JP2017094410A - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨による摩擦抵抗力の総和量と抵抗発生方向とに対して、最も効率のよい軸の支持機構を有する研磨装置及び研磨方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る研磨装置１は、上軸１２でレンズ１００を保持するとともに下軸２１に取り付けられた工具２０の回転軸とレンズ１００の回転軸とのなす角度が連続的に変化するように上軸１２を揺動させ、下軸２１を回転駆動させながら、レンズ１００の被加工面と工具２０の加工面とを擦り合わせてレンズ１００を研磨する研磨装置であって、水平方向の１方向を支持して該１方向に対する上軸１２の運動を規制する一方、上軸１２の軸可動方向への自由度を維持しながら上軸１２を支持するローラ３５Ａを含む支持機構５Ａを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズを研磨する研磨装置及び研磨方法に関する。

従来、レンズの研削または研磨加工は、加工対象である光学素子材料の被加工面に、ピッチ、パッド及び砥石等の研磨用の工具の加工面を当接させ、光学素子材料及び工具のいずれか一方または両方に荷重をかけながら回転させるとともに、いずれかを揺動させて両者を擦り合わせることにより行われている（例えば、特許文献１参照）。

レンズまたは研磨工具を保持しながら荷重をかけるユニットは、水平方向に発生する研磨抵抗に対する剛性が必要である一方で、揺動及び回転時に加圧軸方向への位置ズレを吸収するために、加圧軸方向に自由度を持たせる必要がある。近年、光学製品に搭載されるレンズは、要求される面精度レベルが年々向上しており、この要求を満たすためには、より高荷重での加工に耐えうる剛性のみならず、面精度向上のための加圧軸追従性が研磨装置に必要となってくる。

特開平１０−１５１５５６号公報

しかしながら、研磨装置の剛性を上げるために設備フレーム材質の鋳物多用や支柱等の構造物を増やした結果、回転軸方向への摺動抵抗が大きくなって加圧軸の追従性が悪化してしまう場合があった。また、軸重量が重くなり揺動時のユニット全体の慣性モーメントが大きくなることで、工具に対するレンズの偏心の変化に応じてレンズが工具から受ける荷重分布の局所的な変動が大きくなってしまう結果、レンズの面精度を悪化させてしまう場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、研磨による摩擦抵抗力の総和量と抵抗発生方向とに対して、最も効率のよい軸の支持機構を有する研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る研磨装置は、研磨装置の加圧軸または非加圧軸のどちらか一方の軸でレンズを保持するとともに、他方の軸に取り付けられた工具の回転軸と前記レンズの回転軸とのなす角度が連続的に変化するように前記加圧軸または前記非加圧軸の少なくともどちらか一方を揺動させ、前記加圧軸または前記非加圧軸の少なくとも一方の軸を回転駆動させながら、前記レンズの被加工面と前記工具の加工面とを擦り合わせて前記レンズを研磨する研磨装置であって、前記レンズと前記工具との両回転軸が通る平面に直交する１方向を支持して前記１方向に対する前記加圧軸の運動を規制する一方、前記加圧軸方向への自由度を維持しながら前記加圧軸を支持する支持体を含む支持機構を備えることを特徴とする。

本発明に係る研磨装置は、前記支持機構は、前記１方向を支持する第１の支持体と、前記１方向を前記加圧軸の中心軸と線対称に反転した方向を支持する、前記第１の支持体と同じ構造の第２の支持体と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る研磨装置は、前記レンズと前記工具との接触界面で発生する研磨抵抗により前記加圧軸が受ける合力ベクトルを演算する演算部と、前記演算部による演算結果を基に前記演算部が演算した前記合力ベクトルのベクトル方向に合わせて前記支持体の支持方向を変更可能な方向変更機構と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る研磨装置は、前記支持機構は、表面材質が樹脂または金属からなる少なくとも一つのローラと、前記ローラを前記加圧軸へ押し当てて固定する第１部材と、前記第１部材を当該研磨装置へ固定する第２部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る研磨装置は、前記支持機構は、前記加圧軸の側面に固定された少なくとも一本のガイドレールと、前記ガイドレールに対して平行に進退可能なガイドブロックと、前記ガイドブロックに連結可能なアームと、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る研磨装置は、前記支持機構は、当該研磨装置に固定された少なくとも一本のアームと、前記アームの先端で自由回転可能に保持された金属または樹脂からなる球体と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る研磨装置は、前記支持機構は、前記支持体の水平位置を調整する水平位置調整機構をさらに備えることを特徴とする。

