JP2011218466A - 研磨器具、研磨器具の製造方法、及び被研磨体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の形状へと高精度に研磨できる研磨器具、研磨器具の製造方法、及び被研磨体の製造方法を提供すること。
【解決手段】研磨器具１０は、駆動源に接続される回転軸１１と、この回転軸１１の先端に位置する球状のポリッシャ１３と、を備え、このポリッシャ１３は、弾性樹脂で構成されている。ポリッシャ１３の周囲に研磨パッド１５を配置し、この研磨パッド１５を砥粒を介して研磨対象Ｗに当接させた状態で、回転軸１１を回転させることで、研磨対象Ｗを研磨する。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨器具、研磨器具の製造方法、及び被研磨体の製造方法に関する。

非球面等の曲面を有するレンズ、ミラー等の光学素子等は、その形状に近似した研磨対象を研磨することで製造される。研磨に用いられる研磨器具は、回転軸の先端に位置する球状のポリッシャを備えており、回転軸の回転に伴ってポリッシャが回転することで研磨対象を研磨する。

従来の研磨器具は、その製造効率を向上させる観点から、回転軸とポリッシャとを同一素材で構成し、一体成形により製造されている。ここで、回転軸には高い強度が要求されるため、金属又は非弾性樹脂で構成され、必然的にポリッシャも金属又は非弾性樹脂で構成されることになる。

しかし、金属又は非弾性樹脂で構成されたポリッシャは、変形性に乏しいため、研磨対象の形状に十分に追従できず、微細なうねりやアス等を研磨対象に発生させやすい。そこで、特許文献１には、ポリッシャに弾性樹脂が被覆された研磨器具が開示されており、弾性樹脂の変形により、研磨対象の形状への追従性の向上が期待されている。

特開平９−３２３２５２号公報

しかし、特許文献１に示される研磨器具では、十分な追従性を得るために相当な厚みの弾性樹脂をポリッシャに被覆する必要がある。すると、研磨部分の大径化が避けがたく、かかる大径の研磨部分では、研磨し得る形状が制限されてしまう。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、種々の形状へと高精度に研磨できる研磨器具、研磨器具の製造方法、及び被研磨体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、ポリッシャそのものを弾性樹脂で構成することで、研磨対象の形状への追従性に優れかつ小径の部分で研磨し得るを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 駆動源に接続される回転軸と、この回転軸の先端に位置する球状のポリッシャと、を備える研磨器具であって、
前記ポリッシャは、弾性樹脂で構成されている研磨器具。

（２） 前記回転軸は前記ポリッシャと一体成形されている（１）記載の研磨器具。

（３） 前記弾性樹脂は、ポリウレタン樹脂を含む（１）又は（２）記載の研磨器具。

（４） 曲面を有する研磨対象の研磨に用いられる（１）から（３）いずれか記載の研磨器具。

（５） ガラス部材の研磨に用いられる（１）から（４）いずれか記載の研磨器具。

（６） 駆動源に接続される回転軸と、この回転軸の先端に位置する球状のポリッシャと、を備える研磨器具の製造方法であって、
前記ポリッシャの形状と対称的な注型空間が内部に形成された注型型を用い、
減圧された前記注型空間へと弾性樹脂を流し込み、硬化させることで前記ポリッシャを製造する工程を有する製造方法。

（７） 前記弾性樹脂は、ポリウレタン樹脂を含む（６）記載の製造方法。

（８） 被研磨体の製造方法であって、
（１）から（５）いずれか記載の研磨器具を用い、
前記ポリッシャの周囲に、研磨パッドを配置し、
前記研磨パッドを砥粒を介して研磨対象に当接させた状態で、前記回転軸を回転させることで、前記研磨対象を研磨する工程を有する被研磨体の製造方法。

