(57)【要約】【課題】  微小な曲面の研磨を高精度に行えるようにする。【解決手段】  研磨工具３が有している球形状の永久磁石５に、研磨砥粒と磁性粉と分散媒とからなる磁性流体６を磁力により保持させておき、ワークＷと永久磁石５の表面との隙間に磁性流体６を介在させて磁性流体６をワークＷの表面に当接させる。そして、この隙間の間隔を一定に保ちつつ、回転している永久磁石５とワークＷとを相対移動させる。【選択図】      図１
2007098541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨砥粒と磁性粉と分散媒とからなる磁性流体を磁力により保持しながら回転する磁性流体保持部を有している研磨工具であって、当該磁性流体保持部が球形状であることを特徴とする研磨工具。
【請求項２】
前記磁性流体保持部が永久磁石で構成されてい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】
研磨工具が有している球形状の磁性流体保持部に、研磨砥粒と磁性粉と分散媒とからなる磁性流体を磁力により保持させておき、
ワークと前記磁性流体保持部の表面との隙間に前記磁性流体を介在させて当該磁性流体を当該ワークの表面に当接させ、
前記隙間の間隔を一定に保ちつつ、回転している前記磁性流体保持部と前記ワークとを相対移動させる、
ことを特徴とする研磨方法。
【請求項４】
前記磁性流体保持部が永久磁石で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記磁性流体保持部と前記ワークとを相対移動させる過程において、当該ワーク表面の加工点における接線に対する前記研磨工具の当該ワークへの加重の方向が常に垂直になるように姿勢制御を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記ワークにおける研磨対象の加工面は凹球面であり、
球形状である前記磁性流体保持部の曲率を、前記凹球面の曲率以下とする、
ことを特徴とする請求項３から５までのうちのいずれか一項に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨加工の技術に関し、特に、光学素子の表面や光学素子成形用金型の表面などの高精度な研磨加工に好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
前工程により得られた形状を維持しつつ当該前工程で生じた加工痕を均一に研磨する手法として、例えば特許文献１に開示されている、ポリッシャ工具を用いる研磨方法や、例えば特許文献２に開示されている、磁性流体を用いる研磨方法などがある。これらについて説明する。
【０００３】
図４は、ポリッシャ工具を用いて研磨加工を行なう従来の研磨装置の例を示したものである。
図４において、工具テーブル１０１にはスピンドル１０２が取り付けられている。スピンドル１０２には着脱可能な研磨工具１０３がチャックされている。なお、スピンドル１０２の内部にはスピンドルモータ（図示省略）が備えられており、研磨工具１０３は当該スピンドルモータの回転に連動して回転する。研磨工具１０３の先端には不織布１０４が巻かれている。不織布１０４は、供給される研磨砥粒を保持するためのものである。
【０００４】
工具テーブル１０１の上部には、ねじロッド１０５が水平方向（Ｘ軸方向）に取り付けられている。ねじロッド１０５の一端には錘１０６が取り付けられており、ねじロッド１０５の他端に設けられているハンドル１０７を回転させると錘１０６が左右方向に移動して研磨荷重の制御が行える。
【０００５】
工具テーブル１０１はスライド板１０９に取り付けられている。スライド板１０９は、スタンド１０８に固定されているガイド１１０に沿って、Ｚ軸方向（鉛直方向）の上下移動が可能となっており、これにより工具位置の調整を行うことができる。
【０００６】
工具テーブル１０１の下方にはワークステージ１２１が配置されている。ワークステージ１２１はワークＷを着脱自在に保持することができる。また、固定ねじ１２２を回すことにより、ワークＷの芯出しをすることができる。なお、ワークＷを加工する際には、ワークステージ１２１をモータ（図示省略）により回転させる。
【０００７】
図４に示した研磨装置により研磨を行う場合には、まず、スライド板１０９を上昇させた状態でワークＷに研磨剤を塗布しておく。その後、スライド板１０９を下降させて研磨工具１０３をワークＷの表面に当接させる。なお、ワークＷの表面に加わる荷重は錘１０６により予め設定しておく。
【０００８】
加工の際にはワークテーブル１２１と研磨工具１０３との双方を回転させる。そして、研磨工具１０３とワークＷとの相対的な位置関係を制御して研磨加工部分がワークＷの表面形状に倣うようにしながら研磨加工を行う。
【０００９】
次に図５について説明する。同図は、磁性流体を用いて研磨加工を行う従来の研磨装置の例を示したものである。
