WO2015190189A1

WO2015190189A1 - 研磨工具、研磨方法及び研磨装置

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Publication number: WO2015190189A1
Application number: PCT/JP2015/063206
Authority: WO
Inventors: 堀越　崇
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2015-12-17
Also published as: US20170080542A1; DE112015002769T5; CN106457525A; JP6211188B2; JPWO2015190189A1

Abstract

既存の研磨装置を利用しながら、被研磨物の面精度を向上しうる研磨工具等を提供する。研磨工具（３）は、球帯状をなす研磨面（３０ｂ）を備え、研磨面（３０ｂ）の内縁から外縁にかけて、被研磨物と当接しない非接触部（３０ｅ）が複数設けられ、研磨面（３０ｂ）を該研磨面（３０ｂ）の回転中心軸（Ｏ）に投影した場合の投影面において、任意の径における周長から非接触部（３０ｅ）を除いた部分の長さを有効周長とするとき、外縁における有効周長が、内縁における有効周長の０．７倍以上６倍以下であることを特徴とする。

Description

研磨工具、研磨方法及び研磨装置

　本発明は、レンズ等の光学素子の表面仕上げを行う研磨工具、研磨方法及び研磨装置に関する。

　一般に、レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子の表面仕上げとしては、研磨工具と被研磨物とを互いに摺動させ、界面に介在する研磨用砥粒により研磨加工を行う。研磨工具は、ペレット状の固定砥粒を台皿に接着し、固定砥粒を所望の曲面に創成する、或いは、所望の曲面に創成された台皿にポリウレタン製の研磨用シートを接着する、ことにより作製される。

　近年、面クセがなく、形状精度が高い光学素子が求められている。例えば、特許文献１には、既存の研磨装置をそのまま利用しながら高い形状精度を得る研磨工具として、研磨工具の回転軸から被研磨物を研磨する作用面の外周形状までの距離が回転方向で一定でない研磨工具が開示されている。

特開２００６－１３６９５９号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された研磨工具においては、研磨面を楕円面に精度良く成形することが困難である等の問題を有していた。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、既存の装置を利用しながら、被研磨物の面精度を向上しうる研磨工具、研磨方法、及び研磨装置を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る研磨工具は、球帯状をなす研磨面を備え、前記研磨面の内縁から外縁にかけて、被研磨物と当接しない非接触部が複数設けられ、前記研磨面を該研磨面の回転中心軸と直交する面に投影した場合の投影面において、任意の径における周長から前記非接触部を除いた部分の長さを有効周長とするとき、前記外縁における前記有効周長が、前記内縁における前記有効周長の０．７倍以上６倍以下であることを特徴とする。

　上記研磨工具において、前記非接触部は、前記内縁から前記外縁に向かって、周方向において幅が拡がる複数の溝であることを特徴とする。

　上記研磨工具において、前記複数の溝は、前記内縁から前記外縁に向かって放射状をなすことを特徴とする。

　上記研磨工具において、前記複数の溝は、前記内縁から前記外縁に向かって渦巻き状をなすことを特徴とする。

　上記研磨工具において、前記研磨面から前記複数の溝を除いた領域に、前記研磨面の周方向に延びる複数の第２の溝がさらに設けられていることを特徴とする。

　上記研磨工具において、前記複数の第２の溝は、周方向において隣り合う前記領域の間で１つおきに設けられていることを特徴とする。

　上記研磨工具において、前記非接触部は複数の空孔からなり、該空孔の単位面積あたりの密度が前記内縁から前記外縁に向かって高くなることを特徴とする。

　上記研磨工具において、前記外縁における前記有効周長が前記内縁における前記有効周長と異なる場合、前記任意の径における前記有効周長が、前記内縁から前記外縁に向かってリニアに変化することを特徴とする。

　本発明に係る研磨方法は、前記研磨工具を使用した研磨方法であって、前記研磨工具を、回転軸を中心として回転させながら、前記被研磨物の中心を通過するとともに前記回転軸と交わる直線が前記研磨面の球帯の幅方向の中心を通過する位置を揺動中心として、一定の揺動幅で前記被研磨物と前記研磨工具との少なくとも一方を他方に対して相対的に揺動させて前記被研磨物を研磨することを特徴とする。

