JPS63232932A

JPS63232932A - 修正研磨方法およびその装置

Info

Publication number: JPS63232932A
Application number: JP6259287A
Authority: JP
Inventors: Manabu Ando; 学安藤; Nobuo Nakamura; 宣夫中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1988-09-28
Also published as: JPH05171B2

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〕本発明は研磨方法およびその装置に関し、特に光学素子
の高精度研磨に好適な研磨方法および研磨装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、光学素子たとえばレンズ、プリズムまたは反射鏡
等の表面精度を極めて高精度に仕上げるためには、一旦
ある程度の積度に研磨された表面を小径の研磨パッドに
より部分的に修正研磨する方法がとられている。

第５図は、この様な修正研磨の具体例を示す概略斜視図
である。図において被研磨物１２は円板状の光学ガラス
平行面板であって、下面がワーク支持体１４に接着され
て固定指示されている。ワーク支持体１４はワーク回転
軸２５に回転可能に支持されており、被研磨物Ｉ２はワ
ーク回転軸２５に関し回転対称となる様にワーク支持体
１４に固定されている。被研磨物１２の上面は、前加工
により予め鏡面研磨されている。但し、この前加工によ
って図示された輪帯Ｙの部分が凸状になっているとする
。修正研磨においては、被研磨物１２の径の大きさに比
べて小さい径を有する研磨バッド１６が用いられる。研
磨バッド１６は工具支持体１８の下面に接着されて固定
支持されており、工具支持体１８の上面中央部には、棒
体２０の一端が突当てられている。棒体２０は矢印Ａで
示すように被研磨物１２の半径方向に適宜の幅で揺動可
能である。研磨物１２と研磨バッド１６の間には研磨液
がノズル２２により供給される。ノズル２２から被研磨
物１２の上面へ研磨液を供給しながらワーク支持体１４
を矢印Ｂ方向に回転させ、同時に工具支持体１８を矢印
Ｃ方向に回転させるとともに矢印へ方向に揺動させるこ
とによって被研磨物１２の修正研磨が行なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

被研磨物か軸対称形状の時には通常その軸を中心に被研
磨物を回転させながら研磨加工を行なうが、被研磨物が
大きな時には回転中心を中心とした同心円状の微小な凸
部と四部が交互に発生することがある。（以下、この同
心円状の微小な凸部と四部が交互に発生した状態をリッ
プルと呼ぶ。）−上述した従来の研磨方法はその目的が
大きな同心円状のうねりの除去が目的であるので、その
まま上述したリップルを除去しようとしても、被研磨物
の除去は進むが、リップルはそのまま残ってしまうとい
う欠点がある。

本発明は、光学素子の研磨加工における被研磨物のリッ
プルを除去する研磨方法および研磨装置を提供すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段〕本発明の研磨方法は、輪帯状に形成された研磨工具を被
研磨物上で所定の方向に揺動運動させながら別に定めた
方向に走査運動させることを特徴とし、また被研磨物と
研磨工具が相互になす運動によって生じる相対速度の構
成における被研磨物の回転方向の速度成分が所定値を超
えないように設定されている。また、本発明め研磨装置
は研磨工具を所定の方向に揺動させながら別に定めた方
向に走査させる送り手段と、走査方向に対する位置検出
手段を有し、位置検出手段の信号により研磨工具の走査
範囲を制御できる制御装置を備えている。

（作用）微小なリップルを除去するために必要な工具の運動条件
、そして工具の条件を詳細に検討した。

以下にその内容を記す。

この検討で使用したテストピースは外径１７０ｍｍ、曲
率半径４９０ｍｍの石英ガラス製のレンズであり、その
球面には事前にピッチ６〜７　ｍｍ、凹凸の差約０．１
４のリップルを発生させである。また、工具の外径は２
０＋ｎｍとし、当り面がそれぞれ工具Ａは直径２０ｍｍ
全面あたり被加工物の曲率と等しい凹面になっている。

