JP5434094B2 - 研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ等の研磨対象物の表面（被研磨面）を研磨するための研磨装置に関する。

研磨装置には、研磨対象物よりも小さな球状の研磨部を有した研磨工具を用いて、レンズ等の研磨対象物の表面（被研磨面）が所望の形状になるように研磨を行うものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような研磨装置によれば、曲面状の被研磨面を研磨することが可能であり、また、被研磨面に対する部分的な修正研磨を行うことも可能である。このような研磨装置による研磨は、通常は研磨工具を鉛直方向に向けて配置し、被研磨面の形状に応じて研磨工具を傾斜させて研磨加工を行うのが一般的である。

特開平１０−１４６７４８号公報

しかしながら、研磨工具を傾斜させて研磨加工を行う場合には、エアシリンダ等により研磨工具に加える押圧力の向きと研磨工具の自重が作用する向きとが異なるようになるため、研磨工具を鉛直方向に向けて（傾斜させずに）研磨加工を行う場合と比較して、研磨工具の自重の寄与分が減少し研磨荷重が減少してしまう。また、研磨工具の傾斜によって、研磨工具を支持する軸受けのラジアル方向に研磨工具の自重による分力が作用し、軸受けの摺動抵抗が増加してしまう。そのため、研磨工具の向きによって適切な研磨荷重を得ることができずに研磨性能が低下するおそれがあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、研磨性能の向上を図った研磨装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係る研磨装置は、研磨対象物を研磨する研磨工具と、前記研磨工具を前記研磨対象物に押圧させる押圧機構と、前記研磨工具を傾斜させる揺動機構と、前記研磨工具を回転させる回転機構と、前記研磨工具から前記研磨対象物に作用する荷重を検出する検出部と、前記揺動機構による前記研磨工具の傾斜状態に対応し、前記検出部による検出荷重に基づいて前記押圧機構を制御する制御部とを備えている。

本発明によれば、研磨性能を向上させることができる。

研磨機構およびＸＹＺステージの拡大図である。 研磨装置の全体構成を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の研磨装置１の概略構成を図２に示す。研磨装置１は、研磨対象物であるレンズＬを支持するＸＹＺステージ１０と、ＸＹＺステージ１０と対向するように設けられ、ＸＹＺステージ１０に支持されたレンズＬを研磨する研磨機構２０と、研磨荷重を制御する加圧制御ユニット５０とを主体に構成される。

ＸＹＺステージ１０は、図示しない治具等を用いて、被研磨面が上側を向くようにレンズＬをステージ上に固定保持する。また、ＸＹＺステージ１０は、図示しないサーボモータやボールネジ等を用いて、上下左右方向へ平行移動可能に構成され、ＸＹＺステージ１０に保持されたレンズＬを研磨機構２０対して所望の位置に相対移動させることができるようになっている。

研磨機構２０は、図１に示すように、ベース部材２１と、研磨工具２５と、ジョイント部３０と、アーム部材３４と、板バネ部材３５と、押圧機構４０と、回転機構４５とを有して構成される。ベース部材２１は、ＸＹＺステージ１０と対向するように下側が開いた枠状に形成される。ベース部材２１の天井部上側には、研磨荷重（レンズＬに対する研磨部２７の押圧力）を検出するためのロードセル２２が取り付けられる。ベース部材２１の下部は、揺動機構６０に取り付けられる。揺動機構６０は、詳細な図示を省略するが、図２に示すように、研磨機構２０を鉛直方向に向いた状態から左右へ揺動させて傾斜させることができるように構成されている。

研磨工具２５は、図１に示すように、棒状に延びるボールスプライン軸２６と、球状の研磨部２７とを有して構成される。ボールスプライン軸２６の先端部には、研磨部２７が取り付けられ、ボールスプライン軸２６の基端側はジョイント部３０と連結されている。研磨部２７は、硬質ポリウレタン等を用いて、レンズＬよりも小さい球状に形成され、接着等によりボールスプライン軸２６の先端部に取り付けられる。

ジョイント部３０は、ロータリージョイント３１と、スラストジョイント３３とを有して構成され、このジョイント部３０を介して研磨工具２５がベース部材２１と連結される。ロータリージョイント３１の先端部には、ボールスプライン軸２６の基端側が回転可能に連結され、回転機構４５からの回転駆動力をボールスプライン軸２６へ伝達する。スラストジョイント３３の先端部には、ロータリージョイント３１の基端部が連結され、押圧機構４０からの押圧力をロータリージョイント３１を介して研磨工具２５（ボールスプライン軸２６）へ伝達する。スラストジョイント３３の基端側は、板バネ部材３５によりベース部材２１の内側で支持される。

アーム部材３４は、ロータリージョイント３１の胴部からベース部材２１の上方を囲むように延びた枠状に形成され、アーム部材３４の下端部がロータリージョイント３１の胴部と結合される。アーム部材３４の天井部下側には、突起部３４ａが形成されており、ベース部材２１の天井部上側に設けられたロードセル２２に当接するようになっている。すなわち、この突起部３４ａの先端がロードポイントとなる。

