JPH1199454A

JPH1199454A - 研磨装置および研磨方法

Info

Publication number: JPH1199454A
Application number: JP28140297A
Authority: JP
Inventors: Junji Takashita; 順治高下; Norihisa Saito; 憲久斎藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】曲率半径の小さいワークの周縁部等において
研磨量が不均一になるのを防ぐ。【解決手段】トーリック金型等のワークＷ₁ のＸ、Ｙ
軸方向の送りは、これを保持するワーク保持台２０をＸ
揺動機構３０によってＹ軸のまわりに揺動させ、Ｘ揺動
機構３０をＹ揺動機構４０によってＸ軸のまわりに揺動
させることによって行なわれる。このような揺動運動の
中心を、ワークＷ₁ の母線方向と子線方向の曲率または
近似曲率の中心と一致させることで、ワークＷ₁ の周縁
部においても研磨工具１０の加圧方向をワークＷ₁ の被
加工面に垂直に保ち、研磨量を一定にすることができ
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、例えばトーリック
形状等の、直交する２軸の方向にそれぞれ曲率または近
似曲率が異なる曲面状の被加工面を研磨するための研磨
装置および研磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばトーリックレンズの成形型（トー
リック金型）等を製作する際には、ダイヤモンド精密切
削加工等の後に、直交する２軸の方向にそれぞれ曲率ま
たは近似曲率が異なる曲面状の被加工面を研磨によって
鏡面仕上げする工程が必要であり、このような場合に用
いる研磨装置として、従来から、図９に示すものが用い
られている。これは、トーリック金型等のワークＷ₀ の
被加工面に研磨工具１０１を押しつけて、ワークＷ₀ の
被加工面の曲率半径が最大である方向（以下、「母線方
向」という。）にワークＷ₀ を移動させるＹ軸方向の送
りと、ワークＷ₀の被加工面の曲率半径が最小である方
向（以下、「子線方向」という。）に研磨工具１０１を
移動させるＸ軸方向の送りによってワークＷ₀ と研磨工
具１０１の摺り合わせを行なうものである。

【０００３】研磨工具１０１のＸ軸方向の送りは、研磨
工具１０１をワークＷ₀ の被加工面に押しつけるための
先端がピンジョイントであるカンザシ１０２を、図示し
ない直線駆動のＸステージによってＸ軸方向に移動させ
ることによって行なわれる。また、ワークＷ₀ のＹ軸方
向の送りは、ワークＷ₀ を保持するワーク保持台を、図
示しない直線駆動のＹステージによってＹ軸方向へ移動
させることによって行なわれる。

【０００４】通常は、研磨工具１０１を子線方向に揺動
させながらワークＷ₀ を母線方向に送ることでワークＷ
₀ の被加工面を帯状に研磨する工程を繰り返す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、カンザシによってワークの被加工面に
押圧される研磨工具は、被加工面の傾斜に追従して任意
の方向に傾斜自在であるが、子線方向と母線方向の双方
に被加工面の曲率半径が小さくて被加工面の傾斜が大き
い場合には、研磨工具がワークの周縁部に移動したとき
にカンザシの加圧方向に対して研磨工具が大きく傾く。
このために、ワークの周縁部の研磨荷重が小さくなり、
その結果、研磨量が局部的に減少して均一な研磨を行な
うことができないという未解決の課題がある。

【０００６】詳しく説明すると、図１０に示すように、
ワークＷ₀ の被加工面の曲率半径が小さいと、その周縁
部においては、Ｚ軸方向に加圧されるカンザシの加圧力
Ｔ₁がワークＷ₀ の被加工面に対して垂直な状態から大
きく傾いてしまう。このためにワークＷ₀ の被加工面の
法線方向に作用する研磨荷重Ｔ₂ （Ｔ₁ ｃｏｓθ）がワ
ークＷ₀ の中央部分に比べて著しく減少し、研磨量が不
均一となる。

