JP2007185755A - 研磨方法と研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熟練した技能を要することなく、レンズを高い形状精度と研磨面精度で加工する。
【解決手段】レンズ３を回転傾斜自在に保持し、レンズ３の回転軸に対し研磨皿５の回転軸を傾斜した状態で、研磨皿５の傾斜自在な支持を固定して研磨皿５にレンズ３を当接配置し、レンズ３と研磨皿５の回転運動と揺動運動により研磨加工を行う第１の研磨工程と、レンズ３の傾斜自在な支持を固定すると共に、研磨皿５を回転傾斜自在に保持して引き続きレンズ３と研磨皿５の回転運動と揺動運動による研磨加工を行う第２の研磨工程とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス等の脆性材料からなるレンズやプリズム等の光学素子等の表面仕上げを行なう研磨方法と研磨装置に関する。

レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子等の表面仕上げを行なう研磨技術として、被研磨物（例えば「レンズ」等）と研磨用の弾性工具（ピッチやポリウレタン製のパッドやポリシャを示し、以下「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レンズ面を除去する研磨加工法が用いられている。この研磨加工法は、レンズに限らず、例えば半導体やガラスハードディスク、液晶テレビなど表示装置のガラスパネルの加工にも利用されている。

このように、加圧してすり合わせにより被研磨物を摩滅させて加工を行う研磨加工法では、研磨面の形状精度を確保することに関し、従来から作業者の技能に依存する製造形態が多く存在する。特に、均等に研磨、つまり均等に被研磨物の磨耗を進めることは困難であることから、変形を生じやすい被研磨物に対しては、例えば、特許文献１に示すような加圧方式を採用した研磨装置が提案されている。

この特許文献１では、図５に示すように、研磨機１０１は、平面物である被研磨物１０２を、表裏両面から流体圧力を利用して挟持しながら研磨加工を行う旨が開示されている。すなわち、この研磨機１０１は、上・下定盤１０４，１０５が対向配置され、上定盤１０４の中空部１０３の開口部に研磨パッド１０６を備えている。また、下定盤１０５の中空部１０７の開口部にシート状の保持材１０８を備え、この保持材１０８と研磨パッド１０６の間に被研磨物１０２を配置している。

更に、各中空部１０３，１０７内に加圧流体を供給し、研磨パッド１０６および被研磨物１０２を弾力的に張架してフローテイング支持している。そして、スラリーを供給しながら、研磨パッド１０６と被研磨物１０２を相対移動させて被研磨物１０２の研磨を行っている。

この研磨機１０１によれば、流体圧力を利用して被研磨物１０２を両面から挟持するため、被研磨物１０２に均等な研磨荷重を付加させることができ、均等磨耗による高精度な研磨面を得ることができるというものである。

次に、本発明の目的と差異はあるものの、類似の先行技術として、本件出願人は特許文献２に記載の技術を以前に提案している。
この特許文献２には、研削方法及び装置が開示されている。この研磨方法によれば、第６図（ａ）（ｂ）に示すように、ガラスレンズを製造する工程において、カップ型研削工具１１１によってワーク１１２に球面形状を創成する加工工程（創成工程）と、創成した球面形状の精度を高めるために、総型研削工具１１３で球面を仕上げる研削加工（仕上げ工程）とを同一機械によって実施している。

具体的には、創成工程は、コレットチヤツク１１４によりワーク１１２を保持する工程と、工具軸部によりカップ型研削工具１１１をワーク１１２に対して相対的に移動して研削する工程とを有する。また、仕上げ工程は、ワーク１１２を加圧し、カップ型研削工具１１１と同心に配設された総型研削工具１１３を工具軸部により揺動して研削する工程とを有する。そして、創成工程と仕上げ工程を同一機械で行うために、カップ型研削工具１１１と総型研削工具１１３を配置して、それぞれの工程に切り替えて加工を行うものである。
特開２００４―７４３９９号公報（第８頁、図３） 特開平７―１６４２９７号公報（第３頁、図１）

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、被研磨物１０２の表裏両面が平面形状を有する板状の薄物に対して有効な研磨方法であるが、対象が平面形状の被研磨物１０２に限定されてしまう。従って、例えば被研磨物１０２が光学レンズなど球面形状を有していたり、被研磨物１０２の径方向あるいは縦横方向において厚さが異なる場合は不向きである。なぜなら、流体圧力を付加した研磨パッド１０６又は保持材１０８を弾力的に張架して、被研磨物１０２の被研磨面に均一に接触させることが困難であるからである。

