(57)【要約】【課題】簡易な機構により、研磨荷重を効率良く掛けて、微小な研磨物品である微小レンズ、その微小レンズの金型などを研磨する方法および装置を提供する。【解決手段】ワークをワーク保持手段で保持した状態で、ワークの研磨面の上方に研磨面と接触するようにツールを配置して、ワークを研磨する小型チルト研磨方法であって、ツールを揺動させる一方で、ワークを回転軸心のまわりで回転させつつ、ワークをワーク保持手段と一緒に傾動軸心のまわりで傾斜させることを特徴とする小型チルト研磨方法。【選択図】図１
2009269136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークをワーク保持手段で保持した状態で、ワークの研磨面の上方に研磨面と接触するようにツールを配置して、ワークを研磨する小型チルト研磨方法であって、ツールを揺動させる一方で、ワークを回転軸心のまわりで回転させつつ、ワークをワーク保持手段と一緒に傾動軸心のまわりで傾斜させることを特徴とする小型チルト研磨方法。
【請求項２】
ツールの軸心の延長線上にワークの傾動軸心が位置していることを特徴とする請求項１に記載の小型チルト研磨方法。
【請求項３】
ツールの軸心が揺動範囲の中間点でほぼ鉛直方向に位置することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の小型チルト研磨方法。
【請求項４】
ワークの研磨面の頂点と周辺端の中間がワークの傾動軸心のほぼ真上に位置するように、ワークを傾斜させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の小型チルト研磨方法。
【請求項５】
リンク機構によってワーク保持手段を傾斜させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の小型チルト研磨方法。
【請求項６】
ツールの軸心が常にワークの研磨面と垂直になるように、ワークを傾斜させるとともにツールを揺動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の小型チルト研磨方法。
【請求項７】
ツールの軸心が常にワークの研磨面の球心を通ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の小型チルト研磨方法。
【請求項８】
ワークを保持するワーク保持手段と、
ワークをワーク保持手段と一緒に傾斜させるワーク傾動手段と、
ワーク保持手段の上方に配置されていて、ワークの研磨面と接触するようにツールを配置するツール装着手段と、
ツール装着手段と一緒にツールを揺動させるツール揺動手段とを有し、
ワークをワーク保持手段で保持した状態で、ワークの研磨面の上方に研磨面と接触するようにツールを配置して、ツールを揺動させる一方で、ワークを回転軸心のまわりで回転させつつ、ワークをワーク保持手段と一緒に傾動軸心のまわりで傾斜させることを特徴とする小型チルト研磨装置。
【請求項９】
ツール装着手段に装着されたツールの軸心の延長線上に、ワーク保持手段で保持したワークの傾動軸心が位置する構成にしたことを特徴とする請求項８に記載の小型チルト研磨装置。
【請求項１０】
ツールの軸心が揺動範囲の中間点でほぼ鉛直方向に位置することを特徴とする請求項８〜９のいずれか１項に記載の小型チルト研磨装置。
【請求項１１】
ワークの研磨面の頂点と周辺端の中間がワークの傾動軸心のほぼ真上に位置するように、ワークを傾斜させることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の小型チルト研磨装置。
【請求項１２】
リンク機構によってワーク保持手段を傾斜させることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の小型チルト研磨装置。
【請求項１３】
ツールの軸心が常にワークの研磨面と垂直になるように、ワークを傾斜させるとともにツールを揺動させることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の小型チルト研磨装置。
【請求項１４】
ツールの軸心が常にワークの研磨面の球心を通ることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の小型チルト研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
