシャの製造方法を詳述している他、二重偏心機構を有する研磨装置により、高精度・高品質表面を得る研磨方法を紹介している。
【００２１】
また、テフロン（登録商標）のポリシャは球面の研磨に適合できる可能性も示唆している。
【００２２】
また、高分子樹脂から構成された研磨部材及び研磨装置は知られている（特許文献１参照）。
【００２３】
【特許文献１】特開平１１−７７５１７号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
前掲（１）に記載の、従来の研磨工具は、厚さ：３〜６ｍｍ程度のピッチ層があり、その粘弾性により被加工物の仕上がり状態が左右される。すなわち、比較的軟質で遅延弾性を示すピッチ材で製作した研磨工具により光学研磨を施した試料の場合、表面あらさは小さく平滑面が得られ、かつキズも入りにくいが、フチダレが起こり易いため形状精度は悪化する。一方、比較的硬質で遅延弾性を示さないピッチ材で製作した研磨工具にて光学研磨を施した試料の場合、形状精度は良好になるが、表面あらさは大きくなり、かつキズが入りやすい。
【００２５】
伝統的光学研磨法で用いる研磨工具では、高精度かつ高品質な表面を得る事は難しい。
【００２６】
前掲（２）に記載の特殊な研磨工具は、本来遅延弾性を有するポリシャ材を研磨工具表層にだけ形成し、形状安定性を向上させる事で、表面の平滑性、表面欠陥の最小化を図ると共に、形状精度も向上できる狙いが在る。工具表層のポリシャ材はピッチおよびテフロン（登録商標）だが、前者が若干表面平滑性に優れ、後者は形状安定性・工具寿命に優れている。
【００２７】
しかしながら、薄いピッチ層の研磨工具は研磨されたガラス母材表面にポリシャを形成するため容易に剥離し、その剥離片は加工面に巻き込まれてキズの原因になる等のトラブルを起こし、扱いにくかった。テフロン（登録商標）の層はこのトラブルを解決したが、微粒子の埋め込み作用が無いので、若干表面あらさが劣る傾向がある。
【００２８】
また、ガラス母材に格子溝加工、曲率を有する球面、円筒面加工等を施すには、専用の工作機械を要する等の不都合があり、多様な曲面の適用可能性を示唆するものの、実用的適用範囲は主として平面に限定されたままだった。
【００２９】
また球面に適合しにくい本質的理由は、伝統的光学研磨法で曲率半径修正方法が完備されていた故に、薄いポリシャ層に対しては十分な検討が行なわれず、開発されなかったためである。光学メーカーにおいて、光学設計上用いられるレンズ曲率半径は、社固有の原器曲率に相当し、真球度、表面あらさ等表面加工誤差の要求が厳しいレンズであるほど曲率半径許容誤差も厳しくなり、μｍオーダで指定される場合が多く、この問題が解決されない限り、事実上球面レンズ研磨での実用は制限される。
【００３０】
本発明の主要な目的は、高精度かつ長寿命で研磨できる研磨工具およびその製作方法と、その研磨工具を備えた研磨装置および曲率修正装置を提供することである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、以下のとおりである。
【００３２】
本願の請求項１によると、光学材料を研磨するのための研磨工具において、母材がカーボン樹脂材で構成され、カーボン樹脂材の表面にピッチ層が形成されていることを特徴とする研磨工具である。
【００３３】
請求項２によると、ピッチ層は厚さ０．３ｍｍ以下であることを特徴とする前述の研磨工具である。
【００３４】
請求項３によると、カーボン樹脂材の表面が、球面、平面、及び円筒面のいずれかの形状に加工されおり、かつ、カーボン樹脂材の表面に、格子状、同心円状、放射状、及びスパイラル状のいずれかの溝が所定のパターンで形成されていることを特徴とする前述の研磨工具である。
【００３５】
