(57)【要約】【課題】円柱状の被加工物の端面を、凹型曲面形状面を有する研磨プレートを使用せず、常に一定の曲率で、極めて表面粗さが細かい凸型曲面形状に加工することが可能な加工装置を提供する。【解決手段】加工装置１は、研磨プレート２４と、筒状治具５５と、押圧機構６０と、を備えている。研磨プレート２４は、平坦な研磨面２４ａを有し、回転する。筒状治具５５は、研磨プレート２４の研磨面２４ａに対して軸方向が略垂直に配置され、被加工物１０が遊貫される貫通孔５６が形成されている。押圧機構６０は、被加工物１０を研磨プレート２４の研磨面２４ａに対して所定圧力で押圧する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の被加工物の端面を加工する加工装置であって、
平坦な研磨面を有し、回転する研磨プレートと、
前記研磨プレートの前記研磨面に対して軸方向が略垂直に配置され、前記被加工物が遊貫される貫通孔が形成されている筒状治具と、
前記被加工物を前記研磨プレートの前記研磨面に対して所定圧力で押圧する押圧機構と、
を備える加工装置。
【請求項２】
研磨剤を前記研磨面上に供給する研磨剤供給部をさらに備える、
請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記筒状治具の前記貫通孔の円筒面の表面粗さにおいて、カットオフ値が０．８ｍｍ、かつ標準値が１．６〜１２．５μｍである、
請求項１または２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記押圧機構が前記被加工物を押圧する圧力は、３Ｎ／ｃｍ2以上７Ｎ／ｃｍ2以下である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円柱形状の被加工物の端面（被研磨面）を研磨加工する加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバーコネクタ、ガラスやセラミックス等からなる光学系円柱部材の端面（被研磨面）を球面状に研磨加工する加工装置は、研磨台の上面に形成された凹形円弧状の案内面と、この案内面と被研磨面との間に介在する研磨テープと、を備えている。そして、研磨テープに対して被研磨面を押し当てて、研磨テープを被研磨面に対して走行させつつ、光学系円柱部材をその円柱軸中心を中心に回転させることによって、被研磨面を球面状に研磨加工する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の形態としては、ゴム板に研磨シートを張りつけた研磨部材を備え、この研磨部材に対して垂直に被研磨面を押圧して球面状に研磨加工する加工装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、最終的な表面粗さを取り除く研磨工法としては、ダイヤモンド砥粒によるポリッシュ、またはＳｉＯ２の微粒子（コロイダルシリカ）を含む懸濁液を用いた研磨工法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−１３８４０６号公報（平成１１年５月２５日公開）
【特許文献２】特開平１１−１６０５７３号公報（平成１１年６月１８日公開）
【特許文献３】特開２００４−２９９０１８号公報（平成１６年１０月２８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の装置構成では、研磨台の凹形円弧状の精度がそのまま端面形状に転写されるため、曲率に応じた研磨台の製作と、常に形状劣化する研磨台の管理を必要とする。また、特に、被加工物である円柱部材が小径であって、この円柱部材の端面を曲率が大きい曲面（例えば、直径２ｍｍ、曲率半径Ｒ１ｍ以上の曲面）に加工する場合では、被研磨面に高い圧力がかかるため、被加工物が破損したり、研磨シートが弾性体であるため、常に同条件による加工が得られず、曲率のばらつきを生じたりするという問題がある。
【０００６】
本発明は、凹型曲面形状面を有する研磨プレートを使用せず、円柱状の被加工物の端面を、常に一定の曲率で、極めて表面粗さが細かい凸型曲面形状に加工することが可能な加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る加工装置は、円柱状の被加工物の端面を加工する加工装置であって、研磨プレートと、筒状治具と、押圧機構と、を備えている。研磨プレートは、平坦な研磨面を有し、回転する。筒状治具は、研磨プレートの研磨面に対して軸方向が略垂直に配置され、被加工物が遊貫される貫通孔が形成されている。押圧機構は、被加工物を研磨プレートの研磨面に対して所定圧力で押圧する。
【０００８】
ここでは、加工装置が、円柱状の被加工物の端面を、凹型曲面形状面を有する研磨プレートを使用せず、極めて表面粗さが細かい凸型曲面形状に加工するために以下のような構成を採用している。
【０００９】
本発明の加工装置は、筒状治具の貫通孔に遊貫された円柱状の被加工物の端面（被研磨面）を、研磨プレートの研磨面に押圧機構が押圧して研磨加工する。
ここで、筒状治具の貫通孔の直径は、円柱状の被加工物の軸方向と貫通孔の軸方向とを略平行にした状態で貫通孔の中に被加工物を挿入した場合、被加工物が貫通孔に遊貫状態（被加工物と貫通孔の円筒面との間に所定の大きさの隙間がある状態で貫通している状態）になる程度の大きさとする。すなわち、貫通孔の直径は、被加工物と貫通孔との間に若干の隙間（例えば、０．０２ｍｍ）が形成される大きさの直径である。また、押圧機構は、被加工物を研磨プレートの研磨面に押し当てる方向に被加工物を押圧する機構であって、例えば、被加工物をバネによって研磨面に向かって付勢するものであってもよい。また、研磨プレートの研磨面は、硬質の金属によって形成されるものであってもよい。また、当該装置によって加工される曲面とは、球面形状を含む。
【００１０】
