JP2006136959A - 研磨工具及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の研磨装置をそのまま利用しながら高い形状精度を得る研磨皿及び研磨方法を提供する。
【解決手段】 研磨面を被研磨物（１２）の研磨面に当て付け、相対すべりにより被研磨物（１２）を研磨する研磨工具（１１）において、回転軸（１３）から被研磨物（１２）と接する作用面の外周形状までの距離が回転方向（１７）で一定でなく構成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光学素子などの表面仕上げを行う研磨工具及び研磨方法に係り、既存の研磨装置をそのまま利用しながら高い形状精度を得られるようにした研磨工具及び研磨方法に関する。

一般にレンズ、プリズム、ミラーなどの光学素子の表面仕上げを行う手法としては、被研磨物と研磨用の弾性工具（ピッチやポリウレタン製のパッド、ポリシャを示し、以降は研磨皿と称する）とを互いに摺動運動させ、界面に介在する研磨用砥粒で被研磨物を除去する研磨加工法が用いられる。このような研磨加工方法では、研磨面の精度を確保するために人の技能に依存する製造形態が多い。その中で、摺動運動による研磨皿の揺動幅を研磨加工中に変化させ、被研磨物が研磨皿からはみ出す量を変化させることで、被研磨物の外周部に生じる形状精度の低下（以降、面クセと称する）を軽減させている。（例えば、特許文献１参照。）
特開平９−３００１９１号公報

ところで、上記特許文献１の技術である揺動幅を変化させながら面クセを軽減させるには、専用の研磨装置が必要になる。特に、被研磨物が研磨皿からはみ出す領域で生じる面クセを軽減させるために、研磨加工中に揺動幅を連続的に変化させる必要があり、このために既存の研磨機では保有しない制御装置などを付加させる必要がある。同時に、揺動幅が連続的に変化することに対応できるような機構部分での装置の改造や新作が必要となり、従来からの研磨装置で実施することが困難であるため、多額の費用発生を伴う。以上のように、被研磨物が研磨皿からはみ出す量を分散させることで、被研磨物の外周部に生じる面クセを軽減させることに対して専用の装置開発や装置製造が必要であり容易に展開することができない。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、既存の研磨装置をそのまま利用しながら高い形状精度を得る研磨工具及び研磨方法を提供することである。

本発明の第１の態様は、研磨面を被研磨物の研磨面に当て付け、相対すべりにより上記被研磨物を研磨する研磨工具において、回転軸から上記被研磨物と接する作用面の外周形状までの距離が回転方向で一定でなく構成される。

この構成によれば、被研磨物の研磨工具に対するはみ出し量が、あたかも揺動しているかのように変化する。さらに、研磨装置による揺動運動が加わることにより、被研磨物のはみ出し量が常に変化して、被研磨物の外周部での形状精度低下である面クセを防止することができる。また、円形状の研磨工具を異形状の研磨工具に置き換えるだけで実施できるため、既存の研磨装置をそのまま利用しながら高い形状精度を得ることができる。

本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、上記作用面の形状が楕円形状で構成される。
この構成によれば、形状が単純になるため、研磨工具の製作が容易になり、はみ出し量による面クセへの影響度を試算（シミュレーション）することも容易になる。また、外周部の曲線形状が滑らかになり、はみ出し量が急激的に変化せず、研磨作用力の変化が緩やかになり安定した研磨加工が行いやすくなるため、より効果的に面クセを抑えることができ、高い形状精度を得ることができる。

本発明の第３の態様は、上記第１又は第２の態様において、上記研磨工具を用いることにより、揺動運動を行わずに研磨する構成である。
この構成によれば、被研磨物の研磨工具に対するはみ出し量が、あたかも揺動しているかのように変化するため、揺動運動を加えなくても、はみ出しによる形状精度の低下を防止することができる。

