JP3829500B2

JP3829500B2 - 研磨治具

Info

Publication number: JP3829500B2
Application number: JP28840498A
Authority: JP
Inventors: 忠義小川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: JP2000117604A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置及び研磨治具に関し、特に、非球面状の凹面の研磨に適した研磨装置及びその研磨装置に用いられる研磨治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
乱視を矯正する眼鏡レンズのトーリック面（互いに直行する断面での曲率半径を異にする面）等の非球面状の凹面を研磨する装置としては、例えば図９に示すようなＬＯＨ社製のＴｏｒｏ−Ｘ−２０００と呼ばれる研磨装置が知られている。
【０００３】
図９は、その研磨装置の主要部を示すもので、被研磨物としてのレンズ２０は、凸面側が保持具１３０に固定され、凹面２１側を下にして取り付けられる。保持具１３０は、下方に保持したレンズ２０を所定の空気圧で押圧できるようになっていると共に、応力が加わると自由に下向きの角度を変えることができる首振り機構が設けられている。また、この保持具１３０は、駆動装置に取り付けられ、紙面左右方向や紙面前後方向に所定の往復運動が与えられるようになっている。また、この駆動装置は保持具１３０を上下方向に昇降できるようになっている。
【０００４】
一方、レンズ２０の凹面を研磨するドーム状の研磨治具１０１は、アルミニウムや鋳鉄で作られていて、首振り旋回運動を行う揺動装置１４０の先端に着脱自在に装着されている。レンズ２０を保持する保持具１３０は、このような研磨治具１０１の首振り旋回運動の力を受け、研磨治具１０１の首振り旋回運動に対応した首振りを行っている。
【０００５】
このような保持具１３０の往復運動と研磨治具１０１の首振り旋回運動により、研磨の軌跡が１周毎に少しずつずれる無軌道研磨軌跡が形成される。
【０００６】
このような研磨装置でレンズの研磨を行うときは、ドーム状の研磨治具１０１の表面に研磨材を保持する研磨布を貼着し、研磨材を研磨布に保持させる。また、レンズ２０を保持具１３０に固定する。そして、保持具１３０を下降させてレンズ凹面２１と研磨治具１０１とを密着させた後、駆動装置を駆動させて保持具１３０に往復運動を与えると共に、揺動装置１４０を駆動させて研磨治具１０１に首振り旋回運動を与える。
【０００７】
これにより、この研磨装置は、保持具１３０に与えられる空気圧による押圧と首振りでレンズ凹面２１と研磨治具１０１とを均一な研磨圧力で密着させながら、研磨治具１０１の首振り旋回運動と保持具１３０の往復運動を組み合わせて無軌道研磨軌跡で良好な研磨を行うことができる。
【０００８】
そのため、研磨治具１０１と被研磨物であるレンズ凹面２１は、上述したように常に密着して研磨を行わなければならないため、研磨治具１０１のドーム形状は、レンズ凹面２１の面形状と完全に一致する必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズ凹面２１がトーリック面であると、研磨治具１０１のドーム形状は３０００〜４０００種類も必要である。このような多数の研磨治具１０１を必要とすることは、広大な研磨治具の保管スペースを必要とし、かつ、コスト高を招く大きな要因になっており、コスト低減並びに保管スペースの低減から、研磨治具１０１の必要な保有数を減少させる自由度の高い研磨治具が要望されていた。