JP2001088016A

JP2001088016A - 電気泳動用研磨剤及びこれを用いた成形体の製造方法及び光学装置

Info

Publication number: JP2001088016A
Application number: JP27173699A
Authority: JP
Inventors: Kuninori Shinada; 邦典品田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】電気泳動研磨の効率を向上させる。【解決手段】本発明の電気泳動研磨用研磨剤研は、削
用の砥粒及び研磨用の砥粒と、前記両砥粒を電気泳動さ
せる微粒と、前記砥粒及び前記微粒を分散させる分散媒
を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置に備える
光学系のレンズやミラー等の成形体及びその製造方法及
び製造された成形体を有する光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光学装置に備えるレンズやミラ
ー等の成形体の加工は、プレス、アニール、研削、研
磨、芯取り、コーティングの工程で行われる（必要に応
じて、接合工程有り）。加工工程中の研削工程は、レン
ズやミラーの形状を創成するものである。

【０００３】研削は、均一な粒径のダイヤモンド砥粒を
結合剤で工具に固定し、焼き固めたダイヤモンドからな
る研削用砥石を用いて行われる。そして、砥石を被加工
物の表面に当て、被加工物を微少領域で破壊しながら除
去し被加工物の形状を創成する。研削工程後の被加工面
は、割れが発生し白濁した状態になっている。このよう
な表面の白濁を鏡面化するのが研磨工程である。

【０００４】研磨工程は、研磨工具と被加工物との間に
研磨剤（砥粒と液体からなる）を介在させ、研磨工具と
被加工物とを擦り合わせることにより行われる。これに
より被加工物の表面粗さを小さくし、被加工物の精度を
向上させ、レンズやミラー等の成形体の表面を仕上げ
る。従来から研磨に用いられる砥粒は、酸化セリウムが
一般的である。また、酸化セリウム砥粒を用いた研磨の
効率を向上させる方法として、砥粒の数を多くすること
が試みられている。また、ダイヤモンドを砥粒として用
いる方法も提案されている。

【０００５】更に、電気泳動研磨法を用いることも提案
されている。電気泳動研磨法とは、液体中の微粒子が陽
又は陰に帯電する現象を利用したものであり、研磨工具
及び研磨剤に電圧を印加し、研磨剤中の砥粒（微粒子）
を泳動浮遊させ加工を行うものである。この方法は、研
磨除去量を増大し、被加工物の加工表面の粗さを良好に
する方法として有効な方法である。この電気泳動研磨法
の場合、ダイヤモンド砥粒自体は電気泳動しないため、
ダイヤモンド砥粒の他に高分子材料を混合した懸濁液が
使用される。

【０００６】そして本発明者は、特開平１０−２０２５
１０号公報で、水にダイヤモンド砥粒及び酸化アルミニ
ウム微粒を混合した電気泳動用研磨剤を提案した。これ
によれば、酸化アルミニウム微粒の電気泳動によりダイ
ヤモンド砥粒を陰極に付着させることが可能になり、陰
極に付着するダイヤモンド砥粒の厚みを大幅に大きくす
ることを実現した。また、陰極にダイヤモンド砥粒を付
着させたことで、陰極の研磨工具が被加工物にショート
することがなくなり、導電性材料からなる被加工物を確
実に研磨することが可能になった。

【０００７】従来、電気泳動研磨法を用いた研磨方法は
以下のようなものが提案されている。加工装置として
は、酸化セリウムと水からなる研磨液を入れる液槽を具
え、この液槽の底部は、ポリッシャが貼付されたステン
レス円盤を有している。この円盤の周囲は、側壁を設け
た形状を成している。