本発明によれば、研磨工具の作用面を従来の円形状から異形状に置き換えることにより、被研磨物の研磨工具に対するはみ出し量が揺動しているかのように変化するため、既存の研磨装置をそのまま利用しながら高い形状精度を得ることができる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施例における楕円形状の研磨皿を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。研磨皿を構成するための土台となる鋳物皿１の先端部は、被研磨物の形状を概略反転させた凸部２を形成している。凸部２には、被研磨物を研磨するためのシート状の研磨パッド３が貼り付けられている。研磨パッド３は、ポリウレタンなどの粘弾性を有するシート状の部材であり、これを凸部２に貼り付けるために溝４を形成して球面の凸部２に密着するように接着剤で貼り付けられている。ここで研磨パッド３は、鋳物皿１の凸部２の円形形状より小さな短径を有する楕円形状で貼り付けられている。研磨皿のベースである鋳物皿１は円形形状を有しているが、それに貼り付けられている研磨パッド３は楕円形状にカットされている。このため被研磨物を研磨する際に作用する面は欠損域５を除いた楕円形状の研磨パッド３である。

なお、既存の装置に本発明の実施例における研磨皿をそのまま利用できるため研磨装置の説明は省略する。
上述した本発明の実施例における作用に関して以下に説明する。

図２は、本発明の実施例における楕円研磨皿の研磨手法を説明する図である。従来の円形研磨皿１１ａの直径と同じ長さの短径を持つ楕円研磨皿１１を、研磨皿回転軸１３を中心に研磨皿回転方向１７に回転させながら、光学素子などの被研磨物１２に当接して、両者の摺り合わせ運動により研磨加工を行う。このとき被研磨物１２は、楕円研磨皿１１との摺り合わせ運動により生じる摩擦力で連れ回り運動をし、被研磨物回転軸１４を中心に研磨皿回転方向１７と同方向である被研磨物回転方向１８に回転する。また、揺動運動を揺動幅１５で行い、被研磨物１２を研磨加工する。このとき楕円研磨皿１１は、従来の円形研磨皿１１ａに対して長径方向のみ大きいため、研磨皿回転軸１３と被研磨物回転軸１４との回転軸間距離２０が同じであっても、被研磨物１２の楕円研磨皿１１からのはみ出し量１６は、楕円研磨皿１１の回転位置により変化する。つまり図２（ａ）では、楕円研磨皿１１の短径方向で被研磨物１２と接しているため、はみ出し量１６が最大となるが、図２（ｂ）では長径方向で接しているため、はみ出し量１６は最小となる。楕円研磨皿１１が円形状でないために、例えば研磨皿回転軸１３と被研磨物回転軸１４との距離が一定であっても、被研磨物１２のはみ出し量１６は、楕円形状による長短径差１９であたかも揺動しているかのように常に変化することになる。実際の研磨加工では、楕円形状によるはみ出し量１６の変化に加え、揺動幅１５で揺動運動を行うことによるはみ出し位置の変化が加わり、被研磨物１２のはみ出し量１６が常に変化して、外周部での形状精度低下である面クセを防止することができる。これは既存の円形研磨皿１１ａを楕円研磨皿１１に置き換えるだけで実施できるため、既存の研磨装置をそのまま利用しながら高い形状精度を得ることができる。

図３は、本発明の実施例における揺動運動を伴う楕円研磨皿の研磨作用を模式的に示した図である。図３（ａ）は、水平軸に研磨時間、垂直軸にそのときの揺動位置を示している。図３（ｂ）は、研磨の時間経過に対する被研磨物が研磨皿からはみ出す量の変化を示している。本実施例では、研磨皿に楕円研磨皿を用いているため、皿の揺動運動とは別に、皿の回転に伴う径寸法の変化に応じてはみ出し量が変化する。このため図３（ｂ）は、図３（ａ）の揺動位置の変化と同様な傾向ではみ出し量が変化するが、その傾向の中で楕円形状の研磨皿回転に伴うはみ出し量の変化が加わる。このため研磨皿から被研磨物のはみ出し位置が分散し、これを境界とした形状精度の低下である面クセを防止することができる。また、形状が複雑ではなく、研磨作用力の変化が緩やかであり、はみ出し量による面クセへの影響度を試算（シミュレーション）することも容易であり、安定した研磨加工を行いやすくなるため、面クセを効果的に抑えることができ、高い形状精度を得ることができる。

