(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシャと、該ポリシャを保持する弾性体と、前記ポリシャを保持する前記弾性体を取り付ける円柱状の工具基台を備えた研磨工具において、
前記ポリシャと前記弾性体との間に面に垂直方向には変形可能であるが面と同方向には変形し難い剛性を有する格子状の板状部材が介在されており、
前記ポリシャは複数の独立したポリシャ小片で構成されているとともに前記弾性体は複数の独立した弾性部片で構成され、
前記各ポリシャ小片と前記各弾性部片とは前記格子状の板状部材を間に挟んで相対する部位にそれぞれ取り付けられており、隣り合う前記弾性部片の間には、荷重方向に対し直角方向に倒れ防止用の倒れ防止壁が設けられていること、を特徴とする研磨工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズやミラー等の光学素子を研磨する研磨装置に使用される研磨工具に関し、特に、光学素子の非球面形状を研磨する際に使用される被加工面よりも小径の研磨工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
球面形状や非球面形状をもつレンズやミラー等の光学素子の表面を精密に仕上げるための研磨加工においては、光学素子の仕上げ面の表面粗さの向上や、光学素子の性能を著しく低下させる小周期のうねり（リップル）の平滑化を目的として、ポリシャにピッチを材料とした研磨工具が多く使われている。
【０００３】
これらの光学素子の非球面形状を研磨するための従来の研磨工具は、図２０に図示するように構成されており、研磨面に複数の凸部を有するピッチを用いたポリシャ１０２は、工具基台（工具シャンク）１０４に支持されたゴム等の弾性体１０３に直接貼り付けられている。この弾性体１０３は、研磨工具１０１のポリシャ１０２が非球面形状のどの場所にも追従しうるようにするためのものであり、また、非球面上の小周期のうねり（リップル）を平滑化する目的で使用する研磨工具は、被加工物の被加工面よりも小径に形成されたものが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
非球面量が大きな光学素子を研磨する場合、被加工面は場所ごとに曲率が大きく変わるため、工具形状の必要変形量が大きくなるけれども、従来の研磨工具においては、ポリシャは、弾性体に一体的に形成され、しかも弾性体の表面を全面覆っているため、ポリシャが硬い場合には、ポリシャの変形量が規制され、弾性体も自由に動くことができず、大きな変形量を確保することが困難であった。すなわち、必要変形量が大きくなると、変形量に対して工具が剛性的に強く、被加工面の非球面形状によっては、面の形状に倣って変形することができず、工具内の接触状態が場所により不均一になり、工具内の圧力分布が被加工面の場所によって異なることになり、研磨後の形状を劣化させるという欠点があった。
【０００５】
このために、研磨工具のポリシャ面を非球面形状に確実に倣わせるためには、ゴム等の弾性体の硬度を下げるか、あるいは、より変形を大きくしうるように弾性体の厚みを厚くする必要がある。
【０００６】
しかし、ポリシャのバックアップとなる弾性体の硬度が低くなるにしたがって被加工面上の小周期のうねりが平滑化しにくくなるという事実がある。すなわち、平滑化したいうねり頂部に対して、工具が均一に接触しない現象が発生し、うねりの平滑化能率が悪いという欠点が生じる。また、非球面の形状変化に追従させるために、工具径を小さくするということが考えられるが、工具径を小さくすればするほど、うねりの平滑化能率が低下し、研磨時間が大幅に長くなるという欠点があるとともに、平滑化したいうねりの周期によっては、うねりを平滑化することができなくなる。すなわち、効率良くうねりを平滑化するためには、あまり工具径を小さくすることはできない。
【０００７】
また、従来の研磨工具において用いられているピッチを材料としたポリシャは脆く、割れが発生しやすいという欠点をもっており、特に、前述した従来の研磨工具のような構成においては、ピッチポリシャはゴム等の弾性体に直接貼り付けられているために、研磨時の運動による弾性体の変形でピッチポリシャに応力が作用し、研磨中にポリシャが破壊してしまうという問題点がある。この現象は、特に、研磨時の横方向（工具運動方向）の動き、すなわちせん断方向の応力による影響が大きい。
【０００８】
このような横方向の変形を少なくするために、弾性体の硬度を上げるか、あるいは、弾性体の変形や歪みを少なくするために、弾性体の厚みを薄くするなどの対策も考えられるが、この場合には、前述したように、弾性体の変形量が少なくなるためにポリシャを被加工物の非球面形状に追従させ倣わせることが困難になる。
【０００９】
このように非球面形状を研磨する際には、研磨工具の弾性体部分は相矛盾する特性を満足しなければならない。
【００１０】