　本発明に係る研磨装置は、前記研磨工具と、前記被研磨物を前記研磨工具の研磨面に当接させて加圧する加圧手段と、前記回転軸を中心として前記研磨工具を回転させる回転手段と、前記被研磨物の中心を通過するとともに前記回転軸と交わる直線が前記研磨面の球帯の幅方向の中心を通過する位置を揺動中心として、一定の揺動幅で前記被研磨物と前記研磨工具との少なくとも一方を他方に対して相対的に揺動させる揺動手段と、を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、新規な制御装置等を導入することなく、既存の装置を利用しながら、被研磨物の面精度を向上させることが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る研磨装置の構成を示す模式図である。図２は、図１で使用する研磨工具の断面図である。図３は、図２の研磨工具の上面図である。図４は、図１に示す研磨装置によるレンズの研磨方法を説明するための模式図である。図５は、図１に示す研磨装置によるレンズの研磨方法を説明するための模式図である。図６は、本発明の変形例１に係る研磨工具の上面図である。図７は、本発明の変形例２に係る研磨工具の上面図である。図８は、本発明の変形例３に係る研磨工具の上面図である。図９は、本発明の変形例４に係る研磨工具の上面図である。図１０は、本発明の変形例５に係る研磨工具の上面図である。図１１は、本発明の変形例６に係る研磨工具の上面図である。図１２は、本発明の実施の形態２に係る研磨工具に設けられた研磨面の構成を説明する図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、これら実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。図面は模式的なものであり、各部の寸法の関係や比率は、現実と異なることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。

（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る研磨装置の構成を示す模式図である。図２は、図１で使用する研磨工具の断面図であり、図３は、図２の研磨工具の上面図である。本実施の形態１に係る研磨装置１００は、研磨工具３と、被研磨物であるレンズ１を研磨工具３の研磨面３０ｂに当接させるホルダー２と、研磨工具３を回転させる回転モータ７と、研磨工具３を揺動する揺動モータ６とを備える。

　図２及び図３に示すように、研磨工具３は、台皿３０ａと、球帯状をなす研磨面３０ｂとを有する。ここで、球帯状とは、球面を互いに平行な２つの平面によって切り取った場合に該２つの平面の間に残る面の形状のことである。研磨面３０ｂの内縁の内側には、研磨面３０ｂを回転中心軸Ｏと直交する面に投影した場合の投影面において、該回転中心軸Ｏを中心とし、研磨面３０ｂの外縁と同心円状をなす開口３０ｃが設けられている。台皿３０ａは、被研磨物であるレンズ１の形状を略反転させた所定の曲率半径をなすよう形成されている。

　図３に示すように、研磨面３０ｂは、レンズ１と当接して該レンズ１を実質的に研磨する有効研磨部３０ｄと、レンズ１と当接せず、該レンズ１の研磨には直接的に寄与しない非接触部３０ｅとを含む。本実施の形態１においては、略矩形状をなす１２枚の研磨用シートを台皿３０ａの表面の一部に貼付することにより、有効研磨部３０ｄ及び非接触部３０ｅを形成している。有効研磨部３０ｄは、研磨面３０ｂのうち、研磨用シートが貼付された領域である。なお、図３においては、有効研磨部３０ｄに網掛けを附している。

　一方、非接触部３０ｅは、研磨部３０ｂのうち、研磨用シートが貼付されずに台皿３０ａの表面が剥き出しになった領域であり、有効研磨部３０ｄに対して凹んだ溝部となっている。以下、非接触部３０ｅを溝部３０ｅともいう。実施の形態１において、溝部３０ｅは、研磨面３０ｂを回転中心軸Ｏと直交する面に投影した場合の投影面において、略扇状をなしている。なお、図２は、溝部３０ｅを通る断面を示している。

　図１に示すように、研磨工具３は、工具軸４の上端に接続され、工具軸４はスピンドル５に一体的に取り付けられている。スピンドル５は、回転モータ７に接続され、回転モータ７は、スピンドル５を回転可能に支持する下軸台皿１４に固定されている。回転モータ７は、当該研磨装置１００を制御する制御装置の制御のもと、回転軸の軸心周りに研磨工具３を回転させる回転手段である。下軸台皿１４は、上部が揺動部材９を貫通し、上部外周面が揺動部材９と一体的になるように取り付けられている。下軸台皿１４には、揺動モータ６が、その回転軸が回転モータ７の回転軸と直交するように固定されている。揺動モータ６は、上記制御装置の制御のもと、揺動部材９を揺動する。揺動モータ６の回転速度及び回転数は、任意に制御可能である。揺動モータ６及び揺動部材９は、揺動手段を構成する。