【０００８】被加工物は、回転軸に設置され液槽中の研
磨剤に浸される。液槽を成すステンレス円盤を陰極と
し、前記回転軸の近傍に設置されたステンレス製の電極
盤を陽極とする。そして、電圧を両極に印加する。研磨
剤中、酸化セリウムは、陰に帯電しており、液槽１６の
底部から上部方向に向かって電気泳動する。ポリッシャ
と被加工物は前記したように回転運動するが、この回転
運動により浮上した酸化セリウム砥粒は、液の流れに乗
り効率よく被加工物の加工面に供給される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来の技術によ
れば、研削と研磨の各々の加工そのものに要する加工時
間を短縮することができた。しかし、研削工程から研磨
工程へ移行するときの工程変更に伴う時間がかかること
から、加工全体から見れば、各加工工程そのものの時間
短縮の効果を生かせない問題点があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで第１に本発明は、
「研削用の砥粒及び研磨用の砥粒と、前記両砥粒を電気
泳動させる微粒と、前記砥粒及び前記微粒を分散させる
分散媒を有する電気泳動研磨用研磨剤（請求項１）」を
提供する。第２に「前記微粒は酸化アルミニウム及び／
又は酸化マグネシウムからなり、前記研削用の砥粒はダ
イヤモンドからなり、前記研磨用の砥粒は酸化セリウム
及び／又は酸化ジルコニウムからなることを特徴とする
請求項１に記載の電気泳動研磨用研磨剤（請求項２）」
を提供する。第３に「前記微粒の粒径は、約０．１μｍ
以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の電気泳動用研磨剤（請求項３）」を提供する。第４
に「分散媒と、研削用砥粒と、研磨用砥粒と、電気泳動
用微粒とを有する電気泳動研磨用研磨剤中に被加工物を
設置し、該研磨剤中に設置された２つの電極に電圧を印
加する工程と、前記研磨剤中の前記電気泳動用微粒と前
記研削用砥粒と前記研磨用砥粒とを陰極に泳動させ付着
させる工程と、該陰極を研磨工具にし、該研磨工具を前
記被加工物の表面に接触させ前記研削用砥粒により研削
する工程と、該研削工程後に前記研磨用砥粒により研磨
する工程を有することを特徴とする成形体の製造方法
（請求項４）」を提供する。第５に「前記研磨剤中の研
磨用砥粒は、研削工程時には含有せず研磨工程時に添加
されることを特徴とする請求項４に記載の成形体の製造
方法（請求項５）」を提供する。第６に「前記研磨工程
において、前記研磨用砥粒の添加量を前記研削工程時の
添加量よりも多くすることを特徴とする請求項５に記載
の成形体の製造方法（請求項６）」を提供する。第７に
「分散媒と、研削用砥粒と、研磨用砥粒と、電気泳動用
微粒とを有する電気泳動研磨用研磨剤中に被加工物を設
置し、該電気泳動研磨用研磨剤中に設置された２つの電
極に電圧を印加し、前記研磨剤中の前記電気泳動用微粒
と前記研削用砥粒と前記研磨用砥粒とを陰極に泳動させ
付着させ、該陰極を研磨工具にし、該研磨工具を前記被
加工物の表面に接触させ前記研削用砥粒により研削し、
該研削後に前記研磨用砥粒により研磨された光学部品を
有することを特徴とする光学装置（請求項７）」を提供
する

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、研削（形状創成）に
関与する砥粒と研磨に関与する砥粒及び電気泳動に関与
する微粒とを混合した研磨剤を用い電気泳動研磨を行う
ことにより、研削工程と研磨工程に相当する工程を１工
程で行い、研削及び研磨を効率的により簡単に行うこと
を可能にしたものである。

【００１２】研削又は研磨に関与する機能の異なる２種
類の砥粒の混合は、研磨工程においては研磨に関与する
砥粒の配合比を研削工程時よりも増やす。そのため、研
磨工程時において研削用砥粒の割合は、研磨用砥粒の割
合よりも少なくなる。従って、研削用砥粒は研磨工程に
関与しなくなる。また、研削用砥粒は研磨工程時には工
具の中に埋もれてしまっており、その上に研磨用砥粒が
堆積するので、研削用砥粒が研磨工程に関与することが
ない。

【００１３】また本発明では、研削工程時には研磨用砥
粒を含有させず、研磨工程を行う段階で研磨用砥粒を初
めて添加していく方法でも良い。研削に関与する砥粒
は、研磨に関与する砥粒よりも大きな硬度を有する材料
を用いることが必要である。そして、研削に関与する砥
粒の粒子径は、研磨に関与する砥粒よりも大きくするこ
とが好ましい。

【００１４】電気泳動に関与する微粒は、研削や研磨に
関与しない性状をとる必要がある。例えば、電気泳動に
関与する微粒の硬度は、研削や研磨に関与する砥粒より
も小さいことが必要である。そして、硬度の条件により
電気泳動に関与する微粒の粒子径を調整し、研削や研磨
に関与しないようにする必要がある。また、電気泳動に
関与する微粒は、ｐＨ９〜１１において等電点が０であ
る材料が好ましい。

【００１５】研削に関与する砥粒としては、硬度の面か
らダイヤモンド砥粒が好ましく、研磨に関与する砥粒と
しては、酸化セリウムや酸化ジルコニウムが好ましい。
また電気泳動に関与する微粒としては酸化アルミニウム
や酸化マグネシウムが好ましい。本発明で使用可能な例
えばダイヤモンドからなる研削用砥粒の粒子径は、０．
１μｍ〜２０μｍが好ましく、例えば酸化セリウムから
なる研磨用砥粒の粒子径は５μｍ以下であることが好ま
しい。