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、トーリック面のような非球面形状あるいは任意の自由曲面形状を有する凹面を研磨する自由度の高い研磨治具を用いて研磨治具の必要な数を減少できる研磨装置及びその研磨装置に用いられる研磨治具を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、被研磨物を保持する保持具に所定の往復運動を与える駆動装置と、前記被研磨物を介して前記駆動装置に対向配置され、前記被研磨物を研磨するドーム状の研磨治具と、前記研磨治具を着脱自在に先端に装着できると共に、この研磨治具に首振り旋回運動を与える揺動装置とを備える研磨装置を構成する前記研磨治具において、流体を供給する流体口を有する固定治具本体と、前記固定治具本体上に流体圧力で膨らんでドーム状を形成する可撓性シートの周端部を固定し、前記固定治具本体と前記可撓性シートとの間に封入空間を形成させるリング状の押圧治具とから構成されるシート固定治具を有し、更に、前記押圧治具の上面の一方向の両端部において前記一方の方向に移動可能に配置される押さえ板を有することを特徴とする研磨治具を提供する。
【００１２】
すなわち、上述した無軌道研磨軌跡を与える研磨装置のドーム状の研磨治具を、アルミニウムや鋳鉄などの硬い材質から可撓性シートに変更し、この可撓性シートに流体圧力で風船状に膨らませてドームを形成するようにしたものである。
【００１３】
このようないわば風船研磨治具を用いることにより、流体圧力でドーム状に膨らんだ可撓性シートを被研磨物の凹面を押圧させると、可撓性シートは、被研磨物の凹面の形状に応じて変形し、凹面全体に同じ圧力で密着できる。また、可撓性シートをゴムなどの弾性を有するシートとすれば、流体圧力を変えることにより、ドームの曲率を変えることができる。そのため、可撓性シートを用いた風船式の研磨治具は、自由度が高く、一つで広い範囲の凹面の形状に対応することができるので、多数の研磨治具を用意することが不要になり、研磨治具の数を大幅に減らすことができる。
【００１５】
可撓性シートをゴムのような弾性を有するシートで構成すれば、流体圧力を上げると研磨治具のドームが膨らみを増してドームの曲率を小さくすることができ、したがって、ドームの曲率を流体圧力の圧力変化で変えることができる。これによって、研磨治具がより多数の被研磨物の凹面の形状に対応できるので、更に研磨治具の数を減らすことができる。
【００１７】
レンズのトーリック面の互いに直行する断面での曲率が大幅に異なる場合、球面状のドームではこのような凹面に追随できないおそれがある。そのため、ドームの形状を球面ではなく、トーリック面に近づける必要があり、ドームの曲率を互いに直交する方向で異ならしめることが有効である。
【００１９】
研磨治具のドームの互いに直交する方向の一方の方向の両端部近傍において、流体圧力による膨らみを抑制することにより、ドームの曲率を互いに直交する方向で異ならしめることができる。
【００２１】
前述した研磨装置の揺動装置に着脱自在に装着される研磨治具であり、可撓性シートを風船状に膨らませるために、可撓性シートと封入空間を構成するシート固定治具と、この封入空間に流体を送る流体口とを備えた構成となっている。
【００２３】
この研磨治具は、可撓性シートを風船状に膨らませるために、シート固定治具に可撓性シートの周端部を押圧治具で挟むことにより、可撓性シートを風船として機能させ、流体圧力でドーム状に膨らませることができる。
【００２５】
押さえ治具で可撓性シートのドーム両端部を押さえることにより、その方向のドームの曲率が小さくなり、押さえ治具で押さえない方向のドームの曲率は変化しないので、可撓性シートのドームの曲率を互いに直交する方向で異ならしめることができる。また、この押さえ治具は、移動可能となっているため、可撓性シートを押さえる位置を変更でき、これによって、ドームの曲率が小さい方の曲面の曲率を変えることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１は、本発明の研磨装置の一実施形態の主要部を示すものである。
【００３０】