小型の凹レンズや凸レンズ、あるいは、凹面を有する金型や凸面を有する金型を研磨するための小型チルト式研磨方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、研磨面の頂部にカンザシの先端を回転自在に取り付け、揺動機構によって被研磨品の球心を通る直線上にカンザシを位置させながら旋回状態に揺動するように構成された研磨機は公知である（特許文献１、第２頁右上欄第３行〜同頁同欄第８行、第３図参照）。
【０００３】
また、カンザシを張付皿にピッチで張り付けられた被研磨品の球心を中心に同一平面上で揺動自在にする揺動機構に連結されている研磨機も知られている（特許文献１、第２頁左下欄第１３行〜同頁同欄第１６行、第４図、第５図）。
【０００４】
また、従来から、特に金属、ガラス光学素子等の曲面形状を高精度に研磨する研磨装置において、旋回軸心を中心として所定角度旋回可能に軸支され、被研磨材たるワークを収納するハウジングを支持するワーク軸体を、駆動ギアを介して駆動モータにより、旋回可能にする技術は公知である（特許文献２公報第２頁左欄第１１行〜同頁同欄第１４行、第３頁左欄第２５行〜同頁同欄第７行、第１図〜第３図）。
【０００５】
また、ゴム砥石を有するツールをスピンドルの先端に配置し、光学素子の表面またはその成形を行う成形用金型の表面を高精度に研磨加工するツール及び研磨方法は公知である（特許文献３行番号０００１、００２７〜００２８、第２図）。
【特許文献１】特開昭５９−１４４５４号公報、第３図
【特許文献２】特公平５−４３４５２号公報、第１図〜第３図
【特許文献３】特開２００５−１１８８９７号公報、第２図
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３の発明においては、常にワークを一定の位置（球面状の研磨面の頂点が球心の真上にくる位置）に維持して研磨するため、研磨荷重を効率良く掛けることができない。
【０００７】
そこで、本願発明は、簡易な機構により、研磨荷重を効率良く掛けて、微小な研磨物品である微小レンズ、その微小レンズの金型などを研磨する方法および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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載した事項を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上により、簡易な機構により、研磨荷重を効率良く掛けて、微小な研磨物品である微小レンズ、その微小レンズの金型などを研磨することができる。
【発明を実施する最良の形態】
【００１０】
本発明の最良の実施形態は、手動で操作するハンド研磨装置の弱点を解消するものである。
【００１１】
本発明の最良の実施形態は、ワークの球面状の研磨面の全面あるいは部分を研磨するとき、とくに綿棒のような柔らかいツールを使用する場合に、凸面あるいは凹面の高傾斜形状などに対して、研磨剤を付着させたツールを手動ハンドルで操作しながら、回転しつつあるワークの研磨面に押し当てる際に、研磨荷重を効率良く掛けて研磨することを可能とする。しかも容易にかつ高品位に研磨をすることができるようにする。
【００１２】
特に小径のワークの場合、ツールの手動操作では狙いどころが定まりにくく、ツール移動の正確さにも欠けがちである。とくに研磨面が凸面の場合は、回転するワークにツールがはじかれて滑り落ちてしまい、非常に困難である。
【００１３】
そこで、これらの作業性の悪さをなくし、容易に安定した研磨ができることが望まれる。
【００１４】
本発明の最良の実施形態によれば、ワークをワーク保持手段で保持した状態で、ワークの研磨面の上方に研磨面と接触するようにツールを配置して、ワークを研磨する小型チルト研磨方法及び装置を改良して、ツールを揺動させる一方で、ワークを回転軸心のまわりで回転させつつ、ワークをワーク保持手段と一緒に傾動軸心のまわりで傾斜させる。好ましくは、ツールの軸心の延長線上にワークの傾動軸心が位置している。とくに、ツールの軸心が揺動範囲の中間点でほぼ鉛直方向に位置する。さらに、ワークの研磨面の頂点と周辺端の中間がワークの傾動軸心のほぼ真上に位置するように、ワークを傾斜させることが好ましい。また、ツールの軸心が常にワークの研磨面と垂直になるように、ワークを傾斜させるとともにツールを揺動させることが好ましい。さらに好ましくは、ツールの軸心が常にワークの研磨面の球心を通る。
【００１５】
本発明による小型チルト研磨装置は、ワークを保持するワーク保持手段と、ワークをワーク保持手段と一緒に傾斜させるワーク傾動手段と、ワーク保持手段の上方に配置されていて、ワークの研磨面と接触するようにツールを配置するツール装着手段と、ツール装着手段と一緒にツールを揺動させるツール揺動手段とを有し、ワークをワーク保持手段で保持した状態で、ワークの研磨面の上方に研磨面と接触するようにツールを配置して、ツールを揺動させる一方で、ワークを回転軸心のまわりで回転させつつ、ワークをワーク保持手段と一緒に傾動軸心のまわりで傾斜させる。
