JPH07299721A

JPH07299721A - 非球面研磨装置

Info

Publication number: JPH07299721A
Application number: JP12308294A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Kobayashi; 達也小林
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-05-11
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】回転軸対称非球面形状の被加工物を非接触で
研磨加工し得る非球面研磨装置を提供する。【構成】所望の加工面に形成した研磨部材３を被加工
物１１に対向して設ける。研磨部材３に設けた研磨液流
通穴２８から被加工物１１に研磨液を圧送し、研磨部材
３と被加工物１１との間に間隙４０を生じさせる。研磨
部材３をモータ２５により、被加工物１１をモータ１２
により、それぞれ相反する方向に回転し、被加工物１１
を加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸対称非球面形状
を有する光学素子や光学素子成形用金型等の被加工物を
加工する非球面研磨装置に係り、特に上記被加工物に対
して非接触で加工し得るようにした非球面研磨装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被加工物に対して回転軸対称非球
面形状の研磨加工を施す際には、一般的に高速かつ高精
度で回転させたダイヤモンド砥石を所望する非球面形状
に沿って位置決めするＣＮＣ研削を行い、しかる後に非
球面形状全体について均一に除去する研磨あるいは所望
形状との誤差分を部分的に修正除去する研磨を行って所
望の形状精度及び表面粗さに仕上げている。

【０００３】しかし、前記の研磨方法は高度な加工であ
り、通常、高技能を要する熟練者の加工ノウハウ（皿形
状、加工条件等）により加工することが多い。さらに、
鏡面仕上げにおいて表面粗さをＲｍａｘ０．０１μｍ以
下に仕上げるには、研磨部材としてピッチが使用されて
いるが、ピッチは粘弾性体であるため、研磨皿等の形状
は作業者の勘に頼っており、均一なものが得られにく
い。また、研磨加工中に熱、他の原因により塑性変形が
生じやすく、研磨部材としの寿命が短い等の欠点があ
る。そこで、上記諸問題を解決するために、研磨部材と
被加工物との間に研磨液を介在させて研磨除去を行うフ
ロートポリシング等の非接触研磨法が提案されている。

【０００４】被加工物が平面形状のフロートポリシング
においては、被加工物と平面形状の研磨部材（研磨底
盤）とが非接触のために研磨部材の摩耗は無く、安定し
た研磨加工が可能である。また、被加工物が球面形状の
フロートポリシングにおいては、特開昭６３−２３２９
６３号公報に開示されているように、研磨部材を回転駆
動させる手段と、該研磨部材を所望の球面曲率半径で旋
回走査させる手段と、該研磨部材に動圧発生溝を設ける
溝切削バイトを装着した溝切削手段と、該研磨部材表面
に球面と創成するために円環の一部に球面創成バイトを
装着した球面切削手段と、前記円環を回転駆動させる手
段と、被研磨材を保持する支持部材を有する回転駆動軸
と同駆動手段を備えた球面研磨装置が提案されている。
この球面研磨装置は、球面状の研磨部材を回転かつ旋回
走査して溝切削バイトにて上記球面にスパイラル状の動
圧発生溝を加工し、研磨部材を所定の角度傾斜させ円環
を介して回転させた球面創成バイトにより上記球面に切
込、切削加工を行って球面創成加工を施した後、研磨液
中で研磨部材及び被加工物を互いに回転させて研磨する
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フロー
トポリシングを適用した前記従来の球面研磨装置におい
ては、研磨部材を円環状の球面切削手段を用いて創成し
ているため、原理上、球面形状の研磨しか行えず回転軸
対称非球面形状への適用は不可能である。

【０００６】本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、回転軸対称非球面形状へのフロートポ
リシングの適用を可能にした非球面研磨装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本願の請求項１に係る発明は、被加工物に対して非
接触な状態で対向させた研磨部材により被加工物を研磨
加工する非球面研磨装置において、被加工物の非球面形
状を規定量だけオフセットした形状を有する研磨部材を
回転駆動させる手段と、研磨部材の回転軸と被加工物の
回転軸を一致させる手段と、研磨部材に設けた研磨液流
通穴から研磨液を被加工物に圧送する手段とを備えて構
成した。

【０００８】請求項２の発明は、前記研磨部材を、研磨
工具と一体で着脱可能に設けて構成した。請求項３の発
明は、前記研磨部材を、超精密ＮＣ旋盤によりダイヤモ
ンドバイトで加工して構成した。

