(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物を母線方向に往復直線運動させる上部駆動系と研磨工具の曲率半径の中心を回転中心として該研磨工具を往復動させる球心揺動機構を有する下部駆動系とを備え、
前記球心揺動機構は、車輪を有しかつ前記研磨工具が載置固定された台車型基盤と、前記研磨工具の曲率半径に対して所定の曲率半径の差を有する曲率軌道面が形成された曲率半径付与部材と、該曲率半径付与部材に動力を伝達する動力伝達機構とから構成され、前記台車型基盤は前記曲率半径付与部材に摺動可能に載置され、
前記動力伝達機構は、回転動力を直線運動に変換して前記台車基盤に伝達する動力伝達棒と、該動力伝達棒に嵌合されかつ連結棒に連結された第1リニアガイドブロックと、前記連結棒に嵌合されて回転と直線運動の自由度を有する第2リニアガイドブロックとから構成され、前記第1リニアガイドブロックは前記動力伝達棒の保持点の高さ変動を吸収し、前記第2リニアガイドブロックは前記動力伝達棒の傾き変動を吸収し、前記研磨工具の揺動方向と直角方向に前記加工物が往復直線運動され、前記台車型基盤は前記曲率軌道面を往復運動することによって、前記加工物が研磨されることを特徴とするシリンダー面の研磨装置。
【請求項２】
前記上部駆動系は、無接着状態で前記加工物を保持する加工物保持容器を有することを特徴とする請求項１に記載のシリンダー面の研磨装置。
【請求項３】
前記研磨工具の球心揺動軸と前記加工物保持容器の保持稜線とが平行であることを特徴とする請求項２に記載のシリンダー面の研磨装置。
【請求項４】
研磨液を貯留する水槽を有し、前記加工物と前記研磨工具とが研磨液中に浸漬されて、前記加工物の研磨が行われることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置。
【請求項５】
前記水槽に温度制御された研磨液を循環させる研磨液循環装置が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のシリンダー面の研磨装置。
【請求項６】
短軸方向と長軸方向とのいずれか一方に曲率を有する加工物を研磨するために、前記台車型基盤が上部台車型基盤と下部台車型基盤とから構成され、前記上部台車型基盤と前記下部台車型基盤との間に前記研磨工具の球心揺動方向が前記曲率を含む面内に向くように回転調整する旋回軸が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置。
【請求項７】
前記研磨工具の球心揺動方向と前記加工物の長軸又は短軸方向とを合致させて位置決めする位置決め機構が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のシリンダー面の研磨装置。
【請求項８】
加工物の研磨工具のｘ方向の曲率半径の中心を回転中心として該研磨工具を往復動させるｘ方向球心揺動機構と前記研磨工具のｙ方向の曲率半径の中心を回転中心として該研磨工具を往復動させるｙ方向球心揺動機構とx方向の駆動力を伝達する動力伝達棒ｙ方向の駆動力を伝達する動力伝達棒とを有する駆動系を備え、
前記ｘ方向球心揺動機構は、車輪を有しかつ前記研磨工具が載置固定された台車型基盤と、
前記研磨工具のｘ方向の曲率半径に対して所定の曲率半径の差を有するx方向曲率軌道が形成されかつ車輪を有する台車型基盤とから構成され、
前記ｙ方向球心揺動機構は、前記ｘ方向曲率軌道に対して直交する方向でかつ前記研磨工具のｙ方向の曲率半径に対して所定の曲率半径の差を有するｙ方向曲率軌道が形成された基盤とから構成され、
前記x方向の駆動力を伝達する動力伝達棒は、前記研磨工具が固定された台車型基盤の下部に固定されると共に、該動力伝達棒にトラベリング・ナット・ブロックにより連結されたリニアガイド・ブロックが係合されてｙ方向に回転可能とされ、前記トラベリング・ナット・ブロックは駆動ネジによってｘ方向に移動可能とされ、前記研磨工具が載置固定された台車型基盤をｘ方向に駆動する動力伝達棒から構成され、
前記ｙ方向の駆動力を伝達する動力伝達棒は、前記ｘ方向曲率軌道が形成された台車型基盤の下部に固定されると共に、該動力伝達棒にトラベリング・ナット・ブロックにより連結されたリニアガイド・ブロックが係合されてｘ方向に回転可能とされ、前記トラベリング・ナット・ブロックは駆動ネジによってｙ方向に移動可能とされていることを特徴とするシリンダー面の研磨装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置を用いて、前記加工物の保持高さを調整することにより前記加工物の加工面の曲率半径を修正することを特徴とする研磨方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置を用いて、前記研磨工具が揺動中に前記加工物の稜線が前記研磨工具からはみ出すはみ出し量を調整することにより、前記加工物の加工面の曲率半径を修正することを特徴とする研磨方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置を用いて、前記加工物の背面におもりを載せて加工物に偏荷重を与えて研磨を行い、研磨後に前記おもりを取り除くことにより、前記加工物の加工面の母線方向の真直度を修正することを特徴とする研磨方法。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置を用いて、前記加工物の往復直線運動中に該加工物の稜線が前記研磨工具からはみ出すはみ出し量を調整することにより、前記加工物の加工面の母線方向の真直度を修正することを特徴とする研磨方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法に用いるおもりであって、金属片の外周がシリコンゴム材により被覆されていることを特徴とするおもり。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダー面の研磨装置及びその研磨方法及びその研磨方法に使用するおもりに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、シリンダー研磨装置には各種の構造のものが知られている。例えば、シリンダー面の曲率半径に応じて、比較的小さな曲率半径のシリンダー面を研磨により得るためにはドラム型研磨装置が用いられ、比較的大きな曲率半径のシリンダー面を研磨により得るためには縦横往復型研磨装置が用いられている。
（１）ドラム型研磨装置
諸説があるが、この研磨装置は比較的小さな曲率半径Ｒ（Ｒ≦１５０〜２５０[ｍｍ]）のシリンダー面を研磨により得るために用いられている。というのは、例えば、曲率半径Ｒ＝２５０ｍｍのシリンダー面を得るためには、ドラムの直径φが５００[ｍｍ]になるので、これ以上大きな曲率半径のシリンダー面を有する加工物（光学部品）を研磨によって製作するのには適合しにくいからである。
【０００３】
このドラム型研磨装置では、凸面側曲率を有するドラムが横方向（水平方向）に延びる回転軸を中心として回転運動される。
【０００４】
一方、そのドラムに対して上下いずれかに配置の凹面側曲率を有する円弧断面形状部材が回転軸の延びる方向に往復直線運動される。ドラムと円弧断面形状部材とのいずれか一方が光学部品がセットされる加工物側とされ、いずれか他方がラップ材又はポリシャ材が貼り付けられる工具側とされている。そして、加工物側と工具側とが相互に相対運動を行うことによってシリンダー面が研磨される仕組みになっている。
