JPS63232933A - 研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は研磨方法及び研磨装置に関し、特に被研磨物を
研磨剤中に浸漬した状態で研磨する研磨方法及び研磨装
置に関する。この様な研磨は、たとえばレンズ、プリズ
ム及びミラー等の光学素子の研磨に用いられる。

［従来の技術及びその問題点］ 一般に、レンズ、プリズム及びミラー等の光学素子は、
ガラス等の素材を所定の形状に整形した後に、機能面即
ち光が透過及び／または反射する而を研磨して表面粗さ
を次第に小さくし且つ同時に所定の面積度とすることに
より製造されている。

研磨工程においては、遊離砥粒を用いた研磨方法が採用
されることが多い、遊離砥粒は適宜の液体中に分散せし
められた研磨剤の形態にて使用されることが多く、研磨
工具と被研磨物との間に該研磨剤を供給しながら被研磨
物に対し研磨工具を摺動させて研磨が行なわれる。

研磨の効率は研磨条件により変化するが、該研磨条件の
１つとして研磨剤の供給量がある。従って、研磨剤の供
給量が被研磨面上で部分的に変化すると研磨速度も変化
して研磨除去量が不均一となり、良好な表面精度を得る
ことが困難になることがある。

良好な表面精度の光学素子を効率良く得るためには、研
磨条件の安定化のため研磨剤供給を安定に行なうのが好
ましい、このため、従来、研磨剤中に被研磨物及び研磨
工具を浸漬しながら研磨する方法が提案されている。

ところで、光学素子としては、従来より一般に機能面が
平面または球面のものが広く用いられている。しかして
、近年、次第に光学的性能の向上や特殊な特性が要求さ
れるにつれ　Ｖ面及び球面以外の機ｆ地面（いわゆる非
球面）を有する光学素子が製造される様になっている。

非球面形状としては光軸のまわりに回転対称な面はもち
ろんのこと光軸のまわりに回転非対称な面もある。

この様な非球面形状はたとえば数値制御にょる研削加工
により創成され、鎖部をその表面形状精度をできるだけ
くずさない様にして表面粗さを次第に小さくすべく研磨
が行なわれる。

以上の様な非球面研磨においては、表面精度の維持の点
から被研磨物と研磨工具との相対速度を大きくすること
ができないので、上記の様な研磨剤中に被研磨物及び研
磨工具を浸漬しながら研磨する方法を採用する場合には
、特に研磨剤の流動が少ないため研磨剤中の研磨砥粒が
沈降しやすい、このため、被研磨面に対し十分に研磨砥
粒の供給ができずに研磨効率が低下したり、被研磨面の
形状に応じて研磨砥粒供給の部分的不均一に基づく研磨
除去量の部分的不均一が発生して表面精度が低下したり
することがある。

更に、研磨剤中の研磨砥粒は分級が良好であっても実際
には比較的大きな粒度から比較的小さな粒度までかなり
の範囲の粒度のものが含まれる。

従って、球面研磨の場合であっても、研磨剤の流動の程
度によっては研磨位置に対し所望の粒度のωＥｌｆ？’
砥粒が効率良く供給されずに、研磨効率の低下を生じた
り、十分な表面粗さを得ることができなかったりするこ
とがある。

そこで、本発明は、研磨剤中に浸漬して研磨を行なうに
際し、所望の粒度の砥粒を効果的に加工位置に供給して
、安定且つ効率的な研磨を行なうことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き目的は、 異なる粒度の研磨砥粒を含む研磨剤中に被研磨物を浸漬
して研磨する方法において、研磨剤を攪拌し該研磨剤中
で所望の研磨砥粒粒度分布を形成し、これにより研磨位
置に対し所望の粒度の研磨砥粒を供給しながら研磨する
ことを特徴とする、研磨方法、 により達成される。

また、本発明によれば、この様な方法方法の実施に好適
な装置として、 研磨槽中の研磨液を攪拌する手段と、該研磨槽中の適宜
の位置の研磨砥粒粒度を測定する手段と、該Ａ１−１手
段の測定結果に基づき上記攪拌手段の撹拌条件を適宜設
定する手段とを有することを特徴とする、研磨装置、 が提供される。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

：ｊ４１図は本発明による研磨方法を実施するための本
発明による研磨装置の一実施例を示す概略構成図である
。

第１図において、２は基台であり、該基台上には該基台
に対し相対的にＸ方向に往復移動可能なｙテーブル４が
取付けられている。６は該ｙテーブルの移動を駆動する
ためのモータであり、該モータにはエンコーダ８が付設
されており、該エンコーダにより上記ｙテーブルのＸ方
向移動量が検出される。ｙテーブル４上には該ｙテーブ
ルに対しＸ方向に相対的に往復移動可能なＸテーブル１
０が取付けられている。１２は該Ｘテーブルの移動を駆
動するためのモータであり、該モータにはエンコーダ１
４が付設されており、該エンコーダにより上記Ｘテーブ
ルのＸ方向移動量が検出される。