本発明に係るレンズを研磨する研磨方法は、加圧軸または非加圧軸のどちらか一方の軸で保持されたレンズと他方の軸に取り付けられた工具との両回転軸が通る平面に直交する１方向を支持して前記１方向に対する前記加圧軸の運動を規制する一方、前記加圧軸方向への自由度を維持しながら前記加圧軸を支持する支持体を含む支持機構を備えた研磨装置を使用し、前記研磨装置の加圧軸または非加圧軸のどちらか一方の軸でレンズを保持する工程と、前記他方の軸に取り付けられた工具の回転軸と前記レンズの回転軸とのなす角度が連続的に変化するように前記加圧軸または前記非加圧軸の少なくともどちらか一方を揺動させる工程と、前記加圧軸または前記非加圧軸の少なくとも一方の軸を回転駆動させながら、前記レンズの被加工面と前記工具の加工面とを擦り合わせて前記レンズを研磨する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、レンズと研磨工具との両回転軸が通る平面に直交する１方向を支持して該１方向に対する加圧軸の運動を規制する一方、加圧軸方向への自由度を維持しながら加圧軸を支持する支持体を含む支持機構を備えることによって、研磨による摩擦抵抗力の総和量と抵抗発生方向とに対して、最も効率のよい軸の支持機構を有する研磨装置を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る研磨装置の一部の構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る研磨装置の一部の構成を示す模式図である。 図３は、図１に示す研磨装置の一部であってレンズを保持する機構を背面から見た斜視図である。 図４は、図１に示すレンズの加工時にレンズが工具から受ける力を説明するための図である。 図５は、図１に示すレンズの加工時における各部の位置関係を説明するための図である。 図６は、実施の形態１の変形例１に係る研磨装置の正面図である。 図７は、実施の形態２に係る研磨装置の要部を説明するための図である。 図８は、実施の形態２に係る研磨装置の要部を説明するための図である。 図９は、実施の形態３に係る研磨装置の要部を説明するための図である。 図１０は、実施の形態４に係る研磨装置の斜視図である。 図１１は、図１０に示す方向変更機構を上方から見た図である。 図１２は、図１０に示す研磨装置において、レンズの加工時にレンズが工具から受ける力を説明するための図である。 図１３は、図１０に示す研磨装置において、レンズの加工時における各部の位置関係を説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る研磨装置について、図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係る研磨装置の一部の構成を示す模式図である。図１は、実施の形態１に係る研磨装置１の正面図である。図２は、研磨装置１の斜視図である。また、図３は、研磨装置１の一部であってレンズを保持する機構を背面から見た斜視図である。

図１〜３に示すように、研磨装置１は、研磨装置１の加圧軸としてレンズ１００を保持する角柱の上軸１２、上軸１２の下端にスティック１１を介して取り付けられたレンズ１００用のホルダ１０、非加圧軸である下軸２１、下軸２１の上端に設けられた研磨用の工具２０を有する。

下軸２１は、図示しない回転機構と接続し、回転機構の回転駆動に従って図２の矢印Ｔ１のように回転し、これにともない工具２０も回転する。工具２０は、レンズ１００の被加工面１００ａ（後述）を球面形状に研削または研磨するための球面形状を成す加工面２０ａ（後述）を有する。下軸２１の回転軸は工具２０の回転軸と同軸を保って傾斜する。

上軸１２は、図１の紙面の表裏の方向、図２の矢印Ｈ１の方向（前後方向）に、揺動機構（後述のボールネジ３Ａ及びモータ（不図示））によって揺動される。上軸１２の底面には、スティック１１の上端が接続する。スティック１１の先端は、上軸１２の揺動に合わせてホルダ１０が傾斜可能に、ホルダ１０のレンズ保持側とは逆の面と接続する。

上軸１２の背面には、上下用ガイドレール１４が嵌る溝が設けられており、上軸１２は上下用ガイドレール１４の延伸方向に沿って進退可能である。上下用ガイドレール１４は、鉛直方向に延伸方向が一致するように、設備フレーム１５前面に固定設置される。これにより、上軸１２は、上下用ガイドレール１４に沿って鉛直方向（図２の矢印Ｖ１参照）に移動可能である。これに伴い、上軸１２先端のホルダ１０及びホルダ１０に保持されるレンズ１００も、鉛直方向（矢印Ｖ１方向）に移動する。