【０００５】
また、ドラムが回転運動と往復直線運動を兼ねる場合もあり、ドラムの回転軸が縦方向の場合もある。
【０００６】
加工物が凸面の場合、その曲率半径の外周を満たすように、ドラムに加工物(もしくは同一素材によるダミー材)を、ホットメルト系のワックス等の適当な接着剤で一様に貼り付けなければならない。これは、シリンダー面の曲率半径Ｒが小さい量産品に対して効果的な手法である。しかし、シリンダー面の曲率半径Ｒが大きな僅少品に対しては相対的にコストが高くなる。
一方、加工物が凹面の場合、その曲率半径の外周を満たすように、ドラムにラップ材、ポリシャ材を一様に貼り付けなければならない。
【０００７】
円弧断面形状部材は、それが加工物側、工具側にかかわらず、円弧の深さが加工面との直線案内を兼ねているため、適度の幅を与えて調整される。例えば、シリンダーの母線軸の捻れやすい条件、例えば、比較的大きな曲率半径を有し、幅の小さな加工物の場合、ドラム側と同様に同一部品かダミー材で円弧を満たす必要がある。
【０００８】
ドラム型研磨装置の利点は、研磨工具と加工物とのいずれか一方が回転運動するので、半径方向の断面形状の真円度が優れている点にある。
（２）縦横往復型研磨装置
諸説があるが、この型の研磨装置は曲率半径（Ｒ≧１５０[ｍｍ]）の広い範囲で用いられている。
【０００９】
一見、普通の横振り型レンズ研磨機にも似ており、光学研磨業界では、一般にシリンダー研磨機と言えば、この型を指している。
【００１０】
凸面側曲率を有する円弧断面形状部材が下軸側横方向の直線案内で往復運動され、一方、凹面側曲率を有する円弧断面形状部材が上軸側縦方向の直線案内で往復運動され、両者のいずれか一方を加工物が貼り付けられる加工物側、いずれか他方をラップ材、ポリシャ材が貼り付けられる工具側として、両者が相互に相対運動を行うことによってシリンダー面を研磨する仕組みになっている。
【００１１】
また、このものには、上軸側が直線案内を往復するのではなく、その加工物の曲率半径Ｒの中心を回転中心とし、任意の角度の範囲で往復運動を行う球心揺動機構を採り入れたものもある。その場合には、半径方向の断面形状の真円度が比較的良好である。
【００１２】
上軸側は、加工物側、工具側にかかわらず必ず凹面であり、そのジグ背面部分には、通常シリンダーの母線軸が捻れないように、普通のレンズ研磨機に見られるようなカンザシを母線方向に多数挿入する複数の穴が設けられている。
【００１３】
しかし、加工物をジグに接着する際、傾きがないように注意する必要があり、かつ、カンザシと穴との間にはガタがあるので、母線軸の捻れを完全に解消することは不可能である。また、単一のカンザシのみを装着する安価な装置も多く市販され、一般的には、シリンダー面の母線軸の傾きが十分に保証されないものが散見される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のドラム型のシリンダー研磨装置は、その曲率半径に応じてドラムの直径が決まるため、大きな曲率半径のシリンダー面を有する光学部材の研磨には使いにくい。また、研磨すべき光学部品としての加工物をドラム側に貼り付けた場合には、多くの同一光学部品材料、ダミー材が必要となる。
【００１５】
また、本質的に加工物は、一般的なレンズ研磨で用いられる貼り付け油脂の他、ホットメルト系のワックス等の適当な接着剤を用いて、ドラム、レンズ貼り付け皿等のジグに接着するので、研磨で得られた形状精度が剥がすと同時に喪失するおそれがある。これらのジグは、加工途中でその都度行う測定の際に、測定機上での保持、調整作業等の邪魔にもなる。
【００１６】
また、縦横往復型の研磨装置では加工物が凸面の場合、加工物は必ず下軸側に装着される。これは、一般のレンズ研磨でも同様で、凸面を上軸側に装着すると、加工物と工具との相対運動により界面に発生する摩擦力(Ｆ)とカンザシとの高さにより起こる転がりモーメントの向きと、加工物が工具の上を移動する際の位置関係で決まる面の傾きの向きが逆行するためであり、このレイアウトでは加工物がスムーズに運動できず、工具表面を損壊させる結果となるからである。
【００１７】
ところで、一般的に工具側には以下の理由で溝が設けられている。
ａ：砥粒の均質的分散、案内をする。
ｂ：粘弾性体素材のポリシャ表面の塑性変形によるツルーイング活性化に有効である。
ｃ：ポリシャ材の減耗体、欠落部、余剰砥粒、その他異物の吸収に便利である。
【００１８】
項目ｃは、溝が下側にある場合に特に効果的であり、溝が上側にある場合にはあまり期待できない。
【００１９】
つまり、加工物が凸面で下軸側の場合、加工表面の表面あらさ、及び、表面欠陥は、加工物が凹面で上軸側の場合と比べて、界面に異物の介在が多いので相対的に悪化するからである。
【００２０】
また、縦横往復型研磨装置では、加工物、工具にかかわらず、凹面の上軸側が前後に往復する際には、相手の側面から横殴りで接近し、高さ方向にカンザシの根元のレバー軸で逃げることによって凸面側との摺動を行っている。この横殴りの程度は曲率半径Ｒの変動に伴って変化し、結果的に圧力分布の変動を与えるため、研磨の条件設定を難しくしている要因のひとつとなっている。
【００２１】
また、上記の変動要因を除去するため、加工物の曲率半径の中心を回転中心とし、任意の角度幅で揺動を行うことのできる球心揺動を導入したシリンダー研磨装置があるが、凹凸両面の球心揺動が実現されているものはなく、凹面は上軸側、凸面は下軸側とすることによって万能であるとしている。
【００２２】
しかし、加工物側が凸面の場合、前述の様な欠点が現れる。
【００２３】
すなわち、ドラム型の研磨装置、及び、球心揺動機構を付加した縦横往復型研磨装置の利点は、半径方向の断面形状の真円度が優れている点にあるが、ドラム型研磨装置は曲率半径Ｒの大きなシリンダー面を有する光学部材の研磨に対応できず、縦横往復型研磨装置では凸面の曲率半径Ｒを有する加工物は必ず下軸側に装着しなければならないので、表面欠陥、表面平滑性の良好な研磨が得られないという問題が発生する。
【００２４】
また、従来のいずれの研磨装置でも、シリンダー面の半径方向と直角方向の母線方向の外周稜線に対する傾きの保証が何もない。
【００２５】
両者は、加工物、研磨工具をジグに貼りつけ、いずれか一方の背面にカンザシを挿入しただけの安易な保持方法を採っており、母線の傾きは加工物の曲率半径Ｒと幅とで決まる深さ方向の案内面(加工物と研磨工具間の案内)だけに依存している。
【００２６】
このため、加工物の曲率半径Ｒが大きく、幅が狭い場合は多くのダミー材料で半径方向の幅を稼がなければならないので、その接着に供するジグは巨大化し、かつ、作業が困難となり、余分のダミー材料の投入はコストアップの原因ともなる。
【００２７】
また、シリンダーの母線軸が捻れないように、ジグの背面部分に、複数のカンザシ穴が設けたものもあるが、加工物をジグに接着する際、傾きが無いように注意する必要があり、かつ、カンザシと穴にはガタがあるので、母線軸の捻れを完全に解消することが不可能である。
【００２８】
更に、一般的に、従来の研磨装置は、可視光線の範囲を対象とした光学部品に対応できればよかった。
【００２９】
しかし、今後は諸般の需要に対応するため、特に紫外線側の光線を用いる場合、散乱及び吸収効果抑制のため、表面あらさ、表面欠陥をより一層最小化する必要があり、特別に装置側に工夫が必要となる。