請求項４によると、カーボン樹脂材が、ガラス又は金属を有する微粒子又は繊維の添加により改質又は補強されていることを特徴とする前述の研磨工具である。
【００３６】
請求項５によると、金属又はセラミックの剛体基板上に、セグメント化した複数のカーボン樹脂材を接着したことを特徴とする前述の研磨工具である。
【００３７】
請求項６によると、ピッチ層が、液状化したピッチを塗布後に乾燥させることにより形成されていることを特徴とする前述の研磨工具である。
【００３８】
請求項７によると、ピッチが溶剤により液状化され、しかるのち、ピッチが再硬化されていることを特徴とする前述の研磨工具である。
【００３９】
請求項８によると、カーボン樹脂材からなる母材を所定形状に成形し、しかるのち、カーボン樹脂材の表面に液状化したピッチを塗布する研磨工具の製造方法である。
【００４０】
請求項９によると、ピッチを溶剤により液状化し、カーボン樹脂材の表面に液状化したピッチを塗布し、そのピッチを乾燥させて再硬化させて、ピッチ層を形成することを特徴とする前述の研磨工具の製造方法である。
【００４１】
請求項１０によると、上軸と下軸を対向させて配置し、それらのいずれか一方に前述の研磨工具を装着し、他方に光学材料を装着した光学材料用の研磨装置である。
【００４２】
請求項１１によると、上軸と下軸を対向させて配置し、それらの双方に前述の研磨工具を装着可能に構成した研磨装置である。
【００４３】
請求項１２によると、上軸と下軸を対向させて配置し、それらのいずれか一方に前述の研磨工具を装着し、他方に電着ダイヤモンドホイールを装着したことを特徴とする曲率修正装置である。
【００４４】
請求項１３によると、上軸と下軸の軸間距離が、研磨工具と電着ダイヤモンドホイールの形状に応じて相対的に可変に構成されていることを特徴とする前述の曲率修正装置である。
【００４５】
請求項１４によると、電着ダイヤモンドホイールの側面に当接する２個以上のガイドローラーを備えた補助装置を有することを特徴とする前述の曲率修正装置である。
【００４６】
請求項１５によると、電着ダイヤモンドホイールの上面に当接するガイドローラーを備えた補助装置を有することを特徴とする前述の曲率修正装置である。
【００４７】
請求項１６によると、前述の曲率修正装置を具備した研磨装置である。
【００４８】
前述のように、研磨工具形状安定性を保持したまま工具寿命を延ばし、表層に形成したピッチ層と工具表面との「濡れ」を改善し、剥離が起こりにくいものにしている。また、薄いピッチポリシャ層に対するμｍオーダの曲率半径許容誤差を有する高精度球面レンズの研磨を可能にしている。
【００４９】
【発明の実施の形態】
本発明においては、研磨工具の母材がカーボン樹脂材で構成されている。これにより形状安定性を保持したまま工具寿命を延ばし、形状精度を向上させると同時に表面あらさを低減させる十分な時間を確保でき、ポリシャ剥離片の巻き込みキズも防止できる。カーボン樹脂は本質的に軟質で砥粒が吸着しやすい傾向を有するため、例えばピッチ層が摩滅して、表面に露出した場合でも、相手側部品表面に与えるダメージは極めて小さい。
【００５０】
また、母材にカーボン樹脂材を用いる事で、汎用ＮＣ旋盤・工作機械等を用いて曲面を有する形状加工、および自由な溝加工が容易に可能になり、多種多様な形状・溝構造を有する研磨工具を実現できる。
【００５１】
また、カーボン樹脂は、酸・アルカリ性を示す各種多様な研磨液中においても腐食しにくく、取り扱い・作業上割れにくい点も利点である。
【００５２】