また、特許文献１に記載の技術では、研磨パッド１０６と保持材１０８により被研磨物１０２を挟持した状態で、さらにスラリーを供給しながら研磨パッド１０６と被研磨物１０２を相対移動させて研磨加工を行う必要がある。このため、流体圧力で膨らんだパッド面が、相対移動に追従して球面形状を保つことは困難であり、高い研磨面精度を得ることができない。

また、特許文献１に記載の技術では、研磨加工で付加する圧力によって薄板状の被研磨物１０２が変形するのを防止しながら、被研磨物１０２を均等に加圧して高精度な研磨加工を実施している。このため、球面形状を有する被研磨物等への対応が困難であり、研磨プロセスで生じる研磨パッド１０６と被研磨物１０２の相対速度分布に伴う偏磨耗までは解決されていない。

更に、特許文献２に記載された技術は、元々光学レンズを製造する際の創成工程と仕上げ工程を同一機械で実現するために、創成工程で用いるカップ型研削工具１１１と仕上げ工程で用いる総型研削工具１１３を同一機械に配置し、夫々の工程に切り替えて加工を行っている。すなわち、この従来技術は、研磨加工の高精度化や作業者の技能依存の軽減を図るための手段ではない。

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、熟練した技能を要することなく、被研磨物（ワーク）を高い形状精度と研磨面精度で加工することのできる研磨方法と研磨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、
ワークの回転軸に対し研磨皿の回転軸を傾斜させて前記ワークを前記研磨皿に当接して加圧し、前記ワークと前記研磨皿を相対運動させて前記ワークを研磨加工する研磨方法において、
前記ワークを回転傾斜自在に保持し、前記研磨皿の傾斜自在な支持を固定して前記研磨皿に前記ワークを当接し、前記ワークと前記研磨皿の相対的な回転運動及び揺動運動により研磨加工を行う第１の研磨工程と、
前記研磨皿を回転傾斜自在に保持し、前記ワークの傾斜自在な支持を固定して引き続き前記ワークと研磨皿の相対的な回転運動及び揺動運動により研磨加工を行う第２の研磨工程と、を備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の研磨方法において、
前記第２の研磨工程に移行する際に、前記第１の研磨工程で前記研磨皿を傾けた角度よりもその傾きを小さくして研磨を行うことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の研磨方法において、
前記第２の研磨工程に移行する際に、前記第１の研磨工程で前記研磨皿を傾けた角度よりもその傾きを小さくして配置すると共に、前記研磨皿に回転動力を伝達しながら研磨を行うことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、
ワークの回転軸に対し研磨皿の回転軸を傾斜配置し、前記ワークを前記研磨皿に当接して加圧し、前記ワークと前記研磨皿に相対運動を付与して前記ワークを研磨加工する研磨装置において、
前記ワークを回転傾斜自在に保持し、該ワークの傾斜自在な支持を固定可能な第１のチャック手段と、
前記研磨皿を回転傾斜自在に保持し、該研磨皿の傾斜自在な支持を固定可能な第２のチャック手段と、を備え、
前記第２のチャック手段は、前記ワークが回転傾斜自在に支持された状態では前記研磨皿の傾斜自在な支持を固定し、
前記第１のチャック手段は、前記研磨皿が回転傾斜自在に支持された状態では前記ワークの傾斜自在な支持を固定することを特徴とする。

本発明によれば、高精度な研磨を達成するため、高技能者が行なうワークと研磨皿の上下反転作業を、機械上で連続的・自動的に行うことで、ワークを、研磨速度を低下させず、かつ作業者に依存せずに高い形状精度と研磨面精度で加工することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１(ａ)は、研磨装置Ｍによる第１の研磨工程の状態を示している。また、図１(ａ)の下方には、被研磨物であるレンズ３に作用する研磨荷重の荷重分布断面２２と、これによって得られるレンズ３の形状断面２３の模式図を示している。

図１(ｂ)は、第２の研磨工程の状態を示している。また、図１(ｂ)の下方には、レンズ３に作用する研磨荷重の荷重分布断面２４と、これによって得られるレンズ３の形状断面２５の模式図を示している。

図１(ａ)において、レンズ３を上軸ユニツト１に装着し、研磨皿５を下軸ユニツト２に装着して、これらを互いに当接状態ですり合わせる相対運動を行わせる。具体的には、レンズ３と研磨皿５の夫々の軸回転運動１８,１９と、研磨皿５の揺動運動２０とによってレンズ３を研磨する。

なお、本実施形態の研磨装置Ｍにおいては、既存の研磨装置が有する機構部分は図示を省略している。また、本実施形態では、レンズ３と、該レンズ３を研磨する研磨皿５を除く上軸ユニツト１と下軸ユニツト２が、基本的に同一の構成を有している。

