JPH0966445A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属・ガラス・セラミック等の材料を精密
にかつ小さい表面粗さで加工する研磨装置および研磨方
法であって、特に非球面で回転対称軸を有さない加工物
であっても、方向性のある加工痕を残すことなく研磨す
る。 【解決手段】 被研磨面３０とほぼ平行な軸線回りに
研磨部材６を回転させると同時に、該研磨部材６とこれ
を回転駆動するモータ７を一体に支持するフレーム１２
を、被研磨面３０とほぼ垂直な軸線回りに回転させて、
被研磨面３０の加工を行う。研磨部材６が同時に複数方
向に回転して研磨を行うので、方向性のある加工痕を残
すことなく精密に研磨できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属・ガラス・セラミ
ック等の材料を精密にかつ小さい表面粗さで加工する研
磨装置および研磨方法に係り、特に回転対称軸を持たな
い被加工物の表面を精密に研磨するのに適した研磨装置
および研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属・ガラス・セラミック等
の研磨は、揺動もしくは回転する研磨部材を一定圧力で
被研磨部材に当接させるという簡単な研磨機によって行
われてきた［例えば、中村宣夫、光学素子研磨技術の今
−レンズ・プリズム加工−、光技術コンタクト、Vol31,
No6,p323-328, １９９３］。しかしながら光学部品やこ
れを形成するための金型の製造においては、極めて表面
粗さを小さくし、高い精度で研磨することが要求されて
おり、高度の品質管理が要求される。このため、先に述
べたような単純な研磨方法では、このような精密な研磨
には対応できず様々な工夫がなされており、例えば特開
平５−１３８５１９号公報、特開平５−２４５７６７号
公報、特開平６−１２６６０７号公報に、精密な研磨を
行なうための装置が提案されている。

【０００３】特開平５−１３８５１９号公報に記載の研
磨装置では、回転駆動されるスピンドルの先端部に研磨
部材が取り付けられ、このスピンドルが軸支されたアー
ムによって揺動自在に支持されている。このアームには
ロッドが取り付けられており、揺動支点から水平方向の
位置を変えることができる重錘がこのロッドに取り付け
られ、重錘の位置によって研磨部材を被加工物に押し付
ける力が調整される。この装置によれば、回転している
被加工物に研磨部材を当接させて研磨を行う際に、研磨
部材の被加工面に対する接触圧を小さく設定しても、常
に一定に保つことができ、安定した研磨を行うことが可
能となる。

【０００４】また、特開平５−２４５７６７号公報に記
載の研磨装置では、研磨工具が流体圧の作用する膜状の
弾性体を備えた回転体であり、この弾性体の回転の中心
と異なる位置に研磨布が取り付けられ、これを回転して
いる被加工物に当接させることにより研磨を行なうもの
である。この装置によれば、研磨布を一定の圧力で被加
工物に押し付け、一度磨き上げた被加工物の形状誤差を
もねらいどおりに修正することが可能である。

【０００５】さらに特開平６−１２６６０７号公報に記
載の研磨装置は、回転駆動される円盤状の研磨部材を回
転軸と被加工面とがほぼ平行となるように保ちながら、
円盤状研磨部材の外周面を被加工物に当接し、揺動させ
て研磨するものである。この装置によれば、被加工物に
当接している円盤状研磨部材の外周面のどの部分におい
ても回転速度が均一であり、研磨部材を被研磨面と平行
に旋回させたときにみられるような、研磨部材の回転速
度の差による加工量の差が生じることなく、被加工面を
精度良く研磨することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では次のような問題点がある。特開平５−１３
８５１９号公報、特開平５−２４５７６７号公報に記載
の装置では、研磨部材を回転させるとともに、被加工物
をも回転駆動することを前提としている。このため、こ
れらの装置をそのまま用いる場合には被加工物の形状が
回転対称軸を有するものに限定される。また、非軸対称
の被加工物に応用することも考えられるが、この場合に
は、一定方向の研磨痕が生じたり、均一に研磨するのが
難しくなる。

【０００７】また特開平６−１２６６０７号公報に記載
の装置では、円盤状の研磨部材が一方向のみに回転して
いるため、この方向に研磨痕が生じやすく、研磨面に方
向性が残る。また揺動させながら被加工物に対して均一
の圧力を保つことは困難であり、全面にわたって均一に
効率よく研磨することは難しい。

【０００８】本発明は上記のような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、回転対称軸を持たない被
加工物であっても、方向性を持った加工痕を残すことな
く、効率よく精密に研磨することのできる研磨装置及び
研磨方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の研磨装置は、 被研磨面とほ
ぼ平行な軸線回りの回転が可能に支持された研磨部材
と、 この研磨部材を回転駆動する第１のモータと、
前記研磨部材と第１のモータとを一体に支持する第１の
フレームと、 被研磨面とほぼ垂直な軸線回りの回転が
可能となるように前記第１のフレームを支持する第２の
フレームと、 前記第１のフレームを回転駆動する第２
のモータとを有するものとする。