【０００９】請求項４の発明は、前記研磨部材の回転軸
と被加工物の回転軸を一致させる手段を、被加工物の外
径部を検出する光学的手段により構成した。請求項５の
発明は、前記研磨部材の回転軸と被加工物の回転軸を一
致させる手段を、被加工物と研磨部材との外径部に嵌合
する円環部材により構成した。

【００１０】

【作用】

［請求項１の作用］被加工物の非球面形状を規定量だけ
オフセットした形状を有する研磨部材を被加工物に対向
してセットし、研磨部材の回転軸と被加工物の回転軸を
一致させる手段により両回転軸を一致させる。そして、
研磨加工の際は、研磨液中に研磨部材と被加工物を浸漬
し、両者を対向かつ両回転軸を一致させた状態におい
て、研磨部材を被加工物の方向に所定の加圧力で押圧し
つつ研磨部材に設けた研磨液流通穴から研磨液を被加工
物に向かって圧送する。この研磨液の圧送により、前記
加圧力と研磨液圧力との関係で研磨部材と被加工物との
間に隙間を生じさせ非接触状態にするとともに、前記隙
間に研磨液の流速を発生させ、研磨液中の研磨砥粒の衝
突力で被加工物の研磨を進行させる。

【００１１】［請求項２の作用］研磨部材は、研磨工具
と一体で非球面形状に形成可能となり、研磨装置上での
フレ発生がなく良好な研磨が達成される。

【００１２】［請求項３の作用］研磨工具と一体になっ
ている研磨部材素形材が、所望の回転軸対称非球面形状
に対し、規定量だけオフセットした形状に形成可能にな
る。

【００１３】［請求項４の作用］光学的測定機により被
加工物の外径部を検出し、その外径部寸法に基づいて被
加工物を移動し、研磨部材の回転軸と被加工物の回転軸
を一致させる。

【００１４】［請求項５の作用］円環部材を研磨部材の
外径部に嵌合するように取り付け、この円環部材に被加
工物の外径部を嵌合し、研磨部材の回転軸と被加工物の
回転軸を一致させる。

【００１５】

【実施例１】図１から図３は本発明の実施例１を示し、
図１及び図２は非球面研磨装置の正面図及び右側面図、
図３は研磨工具の中央縦断面図で研磨加工時の状態を示
している。本実施例の研磨装置１は、背面２ａを立ち上
げたベース２を有し、背面２ａの上部正面に研磨工具４
を上下方向（矢印Ｚ方向）に移動するＺ軸スライド５が
取り付けられている。Ｚ軸スライド５には移動板５ｂが
固着され、モータ５ａによって矢印Ｚ方向に移動可能と
なっている。移動板５ｂの正面には、研磨部材３を保持
する研磨工具４が着脱可能に取り付けられている。

【００１６】一方、ベース２の上面には、Ｙ軸スライド
６がモータ６ａにより矢印Ｙ方向へ移動可能に設けら
れ、このＹ軸スライド６の上にモータ７ａにより矢印Ｘ
方向へ移動可能なＸ軸スライド７が設けられている。上
記Ｚ，Ｙ，Ｘ軸スライド５，６，７は図示しない電装盤
より数値制御されるようになっている。

【００１７】Ｘ軸スライド７の上には支持部材８が設け
られ、支持部材８の正面に下軸軸受９が取り付けられて
いる。下軸軸受９にはワークホルダ１０の軸部が回転可
能に保持されており、ワークホルダ１０の先部に被加工
物１１がその被加工面を上方に向けた状態で固持される
ようになっている。ワークホルダ１０の軸部には、支持
部材８の正面に取り付けたモータ１２の回転軸がベルト
１３を介して接続されており、モータ１２の回転により
ワークホルダ１０と一緒に被加工物１１が回転駆動され
るようになっている。被加工物１１は研磨水槽１４内で
上記研磨部材３と対向配置されており、研磨水槽１４内
の研磨液はパイプ１５を介して研磨液タンク１６に集め
られ、パイプ１７で接続されたポンプ１８により、パイ
プ１９及び研磨工具４を通じて循環するようになってい
る。