【０００７】このように研磨量がワークＷ₀ の中央部分
と周縁部で不均一となれば、研磨後のワークＷ₀ の被加
工面の曲率を研磨前のものと同じに仕上げることはでき
ない。

【０００８】この傾向は、研磨工具のＸ軸方向の幅を小
さくして研磨せざるを得ない状況においては特に大きな
欠点となる。例えば、母線方向または子線方向が非球面
形状の被加工面を研磨する場合には、被加工面との接触
面積の小さい研磨工具を用いる必要があるため、均一な
研磨が極めて困難である。

【０００９】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、ワークの被加工面の
曲率半径が小さい場合でも、その周縁部において研磨量
が低減する等のトラブルを回避して、被加工面全体を極
めて均一に研磨することのできる高性能な研磨装置およ
び研磨方法を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の研磨装置は、ワークを保持するワーク保持
台と、該ワーク保持台を第１の軸のまわりに枢動させる
ための第１の駆動手段と、前記ワーク保持台を第２の軸
のまわりに枢動させるための第２の駆動手段と、前記ワ
ークの被加工面を研磨する研磨工具と、該研磨工具を第
３の軸に沿って往復移動させるための第３の駆動手段
と、前記研磨工具を回転させるための回転手段を有する
ことを特徴とするものである。

【００１１】また、台盤上において第１の軸のまわりに
枢動自在に支持された第１の揺動ステージと、これを枢
動させるための第１の駆動手段と、前記第１の揺動ステ
ージ上において第２の軸のまわりに枢動自在に支持され
た第２の揺動ステージと、これを枢動させるための第２
の駆動手段と、前記第２の揺動ステージに支持されたワ
ーク保持台と、該ワーク保持台に保持されたワークの被
加工面を研磨する研磨工具と、該研磨工具を第３の軸に
沿って往復移動させるための第３の駆動手段と、前記研
磨工具を回転させるための回転手段を有するものでもよ
い。

【００１２】研磨工具の傾斜角度を変化させる傾斜角度
調節手段が設けられているとよい。

【００１３】第１の軸に対するワーク保持台の離間距離
を調節するための離間距離調節手段が設けられていると
よい。

【００１４】第２の軸に対するワーク保持台の離間距離
を調節するための第２の離間距離調節手段が設けられて
いるとよい。

【００１５】回転手段が、研磨工具を第３の軸のまわり
に公転させる公転機構と、前記研磨工具を自転させる自
転機構を備えていてもよい。

【００１６】

【作用】トーリック形状等の曲面状の被加工面を有する
ワークに研磨工具を押圧し、ワークを保持するワーク保
持台を第１、第２の軸のまわりに揺動させることで、ワ
ークの母線方向と子線方向の送りを行ない、被加工面全
体を研磨する。被加工面に対する研磨工具の加圧力は、
第３の駆動手段によって制御される。第１、第２の軸を
ワークの母線方向と子線方向の曲率または近似曲率の中
心に位置させれば、ワークの周縁部を研磨するときに、
研磨工具の加圧力がワークの被加工面に対して傾くおそ
れはない。

【００１７】ワークの被加工面の曲率半径が小さくて
も、ワークの周縁部で研磨荷重が減少することなく、被
加工面全体の研磨量を極めて均一にすることができる。

【００１８】ワークの中央部分と周縁部等の間で研磨量
が不均一になるのを防ぎ、トーリック金型の鏡面部等を
高精度で研磨仕上げすることができる。

【００１９】

【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。

【００２０】図１は一実施の形態による研磨装置を示す
斜視図であって、これは、ダイヤモンド精密切削加工後
のトーリック金型であるワークＷ₁ の被加工面に、半球
状の研磨工具１０を押しつけて回転させながら、ワーク
Ｗ₁ の被加工面の曲率半径が最大である母線方向（Ｙ軸
方向）と、被加工面の曲率半径が最小である子線方向
（Ｘ軸方向）にワークＷ₁ を送ることによって、ワーク
Ｗ₁ と研磨工具１０との間に摺り合わせを行なうもので
ある。