従来、このような円柱状の被加工物を凸型曲面形状に加工するための加工装置は、凹型曲面形状の研磨面、または弾性材料からなる研磨面、を有する研磨台を備えており、この研磨面に円柱状の被加工物の被研磨面を押し当てて、その端面の形状を凸型曲面形状に加工している。
【００１１】
しかしながら、このような加工装置において、凹型曲面形状の研磨面を用いる場合は、被加工物の端面を所望の曲率に加工するために、その曲率に厳密に応じた高精度な凹型曲面形状を有する研磨面を必要する。つまり、所望の曲率毎に精度の高い研磨面を作製しなければならないという問題がある。さらに、研磨面の形状は、使用時の摩擦によって劣化するため、その都度研磨面のメンテナンスが必要となるという問題がある。また、研磨面に弾性材料を用いる場合は、常に一定の研磨条件を得ることが困難である。このため、被加工物の端面の曲率にばらつきが生じるという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の加工装置は、回転する研磨プレートと、被加工物が遊貫される貫通孔を有する筒状治具と、被加工物を研磨プレートに所定の圧力で押圧する押圧機構と、を備えている。
【００１３】
このような構成により、被加工物が、筒状治具の貫通孔の内部において、研磨プレートに端面が一定の力で押し当てられた状態で歳差運動を行うことができる。すなわち、当該加工装置は、被加工物の端面に対し、回転している研磨プレートの研磨面を摺動させつつ、被加工物をこの被加工物の軸方向が研磨面の垂直方向に対して所定角度で交差した状態で回転させ、さらにこの交差して回転している軸方向を回転中心として被加工物を自転させることができる。つまり、被加工物は、軸方向を回転中心とする自転と、その軸方向自体が回転する軸回転と、の２つの回転運動を同時に行う。したがって、被加工物の端面は、研磨プレートの回転力により、その研磨面と摺動しながらも、研磨面に対して角度を変化させながら回転する。これにより、当該装置は、平坦な研磨プレートによっても、被加工物の端面を曲率が大きい凸型曲面形状（例えば、この曲面の曲率半径が２ｍ程度までの曲面）に加工することができ、かつ常に同じ条件による加工を行うことが可能になる。
【００１４】
この結果、常に、一定の曲率を有した被加工物の端面が形成され、また、加工を望む曲率毎にこの曲率を有する研磨面（研磨プレート）を高精度に形成する手間やコストを省くことが可能になる。これは、使用による研磨面の劣化はこのような研磨加工においては避けがたいものであるが、本発明の構成では、特殊な形状（所望の曲面形状）を有する研磨プレートを使用する必要がなく、一般的に用いられる（市販の）平坦な研磨プレートを交換するのみでよいからである。また、本発明の構成では、被加工物の端面の曲率を決定するのは、被加工物と筒状治具の内側面との隙間であるため、この隙間を変更するためには被加工物の形状が同じであるならば、筒状治具の貫通孔の直径を変更する必要がある。しかし、筒状治具の内側面（貫通孔）は被加工物を研磨するものではないため、摩擦が少なく、形状の劣化が極めて小さい。したがって、予め、貫通孔の直径のことなる筒状治具を所望の曲率に応じて形成しておけば、その後も使用し続けることができるからである。
【００１５】
第２の発明に係る加工装置は、第１の発明に係る加工装置であって、研磨剤を研磨プレートの研磨面上に供給する研磨剤供給部をさらに備えている。
ここでは、研磨剤供給部をさらに備えている。
【００１６】
ここで、供給される研磨剤は、例えば、コロイダイルシリカなどの砥粒を含むことが好ましい。また、研磨剤は、砥粒に加え、この砥粒の分散溶媒を含むことが好ましい。
これにより、当該装置は、被加工物（ここでは端面）と研磨プレート（研磨面）との間に研磨剤を入り込ませることができる。このため、ラフネス（表面粗さ）の少ない加工を行うことが可能になる。これは、研磨プレートの研磨面は、主に硬質の金属からなるものが多く、このような金属によってのみ研磨されると、特に被研磨面が硬い場合などは、互いの表面に研磨傷などが残るおそれがあるからである。
【００１７】
この結果、当該装置は、表面粗さの細かい被研磨面を形成することが可能になる。このため、光学部品（例えば、レンズ）などの、表面に高精度な加工が必要とされる場合は、当該装置は特に有効である。
【００１８】
第３の発明に係る加工装置は、第１または第２の発明に係る加工装置であって、筒状治具の貫通孔の円筒面の表面粗さにおいて、カットオフ値が０．８ｍｍ、かつ標準値が１．６〜１２．５μｍである。
【００１９】
ここで、断面形状を表す曲線から所定の波長より長い表面うねり成分をカットオフした曲線を粗さ曲線といい、この所定の波長をカットオフ値という。また、標準値とは、表面粗さにおける中心線平均粗さである。また、この標準値が低いほど、表面粗さは細かくなる。したがって、低い標準値を得るためには、高精度な表面加工が必要となる。
【００２０】
これにより、筒状治具形成時のコストを抑えつつ、貫通孔の円筒面の摩擦定数を低く抑えることができる。したがって、この貫通孔の円筒面とこの円筒面に沿って歳差運動を行う被加工物との摩擦が軽減される。
この結果、被加工物の歳差運動に不要な影響を与えることを防ぎつつ、被加工物の被加工面を除く表面を傷つけることを、効率よく軽減することが可能になる。
【００２１】
第４の発明に係る加工装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る加工装置であって、押圧機構が被加工物を押圧する圧力は、３Ｎ／ｃｍ2以上７Ｎ／ｃｍ2以下である。
【００２２】
ここでは、被加工物を研磨プレートの研磨面に向けて押圧する力が、３Ｎ／ｃｍ2（ニュートン毎平方センチメートル）以上７Ｎ／ｃｍ2以下である。