ボールネジ３Ａは、回転駆動力を発生するモータ等（不図示）に接続する。ボールネジ３Ａは、設備フレーム１５の穴（不図示)に挿通し、モータにより回転駆動する。設備フレーム１５前面には、ボールネジ３Ａが嵌るネジ機構が設けられた部材３０Ａが固定されている。この部材３０Ａは、ボールネジ３Ａの回転方向の動きを、ネジ機構により設備フレーム１５の前後方向（図２の矢印Ｈ１参照）の動きとして伝達する機能を有する。このボールネジ３Ａの回転駆動に従って、設備フレーム１５及び設備フレーム１５に接続する上軸１２、支持機構５Ａ（後述）等は前後方向に移動し、揺動運動を行う。ボールネジ３Ａに対して上軸１２の中心軸と線対称な位置にも同様にボールネジ３Ｂ、部材３０Ｂが設けられている。

研磨装置１は、さらに、上軸１２の側面１２ａを、ローラ３５Ａ（支持体）を含む支持機構５Ａで支持する構成を有する。上軸１２の側面１２ａには、ショア硬度Ａ９５のゴム材から成るローラ３５Ａが、図１の左方向（水平左方向）から、一定の圧力で押し当てられるように配置されている。ローラ３５Ａは、上軸１２の上下方向の移動に伴い回転自由である。支持機構５Ａは、部材３１Ａ（第１部材）、部材３２Ａ（第２部材）、部材３３Ａ、ローラ３５Ａ及びボルト３６Ａを有する。なお、ローラ３５Ａは、表面材質が樹脂または金属から成るものであればよい。

ローラ３５Ａは、部材３１Ａに固定されている。部材３１Ａは、ローラ３５Ａを上軸１２の側面１２ａへ押し当てて固定する。角柱状の部材３２Ａは、背面が設備フレーム１５に固定されており、前面に部材３１Ａが固定されている。したがって、部材３２Ａは、部材３１Ａを設備フレーム１５に固定する。部材３２Ａに対して上軸１２の中心軸と線対称である位置にも、設備フレーム１５に固定された部材３２Ｂが設けられており、部材３４を用いて部材３２Ａと部材３２Ｂとを背面で連結固定する（図３参照）ことで、剛性を高めている。

板状の部材３３Ａは、部材３２Ａの側面に固定されている。部材３３Ａにはネジ穴が設けられており、このネジ穴にボルト３６Ａが嵌められる。ボルト３６Ａの先端（不図示）は、部材３３Ａと平行な部材３１Ａ内の当て板（不図示）に当て付いている。部材３３Ａのネジ穴にボルト３６Ａを回し入れることによって、部材３１Ａを上軸１２側に押し付ける。これによって、水平方向における部材３１Ａ及びローラ３５Ａの位置を調整することができる。

ボールネジ３Ａ，３Ｂの回転による部材３０Ａ，３０Ｂの前後方向（矢印Ｈ１方向参照）の移動に従って、レンズ１００の保持機構である設備フレーム１５が前後に移動することに伴い、上軸１２は上下に移動する一方、加工面２０ａの球面上ではレンズ１００及びレンズ保持機構全体が前後方向に揺動する。この際、設備フレーム１５に接続する支持機構及び部材３４、部材３２Ａに接続する部材３１Ａ，３３Ａ、部材３１Ａに設けられたローラ３５Ａも各部の相対位置を維持したまま、揺動する。なお、図示しない汎用コンピュータ等が、所定の制御プログラムをＣＰＵ等のハードウェアに読み込むことにより、ボールネジ３Ａを回転させるモータの駆動制御等、研磨装置１の各部に対する制御を行う。

図４は、レンズ１００の加工時に、レンズ１００と工具２０との位置関係に応じてレンズ１００が工具２０から受ける力を説明するための図である。図４は、レンズ１００を上方から見た場合を示している。

