(57)【要約】【課題】  安定した所望の載荷荷重を付与できる構成であって、研磨装置の取り扱いを容易とする荷重載荷装置を提供する。【解決手段】  研磨装置１００を接続する接続部材１２を一方向のみに弾性変位させる弾性装置１０と、その弾性装置１０を所定の位置に固定可能な固定装置１５と、を有し、その固定装置１５により弾性装置１０を所定の位置に固定することで、研磨装置１００から被研磨物５０に対して所望の荷重ｆが載荷されることを特徴とし、さらに弾性部材１１のひずみ量を計測することで、載荷荷重を容易に制御可能にする。【選択図】図２
2013158864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置を接続する接続部材を一方向のみに弾性変位させる弾性装置と、該弾性装置を所定の位置に固定可能な固定装置と、を有し、前記固定装置により前記弾性装置を所定の位置に固定することで、研磨装置から被研磨物に対して所望の荷重が載荷されることを特徴とする荷重載荷装置。
【請求項２】
前記弾性装置が備える弾性部材に貼付されるひずみゲージと、該ひずみゲージのひずみ量又はひずみ量から換算された前記荷重を表示する表示手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の荷重載荷装置。
【請求項３】
前記弾性装置が変位拡大機構を備え、前記接続部材の変位が前記変位拡大機構によって拡大されて前記弾性部材に作用することを特徴とする請求項２に記載の荷重載荷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ等を成型する金型の研磨に用いられる研磨装置を被研磨物に押圧して設置する荷重載荷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズ等を成型する金型の研磨に用いられる研磨装置には、超音波振動を利用したもののほか、圧電素子や磁歪などの伸縮部材を利用したものがある。特に、圧電効果によって電気エネルギーから機械エネルギーへのエネルギー変換を行う圧電素子は、応答性に優れているという特性を有していることから、その微小運動（振動）を研磨装置に利用されることが多い。
【０００３】
ここで、金型を研磨するような場合には、研磨箇所を遊離砥粒で浸し、研磨装置の先端に備えられたポリッシングツールで擦るという研磨方法を用いることがある。図７は、このような研磨方法の説明図である。ここでは、振動装置であるアクチュエータ２０のツール取付部２５にポリッシングツール３０を取り付け、アクチュエータ２０からポリッシングツール３０に微小運動を与えている。このとき、ポリッシングツール３０と被研磨物５０とは当接しているのだが、ポリッシングツール３０から被研磨物５０に載荷される荷重ｆが大きいときには、遊離砥粒４０がポリッシングツール３０と被研磨物５０との間に流れ込みにくくなるため、あまり研磨が進まない。当然、ポリッシングツール３０と被研磨物５０とが当接せず、隙間があいているような場合にも、遊離砥粒４０がかき混ぜられるだけでほとんど研磨することはできない。つまり、効率的に研磨するためには、被研磨物５０に対してポリッシングツール３０から載荷される荷重ｆが適切に微小であることが望ましい。ここで、発明者は、微小な載荷荷重ｆの具体的な値として、０．５ｇｆ〜１．０ｇｆ程度が良好であるという結果を得ている。
【０００４】
ポリッシングツールから被研磨物に微小な荷重を載荷する一般的な装置としては、例えば特許文献１に記載されたようなカウンターウエイトを利用したものがある。図８は、特許文献１に記載されている載荷装置を簡略化した図である。アクチュエータ２０とポリッシングツール３０とを合わせた研磨装置の重量（Ｗａ＋Ｗｐ）よりも僅かに軽い重量Ｗｃのカウンターウエイト６０を滑車６１やベアリングを介して繋ぎ、その重量の差分が微小な載荷荷重ｆ（＝Ｗａ＋Ｗｐ−Ｗｃ）となって被研磨物５０に載荷されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７３８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような構成の場合、載荷荷重ｆが微小であることから、例えば研磨装置に用いられるアクチュエータ２０のリード線２４の向きなどによって載荷荷重ｆが容易に変動するため、研磨装置等の取り扱いが容易ではないという問題がある。そして、アクチュエータ２０の自重が大きいのに対し、載荷荷重ｆが微小のため、そのような微小な荷重ｆを載荷するのは難しくなる。また、研磨のために加振するアクチュエータ２０の振動が載荷荷重ｆに影響を及ぼすことがあり、再現性の高い研磨動作が実現しにくくなる。そして、アクチュエータ２０の振動の影響を受けて変動する載荷荷重ｆが、さらにアクチュエータ２０の振動に影響を与えるという悪循環に陥ることもある。
