(57)【要約】【課題】砥粒を使用せず触媒と水による化学作用によって被加工物を除去する触媒支援型加工方法を用い、形状誤差が許容値範囲内となるよう被加工物を精度よく加工できる工具、ないしその製造方法を提供する。【解決手段】工具１は、被加工物４と対向する面に遷移金属を含む触媒部２と、触媒部２を支持する基体部３から成る。触媒部２を水分子を介在させた状態で被加工物４に対して接触または接近させた状態で相対的に移動させることで、目標曲率半径からの差が許容値ΔＨＷ以下となる曲率半径まで被加工物４を加工する。工具１は、目標曲率半径および、当該工具の触媒部の曲率半径ＲＴとの差ΔＨと、当該工具の触媒部の、当該触媒部の曲率半径を有する真球からの形状誤差量ΔＦＴと、を加算した値が、許容値ΔＨＷ以下となるよう製造される。【選択図】図１
2016132082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物と対向する面に遷移金属を含む触媒部と、前記触媒部を支持する基体部とを有し、前記触媒部を水分子を介在させた状態で被加工物に対して接触または接近させた状態で相対的に移動させることで、目標曲率半径からの差が許容値以下となる曲率半径まで前記被加工物を加工するための工具であって、
前記目標曲率半径および、当該工具の前記触媒部の曲率半径との差と、当該工具の前記触媒部の、当該触媒部の曲率半径を有する真球からの形状誤差量と、を加算した値が、前記許容値以下となるよう製造されたことを特徴とする工具。
【請求項２】
請求項１に記載の工具において、前記基体部のヤング率が５０ＧＰａ以上であることを特徴とする工具。
【請求項３】
請求項１または２に記載の工具により加工されたことを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１または２に記載の工具を製造する工具の製造方法において、前記基体部を成形する基体部成形工程と、
成形された前記基体部に前記触媒部を形成する触媒部形成工程と、
前記基体部に形成された前記触媒部の曲率半径を測定する測定工程と、
前記目標曲率半径を有する真球、および前記基体部に形成された前記触媒部の形状誤差量を測定する誤差測定工程と、
前記目標曲率半径、および前記測定工程で測定された前記触媒部の曲率半径との差と、前記誤差測定工程で測定された前記触媒部の形状誤差量と、を加算した値が、前記許容値以下となっているか否かに応じて、当該の工具の良否判定を行うことを特徴とする工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥粒を使用せず触媒と水による化学作用によって被加工物を除去する加工方法を用いて、球面レンズ等の被加工物を加工するための工具、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、球面レンズ等の光学素子の研磨加工方法としては、砥粒を含む研磨スラリーを工具表面に供給しながら、工具と被加工物を接触および相対的に運動させることで、被加工物の除去を行う遊離砥粒研磨方法が一般的である。この加工動作により、被加工物表面は平滑化され、表面粗さの小さい加工面が得られる。
【０００３】
光学素子材料として用いられるガラスの研磨には、主に酸化セリウムが砥粒として用いられている。しかしながら、酸化セリウムは希土類であり近年価格の変動が激しく、安定的に入手できないといった問題が生じるようになっている。このような問題を背景に、砥粒を使用しない被加工物の加工方法として、特許文献１に示されるような触媒支援型加工方法が提案されている。特許文献１の加工方法によれば、固体酸化物を被加工物とし、加水分解による分解生成物の生成を助ける触媒物質を加工基準面として用い、水の存在下で被加工物と加工基準面とを接触もしくはごく接近させて配置し、両者を相対運動させる。この触媒支援型加工方法によれば、光学ガラスに代表されるような酸化物からなる被加工物を、砥粒を使用することなく平滑化することができる。
【０００４】
ここで、特許文献１に記載の従来例では、主に平面の被加工物を対象としており、球面レンズ等の光学素子において重要である曲率半径をいかに目標とする値に加工するかについて、その具体的な手段は記載されていない。特に、加工基準面となる工具の触媒部をどのような形状に製造すべきかについて、その方法は未知であった。
【０００５】
一方、砥粒を使用して研磨を行う旧来の遊離砥粒研磨方法により球面レンズを加工するための工具の製造方法が例えば特許文献２に記載されている。特許文献２の手法では、光学素子の目標とする曲率半径と同等の曲率半径を有するサンプル工具と、この工具によって加工されたレンズの曲率半径を測定する。そして、サンプル工具とレンズの曲率半径の相関値を相殺するような曲率半径となるように工具を製造する。この方法によって製造された工具を用いることで、目標とする曲率半径を有するレンズを生産することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０８４９３４号
【特許文献２】特開２００２−１４４２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の方法に基づいて曲率半径を決定した工具で特許文献１に記載の触媒支援型加工方法によりレンズを加工しても、必ずしも目標とする曲率半径を有するレンズが得られないという問題があった。
【０００８】
