JP2002370147A - 研磨工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非球面レンズ等のような多種多様な曲率をも
つ被加工面においても常に小径のポリシャの研磨面全面
を被加工面に一様に接触させて研磨圧力の不均一をなく
するとともに被加工面への追随性を向上させる。 【解決手段】 被加工面に対して十分小さい小径のポリ
シャ１ａが取り付けられる研磨工具部材１と、研磨工具
部材１を吸着保持する工具保持部２と、工具保持部２を
支持する工具支持部３とを有し、工具保持部２の凸球面
２ａと工具支持部３の凹球面３ａとを複数の球体５を介
して対向させた研磨工具１０において、ポリシャ１ａと
弾性体１ｂが複数のピエゾ素子７を介して研磨工具部材
１に取り付けられ、被加工物の曲面形状データに従って
各加工位置における被加工曲面の変位量に相当する電圧
を各ピエゾ素子７に加えて、ピエゾ素子７をそれぞれ伸
縮させポリシャ１ａの研磨面を被加工面の曲面形状に沿
って変形させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズやミラー等
の光学素子あるいは金型等を研磨する際に使用される研
磨工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高度な形状精度が要求されるレンズ、ミ
ラー等の光学素子や精密部品を成形加工するための成形
用金型等を仕上げ研磨する際には、一般に、ピッチやポ
リウレタン等からなるポリシャを用いる研磨工具が従来
から使用されており、このポリシャの研磨面を被加工面
に対して押し付け、研磨面と被加工面の間に研磨液を供
給しながら、ポリシャを被加工面に対して回転運動ある
いは揺動運動させて加工を行っている。

【０００３】しかしながら、被加工面が凹凸面や曲率が
変化する曲面を有するような場合には、一般的な研磨工
具の研磨面では被加工面上の変化する曲率に対応でき
ず、被加工面に対して均一な加圧力を作用させることが
できなくなり一様に研磨加工することができないという
問題点がある。

【０００４】そこで、レンズやミラーあるいは成形用金
型等の被加工面における凹凸面や曲面に対して均一な加
圧力を作用させることができるように、図３や図４に図
示するような研磨工具が提案されている。

【０００５】図３に示す研磨工具１００は、工具基体１
０１に取り付けられた弾性体材料からなる液体収納部材
１０２の内部に液体あるいは気体１０３を導入し、該液
体収納部材１０２の下面にポリシャ１０４を固着して構
成されており、ポリシャ１０４の研磨面全面に均一な圧
力が作用するようにしている。

【０００６】また、図４に示す研磨工具１１０は、特公
平５−５８８６４号公報等に開示されているように、支
持部材１１１に制御手段により個別に作動可能な複数の
変位アクチュエータ１１２を配置し、これらの変位アク
チュエータ１１２の作動によって変位する出力側の部材
１１３に弾性体からなる工具部材１１４を取り付けて構
成されており、複数個の変位アクチュエータ１１２の作
動によって工具部材１１４の研磨面形状を被加工面の形
状に相応するように変形させて研磨するようにしてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の研磨工具において、特に、図３に図示する研磨
工具においては、液体１０３を導入した液体収納部材１
０２を介してポリシャ１０４を被加工面に押し付けるた
め、押し付け力が弱い場合や液体収納部材１０２の弾性
体の硬度や厚みによっては、曲率半径の小さな被加工物
等を研磨するときに、ポリシャ１０４の全面が均一に被
加工面に接触しない場合が生じる。また、工具基体１０
１とポリシャ１０４の間に液体１０３を介在させるた
め、運動方向に対する剛性が弱く、研磨加工時において
ポリシャ１０４と被加工面との間の摩擦抵抗により工具
本体１０１とポリシャ１０４との間に位置ずれが発生す
る場合がある。

