JPH0985603A - 研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工物４の中心部及び外縁部において、目
標とする研磨量分だけ確実に且つ低コストで研磨する。 【解決手段】 被加工物４に対して研磨工具５を押圧さ
せつつ相対移動させる。このとき、被加工物４と研磨工
具５との接点Ｏにおける法線ｔに対して、被加工物４に
対する研磨工具５の押圧方向を、被加工物４の目標とす
る形状に応じて定めた角度αだけ傾斜させて、被加工物
４を研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子の研磨方
法及び研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子を研磨する場合、光学素子の形
状が球面であるかそれ以外の非球面形状であるかによ
り、研磨装置及び研磨方法は大きく異なってくる。最
近、非球面光学素子を研磨する装置として、小径研磨工
具を用いたスモールツール研磨法が多く用いられてい
る。回転対称非球面光学素子を研磨するためのこのよう
な研磨装置としては、特公平４−５０１５２号公報に記
載されているものがある。

【０００３】この研磨装置は、図１３に示すように、タ
ーンテーブル上に設けられているワークチャック３で、
被加工物４を支持している。このターンテーブル２は、
ターンテーブル２を水平方向（Ｘ方向）に移動可能なＸ
方向移動機構１に設けられている。研磨工具５は、鉛直
方向（Ｚ方向）に伸びているスピンドル軸６の下端に取
り付けられている。このスピンドル軸６は、スピンドル
軸６を回転させると共に、このスピンドル軸６に対して
軸方向の定圧荷重を負荷する駆動定圧機構７に設けられ
ている。駆動定圧機構７は、傾斜角可変機構８に取り付
けられている。この傾斜角可変機構８は、水平方向で且
つＸ方向に垂直なＹ方向に伸びているＡ軸を有し、駆動
定圧機構７と共にスピンドル軸６をＡ軸回りに傾ける機
構である。傾斜角可変機構８は、この傾斜角可変機構８
をＺ方向に移動可能なＺ方向移動機構９に取り付けられ
ている。

【０００４】研磨工具５と被加工物４との相対位置調節
は、Ｘ方向移動機構１及びＺ方向移動機構９を駆動させ
て、両者５，４をそれぞれＸ方向及びＺ方向に相対的に
移動させて行う。被加工物４の研磨では、ターンテーブ
ル２を駆動して被加工物４を回転させる。そして、図１
４に示すように、研磨工具５が被加工物４の回転中心Ｏ
ｌを通るよう、Ｘ方向移動機構１を駆動して研磨工具５
を被加工物４に対してＸ方向に相対的に往復移動させる
と共に、研磨工具５が常に被加工物４に接触しているよ
う、Ｚ軸機構部９を駆動して研磨工具５をＺ方向に移動
させる。さらに、スピンドル軸６は、図１５に示すよう
に、研磨工具５と被加工物４と接点Ｏにおける方線ｔと
常に一致しているよう、傾斜角可変機構８により制御さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術では、研磨工具５が被加工物４の外縁から
はみ出さないよう、研磨工具５を相対的に往復移動させ
ると、被加工物４の外縁部において、研磨工具５から受
ける荷重が小さくなると共に、研磨工具５が滞留してい
る時間が他の部分に比し少なくなるので、研磨量が少な
くなってしまう。

【０００６】ここで、以上の現象に関して簡単に説明す
る。スピンドル軸６が研磨工具５と被加工物４との接点
Ｏにおける方線ｔと一致している場合、被加工物４にか
かる荷重の分布Ｑは、図１６に示すように、スピンドル
軸６の延長線上の位置がピークとなり、ここの位置Ｑｐ
から遠ざかるに従って２次関数的に小さくなる。このた
め、研磨工具５を被加工物４の外縁からはみ出せない
と、荷重ピーク位置Ｑｐが被加工物４の外縁に達しない
ので、外縁部にかかる荷重は、他の部位に比して小さく
なってしまう。

【０００７】また、研磨工具５が被加工物４の外縁から
はみ出さないよう、研磨工具５を相対的に往復移動させ
ると、図１４に示すように、研磨工具５の外縁上の点ｂ
は、被加工物４の外縁まで至るが、研磨工具５の外縁上
の点ａは、被加工物４の外縁まで至らない。一方、被加
工物４の外縁部以外の箇所には、研磨工具５の外縁上の
いずれの点ａ，ｂも通過する。従って、前述したよう
に、被加工物４の外縁部においては、研磨工具５の滞留
時間が他の部位に比して少なくなってしまう。

