JP4105622B2

JP4105622B2 - 研摩装置及び被研材の厚さ判定方法

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Publication number: JP4105622B2
Application number: JP2003375100A
Authority: JP
Inventors: 修平永田
Original assignee: 株式会社永田製作所
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: TWI275444B; KR20050043661A; CN1613606A; KR100705848B1; JP2005138199A; CN100366385C; TW200528231A

Description

本発明は研摩装置及び被研材の厚さ判定方法に係り、特に、レンズなどの光学部品を研摩するための装置及び方法として好適な被研材の厚さ判定技術に関する。

一般に、レンズなどの光学部品を研摩する場合には、上研摩皿と下研摩皿のいずれかに被研材を固定し、上研摩皿と下研摩皿とを相対的に回転及び揺動させることによって研摩するようにしている。このような研摩方法としては、一方（上下いずれか）の研摩軸を既定の揺動中心の周りに回動させながら他方の研摩軸を回転させるようにした球芯揺動型研摩装置と、一方の研摩軸と研摩皿とを角度自在に連結し、この研磨軸を揺動させながら他方の研摩軸を回転させるようにしたオスカー型研摩装置とが知られている。

上記のような各種の研摩装置では、被研材の厚さを管理するために、研摩による被研材の厚さ変化に伴って移動する所定の装置構造部分の位置を検出するようにしている。通常、当該装置構造部分が所定位置に到達したときに研摩動作を終了させることによって被研材の厚さを目標値に近づける努力がなされる（例えば、以下の特許文献１参照）。この場合、所定の装置構造部分の位置を連続的に測定し、一揺動当たりの研摩量を測定して、研摩時間や揺動回数を設定する場合（特許文献１の図１及び図３参照）と、被研材の厚さの目標値に到達したか否かのみを検出する場合（特許文献１の図１２及び図１３参照）とがある。
特開２００１−２５２８６８号公報

しかしながら、前述のような従来の研摩方法においては、被研材の厚さを高い精度で管理できるように工夫がなされているが、未だ被研材の厚さ精度が充分であるとは言えない。特に、球芯揺動型研摩装置やオスカー型研磨装置では、その揺動動作の影響により被研材の厚さの検出精度を高めることが難しいため、装置毎に実測データなどに応じて研摩時間などを微調整する必要があり、職人技的な調整能力が要求されるという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、高度な熟練作業を要することなく、被研材の厚さを高精度に管理することのできる厚さ判定技術を提供することにある。

本願発明者は、上述の実情に鑑みて鋭意検討及び実験を繰り返した結果、研摩装置には研磨加工時において研摩作用に伴う微振動が発生しており、この微振動が厚さ検出値の検出精度の向上を妨げていることを見出した。この微振動は、被研材を挟んで対向し、相対的に回転若しくは揺動する第１研摩部材と第２研摩部材の相対移動に伴って発生し、これが被研材の厚さ測定を行う装置構造部分に伝達されることにより、装置構造部分の移動を検出することによって得られる被研材の厚さ検出値を振動させる。この振動は、オスカー型研摩装置などの駆動構造に起因する上下動ではなく、砥粒と被研材との間の研摩作用に起因する上記微振動に基づくものである。この厚さ検出値の振動は、揺動幅、揺動周期、回転速度などといった、第１研摩部材と第２研摩部材の相対移動態様だけでなく、被研材の研摩面の曲率や装置構造の共振特性などにも影響されるため、装置毎に異なるだけでなく、研摩条件や被研材の形状などによっても異なるものとなる。このように厚さ検出値の振動態様は状況に応じて様々であり、また、研摩条件、被研材の形状、装置構造などの複雑な要因が重なり合って生ずるものであるため、従来の手法では、被研材の厚さ検出値の検出精度を厚さ検出値の上記振動の振幅よりも小さくすることがきわめて困難であった。

そこで、本願発明者は、上記微振動による厚さ検出値の振動に伴う検出誤差を低減するために、被研材の厚さが研摩作用によって逓減していく過程で、設定値以下の厚さ検出値が得られる継続時間を測定し、この継続時間が既定の設定時間を越えたときに、上記設定値に対応する被研材の厚さが得られたものと判定するようにした。特に、上記設定時間を、上記微振動に伴う厚さ検出値の振動周期以下とすることにより、時間経過に起因する被研材の厚さのばらつきを抑制することができるため、きわめて高精度の厚さ管理が可能になった。具体的には、従来のように厚さ検出値が設定値に到達した時点で研摩動作を終了させる方法と較べると、被研材の厚さのばらつきを約１／３或いはそれ以下に低減することができた。