【０００８】また、図４に図示する研磨工具において
は、被加工面に対して工具部材１１４を相対的に摺動さ
せることにより加工を行う際に、加工中に変位アクチュ
エータ１１２を各々作動させ、工具部材１１４の形状を
部分的に独立変化させて、個々に被加工面を押圧する力
を調整し、全体として所望の曲面を形成しようとするも
のであるけれども、曲率変化が大きな被加工面に対して
は、ポリシャとなる部材の降伏応力や成形可能な大きさ
等の制約により、被加工物に対して十分に小さい小径の
研磨工具を構成することが必要であるが、工具面に複数
の変位アクチュエータを並列させる構成であるために、
現状のアクチュエータのサイズでは、研磨工具の研磨面
を小径化することが困難であり、また、曲率が変化する
被加工面を高速度で研磨する際に、被加工面への追随性
に問題があった。

【０００９】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、
非球面レンズ等のような多種多様な曲率をもつ被加工面
においても常に小径のポリシャの研磨面全面を被加工面
に一様に接触させて研磨圧力の不均一をなくすとともに
被加工面への追随性を向上させる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。

【００１０】

【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、被加工物の被加工面に対して
十分小さい小径のポリシャが取り付けられる研磨工具部
材と該研磨工具部材を保持する工具保持部材とを有する
研磨工具において、前記ポリシャは、複数のピエゾ素子
または複数のバイメタルとヒーターを介して前記研磨工
具部材に取り付けられ、該複数のピエゾ素子または複数
のヒーターは、被加工面の曲面形状に応じて該複数のピ
エゾ素子または複数のヒーターをそれぞれ制御する制御
手段に接続され、該制御手段に基づいて制御される各ピ
エゾ素子の作動によりまたは各ヒーターの発熱によって
前記バイメタルを変形させることにより前記ポリシャの
研磨面の曲率や形状を変化させることを特徴とする。

【００１１】本発明の研磨工具において、前記制御手段
は、被加工面の曲面形状に応じて前記ポリシャ研磨面の
変位量を算出し、該算出された結果に基づいて、前記ポ
リシャの研磨面の曲率や形状を変化させるように構成さ
れていることが好ましい。

【００１２】本発明の研磨工具において、前記ポリシャ
の研磨面は、被加工面の研磨位置に伴って自由に曲率を
変化しうるように構成されていることが好ましい。

【００１３】本発明の研磨工具において、前記工具保持
部材は、前記研磨工具部材を吸着保持する工具保持部と
該工具保持部を吸着支持する工具支持部とから構成さ
れ、前記工具保持部の上面に形成された凸球面と前記工
具支持部の下面に形成された凹球面とを複数の球体を挟
んで相対向するように配置し、前記凸球面と前記凹球面
の中心点をともに研磨面の中心点に一致させてあること
が好ましい。

【００１４】

【作用】本発明の研磨工具によれば、被加工物の被加工
面に対して十分小さい小径のポリシャに複数のピエゾ素
子あるいは複数のバイメタルとヒーターの組み合わせを
配置し、これらのピエゾ素子やヒーターを適宜作動させ
ることにより、ポリシャ研磨面を任意の曲率半径をもっ
た曲面に変形させることを可能にし、曲率半径の小さな
被加工面を研磨するときや、曲率が変化する被加工面等
を高速度で研磨するときにおいても、被加工物の曲面形
状に関するデータに基づいて各々の位置における変位に
応じてポリシャの研磨面の曲率を変化させることがで
き、ポリシャの研磨面全面を常に一様に被加工面に接触
させることができ、研磨圧力のムラをなくすることがで
きる。

【００１５】さらに、研磨工具を構成する工具保持部の
凸球面と工具支持部の凹球面とを複数の球体を挟んで相
対向するように配置し、それらの凸球面と凹球面の中心
点をともに研磨面の中心点に一致させる構成とすること
によって、研磨加工時の摩擦力の作用点と回転中心とを
一致させることができ、研磨工具が被加工面に沿ってど
のように傾斜した場合でも、研磨工具を転倒させようと
するモーメントを発生させることがなく、研磨工具は被
加工面の様々な形状にも充分追随することができるた
め、被加工面の圧力分布を一定に維持することができ、
また、研磨工具とポリシャとの間に位置ずれ等が発生す
ることもなく追随性が良く、被加工物の研磨加工を均一
な圧力分布でよりスムーズに行うことをを可能にする。