レンズ１００をホルダ１０に固定し、上軸１２を降下させる。上軸１２が所定位置まで下降したとき、上軸１２の先端部から、ホルダ１０を介してレンズ１００に荷重をかけた状態で加工を開始する。回転駆動機構（不図示）の回転運動によって、工具２０は、図４に示すように、回転軸方向上から見たときに左周り（矢印Ｔ１）で回転駆動するとともに、ボールネジ３Ａ，３Ｂから伝達される前後（揺動）駆動によって、レンズ１００と工具２０の両回転軸がなす角度が一定の範囲内で連続的に変化するように上軸１２が前後方向に直線揺動する。これによって、加工されるレンズ１００が凹球面の場合、上軸１２は、レンズ１００及びホルダ１０を介して、回転軸方向との直交方向、すなわち、水平左方向（矢印Ａ１方向）へ摩擦抵抗力を受けることになる。

詳しくは、図４に示すように、工具２０の加工面２０ａ上の各位置における回転速度Ｓ１（ｍ／ｓ）は、回転軸Ｘ（回転軸Ｘは紙面に直交する）から離れるにつれて大きくなる。このとき、レンズ１００は、被加工面１００ａと加工面２０ａとが接する領域において発生する摩擦力の影響により、工具２０の回転方向に対応した水平左方向（矢印Ａ１方向）の摩擦抵抗力を受ける。揺動角が大きい場合、すなわち、回転軸Ｘを有する工具２０に対するレンズ１００の偏心が大きい場合（図４の（ａ）参照）、レンズ１００は、偏心している側（図４の（ａ）においては上側）で工具２０からより多くの力を受けるため、水平左方向（矢印Ａ１方向）へのレンズ１００への摩擦抵抗力の総和量Ｍａが、レンズ１００の偏心が小さい場合（図４の（ｂ）参照）の摩擦抵抗力の総和量Ｍｂよりも大きくなる。

レンズ１００及びホルダ１０を経由して加圧軸（上軸１２）が工具２０から摩擦抵抗力を一方向に受けると、上軸１２の剛性が不足しているので、上軸１２の先端がホルダ１０ごと水平横方向へ変位する。このとき、上軸１２の復元力が摩擦抵抗力総和を上回ると、レンズ１００の表面が工具２０の表面を滑って工具２０の中心軸方向へ引き戻される。これらの、工具２０からの摩擦抵抗力を受けることによる上軸１２の先端の水平横方向への変位、続く、レンズ１００の表面の引き戻しの繰り返しで、振動（スティックアンドスリップ現象）が発生する。この結果、加工対象であるレンズ１００の面精度を悪化させてしまう。

そこで、本実施の形態１では、ローラ３５Ａを有する支持機構５Ａで、摩擦抵抗力が発生する特定方向（図１に示す水平左方向）への上軸１２の運動を規制し、上軸１２の水平方向の加工振動の発生を防止している。なお、ローラ３５Ａを介して部材３１Ａ、部材３２Ａも水平左方向への力を受けるが、部材３２Ａと部材３２Ｂが部材３４を介して連結固定されている（図３参照）ため、これらの部材のたわみやズレは防止できる。

図５は、レンズ１００の加工時における各部の位置関係を説明するための図である。図５は、図１の左側面図である。図５の（ａ）に示すように、上軸１２がボールネジ３Ａ，３Ｂから伝達される前後駆動により揺動方向（Ｈ軸方向）に沿って位置Ｈａ（図５の（ａ）参照）から位置Ｈｂ（図５の（ｂ）参照）に移動した場合（矢印Ｈ２参照）、この上軸１２の揺動方向の位置移動に応じて、レンズ１００とともに上軸１２の鉛直方向（図５のＶ軸方向）の位置もＶａ（図５の（ａ）参照）からＶｂ（図５の（ｂ）参照）に移動する。この上軸１２の鉛直方向（Ｖ軸方向）に沿った移動については、ローラ３５Ａの回転（図５の（ｂ）の矢印Ｒ１参照）によって自由度を持って円滑に実現できる（矢印Ｖ２参照）。

