JP2006315118A - 光学素子の加工方法及びその加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子を研磨加工する場合に、加工工具の加工面に付着する付着物等による変質部分を除去し、被加工面に傷や付着等のない光学素子を得る。
【解決手段】光学素子２の被加工面２ａに加工工具１を接触させ、該接触面に加工液５を供給しながら相対運動させて研磨加工を行う際、研磨加工に伴い加工工具１の加工面１ａに形成された変化部分の凸部１５を除去しながら、該凸部１５を除去した後の加工面１ａにて研磨加工を続行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラスレンズ等の光学素子を研磨加工する光学素子の加工方法及びその加工装置に関する。

この種、光学レンズ等の光学素子の加工方法として、例えば、光学素子の被加工面に、回転する加工工具の加工面を当接させ、その当接面に超音波振動が付与された加工液を供給しながら相対運動させることにより、光学素子を研磨加工する光学素子の研磨方法が公知である（特許文献１参照）。この従来技術によれば、超音波振動が付与された加工液を、光学素子と加工工具との接触界面に向けて供給しながら研磨加工を行うことにより、工具表面に付着した研磨屑や研磨剤を効率的に除去するというものである。

また、他の従来技術として、例えば、研磨加工に伴い研磨屑や研磨剤が付着した加工工具の加工面を、水あるいは洗浄液等を入れた超音波洗浄機に浸漬し、加工工具の加工面から超音波の作用で研磨屑や研磨剤を除去する技術が公知である（以下、第２の従来技術という）。更に、加工工具の加工面に面接触できる鋳物皿を、ＧＣ砥粒（炭化珪素（ＳｉＣ）質の砥粒）等を介在させた状態で押付けて、加工工具の加工面から研磨屑や研磨剤を機械的に除去する技術も提案されている（以下、第３の従来技術という）。

更にまた、加工工具がピッチ皿（光学研磨に使われる磨き皿）である場合には、該ピッチ皿を新しく製作し直してから研磨加工を継続することも行われている（以下、第４の従来技術という）。
特開２００１−３８５９４号公報（第４頁、図１）

しかし、特許文献１に記載された技術では、研磨加工中、加工工具の加工面に超音波振動が付与された加工液を供給しているため、加工工具の加工面に付着したスラッジ（ｓｌｕｄｇｅ）を除去することはできても、光学部品の被加工面が球面形状の場合には問題となる。すなわち、光学部品の被加工面が球面形状の場合は、その被加工面を相対移動させても、加工工具の加工面の回転中心付近では加工液がかからない部分が生じるおそれがある。このため、加工液がかからない部分では、スラッジの除去が困難であり、傷や付着物発生の原因となる。特に、高精度な表面品質が要求される光学部品では、加工工具の加工面に広く超音波が付与された加工液を供給した場合に生じる加工面のわずかな形状変化によっても不良となってしまう。

また、第２の従来技術において、加工工具の加工面を超音波洗浄機に浸漬し超音波の作用でスラッジを除去する方法では、やはり加工工具の加工面全体に超音波が作用するため該加工面にわずかな形状変化が生じる。そして、加工面に変質部分が生じた場合には、超音波の作用による除去は困難である。

更に、第３の従来技術において、加工工具の加工面に面接触できる鋳物皿をＧＣ砥粒等を介在させた状態で押しつけて、加工工具の加工面からスラッジを機械的に除去する方法では、加工面の形状が変化してしまう他、表面粗さ等の状態も変化するため、再度、加工条件を設定しなければならず非効率である。更にまた、第４の従来技術において、加工工具を新しく製作し直して研磨加工を継続する場合は、その都度、加工条件の設定を行う必要があり、著しく非効率である。