【００１６】

【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。

【００１７】先ず、本発明に係る研磨工具の第１実施例
について図１を参照して説明する。図１に図示する本実
施例の研磨工具１０は、被加工物の被加工面に対して十
分小さい小径のポリシャ１ａが取り付けられる研磨工具
部材１と、研磨工具部材１を保持する工具保持部材とを
有し、この工具保持部材は、研磨工具部材１を吸着保持
するとともに上面を凸球面２ａとする工具保持部２と、
工具保持部２の凸球面２ａに対向する凹球面３ａを下面
側に有し、上面側にはコネクター６が固定されている工
具支持部３と、工具保持部２の凸球面２ａと工具支持部
３の凹球面３ａとの間に配設された複数の球体５とで構
成されている。

【００１８】研磨工具部材１は、金属等の磁性体で円筒
状に作製され、被加工面と対向する下面には、被加工物
の被加工面に対して十分小さい小径のポリウレタン等の
シートからなるポリシャ１ａおよびポリシャ１ａに貼り
付けられた弾性体１ｂが、複数のピエゾ素子７を介して
取り付けられている。

【００１９】研磨工具部材１を保持するための工具保持
部２は、金属等の磁性体からなり、図示上面を凸球面２
ａとし、その中央部には、ネジ４ｂにより取り付けられ
た金属製の磁石ホルダ４ａを介して磁石４が固定されて
おり、また、工具保持部２の下面中央部に形成された穴
２ｂにはベアリング２ｃを介して研磨工具部材１が挿入
され、該研磨工具部材１は、磁石４の磁力により、工具
保持部２に吸着保持されている。工具保持部２の凸球面
２ａはその中心点が吸着保持される研磨工具部材１のポ
リシャ１ａの研磨面の中心点Ｏと一致するように形成さ
れている。

【００２０】工具支持部３は、金属等の磁性体からな
り、図示下面側に形成された凹球面３ａは、その中心点
が前記研磨面の中心点Ｏと一致するように形成されてい
る。工具支持部３と工具保持部２は、それぞれの凹球面
３ａと凸球面２ａとによりステンレス等の非磁性体から
なる３個の球体５を挟んだ状態で、前記磁石４の磁力に
より常に吸引される構成になっており、工具支持部３は
工具保持部２を磁石４の磁力により吸着支持する。ま
た、工具支持部３と工具保持部２の下方部分は適当な可
撓性部材３ｂで連結され、この可撓性部材３ｂによって
凹球面３ａと凸球面２ａ間の空間は密閉される。

【００２１】凹球面３ａと凸球面２ａの間に配設された
各球体５は、リテナー５ａにより案内されて研磨工具部
材１の中心軸周りに常に１２０°ずつ間をおいて配置さ
れ、工具保持部２と工具支持部３がどのように相対移動
をおこなっても自由に転がることができるように構成さ
れている。また、各球体５の外径は、前記凹球面３ａの
半径と前記凸球面２ａの半径の差に等しくなっている。

【００２２】工具支持部３の上面側にはコネクター６が
ネジ６ｂ等により固定され、このコネクター６の内部に
は穴６ａが設けられ、この穴６ａは、研磨工具部材１、
工具保持部２、工具支持部３等の中心部を貫通する穴に
連通され、これらの穴を通して前記各ピエゾ素子７の配
線７ａを引き出している。

【００２３】複数のピエゾ素子７は、それぞれ、配線７
ａを介して、制御手段（不図示）に接続され、制御手段
から適宜印加される電圧によってそれぞれ伸縮し、ポリ
シャ１ａの研磨面の曲率を適宜変化させることができる
ように構成されている。制御手段は、適宜入力される被
加工物の曲面形状に関するデータあるいは被加工面の計
測結果に基づく曲面形状のデータ、および、研磨工具１
０の加工位置や加工速度等に応じて、それぞれの加工位
置において必要とされる加工面形状（例えば、曲率半
径）を算出し、それぞれの加工位置における曲面の変位
量に相当する電圧を印加して各ピエゾ素子７を適宜伸縮
させ、ポリシャ１ａの研磨面の曲率を変化させる。