【００２１】ワークＷ₁ を載置するワーク保持台２０
は、Ｘ揺動機構３０から突出する第２の揺動ステージで
あるアーム３１の自由端に支持され、Ｘ揺動機構３０
は、Ｙ揺動機構４０から突出する第１の揺動ステージで
あるアーム４１の自由端に支持されている。

【００２２】Ｙ揺動機構４０は、台盤５０上に立設され
た一対の支持体５１の上端に枢動自在に懸下された略Ｕ
字形の枠体を有し、該枠体の一側縁からＹ軸方向にアー
ム４１が突出している。アーム４１の自由端に配設され
た離間距離調節手段であるリニアスライド４２は、Ｘ揺
動機構３０の支持体４３を支持し、Ｘ揺動機構３０の垂
直方向（Ｚ軸方向）の位置を調節自在である。支持体４
３の上端には、Ｘ揺動機構３０が枢動自在に懸下されて
いる。

【００２３】ワークＷ₁ の母線方向の送りは、Ｙ揺動機
構４０をＸ揺動機構３０とともに、第１の駆動手段であ
るパルスモータＭ₁ によって第１の軸である軸４０ａの
まわりに枢動（揺動）させることによって行なわれる。

【００２４】また、ワークＷ₁ の子線方向の送りは、Ｙ
揺動機構４０上のＸ揺動機構３０を第２の駆動手段であ
るパルスモータＭ₂ によって第２の軸である軸３０ａの
まわりに枢動（揺動）させることによって行なわれる。

【００２５】ワークＷ₁ の母線方向の揺動半径の設定
は、リニアスライド４２によって前述のようにＸ揺動機
構３０の支持体４３の位置をＺ軸方向に調整することに
よって行なわれる。

【００２６】また、ワークＷ₁ の子線方向の揺動半径
は、ワーク保持台２０とワークＷ₁ の間に介在する第２
の離間距離調節手段であるジク２１の厚さ（高さ）を変
化させることによって調節される。これによって、ワー
クＷ₁ の被加工面の子線方向の曲率あるいは近似曲率の
中心とワークＷ₁ の子線方向の揺動運動の中心を一致さ
せて、子線方向にワークＷ₁ が揺動しても研磨工具１０
の加圧方向がワークＷ₁の被加工面の法線方向に常に一
致するように調整することができる。ワークＷ₁の非球
面量が大きい場合は、球面からの非球面変位が最も小さ
くなるように揺動半径を設定する。母線方向についても
リニアスライド４２を用いて同様に調整する。

【００２７】なお、ジク２１の厚さを変えると、母線方
向の揺動半径も変化するため、再度リニアスライド４２
を駆動して母線方向の揺動半径を微調整する作業が必要
である。

【００２８】研磨工具１０は、回転手段であるモータＭ
₃ によって回転される研磨ヘッド１１に保持され、研磨
ヘッド１１は、第３の駆動手段であるエアーシリンダ１
２によってＺ軸方向に加圧される。エアーシリンダ１２
は、台盤５０に立設されたコラム１３の側面に支持され
たスライド１３ａをＺ軸方向に移動させる。スライド１
３ａは、研磨ヘッド１１を片持ち支持する傾斜角度調節
手段である支持体１４を軸１１ａのまわりに回転自在に
支持する。軸１１ａのまわりに支持体１４を回転させる
ことで、研磨ヘッド１１の傾斜角度を変えることができ
る。

【００２９】ワークＷ₁ がトーリック金型である場合
は、必要とする研磨荷重が小さいため、エアーシリンダ
１２による摩擦の影響がないように摩擦レスタイプのエ
アーシリンダを用いる。また、研磨ヘッド１１の重量が
大きすぎるときは、エアーシリンダ１２に逆圧を与え
て、適正な加圧力に調整する。