【００１０】また請求項２に記載の研磨装置は、 請
求項１に記載の研磨装置において、前記第１のフレーム
の回転軸は、前記研磨部材のほぼ中心を通る位置に設定
されているものとする。

【００１１】さらに請求項３に記載の研磨装置は、
請求項１に記載の研磨装置において、 前記第１のフレ
ームの回転軸は、前記研磨部材のほぼ中心から偏心した
位置を通るように設定されているものとする。

【００１２】請求項４に記載の研磨方法は、 研磨部
材を被研磨面とほぼ平行な軸線回りに回転し、 この回
転軸を被研磨面とほぼ平行に維持したまま、被研磨面と
ほぼ垂直な軸線回りに旋回し、 この状態を維持して前
記研磨部材を被研磨面に接触させるものとする。

【００１３】

【作用】請求項１に記載される研磨装置では、研磨部材
が被研磨面とほぼ平行な軸線回りに回転駆動され、かつ
研磨部材とこれを回転させるモーターとを一体に支持す
る第１のフレームが、研磨部材の回転軸と直角方向で被
研磨面とほぼ垂直な軸線回りに回転駆動されるので、研
磨部材の周面で被研磨面を効率よく研磨することができ
るとともに、研磨部材の周面が摺擦される方向を旋回さ
せることができる。したがって、研磨面に対して方向性
のある加工痕を残すことなく、一定の加工速度を保ちな
がら研磨することができる。また被加工物を回転させる
必要もないので、非軸対称のものであっても効率よくか
つ精密に研磨することができる。

【００１４】また、請求項２に記載される研磨装置で
は、請求項１に記載の研磨装置において、第１のフレー
ムの回転軸が研磨部材のほぼ中心を通る位置にあるの
で、研磨部材と被加工物との接触面積を狭くでき、曲率
の大きい曲線も正確に研磨することができる。

【００１５】さらに請求項３に記載される研磨装置で
は、請求項１に記載される研磨装置において、第１のフ
レームの回転軸が研磨部材のほぼ中心から偏心した位置
を通るように設定されているので、研磨部材と被加工物
との接触面積が広く、一度に広範囲を研磨できるため、
なだらかな曲面を効率よく磨くことができる。

【００１６】請求項４に記載される研磨方法では、研磨
部材を被研磨面とほぼ平行な軸線回りに回転するととも
に、この回転軸を被研磨面とほぼ平行に維持しながら旋
回し、研磨部材を被研磨面に接触させて研磨を行うの
で、研磨部材は同時に複数方向に回転しており、このた
め被研磨面に方向性を持った加工痕を残すことなく、精
密な研磨加工を施すことができる。また被加工物を回転
させる必要がないので、回転対称軸を持たない形状であ
っても精密に研磨することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。図１は本発明の請求項１または請求項２の実施例で
ある研磨装置を示す概略構成図である。この研磨装置
は、例えば画像形成装置で用いられる結像レンズの金型
を研磨するために用いることができる。

【００１８】デジタル式の画像形成装置における像の書
き込みには、レーザービームを用いるものが一般化して
おり、画像信号に対応して点滅するレーザービームをポ
リゴンミラーで反射させ、結像レンズを介して感光体上
に照射する。上記結像レンズは、レーザービームによる
各画素の照射が感光体上の正確な位置に行なわれるよう
に複数のレンズを組み合わせて用いられるのが一般的で
あった。しかしながら、複数枚のレンズを使用する場
合、各レンズの精密な加工や各レンズの位置の調整に多
くの労力が必要であるとともに、部品数も多くなってし
まう。このため、近年では従来ガラスで製造されること
の多かったレンズを、加工性の良いプラスチックで製造
し、像光を一枚のレンズで正確に結像させる技術が開発
されている。これにともない、従来より一層精密なレン
ズの品質管理が必要であり、特に軸非対称の曲面を有す
る金型を精密に研磨する技術が要求される。

【００１９】本実施例の研磨装置は、このようなプラス
チックレンズを製造するための金型を研磨するために用
いることができるものである。この研磨装置は、図１に
示すように、被研磨面とほぼ平行な軸線回りに回転する
研磨部材６を被研磨面に当接して研磨を行なう研磨ヘッ
ド１と、研磨ヘッド１全体を被研磨面と垂直な軸線回り
に回転可能に支持する研磨ヘッド保持部２と、この研磨
ヘッド保持部２を被研磨面と垂直な方向に進退が可能に
支持する支持基部３とで主要部が構成されている。