被研磨物としてのレンズ２０は、凸面側が保持具３０に固定される。被研磨物２０の凸面は、この保持具３０の接着部材３１に固定され、この接着部材３１は取り付け治具３２に固定されている。この取り付け治具３２は保持具本体３３に設けられている柔軟な風船部材３４に着脱自在に取り付けられている。保持具３０は、後述する駆動装置で昇降できるようになっている。
【００３１】
また、図２に示すように、空気圧が供給されて形状を維持する風船部材３４が柔軟な首振り機構として機能し、被研磨物２０に研磨治具１から応力が加わると、図の一点鎖線で示すように、自由に下向きの角度を変えることができるようになっている。
【００３２】
一方、レンズ凹面２１を研磨する研磨治具１は、首振り旋回運動を行う揺動装置４０の先端に着脱自在に装着できるようになっている。この研磨治具１は、被研磨物２０の面積より大きい面積の略円形の可撓性シート２と、この可撓性シート２を固定しているシート固定治具３とから構成されている。
【００３３】
可撓性シート２は、空気などの流体の圧力を受けて膨らみ、膨らんだ後にも変形するものであればよく、例えばゴムシートが好ましい。このゴムシートは、予めドーム状に成形されていても良い。
【００３４】
シート固定治具３は、可撓性シート２とほぼ同径の円盤状の固定治具本体４と、この固定治具本体４とほぼ同じ外径を有する平板リング状の押圧治具５とを備え、可撓性シート２を固定治具本体４に被せ、更に、押圧治具５を可撓性シート２の上に置き、押圧治具５と固定治具本体４とをボルト６で固定した構造になっている。したがって、可撓性シート２と固定治具本体４とは封入空間７を構成する。また、固定治具本体４には空気や油などの流体を封入空間７に流入させる流体口８が取り付けられており、圧力空気配管等と接続することにより、流体圧力を封入空間７に供給し、内部から可撓性シート２を膨張させ、図１に示すように、可撓性シート２をドーム２ａに形成できるようになっている。なお、シート固定治具３あるいは圧力空気源との間の配管には、図示しない圧力調整弁が設けられ、可撓性シート２のドーム２ａが被研磨物２０を押圧するときに生じる体積減少による圧力増加を抑制するため、封入空間７内の空気を逃がして圧力を一定に保つようになっている。
【００３５】
固定治具本体４の下面には、逆テーパーのチャッキング部９が突出し、揺動装置４０の先端に配置されているチャック用爪４１でチャッキング部９を押さえて着脱自在に固定できるようになっている。
【００３６】
図３に、研磨装置全体の構成を示す。この研磨装置１００は、被研磨物２０を保持する保持具３０と、保持具３０に所定の往復運動を与える駆動装置５０と、被研磨物２０を研磨する研磨布を保持する研磨治具１と、研磨治具１を装着できると共に、この研磨治具１に首振り旋回運動を与える揺動装置４０とを備える。被研磨物２０を保持する保持具３０は、駆動装置５０に取り付けられている。この駆動装置５０は、保持具３０を上下に昇降できると共に、空気圧で被研磨物２０をその下に配置されている研磨治具１に押圧できるようになっている。また、この駆動装置５０は、保持具３０に対し、紙面の左右方向に往復運動及び紙面前後方向に支点５１を中心として往復運動を与えることができるように構成されている。
【００３７】
このような保持具３０に与えられる往復運動と研磨治具１に与えられる首振り旋回運動の組み合わせにより、図４（ａ）や図４（ｂ）に示すような無軌道研磨軌跡が形成され、研磨の軌跡が１周毎に少しずつずれる研磨を行うことができるようになっている。
【００３８】
この研磨装置１００で、被研磨物凹面２１を研磨するには、ドーム２ａの表面に、研磨材を保持する図示しない研磨布を貼着し、研磨材を研磨布に保持させる。あるいは、研磨布を貼着した可撓性シート２をシート固定治具３に装着してもよい。また、レンズ２０の凸面を接着部材３１に固定し、保持具３０に装着する。そして、研磨治具１に所定の圧力の流体を流体口８から封入空間７に流入させて可撓性シート２を膨張させてドーム２ａを形成する。次に、保持具３０を下降させてレンズ凹面２１と研磨治具１の可撓性シート２（研磨布）とを所定の圧力で密着させる。これにより、空気圧による保持具３０の下方への押圧力と、これに対向する研磨治具１の流体圧力による形状維持性により、被研磨物凹面２１に所定の圧力で研磨治具１の可撓性シート２が密着する。その後、駆動装置５０を駆動させて保持具３０に往復運動を与えると共に、揺動装置４０を駆動させて研磨治具１に首振り旋回運動を与える。