楕円形状の研磨皿について上述したが、円形研磨皿でない異形研磨皿であれば同様な効果が期待できる。図４は、本発明の実施例における異形研磨皿の研磨手法を説明する図である。原理的には図２と同様であり、同一の内容に関しては同一番号を付して説明を省略する。従来の円形研磨皿１１ａに対して、その外周部で凹凸形状を有する異形研磨皿２１を、研磨皿回転軸１３を中心に研磨皿回転方向１７に回転させながら、光学素子などの被研磨物１２に当接して、両者の摺り合わせ運動により研磨加工を行う。異形研磨皿２１は、従来の円形研磨皿１１ａに対して外周部で凹凸部分を有しているため、研磨皿回転軸１３と被研磨物回転軸１４との回転軸間距離２０が同じであっても、被研磨物１２の異形研磨皿２１からのはみ出し量６は、異形研磨皿２１の回転位置により変化する。つまり図４（ａ）では、異形皿２１の凸部が被研磨物１２と接しているため、はみ出し量１６が最小となるが、図４（ｂ）では変曲点２２で接するため、はみ出し量１６は最大となる。異形研磨皿２１が円形状でないために、例えば研磨皿回転軸１３と被研磨物回転軸１４との距離が一定であっても、揺動運動を行わずに被研磨物１２のはみだし量１６は、異形形状による長短径差１９であたかも揺動しているかのように常に変化することになる。実際の研磨加工では、異形形状によるはみ出し量１６の変化に加え、揺動幅１５で揺動運動を行うことによるはみ出し位置の変化が加わり、被研磨物１２のはみ出し量１６が常に変化して、楕円研磨皿と同様に、外周部での形状精度低下である面クセを防止することができる。

次に、楕円研磨皿又は異形研磨皿を用いることにより、揺動運動を加えなくても、はみ出しによる形状精度の低下を防止することができることを、楕円研磨皿を用いて説明する。

図５は、本発明の実施例における研磨皿の研磨手法を説明する図であり、（ａ）は既存の円形形状の研磨皿を用いた場合、（ｂ）及び（ｃ）は楕円研磨皿を用いた場合である。原理的には図２及び図４と同様であり、同一の内容に関しては同一番号を付して説明を省略する。図５（ａ）で示すように、被研磨物１２は、研磨面の形状精度を確保するために、揺動幅１５のストロークで図中左右方向に揺動運動を行っている。このとき揺動運動に伴って、被研磨物１２が円形研磨皿１１ａよりはみ出す量が、最も小さくなる最小はみ出し量１６ａから最大はみ出し量１６ｂの間で変化することになる。

図５（ｂ）は、楕円研磨皿１１の長径方向で被研磨物１２と接して研磨加工を行っている状態であり、このとき楕円研磨皿１１から被研磨物１２がはみ出す量が、最小はみ出し量１６ｃとなる。図５（ｃ）では、楕円研磨皿１１の短径方向で被研磨物１２と接している状態を示し、このときが最大はみ出し量１６ｄとなる。ここで、楕円研磨皿１１の長径方向で接する際の最小はみ出し量１６ｃが既存の円形研磨皿１１ａで揺動運動による研磨を行った際の最小はみ出し量１６ａと同一はみ出し量となり、逆に短径で接する際の最大はみ出し量１６ｄが既存の最大はみ出し量１６ｂと同一寸法となるような、楕円研磨皿１１の長短径の寸法となっている。つまり、楕円研磨皿１１の長径と短径の差となる長短径差１９は、最小はみ出し量１６ｃと最大はみ出し量１６ｄとの差になり、既存の円形研磨皿１１ａを揺動運動させた際の揺動幅１５と同一寸法となっている。このため、研磨加工中に揺動運動を行わなくとも既存の研磨加工と同様なはみ出し量を得ることができる。楕円研磨皿１１において、その長短径差１９が、既存の円形研磨皿１１ａによる揺動運動を利用した研磨での最小はみ出し量１６ａと最大はみ出し量１６ｂとの差と同一になっていれば、研磨中の揺動運動を行うことなく、被研磨物１２のはみ出し量を同様に変化させることができ、既存の研磨と同等の研磨面の形状精度を得ることができる。このときのはみ出し量の変化を図６に示す。