【００１６】例えば電気泳動に関与する酸化アルミニウ
ムのモース硬度は９であり、研削に関与する例えばダイ
ヤモンドのモース硬度は１０であり、電気泳動に関与す
る酸化アルミニウムの硬度は比較的硬いものである。従
って、酸化アルミニウム微粒は、粒子径を調整すること
で研削及び研磨に関与しない粒子径に設定する必要があ
る。よって、例えばダイヤモンド砥粒と酸化セリウム砥
粒を用い研削及び研磨を行う場合、酸化アルミニウム微
粒の粒子径は、約０．１μｍ以下にすることが好まし
い。これ以上の粒子径にすると、酸化アルミニウムが研
削又は研磨工程に関与してしまい、好ましい研削及び研
磨面が得られなくなる。

【００１７】図１に本発明に関わる加工装置の概略図を
示す。ベース１１上には、回転テーブル１２が設けられ
ており、回転テーブル１２上には、液槽１６が設置され
ている。液槽１６は、回転テーブル１２の回転と共に回
転する。液槽１６には、水と粒径が０．１μｍ以下の酸
化アルミニウム微粒とダイヤモンド砥粒及び酸化セリウ
ム砥粒を混合した研磨剤１７が入っている。本実施の形
態の研磨剤は、水を分散媒として用いたが、砥粒や電気
泳動の状態によっては、水以外の液体を使用してもよ
い。

【００１８】被加工物である石英ガラス１３は、液槽１
６中に設置される。本実施の形態では、石英ガラスの例
を示すが、本発明に適用可能な基材は石英ガラスに限定
されるものではなく、一般的に使用される光学ガラス、
例えばＢＫ７、低熱膨張ガラス等の加工に使用可能であ
る。液槽１６中の液状の研磨剤１７には、電極１８が設
置されている。

【００１９】研削工程の開始時の研磨剤は、水１００ｃ
ｃに対して、酸化アルミニウムを３重量％、ダイヤモン
ドを０．２重量％、酸化セリウムを１重量％とした。石
英ガラス１３は、導電性材料からなるかんざし軸１５に
設置された研磨工具１４により研磨される。研磨工具１
４は、鋳鉄や黄銅等の導電性材料からなり、被加工物の
径よりも小さいものである。

【００２０】研磨工具１４の概略図を図２に示す。図２
ａは、研磨工具１４を上方から見た概略図であり、図２
ｂは横方向から見た概略図である。図２ａから判るよう
に、本実施の形態の研磨工具１４は、円盤状の形状を成
している。そして、研磨工具１４における石英ガラス１
３との接触面には、溝Ｘが形成されている。そして溝Ｘ
が形成された面上には、ポリッシャ２１が設置されてい
る。

【００２１】研磨時において研磨工具１４は、かんざし
軸１５により石英ガラス１３に押圧される。そして、研
磨工具１４は、ピンアンドフォーク方式で自動運動が与
えられた状態で石英ガラス１３の表面上を走査する。研
削及び研磨加工時には、直流電源１９により電極１８と
かんざし軸１５に電圧が印加できるようになっている。
研磨工具１４は、かんざし軸１５を介して陰極に接続さ
れており、研磨剤１７は、電極１８を介して陽極に接続
されている。

【００２２】これらの接続により、研磨剤を電気泳動さ
せる。印加する電力は５０Ｖ以下が好ましい。研削及び
研磨時において石英ガラス１３は、回転テーブル１２の
回転運動と共に回転する。このとき、液槽１６も同時に
回転する。従って、加工時には、研磨工具１４の自転と
石英ガラス１３の回転が行われる。

【００２３】研削加工が行われるとき、ダイヤモンド砥
粒と酸化セリウム砥粒は電圧の印加により酸化アルミニ
ウム微粒と共に陰極に電気泳動する。前記したように研
磨工具１４には溝Ｘが形成されているが、溝Ｘには酸化
アルミニウム微粒と共にダイヤモンド砥粒と酸化セリウ
ム砥粒が泳動付着する。溝Ｘに付着した砥粒の内ダイヤ
モンド砥粒は、研削に関与するものであり、石英ガラス
１３の表面を極微少に破壊しながら除去する。これによ
り、研削工程のように所望の形状を創成することができ
る。

