JP2004255549A - 球面の研削・研磨工具および球面の研削・研磨加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】微小な工作物球面の研削・研磨加工を行う場合に、準備が容易かつ安価であって、工作物球面を高い面精度に仕上げる。
【解決手段】研削・研磨工具１は、金属からなる台皿２の貼付面２ａに略円柱状の砥石体３が接着固定され、構成されている。砥石体３の加工面３ａには、その中心点（頂部）を通らない十字状に溝２１が形成される。
【選択図】 図１
【解決手段】研削・研磨工具１は、金属からなる台皿２の貼付面２ａに略円柱状の砥石体３が接着固定され、構成されている。砥石体３の加工面３ａには、その中心点（頂部）を通らない十字状に溝２１が形成される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球面の研削・研磨工具と、球面の研削・研磨加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、研削・研磨加工に使用される砥石の加工を行う面（以下、加工面と称する）には、加工液の供給を円滑にし、加工時に生じる熱の除去や加工肩の排出を促進するため、溝が設けられている。
【０００３】
光学素子に研削・研磨加工を行う工具の溝に関する従来技術としては、実開昭５０−１４８６９５号公報が開示されている。
【０００４】
図１８、図１９は、従来技術の工具である砥石１３０を示す。図１９は図１８のＣ−Ｃ線略断面図である。砥石１３０には、加工面１３１の中心から外縁に向けて放射状に伸びる溝１３２が形成されている。
【０００５】
この溝１３２は、フライスや切断機などの機械加工によって形成したり、メタルボンドを使用した砥石においては、放電加工によって形成することもある。
【０００６】
微小な砥石、例えば、外径１ｍｍ、曲率半径１ｍｍ程度の砥石では、加工面１３０に対する溝１３２の大きさを相対的に小さくするため、溝幅を０．１ｍｍ程度とする。
【０００７】
さらに、微小な凸球面砥石では、溝１３２の深さを直線的（砥石の加工面が凸球面の場合、中心部の溝は深く、外緑部の溝は浅くなる）に形成すると、中心部の過大な溝深さのため、砥石１３０の強度が低下し、たわみを生じたり、折損したりすることで、加工される光学素子面の面精度を低下させる問題が発生する。
【０００８】
したがって、加工面１３１の曲面に沿って均一な深さ（例えば０．３ｍｍ程度）の溝１３２を形成させることも行われる。
【０００９】
一方、数値制御による研削・研磨加工機を用いる場合、砥石１３０の高さ寸法を正確に測定し、加工機に入力する必要がある。図２０に示すように、砥石１３０の高さ寸法の測定は、例えば、砥石１３０の底面と加工面１３１の面頂とをマイクロメータ２２１の端子２２１ａと端子２２１ｂとで挟んで行う。
【００１０】
【特許文献１】
実開昭５０−１４８６９５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、溝１３２は、加工面１３１の中心から外縁に向けて放射状に伸びている。さらに、加工面１３１の中心に、溝１３２の底部を貫通する中心孔１３３が形成される。砥石１３０で光学素子球面を加工する際には、外部からのほか、中心孔１３３からも加工液を供給し、加工面１３１全体に加工液が行き渡るようにしている。
【００１２】
微小な光学素子２０１を加工する微小な砥石１３０では、加工面１３１に対する相対的な溝１３２の幅と中心孔１３３の径が大きくなる。
【００１３】
砥石１３０を回転、揺動させながら光学素子２０１に当接し、加工を行う際、図２１及び図２２で示す範囲で砥石１３０を揺動させる場合、光学素子２０１の球面中心には加工面１３１が当接しないので、光学素子２０１の球面中心の面精度が悪化する（いわゆる「中心クセ」が発生する）問題がある。この光学素子２０１の球面を干渉計で測定すると、図２３のようになる。
【００１４】
溝１３２の幅をごく細く（０．１ｍｍ未満程度）に形成すれば、上記の問題をある程度解決することができる。
【００１５】
しかし、光学素子を加工中に砥石１３０が摩耗し、溝１３２が消滅するので、光学素子の製造現場において、頻繁に溝１３２を形成し直す必要があるので、溝１３２の形成は、容易、かつ、安価に行える必要がある。
【００１６】
該条件（溝１３２の形成を容易、かつ、安価に行う条件）を満たす機械加工では、ごく細い溝を形成させることが困難であるという問題がある。また、放電加工では、砥石１３０にごく細い溝を形成させることが可能であるが、砥石１３０の材料が金属系などに限定されることと、形成加工が比較的高価になることが問題となる。
【００１７】
一方、図２０に示したように、砥石１３０の高さ寸法をマイクロメータ２２１で測定する際、溝１３２が加工面１３１の面頂に形成されている場合、図２４に示すように、加工面１３１の面頂は仮想の点となるので、所望の高さ寸法（砥石１３０の底面から加工面１３１の仮想上の面頂までの寸法）を正確に測定することができないという問題がある。
【００１８】
また、このとき、マイクロメータ２２１の端子２２１ａが加工面１３１と溝１３２との縁に当接するので、この部分が破損し、加工される光学素子２０１の球面の面精度が悪化することがあるという問題がある。
【００１９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、微小な砥石によって、微小な工作物球面の研削・研磨加工を行う場合に、準備が容易かつ安価であって、工作物球面を高い面精度に仕上げることのできる球面の研削・研磨工具を提供することを目的としている。
【００２０】
また、上記球面の研削・研磨工具を用いて、微小な工作物球面を容易に、かつ、高い面精度に研削・研磨する球面の研削・研磨加工方法を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の球面の研削・研磨工具は、工作物の球面に倣わせる球面の加工面を有する研削・研磨工具において、前記工作物の球面と当接する前記加工面上で、前記加工面の中心から外れた位置に溝が形成され構成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００２３】
第１の実施の形態：
図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は研削・研磨工具の構成を示す斜視図、図２は図１の研削・研磨工具で加工されるレンズの断面を示す断面図、図３は図１の砥石体の加工面を示す上面図、図４は図１の砥石体の加工面に形成された溝を示す略断面図、図５は加工装置での図１の研削・研磨工具と図２のレンズとの取り付け状態を示す略断面図である。
【００２４】
（構成）
図１に示すように、本第実施の形態の研削・研磨工具１は、金属からなる台皿２の貼付面２ａに略円柱状の砥石体３が接着固定され、構成されている。
【００２５】
一方、図２に示すように、研削・研磨工具１により加工されるレンズ４は、例えば加工直径が１ｍｍ程度、曲率半径が１ｍｍ程度の略凹球面形状のレンズ面４ａを有する。
【００２６】
図１に戻り、研削・研磨工具１の砥石体３は、ダイヤモンド砥粒を樹脂ボンドで固めたものであり、砥石体３の上面には、工作物であるレンズ４の凹球面状のレンズ面４ａを反転した凸球面状の加工面３ａが形成されている。
【００２７】
図３に示すように、砥石体３の加工面３ａには、その中心点（頂部）を通らない十字状に溝２１が形成される。それぞれの溝２１は、例えば、その幅が０．１５ｍｍ程度で、中心点から距離０，１ｍｍ程度だけ離れた位置に形成されている。図４は図３のＡ−Ａ線断面であって溝２１の深さを示す断面図であり、溝２１の深さは、例えば０．３ｍｍ程度とする。
【００２８】
そして、研削・研磨工具１とレンズ４を加工機（全体の図示は省略）に取り付け、レンズ４の研削・研磨加工を行う。
【００２９】
図５に示すように、レンズ４は駆動回転自在の下軸３１に取り付け、研削・研磨工具１は駆動回転自在で駆動揺動自在の上軸３２に保持させる。
【００３０】
なお、上軸３２の揺動中心は、研削・研磨工具１の加工面３ａの曲率中心に一致するように、調節する。加工機には、加工液供給装置（図示省略）に連通する加工液ノズル３３が設置されており、加工液ノズル３３から研削・研磨工具１とレンズ４との当接部に加工液を射出することができる。
【００３１】
（作用）
レンズ４のレンズ面４ａに研削・研磨加工を行う手順を説明する。
最初、下軸３１と上軸３２は同一軸心上で直立しており、下軸３１に取り付けられたレンズ４のレンズ面４ａと上軸３２に取り付けられた研削・研磨工具１の加工面３ａとは、対向して離れて配置されている。
【００３２】