これは、触媒支援型加工方法では工具と被加工物の間に旧来の加工方法のような砥粒がなく、工具、特にその触媒部の形状特性が、よりダイレクトに加工精度に影響するためであると考えられる。例えば、工具の包絡面形状がなす球面の形状は、より直接的に被加工物の成形に関与するものと考えられる。そして、もし工具の曲率半径以外の形状要因に個体差があった場合、工具の包絡面形状がなす球面の曲率半径が変化し、被加工物の形状誤差が許容値範囲を超えてしまうものと推察される。
【０００９】
従って、本発明の課題は、砥粒を使用せず触媒と水による化学作用によって被加工物を除去する触媒支援型加工方法を用い、形状誤差が許容値範囲内となるよう被加工物を精度よく加工できる工具、ないしその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の工具においては、被加工物と対向する面に遷移金属を含む触媒部と、前記触媒部を支持する基体部とを有し、前記触媒部を水分子を介在させた状態で被加工物に対して接触または接近させた状態で相対的に移動させることで、目標曲率半径からの差が許容値以下となる曲率半径まで前記被加工物を加工するための工具であって、前記目標曲率半径および、当該工具の前記触媒部の曲率半径との差と、当該工具の前記触媒部の、当該触媒部の曲率半径を有する真球からの形状誤差量と、を加算した値が、前記許容値以下となるよう製造された構成を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、前記目標曲率半径および、当該工具の前記触媒部の曲率半径との差のみならず、当該工具の前記触媒部の、当該触媒部の曲率半径を有する真球からの形状誤差量を用いて当該工具の寸法条件を定めている。このため、工具の触媒部の包絡面形状がなす球面の曲率半径が被加工物の許容される曲率半径以内に収まり、触媒支援型加工方法によって確実に曲率半径の誤差が許容値以下となるよう被加工物を加工できる工具を得られる、という優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】工具と被加工物の寸法関係に係る理論を示すもので、（ａ）は工具の断面図、（ｂ）は工具の触媒部の形状誤差量を示した線図、（ｃ）は被加工物の寸法許容範囲を示した説明図である。
【図２】本発明により製造される工具の外観の一例を示した斜視図である。
【図３】本発明の実施例１において製造された工具の表面粗さを示すもので、（ａ）は表面状態の説明図、（ｂ）は表面の高さの分布を示した線図である。
【図４】本発明の実施例１において製造された工具の表面の形状誤差を示すもので、（ａ）は表面状態の説明図、（ｂ）は形状誤差を示した線図である。
【図５】本発明の実施例１において製造された工具によって被加工物を加工する様子を示した説明図である。
【図６】本発明の実施例１において製造された工具によって加工された被加工物の曲率半径の差を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例１において製造された工具によって加工された被加工物の曲率半径を示した説明図である。
【図８】本発明の実施例１において製造された工具によって加工された被加工物の表面状態の説明図である。
【図９】本発明の実施例１において製造された工具によって加工された被加工物の加工結果を示すもので、（ａ）は被加工物の干渉縞像の説明図、（ｂ）は被加工物の断面の形状誤差プロファイルの説明図である。
【図１０】本発明の実施例２において製造された３つの工具でそれぞれ加工された被加工物の曲率半径を示した説明図である。
【図１１】本発明を実施した工具を製造し、あるいはさらに良否判定を行う製造工程の流れを示したフローチャート図である。
【図１２】本発明を実施した工具の良否判定を行うためのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、後述する実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。
【００１４】
まず、触媒支援型加工方法で被加工物の加工に用いる工具の触媒部が満たすべき形状について考察する。上述のように、触媒支援型加工方法では、被加工物と対向する面に遷移金属を含む触媒部と、前記触媒部を支持する基体部とを有し、前記触媒部を水分子を介在させた状態で被加工物に対して接触または接近させた状態で相対的に移動させる。これにより、目標曲率半径からの差が許容値以下となる曲率半径まで被加工物を加工する。
【００１５】
このような触媒支援型加工方法では、工具と被加工物の間には、旧来の加工方法において用いられるような砥粒は存在しない。このため、工具、特にその触媒部の形状、例えば工具（触媒部）の包絡面形状がなす球面の形状の精度が、より直接的に加工精度に影響するものと考えられる。
【００１６】
工具の個体差として生じ得る曲率半径以外の形状要因として考えられるのは、例えば被加工物の目標曲率半径を有する真球と工具の触媒部の形状誤差量である。以下、この形状誤差量を条件の１つとして加味した工具の寸法精度範囲について考える。
【００１７】
本発明に係る工具の一例として、図１（ａ）に被加工物を凹球面に加工するための凸球面形状を有する工具の断面を示す。図１（ａ）においては、図の左右方向をＸ軸、上下の方向にＺ軸を取っている。
【００１８】
図１（ａ）において、工具１は被加工物と対向する面に触媒部２と、触媒部２を支持する基体部３を有する。また、被加工物の外径をＤＷ、被加工物の目標とする曲率半径をＲＷ、触媒部２の曲率半径をＲＴとし、曲率半径ＲＷを有する球面の外径ＤＷにおける球欠高さをＨＷ、曲率半径ＲＴを有する球面の外径ＤＷにおける球欠高さをＨＴとする。このとき、ＨＷおよびＨＴはそれぞれ以下の式（１）および（２）で表わされる。