すなわち、本発明の研摩装置は、第１研摩部材と、前記第１研摩部材に対して被研材を介して対向する第２研摩部材と、前記第１研摩部材と前記第２研摩部材とを相対的に回転若しくは揺動させる駆動手段とを有する、前記被研材を研摩するための研摩装置であって、前記被研材の厚さの変化に伴って変化する装置構造部分の位置を測定し、前記被研材の厚さの目標値に対応する設定値以下の厚さに対応する厚さ検出値が得られているか否かを検出可能な検出手段と、研摩作用に伴う微振動に基づいて前記設定値以下の厚さに対応する前記厚さ検出値が継続的に得られている継続時間を求める計時手段とを有し、前記継続時間若しくはその積算値が既定の設定時間を越えた場合に研摩動作を停止するように構成されていることを特徴とする。

ここで、上記検出手段としては、上記の厚さ検出値そのものを測定するものに限られず、結果的に厚さ検出値が設定値以下の厚さに対応しているか否かを検出できるものであればよい。したがって、厚さ検出値が、設定値を越えている状態と、設定値以下になっている状態のいずれにあるかを知ることができればよい。例えば、厚さ検出値が設定値以下になったときに接点が切り替わるように構成された検出スイッチなどが挙げられる。

特に、前記設定時間は、前記微振動による前記厚さ検出値の振動周期以下の時間であることが好ましい。設定時間が微振動による振動周期を越える時間に設定された場合でも、被研材の厚さのばらつきを厚さ検出値の振動の振幅以下に抑えることは可能であるが、本発明は厚さのばらつきを低減するために、厚さ検出値の振動による影響を低減することを目的とするものであるから、設定時間が振動周期を越えても何ら付加的な効果が得られるわけではない。また、設定値以下になった時点からの時間が長くなることにより、研摩速度のばらつきに起因して研摩加工後の被研材の厚さのばらつきは却って拡大する可能性が高い。さらに、被研材の厚さと設定値とのずれが大きくなるため、被研材と設定値との対応関係に注意を払うことが必要となるため、管理が煩雑になることもある。

本発明において、前記駆動手段は、前記第１研摩部材を揺動させる揺動駆動手段と、前記第２研摩部材をその軸線周りに回転させる回転駆動手段とを有することが好ましい。一方の研摩部材が揺動動作を行う研摩装置では、厚さ検出値の振動周期はその揺動動作に同期しているとは限らないが、揺動動作によって厚さ検出値がより大きく振動するため、厚さ検出値の検出精度の向上がきわめて難しい。しかし、本発明では、厚さ検出値が設定値以下になっている継続時間が所定の設定時間を越えるか否かを見るため、検出誤差を厚さ検出値の振幅よりも小さく抑制することができることから、被研材の厚さを高精度に管理できる。

本発明において、前記第１研摩部材に固定された第１研摩軸を有し、前記揺動駆動手段は、前記第１研摩軸を所定の揺動中心の周りに回動させるように構成されていることが好ましい。このように構成されている場合（球芯揺動型研磨装置である場合）には、第１研摩軸と揺動中心との間の相対的位置関係を測定することで、そのまま直接に、上記厚さ検出値を得たり、或いは、厚さ検出値が設定値以下になったか否かを検出したりすることができる。

本発明において、前記第１研摩部材に角度自在に連結された第１研摩軸を有し、該第１研摩軸の揺動動作によって前記第１研摩部材を前記被研材若しくは前記第２研摩部材に沿った曲面上で摺動させるように構成され、前記検出手段は、前記第１研摩部材の前記曲面上の摺動に伴う研摩方向への往復動作の死点位置を測定することにより前記設定値以下の厚さに対応する前記厚さ検出値が得られているか否かを検出するように構成されていることが好ましい。第１研摩部材に角度自在に連結された第１研摩軸を有し、その揺動動作によって第１研摩部材を被研材若しくは第２研摩部材に沿った曲面上で摺動させるように構成されている場合（オスカー型研摩装置である場合）には、第１研摩部材の摺動に伴って第１研摩軸が研摩方向に往復動作するため、第１研摩軸の位置を測定するだけでは厚さ検出値を得ることができない。したがって、この場合には当該往復動作の死点位置を測定することによって厚さ検出値が設定値以下になったか否かを検出する。この場合でも、継続時間が設定時間を越えたか否かによって研摩動作を制御することにより、厚さ検出値の振動の振幅以下の精度で被研材の厚さを管理することができる。