【００１８】次に、研磨工具４について、図１から図３
を用いて説明する。研磨工具４の軸受箱２０は、上記Ｚ
軸スライド５の移動板５ｂ正面に着脱可能に取り付けら
れている。軸受箱２０には、その内部に設けた軸受２１
を介して研磨シャフト２２が軸線を上下方向に配置した
状態で回転可能に支持されている。研磨シャフト２２の
下端（先端）には、研磨部材３が保持され、その研磨加
工面３ａが上記被加工物１１の被加工面１１ａに対向さ
れるようになっている。研磨シャフト２２の上外周部に
は、ベルト２３を巻回するための溝２４が固設されてお
り、上記移動板５ｂの正面に取り付けたモータ２５の回
転軸とベルト２３を介して接続され、モータ２５の駆動
により研磨シャフト２２が回転されるようになってい
る。さらに、研磨シャフト２２の上端部には、研磨部材
３の研磨圧力を与える圧縮バネ２６が配置され、バネ押
さえ２７により所望の加圧を設定し得るようになってい
る。また、研磨部材３及び研磨シャフト２２には、その
中心に研磨液流通穴２８が形成されている。この研磨液
流通穴２８は、研磨シャフト２２の上端に設けたロータ
リー継手２９の流通穴３０に連接され、この流通穴３０
に接続された上記パイプ１９を介して、上記ポンプ１８
により、研磨液は研磨部材３から被加工物１１に対して
圧送供給が可能となっている。

【００１９】上記軸受箱２０の直交する２側には、Ｘ軸
方向の軸合わせ用顕微鏡３１とＹ軸方向の軸合わせ用顕
微鏡３２が取り付けられている。この顕微鏡３１，３２
は移動板５ｂに取り付けられたＣＲＴ３３に接続されて
おり、顕微鏡３１，３２の映像は拡大されＣＲＴ３３に
て写し出すことが可能となっている。

【００２０】次に、上記構成からなる回転軸対称非球面
形状の非球面研磨装置の作用について説明する。研磨部材の加工研磨部材３の加工を図４に基づいて説明する。研磨部材
３は材質としてポリウレタンを使用した。研磨部材３を
研磨シャフト２２に一体的に取り付けた研磨工具４を研
磨装置１から取り外して、図４に示すように、超精密Ｎ
Ｃ旋盤の主軸３５上の取付台３６に固持する。そして、
図示を省略した駆動モータによりベルト３７を介して研
磨シャフト２２を回転させつつ研磨部材３に対向配置し
たダイヤモンドバイト３８を研磨加工面３ａに当接させ
つつ矢印Ａ方向に移動して、研磨部材３の研磨加工面３
ａを被加工物１１の被加工面形状と位相を同じくし、且
つ規定量だけオフセットした形状に切削加工する。次
に、上記の手順で加工した研磨部材３を研磨工具４と共
に図１，２に示すように研磨装置１に配置・保持する。

【００２１】研磨工具と被加工物の軸合わせ研磨工具３と被加工物１１の軸合わせを図１，２に基づ
いて説明する。研磨工具４の軸受箱２０に取り付け顕微
鏡３１，３２により、被加工物１１との軸合わせを行
う。軸合わせの際は、まず、研磨工具の回転中心軸ｕと
顕微鏡３１，３２との距離Ｘ₁，Ｙ₂を測定しておく。
次に、顕微鏡３１，３２を被加工物１１の外周線１１
Ｘ，１１Ｙに焦点を合わせ、その位置を基準位置（Ｘ＝
０，Ｙ＝０）とし、被加工物１１をＸ軸スライダ７，Ｙ
軸スライダ６によりＸ方向、Ｙ方向に各々Ｘ₁，Ｙ₂だ
け移動させる。これにより、研磨工具４と被加工物１１
の回転中心軸を一致させる操作が完了する。

【００２２】被加工物の研磨加工研磨時の作用を図１から図３に基づいて説明する。研磨
水槽１４の研磨液３９（図３参照）に研磨部材３と被加
工物１１を浸漬させるとともに、圧縮バネ２６により所
定の加圧力で被加工物１１の被加圧面１１ａを研磨加工
面３ａによって押圧する。しかる後、研磨液ポンプ１８
により一定圧力で被加工面１１ａと研磨加工面３ａの間
に研磨液流通穴２８から研磨液３９を圧送する。この
時、研磨液圧力と研磨加圧力との関係で釣り合った位置
に研磨部材３が浮上し、研磨加工面３ａと被加工面１１
ａとの間に間隙４０が生じる。この状態で、研磨部材３
と被加工物１１を各々モータ２５とモータ１２により相
反する方向へ回転させることで、間隙４０内で研磨液３
９の流速が発生し、研磨液３９中の砥粒の衝突力で被加
工面１１ａの凸部から微小量ずつ除去され、研磨加工が
進行する。