【０００８】そこで、図１５及び図１７に示すように、
被加工物４の外縁部を覆う枠１１を被加工物４に取り付
けて、研磨工具５が被加工物４の外縁からはみ出るよ
う、研磨工具５を相対的に往復移動させる方法がある。
より具体的には、荷重ピーク位置が被加工物４の外縁か
ら少しでもはみ出すよう、研磨工具５の接触面の中心点
Ｏを被加工物４の外縁からはみ出させる。この方法で
は、被加工物４の加工面と枠の加工面との間に段差が生
じないよう、両者の研磨量を同じくすべく、枠の材質を
被加工物４の材質に合わせている。従って、この方法で
は、被加工物４の外縁側に研磨量を多くすることができ
るものの、被加工物４と同じ材質の枠を、各被加工物４
ごとに準備しなければならず、製造コストが嵩むという
問題が生じる。

【０００９】また、以上の方法の他、外径が完成品より
も大きな被加工物を準備し、先に説明した装置で被加工
物を研磨した後、研磨量の少ない外縁部を研削してしま
うという方法がある。しかしながら、この方法において
も、外径が完成品よりも大きな被加工物を準備しなけれ
ばならず、製造コストが嵩むという問題が生じてしま
う。

【００１０】また、従来技術では、図１５に示すよう
に、被加工物４及び研磨工具５が共に回転していても、
被加工物４の回転中心Ｏｌにおいて、被加工物４に対す
る研磨工具５の相対周速度が０となってしまい、回転中
心Ｏｌの周囲部分に比し極端に研磨量が少なくなるとい
う問題がある。

【００１１】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、被加工物の中心部においても外周
側でも、目標とする研磨量分だけ確実に研磨して、低コ
ストで被加工物を目標とする形状にすることができる研
磨方法、及び研磨装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の研磨方法は、被加工物（４）と研磨工具（５）との接
点（Ｏ）における法線（ｔ）に対して、被加工物（４）
に対する研磨工具（５）の押圧方向を、被加工物（４）
の目標とする形状に応じて定めた角度αだけ傾斜させ
て、被加工物（４）を研磨することを特徴とするもので
ある。ここで、法線（ｔ）に対する押圧方向の角度α
は、１５°以下であることが好ましい。

【００１３】また、前記目的を達成するための研磨装置
は、研磨工具（５）を被加工物（４）に押圧させる押圧
手段（３１）と、研磨工具（５）を被加工物（４）に対
して相対移動させる移動手段（１，２，９，２２，２
３，２６，３２，４０）と、被加工物（４）と研磨工具
（５）との接点（Ｏ）における法線（ｔ）に対して、押
圧手段（３１）による研磨工具（５）の押圧方向を、被
加工物（４）の目標とする形状に応じて定めた角度αだ
け傾斜させる傾斜手段と、を備えていることを特徴とす
るものである。

【００１４】ここで、前記傾斜手段は、法線（ｔ）に対
する押圧方向の角度αを任意に変えることができる傾斜
角可変機構（３４，３５，３６，３７，３８）と、法線
（ｔ）に対する押圧方向の傾斜角度αが被加工物（４）
の目標とする形状に応じて定めた角度になるよう、傾斜
角可変機構（３４，３５，３６，３７，３８）を制御す
る制御機構（１５）と、を有しているものであってもよ
い。

【００１５】また、前記傾斜手段は、法線（ｔ）に対す
る押圧方向の角度（α）を任意に変えることができる第
１傾斜角可変機構（５０）及び第２傾斜角可変機構（５
５）と、第２傾斜角可変機構（５５）を動作させていな
いと仮定して、押圧方向を法線（ｔ）方向に一致するよ
う、第１傾斜角可変機構（５０）を制御すると共に、法
線（ｔ）に対する押圧方向の傾斜角度αが被加工物
（４）の目標とする形状に応じて定めた角度になるよ
う、第２傾斜角可変機構（５５）を制御する制御機構と
を有しているものであってもよい。

【００１６】ここで、前記第１傾斜角可変機構（５０）
及び前記第２傾斜角可変機構（５５）を備えている研磨
装置において、研磨工具（５）は、弾性部材と、この弾
性部材を覆うポリシャー（５ａ）を有し、半球状に形成
され、第１傾斜可変機構（５０）は、押圧方向に対して
垂直な第１回転軸（５１）と、この第１回転軸（５１）
に取り付けられている第１回転ベース（５２）と、第１
回転軸又は第１回転ベースを回転させる第１駆動機構
（５３）とを有し、第２傾斜可変機構（５５）は、第１
回転軸（５１）と並行に第１回転ベース（５２）に取り
付けられている第２回転軸（５６）と、第１回転軸（５
１）に取り付けられ研磨工具（５）を支持する第２回転
ベース（５７）と、第２回転軸（５６）又は第２回転ベ
ース（５７）を回転させる第２駆動機構（５７ａ，５
８）とを有し、第２傾斜可変機構（５５）の第２回転軸
（５６）は、第２回転軸（５６）の延長線上に半球状の
研磨工具（５）の中心が位置するよう、配置されている
ことが好ましい。