以上のように、研磨装置１は、水平方向の１方向を支持して該１方向に対する上軸１２の運動を規制する一方、上軸１２の鉛直方向への自由度を維持しながら上軸１２を支持するローラ３５Ａを含む支持機構５Ａを有する。これによって、上軸１２は、ローラ３５Ａの回転動作によって鉛直方向に自由度を保ちつつ、水平方向の１方向（実施の形態１では図１の水平左方向）への運動が支持機構５Ａによって機械的に規制されることになり、研磨装置１においては、レンズ１００が工具２０から受ける水平方向の１方向への摩擦抵抗力（図４参照）による上軸１２の加工振動を抑制することができる。したがって、本実施の形態１によれば、ローラ３５Ａを有する支持機構５Ａを設けることによって、研磨による摩擦抵抗力の総和量と抵抗発生方向とに対して、効率よく上軸１２を支持することができ、レンズ１００の面精度も向上することが可能になる。

（実施の形態１の変形例１）
図６は、実施の形態１の変形例１に係る研磨装置の正面図である。

図６に示すように、実施の形態１の変形例１に係る研磨装置１０１は、上軸１２を支持する支持機構として、上軸１２に対し、図中水平左方向を支持するローラ３５Ａ（第１の支持体）を有する支持機構５Ａに加え、ローラ３５Ａと同じ構造であって図中水平右方向を支持するローラ３５Ｂ（第２の支持体）、ローラ３５Ｂを上軸１２の右側面へ押し当てて固定する部材３１Ｂ、部材３２Ｂ、部材３３Ｂ及びボルト３６Ｂを有する支持機構５Ｂを備える。部材３２Ｂは、部材３１Ｂを設備フレーム１５に固定する。部材３２Ｂの側面には、部材３２Ａと同様に、部材３３Ｂが固定されている。ボルト３６Ａと同様に、部材３３Ｂのネジ穴にボルト３６Ｂを回し入れることによって、部材３１Ｂを上軸１２側に押し付けて、水平方向における部材３１Ｂ及びローラ３５Ｂの位置を調整することができる。

この実施の形態１の変形例１のように、ローラ３５Ａによる支持方向を上軸１２の中心軸と線対称に反転した方向を支持するローラ３５Ｂをさらに用い、２つの支持機構５Ａ，５Ｂで、２方向から上軸１２の動きを規制して上軸１２の加工振動のさらなる抑制を図ってもよい。

（実施の形態２）
図７及び図８は、実施の形態２に係る研磨装置の要部を説明するための図である。図７は、実施の形態２に係る研磨装置２０１の要部の正面図である。図８は、実施の形態２に係る研磨装置２０１の要部を上方から見た場合を示している。

図７及び図８に示すように、研磨装置２０１は、レンズ１００を保持する上軸２１２、設備フレーム２１５及び支持機構２０５を備える。

上軸２１２は、円柱の一部を鉛直方向に切り欠いた形状を有する。上軸２１２の下端には、上軸１２と同様に、スティック１１を介して取り付けられたレンズ１００保持用のホルダ１０が設けられている。実施の形態１と同様に、非加圧軸である下軸（不図示）の上端に設けられた研磨用の工具（不図示）でレンズ１００は研磨される。

支持機構２０５は、アーム２３２、ガイドブロック２３３及びガイドレール２３４を備える。

アーム２３２は、設備フレーム２１５の前面に、回転支点２３１を支点に回転可能に取り付けられている。アーム２３２は、先端側に、ガイドブロック２３３（後述）の凸部に嵌合する溝が切ってあり、ガイドブロック２３３に連結可能である。

ガイドレール２３４は、鉛直方向に延伸方向が一致するように、上軸２１２の切り欠き面に固定されている。ガイドブロック２３３は、背面の溝にガイドレール２３４が嵌り、ガイドレール２３４に対して平行（図７の矢印Ｖ３参照）に進退可能である。ガイドブロック２３３の前面は、前面の中央を鉛直方向に延伸する凸部が形成されている。

レンズ１００をホルダ１０に固定し、アーム２３２を、回転支点２３１を支点に回転させて（図７の矢印Ｈ３参照）、先端側の溝をガイドブロック２３３の凸部に嵌めた後、固定部材２３５を用いて、ガイドブロック２３３にアーム２３２を固定する。続いて、上軸２１２を所定位置まで下降し、レンズ１００へ荷重をかけた状態で加工を開始する。

この研磨装置２０１においても、アーム２３２、ガイドブロック２３３及びガイドレール２３４が、上軸２１２に対して、水平方向の１方向を支持し、この１方向に対する上軸２１２の運動を規制しながら、上軸２１２の鉛直方向への自由度を維持するため、研磨装置１と同様に、レンズ１００が工具から受ける水平方向の１方向への摩擦抵抗力による上軸２１２の加工振動を抑制することができる。