図６は、本発明の実施例における揺動運動を伴わない楕円研磨皿の研磨作用を模式的に示した図である。図３と同様に（ａ）研磨時間と揺動位置の関係及び（ｂ）研磨時間と被研磨物のはみ出し量の関係を示している。揺動運動を行わないため、図６（ａ）では、研磨時間の経過によって揺動位置は変化しない。また、図６（ｂ）は、研磨皿が楕円形状を呈しているために、研磨皿の回転に応じてはみ出し量が変化している。図６では便宜上、楕円形状でのはみ出し量変化を模式的に示しているが、研磨皿が円形でない場合、あたかも揺動運動を行っているかのようなはみ出し量変化を得ることができる。

また、これに既存の研磨加工のように揺動運動を付加すると、図３のようになるが、揺動運動を省略しても研磨皿が異形形状を有しているために、揺動運動を行う既存の研磨方法と同様なはみ出し量の変化を得ることができ、被研磨物のはみ出しにより形状精度の低下を防止することができる。

本実施例では、説明を容易にし、かつ経験から最も効果的な楕円形状を用いた場合の内容を多く用いて説明を行ったが、研磨皿の外周形状が円形状でなければ、同様な作用・効果が見込めるため、必ずしも楕円形状に限定したものではない。ただ、楕円形状であることが上述した説明のように、最も効果的で実用的であるため採用して説明を行った。外周形状が楕円以外の異形状であった場合は、回転に伴うはみ出し量の変化が異なってくるため、これに応じた回転数や揺動運動のタイミングを調整すればよくなり、楕円形状での実施より複雑・困難になるが、同様な効果を望めることは明らかである。

本発明の実施例における楕円形状の研磨皿を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の実施例における楕円研磨皿の研磨手法を説明する図である。 本発明の実施例における揺動運動を伴う楕円研磨皿の研磨作用を模式的に示した図である。 本発明の実施例における異形研磨皿の研磨手法を説明する図である。 本発明の実施例における研磨皿の研磨手法を説明する図であり、（ａ）は既存の円形研磨皿を用いた場合、（ｂ）及び（ｃ）は楕円研磨皿を用いた場合である。 本発明の実施例における揺動運動を伴わない楕円研磨皿の研磨作用を模式的に示した図である。

符号の説明

１ 鋳物皿
２ 凸部
３ 研磨パッド
４ 溝
５ 欠損域
１１ 楕円研磨皿
１１ａ 円形研磨皿
１２ 被研磨物
１３ 皿回転軸
１４ 被研磨物回転軸
１５ 揺動幅
１６ はみ出し量
１６ａ 最小はみ出し量
１６ｂ 最大はみ出し量
１６ｃ 最小はみ出し量
１６ｄ 最大はみ出し量
１７ 研磨皿回転方向
１８ 被研磨物回転方向
１９ 長短径差
２０ 軸間距離
２１ 異形研磨皿
２２ 変曲部

Claims (5)

1. 研磨面を被研磨物の研磨面に当て付け、相対すべりにより前記被研磨物を研磨する研磨工具において、
   回転軸から前記被研磨物と接する作用面の外周形状までの距離が回転方向で一定でないことを特徴とする研磨工具。
2. 前記作用面の形状が楕円形状であることを特徴とする請求項１記載の研磨工具。
3. 被研磨物の研磨面に研磨工具の研磨面を当て付け、前記被研磨物と前記研磨工具を回転及び揺動させ、両者の相対すべりにより前記被研磨物を研磨する研磨装置による研磨方法において、
   前記研磨工具の回転軸から前記被研磨物と接する作用面の外周形状までの距離が回転方向で一定でないことを特徴とする研磨方法。
4. 前記研磨工具は、前記作用面の形状が楕円形状であることを特徴とする請求項３記載の研磨方法。
5. 揺動運動を行わずに研磨することを特徴とする請求項３又は４記載の研磨方法。