JP2001179584A - 研磨方法および研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、軸対称の非球面形状を有する光学
素子，金型等の被加工物を研磨するための研磨方法およ
び研磨装置に関し、軸対称の非球面形状を有する被加工
物を均一に研磨することを目的とする。 【解決手段】 軸対称の非球面を有する被加工物の前記
非球面を研磨工具により研磨するための研磨方法におい
て、前記被加工物を、前記軸を中心にして回転しなが
ら、前記研磨工具を、前記被加工物の非球面の法線方向
に接触するように常に維持した状態で、前記非球面に沿
って曲線状に移動し、前記非球面を研磨することを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸対称の非球面形
状を有する光学素子，金型等の被加工物を研磨するため
の研磨方法および研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軸対称の非球面形状を有する被加
工物の研磨装置では、研磨工具が被加工物の非球面の法
線方向に接触するように、研磨工具軸先端を傾斜させる
制御機構を有しており、この制御機構により、研磨工具
の非球面への追従が可能とされている。

【０００３】そして、従来、このような研磨装置では、
研磨工具の運動方法として、研磨工具のみを回転させ被
加工物上の端点から矩形波を描きながら被加工物の全面
を運動させる方法、あるいは、被加工物と研磨工具とを
回転させながら被加工物の中心を通る１断面を往復運動
させる方法が採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、研磨工
具のみを回転させ被加工物上の端点から矩形波を描きな
がら被加工物の全面を運動させる方法では、矩形波の各
ライン毎の間隔によって、走査方向にうねりが生じると
いう問題があった。また、被加工物と研磨工具とを回転
させながら被加工物の中心を通る１断面を往復運動させ
る方法では、被加工物の中心付近において研磨工具の回
転中心と被加工物の回転中心とが重なるため、加工量を
均一に制御することが困難になるという問題があった。

【０００５】本発明は、かかる従来の問題を解決するた
めになされたもので、軸対称の非球面形状を有する被加
工物を均一に研磨することができる研磨方法および研磨
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の研磨方法は、
軸対称の非球面を有する被加工物の前記非球面を研磨工
具により研磨するための研磨方法において、前記被加工
物を、前記軸を中心にして回転しながら、前記研磨工具
を、前記被加工物の非球面の法線方向に接触するように
常に維持した状態で、前記非球面に沿って曲線状に移動
し、前記非球面を研磨することを特徴とする。

【０００７】請求項２の研磨装置は、軸対称の非球面を
有する被加工物の前記非球面を研磨工具により研磨する
ための研磨装置において、前記被加工物を前記軸を中心
にして回転する回転手段と、前記研磨工具を前記被加工
物の非球面の法線方向に接触するように常に維持する法
線方向維持手段と、前記研磨工具を前記非球面に沿って
曲線状に移動する移動手段とを有することを特徴とす
る。

【０００８】（作用）請求項１の研磨方法では、軸対称
の非球面を有する被加工物が、軸を中心にして回転され
る。そして、研磨工具が、被加工物の非球面の法線方向
に接触するように常に維持され、これにより被加工物に
作用する研磨工具の圧力の変動が抑制される。

【０００９】また、この状態で、研磨工具が非球面に沿
って曲線状に移動され、これにより、被加工物面上を運
動する研磨工具の運動軌跡がランダムになり、研磨領域
に一定の軌跡や偏りを生ずることなく、被加工物面が均
一に研磨される。請求項２の研磨装置では、回転手段に
より、軸対称の非球面を有する被加工物が、軸を中心に
して回転される。

【００１０】そして、法線方向維持手段により、研磨工
具が、被加工物の非球面の法線方向に接触するように常
に維持される。また、この状態で、移動手段により、研
磨工具が非球面に沿って曲線状に移動される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。

【００１２】図１は図２の要部の詳細を示しており、図
２は本発明の研磨装置の一実施形態を示している。図２
の研磨装置では、定盤１１上に、奥行き方向に水平移動
するＹステージ１３が配置されている。このＹステージ
１３は、Ｙ軸モータ１５によりＹ軸方向に移動される。

【００１３】このＹステージ１３の上面には、研磨剤の
飛散を防止する桶部材１７が載置されている。桶部材１
７の中央には、被加工物１９が支持されている。この被
加工物１９は、軸対称の非球面形状を有する光学素子，
金型等からなる。

【００１４】定盤１１の奥側には、コラム２１が載置さ
れ、このコラム２１上に、幅方向に水平移動するＸステ
ージ２３が配置されている。このＸステージ２３は、Ｘ
軸モータ２５によりＸ軸方向に移動される。このＸステ
ージ２３上には、ブラケット２７を介して、高さ方向に
移動するＺステージ２９が配置されている。