板バネ部材３５は、スラストジョイント３３の基端側とベース部材２１との間に跨って設けられ、ベース部材２１の内側でスラストジョイント３３の基端側を支持する。また、このような板バネ部材３５は、スラストジョイント３３が延びる長手方向に沿って略平行に２つ並んで設けられている。これにより、スラストジョイント３３が延びる長手方向に沿って移動可能にジョイント部３０を支持することができる。なお、板バネ部材３５は、中央に開口部を有する長方形の板バネであり、板バネ部材３５の開口部にスラストジョイント３３の基端側が係合されるとともに、板バネ部材３５の両端部がベース部材２１に固定されるようになっている。また、板バネ部材３５の上面および下面には、板バネ部材３５の剛性を高めるためのブロック３６がそれぞれ結合されている。これにより、押圧機構４０に対するジョイント部３０の偏心を抑制することができる。

押圧機構４０は、例えばエアシリンダ等から構成され、加圧制御ユニット５０から供給される空気圧を利用して、板バネ部材３５に支持されたジョイント部３０を介して研磨工具２５の研磨部２７にレンズＬを押圧させる。すなわち、押圧機構４０による押圧力が、板バネ部材３５に支持されたジョイント部３０を介して研磨工具２５（ボールスプライン軸２６）に伝達されるようになっている。

回転機構４５は、回転駆動モータ４６と、減速機４７と、駆動プーリ４８と、ベルト４９とを有して構成される。回転駆動モータ４６はアーム部材３４に取り付けられており、回転駆動モータ４６の回転軸に減速機４７が連結されるとともに、減速機４７の出力軸に駆動プーリ４８が連結される。ロータリージョイント３１のプーリ部と駆動プーリ４８との間にベルト４９が巻き掛けられ、回転駆動モータ４６の回転駆動力が減速機４７、駆動プーリ４８、ベルト４９、およびロータリージョイント３１を介して研磨工具２５（ボールスプライン軸２６）に伝達され、回転駆動モータ４６により、ボールスプライン軸２６の長手方向に沿って延びる中心軸を中心に研磨工具２５（ボールスプライン軸２６）が回転駆動される。このようにして研磨工具２５を回転させるようにすれば、研磨部２７によりレンズ２７を効果的に研磨することができる。

加圧制御ユニット５０は、図２に示すように、電空レギュレータ５１と、電空レギュレータ５１よりも下流側の管路に設けられたソレノイドバルブ５２とを有して構成される。電空レギュレータ５１は、図示しない制御装置からの空気圧制御信号を受けて、空気圧源５４から供給される加圧空気の圧力を所定の空気圧に制御する。また、電空レギュレータ５１は、荷重モニタ５５およびスイッチ５６を介してロードセル２２と電気的に接続されており、ロードセル２２から入力される検出信号をフィードバック制御信号として空気圧の制御を行うようになっている。ソレノイドバルブ５２は、常には電空レギュレータ５１と繋がる管路を開放して、電空レギュレータ５１によって得られた所定の空気圧を有する空気を押圧機構４０に供給する。一方、図示しない制御装置から所定の駆動信号が入力されると、ソレノイドバルブ５２は、電空レギュレータ５１と繋がる管路を閉鎖するとともに、押圧機構４０の内部を大気圧に開放し、押圧機構４０に供給された加圧空気を外部に排出するようになっている。

以上のように構成された研磨装置１を用いて、曲面状のレンズＬの表面（被研磨面）を研磨するには、まず、ＸＹＺステージ１０を移動させて、ＸＹＺステージ１０に保持されたレンズＬの頂点部分を鉛直方向に向いた研磨機構２０の研磨部２７に当接させる。このとき、研磨工具２５を若干持ち上げて、ジョイント部３０を支持する板バネ部材３５が水平方向に延びて弾性変形しない状態に設定する。

レンズＬの頂点部分を研磨機構２０の研磨部２７に当接させると、回転機構４５の回転駆動モータ４６がロータリージョイント３１を介して研磨工具２５を回転させるとともに、押圧機構４０が板バネ部材３５に支持されたジョイント部３０を介して研磨工具２５の研磨部２７にレンズＬを押圧させる。この状態で、例えば、ＸＹＺステージ１０がレンズＬを左右に移動させながら、レンズＬの表面形状および動きに応じて、揺動機構６０が研磨機構２０を左右へ傾斜させる。このようにして、球状の研磨部２７により曲面状のレンズＬの表面（被研磨面）が研磨される。

このとき、本実施形態においては、互いに略平行に並ぶ２つの板バネ部材３５により、ジョイント部３０が支持されているため、研磨機構２０（研磨工具２５）を左右へ傾斜させても、軸受けを用いる場合のような摺動抵抗の増加が少ないことから、研磨機構２０（研磨工具２５）の傾斜による研磨荷重の変動を少なくすることができ、研磨性能を向上させることが可能になる。