図５において、工具テーブル２０１にはスピンドル２０２が取り付けられている。スピンドル２０２には着脱可能な研磨工具２０３がチャックされている。なお、スピンドル２０２の内部にはスピンドルモータ（図示省略）が備えられており、研磨工具２０３は当該スピンドルモータの回転に連動して回転する。研磨工具２０３は、工具軸２０４と、磁界を発生させるコイル２０５とからなり、これらにより電磁石を構成している。ここで、コイル２０５に電流を流すと磁力が発生し、この磁力により、磁性及び研磨性を有する磁性流体２０６を工具軸２０４の円錐状の先端部で保持しておくことができる。
【００１０】
工具テーブル２０１は、スライド板２０９に取り付けられている。スライド板２０９は、スタンド２０８に固定されたガイド２１０に沿って、Ｚ軸方向（鉛直方向）の上下移動が可能となっており、これにより工具位置の調整を行なうことができる。
【００１１】
工具テーブル２０１の下方にはワークステージ２２１が配置されている。ワークステージ２２１はワークＷを着脱自在に保持することができる。また、固定ねじ２２２を回すことにより、ワークＷの芯出しをすることができる。なお、ワークＷを加工する際には、ワークステージ２２１をモータ（図示省略）により回転させる。
【００１２】
図５に示した研磨装置により研磨を行う場合には、まず、スライド板２０９を上昇させた状態でコイル２０５に電流を流して研磨工具２０３を磁化し、その先端部で磁性流体２０６を保持させる。その後、スライド板２０９を下降させ、研磨工具２０３とワークＷとの間に磁性流体２０６が介在する状態となるまで近づける。但し、このとき、研磨工具２０３の先端はワークＷの表面に直に接触させることはない。
【００１３】
加工の際にはワークテーブル２２１及び研磨工具２０３の双方を回転させる。そして、研磨工具２０３とワークＷとの相対的な位置関係を制御して磁性流体２０６がワークＷの表面形状に倣うようにしながら研磨加工を行う。
【特許文献１】特開平５−１３８５１９号公報
【特許文献２】特開２００１−１９８７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
微小な形状の研磨を行う場合を考える。図４に例示したようなポリッシャ工具を用いる従来の研磨方法では、研磨工具１０３の曲率がワークＷの曲率より大きいと、研磨工具１０３がワークＷに干渉してしまうため、研磨することができないという問題があった。
【００１５】
また、図５に例示したような磁性流体を用いる研磨方法では、一般的に使用されている平面形状の研磨工具２０３では、工具表面の磁束密度が均一でないため、磁性流体２０６が研磨工具２０３に均一に保持されないといった問題があり、また、研磨工具２０３における周速分布が一定でないため、ワークＷの表面を均一に研磨することが難しく、研磨前の形状を崩してしまうという問題もあった。
【００１６】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、微小な曲面の研磨を高精度に行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の態様のひとつである研磨工具は、研磨砥粒と磁性粉と分散媒とからなる磁性流体を磁力により保持しながら回転する磁性流体保持部を有している研磨工具であって、当該磁性流体保持部が球形状であることを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【００１８】
なお、上述した本発明に係る研磨工具において、当該磁性流体保持部が永久磁石で構成されているように構成してもよい。
また、本発明の別の態様のひとつである研磨方法は、研磨工具が有している球形状の磁性流体保持部に、研磨砥粒と磁性粉と分散媒とからなる磁性流体を磁力により保持させておき、ワークと当該磁性流体保持部の表面との隙間に当該磁性流体を介在させて当該磁性流体を当該ワークの表面に当接させ、当該隙間の間隔を一定に保ちつつ、回転している当該磁性流体保持部と当該ワークとを相対移動させることを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【００１９】
なお、上述した本発明に係る研磨方法において、当該磁性流体保持部が永久磁石で構成されているものであってもよい。
また、前述した本発明に係る研磨方法において、当該磁性流体保持部と当該ワークとを相対移動させる過程において、当該ワーク表面の加工点における接線に対する当該研磨工具の当該ワークへの加重の方向が常に垂直になるように姿勢制御を行うふようにしてもよい。
【００２０】
また、前述した本発明に係る研磨方法において、当該ワークにおける研磨対象の加工面は凹球面であり、球形状である当該磁性流体保持部の曲率を、当該凹球面の曲率以下とするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、以上のようにすることにより、微小な曲面の研磨を高精度に行え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】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１について説明する。同図は本実施例に係る研磨装置の構成を示したものである。