このような構成により、研磨面の材質が、通常用いられる材質（例えば、発砲ポリウレタン性のポリッシングパッドや銅、すずなどの材質）のいずれの材質であっても、良好に被加工物を加工することが可能になる。すなわち、このような押圧力を適用すれば、研磨面と被加工物との間に適度な摩擦を生じさせることが可能になり、被加工物に歳差運動を行わせつつその表面を研磨加工することができる。
【００２３】
この結果、被加工物および研磨面において不要な削り傷が生じる可能性を軽減しつつ、平坦な研磨プレートによっても曲率を有する被研磨面を形成することが可能になる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の加工装置によれば、研磨面に曲面形状を有する研磨プレートを用いずに、すなわち平坦な研磨プレートを用いて円柱部材端面の曲面加工を行うことが可能になる。したがって、加工を望む曲率毎にこの曲率を有する研磨面（研磨プレート）を高精度に形成する手間やコストを省くことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の一実施形態に係る加工装置１について、図１（ａ）から図６を用いて以下で説明する。
［加工装置１の構成］
加工装置１は、図１（ａ）、図１（ｂ）および図３に示すように、主に、研磨部２０と回転機構３０と研磨剤供給部４０と研磨治具群５０と押圧機構６０とを備えている。
【００２６】
回転機構３０は、基台部３１と制御部３３とモータ（図示しない）を有している。基台部３１は、加工装置１全体の土台となるものであって、内部にモータやこのモータの回転数などを制御する制御回路（図示しない）などが設置されており、下面側に脚部３１ａが複数設けられている。モータの回転力は、歯車（ギヤ）や軸３２などを介して研磨プレート２４に伝わるように構成されている。
【００２７】
制御部３３は、使用者が加工装置１の起動や研磨プレート１４の回転力を制御するためのものである。この加工装置１では、制御部３３として使用者が所望する制御に応じた各種ボタンが備えられている。これにより、使用者は、これらのボタンを選択して押すことによって、加工装置１を制御することができる。
【００２８】
なお、基台部３１には、加工装置１を水平に保つために、水平器（図示しない）が取り付けられていてもよい。そして、それぞれの脚部３１ａは、鉛直方向に長さを個々に調整することが可能になっている。これにより、加工装置１を水平に設置することができる。
【００２９】
また、回転機構３０は、研磨治具群５０を回転させるための治具回転部３４を備えている。この治具回転部３４は、ベース治具５１をその外周面の外側から強制的に回転させるためのものであって、支持部３５と２つの駆動ローラ３６とを有している。支持部３５の一方の端部３５ａは、は基台部３１の上面に固定されている。また、支持部３５の他の一方の端部３５ｂが研磨プレート２４の上部に張り出すように設けられ、この端部３５ｂによって２つの駆動ローラ３６が支持される。
【００３０】
また、２つの駆動ローラ３６は、外周面がベース治具５１の外周面に接するようにそれぞれ配置される。そして、それぞれの駆動ローラ３６の回転方向は同じ方向（ここでは、時計回り）に回転するように構成されている。このような構成により、駆動ローラ３６が動作（回転）することで、連動してベース治具５１を回転（本実施形態では、反時計回りに回転）させることができる。
【００３１】
研磨部２０は、研磨プレート２４とポリッシングテーブル２５とを有している。ポリッシングテーブル２５は、円板形状であって、その中心部分が上述した回転機構３０においてモータと連動する軸３２に連結している。このため、ポリッシングテーブル２５は、軸３２の回転速度（角速度）と同じ速度で回転する。
【００３２】
次に、研磨プレート２４は、上面側に研磨面２４ａを有している円板形状の部材である。また、研磨プレート２４の下面は、ポリッシングテーブル２５の上面に固定されている。つまり、ポリッシングテーブル２５が回転することによって、研磨プレート２４も同じ速度で回転する。そして、研磨面２４ａと被加工物１０とが研磨面２４ａの回転に伴って摺動することにより、被加工物１０の被研磨面１２を研磨加工する。
【００３３】
なお、この研磨プレート２４とポリッシングテーブル２５との固定は、解除可能な状態で接続されている。これにより、研磨プレート２４は、研磨加工によって磨耗した場合など、必要に応じて新しいものや材質の異なるものに簡単に取替えることができる。
【００３４】
また、本実施形態においては、研磨プレート２４の上面側に、極めて均一な微小発砲ポリウレタンからなるポリッシングパッド２６がさらに備えられている。ポリッシングパッド２６は、表面に微小孔、または微小突起が形成されており、後述する研磨剤４１に含まれる砥粒をその微小孔や微小突起の隙間に固定することができる。本実施形態におけるポリッシングパッド２６は、表面に微小孔を有し、この微小孔の直径は、およそ１μｍである。また、このポリッシングパッド２６の材質は、発砲ポリウレタン樹脂である。
【００３５】
研磨剤供給部４０は、研磨プレート２４の研磨面２４ａ（ポリッシングパッド２６）に研磨剤４１を供給する。この研磨剤４１の供給は、研磨剤４１を滴下することによるものであってもよい。本実施形態における研磨剤４１は、図４（ｂ）に示すように、コロイダルシリカ４１ａと、コロイダルシリカ４１ａを分散するための分散溶媒４１ｂとを含んでいる。そして、コロイダルシリカ４１ａは、平均粒子径が７０ｎｍの大きさであって、研磨剤４１に４０重量％の割合で含まれている。また、分散溶媒４１ｂは、クエン酸を用い、研磨剤のｐＨをｐＨ１０に調整されたものを用いる。そして、常温（２３℃）で、研磨面２４ａの直系が２００ｍｍ、ポリッシングテーブル２５を２０ｒｐｍの回転速度で回転させる場合、１分間に１０ｃｃ以上の研磨剤４１を滴下する。このような条件により、ポリッシングパッド２６の表面を常に研磨剤４１によって覆われた状態にすることができる。したがって、均一で表面粗さの細かい研磨加工が可能になる。
【００３６】
研磨治具群５０は、ベース治具５１と筒状治具５５とを有している。
