JP2003011058A - 研磨装置および研磨方法および光学部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、研磨装置および研磨方法および光
学部品の製造方法に関し、加工能率を従来より大幅に向
上することを目的とする。 【解決手段】 研磨工具を自転回転させる自転回転軸
と、前記研磨工具を公転回転させる公転回転軸と、前記
研磨工具の公転半径を変化させる移動機構とを有するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置および研
磨方法および光学部品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、研磨加工では、加工面の凹凸形状
に合わせて、加工面上での研磨工具の滞留時間を制御す
ることで、加工面の形状誤差を所望の形状に修正し、ね
らい値まで収束させていく修正研磨加工が行われてい
る。そして、従来の修正研磨加工では、使用する研磨工
具のポリシャの外径の大きさにより、修正可能な形状成
分が決定される。

【０００３】すなわち、一般に、研磨工具のポリシャは
弾性体により形成されているため、図１０の（ａ）に示
すように、ポリシャ１の外径Ｄ１が、修正対象となる加
工面の形状誤差成分の半波長λ／２より大きくなると、
ポリシャ１が加工面に倣って弾性変形し、突出部２の形
状を修正することが困難になる。従って、突出部２の形
状を修正するためには、図１０の（ｂ）に示すように、
ポリシャ１の外径が、修正対象となる加工面の形状誤差
成分の半波長λ／２より小さな研磨工具を使用して研磨
加工を行う必要がある。

【０００４】そして、従来、このような制約から、以下
述べる（１）または（２）の修正研磨加工方式が行われ
ている。 （１）研磨加工を数段階に分け、各段階ごとに使用する
ポリシャの外径を順次小さくして、形状誤差成分を、低
周波数成分から高周波数成分へと順次修正していく方
式。

【０００５】（２）最初から外径の小さいポリシャを用
い、低周波数成分と高周波数成分の形状誤差成分を同時
に修正していく方式。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た（１）の方式では、形状誤差成分のうち修正可能なう
ねり成分が、ポリシャの外径により決まってしまうた
め、１回の加工において修正されないうねり成分が多く
なり、実質的な仕事率が低下するという問題があった。

【０００７】また、（１）の方式では、形状誤差に対し
て、最も研磨加工効率が良くなるようなポリシャの外径
の選択に多大なノウハウがあるため、修正研磨加工時間
が作業者の能力により大きく異なり、生産時間が安定し
ないという問題があった。さらに、（１）の方式では、
ポリシャの交換に多大な時間が必要になるという問題が
あった。

【０００８】一方、（２）の方式では、（１）の方式に
比較して、実質的な仕事率は高くなるものの、仕事量が
小さくなるため、ねらい値まで形状を修正するのに、多
くの時間が必要になるという問題があった。本発明は、
かかる従来の問題を解決するためになされたもので、加
工能率を従来より大幅に向上することができる研磨装置
および研磨方法および光学部品の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の研磨装置は、
研磨工具を自転回転させる自転回転軸と、前記研磨工具
を公転回転させる公転回転軸と、前記研磨工具の公転半
径を変化させる移動機構とを有することを特徴とする。
請求項２の研磨装置は、請求項１記載の研磨装置におい
て、被加工物の測定から得られた形状誤差データに基づ
いて前記公転半径を研磨位置に対応して変化させるとと
もに、前記公転半径に応じて、前記研磨工具の送り速
度、前記研磨工具の自転回転数、前記研磨工具の公転回
転数、前記研磨工具の被加工物に対する押圧力の少なく
とも１つを変化させる制御手段を有することを特徴とす
る。

【００１０】請求項３の研磨装置は、請求項２記載の研
磨装置において、前記制御手段は、前記形状誤差データ
から求められた被加工物のうねりの周波数に基づいて前
記公転半径を決定することを特徴とする。請求項４の研
磨方法は、研磨工具を自転および公転させながら被加工
物を研磨するとともに、被加工物の測定から得られた形
状誤差データに基づいて前記研磨工具の公転半径を研磨
位置に対応して変化させ、同時に、前記公転半径に応じ
て、前記研磨工具の送り速度、前記研磨工具の自転回転
数、前記研磨工具の公転回転数、前記研磨工具の被加工
物に対する押圧力の少なくとも１つを変化させて前記被
加工物を研磨することを特徴とする。