次に、上軸３２を軸に沿って下向きに移動させ、研削・研磨工具１の加工面３ａとレンズ面４ａとを当接させる。次に、加工液をこの当接部に射出しながら、下軸３１と上軸３２をそれぞれ軸まわりに回転させ、加工面３ａの曲率中心まわりで上軸３２を揺動させる。
【００３３】
上軸３２の揺動は、レンズ面４ａの中心点を境に±９°程度以上とする。レンズ面４ａをできるだけ均一に加工するため、揺動はなるべく大きめにするのが望ましいが、一方で、揺動が大きすぎて、加工面３ａがレンズ面４ａから脱落しないようにする。
【００３４】
下軸３１と上軸３２の回転、揺動動作によって、加工面３ａに存在する砥粒がレンズ面４ａを微視的に除去していき、レンズ面４ａの表面粗さを小さくしていく。このとき、発生する加工屑と熱は、介在する加工液によって、外部へ放出される。
【００３５】
加工の終了時は、上軸３２の揺動を停止し、上軸３２を軸に沿って上昇させ、研削・研磨工具１の加工面３ａとレンズ面４ａとを離脱させ、下軸３１と上軸３２のそれぞれの回転を停止させる。上軸３２からレンズ４を取り外し、研削・研磨加工が施されたレンズ４を得る。
【００３６】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、研削・研磨工具の加工面に、その中心点（頂部）を通らない十字状に溝を形成することによって、レンズ面の中心点（底部）に加工面が当接する機会が多くあり、レンズ面中心点の面精度の悪化（いわゆる中心クセの発生）を防ぐ効果がある。
【００３７】
特に、レンズが微小径（例えば加工直径１ｍｍ程度）の場合、研削・研磨工具の加工面も同程度の大きさとなり、加工面に対する溝の幅が相対的に大きくなる傾向にあるので、上記の効果が顕著である。
【００３８】
第２の実施の形態：
図６は本発明の第２の実施の形態に係るマイクロメータで研削・研磨工具の高さ寸法を測定する様子を示す側面図である。
【００３９】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００４０】
（構成）
研削・研磨工具１の構成は第１の実施の形態と同じであり、砥石体３の加工面３ａには、その中心点（頂部）を通らない十字状に溝２１が形成される。
【００４１】
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する前に、図６に示すように、研削・研磨工具１をマイクロメータ４１の端子４１ａと端子４１ｂに挾んで、研削・研磨工具１の高さ寸法を測定する。
【００４２】
図５に示したように加工装置の下軸３１に研削・研磨工具１を取り付ける際、本実施の形態では、測定した研削・研磨工具１の高さ寸法値によって下軸３１の軸方向位置を変化させ、加工時の上軸３２の揺動中心点と加工面３ａの曲率中心点とを一致させる。
【００４３】
その他の構成は第１の実施の形態と同じである。
【００４４】
（作用）
研削・研磨工具１をマイクロメータ４１の端子４１ａと端子４１ｂに挾んで、研削・研磨工具１の高さ寸法を測定する際、端子４１ａは加工面３ａの中心点（頂部）に当接する。
【００４５】
下軸３１の軸方向位置は、研削・研磨工具１の高さ寸法測定値に基づいて設定するので、加工時の上軸３２の揺動中心点と加工面３ａの曲率中心点とを一致させる設定にできる。
【００４６】
よって、加工時、加工面３ａはレンズ面４ａに沿って滑らかに移動する。
その他の作用は第１の実施の形態と同じである。
【００４７】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面の中心点（頂部）に溝や孔が存在しないので、マイクロメータで研削・研磨工具の高さを測定する際、測定端子が加工面の中心点（頂部）に確実に当接し、研削・研磨工具の高さ寸法が正確に測定される効果がある。
【００４８】
また、研削・研磨工具の高さを測定する際、測定端子が砥石面の溝や孔の縁部に当接し、この部分を破損することがない効果がある。
【００４９】
また、加工装置に正確な研削・研磨工具の高さ寸法を入力できるので、研削・研磨工具の加工面に沿った正確な軌跡で、揺動させることが可能となり、直精度の悪化が防止される効果がある。
【００５０】
第３の実施の形態：
図７は本発明の第３の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図である。
第３の実施の形態は、第１または第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００５１】
（構成）
図７に示すように、研削・研磨工具１の砥石体３の加工面３ａに、中心線に対して対称かつ平行に見える２本の溝２２を形成する。
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００５２】
（作用）
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する際、加工面３ａの溝２２が線対称に構成されているので、加工液が対称的に行き渡りやすい。
その他の作用は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００５３】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面に２本の溝が線対称に構成されているので、加工中に加工液が対称的に行き渡り、加工面の摩耗が対称的に生じ、加工面の形状が崩れることを防止する効果がある。また、それに伴い、加工されたれレンズ面の面精度の対称性が高まる効果がある。
【００５４】
第４の実施の形態：
図８は本発明の第４の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図である。
第４の実施の形態は、第１または第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００５５】
（構成）
図８に示すように、研削・研磨工具１の砥石体３の加工面３ａに、中心線に対して対称かつ平行に見える２本の溝２３ａを形成し、さらに、溝２３ａと直交し、中心線に対して対称かつ平行に見える２本の溝２３ｂを形成する。
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００５６】
（作用）
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する際、加工面３ａの溝（溝２３ａおよび溝２３ｂ）が点対称に構成されているので、加工液が対称的に行き渡りやすい。
その他の作用は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００５７】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面に４本の溝が点対称に構成されているので、加工中に加工液が対称的に行き渡り、加工面の摩耗が対称的に生じ、加工面の形状が崩れることを防止する効果がある。また、それに伴い、加工されたレンズ面の面精度の対称性が高まる効果がある。
【００５８】
第５の実施の形態：
図９は本発明の第５の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図である。
第５の実施の形態は、第１または第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００５９】
（構成）
図９に示すように、研削・研磨工具１の砥石体３の加工面３ａに、中心点付近から外縁へ放射状に伸び、中心点に対し点対称に見えるように、複数の溝２４を形成する。ただし、加工面３ａの中心点において、溝幅と同程度の領域には、溝が形成されていない。
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００６０】
（作用）
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する際、加工面３ａの溝２４が点対称に構成されているので、加工液が対称的に行き渡りやすい。特に、加工面３ａの中心点に加工液が行き渡りやすい。
その他の作用は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００６１】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面に複数の溝が点対称に構成されているので、加工中に加工液が対称的に行き渡り、加工面の摩耗が対称的に生じ、加工面の形状が崩れることを防止する効果がある。
【００６２】
また、研削・研磨工具の加工面に複数の溝が加工面の中心点付近まで達しているので、加工面の中心点に加工液が行き渡り、レンズ面中心点の面精度の悪化（いわゆる中心クセの発生）を防ぐ効果がある。