（以下、Ｂ、Ｃも当り部分は同様の凹面）、工具Ｂは外
径２０ｍｍ、内径１０ｍｍの輪帯あたり、工具Ｃは外径
２０ｍｍ、内径１５ｍｍの輪帯あたりとし、当り面はす
べてビリチにて作成しである。検討には図１に示す研磨
装置を使用した。

■、のＩ！ｌ−、の　丸それぞれ被研磨物の中心から６０ｍｍ〜８０＋ｎｍの区
間に対して検討を行なった。また、表１中の速度成分比
は被研磨物上７０ｍｍでの平均した値である。検討１．
は従来例の例、検討２．は主要な研磨運動を構成する被
研磨物の回転、工具の回転、工具の揺動の３要素をほぼ
均等にした場合、検討３．は被研磨物の回転の割合を１
０％以下とした例である。この時、工具はＢを使用した
。なお、走査は検討１．〜３、に共通な条件であり、Ｉ
ＩＩＩｍ／ｍｉｎの速度で被研磨物上６０ｍｍ〜８０ｍ
ｍの区間の走査とした。

検討１．では除去量は多いが、リップルはそのまま残り
除去が進まない。

検討２．ではリップルの除去は多少進むが、その除去量
自体が少ないので、リップルを除去するには非常に長い
時間がかかる。

検討３．では、リップルの除去は進んだ。

この検討内容から次のことを導き出せる。オなわち、相
対速度の構成に占める被研磨物の回転の割合は低い方が
よい。この時、他の要素のうち、工具の走査は、リップ
ルの除去を連続して被加工物上の広い部分にわたり行な
うための要素なので、相対速度の構成において工具の走
査が高い割合を占めることはない。また、工具の揺動に
は通常図１に示されるようにクランク機構を用いるが、
クランク部から振動が発生しやすく、また、揺動する部
分の重量の制約、クランク機構の負荷、から揺動の単位
時間内の回数はあまり大きくできない。モして揺動のス
トロークも、クランク機構の大きさ、負荷からあまり長
くできない。従フて、相対速度の構成において工具の揺
動が極端に高い割合を占めることは、相対速度の絶対値
がある程度大きくなると困難となる。工具の回転はその
自由度は大きく、相対速度の大きな割合を占めることは
可能であり、検討３．のようにある程度大きな相対速度
の中でも８７％を占めることができる。

ｍ形吠辺鳳Ｉ検討３．の条件で工具Ａ、ＢそしてＣのリップル除去能
力の差を検討した。この時、あたり血ｔｌ′１位面積に
かかる荷重はそれぞれ等しくなるようにした。その結果
、工具Ｂ、Ｃのリップル除去能力が良好であり、工具Ａ
の能力は低いものであった。

また、工具ＢとＣでは工具Ｃの方が良好であった。工具
ＡとＢ、Ｃとの差は工具の被加工物上における運動時の
安定性の差と考えることができる。すなわち、安定性の
悪い工具では、研磨加工中の、とくに揺動時に、リップ
ルの谷の部分にも工具があたってしまい、ソップル山部
を選択的に除去しようという意図に反した状態の研磨に
なると考えられる。

以上のことから、工具は輪帯形状であることと検討３．
の条件、言い換えるなら、リップルの法線方向の相対速
度を主とし、リップルの接線方向の相対速度成分をなる
べく減じたものとすることをともに満たすことが、リッ
プルを除去するのに必要なことがわかった。また、工具
の接触面の外径はリップルの少なくとも２倍以上あるこ
とが好ましい。

なお、研磨装置は、研磨工具を所定の方向に揺動させな
がら別の方向に走査運動させるとともに、走査方向を位
置検出手段により検出し、制御装置により位置検出手段
からの信号を受けて研磨工具の走査範囲を制御する。所
定値以下におさえると一層研磨効率が向上する。

〔実１６例）次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ）は本発明の研磨装置の一実施例の縦断面図
、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＩ−Ｉ矢視図である。

また、第２図（ａ）は研磨工具の斜視図、第２図（６）
は研磨工具取付状態の断面図である。

被研磨物１２は円板状の光学ガラス平面で、その下面は
ワーク支持体１４に接着固定されている。ワーク支持体
１４は機枠】０に軸承されたワーク回転軸２５は機枠ｌ
Ｏに固定された駆動モータ２６から歯車体２７を介して
回転を与えられるよう連結されている。