【００１７】また、以上の研磨装置において、研磨工具
（５，６０）は、支持部（５ａ，６１）と、この支持部
に取り付けられている弾性部材（６２）と、被加工物
（４）に対向するよう弾性部材の表面に配されているポ
リシャ（５ｂ，６３）とを有しているものであることが
好ましい。

【００１８】なお、以上において、（ ）内の符号は、
以下の実施形態で説明する研磨装置の対応部位の符号で
ある。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施形態とし
ての各研磨装置について図面を参照しながら詳細に説明
する。

【００２０】まず、図１〜図８を用いて、本発明に係る
実施形態として研磨装置について説明する。この研磨装
置は、図１に示すように、研磨機２０と、この研磨機２
０の動作を制御するＮＣ制御機１５と、被加工物４の形
状計測を行う形状計測器１７と、この形状計測器１７で
得られた被加工物４の形状データと目標とする形状デー
タとに基づいて、ＮＣ制御機１５を動作させるためのＮ
Ｃ加工データを作成するＮＣ加工データ作成機１６とを
有している。

【００２１】研磨機２０は、被加工物４を保持するワー
クチャック２１と、Ｚ方向（鉛直方向）に伸びているθ
軸回りにワークチャック２１を回転させるターンテーブ
ル２２と、ワークチャック２１と共にターンテーブル２
２をＸ方向（水平方向）に移動させるＸ方向移動機構２
３と、Ｘ方向移動機構２３をＹ方向（水平方向で且つＸ
方向に対して垂直な方向）に移動させるＹ方向移動機構
２６と、研磨ヘッド３０と、研磨ヘッド３０を支持する
Ａ軸傾斜ベース３４と、このＡ軸傾斜ベース３４が傾斜
可能にこの傾斜ベース３４を囲うＢ軸傾斜枠３６と、Ｂ
軸傾斜枠３６に取り付けられＡ軸傾斜ベース３４を回転
させるＡ軸モータ３５と、Ｂ軸傾斜枠３６が傾斜可能に
この傾斜枠３６を囲う溝型枠３８と、この溝型枠３８に
取り付けられＢ軸傾斜枠３６を回転させるＢ軸モータ３
７と、溝型枠３８をＺ方向に移動させるＺ方向移動機構
４０と、このＺ方向移動機構４０を支持する台４３とを
備えている。

【００２２】Ｘ方向移動機構２３は、Ｘ方向に伸び、タ
ーンテーブル２２が摺動可能に嵌まり込む突起２４ａが
形成されているＸ方向案内テーブル２４と、ターンテー
ブル２２をＸ方向案内テーブル２４の突起２４ａに沿っ
て移動させるＸ方向移動モータ２５とを備えている。Ｙ
方向移動機構２６は、Ｙ方向に伸び、Ｘ方向案内テーブ
ル２４が摺動可能に嵌まり込む突起２７ａが形成されて
いるＹ方向案内テーブル２７と、Ｘ方向案内テーブル２
４をＹ方向案内テーブル２７の突起２７ａに沿って移動
させるＹ方向移動モータ２８とを備えている。また、Ｚ
方向移動機構４０は、Ｚ方向に伸び、溝型枠３８が摺動
可能に嵌まり込む突起４１ａが形成されているＺ方向案
内ベース４１と、この溝型枠３８をＺ方向案内ベース４
１の突起４１ａに沿って移動させるＺ方向移動モータ４
２とを備えている。このＺ方向移動機構４０のＺ方向案
内ベース４１は、台４３に固定されている。

【００２３】研磨ヘッド３０は、図２に示すように、一
定の方向に一定の荷重を掛けるエアシリンダ（押圧手
段）３１と、エアシリンダ３１により一定の方向に押さ
れるボールスプライン軸３２と、このボールスプライン
軸３２を回転させる研磨工具回転モータ３３と、このボ
ールスプライン軸３２の先端に取り付けられている研磨
工具５とを有している。この研磨工具５は、支持板５ａ
と、支持板５ａに取り付けられている半球状の弾性材
と、この弾性材を覆うポリシャ５ｂとを有している。こ
こで、弾性材としては、シリコンゴム等が考えられる。
また、ポリシャ５ｂとしては、ナイロン繊維で形成され
た布等が考えられる。

【００２４】Ｂ軸モータ３７は、Ｘ軸と平行なＢ軸回り
に、その回転軸が回って、Ｂ軸傾斜枠３６を傾斜させ
る。また、Ａ軸モータ３５は、Ｂ軸に垂直なＡ軸回り
に、その回転軸が回って、Ａ軸傾斜ベース３４を傾斜さ
せる。即ち、Ｂ軸モータ３７を駆動させると、Ｂ軸傾斜
枠３６を介してＡ軸傾斜ベース３４に取り付けられてい
る研磨ヘッド３０をＹＺ平面内で傾斜させ、Ａ軸モータ
３５を駆動させると、Ｂ軸を含む面内で、傾斜ベース３
４に取り付けられている研磨ヘッド３０を傾斜させる。