【００２０】上記研磨ヘッド１は、軸受５によって回転
可能に支持された支持軸４と、この支持軸４に固定され
た研磨部材６と、研磨部材回転用モータ７と、この研磨
部材回転用モータ７からウォーム８および歯車９を介し
て回転駆動力が伝達される回転軸１０と、この回転軸１
０から上記支持軸４に回転駆動力を伝達するベルト１１
と、研磨部材回転用モータ７と回転軸１０と支持軸４と
を支持する第１のフレーム１２と、この第１のフレーム
１２を支持するとともに、研磨ヘッド保持部２によって
回転可能に支持される第２のフレームと１３を有してい
る。

【００２１】上記研磨部材６としては、硬度４０〜６０
度程度の天然ゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、発
泡ポリウレタンゴムなどの弾性体からなるリング状の基
体の表面に、織物やフェルト、発泡体等のシート状物を
接着し、その表面には更に研磨用砥粒、油、潤滑剤など
の混合物が塗布されたものなどが用いられる。上記研磨
用砥粒としては、ダイヤモンド、アルミナ、シリカ等の
微粒子が挙げられ、潤滑剤としては樹脂の粉末等が用い
られる。

【００２２】また、上記第２のフレーム１３は、ほぼ円
筒状になっており、その外周面には２つのリング状電極
１４が設けられている。このリング状電極１４に、研磨
ヘッド保持部２に支持された接触子１５が当接してお
り、これらの接触子１５およびリング状電極１４を介し
て上記研磨部材回転用モータ７への電力の供給が行なわ
れるようになっている。

【００２３】研磨ヘッド保持部２は、研磨ヘッド１を回
転させるヘッド駆動用モータ１６と、このヘッド駆動用
モータ１６を支持するとともに、研磨ヘッドを支持軸４
と垂直な回転軸１７によって支持する第３のフレーム１
８と、第３のフレーム１８が固着され、上下に移動可能
なスライド基部１９と、支持基部３に固定され上記スラ
イド基部１９を上下方向に案内するスライド枠２０とで
主要部が構成されている。また、スライド基部１９はワ
イヤ２１と、このワイヤ２１が掛け回されるプーリー２
２と、ワイヤ２１の先端に取り付けられた錘２３とによ
って支持基部３に保持されている。また、スライド基部
１９からスライド枠２０に向かって、圧搾空気を吹き出
すようになっており、これによりスライド基部１９とス
ライド枠２０との間に摩擦をほとんど生じることなく、
上下方向にスライド基部１９が移動できるようになって
いる。

【００２４】本実施例において上記回転軸１７は、被研
磨面に対し垂直方向であって、研磨ヘッド１のほぼ中
心、すなわち研磨部材６の被研磨面との接触部分を通る
位置に設定されている。また、上記支持基部３は、研磨
用ロボット等に支持され、水平方向（Ｘ−Ｙ方向）の所
定の位置に移動するように制御される。

【００２５】次に、上記研磨装置の動作であって、請求
項４に記載の発明の一実施例である研磨方法について説
明する。まず、この研磨装置を加工しようとする物の上
方に設置し、スライド基部１９をスライド枠２０に沿っ
て下降させて研磨ヘッド１の研磨部材６が被研磨面に当
接するように設定を行なう。この時、研磨される被加工
物３０は角度を変えることができるように支持されてお
り、向きを調整して、被研磨面が研磨部材６の支持軸５
とほぼ平行になるように支持されている。

【００２６】そして、研磨部材回転用モータ７を作動さ
せることにより、研磨部材６が回転し、さらにこの状態
でヘッド駆動用モータ１６を作動することにより、研磨
ヘッド１が回転軸１７を中心に回転し、この状態で研磨
部材６を被研磨面に当接させることにより、研磨が行わ
れる。

【００２７】図２は、この研磨装置における研磨部材３
の回転を説明する平面図であり、この図に示すように、
研磨部材６はその支持軸４を中心に回転すると同時に、
研磨ヘッド全体がその支持軸４と垂直で、被研磨面とも
ほぼ垂直な回転軸１７を中心に回転し、研磨部材６は図
中に一点鎖線で示すように旋回する。さらに、支持基部
がＸ−Ｙ平面内で適切に移動するとともに、加工する部
材の被研磨面が支持軸４とほぼ平行となるように角度が
調整され、任意の曲面の必要な箇所の研磨が行なわれ
る。上記のような構成の研磨装置および研磨方法によれ
ば、研磨部材が同時に垂直な二方向に回転しながら研磨
が行なわれるので、研磨面に方向性のある加工痕を残す
ことなく、また複雑な曲面を有する非軸対称の曲面であ
っても精密かつ均一に研磨を行うことができる。