そこで、本発明は、上記のような従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、曲率変化の大きい非球面形状の研磨に際して、ポリシャの割れや破損を生じさせることなく、被加工面の曲率変化に追従することができかつ小周期のうねりの平滑化を効率良く行なうことができる研磨工具を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の研磨工具は、ポリシャと、該ポリシャを保持する弾性体と、前記ポリシャを保持する前記弾性体を取り付ける円柱状の工具基台を備えた研磨工具において、前記ポリシャと前記弾性体との間に面に垂直方向には変形可能であるが面と同方向には変形し難い剛性を有する格子状の板状部材が介在されており、前記ポリシャは複数の独立したポリシャ小片で構成されているとともに前記弾性体は複数の独立した弾性部片で構成され、前記各ポリシャ小片と前記各弾性部片とは前記格子状の板状部材を間に挟んで相対する部位にそれぞれ取り付けられており、隣り合う前記弾性部片の間には、荷重方向に対し直角方向に倒れ防止用の倒れ防止壁が設けられていること、を特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明の研磨工具によれば、曲率変化が大きな非球面などの被加工面を研磨する場合において、ポリシャ研磨面は、曲率が大きく変化する被加工面であっても被加工面の形状にスムーズに追従することができ、ポリシャ研磨面全面が被加工面に均一に当たり、形状劣化を生じることなく、被加工面全面を均一に研磨することができる。さらに、ポリシャ研磨面は、小周期のうねりの凹凸形状に追従することなく、うねりを効率良く平滑化することができ、レンズやミラー等の光学素子の非球面形状を高精度に研磨することができる。特に、工具径をうねりの周期の２倍以上とすることにより、うねりを容易にかつより効率良く平滑化することが可能となる。
【００１３】
また、ポリシャを複数の独立したポリシャ小片で構成するとともに弾性体も同様に複数の独立した弾性部片で構成し、これらを面に垂直方向には容易に変形可能であるが、面と同方向には変形し難い剛性を有する格子状の板状部材に取り付けることにより、ポリシャ研磨面の変形量を大きくすることができ、被加工面の大きな形状変化に対しても速やかにスムーズに追従することができる。このため、ポリシャ研磨面は、被加工面の形状に倣って変形するため、被加工面に全面均一に当たり、均一な研磨を行なうことができ、また、研磨による形状変化を起こすこともなく、さらに、うねりも効率良く平滑化することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は第１の参考例の研磨工具の断面図であり、図２は第１の参考例の研磨工具に用いる板ばね部分の平面図であり、図３は第１の参考例の研磨工具の変形例を示す断面図である。
【００１６】
本参考例の研磨工具１は、図１に図示するように、ポリシャ２、薄い板状部材３、弾性体４および工具基台（工具シャンク）５から構成され、工具基台５は、金属等で、被加工物の被加工面に対して十分小さい径を有する円柱状に形成され、工具径をφ２０ｍｍとする。工具基台５の被加工物と対向する面には、厚みが２ｍｍのポリクロロプレンゴムからなる弾性体４、さらに、薄い板状部材としての厚さが約０．０５ｍｍ程度の板ばね状の金属板（以下、単に板ばねともいう。）３、厚さが０．５ｍｍのピッチで形成されたポリシャ２が順次貼り付けられた構成となっている。
【００１７】
薄い板状部材としての板ばね３は、図２に図示するように、中央セグメント３ａとそれを取り囲む６個の周辺セグメント３ｂとから形成され、中央セグメント３ａと６個の周辺セグメント３ｂはそれぞれ細い径方向の帯状体３ｃで連結され、また、６個の周辺セグメント３ｂは隣接する周辺セグメント同士がそれぞれ細い周方向の帯状体３ｄにより連結されている。これらの中央セグメント３ａと周辺セグメント３ｂ、および径方向帯状体３ｃと周方向帯状体３ｄは、φ２０ｍｍの一枚の薄板をエッチング加工することによって作製される。板ばね３は、このような形状により、垂直方向（板ばね面に対して直角方向）およびねじれには容易に変形可能であるが、横方向（板ばね面と同じ方向）および円周方向には変形しにくい構造になっている。また、板ばね３の材質としては、ＳＵＳ、ばね鋼、またはリン青銅等を用いることができ、その厚みは約０．０３〜０．２ｍｍが望ましい。
【００１８】
ポリシャ２を構成するピッチは、複数の凸部からなる形状パターンを有するポリシャであって、凸パターンに応じた転写板を転写型と工具の間に挟み、ピッチを取り付ける工具基台に合わせ、ピッチをその軟化温度に加熱し工具基台５側にピッチを転写し形成される。この際、工具基台５側には予めゴム等の弾性体４が焼き付けられており、さらに、弾性体４の上に図２に図示するような形状の板ばね３が接着剤によって貼り付けられている。より接着の信頼性を向上するために、この板ばね３のピッチ成形面には予め溶剤に溶かした液体状のピッチを一様に塗布し、その上にピッチを転写成形してもよい。
【００１９】
本参考例の研磨工具１は、以上のように構成されており、ポリシャ２と弾性体４との間に、軸方向（工具を被研磨面に押し付ける方向）には柔軟で、横方向（研磨の運動方向）には強度（剛性）をもつ薄い板状部材としての板ばね（金属板）３を介在させることにより、研磨中にせん断力によってピッチポリシャが破壊するという恐れもなく、かつ曲率が大きく変化する非球面などを研磨するときでもポリシャを一様に被加工面に接触させることが可能となる。
【００２０】