【００１５】このＺステージ２９は、Ｚ軸モータ３１に
よりＺ軸方向に移動される。このＺステージ２９には、
アーム３３が水平方向に突出して支持されている。そし
て、アーム３３の先端に、研磨工具３５を支持する研磨
工具支持機構３７が配置されている。この研磨工具支持
機構３７は、図１に示すように、アーム３３の先端に固
定されるスピンドル３９を具えており、スピンドル３９
の回転軸４１に研磨工具３５が固定されている。

【００１６】研磨工具３５は、工具本体４３の下端にポ
リシャ４５を添着して形成されている。図１は、被加工
物１９を支持する被加工物支持機構の詳細を示すもの
で、被加工物１９が、支持部材４７の上面に、図示しな
い保持部材を介して固定されている。

【００１７】支持部材４７の下面には、支持部材４７を
回転するための回転軸４９の一端が連結されている。そ
して、支持部材４７は、傾斜角変更機構５１により、そ
の傾斜角を３次元的に変更可能とされている。すなわ
ち、この実施形態では、回転軸４９は、第１の球面軸受
５３および第２の球面軸受５５に、回転自在に挿通支持
されている。

【００１８】第１の球面軸受５３は、水平に配置される
第１の支持板５７に支持されている。この第１の支持板
５７は、ブラケット５９を介して、Ｙステージ１３に固
定されている。第２の球面軸受５５は、第１の支持板５
７に平行に配置される第２の支持板６１に支持されてい
る。

【００１９】この第２の支持板６１は、水平面内で移動
自在に配置されている。すなわち、第２の支持板６１
は、第２のＹ軸モータ６３を駆動することにより、例え
ば、図示しないピニオンとラックを介して、Ｙ軸方向に
移動可能とされている。また、第２の支持板６１は、第
２のＸ軸モータ６５を駆動することにより、例えば、図
示しないピニオンとラックを介して、Ｘ軸方向に移動可
能とされている。

【００２０】そして、回転軸４９の下端には、図示しな
い自在継ぎ手を介して、回転軸４９を回転する回転軸駆
動モータ６７が連結されている。上述した研磨装置を使
用して、本発明の研磨方法の一実施形態が以下述べるよ
うにして行われる。すなわち、この研磨方法では、回転
軸４９の回転により、支持部材４７が回転され、軸対称
の非球面を有する被加工物１９が、軸Ｃを中心にして回
転される。

【００２１】そして、図１に示したように、研磨工具３
５が、被加工物１９の非球面の法線方向に接触するよう
に常に維持される。また、この状態で、図３に示すよう
に、研磨工具３５が被加工物１９の非球面に沿って円弧
状に移動される。この円弧軌跡Ｋは、被加工物１９の中
心Ｏを通らないように設定される。

【００２２】図４は、上述した研磨装置に配置される制
御装置７１を示すもので、この制御装置７１は、Ｘ軸モ
ータ２５，Ｙ軸モータ１５，Ｚ軸モータ３１，回転軸駆
動モータ６７，第２のＸ軸モータ６５および第２のＹ軸
モータ６３の制御を行う。すなわち、制御装置７１によ
り回転軸駆動モータ６７を駆動すると、回転軸４９が回
転され、支持部材４７が回転される。

【００２３】そして、この支持部材４７の回転により、
軸対称の非球面を有する被加工物１９が、軸Ｃを中心に
して回転される。そして、この制御装置７１は、研磨工
具３５が、被加工物１９の非球面の法線方向に常に接触
し、かつ、研磨工具３５が非球面に沿って円弧状に移動
するように、Ｘ軸モータ２５，Ｙ軸モータ１５，Ｚ軸モ
ータ３１，第２のＸ軸モータ６５および第２のＹ軸モー
タ６３の制御を行う。

【００２４】すなわち、制御装置７１内には、被加工物
１９の形状に応じて、予め、Ｘ軸モータ２５，Ｙ軸モー
タ１５，Ｚ軸モータ３１，第２のＸ軸モータ６５および
第２のＹ軸モータ６３の制御プログラムが読み込まれて
おり、制御装置７１は、この制御プログラムに従って、
Ｘ軸モータ２５，Ｙ軸モータ１５，Ｚ軸モータ３１，第
２のＸ軸モータ６５および第２のＹ軸モータ６３を同時
に制御する。

【００２５】なお、この制御プログラムは、図３に示し
たように、研磨工具３５が被加工物１９に対して円弧状
に移動するように、Ｙステージ１３とＸステージ２３と
を移動するようなプログラムとされている。そして、そ
れに伴い、研磨工具３５が被加工物１９の非球面の法線
方向に常に接触するように、Ｚステージ２９および回転
軸４９を移動するようなプログラムとされている。

