JPH1086053A

JPH1086053A - 研磨加工方法及び研磨加工装置

Info

Publication number: JPH1086053A
Application number: JP8245200A
Authority: JP
Inventors: Akira Mogami; 彰最上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】特別な熟練を要することなく、形状精度のき
わめて高い仕上げ面を得ることのできる研磨加工方法、
及び、それに用いる研磨加工装置を提供する。【解決手段】本発明の研磨加工装置１は、シートポリ
シャ２１と、これを往復運動させるポリシャ送り機構
（駆動ローラー３５等）を有する。また、シートポリシ
ャ２１の加工面にワーク１１を当てる手段（エアシリン
ダ５等）を有する。さらに、シートポリシャ２１各部の
被加工面に対する押し付けを各部毎に変化させる手段
（磁性流体層２３、電磁石２５）を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、棒状の光学素子
（レンズ、ミラー）等の表面仕上げに好適な研磨加工方
法、及び、それに用いる研磨加工装置に関する。特に
は、特別な熟練を要することなく、形状精度のきわめて
高い仕上げ面を得ることのできる研磨加工方法、及び、
それに用いる研磨加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子
の表面仕上げにおいては、従来より一般的にパッドポリ
シャやピッチポリシャと呼ばれる弾性研磨工具が用いら
れていた。パッドポリシャは、ポリウレタンパッドの表
面に研磨砥粒を付着させたものである。ピッチポリシャ
は、研磨砥粒と油脂とを混合したものである。それらの
工具とワーク（被加工物）を相対的に摺動運動させ、工
具・ワーク界面に介在する研磨砥粒が主たる材料除去を
担っていた。そのような加工に用いる研磨加工装置とし
ては、通常オスカー型と呼ばれる横振り型研磨機や、円
揺動型研磨機が用いられていた。

【０００３】図４は、従来の代表的な、パッドポリシャ
を有する研磨加工装置の主要部を示す図である。（Ａ）
は側面図、（Ｂ）は平面図である。図４の研磨加工装置
は、円盤状の回転するラップ盤１１１を有する。ラップ
盤１１１の上面にはポリウレタンパッド１０９が貼られ
ている。このポリウレタンパッド１０９上表面には、ノ
ズル１０４から研磨砥粒を含む研磨液が供給される。

【０００４】ポリウレタンパッド１０９上には、ワーク
１０７が、ワークホルダー１０５中に保持されて載置さ
れている。ワークホルダー１０５は、全体として円盤状
であるが、下面にワーク１０７の形をした凹部１０６が
掘り込まれており、その凹部１０６にワーク１０７がは
め込まれている。そして、ワーク１０７の下面をポリウ
レタンパッド１０９表面に押し当てて加工する。ワーク
ホルダー１０５は、ワークホルダー支持棒１０３（カン
ザシピンと通称される）によって上から押さえられてい
るとともに、左右に往復運動（トラバース）させられ
る。なお、カンザシピン１０３とワークホルダー１０５
との連結部は球面軸受状となっている。したがって、ワ
ークホルダー１０５及びワーク１０７は、トラバースす
るとともに、ワーク１０７にかかるポリウレタンパッド
１０９からの回転摩擦力の合計モーメントを受けて回転
する（連れ回る）こととなる。そして、このワーク１０
７自身の回転・トラバースと、ポリウレタンパッド１０
９（ラップ盤１１１）の回転の速度差に対応する摺動速
度で、相対的に摺動する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来のラップ盤
を用いた加工においては、次のような問題点があった。上述のワークの連れ回りに伴い、特にワークが細長
い棒状の物である場合、被加工物の中心を起点として被
加工面に対して逆方向の摩擦力が加わるため、被加工面
が図５に示すようなねじれた面形状となる傾向がある。

【０００６】図５は、従来のラップ盤研磨加工における
棒状のワークの加工癖を模式的に示す図である。
（Ａ）、（Ｃ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。図中
において、ワーク２０１下面の破線部２０３が加工除去
される部分（拡大）を示す。

【０００７】ワークが長物の場合、長手方向におい
て中心から遠く離れるほどラップ盤から受ける摩擦力が
大きくなり（あるいは摩擦距離が長くなり）、より多く
の研磨加工を受けることとなる。その結果、両端部分が
より多く削られたダレ面形状（図６参照、２１３加工除
去部）となる。

【０００８】ポリウレタンパッド自体の表面形状が
絶えず凹又は凸のどちらかに変化しようとし、被加工面
も変化するポリウレタンパッド表面形状に追随して変化
する。したがって、超高精度表面を得ようとすると、ポ
リウレタンパッドの使用位置等の管理を行わなければな
らない。

【０００９】このような状況下において、従来の熟練し
た技能者は、所望の面精度を得るために、ワークホルダ
ーのトラバース幅、カンザシピンの前後の出し入れ、ラ
ップ盤の回転数等の加工パラメーターを自己の経験に基
づいて調整していた。また、ピッチポリシャを用いる場
合は、ピッチ面の慣らし、削り及び修正を、パッドポリ
シャを用いる場合には、そのツルーイング方法の変更等
の工具修正手段を講じていた。