すなわち、図４の（ａ）および（ｂ）に図示するように、被加工面Ｌの形状が非球面であって、研磨する場所において部分的に曲率が変化している被加工面Ｌを本参考例の研磨工具１を用いて研磨する場合において、板ばね３は軸方向にほとんど剛性がないために、ポリシャを弾性体に直接形成した場合と変わりなく、弾性体４が充分な役目を果たして軽い荷重でも被加工面の形状に沿って変形する。これにより、ポリシャ研磨面は、曲率が変化する被加工面Ｌであっても被加工面Ｌの形状にスムーズに追従することができ、ポリシャ研磨面全面が被加工面Ｌに均一に当たり、全面を均一に研磨することができる。これによって、被加工面Ｌの曲率が場所によって異なるような面を研磨しても、研磨後の形状精度を高精度に仕上げることができる。また、図４の（ｃ）に図示するように、工具径Ｄの１／２以下の周期（ピッチ）Ｐをもつうねり（リップル）に対しては、ポリシャ２は、板状部材としての板ばね３と弾性体４との作用により、うねりの凹凸形状に追従することなく、うねりを平滑化することができる。
【００２１】
実際の研磨に際しては、研磨工具を、図示しない揺動機構により揺動運動させながら、図５に図示するような走査軌跡により、被加工面Ｌ上を全面走査させることによって均一な除去を行なった。ここで、研磨工具の運動は、公転運動でも同じ結果が得られた。また、ポリシャの接触面全面の研磨速度が一定となるように、研磨工具の公転と自転運動と組み合わせて研磨することも可能である。
【００２２】
このように研磨を行なう際に、被加工面Ｌとポリシャ（ピッチ）との間に相対速度が生じ、それに伴なってせん断力が発生し、このせん断力によって前述のポリクロロプレンゴムからなる弾性体３は横方向に大きく変形する。しかし、ピッチからなるポリシャ２と弾性体４との境界部分には板ばね３が介在し、この板ばね３がポリシャ２を変形させようとする力を保持する。このためにポリシャ２が大きく変形することがなく、ポリシャ（ピッチ）２の割れを防止することができる。
【００２３】
また、前述した参考例における薄い板状部材としての板ばね３に代えて、図３に図示するように、厚み０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度のポリウレタン発泡シート３ｘを用いることもできる。研磨加工時に生じる横方向のせん断力をポリウレタン発泡シート３ｘの引っ張り強度にて受けるようにするものである。
【００２４】
この変形例の場合においても、工具基台５側に予めゴム等の弾性体４が焼き付けられており、その上にφ２０ｍｍで厚み０．５ｍｍのポリウレタン発泡シート３ｘが接着剤によって貼り付けられる。そして、その後に前述した参考例と同様にポリシャ２が形成される。
【００２５】
なお、ポリシャ２と弾性体４との間に介在させる板状部材３ｘとしては、ポリウレタン発泡シートに限定されるものではなく、それに相当するような特性（引っ張り強度、柔軟性、接着剤およびピッチとの相性）をもつものであれば、その他のものでもよい。
【００２６】
以上のように図１および図３に図示する参考例においては、研磨工具のピッチと弾性体の間に、軸方向（工具を被研磨面に押し付ける方向）には柔軟で、横方向（研磨の運動方向）には強度（剛性）をもつ板ばね、あるいはシートを挟み込んだ構成であるので、研磨中にせん断力によってポリシャが破壊されるという恐れもなく、そして、ローカル的に曲率が変化している非球面形状の被加工物を研磨する場合にも、前述したように、被加工面の非球面形状にスムーズに追従して沿わせることができ、被加工面を均一に研磨することができ、さらに、工具径の１／２以下の周期（ピッチ）をもつうねりに対して、ポリシャ研磨面は、うねりの凹凸形状に追従することなく、うねりを平滑化することができる。
【００２７】
次に、第２の参考例の研磨工具について、図６ないし図９を参照して説明する。
【００２８】
図６の（ａ）は第２の参考例の研磨工具の断面図であり、同（ｂ）は同研磨工具におけるポリシャの端面図であり、図７の（ａ）および（ｂ）は本発明の第２の参考例の研磨工具に用いることができる板状部材の平面図であり、図８の（ａ）は本発明の第２の参考例の研磨工具の変形例を示す断面図であり、同（ｂ）は同研磨工具のポリシャの端面図である。
【００２９】
図６の（ａ）および（ｂ）において、本参考例の研磨工具１１は、ポリシャ１２、薄い板状部材（板ばね等の金属板）１３、弾性体１４および工具基台（工具シャンク）１５から構成され、工具基台１５は、金属等の磁性体で、被加工物の被加工面に対して十分小さい径を有する円柱状に形成され、さらに、被加工面上の除去したいうねりの周期（ピッチ）の２倍以上の径を有することが好ましく（図９の（ｃ）参照）、例えば、うねりの周期が１０ｍｍであるような場合には、工具径をφ２０ｍｍ以上とする。
【００３０】
本参考例の研磨工具に使用されるポリシャ１２には、厚みが０．５ｍｍ〜１ｍｍに形成されたピッチを使用し、このポリシャ１２は、図６の（ｂ）に図示するように、円周方向に独立した複数のポリシャ小片１２ａ、すなわち、中央部から放射状に延びる複数の線により分離された形状に相当する６個に分割配置されたポリシャ小片１２ａから構成されている。そして、厚みが３ｍｍのポリクロロプレンゴムからなる弾性体１４もポリシャ１２と同様に分割配置された６個の弾性部片１４ａ（図示しない）に形成されている。
【００３１】
ポリシャ１２と弾性体１４との間に挟みこまれる板状部材としての板ばね１３は、厚さが０．０５ｍｍ程度のＳＵＳの板ばねが使用される。複数個に分割されたポリシャ小片１２ａおよび弾性部片１４ａは、この板ばね１３により、それぞれ完全に独立して動くのではなく、ポリシャが一体であるようにすなわち一つの工具として作用するように構成している。