研磨工具２８は、アーム３１の頭部３１ａに軸承され、
頭部３１．ａに固定されたモータ３０に連結された工具
回転軸２９と連結されている。アーム３１は送りコラム
：）２にピン３３および金具３３ａを介してピン３３を
中心に回動自在に連結され、垂直方向のビン４２により
金具３３ａに揺動可能に取付けられている。アーム３１
の頭部３１ａには、別に揺動アーム４１の一端が取付け
られ、揺動アーム４１の他端は送りコラム３２の上部に
設けられたクランク機構４０の外周部にビン４０ａによ
って取付けられ、クランク機構４０の軸の下側に直結さ
れた不図示のモータにより駆動される。送りコラム３２
は、機枠ｌＯに固定されたスライド案内３６に滑合して
おり、機枠ＩＯに固定された送りモータ３４と、このモ
ータ３４に連結され機枠ｌＯに軸承された送りねじ３５
、および送りねじ３５がねし込まわる送りコラム３２に
固定された不図示のナツトにより第１図（ｂ）の矢印Ａ
方向に送られる。光学的または磁気的なりニヤスケール
、もしくはインダクトシン等の送り位置検出ユニット３
７は、スライド案内３６と送りコラム３２に固定されて
いる。被研磨物１２の上部空間には研磨液供給ノズル２
２が設けられており、被研磨物１２およびワーク支持体
１４の外周には、供給された研磨液の飛散を防止して集
めるための筐体３８が機枠ＩＯに固定されている。制御
装置３９はモータ２６，３０．送りモータ３４、不図示
の揺動用モータ位置検出ユニット３７より信号を入力し
、研磨工具２８に揺動運動と走査運動と回動運動を与え
、かつ、研磨工具２８の走査範囲を制御する。

研磨工具は第２図（ａ）に示したように、円筒状の本体
の２箇所に、工具回転軸２９の柚と直角方向に挿入され
たドライブピン２９ａによって駆動される切欠２８ａを
備え、下端には輪体状の研磨工具２８ｂが固着されてい
る。本実施例では研磨工具２８の材質としてピッチを用
いているが、発泡ポリウレタン材であってもよい。

次に、本実施例の装置の動作について説明する。先ず、
被研磨物１２がワーク支持体１４上に接着固定され、回
転軸２５に嵌着される。次に、工具回転軸２９が被研磨
物１２と垂直になるようにアーム３１がセットされ、工
具回転軸２９の先端に研磨工具２８が取付けられる。次
に、研磨液供給ノズル２２から研磨液が供給される。つ
づいて制御装置３９によりモータ２６，３０．３４およ
び不図示の揺動モータに回転が与えられる。モータ２６
はワーク支持体１４および被研磨物１２を回転させ、モ
ータ３０は研磨工具２８を回転させ、モータ３４は送り
コラム３２に走査運動を与え、研磨工具２８は、揺動モ
ータに回転されたクランク機構４０と揺動アーチ４１に
より揺動する。位置検出手段３７は、被研磨物１２に対
する研磨工具２８の走査方向の位置を検出して信号を制
御装置３９に送り、制御装置３７は送られた信号により
研磨工具２８の走査範囲を制御する。

第３図（ａ）　、　（ｂ）は、本発明の研磨装置により
修正しようとする被研磨物Ｉ２の修正前の断面形状と修
正語の形状を示した図で、修正前の被研磨物１２の表面
にはピッチｐ、深さｈのリップルがある。