　揺動部材９は、舟型形状をなし、下面が研磨装置１００の本体に固定された揺動部材受け部１０に支持されている。揺動部材受け部１０は、揺動部材９との対向面を舟型形状の底面に対応した凹曲面形状にして揺動部材９を揺動可能に支持するとともに、揺動部材９が揺動する際の下軸台皿１４との干渉をなくすための開口部分を形成している。

　揺動モータ６の駆動軸には、ギア６ａが取り付けられており、ギア６ａは円弧状のガイド８とかみ合った状態となっている。ガイド８は、研磨装置本体２０に固定されており、揺動モータ６によりギア６ａが回動しつつガイド８に沿って移動して下軸台皿１４が揺動し、揺動部材９及び研磨工具３等が往復揺動するようになっている。

　研磨工具３の上方には、貼付皿１２に貼付により保持されたレンズ１が配置されている。レンズ１は、凸球面状のレンズ加工面１ａを研磨工具３に向けるとともに貼付皿１２を保持具としてのホルダー２内に保持させることにより、ホルダー２に対して回転自在に支持されている。なお、貼付皿１２とホルダー２は、図１では分離した状態であるが、研磨装置本体２０を介して組み立てられる。ホルダー２はワーク軸１１の下端側に接続され、ワーク軸１１は、その上端に連結された加圧用エアシリンダー１６のロッドにより上下動される。また、研磨工具３の近傍には、研磨面３０ｂに研磨液を供給する研磨液供給部１３が設けられている。

　加圧用エアシリンダー１６は、バックプレート１９の上面に固定した第１取付板１９ａに取り付けられ、当該研磨装置１００を制御する制御装置のもと、研磨工具３に対してレンズ１を下降した後のレンズ１の加工時に、レンズ加工面１ａを研磨工具３の研磨面３０ｂに当接させて加圧する。第１取付板１９ａ及びバックプレート１９は、レンズ１加工中は上下動しない。

　ワーク軸１１の中心軸線は、研磨工具３の研磨面３０ｂにおける曲率中心を通る軸線上に位置している。粗動用エアシリンダー１８は、研磨装置本体２０に固定されると共に、バックプレート１９の前面に固定された第２取付板１９ｂにロッドを連結させている。粗動用エアシリンダー１８は、バックプレート１９及び加圧用エアシリンダー１６等を上下に移動させる。バックプレート１９及び加圧用エアシリンダー１６等が下方に移動したとき、ワーク軸１１及びホルダー２が研磨装置本体２０に穿設された孔２０ａを貫通して、レンズ１を研磨工具３に対向させる。なお、図１においては、ワーク軸１１及びホルダー２が孔２０ａを貫通していない状態を示している。加圧用エアシリンダー１６は、レンズ１を支持するホルダー２等を、下向きに移動する方向、即ち鉛直方向下向きに加圧する。

　加圧用エアシリンダー１６の下方のワーク軸１１とバックプレート１９には、それぞれ可動側と固定側とが対となって用いられる測定装置或いは位置検出器としてのリニアスケール１７が配置されている。リニアスケール１７は、加圧用エアシリンダー１６によるワーク軸１１の移動量を検出し、その移動量を表示器等に表示させる。また、バックプレート１９には、上下に位置調整可能なストッパー１５が固定されている。ストッパー１５は、バックプレート１９、即ち、バックプレート１９を介してレンズ１を支持するホルダー２等の上部全体を粗動用エアシリンダー１８により下降した際、バックプレート１９側のストッパー１５が研磨装置本体２０に固定されている本体側のストッパー２１に当て付くように配置されている。

　続いて、本実施の形態１に係る研磨装置１００によるレンズ１の研磨方法を説明する。図４及び図５は、本実施の形態１に係る研磨装置１００によるレンズ１の研磨方法を説明するための模式図である。