【００３０】図２は研磨工具１０を示すもので、これ
は、モータＭ₃ によって回転される軸１０ａと、その先
端に保持された半球状の研磨パッド１０ｂを有する。研
磨パッド１０ｂは、半球状の弾性体に表面が研磨能力の
ある物質、例えば薄肉のピッチ、ウレタン等を接着した
ものを用いる。前述のように研磨ヘッド１１を軸１１ａ
のまわりに回転させて研磨工具１０を傾斜させると、ワ
ークＷ₁ に対する研磨パッド１０ｂの接触部がモータＭ
₃ による研磨工具１０の回転中心をはずれるため、前記
接触部における回転周速度は変曲点のない連続的な変化
をする。従って、研磨量が急激に変化するのを回避して
滑らかに研磨することができる。

【００３１】研磨工具１０とワークＷ₁ の接触面積は、
研磨パッド１０ｂの曲率と加圧力によって変化するた
め、どちらか一方を変えることで所望の接触面積を得る
ことができる。

【００３２】研磨作業は、ワーク保持台２０上のワーク
Ｗ₁ の被加工面に研磨工具１０を押しつけて、研磨工具
１０を回転させながら、ワーク保持台２０をＸ軸方向と
Ｙ軸方向に送ることによって行なわれる。送りを制御す
るパターンは後述するように３種類の送りパターンが一
般的である（図５参照）。

【００３３】Ｘ軸方向の送りは、Ｘ揺動機構３０をワー
クＷ₁ の子線方向の曲率半径の中心にあるＹ軸方向の軸
３０ａのまわりに揺動させることによって行なわれる。
また、Ｙ軸方向の送りも、Ｙ揺動機構４０をＸ軸方向の
軸４０ａのまわりに揺動させることによって行なわれ
る。従って、ワークＷ₁ のＸ軸方向の端部においても、
Ｙ軸方向の端部においても、研磨工具１０の加圧力がワ
ークＷ₁ の被加工面に対して垂直に作用する。その結
果、研磨荷重は常時一定で、被加工面全体の研磨量を均
一にすることができる。

【００３４】さらに、研磨工具１０に接触面積の小さい
球状の研磨面を用いており、これが、ワークＷ₁ の被加
工面に対して傾斜して保持されるため、ワークＷ₁ の被
加工面の曲率半径が小さくても高速度で極めて均一な研
磨を行なうことができる。

【００３５】図３は、外形が円形または矩形状で、ワー
クＷ₂ の被加工面が比較的大きい場合に用いる研磨工具
６０を示す。これは、軸６１ａの先端に、内側がゴム等
の弾性体６０ａで、表面層６０ｂが研磨能力のある２重
構造の研磨パッド６１ｂを有するもので、ワークＷ₂ と
の接触部の曲率を、トーリック金型であるワークＷ₂の
被加工面の子線方向と母線方向のそれぞれの平均曲率に
したトーリック形状の研磨工具である。

【００３６】この場合は、図４に示すような周転円機構
６２を用い、実質的に研磨工具６０を回転させずに公転
運動だけを与えて、研磨工具６０の向きが変化しないよ
うにする。すなわち、研磨工具６０の接触面の弾性変形
を最小限にして公転運動により研磨除去能率を上げるも
のである。周転円機構６２は、回転軸６２ａを公転機構
であるモータによって回転させ、ピンジョイント６２ｂ
を介して研磨工具６０に公転運動を伝える。工具軸６１
ａと一体である自転機構である歯車６２ｃが固定側の内
歯車６２ｄにかみ合っており、歯車６２ｃが公転１回転
する間に研磨工具６０が自転１回転をして、研磨工具６
０の向きが変化しないように構成されている。

【００３７】ワークの外形が矩形の場合は、研磨工具の
外形も矩形にし、また、周転円の運動の代わりに、直線
往復運動を付加して、被加工面の隅部も研磨量が均一に
できるようにする。

【００３８】工具軸に周転円や直線往復運動を付加せ
ず、研磨工具の中心で回転し除去能率を高めて被加工面
を走査させる場合もあり、その場合の工具形状は母線・
子線の全体の平均曲率の球面に成形したものや、工具材
質の弾性をさらに小さく、柔らかくして、研磨工具の回
転による方向変化があっても研磨工具がワークの形状に
倣いやすくする。