【００３０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は加工物を常時上側に配置することによって表面あらさ、表面欠陥を最小化することのできるシリンダー面の研磨装置を提供することにある。
【００３１】
また、第２の目的は、常時下側に設ける研磨工具は、球心揺動を行わせることにより、半径方向の断面形状の真円度を良好にすると共に、研磨条件の安定化を図ることのできるシリンダー面の研磨装置を提供することにある。
【００３２】
更に、第３の目的は、常時上側に配置される加工物を加工物保持容器にはめ込むことにより、加工物の着脱作業の容易化を図ると共に、接着歪みの無い状態で加工を行うことにより、部品の形状精度の確保を図ることのできるシリンダー面の研磨装置を提供することにある。
【００３３】
また、加工物保持容器の保持部稜線と研磨工具の球心揺動軸方向を組立調整により保証して研磨を行うことにより、シリンダー面の母線方向の外周稜線に対する傾きを自動的に修正する利点が付加されたシリンダー面の研磨装置を提供することにある。
【００３４】
加えて、第４の目的は、加工物を研磨工具と共に研磨液面に沈める研磨水槽を付加することによって、微細な砥粒の選択作用および砥粒の均質的分散作用が起こり、より表面あらさ、表面欠陥の最小化を図ることのできるシリンダー面の研磨装置を提供することにある。
【００３５】
さらに、その研磨水槽には、恒温研磨液循環装置を付加することによって、加工物及び研磨工具の温度膨張による寸法変化および形状変形の最小化、研磨工具のポリシャ材が光学研磨用のピッチである場合、コンプライアンスの安定化を図り、高精度な形状精度が得られる環境が確保されるシリンダー面の研磨装置を提供することにある。
【００３６】
本発明の第５の目的は、このシリンダー面の研磨装置を用いて、高い形状精度の研磨方法及びこの研磨方法に用いるおもりを提供することにある。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のシリンダー面の研磨装置は、加工物を母線方向に往復直線運動させる上部駆動系と研磨工具の曲率半径の中心を回転中心として該研磨工具を往復動させる球心揺動機構を有する下部駆動系とを備え、
前記球心揺動機構は、車輪を有しかつ前記研磨工具が載置固定された台車型基盤と、前記研磨工具の曲率半径に対して所定の曲率半径の差を有する曲率軌道面が形成された曲率半径付与部材と、該曲率半径付与部材に動力を伝達する動力伝達機構とから構成され、前記台車型基盤は前記曲率半径付与部材に摺動可能に載置され、
前記動力伝達機構は、回転動力を直線運動に変換して前記台車基盤に伝達する動力伝達棒と、該動力伝達棒に嵌合されかつ連結棒に連結された第1リニアガイドブロックと、前記連結棒に嵌合されて回転と直線運動の自由度を有する第2リニアガイドブロックとから構成され、前記第1リニアガイドブロックは前記動力伝達棒の保持点の高さ変動を吸収し、前記第2リニアガイドブロックは前記動力伝達棒の傾き変動を吸収し、前記研磨工具の揺動方向と直角方向に前記加工物が往復直線運動され、前記台車型基盤は前記曲率軌道面を往復運動することによって、前記加工物が研磨されることを特徴とする。
【００３８】
請求項２に記載の研磨装置は、請求項１に記載のシリンダー面の研磨装置において、前記上部駆動系は、無接着状態で前記加工物を保持する加工物保持容器を有することを特徴とする。
請求項３に記載の研磨装置は、請求項２に記載のシリンダー面の研磨装置において、前記研磨工具の球心揺動軸と前記加工物保持容器の保持稜線とが平行であることを特徴とする。
請求項４に記載の研磨装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置において、研磨液を貯留する水槽を有し、前記加工物と前記研磨工具とが研磨液中に浸漬されて、前記加工物の研磨が行われることを特徴とする。
請求項５に記載の研磨装置は、請求項４に記載のシリンダー面の研磨装置において、前記水槽に温度制御された研磨液を循環させる研磨液循環装置が設けられていることを特徴とする。
【００３９】
請求項６に記載の研磨装置は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置において、短軸方向と長軸方向とのいずれか一方に曲率を有する加工物を研磨するために、前記台車型基盤が上部台車型基盤と下部台車型基盤とから構成され、前記上部台車型基盤と前記下部台車型基盤との間に前記研磨工具の球心揺動方向が前記曲率を含む面内に向くように回転調整する旋回軸が設けられていることを特徴とする。
請求項７に記載の研磨装置は、請求項６に記載のシリンダー面の研磨装置において、前記研磨工具の球心揺動方向と前記加工物の長軸又は短軸方向とを合致させて位置決めする位置決め機構が設けられていることを特徴とする。
【００４０】
請求項８に記載のシリンダー面の研磨装置は、加工物の研磨工具のｘ方向の曲率半径の中心を回転中心として該研磨工具を往復動させるｘ方向球心揺動機構と前記研磨工具のｙ方向の曲率半径の中心を回転中心として該研磨工具を往復動させるｙ方向球心揺動機構とx方向の駆動力を伝達する動力伝達棒ｙ方向の駆動力を伝達する動力伝達棒とを有する駆動系を備え、
前記ｘ方向球心揺動機構は、車輪を有しかつ前記研磨工具が載置固定された台車型基盤と、
前記研磨工具のｘ方向の曲率半径に対して所定の曲率半径の差を有するx方向曲率軌道が形成されかつ車輪を有する台車型基盤とから構成され、
前記ｙ方向球心揺動機構は、前記ｘ方向曲率軌道に対して直交する方向でかつ前記研磨工具のｙ方向の曲率半径に対して所定の曲率半径の差を有するｙ方向曲率軌道が形成された基盤とから構成され、
前記x方向の駆動力を伝達する動力伝達棒は、前記研磨工具が固定された台車型基盤の下部に固定されると共に、該動力伝達棒にトラベリング・ナット・ブロックにより連結されたリニアガイド・ブロックが係合されてｙ方向に回転可能とされ、前記トラベリング・ナット・ブロックは駆動ネジによってｘ方向に移動可能とされ、前記研磨工具が載置固定された台車型基盤をｘ方向に駆動する動力伝達棒から構成され、
前記ｙ方向の駆動力を伝達する動力伝達棒は、前記ｘ方向曲率軌道が形成された台車型基盤の下部に固定されると共に、該動力伝達棒にトラベリング・ナット・ブロックにより連結されたリニアガイド・ブロックが係合されてｘ方向に回転可能とされ、前記トラベリング・ナット・ブロックは駆動ネジによってｙ方向に移動可能とされていることを特徴とする。
【００４１】
請求項９に記載の研磨方法は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置を用いて、前記加工物の保持高さを調整することにより前記加工物の加工面の曲率半径を修正することを特徴とする。
請求項１０に記載の研磨方法は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置を用いて、前記研磨工具が揺動中に前記加工物の稜線が前記研磨工具からはみ出すはみ出し量を調整することにより、前記加工物の加工面の曲率半径を修正することを特徴とする。
請求項１１に記載の研磨方法は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置を用いて、前記加工物の背面におもりを載せて加工物に偏荷重を与えて研磨を行い、研磨後に前記おもりを取り除くことにより、前記加工物の加工面の母線方向の真直度を修正することを特徴とする。