（実施の形態３）
図９は、実施の形態３に係る研磨装置の要部を説明するための図である。図９は、実施の形態３に係る研磨装置３０１の要部の正面図である。

図９に示すように、研磨装置３０１は、レンズ１００を保持する上軸３１２、設備フレーム３１５及び支持機構３０５を備える。上軸３１２は、角柱であり、上軸１２と同様に、揺動動作に伴い矢印Ｖ４のように鉛直方向に自由度を持って移動する。

支持機構３０５は、設備フレーム３１５にボルト３３２で固定されたアーム３３１と、
アーム３３１の先端で矢印Ｒ４のように自由回転可能に保持された金属または樹脂からなる球体３３３と、を備える。

この研磨装置３０１においても、支持機構３０５が、上軸３１２に対して、水平方向の１方向を支持し、この水平方向の１方向に対する上軸３１２の運動を規制しながら、球体３３３の回転動作によって上軸３１２の鉛直方向への自由度を維持する。このため、研磨装置３０１においても、研磨装置１と同様に、レンズが工具から受ける水平方向の１方向への摩擦抵抗力による上軸３１２の加工振動を抑制することができる。

なお、実施の形態３では、支持機構３０５の上軸３１２の支持方向に対して、上軸３１２の中心軸と線対称に反転した方向を支持する、支持機構３０５と同構造の支持機構をさらに設けて、２方向から上軸３１２を支持してもよい。

（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４に係る研磨装置の斜視図である。図１０に示すように、実施の形態４に係る研磨装置４０１は、円柱状の上軸４１２及び上軸４１２の下方側面に接触して摩擦抵抗力（合力ベクトル）の抵抗発生方向（合力ベクトルのベクトル方向）に合わせて支持体４５１（不図示）の支持方向を変更可能な方向変更機構４０５を備える。研磨装置４０１は、レンズ１００と工具２０との接触界面で発生する研磨抵抗により上軸４１２が受ける合力ベクトルの総和（摩擦抵抗力総和量）と抵抗発生方向とを演算する演算部４６０（不図示）を有する。例えば、研磨装置４０１の各部に対する制御を行う汎用コンピュータ等が、所定の演算プログラムをＣＰＵ等のハードウェアに読み込むことによって、演算部４６０の演算処理を実施する。方向変更機構４０５は、演算部４６０による演算結果を基に摩擦抵抗力方向に合わせて支持体（後述）の支持方向を変更する。

図１１は、図１０に示す方向変更機構４０５を上方から見た図である。図１１では、説明のために、研磨装置４０１が備える演算部４６０も模式的に示す。図１１に示すように、方向変更機構４０５は、部材４５０、支持体４５１、支持ユニット４５２、部材４５３、部材４５４、ピン４５５、部材４５６、及び、軸４５７を有するリニアアクチュエータ４５８を有する。リニアアクチュエータ４５８は、演算部４６０に接続し、演算部４６０の制御に基づいて駆動する。

部材４５０は、金属製の平板の中心を円形に開口させた形状であり、設備フレーム１５の前面に固定されている。支持体４５１は、回転自由度を有する金属または樹脂から成る球体であり、上軸４１２の側面に接して、上軸４１２に対し水平方向の１方向を支持する。支持ユニット４５２は、先端で自由回転可能に支持体４５１を保持する。部材４５３は、先端が支持ユニット４５２の基端に接続し、基端が部材４５０の開口部の内壁に内壁円弧に沿ってスライド可能なように部材４５０に取り付けられている。支持体４５１の中心、支持ユニット４５２の中心及び部材４５３の中心は、同一直線状に位置するように組み付けられている。部材４５４は、部材４５３の基端と、１本のピン４５５で連結されている。支持体４５１、支持ユニット４５２及び部材４５３は、ピン４５５を支点として回転可能である。方向変更機構４０５においては、ピン４５５を支点に、支持体４５１、支持ユニット４５２及び部材４５３の支持方向を変えて、部材４５３の延伸方向に対する相対的な角度位置を変更可能である。