【００１６】
ツール装着手段に装着されたツールの軸心の延長線上に、ワーク保持手段で保持したワークの傾動軸心が位置する構成にする。
【実施例】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１８】
図１〜３において、ツール装着手段は、ツール１、ツールホルダ２、ツールガイド３を有する。ワーク作動手段は、ワーク４、ワークチャック５、モーター６、傾斜ステージ１０、傾斜ステージ１０の傾動軸１２、送り機構１３、リンク機構の主要部であるジョイント１４を有する。揺動機構１６は、支持部材１７、揺動ユニット１８、揺動軸１９、Ｚステージ２０を有する。これらは、下ベース８、上ベース９に配置されている。
【００１９】
ツール１はツールホルダ２でチャックしてクランプする。研磨作業中、ツールホルダ２がツールガイド３内に保持された状態で、所定ストロークにわたってツールホルダ２が移動することで、ツール１がワーク４の表面に追従して、ほぼ点接触の形で接触し続ける。
【００２０】
ツールホルダ２の下端部に綿棒などのツール１の一端部を三方爪チャック方式でクランプする。ツールガイド３に形成された穴は、ツールホルダ２と精密に嵌合可能となっている。ツール１をクランプしたツールホルダ２が所定のストロークでツールガイド３内を移動しつつも、ストローク範囲内において常に精密な嵌合状態が維持される。そのため、ワーク４と接するツール１の先端のぶれは微小である。
【００２１】
ツールホルダ２がツールガイド３内を直線的に移動する一方で、ツール１がワーク４の研磨面に接触し続ける。
【００２２】
そのとき、図７の（Ａ）に示す参考例のように、ツール１の軸心を鉛直状態にしたまま平行移動して、常にワーク４を一定の水平位置に保持していると、ワーク４の研磨面が球面であるので、ツール１の当たり所、とくにツール１とワーク４の研磨面との角度が変る。
【００２３】
図６（Ａ）と図７（Ｂ）に示す別の参考例のように、ワーク４の研磨面にツール１を同じ角度（垂直）で接触させると、ツール１の軸心がワーク４の研磨面の球心６３に位置して、ワーク４の表面に対して常に垂直にツール１が当たる。
【００２４】
しかし、図７（Ａ）（Ｂ）の参考例では、ツール１の荷重（自然荷重）の重心方向が、とくに図の左側に示すツール１の位置のとき、ワーク４の研磨面の球心６３に向かないので、研磨荷重の効率が悪い。
【００２５】
これに対し、本発明の好適な実施例を示す図６（Ｂ）と図７（Ｃ）では、ワーク４をワーク保持手段で保持した状態で、ワーク４の研磨面の上方に研磨面と接触するようにツール１を配置して、ワーク４を研磨する際に、ツール１を揺動させる一方で、ワーク４を回転軸心６５のまわりで回転させつつ、ワーク４をワーク保持手段と一緒に傾動軸心６３のまわりで傾斜させる。好ましくは、ワーク４の研磨面の頂点６１と周辺端６２の中間点６４がワークの傾動軸心のほぼ真上に位置するように、ワーク４を傾斜させる。
【００２６】
ツール１の軸心の延長線上にワーク４の傾動軸心６３が位置している。
【００２７】
ツール１の軸心が揺動範囲の中間点６４でほぼ鉛直方向に位置する。
【００２８】
ワーク４の研磨面が深い曲面で、その周辺を研磨する場合、とくに図７（Ｂ）の参考例では、ツール１の軸心が大きく傾くため、研磨荷重が中心部に比し周辺で軽減するとともに、ツール１のストローク移動時の摩擦抵抗の影響が大きくなり、荷重が不安定になる。
【００２９】
これに対し、図７（Ｃ）では、そのような欠点が、ある程度解消される。
【００３０】
ワーク４の研磨面中心部でツール１の軸心が鉛直方向に位置するときは、ツール１とツールホルダ２の総合重量（自重）がほぼそのままワーク４に掛かる。
【００３１】
これらの総合重量（自然荷重）が重過ぎる場合は、天秤式のバランスウェイト（図示せず）で軽減することができる。
【００３２】
研磨荷重（自然荷重）を効率良く掛けるために、ツール１が常に鉛直方向又はそれに近い姿勢になることが望ましい。そのために、図７の（Ｃ）に示すように、ワーク４を傾斜させ、かつ、ツール１の揺動範囲１００の中間点６４がほぼ球心の真上にくるようにする。
【００３３】
ワーク４の研磨面の全面を研磨しようとする場合、ワーク４の研磨面の頂点６１（図７参照）と周辺端６２の間の揺動範囲１００にわたって、ツール１が図７（Ｃ）の左端と右端の間で揺動するようにする。このとき、ワークは１は傾動軸心を中心として傾動した状態に維持され、かつ、回転軸心６５を中心として回転しているので、ワーク４の研磨面の全面を研磨することになる。
【００３４】