図１において、工具テーブル１にはスピンドル２が取り付けられている。スピンドル２には着脱可能な研磨工具３がチャックされている。なお、スピンドル２の内部にはスピンドルモータ（図示省略）が備えられており、研磨工具３は当該スピンドルモータの回転に連動して回転する。研磨工具３は、工具軸４と、球形状をした永久磁石５とからなる。永久磁石５は、その磁力によって磁性流体６を保持しておくことができ、磁性流体保持部として機能する。
【００２４】
磁性流体６は、例えばダイヤモンド砥粒等の研磨砥粒と、磁性粒と、分散媒とからなる流体であり、磁性及び研磨性を有している。
工具テーブル１は、スライド板７に取り付けられている。スライド板７は、スタンド８に固定されたガイド９に沿って、Ｚ軸方向（鉛直方向）の上下移動が可能となっており、これにより工具位置の調整を行なうことができる。
【００２５】
工具テーブル１の下方にはワークステージ２１が配置されている。ワークステージ２１は、ワークテーブル２２、ワークスピンドル２５、及びモータ２６からなる。
ワークテーブル２２は、ステッピングモータ（図示省略）により、同図に示すＸ軸方向
（水平方向）及びＺ軸方向（鉛直方向）に移動可能となっており、更に、別のモータ（図示省略）により、同図に示すＢ軸方向に揺動可能となっている。なお、このＸ軸方向、Ｚ軸方向、及びＢ軸方向の移動は、ＮＣ装置による数値制御に基づいて行われる。
【００２６】
ワークテーブル２２上にはワーク保持具２３が取り付けられており、ワークＷを着脱自在に保持することができる。なお、ワークＷは固定ねじ２４によりワーク保持具２３へ固定する。
【００２７】
ワーク保持具２３の下方には、ワークスピンドル２５とワークスピンドル２５を回転させるモータ２６とが取り付けられている。モータ２６を回転させることによりワークＷを回転させることができる。
【００２８】
次に、図１に示した研磨装置を使用して行う、凸形状のワークＷの研磨の方法について説明する。
まず、凸形状であるワークＷをワークステージ２１に取り付ける。次に、ワークＷの位置を固定ねじ２４により調整し、ワークテーブル２２を回転させた際に、ワークＷの加工面の振れが生じないようにして固定する。続いて、研磨工具３の先端の永久磁石５に磁性流体６を磁力で付着させる。
【００２９】
次に、スピンドルモータによりスピンドル２を例えば１００ｒｐｍで回転させて研磨工具３を回転させる。併せて、モータ２６によりワークスピンドル２５を例えば１２０ｒｐｍで回転させてワークＷを回転させる。
【００３０】
次に、この状態でワークテーブル２２を水平方向に移動し、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する。続いて、スライド板７を下降させて、ワークＷと研磨工具３の先端（すなわち永久磁石５）との隙間の間隔が例えば０．４ｍｍになるまで両者を近づけ、研磨工具３で保持されている磁性流体６がこの隙間に介在してワークＷに当接して研磨加工できる状態とする。
【００３１】
ワークＷの加工中は、ＮＣ装置による数値制御を実施することで、上記の隙間の間隔をそのまま一定に保ちつつ、図２に示すように、ワークＷ表面の加工点における接線に対し研磨工具３のワークＷへの加重の方向が常に垂直になるようにＸ軸方向及びＺ軸方向の位置制御を行いながら、当該加工点を中心にワークテーブル２２をＢ軸方向に揺動させることにより、ワークＷの中心部へと研磨工具３を走査させる。その後、ワークＷの端まで研磨工具３を走査させると研磨は一旦完了する。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このサイクルを繰り返すことで、ワークＷの加工面全体に渡る研磨が行われる。
【００３２】
以上のように、本実施例によれば、研磨工具３として先端形状が球形状である永久磁石５を使用する。こうすることにより、研磨工具３の表面における磁束密度がどの位置でも均一となるので、磁性流体６が研磨工具３の表面で均一に保持される。従って、研磨工具３に保持されている磁性流体６が加工中同等の状態でワークＷの加工面に接触し作用するので、ワークＷ表面の研磨が均一に行える。
【００３３】
また、この加工中、ワークＷの加工面と研磨工具３の先端である永久磁石５との隙間の間隔を一定に保ちつつ両者を相対移動することにより、ワークＷの加工点における磁力が常に一定となるので、ワークＷの何れの位置においても同じ状態で加工することができるようになり、ワークＷの全面を均一に研磨することが可能となる。
【００３４】
また、研磨工具３のワークＷへの加重の方向が、ワークＷの表面の加工点の接線に対し常に垂直な方向となるようにＮＣ装置で姿勢制御を行うことにより、ワークＷの加工面と研磨工具３との間に介在する磁性流体６の加工圧を、ワークＷのどの位置においても加工中同じにすることができるので、ワークＷの全面を均一に研磨することが可能となる。
【実施例２】
【００３５】
図３について説明する。同図は本実施例に係る研磨装置の構成を示したものである。