　本実施の形態１において、研磨装置１００によるレンズ１の研磨は、回転モータ７により回転中心軸Ｏを中心として研磨工具３を回転させながら、図４に示す揺動中心位置に対して一定の揺動幅で研磨工具３を揺動させることにより行われる。ここで、揺動中心位置は、図４に示すように、レンズ１の中心Ｃを通過するとともに回転中心軸Ｏと交わる直線Ｌが研磨面３０ｂの球帯の幅方向の中心Ｂを通過する位置である。レンズ１は、研磨工具３の回転による摩擦力で、回転方向と同じ方向に連れ回される。レンズ１は、球帯状の研磨面３０ｂにより研磨されるが、研磨面３０ｂの内縁側である内径Ｄ_inの部分と、外縁側である外径Ｄ_outの部分とでは周速が異なる。本出願人は、研磨面３０ｂの内縁側と外縁側とで周速の違いが大きい場合に、レンズ１のレンズ加工面１ａに中央部が基準となる参照レンズよりも高くなる中高や、低くなる中落ち等の面クセが発生し、面精度が低下することを見出した。

　そこで、本実施の形態１においては、図４及び図５に示すように、研磨面３０ｂを球帯状にして、内縁側の周速Ｖｉと外縁側の周速Ｖｏの周速比Ｖｏ/Ｖｉを、従来の研磨工具、即ち、開口３０ｃが設けられていない球面状の研磨工具と比べて小さくし、さらに、図３に示すように、研磨面３０ｂに溝部３０ｅを設けることにより、研磨面３０ｂを回転中心軸Ｏと直交する面に投影した場合の投影面における任意の径において、有効周速比が径によらず概ね一定となるようにしている。ここで、有効周速比とは、研磨面３０ｂの任意の径においてレンズ１が有効研磨部３０ｄに接する単位時間当たりの長さ（以下、有効周速という）と、研磨面３０ｂの内縁における該有効周速との比のことである。有効周速比は、研磨部３０ｂの内縁における有効周長に対する任意の径における有効周長の比に相当する。ここで、有効周長とは、研磨面３０ｂの周長のうち、有効研磨部３０ｄの周長を足し合わせた長さのことである。

　具体的には、研磨面３０ｂの外縁における有効周速比αを６．０以下、好ましくは４．０以下、さらに好ましくは３．０以下にすると良い。有効周速比αは、１．０が最も好ましく、１．０未満となっても良い。好ましくは、有効周速比αを０．７以上にすると良い。また、有効周速比αの公差範囲は、研磨面３０ｂの形状仕上げ精度、レンズ１の加工時における該レンズ１の姿勢安定性、加工後の面精度等の観点から、好ましくは±３０％以内、より好ましくは±１０％以内にすると良い。

　研磨面３０ｂの内縁と外縁との間においては、有効周速比α≠１．０である場合、任意の径における有効周速比βを内縁から外縁に向かってできるだけリニアに変化させると良い。また、有効周速比α＝１である場合には、有効周速比βも１とすることが好ましく、この場合、有効周速比βの公差範囲も±３０％以内、好ましくは±１０％以内にすると良い。

　ここで、研磨面３０ｂの外縁における有効周速比αは、該研磨面３０ｂの内縁における有効周長Ｌ_in及び外縁における有効周長Ｌ_outを用いて、次式（１）によって与えられる。
　　α＝Ｌ_out／Ｌ_in　…（１）

　また、内縁における有効周長Ｌ_inは、溝部３０ｅの溝幅ｇ、及び溝部３０ｅの数ｍを用いて、次式（２）によって与えられる。

　外縁における有効周長Ｌ_outと内縁における有効周長Ｌ_inとが異なる場合、即ち、有効周速比α≠１．０である場合、上述したように、研磨面３０ｂの径方向において、有効周速比βを内縁から外縁に向かってリニアに変化させる。この場合、任意の径Ｄ（Ｄ_in＜Ｄ＜Ｄ_out）における有効周速比β（Ｄ）は、研磨面３０ｂの内径Ｄ_in及び外径Ｄ_outを用いて次式（３）によって与えられる。