まず、第１の研磨工程では、被研磨物であるレンズ３は、ホルダー４に嵌合もしくは接着保持されている。このホルダー４は、レンズ３面側にその径寸法に近似した嵌合部を有し、また、反レンズ３面側に、上軸カンザシ６の先端の球面部に嵌合する凹球面部を有している。そして、ホルダー４には、上軸カンザシ６を介して押圧力が付与されている。

これにより、レンズ３は研磨皿５に所定圧で当接される。このとき、上軸カンザシ６とホルダー４は球面で互いに接するため、ホルダー４（すなわちレンズ３）は、上軸カンザシ６に対して傾斜、回転自在に支承される。

上軸カンザシ６は、その球面部と反対側に上軸シリンダ７が接続されていて、この上軸シリンダ７には不図示の空気圧供給装置等から空気が供給されている。そして、この空気圧により、研磨荷重が上軸カンザシ６及びホルダー４を介してレンズ３に付加される。

また、上軸カンザシ６は、開閉自在でホルダー４を挟持可能な第１のチャック手段としての上軸チヤツク１０に装着されている。この上軸チヤツク１０は、上軸シリンダ７とともに軸受等を介して、回転する上軸スピンドル１２に取り付けられている。この上軸チヤツク１０を閉じると、ホルダー４を挟持することができる。

上軸スピンドル１２には、駆動手段としての上軸モーター１４が接続されていて、これにより上軸スピンドル１２は回転自在に支持されている。
また、研磨皿５が装着された下軸ユニツト２は、前述した上軸ユニツト１と同様な構造を有している。すなわち、下軸ユニツト２は、研磨皿５を傾斜、回転自在に支承する下軸カンザシ８、この下軸カンザシ８を研磨皿５側に押圧する下軸シリンダ９、研磨皿５を開閉自在に挟持する第２のチャック手段としての下軸チヤツク１１を有している。

更に、この下軸チヤツク１１には、該下軸チヤツク１１等を回転支持する下軸スピンドル１３と、この下軸スピンドル１３を回転駆動する駆動手段としての下軸モーター１５が接続されている。

また、制御装置１６が、上軸ユニツト１と下軸ユニツト２の動作を同期させて制御を行なうべく、上軸シリンダ７、上軸チヤツク１０、上軸モーター１４、及び下軸シリンダ９、下軸チヤツク１１、下軸モーター１５と電気的に接続されている。

本実施形態の研磨方法は、図１（ａ)に示すように、予め研磨皿５をレンズ３に適した位置に傾けて装着し、レンズ３をホルダー４に嵌合もしくは接着保持する。また、ホルダー４を、上軸カンザシ６にあてつけた状態で上軸チヤツク１０を閉じてホルダー４を挟持する。更に、上軸ユニツト１を下降させながら研磨皿５にレンズ３を当接させる。このとき、レンズ３が研磨皿５に当接したと略同時に上軸チヤツク１０を開き、ホルダー４のチャックを開放する。これにより、レンズ３は上軸カンザシ６の球面部を中心として傾斜自在となる。

ホルダ４は、上軸シリンダ７からの空気圧力によって、上軸カンザシ６を介して研磨皿５を押し付けた状態で支持される。このとき、下軸チヤツク１１は閉じた状態であり、研磨皿５が下軸ピンドル１３と一体となって傾動しないように該研磨皿５を挟持している。この状態で、レンズ３及び研磨皿５を、所定の上軸回転運動１８と下軸回転運動１９、及び揺動運動２０を行なわせてレンズ３を研磨加工する。このとき、上軸回転運動１８を行わなくても、レンズ３は研磨皿５の下軸回転運動１９に連れまわって動作する。このため、必ずしも上軸モーター１４にて駆動力を与えなくても良い。なお、回転運動に関する詳細は、後述する。

以上説明した工程、状態は、既存のレンズ研磨機がレンズ３を研磨皿５に当接させて研磨加工する状態と略同様である。そして、この状態で研磨加工が進展した後、第２の研磨工程である図１(ｂ)の工程に移行する。

具体的には、制御装置１６からの信号（命令)により、上軸チヤツク１０を閉じるとともに下軸チヤツク１１を開放し、この上下チャックの開閉に連動して、上軸シリンダ７からの加圧力である上軸荷重（矢印方向)Ｐを減少させる。同時に、下軸シリンダ９の加圧力Ｑを増加させて、加圧軸を上軸ユニット１から下軸ユニット２に切り替えていく。

これにより、図１(ａ)で示すように、研磨皿５を挟持し、この研磨皿５にレンズ３から加圧していた状態から、図１(ｂ)で示すように、レンズ３を挟持し、このレンズ３に研磨皿５から加圧する状態へと移行する。