【００２５】なお、この研磨装置の実施形態において、
押圧手段は、エアシリンダ３１であり、傾斜角可変機構
は、Ａ軸傾斜ベース３４とＡ軸モータ３５とＢ軸傾斜枠
３６とＢ軸モータ３７と溝型枠３８を有して構成されて
いる。また、制御機構は、ＮＣ制御機１５を有して構成
されている。

【００２６】次に、以上で説明した研磨装置の動作につ
いて説明する。まず、形状計測器１７で、研磨前の被加
工物４の形状測定を行う。具体的には、接触子（図１に
示す）１７ａを被加工物４に接触させつつ、被加工物４
と相対移動させ、この接触子１７ａの移動量から被加工
物４の形状を把握する。形状計測器１７は、把握した被
加工物４の形状を被加工物形状データとして、ＮＣ加工
データ作成機１６へ送信する。

【００２７】作業者は、被加工物４の材質、研磨工具５
の材質や形状等の各種パラメータの他、被加工物４を研
磨して得ようとしている目標形状データをＮＣ加工デー
タ作成機１６に入力する。ＮＣ加工データ作成機１６
は、被加工物形状データと目標形状データとの偏差を各
種パラメータで補正して、ＮＣ加工データを作成してＮ
Ｃ制御機１５へ送信する。なお、被加工物形状データと
目標形状データとの偏差が、実質的に、目標とする研磨
量に相当する。

【００２８】ＮＣ制御機１５は、送信されたＮＣ加工デ
ータに基づき、Ｘ方向移動モータ２５、Ｙ方向移動モー
タ２８、Ｚ方向移動モータ４２、ターンテーブル２２、
Ａ軸モータ３５、Ｂ軸モータ３７、研磨工具回転モータ
３３の駆動量を制御する。さらに、ＮＣ制御機１５は、
エアシリンダ３１のオンオフ制御、及びこのエアシリン
ダ３１に供給する空気流量を制御する。この結果、各モ
ータ等が駆動して、被加工物４は研磨工具５により目標
とする形状に研磨される。

【００２９】この研磨において、被加工物４に対する研
磨工具５の相対移動は、各種考えられるが、ここでは、
図２及び図３に示すように、研磨工具５を回転させつ
つ、研磨工具５をＸ方向に往復移動させる一方で、被加
工物４をθ軸回りに回転させて、被加工物４を研磨する
方法について述べる。

【００３０】まず、初期動作で、Ｘ方向移動機構２３、
Ｙ方向移動機構２６、Ｚ方向移動機構４０が駆動して、
被加工物４の中心Ｏｌを通るＸ方向線上の被加工物４の
僅かに上に、研磨工具５を位置させると共に、Ａ軸モー
タ３５が駆動して、研磨工具５と被加工物４との予定接
点Ｏにおける法線ｔに対して、研磨ヘッド３０のボール
スプライン軸３２を特定角度αだけ傾ける。続いて、研
磨ヘッド３０のエアシリンダ３１が駆動して、予め設定
された押圧力で、研磨工具５を被加工物４に押し付け
る。ここで、研磨ヘッド３０のボールスプライン軸３２
は、図２に示すように、法線ｔに対して特定角度傾いて
いるので、研磨工具５の押圧方向も法線ｔに対して特定
角傾くことになる。

【００３１】以上の初期動作が終了すると、実際の研磨
動作が開始される。研磨動作が開始されると、前述した
ように、ターンテーブル２２が駆動して被加工物４をθ
軸回りに回転させ、研磨工具回転モータ３３が駆動して
研磨工具５を回転させる。さらに、Ｘ方向移動機構２３
が駆動して、研磨工具５を被加工物４のほぼ中心と被加
工物４のほぼ外縁との間を往復移動させると共に、この
Ｘ方向移動機構２３の駆動に追従してＺ方向移動機構４
０が駆動して、研磨工具５が常に被加工物４に接するよ
う研磨工具５をＺ方向に移動させる。この研磨工具５の
Ｘ方向及びＺ方向の移動過程で、法線ｔの方向は変わる
ので、法線ｔに対する押圧方向が常に特定角度傾いてい
るよう、Ａ軸モータの駆動量がＮＣ制御機１５により制
御される。

【００３２】法線ｔに対して押圧方向が傾いていると、
図４に示すよう、研磨工具５から被加工物４が受ける荷
重の分布Ｑは、押圧方向が傾いている方向に偏る。言い
換えると、押圧方向の傾いている方向に、荷重ピーク位
置Ｑｐが寄る。このため、同図（ｂ）に示すように、被
加工物４の−Ｘ側端において、研磨ヘッド３０のボール
スプライン軸３２が−Ｘ側に傾いていると、荷重ピーク
位置Ｑｐも被加工物４の−Ｘ側端側に寄る。この結果、
他の部位と同様に、被加工物４の外縁近傍にも、ピーク
荷重がかかるので、被加工物４の外縁近傍の研磨量も他
の部位とほぼ同じになる。