　ここで、内縁における任意の溝部３０ｅの周方向における中央を通る直線を基準線Ｌ１とし、該任意の溝部３０ｅとは別の溝部３０ｅの周方向における中央を通る直線又は曲線を中央線Ｌ２とする。そして、任意の径Ｄの円周上を中央線Ｌ２が通る点Ｐ１と研磨面３０ｂの回転中心軸Ｏとを結ぶ直線と、基準線Ｌ１とのなす角度をθとする。なお、点Ｐ１と回転中心軸Ｏとを結ぶ直線は、図３においては中央線Ｌ２そのものである。

　角度θは、次式（４）によって与えられる。

式（４）において、関数ｆ（Ｄ）は、中央線Ｌ２と点Ｐ１を通る半径とのなす角度を表す関数である。図３の場合ｆ（Ｄ）＝０であり、中央線Ｌ２は回転中心軸Ｏを通る直線となっている。なお、関数ｆ（Ｄ）を径Ｄにより変化させることで、中央線Ｌ２は任意の曲線となる。

　中央線Ｌ２を含む溝部３０ｅにおいて、径Ｄの円周上の端点Ｐ２、Ｐ３をそれぞれ通る半径と基準線Ｌ１とのなす角度φは、次式（５）によって与えられる。

　式（５）における角度ωは、径Ｄの円周における溝部３０ｅを円弧とする扇形の中心角の半角、即ち、点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ円弧又は点Ｐ１、Ｐ３を結ぶ円弧の中心角であり、次式（６）によって与えられる。

　式（１）～（６）において、研磨面３０ｂの内径Ｄ_in、外径Ｄ_out、溝部３０ｅの数ｍ、内縁における溝幅ｇ、外縁における有効周速比α、及び関数ｆ（Ｄ）の各パラメータを設定し、端点Ｐ２、Ｐ３の座標を順次算出することにより、研磨面３０ｂにおける溝部３０ｅの形状を設計することができる。図３に示す研磨面３０ｂは、内径Ｄ_in＝１８ｃｍ、外径Ｄ_out＝３６ｃｍ、溝部の数ｍ＝１２、内縁における溝幅ｇ＝１ｃｍ、有効周速比α＝１、関数ｆ（Ｄ）＝０として設計した例である。

　以上説明したように、本実施の形態１に係る研磨工具においては、研磨面の形状を球帯状とすることにより内縁及び外縁における周長の差を小さくすると共に、該研磨面に、被研磨物に当接しない溝部を形成する。それにより、研磨面の外縁における有効周長比を小さくできると共に、径によらず、有効周長比の変化を抑制することができる。従って、研磨面における面クセの発生を抑制して、被研磨物の面精度を向上させることが可能となる。

　なお、上記実施の形態１では、所定形状に整形した研磨用シートを台皿３０ａの表面に貼付することにより、有効研磨部３０ｄ及び溝部３０ｅを形成したが、台皿上に研磨砥粒を樹脂等で固定し、切削により所望の曲率半径を有する球帯状の研磨面３０ｂを形成した後、該研磨面３０ｂの有効研磨部３０ｄ以外の領域を切削することにより、溝部３０ｅを形成しても良い。

　また、上記実施の形態１においては、レンズ１の研磨時に、ホルダー２は特に運動させずにレンズ１を研磨工具３に対して押圧するのみとし、研磨工具３側を回転及び揺動させることとしたが、レンズ１と研磨工具３とを相対的に運動させることができれば、いずれの側を運動させることとしても良い。例えば、研磨工具３を回転させ、レンズ１及びホルダー２側を揺動させることとしても良い。或いは、研磨工具３を回転させると共に、レンズ１及びホルダー２と研磨工具３との双方を、互いに相対的に揺動させることとしても良い。

（変形例１）
　次に、本実施の形態１の変形例１について説明する。図６は、変形例１に係る研磨工具の上面図である。図６に示す研磨面３１は、式（１）～（６）における各パラメータを、内径Ｄ_in＝１８ｃｍ、外径Ｄ_out＝３６ｃｍ、溝部の数ｍ＝６、内縁における溝幅ｇ＝０ｃｍ、有効周速比α＝１、関数ｆ（Ｄ）＝０として、有効研磨部３１ａ及び溝部３１ｂを設計した例を示している。溝部３１ｂは、球帯状をなす研磨面３１を該研磨面３１の回転中心軸Ｏと直交する面に投影した投影面において、略扇状をなしている。なお、図６においては、有効研磨部３１ａに網掛けを附している。