【００３９】
これにより、この研磨装置１００は、流体圧力で膨張した可撓性シート２のドーム２ａが、被研磨物凹面２１の表面形状に追随して常に凹面２１に密着しながら、研磨治具１の首振り旋回運動と保持具３０の往復運動を組み合わせた無軌道研磨軌跡で良好な研磨を行うことができる。
【００４０】
本発明の研磨治具１は、流体圧力で膨らんだ可撓性シート２でドーム２ａが形成されるので、ドームの形状を保持すると共に、被研磨物の凹面２１の表面形状に追随できるため、凹面２１がトーリック面のような非球面であっても、非球面の形状に倣って変形し、密着性を保ち、均一な研磨を行うことができる。大きい曲率と小さい曲率を有するトーリック面の研磨を行うときは、これらの曲率の平均に近い曲率のドーム２ａを形成して研磨を行うことが好ましい。また、本発明の研磨治具１は、トーリック面のみならず、任意の自由曲面形状を有する凹面を、高精度かつごく短時間で研磨することができる。例えば、通常は累進多焦点レンズの凸面に形成されている曲面を凹面側に形成したレンズの凹面の研磨にも極めて有効である。
【００４１】
また、本発明の研磨治具１は、可撓性シート２を弾性を有する素材、例えばゴムで構成した場合、流体圧力を変更すると、膨張の程度が異なってくるので、流体圧力を変更することにより、ドームの曲率も変更できる。この場合の圧力は、例えば１．２〜２ｋｇ／ｃｍ²の範囲とすることができる。
【００４２】
このように、本発明の研磨治具１は、自由度が高く、一つの研磨治具で従来の数十〜数百種類の硬質の研磨治具を兼用できるため、必要な研磨治具は、従来の３０００〜４０００の必要数に対し、例えば１０種類程度で足り、必要な研磨治具の数を大幅に低減できる。
【００４３】
また、被研磨物２０より研磨治具１を大きくすることにより、研磨時に研磨治具１の可撓性シート２が被研磨物２０を包み込むように押圧するため、被研磨物の端面、レンズでいうコバと凹面２１が交差する鋭角部が包囲されるように研磨されることから、いわば面取りを行うことになり、後の面取り作業が容易になる利点もある。
【００４４】
本発明の研磨装置１００は、このような研磨治具１を用いているので、必要な研磨治具の数が大幅に減少するため、コストを低減できると共に、研磨治具の保管スペースを低減できる。また、研磨治具の取り替えの回数も減少し、生産性も良好である。
【００４５】
本発明の研磨治具は、レンズのトーリック面のような非球面の研磨に好適であるが、レンズのトーリック面の互いに直交する断面での大きい曲率と小さい曲率が大幅に異なる場合、球面状のドームではこのような凹面に追随できず、凹面全体に密着することができなくなるおそれがある。そのため、ドームの形状を球面ではなく、トーリック面に近づける必要があり、ドームの曲率を互いに直交する方向で異ならしめることが有効である。
【００４６】
図５は、ドームの曲率を互いに直交する方向で異ならしめるための研磨治具の一形態を示すもので、（ａ）は一部断面を含む側面図、（ｂ）は平面図である。
【００４７】
この研磨治具１ｂは、上述した研磨装置１００を構成するもので、円盤形の固定治具本体４の上面にドーム状の可撓性シート２が配置され、可撓性シート２の周端部が固定治具本体４と同じ径を有する平板リング状の押圧治具５で挟まれ、固定治具本体４と押圧治具５がボルト６で締められている。その結果、可撓性シート２の周端部と固定治具本体４の周端部とが気密状態で密着し、固定治具本体４と可撓性シート２とが封入空間７を構成し、可撓性シート２が風船として膨張できるようになっている。固定治具本体４の下面には、固定治具本体４を貫通して封入空間７内に連通している流体口８と逆テーパー状のチャッキング部９とが設けられている。この流体口８には、圧力空気のパイプが接続でき、封入空間７内に圧力空気を導入できるようになっている。また、チャッキング部９は、揺動装置４０のチャック用爪４１で噛み合わされ、揺動装置３０に着脱自在に固定できるようになっている。