【００１１】請求項５の光学部品の製造方法は、請求項
４記載の研磨方法により被加工物を研磨し、光学部品を
製造することを特徴とする。

【００１２】（作用）請求項１の研磨装置では、移動機
構により、研磨工具を自転回転させる自転回転軸と、研
磨工具を公転回転させる公転回転軸との間隔が変化さ
れ、これにより研磨工具の公転半径が変化される。

【００１３】請求項２の研磨装置では、制御手段によ
り、被加工物の測定から得られた形状誤差データに基づ
いて、公転半径が研磨位置に対応して変化される。そし
て、同時に、公転半径に応じて、研磨工具の送り速度、
研磨工具の自転回転数、研磨工具の公転回転数、研磨工
具の被加工物に対する押圧力の少なくとも１つが変化さ
れる。

【００１４】請求項３の研磨装置では、制御手段によ
り、形状誤差データから求められた被加工物のうねりの
周波数に基づいて公転半径が決定される。請求項４の研
磨方法では、被加工物の測定から得られた形状誤差デー
タに基づいて、公転半径が研磨位置に対応して変化され
る。そして、同時に、公転半径に応じて、研磨工具の送
り速度、研磨工具の自転回転数、研磨工具の公転回転
数、研磨工具の被加工物に対する押圧力の少なくとも１
つが変化される。

【００１５】請求項５の光学部品の製造方法では、請求
項４記載の研磨方法により被加工物が研磨され、レンズ
等の光学部品が製造される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。

【００１７】図１は、本発明の研磨装置の一実施形態を
示しており、符号１１は、ポリシャからなる研磨工具を
示している。この研磨工具１１は、自転回転軸１３を中
心にして自転回転可能とされている。研磨工具１１の上
方には、公転回転部材１５が配置され、この公転回転部
材１５の一端には、研磨工具１１を公転回転させる公転
回転軸１７が配置されている。

【００１８】この公転回転軸１７は、自転回転軸１３に
平行に形成されている。公転回転部材１５の上面には、
研磨工具１１の公転半径Ｒ、すなわち、自転回転軸１３
と公転回転軸１７との間隔を変化させる移動機構１９が
配置されている。この実施形態では、移動機構１９は、
自転回転軸１３を公転回転軸１７に近づく方向あるいは
反対の方向に移動して、研磨工具１１の公転半径Ｒを変
化させる。

【００１９】すなわち、公転回転部材１５には、移動機
構１９の移動の方向に沿って図示しない長穴が形成さ
れ、この長穴に自転回転軸１３が挿通されている。自転
回転軸１３は、図示しないベアリングにより、長穴に沿
って移動可能に公転回転部材１５に支持されている。そ
して、移動機構１９を駆動することにより、自転回転軸
１３が長穴に沿って移動される。

【００２０】移動機構１９の上面には、自転回転軸１３
を回転するための自転用モータ２１が配置されている。
公転回転軸１７の上面には、エアーシリンダ２３を介し
て、公転回転軸１７を回転するための公転用モータ２５
が配置されている。なお、図１の（ａ）において、二点
鎖線は、研磨工具を公転回転軸１７を中心にして回転し
た時の自転回転軸１３を、図１の（ｂ）の斜線は、研磨
工具の単位除去形状Ｋを示している。

【００２１】図１において符号２７は、この実施形態の
研磨装置を制御する制御装置を示している。この制御装
置２７は、被加工物の測定から得られた形状誤差データ
に基づいて公転半径Ｒを研磨位置に対応して変化させ、
同時に、公転半径Ｒに応じて、研磨工具１１の送り速度
を変化させることにより最適な修正研磨加工を行う。

【００２２】すなわち、本発明では、予め、自転回転軸
１３と公転回転軸１７の間隔である公転半径Ｒと、その
公転半径Ｒの研磨工具１１を用いた際の単位除去形状Ｋ
の大きさＤが求められ、図２に示すような相関図が求め
られる。単位除去形状Ｋの大きさＤは、図１の（ｂ）に
示すように、研磨時に、研磨工具１１が加工面２９に接
触する外径であり、被加工物に対する押圧力である研磨
荷重Ｐの大きさにより異なっている。

【００２３】すなわち、研磨荷重Ｐが大きくなると、研
磨工具１１の弾性変形により、加工面に接触する外径が
大きくなる。なお、図２において、研磨荷重Ｐは、Ｐ４
＜Ｐ３＜Ｐ２＜Ｐ１である。また、単位除去形状Ｋの深
さＥと、加工時間との関係が求められ、図３に示すよう
な相関図が求められる。