ベース治具５１は、図３および図４に示すように、研磨面２４ａ（本実施形態においては、ポリッシングパッド２６）上に配置される部材であって、円筒形状の部材である。すなわち、ベース治具５１は、上面視において中心部分に貫通孔５３が形成されている。この貫通孔５３は、筒状治具５５がはめ込まれる孔である。また、ベース治具５１の上面側には、複数の孔部５２が形成されている。この孔部５２は、後述する押圧機構６０の支柱６１が差し込まれ、これにより、押圧機構６０をこのベース治具５１に対して固定することができる。一方、下面側には、放射状の溝５４が形成されている。そして、上述のようにベース治具５１は、駆動ローラ３６によって回転させられる。これにより、放射状の溝５４に入り込んだ研磨剤４１を均一に拡散することができる。したがって、より均一で表面粗さの細かい研磨加工が可能になる。
【００３７】
筒状治具５５は、研磨面２４ａ（本実施形態においては、ポリッシングパッド１５）上に配置される部材であって、円筒形状の部材である。すなわち、上記ベース治具５１と同様に、上面視において中心部分に貫通孔５６が形成されている。この貫通孔５６は、加工装置１によって研磨加工される被加工物１０が遊貫される。すなわち、この貫通孔５６は、被加工物１０を加工装置１にセットするための孔であり、被加工物１０は、貫通孔５６に対し所定の隙間がある状態で挿入される。ここでの所定の隙間については、後段で詳述する。また、貫通孔５６の円周面は、その表面粗さＲａ（標準値）が１．６μｍであり、そのカットオフ値が０．８ｍｍになるように形成されている。
【００３８】
ここで、表面粗さＲａおよびカットオフ値について図１０（ａ）および図１０（ｂ）を用いて簡単に説明する。表面粗さＲａとは、すなわち中心線平均粗さであり、図１０（ａ）に示すように、粗さ曲線ｆを中心線ｋで折り返し、その粗さ曲線と中心線ｋとによって形成される領域の面積を測定長さＬで割った値である。また、カットオフ値とは、図１０（ｂ）に示すように、断面曲線から所定の波長以上の表面うねり成分を除くためのものであって、この所定の波長をカットオフ値という。
【００３９】
また、筒状治具５５の外周面と上記ベース治具５１の貫通孔５３との関係は、いわゆる、すきまばめ（ＪＩＳ０４０１規格）の関係になっている。これにより、筒状治具５５は、ベース治具５１の内周面に対して滑らかな回転摺動を行うことができる。なお、筒状治具５５の外周面と両端面との交差（隣接）部分は、面取りされている。これにより、筒状治具５５はベース治具５１の貫通孔５３に容易に挿入される。このため、使用者は、筒状治具５５の取替えを簡便に行うことができる。
【００４０】
押圧機構６０は、支柱６１と固定板６２とバネ６３とバネ受け６４とバネガイド６５とを有している。
支柱６１は、複数本設けられており、ベース治具５１に対して押圧機構６０全体および各部を支持固定する役割を果たしている。具体的には、支柱６１の一方の端部（以下、下端部）６１ａは、この支柱６１の他の部分よりも細く形成されており、上述したベース治具５１の上面側から形成されている孔部５２にそれぞれ嵌入される。なお、この下端部６１ａは、ベース治具５１の孔部５２に容易に挿入することができるように、面取りされている。一方、支柱６１の他の一方の端部（以下、上端部）６１ｂ近傍には、この支柱６１の長手方向に対して（側面に対して）垂直に貫通する横穴６１ｃが設けられている。この横穴６１ｃは、支柱６１の長手方向に沿って所定間隔で複数個形成されている。そして、この横穴６１ｃに嵌り合うピン６８を挿入することによって、固定板６２を支柱６１に固定する。
【００４１】
固定板６２は、板状の部材であって、押圧機構６０のバネ６３をバネ受け６４方向に付勢するための部材である。この固定板６２は、側面からこの側面に垂直に所定深さの孔部６２ａが形成されている。そして固定板６２は、孔部６２ａと支柱６１に形成された横穴６１ｃとにピン６８を挿入することによって固定される。ここで、上述のように、支柱６１に設けられた横穴６１ｃは、支柱の長手方向に沿って所定間隔で複数形成されている。このため、固定板６２の鉛直方向（支柱６１の長手方向）における固定位置は、使用者がピン６８を挿入する支柱６１の横穴６１ｃを選択することによって調整される。これにより、バネ６３のバネ受けに対する付勢力を調整することができる。
【００４２】
また、固定板６２は、一方の面の中心部分に円柱状の突起６２ｂを有している。この突起６２ｂは、バネ６３を所定の方向へ案内する。すなわち、突起６２ｂは、バネ６３の上端部の固定位置を決定するために設けられている。具体的には、バネ６３は、弾性材料が螺旋上に巻かれているものであるため、その螺旋中心には空間領域が存在する。この空間領域に突起６２ｂを嵌め込むことによって、固定板６２とバネ６３の上端部とが固定される。
【００４３】
バネガイド６５は、支柱６１に固定されている部材であって、バネ６３の長手方向における中間部分を取り囲むように形成されているガイド孔６５ａを有している。すなわち、このガイド孔６５ａにバネ６３が貫通し、バネ受け６４の上端部の突起６４ａまでバネ６３を案内する。これにより、バネ６３にかかる付勢力を損失無く伝達することができる。
【００４４】
バネ受け６４は、バネ６３に与えられた付勢力を被加工物１０に伝える部材である。このバネ受け６４は、上面側に突起６４ａが形成されている。この突起６４ａは、上述の固定板６２の突起６２ｂと同様に、バネ６３の下端部分を固定する。また、バネ受け６４には、下面から略鉛直上方向に向けて所定深さの孔部６４ｂが形成されている。この孔部６４ｂは、被加工物１０が挿入できるように形成されており、この孔部６４ｂの底面６４ｃが被加工物１０の上端面を略鉛直下方向に押圧する。
【００４５】