（９） 前記研磨対象として、曲面を有するものを用いる（８）記載の製造方法。

（１０） 前記研磨対象として、ガラス部材を用いる（８）又は（９）記載の製造方法。

本発明によれば、ポリッシャを弾性樹脂で構成したので、研磨に用いる部分を、研磨対象の形状への追従性に優れかつ小径にすることができる。これにより、種々の形状へと高精度に研磨することができる。

本発明の一実施形態に係る研磨器具の使用状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る研磨器具の製造方法を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る研磨器具１０の使用状態を示す図である。研磨器具１０は、図示しない駆動源に接続される回転軸１１と、この回転軸１１の先端に位置する球状のポリッシャ１３と、を備える。このポリッシャ１３には、少なくとも使用時に研磨パッド１５が被覆される。駆動源を稼動し回転軸１１を回転させることで、ポリッシャ１３が回転し、研磨パッド１５との摩擦によって研磨対象Ｗの被研磨面Ｗａが研磨されることになる。

本発明において、ポリッシャ１３は弾性樹脂で構成されている。弾性樹脂は変形性に優れるため、ポリッシャ１３は被研磨面Ｗａの形状への追従性に優れる。また、ポリッシャ１３自体が弾性樹脂で構成されるため、ポリッシャ１３に更に弾性樹脂を被覆する必要がなく、また研磨パッド１５の消耗が抑制されるため、１５を薄くすることができる。これにより、研磨に用いる部分（本実施形態では、ポリッシャ１３及び研磨パッド１５）を小径にすることができ、被研磨面Ｗａに微細な形状（例えば微小な凹凸）を形成することもできる。従って、研磨対象Ｗを種々の形状へと高精度に研磨することができる。

弾性樹脂としては、特に限定されないが、例えばポリウレタン樹脂の２液、３液タイプが挙げられる。中でも、研磨の際に研磨パッド１５と被研磨面Ｗａとの間に供給される潤滑液に侵されにくい（潤滑液に侵されると、ポリッシャ１３が膨潤して大径化する）点で、ポリウレタン樹脂が好ましい。

ポリッシャ１３は、硬すぎると、被研磨面Ｗａの形状への追従性が不充分となりやすい一方、柔らかすぎると研磨効率が低下する。そこで、ポリッシャ１３の硬度の下限は、ショア硬さ１０ＨＳであることが好ましく、より好ましくは５０ＨＳ、最も好ましくは６０ＨＳであり、上限はショア硬さ１２０ＨＳであることが好ましく、より好ましくは１１０ＨＳ、最も好ましくは１００ＨＳである。なお、ショア硬さとは、ＪＩＳ−Ｚ−２２４６にて定義されるダイヤモンドハンマーを一定高さから落下させ、その跳ね上がり高さに比例する値として求められる硬さをいう。

ポリッシャ１３の形状は、特に限定されず、球形、楕円形、円柱形等又はこれらの組み合わせの形状から、製造すべき形状に応じて適宜設定されてよいが、種々の形状への研磨に対応しやすい点で球形又は楕円形が好ましい。

ポリッシャ１３の大きさは、製造すべき形状に応じて適宜設定されてよく、小径である程、微細な形状も含む多様な形状を高精度に製造しやすい一方、研磨速度が低下する傾向がある。ポリッシャ１３の下部が曲面で構成されている場合、この曲面の曲率半径は、下限が１．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１．２ｍｍ、最も好ましくは１．５ｍｍである。

研磨パッド１５は、従来周知の研磨用のパッドであってよく、通常はダイヤモンド等製の砥粒を含む。ただし、研磨パッド１５は必ずしも砥粒を含んでいなくてもよく、この場合には砥粒を研磨パッド１５と被研磨面Ｗａとの間に外部から供給する。

研磨パッド１５は被研磨面Ｗａと直接接触する部分であるため、消耗が懸念されるが、本発明ではポリッシャ１３が比較的柔らかい弾性樹脂で構成されているため、消耗が抑制される。このため、研磨パッド１５は従来よりも薄くすることもできる。研磨パッド１５の厚みの上限は、０．３０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．２５ｍｍ、最も好ましくは０．２０ｍｍであり、下限は０．１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１２ｍｍ、最も好ましくは０．１５ｍｍである。