次に、第１の研磨工程から第２の研磨工程に移行したときの作用について説明する。
第１の研磨工程では、レンズ３を上軸カンザシ４で傾動回転自在に加圧保持したまま、研磨皿５との相対運動で研磨が行われる。この構成では、レンズ３側から研磨皿５に向けて荷重Ｐが付加されるため、荷重Ｐの方向は常に上軸カンザシ６（すなわちレンズ３）の中心軸の方向にのみ付加されてしまう。これは、レンズ３と研磨皿５との相対運動、すなわち研磨皿５の揺動運動２０によって研磨皿５がいかなる場所に移動しても、常に荷重Ｐはレンズ３の中心軸上に加圧されることになる。

よって、第１の研磨工程では、研磨加工中のいかなる相対位置においても、レンズ３に対して付加される荷重Ｐが常に同じ方向である。このため、レンズ３には常に同じ荷重分布２２が付加され、この荷重分布２２に応じた偏磨耗を発生させることになる。これでは、レンズ３と研磨皿５の相対的な位置を変化させても、両者の接触面積の変化に伴う圧力の大きさは変化するが、荷重分布２２のパターンは変化しない。

このため、この荷重分布２２のパターンに応じた偏磨耗が、レンズ３と研磨皿５とのいかなる相対位置においても発生する。これにより、図１(ａ)に示したレンズ断面形状２３が生じ、高い球面精度を確保することが難しくなる。

具体的には、荷重Ｐが、上軸カンザシ６を介して、傾斜可能に支承されているレンズ３の中心軸から常に付加されている。このため、レンズ３が研磨皿５との相対移動に伴って該研磨皿５と接触しなくなる境界点２１を支点として、レンズ３には、研磨皿５と接触していない面側にひっくり返ろうとするモーメントが発生する。そして、この境界点２１に応力集中した荷重分布断面２２が常に発生する。このため、この部分での磨耗量が最大となってしまう（図１(ａ)の下方図参照）。

また、境界点２１は、レンズ３が研磨皿５と接触しなくなる境界であることから、研磨皿５においてはその最外周部分となり、ここは研磨皿５の下軸回転１９に伴う回転の周速度が最も高くなるため、荷重とあわせて相対速度も最も高くなり、レンズ３の磨耗が特に進行する。

このため、従来の研磨機に見られる図１(ａ)の状態で研磨を行うと、常にレンズ３と研磨皿５との境界点２１の近傍が偏磨耗を起こす。そして、レンズ３の断面形状としては、図１（ａ)の下方のレンズ断面形状２３に示すように、レンズ３の中心軸とその外周との中間部分が多く磨耗した形状となってしまう。

このため、レンズ研磨でのいわゆる中高(レンズ中心部が他の部分に比べて磨耗量が少ない状態)、又はフチダレ(レンズ外周部(=フチ)が他の部分に比べて磨耗量が多い状態)等の球面精度の低いレンズ３となる。

しかしながら、第１の研磨工程では、研磨面内において偏磨耗による球面形状精度の低下が生じる反面、荷重の高い領域と相対速度の高い領域がほぼ一致するため、高い研磨速度を確保することができ、コストメリツトが高い研磨手法となっている。このため、高い球面精度を要求されない量産レンズなどでは、この研磨手法が多く利用されている。

次に、第１の研磨工程に対して第２の研磨工程では、レンズ３と研磨皿５の配置は同じであるが、両者の支持状態と研磨荷重の付加方向を変化させたものである。
この第２の研磨工程では、基本的な構成は第１の研磨工程と同じである。しかし、第１の研磨工程で傾斜・回動自在に上軸カンザシ６で支承されていたホルダー４が、第２の研磨工程では、上軸チャツク１０で挟持される。これと同時に、第１の研磨工程で挟持されていた研磨皿５が開放され、下軸カンザシ８で傾針回動自在に支承される。また、研磨荷重Ｐも、第２の研磨工程では、下軸カンザシ８の方向から研磨皿５に伝達されており、第１の研磨工程と上下の状態が反転している。

すなわち、第１の研磨工程では、レンズ３が傾斜回動自在に支承され、かつレンズ３を有する上軸ユニツト１側から研磨荷重Ｐが付加されていた。しかし、第２の研磨工程では、レンズ３が挟持保持され、その自由度を失った状態で研磨皿５を有する下軸ユニツト２から下軸荷重Ｑが付加される。このため、レンズ３に生じる荷重分布断面２４が変化し、レンズ３の磨耗を変化させて高精度に仕上げられる。

ここで重要なことは、第１の研磨工程の状態、すなわちレンズ３を傾斜・回動自在に、かつ研磨皿５を挟持したまま荷重を下軸荷重２８に切り替えても、それは作用反作用の法則に従い、第１の研磨状態と全く変化がないことである。