【００３９】図１の研磨装置を用いて研磨を行なった実
施例を以下に説明する。

【００４０】（実施例１）外形が８×１６ｍｍ、母線方
向の曲率半径が凹３０ｍｍ、子線方向の曲率半径が凹２
０ｍｍのＫＮメッキトーリック金型面上を、外形６ｍｍ
角、接触面曲率半径が凸２０ｍｍの矩形板状研磨工具
で、周期０．５秒、直径１ｍｍの周転円運動を行ないな
がら、母線方向および子線方向に揺動研磨を行なった。

【００４１】研磨工具の構成は表面が０．５ｍｍの発泡
ウレタンシート、内部が厚み３ｍｍのネオプレンゴムで
ある。

【００４２】（実施例２）外形が６×１２ｍｍ、母線方
向の曲率半径が凹２５ｍｍ、子線方向の曲率半径が凹１
８ｍｍのＫＮメッキトーリック金型面上を、曲率半径１
８ｍｍのウレタン樹脂の半球状研磨工具を３０度傾斜さ
せ、荷重２００ｇをかけて接触幅３ｍｍの状態で回転数
６０ｒｐｍで回転させながら研磨した。

【００４３】（実施例３）外形が８×１６ｍｍ、母線方
向の曲率半径が凹３０ｍｍ、子線方向の曲率半径が凹２
０ｍｍのＫＮメッキトーリック金型面上を、直径５ｍ
ｍ、接触面曲率半径２０ｍｍの円板状研磨工具を３０ｒ
ｐｍで回転させ、１００ｇで押圧しながら、金型全面を
走査研磨した。走査のための揺動周期は子線方向に１
秒、母線方向に１０秒で全面を２回走査した。

【００４４】次に、前述のワークの送りパターンについ
て説明する。図５の（ａ）に示すように、ワークを母線
方向にジグザグ移動させる工程を繰り返すものと、同図
の（ｂ）に示すように、ワークを母線方向に走査したう
えで子線方向にわずかに移動させ母線方向に走査する工
程を繰り返すものと、同図の（ｃ）に示すように、ワー
クを母線方向に走査しながら子線方向に送るものの３種
類が一般的である。

【００４５】図６は、図５の（ａ）に示す送りパターン
による制御プログラムを示すフローチャートである。ス
テップＳ１で研磨工具の回転を開始し、ステップＳ２で
エアーシリンダを駆動して研磨工具を下降させ、ステッ
プＳ３で子線方向の揺動を開始し、ステップＳ４で母線
方向に前進させ、ステップＳ５で母線方向の送りを停止
し、ステップＳ６で子線方向に一定量送り、ステップＳ
７で子線方向の位置を確認し、ステップＳ８で母線方向
に逆進させ、ステップＳ９で母線方向の送りを停止し、
ステップＳ１０で子線方向に送り、ステップＳ１１で子
線方向の位置を確認し、子線方向の終点でなければステ
ップＳ４にもどる。子線方向の終点に到達したらステッ
プＳ１２で子線方向の送りを停止し、ステップＳ１３で
研磨工具の回転を停止し、ステップＳ１４で研磨工具を
上昇させて終了する。

【００４６】図７は、図５の（ｂ）に示す送りパターン
による制御プログラムを示すフローチャートである。ス
テップＳ２１で研磨工具の回転を開始し、ステップＳ２
２でエアーシリンダを駆動して研磨工具を下降させ、ス
テップＳ２３で母線方向の送りを開始し、ステップＳ２
４で母線方向の前進を停止させ、ステップＳ２５で子線
方向に一定量送り、ステップＳ２６で送りを停止する。
ステップＳ２７で子線方向の位置を確認し、ステップＳ
２８で母線方向に逆進させ、ステップＳ２３にもどる。
ステップＳ２７で子線方向の終点に到達していたら、ス
テップＳ２９で研磨工具の回転を停止し、ステップＳ３
０で研磨工具を上昇させて終了する。