回転軸１１は、特に限定されず、金属、弾性樹脂、非弾性樹脂等の１種又は２種以上の任意の素材で構成されてよい。かかる回転軸１１は、ポリッシャ１３と別体成形された後に固定されてもよく、一体成形されてもよいが、回転軸１１及びポリッシャ１３の位置関係のズレを予防できる点で一体成形されることが好ましい。

以上の研磨器具１０の製造方法の一例を、図２を参照しつつ説明する。まず、ポリッシャ１３の形状と対称的な注型空間Ｓが内部に形成された注型型Ｍを用い、注型空間Ｓを減圧する（図２（Ａ））。本実施形態では、製造部１００の耐圧容器１１０内に注型型Ｍを設置し、耐圧容器１１０の内気を排出することで耐圧容器１１０の内圧を下げ、注型空間Ｓを減圧している。この状態で、注型空間Ｓから注型型Ｍの外周へと延びる注入孔Ｇに液状の弾性樹脂Ｐを導入すると、注型空間Ｓが減圧されているため、弾性樹脂Ｐが注型空間Ｓへと流れ込む。減圧が不充分であると、微小な空間であるＳ内に空気が閉じ込められてしまい、注型空間Ｓ内に弾性樹脂Ｐが充満しにくいので、充分に減圧することが望ましい。なお、注型型Ｍは、後でポリッシャ１３を取り出すことができるように、注型空間Ｓの略中央を通る分割面ＳＬで分割可能である。

注型空間Ｓ内に弾性樹脂Ｐを充満させ（図２（Ｂ））、弾性樹脂Ｐからの脱泡を充分に促した後、注型空間Ｓを昇圧（通常は常圧に戻す）し、注型型Ｍを加熱して弾性樹脂Ｐを硬化させることでポリッシャ１３を製造する。このポリッシャ１３は、注型型Ｍを分割面ＳＬに沿って分割することで取り出される。硬化条件は、用いる弾性樹脂Ｐの特性に応じて適宜設定されてよい。

本実施形態では、ポリッシャ１３を別途に製造した後に回転軸１１と固定する。しかし、これに限られず、ポリッシャ１３及び回転軸１１を一体成形してもよい。この場合には、注型空間Ｓから注型型Ｍの外周へと延び１１が挿通される挿通孔を形成し、この挿通孔を通じて注型空間Ｓ内に回転軸１１を挿通した状態で、弾性樹脂Ｐを注型空間Ｓに流し込めばよい。

このような製造方法は、小径のポリッシャ１３を製造する際に極めて有用である。ただし、研磨器具１０の製造方法は、上記のものに限られず、例えば比較的大径のポリッシャ１３を備える研磨器具１０を製造する場合には、従来周知の他の方法による製造も可能である。

図１に戻って、本発明に係る被研磨体の製造方法を説明する。まず、製造すべき研磨対象Ｗの被研磨面Ｗａの形状に応じて、適切な形状及び寸法を有するポリッシャ１３を選択する。かかるポリッシャ１３の周囲に研磨パッド１５を配置し、この研磨パッド１５を砥粒を介して研磨対象Ｗの被研磨面Ｗａに当接させた状態で、回転軸１１を回転させることで、研磨対象Ｗを研磨する。なお、必要に応じて摩擦熱を低減するために、研磨パッド１５及び被研磨面Ｗａの間に潤滑液を供給する。また、回転軸１１の回転速度は、研磨対象Ｗ及びポリッシャ１３の硬度等を考慮して適宜設定する。