次に、本発明の被研材の厚さ判定方法は、第１研摩部材と、前記第１研摩部材に対して被研材を介して対向する第２研摩部材と、前記第１研摩部材と前記第２研摩部材とを相対的に回転若しくは揺動させる駆動手段とを有する、前記被研材を研摩するための研摩装置における前記被研材の厚さ判定方法であって、前記被研材の厚さの変化に伴って変化する装置構造部分の位置を測定し、前記被研材の厚さの目標値に対応する設定値以下の厚さに対応する厚さ検出値が得られているか否かを検出し、研摩作用に伴う微振動に基づいて前記設定値以下の厚さに対応する前記厚さ検出値が継続的に得られている継続時間を求め、前記継続時間若しくはその積算値が既定の設定時間を越えるか否かを判定することを特徴とする。特に、前記設定時間は前記厚さ検出値の振動周期以下であることが好ましい。

本発明において、前記設定時間は、前記微振動による前記振動周期の半分以下に設定されることが好ましい。ただし、設定時間が振動周期の５％未満である場合には外乱などに起因する衝撃や電気ノイズなどを拾う可能性が大きくなる。研摩速度が振動周期において生ずる研磨量が振動振幅に対して充分に小さい場合には、設定時間は厚さ検出値の振動周期の約半分（５０％）であることが被研材の厚さと設定値との差を低減する上で好ましい。実際には設定値に対する振動の位相のばらつきがあり、また、振動の周期内に生ずる研摩量が振動振幅に対して無視し得ない場合が多いので、設定時間は振動周期の半分若しくはそれ以下であることが好ましく、例えば、１０〜６５％の範囲内であることが望ましく、２５〜４５％の範囲であることがより望ましい。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１は、本実施形態の研摩装置１００の主要部の構造を模式的に示す概略構成図である。図示例の研摩装置１００はいわゆる上軸球芯揺動型研摩装置である。ただし、この研摩装置１００の上軸部と下軸部の機能、構造を逆に構成して下軸球芯揺動型研摩装置を構成してもよい。この研磨装置１００は、上軸部１１０が揺動中心Ｆｏの周りに回動し、下軸部１２０が軸線周りに回転するように構成されている。

上軸部１１０には、第１研摩部材（研摩皿）１１１が第１研摩軸（揺動部材）１１２に固定され、この第１研摩軸１１２は支持部材１１３に対して軸線方向に移動自在に軸支されている。支持部材１１３は図示しない揺動駆動機構によって揺動中心Ｆｏの周りに回動するように構成されている。支持部材１１３には、押圧スイッチなどで構成される検出器１１４が支持固定されている。また、支持部材１１３には度当たり１１５が設けられている。

第１研摩軸１１２は支持部材１１３の上方に伸びて固定部材１１６に接続されている。この固定部材１１６にはマイクロメータなどで構成される調整部材１１７が取り付けられている。そして、この調整部材１１７の先端１１７ａが上記検出器１１４の先端１１４ａに当たることにより検出器１１４の出力が切り替わるようになっている。検出器１１４の先端１１４ａは図示しない弾性部材によって突出方向に付勢された状態で所定ストロークＳ１で軸線方向に伸縮可能に構成され、先端１１４ａが調整部材１１７の先端１１７ａに当接すると、先端１１４ａが押し縮められて上記検出信号が切り替わる。上記のストロークＳ１としては、後述するように設定値に達して先端１１７ａが先端１１４ａに当接してから研摩が終了するまでの間の研磨量による移動を許容するに足る充分なストロークが確保される。また、固定部材１１６には規制部材１１８が取り付けられている。この規制部材１１８は、上記度当たり１１５に当接することにより第１研摩軸１１２の移動範囲を規制するようになっている。規制部材１１８はボルトなどで構成され、その先端の研摩方向の位置を調整可能となっている。

なお、上記調整部材１１７は第１研摩軸１１２に固定され、上記検出器１１４は支持部材１１３に固定されているが、その逆に、調整部材１１７が支持部材１１３に固定され、検出器１１４が第１研摩軸１１２に固定されていてもよい。また、調整部材１１７に検出機能を設け、検出器１１４の代わりに単なる当接部を構成してもよい。

一方、上記度当たり１１５が支持部材１１３に固定され、上記規制部材１１８が第１研摩軸１１２に固定されているが、度当たり１１５が第１研摩軸１１２に固定され、規制部材１１８が支持部材１１３に固定されていてもよい。なお、この規制部材１１８及び度当たり１１５は規制手段を構成する。この規制手段は検出器１１４の先端部１１４ａを破壊しないようにするために設けられている。