【００４２】
請求項１２に記載の研磨方法は、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のシリンダー面の研磨装置を用いて、前記加工物の往復直線運動中に該加工物の稜線が前記研磨工具からはみ出すはみ出し量を調整することにより、前記加工物の加工面の母線方向の真直度を修正することを特徴とする。
請求項１３に記載のおもりは、請求項１１に記載の研磨方法に用いるおもりであって、金属片の外周がシリコンゴム材により被覆されていることを特徴とする。
【００６０】
【発明の実施の形態】
【００６１】
【発明の実施の形態１】
図１は本発明のシリンダー研磨装置全体の構成を示す正面図である。シリンダー面の研磨装置は、装置本体１と恒温研磨液循環装置２とから大略なる。恒温研磨液循環装置２は研磨液の循環に用いる。装置本体１は上部駆動系１ａと下部駆動系１ｂとから構成される。
（上部駆動系１ａ）
図２は図１に示す上部駆動系１ａの正面図を示し、図３はその上部駆動系１ａの側面図を示す。上部駆動系１ａは加工物３（例えば、シリンダーレンズ）を保持し、その母線（長軸）方向に往復直線運動を与える役割を有する。
【００６２】
加工物３は外周形状寸法より適度なギャップ寸法でくり貫いた加工物保持容器４の内部に、その凹凸の向きにかかわらず研磨工具２１に対して上側でかつ無接着状態で保持されている。加工物保持容器４はその４隅の棒材５により吊り降ろされている。
【００６３】
棒材５は移動基板６ａ（Ｒ）、６ａ（Ｌ）上の部材７ａ、７ｂにより挟み込まれ、かつ、その高さの調整が可能になっている。この加工物保持容器４の保持部稜線は、後述の研磨工具２１の球心揺動軸の方向と平行になるように組立て調整される。
【００６４】
また、移動基板６ａ（Ｒ）、６ａ（Ｌ）の側面板６ｂは加工物３の長軸方向の両側について左右２枚で分割されている。側面板６ｂ、６ｂは連結板６ｃにより連結されている。連結板６ｃには図示を略す長穴が形成され、ボルト固定位置をずらすことによって、移動基板構造の長さ調整が可能であり、加工物３の長さに対して所定範囲内で調整が可能である。
【００６５】
また、移動基板６ａの側面板６ｂの４隅にはリニアガイドブロック８ａが取り付けられている。リニアガイドブロック８ａはリニアガイドレール８ｂにサポートされ、これによって、移動基板６ａ（Ｒ）、６ａ（Ｌ）は、加工物３の母線(長軸)方向に滑らかに移動可能とされている。この２本のリニアガイドレール８ｂ、８ｂはレール用固定板８ｃにより、装置上部フレーム２０に固定されている。
【００６６】
この移動基板６ａ（Ｒ）の一端には、母線(長軸)方向と直角方向に長穴９ａを有する自己潤滑性の樹脂材料からなる板材９が取り付けられている。この長穴９ａに回転半径が調整可能なピン１０が挿入されている。このピン１０が回転により長穴９ａの中を滑ることによって、移動基板６ａ（Ｌ）、６ａ（Ｒ）が長手方向に任意の振幅で往復直線運動がなされる。
【００６７】
なお、ピン１０の回転半径調整はクランク板１１に設けられた長穴（図示を略す）の固定位置をずらすことによってなされる。クランク板１１は、回転軸１２を持つシャフト(図示せず)の下端に固定されている。このシャフトの上端にはタイミングプ−リ１３が固定されている。回転動力はモータ１４の出力軸に固定されているタイミングプ−リ１５からタイミングベルト１６を媒体として伝達される。回転軸１２を持つシャフトはハウジング１７に内蔵のボールベアリング(図示を略す)によりサポートされている。このハウジング１７、モータ１４は共通の基盤１８の下面に固定されている。基盤１８は両側面からブラケット１９により、装置上部フレーム２０に固定される。
（下部駆動系１ｂ）
図４は図１に示す下部駆動系１ｂの正面図を示し、図５はその下部駆動系１ｂの側面図を示す。下部駆動系１ｂは研磨工具２１の曲率半径Ｒの中心を回転中心として、研磨工具２１を任意角度範囲内で往復運動させる役割を持つ。
【００６８】
研磨工具２１は、その基盤構成部２１ｂとその表層部２１ａとからなる。この表層部２１ａは、前工程(スムージング工程)ではダイヤモンド・ペレット等を用いて、高能率の除去加工が行われ、仕上げ工程(ポリシング)ではポリウレタン、光学研磨用ピッチ等を用いて、低能率だが高精度な研磨加工が行われる。
【００６９】
研磨工具２１は球心揺動機構の一部を構成する台車型基盤２２に載置固定されている。その台車型基板２２の四隅には車輪２３が設けられている。研磨工具２１は、曲率半径付与部材２４を往復動される。曲率半径付与部材２４は研磨工具２１の曲率半径Ｒに対してΔＲの曲率半径差を有する曲率軌道面２４ａ、２４ｂを有する。研磨工具２１は曲率軌道面２４ａ、２４ａを台車型基盤２２が往復することにより、任意の角度で球心揺動がなされる。
【００７０】
すなわち、図４（ａ）に示すように、凸面の加工物３（ＣＸ）に対して、Ｒ＋ΔＲの凹形状曲率軌道面２４ａ（ＣＣ）が与えられ、図４（ｂ）に示すように、凹面の加工物３（ＣＣ）に対して、Ｒ−ΔＲの凸形状曲率軌道２４（ＣＸ）が与えられる。
【００７１】
各種の加工物３の曲率半径Ｒにより、研磨工具２１だけではなく、曲率半径付与部材２４も交換する。その交換の際、適切なジグ(図示せず)により、軌道上の車輪２３がわずかに浮き上がるように台車型基盤２２は保持されている。これにより、その交換作業は容易となる。
【００７２】
車輪２３には、図５に示すように曲率軌道面２４ａ、２４ｂを移動中に脱線することがないように、内側にフランジ２３ａが設けられている。これらの車輪２３の回転軸２５を持つシャフト(図示せず)は台車型基盤２２の四隅下部に固定のハウジング２６に内蔵のボール・ベアリング(図示せず)によりサポートされている。
【００７３】
２７は動力伝達機構の一部を構成する動力伝達棒であり、この動力伝達棒２７は、研磨工具２１に球心揺動のための駆動力を与える。この動力伝達棒２７は台車型基盤２２の下部両端に固定されている。この動力伝達棒２７には、連結棒２９により連結されたリニアガイドブロック２８が嵌合されている。
【００７４】
このリニアガイドブロック２８は、ストッパ２７ａで制限された範囲内で高さ方向に自由に移動可能である。連結棒２９の中間部には、回転と直線運動の自由度を有するリニアガイドブロック３０が嵌合されている。このリニアガイドブロック３０の下部にはハウジング３２が固定されている。このハウジング３２は回転軸３１を有するシャフト(図示せず)をボール・ベアリング(図示せず)でサポートしている。ハウジング３２は、クランク板３３に対して移動調整可能である。連結棒２９は、この連結棒２９に回転半径が調整可能な軸３１上のリニアガイドブロック３０が嵌合されることによって、車軸２５と直角方向に任意の振幅で往復平行運動する。この際に、連結棒２９の両端のリニアガイドブロック２８は、台車型基盤２２を曲率軌道面２４ａ、２４ｂに沿って移動させる。
【００７５】
台車型基盤２２の移動による動力伝達棒２７の傾き変動は、変動吸収機構としての中間のリニアガイドブロック３０によって吸収され、動力伝達棒２７の保持点の高さ変動は変動吸収機構としての両端のリニアガイドブロック２８によって吸収される。
【００７６】
回転軸３１の回転半径調整は、クランク板３３に設けられた溝(図示せず)とハウジング３２外周部の段差(図示せず)との間の固定用ナット(図示せず)を緩めて位置をずらすことによってすることができる。
【００７７】