部材４５４の基端には、矩形の穴があけられており、部材４５６が組み込まれている。部材４５４は部材４５６に対して矩形の長手方向にスライド可能である。部材４５６は、リニアアクチュエータ４５８に連結されており、リニアアクチュエータ４５８の駆動に応じて、図１１の矢印Ｈ６で示す方向に沿って直線的に移動可能である。この部材４５６の矢印Ｈ６で示す方向に沿った移動に伴い、部材４５４も、矢印Ｈ６で示す方向に沿って移動する。部材４５６の移動によって、支持体４５１、支持ユニット４５２及び部材４５３は、ピン４５５を支点に回転する。この場合、支持体４５１による上軸４１２の側面の支持は継続するため、支持体４５１、支持ユニット４５２及び部材４５３の上軸４１２に対する支持方向が変えられる。

図１２は、レンズ１００の加工時に、レンズ１００と工具２０との位置関係に応じてレンズ１００が工具２０から受ける力を説明するための図である。図１２は、レンズ１００を上方から見た場合を示している。図１３は、レンズ１００の加工時における各部の位置関係を説明するための図であり、方向変更機構４０５を含む研磨装置４０１の要部を上方から見た図である。

ところで、図１２に示すように、レンズ１００は、上軸４１２の矢印Ｈ７で示す方向の直線揺動により工具２０の球面状の加工面２０ａ上を一定の範囲内で揺動し続ける。このため、各時間におけるレンズ１００が工具２０から受ける総和量Ｍｅである摩擦抵抗力の方向は、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３方向のように厳密には時間とともに変化する。

リニアアクチュエータ４５８には演算部４６０（図１１参照）が電気的に接続されている。演算部４６０は、レンズ１００と工具２０との接触界面で発生する研磨による摩擦抵抗により上軸４１２が受ける合力ベクトルを演算する。演算部４６０は、上述の総和量Ｍｅである摩擦抵抗力（合力ベクトル）と該摩擦抵抗力の発生方向（合力ベクトルのベクトル方向）との時間変化特性を算出する。演算部４６０は、演算結果に基づいて、リニアアクチュエータ４５８の駆動制御を行う。リニアアクチュエータ４５８は、演算部４６０の制御の基、部材４５６を移動させて、部材４５４を図１３に示す矢印Ｈ８のように図中左側に移動させる。この部材４５４の移動に伴い、ピン４５５を支点に、支持体４５１、支持ユニット４５２及び部材４５３の上軸４１２に対する支持方向が、図１３の（ａ）のＪ１方向から、図１３の（ｂ）のＪ２方向に変化する。研磨装置４０１は、演算部４６０による摩擦抵抗力の総和量Ｍｅと抵抗発生方向との時間変化特性の算出結果に基づいてリニアアクチュエータ４５８の駆動制御を行う。これによって、研磨装置４０１では、上軸４１２の矢印Ｈ方向の直線揺動に応じて変化する摩擦抵抗力の抵抗発生方向に対応させて、支持体４５１、支持ユニット４５２及び部材４５３の上軸４１２に対する支持方向も、図１３に例示するＪ１方向とＪ２方向との間で連続的に変化させている。

以上のように、実施の形態４では、レンズ１００と工具２０との接触界面で発生する研磨による摩擦抵抗により上軸４１２が受ける合力ベクトルを演算部４６０が演算し、演算部４６０が演算した合力ベクトルのベクトル方向に合わせて支持体４５１の支持方向を変更可能とした方向変更機構４０５で上軸４１２を支持する構成を有することによって、上軸４１２における加工振動をより厳密に抑制することができる。

なお、本実施の形態１〜４に係る研磨装置は、下軸でレンズ１００を保持してもよい。また、本実施の形態１〜４に係る研磨装置は、下軸が加圧軸であってもよい。言い換えると、本実施の形態１〜４に係る研磨装置は、加圧軸または非加圧軸のどちらか一方の軸でレンズ１００が保持される構成であればよい。また、本実施の形態１〜４に係る研磨装置は、加圧軸または非加圧軸のどちらか一方を揺動させ、加圧軸または非加圧軸の少なくとも一方の軸を回転駆動させながら、レンズ１００の被加工面１００ａと工具２０の加工面２０ａとを擦り合わせてレンズ１００を研磨するものであればよい。また、支持機構及び方向変更機構は、レンズと工具との両回転軸が通る平面に直交する１方向を支持し、１方向に対する加圧軸の運動を規制する構成であればよい。さらに、支持機構及び方向変更機構は、加圧軸方向への自由度が維持できるように、加圧軸を支持する構造であればよい。