【００６３】
また、上記の効果に伴い、加工されたれレンズ面の面精度の対称性が高まる効果がある。
【００６４】
第６の実施の形態：
図１０は本発明の第６の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図である。
第６の実施の形態は、第１または第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００６５】
（構成）
図１０に示すように、研削・研磨工具１の砥石体３の加工面３ａに、中心点に対して点対称に、かつ、格子状に見えるように、偶数本の溝２５を形成する。ただし、加工面３ａの中心点においては、溝が形成されていない。
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００６６】
（作用）
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する際、加工面３ａの溝２５が点対称に、かつ、高密度に構成されているので、加工液が対称的に行き渡りやすい。
その他の作用は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００６７】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工直に複数の溝が点対称に構成されていて、かつ、加工面に高密度に溝が形成されているので、加工中に加工液が対称的に行き渡り、加工面の摩耗が対称的に生じ、加工面の形状が崩れることを防止する効果がある。また、上記の効果に伴い、加工されたれレンズ面の面精度の対称性が高まる効果がある。
【００６８】
第７の実施の形態：
図１１は本発明の第７の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図である。
第７の実施の形態は、第１または第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００６９】
（構成）
図１１に示すように、研削・研磨工具１の砥石体３の加工面３ａに、中心点付近から螺旋状に見えるように、２本の溝２６を形成する。ただし、加工面３ａの中心点においては、溝が形成されていない。
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００７０】
（作用）
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する際、加工面３ａの溝２６が螺旋状に形成されているので、加工面の回転周方向と溝２６が伸びる方向とが直交することがない。
その他の作用は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００７１】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面に溝が螺旋状に形成されているので、加工面の回転周方向と溝が伸びる方向とが直交することがなく、レンズ面と溝の縁部との接触抵抗が小さくなる効果がある。これに伴い、溝が接触抵抗によって崩壊するおそれが少なくなる効果がある。
【００７２】
第８の実施の形態：
図１２ないし図１６は本発明の第８の実施の形態に係わり、図１２は研削・研磨工具の構成を示す斜視図、図１３は図１２の研削・研磨工具で加工されるレンズの断面を示す断面図、図１４は図１２の砥石体の加工面を示す上面図、図１５は図１２の砥石体の加工面に形成された溝を示す略断面図、図１６は加工装置での図１２の研削・研磨工具と図１３のレンズとの取り付け状態を示す略断面図である。
【００７３】
（構成）
図１２に示すように、本実施の形態の研削・研磨工具５１は、金属からなる台皿５２の貼付面５２ａに略円柱状の砥石体５３が接着固定されて構成される。
【００７４】
一方、図１３に示すように、研削・研磨工具５１により加工されるレンズ５４は、レンズ５４は、例えば加工直径が１ｍｍ程度、曲率半径が１ｍｍ程度の略凸球面形状のレンズ面５４ａを有し、逆側は平面状の貼付面５４ｂとなっている。さらに、レンズ５４の貼付面５４ｂと台皿５５の貼付面５５ａが接着されている。
【００７５】
図１２に戻り、研削・研磨工具５１の砥石体５３は、研磨剤を樹脂ボンドで固めたものであり、砥石体５３の上面には、工作物であるレンズ５４の凸球面状のレンズ面５４ａを反転した凹球面状の加工面５３ａが形成されている。
【００７６】
図１４に示すように、砥石体５３の加工面５３ａには、その中心点（底部）を通らない十字状に溝７１が形成される。それぞれの溝７１は、例えばその幅が０．１５ｍｍ程度で、中心点から距離０．１ｍｍ程度だけ離れた位置に形成されている。図１５は図１４のＢ−Ｂ線断面であって、溝７１の深さを示す断面図であり、溝７１の深さは例えば０．３ｍｍ程度とする。
【００７７】
そして、研削・研磨工具５１とレンズ５４は加工機（全体の図示は省略）に取り付け、研削・研磨加工を行う。
【００７８】
図１６に示すように、研削・研磨工具５１は、駆動回転自在、駆動揺動自在、軸方向駆動直動自在の下軸８１に螺着され、レンズ５４を貼り付けた台皿５５は駆動回転自在、軸方向駆動直動自在、軸方向荷重付加自在の上軸８２に把持される。
【００７９】
加工機には、加工液供給装置（図示省略）に連通する加工液ノズル３３が設置されており、加工液ノズル３３から研削・研磨工具５１とレンズ５４との当接部に加工液を射出することができる。
【００８０】
加工機には、下軸８１の駆動回転、駆動揺動、軸方向駆動直動と、上軸８２の駆動回転を制御する制御装置（図示省略）が設置されている。制御装置は、レンズ５４のレンズ面５４ａの曲率半径と研削・研磨工具５１の高さ寸法が入力されると、下軸８１の揺動中心と研削・研磨工具５１の加工面５３ａの曲率中心が一致するような、下軸８１の軸方向位置を算出する。
【００８１】
（作用）
レンズ５４のレンズ面５４ａに研削・研磨加工を行う手順を説明する。
最初、下軸８１と上軸８２は同一軸心上で直立しており、下軸８１に取り付けられた研削・研磨工具５１の加工面５３ａと上軸８２に取り付けられたレンズ５４のレンズ面５４ａとは、対向して離れて配置されている。
【００８２】
あらかじめ制御装置（図示省略）には、レンズ面５３ａの曲率半径、研削・研磨工具５１の高さ寸法、各軸の回転速度、揺動速度、揺動角度など、加工に必要な条件を入力しておく。
【００８３】
次に、制御装置によって、下軸８１を軸に沿って上向きに、上軸８２を軸に沿って下向きにそれぞれ直動させ、研削・研磨工具５１の加工面５３ａとレンズ面５４ａとを当接させ、上軸８２から荷重を下向きに付加する。
【００８４】
なお、このときの直動距離は、制御装置の計算によって、下軸８１の揺動中心と研削・研磨工具５１の加工面５３ａの曲率中心が一致するように決定されている。
【００８５】
次に、加工液を加工液ノズル３３からこの当接部に射出しながら、下軸８１と上軸８２をそれぞれ軸まわりに回転させ、加工面５３ａの曲率中心まわりで下軸８１を揺動させる。
【００８６】
下軸８１の揺動は、レンズ面５４ａの中心点を境に例えば±９°程度以上に設定する。レンズ面５４ａをできるだけ均一に加工するため、揺動はなるべく大きめにするのが望ましいが、一方で、揺動が大きすぎて、加工面５３ａがレンズ面５４ａから脱落しないようにする。
【００８７】
下軸８１と上軸８２の回転、揺動動作によって、加工面５３ａに存在する砥粒がレンズ面５４ａを微視的に除去していき、レンズ面５４ａの表面粗さを小さくしていく。このとき、発生する加工屑と熱は、介在する加工液によって、外部へ放出される。
【００８８】
加工の終了時は、下軸８１の揺動を停止し、上軸８２を軸に沿って上向きに直動させ、研削・研磨工具５１の加工面５３ａとレンズ面５４ａとを離脱させ、下軸８１と上軸８２のそれぞれの回転を停止させる。
【００８９】
上軸８２からレンズ５４を貼り付けた台皿５５を取り外し、さらに、台皿５５から剥離することで、研削・研磨加工が施されたレンズ５４を得る。
【００９０】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、荷重機構を上軸に、揺動機構を下軸に分担させることで、１００ｇｆ程度の微小荷重を発生させる機構が容易になる効果がある。
【００９１】
また、荷重機構を持たないことで重量を低減した揺動機構は、その所要の駆動力を低減できる効果がある。
【００９２】
また、研削・研磨工具の加工面に、その中心点（頂部）を通らない十字状に溝を形成することによって、レンズ面の中心点（頂部）に加工面が当接する機会が多くあり、レンズ面中心点の面精度の悪化（いわゆる中心クセの発生）を防ぐ効果がある。