該Ｘテーブル１０上には研磨槽１６が固設されている。

該研磨槽中には支持体１８が固定されており、該支持体
には軸２０により被研磨物保持体２２が取付けられてい
る。該保持体はＬ字形状をなしており、その垂直面部分
に軸２０が接続されている。該軸はＸ方向を向いていて
、従って保持体２２はＸ方向のまわりに回動可能である
。上記支持体１８にはモータ２４が取付けられており。

その駆動回転軸は上記軸２０に結合されている。

一方、上記Ｘテーブル１０には上記研磨槽１６の外側に
支持体２６が固定されている。該支持体には上下方向即
ちＺ方向のガイド２８が形成されており、該ガイドに沿
って上下方向に往復移動可能な様に研磨工具保持体３０
が取付けられている。該保持体にはＸ方向のまわりに回
動可ｆ莞な様にモータ３２が支持されている。核モータ
３２の回転軸３２ａの下端には研磨工具３４が取付けら
れている。上記保持体３０にはモータ３６が取付けられ
ており、その駆動回転軸は上記モータ３２に接続されて
いて、該モータ３２のＸ方向のまわりの回動を駆動する
ことができる。３８は上記保持体３０をガイド２８に沿
って上下方向に移動させ更に所定の圧力を印加するため
の駆動手段たるエアーシリンダであり、該エアーシリン
ダのロッド３８ａの先端が保持体３０と連結されている
。

上記研磨槽１６内には研磨剤４０が満たされている。該
研磨剤４０中には粒径の異なる研磨砥粒が含まれている
。また、該研磨槽内には研磨剤４０に中に浸漬された状
態で研磨剤攪拌手段たる超音波発振子４２が配置されて
いる。４４は該超音波発振子の駆動装置である。

４６は研磨剤４０中の砥粒の粒度を測定するため装置で
あり、４６ａはその研磨剤取り入れ管である。頚管の先
端の研磨剤取り入れ口は上記研磨槽１６内の研磨剤４０
中まで延びている。取り入れ管４６ａには連結体４８が
付設されており、該連結体は昇降手段に接続されている
。該昇降手段はモータ５０と該モータの駆動回転軸に接
続された送りネジ５２と該ネジの方向と平行に配置され
たガイド５４とを含んでなり、該送りネジ及びガイドは
上記連結体４８とそれぞれ係合している。

従って、モータ５０を回転させると送りネジ５２が回転
し、これにより連結体４８がガイド５４に沿って上下方
向に移動し、研磨剤取り入れ管４６ａが同様に上下方向
に移動する。

５６は制御装置であり、上記エンコーダ８，１４からの
ｙテーブル移動量及びＸテーブル移動量更には上記砥粒
粒度測定装置４６の測定結果が該制御装２ｉ５０に入力
され、更に上記モータ６．１２．２４，３２．３Ｂ、エ
アーシリンダ３８、超音波発振子駆動装置４４．砥粒粒
度測定装置４６及び昇降手段のモータ５０が該制御装置
からの指令により駆動される。

上記研磨装置を用いて研磨を行なう際には、保持体２２
上に被研磨物６０を載置固定する。該被研磨物は前加工
により所定の表面粗さ及び形状に仕上げられている。本
実施例においては被研磨物６０の被研磨面の形状は凹ト
ーリック面とされている。

研磨工具３４は該被研磨物６０上に配置される。

第２図は研磨時における研磨種部分の概略断面図であり
、第３図は研磨時の上記実施例装置の動作を示すフロー
図である。

先ず、ステップＳｌにおいて、研磨剤４０中に含まれる
砥粒のうちのどの粒度の砥粒を用いて研磨を行なうかを
決めて、該所望粒度（実際にはある程度の幅があっても
よい）を設定する。この設定値は上記制御装置５６に入
力され、記憶される。

次に、ステップＳ２において、制御装置５６から上記超
音波発捩子駆動装置４４に対し駆動指令が発せられ、こ
れに基づき超音波発振子４２が適宜の第１の振幅で発振
を開始し、その振動で研磨剤４０が攪拌される。これに
より、第２図に示される様に１粒１■の比較的大ぎな砥
粒は比較的低い位置に、そして粒度の比較的小ざな砥粒
は比較的高い位置に配置した層状の第１の粒度分布が形
成される。

次に、ステップＳ３において、被研磨物６０のどの高さ
の被研磨面部分を研磨するのかを設定する。この設定は
、これから研磨しようとする被研磨面の研磨位置に対し
て、該位置の研磨のために予め定められ制御装置５６に
記憶されている被研磨物６０及び研磨工具３４の配置に
基づき、該制御装置内で容易に行なうことができる。