　ここで、研磨面３１に設ける溝部３１ｂの数は限定されないが、図１に示す研磨装置１００においてレンズ１を加工している際に、レンズ１が溝部３１ｂに落ち込むのを避ける必要がある。そのため、レンズ１の中心軸Ｃが溝部３１ｂの端部又は溝部３１ｂ上に位置するとき、レンズ１の中心軸Ｃを通る任意の線で区切られたレンズ１の半円（例えば、斜線の網掛け部分）の一部が、有効研磨部３１ａ上に残っていることが必要条件となる。この必要条件を満たすため、研磨面３１の投影面における溝部３１ｂの端部を直線状（即ち、ｆ（Ｄ）＝０）とする場合には、溝部の数を最低６つにすると良い。

　なお、内縁における溝幅ｇをゼロとする場合であっても、実際には、研磨面３１の内縁において隣接する溝部３１ｂの間に加工ツール分の隙間があっても良い。

（変形例２）
　次に、本実施の形態１の変形例２について説明する。図７は、変形例２に係る研磨工具の上面図である。図７に示す研磨面３２は、式（１）～（６）における各パラメータを、内径Ｄ_in＝１８ｃｍ、外径Ｄ_out＝３６ｃｍ、溝部の数ｍ＝１２、内縁における溝幅ｇ＝０ｃｍ、有効周速比α＝１、関数ｆ（Ｄ）＝０として、有効研磨部３２ａ及び溝部３２ｂを設計した例を示している。溝部３２ｂは、球帯状をなす研磨面３２を該研磨面３２の回転中心軸Ｏと直交する面に投影した場合の投影面において、略扇状となる形状をなしている。なお、図７においては、有効研磨部３２ａに網掛けを附している。

（変形例３）
　次に、本実施の形態１の変形例３について説明する。図８は、変形例３に係る研磨工具の上面図である。図８に示す研磨面３３は、有効研磨部３３ａと、周方向に延びる溝部３３ｂと、径方向に設けられた溝部３３ｃとを含む。この研磨面３３は、変形例２と同様のパラメータの下で溝部３３ｃを設けた後、溝部３３ｃ以外の領域に対し、隣り合う領域間で互い違いの縞状をなす有効研磨部３３ａが残るように、周方向に沿って溝部３３ｂを設けたものである。なお、図８においては、有効研磨部３３ａに網掛けを附している。

　このような溝部３３ｂを設けることにより、レンズ１の加工中にスラリーが流出し易くなる。また、溝部３３ｂは、同一の円周上において隣り合う領域間で互い違いに設けられているので、任意の径の円周上に残った有効研磨部３３ａ、言い換えると有効周長を、径によらず均一にすることができる。さらに、溝部３３ｂを設けることにより、研磨面３３におけるトータルの溝部３３ｂ、３３ｃの面積を増やしつつも、レンズ１の加工中におけるレンズ１の溝部３３ｂ、３３ｃへの落ち込みを避けることができる。

（変形例４）
　次に、本実施の形態１の変形例４について説明する。図９は、変形例４に係る研磨工具の上面図である。図９に示す研磨面３４は、式（１）～（６）における各パラメータを、内径Ｄ_in＝１８ｃｍ、外径Ｄ_out＝３６ｃｍ、溝部の数ｍ＝１２、内縁における溝幅ｇ＝０ｃｍ、有効周速比α＝１、関数ｆ（Ｄ）＝ａｒｃｃｏｓ（ｋ×Ｄ）として、有効研磨面３４ａ及び溝部３４ｂを設計した例を示している。この係数ｋは、Ｄ＝１８ｃｍのときにｆ（Ｄ）＝０、Ｄ＝３６ｃｍのときにｆ（Ｄ）＝６０°となるように設定された定数である。このような関数ｆ（Ｄ）を用いることにより、周方向における中央線Ｌ２が直線状をなす、渦巻き状の溝部３４ｂを形成することができる。なお、図９においては、有効研磨部３４ａに網掛けを附している。