【００９３】
第９の実施の形態：
図１７は本発明の第９の実施の形態に係るマイクロメータで研削・研磨工具の高さ寸法を測定する様子を示す側面図である。
【００９４】
第９の実施の形態は、第８の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００９５】
研削・研磨工具５１の構成は第８の実施の形態と同じであり、砥石体５３の加工面５３ａには、その中心点（底部）を通らない十字状に溝７１が形成される。
【００９６】
研削・研磨工具５１でレンズ５４を加工する前に、図１７に示すように、研削・研磨工具５１をマイクロメータ４１の端子４１ｃと端子４１ｄに挟んで、研削・研磨工具５１の高さ寸法を測定する。
【００９７】
なお、加工面５３ａに当撲する端子４１ｃの先端は、加工面５３ａより小さい曲率の凸球面形状とする。また、台皿５２の底部に当接する端子４１ｄの先端は、平面形状とする。
【００９８】
加工の際、加工機の制御装置（図示省略）に研削・研磨工具５１の高さ寸法値を入力する。制御装置は、砥石面５３ａの曲率半径などからの計算に基づき、下軸８１を直動させ、図１６に示すように、下軸８１の揺動中心点と加工面５３ａの曲率中心点とを一致させる。
【００９９】
その他の構成は第８の実施の形態と同じである。
【０１００】
（作用）
研削・研磨工具５１をマイクロメータ４１の端子４１ｃと端子４１ｄで挟んで、研削・研磨工具５１の高さ寸法を測定する際、端子４１ｃは加工面５３ａの中心点（底部）に当接する。
【０１０１】
下軸８１の軸方向位置は、研削・研磨工具５１の高さ寸法測定値に基づいて設定するので、加工時の下軸８１の揺動中心点と加工面５３ａの曲率中心点とを一致させる設定にできる。よって、加工時、加工面５３ａはレンズ面５４ａに沿って滑らかに移動する。
【０１０２】
その他の作用は第８の実施の形態と同じである。
【０１０３】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第８の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面の中心点（底部）に溝や孔が存在しないので、マイクロメータで研削・研磨工具の高さを測定する際、測定端子が加工面の中心点（底部）に確実に当接し、研削・研磨工具の高さ寸法が正確に測定される効果がある。
【０１０４】
また、研削・研磨工具の高さを測定する際、測定端子が砥石面の溝や孔の縁部に当接しないので、この部分を破損することがない効果がある。
【０１０５】
また、加工装置に正確な研削・研磨工具の高さ寸法を入力できるので、研削・研磨工具の加工面に沿った正確な軌跡で、揺動させることが可能となり、面精度の悪化が防止される効果がある。
【０１０６】
本発明の第１〜第７の実施の形態において、加工機の上軸が揺動し、下軸が揺動しない構成としたが、下軸が揺動し、上軸が揺動しない構成としても構わない。
【０１０７】
本発明の第８及び第９の実施の形態において、加工機の下軸が揺動し、上軸が揺動しない構成としたが、上軸が揺動し、下軸が揺動しない構成としても構わない。
【０１０８】
本発明の第１〜第９の実施の形態において、加工機の上軸、下軸の片方を球心揺動させる構成としたが、両方の軸が動作し、相対的に球心揺動と同様になる構成としても構わない。
【０１０９】
本発明の第１〜第７の実施の形態において、加工機でレンズ単体を保持する構成としたが、レンズを台皿に貼り付け、台皿を保持する構成としても構わない。
【０１１０】
本発明の第８及び第９の実施の形態において、レンズを台皿に貼り付け、加工機で台皿を保持する構成としたが、レンズ単体を保持する構成としても構わない。
【０１１１】
本発明の第１〜第９の実施の形態において、レンズの裏面は平面としたが、凹面、凸面など他の形状としても構わない。なお、レンズを台皿に貼り付ける場合、台皿の貼付面はレンズの裏面を転写した形状とする。
【０１１２】
本発明の第１〜第９の実施の形態において、工作物をガラス製のレンズとしたが、セラミックスなど他の材料からなる光学素子、または、凹球面や凸球面形状を有する他の工作物としても構わない。
【０１１３】
本発明の第１〜第４の実施の形態において、ダイヤモンド砥粒を樹脂ボンド中に分散して焼結させた砥石体を用いたが、窒化ホウ素、酸化セリウムなどほかの粒子を砥粒として用いたり、メタルボンドなどほかの物質をボンドとして用いても構わない。
【０１１４】
本発明の第８及び第９の実施の形態において、研磨剤を樹脂ボンド中に分散して焼結させた砥石体を用いたが、ダイヤモンド、窒化ホウ素などほかの砥粒として用いたり、メタルボンドなどほかの物質をボンドとして用いても構わない。
【０１１５】
本発明の第１〜第９の実施の形態において、研削・研磨工具としで、砥粒をボンド中に分散して固定した固定砥粒砥石を用い、水などの加工液を加工部に供給する固定砥粒加工としたが、研削・研磨工具として、その加工面がピッチやフェルト・シートからなるポリシャを用い、研磨剤などの遊離砥粒を加工部に供給する遊離砥粒加工としても構わない。
【０１１６】
本発明の第２及び第９の実施の形態において、研削・研磨工具の高さ寸法を測定するのにマイクロメータを用いたが、ほかの接触式の測長方法や、レーザー測長器などを用いた非接触式の測長方法によっても構わない。
【０１１７】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【０１１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、微小な工作物球面の研削・研磨加工を行う場合に、準備が容易かつ安価であって、工作物球面を高い面精度に仕上げることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る研削・研磨工具の構成を示す斜視図
【図２】図１の研削・研磨工具で加工されるレンズの断面を示す断面図
【図３】図１の砥石体の加工面を示す上面図
【図４】図１の砥石体の加工面に形成された溝を示す略断面図
【図５】加工装置での図１の研削・研磨工具と図２のレンズとの取り付け状態を示す略断面図
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロメータで研削・研磨工具の高さ寸法を測定する様子を示す側面図
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図
【図１１】本発明の第７の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図
【図１２】本発明の第８の実施の形態に係る研削・研磨工具の構成を示す斜視図
【図１３】図１２の研削・研磨工具で加工されるレンズの断面を示す断面図
【図１４】図１２の砥石体の加工面を示す上面図
【図１５】図１２の砥石体の加工面に形成された溝を示す略断面図
【図１６】加工装置での図１２の研削・研磨工具と図１３のレンズとの取り付け状態を示す略断面図
【図１７】本発明の第９の実施の形態に係るマイクロメータで研削・研磨工具の高さ寸法を測定する様子を示す側面図
【図１８】従来技術における砥石を示す上面図
【図１９】従来技術における砥石を示す側面略断面図
【図２０】従来技術における砥石の高さ寸法をマイクロメータで測定する様子を示す側面図
【図２１】従来技術における砥石による光学素子の加工を示す第１の略断面図
【図２２】従来技術における砥石による光学素子の加工を示す第２の略断面図
【図２３】従来技術における光学素子の干渉縞を示す図
【図２４】従来技術における砥石の加工面とマイクロメータの端子との当接状態を示す略断面図
【符号の説明】
１…研削・研磨工具
２…台皿
２ａ…貼付面
３…砥石体
３ａ…加工面
４…レンズ
４ａ…レンズ面
２１…溝
３１…下軸
３２…上軸
３３…加工液ノズル
【発明の属する技術分野】
本発明は、球面の研削・研磨工具と、球面の研削・研磨加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、研削・研磨加工に使用される砥石の加工を行う面（以下、加工面と称する）には、加工液の供給を円滑にし、加工時に生じる熱の除去や加工肩の排出を促進するため、溝が設けられている。
【０００３】
光学素子に研削・研磨加工を行う工具の溝に関する従来技術としては、実開昭５０−１４８６９５号公報が開示されている。
【０００４】
図１８、図１９は、従来技術の工具である砥石１３０を示す。図１９は図１８のＣ−Ｃ線略断面図である。砥石１３０には、加工面１３１の中心から外縁に向けて放射状に伸びる溝１３２が形成されている。
【０００５】