次に、上記ステップＳ３で得られた研磨位置高さに基づ
き、ステップＳ４において、上記研磨剤取り入れ管４６
ａの増り入れ口を該研磨位置高さに設定する。これは、
制御装置５６からの指令で上記昇降手段のモータ５０を
適宜駆動することにより行なうことができる。

次に、ステップＳ５において、制御装置５６から上記砥
粒粒度測定装置４６に対し駆動指令が発せられ、これに
基づき研磨剤取り入れ管４６ａから研磨位置高さの研磨
剤が取り入れられ、該研磨剤中の砥粒の粒度が測定され
る。この測一定結果は制御装置５６に入力される。

次に、ステップＳ６において、上記粒度測定により得ら
れた砥粒粒度が上記ステップ５１で記憶された所望粒度
（所望粒度範囲）内であるか否かが制御装置５６内で判
定される。

上記ステップＳ６で所望粒度と異なると判定された場合
には、ステップＳ７において超音波発振子４２による研
磨剤攪拌の条件を変更する。即ち、測定粒度が所望粒度
より大きかった場合には、制御装置５６から駆動装置４
４に対し上記第１の振幅より小さな第２の振幅にて超音
波発振子４２を駆動する様な指令が発せられ、これによ
り研磨位置高さでの砥粒粒度が上記第１の層状分布の場
合よりも小さな第２の層状分布が形成される。また、測
定粒度が所望粒度より小さかった場合には、制御装置５
６から駆動装置４４に対し上記第１の振幅より大きな第
３の振幅にて超音波発振子４２を駆動する様な指令が発
せられ、これにより研磨位置高さでの砥粒粒度が上記第
１の層状分布の場合よりも大きな第３の層状分布が形成
される。

」二記ステップＳ７の後に、上記ステップＳ５以五が実
行される。

一方、上記ステップＳ６で所望粒度と判定された場合に
は、続いてステップＳ８において当該研磨位置の研磨が
行なわれる。

研磨に際しては、制御装置５６からの指令によりエアー
シリンダ３８が駆動せしめられ、これにより保持体３０
及びモータ３２を介して研磨工具３４が被研磨物６０に
対し適正な圧力で押圧される。更に、制御装置５６から
の指令によりモータ３２が駆動せしめられ、これにより
回転軸３２ａが回転し、研磨工具３４が回転する。

以上の様にして所望位Ｆ１１（領域）の研磨が終了した
後に、次に研磨すべき被研磨面位置に対して上記と同様
の動作が行なわれる。

被研磨面上での研磨位置の移動は、たとえば以下の様に
して行なわれる。

制御回路５６からの指令によりモータ６が駆動され、こ
れに基づきｙテーブル４がＸ方向に移動する。エンコー
ダ８の出力に基づきｙテーブル４の位置が検知され、該
ｙ位置の変化に対応して所定の様式でモータ３６を駆動
することによりモータ３２をＸ方向のまわりに回転させ
、これにより回転軸３２ａをほぼ被研磨面に垂直に維持
した状態で研磨工具３４を被研磨物６０に押圧しながら
該工具を被研磨面上にてＸ方向に移動させることができ
る。

この様なＸ方向移動により被研磨物６０の所定幅部分の
ｙ方向長の研磨が完了したら、今度は制御回路５６から
の指令によりモータ１２が駆動され、これに基づきＸテ
ーブル１０がＸ方向に所定距離移動する。エンコーダ１
４の出力に基づきＸテーブル１０の位置が検知され、該
Ｘ位置の変化に対応して所定の様式でモータ２４を駆動
することにより被研磨物保持体２２をＸ方向のまわりに
適宜の角度回転させ、以下上記と同様にしてｙテーブル
移動及びモータ３２のＸ方向まわりの回転を行ないなが
ら所定＠部分の研磨が行なわれる。

この様な被研磨物６０に対するＸ方向及びＸ方向の研磨
工具移動を繰返し行なうことにより被研磨物全体を平均
して研磨することができる。尚、この際のＸテーブル１
０の間欠的移動及び被研磨物保持体２２の間欠的回動は
、エンコーダ１４の出力に基づき検知されたＸテーブル
のＸ位置変化に対応して所定の様式でモータ２４を駆動
することにより被研磨物保持体２２をＸ方向のまわりに
回転させ、これによりモータ回転軸３２ａをほぼ被研磨
面に垂直に維持した状態で研磨工具３４を被加工物に押
圧させながら、行なうことができる。

以上の様な研磨位置移動に際し、研磨位置高さを適宜の
範囲ごとに分割して、同一範囲内の場合には同一撹拌条
件でｊＩＩ続して研磨位置移動及び研磨を行なう様にし
てもよい。