【００２４】以上のように構成される本実施例の研磨工
具１０においては、研磨工具１０が被加工面上を移動す
るのに伴い、予め与えられた被加工物の曲面形状に関す
るデータにしたがって、各々のピエゾ素子７にその加工
位置における曲面の変位量に相当する電圧を加えること
によってそれぞれのピエゾ素子７を適宜伸縮させ、弾性
体１ｂおよびポリシャ１ａを変形させて、ポリシャ１ａ
の研磨面の曲率を変化させることができ、ポリシャ１ａ
が接触している部分の被加工面の曲面形状に沿った研磨
面を形成することができる。

【００２５】これにより、曲率半径の小さな被加工物を
研磨するとき、あるいは、曲率が変化する面などを高速
度で研磨するときでも、小径のポリシャの研磨面全面を
一様に被加工面に接触させることができ、研磨圧力のム
ラをなくすることができるとともに、研磨工具とポリシ
ャとの間に位置ずれが発生することもなくなり、追随性
を向上させることができる。

【００２６】また、研磨工具が被加工面に沿って運動す
る際に、研磨面や被加工面上に運動方向と反対向きに摩
擦力が生じ、この摩擦力は、本来なら研磨工具を転倒さ
せるようなモーメントとして作用するが、本実施例の研
磨工具１０においては、工具保持部２の凸球面２ａと工
具支持部３の凹球面３ａとを球体５を挟んで相対向する
ように配置し、それらの凸球面２ａと凹球面３ａの中心
点がともに研磨面の中心点Ｏに位置するため、摩擦力の
作用点と回転中心とが一致し、前記モーメントが発生し
ない。これにより、研磨工具１０が被加工面に沿ってど
のように傾斜した場合でも、研磨工具１０を転倒させよ
うとするモーメントを発生させることがなく、さらに、
研磨工具１０は被加工面の様々な形状にも充分追随する
ことができるため、被加工面の圧力分布を一定に維持す
ることができ、被加工物の研磨加工をよりスムーズに行
うことが可能となる。

【００２７】次に、本発明に係る研磨工具の第２実施例
について図２を参照して説明する。本実施例は、前述し
た第１実施例におけるピエゾ素子７に代えて、バイメタ
ル８とヒーター９の組合せを用いている点で、前述した
第１実施例と相違する。なお、その他の部材や構成は、
前述した第１実施例と同様であって、同一符号を付し、
それらについての詳細は省略する。

【００２８】本実施例の研磨工具１１は、被加工物の被
加工面に対して十分小さい小径のポリシャ１ａが取り付
けられる研磨工具部材１と、研磨工具部材１を保持する
工具保持部材とを有し、この工具保持部材は、研磨工具
部材１を吸着保持するとともに上面を凸球面２ａとする
工具保持部２と、工具保持部２の凸球面２ａに対向する
ように凹球面３ａを下面側に有し、上面側にはコネクタ
ー６が固定されている工具支持部３と、工具保持部２の
凸球面２ａと工具支持部３の凹球面３ａとの間に配設さ
れた複数の球体５とで構成され、小径のポリシャ１ａと
弾性体１ｂは、複数のバイメタル８とこれらのバイメタ
ル８の上面にそれぞれ貼り付けたヒーター９を介して研
磨工具部材１に取り付けられている。複数のヒーター９
はそれぞれ配線９ａを介して制御手段（不図示）に接続
され、制御手段から適宜印加される電流によってそれぞ
れ発熱し、各ヒーター９に対応するバイメタル８の曲率
を変化させて、ポリシャ１ａの研磨面の曲率を適宜変化
させることができるように構成されている。