【００３２】
以上のように構成された本参考例においては、ポリシャ１２および弾性体１４を複数に分割することにより、従来の研磨工具に比べて変形量を大きくすることができ、図９の（ａ）および（ｂ）に図示するように、ポリシャ研磨面は、曲率の異なる被加工面であっても被加工面の形状にスムーズに追従できるようになる。そして、複数のポリシャ小片１２ａおよび弾性部片１４ａを板ばね１３で連結することにより、複数のポリシャ小片１２ａは、それぞれが個々に独立して動くことがなく、複数のポリシャ小片１２ａが一体となって作用する。このため、工具径Ｄの１／２以下の周期（ピッチ）Ｐをもつうねりに対しては、図９の（ｃ）に図示するように、ポリシャ１２が一体的にうねりに作用することとなり、ポリシャ１２が一体の従来例に比べてもうねりの平滑化能率を低下することなく、うねりを平滑化することができる。このように、非球面量が大きく被加工面の曲率が場所によって大きく変化する面を研磨する場合でも、形状変化がなく、さらに、うねりを平滑化することができる。
【００３３】
また、ポリシャ１２の材質としては、ピッチの他に、発泡ウレタンゴムやシリコンゴムを用いることもでき、弾性体としては、ポリクロロプレンゴム、シリコンゴムなどのほかスポンジ状のゴムを用いることができる。
【００３４】
また、板状部材としての板ばね１３の材質としては、ＳＵＳ、ばね鋼、リン青銅等を用いることができ、図７の（ａ）あるいは同（ｂ）に図示するように、形状の変化量に対して十分変化できる形状とすることも可能である。
【００３５】
すなわち、板ばね１３は、図７の（ａ）あるいは同（ｂ）に図示するように、分離された複数のポリシャ小片１２ａに対応するように６個のセグメント１３ａに区分され、これらのセグメント１３ａは、中央部に設けられた貫通穴１３ｂとポリシャ小片や弾性部片が位置しない部分に対応する部分に貫通穴１３ｂからそれぞれ放射状に延びる複数のスリット１３ｃとによって分割され、図７の（ａ）に図示する板ばね１３の各セグメント１３ａは、その中央部の貫通穴１３ｂの周りとスリット１３ｃの端部に位置する外周部において連結されており、同（ｂ）に図示する板ばね１３の各セグメント１３ａは、中央部の貫通穴１３ｂから放射状に形成されたスリット１３ｃの中間部の一部で互いに連結されるように形成されている。板ばね１３は、このような形状とすることにより、垂直方向（板ばね面に対して直角方向）には容易に変形可能であるが、横方向（板ばね面と同じ方向）には変形しにくい構造となり、被加工面の大きな形状変化に対しても速やかにスムーズに追従することを可能にする。
【００３６】
また、ポリシャの形状は、図８の（ａ）および（ｂ）に図示するように構成することもできる。すなわち、円周方向に分離するとともに径方向にも分離し、独立したポリシャ小片１２ｘａの個数を多くして、非球面の大きな形状変化にもさらにスムーズに追従することができるようになる。このとき、ポリシャ１２ｘの大きさは前述した例と同様にうねりの周期の２倍程度の径とし、φ２０ｍｍとした。また、弾性体１４ｘも、ポリシャ小片１２ｘａと同形状に分離し、板ばね１３ｘにおいても、ポリシャ１２ｘのポリシャ小片１２ｘａと同様のセグメントに分割することができる。
【００３７】
以上のように構成した研磨工具を用いた実際の研磨に際しては、図５に図示すると同様に、研磨工具が、図示しない揺動機構により揺動運動しながら、被加工面上を全面走査することによって均一な除去を行った。
【００３８】
以上のように、図６ないし図９に図示する本参考例の研磨工具においては、ミラーやレンズ等の被加工面よりも小径とし、円柱形状の工具基台１５上に複数の独立した弾性部片からなる弾性体１４，１４ｘを有し、該弾性体１４，１４ｘ上に円板状の板状部材としての板ばね１３、１３ｘと、板ばね１３、１３ｘ上に弾性体１４，１４ｘの位置に対応した複数の独立したポリシャ小片１２ａ、１２ｘａからなるポリシャ１２、１２ｘを有する。このため、研磨工具１１により被加工面を研磨する際に、非球面量が大きく場所によって曲率変化が大きな被加工面を研磨する場合においても、ポリシャ研磨面は、被加工面の形状に倣って変形する。その結果、被加工面に全面均一に当たり、均一な研磨を行なうことができ、また、研磨による形状変化を起こすこともない。さらに、被加工面上の除去したいうねりの周期の２倍以上の径を有する工具により、目的とする工具径の１／２以下のうねりを平滑化することができる。すなわち、本参考例の研磨工具によれば、非球面レンズなどの光学素子を精度良く研磨することが可能となる。
【００３９】
次に、本発明の第１の実施例の研磨工具について、図１０ないし図１５を参照して参考例とともに説明する。
【００４０】
図１０の（ａ）は第３の参考例の研磨工具の断面図であり、同（ｂ）は同研磨工具の下面図である。
【００４１】
図１０の（ａ）および（ｂ）において、本参考例の研磨工具２１は、独立した複数のポリシャ小片２２ａからなるポリシャ２２、複数のポリシャ小片２２ａをそれぞれ保持する複数の保持部分２３ａとこれらの複数の保持部分２３ａを縦横に連結する格子状の連結部分２３ｂからなる板状部材２３、独立した複数の弾性部片２４ａからなる弾性体２４および工具基台（工具シャンク）２５から構成されている。工具基台２５は、好ましくは金属等の磁性体で構成され、被加工物の被加工面に対して十分小さい径を有する円柱状に形成され、工具径をφ３０ｍｍとする。