ピッチ層の厚さは０．３ｍｍ以下であることが好ましい。ピッチ層の厚さが０．３ｍｍを超えると、フチダレが起こり易いからである。詳述すると、ピッチ層が０．３ｍｍより厚いと、従来の研磨工具の性質に近くなってしまい、一般に溶剤にて本来の硬度を喪失させた（すなわち、鎖状高分子炭化水素の分子鎖を分断させた）ピッチを用いるが、レンズとの摩擦に伴い容易に塑性変形が起こり、レンズ面外周にフチダレが生じてしまい、真球度の確保は不可能になってしまう。ピッチ層の下限は、０．０５ｍｍとするのが好ましい。なぜなら、母材が局部的に表面に露出してしまう虞が増大するからである。露出母材との接触によるキズが現れたら使用上の限界で、作業者は経験により寿命を把握し、通常はその前にピッチの貼り替えを行う。
【００５３】
ピッチ層の厚さの測定方法について述べると、焦点深度の深い顕微鏡測定によるが、大型ルーペにより０．３ｍｍのシャープペンの芯との相対比較観測でも十分である。０．５ｍｍのシャープペンの芯程度のピッチ厚さでは、フチダレが現れてしまう。厚さの測定において、０．３〜０．５ｍｍが境界領域であるが、レンズによっては研磨後の芯取で研削除去される場合もあるし、有効径外になる場合もある。
【００５４】
ポリシャ層を形成する際、ピッチ材を溶剤にて液状化し、ピッチ本来の硬度（つまり、高分子の鎖状で半固形状炭化水素を溶剤にて寸断し低分子の半固形状炭化水素の粒子が混濁している割合、あるいは粘度計の針（２ｍｍφ）が一定温度（２０℃）のとき一定時間（１分間）に０．１ｍｍだけ沈むときの硬さ（針入度）、あるいは流動性と瞬間弾性・遅延弾性等による粘弾性（光学工業技術研究組合「レンズ・プリズム加工技術‘７６」（昭和５１年１０月２０日発行）参照））を喪失させると良い。これにより、砥粒の埋没効果が増大し、超平滑光学表面を得る事もできる。
【００５５】
本発明の研磨工具は、多種の研磨スラリーに順応できる。例えば０．５μｍ以下の粒度分布を有するダイヤモンドスラリーを用いて蛍石（ＣａＦ２）製の球面レンズを研磨した場合、深紫外光学系で要求される表面加工誤差、真球度：ＰＶ≦λ／３０、表面あらさ：ｒｍｓ≦０．２ｎｍを確保できる。表面粗さの測定法法はＺｙｇｏ社製の非接触表面粗さ測定機による。これにより、μｍオーダの曲率半径許容誤差を有する高精度球面レンズの研磨が可能になり、光学設計上の曲率確保と並立し、深紫外光学系対応の表面加工誤差も確保できる。
【００５６】
【実施例】
図１は、本発明の実施例の１つである、球面レンズ研磨工具の基本構造を示す。
【００５７】
所定の球面形状に加工された研磨工具母材１ａは、カーボン樹脂、もしくはガラス、金属等から成る微粒子、繊維等の添加にて改質・補強されたカーボン樹脂材で構成されており、その母材１ａには、等間隔の格子溝１ｂが設けられ、小面積１ｃ上に厚さ０．３ｍｍ以下のピッチ層２が形成されている。研磨工具母材の加工順としては、先に溝加工を行い、最後に球面加工を行なった方がＲ（曲率半径）の加工誤差が小さい。小面積１ｃに比較して格子溝１ｂの深さが大きい場合、球面加工の際に小四角柱１ｄが変形し、Ｒの加工誤差が大きくなる。
【００５８】
図２は、球面レンズ研磨工具母材形状の多様なバリエーションを示す。
【００５９】
各種の球面レンズ研磨用に球面加工された研磨工具母材は、凸面型３、平面型４、凹面型５等がある。また図示しないが、円筒レンズ研磨用に加工された研磨工具母材として類似の凹凸面型も存在する。また図示しないが、さらに、これらの工具母材をセグメントとして大型基盤上に複数接着もしくは締結し、大型の研磨工具として利用する事もできる。
【００６０】
また、研磨工具母材には前記格子溝の他、放射状の溝３ａ、また図示しないが、同心円状の溝、スパイラル状の溝、自由曲線の溝等、多様な溝が設けられる。また、図示しないが研磨工具母材には一切の溝を設けない型の工具でも良い。
【００６１】
図３、図４、図５、図６、図７、図８は、研磨工具表面のピッチ層の形成工程の一例を示す。
【００６２】