第４図は、被研磨物１２に対する研磨工具２８の相体運
動の方向を示したもので、被研磨物１２がａｒｐｍ、研
磨工具２８がｂｒｐｍだけそれぞれ回転する。

研磨工具２８にはＣ方向に所定の大きさの揺動運動が与
えられ、さらに研磨工具２８は位置ｄからｅの長さの走
査運動が与えられる。ここに、加工条件の１例を面述の
検討に準じてあげる。被研磨物１２を外径１７０ｍｍ　
、極子半径４９０ｍｍの石英ガラス製の凸レンズとする
。研磨工具２８をピッチ材で成形された外径２０ｍｍ、
内径１７　、５ｍｍの切れ目のない輪帯とし、被加工材
の回転数をａ＝２ｒｐｍ、研磨工具の回転数をｂ　＝　
２００ｒｐｍ、揺動を１００サイクル／ｍｉｎでストロ
ークｃ　＝　１００１１１１、走査位置ｄ　＝　４０１
１１［１１，ｅ　＝７０ｍｍ、走査速度＝　　１ｍｍ／
ｍｉｎとし、研磨液を６重量パーセントの酸化セリウム
とした。この加工条件の下でピッチｐ＝５〜７ｍｍ、凸
凹の差ｈ＝０．１−のリップルを有する材料を２回研磨
したところリップルの深さはｈ　＝０．０６−に減り、
さらにもう３回研磨して計５回の研磨を行なったところ
ｈ＝０．０３ｐとなってほぼ満足する結果が得られた。

これを、従来の方法と比較した場合を第２表に示す。

なお、研磨工具の輪帯に所定の間隔でスリットを設けて
もよい。

（発明の効果ン以上説明したように本発明は、接触面が輪帯形状をもつ
研磨工具を被研磨物上で所定の方向に揺動運動させなが
ら、別に定めた方向に走査運動させ、これら研磨工具と
被研磨物の相対速度の速度成分を所定値以下におさえる
という研磨方法とこの方法を用いた研磨工具に揺動運動
と走査運動を与え、位置検出手段によ）て研磨工具の走
査範囲を制御できる制御装置を備えた研磨装置により、
レンズ等の光学素子の表面のリップルを高能率で除去で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の研磨装置の一実施例の縦断面図
、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＩ−Ｉ矢視図、第２図
（ａ）は研磨工具の斜視図、第２図（ｂ）は研磨工具の
取付状態の断面図、第３図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞ
れ被研磨物の修正前と修正後の形状を示した断面図、第
４図は被研磨物に対する研磨工具の相対運動を示した上
面図、第５図は従来の研磨方法の１例を示した斜視図で
ある。１０・・・・・・・・・機枠、　　　　１２−・・・・
・・−被研磨物、１４・・・・・・・・・ワーク支持体
、２２−・・・・・・・・研磨液供給ノズル、２６．３
０．３４・・・・・・・・・モータ、２７・・・・・・
・・・歯車体、２８−・・・・・・・・研磨工具、　　
２９−・・・・・・・・工具回転軸、３１−−−−−−
−−−アーム、　　　　３２・・・・・・・・・送りコ
ラム、３３．４２−・・ビン、　　　　　３５・・・・
・・・・・送りねじ、３６−−−−−−−−−スライド
案内、３７・・・・・・・・・位置検出ユニット、３８
−・・・・・・・・筐体、　　　　３９−・・・・・・
・・制御装置、４０・・・・・・・・・クランク機構、
４１−−−−−−−・・揺動アーム。

Claims

【特許請求の範囲】１、被研磨物との有効接触面が輪帯状に形成された回転
可能な研磨工具を回転可能な被研磨物に対向圧接して被
研磨物を研磨する研磨方法において、前記研磨工具を前記被研磨物上で所定の方向に揺動運動
させながら、別に定めた方向に走査運動させることを特
徴とする研磨方法。２、前記被研磨物と研磨工具とが相互になす運動によっ
て生じる相対速度の構成における被研磨物の回転によっ
て生じる速度成分が所定値を超えない特許請求の範囲第
１項記載の研磨方法。３、被研磨物との有効接触面が輪体状に形成された研磨
工具と、該研磨工具を回転させる駆動手段と、前記被研
磨物を回転させる駆動手段と、前記研磨工具を所定の方
向に揺動させる駆動手段を有する研磨装置において、前記研磨工具を所定の方向に揺動させながら別に定めた
方向に走査させる送り手段と、該走査方向に対する位置
検出手段を有し、該位置検出手段の信号により前記研磨
工具の走査範囲を制御できる制御装置を備えたことを特
徴とする研磨装置。