【００４２】
本参考例の研磨工具におけるポリシャ２２を構成するポリシャ小片２２ａとしては、径がφ４ｍｍで厚みが０．５ｍｍ〜１ｍｍの円柱形状に形成されたピッチを使用し、これらのポリシャ小片２２ａは、板状部材２３の保持部分２３ａ上にそれぞれ貼着され、格子状に整列される。なお、ポリシャ２２を構成するポリシャ小片２２ａの材質には、ピッチの他に発泡ポリウレタンなどを用いることもできる。
【００４３】
ポリシャ小片２２ａを保持する板状部材２３は、厚みが０．０５ｍｍのＳＵＳ、ばね鋼あるいはリン青銅等の板ばねによって形成され、複数のポリシャ小片２２ａをそれぞれ保持する複数の保持部分２３ａとこれらの保持部分２３ａを縦横に連結する網目状の連結部分２３ｂとから構成されており、格子状に形成されている。
【００４４】
また、弾性体２４を構成する複数の弾性部片２４ａは、厚みが３ｍｍのポリクロロプレンゴム、シリコンゴムあるいはスポンジ状のゴム等で構成され、ポリシャ小片２２ａと同様の形状で径がφ４ｍｍ程度に形成されて、板状部材２３を挟んでポリシャ小片２２ａに対応する位置にそれぞれ取り付けられ、そして、それぞれ工具基台２５に貼着されている。
【００４５】
このように、複数のポリシャ小片２２ａからなるポリシャ２２と複数の弾性部片２４ａからなる弾性体２４は、それらの間に挟みこまれる格子状の板状部材２３にそれぞれ貼着された状態で、工具基台２５に取り付けられている。したがって、複数個に分割されたポリシャ小片２２ａは、それぞれ完全に独立して動くことなく、複数のポリシャ小片２２ａは一体のポリシャであるように、すなわち一つのφ３０ｍｍの工具として作用するように構成されている。
【００４６】
以上のように構成された本参考例の研磨工具２１においては、ポリシャ２２および弾性体２３を複数に分割することにより、従来の研磨工具に比べて変形量を大きくすることができ、ポリシャ研磨面は、図１１に図示するように、曲率が大きく異なる被加工面Ｌであっても被加工面Ｌの形状にスムーズに追従できるようになる。すなわち、非球面量が大きく被加工面の曲率が場所によって大きく変化する面を研磨する場合でも、ポリシャ研磨面が被加工面全面に均一に当たり、ポリシャ研磨面内の圧力分布を一様にすることができ、研磨後の形状変化が少なく、精度良く研磨することが可能となる。そして、複数のポリシャ小片２２ａおよび弾性部片２３ａを、格子状の板状部材２３により連結することにより、複数のポリシャ小片２２ａが独立して個々に動くことがなく、複数のポリシャ小片２２ａが一体となってφ３０ｍｍの工具として作用するために、工具径の１／２以下、すなわち１５ｍｍ以下の周期（ピッチ）をもつうねりに対しては、ポリシャ２２が一体的にうねりに作用することとなり、ポリシャが一体の従来の研磨工具に比べても、うねりの平滑化能率を低下することなく、うねりを効率よく平滑化することができる。
【００４７】
本参考例における研磨工具を用いた実際の研磨に際しては、図５に図示すると同様に、研磨工具が、図示しない揺動機構により揺動運動させながら、被加工面上を全面走査することによって均一な除去を行った。
【００４８】
本発明の第１の実施例の研磨工具を図１２に示す。本実施例の研磨工具は、弾性体２４を構成する複数の弾性部片２４ａが研磨荷重方向のみに動くように、すなわち、横方向の動きを規制するように、隣り合う弾性部片２４ａの間に倒れ防止壁２６を工具基台２５上に設けている。なお、その他の構成は、図１０に図示する第３の参考例と同様であり、同一部材には同一の符号を付してある。
【００４９】
これらの倒れ防止壁２６は、弾性部片２４ａの荷重方向に対し直角方向の動きを規制する。これにより、研磨加工時の研磨圧力を横方向に逃がすことがなく、研磨圧力を被加工面に効率よく作用させることができる。
【００５０】
さらに、図１３に図示するように、弾性体２４を構成する複数の弾性部片として、コイルばね２４ｘを用いることもできる。この例では、定常状態での長さが３ｍｍのコイルばね２４ｘを用いた。なお、その他の構成は、図１０に図示する第３の参考例と同様であり、同一部材には同一の符号を付してある。
【００５１】
さらに、弾性体の変形例として、図１４に示すようなシリンダ手段とすることもできる。すなわち、工具シャンク２５ｘにおいて、その表面に穿設した複数のシリンダ穴２７に連通する圧力室２８を形成し、複数個のシリンダ穴２７には個々に独立して移動可能な可動体２９をそれぞれ挿入してあり、圧力室２８に加圧エアーを導入することにより、可動体２９は図中下方向に加圧されている。これらの可動体２９は、前述した実施例と同様に配置された格子状の板状部材２３およびポリシャ小片２２ａにそれぞれ対応して配列されており、各可動体２９は、前述した実施例の弾性部片２４ａや２４ｘと同様の機能をする。
【００５２】
また、板状部材２３の変形例として、図１５に図示するように、ポリシャ２２を構成するポリシャ小片２２ａを保持する保持部分２３ｘａの厚さを他の連結部分２３ｘｂよりも厚く形成した格子状の板状部材２３ｘとすることができる。例えば、ポリシャ小片２２ａの保持部分２３ｘａの厚みを０．１ｍｍとし、その他の連結部分２３ｘｂの厚みを０．０５ｍｍとした。このように、ポリシャ小片２２ａを保持する保持部分２３ｘａを他の部分２３ｘｂより厚くすることにより、個々のポリシャ小片２２ａ部分の剛性を強くすることができ、うねり等の平滑化が容易にできるようになる。また、他の連結部分２３ｘｂは薄いために、大きな非球面の形状にはスムーズに倣うことができることは云うまでもない。