また、押圧機構４０がジョイント部３０を介して研磨部２７にレンズＬを押圧させる際、ロータリージョイント３１と結合されたアーム部材３４も押圧機構４０からの押圧力を受けて、アーム部材３４の突起部３４ａからロードセル２２へ、研磨工具２５、ジョイント部３０、アーム部材３４、押圧機構４０、および回転機構４５等の自重とともに、押圧機構４０からの押圧力が伝達されるようになっている。これにより、研磨工具２５等の自重と押圧機構４０からの押圧力とを合わせた、レンズＬに作用する研磨荷重をロードセル２２で検出することができる。そして、ロードセル２２により検出された研磨荷重の検出信号がスイッチ５６および荷重モニタ５５を介して電空レギュレータ５１に入力され、電空レギュレータ５１は、ロードセル２２から入力される検出信号をフィードバック制御信号として、押圧機構４０に供給する空気圧の制御を行う。

このように、押圧機構４０からの押圧力に研磨工具２５等の自重を加えた研磨荷重をロードセル２２で検出して、押圧機構４０に供給する空気圧の制御を行うため、研磨荷重の制御におけるオフセット（定常偏差）を少なくすることができ、研磨性能をより向上させることが可能になる。また、このようにすれば、研磨荷重を直接リアルタイムで検出することができる。さらに、板バネ部材３５の変形による弾性力が生じたとしても、当該弾性力を加味した研磨荷重をロードセル２２で検出することができる。

なお、上述の実施形態において、ＸＹＺステージ１０およびレンズＬを平行移動させているが、これに限られるものではなく、レンズＬを固定として、研磨機構２０を上下左右方向へ移動させるようにしてもよい。

また、上述の実施形態において、曲面状のレンズＬの表面（被研磨面）を研磨する場合を例に説明を行ったが、これに限られるものではなく、例えば、曲面を有するワーク等を研磨する場合にも、本発明を適用可能である。

１ 研磨装置
１０ ＸＹＺステージ（保持機構）
２０ 研磨機構
２１ ベース部材 ２２ ロードセル（検出部）
２５ 研磨工具
２６ ボールスプライン軸 ２７ 研磨部
３０ ジョイント部（連結部材）
３１ ロータリージョイント ３３ スラストジョイント
３４ アーム部材 ３５ 板バネ部材
４０ 押圧機構 ４５ 回転機構
５０ 加圧制御ユニット（制御部）
Ｌ レンズ

Claims (4)

1. 研磨対象物を研磨する研磨工具と、
   前記研磨工具を前記研磨対象物に押圧させる押圧機構と、
   前記研磨工具を傾斜させる揺動機構と、
   前記研磨工具を回転させる回転機構と、
   前記研磨工具の自重により前記研磨工具から前記研磨対象物に作用する荷重と、前記押圧機構による押圧力を受けて前記研磨工具から前記研磨対象物に作用する荷重とを合わせた荷重を検出する検出部と、
   前記揺動機構による前記研磨工具の傾斜状態に対応し、前記検出部による検出結果の前記荷重に基づいて前記押圧機構を制御する制御部とを備え、
   前記回転機構により前記研磨工具が回転した状態で、前記押圧機構が前記研磨工具を前記研磨対象物に押圧させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
   前記押圧機構により押圧される前記研磨工具と一体的に押圧方向に移動可能なアーム部材と、
   前記研磨工具を前記押圧方向に相対移動可能に支持するベース部材とを備え、
   前記アーム部材および前記ベース部材は、前記揺動機構により互いの相対位置関係を維持した状態で揺動するとともに、それぞれ前記押圧機構の押圧方向に沿って互いに対向する天井部を有し、前記検出部は、前記アーム部材の前記天井部と前記ベース部材の前記天井部との間に配置されている一方、
   前記研磨工具は、前記回転機構により中心軸周りに回転する軸部材と、前記軸部材の端部に設けられて前記研磨対象物に接触する研磨部とを有し、
   前記検出部は前記軸部材の前記中心軸の延長線上に配置され、前記押圧機構は前記軸部材の前記中心軸の延長線上に配置されてなり、
   また、前記研磨工具を前記ベース部材に連結する連結部材を備え、
   前記連結部材は、前記ベース部材に前記押圧方向に相対移動可能に支持されるスラストジョイント部と、前記スラストジョイント部と前記研磨工具とに連結されて前記回転機構からの回転駆動力を前記研磨工具へ伝達するロータリージョイント部とを有し、
   前記アーム部材は、前記ロータリージョイント部の胴部に結合されていることを特徴とする研磨装置。
2. 前記押圧機構の押圧方向に沿って延びる前記ベース部材の側部と前記スラストジョイント部との間に、前記連結部材を支持する板バネ部材が設けられており、
   前記押圧機構は、前記板バネ部材に支持された前記連結部材を介して前記研磨工具を前記研磨対象物に押圧することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記ベース部材の側部と前記スラストジョイント部との間に、複数の前記板バネ部材が前記押圧方向に沿って平行に並んで配置されていることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記検出部は、前記板バネ部材の弾性力を加味して前記荷重を検出することを特徴とする請求項２または３に記載の研磨装置。

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