【００３３】また、被加工物４の回転軸（θ軸）と研磨
工具５の回転軸（ボールスプライン軸３２）とが重なり
合う場合、従来技術で述べたように、被加工物４の中心
（回転軸上の点）Ｏｌにおいて、被加工物４に対する研
磨工具５の相対周速度は、０になる。しかしながら、被
加工物４の回転軸θに対して研磨工具５の回転軸が傾い
ていると、被加工物４に対する研磨工具５の相対周速度
は、０にならない。この結果、被加工物４の中心部の研
磨量も、他の部位の研磨量とほぼ同じになる。

【００３４】ここで、法線ｔに対する押圧方向の傾斜角
度αについて、図５を用いて具体的に説明する。従来技
術のように傾斜角度αが０°の場合には、図５（ａ）に
示すように、被加工物４の中心部及び外縁部における研
磨量が他の部位の研磨量より少なくなってしまう。傾斜
角度αが５°の場合には、図５（ｂ）に示すように、被
加工物４の中心部及び外縁部における研磨量が他の部位
の研磨量とほぼ同じになる。また、傾斜角度αが１０°
の場合には、図５（ｃ）に示すように、被加工物４の中
心部及び外縁部における研磨量が他の部位の研磨量より
多くなってしまう。このように、被加工物４の中心部及
び外縁部を除く部位の研磨量に対する、被加工物４の中
心部及び外縁部の研磨量は、傾斜角度αに応じて変化す
る。従って、被加工物４の全域に渡って、研磨量を等し
くするためには、傾斜角度αを５°にすればよい。但
し、この傾斜角度５°は、被加工物４の材質、研磨工具
５の材質及び形状、押圧力等に応じて、変わるので、一
義的に定めることはできない。但し、傾斜角度αを極端
に大きくすると、研磨工具５と被加工物４との接触面積
が極端に小さくなって、研磨工具５の偏摩耗等の不都合
が生じるおそれがあるので、傾斜角度αとしては１５°
以下であることが好ましい。また、以上では、傾斜角度
αを一定に維持したまま研磨を行っているが、例えば、
被加工物４の中心部での研磨量を多くして、被加工物４
の外縁部での研磨量を少なくしたい場合には、研磨工具
５のＸ方向における往復移動過程で、傾斜角度αを変え
るようにしてもよい。

【００３５】以上のような傾斜角度αの設定は、作業者
が傾斜角度αを直接ＮＣ加工データ作成機１６に入力し
てよいが、目標形状データと傾斜角度αとの関係をＮＣ
加工データ作成機１６に予め記憶させておき、目標形状
データが入力されると、自動的に傾斜角度αが設定され
るようにしてもよい。

【００３６】次に、研磨工具５のＸ方向における往復移
動範囲について、図３、図４及び図６を用いて説明す
る。なお、図６の（ａ）（ｂ）（ｃ）は、いずれも傾斜
角度α５°での研磨量を示すものである。前述したよう
に、ここでは、研磨工具５を被加工物４のほぼ中心と被
加工物４のほぼ外縁との間を往復移動させるている。研
磨工具５と被加工物４との接点Ｏが被加工物４の中心Ｏ
ｌと外縁との間を往復移動する場合には、図６（ａ）に
示すように、被加工物４の中心部及び外縁部の研磨量が
他の部位の研磨量よりも少なくなる。被加工物４の外縁
部の研磨量が少なくなるのは、図４（ｂ）を用いて前述
したように、押圧方向が法線ｔに対して傾いていると、
荷重ピーク位置Ｑｐが被加工物４の外縁側に寄るもの
の、完全に被加工物４の外縁まで達しないためである。
また、被加工物４の中心部の研磨量が少なくなるのは、
押圧方向を法線ｔに対して傾けて、被加工物４に対する
研磨工具５の相対周速度を確保しているものの、この相
対周速度が他の部位に比して少ないためである。但し、
押圧方向を法線ｔに対してまったく傾けない場合より
も、このように傾けた方が、被加工物４の中心部及び外
縁部における研磨量の減少分は、少なくなることは言う
までもない。なお、研磨工具５と被加工物４とは、面接
触するので、以上において、研磨工具５と被加工物４の
接触領域の中心を、研磨工具５と被加工物４の接点Ｏと
している。