一方、下軸部１２０には、第２研摩部材（研摩皿）１２１と、この第２研摩部材１２１に接続固定された第２研摩軸（回転軸）１２２とが設けられている。第２研摩軸１２２は図示しない回転駆動機構によって軸線周りに回転駆動されるようになっている。

第１研摩部材１１１と第２研摩部材１２１との間にはレンズその他の光学部品などの被研材１０１が配置される。被研材１０１は、図示例ではピッチなどの適宜の固定手段により第１研摩部材１１１に固定されているが、第２研摩部材１２１に固定されていてもよい。第１研摩部材１１１は、上記第１研摩軸１１２が揺動中心Ｆｏの周りに回動すると、第２研摩部材１２１の表面（被研材１０１が第１研摩部材１１１に固定されている場合）若しくは被研材１０１の表面（被研材１０１が第２研摩部材１２１に固定されている場合）上を摺動するように構成されている。いずれにしても、第１研摩軸１１２は曲面上を摺動するように構成されている。

上記研摩装置１００においては、被研材１０１と第２研摩部材１２１（被研材１０１が第１研摩部材１１１に固定されている場合）若しくは第１研摩部材１１１（被研材１０１が第２研摩部材１２１に固定されている場合）の間に砥粒を含むスラリー液を供給した状態で、第１研摩部材１１１を揺動中心Ｆｏの周りに揺動させながら、第２研摩部材１２１を第２研摩軸１２２の軸線周りに回転させることにより、研摩加工を行う。

図２乃至図５は、上記研摩装置１００を用いて被研材１０１を研摩したときの被研材１０１の厚さ検出値を示すグラフである。なお、各グラフのデータに示される細かな上下動は検出器のノイズやプロット手段の振動に伴うものであり、以下の議論においては無視する。この厚さ検出値は、上記研摩装置１００では検出することができないので、上記研摩装置１００の第１研摩軸１１２若しくはこれに固定された部材と、下軸部１２０或いは支持部材１１３若しくはこれらに固定された部材との間の研磨方向（図示上下方向）の相対的移動量を検出センサなどで検出する検出系を別途取り付けて測定したものである。ここで、図２は第１研摩軸１１２から第１研摩部材に及ぼす加圧力を０．３ＭＰａにしたときのもの、図３は同じく０．４ＭＰａ、図４は同じく０．５ＭＰａ、図５は同じく０．６ＭＰａである。また、各図のデータにおいて、第１研摩軸１１２の揺動周期は２．４秒、第２研摩軸１２２の回転速度は２０００ｒｐｍで共通としてある。ただし、一般的には、揺動周期は１〜６秒、回転速度は１０００〜３０００ｒｐｍの範囲で適宜に設定される。

図２乃至図５に示すように、被研材１０１の厚さ検出値は、時間の経過とともに概略としてはほぼ直線的に低下していくが、実際には僅かな振動が重畳している。図６は各図の厚さ検出値のデータを拡大して示すものである。図６に示すように、この厚さ検出値ｄの振動の振幅（全振幅）Ａは図示例の場合、１０〜１５μｍ、振動の周期Ｔは０．９〜１．２秒である。この振動の振幅Ａや周期Ｔは、研摩装置の構造、寸法、構成素材などに影響を受けるとともに、研摩条件や被研材の形状にも影響を受けるため、簡単に求めることはできない。

上記の厚さ検出値ｄの振動は、研摩加工後の被研材の厚さに対する許容誤差が振動の振幅Ａよりも充分に大きい場合にはあまり問題とはならないが、精度要求が高くなり、許容誤差が上記振幅Ａに近くなると問題を生じ、研摩加工後の被研材の厚さのばらつきを招くとともに、許容誤差が上記振幅Ａより小さい場合には、移動平均、最小二乗法などの各種の演算処理その他のノイズ除去処理を行わなければ、対応できない。このようなノイズ除去処理は、高価な検出器や演算処理手段などを必要とし、研磨装置の高価格化を招く。