そのため、荷重方向を切り替えるために、上下の自由度を入れ替えて行なうことが重要となる。これにより、下軸荷重Ｑをレンズ３に付加させると、第１の研磨工程とは異なり、下軸荷重Ｑは研磨皿５の中心軸方向からレンズ３に付加される。このため、レンズ３と研磨皿５の相対的な運動である揺動運動２０に応じて、その下軸荷重Ｑがレンズ３に付加する方向が常に変化する。

こうして、第１の研磨工程で生じたような単一の荷重分布２２となりにくく、特に第１の研磨工程で生じた形状精度の低下を修正することが可能となる。同時に、第２の研磨工程では、レンズ３が挟持され傾斜できないため、境界点２１におけるレンズ３に対する応力集中に伴う高い荷重付加がなくなり、下軸荷重Ｑの方向に応じた荷重分布断面２４を得ることができる。

しかし、第２の研磨工程では、下軸荷重Ｑが研磨皿５の中心軸方向からレンズ３に付加されるため、第１の研磨工程と異なり、レンズ３に対する荷重は、研磨皿５の最も回転速度の小さい中心部に最大荷重を有して分布する。このため、荷重の大きな位置と速度の大きな位置が一致せずに、研磨速度が遅くなる。

このため、量産レンズなどのように、研磨時間を短くすることがコストに大きく影響するようなレンズ３に対しては不利な部分がある。
よって、本実施形態では、研磨速度に対して有効な第１の研磨工程と、研磨精度に対して有効な第２の研磨工程と、を統合させて実施することで、両者の長所を組み合わせた研磨方法としたものである。

具体的には、レンズ３に対し、研磨加工で求められる鏡面(表面粗さ)を得るまでは、研磨速度の高い第１の研磨工程を実施し、鏡面が得られた時点で研磨面に残る偏磨耗を解消するために、第２の研磨工程で微小な誤差を除くことで、高精度な研磨面を短時間で得ることができる。

すなわち、本実施形態によれば、熟練した研磨作業者が、研磨面の精度を高めるために経験的に行なっている作業の中で、レンズ３と研磨皿５をプロセスの状態に応じて上下反転させて研磨を行う作業を自動化して、高精度な研磨加工を行うことができる。
（第２の実施の形態）
図２及び図３は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。

この図２では研磨手順を、また、図３ではその原理説明を行なう。
本実施形態では、レンズ３の球面精度と形状精度を高める第２の研磨工程での研磨を実施しても、球面形状である曲率半径の変化を抑えて行なうものである。なお、前述した図１(ａ) (ｂ)と同一又は相当する部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図２(ａ)は、第１の研磨工程を示しており、構成は図１(ａ)と同じである。この図２（ａ)では、説明の便宜上、研磨皿５とレンズ３を相対的な運動で研磨するために、研唐皿５を傾斜させる角度を第１の相対角度θ₁とする。また、レンズ３を研磨するために、レンズ３及び研磨皿５がそれぞれ回転運動するが、第１の相対角度θ₁はこのレンズ回転軸３０と研磨皿回転軸３１との成す角度である。

次に、図２(ｂ)では、第２の研磨工程を示しており、構成は図１(ｂ)と同じである。
また、図２(ａ)と同様に、レンズ回転軸３０と研磨皿回転軸３１とのなす角で、研磨皿５を傾斜させる角度を第２の相対角度θ₂とする。

本実施形態では、第１の研磨工程で設定した第１の相対角度θ₁に対し、第２の研磨工程での第２の相対角度θ₂を、第１の相対角度θ₁よりも小さく設定して研磨する。
まず、図２(ａ)の第１の研磨工程では、上軸チヤツク１０は開放され、レンズ３はカンザシ６により傾斜回動自在に支承されている。また、研磨皿５は、下軸チヤツク１１により挟持されて固定保持されている。

このとき、レンズ３を高精度に研磨するために、予め算出された第１の相対角度θ₁で研磨皿５を傾斜させ、該研磨皿５にレンズ３を押圧する。これにより、研磨皿５の相対的な揺動運動２０、下軸モーター１５による下軸回転１９、この下軸回転１９による研磨皿５の回転につれ回る上軸回転１８の相対的な運動、によってレンズ３が研磨される。

次に、第１の研磨工程によりレンズ３の研磨面である鏡面が得られた時点で、図２（ｂ）に示す第２の研磨工程に移行する。第２の研磨工程では、図１で説明したと同様に第１の研磨工程と逆の構成となる。まず、傾斜・回動自在に支承されていたレンズ３が、上軸チヤツク１０により挟持され、その動きが固定保持される。