【００１０】つまり、従来の光学素子の高精度加工にお
いては、作業者の技能に、その精度及び生産性が大きく
依存していたのが実情であった。近年、光学素子に要求
される形状精度は益々厳しくなってきており、さらに熟
練技能者の確保・養成が一層困難となっているので、要
求精度を満たす製品を安定的に生産することは益々困難
となっている。特に、上述の長物の研磨加工において
は、作業内容が、加工者の技能に大きく依存していると
いうことが作業の標準化の大きな妨げとなっており、所
謂、標準作業書や、作業指導標等について統一的なもの
が、作成しにくいという問題点がある。また、これに付
随し、後進の育成という観点からみても、系統的な教育
が困難であるという問題があった。

【００１１】本発明は、特別な熟練を要することなく、
形状精度のきわめて高い仕上げ面を得ることのできる研
磨加工方法、及び、それに用いる研磨加工装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】これまで列記してきた、
従来研磨加工における様々な問題を解決するため、本発
明者は長期にわたり鋭意研究を行った。そして、その結
果、数々の研磨要因の中で、ラップ盤とワークの摩擦方
向及び従来の研磨皿の運動方向を変化させること、即
ち、従来の研磨加工においてラップ盤が回転し被加工物
が左右に揺動する、この基本となる運動条件の中に問題
があると着目した。

【００１３】図４（Ｂ）に示すように、被加工物がポリ
シャ（ポリウレタンパッド）の中心部分に来たとき、図
に示す大きな矢印はポリシャの回転方向で、被加工物の
中心を起点とし被加工物の両側部が前後から研磨され
る。これが、被加工物の仕上げ面に、ねじれた面形状を
形成させる原因となる。また、被加工物の形状自体が、
縦と横の長さが違うため、摩擦抵抗が縦長方向の両端部
分が大きく、面形状において縁ダレを起こす原因となっ
ている。

【００１４】そこで、本発明者は、従来のラップ盤にお
ける基本的な運動形態を抜本的に見直し、本発明を完成
するに到った。すなわち、本発明の研磨加工方法は、シ
ート状の研磨工具（シートポリシャ）を往復運動させな
がら、その加工面にワークの被加工面を当てて研磨し、
この際、該シートポリシャの各部の被加工面に対する押
し付けを、該各部毎に変化させることを特徴とする。

【００１５】また、本発明の研磨加工装置は、シートポ
リシャと、このシートポリシャを往復運動させる機構
（ポリシャ送り機構）と、シートポリシャの加工面に
ワークの被加工面を当てる手段（ワーク当て手段）と、
シートポリシャ各部の被加工面に対する押し付けを各
部毎に変化させる手段（押し付け調整手段）と、を具
備することを特徴とする。

【００１６】すなわち、本発明では、被加工面にねじれ
が発生するような加工力は一切働かない。また、研磨工
具が往復を繰り返すため、一方向だけの摩擦力（摩擦距
離）の増大を抑制することができる。また、シートポリ
シャの各部の被加工面に対する押し付けをコントロール
できるので、被加工面の加工癖（面癖）を任意に変化さ
せることができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照しつつさらに詳しく説明す
る。図１は、本発明の１実施例に係る研磨加工装置を模
式的に示す正面図である。図２は、図１の研磨加工装置
の側面図である。図３は、図１の研磨加工装置の主要部
（磁性流体層周り）の詳細を示す一部断面正面図であ
る。

【００１８】本実施例の研磨加工装置１は、大きな逆三
角形のループをなすシートポリシャ２１を有する。シー
トポリシャ２１の上辺の左右は、サポートローラー３１
が支えている。シートポリシャ２１の下端部には、シー
トポリシャ２１を長手方向に駆動する駆動ローラー３５
（ポリシャ送り機構）が内側から係合している。駆動ロ
ーラー３５は、タイミングベルト３７を介してモーター
３９によって回転駆動される。シートポリシャ２１の張
り具合は、シートポリシャ２１の両斜辺を内側に押し付
ける張り調整ローラー３３の位置により調整できる。

【００１９】シートポリシャ２１の上辺上には、ワーク
ホルダー９（ワーク当て手段）に保持されたワーク１１
が当てられている。ワーク１１はワークホルダー９の下
面に掘り込まれた凹部にはめ込まれている。ワークホル
ダー９は、ロッド７を介してエアーシリンダ５によって
シートポリシャ２１に押し当てられる。エアーシリンダ
５の基部（上部）はエアースライド３に固定されてい
る。エアースライド３は、図の左右にスライド（トラバ
ース）する。したがって、ワークホルダー９及びワーク
１１も左右にトラバースする。シートポリシャ２１の上
辺上面には、ノズル１３から研磨液が供給され、シート
ポリシャ２１上面とワーク１１下面（被加工面）間に研
磨砥粒が入り、被加工面の研磨加工が進行する。