【００２３】本実施例によれば、面形状及び面粗さが良
好な回転軸対称な非球面を得ることができる。なお、研
磨部材３の材質としてはポリウレタンが望ましいが、さ
らにテフロンもしくはポリアセタールを用いても本実施
例と同様な作用、効果を得ることができる。

【００２４】

【実施例２】図５は本発明の実施例２を示す正面図であ
る。なお、実施例１と同一部分には同一番号を付して、
その説明は省略する。本実施例の非球面研磨装置４２の
特徴は、研磨工具３と被加工物１１の軸合わせを、研磨
工具３と被加工物１１の外径部に嵌合する円環部材４３
を用いて行う点である。研磨部材３と被加工物１１の外
径部を同寸法φＤに形成し、外径部に嵌合する内径部を
有する円環部材（例えばリング）４３を研磨部材３の外
径部に嵌合する。そして、円環部材４３の下部を研磨部
材３より突出させた状態でネジ（図示省略）等で研磨部
材３に固定する。次いで、円環部材４３の突出させた内
径部に被加工物１１の外径が嵌合するようにＸ軸スライ
ド７，Ｙ軸スライド６を介して被加工物１１を移動し、
研磨工具４と被加工物１１との軸合わせを行って、研磨
加工を行うようになっている。

【００２５】本実施例によれば、円環部材４３の内径部
に研磨部材３と被加工物１１の外径部を嵌合するだけで
極めて簡単に軸合わせを行うことができ、かかる軸合わ
せによっても上記実施例１と同様に面形状及び面粗さが
良好な回転軸対称の非球面を得ることができる。

【００２６】なお、本発明は、請求項４に記載した光学
的測定手段を、顕微鏡を用い被加工物の外径寸法より研
磨部材の回転軸と被加工物の回転軸を一致し得るように
構成する。また、請求項５に記載した円環部材は、被加
工物外径及び研磨部材外径に各々嵌合する内径を有する
リングで構成する。

【００２７】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１〜５の
発明によれば、回転軸対称非球面形状の非接触研磨が可
能になる。従って、非接触であるのでスクラッチやボイ
ド等の発生を極力抑えることができる。また、微細粒子
の加工面への衝突によって対象非球面が研磨されるので
被加工物のダメージが少なく、通常研磨加工時に生じる
加工変質層を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す正面図である。

【図２】本発明の実施例１を示す右側面図である。

【図３】本発明の実施例１，２における研磨工具を示す
中央縦断面図である。

【図４】研磨部材の加工状態を示す説明図である。

【図５】本発明の実施例２を示す正面図である。

【符号の説明】

１，４２非球面研磨装置３研磨部材４研磨工具１１被加工物２８研磨液流通穴３１，３２顕微鏡３８ダイヤモンドバイト４３円環部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物に対して非接触な状態で対向さ
せた研磨部材により被加工物を研磨加工する非球面研磨
装置において、被加工物の非球面形状を規定量だけオフ
セットした形状を有する研磨部材を回転駆動させる手段
と、研磨部材の回転軸と被加工物の回転軸を一致させる
手段と、研磨部材に設けた研磨液流通穴から研磨液を被
加工物に圧送する手段とを備えたことを特徴とする非球
面研磨装置。
【請求項２】前記研磨部材は、研磨工具と一体で着脱
可能に設けたことを特徴とする請求項１記載の非球面研
磨装置。
【請求項３】前記被加工物の非球面形状を規定量だけ
オフセットした形状を有する研磨部材は、超精密ＮＣ旋
盤によりダイヤモンドバイトで加工してなることを特徴
とする請求項１記載の非球面研磨装置。
【請求項４】前記研磨部材の回転軸と被加工物の回転
軸を一致させる手段は、被加工物の外径部を検出して得
るように設けた光学的測定手段からなることを特徴とす
る請求項１記載の非球面研磨装置。
【請求項５】前記研磨部材の回転軸と被加工物の回転
軸を一致させる手段は、被加工物と研磨部材との外径部
に嵌合する内径を有する円環部材からなることを特徴と
する請求項１記載の非球面研磨装置。