【００３７】次に、図３に示すように、研磨工具５と被
加工物４との接点Ｏが、被加工物４の外縁から−Ｘ側に
４ｍｍ至った位置と、被加工物４の中心Ｏｌから＋Ｘ側
に３ｍｍ至った位置との間を往復移動する場合について
説明する。なお、接点Ｏが被加工物４の外縁からはみ出
すということは、接点であるにも関わらず被加工物４と
接触していないことになり、矛盾することになるが、こ
こでは、被加工物４の外縁の外側にも、被加工物４と同
一材質の部材が存在していると仮定し、この部材を含め
て被加工物４と研磨工具５との接触領域の中心を、研磨
工具５と被加工物４との接点Ｏとしている。このよう研
磨工具５を被加工物４からはみ出させる場合、研磨工具
５が被加工物４から脱落してしまうようでは、従来技術
の述べたように、研磨工具５の脱落を防ぐために被加工
物４の回りに被加工物４と同じ材質の枠１１を取り付け
るなければならなくなる。そこで、図４（ａ）に示すよ
うに、被加工物４と研磨工具５との接触面のうち、接触
面の中心（先に定義した接点）Ｏａは、被加工物４から
はみ出させるものの、押圧力がかかるボールスプライン
軸３２の延長線上の点Ｐは、被加工物４からはみ出さな
いようにしている。このような場合、図６（ｂ）に示す
ように、被加工物４の中心部及び外縁部における研磨量
が他の部位の研磨量とほぼ同じになる。被加工物４の外
縁部の研磨量が他の部位の研磨量とほぼ同じくなるの
は、図４（ａ）に示すように、荷重ピーク位置Ｑｐが確
実に被加工物４の外縁に至るためである。また、被加工
物４の中心部の研磨量が他の部位の研磨量とほぼ同じに
なるのでは、図４（ｄ）に示すように、被加工物４の回
転中心と研磨工具５の回転中心との間のズレが大きくな
り、被加工物４に対する研磨工具５の相対周速度が大き
くなると共に、荷重ピーク位置Ｑｐが確実に被加工物４
の中心部に至るためである。なお、図５の（ａ）（ｂ）
（ｃ）は、いずれも、図６（ｂ）と同様に、研磨工具５
と被加工物４との接点Ｏが、被加工物４の外縁から−Ｘ
側に４ｍｍ至った位置と、被加工物４の中心から＋Ｘ側
に３ｍｍ至った位置との間を往復移動する場合の研磨量
を示している。

【００３８】また、研磨工具５と被加工物４との接点
が、被加工物４の外縁から−Ｘ側に５ｍｍ至った位置
と、被加工物４の中心から＋Ｘ側に５ｍｍ至った位置と
の間を往復移動する場合には、図６（ｃ）に示すよう
に、被加工物４の中心部及び外縁部の研磨量が他の部位
の研磨量より多くなる。

【００３９】従って、被加工物４の全域に渡って、研磨
量を等しくするばあいには、傾斜角度αを５°にして、
研磨工具５の往復移動範囲を、被加工物４の外縁から−
Ｘ側に４ｍｍ至った位置と、被加工物４の中心から＋Ｘ
側に３ｍｍ至った位置との間にすればよい。但し、適切
な往復移動範囲も、傾斜角度αと同様に、一義的に定ま
るものではなく、傾斜角度αや押圧力、さらには被加工
物４及び研磨工具５の大きさ等に応じて、変わるもので
ある。この往復移動範囲の設定は、傾斜角度αと同様
に、作業者が往復移動範囲を直接ＮＣ加工データ作成機
１６に入力してもよいが、傾斜角度α、押圧力、被加工
物４及び研磨工具５の大きさ等と適切な往復移動範囲と
の関係をＮＣ加工データ作成機１６に予め記憶させてお
き、被加工物４及び研磨工具５の大きさ等が入力される
と、自動的に適切な往復移動範囲が設定されるようにし
てもよい。

【００４０】ところで、以上は、被加工物４及び研磨工
具５を回転させつつ、研磨工具５をＸ方向に往復移動さ
せて、被加工物４を研磨するものであったが、本発明
は、これに限定されるものではなく、例えば、図７に示
すように、研磨工具５を回転させることなく小さく往復
移動させつつ大きく往復移動させると共に、被加工物４
を回転させて、被加工物４を研磨してもよいし、図８に
示すように、被加工物４を回転させない一方で、研磨工
具５を回転させ、この研磨工具５をＸ方向に往復移動さ
せつつＹ方向に少しずつずらして、被加工物４を研磨す
るようにしてもよい。なお、この図８に示す研磨態様
は、被加工物４を回転させないので、回転非対称の光学
素子を研磨することができる研磨態様である。

【００４１】次に、図９及び図１０を用いて、本発明に
かかる他の実施形態としての研磨装置について説明す
る。この研磨装置は、図１３を用いて説明した従来の研
磨装置に本発明を適用したものである。

【００４２】この研磨装置は、従来の研磨装置と同様
に、ターンテーブル２と、ワークチャック３と、Ｘ方向
移動機構１と、Ｚ方向移動機構９とを備えている。さら
に、先の実施形態のものと同様の研磨ヘッド３０と、こ
の研磨ヘッド３０のボールスプライン軸３２をＺＸ平面
内において傾ける第１傾斜角可変機構５０及び第２傾斜
角可変機構５５とを備えている。