本実施形態では、被研材１０１の厚さの目標値に対応する設定値ｄｏを、上記調整部材１１７を調整することによって適宜に設定できるように構成されている。例えば、研摩開始前に、被研材１０１を装着した状態で、調整部材１１７の先端１１７ａを検出器１１４の先端１１４ａに当接させ、検出器１１４の検出信号が切り替わる（例えば反転する）のを確認し、その切り替わり位置を基準として、必要な研摩量だけ調整部材１１７の先端１１７ａを検出器１１４から離間させるように設定する。これによって、上記の必要な研摩量だけ被研材１０１の厚さが減少し、被研材１０１の厚さが設定値ｄｏになった時点で調整部材１１７の先端１１７ａが検出器１１４の先端１１４ａに当接して検出器１１４の検出信号が切り替わるように設定できる。

上記のように設定値ｄｏの設定がなされた状態で、研摩を開始すると、図１乃至図５に示すように被研材１０１の厚さは徐々に減少していくが、やがて、図６に示すように、被研材１０１の厚さ検出値ｄが設定値ｄｏに達すると、調整部材１１７の先端１１７ａは検出器１１４の先端１１４ａに当接し、検出器１１４の検出信号は切り替わる。しかし、この検出信号の切り替わり状態は厚さ検出値ｄの振動によって当初は短時間のうちに終了し、検出信号は切り替わり前の状態に復帰してしまう。本実施形態では、当該検出信号が切り替わり状態にあるときの継続時間Δｔを測定するようにしている。この継続時間Δｔの測定は、検出器１１４の検出信号の切り替わり時にスタートし、検出信号の復帰時に停止するとともにリセットされるカウンタ回路を用いることなどによって簡単に行うことができる。

本実施形態では、設定時間ｔｏを予め設定しておき、上記継続時間Δｔと比較する。継続時間Δｔが設定時間ｔｏ以下ではそのまま研摩が続けられ、継続時間Δｔが設定時間ｔｏを越えると、研摩装置１００が停止される。実際には、研摩装置１００の動作部分を瞬時に停止させることは難しいので、揺動駆動機構や回転駆動機構の駆動力を遮断したり、駆動力を遮断した上でブレーキをかけたり、或いは、駆動停止に先立って加圧力を解除若しくは低減するなどの種々の方法で研摩動作が終了される。上記の継続時間Δｔと設定時間ｔｏの判定は、公知の比較回路などで簡単に行うことができる。

ここで、上記の設定時間ｔｏは、図６に示す厚さ検出値ｄの振動の周期Ｔ以下であることが好ましい。上記の継続時間Δｔが振動の周期Ｔを超える場合には、設定値ｄｏと被研材１０１の厚さの差が厚さ検出値の振動の振幅Ａの半分以上であることを意味するので、それ以上待機することに意味はなく、また、時間の経過とともに被研材１０１の厚さが設定値ｄｏよりも小さくなっていくだけであるので、設定値ｄｏに対する被研材１０１の厚さの差が大きくなり、この差のばらつきも大きくなる可能性がある。

一例としては、図６に示すように、例えば、厚さ検出値ｄが設定値ｄｏに最初に達したときの継続時間Δｔは０．３５Ｔであり、次に設定値ｄｏに達したときの継続時間Δｔが０．６５Ｔであり、さらにその次に達した後には設定値ｄｏを越えることはなくなる。この場合、設定時間ｔｏを０．５Ｔに設定してあるとすれば、２回目に設定値ｄｏに達したときに研摩が終了すると、研摩終了時の被研材１０１の厚さは図示Ｐ点の値となる。

一般に、振動周期Ｔに研磨される研摩量が充分に小さい場合には、継続時間Δｔが０．５Ｔになったときの被研材１０１の厚さは設定値ｄｏとほぼ一致する。ただし、継続時間Δｔは設定値ｄｏに対する上記振動の位相によって０．５Ｔに一致するとは限らないので、継続時間ΔＴがなるべく０．５Ｔに近くなる時点で判定が行われるように設定時間ｔｏを適宜に設定することが好ましい。また、実際には振動周期Ｔ内に研摩される研摩量は無視し得ないので、時間の経過とともに被研材の厚さは設定値ｄｏより漸次小さくなっていく。したがって、これらを考慮すると、設定時間ｔｏを０．５Ｔ近傍及びこれよりやや短い時間にすることが好ましい。ただし、周期Ｔの５％以下では外乱やノイズなどによる影響を受けやすくなる。したがって、例えば、０．１０〜０．６５Ｔであることが好ましく、特に０．２５〜０．５Ｔであることが望ましい。