【００２９】本実施例における研磨工具１１において
は、研磨工具１１が被加工面上を移動するのに伴い、予
め与えられた被加工物の曲面形状に関するデータにした
がって、各々のヒーター９にその加工位置における曲面
の変位量に相当する電流値を印加して各々のヒーター９
を発熱させることによって、バイメタル８の曲率を変化
させることができ、これにより、バイメタル８の下方に
貼り付けられている弾性体１ｂおよびポリシャ１ａの研
磨面の曲率を変化させることができ、ポリシャ１ａが接
触している部分の被加工面の曲面形状に沿った研磨面を
形成することができる。したがって、本実施例において
も、前述した第１実施例と同様に、ポリシャの研磨面全
面を一様に被加工面に接触させることができ、被加工面
の圧力分布を一定に維持することができ、研磨圧力のム
ラをなくすることができるとともに、研磨工具とポリシ
ャとの間に位置ずれが発生することもなくなり、追随性
を向上させることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
曲率半径の小さな被加工面を研磨するときや、曲率が変
化する被加工面等を高速度で研磨するときにおいても、
被加工物の曲面形状に関するデータに基づいて各々の位
置における変位に応じてポリシャの研磨面の曲率を変化
させることができ、ポリシャの研磨面全面を常に一様に
被加工面に接触させることができ、研磨圧力のムラをな
くすることができる。

【００３１】さらに、研磨工具を構成する工具保持部の
凸球面と工具支持部の凹球面とを複数の球体を挟んで相
対向するように配置し、それらの凸球面と凹球面の中心
点をともに研磨面の中心点に一致させる構成とすること
によって、研磨加工時の摩擦力の作用点と回転中心とを
一致させることができ、研磨工具が被加工面に沿ってど
のように傾斜した場合でも、研磨工具を転倒させようと
するモーメントを発生させることがなく、研磨工具は被
加工面の様々な形状にも充分追随することができるた
め、被加工面の圧力分布を一定に維持することができ、
また、研磨工具とポリシャとの間に位置ずれ等が発生す
ることもなく追随性が良く、被加工物の研磨加工均一な
圧力分布でよりスムーズに行うことをを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研磨工具の第１実施例の構成を示
す断面図である。

【図２】本発明に係る研磨工具の第２実施例の構成を示
す断面図である。

【図３】従来の研磨工具の一例を示す概略的な断面図で
ある。

【図４】従来の研磨工具の他の一例を一部破断して示す
概略的な斜視図である。

【符号の説明】

１ 研磨工具部材 １ａ ポリシャ １ｂ 弾性体 ２ 工具保持部 ２ａ 凸球面 ３ 工具支持部 ３ａ 凹球面 ４ 磁石 ４ａ 磁石ホルダ ５ 球体 ５ａ リテナー ６ コネクター ７ ピエゾ素子 ７ａ 配線 ８ バイメタル ９ ヒーター ９ａ 配線 １０、１１ 研磨工具

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物の被加工面に対して十分小さい
   小径のポリシャが取り付けられる研磨工具部材と該研磨
   工具部材を保持する工具保持部材とを有する研磨工具に
   おいて、前記ポリシャは、複数のピエゾ素子または複数
   のバイメタルとヒーターを介して前記研磨工具部材に取
   り付けられ、該複数のピエゾ素子または複数のヒーター
   は、被加工面の曲面形状に応じて該複数のピエゾ素子ま
   たは複数のヒーターをそれぞれ制御する制御手段に接続
   され、該制御手段に基づいて制御される各ピエゾ素子の
   作動によりまたは各ヒーターの発熱によって前記バイメ
   タルを変形させることにより前記ポリシャの研磨面の曲
   率や形状を変化させることを特徴とする研磨工具。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、被加工面の曲面形状に
   応じて前記ポリシャ研磨面の変位量を算出し、該算出さ
   れた結果に基づいて、前記ポリシャの研磨面の曲率や形
   状を変化させるように構成されていることを特徴とする
   請求項１記載の研磨工具。
3. 【請求項３】 前記ポリシャの研磨面は、被加工面の研
   磨位置に伴って自由に曲率を変化しうるように構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の研磨工具。
4. 【請求項４】 前記工具保持部材は、前記研磨工具部材
   を吸着保持する工具保持部と該工具保持部を吸着支持す
   る工具支持部とから構成され、前記工具保持部の上面に
   形成された凸球面と前記工具支持部の下面に形成された
   凹球面とを複数の球体を挟んで相対向するように配置
   し、前記凸球面と前記凹球面の中心点をともに研磨面の
   中心点に一致させてあることを特徴とする請求項１ない
   し３のいずれか１項に記載の研磨工具。