(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的な自由曲面を研磨するための研磨ヘッドであって、回転駆動可能な駆動軸に結合されている研磨皿が設けられており、該研磨皿（３）が、駆動軸（７）に相対回動不能かつヒンジ的に結合されている形式のものにおいて、圧力室（２９）が設けられており、該圧力室（２９）を圧力負荷することにより、研磨ヘッドの中心軸線（２）に沿って、研磨皿（３）が並進運動を行うようになっており、駆動軸（７）が、駆動される中空シリンダ（４９）内において、相対回動不能にかつ研磨ヘッドの中心軸線（２）に沿って並進的に摺動可能に支承されており、かつ駆動軸（７）が、少なくとも部分領域において、回転対称形ではない外郭（４３）を有しており、外郭（４３）が、ころ軸受（２３，２５）を介して、中空シリンダと相対回動不能に結合しているか、または外郭（４３）が、長手方向溝（５５）を有しており、該長手方向溝（５５）内に球（５３）が配置されており、該球（５３）を介して、駆動軸（７）が、対向して形成されている長手方向溝（５１）を内側面に備えている中空シリンダ（４９）に結合されていることを特徴とする、光学的な自由曲面を研磨するための研磨ヘッド。
【請求項２】
駆動軸（７）の回転運動が、形状結合によって、研磨皿（３）に伝達される、請求項１記載の研磨ヘッド。
【請求項３】
研磨皿（３）が、中心軸線（２）上に位置する点を中心として傾動可能に、駆動軸（７）に支承されている、請求項１または２記載の研磨ヘッド。
【請求項４】
駆動軸（７）の回転運動を研磨皿（３）に伝達するための形状結合が、ヒンジ結合で行われている、請求項１から３までのいずれか１項記載の研磨ヘッド。
【請求項５】
ヒンジ結合としてボールソケットヒンジが用いられている、請求項４記載の研磨ヘッド。
【請求項６】
係止エレメント（１５）が、研磨皿（３）と駆動軸（７）とのヒンジ結合を保証するために設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の研磨ヘッド。
【請求項７】
圧力室（２９）が、圧力室シリンダ（３１）を有しており、該圧力室シリンダ（３１）内に、ピストン（３３）が並進可動に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の研磨ヘッド。
【請求項８】
ピストン（３３）が、駆動軸（７）と作用結合している、請求項７記載の研磨ヘッド。
【請求項９】
駆動軸（７）が、相対回動不能かつ研磨ヘッドの中心軸線（２）に沿って並進的に摺動可能に支承されており、かつ回転駆動されるピストンと相対回動不能に結合されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の研磨ヘッド。
【請求項１０】
外郭（４３）が、多角形外郭の形状で形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の研磨ヘッド。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項記載の研磨ヘッドを有する研磨機。
【請求項１２】
請求項１１記載の研磨機を用いて点対称ではない光学的な自由曲面を研磨する方法において、研磨皿（３）が、研磨される光学的な自由曲面と同一の回転方向に回転駆動されることを特徴とする、点対称形ではない光学的な自由曲面を研磨する方法。
【請求項１３】
加工される物体（３９）が、研磨皿（３）とほぼ同一の回転数で駆動される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
研磨皿（３）が、加工される物体（３９）に対して相対的に半径方向運動を行う、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
研磨皿（３）の半径方向位置に基づいて、研磨皿（３）または研磨される光学的な自由曲面（４１）の回転数が変化される、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
圧力室（２９）の圧力を、光学的な自由曲面（４１）の表面輪郭に基づいて制御して、光学的な自由曲面（４１）上に当接している研磨皿が、設定された一定の研磨圧を、光学的な自由曲面（４１）上に加える、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