【００１９】
【数１】
2016132082.tif 000003
【００２０】
【数２】
2016132082.tif 000004
【００２１】
ここで球欠高さＨＷとＨＴの差の絶対値をΔＨとする。また、本実施形態においては、目標とする曲率半径と触媒部２の曲率半径との差をΔＨと定義する。式（１）および（２）から、目標とする曲率半径と触媒部２の曲率半径との差ΔＨは以下の式（３）で表わされる。
【００２２】
【数３】
2016132082.tif 000005
【００２３】
図１（ｂ）は曲率半径ＲＴを有する真球と、触媒部２の形状誤差を示している。図１（ｂ）においてＸ軸（横軸）は図１（ａ）と一致するが、Ｙ軸（縦軸）は後述（図４（ａ）、（ｂ））のように干渉計などを用いて測定した触媒部２の形状誤差である。
【００２４】
後述の実施例のように、例えば、触媒部２の曲率半径ＲＴが数１０ｍｍ程度となるよう一般的な手法により基体部３を成形し、触媒部２を成膜などにより形成してみる。この場合、触媒部２を干渉計などを用いて計測すると、触媒部２の形状は、必ずしも真球とはなっておらず、理想的な真球の触媒部２の曲率半径ＲＴ（数１０ｍｍオーダ）に対して数１０ｎｍ程度の範囲で変動が認められる。
【００２５】
本実施形態では、図１（ｂ）に示した触媒部２の理想形状（曲率半径ＲＴを有する真球）からの形状誤差の最大値と最小値の差をΔＦＴと定義し、以下、触媒部２の形状誤差量ΔＦＴとして言及する。本実施形態は、従来（例えば特許文献２）は用いられていなかったこの触媒部２の形状誤差量ΔＦＴを工具１の寸法管理の条件の１つとして用いる点に特徴がある。
【００２６】
次に、被加工物（４）の目標とする曲率半径（ＲＷ）とその許容値（ΔＨＷ）につき考察する。
【００２７】
図１（ｃ）は、被加工物４の断面を示している。図１（ｃ）において、被加工物４の外径をＤＷ、被加工物４の目標とする曲率半径をＲＷ、許容される曲率半径の誤差量をΔＲＷとする。また、Ｒ±ΔＲＷの曲率半径を有する球面の外径ＤＷにおける球欠高さとＨＷとの差の絶対値をΔＨＷとする。本実施形態においては、このΔＨＷを被加工物４の目標曲率半径からの許容値とする。この被加工物４の目標曲率半径からの許容値ΔＨＷは以下の式（４）で表わされる。
【００２８】
【数４】
2016132082.tif 000006
【００２９】
そして、本実施形態では、被加工物４の目標曲率半径ＲＷと触媒部の曲率半径との差ΔＨに、上記の触媒部２の真球からの形状誤差量ΔＦＴを加算した値が、許容値ΔＨＷ以下となるように寸法を管理して工具１を製造する。すなわち、目標曲率半径ＲＷと触媒部の曲率半径との差ΔＨ、形状誤差量ΔＦＴおよび許容値ΔＨＷの関係が以下に示す式（５）を満たすように工具１を製造する。
【００３０】
【数５】
2016132082.tif 000007
【００３１】
即ち、目標曲率半径ＲＷおよび工具１の触媒部２の曲率半径との差ΔＨと、触媒部２の理想形状（触媒部の曲率半径を有する真球）からの形状誤差量ΔＦＴと、を加算した値が、被加工物４の目標曲率半径からの許容値ΔＨＷ以下となるよう工具を製造する。
【００３２】
上記の式（５）を満たすように工具を製造することで、触媒部２の包絡面形状がなす球面の曲率半径が被加工物の許容される曲率半径以内に収まることになる。
【００３３】
ここで、式（５）の左辺は、被加工物４に接触ないし接近して相対運動する触媒部２の界面が出入りする（最大の）空間の範囲と考えてよい。上記のように触媒支援型加工では、研磨に関与する砥粒が存在しないため、工具１の触媒部２の形状がダイレクトに加工に関与することになる。
【００３４】
式（５）のような寸法管理によれば、被加工物４に接触ないし接近して相対運動する触媒部２の界面が出入りする空間の範囲が被加工物４の目標曲率半径からの許容値ΔＨＷ以下となるよう管理される。従って、被加工物４の加工面が目標曲率の許容範囲を超えるのを確実に防止できるものと考えられる。即ち、式（５）のような寸法管理を行って工具を製造することにより、目標曲率半径との誤差が許容値以下となる球面レンズを加工することができる。
【００３５】
一方、例えば、特許文献２に記載されている手法は、被加工物４の目標曲率半径を達成するために、サンプル加工を繰り返してサンプル工具の曲率半径とサンプル光学素子の曲率半径の間の一定の関係を求めるものである。特許文献２では、例えば工具の研磨面の形状誤差量（上記の触媒部２の形状誤差量ΔＦＴに相当する）などは一切考慮されていない。
【００３６】
このため、触媒部２の形状がダイレクトに加工に関与する触媒支援型加工では、特許文献２の手法のみでは、触媒部２の形状誤差量ΔＦＴに大きなバラツキが生じていると、容易に被加工物４の被加工面の曲率半径が許容範囲を超えてしまうものと考えられる。
【００３７】
ここで、工具１を製造する具体的な手法につき説明する。
【００３８】
工具１の基体部３上に、式（５）を満たす形状で触媒部２を生成する手段は特に限定されない。例えば、触媒部２を直接加工して形成しても良く、基体部３を成形した後、基体部３上に触媒材料を薄膜コーティングする方法でも良い。
【００３９】
触媒部２および基体部３の加工には、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工やダイヤモンド砥石を用いた研削加工などの一般的な手法を用いることができる。また、ダイヤモンドや炭化ケイ素などの硬質砥粒や酸化セリウムなどの軟質砥粒を用いた遊離砥粒研磨加工などの砥粒を用いた研磨手法を用いてもよい。また、水分子を触媒部２の表面に効率的に供給するという観点から、触媒部２および基体部３に溝や空孔を設けても良い。