この溝１３２は、フライスや切断機などの機械加工によって形成したり、メタルボンドを使用した砥石においては、放電加工によって形成することもある。
【０００６】
微小な砥石、例えば、外径１ｍｍ、曲率半径１ｍｍ程度の砥石では、加工面１３０に対する溝１３２の大きさを相対的に小さくするため、溝幅を０．１ｍｍ程度とする。
【０００７】
さらに、微小な凸球面砥石では、溝１３２の深さを直線的（砥石の加工面が凸球面の場合、中心部の溝は深く、外緑部の溝は浅くなる）に形成すると、中心部の過大な溝深さのため、砥石１３０の強度が低下し、たわみを生じたり、折損したりすることで、加工される光学素子面の面精度を低下させる問題が発生する。
【０００８】
したがって、加工面１３１の曲面に沿って均一な深さ（例えば０．３ｍｍ程度）の溝１３２を形成させることも行われる。
【０００９】
一方、数値制御による研削・研磨加工機を用いる場合、砥石１３０の高さ寸法を正確に測定し、加工機に入力する必要がある。図２０に示すように、砥石１３０の高さ寸法の測定は、例えば、砥石１３０の底面と加工面１３１の面頂とをマイクロメータ２２１の端子２２１ａと端子２２１ｂとで挟んで行う。
【００１０】
【特許文献１】
実開昭５０−１４８６９５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、溝１３２は、加工面１３１の中心から外縁に向けて放射状に伸びている。さらに、加工面１３１の中心に、溝１３２の底部を貫通する中心孔１３３が形成される。砥石１３０で光学素子球面を加工する際には、外部からのほか、中心孔１３３からも加工液を供給し、加工面１３１全体に加工液が行き渡るようにしている。
【００１２】
微小な光学素子２０１を加工する微小な砥石１３０では、加工面１３１に対する相対的な溝１３２の幅と中心孔１３３の径が大きくなる。
【００１３】
砥石１３０を回転、揺動させながら光学素子２０１に当接し、加工を行う際、図２１及び図２２で示す範囲で砥石１３０を揺動させる場合、光学素子２０１の球面中心には加工面１３１が当接しないので、光学素子２０１の球面中心の面精度が悪化する（いわゆる「中心クセ」が発生する）問題がある。この光学素子２０１の球面を干渉計で測定すると、図２３のようになる。
【００１４】
溝１３２の幅をごく細く（０．１ｍｍ未満程度）に形成すれば、上記の問題をある程度解決することができる。
【００１５】
しかし、光学素子を加工中に砥石１３０が摩耗し、溝１３２が消滅するので、光学素子の製造現場において、頻繁に溝１３２を形成し直す必要があるので、溝１３２の形成は、容易、かつ、安価に行える必要がある。
【００１６】
該条件（溝１３２の形成を容易、かつ、安価に行う条件）を満たす機械加工では、ごく細い溝を形成させることが困難であるという問題がある。また、放電加工では、砥石１３０にごく細い溝を形成させることが可能であるが、砥石１３０の材料が金属系などに限定されることと、形成加工が比較的高価になることが問題となる。
【００１７】
一方、図２０に示したように、砥石１３０の高さ寸法をマイクロメータ２２１で測定する際、溝１３２が加工面１３１の面頂に形成されている場合、図２４に示すように、加工面１３１の面頂は仮想の点となるので、所望の高さ寸法（砥石１３０の底面から加工面１３１の仮想上の面頂までの寸法）を正確に測定することができないという問題がある。
【００１８】
また、このとき、マイクロメータ２２１の端子２２１ａが加工面１３１と溝１３２との縁に当接するので、この部分が破損し、加工される光学素子２０１の球面の面精度が悪化することがあるという問題がある。
【００１９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、微小な砥石によって、微小な工作物球面の研削・研磨加工を行う場合に、準備が容易かつ安価であって、工作物球面を高い面精度に仕上げることのできる球面の研削・研磨工具を提供することを目的としている。
【００２０】
また、上記球面の研削・研磨工具を用いて、微小な工作物球面を容易に、かつ、高い面精度に研削・研磨する球面の研削・研磨加工方法を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の球面の研削・研磨工具は、工作物の球面に倣わせる球面の加工面を有する研削・研磨工具において、前記工作物の球面と当接する前記加工面上で、前記加工面の中心から外れた位置に溝が形成され構成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００２３】
第１の実施の形態：
図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は研削・研磨工具の構成を示す斜視図、図２は図１の研削・研磨工具で加工されるレンズの断面を示す断面図、図３は図１の砥石体の加工面を示す上面図、図４は図１の砥石体の加工面に形成された溝を示す略断面図、図５は加工装置での図１の研削・研磨工具と図２のレンズとの取り付け状態を示す略断面図である。
【００２４】
（構成）
図１に示すように、本第実施の形態の研削・研磨工具１は、金属からなる台皿２の貼付面２ａに略円柱状の砥石体３が接着固定され、構成されている。
【００２５】
一方、図２に示すように、研削・研磨工具１により加工されるレンズ４は、例えば加工直径が１ｍｍ程度、曲率半径が１ｍｍ程度の略凹球面形状のレンズ面４ａを有する。
【００２６】
図１に戻り、研削・研磨工具１の砥石体３は、ダイヤモンド砥粒を樹脂ボンドで固めたものであり、砥石体３の上面には、工作物であるレンズ４の凹球面状のレンズ面４ａを反転した凸球面状の加工面３ａが形成されている。
【００２７】
図３に示すように、砥石体３の加工面３ａには、その中心点（頂部）を通らない十字状に溝２１が形成される。それぞれの溝２１は、例えば、その幅が０．１５ｍｍ程度で、中心点から距離０，１ｍｍ程度だけ離れた位置に形成されている。図４は図３のＡ−Ａ線断面であって溝２１の深さを示す断面図であり、溝２１の深さは、例えば０．３ｍｍ程度とする。
【００２８】
そして、研削・研磨工具１とレンズ４を加工機（全体の図示は省略）に取り付け、レンズ４の研削・研磨加工を行う。
【００２９】
図５に示すように、レンズ４は駆動回転自在の下軸３１に取り付け、研削・研磨工具１は駆動回転自在で駆動揺動自在の上軸３２に保持させる。
【００３０】
なお、上軸３２の揺動中心は、研削・研磨工具１の加工面３ａの曲率中心に一致するように、調節する。加工機には、加工液供給装置（図示省略）に連通する加工液ノズル３３が設置されており、加工液ノズル３３から研削・研磨工具１とレンズ４との当接部に加工液を射出することができる。
【００３１】
（作用）
レンズ４のレンズ面４ａに研削・研磨加工を行う手順を説明する。
最初、下軸３１と上軸３２は同一軸心上で直立しており、下軸３１に取り付けられたレンズ４のレンズ面４ａと上軸３２に取り付けられた研削・研磨工具１の加工面３ａとは、対向して離れて配置されている。
【００３２】
次に、上軸３２を軸に沿って下向きに移動させ、研削・研磨工具１の加工面３ａとレンズ面４ａとを当接させる。次に、加工液をこの当接部に射出しながら、下軸３１と上軸３２をそれぞれ軸まわりに回転させ、加工面３ａの曲率中心まわりで上軸３２を揺動させる。
【００３３】
上軸３２の揺動は、レンズ面４ａの中心点を境に±９°程度以上とする。レンズ面４ａをできるだけ均一に加工するため、揺動はなるべく大きめにするのが望ましいが、一方で、揺動が大きすぎて、加工面３ａがレンズ面４ａから脱落しないようにする。
【００３４】
下軸３１と上軸３２の回転、揺動動作によって、加工面３ａに存在する砥粒がレンズ面４ａを微視的に除去していき、レンズ面４ａの表面粗さを小さくしていく。このとき、発生する加工屑と熱は、介在する加工液によって、外部へ放出される。
【００３５】
加工の終了時は、上軸３２の揺動を停止し、上軸３２を軸に沿って上昇させ、研削・研磨工具１の加工面３ａとレンズ面４ａとを離脱させ、下軸３１と上軸３２のそれぞれの回転を停止させる。上軸３２からレンズ４を取り外し、研削・研磨加工が施されたレンズ４を得る。
【００３６】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、研削・研磨工具の加工面に、その中心点（頂部）を通らない十字状に溝を形成することによって、レンズ面の中心点（底部）に加工面が当接する機会が多くあり、レンズ面中心点の面精度の悪化（いわゆる中心クセの発生）を防ぐ効果がある。
【００３７】
特に、レンズが微小径（例えば加工直径１ｍｍ程度）の場合、研削・研磨工具の加工面も同程度の大きさとなり、加工面に対する溝の幅が相対的に大きくなる傾向にあるので、上記の効果が顕著である。
【００３８】
第２の実施の形態：