本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、光学素子を研磨加工する場合に、加工工具の加工面に付着する付着物等による変質部分を除去し、被加工面に傷や付着等のない光学素子の加工方法及びその加工装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、光学素子の被加工面に加工工具を接触させ、該接触面に加工液を供給しながら相対運動させて研磨加工を行う光学素子の加工方法において、
研磨加工に伴い前記加工工具の加工面に形成された変化部分を除去しながら、該変化部分を除去した後の加工面にて研磨加工を続行する、ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の加工方法において、
前記変化部分は、前記加工工具の加工面に局部的な高温・高圧状態に起因して形成された変質部分である、ことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光学素子の加工方法において、
前記変化部分は、前記加工工具の加工面に形成された研磨剤又は加工屑等による付着部分である、ことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学素子の加工方法において、
前記加工工具は、ピッチ、ポリウレタンシート、研磨用固定砥粒のいずれかである、ことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光学素子の加工方法において、
前記加工工具の加工面に網目状の溝を形成した、ことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の光学素子の加工方法において、
前記変化部分は隣接する前記溝間に形成される、ことを特徴とする。
請求項７に係る発明は、光学素子の被加工面に加工工具を接触させ、該接触面に加工液を供給しながら研磨加工を行う光学素子の加工方法において、
加工開始後に前記加工工具の加工面を検査する工程と、
前記加工工具の加工面に形成された変化部分を検知した場合に、該変化部分を除去する工程と、を備えていることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、
加工面を光学素子の被加工面に接触させて該加工面と被加工面との間で相対運動させ、研磨加工を行う加工工具と、
該加工工具による研磨加工に伴い加工面に形成された変化部分の発生を検出する検出手段と、
該検出手段により検出された前記変化部分を除去する除去手段と、を備えている、ことを特徴とする。

本発明によれば、加工工具全体の形状を崩すことなく、光学素子の被加工面の傷や付着等の原因となる加工工具の加工面部分のみを除去するため、高い形状精度を維持したまま外観欠陥のない光学素子を得ることができる。

また、本発明によれば、加工工具の加工面に発生したスラッジや研磨剤の付着あるいは変質部分を発生初期の微小な状態のうちに除去することにより、高い形状精度を維持したまま、光学素子の被加工面に傷等を発生させずに研磨することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１（ａ）は、加工装置の実施の形態を示す図であり、図１（ｂ）（ｃ）は、加工工具の加工面の拡大断面図である。

光学素子２の加工装置１０は、加工品支持部１１と工具支持部１２と加工液供給部１３とを備えている。加工品支持部１１は、例えば凹レンズ等の光学素子２の平面側を保持して固定するホルダー３と、このホルダー３を傾動自在かつ回転自在に保持する保持部材４とを備えている。この保持部材４は、下端部に球状部８を備えており、この球状部８がホルダー３に形成された半球状凹部３ａに挿入支持されることにより、ホルダー３は傾動自在かつ回転自在に保持されている。

工具支持部１２は、不図示のモータにより回転自在な支持部材９と、該支持部材９に固定された加工工具１とを備えている。そして、光学素子２の被加工面２ａは、加工工具１の加工面１ａに揺動自在に当接、支持されている。光学素子２の研磨加工は、加工液供給部１３から研磨剤が含まれた加工液５を供給しながら行われる。

本実施の形態では、加工工具１としては高精度なレンズ研磨において多く使用されるピッチ皿（図２参照）を用いており、該加工工具１の加工面１ａには網目模様の溝１４が形成されている。これにより、溝１４と溝１４との間には凸部１５が形成されることになる。

図１（ｂ）には、光学素子２の研磨加工を開始してからある時間経過し、加工工具１の加工面１ａの凸部１５にスラッジ６が付着した場合の拡大図を示している（Ａ部参照）。具体的には、凸部１５の大きさは０．５〜２ｍｍ程度、溝１４の間隔は０．１〜２ｍｍ程度である。凸部１５に付着したスラッジ６は、研磨加工の進行と共に拡大し、溝１４に溜まったスラッジ６と一体化して加工面１ａに広がって行く。そこで、このスラッジ６の初期段階でこれを除去しながら、研磨加工を続行するものである。

ところで、研磨加工に使用される加工工具１としては、ピッチ皿、ポリウレタンシート、固定砥粒等があるが、加工面１ａの日詰まりや変質はいずれの工具においても発生する。従って、どの加工工具１を使用したとしても、初期段階でスラッジ６を除去することにより、光学素子２の被加工面２ａに生じる傷や面荒れ等を防止することができる。

すなわち、研磨加工中に、光学素子２の被加工面２ａと加工工具１の加工面１ａとの界面で局部的な高温・高圧状態が発生すると、加工工具１の加工面１ａが局部的に硬化し、あるいは局部的な表面粗さの変化により光沢面が生じる等の変質部分が発生する。この変質部分を除去することにより、これが原因となって光学素子２の被加工面２ａに生じる傷や面荒れ等を防止することができる。特に、スラッジ６や研磨剤が混在して加工工具１の加工面１ａに付着する、いわゆる日詰まり現象の初期段階で付着部分を除去することにより、光学素子２の被加工面２ａに生じる傷や面荒れ等を効果的に防止することができる。