以上の実施例では被研磨面上での研磨位置移動に際しＸ
方向移動とＸ方向移動とを交互に行なう例が示されてい
るが、撹拌条件変化を最小限とするために同一高さごと
に順次研磨を行なうことも可能である。第４図はこの様
な場合の被研磨面上での研磨位置移動の軌跡を示す図で
ある。

以上の様な本実施例によれば、第３図のステップｓｉで
の砥粒粒度設定値を先ず比較的大きい値として被１ｉＩ
Ｆ磨面全体の研磨を行ない１次いでステップ３１での設
定値を小さくして被研磨面全体の研磨を行ない、以下同
様にして次第に砥粒粒度設定値を小さくして、複数回の
全面研磨を行なうことにより、同一の研磨剤を用いて、
最初は比較的大きな研磨砥粒で効率良く研磨を行ない、
徐々に表面粗さを小さく巴て最終的に良好な研磨面を得
ることができる。

また、上記実施例によれば、多種の被研磨物の研磨に際
しても、同一研磨剤を用いて、所要表面粗さに応じて撹
拌条件を適宜設定することにより、最も良好な効率で研
磨を行なうことが可１おである。

尚、上記実施例では研磨剤攪拌手段として超音波発振子
を用いているが、本発明においては、研磨剤攪拌手段と
して、その他の手段たとえば、磁気的駆動力を用いたマ
グネ−／　トスターラーや、研磨剤中に微小気泡を吐出
させることにより攪拌する手段や、研磨剤中に該研磨剤
を吐出させることにより攪拌する手段等を利用すること
もできる。

上記実施例においては被研磨面がトーリック面である場
合が例示されているが、本発明は被研磨面がそれ以外の
回転非対称または回転対称の非球面である場合や更に球
面や平面である場合にも同様に適用できることはもちろ
んである。

本発明において、研磨剤量に含まれる研磨砥粒の粒度分
布は、所望の表面粗さの程度に応じて適宜法めることが
でき、光学面を得るための微小粒度から艶消し面程度更
には研削面と称される表面粗さを得るための粒度までの
どの様なものを含んでいてもよい。

［発明の効果］ 以上の様な本発明によれば、研磨剤中で、所望の粒度の
砥粒を効果的に研磨位カに供給して、安定且つ効率的な
研磨を行なうことができる。

また、本発明によれば、同一研磨剤中で次第に表面粗さ
を小さくする段階的研磨を行なうことが可能である。

更に、本発明によれば、多くの種類の被研磨物の研磨を
研磨剤の交換を要せずに同一研磨剤中で行なうことがで
きるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は未発ＩＪＪによる研磨装置を示す概略構成図で
ある。 第２図は研磨ｌｌ？における研磨種部分の概略断面図で
あり、第３図は研磨時の動作を示すフロー図である。 第４図は被研磨面上での研磨位置移動のＩｋｌＬｇＡを
示す図である。 ４：ｙテーブル、　　　ＬＯ：ｘテーブル、ｚ２：被研
磨物保持体、 ３０：研磨工具保持体、　　　３２：モータ、３４：研
磨工具、　　　４０：研磨剤、４２：超音波発振子、　
　４４：駆動装置、４６：粒度測定装置、　　　５０：
モータ、５６：１メ制御装置、　　６０：被研肘物。 代理人　　弁理上　　山　下　穣　平 第２図 第４図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）異なる粒度の研磨砥粒を含む研磨剤中に被研磨物
   を浸漬して研磨する方法において、研磨剤を攪拌し該研
   磨剤中で所望の研磨砥粒粒度分布を形成し、これにより
   研磨位置に対し所望の粒度の研磨砥粒を供給しながら研
   磨することを特徴とする、研磨方法。
2. （２）同一研磨剤を用い、被研磨物の各被研磨面部分に
   関し、供給砥粒を粒度を次第に低下させて研磨する、特
   許請求の範囲第１項の研磨方法。
3. （３）研磨剤中での研磨砥粒粒度分布を研磨剤深さに応
   じた層状分布とする、特許請求の範囲第１項の研磨方法
   。
4. （４）研磨剤中の適宜の位置で砥粒粒度を測定し、該検
   出結果に基づき所望の撹拌を行なって所望の粒度分布を
   形成する、特許請求の範囲第１項の研磨方法。
5. （５）研磨槽中の研磨液を攪拌する手段と、該研磨槽中
   の適宜の位置の研磨砥粒粒度を測定する手段と、該測定
   手段の測定結果に基づき上記攪拌手段の撹拌条件を適宜
   設定する手段とを有することを特徴とする、研磨装置。
6. （６）研磨砥粒粒度分布測定手段が測定位置高さを適宜
   設定し得るものである、特許請求の範囲第５項の研磨装
   置。
7. （７）研磨位置高さを検出して、該高さに研磨砥粒粒度
   測定手段の測定位置高さを設定する手段を有する、特許
   請求の範囲第６項の研磨装置。