【００４０】
また、基体部３上に触媒部２を薄膜コーティングする場合、その手法は本発明を限定するものではなく、スパッタ法やＣＶＤ法、めっき法、塗布乾燥法といった一般的な成膜ないしコーティング手法を用いることができる。さらに、触媒部２と基体部３の密着力を上げるため、触媒部２と基体部３の間にはカーボンなどの中間膜を設けるようにすると好適である。触媒部２の膜厚については特に限定されないが、形状精度を劣化させないという観点から、例えば１０００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００４１】
なお、基体部３を成形した後、成膜などにより触媒部２を形成する工法において上述の式（５）による寸法管理を行う場合、例えばサンプル加工を予め繰返し行い、形成後の触媒部２の曲率半径ＲＴと形状誤差量ΔＦＴを実測することができる。この実測結果に基づき、式（５）を満たすよう、工具１の基体部３の曲率半径や触媒部２の膜厚や成膜制御条件などを決定することができる。
【００４２】
また、上述の式（５）に示した寸法条件は、当然ながら、製造した工具の良否判定にも利用できる。即ち、製造した工具の触媒部２の曲率半径ＲＴと形状誤差量ΔＦＴを実測し、上述の式（５）による寸法条件を満たしていればその工具は良品と判定し、もし同条件を満たしていなければ不良品と判定する。不良品と判定された工具は実際の被加工物の加工に用いないように、例えば製造ラインから除去する。あるいは不良品と判定された工具については、上述の手法のいずれかにより触媒部２を研磨するなどして上述の式（５）による寸法条件を満たすようになるまで、触媒部２の形状補正を行うことができる。製造した工具の良否判定などに関する構成および工程については図１１、図１２を用いて後述する。
【００４３】
また、後述の実施例、特に製造した工具の検証や、良否判定を行うには、形成した触媒部の曲率半径ＲＴと、曲率半径ＲＴを有する真球からの形状誤差量ΔＦＴを測定する必要がある。
【００４４】
これら曲率半径ＲＴと、形状誤差量ΔＦＴの測定手段としては特に限定されないが、例えば、触針式形状測定機を用いて触針（プローブ）を触媒部２に接触させ、横方向および奥行き方向に走査させることで、触媒部２の面形状を測定する方法が考えられる。測定された面形状データを演算することで、触媒部２の曲率半径ＲＴおよび形状誤差量ΔＦＴを取得することができ、さらにこれらの実測値を用いて式（５）の条件が満たされているかを判定することができる。
【００４５】
また、測定に要する時間を抑制することで生産性を向上させるという観点から、触媒部の曲率半径ＲＴと、形状誤差量ΔＦＴの測定にフィゾー型干渉計を用いることが考えらえる。フィゾー型干渉計を用いることにより、参照球面との差として現れる干渉縞の形状を演算する手法を用いることができ、触媒部２の面全体における形状誤差量ΔＦＴを短時間で測定することができる。
【００４６】
また、フィゾー型干渉計によれば、触媒部の曲率半径ＲＴも短時間で測定することができる。例えば、参照面から出射した光が１点に集まる位置（通常、キャッツアイポイントと呼ばれる点）と、被検面である触媒部からの反射光と参照面からの反射光が干渉して干渉縞が観察できる位置との距離を測定することで触媒部の曲率半径ＲＴを測定できる。
【００４７】
なお、触媒部２に、排水用の溝や空孔を設けている場合は、触針式測定機、フィゾー型干渉計、いずれの場合でも、溝や空孔を予め測定範囲から除いて測定する必要がある。あるいは、測定後の形状データから溝や空孔部を除く演算処理を施し、曲率半径ＲＴおよび形状誤差量ΔＦＴを取得することが必要になる。このような測定機の制御、ないし測定後のデータから溝や空孔部を除去する演算処理は、例えば後述の測定系のＣＰＵなどによって実行できる。
【００４８】
触媒部２の材料は、加水分解による分解生成物の生成を助長する触媒物質として、少なくとも１種類以上の遷移金属元素を含むことが必要である。この遷移金属元素としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等が挙げられるが、これらの金属元素単体でも、または遷移金属元素を含む複数の金属元素からなる合金であってもよい。
【００４９】
また、基体部３の材料については特に限定されないが、触媒部に被加工物を接触させて加工している際の触媒部２の変形を出来る限り小さくするという観点から、ヤング率の大きい材料を選定することが望ましい。例えば、目標とする曲率半径からの誤差が大きい被加工物を加工しようとした場合、被加工物との接触圧力によって触媒部２の曲率半径が変化してしまう可能性がある。触媒部２の厚みが１０００ｎｍ以下と非常に薄い場合、被加工物を加工している際の触媒部２の変形を小さくする上で、基体部３のヤング率は重要である。
【００５０】
ここで、被加工物と接触させた場合に、触媒部２の厚さ方向の変位量の最大値をδとすると、δが被加工物の目標とする曲率半径からの許容値ΔＨＷを下回っていれば良い。一般的な光学素子の場合、被加工物の目標とする曲率半径からの許容値ΔＨＷは１０００ｎｍ以下であることが多い。ここで、ヘルツ接触モデルを用いて触媒部２の変位量δを計算した場合、基体部３のヤング率が５０ＧＰａ以上であれば、変位量δは１０００ｎｍ以下を十分に下回る。すなわち、基体部３の材料としては、ヤング率が５０ＧＰａ以上の材料を選定することがより望ましい。
【００５１】