【００４３】第１傾斜角可変機構５０は、図１０に示す
ように、Ｙ方向に伸びる第１回転軸５１と、この第１回
転軸５１に固定されている第１回転ベース５２と、第１
回転軸５１を回転させる第１傾斜モータ５３とを有して
いる。この第１傾斜モータ５３は、Ｚ方向移動機構９の
Ｚ方向移動ベース９ａに固定されている。また、第２傾
斜角可変機構５５は、第１回転軸５１と平行な第２回転
軸５６と、この第２回転軸５６に回転可能に取り付けら
れている第２回転ベース５７と、第２回転ベース５７を
第２回転軸５６回りに回転させる第２傾斜モータ５８と
を有している。第２回転ベース５７は、円板状を成し、
その外周にギヤ５７ａが形成されている。第２傾斜モー
タ５８は、第１回転ベース５２に固定されており、その
回転軸に第２回転ベース５７に形成されているギヤ５７
ａと係合するギヤ５８ａが取り付けられている。第２回
転ベース５７には、研磨ヘッド３０が固定されている。
第２回転軸５６は、その延長線上に研磨ヘッド３０の半
球状の研磨工具５の中心が位置するよう、第１回転ベー
ス５２に取り付けられている。

【００４４】第１傾斜モータ５３は、第２傾斜モータ５
８が駆動しないとした場合に、研磨ヘッド３０のボール
スプライン軸３２が研磨工具５と被加工物４との接点に
おける法線上に位置するよう、図示されていないＮＣ制
御機により制御される。すなわち、図１３に示す従来の
研磨装置の傾斜角可変機構８と同じ制御がなされる。第
２傾斜モータ５８は、法線に対する研磨ヘッド３０の傾
斜角度αが被加工物４の目標とする形状に応じて定めた
角度αになるよう、ＮＣ制御機１５により制御される。

【００４５】ところで、第２傾斜角可変機構５５の第２
回転軸５６は、その延長線上に研磨ヘッド３０の半球状
の研磨工具５の中心が位置しているので、第２傾斜モー
タ５８を駆動しても、研磨工具５と被加工物４との接触
位置に変化はない。従って、図１３に示す従来の制御装
置の動作プログラムに、第２傾斜角可変機構５５の動作
プログラムを付加するだけで、研磨工具５と被加工物４
との接点における法線に対するボールスプライン軸３２
の傾斜角度αを制御することができる。

【００４６】なお、この研磨装置は、先に説明した研磨
装置と異なり、Ｙ方向移動機構２６や、ＹＺ平面内でボ
ールスプライン軸３２を傾斜させる機構がないので、図
８に示すような研磨態様は実施不可能である。

【００４７】また、以上の各研磨装置において、研磨工
具５は、いずれも半球状のものであったが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、例えば、図１１及び図１
２に示すように、円板状の支持板６１に、同じく円板状
でシリコンゴム等の弾性部材６２を貼り付け、さらに、
この弾性部材６２に円板状のポリシャパッド６３を貼り
付けたものであってもよい。このように、支持板６１と
ポリシャパッド６３との間に弾性部材６２を介在させる
ことにより、図１２に示すように、研磨工具６０の回転
軸を傾けても、ポリシャパッド６３の全面を被加工物４
に接触させることができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、被加工物と研磨工具と
の接点における法線に対して、被加工物に対する研磨工
具の押圧方向を傾斜させることで、被加工物の外周部で
は、荷重分布を外周側に偏らせて、外周部にもピーク荷
重がかかるようにし、被加工物の中心部では、被加工物
に対する研磨工具の相対周速度を確保しているので、目
標とする研磨量分だけ確実に研磨して、低コストで被加
工物を目標とする形状にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態としての研磨装置の斜
視図である。