【００４８】
この研磨治具１ｂの中心から紙面左右方向（Ｃ方向）の押圧治具５の両方には、ドーム２ｂの端部を上から押さえて膨らみを抑制する押さえ板１０が、押圧治具５と固定治具本体４とを固定しているボルト６で固定されている。この押さえ板１０は、ｃ方向に移動して固定できるようになっている。
【００４９】
この押さえ板１０により、ドーム２ｂのＣ方向は、端部近傍で押さえ板１０で膨らみが抑制され、図５（ａ）の破線に示す元の大きな曲率から、押さえ板１０の端縁から立ち上がる実線で示す小さな曲率に変更されている。一方、ドーム２ｂの中心でＣ方向と直交する方向のＳ方向の曲率は破線で示すように変更がなく、ドーム２ｂのＳ方向の曲率は、図５（ａ）の破線で示すように、押圧治具５の内周縁から立ち上がる大きな曲率である。その結果、Ｃ方向で曲率が小さく、Ｓ方向で曲率が大きく、互いに直交する方向で曲率の異なるドーム２ｂが形成されたことになる。この変形ドーム２ｂは、レンズのトーリック面の表面形状に近くなり、単純な球面状のドームよりも深いトーリック面を研磨するのに適した形状となっている。
【００５０】
この研磨治具１ｂでは、押さえ板１０の位置を変更することにより、Ｓ方向の曲率をそのままにしてＣ方向の曲率を変更することができる。したがって、トーリック面の表面形状によって、押さえ板１０の位置を適宜変更して、Ｓ方向とＣ方向の曲率の比を変えることができる。
【００５１】
また、この変型ドーム２ｂでも、可撓性シート２をゴムのような弾性を有するシートとすれば、流体圧力を変えることによって、Ｃ方向、Ｓ方向それぞれの曲率を変更することができる。そのため、押さえ板１０の位置を変更できることと合わせて、ドーム２ｂの形状の変更の自由度はかなり高い。
【００５２】
図６は、同じくドームの曲率を互いに直交する方向で異ならしめるための研磨治具の他の形態を示すもので、（ａ）は一部断面を示す側面図、（ｂ）は平面図である。
【００５３】
この研磨治具１ｃは、固定治具本体４は図５と同じであるが、押さえ治具がなく、代わりに押圧治具１２が、単純なリング状から、Ｃ方向の内面側に張り出した２つの押さえ部１２ａが設けられている構造に変更されている。この押さえ板により、ドーム２ｃのＣ方向の端部近傍で膨らみが抑制され、Ｃ方向の曲率が小さくなるようになっている。
【００５４】
この押圧治具１２の構造では、ドーム２ｃを押さえる位置を変更できないが、押さえ部１２ａの位置を変更したいくつかの押圧治具１２を用意しておくことにより、広い種類のトーリック面に対応できる。
【００５５】
更に、図７は、可撓性シート２自体がＣ方向とＳ方向で互いの曲率が異なるドーム２ｄに形成され、ドーム２ｄの曲率を互いに直交する方向で異ならしめるようになっている研磨治具１ｄを示している。このようなドーム２ｄは、例えば配合剤の混練りが終わったゴムを所定の型に入れて加硫することにより得ることができる。
【００５６】
本実施形態の研磨装置及び研磨治具は、主にレンズの凹面を研磨する場合について説明してきたが、レンズに限らず、あらゆる種類の凹面の研磨に適用できることはいうもでもない。
【００５７】
【実施例】
図５に示した研磨治具１ｂを用いて、Ｓ方向とＣ方向のゴムシートのドーム２ｂの曲率Ｒを空気圧の圧力を変えて測定した。ドームの直径は１５０ｍｍ、押さえ治具１０によるドーム２ｂの押さえ位置は、ドームの端縁から１０ｍｍの位置である。ドームの中心、その中心から２０ｍｍ、４０ｍｍのＳ方向とＣ方向のそれぞれの位置でのドーム２ｂの直径を測定した。なお、圧力はゲージ圧で示している。その結果を図８に示す。（ａ）はドーム２ｂの曲率の大きいＳ方向の測定結果、（ｂ）はドーム２ｂの曲率の小さなＣ方向の測定結果を示す。
【００５８】