【００２８】次に、請求項１または請求項３に記載の発
明の一実施例である研磨装置について説明する。この研
磨装置では、研磨ヘッドを旋回可能に支持する回転軸１
１７が研磨部材１０６の中心から偏心した位置に設けら
れている。この点以外は図１に示す実施例と同様の構成
を有するものである。

【００２９】図３は本実施例の研磨装置における研磨部
材１０６の動きを説明する平面図であり、先に述べた実
施例と同様、研磨部材１０６が支持軸１０４を中心に回
転すると同時に、研磨ヘッド全体が支持軸１０４と直角
な方向で被研磨面とほぼ垂直方向の回転軸１１７を中心
に回転している。本実施例においては、回転軸１１７が
研磨部材１０６のほぼ中心から偏心した位置を通るよう
に設定されており、研磨部材１０６は回転しながら図３
中の一点鎖線で示すように旋回するので研磨面積が広く
なる。したがってこのような構成の研磨装置を用いて研
磨を行うと、一度に広範囲を研磨することができ、なだ
らかな曲面を効率よく研磨することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に記載の研磨装置では、研磨部材が被研磨面とほぼ平行
な軸線回りに回転するとともに、前記研磨部材を支持す
るフレームが被研磨面とほぼ垂直な軸線回りに旋回が可
能であるので、研磨部材を同時に垂直な二方向に回転さ
せて研磨を行うことができる。このため、被研磨面には
一定方向に加工痕が残ることなく、また被加工物を回転
させる必要がないので、非軸対称の曲面であっても均一
に研磨することができる。さらに、装置の構造を複雑と
することなく、高価な制御手段等も必要としないため、
安価に製造できる。

【００３１】請求項２に記載の研磨装置では、研磨部材
を支持するフレームが研磨部材のほぼ中心を通る位置で
回転可能に支持されているので、同時に研磨される面積
を小さくすることができ、曲率の大きい曲面も正確に研
磨することができる。

【００３２】請求項３に記載の研磨装置では、研磨部材
を支持するフレームが研磨部材のほぼ中心から偏心した
軸線回りに旋回するように支持されているので、同時に
研磨される面積が広くなり、比較的なだらかな曲面であ
れば同時にに広範囲を研磨することができ、広い範囲を
短い時間で研磨することが可能となる。

【００３３】請求項４に記載の研磨方法では、研磨部材
を研磨面とほぼ平行な軸線回りに回転し、この状態でさ
らに研磨部材を被研磨面とほぼ垂直な軸線回りに旋回さ
せて研磨を行うので、被研磨面に一定方向の加工痕を残
すことなく、均一な研磨を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１または請求項２に記載の発明の一実施
例である研磨装置を示す概略構成図である。

【図２】図１に示す研磨装置における研磨部材の動作を
説明する平面図である。

【図３】請求項３に記載の発明の一実施例である研磨装
置における研磨部材の動作を説明する平面図である。

【符号の説明】

１ 研磨ヘッド ２ 研磨ヘッド保持部 ３ 支持基部 ４ 支持軸 ５ 軸受け ６ 研磨部材 ８ ウォ−ム ９ 歯車 １０ 回転軸 １１ ベルト １２ 第１のフレーム １３ 第２のフレーム １４ リング状電極 １５ 接触子 １６ ヘッド駆動用モータ １７ 回転軸 １８ 第３のフレーム １９ スライド基部 ２０ スライド枠 ２１ ワイヤ ２２ プーリー ２３ 錘 ３０ 被加工物

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被研磨面とほぼ平行な軸線回りの回転
   が可能に支持された研磨部材と、 この研磨部材を回転駆動する第１のモータと、 前記研磨部材と第１のモータとを一体に支持する第１の
   フレームと、 被研磨面とほぼ垂直な軸線回りの回転が可能となるよう
   に前記第１のフレームを支持する第２のフレームと、 前記第１のフレームを回転駆動する第２のモータとを有
   することを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の研磨装置において、 前記第１のフレームの回転軸は、前記研磨部材のほぼ中
   心を通る位置に設定されていることを特徴とする研磨装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の研磨装置において、 前記第１のフレームの回転軸は、前記研磨部材のほぼ中
   心から偏心した位置を通るように設定されていることを
   特徴とする研磨装置。
4. 【請求項４】 研磨部材を被研磨面とほぼ平行な軸線
   回りに回転し、 この回転軸を被研磨面とほぼ平行に維持したまま、被研
   磨面とほぼ垂直な軸回りに旋回し、 この状態を維持して前記研磨部材を被研磨面に接触させ
   ることを特徴とする研磨方法。