【００５３】
以上のように、図１０、図１２ないし図１５に図示する実施例およびその変形例においては、ミラーやレンズ等の被加工面を該被加工面よりも小径の研磨工具を用いて研磨する際に、特に非球面量が大きく場所による曲率変化が大きな形状を研磨する際に、円板形状の工具基台上に複数の独立した弾性部片からなる弾性体と複数の独立したポリシャ小片からなるポリシャを有し、これらの弾性部片とポリシャ小片との間に格子状の板状部材を介在させた構成とした工具により、非球面量が大きな被加工物を研磨する場合においても、被加工面の形状に倣って変形するため、研磨工具全面が被加工面に均一に当たり、均一な研磨を行なうことができ、研磨による形状変化を起こすこともない。
【００５４】
また、研磨工具を、非球面上の除去したいうねりの周期の２倍以上の工具径に設定することにより、非球面量が大きくても、形状に追従することができるため、効率よくうねりを平滑化することができる。すなわち、本実施例の研磨工具によれば、非球面レンズなどの光学素子を精度良く研磨することが可能となる。
【００５５】
次に、第４の参考例の研磨工具について、図１６および図１７を参照して説明する。
【００５６】
図１６において、本参考例の研磨工具３１は、ポリシャとしてのピッチ３２、輪帯状の弾性体３４および工具基台３５から構成され、工具基台３５は、被加工物の被加工面に対して小さい径を有する円柱状で好ましくは金属等の磁性体で構成され、工具径はφ２０ｍｍとする。工具基台３５の被加工物と対向する面の中央部には工具基台３５の外径と同心円状で、径φ１０ｍｍ、高さ２ｍｍの突出部３６が設けられている。輪帯状の弾性体３４は、工具基台３５の突出部３６に嵌合するように取り付けられ、突出部３６の突き出し量よりも少なくとも１ｍｍ以上厚く、その厚みが約３ｍｍで、ＪＩＳ硬度１５〜３０程度のポリクロロプレンゴムまたは樹脂により構成され、この弾性体３４上には、厚みが０．５ｍｍ〜１ｍｍの（ピッチ）ポリシャ３２が成形されている。
【００５７】
このポリシャ３２は、例えば、複数の凸部からなる形状パターンを有するものであって、凸パターンに応じた転写板を転写型と工具の間に挟み、ピッチを取り付ける工具基台３５に合わせ、ピッチをその軟化温度に加熱し工具基台３５側にピッチを転写して成形される。この際、工具基台３５側には予めゴム等の弾性体３４が焼き付けられている。
【００５８】
以上のように構成される本参考例の研磨工具３１は、工具の押し付け方向（研磨面に対して直角方向）には、輪帯状の硬度の低い弾性体３４を介在させていることにより容易に変形可能であり、横方向（研磨面に対して水平方向、すなわち研磨の運動方向）に対しては、輪帯状の弾性体３４は工具基台３５中央の突出部３６によりその変形が規制されるために、変形しにくく、横方向の変形量は少ない。
【００５９】
したがって、被加工面の形状が非球面であって、研磨する場所において部分的に曲率が変化している被加工物を研磨する場合に、ポリシャ３２の研磨面は、硬度の低い弾性体３４が充分な役目を果たし、軽荷重でも被加工面の非球面形状に沿って変形するため、ポリシャ３２の研磨面全面が均一に被加工面に当たり、被加工面を均一に研磨することができる。これにより、被加工面の曲率が場所によって変化するような面を研磨しても、研磨後の形状精度を高精度に仕上げることができる。また、研磨を行なうことによって、被加工面と（ピッチ）ポリシャ研磨面との間に相対速度が生じ、それに伴なって発生するせん断力によって、ポリシャ３２と弾性体３４には横方向の力が作用する。しかし、工具基台３５の中央部に同心円状の突出部３６が設けられ、この突出部３６が輪帯状の弾性体３４の芯となることにより、弾性体３４の横方向（研磨の運動方向）の変形は少なく押さえられる。すなわち、弾性体３４に貼り付けられている（ピッチ）ポリシャ３２の横方向の変形も同様に突出部３６により押さえられる。これにより、ポリシャを構成するピッチの割れや破壊を防ぐことができる。また、ピッチを被加工面に押し付ける際には、硬度の低いゴムまたは樹脂等の弾性体を使用しているため、工具の押し付け方向には剛性が低く、前述したように、局部的に曲率が変化している被加工物を研磨する場合にも、被研磨面の非球面形状に沿ってスムーズに変形する。
【００６０】
次に、本参考例の変形例を図１７に図示する。この変形例は、弾性体の変形を規制する部材として、工具基台３５ｘの中央部ではなく外周部に沿って同心円状の環状突出部３７を工具基台３５ｘと一体的に設けるものであり、この環状突出部３７内に円板状のゴム等の弾性体３４ｘを嵌合するように工具基台３４ｘに焼き付け、その上にさらに厚み０．５〜１ｍｍの（ピッチ）ポリシャ３２ｘが成形されている。工具基台３５ｘの環状突出部３７が弾性体３４ｘを包囲する構成により、研磨によって生じる横方向のせん断力による弾性体３４ｘの変形を規制する。
【００６１】
この変形例においても、図１６に図示する第４の参考例と同様の作用を奏することができる。
【００６２】