【００２４】また、付着した砥粒の内、酸化セリウム砥
粒はダイヤモンド砥粒による研削で生じる割れを軽減す
る働きがあり、酸化セリウム砥粒を添加して研磨するこ
とにより、石英ガラス１３の表面の白濁を防止すること
ができる。このとき、研磨工具１４には、電気泳動によ
り酸化アルミニウム微粒も付着する。しかし、酸化アル
ミニウム微粒の粒径は、０．１μｍ以下の十分小さなも
のであり、研磨に関わることなく単にダイヤモンド砥粒
と酸化セリウム砥粒を電気泳動させることのみに作用す
る。

【００２５】研磨に関与する酸化セリウム砥粒は、前記
したように最初の添加量は１重量％としていたが、研削
工程が終了した時点で添加量を増やしていく。本実施の
形態の研磨工程において、酸化セリウム砥粒は、最初、
１重量％の濃度から研磨を開始し、表面粗さの状態によ
り、その後は３重量％に濃度を濃くする。そして最終工
程として水を添加し、濃度を薄めて加工を行った。研削
工程の終了は、加工面の表面粗さから判断した。

【００２６】また、研磨工程中に研磨工具１４に付着し
た砥粒が脱落する場合もある。しかし、脱落した領域に
は、新たに砥粒が付着するので問題はない。しかも、研
磨工具１４そのものは、陰極になっているので、陽極酸
化膜の影響による劣化も生じない。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、研削（形状創成）工程
と研磨工程を１つの工程で実現することが可能である。
従って、両加工の工程変更にかかる時間がなく、両加工
を通しての加工時間を短縮することが可能になった。そ
のため、成形体の加工に係る作業効率を向上させること
ができる。

【００２８】更に、従来、研削装置と研磨装置の少なく
とも２台の装置が必要であった加工が１台の装置で加工
可能になった。従って、装置に係るコストを低減するこ
とができる。また、装置が１台で済むので装置の設置場
所も小さな領域で済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明に関わる研磨を行う加工装置の一例
の概略図である。

【図２】は、本発明に関わる研磨を行う研磨工具の一例
の概略図である。

【符号の説明】

１１・・・・・ベース１２・・・・・回転テーブル１３・・・・・石英ガラス１４・・・・・研磨工具１５・・・・・かんざし軸１６・・・・・液槽１７・・・・・研磨剤１８・・・・・電極１９・・・・・直流電源２１・・・・・ポリッシャ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研削用の砥粒及び研磨用の砥粒と、前記
両砥粒を電気泳動させる微粒と、前記砥粒及び前記微粒
を分散させる分散媒を有する電気泳動研磨用研磨剤。
【請求項２】前記微粒は酸化アルミニウム及び／又は
酸化マグネシウムからなり、前記研削用の砥粒はダイヤ
モンドからなり、前記研磨用の砥粒は酸化セリウム及び
／又は酸化ジルコニウムからなることを特徴とする請求
項１に記載の電気泳動研磨用研磨剤。
【請求項３】前記微粒の粒径は、約０．１μｍ以下で
あることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電
気泳動用研磨剤。
【請求項４】分散媒と、研削用砥粒と、研磨用砥粒
と、電気泳動用微粒とを有する電気泳動研磨用研磨剤中
に被加工物を設置し、該研磨剤中に設置された２つの電
極に電圧を印加する工程と、前記研磨剤中の前記電気泳
動用微粒と前記研削用砥粒と前記研磨用砥粒とを陰極に
泳動させ付着させる工程と、該陰極を研磨工具にし、該
研磨工具を前記被加工物の表面に接触させ前記研削用砥
粒により研削する工程と、該研削工程後に前記研磨用砥
粒により研磨する工程を有することを特徴とする成形体
の製造方法。
【請求項５】前記研磨剤中の研磨用砥粒は、研削工程
時には含有せず研磨工程時に添加されることを特徴とす
る請求項４に記載の成形体の製造方法。
【請求項６】前記研磨工程において、前記研磨用砥粒
の添加量を前記研削工程時の添加量よりも多くすること
を特徴とする請求項５に記載の成形体の製造方法。
【請求項７】分散媒と、研削用砥粒と、研磨用砥粒
と、電気泳動用微粒とを有する電気泳動研磨用研磨剤中
に被加工物を設置し、該電気泳動研磨用研磨剤中に設置
された２つの電極に電圧を印加し、前記研磨剤中の前記
電気泳動用微粒と前記研削用砥粒と前記研磨用砥粒とを
陰極に泳動させ付着させ、該陰極を研磨工具にし、該研
磨工具を前記被加工物の表面に接触させ前記研削用砥粒
により研削し、該研削後に前記研磨用砥粒により研磨さ
れた光学部品を有することを特徴とする光学装置。