以上のような工具の製造方法により、工具の触媒部の包絡面形状がなす球面の曲率半径が、被加工物の許容曲率半径以内に収まるため、曲率半径の誤差が許容値以下となる球面レンズを加工することが可能な工具を得ることができる。
【００５２】
以下、上述の工具の製造方法（製造条件）が妥当であるかを検証するための実施例として、実施例１および実施例２を示す。
【実施例１】
【００５３】
本実施例では、被加工物として、外径ＤＷが１７．８ｍｍ、目標とする曲率半径ＲＷが６３．２６７ｍｍ、目標とする曲率半径からの許容値ΔＨＷが４４０ｎｍである凹面の球面レンズを想定する。本実施例においては、このような被加工物を加工する工具１を製造した場合の実例を示す。
【００５４】
図２に、本実施例において製造した工具１の外形を示す。図２において、工具１の外径は３５ｍｍ（図の右下に１０ｍｍのスケールを図示）とし、基体部３にはヤング率が７０ＧＰａ程度の合成石英ガラスを使用し、触媒部２には遷移金属であるＰｔを使用した。
【００５５】
まず、工具１の基体部３を構成する合成石英ガラスの母材の表面を、ダイヤモンド砥石を用いた研削加工により目標とする曲率半径（ＲＴ）に近い形状になるよう加工した。当然ながら、この時、後述の触媒部２の膜厚を考慮して基体部３の加工仕上がり時の曲率半径を決定する。また、被加工物の研磨中、水分子を効率的に供給できるよう、基体部３の表面に幅１．８ｍｍ、深さ１ｍｍの溝部５を格子状に形成した。
【００５６】
次に、フィゾー型干渉計による形状測定を行えるよう、酸化セリウム砥粒を用いた遊離砥粒研磨によって基体部３の表面仕上げ加工を施した。その後、触媒部２として遷移金属であるＰｔを、スパッタによって基体部３の表面上に１００ｎｍの厚さで均一にコーティングした。
【００５７】
図３に、本実施例において製造された触媒部２の表面粗さを、走査型白色干渉計（ＺＹＧＯ社製のＣＰ−３００（商標名））で測定した結果を示す。図３（ａ）は触媒部２のφ０．７７ｍｍの大きさを有する領域の高さマップ像である。図３（ａ）は、図中右側の凡例に示すようなグラデーションによって表現された高さマップ像になっている。また、図３（ｂ）は横軸を工具半径方向（ｍｍ）に取り、ＡＡ’断面のプロファイル（縦軸：ｎｍ単位）を示している。この測定結果から、触媒部２の表面粗さは、０．３ｎｍＲＭＳ程度であり、フィゾー型干渉計によって形状を測定するために十分な平滑面であることが確認された。
【００５８】
次に、レーザー干渉計（ＺＹＧＯ社製のＶｅｒｉｆｉｒｅ（商標名））を用いて触媒部２の曲率半径ＲＴと、前記曲率半径ＲＴを有する真球からの形状誤差量ΔＦＴを測定した。この時、溝部５は評価範囲として除いた状態で、曲率半径ＲＴおよび形状誤差量ΔＦＴを測定する。曲率半径ＲＴについては、触媒部２において溝部５（図２）を除く面からの反射光と参照面からの反射光が干渉して干渉縞が観察できる位置と、参照面から出射した光が１点に集まる点との距離として測定した。
【００５９】
その結果、触媒部２の曲率半径ＲＴは、目標とする曲率半径ＲＷと同じ６３．２６７ｍｍであった。ここで図４に触媒部２の形状誤差を測定した結果を示す。図４（ａ）は、レーザー干渉計により得られた触媒部２の全体（直径３５ｍｍの範囲）の干渉縞像を示している。このとき、溝部５（図２）は光が散乱して反射光が検出できないため、干渉縞として現れていない。図４（ｂ）は、レーザー干渉計から得られた触媒部２のＢ−Ｂ’線（図４（ａ））に沿った断面の形状誤差プロファイルを示している。
【００６０】
上記の測定の結果、触媒部２の形状誤差量ΔＦＴは９２ｎｍであった。本発明においては、触媒部２の曲率半径ＲＴおよび形状誤差量ΔＦＴが上述の式（５）の条件を満たすことが必要である。本実施例の場合、被加工物４の目標とする曲率半径からの許容値ΔＨＷは、上述の被加工物の寸法、および式（１）からΔＨＷ＝４４０ｎｍと計算される。
【００６１】
また、上記のように測定された触媒部の曲率半径ＲＴおよび形状誤差量ΔＦＴから、ΔＨとΔＦＴの加算値は９２ｎｍ（＜ΔＨＷ＝４４０ｎｍ）と計算される。このように、本実施例で製造された工具は、上述の式（５）を満たしていることが確認された。
【００６２】
次に、図５のような構成によって、上記のように上述の式（５）の寸法条件を満たして製造した工具１を用いて被加工物４を加工し、加工された被加工物４が目標とする曲率半径からの許容値ΔＨＷの範囲内に加工されているか否かを調べた。
【００６３】
図５において、被加工物４の材料にはランタン系ガラス（例えばオハラ社製Ｓ−ＬＡＭ５５（商標名））を用いた。加工液６には純水を用い、供給手段７により触媒部２の表面に対して１０００ｍｌ／分で供給した。
【００６４】
図５に示すように被加工物４はホルダ８で支持しカンザシ９を介して２．５６Ｎ程度の荷重を被加工物４に印加しつつ、被加工物４と触媒部２を接触させた。工具１はモータ（不図示）の駆動力により回転させ、その回転数は６０ｒｐｍに設定した。被加工物４は、その摩擦力により従属回転させるようにした。
【００６５】
被加工物４は、カンザシ９を図中左右に直動動作させることにより、幅２ｍｍの範囲を４（秒）の周期で往復、揺動させた。同時にホルダ８に設けたエコライズ機構（不図示）により、被加工物４は触媒部２表面に沿って揺動させるようにした。そして、上記の方法により被加工物の曲率半径が安定する時間以上、加工を実施した。
【００６６】
その後、加工された被加工物の曲率半径を測定し、目標とする曲率半径からの差を算出した。ここで、図６により目標とする曲率半径からの差を算出する方法を説明する。
【００６７】