このように、第４の参考例の研磨工具によれば、工具基台の中央部に同心円状の突出部を設け、この突出部を輪帯状の硬度の低いゴムまたは樹脂の弾性体の芯として用いることにより、あるいは、工具基台の周辺部に同心円状の環状突出部を設け、この環状突出部で円板状の硬度の低い弾性体を包囲することにより、弾性体横方向（研磨の運動方向）の変形を少なくすることができる。すなわち、軸方向（工具を被研磨面に押し付ける方向）には柔軟で横方向（研磨の運動方向）には強度をもつ構成であるので、研磨中に生じるせん断力によって、ポリシャが破壊されるという恐れがなく、かつ、曲率が変化する非球面などを研磨する時でもポリシャを一様に被加工面に接触させることが可能となる。
【００６３】
次に、第５の参考例の研磨工具について、図１８の（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。
【００６４】
図１８の（ａ）および（ｂ）において、本参考例の研磨工具４１は、小さな研磨荷重で、任意の曲率の被加工面形状に簡単にならわせることができるようにするものである。ピッチを材料とするポリシャ４２、弾性体４４および工具基台（工具シャンク）４５から構成され、工具基台４５は、好ましくは被加工物の被加工面に対して十分小さい径を有する円柱状の金属等の磁性体で形成され、工具径をφ２０ｍｍとする。工具基台４５の被加工物と対向する面には、厚みが２ｍｍでＪＩＳ硬度３０程度のポリクロロプレンゴムからなる円板状の弾性体４４が取り付けられ、この弾性体４４上に厚みが０．５ｍｍ〜１ｍｍのピッチポリシャ４２が成形されている。このピッチポリシャ４２は、弾性体４４の外周部に沿って工具径の１／５〜１／２０程度の幅、厚み０．５〜１ｍｍの輪帯状に成形される。具体的には、図１８の（ｂ）に図示するように、幅１〜２ｍｍ、厚み１ｍｍ程度の複数の帯状の凸状部片４２ａを弾性体４４の外周部にある間隔をおいて配設した形状パターンを有するポリシャとする。ピッチの成形は、例えば、このような凸状パターンに応じた転写板を転写型と工具の間に挟み、ピッチを取り付ける工具基台４５に合わせ、ピッチをその軟化温度に加熱し工具基台４５側にピッチを転写して成形される。この際、工具基台４５側には予めゴム等の弾性体４４が焼き付けられている。
【００６５】
本参考例の研磨工具４１は、以上のように構成されており、研磨時においてポリシャとして作用するのは複数の凸状部片４２ａのみであり、そして、工具の押し付け力が小さくても容易に変形可能で、被加工面の形状が非球面であって、研磨する場所において部分的に曲率が変化している被加工物を研磨する場合においても、ほぼ線接触に近い形で被加工面に当たるため、面接触する工具に比べて、ピッチポリシャ研磨面の部分的な変化ははるかに小さく抑えることができ、研磨工具の弾性体の硬度を下げる必要もなく、軽い研磨荷重でも非球面の被加工面の形状に沿って変形し、ポリシャ研磨面が均一に被加工面に当たり、全面を均一に研磨することができる。これによって、被加工面の曲率が場所によって異なる面を研磨しても、研磨後の形状精度を高精度に仕上げることができる。
【００６６】
このように、本参考例の研磨工具によれば、研磨の際に、前記のように硬度の高い弾性体であっても、低い研磨荷重でポリシャ研磨面を被加工面に押し付けることができるため、ピッチポリシャを破損することもなく、うねりの平滑化にも有利となる。
【００６７】
また、本参考例の変形例を図１９に図示する。この変形例は、ピッチを使用する代わりに、厚み０．５〜１ｍｍ程度の（発泡）ポリウレタンをリング状に形成し、このリング状ポリシャ４２ｘを前記工具基台に貼り付けたものである。また、（発泡）ポリウレタンに代え、四フッ化エチレン樹脂（テフロン）等も利用することができ、ポリシャとして使用できるものであれば、他の材質のものでも良く、特にピッチに限定されるものではない。
【００６８】
このように、（発泡）ポリウレタン、四フッ化エチレン樹脂（テフロン）等をポリシャとする場合は、ピッチのように脆く、割れを発生しやすいという欠点がなく、しかも、それ自体多少の弾力性をもっているために、バックアップとしての弾性体は特に必要とせず、工具基台面に直に貼り付けて使用することも可能である。
【００６９】
本参考例の研磨工具によれば、曲率が変化する非球面などを研磨する時でも少ない研磨荷重で前記ポリシャ研磨面が線接触状に一様に被加工面に接触するため、追従性が良く、したがって、ポリシャの変形量も少なくてすむため、研磨中にピッチポリシャが破壊してしまうという問題もない。そして、ピッチポリシャのバックアップとしての弾性体の硬度も低くする必要がない。このように、ポリシャとして硬度の高い工具を用い、軽荷重で研磨を行なうことができるため、うねりの平滑化の能率を上げることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、曲率変化が大きな非球面などの被加工面を研磨する場合において、ポリシャ研磨面は、曲率が大きく変化する被加工面であっても被加工面の形状にスムーズに追従することができる。このため、ポリシャ研磨面全面が被加工面に均一に当たり、形状変化を生じることなく、被加工面全面を均一に研磨することができる。さらに、ポリシャ研磨面は、小周期のうねり（リップル）の凹凸形状に追従することなく、うねりを効率良く平滑化することができ、レンズやミラー等の光学素子の非球面形状を高精度に研磨することができる。
【００７１】