バネ６３は、その螺旋中心が、固定板６２の突起６２ｂ部分からバネガイド６５のガイド孔６５ａを貫通してバネ受け６４の突起６４ａ分部まで略鉛直方向に伸びている。このバネ６３のバネ定数は、本実施形態においては、３ｇ／ｍｍである。また、本実施形態の構成にこのバネ６３を設置すると、ピン６８を挿入する横穴６１ｃの選択、すなわち固定板の固定位置によって、３，９，１５ｇと押圧力が変化する。なお、ここでの圧力方向は鉛直下向き、すなわち被加工物１０を研磨面２４ａに押し当てる方向である。
【００４６】
＜加工装置１による研磨加工＞
上記加工装置１の構成によって実施される研磨加工について、以下で説明する。
まず、上述のように、筒状治具５５の貫通孔５６に円柱形状の被加工物１０を入れる。このときの貫通孔５６と被加工物１０とは、上述した所定の隙間を有している。次に、被加工物１０を略鉛直下方向に押圧するように、被加工物１０の上端部１１にバネ受け６４をセットする。そして、被加工物１０を略鉛直下方向に押圧する力を所定の圧力にするために、固定板６２の固定位置を調整する。最後に、この状態において、研磨プレート２４と駆動ローラ３６とを回転させる。
【００４７】
なお、図４に示すように、上面視において、研磨プレート２４は反時計回りに回転し、駆動ローラ３６は時計回りに回転する。また、これに伴い、ベース治具５１は、上面視において時計回りに回転する。これは、研磨プレート２４とベース治具５１との摩擦のみによっても起こる現象であるが、本実施形態では、駆動ローラ３６を設けることによって、ベース治具５１の回転を補助する構成となっている。またさらに、ベース治具５１の回転と研磨プレート２４の回転とにより、このベース治具５１の内周面に摺接する筒状治具５５も反時計回りに回転する。
【００４８】
このように回転する筒状治具５５の貫通孔５６に遊貫された被加工物１０は、図５に示すように、研磨面２４ａに対し垂直方向から角度θ傾いた状態になる。そして、回転している研磨面２４ａと被研磨面１２との摩擦により、被加工物１０は、図６に示すように、歳差運動を行う。
【００４９】
ここで、被加工物１０と研磨面２４ａとの関係を概念的に例えるならば、被加工物１０をすりこぎに、研磨面２４ａをすり鉢に例えることができる。つまり、すりこぎに所定角度と所定の力とを与え、すり鉢に対し回転放物面を描く動作を繰り返し行なえば、すりこぎの端面は、すり鉢によって一定の曲率に削られる。
【００５０】
このような、すりこぎの運動と同様な運動を被加工物１０に行わせるためには、以下の２つの要素が重要となる。
まず、一つ目の要素は、被加工物１０が自転回転することである。これには、研磨面２４ａと被研磨面１２との間に生じる摩擦抵抗が関係する。
【００５１】
例えば、押圧機構６０による押圧力が小さければ研磨面２４ａとの摩擦抵抗が低くなる。このため、被加工物１０の被研磨面１２と研磨面２４ａとの間にスリップ現象が生じ、自由度が高い被加工物１０は不均一な回転をおこす。また、押圧力が大きければ、被加工物１０は、研磨面２４ａへくい込むことになる。このため、被加工物１０は回転しない。したがって、好ましくは、押圧機構６０による力は、被加工物１０の被研磨面１２が研磨プレート２４に対してくい込まない程度の力であって、かつ、回転する研磨面２４ａとの摩擦抵抗によって被加工物１０が自転回転する力である。また、この自転回転によって、貫通孔５６の円周面と被加工物１０の外周面とが接した場合、被加工物１０は、貫通孔５６の円周面に沿って公転回転を行う。
【００５２】
次に、二つ目の要素は、被加工物１０の軸中心方向が研磨面２４ａの法線に対して傾くことである。図５に示すように、被加工物１０の直径ｐ１より筒状治具５５の貫通孔５６の直径ｐ２を大きく（ｐ２＞ｐ１）すると、被加工物１０と貫通孔５６との間に隙間が生じる。ここで、筒状治具５５の高さｐ３が一定である場合、貫通孔５６の直径ｐ２を大きくしていけば、被加工物１の傾きθは大きくなる。このため、筒状治具５５の貫通孔５６の直径ｐ２を変更することにより、角度θを調整することができる。
【００５３】
そして、上記２つの要素を実現することができる加工装置１は、被加工物１０に対して、図６に示すように、自転回転と傾きが生じつつ筒状治具５５の貫通孔５６の円周面に沿って転がる運動とを同時に行う運動、すなわち歳差運動を行わせることができる。
【００５４】
なお、このような被研磨物１０の歳差運動の回転速度は、研磨プレート２４の半径方向において、筒状治具５５の回転中心と研磨プレート２４の回転中心との距離に依存する。これは、研磨プレート２４の研磨面２４ａの被加工物１０に対する相対速度が、研磨プレート２４の半径方向内側に比べ半径方向外側のほうが速いためである。
【００５５】
この結果、研磨加工の速度は、筒状治具５５が研磨プレート２４の半径方向外側に位置する場合、半径方向内側に位置する場合よりも速くなる。したがって、研磨加工の速度は、筒状治具５５と研磨プレート２４との相対位置によっても調整することが可能である。
【００５６】
＜実施例１＞
以下に、上記加工装置１を用いて行った研磨加工の実施例１の結果を示す。
まず、この実施例１において、上述していない主な条件を以下にまとめる。ここで、以下の条件は、被研磨面１２の曲率半径ＲがＲ＝１ｍとなるように設定された条件である。筒状治具５５の貫通孔５６の直径は、２．００２ｍｍである。また、被加工物１０は、セラミックスの円柱形状部材であって、そのサイズは、直径が２ｍｍで長さが３５ｍｍである。このため、被加工物１０の外周面と貫通孔５６の円周面との隙間は、上面視において同心円状態になるようにそれぞれを配置した場合、径方向において０．０２ｍｍである。そして、図５に示す状態における傾きの角度θは、０．０２８°である。また、被加工物１０を押圧する力は、５Ｎ／ｃｍ2である。
【００５７】
なお、このようなセラミックス部材は、高電圧などによる励起エネルギーを与えることにより、レーザー光が発生する。したがって、このような光学部材は、励起エネルギーの損失を避けるために、両端面あるいは片面側に曲率半径Ｒ＝１ｍの曲面（球面）を設ける必要がある。さらに、この光学部材は、レーザー光の出力効率を高めるために、端面の表面粗さを極めて低くする必要もある。したがって、本実施例においては、研磨加工の速度よりもその精度が要求されるため、上述したように、研磨剤４１としてコロイダルシリカ４１ａを採用し、かつポリッシングパッド２６を用いた。