図６において、被加工物の外径をＤＷ、被加工物４の目標とする曲率半径をＲＷ、加工された被加工物の曲率半径をＲＷ′とする。また、曲率半径ＲＷを有する球面の外径ＤＷにおける球欠高さをＨＷ、曲率半径ＲＷ′を有する球面の外径ＤＷにおける球欠高さをＨＷ′とする。また、ＨＷとＨＷ′の差の絶対値をΔＨＷ′とする。ここで、被加工物の曲率半径と目標とする曲率半径との差をΔＨＷ′と定義する。目標とする曲率半径との差は、ΔＨＷ′は以下の式（６）で表わされる。
【００６８】
【数６】
2016132082.tif 000008
【００６９】
図７に、累積加工時間ごとの被加工物４の曲率半径と目標とする曲率半径との差ΔＨＷ′の結果を示す。図７において、Ａｒは被加工物４の曲率半径が目標曲率半径から許容値ΔＨＷ（ΔＨＷ＝±４４０ｎｍ）を満たす範囲である。図７によれば、加工前のΔＨＷ′は−６６０ｎｍであったが、３０分以上加工することで１１０ｎｍで安定し、目標とする曲率半径からの許容値ΔＨＷ＝４４０ｎｍ以下に加工されていることが確認された。
【００７０】
なお、レンズ（ミラー）のような光学素子においては、曲率半径の誤差を許容値以下とすることに加えて、表面粗さを小さくすること、球面からの形状誤差量を小さくすることも重要である。図８に、加工前の被加工物４の表面（左側）、および４０分加工した後の被加工物４の表面（右側）を走査型白色干渉計（例えばＺＹＧＯ社製ＣＰ−３００（商標名））によって測定した結果を示す。図８は、加工前（左側）および４０分加工した後（右側）において走査型白色干渉計により得られたφ０．７７ｍｍの大きさを有する領域の高さマップ画像を示している。
【００７１】
図８の高さマップ画像の凡例は図中右側に示す通りであり、同図に示すように、表面粗さは加工前の７０ｎｍＲＭＳから、４０分加工後は１．１ｎｍＲＭＳ程度になっており、光学素子として十分に平滑な面が得られている。
【００７２】
さらに、４０分加工した後の被加工物４の球面からの形状誤差をレーザー干渉計（例えばＺＹＧＯ社製のＶｅｒｉｆｉｒｅ（商標名））により用いて測定した。この結果を図９に示す。図９（ａ）は、レーザー干渉計によって４０分加工した後の被加工物４から得られた干渉縞像（φ１８ｍｍ領域）を示している。また、図９（ｂ）は、横軸を被加工物４の半径方向（単位ｎｍ）に取り、図９（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿った断面の形状誤差プロファイル（縦軸：単位ｎｍ）を示している。図９（ａ）および（ｂ）によれば、加工面全域における形状誤差量は３３ｎｍであり、被加工物４の外周部まで高い形状精度が得られたことが確認された。
【００７３】
以上のように、本実施例によって、上記の式（５）を満たすように製造した工具によって、曲率半径の誤差が許容値以下となる球面レンズを加工できることが実証された。即ち、目標曲率半径ＲＷおよび工具１の触媒部２の曲率半径との差ΔＨと、触媒部２の理想形状（触媒部の曲率半径を有する真球）からの形状誤差量ΔＦＴと、を加算した値が、被加工物４の目標曲率半径からの許容値ΔＨＷ以下となるよう工具を製造する。これにより、本実施例の工具によれば、被加工物の加工において、工具の触媒部の包絡面形状がなす球面の曲率半径が、被加工物の許容曲率半径以内に収まるよう制御されるため、被加工物４の曲率半径を目標曲率半径の許容範囲内に制御することができる。
【実施例２】
【００７４】
本実施例では、実施例１に対して触媒部の形状誤差量ΔＦＴの値が異なるように工具を２種類、製造し（以下、サンプル（１）工具、サンプル（２）工具と記す）、製造された工具を使用して実施例１と同様の加工を実施した例を示す。
【００７５】
サンプル（１）工具、サンプル（２）工具の基本構成は、実施例１の図２と同様である。基体部３にはヤング率が７０ＧＰａである合成石英ガラスを使用し、基体部３の表面には、幅１．８ｍｍ、深さ１ｍｍの溝部５（図２）を格子状に形成した。触媒部２には遷移金属である白金（Ｐｔ）を用い、実施例１と同様の手法により基体部３の表面に成膜した。この時、基体部３の研削条件や触媒部２の成膜条件を適宜制御することにより、サンプル（１）工具、サンプル（２）工具で次のような寸法が得られた。
【００７６】
ここで、サンプル（１）工具、サンプル（２）工具の触媒部（２）の曲率半径ＲＴと、形状誤差量ΔＦＴをレーザー干渉計（例えばＺＹＧＯ社製のＶｅｒｉｆｉｒｅ（商標名））により測定した。曲率半径ＲＴについては、サンプル（１）工具とサンプル（２）工具ともに、６３．２６７ｍｍであった。形状誤差量ΔＦＴは、サンプル（１）工具が４７ｎｍ、サンプル（２）工具が１４４ｎｍであった。
【００７７】
測定されたサンプル（１）工具、サンプル（２）工具の触媒部２の曲率半径ＲＴおよび形状誤差量ΔＦＴから、式（５）におけるΔＨとΔＦＴの加算値はそれぞれ４７ｎｍ、１４４ｎｍであり、式（５）の条件を満たしていることが確認された。
【００７８】
ここで、さらに比較例として、基体部３の研削条件や触媒部２の成膜条件を適宜制御することにより、形状誤差量ΔＦＴが上記の式（５）の条件を満たさない第３の工具（以下、サンプル（３）工具と記す）を製造した。このサンプル（３）工具は、曲率半径ＲＴは上記同様６３．２６７ｍｍであるが、形状誤差量ΔＦＴは１０８０ｎｍであり、式（５）の条件を逸脱している。
【００７９】
以上のように製造したサンプル（１）工具、サンプル（２）工具、サンプル（３）工具を用いて、図５と同様の構成を用い、実施例１と同様の条件で被加工物を４０分加工した。その結果、得られた被加工物の曲率半径と目標曲率半径との差ΔＨＷ′を図１０に示す。