次に、下軸チヤツク１１に挟持されていた研磨皿５が、下軸チヤツク１１の開放と共に下軸カンザシ８により傾斜回動自在に支承される。このとき、レンズ３と研磨皿５は、第１の研磨工程のときと同様に、互いに当接したままの状態で実施される。

上下の各チヤツクの開閉の動作と共に、上軸荷重Ｐが下軸荷重Ｑに切り替えられる。この荷重の切り替えと共に、第２の研磨工程を実施するため、予め算出された第２の相対角度θ₂となるように下軸ユニツト２が旋回を行なう。そして、研磨皿５が第２の相対角度θ₂に移動した後に、上軸モーター１４の駆動力によってレンズ３の回転運動１８と、これにつれ回る研磨皿５の回転運動１９、及び研磨皿５の揺動運動２０が行われる。そして、第１の研磨工程で生じた研磨誤差を除去するため、第２の研磨工程が実施される。

次に、上述した本実施形態の作用と原理を説明する。
まず、第１の研磨工程において、レンズ３を研磨皿５によって高精度に研磨するために、研磨皿５を第１の相対角度θ₁に傾斜させて配置する。この第１の相対角度θ₁は、図３（ａ）（ｂ）に夫々示す研磨皿５とレンズ３の形状によって算出される。

この場合、研磨皿５とレンズ３の互いの相対運動によって、共擦りによる磨耗加工を行なう研磨では、その磨耗パターン、すなわち図１(ａ)で示したレンズ断面２３の形状が安定して得られる位置として、第１の相対角度θ₁を設定する。

具体的には、図３（ｂ）に示すレンズ３の有する形状である曲率半径Ｒと、レンズ径Ｄ₂の両者から定まるレンズ半角βを基準として、その大きさが決定されていく。ここで、曲率半径Ｒはレンズ３に創成すべき球面半径であり、レンズ径Ｄ₂はレンズ３の研磨される径を意味する。

また、レンズ半角βとは、レンズ３の中心軸とレンズ径Ｄ₂の外周端と曲率半径Ｒの中心を結ぶ線の成す角度であり、レンズ３の『深さ』ともいわれる。このレンズ半角βに対して、使用する研磨皿５の研磨皿半角αを係数比によって定めることになる。このとき、通常、レンズ３の研磨加工では、研磨皿５の研磨皿半角αはレンズ半角βよりも大きな半角を設定して製作する。

これは、研磨加工がレンズ３と研磨皿５との共擦り加工であるため、研磨皿５も磨耗を生じてしまうからである。
これに対して、少しでも研磨皿５の磨耗を抑えることが、研磨品質の安定化や製造作業の効率化に影響するため、レンズ３よりも大きな研磨皿５を使うことが一般的である。また、可能な限り研磨皿径Ｄ₁が大きな研磨皿５を使用した方が、研磨皿５の磨耗を抑え、安定した品質が得られると共に、高い研磨速度を得ることができる。

そして、レンズ半角βよりも大きな研磨皿半角αを有する研磨皿５を利用しながら、レンズ断面２３の形状が安定して得られる第１の相対角度θ₁を設定することは、研磨皿５が有する研磨皿半角αによって定まる。このとき、研磨皿半角αが大きいほど、第１の相対角度θ₁は大きくなり、その研磨皿半角αの大きさに比例して、第１の相対角度θ₁の設定が成される。

これは、上軸カンザシ６によって傾斜・回動自在に支承されているレンズ３が、その自由度を利用して研磨皿５に倣って運動を行なうことに対して、下軸チヤツク１１によって固定されている研磨皿５の大きさが、その磨耗パターンとなるレンズ断面２３を支配することに起因している。

次に、図２(ｂ)で示す第２の研磨工程に移行した場合、前述した原理は同様に作用する。このため、第２の研磨工程では、上軸チヤツク１０で固定されているレンズ３の形状であるレンズ半角βの大きさが、研磨皿５を傾斜させる第２の相対角度θ₂を決定付ける。

すなわち、第２の研磨工程では、第１の研磨工程とレンズ３および研磨血５の配置は同じであるが、加圧状態と拘束状態が反転しているため、あたかもレンズ３がそれまでの研磨皿５の役目を果すかのように作用する。

つまり、小さな研磨皿５で大きなレンズ３を研磨しているような状態と類似した構成となる。このため、第１の研磨工程では、研磨皿半角αが、安定した研磨加工を行うための第１の相対角度θ₁を決定付けていたのに対し、第２の研磨工程では、レンズ半角βがこれを決定付けることになる。