　なお、本変形例４における有効研磨面３４ａに対し、変形例３と同様に、周方向に延びる溝を形成しても良い。

（変形例５）
　次に、本実施の形態１の変形例５について説明する。図１０は、変形例５に係る研磨工具の上面図である。図１０に示す研磨面３５は、式（１）～（６）における各パラメータを、内径Ｄ_in＝１８ｃｍ、外径Ｄ_out＝３６ｃｍ、溝部の数ｍ＝１２、内縁における溝幅ｇ＝０ｃｍ、有効周速比α＝１、関数ｆ（Ｄ）＝ｋ×（Ｄ－１８）として、有効研磨面３５ａ及び溝部３５ｂを設計した例を示している。この係数ｋは、Ｄ＝１８ｃｍのときにｆ（Ｄ）＝０、Ｄ＝３６ｃｍのときにｆ（Ｄ）＝３６°となるように設定された定数である。このような関数ｆ（Ｄ）を用いることにより、周方向における中央線Ｌ２が円弧状をなす、渦巻き状の溝部３５ｂを形成することができる。なお、図１０においては、有効研磨部３５ａに網掛けを附している。

　なお、本変形例５における有効研磨面３５ａに対しても、変形例３と同様に、周方向に延びる溝を形成しても良い。

（変形例６）
　次に、本実施の形態１の変形例６について説明する。図１１は、変形例６に係る研磨工具の上面図である。図１１に示す研磨面３６は、式（１）～（６）における各パラメータを、内径Ｄ_in＝１８ｃｍ、外径Ｄ_out＝３６ｃｍ、溝部の数ｍ＝１２、内縁における溝幅ｇ＝０ｃｍ、有効周速比α＝１、関数ｆ（Ｄ）＝ｊ×ｓｉｎ（ｋ×Ｄ）として、有効研磨面３６ａ及び溝部３６ｂを設計した例を示している。この係数ｋは、Ｄ＝１８ｃｍ及び３６ｃｍのときにｆ（Ｄ）＝０、１８ｃｍ＜Ｄ＜３６ｃｍのときに変極点が１点となるように設定された定数である。また、係数ｊは、変極点においてｆ（Ｄ）＝１４．３となるように設定された定数である。この変形例６のように、溝部３６ｂの周方向における中央線Ｌ２は、直線状や円弧状に限らず、変曲点を有する任意の曲線であっても構わない。なお、図１１においては、有効研磨部３６ａに網掛けを附している。

　なお、本変形例５における有効研磨面３６ａに対しても、変形例３と同様に、周方向に延びる溝を形成しても良い。

（実施の形態２）
　次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１２は、実施の形態２に係る研磨工具に設けられた研磨面の構成を説明する図である。本実施の形態２に係る研磨工具は、図１２の（ａ）に示す研磨面３７を有する。研磨面３７は球帯状をなしており、研磨面３７の内側には、研磨面３７を回転中心軸Ｏと直交する面に投影した場合の投影面において、該回転中心軸Ｏを中心とし、研磨面３７の外縁と同心円状をなす開口３８が設けられている。なお、本実施の形態２における研磨面３７以外の研磨工具の構成及び研磨装置全体の構成は、図１及び図２に示す実施の形態１と同様である。

　研磨面３７は、レンズ１と当接して該レンズ１を実質的に研磨する有効研磨部３７ａと、レンズ１と当接せず、該レンズ１の研磨には直接的に寄与しない非接触部３７ｂとを含む。有効研磨部３７ａは、図２に示す台皿３０ａの表面に、ポリウレタン等の粘弾性シートの表面に砥粒を固定した研磨用シートを貼り付けることにより形成されている。なお、図１２においては、有効研磨部３７ａに網掛けを附している。

　一方、非接触部３７ｂの各々は、研磨用シートに形成された空孔部分であり、台皿３０ａの表面が剥き出しになった部分である。各非接触部３７ｂは、円形状、四角形状、多角形状、星形状等の所定の形状をなしている。なお、非接触部３７ｂは、隣り合う別の非接触部３７ｂと連続していても良いし、離れていても良い。

　非接触部３７ｂは、研磨面３７の内縁側から外縁側に向かって空孔密度が高くなるように設けられている。図１２の（ｂ）は、研磨面３７の径方向（ｘ方向）における非接触部３７ｂの空孔密度の分布を示すグラフである。本実施の形態２においては、内縁側から外縁側に向かって空孔密度がほぼリニアに増加するように、非接触部３７ｂを配置している。