図８の結果より、例えば、空気圧が０．３ｋｇ（ゲージ圧）ではドーム中心のＳ方向のドーム直径は１４４Ｒであるのに対し、Ｃ方向のドーム直径は１１４Ｒであり、空気圧が０．９ｋｇ（ゲージ圧）では、ドーム中心のＳ方向のドーム直径は９９Ｒであるのに対し、Ｃ方向のドーム直径は７７Ｒである。
【００５９】
このように、押さえ板１０の効果により、Ｓ方向のＲが大きく、Ｃ方向のＲが小さくなっていて、レンズのトーリック面に近いドーム形状が得られていることを示している。また、空気圧の上昇により、ゴムシートが膨張するため、ドーム２ｂの直径が小さくなることが認められる。このことから、空気圧を調整することにより、ドーム２ｂの直径をある程度自由に調整できることが認められる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の研磨装置は、可撓性シートでドームを形成した研磨治具を用いたことにより、トーリック面に限らず、任意の自由曲面形状を有する凹面を、高精度かつごく短時間で研磨することができるので、一つの研磨治具で広い範囲の被研磨物の研磨面形状に柔軟に対応できる。そのため、従来の硬い材質で形成したドームの必要数より大幅に減少した数の研磨治具を用意すればよいので、コストを低減することができると共に、研磨治具の保管スペースを大幅に低減できる。
【００６１】
また、本発明の研磨治具は、本発明の研磨装置に着脱自在に取り付けることができる研磨治具であり、可撓性シートでドームを形成したことにより、トーリック面に限らず、任意の自由曲面形状を有する凹面を、高精度かつごく短時間で研磨することができるので、一つの研磨治具で広い範囲の被研磨物の研磨面形状に柔軟に対応でき、そのため、用意する研磨治具の数を少なくできるので、コストを低減することができると共に、研磨治具の保管スペースを大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨装置の主要部を示す概念図である。
【図２】保持具の首振りを説明する概念図である。
【図３】本発明の研磨装置の全体の構成を示す概略図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の研磨装置の無軌道研磨軌跡を示す概念図である。
【図５】本発明の研磨治具の一実施形態を示すもので、（ａ）は一部断面を含む側面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】本発明の研磨治具の他の実施形態を示すもので、（ａ）は一部断面を含む側面図、（ｂ）は平面図である。
【図７】本発明の研磨治具の更に他の実施形態を示す側面図である。
【図８】押さえ治具を用いてドームの互いに直交する方向の曲率を変えた実験の結果を示すグラフであり、（ａ）は大きな直径の方向のドームの直径、（ｂ）は小さな直径の方向のドームの直径を示す。
【図９】従来の研磨装置の主要部を示す概念図である。
【符号の説明】
１ｂ、１ｃ、１ｄ…研磨治具
２…可撓性シート
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…ドーム
４…固定治具本体
５…押圧治具
６…ボルト
７…封入空間
８…流体口
９…チャッキング部
１０…押さえ治具
２０…被研磨物
２１…凹面
３０…保持具
４０…揺動装置
５０…駆動装置
１００…研磨装置

Claims

被研磨物を保持する保持具に所定の往復運動を与える駆動装置と、
前記被研磨物を介して前記駆動装置に対向配置され、前記被研磨物を研磨するドーム状の研磨治具と、前記研磨治具を着脱自在に先端に装着できると共に、この研磨治具に首振り旋回運動を与える揺動装置とを備える研磨装置を構成する前記研磨治具において、
流体を供給する流体口を有する固定治具本体と、前記固定治具本体上に流体圧力で膨らんでドーム状を形成する可撓性シートの周端部を固定し、前記固定治具本体と前記可撓性シートとの間に封入空間を形成させるリング状の押圧治具とから構成されるシート固定治具を有し、
更に、前記押圧治具の上面の一方向の両端部において前記一方の方向に移動可能に配置される押さえ板を有することを特徴とする研磨治具。