また、ポリシャを複数の独立したポリシャ小片で構成するとともに弾性体も同様に複数の独立した弾性部片で構成し、これらを垂直方向には容易に変形可能であるが、横方向には変形しにくい格子状の板状部材に取り付けられており、隣り合う前記弾性部片の間には、荷重方向に対し直角方向に倒れ防止用の倒れ防止壁が設けられることにより、ポリシャ研磨面の変形量を大きくすることができる。その結果、被加工面の大きな形状変化に対しても速やかにスムーズに追従することができ、ポリシャ研磨面は、被加工面の形状に倣って変形するため、被加工面に全面均一に当たり、研磨圧力を逃がすことなく効率よく被加工面に作用させて均一な研磨を行なうことができる。さらに研磨による形状劣化を起こすこともなく、小周期のうねりも効率良く平滑化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の参考例の研磨工具の断面図である。
【図２】  第１の参考例の研磨工具に用いる板状部材の平面図である。
【図３】  第１の参考例の研磨工具の変形例を示す断面図である。
【図４】  （ａ）および（ｂ）は第１の参考例の研磨工具による被加工物の非球面を研磨する態様を示す図であり、（ｃ）は同研磨工具による被加工物のリップルを研磨除去する態様を示す図である。
【図５】  第１の参考例の研磨工具の被加工面に対する研磨走査軌跡を示す図である。
【図６】  （ａ）は第２の参考例の研磨工具の断面図であり、（ｂ）は同研磨工具におけるポリシャの端面図である。
【図７】  （ａ）および（ｂ）は第２の参考例の研磨工具に用いることができる板状部材の平面図である。
【図８】  （ａ）は第２の参考例の研磨工具の変形例を示す断面図であり、（ｂ）は同研磨工具の変形例におけるポリシャの端面図である。
【図９】  （ａ）および（ｂ）は第２の参考例の研磨工具による被加工物の非球面を研磨する態様を示す図であり、（ｃ）は同研磨工具による被加工物のリップルを研磨除去する態様を示す図である。
【図１０】  （ａ）は第３の参考例の研磨工具の断面図であり、（ｂ）は同研磨工具の下面図である。
【図１１】  第３の参考例の研磨工具による被加工物の非球面を研磨する態様を示す図である。
【図１２】  本発明の第１の実施例の研磨工具を示す断面図である。
【図１３】  本発明の第１の実施例の研磨工具の一変形例を示す断面図である。
【図１４】  本発明の第１の実施例の研磨工具の他の変形例を示す断面図である。
【図１５】  本発明の第１の実施例の研磨工具の他の変形例を示す断面図である。
【図１６】  第４の参考例の研磨工具の断面図である。
【図１７】  第４の参考例の研磨工具の変形例を示す断面図である。
【図１８】  （ａ）は第５の参考例の研磨工具の断面図であり、（ｂ）は同研磨工具におけるポリシャの平面図である。
【図１９】  本発明の第５の参考例の研磨工具における他のポリシャの平面図である。
【図２０】  従来の研磨工具の一例を図示する断面図である。
【符号の説明】
１    研磨工具
２    ポリシャ
３    板状部材（板ばね）
３ａ    中央セグメント
３ｂ    周辺セグメント
３ｘ    ポリウレタン発泡シート
４    弾性体
５    工具基台
１１    研磨工具
１２，１２ｘ    ポリシャ
１２ａ，１２ｘａ    ポリシャ小片
１３，１３ｘ    板状部材（板ばね）
１３ａ    セグメント
１３ｂ  貫通穴
１３ｃ    スリット
１４    弾性体
１５    工具基台
２１    研磨工具
２２    ポリシャ
２２ａ    ポリシャ小片
２３，２３ｘ    板状部材（板ばね）
２３ａ，２３ｘａ    保持部分
２３ｂ，２３ｘｂ    連結部分
２４    弾性体
２４ａ    弾性部片
２４ｘ    コイルばね
２５，２５ｘ    工具基台
２６    倒れ防止壁
２７    シリンダ穴
２８    圧力室
２９    可動体
３１，３１ｘ    研磨工具
３２，３２ｘ    ポリシャ
３４，３４ｘ    弾性体
３５，３５ｘ    工具基台
３６    突出部
３７    （環状）突出部
４１    研磨工具
４２    ポリシャ
４２ａ    凸状部片
４２ｘ    リング状ポリシャ
４４    弾性体
４５    工具基台
【図１】
0003787457.tif 000002
【図２】
0003787457.tif 000003
【図３】
0003787457.tif 000004
【図４】
0003787457.tif 000005
【図５】
0003787457.tif 000006
【図６】
0003787457.tif 000007
【図７】
0003787457.tif 000008
【図８】
0003787457.tif 000009
【図９】
0003787457.tif 000010
【図１０】
0003787457.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003787457.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003787457.tif 000017
【図１７】
0003787457.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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