図６は本発明の第２の実施の形態に係るマイクロメータで研削・研磨工具の高さ寸法を測定する様子を示す側面図である。
【００３９】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００４０】
（構成）
研削・研磨工具１の構成は第１の実施の形態と同じであり、砥石体３の加工面３ａには、その中心点（頂部）を通らない十字状に溝２１が形成される。
【００４１】
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する前に、図６に示すように、研削・研磨工具１をマイクロメータ４１の端子４１ａと端子４１ｂに挾んで、研削・研磨工具１の高さ寸法を測定する。
【００４２】
図５に示したように加工装置の下軸３１に研削・研磨工具１を取り付ける際、本実施の形態では、測定した研削・研磨工具１の高さ寸法値によって下軸３１の軸方向位置を変化させ、加工時の上軸３２の揺動中心点と加工面３ａの曲率中心点とを一致させる。
【００４３】
その他の構成は第１の実施の形態と同じである。
【００４４】
（作用）
研削・研磨工具１をマイクロメータ４１の端子４１ａと端子４１ｂに挾んで、研削・研磨工具１の高さ寸法を測定する際、端子４１ａは加工面３ａの中心点（頂部）に当接する。
【００４５】
下軸３１の軸方向位置は、研削・研磨工具１の高さ寸法測定値に基づいて設定するので、加工時の上軸３２の揺動中心点と加工面３ａの曲率中心点とを一致させる設定にできる。
【００４６】
よって、加工時、加工面３ａはレンズ面４ａに沿って滑らかに移動する。
その他の作用は第１の実施の形態と同じである。
【００４７】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面の中心点（頂部）に溝や孔が存在しないので、マイクロメータで研削・研磨工具の高さを測定する際、測定端子が加工面の中心点（頂部）に確実に当接し、研削・研磨工具の高さ寸法が正確に測定される効果がある。
【００４８】
また、研削・研磨工具の高さを測定する際、測定端子が砥石面の溝や孔の縁部に当接し、この部分を破損することがない効果がある。
【００４９】
また、加工装置に正確な研削・研磨工具の高さ寸法を入力できるので、研削・研磨工具の加工面に沿った正確な軌跡で、揺動させることが可能となり、直精度の悪化が防止される効果がある。
【００５０】
第３の実施の形態：
図７は本発明の第３の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図である。
第３の実施の形態は、第１または第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００５１】
（構成）
図７に示すように、研削・研磨工具１の砥石体３の加工面３ａに、中心線に対して対称かつ平行に見える２本の溝２２を形成する。
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００５２】
（作用）
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する際、加工面３ａの溝２２が線対称に構成されているので、加工液が対称的に行き渡りやすい。
その他の作用は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００５３】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面に２本の溝が線対称に構成されているので、加工中に加工液が対称的に行き渡り、加工面の摩耗が対称的に生じ、加工面の形状が崩れることを防止する効果がある。また、それに伴い、加工されたれレンズ面の面精度の対称性が高まる効果がある。
【００５４】
第４の実施の形態：
図８は本発明の第４の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図である。
第４の実施の形態は、第１または第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００５５】
（構成）
図８に示すように、研削・研磨工具１の砥石体３の加工面３ａに、中心線に対して対称かつ平行に見える２本の溝２３ａを形成し、さらに、溝２３ａと直交し、中心線に対して対称かつ平行に見える２本の溝２３ｂを形成する。
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００５６】
（作用）
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する際、加工面３ａの溝（溝２３ａおよび溝２３ｂ）が点対称に構成されているので、加工液が対称的に行き渡りやすい。
その他の作用は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００５７】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面に４本の溝が点対称に構成されているので、加工中に加工液が対称的に行き渡り、加工面の摩耗が対称的に生じ、加工面の形状が崩れることを防止する効果がある。また、それに伴い、加工されたレンズ面の面精度の対称性が高まる効果がある。
【００５８】
第５の実施の形態：
図９は本発明の第５の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図である。
第５の実施の形態は、第１または第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００５９】
（構成）
図９に示すように、研削・研磨工具１の砥石体３の加工面３ａに、中心点付近から外縁へ放射状に伸び、中心点に対し点対称に見えるように、複数の溝２４を形成する。ただし、加工面３ａの中心点において、溝幅と同程度の領域には、溝が形成されていない。
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００６０】
（作用）
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する際、加工面３ａの溝２４が点対称に構成されているので、加工液が対称的に行き渡りやすい。特に、加工面３ａの中心点に加工液が行き渡りやすい。
その他の作用は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００６１】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面に複数の溝が点対称に構成されているので、加工中に加工液が対称的に行き渡り、加工面の摩耗が対称的に生じ、加工面の形状が崩れることを防止する効果がある。
【００６２】
また、研削・研磨工具の加工面に複数の溝が加工面の中心点付近まで達しているので、加工面の中心点に加工液が行き渡り、レンズ面中心点の面精度の悪化（いわゆる中心クセの発生）を防ぐ効果がある。
【００６３】
また、上記の効果に伴い、加工されたれレンズ面の面精度の対称性が高まる効果がある。
【００６４】
第６の実施の形態：
図１０は本発明の第６の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図である。
第６の実施の形態は、第１または第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００６５】
（構成）
図１０に示すように、研削・研磨工具１の砥石体３の加工面３ａに、中心点に対して点対称に、かつ、格子状に見えるように、偶数本の溝２５を形成する。ただし、加工面３ａの中心点においては、溝が形成されていない。
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００６６】
（作用）
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する際、加工面３ａの溝２５が点対称に、かつ、高密度に構成されているので、加工液が対称的に行き渡りやすい。
その他の作用は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００６７】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工直に複数の溝が点対称に構成されていて、かつ、加工面に高密度に溝が形成されているので、加工中に加工液が対称的に行き渡り、加工面の摩耗が対称的に生じ、加工面の形状が崩れることを防止する効果がある。また、上記の効果に伴い、加工されたれレンズ面の面精度の対称性が高まる効果がある。