図７は、本実施形態を用いたときの被研材１０１の研摩加工後の厚さの測定結果を示すものである。実施例１は設定時間ｔｏ＝０．４Ｔとしたとき、実施例２は設定時間ｔｏ＝０．５Ｔとしたときのデータであり、それぞれ連続５０回研摩したときの５０個の被研材の厚さを示してある。縦軸の一目盛りは１０μｍである。一方、図８は、従来のように設定値ｄｏに最初に到達したときに研摩を終了する方法で研摩を行ったものであり、比較例１乃至４として異なる条件でそれぞれ５０回ずつ連続して研摩を行った結果を示すものである。縦軸の一目盛りは１０μｍである。

上記のように、従来方法では、研摩加工後の被研材の厚さのばらつきは３０〜５０μｍの幅であったのに対して、本実施形態を用いたときの被研材の厚さのばらつきは２０μｍ以下であり、設定時間を最適化することにより、１０μｍ以下にすることができる。一般的には、上記設定時間ｔｏは０．５Ｔよりも小さいことが研摩加工後の被研材の厚さのばらつき幅を低減する上で好ましい。

また、上記実施形態とは異なり、継続時間Δｔの積算値が設定時間ｔｏを越えるか否かを判定するようにしてもよい。すなわち、上記図６に示した例では、最初の継続時間Δｔ＝０．３５Ｔであるので設定時間ｔｏ＝０．５Ｔを越えないが、次に設定値ｄｏ以下になった時点から０．１５Ｔ経過すると継続時間Δｔの積算値が設定時間ｔｏを越えることになる。したがって、２回目の継続時間Δｔ＝０．６５Ｔの最初の０．１５Ｔ経過後に研摩が終了する。このようにすると、設定値ｄｏに最初に達したときの振動の位相に大きく影響されることなく、常に設定値ｄｏに近い被研材１０１の厚さを得ることができる。

図９は、別の研摩装置２００の主要部の構造を模式的に示す概略構成図である。この研摩装置２００は、上軸部２１０が揺動し、下軸部２２０が回転するように構成されているが、いわゆるオスカー型の研磨装置であり、上軸部２１０の第１研摩部材（研摩皿）２１１と第１研摩軸（揺動部材）２１２とが角度自在に連結されており、第１研摩軸２１２が揺動することによって第１研摩部材２１１が被研材２０１若しくは第２研摩部材２２１の表面（曲面）上を摺動するように構成されている。一方、第２研摩部材２２１は第２研摩軸２２２が図示しない回転駆動機構によって軸線周りに回転駆動されることにより回転するようになっている。

第１研摩軸２１２は揺動アーム２１３に接続され、この揺動アーム２１３は揺動運動（図示左右方向の往復運動）を行う駆動部材２１４に回動可能に連結されている。また、揺動アーム２１３はエアシリンダなどで構成される加圧機構２１５によって研摩方向（図示下方）への加圧力を受けるように構成されている。揺動アーム２１３には延長アーム２１６が接続固定され、この延長アーム２１６には調整部材２１７が取り付けられている。この調整部材２１７は、その先端の位置を移動方向に変えることができるとともに検出信号を出力し、その先端が後述する当接部２１９に当接したときに検出信号が切り替わるように構成されている。

また、駆動部材２１４には支持アーム２１８が接続固定され、この支持アーム２１８には当接部２１９が取り付けられている。なお、図示例では調整部材２１７が揺動アーム２１３に固定され、当接部２１９が駆動部材２１４に固定されているが、当接部２１９を揺動アーム２１３に固定し、調整部材２１７を駆動部材２１４に固定してもよい。さらに、本実施形態に研摩装置１００と同様の調整部材及び検出器を設けてもよい。逆に、この研摩装置２００の上記調整部材及び当接部を研摩装置１００に用いてもよい。

当接部２１９は、支持アーム２１８に対して、調整部材２１７が当接する方向にスライド可能に取り付けられているとともに、調整部材２１７側に常時付勢されていて、調整部材２１７が当接部２１９に当接していない状態では、調整部材２１７側の規制位置に突き当たった状態に保持されている。なお、このようなスライド構造は、当接部２１９ではなく、調整部材２１７に設けてもよい。このスライド構造のストローク量Ｓ２は、後述する第１研磨軸２１２の上下動（往復動）の振幅よりも大きく確保される。

研摩装置２００では、研摩装置１００の場合と同様に、研摩開始前に調整部材２１７によって適宜に設定値の設定が行われる。また、第２研摩軸２２２を回転させながら、駆動部材２１４を往復動作させることにより第１研摩軸２１２を揺動させることにより、第１研摩部材２１１が回転する被研材２０１若しくは第２研摩部材２２１の表面上を摺動することによって被研材２０１の研摩が行われる。