図３において、工具テーブル３１にはスピンドル３２が取り付けられている。スピンドル２には着脱可能な研磨工具部３３がチャックされている。なお、スピンドル３２の内部にはスピンドルモータ（図示省略）が備えられており、研磨工具部３３は当該スピンドルモータの回転に連動して回転する。
【００３６】
研磨工具部３３は、ワークＷとの干渉を避けるために、垂直（Ｚ軸方向）に固定されている。研磨工具部３３は、工具軸３４と、磁界を発生させるコイル３５とからなる。これらは電磁石を構成しており、電流をコイル３５に流すことで生じる磁力により、工具軸３４は、その先端に磁性流体３６を保持することができ、磁性流体保持部として機能する。なお、工具軸３４の先端は、研磨対象が凹球面であるワークＷにおける当該凹球面の曲率以下の曲率で球形状に成形されている。また、磁性流体３６は、例えばダイヤモンド砥粒等の研磨砥粒と、磁性粒と、分散媒とからなる流体であり、磁性及び研磨性を有している。
【００３７】
図３に示されている研磨装置における上述したもの以外の構成要素は、図１に示した研磨装置におけるものと同一のものであるので、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、図３に示した研磨装置を使用して行うワークＷの研磨の方法について説明する。
【００３８】
まず、研磨対象が凹球面であるワークＷをワークステージ２１に取り付ける。次に、ワークＷの位置を固定ねじ２４により調整し、ワークテーブル２２を回転させた際に、ワークＷの加工面の振れが生じないようにして固定する。続いて、コイル３５に電流を流して、工具軸３４の先端を磁化させ、当該先端に磁性流体３６を付着させる。
【００３９】
次に、スピンドルモータによりスピンドル３２を例えば１００ｒｐｍで回転させて研磨工具３を回転させる。また、モータ２６によりワークスピンドル２５を例えば１２０ｒｐｍで回転させてワークＷを回転させる。
【００４０】
次に、この状態でワークテーブル２２を移動し、研磨工具部３３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する。続いて、スライド板７を下降させて、ワークＷと工具軸３４の先端との隙間の間隔が０．４ｍｍになるまで両者を近づけ、研磨工具３３で保持されている磁性流体３６がこの隙間に介在してワークＷに当接して研磨加工できる状態とする。
【００４１】
ワークＷの加工中は、ＮＣ装置による数値制御を実施することで、上記の隙間の間隔を保ちつつ、実施例１のときと同様に、ワークＷの加工点における接線に対し研磨工具部３３のワークＷへの加重の方向が常に垂直になるようにＸ軸方向及びＺ軸方向の位置制御を行いながら、当該加工点を中心にワークテーブル２２をＢ軸方向に揺動させることにより、ワークＷの中心部へと研磨工具部３３を走査させる。その後、ワークＷの端まで研磨工具部３３を走査させると研磨は一旦完了する。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このサイクルを繰り返すことで、ワークＷの加工面全体に渡る研磨が行われる。
【００４２】
以上のように、本実施例によれば、研磨工具部３３の工具軸３４の先端を、研磨対象が凹球面であるワークＷの曲率以下の球形状に成形しておき、この先端を磁化して磁性流体３６を付着させる。こうすることにより、微小な凹球面形状のワークＷを研磨することができる。
【００４３】
また、磁性流体３６を用いる研磨により、ワークＷの加工面と磁性流体３６とが面当りで接触するので、加工面にウネリを生じさせることなく均一に、効率良く研磨することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１に係る研磨装置の構成を示す図である。
【図２】ワークと研磨工具との姿勢制御の様子を説明する図である。
【図３】実施例２に係る研磨装置の構成を示す図である。
【図４】ポリッシャ工具を用いて研磨加工を行なう従来の研磨装置の例を示す図である。
【図５】磁性流体を用いて研磨加工を行う従来の研磨装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、３１、１０１、２０１  工具テーブル
２、３２、１０２、２０２  スピンドル
３、１０３、２０３  研磨工具
４、３４、２０４  工具軸
５  永久磁石
６、３６、２０６  磁性流体
７、１０９、２０９  スライド板
８、１０８、２０８  スタンド
９、１１０、２１０  ガイド
２１、１２１、２２１  ワークステージ
２２  ワークテーブル
２３  保持具
２４、１２２、２２２  固定ねじ
２５  ワークスピンドル
２６  モータ
３３  研磨工具部
３５、２０５  コイル
１０４  不織布
１０５  ねじロッド
１０６  錘
１０７  ハンドル
Ｗ  ワーク
【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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