ここで、本実施形態では、第１の研磨工程から第２の研磨工程へは、レンズ３および研磨皿５の配置は同じまま、連続的に工程切替を行って研磨を実施する。このため、第２の研磨工程では、あたかも小さな研磨皿５で磨くかのような相対角度θ₂の設定を行う必要がある。このため、第２の研磨工程では、第１の相対角度θ₁よりも小さな相対角度θ₂となる。

従って、第１の研磨工程から第２の研磨工程を通じてレンズ３の曲率半径Ｒを安定して得るためには、研磨皿半角αによって決定していた第１の相対角度θ₁を、レンズ半角βで決定付ける第２の相対角度θ₂に切り替える必要がある。そして、レンズ半角βより大きな研磨皿半角αを有する限り、第２の相対角度θ₂は第１の相対角度θ₁よりも小さく設定する必要がある。

ここで、第１と第２の相対角度θ₁、θ₂を各研磨工程で切り替える主旨は、レンズ３に創成すべき曲率半径Ｒを安定して得るためである。但し、この寸法を変化させたり、第１の研磨工程で得たレンズ断面２３を大きく修正する必要があるとき等はこの限りでない。また、上述した主旨は、あくまでも安定した研磨加工を、第１の研磨工程と第２の研磨工程の両工程を通じて継続的に実施するためである。

また、第２の研磨工程では、レンズ半角βが安定した研磨加工を行う上で支配的になるとの説明をしたが、これは、あくまでレンズ３のレンズ断面２３及び曲率半径Ｒの変化を小さくして、安定して研磨を行うためである。このため、レンズ３が研磨皿５の役割を担うものではなく、研磨作用そのものは研磨皿５の材質などによって発現することは明らかであり、物理的な両者の位置開係の決定を担うとしたものである。

本実施形態によれば、第１の研磨工程から第２の研磨工程に移行する際に、レンズ３の曲率半径の変化を抑えて連続的に研磨を行うことができる。
（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態における第２の研磨工程を示している。同図において、前述した実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、第２の研磨工程でより高い研磨精度を達成するために、下軸チヤツク１１による挟持が開放されて傾斜・回動自在となった研磨皿５に、回転動力を伝達するようにしたものである。これにより、研磨皿５は一層安定した磨耗状態となる。

本実施形態では、上軸カンザシ６及び下軸カンザシ８の各々に、上軸ピン３８及び下軸ピン３９が各カンザシ６，８の軸方向と略直交する方向に埋め込まれている。また、レンズ３を保持するホルダー４及び研磨皿５には、これらのピン３８,３９を支持する切欠き４０，４１が設けられている。また、ホルダー４は、上軸ピン３８を介して、上軸カンザシ６を含む上軸ユニツト１の回転１８を常に伝達できるように構成されている。更に、研磨皿５は、下軸ピン３９を介して、下軸カンザシ８を含む下軸ユニツト２の回転１９を常に伝達できるように構成されている。

前述したように、第２の研磨工程では、第１の研磨工程までは傾斜・回動自在に支承されていたレンズ３が、第２の研磨工程では、上軸チヤツク１０の挟持に伴って拘束され、逆に研磨皿５は第２の研磨工程では、傾斜・回動自在に支承される。

このため、上述した第２の実施の形態では、研磨によるレンズ３の曲率半径Ｒを安定的に得るためには、レンズ半角βが物理的な研磨位置である第２の相対角度θ₂を決定付けると説明した。本実施形態においても、その状況は同じであり、図４で示す第２の研磨工程では、この状態となっている。

第２の相対角度θ₂は、レンズ半角βで決定付けられ、その位置に研磨皿５を傾斜移動すればよい。しかし、第１の研磨工程と異なり、レンズ半角βより大きな研磨皿半角αを有する研磨皿５、すなわちレンズ３より大きい研磨皿５が、下軸カンザシ８を介して傾斜・回動自在に支承されている。

このため、第１の実施の形態で示した構成では、下軸モーター１５によって下軸スピンドル１３を介して下軸回転１９を伝達しても、第２の研磨工程では、研磨皿５は挟持されていないため、その回転力は伝達されない。つまり、下軸カンザシ８の先端部にある球面の部分で滑ってしまい、下軸モーター１５の回転力は研磨皿５を回転させるには至らない。

しかし、実際には、第１の研磨工程とは逆に、上軸ユニツト１に配置されたレンズ３が上軸チヤツク１０により挟持されているため、上軸モーター１４の回転動力はレンズ３に伝達され、該回転力が押圧されている研磨皿５に伝わって共回りをする。

このため、第１実施形態においても、研磨加工を行うことに問題はないが、より高い研磨面の精度を得るためには、回転運動を含む両者の相対的な運動で進行する研磨加工にとって両軸の回転を制御することが好ましい。