【００８０】
図１０の縦軸は被加工物の曲率半径と目標曲率半径との差ΔＨＷ′を、また横軸はサンプル（１）工具、サンプル（２）工具、サンプル（３）工具の目標曲率半径ＲＷと触媒部の曲率半径との差ΔＨと形状誤差量ΔＦＴの加算値Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を示している。
【００８１】
図１０に示すように、目標曲率半径との差ΔＨＷ′はサンプル（１）工具で加工した被加工物では０ｍｍ、サンプル（２）工具で加工した被加工物では１１０ｎｍである。即ち、サンプル（１）工具、およびサンプル（２）工具で加工した被加工物の目標曲率半径ＲＷとの差ΔＨＷ′は、目標曲率半径からの許容値である±４４０ｎｍの範囲Ａ４の内側に収まるよう加工されていることが確認された。
【００８２】
一方、式（５）の条件を逸脱する形状誤差量ΔＦＴ（１０８０ｎｍ）を有する比較例のサンプル（３）工具で加工した被加工物のΔＨＷ′は６６０ｍｍであり、目標とする曲率半径からの許容値を超えてしまっている。
【００８３】
以上のように、本実施例によっても、上記の式（５）を満たすように製造した工具によれば、曲率半径の誤差が許容値以下となるよう被加工物（例えば球面レンズ）を加工できることが実証された。また、上記の式（５）を満さない工具では、曲率半径の誤差が許容値以下となるよう被加工物を加工することはできなかった。
【００８４】
即ち、目標曲率半径ＲＷおよび工具１の触媒部２の曲率半径との差ΔＨと、触媒部２の理想形状（触媒部の曲率半径を有する真球）からの形状誤差量ΔＦＴと、を加算した値が、被加工物４の目標曲率半径からの許容値ΔＨＷ以下となるよう工具を製造する。これにより、工具の触媒部の包絡面形状がなす球面の曲率半径が被加工物の許容曲率半径以内に収まるよう制御され、被加工物４の曲率半径を目標曲率半径の許容範囲内に制御することができることが実証された。
【実施例３】
【００８５】
実施形態の冒頭で述べた工具の製造方法（製造条件）は、製造した工具の良否判定にも利用できる。本実施例では、製造した工具の良否判定を行うための構成、および判定手法につき説明する。本実施例では、製造した工具が実施形態冒頭で式（５）に示した寸法条件を満足しているか否かに応じてその工具の良否判定を行う。
【００８６】
図１２は、少なくとも製造した工具に関して上記のような良否判定を行うための制御系の構成例を示している。図１２の制御系は、汎用マイクロプロセッサなどから成るＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、測定部２０４、出力部２０５から構成されている。なお、同様の制御系の構成を用いて、加工した被加工物の形状測定（あるいはさらにその良否判定）も行うことができる。
【００８７】
ＲＯＭ２０２は、例えば後述する良否判定プログラム（図１１）と制御データを格納するために用いることができる。なお、ＲＯＭ２０２に格納した良否判定プログラムと制御データを後から更新（アップデート）できるよう、そのための記憶領域はＥ（Ｅ）ＰＲＯＭや、各種形式のフラッシュメモリによって構成されていてもよい。このようなＲＯＭ２０２の書き換え可能部位は、着脱可能な記憶装置（フラッシュメモリなど）から構成することもできる。このような着脱式のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えば、本発明の一部を構成する制御プログラムをインストールしたりアップデートするために用いることができる。この場合は、各種の着脱式のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明を構成する制御プログラムを格納しており、記録媒体それ自体も本発明を構成することになる。なお、本発明を構成する不図示のネットワークインターフェースなどを介してネットワーク通信を行い、本発明を構成する制御プログラムをインストールしたりアップデートしたりできるよう構成してもよい。
【００８８】
ＲＡＭ２０３は、ＤＲＡＭ素子などから構成され、ＣＰＵ２０１が各種の制御、処理を実行するためのワークエリアとして用いられる。後述の良否判定制御に係る機能は、ＣＰＵ２０１が本実施例のアクセス制御プログラムを実行することにより実現される。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２（あるいは不図示のＨＤＤなどの外部記憶装置）に格納されたファームウェア、良否判定制御プログラムを実行する。
【００８９】
図１２において、測定部２０４は、（仮）製造した工具（あるいはそれにより加工した）被加工物の形状測定を行うためのもので、例えば上述の干渉計（走査型白色干渉計、フィゾー型干渉計）や触針式形状測定機などにより構成される。ＣＰＵ２０１は、不図示のシリアル／パラレルインターフェース、あるいはネットワークインターフェースなどを介して測定部２０４の測定値を読み取る。
【００９０】
測定部２０４は、そのアナログ測定値をＣＰＵ２０１が処理できるデジタルデータ形式で測定データを出力できるものとする。例えば、干渉計などの場合、干渉縞像を撮影するデジタルカメラが設けられ、一定のフレームレートで撮影画像データを出力するよう構成される。この場合、撮影画像データはＪＰＥＧ／ＭＰＥＧなどのデータフォーマットで出力され、ＣＰＵ２０１は各種のシリアル／パラレルインターフェース、あるいはネットワークインターフェースを介して受信した撮影画像データに容易にアクセスできる。
【００９１】