【００２０】シートポリシャ２１上辺の下側には、多数
の電磁石２５（押し付け調整手段）が、マトリックス状
に配列されている。図示されていないが、シートポリシ
ャ２１の幅方向にも、複数の電磁石２５が配列されてい
る。電磁石２５のコイル２７は電磁石用電源４１に接続
されている。電磁石２５とシートポリシャ２１との間に
は、図３に拡大して示されているように、磁性流体層２
３が一面に設けられている。磁性流体２３は、浅い受け
皿６３の中に溜めてあり、その上表面はシート６１（ゴ
ム、テフロン等）で覆われている。シート６１の上表面
は、シートポリシャ２１が通過する。

【００２１】電磁石のコイル２７への通電方向に応じて
発生した電磁石の磁界が磁性流体２３に影響を与え、電
磁石２５上方の磁性流体２３が上に盛り上がったり、下
に凹んだりする。この作用によって、シートポリシャ２
１上表面の凹凸を微妙に調整できる。なお、磁性流体２
３という流体を介在させたのは、剛性の高い調整手段と
比べて当りを軟らかくすることができるからである。

【００２２】図２に示されているように、サポートロー
ラー３１は、その両軸端をスライド５１に支持されてい
る。スライド５１は、マイクロメーターヘッド５３を回
すことにより上下に位置調整できるので、サポートロー
ラー３１の上下位置及び傾き、ひいてはシートポリシャ
２１の全体的な高さ・傾きを調整できる。

【００２３】本実施例の研磨加工装置を用いた研磨加工
方法をまとめて説明する。シートポリシャ２１に適当な
張力をかけて、図の左右に往復動させる。その際、基本
的には、往動と復動の距離は同じとする。ノズル１３か
ら研磨液をシートポリシャ２１上に垂らす。ワークホル
ダー９の凹部にワーク１１を入れ、ワーク１１の下面を
シートポリシャ２１上表面に押し当てる。そしてワーク
１１も適当に左右トラバースさせる。各電磁石２５の動
作は、電磁石用電源４１を介してＮＣ装置４３によって
コントロールする。さらに、シートポリシャ２１の往復
動やワークホルダー９のトラバースもＮＣ装置４３でコ
ントロールする。このコントロール方法としては、同種
のワークにおける過去の作業の経験をパターン化しても
よいし、何らかのオンマシン形状測定装置からの信号を
フィードバックするものであってもよい。

【００２４】なお、本発明の研磨加工方法にあっては、
シートポリシャ２１の往復は必須である。もし一方向の
送りのみでは、ポリシャと被加工物の摩擦力の関係か
ら、ポリシャの入側の方の端部が多く加工されるため、
面形状が不良となる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、被検面のねじれが原理的に発生しないので、高い面
精度が簡単に得られることになる。即ち、作業中におい
て従来まで必要であった、熟練した技能をさほど必要と
せずに、所望の面精度が得られるため、作業内容の標準
化が可能となる。

【００２６】また、工具等の精度も最小限に抑えること
ができるので、安定した研磨加工が可能となる。故に、
生産性も大きく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る研磨加工装置を模式的
に示す正面図である。

【図２】図１の研磨加工装置の側面図である。

【図３】図１の研磨加工装置の主要部（磁性流体層周
り）の詳細を示す一部断面正面図である。

【図４】従来の代表的なパッドポリシャを有する研磨加
工装置の主要部を示す図である。（Ａ）は側面図、
（Ｂ）は平面図である。

【図５】従来のラップ盤研磨加工における棒状のワーク
の加工癖を模式的に示す図である。（Ａ）、（Ｃ）は側
面図、（Ｂ）は正面図である。

【図６】従来のラップ盤研磨加工における棒状のワーク
の加工癖（面垂れ）を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１研磨加工装置３エアースライ
ド５エアーシリンダ７ロッド９ワークホルダー１１ワーク１３ノズル２１シートポリ
シャ２３磁性流体層２５電磁石２７コイル３１サポートロ
ーラー３３張り調整ローラー３５駆動ローラ
ー３７タイミングベルト３９モーター４１電磁石用電源４３ＮＣ装置５１スライド５３マイクロメ
ーターヘッド６１シート６３受け皿

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート状の研磨工具（シートポリシャ）
を往復運動させながら、その加工面にワークの被加工面
を当てて研磨し、この際、該シートポリシャの各部の被
加工面に対する押し付けを、該各部毎に変化させること
を特徴とする研磨加工方法。
【請求項２】シートポリシャと、このシートポリシャを往復運動させる機構（ポリシャ送
り機構）と、シートポリシャの加工面にワークの被加工面を当てる手
段（ワーク当て手段）と、シートポリシャ各部の被加工面に対する押し付けを各部
毎に変化させる手段（押し付け調整手段）と、を具備することを特徴とする研磨加工装置。
【請求項３】上記ワーク当て手段がトラバース機構を
有する請求項２記載の研磨加工装置。
【請求項４】上記シートポリシャがループ状のベルト
である請求項２記載の研磨加工装置。
【請求項５】上記押し付け調整手段が、上記シートポ
リシャの反加工面側に多数配置された電磁石と、該シー
トポリシャと電磁石との間に配置された磁性流体の層
と、を有する請求項２記載の研磨加工装置。