【０００７】
本発明では、斯かる事情に鑑み、安定した所望の載荷荷重を付与できる構成であって、研磨装置の取り扱いを容易とする荷重載荷装置を提供することを目的とする。また、アクチュエータの振動が載荷荷重に影響を及ぼしたり、逆に、載荷荷重の変動がアクチュエータの振動に影響を及ぼしたりすることを防止することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る荷重載荷装置は、研磨装置を接続する接続部材を一方向のみに弾性変位させる弾性装置と、その弾性装置を所定の位置に固定可能な固定装置と、を有し、その固定装置により弾性装置を所定の位置に固定することで、研磨装置から被研磨物に対して所望の荷重が載荷されることを特徴とするものである。
【０００９】
また、弾性装置が備える弾性部材に貼付されるひずみゲージと、そのひずみゲージのひずみ量又はひずみ量から換算された前記荷重を表示する表示手段と、を有することにしてもよく、さらに、弾性装置が変位拡大機構を備え、接続部材の変位が変位拡大機構によって拡大されて弾性部材に作用することにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、弾性装置の接続部材が一方向にしか変形しないので、接続した研磨装置の動きに誤差が生じ難い。また、弾性装置を所定の位置に固定することで載荷荷重が決定されるため、制御が容易な距離の管理によって、被研磨物に正確に所望の荷重を載荷できるという効果を奏する。
【００１１】
また、弾性部材にひずみゲージを貼付すれば、載荷荷重を確認しながら研磨することが可能になる。さらに、変位拡大機構を利用して、ひずみゲージを貼付する弾性部材に作用する変位を拡大すれば、より載荷荷重の制御が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に用いられる弾性装置の斜視図である。
【図２】本発明に係る荷重載荷装置の正面図である。
【図３】変位拡大機構を備える弾性装置の一例を示す正面図である。
【図４】研磨装置に用いられるアクチュエータの一例を示す平面図である。
【図５】研磨装置に用いられるアクチュエータの別の一例を示す正面図である。
【図６】溝内を研磨する方法の説明図である。
【図７】研磨方法の説明図である。
【図８】載荷装置を簡略化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明に用いられる弾性装置の斜視図であり、図２は本発明に係る荷重載荷装置の正面図である。本発明の荷重載荷装置１は、弾性装置１０と固定装置１５とを有し、研磨装置１００を取り付けて使用する。
【００１５】
弾性装置１０は、研磨装置１００に接続する接続部材１２が一方向のみに弾性変形するものであり、その弾性装置１０を所定の位置に固定することで、研磨装置１００から被研磨物５０に対して所望の荷重ｆを載荷する状態で研磨装置１００を設置できるものである。また、固定装置１５を上下させることによって、載荷される荷重ｆを適切な微小荷重ｆに調整することが可能である。ここで一方向とは基本的には鉛直方向のことなので、以下では鉛直方向を前提として説明するが、鉛直方向以外の方向を一方向として設定することも可能である。なお、一方向のみというのは、一方向以外の変形を生じないということであり、弾性装置１０の接続部材１２に鉛直方向以外の方向、例えば水平方向の変位やねじれ・回転などの変形が生じないということを意味している。
【００１６】