【００６８】
第７の実施の形態：
図１１は本発明の第７の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図である。
第７の実施の形態は、第１または第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００６９】
（構成）
図１１に示すように、研削・研磨工具１の砥石体３の加工面３ａに、中心点付近から螺旋状に見えるように、２本の溝２６を形成する。ただし、加工面３ａの中心点においては、溝が形成されていない。
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００７０】
（作用）
研削・研磨工具１でレンズ４を加工する際、加工面３ａの溝２６が螺旋状に形成されているので、加工面の回転周方向と溝２６が伸びる方向とが直交することがない。
その他の作用は第１または第２の実施の形態と同じである。
【００７１】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面に溝が螺旋状に形成されているので、加工面の回転周方向と溝が伸びる方向とが直交することがなく、レンズ面と溝の縁部との接触抵抗が小さくなる効果がある。これに伴い、溝が接触抵抗によって崩壊するおそれが少なくなる効果がある。
【００７２】
第８の実施の形態：
図１２ないし図１６は本発明の第８の実施の形態に係わり、図１２は研削・研磨工具の構成を示す斜視図、図１３は図１２の研削・研磨工具で加工されるレンズの断面を示す断面図、図１４は図１２の砥石体の加工面を示す上面図、図１５は図１２の砥石体の加工面に形成された溝を示す略断面図、図１６は加工装置での図１２の研削・研磨工具と図１３のレンズとの取り付け状態を示す略断面図である。
【００７３】
（構成）
図１２に示すように、本実施の形態の研削・研磨工具５１は、金属からなる台皿５２の貼付面５２ａに略円柱状の砥石体５３が接着固定されて構成される。
【００７４】
一方、図１３に示すように、研削・研磨工具５１により加工されるレンズ５４は、レンズ５４は、例えば加工直径が１ｍｍ程度、曲率半径が１ｍｍ程度の略凸球面形状のレンズ面５４ａを有し、逆側は平面状の貼付面５４ｂとなっている。さらに、レンズ５４の貼付面５４ｂと台皿５５の貼付面５５ａが接着されている。
【００７５】
図１２に戻り、研削・研磨工具５１の砥石体５３は、研磨剤を樹脂ボンドで固めたものであり、砥石体５３の上面には、工作物であるレンズ５４の凸球面状のレンズ面５４ａを反転した凹球面状の加工面５３ａが形成されている。
【００７６】
図１４に示すように、砥石体５３の加工面５３ａには、その中心点（底部）を通らない十字状に溝７１が形成される。それぞれの溝７１は、例えばその幅が０．１５ｍｍ程度で、中心点から距離０．１ｍｍ程度だけ離れた位置に形成されている。図１５は図１４のＢ−Ｂ線断面であって、溝７１の深さを示す断面図であり、溝７１の深さは例えば０．３ｍｍ程度とする。
【００７７】
そして、研削・研磨工具５１とレンズ５４は加工機（全体の図示は省略）に取り付け、研削・研磨加工を行う。
【００７８】
図１６に示すように、研削・研磨工具５１は、駆動回転自在、駆動揺動自在、軸方向駆動直動自在の下軸８１に螺着され、レンズ５４を貼り付けた台皿５５は駆動回転自在、軸方向駆動直動自在、軸方向荷重付加自在の上軸８２に把持される。
【００７９】
加工機には、加工液供給装置（図示省略）に連通する加工液ノズル３３が設置されており、加工液ノズル３３から研削・研磨工具５１とレンズ５４との当接部に加工液を射出することができる。
【００８０】
加工機には、下軸８１の駆動回転、駆動揺動、軸方向駆動直動と、上軸８２の駆動回転を制御する制御装置（図示省略）が設置されている。制御装置は、レンズ５４のレンズ面５４ａの曲率半径と研削・研磨工具５１の高さ寸法が入力されると、下軸８１の揺動中心と研削・研磨工具５１の加工面５３ａの曲率中心が一致するような、下軸８１の軸方向位置を算出する。
【００８１】
（作用）
レンズ５４のレンズ面５４ａに研削・研磨加工を行う手順を説明する。
最初、下軸８１と上軸８２は同一軸心上で直立しており、下軸８１に取り付けられた研削・研磨工具５１の加工面５３ａと上軸８２に取り付けられたレンズ５４のレンズ面５４ａとは、対向して離れて配置されている。
【００８２】
あらかじめ制御装置（図示省略）には、レンズ面５３ａの曲率半径、研削・研磨工具５１の高さ寸法、各軸の回転速度、揺動速度、揺動角度など、加工に必要な条件を入力しておく。
【００８３】
次に、制御装置によって、下軸８１を軸に沿って上向きに、上軸８２を軸に沿って下向きにそれぞれ直動させ、研削・研磨工具５１の加工面５３ａとレンズ面５４ａとを当接させ、上軸８２から荷重を下向きに付加する。
【００８４】
なお、このときの直動距離は、制御装置の計算によって、下軸８１の揺動中心と研削・研磨工具５１の加工面５３ａの曲率中心が一致するように決定されている。
【００８５】
次に、加工液を加工液ノズル３３からこの当接部に射出しながら、下軸８１と上軸８２をそれぞれ軸まわりに回転させ、加工面５３ａの曲率中心まわりで下軸８１を揺動させる。
【００８６】
下軸８１の揺動は、レンズ面５４ａの中心点を境に例えば±９°程度以上に設定する。レンズ面５４ａをできるだけ均一に加工するため、揺動はなるべく大きめにするのが望ましいが、一方で、揺動が大きすぎて、加工面５３ａがレンズ面５４ａから脱落しないようにする。
【００８７】
下軸８１と上軸８２の回転、揺動動作によって、加工面５３ａに存在する砥粒がレンズ面５４ａを微視的に除去していき、レンズ面５４ａの表面粗さを小さくしていく。このとき、発生する加工屑と熱は、介在する加工液によって、外部へ放出される。
【００８８】
加工の終了時は、下軸８１の揺動を停止し、上軸８２を軸に沿って上向きに直動させ、研削・研磨工具５１の加工面５３ａとレンズ面５４ａとを離脱させ、下軸８１と上軸８２のそれぞれの回転を停止させる。
【００８９】
上軸８２からレンズ５４を貼り付けた台皿５５を取り外し、さらに、台皿５５から剥離することで、研削・研磨加工が施されたレンズ５４を得る。
【００９０】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、荷重機構を上軸に、揺動機構を下軸に分担させることで、１００ｇｆ程度の微小荷重を発生させる機構が容易になる効果がある。
【００９１】
また、荷重機構を持たないことで重量を低減した揺動機構は、その所要の駆動力を低減できる効果がある。
【００９２】
また、研削・研磨工具の加工面に、その中心点（頂部）を通らない十字状に溝を形成することによって、レンズ面の中心点（頂部）に加工面が当接する機会が多くあり、レンズ面中心点の面精度の悪化（いわゆる中心クセの発生）を防ぐ効果がある。
【００９３】
第９の実施の形態：
図１７は本発明の第９の実施の形態に係るマイクロメータで研削・研磨工具の高さ寸法を測定する様子を示す側面図である。
【００９４】
第９の実施の形態は、第８の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００９５】
研削・研磨工具５１の構成は第８の実施の形態と同じであり、砥石体５３の加工面５３ａには、その中心点（底部）を通らない十字状に溝７１が形成される。
【００９６】
研削・研磨工具５１でレンズ５４を加工する前に、図１７に示すように、研削・研磨工具５１をマイクロメータ４１の端子４１ｃと端子４１ｄに挟んで、研削・研磨工具５１の高さ寸法を測定する。
【００９７】
なお、加工面５３ａに当撲する端子４１ｃの先端は、加工面５３ａより小さい曲率の凸球面形状とする。また、台皿５２の底部に当接する端子４１ｄの先端は、平面形状とする。
【００９８】
加工の際、加工機の制御装置（図示省略）に研削・研磨工具５１の高さ寸法値を入力する。制御装置は、砥石面５３ａの曲率半径などからの計算に基づき、下軸８１を直動させ、図１６に示すように、下軸８１の揺動中心点と加工面５３ａの曲率中心点とを一致させる。
【００９９】
その他の構成は第８の実施の形態と同じである。
【０１００】
（作用）
研削・研磨工具５１をマイクロメータ４１の端子４１ｃと端子４１ｄで挟んで、研削・研磨工具５１の高さ寸法を測定する際、端子４１ｃは加工面５３ａの中心点（底部）に当接する。
【０１０１】
下軸８１の軸方向位置は、研削・研磨工具５１の高さ寸法測定値に基づいて設定するので、加工時の下軸８１の揺動中心点と加工面５３ａの曲率中心点とを一致させる設定にできる。よって、加工時、加工面５３ａはレンズ面５４ａに沿って滑らかに移動する。
【０１０２】
その他の作用は第８の実施の形態と同じである。