この研摩装置２００では、被研材２０１の被研摩面が曲面であるとき、第１研摩軸２１２が揺動すると第１研摩軸２１２が揺動アーム２１３とともに上下に往復動作するため、調整部材２１７の位置もまた、図１０に示すように上下に往復動作する。したがって、この研摩装置２００においては、被研材２０１の厚さ検出値ｄは調整部材２１７の先端位置に対応していない。被研材２０１の厚さ検出値ｄは、図１０に示す調整部材２１７の先端位置などの装置構造部分の移動曲線からその揺動動作に伴う往復動成分を差し引いたものである。すなわち、厚さ検出値ｄは、上記移動曲線の死点位置（上死点又は下死点）の包絡線ｄ１又はｄ２に対応したものとなる。このため、研摩装置２００では、上記移動曲線の死点位置を検出することによって、上記厚さ検出値ｄが設定値ｄｏ以下となったか否かを判定するようにしている。

図１０には、上記の移動曲線の一部（３箇所）を拡大した拡大図を併記してある。これらの拡大図でわかるように、上記の移動曲線には上述の微振動に起因する振動が重畳している。このため、移動曲線から揺動動作に伴う往復動成分を引いた厚さ検出値ｄもまた、図２乃至図５と同様に振動が重畳したものとなっている。

研摩装置２００において継続時間Δｔは、死点位置ｄ１、ｄ２において測定される。図示例では装置構造部分の移動曲線の下死点の位置ｄ２に対して継続時間Δｔが測定される。この場合には、設定値ｄｏの設定作業は、図９に破線で示すように第１研摩部材２１１を下死点に配置した状態で行われる。そして、図１０の拡大図に示すように、移動曲線の下死点が設定値ｄｏ以下になるときの継続時間Δｔが設定時間ｔｏを越えるか否かを判定する点は研摩装置１００と同様である。この場合、振動の位相だけでなく、移動曲線の下死点の位相によっても設定値ｄｏとの関係が異なることになるが、検出状況は研摩装置１００の場合と実質的に変わりがない。

図１０に示す例では、移動曲線を基準にしたときに、設定値ｄｏがより低いときには、例えば最初の継続時間Δｔが０．２５Ｔ、次が０．３５Ｔとなり、設定値ｄｏがそれよりやや大きいときには、例えば最初の継続時間Δｔが０．４４Ｔ、次が０．６３Ｔとなる。このように、研摩装置２００の場合、継続時間Δｔの変動幅は研摩装置１００に較べて小さく、また、当該下死点を過ぎると、その後の継続時間Δｔは次の下死点まで現れないこととなるので、設定時間Δｔは研摩装置１００の場合よりも小さくすることが好ましい。

この研摩装置２００において注意すべき点は、上記継続時間Δｔの測定や継続時間Δｔと設定時間ｔｏとの比較判定は、移動曲線の往復動（上下動）に対して行われるのではなく、あくまでも移動曲線に重畳した振動に対して行われるという点である。すなわち、被研材の厚さ検出値ｄは移動曲線から揺動動作に伴う往復動成分を除去したものであり、この厚さ検出値ｄに対して、継続時間Δｔの測定や継続時間Δｔと設定時間ｔｏとの比較判定を行わなければならないからである。

なお、上記とは異なり、装置構造部分の上死点の位置ｄ１に対して継続時間Δｔを測定してもよい。この場合には、設定値ｄｏの設定作業は、図９に実線で示すように第１研摩部材２１１を上死点に配置した状態で行う。また、この場合には、被研材２０１の厚さが設定値ｄｏ以下となったことを検出するには、上記とは逆に上死点において調整部材２１７の先端が検出器２１９の先端から離反しなくなったことを検出しなければならない。このため、研摩装置１００と同様に継続時間Δｔを検出するが、上記移動曲線と同期して生ずる長い継続時間Δｔ、すなわち隣接する上死点間にて存在する継続時間Δｔ、を無視して、上死点近傍の短い継続時間Δｔのみを用いて判定する方法、或いは、研摩装置１００とは逆に、調整部材２１７の先端が当接部２１９の先端に当接していない反継続時間を測定し、所定の基準時間から反継続時間を差し引いた時間を継続時間Δｔとする方法などを用いる。例えば、後者の場合には、設定時間ｔｏが振動周期Ｔ未満であれば、上記基準時間を振動周期Ｔとする。このようにすると、当初は継続時間Δｔが負であるが、反継続時間が振動周期Ｔ以下になると継続時間Δｔが正になり、これが設定時間ｔｏを越えたときに判定や研摩終了動作が行われる。