弾性装置１０は、固定装置１５に固定される固定結合部材１６と、研磨装置２０を接続する接続部材１２と、弾性部材であるばね１１とからなる。図１，図２に示した実施例では、中央に位置する直方体の部材が固定結合部材１６であり、固定結合部材１６の側方と下方を囲うＵ字型の部材が接続部材１２である。固定結合部材１６はその上端で固定結合装置１５に結合され、接続部材１２はその下端で研磨装置１００のアクチュエータ２０に接続する。なお、固定結合部材１６の下端は、接続部材１２には接していない。ばね１１は、固定結合部材１６の側方と、接続部材１２のＵ字の縦線に相当する部分とを、左右それぞれ上下２カ所において結合している。ばね１１は薄い板状であり、本実施例では、途中で折り返して重ねていることで鉛直方向の弾性を備えているが、水平方向にはほとんど変形しない弾性部材となっている。
【００１７】
この弾性装置１０の接続部材１２には、鉛直方向以外の変位等は生じない構造になっている。図１に示したようにｘ，ｙ，ｚ軸を設定して、固定結合部材１６に対する接続部材１２の各方向の変位等を説明する。まず、弾性装置１０の全ての部材がｙ軸方向に十分な厚さを有しているため、ｙ軸方向の変位やｘ軸まわりの回転はほとんど生じないし、ｚ軸まわりのねじれもほとんど生じない。また、上下二段にばね１１が設けられており、これらのばね１１は水平方向（ｘ軸方向）にはほとんど伸縮しないことから、ｘ軸方向の変位やｙ軸まわりの回転もほとんど生じず、生じたとしても無視できる程度である。なお、弾性装置１０は、この実施形態に限定するものではなく、弾性部材としてばね以外を使用してもよいし、ばねの配置が異なっていてもよい。いずれにしても、接続部材１２がｚ軸方向以外に変位しないことが重要である。
【００１８】
固定装置１５と弾性装置１０との結合方法は、弾性装置１０を確実に固定できる構造で、かつ、弾性装置１０の高さを正確に決定できるものであれば位置や構造は限定しないので、固定装置１５の詳細は図示していない。また、接続部材１２についても、研磨装置１００を固定接続できるものであればよく、特に接続構造は限定しない。
【００１９】
以上のような構成で、この弾性装置１０の有するばね１１のばね定数と研磨装置１００の重量から、被研磨物５０に所望の荷重ｆを載荷するために、弾性装置１０をどの高さで固定すればよいかを決定することができる。つまり、弾性装置１０に研磨装置１００を取り付けて吊り下げた状態で、ポリッシングツール３０を被研磨物５０に当接させると、ばね１１がｚ軸方向に変位し、被研磨物５０に荷重が載荷されることになるので、そのときの荷重が所望の荷重ｆになるように、固定結合部材１６の固定位置の高さを決定するのである。また、研磨装置１００を弾性装置１０のばね１１で押圧しているので、研磨により被研磨物５０の表面が削られて高さが変化したとしても、ポリッシングツール３０が被研磨物５０に対して浮いてしまうことは考え難い。
【００２０】
従来のように重量で載荷荷重を制御する場合において、載荷荷重が微小なときは、アクチュエータに接続しているリード線のような微細な部分であっても、重量に影響を及ぼすことがある。一方、本発明のように設置高さを固定することで自動的に載荷荷重が決定される構成にすると、弾性部材等に比べてリード線はほとんど載荷荷重に影響を及ぼさないし、また、固定結合部材１６の高さであれば正確に位置決め可能であるという利点がある。
【００２１】
研磨装置１００は、振動等の微小運動を生じるアクチュエータ２０と、そのアクチュエータ２０のツール取付部２５に取り付けられ被研磨物５０に当接するポリッシングツール３０と、を有する。なお、被研磨物５０の研磨箇所は遊離砥粒４０に浸されており、その箇所をポリッシングツール３０が微小運動することで、研磨が行われる。
【００２２】
ポリッシングツール３０は、アクチュエータ２０によって所定の面内を微小運動する。ここでの所定の面内とは、被研磨物５０の研磨面と平行な面のことである。そして、弾性装置１０の接続部材１２が鉛直方向以外に変形すると、アクチュエータ２０の振動が接続部材１２に伝達され、さらに接続部材１２の変形が、ポリッシングツール３０の微小運動に加わって所望の微小運動に誤差が生じやすくなるので、鉛直方向以外の変形は生じないようにしている。また、ねじれや回転のような変形も生じない構造にすることで、ポリッシングツール３０と被研磨物５０との当接する角度も変化しないので、当接角度が変化することによる載荷荷重の変動も抑えられる。
【００２３】
さらに、弾性部材であるばね１１にひずみゲージ１７を貼付すると、そのひずみの値から載荷荷重を換算することが可能となる。図１では、１カ所にひずみゲージ１７を貼付した例を示しているが、当然複数箇所に貼付してもよい。そして、ひずみゲージの値又はひずみゲージの値から換算された載荷荷重を表示手段により表示し、その値を随時観察しながら研磨をすることで、研磨が適切に進行しているか否かを確認することができる。