ポリシャ材としてのピッチは事前にトルエン等の溶剤で液状化し、適切な粘度に調整されている。研磨工具母材５上に高粘度の溶解ピッチを塗布すると、液滴状の形態２ａとなる。この状態から自然乾燥もしくは熱風を用いた強制乾燥を行い、溶剤を気化させて、ピッチ材を適度に硬化させる。溶剤により液状化し再硬化したピッチ材は本来の硬度を喪失しており、微粒子の埋没効果が増大するので、研磨されるレンズ等の部品の表面あらさは超平滑面となる。
【００６３】
上記ピッチ塗布後乾燥状態の研磨工具１を、所望の曲率半径を有する合わせ工具６上に反転密着させ、ポリシャ表面形状を整える。この時、密着後に加重を加えても良いが、ピッチは常温でもクリープ現象を起こすので、自然に変形するのを待っても良い。ただし、カーボン樹脂は大きな熱膨張率を有するので、整形促進のために加熱しないのが好ましい。
【００６４】
加重を加え、短時間の整形を行なう場合は、ピッチ層の表面にポリエチレングリコール等の界面活性剤を塗り、整形後の分離を容易とする。一方、長時間をかけての整形を行なう場合はピッチ層の表面と合わせ工具６の間に薄いフィルム材７を挟み込むと良い。このようにすれば、整形後両者が密着して分離できなくなった際、冷凍庫にて冷却すると両者の熱膨張率の相違からフィルム層の界面ですべりが起こり、容易に分離できる。
【００６５】
また、合わせ工具６の真球度および曲率半径等の加工精度は、目的とするレンズの要求仕様に準じて適宜に調整する。
【００６６】
整形直後のピッチ層２ｃ外周には余材が広がっているが、カッターナイフで切り落とした状態２ｂとし、研磨の実用に供する。
【００６７】
図９は、主として研磨工具を研磨装置の下軸側に装着する際の基本構造を示す。この場合、上軸側にレンズが装着される。
【００６８】
通常、レンズ研磨装置の下軸側は回転軸になっており、ネジもしくはコレットチャックにより研磨工具と接続する。研磨工具母材１ａの背面から外周側面の一部を保持する型の下軸ホルダーが８ａで示され、研磨工具母材１ａの背面にザグリを設け、中心部から保持するフランジ型の下軸ホルダーが９ａで示されている。研磨工具母材と下軸ホルダーは接着剤により接合してもよいが、母材背面にネジを設けて締結しても良い。上記のホルダー背面にはそれぞれネジ８ｂ、９ｂを設けている。また図示しないが、研磨装置側の都合によりコレットチャック用テーパ軸を設けても良い。
【００６９】
図１０は、主として研磨工具を研磨装置の上軸側に装着する際の基本構造を示す。この場合、下軸側にレンズが装着される。
【００７０】
通常、レンズ研磨装置の上軸側は揺動軸になっており、カンザシと呼ばれる球面加工された軸端を挿入する構造の簡易な自在継ぎ手により研磨工具と接続する。研磨工具母材１ａの背面の中心に直接カンザシの軸端を挿入する穴１０を設けても良いし、研磨工具母材１ａの背面にザグリを設け、カンザシの軸端を挿入する穴１２を設けた上軸ホルダー１１を接着剤により接合するか、ネジ等により締結しても良い。また、上軸ホルダー１１内部に自己潤滑性を有する樹脂材料で製作したフランジ型部材１１ａを装着し、カンザシの軸端を挿入する穴１２を設けた構造でも良い。
【００７１】
また、上記の上軸ホルダー１１のネジ部寸法と、前記の研磨工具を研磨装置の下軸側に装着する際の基本構造で記載した下軸ホルダー８ａ、９ａのネジ部寸法を共通とすれば、ホルダーの交換により研磨装置の上軸と下軸の双方に装着可能となる。
【００７２】
また、研磨装置の上軸側のカンザシに代えて円筒構造の部材を装着し、前記の研磨工具を研磨装置の下軸側に装着する際の基本構造で記載したホルダー背面のネジ８ｂ、９ｂに球面Ｒを有するゴム製のキャップ材１３をかぶせ、円筒内部に挿入すると、別種の自在継ぎ手が構成され、同等の研磨が実施できるので、この構造でも研磨工具は研磨装置上下軸双方に装着可能となる。
【００７３】