研磨皿（３）を備える研磨ヘッド（１）により点対称ではない光学的な自由曲面を研磨する方法であって、研磨皿（３）が、研磨される光学的な自由曲面と同一の回転方向に回転駆動される、点対称形ではない光学的な自由曲面を研磨する方法において、研磨ヘッド（１）の圧力室（２９）の圧力を、光学的な自由曲面（４１）の表面輪郭に基づいて制御して、光学的な自由曲面（４１）上に当接している研磨皿（３）が、設定された研磨圧を、光学的な自由曲面（４１）上に加えることを特徴とする、研磨皿（３）を備える研磨ヘッド（１）により点対称ではない光学的な自由曲面を研磨する方法。
【請求項１８】
加工される物体（３９）が、研磨皿（３）とほぼ同一の回転数で駆動される、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
研磨皿（３）が、加工される物体（３９）に対して相対的に半径方向運動を行う、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
研磨皿（３）の半径方向位置に基づいて、研磨皿（３）または研磨される光学的な自由曲面（４１）の回転数が変化される、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部記載の研磨機用の研磨ヘッドに関する。
【０００２】
ヨーロッパ特許庁特許第７２７２８０号明細書により公知の、球面レンズ表面を研磨するための研磨機は、Ｘ方向に可動な上部スライダーを有している。このスライダーに、鉛直軸を中心として回転可能に支承されている工具スピンドルが結合されている。この場合工具スピンドルは、仕上げ工具を受容する働きをしている。ワークもしくはレンズを受容するために、別のスライダーに結合されているワークスピンドルが設けられている。ワークスピンドルと仕上げ工具を備えた工具スピンドルとは、相対して固定的な距離を保って配置されている。この両方のスピンドルを支持しているスライダーは、Ｚ方向に可動である。
【０００３】
国際公開第９７／００１５５号パンフレットにより、光学的な面を研磨するための方法と研磨機とが公知である。この研磨機は、弾性的なダイヤフラムを備えた研磨ヘッドを有している。ダイヤフラムを圧力負荷することにより、研磨される面の力負荷が制御される。この研磨機の欠点は、研磨される面に当接している、研磨ヘッドもしくはダイヤフラムの面の大きさが、圧力負荷に左右されることである。弾性的なダイヤフラムを有する研磨ヘッドは、組み付けられたばねによって、研磨される面の方向に予負荷される。フレキシブルなダイヤフラムの領域で回転軸線上に位置している点を中心とする、弾性的なダイヤフラムの傾動を生ぜしめるために、液圧シリンダが設けられている。研磨される面上への力負荷は、組み込まれたセンサや抵抗線ひずみゲージやソレノイドによって検出される。
【０００４】
この明細書により公知の方法においては、光学的な表面の研磨は、研磨するヘッドの回転数と研磨される表面上に作用する押圧力とに関連して、圧力負荷によって制御される。
【０００５】
本発明の課題は、高品質の光学的な面を研磨することができて、かつ研磨される光学的な面全面に対する一定の研磨量を保証し得る、自由曲面を研磨するための研磨ヘッドを提供することである。
【０００６】
本発明の課題は、請求項１に記載された特徴により解決される。
【０００７】
研磨皿を駆動軸に相対回動不能にヒンジ的に結合する解決策により、研磨皿が、加工される表面上に、表面輪郭に対応するように当接することが可能である。ヒンジ結合により、研磨皿は傾動可能であるので、研磨皿は、その研磨面を最大にして、研磨される表面に当接する。
【０００８】
駆動軸の回転運動を研磨皿に伝達するために、形状結合を用いて研磨皿を駆動軸に結合することは有利であり、その結果駆動軸の回転運動は、形状結合に基づいて研磨皿に伝達される。
【０００９】
相対回動不能なヒンジ結合のために、ボールソケットヒンジを介して、研磨皿を駆動軸に結合することは有利である。このボールソケットヒンジにより、研磨皿を任意の方向に傾けることのできる回動点を、研磨皿の研磨する表面に可能な限り近くに配置することが可能である。このヒンジ結合部を研磨皿の研磨する表面の近くに配置することは、研磨皿が表面輪郭に迅速に対応し得るという利点を有している。
【００１０】
駆動軸と研磨ヘッドとの結合を保証するために、単数または複数の係止エレメントがヒンジ結合に付加されていることは有利である。ヒンジ結合部としてボールソケットヒンジが設けられている場合、ボール係合ヘッドが、組み込まれた切欠から滑り出し得ないことが、係止エレメントによって保証される。この構成により、研磨皿を問題なしに、研磨される面から引き離すことが可能である。その他にも、係止エレメントにより保証される、結合の解離可能性のために、様々な研磨皿を互いに容易に交換することが可能である。