【図２】本発明に係る一実施形態としての研磨ヘッドの
動作説明図である。

【図３】本発明に係る一実施形態としての研磨態様を示
す説明図である。

【図４】本発明に係る一実施形態としての研磨ヘッドを
傾けた際における研磨量の増減を説明するための説明図
である。

【図５】被加工物との接点における法線に対する押圧方
向の角度と研磨量との関係を示すグラフである。

【図６】研磨工具の往復移動範囲と研磨量との関係を示
すグラフである。

【図７】本発明に係る他の実施形態としての研磨態様を
示す説明図である。

【図８】本発明に係るさらに他の実施形態としての研磨
態様を示す説明図である。

【図９】本発明に係る他の実施形態としての研磨装置の
斜視図である。

【図１０】図９に示す研磨装置の要部断面図である。

【図１１】本発明に係る他の実施形態としての研磨工具
の正面図である。

【図１２】図１１に示す研磨工具の使用状態における正
面図である。

【図１３】従来の研磨装置の斜視図である。

【図１４】従来の研磨装置における研磨態様を示す説明
図である。

【図１５】従来の研磨装置における研磨態様を示す説明
図である。

【図１６】従来の研磨装置において、被加工物にかかる
荷重の分布を示す説明図である。

【図１７】従来の研磨装置における研磨態様を示す説明
図である。

【図１８】従来の研磨装置における被加工物の中心部の
研磨態様を示す説明図である。

【符号の説明】

４…被加工物、５…研磨工具、１５…ＮＣ制御機、１６
…ＮＣ加工データ作成機、１７…形状測定器、２０…研
磨機、２１，３…ワークチャック、２２，２…ターンテ
ーブル、２３，１…Ｘ方向移動機構、２６…Ｙ方向移動
機構、３０…研磨ヘッド、３１…エアシリンダ（押圧手
段）、３２…ボールスプライン軸、３３…研磨ヘッド回
転モータ、３４…Ａ軸傾斜ベース、３５…Ａ軸モータ、
３６…Ｂ軸傾斜枠、３７…Ｂ軸モータ、３８…溝型枠、
４０，９…Ｚ方向移動機構、５０…第１傾斜角可変機
構、５１…第１回転軸、５２…第１回転ベース、５３…
第１傾斜モータ、５５…第２傾斜角可変機構、５６…第
１回転軸、５７…第２回転ベース、５８…第２傾斜モー
タ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物に対して研磨工具を押圧させつつ
   相対移動させて、該被加工物を研磨する研磨方法におい
   て、 前記被加工物と前記研磨工具との接点における法線に対
   して、該被加工物に対する該研磨工具の押圧方向を、前
   記被加工物の目標とする形状に応じて定めた角度だけ傾
   斜させて、該被加工物を研磨することを特徴とする研磨
   方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の研磨方法において、 前記法線に対する前記押圧方向の角度は、０°より大き
   く１５°以下であることを特徴とする研磨方法。
3. 【請求項３】被加工物を研磨工具で研磨する研磨装置に
   おいて、 前記研磨工具を前記被加工物に押圧させる押圧手段と、 前記研磨工具を前記被加工物に対して相対移動させる移
   動手段と、 前記被加工物と前記研磨工具との接点における法線に対
   して、前記押圧手段による該研磨工具の押圧方向を、前
   記被加工物の目標とする形状に応じて定めた角度だけ傾
   斜させる傾斜手段と、 を備えていることを特徴とする研磨装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の研磨装置において、 前記傾斜手段は、 前記法線に対する前記押圧方向の角度を任意に変えるこ
   とができる傾斜角可変機構と、 前記法線に対する前記押圧方向の傾斜角度が前記被加工
   物の目標とする形状に応じて定めた角度になるよう、前
   記傾斜角可変機構を制御する制御機構と、 を有していることを特徴とする研磨装置。
5. 【請求項５】請求項３記載の研磨装置において、 前記傾斜手段は、 前記法線に対する前記押圧方向の角度を任意に変えるこ
   とができる第１傾斜角可変機構及び第２傾斜角可変機構
   と、 前記第２傾斜角可変機構を動作させていないと仮定し
   て、前記押圧方向を前記法線方向に一致するよう、前記
   第１傾斜角可変機構を制御すると共に、前記法線に対す
   る前記押圧方向の傾斜角度が前記被加工物の目標とする
   形状に応じて定めた角度になるよう、前記第２傾斜角可
   変機構を制御する制御機構と、 を有していることを特徴とする研磨装置。
6. 【請求項６】請求項５記載の研磨装置において、 前記研磨工具は、弾性部材と、該弾性部材を覆うポリシ
   ャーを有し、半球状に形成され、 前記第１傾斜機構は、前記押圧方向に対して垂直な第１
   回転軸と、該第１回転軸に取り付けられている第１回転
   ベースと、該第１回転軸又は該第１回転ベースを回転さ
   せる第１駆動機構とを有し、 前記第２傾斜機構は、前記第１回転軸と並行に前記第１
   回転ベースに取り付けられている第２回転軸と、該第１
   回転軸に取り付けられ前記研磨工具を支持する第２回転
   ベースと、該第２回転軸又は該第２回転ベースを回転さ
   せる第２駆動機構とを有し、 前記第２傾斜機構の前記第２回転軸は、該第２回転軸の
   延長線上に半球状の前記研磨工具の中心が位置するよ
   う、配置されていることを特徴とする研磨装置。
7. 【請求項７】請求項１、２、３、４又は５記載の研磨装
   置において、 前記研磨工具は、支持部と、該支持部に取り付けられて
   いる弾性部材と、前記被加工物に対向するよう該弾性部
   材の表面に配されているポリシャとを有していることを
   特徴とする研磨装置。