クランク板３３は、回転軸３４を持つシャフト(図示せず)の上端に固定されている。このシャフトの下端には、タイミングプ−リ３５が固定されている。回転動力はモータ３６の出力軸に固定のタイミングプ−リ３７からタイミングベルト３８を動力伝達媒体として伝達される。
【００７８】
回転軸３４を持つシャフトはハウジング３９に内蔵のボールベアリング(図示せず)によりサポートされている。このハウジング３９は基盤４０上面に固定され、モータ３６は基盤４１の下面に固定されている。両基盤４０、４１は装置下部フレーム材４５上に固定の共有基盤４２に、それぞれサポート材４３、４４により固定される。
【００７９】
図６は、図１に示す研磨水槽５７と研磨液５６ａの恒温研磨液循環装置を示す模式図である。
【００８０】
加工物３は研磨工具２１と共に研磨液５６ａの中に沈めて研磨加工が実施される。その際に、研磨液５６ａを貯留する研磨水槽５７は、研磨工具２１の側に固定されて、研磨工具２１と共に球心揺動が行われる。研磨水槽５７に供給する研磨液５６ｄは以下の処理を行ってから研磨水槽５７に循環供給される。
【００８１】
すなわち、研磨水槽５７の戻り口５７ａからタンク５９に戻ってきた研磨液５６ｂはフィルタ５８により濾過される。タンク５９側には、研磨液の恒常性を維持するため、ヒータ６０、クーラ６１、撹拌機６２が設けられている。これにより、タンク５９内の研磨液５６ｃは一定温度に保持される。この研磨液５６ｃがポンプ６３により循環供給される。研磨液の蒸発量の補償は、液面キーパ装置６４によってなされる。液面キーパ装置６４はフロートスイッチ６４ａを有し、これによって開閉される電磁弁(図示せず)に接続の濾過水道水６５がタンク２９内に適量注入され、タンク２９内の液面が一定量に保持される。
【００８２】
図７は、短軸側もしくは長軸側のどちらか一方に曲率が在るシリンダーレンズに対して、曲率の在る方向と球心揺動の方向を合致させる旋回軸を付加した機構を示す。
【００８３】
【台車型基盤２２の他の実施の形態】
ここでは、図７（ａ）に示すように、台車型基盤２２は、上部台車型基盤２２ａと下部台車型基盤２２ｂとの上下二分割構成とされている。上部台車型基盤２２ａの底部には旋回軸６６が設けられている。下部台車型基盤２２ｂにはその中心部に穴が設けられている。下部台車型基盤２２ｂの底部にはハウジング７３が設けられている。旋回軸６６は下部台車型基盤２２ｂの穴を貫通してハウジング７３内に突出されている。ハウジング７３内にはスリーブ材６９が設けられ、このスリーブ材６９にはボールベアリング６８が設けられている。
【００８４】
旋回軸６６の軸端にはフランジ部６６ａが設けられ、ボールベアリング６８の内輪はそのフランジ部６６ａに挟み込まれ、ボールベアリング６８の外輪はスリーブ材６９に保持されている。
【００８５】
スリーブ材６９は、ハウジング７３内部でその軸方向に適度のギャップ(ｇ＝１mm程度)が開くように移動可能である。通常、両台車型基盤２２ａ、２２ｂは複数のネジ６７により固定されている。このネジ６７をはずし、ハウジング７３の底部に設置の複数のネジ７１をねじ込むことにより、上部台車型基盤２２ａを持ち上げ、上部台車型基盤２２ａを下部台車型基盤２２ｂに対して旋回可能とすることができる。
【００８６】
これにより、短軸円筒加工、長軸円筒加工のいずれの場合でも、研磨工具２１の球心揺動方向が曲率半径を含む面内に向くように、研磨工具２１を回転調整することができる。
【００８７】
ここで、図７（ｂ）に示すように両台車型基盤２２ａ、２２ｂの側面にネジ７２ａを用いて位置決め規制板７２を挟み込むことにより、短軸円筒面加工の際の位置再現性が確保される。また、図７（ｃ）に示すように、上部台車型基盤２２ａの底部長軸方向に短軸側面幅Ｗと同間隔で溝７２ｂを設け、位置決め規制板７２ｃを挿入することにより、直角の位置合わせが容易にでき、長軸円筒面加工の際の位置再現性も確保される。位置決め規制板７２、７２ｃ加工物３の長軸方向又は短軸方向と研磨装置２１の揺動方向とを合致させる位置決め機構としての役割を果たす。
【００８８】
【加工物保持容器４の変形例】
図８は、凹凸両方の曲率半径Ｒの加工物３(シリンダーレンズ)を接着なしで適切に保持する加工物保持容器４の模式図を示す。
【００８９】
加工物３は極力低い部分を保持するのが鉄則である。加工物３としてのシリンダーレンズは曲率半径Ｒの大きさ、凹凸の向きにより、短軸面、長軸面の外周形状、寸法が異なり、注意が必要である。
【００９０】
例えば、曲率半径Ｒの凹面の加工物３の場合、図８（ｅ）、図８（ｆ）に示すように、短軸側面は長軸側面よりも、寸法ｓだけ高い位置で保持しなければならない。このように、凹凸双方の曲率半径Ｒを持つシリンダー面を有する加工物３を適格に保持するには、加工物保持容器４の両端面の保持部が上下に調整可能である構造が望ましい。
【００９１】
図８（ａ）、（ｃ）に示すように、符号７４は加工物保持容器４の機枠で、四隅に棒材５をねじ込むネジ７４ａが設けられている。長軸側面を保持するためのエッジ部材７５の保持部稜線７５ａが加工物３の幅寸法よりもわずかに大きな間隔で平行に造り込まれている。このエッジ部材７５は、研磨工具２１の球心揺動軸２１ｃに対しても平行になるように、装置本体１、上部駆動系１ａ側の組立、調整が行われる。なお、球心揺動軸２１ｃは紙面に対して垂直方向に延びている。
【００９２】
さらに、短軸側には、図８（ｂ）、図８（ｄ）に示すように、短軸側面保持用エッジ部材７６がネジ７６ａにより固定されている。ここで、ネジ７６ａを通す機枠７４側は長穴(図示せず)となっているため、曲率半径Ｒの大きさと凹凸の向きにより適宜に上下に調整可能となり、適切な条件で加工物が保持できる。
【００９３】
また、機枠７４に対して、各種寸法の長軸・短軸方向保持部材(エッジ部材)７５、７６を交換、装着することによって、広範囲の寸法の加工物に柔軟に対応できる。
【００９４】
【発明の実施の形態２】
図９〜図１６は本発明のシリンダー研磨装置による研磨法を示す模式図である。
【００９５】
一般的に、ラッピング、ポリシングに関する加工物３の減耗状態は次式により表現される。
【００９６】
[Prestonの経験則]
加工物の任意の座標上の減耗量は、以下の（１）式で表される。
【００９７】
Δｈx,y[μm]＝η・ｐx,y・ｖx,y・ΔＴx,y ……(１)
ここで、η：減耗率(比例定数)[μm／(J/m−2)]
ｐx,y・ｖx,y・ΔＴx,y：単位面積に供給された機械的エネルギー[J/m-2]
ｐx,y：加工圧力[Pa]
ｖx,y：加工物‐研磨工具間の相対速度[m/sec]
ΔＴx,y：加工時間[sec]
ただし、ｘ、ｙ：加工面積上の座標
光学的シリンダー面の精度、円筒度は以下の要素に分解できる。
(i)Ｒ(曲率)方向断面のＲ誤差および形状精度としての真円度。
(ii)母線方向の反り(真直度)、および母線の外周稜線に対する傾き。
【００９８】
上記のうち、(i)の形状精度としての真円度は研磨工具の球心揺動により良好となり、(ii)の外周稜線に対する傾きは、加工物保持容器４の保持部エッジ稜線を研磨工具２１の揺動軸と合致するように調整することによって公差範囲内に自動修正される。
【００９９】
ここでは、曲率半径Ｒ誤差の修正方法、及び母線の真直度修正方法について述べる。
（１）曲率半径(Ｒ)を修正する研磨方法。
【０１００】
曲率半径(Ｒ)の修正研磨法には[保持点高さ法]と[はみ出し法]とがある。
[保持点高さ法]
ここでは、説明の容易化を図るため、加工物(シリンダー・レンズ)３の曲率半径Ｒ＝∞とする。
【０１０１】