　このような空孔密度分布となるように非接触部３７ｂを設けることにより、研磨面３７の外縁における有効周速比を低減することができると共に、任意の径における有効周速比の変化を抑制することができる。従って、研磨面における面クセの発生を抑制して、被研磨物の面精度を向上させることが可能となる。

　なお、本実施の形態２においても、台皿に空孔が形成された研磨用シートを貼付する代わりに、台皿上に研磨砥粒を樹脂等で固定し、切削により所望の曲率半径を有する球帯状の研磨面３７を形成した後、該研磨面３７に対して切削を行うことにより、非接触部３７ｂを形成しても良い。

　以上説明した実施の形態１、２及び変形例は、本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、実施の形態１、２及び変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成できる。本発明は、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能である。

　１　レンズ
　２　ホルダー
　３　研磨工具
　４　工具軸
　５　スピンドル
　６　揺動モータ
　７　回転モータ
　８　ガイド
　９　揺動部材
　１０　揺動部材受け部
　１１　ワーク軸
　１２　貼付皿
　１３　研磨液供給部
　１４　下軸台皿
　１５　ストッパー
　１６　加圧用エアシリンダー
　１７　リニアスケール
　１８　粗動用エアシリンダー
　１９　バックプレート
　２０　研磨装置本体
　３０ａ　台皿
　３０ｂ、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７　研磨面
　３０ｃ、３８　開口
　３０ｄ、３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａ　有効研磨部
　３０ｅ、３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３３ｃ、３４ｂ、３５ｂ、３６ｂ　非接触部（溝部）
　３７ｂ　非接触部
　１００　研磨装置

Claims

　球帯状をなす研磨面を備え、
　前記研磨面の内縁から外縁にかけて、被研磨物と当接しない非接触部が複数設けられ、
　前記研磨面を該研磨面の回転中心軸と直交する面に投影した場合の投影面において、任意の径における周長から前記非接触部を除いた部分の長さを有効周長とするとき、前記外縁における前記有効周長が、前記内縁における前記有効周長の０．７倍以上６倍以下であることを特徴とする研磨工具。
　前記非接触部は、前記内縁から前記外縁に向かって、周方向において幅が拡がる複数の溝であることを特徴とする請求項１に記載の研磨工具。
　前記複数の溝は、前記内縁から前記外縁に向かって放射状をなすことを特徴とする請求項２に記載の研磨工具。
　前記複数の溝は、前記内縁から前記外縁に向かって渦巻き状をなすことを特徴とする請求項２に記載の研磨工具。
　前記研磨面から前記複数の溝を除いた領域に、前記研磨面の周方向に延びる複数の第２の溝がさらに設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の研磨工具。
　前記複数の第２の溝は、周方向において隣り合う前記領域の間で１つおきに設けられていることを特徴とする請求項５に記載の研磨工具。
　前記非接触部は複数の空孔からなり、該空孔の単位面積あたりの密度が前記内縁から前記外縁に向かって高くなることを特徴とする請求項１に記載の研磨工具。
　前記外縁における前記有効周長が前記内縁における前記有効周長と異なる場合、前記任意の径における前記有効周長が、前記内縁から前記外縁に向かってリニアに変化することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の研磨工具。
　請求項１～８のいずれか１項に記載の研磨工具を使用した研磨方法であって、
　前記研磨工具を、回転軸を中心として回転させながら、
　前記被研磨物の中心を通過するとともに前記回転軸と交わる直線が前記研磨面の球帯の幅方向の中心を通過する位置を揺動中心として、一定の揺動幅で前記被研磨物と前記研磨工具との少なくとも一方を他方に対して相対的に揺動させて前記被研磨物を研磨することを特徴とする研磨方法。
　請求項１～８のいずれか１項に記載の研磨工具と、
　前記被研磨物を前記研磨工具の研磨面に当接させて加圧する加圧手段と、
　前記回転軸を中心として前記研磨工具を回転させる回転手段と、
　前記被研磨物の中心を通過するとともに前記回転軸と交わる直線が前記研磨面の球帯の幅方向の中心を通過する位置を揺動中心として、一定の揺動幅で前記被研磨物と前記研磨工具との少なくとも一方を他方に対して相対的に揺動させる揺動手段と、
　を備えることを特徴とする研磨装置。