【００４７】図８は、図５の（ｃ）に示す送りパターン
による制御プログラムを示すフローチャートである。ス
テップＳ４１で研磨工具の回転を開始し、ステップＳ４
２でエアーシリンダを駆動して研磨工具を下降させ、ス
テップＳ４３で母線方向に前進させ、ステップＳ４４で
子線方向に送り、ステップＳ４５で子線方向の位置を確
認し、子線方向の終点でなければステップＳ４６で母線
方向に逆進させてステップＳ４４にもどる。ステップＳ
４５で子線方向の終点に到達していたら、ステップＳ４
７で子線方向の送りを停止し、ステップＳ４８で研磨工
具の回転を停止し、ステップＳ４９で研磨工具を上昇さ
せて終了する。

【００４８】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００４９】ワークの被加工面の曲率半径が小さい場合
でも、その周縁部において研磨量が著しく低減するのを
回避して、被加工面全体を均一に研磨することができ
る。特に、ダイヤモンド精密切削加工後のトーリック金
型の鏡面部の研磨仕上げ等に最適であり、トーリック形
状等のレンズの高性能化に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態による研磨装置を示す斜視図であ
る。

【図２】図１の装置の研磨工具のみを示す立面図であ
る。

【図３】第１の変形例による研磨工具を示す断面図であ
る。

【図４】図３の研磨工具とその駆動部を示す断面図であ
る。

【図５】３つの送りパターンを示す図である。

【図６】図５の（ａ）の送りパターンを説明するフロー
チャートである。

【図７】図５の（ｂ）の送りパターンを説明するフロー
チャートである。

【図８】図５の（ｃ）の送りパターンを説明するフロー
チャートである。

【図９】一従来例による研磨装置を説明する図である。

【図１０】図９の装置における研磨荷重を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１０，６０研磨工具１１研磨ヘッド１２エアーシリンダ２０ワーク保持台３０Ｘ揺動機構４０Ｙ揺動機構５０台盤６２周転円機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークを保持するワーク保持台と、該ワ
ーク保持台を第１の軸のまわりに枢動させるための第１
の駆動手段と、前記ワーク保持台を第２の軸のまわりに
枢動させるための第２の駆動手段と、前記ワークの被加
工面を研磨する研磨工具と、該研磨工具を第３の軸に沿
って往復移動させるための第３の駆動手段と、前記研磨
工具を回転させるための回転手段を有する研磨装置。
【請求項２】台盤上において第１の軸のまわりに枢動
自在に支持された第１の揺動ステージと、これを枢動さ
せるための第１の駆動手段と、前記第１の揺動ステージ
上において第２の軸のまわりに枢動自在に支持された第
２の揺動ステージと、これを枢動させるための第２の駆
動手段と、前記第２の揺動ステージに支持されたワーク
保持台と、該ワーク保持台に保持されたワークの被加工
面を研磨する研磨工具と、該研磨工具を第３の軸に沿っ
て往復移動させるための第３の駆動手段と、前記研磨工
具を回転させるための回転手段を有する研磨装置。
【請求項３】研磨工具の傾斜角度を変化させる傾斜角
度調節手段が設けられていることを特徴とする請求項１
または２記載の研磨装置。
【請求項４】第１の軸に対するワーク保持台の離間距
離を調節するための離間距離調節手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の
研磨装置。
【請求項５】第２の軸に対するワーク保持台の離間距
離を調節するための第２の離間距離調節手段が設けられ
ていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項
記載の研磨装置。
【請求項６】回転手段が、研磨工具を第３の軸のまわ
りに公転させる公転機構と、前記研磨工具を自転させる
自転機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし
５いずれか１項記載の研磨装置。
【請求項７】ワークの被加工面に研磨工具を当接しな
がら前記ワークを直交する２軸の方向に送る工程を有
し、前記被加工面の曲率の中心に位置する軸のまわりに
前記ワークを枢動させることで各軸方向の送りを行なう
ことを特徴とする研磨方法。