このため、図１（ｂ）の加工面１ａの表面状態の変化部分を、目視により観察又はセンサ等で検知した段階で、図１（ｃ）のＢ部に示すように、加工面１ａにおいてスラッジ６が付着した凸部１５のみを発生初期の微小な段階で除去するようにする。この場合の凸部１５の除去作業は、例えばナイフ等による削り取りだけでなく、先端を極めて細くした半田ゴテ等の熱による溶融除去、有機溶剤等による溶解除去を行ってもよい。

本実施の形態によれば、加工工具１の加工面１ａの凸部１５に付着したスラッジ６によって引き起こされる光学素子２の被加工面２ａの傷等が早期に防止でき、また、加工面１ａにスラッジ６の付着が広がる現象も防止できるため、光学素子２に大きな傷の発生が防止される。さらに、除去した凸部１５以外の加工面１ａの形状は高精度のまま維持されており、除去した部分も微小である。このため、加工工具１の表面の形状を光学素子２の被加工面２ａに転写させる研磨加工において、光学素子２の被加工面２ａの形状精度を維持したまま、傷等の不良を出さず研磨ができ、被加工面２ａの精度への影響も少ない。

図２は、ピッチ皿２０の成形型を示している。同図において、台皿２１にポリシャ材料（アスファルト等）２０ａを載せ、その上方から、ポリシャ材料２０ａの軟化点以上の温度に加熱した型皿２２を押し付け、冷却すると、型皿２２の曲面が表面に転写されて、高精度な研磨工具としてのピッチ皿２０が得られる。また、網をポリシャ材料２０ａの表面と型皿２２との間に介装して成形し、冷却後に網を取り外せば、ピッチ皿２０の表面に網目の溝が転写される。

このような加工工具（ピッチ皿）１は、図１（ａ）に示したように、四角形あるいは六角形のいわゆる網目模様の溝１４を加工面１ａに形成して使用することが一般的に行われている。この場合、加工工具１の加工面１ａに発生する初期の付着物や変質部分は、四角形あるいは六角形の溝１４で区切られた１個所〜数個所の凸部１５に限定される。このため、この１個所〜数個所の凸部１５のみを除去すればよい。

なお、ここでは加工面１ａの溝１４に溜まったスラッジ６の付着による場合を示したが、これは加工面１ａが局部的な高温・高圧状態で硬化したり、表面粗さが変化した場合等も同様である。また、加工工具１として、ピッチ皿以外にもポリウレタンシート、研磨用固定砥粒等を用いた場合も同様である。さらに、加工工具１の加工面１ａに溝１４がない場合であっても、加工面１ａの表面状態が変化した場合に、その変化部分のみを除去すればよい。

図３は、加工装置１０'の他の実施の形態を示す図である。
この実施の形態では、加工工具１による研磨加工に伴い加工面１ａに形成された変化部分の発生を検出する検出手段としての検出センサ１７と、この検出センサ１７により検出された変化部分を除去する除去手段としての除去装置１８を備えている。この除去装置１８は、図示しない制御部からの指令に基づき進退自在なナイフ１８ａが先端に設けられている。その他の構成は、前述した実施の形態と同様である。

この実施の形態によれば、加工面１ａの表面状態を目視によらず検出センサ１７にて検出するため、客観的な判断が可能であり、また、必要な部分に向けて進出移動するナイフ１８ａを有しているので、自動的に変化部分を除去することができる。

以上説明した通り、本実施の形態によれば、高精度な光学素子の研磨作業であっても、被加工面２ａの形状を維持した状態で該被加工面２ａへの傷等の発生を防止することができる。

次に、図４には、本実施の形態による加工フローチャートを示す。
同図において、Ｓ１０で研磨加工を開始すると、その後、光学素子２毎に設定された加工時間を経過した後、加工工具１の加工面１ａの表面状態の検査を行う（Ｓ１１）。このときの、加工面１ａの表面状態の観察および検知は、ルーペや顕微鏡等による拡大観察によって行っても良く、また、加工面１ａにレーザービームを照射し、該加工面１ａからの反射光や散乱光を検知する光学的手法によってもよい。その結果、Ｓ１２において、加工面１ａの表面状態の変化が検知された場合（変化あり）には、Ｓ１３において、加工面１ａの変化した微小部分（凸部１５）の除去を行う。