加工物３(短軸寸法を２ａ、長軸寸法を２ｂとする)は、図９に示す研磨工具２１上で短軸方向(ｘ軸方向)に相対運動を行い、研磨加工がなされる。
【０１０２】
図９（ａ）は加工物３の静止状態を示し、図９（ｂ）はＸ軸方向への相対運動状態を示している。
【０１０３】
図９（ａ）に示す静止状態のときには、加工面積をＡとすると、任意の位置の圧力Ｐは加工物の重量Ｎを加工面積Ａで除した値であり、平均圧力(Ｐ0＝Ｎ／Ａ)であり、一様(constant)であると考えられる。
【０１０４】
次に、図９（ｂ）に示すように、加工物３にｘ軸方向に相対運動を与えると、界面の摩擦力Ｆ[Ｎ]と、その保持点高さＬ[ｍｍ]によって回転モーメントＭｙＬが生じる。
【０１０５】
なお、Ｆ＝μ・Ｎ[Ｎ]であり、μは摩擦係数である。Ｌはジグのエッジ高さを調整することにより可変することができる。また、ＭｙＬ＝Ｆ・Ｌである。
【０１０６】
この場合、加工面積Ａの圧力分布には、図９（ｂ）に示すように直線的な勾配が発生し、任意の位置の圧力(Ｐx)は、次式で与えられる。
【０１０７】
Ｐx＝Ｐ0＋Ｃ・ｘ  [Pa]  ……（２）
ここで、Ｃは比例定数であり、Ｃ＝MｙＬ／Ｉy  [Pa/mm]である。
【０１０８】
また、Ｉyは断面２次モーメントであり、Ｉ＝a2・Ａ／３  [mm3]である。
【０１０９】
Ｐxは、図９（ｃ）に示すように、その面積で積分すれば、加工物の重量(Ｎ＝２ｂ・∫−ａ＋ａ(Ｐx)dx)になり、中心部の圧力は平均圧力(Ｐ0)に等しい。また、上記の範囲内で、ｘ軸方向に往復運動がなされた場合、任意の位置での圧力は、応力振幅があるが時間的平均値(Ｐ−x)は結局一様にＰ0になる。なお、その図９（ａ）において、Ｖｘは相対運動速度である。なお、「Ｐ−」の「−」は「Ｐ」の頭の上に付されているものと了解されたい。
【０１１０】
次に、図１０に示すように、過剰に保持高さＬを大きくした場合を仮定する。(２)式より、加工面積上での最大・最小圧力比Ｋは次式で与えられる。
【０１１１】
Ｋ＝(Ｐ0＋Ｃ・ｘ)／(Ｐ0−Ｃ・ｘ)
＝(１＋３・(μ・Ｌ)／a)／(１−３・(μ・Ｌ)／a)    ……(３)
従って、(μ・Ｌ)＝(a／３)・(Ｋ−１)／(Ｋ＋１)
Ｋ＝∞である場合、(μ・Ｌ)＝(a／３)であり、この条件では最小圧力側がゼロになる。すなわち、ある摩擦条件下、例えば、摩擦係数μ＝１では、保持点高さが、Ｌ≧a／３(加工物の短軸幅の1／６)を著しく超えた場合、応力振幅の時間的平均値(Ｐ−x)は一様にならない。
【０１１２】
図１０に示すように、上記の保持条件で加工物と研磨工具との間で左側(−ｘ方向)へ相対速度(Ｖx1)で摩擦運動した時、圧力分布はＰx1となり、逆の方向の運動では圧力分布はＰx2となる。従って、応力振幅の時間的平均値(Ｐx)の短軸方向分布状態は、中心部では平坦だが両端で増大する傾向が得られ、結果Prestonの経験則から、両端部に向かって減耗量の増大化が図られる。
【０１１３】
保持点高さＬによる曲率半径Ｒの修正法は、この効果を利用したものであり、減耗量の分布状態は、例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に符号７７ａ、７７ｂで示した結果となり、曲率半径Ｒの凸面の加工物３では曲率半径Ｒを小さくすることができ、曲率半径Ｒの凹面の加工物３では曲率半径Ｒを大きくすることができる。
【０１１４】
このような修正は、具体的には図２、図３、図８に示す加工物保持工具４の高さ調整により実施可能である。
[はみ出し法]
説明の便宜のため、加工物(シリンダー・レンズ)３の曲率半径Ｒ＝∞とする。図９、図１０に示した加工物３のはみ出しの無い条件のもとでは、加工面積(Ａ)上の任意の位置の加工時間(Ｔx)は、時計で計測した時間(Ｔw)と同一であり、一様(constant)である。
【０１１５】
しかし、図１２に示すように、実際の研磨工具２１は有限の幅(短軸寸法２α、長軸寸法２β)を有する。また、研磨を行うときに、加工物３(短軸寸法２ａ、長軸寸法２ｂ)には、適度のはみ出し量ｄを与えることができる。
【０１１６】
ここで、研磨工具２１は、加工物３の下面を短軸方向(−ｘ方向)に移動中(研磨中)である。往復相対運動は【発明の実施の形態１】に示したように、振幅[ＡＭＰ]及び回転数(回転角速度：ω[rad/sec])が調整可能なクランク機構、直線案内機構により容易になされる。研磨工具２１のｘ方向移動量は次式で表される。
【０１１７】
研磨工具２１の移動量ξは、ξ＝[ＡＭＰ]・sin(ω・Ｔ)
ここで、ω・Ｔは、研磨工具の位相角度[ｒａｄ]、Ｔは時間[ｓｅｃ]である。
【０１１８】
図１２(ａ)は、加工物３と研磨工具２１の右側稜線が合致した状態を示し、加工物３の短軸方向の任意の座標ｘは、いまだ研磨工具２１と接触している。図１２(ｂ)は、丁度座標ｘが研磨工具２１の稜線上にある状態を示している。従って、今後、研磨工具２１の移動方向が−ｘ方向から反転して逆向き(＋ｘ方向)になり、同位置に復帰するまでは、実際上、この座標ｘの加工物３の面は研磨加工が行われない。図１２(ｃ)は、研磨工具２１が最大にはみ出した状態を示しており、次の瞬間より逆向き(＋ｘ方向)に移動を開始する。
【０１１９】
ここで、ｘが研磨工具２１と接触した期間の研磨工具２１の位相角度をΘx、今後、研磨工具２１の移動方向が逆向きになるまでの研磨工具２１の位相角度をΘｅとすれば、両方の合計はΘw＝Θx＋Θｅ＝π／２  [ｒａｄ]である。
【０１２０】
このように、加工物３の両端部分では、一定周期で研磨加工されない空白の時間帯(Ｔe)が現れる。
【０１２１】
ここで、実時間(Ｔw)＝研磨加工時間(Ｔx)＋空走時間(Ｔe)＝一定とすれば、
任意の位置の研磨加工時間(Ｔx)は次式で与えられる。
【０１２２】
0004727809.tif 000002
ただし、(Θx／Θw)は接触率である。
【０１２３】
接触率を加味した研磨加工時間(Ｔx)の短軸方向の分布状態は、中心部では平坦であるが、両端で減少する傾向が得られ、その結果Prestonの経験則から、両端部に向かって減耗量の減少化が図られる。相対的に表現すると、中心部の減耗量の増大化が図られる。
【０１２４】
はみ出し量ｄによる曲率半径Ｒの修正法は、この効果を利用したものであり、減耗量の分布状態は、例えば、図１３に符号７８ａ、７８ｂで示した結果となり、曲率半径Ｒの凸面の加工物３では曲率半径Ｒを大きくすることができ、曲率半径Ｒの凹面の加工物３では曲率半径Ｒを小さくすることができる。
【０１２５】
このような修正は、具体的には、図５に示すクランクの振幅調整等により実施可能である。
（２）母線の真直度を修正する研磨方法
母線の反りδ(長軸方向真直度)の修正研磨法には、[偏荷重法]と[はみ出し法]とがある。
[偏荷重法]
図１４は偏荷重の付加による母線の反りδ(長軸方向真直度)の修正法を説明するための図である。
【０１２６】
図１４（ａ）に示すように、一様な断面形状の材料の加工物３の自重のみでの研磨を行う加工状態では、加工面積Ａの任意の位置ｙの圧力Ｐyは、加工物の重量Ｎを断面積Ａで除した値、すなわち、平均圧力Ｐ0＝Ｎ／Ａであり、一様(constant)である。
【０１２７】
図１４（ｂ）は、加工物３の長軸方向の両端部の背面に偏荷重を与えるため、おもり７９を載せたときに生じる長軸方向(ｙ軸方向)の圧力Ｐｙの分布変化を示している。
【０１２８】
加工物３の両端部では、自重による等分布荷重におもり７９による集中荷重が加わり、長軸方向の圧力Ｐｙの分布状態は中心部は平坦であるが、両端で増大する傾向が得られる。