【００５８】
このような条件の下、被研磨面１２を白色干渉計ＷＹＫＯ（Ｖｅｅｃｏ製）によって測定した結果を図８（ａ）および図８（ｂ）に示す。ここで、図８（ａ）は、研磨加工された被研磨面１２を平面視した結果を示す。なお、この図８（ａ）における被研磨面１２を示す領域において、白色から黒色への色合いの変化は、測定部からの距離が近づいていることを表している。すなわち、図中では、色合いが黒いほうが測定部に近いことを表している。そして、図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＸ−Ｘ断面プロファイルを実測値によって表している。
【００５９】
この結果から、図８（ｂ）に示すように、Ｒｔ＝０．４７μｍであることが示された。ここで、Ｒｔは、図７に示すように、曲面１２ａ（被研磨面１２）の開始部分を結ぶ直線と、曲面１２ａの接線１２ｂと、が平行になる状態において、これらの直線間の距離を表す。そして、このＲｔと曲面１２ａの曲率半径Ｒと円柱部材における端面の半径ｒとの関係は、Ｒ＝（Ｒｔ2＋ｒ2）／２Ｒｔによって表される。この関係式に所望する曲率半径であるＲ＝１ｍと初期条件であるｒ＝１ｍｍを代入すると、Ｒｔ＝０．５μｍとなる。したがって、実験結果であるＲｔ＝０．４７μｍは、極めて目標値に近い値である。換言すれば、極めてＲ＝１に近い曲率半径を有する被研磨面を得られたと言える。この結果、加工装置１によって、所望する曲率半径が円柱部材の直径に対して極めて大きい場合であっても、所望の曲率半径を有する端面を得られることが示された。
【００６０】
また、測定結果から、被研磨面１２の表面粗さが０．０９μｍ以下であることが示された。したがって、加工装置１によって、極めて表面粗さを抑えた研磨加工が可能であることが示された。
【００６１】
＜実施例２＞
次に上記加工装置１を用いて行った研磨加工の実施例２の結果を以下に示す。
上記実施例１に対して異なる条件を以下にまとめる。なお、以下の条件は、被研磨面１２の曲率半径ＲがＲ＝５００ｍｍとなるように設定された条件である。
【００６２】
まず、この実施例２では、ポリッシングパッド２６を使用していない。また、研磨剤４１は、一般的に広く用いられているグリーカーボンを用いた。これは、実施例１とは異なり、被研磨面１２の表面粗さの精度が要求されず、研磨加工の速度を重視したためである。筒状治具５５の貫通孔５６の直径は、２．００４ｍｍである。また、被加工物１０は、材質がステンレス鋼からなるものを用いたが、形状および大きさは実施例１における被加工物１０と同じである。このため、被加工物１０の外周面と貫通孔５６の円周面との隙間は、上面視において同心円状態になるようにそれぞれを配置した場合、径方向において０．０４ｍｍである。そして、図５に示す状態における傾きの角度θは、０．０５７°である。
【００６３】
このような条件の下、被研磨面１２を上記実施例１と同様に測定した結果を図９（ａ）および図９（ｂ）に示す。
この結果から、図９（ｂ）に示すように、Ｒｔ＝１．０２μｍであることが示された。ここで、上記関係式に所望する曲率半径であるＲ＝５００ｍｍと初期条件であるｒ＝１ｍｍを代入すると、Ｒｔ＝１μｍとなる。したがって、実験結果であるＲｔ＝１．０２μｍは、極めて目標値に近い値である。換言すれば、極めてＲ＝５００ｍｍに近い曲率半径を有する被研磨面を得られたと言える。
【００６４】
＜実施例３＞
加工条件を以下に示す。被加工物１０の直径は２ｍｍであり、材質はセラミックスである。また、押圧力が５．５Ｎ／ｃｍ2、研磨剤４１に含まれる砥粒はコロイダルシリカ４１ａ、ポリッシングパッド２６の材質は硬質ポリウレタンである。
【００６５】
このような加工条件のもと、筒状治具５５については、貫通孔５６の直径が２．０２ｍｍ、２．０４ｍｍおよび２．０１ｍｍである３つの筒状治具５５を用いてそれぞれ実施した。なお、これらの条件は、被研磨面１２の曲率半径Ｒが、順にＲ＝１ｍ、２ｍおよび０．５ｍとなるように設定された条件である。また、それぞれの条件に対して、同形状および同材質の被加工物１０を２つずつ用意し、それぞれを研磨加工した。
【００６６】
このような条件の下に実施された研磨加工の結果を、上記実施例１および２と同様に、Ｒｔを求めることによって比較した。ここで、Ｒ＝１ｍ、２ｍおよび０．５ｍとなる理想のＲｔは、Ｒｔ＝０．５μｍ、Ｒｔ＝１．０μｍおよびＲｔ＝０．２５μｍである。
【００６７】
まず、Ｒ＝１ｍとなるように設定された条件では、一つ目の被加工物１０のＲｔは、Ｒｔ＝０．４７μｍであった。２つ目の被加工物１０のＲｔは、Ｒｔ＝０．４２μｍであった。次に、Ｒ＝２ｍとなるように設定された条件では、一つ目の被加工物１０のＲｔは、Ｒｔ＝１．０２μｍであった。２つ目の被加工物１０のＲｔは、Ｒｔ＝０．９１μｍであった。まず、Ｒ＝０．５ｍとなるように設定された条件では、一つ目の被加工物１０のＲｔは、Ｒｔ＝０．３４μｍであった。２つ目の被加工物１０のＲｔは、Ｒｔ＝０．２０μｍであった。
【００６８】
この実施例における結果から、本発明に係る加工装置による研磨加工は、高い再現性を有することが示された。また、曲率半径Ｒと、被加工物１０の外周面と貫通孔５６の円周面との隙間の大きさと、の関係が比例関係であることが示された。すなわち、他の条件が同じであるならば、被加工物１０の外周面と貫通孔５６の円周面との隙間の大きさを２倍にすれば、研磨加工後の被研磨面１２の曲率半径Ｒを２倍にすることができる。
【００６９】
＜実施例４＞
加工条件を以下に示す。被加工物１０の直径は２ｍｍ、材質はセラミックス、表面粗さＲａは０．８μｍである。また、押圧力が５Ｎ／ｃｍ2、研磨剤４１に含まれる砥粒は平均粒子径１μｍのダイヤモンド、研磨プレート２４の材質はすずである。