【００２４】単位除去形状Ｋの深さＥは、図１の（ｂ）
に示すように、研磨時に、研磨工具１１に除去される深
さＥであり、一方、単位除去形状Ｋの大きさＤが大きく
なると浅くなり、また、研磨荷重Ｐの大きさが大きくな
ると深くなる。従って、図３では、研磨荷重Ｐの大きさ
に応じて複数の相関図が作成される。また、各相関図
は、図２に示した単位除去形状Ｋの大きさａ，ｂ，ｃ，
ｄに対応して作成される。

【００２５】なお、図３では、研磨荷重が、Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３の時の相関図のみが示されている。次に、被加
工物の測定から得られた形状誤差データに基づいて、例
えば、図４にからで示す所望のうねりの周期帯毎に
フィルタ処理を行い、図５の（ａ）に示すように、被加
工物の加工面の各位置において、最も量的に支配してい
るうねりの周期帯が、からのどれに該当するかとい
う相関図が求められる。

【００２６】また、図５の（ｂ）に示すように、被加工
物の加工面の各位置における誤差量Ｇが求められる。な
お、この実施形態では、前加工面が回転運動の加工形態
により加工されているため、相関図が円環帯状の分布図
となる。また、隣接する円環帯の境界では、図６に斜線
で示すように、各円環帯の幅Ｗの１／３〜１／５を境界
として設定し、互いに隣接する円環帯で求められた加工
条件の中間的な条件で境界を加工する。

【００２７】この様にして境界における加工条件をつな
ぎ合わせることにより連続的な形状になるような処理が
行われる。そして、この実施形態では、図７に太線で示
すように、被加工物を回転することなく、研磨工具１１
を左右に移動することにより研磨加工が行われる。次
に、被加工物の加工時に、各研磨位置において、公転半
径Ｒおよび研磨工具１１の滞留時間をどのくらいにすれ
ば良いかが、コンピュータにより算出される。

【００２８】すなわち、先ず、図５の相関図の周期帯分
布情報に合わせて、各位置における公転半径Ｒが図２に
基づいて決定される。この際、図８に示すように、単位
除去形状Ｋの大きさＤが、各位置で支配的なうねりの周
期ＴのＴ／２の大きさとなるように、図２から公転半径
Ｒが決定され、これにより、最も効率的な除去が可能に
なる。

【００２９】次に、図５の（ｂ）に示した被加工物の加
工面の各位置における誤差量Ｇの情報と、図３の相関図
とから、各位置における研磨工具１１の加工時間が算出
される。

【００３０】そして、この加工時間（滞留時間）に基づ
いて、被加工物の加工面の各位置における研磨工具１１
の送り速度が決定され、修正研磨加工用のＮＣプログラ
ムが作成され、このＮＣプログラムに基づいて研磨加工
が行われる。上述した研磨装置では、移動機構１９によ
り研磨工具１１の公転半径Ｒを変化させることにより、
研磨工具１１を交換することなく、研磨工具１１の外径
を変化したのと略同様の効果を得ることができる。

【００３１】従って、被加工物の形状誤差等に対応して
研磨工具１１の公転半径Ｒを変化させることにより、加
工能率を従来より大幅に向上することができる。なお、
より具体的には、公転半径Ｒは、０から研磨工具１１の
半径以下であり、公転半径Ｒが０の場合には、従来の研
磨工具１１と同等の働きをする。また、公転半径Ｒが研
磨工具１１の半径の場合には、従来の研磨工具１１の２
倍径相当の働きをする。

【００３２】そして、上述した研磨装置および研磨方法
では、制御装置２７により、被加工物の測定から得られ
た形状誤差データに基づいて公転半径Ｒを研磨位置に対
応して変化し、同時に、公転半径Ｒに応じて、研磨工具
１１の送り速度を変化させるようにしたので、作業者の
能力に大きく依存することなく加工能率をより大幅に向
上することができる。

【００３３】また、上述した研磨装置では、形状誤差デ
ータから求められた被加工物のうねりの周波数に基づい
て公転半径Ｒを決定するようにしたので、うねりを効率
的に除去することができる。また、上述した研磨方法を
使用して、例えば、レンズ等の光学部材の研磨を行うこ
とにより、レンズ等の光学部品を高い精度で効率的に製
造することができる。