【０１２９】
偏荷重の付加による母線方向の真直度δ修正法は、この圧力分布に変化を与える効果を利用したものであり、その結果Prestonの経験則から、図１６（ａ）に符号８０ａに示したように、両端部に向かって減耗量の増大化が図られる。
【０１３０】
その後、おもり７９を加工物３から取り去れば、おもり７９による加工物３の変形が解除されて、加工物３の母線方向の真直度δが修正される。
【０１３１】
図１４(ｃ)は、加工物３の長軸方向の中心部の背面に偏荷重を与えるため、おもり７９を載せたときに生じる長軸方向(ｙ軸方向)の圧力Ｐｙの分布変化を示している。
【０１３２】
加工物３の中心部では自重による等分布荷重におもり７９による集中荷重が加わり、長軸方向の圧力Ｐｙの分布状態は中心部に向かって増大する傾向が得られる。偏荷重の付加による母線方向の真直度δ修正法は、この圧力分布に変化を与える効果を利用したものであり、その結果Prestonの経験則から、図１６（ｂ）に符号８０ｂに示したように、中心部に向かって減耗量の増大化が図られる。
【０１３３】
その後、おもり７９を加工物３から取り去れば、おもり７９による加工物３の変形が解除されて、加工物３の母線方向の真直度δが修正される。
【０１３４】
ここで用いるおもり７９は、図１５に示すように、金属片７９ａの周囲をシリコンゴム７９ｂで被覆したものである。このおもり７９は、研磨液中で用いる際、金属片７９ａの腐食を避ける効果と、加工物３の背面形状による異常な圧力分布の発生を抑制する効果がある。
[はみ出し法]
短軸方向のはみ出し調整法を長軸方向に置き換えることにより、母線方向の真直度δの修正を行うことができる。すなわち、図２に示すクランクの振幅調整により、長軸方向の両端に適宜はみ出し量を与え、両端部に向かって減耗量の減少化を図ることができる。
【０１３５】
はみ出し量による母線方向の真直度δの修正法は、母線方向の研磨工具２１と加工物３との間の接触率を加味した研磨加工時間に変化を与える効果を利用したものであり、その結果Prestonの経験則から、図１６（ｂ）に符号８０ｂで示したように中心部に向かって減耗量の増大化が図られる。
【０１３６】
【発明の実施の形態３】
図１７は、本発明のシリンダー研磨装置の応用例の主要部を示している。
【０１３７】
加工物９９の表面形状は、ｘ、ｙ方向に異なる曲率Ｒx、Ｒyを有するトーリック面、もしくは自由曲面を除くその他の曲面(Ｒx、Ｒy のいずれか一方にのみ曲率を有するシリンダー面、もしくはＲx＝Ｒyの曲率を有する球面、Ｒx＝Ｒy＝∞の平面)である。
【０１３８】
研磨工具１００はその基盤構成部１００ａとその表層部１００ｂからなる。前工程(スムージング)では、この表層部１００ａには、ダイヤモンド・ペレット等が用いられ、この表層部１００ａによって、加工物３の表面の除去加工が高能率で行われる。また、仕上げ工程(ポリシング)では、この表層部１００ａには、ポリウレタン、光学研磨用ピッチ等が用いられ、低能率であるが、加工物３の表面の高精度な研磨加工が行われる。また、研磨工具１００の表面形状は、加工物９９の表面形状に対して正負(凹凸)が反転した形状である。
【０１３９】
研磨工具１００は台車型基盤１０１上に固定されている。その台車型基板１０１の四隅には車輪１０２が設けられている。その車輪１０２は研磨工具１００の曲率Ｒｘに対してΔＲｘの差を有する曲率軌道１０３上を往復する。これによって、研磨工具１００は任意の角度でｘ方向の球心揺動がなされる。
【０１４０】
すなわち、凸の曲率面の加工物９９に対してはＲｘ＋ΔＲｘの凹形状曲率軌道１０３ａが与えられ、凹の曲率面の加工物９９に対してはＲｘ‐ΔＲｘの凸形状曲率軌道１０３ｂが与えられる。車輪１０２には曲率軌道１０３を移動中に脱線することがないように、内側にフランジ１０２ａが設けられている。これらの車輪１０２ａの回転軸１０２ｂを持つシャフト(図示せず)は基盤１０１の四隅下部に固定のハウジング１０４に内蔵のボール・ベアリング(図示せず)によりサポートされている。
【０１４１】
ｘ方向の球心揺動機構は、台車型基盤１０５上に固定されている。その台車型基盤１０５の四隅には車輪１０６が設けられている。その車輪１０６は研磨工具１００の曲率半径Ｒｙに対してΔＲｙの差を有する曲率軌道１０７上を往復する。これによって、研磨工具１００は任意の角度でｙ方向の球心揺動がなされる。
【０１４２】
すなわち、凸の曲率面の加工物９９に対してはＲｙ＋ΔＲｙの凹形状曲率軌道１０７ａが与えられ、凹の曲率面の加工物９９に対してはＲｙ−ΔＲｙの凸形状曲率軌道１０７ｂが与えられる。このｙ軸方向の曲率軌道１０７は、ｘ方向の曲率軌道１０３に対して直交配置される。車輪１０６には、曲率軌道１０７を移動中に脱線することがないように内側にフランジ１０７ａが設けられており、これらの回転軸１０７ｂを持つシャフト(図示せず)は基盤１０５の四隅下部に固定のハウジング１０８に内蔵のボール・ベアリング(図示せず)によりサポートされている。ｘ方向と直交するｙ方向の球心揺動機構は基盤１０９上に構成される。
【０１４３】
研磨工具１００のｙ方向への球心揺動のための駆動力は、基盤１０５の下部両端に固定の動力伝達棒１１０によって与えられる。この動力伝達棒１１０には、トラベリング・ナット・ブロック１１１により連結されたリニアガイド・ブロック１１２が係合している。動力伝達棒１１０はストッパ１１０ａで制限された範囲内で高さ方向に自由に移動可能である。なお、トラベリング・ナット・ブロック１１１の両サイドにはシャフト(図示せず)が付き出し、リニアガイド・ブロック１１２の片面内部に収容のボールベアリング(図示せず)がこれらをサポートすることによって三体が連結され、動力伝達棒１１０はｘ’−ｘ ’方向に回転可能である。トラベリング・ナット・ブロック１１１は駆動ネジ１１３によってｙ’−ｙ ’方向に移動可能である。トラベリング・ナット・ブロック１１１は、往復回転角度(±Θy)の入力により、任意の振幅で往復平行運動がなされる。駆動ネジ１１３は両端支持もしくは片持ち式の適切な構造によりボールベアリング(図示せず)でサポートされており、適切な動力伝達機構により駆動用モータ(図示せず)から動力の供給を受けている。この際に、両端のガイド・ブロック１１２は台車１０５を軌道１０７に沿って移動させる。台車１０５の移動による動力伝達棒１１０の傾きはブロック間の回転機構が吸収し、また、同時に起こる動力伝達棒１１０の保持点高さの変動は両端のリニアガイド・ブロック１１２が吸収する。
【０１４４】
なお、トラベリング・ナット・ブロック１１１の往復距離及び往復速度調整は駆動用モータのコントロール用ドライバ(図示せず)により往復回転角度(±Θy[deg])、回転数(ωｙ、[rpm])を設定、入力することによってなされる。
【０１４５】
また、研磨工具１００のｘ方向への球心搖動のための動力伝達機構は、基盤１０１の下部に同様の構成要素をｙ方向への球心揺動のための動力伝達機構に対して直交配置することにより与えられる。
【０１４６】
なお、本装置においては、研磨工具１００側が２次元(ｘ、ｙ方向)的な運動を行うため、加工物９９は、図８に示すようにジグ中に静止状態で保持される。また、加工物９９を研磨工具１００と共に研磨液中に沈めるための水槽１１４を付加しても良いし、さらに、この水槽中に温度制御された研磨液を循環供給する装置を付加しても良い。
【０１４７】
【その他の発明の実施の形態】