【００２６】上述した研磨方法では、軸対称の非球面形
状を有する被加工物１９を、軸Ｃを中心にして回転しな
がら、研磨工具３５を、被加工物１９の非球面の法線方
向に接触するように常に維持した状態で、非球面に沿っ
て円弧状に移動し、非球面を研磨するようにしたので、
軸対称の非球面形状を有する被加工物１９を均一に研磨
することができる。

【００２７】すなわち、上述した研磨方法では、研磨工
具３５が、被加工物１９の非球面の法線方向に接触する
ように常に維持されるため、被加工物１９に作用する研
磨工具３５の圧力の変動を抑制することが可能になり、
これにより被加工物１９を均一に研磨することができ
る。また、この状態で、研磨工具３５が非球面に沿って
円弧状に移動されるため、被加工物１９面上を運動する
研磨工具３５の運動軌跡がランダムになり、研磨領域に
一定の軌跡や偏りを生ずることなく、被加工物１９面を
均一に研磨することができる。

【００２８】そして、上述した研磨装置では、制御装置
７１により、Ｘ軸モータ２５，Ｙ軸モータ１５，Ｚ軸モ
ータ３１，第２のＸ軸モータ６５および第２のＹ軸モー
タ６３の制御を行うようにしたので、簡易な構成によ
り、研磨工具３５が、被加工物１９の非球面の法線方向
に常に接触し、かつ、研磨工具３５が非球面に沿って円
弧状に移動するように制御することができる。

【００２９】また、上述した研磨装置では、研磨工具支
持機構３７のスピンドル３９をアーム３３により支持
し、アーム３３と研磨工具３５との距離を小さくしたの
で、研磨工具３５の加工圧力の変動を抑え、研磨工具３
５のばたつきを抑制することができる。なお、上述した
実施形態では、研磨工具３５を被加工物１９に対して円
弧状に移動した例について説明したが、本発明はかかる
実施形態に限定されるものではなく、例えば、楕円状等
の曲線状に移動するようにしても良い。

【００３０】また、上述した実施形態では、制御装置７
１により、Ｘ軸モータ２５，Ｙ軸モータ１５，Ｚ軸モー
タ３１，第２のＸ軸モータ６５および第２のＹ軸モータ
６３の制御を行うことにより、研磨工具３５を被加工物
１９に対して円弧状に移動した例について説明したが、
本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例
えば、カム機構等を用いても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の研磨方法
では、軸対称の非球面形状を有する被加工物を、軸を中
心にして回転しながら、研磨工具を、被加工物の非球面
の法線方向に接触するように常に維持した状態で、非球
面に沿って曲線状に移動し、非球面を研磨するようにし
たので、軸対称の非球面形状を有する被加工物を均一に
研磨することができる。

【００３２】請求項２の研磨装置では、装置を、軸対称
の非球面形状を有する被加工物を軸を中心にして回転す
る回転手段と、研磨工具を被加工物の非球面の法線方向
に接触するように常に維持する法線方向維持手段と、研
磨工具を非球面に沿って曲線状に移動する移動手段とか
ら構成したので、軸対称の非球面形状を有する被加工物
を均一に研磨することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２の研磨装置の要部の詳細を示す説明図であ
る。

【図２】本発明の研磨装置の一実施形態を示す斜視図で
ある。

【図３】被加工物に対して研磨工具を円弧状に移動する
状態を示す説明図である。

【図４】図２の研磨装置に配置される制御装置を示す説
明図である。

【符号の説明】

１９ 被加工物 ３５ 研磨工具 ５１ 傾斜角変更機構 ７１ 制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸対称の非球面を有する被加工物の前記
   非球面を研磨工具により研磨するための研磨方法におい
   て、 前記被加工物を、前記軸を中心にして回転しながら、前
   記研磨工具を、前記被加工物の非球面の法線方向に接触
   するように常に維持した状態で、前記非球面に沿って曲
   線状に移動し、前記非球面を研磨することを特徴とする
   研磨方法。
2. 【請求項２】 軸対称の非球面を有する被加工物の前記
   非球面を研磨工具により研磨するための研磨装置におい
   て、 前記被加工物を前記軸を中心にして回転する回転手段
   と、 前記研磨工具を前記被加工物の非球面の法線方向に接触
   するように常に維持する法線方向維持手段と、 前記研磨工具を前記非球面に沿って曲線状に移動する移
   動手段と、 を有することを特徴とする研磨装置。