これにより、ＣＰＵ２０１は受信した撮影画像データ（干渉縞像）に対する画像解析処理を行うことができる。これにより、ＣＰＵ２０１は、例えば工具１の触媒部２の曲率半径や、触媒部２の部位ごとの理想形状（触媒部の曲率半径を有する真球）からの形状誤差量ΔＦＴを取得することができる。さらに、ＣＰＵ２０１は実施形態冒頭で式（５）に示した寸法条件を満足しているか否かに応じて工具の良否判定を行うことができる。なお、被加工物を測定する場合も、同様に干渉縞像の解析によって、形状測定（あるいはさらに良否判定）を行うことができる。
【００９２】
測定部２０４が触針式形状測定機である場合も、上記同様に触針式形状測定機から適当なデジタルデータフォーマットで測定データが送信される場合には、ＣＰＵ２０１は容易に受信された測定データにアクセスできる。そして、ＣＰＵ２０１は、プローブの変位量などにより表現された測定データに基づき、測定対象（工具１の触媒部２、あるいは被加工物など）の形状、ないし寸法データを取得することができる。
【００９３】
出力部２０５は、測定結果を出力する出力装置であり、各種出力フォーマットを有する出力装置により構成できる。出力部２０５は、例えば、測定した工具１の良否結果、あるいはさらに数値やイメージ表現された測定部２０４の測定結果などを表示（印刷）するディスプレイ装置（プリンタ）などから構成することができる。
【００９４】
あるいは、出力部２０５は、工具（や被加工物）の製造（加工）ラインの搬送制御を行うための搬送制御データを出力するインターフェースを含んでいてもよい。このような搬送制御インターフェースは、工具１（あるいは被加工物）の製造ラインに配置することができる。そして、対象物（加工した工具１あるいは被加工物）の良否判定に基づき、例えばその対象物を良品を取り扱う製造ラインまたは不良品を取り扱う製造ラインに搬送するかを制御する搬送制御データを出力することができる。
【００９５】
図１１は、図１２の制御系によって行われる工具１の良否判定処理の一例を示している。図示の制御手順は、ＣＰＵ２０１が実行する制御プログラムとして例えばＲＯＭ２０２に格納しておくことができる。
【００９６】
図１１のステップＳ１１では、実施例１あるいは実施例２に実例を示した手法により、工具１を作成する。この工具１の作成工程は、基体部３を研削する基体部成形工程と、この基体部上に触媒部２を成膜などによって形成する触媒部形成工程から成る。
【００９７】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ２０１は測定部２０４によって、工具１の触媒面の形状測定を行う。ここでは、ＣＰＵ２０１は測定部２０４から受信した測定データを解析し、工具１の曲率半径ＲＴを測定する（測定工程）とともに、前記曲率半径ＲＴを有する真球からの形状誤差量ΔＦＴを測定する（誤差測定工程）。
【００９８】
ステップＳ１３において、ＣＰＵ２０１は、触媒部２の曲率半径ＲＴおよび形状誤差量ΔＦＴが上述の式（５）の条件を満たしているか否かを判定する。このステップＳ１３の判定が肯定された場合には、ステップＳ１４に移行し、当該の工具が良品であると判定する。また、ステップＳ１３の判定が否定された場合にはステップＳ１５に移行し、当該の工具が不良品であると判定する。
【００９９】
なお、ステップＳ１５において当該の工具が不良品であると判定された場合には、図１１中に破線で示したように、ステップＳ１６に移行して不良品と判定された当該の工具、特にその触媒面の修正加工を行うようにしてもよい。例えば、当該の工具（触媒面）の修正加工の手法としては、上述の任意の手法を用いることができる。例えば、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工やダイヤモンド砥石を用いた研削加工などの手法を用いることができる。ダイヤモンドや炭化ケイ素などの硬質砥粒や酸化セリウムなどの軟質砥粒を用いた遊離砥粒研磨加工などの砥粒を用いた研磨手法を用いてもよい。
【０１００】
ステップＳ１６で修正加工を行った後は、破線で示すようにステップＳ１２に復帰し、修正加工を行った工具に対する良否判定を再度行うことができる。
【０１０１】
以上のようにして、本実施例によれば、製造した工具が実施形態冒頭で式（５）に示した寸法条件を満足しているか否かに応じてその工具の良否判定を行うことができる。あるいはさらに不良と判定された工具に対して修正加工を繰り返し、式（５）に示した寸法条件を満足する工具を得ることができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１…工具、２…触媒部、３…基体部、４…被加工物、５…溝部、６…加工液、７…供給手段、８…ホルダ、９…カンザシ。
【図１】
2016132082.tif 000009
【図２】
2016132082.tif 000010
【図５】
2016132082.tif 000011
【図６】
2016132082.tif 000012
【図７】
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【図１０】
2016132082.tif 000014
【図１１】
2016132082.tif 000015
【図１２】
2016132082.tif 000016
【図３】
2016132082.tif 000017
【図４】
2016132082.tif 000018
【図８】
2016132082.tif 000019
【図９】
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