ワーク４の頂点６１と周辺端６２の中間点６４が球心のほぼ真上に位置するように、ワーク４を傾斜させれば、ワーク４の研磨面の全体に荷重が有効に掛かる。
【００３５】
全面研磨でなく、部分領域のみを研磨するのであれば、該当部位が上側にくるようにする。
【００３６】
また、ワーク４の研磨面の球面の曲率Ｒの中心とツール１の旋回する中心が同一になるようにすることが好ましい。この中心合わせのとき、必ずしも厳密に中心合わせをしなくてもよい。ツール１は所定のストロークで移動して、ワーク４に追従するが、そのとき、ストロークの長さが少なくて済むようすることが望ましい。ストロークの長さが大きいと、ツール系の慣性の影響で追従の遅れが出やすくなるからである。
【００３７】
一方、段取りは、ワーク４を水平姿勢にした方が、ワーク心出し、ツール位置出しなどの作業がしやすい。
【００３８】
なお、ツール系は強固な筐体側あるいはそれに準じたベース上に構築することが常套と考えられるが、その場合、水平姿勢で段取りしても、ワーク４を傾斜させると、ツール１は元の位置にあるので、相互の位置関係が崩れてしまい、ツール１をワーク４に合わせ直さなければならない。あるいは、そのような合わせ直しを避けるためには、ワーク４を傾斜状態のままにして、段取りを行わざるを得ない。
【００３９】
そこで、ワーク４とツール１の位置関係を維持したまま、ワーク４とツール１の両方に傾斜を与えると、操作性が向上する。
【００４０】
このように、ワーク４とツール１の両方に傾斜を与えると、（Ｒが違う）異なるワーク４への対応能力が高まる。
【００４１】
また、ワーク４を傾斜させると、上から観察しやすくなり、研磨ポイントが見易く、作業がしやすい。
【００４２】
更に、本発明のチルト研磨装置の構成を詳細に説明する。
【００４３】
傾斜ステージ１０は、仮想の直線上に配置した２つの軸受け２３，２４を両端に有する。それらの軸受け２３，２４は上ベース９の下面に取り付ける。
【００４４】
下ベース８には１軸送りステージ２６を取り付ける。
【００４５】
下ベース８と上ベース９は４本の柱２８で固定し相互位置を保つ。
【００４６】
傾斜ステージ１０から張り出したフランジ３０と１軸送りステージ２６とは、リンク機構の主要部を構成する間隔調整ジョイント１４で接続する。手動ハンドル３２を操作して、１軸送りステージ２６の一軸方向の送り操作をして、リンク仕掛けで傾斜ステージ１０に傾斜を与える。必要に応じて、１軸送りステージ２６をロックすることで、傾斜ステージ１０に設定した傾斜角度を保持することができる。
【００４７】
傾斜ステージ１０にはワーク４を固定するバキューム式のワークチャック５が設けられており、ワーク４を吸着・固定しながら回転軸心６５を中心にして所定の回転速度で回転するようになっている。ワークチャック５から下側に延びた回転部材３４を高精度で回転させるために一対のベアリング３８で回転部材３４を支持する。隣接のモータ６によって、この回転部材３４をプーリーとベルトを介して回転させる。
【００４８】
ワークチャック５の中心に貫通穴があり、そこから回転部材３４の下部に取り付けたロータリ式空圧ジョイント４０を経由してバキュームすることでワーク４をワークチャック５に吸着固定する。
【００４９】
揺動機構１６の支持部材１７は、ワークチャック５を有する傾斜ステージ１０から垂直に立った柱として構成されている。
【００５０】
柱状の支持部材１７にＺステージ２０を設ける。支持部材１７に対し、Ｚステージ２０を介して、ベアリング５９（図４）によって、揺動ユニット１８を揺動可能に支持する。
【００５１】
ツールガイド３は、アーム４３によって揺動ユニット１８に設ける。
【００５２】
変形例として、若干のストロークのＸ−Ｙステージ（図示せず）を傾斜ステージ１０と柱状の支持部材１７との間に介在させてもよい。そのようにすることで、ワーク４に対する揺動領域の位置を（傾斜ステージ１０の表面に沿う方向で）微調整することができる。
【００５３】
次は、ワーク４の研磨面の曲面の曲率半径（Ｒ）の中心位置が異なる場合への対応について、好ましい例を説明する。
【００５４】
ワーク４の研磨面の形状・Ｒ値・全体の大きさ・高さ・凹面・凸面等は、加工するワークによって変化する。そのため、ワークチャック５に対する加工面の位置は様々であり、Ｒの中心位置も一定ではない。
【００５５】
ワーク４の加工面とツール１のなす角をコンスタントにするには、ワーク４の研磨面のＲの中心と揺動ユニット１８の回転中心を合わせることが必要である。
【００５６】
ワーク４をワークチャック５に取付け、ワーク４の心出しをした時点で、ワーク４の研磨面のＲの中心位置は固定されるので、これに揺動ユニット１８の回転中心を合わせることになる。
【００５７】