【００２４】
また、このひずみの値が小さく、その変化量も小さい場合には、研磨の進捗は把握し難い。そこで、変位拡大機構を用いて変位量を拡大すれば、ひずみの値も大きくなり管理し易くなる。
【００２５】
図３は、変位拡大機構を備える弾性装置の一例を示す正面図である。この実施例の弾性装置１０は、固定装置に結合する固定結合部材１６を中央に配し、研磨装置を接続する接続部材１２を固定結合部材１６の左右に備えている。そして、本実施例では略三角形の部材１３ａと、略台形の部材１３ｂとがそれぞれ２つずつあり、後述するようにヒンジとして作用する薄い板状の部材を介して部材１３ａは固定結合部材１６、接続部材１２及び部材１３ｂと結合し、部材１３ｂは接続部材１２及び部材１３ａと結合している。また、部材１３ｂの上端にある左右の地点Ａ，Ｂ間を弾性部材１１で繋いでいる。なお、この弾性部材１１は、本実施例では板ばねとしている。また、接続部材１２が鉛直方向以外に変位しないために、この弾性装置１０を構成する全ての部材は、ｙ軸方向に十分な厚さを有するものとする。
【００２６】
変位拡大機構は、ヒンジを設けることで、ある位置で生じた変位量を他の位置で拡大して生じさせるものである。図３の実施例では、ヒンジとして、部材１３ａと固定結合部材１６を繋ぐヒンジ１４ａ、部材１３ａと接続部材１２を繋ぐヒンジ１４ｂ、部材１３ａと部材１３ｂを繋ぐヒンジ１４ｃ、部材１３ｂと接続部材１２を繋ぐヒンジ１４ｄの４つのヒンジを左右対称に設けている。つまり、変位拡大機構１３は、部材１３ａ，１３ｂと、ヒンジ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄとによって、構成されている。
【００２７】
本実施例の変位拡大機構１３を備える弾性装置１０は左右対称なので、図の左側で機構を説明すると、接続部材１２が上方に変位したとき、ヒンジ１４ｂも上方に変位するので、ヒンジ１４ａ，１４ｂにおいて部材１３ａが時計回りに回転し、部材１３ａがアームとなり、ヒンジ１４ｂでの変位は拡大されてヒンジ部１４ｃに伝達される。さらにヒンジ１４ｃ，１４ｄにおいて部材１３ｂが反時計回りに回転し、部材１３ｂがアームとなるので、結果として二段階の拡大機構を通して拡大された変位が、地点Ａに生じることになる。同様に地点Ｂにも拡大された変位が生じるので、地点Ａ，Ｂ間を繋ぐ弾性部材１１には、二段階に拡大された変位が作用することになる。したがって、弾性部材１１にひずみゲージ１７を貼付すれば、接続部材１２に生じた鉛直方向（ｚ軸方向）の変位を拡大して検知することが可能になる。なお、変位拡大機構１３の構造や部材の形状等は、図３に示したものに限定されず、このように変位を拡大できる機構であればよい。
【００２８】
本発明の荷重載荷装置に適合可能な研磨装置は多様である。そして、どのような研磨装置を接続するかは、特に限定しない。例えば、ポリッシングツールが一方向に振動するものであってもよいし、一つの面内を自在に微小運動するものであってもよい。以下、研磨装置に用いられるアクチュエータの例を図を参照して説明するが、以下に説明する研磨装置以外の装置や、圧電素子以外の振動子であっても、被研磨物に押圧して用いる研磨装置であれば、当然、本発明の荷重載荷装置を用いることができる。
【００２９】
図４は、図２に示す研磨装置に用いられるアクチュエータの一例を示す平面図である。このアクチュエータ２０では、中央のツール取付部２５にポリッシングツール３０が取り付けられる。アクチュエータ２０は、３つの圧電素子２１を有し、それぞれの圧電素子２１は変位を拡大する変位拡大機構２２に取り付けられている。この変位拡大機構２２は、外側の端部２０ａは固定され、内側の出力部２０ｂは中央のツール取付部２５に接続されている。そして、圧電素子２１が変位ｍだけ変化したときは、ツール取付部２５に接続する出力部２０ｂに拡大された変位ｎ（ｎ＞ｍ）が作用する機構になっている。そして、それぞれの圧電素子２１を適切なタイミングで伸縮させることで、ツール取付部２５が円運動や直線運動など、平面内を自在に微小運動することができる構成になっている。なお、圧電素子２１の数は、この例のように３つに限らず、４つ以上にすることもある。
【００３０】