【００１１】
研磨ヘッドに圧力室を組み込むことは有利であり、この場合圧力室を圧力負荷することにより、研磨ヘッドの中心軸線に沿った、研磨皿の並進運動が生ぜしめられる。研磨皿が、研磨される表面上に当接している場合、圧力負荷によって、研磨圧力を上昇させ得る。
【００１２】
圧力室に組み付けられているピストンが駆動軸と作用結合していると、圧力室の圧力負荷が駆動軸を介して研磨皿に伝達され有利である。
【００１３】
中空シリンダは内部に駆動軸を相対回動不能に支承していてかつ同軸的に配置されているために、この中空シリンダを介して駆動軸を駆動することは有利である。回転運動を伝達するためには、形状結合が有利なことは明らかである。
【００１４】
駆動軸を中空シリンダ内に、支承エレメント例えばころ軸受または球軸受を用いて容易に並進可動に支承することは有利である。このように支承することによって保証されるのは、圧力室を圧力負荷した際に、駆動軸が中空シリンダ内を容易に並進可動でき、ひいては導入された並進運動もしくは力負荷が、ほぼ完全に研磨皿に伝達され得るということである。
【００１５】
別の有利な解決策は、従属請求項に記載されている。
【００１６】
以下に本発明の実施例について詳説する。
【００１７】
図１  中心軸線を通過するように切断した研磨ヘッドの概略的な断面図である。
【００１８】
図２  図１における面ＩＩ−ＩＩに沿って切断した断面図である。
【００１９】
図３  図１における面ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した断面図である。
【００２０】
図４  面ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した、別の実施例を示す断面図である。
【００２１】
図１に示されている研磨ヘッド（１）は、研磨ライニング（５）を備えた研磨皿（３）を有している。研磨ライニング（５）は、ワーク（３９）の研磨される表面（４１）上に当接する。
【００２２】
研磨皿（３）は、ヒンジ結合部（９）を介して、駆動軸（７）に受容されている。図示の実施例においては、この相対回動不能なヒンジ結合のために、ボール係合ヘッドが設けられている。さらに駆動軸（７）には、研磨皿側の末端に、ボール係合ヘッド（１９）が設けられていて、このボール係合ヘッド（１９）は、研磨皿（３）内に形成されている切欠（１３）に係合する。
【００２３】
ボール係合ヘッド（１９）と研磨皿（３）との間の結合を保証するために、係止エレメント（１５）が設けられている。係止エレメントとして、例えば、ボール係合ヘッドに設けられている切欠に嵌入するばね部材もしくはスプリングピンが、研磨皿に設けられ得る。
【００２４】
ボール係合ヘッド（１９）を研磨皿に形成することも可能であり、すなわちこの場合においては、相対回動不能にヒンジ結合的にボール係合ヘッドを受容するための切欠が、駆動軸（７）に設けられている。しかしながらこの場合、ヒンジ箇所、つまり剛性の駆動軸に対して、研磨皿を相対的に傾けることのできる点と、研磨される面（４１）との間の間隔は大きくなる。
【００２５】
駆動軸（７）は、支承エレメント（２３）を介して、並進的に摺動可能かつ相対回動不能に、中空シリンダ（４９）内に支承されている。中空シリンダ（４９）は、図示されていない研磨機の駆動部を介して回転駆動されており、さらにこの回転運動は、支承エレメント（２３）による相対回動不能な結合に基づいて、研磨ヘッドの駆動軸（７）に完全に伝達される。
【００２６】
駆動軸（７）の、研磨ヘッドとは反対側には、必要な研磨圧で研磨ヘッドを負荷する働きをする液圧式機構または気圧式機構が、中空シリンダ（４９）内に設けられている。この液圧式機構または気圧式機構は、圧力室シリンダ（３１）と、この圧力室シリンダ（３１）内で並進的に摺動可能に受容されているピストン（３３）とを有している。駆動軸（７）と中空シリンダとの回転運動からピストン（３３）を切り離すために、圧力室シリンダ（３１）と中空シリンダ（４９）との間、及びピストン（３３）によって駆動されている連接棒（３２）と駆動軸（７）との間に、回転支承部が設けられ得る。ピストン（３３）を圧力負荷するために、圧力室シリンダ（３１）内に形成されている圧力室（２９）は、圧力制御弁（３７）と圧力タンク（３６）とを備えた圧力供給路（３５）に連通されている。圧力室（２９）を圧力負荷することによって、研磨ヘッド（１）の中心軸線（２）に沿って方向付けられた力が、ピストン（３３）上に導入される。研磨ライニング（５）が、ワークの、研磨される光学的な面（４１）上に当接している限り、この力が、研磨皿の並進的な運動もしくは作用する研磨力の上昇をもたらす。