そのため、揺動ユニット１８の回転中心がワーク４によって異なる中心位置に合わせられるように、Ｚステージ２０上に揺動ユニット１８の回転部を設ける。そして、好ましくは、ワーク取付チャック面と揺動ユニット１８の回転部の回転中心の相対位置が分かるようにＺステージ２０に目盛りをつける。
【００５８】
一方、ワーク軸心は設計値などからＲ中心を把握することができる。これらのデータから、相互の中心位置合わせができる。
【００５９】
なお、この位置合わせは厳密に行わなくても不都合にならない。ツールホルダ２のストローク動作によりツール１がワーク面に追従して接触するためである。ただし、ツール１はワーク４に追従するのであるが、ストロークの使い方は小さめのほうが望ましい。追従すると言っても、心合わせが相当にずれたままだと、ツール１のストロークが大きくなることで、ストローク端での慣性の影響で追従が不充分になりやすいからである。
【００６０】
Ｒ値の異なるワーク４に対しては、ツールホルダ２で吸収できる範囲であれば、改めて調整しなくても済む。しかし、ツールガイド３を移動して、ツールホルダ２をツールガイド３に対して好ましい位置（例えばストロークの中央位置）で使うこともできる。
【００６１】
また、変形例として、ツールホルダ２が軽く動作するように、一点支持のジンバルサポート（図示せず）を使用することもできる。
【００６２】
また、変形例として、静的バランスを一旦取ったうえで、スプリングなどにより荷重を印加する方法も可能である。この場合は、印加荷重の向きが制約を受けない。それゆえ、ツール１の姿勢は任意であり、ツール１の軸心１を鉛直方向又はその近くにする必要がなく、例えば、水平又はその近くにすることも可能である。
【００６３】
また、異なるワーク４（Ｒの中心位置も異なる）に対して、Ｚステージ２０による調整でツールユニット５０の回転軸を合わせることが好ましい。
【００６４】
次は、異なるワークへの対応について説明する。
【００６５】
図４〜５において、曲率半径Ｒ１を有するワーク４（図５の実線）と曲率半径のＲ２を有するワーク４（図５の点線）とは、互いにＲ（曲率半径）が異なり、ワーク４の高さと、Ｒ１およびＲ２の中心位置も異なる。
【００６６】
Ｒ１のワークからＲ２のワークへの段取り変更は、Ｚステージ２０の手動ハンドル５０の上下方向の移動操作により、揺動軸心を第１ポジション（１）から第２ポジション（２）へ移動することで完了する。
【００６７】
ツール突出量が大きく変化した場合はツールガイド３の位置を調整したほうがよい。
【００６８】
揺動の基本的な段取りは次のとおりである。
【００６９】
（１）ワークＲ１のＲ中心に揺動軸心を合わせる。
【００７０】
手動ハンドル５０を操作して、Ｚステージ２０を上下方向の所望位置にする。
【００７１】
（２）重点的な研磨エリアの中心がワークの研磨面の球心を通る鉛直線にくるように、傾斜ステージ１０を傾ける。
【００７２】
（３）ツール１の突出量が使い易い位置になるように、ツールガイド３の位置を調整する。例えば、ツールホルダ２のストロークの半ば付近など。
【００７３】
（４）揺動角の制限設定も付加できるが、ここでは述べない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の１つの実施例による小型チルト研磨装置を示す概略正面図。
【図２】図１の小型チルト研磨装置を示す概略右側面図。
【図３】図１の小型チルト研磨装置を示す概略上面図。
【図４】図１に示す小型チルト研磨装置の主要部を示す説明図で、（Ａ）と（Ｂ）はミラーイメージで示している。
【図５】異なるワークへの対応のしかたを説明する説明図。
【図６】（Ａ）は比較例におけるツールとワークとの関係を示す説明図である。（Ｂ）は、本発明の最良の形態におけるツールとワークとの関係を示す説明図である。
【図７】（Ａ）と（Ｂ）は、比較例におけるツールとワークとの関係を示しており、（Ｃ）は本発明の最良の形態におけるツールとワークとの関係を示している。
【符号の説明】
【００７５】
１  ツール
２  ツールホルダ
３  ツールガイド
４  ワーク
５  ワークチャック
１０  傾斜ステージ
１２  傾斜ステージ１０の傾動軸
３２  手動ハンドル
５０  手動ハンドル
６５  ワーク４の回転中心
６７  ツール１の軸心
【図１】
2009269136.tif 000003
【図２】
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【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】
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