この場合の除去は、前述したように、該当する凸部１５をナイフ等により削り取ったり、又は半田ゴテ等の熱による溶融除去、或いは有機溶剤等による溶解除去により行われる。更に、Ｓ１４において、凸部１５を除去した後の加工面１ａによる加工を継続する。一方、Ｓ１２において、加工面１ａの表面状態の変化が検知されなかった場合（変化なし）には、さらにＳ１４において、加工面１ａによる加工を継続する。そして、研磨加工が終了するまでこの加工フローを繰り返す。

なお、加工面１ａの表面状態を検査するための時間は、光学素子２の材質、光学素子２の被加工面の形状、加工工具１の材質および形状、加工荷重や回転数等の加工条件によって異なるため、これらの条件は予め経験的に求められた値として、データベース７に保存されている。

しかして、光学素子２の研磨加工を開始してから、溝１４等へのスラッジ６による付着物や変質部分が生じるまでの時間は、光学素子２の材質、光学素子２の被加工面の形状、加工工具１の材質および形状、加工荷重や回転数等の加工条件によっても異なる。しかし、これらの条件毎に、経験則から設定された間隔に従って加工工具１の加工面１ａの検査を行うことにより、該加工面１ａの表面状態の変化を微小な段階で検知することができる。

本実施の形態によれば、従来、作業者の経験と勘にのみ頼っていた検査のタイミングをデータベース７に基づいて設定することができるため、加工を実施する作業者による品質のバラツキや、再研磨等のロスの発生を最小に抑えることができる。

また、本実施の形態によれば、加工面１ａの表面状態の検査のタイミングをデータベース７に基づいて設定することができるため、加工工具１の加工面１ａの表面状態に起因する光学素子２の不良の発生を防止することができる。

（ａ）は加工装置の実施の形態を示す図、（ｂ）（ｃ）は、それぞれ加工工具の加工面の拡大断面図である。 ピッチ皿の成形型を示す図である。 加工装置の他の実施の形態を示す図である。 本実施の形態による加工フローチャートを示す図である。

符号の説明

１ 加工工具
１ａ 加工面
２ 光学素子
２ａ 被加工面
６ スラッジ
１０ 加工装置
１４ 溝
１５ 凸部
１７ 検出センサ
１８ 除去装置

Claims (8)

1. 光学素子の被加工面に加工工具を接触させ、該接触面に加工液を供給しながら相対運動させて研磨加工を行う光学素子の加工方法において、
   研磨加工に伴い前記加工工具の加工面に形成された変化部分を除去しながら、該変化部分を除去した後の加工面にて研磨加工を続行する、
   ことを特徴とする光学素子の加工方法。
2. 前記変化部分は、前記加工工具の加工面に局部的な高温・高圧状態に起因して形成された変質部分である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の加工方法。
3. 前記変化部分は、前記加工工具の加工面に形成された研磨剤又は加工屑等による付着部分である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子の加工方法。
4. 前記加工工具は、ピッチ、ポリウレタンシート、研磨用固定砥粒のいずれかである、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学素子の加工方法。
5. 前記加工工具の加工面に網目状の溝を形成した、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学素子の加工方法。
6. 前記変化部分は隣接する前記溝間に形成される、ことを特徴とする請求項５に記載の光学素子の加工方法。
7. 光学素子の被加工面に加工工具を接触させ、該接触面に加工液を供給しながら研磨加工を行う光学素子の加工方法において、
   加工開始後に前記加工工具の加工面を検査する工程と、
   前記加工工具の加工面に形成された変化部分を検知した場合に、該変化部分を除去する工程と、
   を備えていることを特徴とする光学素子の加工方法。
8. 加工面を光学素子の被加工面に接触させて該加工面と被加工面との間で相対運動させ、研磨加工を行う加工工具と、
   該加工工具による研磨加工に伴い加工面に形成された変化部分の発生を検出する検出手段と、
   該検出手段により検出された前記変化部分を除去する除去手段と、を備えている、
   ことを特徴とする光学素子の加工装置。
   
   

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