【００７０】
そして、筒状治具５５の貫通孔５６の円周面の表面粗さＲａが１．６μｍ、６．３μｍ、１２．５μｍおよび２５μｍである４種類の筒状治具５５を用いて、それぞれ研磨加工を行った。そして、それぞれの被研磨物１０の被研磨面１２を上記実施例と同様に白色干渉計を用いて測定し、この測定結果から断面形状を確認した。
【００７１】
この結果、貫通孔５６の円周面の表面粗さＲａが１．６μｍ、６．３μｍおよび１２．５μｍである場合は、一定の曲率を有した端面研磨加工を確認することができた。しかしながら、表面粗さＲａが２５μｍである被加工物１０については、一定の曲率を有した被研磨面１２を得ることができなかった。
【００７２】
この実施例における結果から、本発明に係る加工装置による研磨加工は、筒状治具５５の貫通孔５６の円周面の表面粗さＲａが、加工精度に影響を及ぼすものであることが示された。具体的には、その表面粗さＲａが１．６μｍ〜１２．５μｍであることが、本発明に係る加工装置を用いた研磨加工にとって有効であることが示された。これは、上述したように、筒状治具５５の貫通孔５６内において、被加工物１０に良好な歳差運動を行わせるために必要な条件であると考えられる。
【００７３】
［本加工装置１の特徴］
（１）
本実施形態の加工装置１は、図１、図２に示すように、円柱状の被加工物１０の被研磨面１２を加工する装置であって、回転する研磨プレート２４と、筒状治具５５と、押圧機構６０と、を備えている。研磨プレート２４は、平坦な研磨面２４ａを有し、さらにこの研磨面２４ａにはポリッシングパッド２６が設けられている。筒状治具５５は、研磨プレート２４の研磨面２４ａに対して軸方向が略垂直に配置され、被加工物１０が遊貫される貫通孔５６が形成されている。押圧機構６０は、バネを有し、このバネ６３の力によって被加工物１０を研磨プレート２４の研磨面２４ａに対して約５Ｎ／ｃｍ2で押圧する。
【００７４】
このような構成により、被加工物１０が、筒状治具５５の貫通孔５６の内部において、研磨プレート２４に被研磨面１２が所定の力（５Ｎ／ｃｍ2）で押し当てられた状態で歳差運動を行うことができる。ここで、従来の研磨加工装置では、被加工物が、この被加工物と研磨プレートとの間に生じる摩擦によって所定位置からずれないように、高い押圧力が必要とされる。しかしながら、加工装置１では、高い押圧力を必要としない構成であるため、被加工物１０に自由度を持たせることができる程度のバネ６３を、押圧力を生じさせるものとして用いることができる。つまり、被加工物１０および研磨プレート２４に不要な力が加わらない。したがって、被加工物１０および研磨プレート２４が破損する可能性を軽減することが可能になる。
【００７５】
この結果、例えば、直径が２ｍｍで長さが３５ｍｍという直径が極めて短い円柱形状の被加工物１０であっても、その端面（被研磨面１２）を曲率半径Ｒ＝１ｍという極めて大きな曲率半径を有する曲面に加工することが可能になる。また、表面に曲面形状を有する研磨プレートを必要とせずに、曲率を有する被研磨面を形成することができる。したがって、曲面形状の研磨面を有する研磨プレートを形成する手間やコストを省くことが可能になる。
【００７６】
（２）
本実施形態の加工装置１は、図１に示すように、研磨剤４１を研磨プレート２４の研磨面２４ａ上に供給する研磨剤供給部４０をさらに備えている。
【００７７】
これにより、加工装置１は、被加工物１０の被研磨面１２と研磨面２４ａとの間に所望の研磨剤４１を入り込ませることができる。このため、研磨速度が要求される場合は、例えばグリーンカーボンを使用し、ラフネス（表面粗さ）の少ない加工が要求される場合は、例えば、粒径の小さい（例えば、５０ｎｍ）コロイダルシリカ４１ａを使用することができる。
この結果、研磨加工に対して要求される内容に応じて研磨剤４１を選択することができる。
【００７８】
（３）
本実施形態の加工装置１は、図２に示すように、研磨剤４１に砥粒としてのコロイダルシリカ４１ａを含み、このコロイダルシリカ４１ａの平均粒子径分布が、およそ７０ｎｍであり、コロイダルシリカの分散溶媒に対する含有率は、およそ４０重量％である。また、コロイダルシリカ４１ａの分散溶媒はクエン酸であり、そのｐＨは１０である。
【００７９】
この結果、加工装置１は、実施例１に示すように、表面粗さが０．０９μｍという極めて細かい表面粗さを有する被研磨面１２を形成することが可能になる。このため、レーザー光源に含まれる部材などの、表面に高精度な加工が必要とされる場合は、加工装置１は特に有効である。なお、研磨剤４１のこのような条件は、研磨の最中にコロイダルシリカ４１ａ同士が互いに集合して平均粒子径が変化することがない。このため、加工装置１は、安定した加工を行うことが可能になり、高精度な表面研磨を行うことが可能になる。
【００８０】
（４）
本実施形態の加工装置１は、図１に示すように、研磨面２４ａに発砲ポリウレタン樹脂で形成されたポリッシングパッド２６を有する。
【００８１】
これにより、研磨プレート２４よりも軟らかい面を研磨面２４ａの最表面に設け、かつ砥粒を、このポリッシングパッド２６の特性に応じた密度で研磨面に留めることができる。したがって、研磨速度や表面粗さを精密に制御することが可能になる。
この結果、被研磨面１２に対しクラックやピッチングの発生を軽減することができ、より良質な表面に研磨することが可能になる。
【００８２】
（５）
本実施形態の加工装置１は、筒状治具５５の貫通孔５６の円筒面の表面粗さにおいて、カットオフ値が０．８ｍｍ、かつ標準値が１．６〜１２．５μｍである。
【００８３】
これにより、筒状治具５５形成時のコストを抑えつつ、貫通孔５６の円筒面の摩擦定数を低く抑えることができる。したがって、この貫通孔５６の円筒面とこの円筒面に沿って歳差運動を行う被加工物１０との摩擦が軽減される。
この結果、被加工物１０の歳差運動に不要な影響を与えることを防ぎつつ、被加工物１０の被研磨面１２を除く表面を傷つけることを、効率よく軽減することが可能になる。