【００２７】
中空シリンダ（４９）と駆動軸（７）との間の、相対回動不能で並進的には可動な連結は、ころ軸受（２３）を介して実施される。さらに駆動軸（７）は、回転対称形ではない外郭（４３）を、有利には多角形外郭を有している。駆動軸（７）の外郭（４３）と中空シリンダの内壁との間の形状結合は、ローラまたはころ（２５）を介して達成されており、このローラまたはころ（２５）は、支承エレメント（２３）内において、駆動軸（７）の外郭に対して対称的に受容されていて、駆動軸の外郭（４３）に沿って回転する。この際、ローラまたはころの回転軸線は、駆動軸（７）の回転軸線に対して垂直に方向付けられている
中空シリンダ（４９）内における駆動軸（７）のころ軸受の代わりに、図４に示されているような球軸受が設けられていても良い。相対回動不能で並進的には可動に結合するために、球（５３）は、中空シリンダ（４９）に設けられた長手方向溝（５１）及び駆動軸（７）に設けられた別の長手方向溝（５５）内に支承されており、この際、これらの長手方向溝は、駆動軸（７）の回転軸線に対して、平行に延在している。この場合においても、駆動軸は、少なくとも軸受に相応する領域においては、回転対称形ではない外郭、特に多角形外郭を有している。
【００２８】
次に研磨方法について詳説する。研磨される面の直径よりも小さな直径を有する研磨ヘッドは、研磨するために、旋回運動を行いながら、研磨される光学的な面（４１）上を半径方向に動く。ワーク（３９）も研磨皿も、この際、ほぼ同一の回転数で同一方向に作動する。研磨される光学的な面（４１）上での研磨皿の運動に際し、研磨皿の回転数またはワークの回転数は、特に研磨皿の半径方向位置との関連で変更可能である。この回転数変更は、一定の研磨量に対して肯定的な影響を及ぼす。
【００２９】
ピストン（３１）の変化する容量に比べて、非常に大きなタンク容量（３６）を選択したことによって、圧力変動が非常に小さく維持されるために、研磨皿は、研磨される光学的な面上に、一定の力で当接している。圧力制御弁もまた、圧力変動を補償することに寄与している。
【００３０】
従来技術による研磨機に関連して、上述のように構成することによって、特に回転対称形ではない光学的な面（４１）を研磨することが可能となり、さらに光学的な面全面において研磨量が一定である。均一な研磨量のためには、研磨皿（３）の研磨ライニングが、可能な限り大面積で、研磨される光学的な面（４１）上に当接する必要がある。このことは特に、研磨皿と駆動軸（７）との間の相対回動不能なヒンジ結合のために、研磨ヘッドの中心軸線（２）上に位置する点を中心として、研磨皿を任意の方向へ傾動させることができて、それに従って研磨皿の方向付けが、研磨される面（４１）の表面輪郭に対応し得ることによって保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  中心軸線を通過するように切断した研磨ヘッドの概略的な断面図である。
【図２】  図１における面ＩＩ−ＩＩに沿って切断した断面図である。
【図３】  図１における面ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した断面図である。
【図４】  面ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した、別の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  研磨ヘッド、２  中心軸線、  ３  研磨皿、  ５  研磨ライニング、  ７  駆動軸、  ９  ヒンジ的な結合部、  １３  研磨皿内の切欠、  １５  係止エレメント、  １９  ボール係合ヘッド、  ２０  切欠、  ２３  支承エレメント、  ２５  ころ又はローラ、  ２９  圧力室、  ３１  圧力室シリンダ、  ３２  連接棒、  ３３  ピストン、  ３５  圧力供給路、  ３６  タンク、  ３７  圧力制御弁、  ３９  ワーク、  ４１  光学的な面、  ４３  外郭、  ４９  中空シリンダ、  ５１  長手方向溝、  ５３  球、  駆動軸内の長手方向溝
【図１】
0004945771.tif 000002
【図２】
0004945771.tif 000003
【図３】
0004945771.tif 000004
【図４】
0004945771.tif 000005