【００３４】なお、上述した実施形態では、公転半径Ｒ
に応じて、研磨工具１１の送り速度を変化させることに
より最適な修正研磨加工を行った例について説明した
が、本発明はかかる実施形態に限定されるものではな
く、公転半径Ｒに応じて、研磨工具１１の自転回転数、
研磨工具１１の公転回転数、あるいは、研磨工具１１の
被加工物に対する押圧力を変化させることにより最適な
修正研磨加工を行うようにしても良い。

【００３５】また、公転半径Ｒに応じて、研磨工具１１
の送り速度、研磨工具１１の自転回転数、研磨工具１１
の公転回転数、研磨工具１１の被加工物に対する押圧力
の少なくとも２つ以上を変化させることにより最適な修
正研磨加工を行うようにしても良い。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の研磨装置
では、移動機構により研磨工具の公転半径を変化させる
ことにより、研磨工具を交換することなく、研磨工具の
外径を変化したのと略同様の効果を得ることができる。

【００３７】従って、被加工物の形状誤差等に対応して
研磨工具の公転半径を変化させることにより、加工能率
を従来より大幅に向上することができる。請求項２の研
磨装置では、制御手段により、被加工物の測定から得ら
れた形状誤差データに基づいて公転半径を研磨位置に対
応して変化させ、同時に、公転半径に応じて、研磨工具
の送り速度、研磨工具の自転回転数、研磨工具の公転回
転数、研磨工具の被加工物に対する押圧力の少なくとも
１つを変化させるようにしたので、作業者の能力に大き
く依存することなく加工能率をより大幅に向上すること
ができる。

【００３８】請求項３の研磨装置では、形状誤差データ
から求められた被加工物のうねりの周波数に基づいて公
転半径を決定するようにしたので、うねりを効率的に除
去することができる。請求項４の研磨方法では、被加工
物の測定から得られた形状誤差データに基づいて公転半
径を研磨位置に対応して変化させ、同時に、公転半径に
応じて、研磨工具の送り速度、研磨工具の自転回転数、
研磨工具の公転回転数、研磨工具の被加工物に対する押
圧力の少なくとも１つを変化させるようにしたので、作
業者の能力に大きく依存することなく加工能率をより大
幅に向上することができる。

【００３９】請求項５の光学部品の製造方法では、レン
ズ等の光学部品を高い精度で効率的に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨装置の一実施形態を示す側面図で
ある。

【図２】図１の研磨装置の公転半径と単位除去形状の大
きさとの関係を示す説明図である。

【図３】単位除去形状の深さと加工時間との関係を示す
説明図である。

【図４】被加工物の加工面の周期帯の区分を示す説明図
である。

【図５】被加工物の加工面の周期帯の分布および誤差量
を示す説明図である。

【図６】円環帯の境界を示す説明図である。

【図７】図４に示す被加工物の加工面の研磨方法を示す
説明図である。

【図８】図１の研磨装置の公転半径の設定方法を示す説
明図である。

【図９】研磨工具の滞留時間の設定方法を示す説明図で
ある。

【図１０】研磨工具の径と波長との関係を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１１ 研磨工具 １３ 自転回転軸 １７ 公転回転軸 １９ 移動機構 ２７ 制御装置 Ｒ 公転半径

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨工具を自転回転させる自転回転軸
   と、 前記研磨工具を公転回転させる公転回転軸と、 前記研磨工具の公転半径を変化させる移動機構と、 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記載の研磨装置において、 被加工物の測定から得られた形状誤差データに基づいて
   前記公転半径を研磨位置に対応して変化させるととも
   に、前記公転半径に応じて、前記研磨工具の送り速度、
   前記研磨工具の自転回転数、前記研磨工具の公転回転
   数、前記研磨工具の被加工物に対する押圧力の少なくと
   も１つを変化させる制御手段を有することを特徴とする
   研磨装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の研磨装置において、 前記制御手段は、前記形状誤差データから求められた被
   加工物のうねりの周波数に基づいて前記公転半径を決定
   することを特徴とする研磨装置。
4. 【請求項４】 研磨工具を自転および公転させながら被
   加工物を研磨するとともに、被加工物の測定から得られ
   た形状誤差データに基づいて前記研磨工具の公転半径を
   研磨位置に対応して変化させ、同時に、前記公転半径に
   応じて、前記研磨工具の送り速度、前記研磨工具の自転
   回転数、前記研磨工具の公転回転数、前記研磨工具の被
   加工物に対する押圧力の少なくとも１つを変化させて前
   記被加工物を研磨することを特徴とする研磨方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の研磨方法により被加工物
   を研磨し、光学部品を製造することを特徴とする光学部
   品の製造方法。