図１１は、電着ダイヤモンドホイールを用いて研磨工具の曲率半径を修正する状態を示す。
【００７４】
研磨装置の回転する下軸側に研磨工具１を装着し、上軸側は揺動を止め、ダイヤモンド電着カップホイール（電着ダイヤモンドホイール又はカップホイールともいう）１４を装着する。カップホイール１４の直径は、研磨工具１の直径の６０〜８０％が適切である。この例では、カップホイール１４上部に自己潤滑性を有する樹脂材料で製作したフランジ型部材１５を装着し、その穴１５ａにカンザシ１６の軸端を挿入し、カップホイール１４を回転自由に保持している。この状態で研磨装置下軸を回転させると、研磨工具１との摩擦によりカップホイール１４も連れ回りを始め、研磨工具表面のピッチ層には研削除去加工が施される。
【００７５】
ここで、研磨装置上軸の位置を操作し、カップホイール１４の位置を研磨工具１の中心側にシフトさせて静止させると研磨工具の中心部が相対的に多く減耗し、逆にカップホイール１４の位置を研磨工具１の外周側にシフトさせて静止させると研磨工具の外周分が相対的に多く減耗する。
【００７６】
図１２は、カップホイール１４の位置のシフト状態を示す。カップホイールは、研磨工具の凹凸形状に応じて曲率半径Ｒを加減修正する。例えば研磨工具１が凸面ならば、カップホイール１４の位置を外周部へシフトするとＲは小さくなり、中心部へシフトすると曲率半径Ｒは大きくなる。
【００７７】
また、研磨装置の構造により下軸側がチルトする構造であれば、研磨工具１とカップホイール１４との相対的位置関係を変えるために、研磨工具１の傾きを変えても良い。
【００７８】
図１３は、研磨工具１が凹形状である場合、カップホイール１４は横転し易くなる様子を示している。
【００７９】
図１４から分かるように、この現象が起こるのは、凹面形状研磨工具１の回転にともない、摩擦力Ｆが、カップホイール１４の侵入方向外周側接触点Ｐを支点に、カンザシ１６の軸端部Ｋへ回転（転倒）モーメントＭｃとして作用するためである。Ｍｃ＝ｆ・Ｌｃで表され、ＬｃはＰ−Ｋ間の距離、ｆは摩擦力ＦのＰ−Ｋ間方向と直交方向の分力である。凹面形状工具１のＲ：曲率半径が小さくなるほどカップホイール１４にピッチ層は深く食い込み、結果Ｆ（ｆ）は増大し、横転しやすくなる。また、Ｋの位置が高ければＬｃが増大するとともにｆ分力が増大し、極めて横転しやすくなる。
【００８０】
一方、図１５から分かるように、凸面形状研磨工具の場合、研磨工具１の回転にともない、摩擦力Ｆが、カップホイール１４の侵入方向内周側接触点Ｐを支点に、カンザシ１６の軸端部Ｋへ回転モーメントＭｘが作用する。Ｍｘ＝ｆ・Ｌｘで表され、ＬｘはＰ−Ｋ間の距離、ｆは摩擦力ＦのＰ−Ｋ間方向と直交方向の分力である。ただし、この場合のｆはカップホイール１４を持ち上げる向きではなく、研磨工具側に接地する向きに作用し、安定化に働く。凸面形状工具１のＲ：曲率半径が小さくなるほどカップホイール１４にピッチ層は深く食い込み、結果Ｆ（ｆ）は増大し、カップホイール１４はより安定化する。また、ある程度Ｋの位置が高ければＬｃが増大するとともにｆ分力が増大し安定化するが、一方でカップホイール１４が深く食い込み、ピッチ層の過剰減耗を起こす。さらに度を越すとＰの反対側Ｑ点を支点に転倒を起こすので適切に調整するのが良い。
【００８１】
図１６は、凹形状の研磨工具１の横転防止装置（補助装置）の一例を示している。研磨工具１上のカップホイール１４は、カンザシ１６により回転自由に保持されている。カップホイール１４の側面に２個以上の水平ガイドローラー１８が当接する事により、回転モーメントを打ち消す。水平ガイドローラー１８は、垂直に回転軸を設けた水平板１７ａに自由回転保持されている。水平板１７ａは、研磨装置の任意の構成部材から引き出された腕１７に接続している。