そして、研磨器具１０及び／又は支持台２０を移動させることにより、研磨パッド１５を被研磨面Ｗａに対して相対移動させ、被研磨面Ｗａの所望の範囲を研磨する。この間、ポリッシャ１３が被研磨面Ｗａの形状に沿って容易に変形するため、被研磨面Ｗａを種々の形状へと研磨できる。また、相対移動の速度は、研磨対象Ｗ及びポリッシャ１３の硬度等を考慮して適宜設定する。

このように、本発明の研磨器具１０によれば、ポリッシャ１３の被研磨面Ｗａへの追従性が優れるため、研磨が困難とされる曲面（特に非球面）を有する研磨対象の研磨も高精度に行うことができる。また、研磨対象Ｗは、特に限定されず任意のものであってよいが、特にガラス部材であることが好ましい。これにより、高精度の光学素子等を容易に製造することができる。

＜実施例＞
図２に示すようにして、ステンレス鋼製の回転軸の先端に、直径１．５ｍの球状のポリウレタン製ポリッシャが位置する研磨器具を製造した。ポリッシャの周囲に、ナイロン（登録商標）及びポリエステルからなる研磨パッド（厚み約０．２ｍｍ）を配置し、回転軸を駆動源に接続した。研磨対象として、ＷＣ、無電解ニッケル、又はガラスで形成され、球面、非球面、又は自由曲面を有するものを用いた。研磨パッドを砥粒を介して研磨対象に当接させた状態で、回転軸を５０〜６００ｒｐｍの速度で回転させながら、適当な速度で移動させ、研磨対象を研磨した。このようにして得た各被研磨体の表面を観察したところ、いずれにも、うねりやアスは全く確認されなかった。

（比較例）
回転軸及びポリッシャの双方がステンレス鋼製である点を除き、実施例１と同様の研磨器具を用い、実施例１と同様の条件で研磨対象を研磨した。得られた各被研磨体の表面を観察したところ、うねりやアスが観察されなかった被研磨体は全体の６０％にすぎず、残る被研磨体には軽度〜重度のうねりやアスが観察された。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１０ 研磨器具
１１ 回転軸
１３ ポリッシャ
１５ 研磨パッド
２０ 支持台
１００ 製造部
１１０ 耐圧容器
Ｇ 注入孔
Ｍ 注型型
Ｐ 弾性樹脂材料
Ｓ 注型空間
Ｗ 研磨対象
Ｗａ 被研磨面

Claims (10)

1. 駆動源に接続される回転軸と、この回転軸の先端に位置する球状のポリッシャと、を備える研磨器具であって、
   前記ポリッシャは、弾性樹脂で構成されている研磨器具。
2. 前記回転軸は、前記ポリッシャと一体成形されている請求項１記載の研磨器具。
3. 前記弾性樹脂は、ポリウレタン樹脂を含む請求項１又は２記載の研磨器具。
4. 曲面を有する研磨対象の研磨に用いられる請求項１から３いずれか記載の研磨器具。
5. ガラス部材の研磨に用いられる請求項１から４いずれか記載の研磨器具。
6. 駆動源に接続される回転軸と、この回転軸の先端に位置する球状のポリッシャと、を備える研磨器具の製造方法であって、
   前記ポリッシャの形状と対称的な注型空間が内部に形成された注型型を用い、
   減圧された前記注型空間へと弾性樹脂を流し込み、硬化させることで前記ポリッシャを製造する工程を有する製造方法。
7. 前記弾性樹脂は、ポリウレタン樹脂を含む請求項６記載の製造方法。
8. 被研磨体の製造方法であって、
   請求項１から５いずれか記載の研磨器具を用い、
   前記ポリッシャの周囲に、研磨パッドを配置し、
   前記研磨パッドを砥粒を介して研磨対象に当接させた状態で、前記回転軸を回転させることで、前記研磨対象を研磨する工程を有する被研磨体の製造方法。
9. 前記研磨対象として、曲面を有するものを用いる請求項８記載の製造方法。
10. 前記研磨対象として、ガラス部材を用いる請求項８又は９記載の製造方法。

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