尚、本発明の研摩装置及び被研材の厚さ判定方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記各実施形態では、第１研摩軸の位置を検出することによって被研材の厚さが設定値以下になったことを検出しているが、位置検出の対象となる装置構造部分は上記第１研摩軸に限らず、被研材の厚さが変化に基づいて変化する部位であれば如何なる場所であっても構わない。具体的には、下軸球芯揺動型研摩装置であれば、揺動動作する下軸部の球芯位置を固定し、上軸部の位置を検出するようにしてもよい。

研摩装置１００の主要部の構造を示す概略構成図。研摩装置１００を用いた研摩による被研材の厚さ検出値を示すグラフ。研摩装置１００を用いた研摩による被研材の厚さ検出値を示すグラフ。研摩装置１００を用いた研摩による被研材の厚さ検出値を示すグラフ。研摩装置１００を用いた研摩による被研材の厚さ検出値を示すグラフ。厚さ検出値のグラフの拡大図とともに判定方法を示す説明図。実施例１及び２によって研摩された被研材の厚さのばらつきを示すグラフ。比較例１−４によって研摩された被研材の厚さのばらつきを示すグラフ。研摩装置２００の主要部の構造を示す概略構成図。装置構造部分の移動曲線を示すグラフ及び移動曲線の一部を拡大して示す拡大図。

符号の説明

１００，２００…研磨装置、１１０，２１０…上軸部、１１１，２１１…第１研摩部材、１１２，２１２…第１研摩軸、１２０，２２０…下軸部、１２１，２２１…第２研摩部材、１２２，２２２…第２研摩軸

Claims

第１研摩部材と、前記第１研摩部材に対して被研材を介して対向する第２研摩部材と、前記第１研摩部材と前記第２研摩部材とを相対的に回転若しくは揺動させる駆動手段とを有する、前記被研材を研摩するための研摩装置であって、
前記被研材の厚さの変化に伴って変化する装置構造部分の位置を測定し、前記被研材の厚さの目標値に対応する設定値以下の厚さに対応する厚さ検出値が得られているか否かを検出可能な検出手段と、研摩作用に伴う微振動に基づいて前記設定値以下の厚さに対応する前記厚さ検出値が継続的に得られている継続時間を求める計時手段とを有し、前記継続時間若しくはその積算値が既定の設定時間を越えた場合に研摩動作を停止するように構成されていることを特徴とする研摩装置。
前記設定時間は、前記微振動による前記厚さ検出値の振動周期以下の時間であることを特徴とする請求項１に記載の研摩装置。
前記駆動手段は、前記第１研摩部材を揺動させる揺動駆動手段と、前記第２研摩部材をその軸線周りに回転させる回転駆動手段とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の研摩装置。
前記第１研摩部材に固定された第１研摩軸を有し、前記揺動駆動手段は、前記第１研摩軸を所定の揺動中心の周りに回動させるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の研摩装置。
前記第１研摩部材に角度自在に連結された第１研摩軸を有し、該第１研摩軸の揺動動作によって前記第１研摩部材を前記被研材若しくは前記第２研摩部材に沿った曲面上で摺動させるように構成され、
前記検出手段は、前記第１研摩部材の前記曲面上の摺動に伴う研摩方向への往復動作の死点位置を測定することにより前記設定値以下の厚さに対応する前記厚さ検出値が得られているか否かを検出するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の研摩装置。
第１研摩部材と、前記第１研摩部材に対して被研材を介して対向する第２研摩部材と、前記第１研摩部材と前記第２研摩部材とを相対的に回転若しくは揺動させる駆動手段とを有する、前記被研材を研摩するための研摩装置における前記被研材の厚さ判定方法であって、
前記被研材の厚さの変化に伴って変化する装置構造部分の位置を測定し、前記被研材の厚さの目標値に対応する設定値以下の厚さに対応する厚さ検出値が得られているか否かを検出し、研摩作用に伴う微振動に基づいて前記設定値以下の厚さに対応する前記厚さ検出値が継続的に得られている継続時間を求め、前記継続時間若しくはその積算値が既定の設定時間を越えるか否かを判定することを特徴とする被研材の厚さ判定方法。
前記設定時間は、前記微振動による前記厚さ検出値の振動周期以下であることを特徴とする請求項６に記載の被研材の厚さ判定方法。