以上説明した実施の形態１〜４は、本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施の形態１〜４並びにその変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成できる。本発明は、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能である。

１，１０１，２０１，３０１，４０１ 研磨装置
３Ａ，３Ｂ ボールネジ
５Ａ，５Ｂ，２０５，３０５ 支持機構
１０ ホルダ
１１ スティック
１２，２１２，３１２，４１２ 上軸
１４ 上下用ガイドレール
１５，２１５，３１５ 設備フレーム
２０ 工具
２１ 下軸
３０Ａ，３０Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４，４５０，４５３，４５４，４５６ 部材
３１Ａ，３１Ｂ 部材（第１部材）
３２Ａ，３２Ｂ 部材（第２部材）
３５Ａ，３５Ｂ ローラ（支持体）
３６Ａ，３６Ｂ，３３２ ボルト
１００ レンズ
２３２，３３１ アーム
２３３ ガイドブロック
２３４ ガイドレール
３３３ 球体
４０５ 方向変更機構
４５１ 支持体
４５２ 支持ユニット
４６０ 演算部
４５５ ピン
４５７ 軸
４５８ リニアアクチュエータ

Claims (8)

1. 研磨装置の加圧軸または非加圧軸のどちらか一方の軸でレンズを保持するとともに、他方の軸に取り付けられた工具の回転軸と前記レンズの回転軸とのなす角度が連続的に変化するように前記加圧軸または前記非加圧軸の少なくともどちらか一方を揺動させ、前記加圧軸または前記非加圧軸の少なくとも一方の軸を回転駆動させながら、前記レンズの被加工面と前記工具の加工面とを擦り合わせて前記レンズを研磨する研磨装置であって、
   前記レンズと前記工具との両回転軸が通る平面に直交する１方向を支持して前記１方向に対する前記加圧軸の運動を規制する一方、前記加圧軸方向への自由度を維持しながら前記加圧軸を支持する支持体を含む支持機構を備えることを特徴とする研磨装置。
2. 前記支持機構は、
   前記１方向を支持する第１の支持体と、
   前記１方向を前記加圧軸の中心軸と線対称に反転した方向を支持する、前記第１の支持体と同じ構造の第２の支持体と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記レンズと前記工具との接触界面で発生する研磨による摩擦抵抗により前記加圧軸が受ける合力ベクトルを演算する演算部と、
   前記演算部による演算結果を基に前記演算部が演算した前記合力ベクトルのベクトル方向に合わせて前記支持体の支持方向を変更可能な方向変更機構と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
4. 前記支持機構は、
   表面材質が樹脂または金属からなる少なくとも一つのローラと、
   前記ローラを前記加圧軸へ押し当てて固定する第１部材と、
   前記第１部材を当該研磨装置へ固定する第２部材と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
5. 前記支持機構は、
   前記加圧軸の側面に固定された少なくとも一本のガイドレールと、
   前記ガイドレールに対して平行に進退可能なガイドブロックと、
   前記ガイドブロックに連結可能なアームと、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
6. 前記支持機構は、
   当該研磨装置に固定された少なくとも一本のアームと、
   前記アームの先端で自由回転可能に保持された金属または樹脂からなる球体と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
7. 前記支持機構は、前記支持体の水平位置を調整する水平位置調整機構をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
8. レンズを研磨する研磨方法であって、
   加圧軸または非加圧軸のどちらか一方の軸で保持されたレンズと他方の軸に取り付けられた工具との両回転軸が通る平面に直交する１方向を支持して前記１方向に対する前記加圧軸の運動を規制する一方、前記加圧軸方向への自由度を維持しながら前記加圧軸を支持する支持体を含む支持機構を備えた研磨装置を使用し、
   前記研磨装置の加圧軸または非加圧軸のどちらか一方の軸でレンズを保持する工程と、
   前記他方の軸に取り付けられた工具の回転軸と前記レンズの回転軸とのなす角度が連続的に変化するように前記加圧軸または前記非加圧軸の少なくともどちらか一方を揺動させる工程と、
   前記加圧軸または前記非加圧軸の少なくとも一方の軸を回転駆動させながら、前記レンズの被加工面と前記工具の加工面とを擦り合わせて前記レンズを研磨する工程と、
   を含むことを特徴とする研磨方法。

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