図５は、研磨装置に用いられるアクチュエータの他の例を示す正面図である。このアクチュエータ２０は、圧電素子２１を並列に複数本並べ、それぞれの圧電素子２１の一端はツール取付部２５に固定結合され、他端はヒンジ２３を介して結合される構成であり、圧電素子２１を伸縮させることにより、ポリッシングツール３０が微小運動するものである。例えば、圧電素子２１が２本のときは、一方の圧電素子２１のみを伸縮させれば、ポリッシングツール３０を往復運動させることができる。なお、２本の圧電素子２１，２１を逆位相で伸縮させてもよく、その場合は、往復運動の振幅が大きくなる。なお、圧電素子２１が２本のときは、ポリッシングツール３０は往復運動するだけであるが、圧電素子２１を３本以上とし、それぞれを適切なタイミングで伸縮させることで、円運動など、一つの面内を自在に微小運動させることも可能でなる。なお、この実施例のアクチュエータ２０も、圧電素子２１の変位に対してポリッシングツール３０先端の変位は大きくなることから、変位拡大機構を有するアクチュエータである。
【００３１】
研磨方法については従来と同様に、研磨位置を遊離砥粒４０に浸して、ポリッシングツール３０で擦るというものが一般的である。ここで、従来のようにポリッシングツール３０が鉛直下向きのものだけではなく、形状を工夫することで、狭い空間での研磨に適した形状にできることもある。図６は、溝内を研磨する方法の説明図である。ポリッシングツール３０をツール取付部２５からＬ型等の任意の角度に折り曲げた途中部３０ａと研磨部３０ｂとからなる構成にする。そうすると、図のように折り曲げた途中部３０ａを介することで、溝内のような狭い空間の奥の方だけを研磨することに用いることができる構造になる。ここで、研磨部３０ｂは狭い溝にも挿入可能なように小さい部材とし、材質はナイロンなどを用いるとよい。そして、このようにL型等に折り曲げた形状のポリッシングツール３０にしても確実に研磨できるのは、本発明の荷重載荷装置が一方向にしか変位せず、また、載荷荷重がアクチュエータの振動の影響を受けにくいという特徴を有するからである。
【００３２】
なお、本発明の荷重載荷装置は、遊離砥粒のような液体砥粒を使用する場合だけでなく、固定砥粒等を使用する場合にも用いることができる。つまり、ポリッシングツール３０の先端（図６においては、研磨部３０ｂ）に研磨材を直接固定したもので研磨する場合にも用いることができる。
【００３３】
また、本発明の荷重載荷装置を用いると、過剰に研磨することを抑制する効果もある。従来のように載荷荷重が一定のときは、研磨が進んでも研磨効率はほぼ一定で低下しないため、過剰に研磨しないためには、研磨深さに常に注意を払っておく必要がある。一方、本発明は弾性装置の高さを所定の位置で固定しているため、研磨が進むと研磨された深さ分だけ、ばね（弾性部材）が伸びることになる。研磨深さはほんの数ミクロンにすぎないが、載荷荷重が微小であったり、詳密に制御したい場合には、研磨深さの影響が及ぶことになる。つまり、研磨が進むとばねによる鉛直上向きの付勢力が増加し、ポリッシングツールからの載荷荷重は徐々に小さくなる。そうすると、研磨の初期段階よりも、研磨の終盤の方が研磨効率が低くなるので、本発明の場合には、過剰に研磨することを抑制することが可能になる。
【符号の説明】
【００３４】
１        荷重載荷装置
１０      弾性装置
１１      弾性部材（ばね）
１２      接続部材
１３      変位拡大機構
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ      ヒンジ
１５      固定装置
１６      固定結合部材
１７      ひずみゲージ
２０      アクチュエータ
２１      圧電素子
２５      ツール取付部
３０      ポリッシングツール
４０      遊離砥粒
５０      被研磨物
１００    研磨装置
ｆ        （載荷）荷重
【図１】
2013158864.tif 000003
【図２】
2013158864.tif 000004
【図３】
2013158864.tif 000005
【図４】
2013158864.tif 000006
【図５】
2013158864.tif 000007
【図６】
2013158864.tif 000008
【図７】
2013158864.tif 000009
【図８】
2013158864.tif 000010