特に、第２の研磨工程では、第１の研磨工程の場合とは逆に、レンズ３と研磨皿５の保持状態が反転しているため、小さいレンズ３で大きな研磨皿５を共擦り回転させなくてはならない。このため、研磨皿５の揺動２０の位置変化に伴う研磨皿５の回転誤差が大きくなる。

そして、本実施形態では、レンズ３を研磨皿５に押圧する際に、上軸カンザシ６に取り付けられた上軸ピン３８が、ホルダー４に設けた切欠き４０と嵌合するように装着されている。同様に、研磨皿５も下軸カンザシ８に装着された下軸ピン３９が、研磨皿５の切欠き４１に嵌合するように設置されている。このため、上下チヤツク１０,１１の開放状態であっても、夫々のモーター１４,１５による研磨皿５への回転動力の伝達が行なえる。

また、各ピン３８.３９は、切欠き４０，４１の溝に引っかかるように挿入されている。このため、回転動力を伝えながら、カンザシ６，８による傾斜運動を妨げないため、上下チヤツク１０,１１の開放時でも安定した研磨を行うことができる。

本実施形態では、第２の研磨工程においても、レンズ３及び研磨皿５に回転運動を安定して伝達することができ、より高い研磨面精度のレンズ３を得ることができる。

（ａ）は、第１の実施の形態における第１の研磨工程を示す図、（ｂ）は、その第２の研磨工程を示す図である。 （ａ）は、第２の実施の形態における第１の研磨工程を示す図、（ｂ）は、その第２の研磨工程を示す図である。 （ａ）は、研磨皿の寸法関係を示す図、（ｂ）は、レンズの寸法関係を示す図である。 第３の実施の形態における第２の研磨工程を示す図である。 従来の研磨機の断面図である。 （ａ）は、従来の研磨装置における第１の研磨工程を示す図、（ｂ）は、その第２の研磨工程を示す図である。

符号の説明

１ 上軸ユニット
２ 下軸ユニット
３ レンズ
４ ホルダー
５ 研磨皿
６ 上軸カンザシ
７ 上軸シリンダ
８ 下軸カンザシ
９ 下軸シリンダ
１０ 上軸チャック
１１ 下軸チャック
１２ 上軸スピンドル
１３ 下軸スピンドル
１４ 上軸モータ
１５ 下軸モータ
１６ 制御装置
Ｍ 研磨装置
Ｐ 上軸荷重
Ｑ 下軸荷重
Ｒ 曲率半径
α 研磨皿半角
β レンズ半角
θ₁ 第１の相対角度
θ₂ 第２の相対角度
Ｄ₁ 研磨皿径
Ｄ₂ レンズ径

Claims (4)

1. ワークの回転軸に対し研磨皿の回転軸を傾斜させて前記ワークを前記研磨皿に当接して加圧し、前記ワークと前記研磨皿を相対運動させて前記ワークを研磨加工する研磨方法において、
   前記ワークを回転傾斜自在に保持し、前記研磨皿の傾斜自在な支持を固定して前記研磨皿に前記ワークを当接し、前記ワークと前記研磨皿の相対的な回転運動及び揺動運動により研磨加工を行う第１の研磨工程と、
   前記研磨皿を回転傾斜自在に保持し、前記ワークの傾斜自在な支持を固定して引き続き前記ワークと研磨皿の相対的な回転運動及び揺動運動により研磨加工を行う第２の研磨工程と、を備えている、
   ことを特徴とする研磨方法。
2. 前記第２の研磨工程に移行する際に、前記第１の研磨工程で前記研磨皿を傾けた角度よりもその傾きを小さくして研磨を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
3. 前記第２の研磨工程に移行する際に、前記第１の研磨工程で前記研磨皿を傾けた角度よりもその傾きを小さくして配置すると共に、前記研磨皿に回転動力を伝達しながら研磨を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
4. ワークの回転軸に対し研磨皿の回転軸を傾斜配置し、前記ワークを前記研磨皿に当接して加圧し、前記ワークと前記研磨皿に相対運動を付与して前記ワークを研磨加工する研磨装置において、
   前記ワークを回転傾斜自在に保持し、該ワークの傾斜自在な支持を固定可能な第１のチャック手段と、
   前記研磨皿を回転傾斜自在に保持し、該研磨皿の傾斜自在な支持を固定可能な第２のチャック手段と、を備え、
   前記第２のチャック手段は、前記ワークが回転傾斜自在に支持された状態では前記研磨皿の傾斜自在な支持を固定し、
   前記第１のチャック手段は、前記研磨皿が回転傾斜自在に支持された状態では前記ワークの傾斜自在な支持を固定する、
   ことを特徴とする研磨装置。