【００８４】
（６）
本実施形態の加工装置１は、図３に示すように、押圧機構６０が被加工物１０を押圧する圧力は、およそ５Ｎ／ｃｍ2である。
【００８５】
これにより、被加工物１０が研磨面２４ａに食い込むことなく、かつ、良好な歳差運動を行うことができる。
この結果、被加工物１０の被研磨面１２を一定の曲率を有した曲面に形成することがっ可能になる。
【００８６】
＜他の実施形態＞
（Ａ）
上記実施形態では、加工装置１に研磨剤供給部４０を設けた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８７】
例えば、研磨剤供給部４０を備えていない構成であってもよい。すなわち、使用者が自ら研磨剤４１を供給する構成であってもよく、あるいは、研磨剤４１を使用せずに研磨加工を行ってもよい。
これによっても、上記実施形態と同様に、所望の曲率半径を有した被研磨面を形成することが可能である。
【００８８】
（Ｂ）
上記実施形態では、研磨剤４１としてコロイダルシリカ４１ａあるいはグリーンカーボンを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、被加工物の材質や所望する研磨加工に応じて、他の砥粒やｐＨ調整剤などを用いたものであってもよい。
【００８９】
（Ｃ）
上記実施形態では、ポリッシングパッド２６として発砲ポリウレタン樹脂を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９０】
例えば、ポリッシングパッドの材質が他の樹脂や合成繊維、ガラス繊維、天然繊維などであってもよい。
これによっても、一般的に用いられる研磨プレート２４よりも軟らかい材質であるため、被研磨面を不要に傷つけることがなく、良好な研磨加工を行うことが可能になる。
【００９１】
（Ｄ）
上記実施形態では、押圧機構６０としてバネ６３を含む例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９２】
例えば、被加工物１０の上部に錘を設けるとによって被加工物１０を鉛直下方向に押圧するものであってもよい。
これによっても、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能である。
【００９３】
（Ｅ）
上記実施形態では、ベース治具５１を強制的に回転させる治具回転部３４を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９４】
例えば、治具回転部３４を設けない構成であってもよく、この場合、ベース治具５１を所定の位置に留める機構を設ければよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明にかかる円柱部材の端面の加工装置は、表面粗さを軽減しつつ曲率半径の大きい曲面を円柱部材の端面に形成することができるという効果を奏するため、精密材料、特に光学材料の端面形成等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る加工装置の一部を示す平面図。（ｂ）は、（ａ）に示す加工装置の一部を示す側面図。
【図２】図１（ａ）に含まれる研磨剤供給部が供給する研磨剤の概念図。
【図３】本発明の一実施形態に係る加工装置の一部を示す側面視断面図。
【図４】図３に示す研磨治具群と被加工物との動きを概念的に表す斜視断面図。
【図５】図４に示す筒状治具と被加工物との動きを概念的に示す側面視断面図。
【図６】図４に示す筒状治具の貫通孔内部における被加工物の歳差運動を示す模式図。
【図７】図１（ａ），図１（ｂ）および図２に示す加工装置による研磨加工の結果を説明する模式図。
【図８】（ａ）は、実施例１の研磨加工の結果を白色干渉計によって測定した白色干渉図。（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ断面プロファイルを表す図。
【図９】（ａ）は、実施例２の研磨加工の結果を白色干渉計によって測定した白色干渉図。（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ断面プロファイルを表す図。
【図１０】（ａ）は、表面粗さを定義するための説明図。（ｂ）は、カットオフ値を定義するための説明図。
【符号の説明】
【００９７】
１      加工装置
１０    被加工物
１１    上端部
１２    被研磨面
２０    研磨部
２４    研磨プレート
２４ａ  研磨面
２５    ポリッシングテーブル
２６    ポリッシングパッド
３０    回転機構
３１    基台部
３１ａ  脚部
３２    軸
３３    制御部
３４    治具回転部
３５    支持部
３５ａ  端部
３５ｂ  端部
３６    駆動ローラ
４０    研磨剤供給部
４１    研磨剤
４１ａ  コロイダルシリカ
４１ｂ  分散溶媒
５０    研磨治具群
５１    ベース治具
５２    孔部
５３    貫通孔
５４    溝
５５    筒状治具
５６    貫通孔
６０    押圧機構
６１    支柱
６１ａ  下端部
６１ｂ  上端部
６１ｃ  横穴
６２    固定板
６２ａ  孔部
６２ｂ  突起
６３    バネ
６４    バネ受け
６４ａ  突起
６４ｂ  孔部
６４ｃ  底面
６５    バネガイド
６５ａ  ガイド孔
【図１】
2009214210.tif 000003
【図２】
2009214210.tif 000004
【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】
2009214210.tif 000009
【図８】
2009214210.tif 000010
【図９】
2009214210.tif 000011
【図１０】
2009214210.tif 000012