【０１０３】
（効果）
以上のように、本実施の形態では、第８の実施の形態の効果に加え、研削・研磨工具の加工面の中心点（底部）に溝や孔が存在しないので、マイクロメータで研削・研磨工具の高さを測定する際、測定端子が加工面の中心点（底部）に確実に当接し、研削・研磨工具の高さ寸法が正確に測定される効果がある。
【０１０４】
また、研削・研磨工具の高さを測定する際、測定端子が砥石面の溝や孔の縁部に当接しないので、この部分を破損することがない効果がある。
【０１０５】
また、加工装置に正確な研削・研磨工具の高さ寸法を入力できるので、研削・研磨工具の加工面に沿った正確な軌跡で、揺動させることが可能となり、面精度の悪化が防止される効果がある。
【０１０６】
本発明の第１〜第７の実施の形態において、加工機の上軸が揺動し、下軸が揺動しない構成としたが、下軸が揺動し、上軸が揺動しない構成としても構わない。
【０１０７】
本発明の第８及び第９の実施の形態において、加工機の下軸が揺動し、上軸が揺動しない構成としたが、上軸が揺動し、下軸が揺動しない構成としても構わない。
【０１０８】
本発明の第１〜第９の実施の形態において、加工機の上軸、下軸の片方を球心揺動させる構成としたが、両方の軸が動作し、相対的に球心揺動と同様になる構成としても構わない。
【０１０９】
本発明の第１〜第７の実施の形態において、加工機でレンズ単体を保持する構成としたが、レンズを台皿に貼り付け、台皿を保持する構成としても構わない。
【０１１０】
本発明の第８及び第９の実施の形態において、レンズを台皿に貼り付け、加工機で台皿を保持する構成としたが、レンズ単体を保持する構成としても構わない。
【０１１１】
本発明の第１〜第９の実施の形態において、レンズの裏面は平面としたが、凹面、凸面など他の形状としても構わない。なお、レンズを台皿に貼り付ける場合、台皿の貼付面はレンズの裏面を転写した形状とする。
【０１１２】
本発明の第１〜第９の実施の形態において、工作物をガラス製のレンズとしたが、セラミックスなど他の材料からなる光学素子、または、凹球面や凸球面形状を有する他の工作物としても構わない。
【０１１３】
本発明の第１〜第４の実施の形態において、ダイヤモンド砥粒を樹脂ボンド中に分散して焼結させた砥石体を用いたが、窒化ホウ素、酸化セリウムなどほかの粒子を砥粒として用いたり、メタルボンドなどほかの物質をボンドとして用いても構わない。
【０１１４】
本発明の第８及び第９の実施の形態において、研磨剤を樹脂ボンド中に分散して焼結させた砥石体を用いたが、ダイヤモンド、窒化ホウ素などほかの砥粒として用いたり、メタルボンドなどほかの物質をボンドとして用いても構わない。
【０１１５】
本発明の第１〜第９の実施の形態において、研削・研磨工具としで、砥粒をボンド中に分散して固定した固定砥粒砥石を用い、水などの加工液を加工部に供給する固定砥粒加工としたが、研削・研磨工具として、その加工面がピッチやフェルト・シートからなるポリシャを用い、研磨剤などの遊離砥粒を加工部に供給する遊離砥粒加工としても構わない。
【０１１６】
本発明の第２及び第９の実施の形態において、研削・研磨工具の高さ寸法を測定するのにマイクロメータを用いたが、ほかの接触式の測長方法や、レーザー測長器などを用いた非接触式の測長方法によっても構わない。
【０１１７】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【０１１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、微小な工作物球面の研削・研磨加工を行う場合に、準備が容易かつ安価であって、工作物球面を高い面精度に仕上げることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る研削・研磨工具の構成を示す斜視図
【図２】図１の研削・研磨工具で加工されるレンズの断面を示す断面図
【図３】図１の砥石体の加工面を示す上面図
【図４】図１の砥石体の加工面に形成された溝を示す略断面図
【図５】加工装置での図１の研削・研磨工具と図２のレンズとの取り付け状態を示す略断面図
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロメータで研削・研磨工具の高さ寸法を測定する様子を示す側面図
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図
【図１１】本発明の第７の実施の形態に係る砥石体の加工面を示す上面図
【図１２】本発明の第８の実施の形態に係る研削・研磨工具の構成を示す斜視図
【図１３】図１２の研削・研磨工具で加工されるレンズの断面を示す断面図
【図１４】図１２の砥石体の加工面を示す上面図
【図１５】図１２の砥石体の加工面に形成された溝を示す略断面図
【図１６】加工装置での図１２の研削・研磨工具と図１３のレンズとの取り付け状態を示す略断面図
【図１７】本発明の第９の実施の形態に係るマイクロメータで研削・研磨工具の高さ寸法を測定する様子を示す側面図
【図１８】従来技術における砥石を示す上面図
【図１９】従来技術における砥石を示す側面略断面図
【図２０】従来技術における砥石の高さ寸法をマイクロメータで測定する様子を示す側面図
【図２１】従来技術における砥石による光学素子の加工を示す第１の略断面図
【図２２】従来技術における砥石による光学素子の加工を示す第２の略断面図
【図２３】従来技術における光学素子の干渉縞を示す図
【図２４】従来技術における砥石の加工面とマイクロメータの端子との当接状態を示す略断面図
【符号の説明】
１…研削・研磨工具
２…台皿
２ａ…貼付面
３…砥石体
３ａ…加工面
４…レンズ
４ａ…レンズ面
２１…溝
３１…下軸
３２…上軸
３３…加工液ノズル
Claims (5)
- 工作物の球面に倣わせる球面の加工面を有する研削・研磨工具において、
前記工作物の球面と当接する前記加工面上で、前記加工面の中心から外れた位置に溝が形成されている
ことを特徴とする球面の研削・研磨工具。 - 工作物の凸球面に倣わせる凹球面状の球面の加工面を有する研削・研磨工具において、
前記工作物の凸球面と当接する前記加工面上で、前記加工面の底部から外れた位置に溝が形成されている
ことを特徴とする球面の研削・研磨工具。 - 工作物の凹球面に倣わせる凸球面状の球面の加工面を有する研削・研磨工具において、
前記工作物の凹球面と当接する前記加工面上で、前記加工面の頂部から外れた位置に溝が形成されている
ことを特徴とする球面の研削・研磨工具。 - 工作物の球面に球面の研削・研磨工具を倣わせ、これらを相対的に揺動、回転させる研削・研磨加工方法において、
請求項１、２または３のいずれか１つに記載の球面の研削・研磨工具を用い、該球面の研削・研磨工具と前記工作物とを相対的な揺動させることによって、前記工作物の球面中心に前記工具の加工面が当接する状態が必ず存在する
ことを特徴とする球面の研削・研磨加工方法。 - 前記工作物は、略球面状の被加工面を有するレンズである
ことを特徴とする請求項４に記載の球面の研削・研磨加工方法。
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| JP2003051852A JP2004255549A (ja) | 2003-02-27 | 2003-02-27 | 球面の研削・研磨工具および球面の研削・研磨加工方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008168402A (ja) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Fujinon Corp | 光学素子の研削装置及び研削方法 |
| CN102717343A (zh) * | 2012-06-11 | 2012-10-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种带有容屑槽的球头铣磨工具 |
| JP2013043255A (ja) * | 2011-08-25 | 2013-03-04 | Yasuda Kogyo Kk | 仕上加工用工具及びその工具を用いた加工方法 |
| JP2013111688A (ja) * | 2011-11-28 | 2013-06-10 | Olympus Corp | 光学素子加工用工具、光学素子加工用工具の製造方法、及び光学素子の製造方法 |
-
2003
- 2003-02-27 JP JP2003051852A patent/JP2004255549A/ja active Pending
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