発明の実施の形態では、加工物３を長軸方向に往復動させる構成としたが、加工物３を静止状態とし、研磨工具２１が求球心揺動されると共に、研磨工具２１がその揺動方向と直角方向に往復直線運動することによって加工物３の研磨が実施されるようにしてもよい。
【０１４８】
発明の実施の形態では、研磨工具２１を台車型基盤２２に載置し、この台車型基盤２２を曲率半径付与部材２４に摺動させる構成としたが、研磨工具２１を曲率半径付与部材２４に固定し、その曲率軌道面２４を車輪に摺接させ、曲率半径付与部材２４が車輪に対して往復運動させることにより、研磨工具２１が球心搖動されるようにしてもよい。この場合、車輪側を動力源として、曲率半径付与部材２４を車輪に対して相対移動させることにより、研磨工具２１が球心揺動されるようにしてもよいし、曲率半径付与部材２４に動力伝達機構を介して動力を伝達することによって、研磨工具２１が球心揺動されるようにしてもよい。
【０１４９】
発明の実施の形態では、動力伝達機構を介して台車型基盤２２を揺動させる構成としたが、台車型基盤２２に動力源を内蔵し、この台車型基盤２２を曲率軌道面２４ａに沿って自走させることによって、研磨工具２１が球心揺動されるようにしてもよい。
【０１５０】
動力伝達機構を介して台車型基盤２２又は曲率半径付与部材２４を駆動する場合には、高さ変動を吸収する変動吸収機構を設けるのが望ましい。
【０１５１】
【発明の効果】
請求項１〜８に記載のシリンダー面の研磨装置によれば、凹凸両方の曲率に対して、研磨工具の球心搖動が可能であり、加工物の曲率半径、幅により変動する横殴り現象を解消でき、研磨条件の安定化が図られると共に、曲率半径方向断面の真円度が良好となる。
また、加工物に対して、常に下側に研磨工具が配置され、研磨工具の減耗体・欠落部、余剰砥粒、その他異物等が研磨工具の溝に吸収されるので、表面あらさ、表面欠陥の最小化が図られる。
請求項２に記載のシリンダー面の研磨装置によれば、加工物を加工物保持容器に接着することなく適切保持して往復運動を与えるので、加工物の着脱作業が容易となり、接着歪みを起因とする加工面形状精度の喪失から回避される。
【０１５２】
請求項３に記載のシリンダー面の研磨装置によれば、加工物母線の外周稜線に対する傾きが自動的に修正される。
請求項４に記載のシリンダー面の研磨装置によれば、加工物を研磨工具(磨き皿)と共に研磨液中に沈める水槽を付加することにより、より一層微細な研磨砥粒の選択作用と均質的分散作用が現れ、加工表面の表面あらさ、表面欠陥の最小化が図られる。
請求項５に記載のシリンダー面の研磨装置によれば、温度制御された研磨液を水槽側に循環供給するための装置を付加することにより、加工物および研磨工具の温度膨張による寸法変化および形状変形の最小化、さらに研磨工具のポリシャ材が光学研磨用のピッチである場合は粘弾性の安定化が図られ、高精度な形状精度が得られる環境が確保される。
【０１５３】
請求項６、７に記載のシリンダー面の研磨装置によれば、短軸側および長軸側のどちらか一方に曲率が在るシリンダー・レンズに対して、曲率の在る方向と求心搖動の方向を正確に合致させる旋回軸および位置合わせ機構を付加することにより、短軸側・長軸側にかかわらず、シリンダー面の研磨が実施できる。
請求項８に記載のシリンダー面の研磨装置によれば、球心揺動機構を直交配置して設けることにより、シリンダー面の他、トーリック面および球面等の研磨も可能となる。
請求項９〜請求項１２に記載のシリンダー面の研磨方法及び請求項１３に記載のおもりを用いれば、この発明のシリンダー面の研磨装置を利用してシリンダー面の曲率半径の精度、母線真直度を修正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリンダー研磨装置全体の構成を示す正面図である。
【図２】図１に示す上部駆動系(母線方向の往復運動)の構造を拡大して示す正面図である。
【図３】図１に示す上部駆動系(母線方向の往復運動)の構造を拡大して示す側面図である。
【図４】図１に示す下部駆動系(曲率半径Ｒ方向の球心揺動)の構造を示す側面図であって、（ａ）は加工物が凸面形状の場合を示し、（ｂ）は加工物が凹面形状の場合を示す。
【図５】図１に示す下部駆動系(Ｒ方向の球心揺動)の構造を拡大して示す正面図である。
【図６】図１に示す研磨水槽と研磨液循環装置の構造を示す模式図である。
【図７】  短軸側及び長軸側のどちらか一方に曲率があるシリンダーレンズに対して、曲率のある方向と球心揺動の方向とを合致させる旋回軸を付加した研磨工具の模式図であり、（ａ）はその内部構造を示し、（ｂ）は短軸側に曲率がある加工物を研磨工具にセットした状態を示し、（ｃ）は長軸側に曲率がある加工物を研磨工具にセットした状態を示す。
【図８】凹凸の向きが逆向きの加工物を接着することなしに保持することのできる加工物保持具の模式図であり、（ａ）は加工物が凹面の場合の加工物の保持状態を示す平面図を示し、（ｂ）はその（ａ）に示す加工物保持具の縦断面図を示し、（ｃ）は加工物が凸面の場合の加工物の保持状態を示す平面図を示し、（ｄ）はその（ｃ）に示す加工物保持具の縦断面図を示し、（ｅ）は（ａ）に示す加工物保持具の横断面図を示し、（ｆ）は（ｃ）に示す加工物保持具の横断面図を示す。
【図９】  本発明のシリンダー研磨装置による研磨法を説明するための模式図であり、（ａ）は加工物の加工面の曲率の修正方法の説明に使用する説明であって、加工物が静止状態にあるときの加工面に加わる圧力分布の説明図、（ｂ）は加工物が相対運動をしている状態にあるときの加工面に加わる圧力分布の説明図、（ｃ）は（ｂ）に示す加工物の平面図である。
【図１０】  本発明のシリンダー研磨装置による研磨法を説明するための模式図であり、加工物の保持高さを変更した場合の圧力分布の説明図である。
【図１１】  本発明のシリンダー研磨装置による加工面の曲率半径の修正方法を説明するための模式図であって、（ａ）は加工物が凸の曲面の場合の摩耗の状態を示し、（ｂ）は加工物が凹の曲面の場合の摩耗の状態を示す。
【図１２】  本発明のシリンダー研磨装置による加工面の曲率半径の修正方法を説明するための模式図であって、（ａ）は研磨工具の稜線が加工物の稜線に一致している状態を示し、（ｂ）は加工物が研磨工具に対してはみ出した瞬間を示し、（ｃ）は加工物が研磨工具に対して最大量はみ出して移動方向を変える瞬間を示している。
【図１３】  図１２に示すはみ出し法による加工物の加工面の曲率半径の修正方法の説明図で、（ａ）は加工物が凸の曲面の場合の摩耗の状態を示し、（ｂ）は加工物が凹の曲面の場合の摩耗の状態を示す。
【図１４】  加工物の母線の真直度の修正方法の説明図であって、（ａ）は偏荷重を加工物に加えない状態での圧力分布状態の説明図であり、（ｂ）は加工物の両端に偏荷重を加えたときの圧力分布状態の説明図であり、（ｃ）は中央に偏荷重を加えたときの圧力分布状態を示す。
【図１５】  加工物の母線の真直度の修正に使用するおもりの断面図である。
【図１６】  加工物の母線の真直度の修正方法の説明図であって、（ａ）は周辺部の摩耗量が増加した状態を示し、（ｂ）は中心部の摩耗量が増加した状態を示す。
本発明のシリンダー研磨装置による研磨法を示す模式図
【図１７】  球心揺動機構を直交配置したシリンダー面研磨装置の概略構成を示す斜視図である。
【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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