【００８２】
図１７も、凹形状の研磨工具１の横転防止装置（補助装置）の別の例である。研磨工具１上のカップホイール１４は、カンザシ１６により回転自由に保持されている。カップホイール１４の上面に１個以上の垂直ガイドローラー１９が当接する事により、回転モーメントを打ち消す。垂直ガイドローラー１９は、水平に回転軸を設けた腕１７に自由回転保持されている。腕１７は、研磨装置の任意の構成部材から引き出されている。
【００８３】
図１６、図１７とも研磨装置の任意の構成部材から腕１７を引き出すと記載したが、当初から研磨装置と一体的に具備すれば作業性も良い。また、独立した研磨工具曲率修正装置でも良い。
【００８４】
上記の装置による研磨工具曲率修正作業は、３〜１０ｒｐｍ以下の低回転にて、３０〜６０秒程度行い、研磨工具表面のピッチ切屑を洗浄してレンズ研磨に供する。一定時間の研磨により現れるレンズ面の曲率半径の変化を原器、レーザ干渉計等により測定・観察し、目的の曲率半径許容誤差範囲との差を調べ、必要に応じて適宜研磨工具の曲率半径に微調整を加え、レンズ曲率半径を要求仕様に誘導してゆく。
【００８５】
前記の研磨工具は多種の研磨スラリーに順応し、例えば０．５μｍ以下の粒度分布を有するダイヤモンドスラリーを用いて蛍石（ＣａＦ２）製の球面レンズを研磨した場合、深紫外光学系で要求される表面加工誤差、真球度：ＰＶ≦λ／３０、表面あらさ：ｒｍｓ≦０．２ｎｍを確保できた。
【００８６】
また、上記研磨工具をそのまま用いた場合のレンズ曲率半径誤差は、凸レンズの場合、３５ｍｍ≦Ｒ≦７０ｍｍでは、曲率半径Ｒの０．０３７％程度（１３〜２６μｍ）に過ぎないが、上記の研磨工具曲率修正法により、０．００５〜０．０１０％程度（２．５〜５μｍ）、すなわちμｍオーダの曲率半径許容誤差を有する高精度球面レンズの研磨が可能になった。
【００８７】
なお、上軸と下軸は、回転軸に限られず、揺動軸その他であってもよい。
【００８８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、母材にカーボン樹脂材が用いられているため、形状安定性を保持したまま工具寿命を延ばし、形状精度を向上させると同時に表面あらさを低減させる十分な時間を確保でき、ポリシャ剥離片の巻き込みキズも防止できる。カーボン樹脂は本質的に軟質で砥粒が吸着しやすい傾向を有するため、ピッチ層の摩滅により、表面に露出した場合でも、相手側部品表面に与えるダメージは極めて小さい。
【００８９】
また、母材にカーボン樹脂材を用いる事で、汎用ＮＣ旋盤・工作機械等を用いて曲面を有する形状加工、および自由な溝加工が容易に可能になり、多種多様な形状・溝構造を有する研磨工具を実現できる。
【００９０】
また、カーボン樹脂は、酸・アルカリ性を示す各種多様な研磨液中においても腐食しにくく、取り扱い・作業上割れにくい点も利点である。
【００９１】
請求項２に係る発明によれば、ピッチ層の厚さが、０．３ｍｍ以下であるため、粘弾性が小さく、フチダレが起こりにくい。
【００９２】
請求項３に係る発明によれば、カーボン樹脂材の表面が所定形状に加工され溝が設けられているため、種々の形状の光学部材を研磨できる。
【００９３】
請求項４に係る発明によれば、カーボン樹脂材が改質又は補強されているため、研磨工具の性能を向上できる。
【００９４】
請求項５に係る発明によれば、金属又はセラミックの剛体基板上に、セグメント化した複数のカーボン樹脂材を接着しているため、研磨工具を大型化できる。
【００９５】
請求項６に係る発明によれば、ピッチ層が、液状化したピッチを塗布後に乾燥させることにより形成されているため、研磨工具を容易に製作できる。
【００９６】
請求項７に係る発明によれば、ピッチが溶剤にて液状化され、しかるのち、ピッチが再硬化されているため、砥粒の埋没効果が増大し、超平滑光学表面を得る事ができる。
【００９７】
請求項８に係る発明によれば、カーボン樹脂材からなる母材を所定形状に成形し、しかるのち、カーボン樹脂剤の表面に液状化したピッチを塗布したため、研磨工具の加工誤差を小さくできる。
【００９８】
請求項９に係る発明によれば、所定の工程によりピッチ層を形成しているため、微粒子の埋没効果が増大し、研磨されるレンズ等の部品の表面あらさは超平滑面となる。
【００９９】
請求項１０、１１に係る発明によれば、研磨工具は、研磨装置の上軸と下軸のいずれか一方に装着され、又は双方に装着可能に構成されているため、種々の研磨装置に適用できる。
【０１００】
請求項１２に係る発明によれば、上軸と下軸のいずれか一方に研磨工具を装着し、他方に電着ダイヤモンドホイールを装着したので、研磨工具の曲率半径を容易に修正できる。
【０１０１】
請求項１３に係る発明によれば、上軸と下軸の軸間距離が相対的に可変に構成されているため、μｍオーダーで研磨工具の曲率半径が修正でき、μｍオーダーの曲率半径許容誤差を有する高精度球面レンズの研磨が可能になる。
【０１０２】
請求項１４、１５に係る発明によれば、曲率修正装置が補助装置を有するので、電着ダイヤモンドホイールの転倒を防止できる。
【０１０３】
請求項１６に係る発明によれば、研磨装置が曲率修正装置を具備しているため、装置コストの低減と作業性の改善が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の１つである球面レンズ研磨工具の基本構造を示す。
【図２】球面レンズ研磨工具母材形状の多様なバリエーションを示す。
【図３】研磨工具表面のピッチ層の形成工程の１部を示す。
【図４】研磨工具表面のピッチ層の形成工程の１部を示す。
【図５】研磨工具表面のピッチ層の形成工程の１部を示す。
【図６】研磨工具表面のピッチ層の形成工程の１部を示す。
【図７】研磨工具表面のピッチ層の形成工程の１部を示す。
【図８】研磨工具表面のピッチ層の形成工程の１部を示す。
【図９】主として研磨工具を研磨装置の下軸側に装着する際の基本構造を示す。
【図１０】主として研磨工具を研磨装置の上軸側に装着する際の基本構造を示す。
【図１１】電着ダイヤモンドホイールを用いて研磨工具の曲率半径を修正する状態を示す。
【図１２】カップホイールの位置のシフトを示す。
【図１３】研磨工具が凹形状である場合に、カップホイールが横転し易くなる様子を示している。
【図１４】研磨工具が凹形状である場合に、カップホイールが横転し易くなる様子を示している。
【図１５】研磨工具が凸形状である場合に、カップホイールが安定化する様子を示している。
【図１６】凹形状の研磨工具の補助装置の一例を示している。
【図１７】凹形状の研磨工具の補助装置の別の例を示している。
【符号の説明】
１  研磨工具
１ａ  研磨工具母材
１ｂ  格子溝
１ｃ  小面積
１ｄ  小四角柱
２  ピッチ層
２ａ  液滴状の形態
２ｂ  カッターナイフで切り落とした状態
２ｃ  整形直後のピッチ層
３  凸面型
３ａ  放射状の溝
４  平面型
５  凹面型
６  合わせ工具
７  フィルム材
８ａ、９ａ  下軸ホルダー
８ｂ、９ｂ  ネジ
１０、１２、１５ａ  穴
１１  上軸ホルダー
１１ａ  フランジ型部材
１３  キャップ材
１４  電着ダイヤモンドホイール
１５  フランジ型部材
１６  カンザシ
１７  腕
１７ａ  水平板
１８  水平ガイドローラー
１９  垂直ガイドローラー
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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