JP4175782B2 - 研磨方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨方法、研磨工具及び光学部品に関し、詳細には、うねりを適切に除去して高精度に研磨する研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
力制御研磨はレンズ、鏡、成形金型などの超精密仕上げの加工方法として幅広く用いられており、力制御研磨では、研磨除去量を精密に制御することができるとともに、球面、非球面、自由曲面形状においても、形状にならい、当該形状を崩すことなく、均一に研磨することもできるようになってきている。
【０００３】
一方、近年、複写機、レーザプリンタのレーザ走査の高密度化、カラー化の進行に伴い、レーザ走査のビーム径はますます小さくなってきており、レーザ走査の光学系に使用されるレンズやこのレンズを成形する金型においても、ただ精度の良い表面粗さでは不十分となり、小さい振幅、長い波長を有するうねりを極力に抑えることも要求されるようになってきている。
【０００４】
そして、従来、高精度の非球面を製作する研磨方法として、加工面を研磨するための研磨方法において、加工面形状と設計面形状との形状誤差を部分的に修正する部分修正研磨を前記加工面に施すステップと接触面積及び硬さが異なるポリシャを多段階に使い分け、部分修正研磨を施された前記加工面のうねりを除去するステップとを有する研磨方法が提案されている（特開平９−２４８７４１号公報参照）。
【０００５】
すなわち、この研磨方法は、加工面形状と設計面形状との形状誤差を部分的に修正し、接触面積及び硬さが異なるポリシャを多段階に使い分けて、うねりを除去しようとしている。
【０００６】
また、従来、被加工物の加工面上を滑動させながら加工を行う研磨工具において、前記加工面の除去したいうねり周期の２倍以上の径を有するポリシャを、前記研磨工具のツ―ルに３個以上設けると共に、前記各ポリシャを独立に傾斜可能に設けた研磨工具が提案されている（特開平 ９-３２３２４９号公報参照）。
【０００７】
すなわち、この技術は、研磨工具を加工物の加工面上に滑動させながら研磨を行い、研磨工具に除去したいうねり周期の２倍以上の径を有するポリシャを３個以上設け、そして各ポリシャを独立に傾斜可能にすることによって、うねりを除去しようとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、うねりの低減まで要求される高精度な加工を必要とする光学素子成形用金型の加工に対しては、不十分であり、さらなる高精度な加工技術が要求される。
【０００９】
すなわち、特開平9-２４８７４１号公報記載の技術にあっては、加工面形状と設計面形状との形状誤差を修正すると同時に、接触面積及び硬さの異なるポリシャで、加工面の微小なうねりを除去しようとしているため、小さい振幅、長い波長を有するうねりを除去することができないという問題があった。
【００１０】
また、特開平９-３２３２４９号公報記載の技術にあっては、研磨ツールに除去したいうねり周期の２倍以上の径を有するポリシャを３個以上設けるとともに、各ポリシャを独立に傾斜可能にして、うねり除去しようとしているため、レンズ全体の寸法が小さく、うねりの波長がレンズ全体形状の半分よりも長い場合には、うねりを除去することができず、特に、曲率が逆転する自由曲面の場合には、このような工具形状では、うねりを除去することができないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、２点接触研磨によって、うねりにならわずに、加工面形状にならい、研磨押し付け力を両接触点（面）間に移動することで、加工面形状を崩すことなく、振幅が小さく、工具接触幅よりも長い波長を有するうねりを除去する研磨方法を提供することを目的としている。
【００１２】
具体的には、請求項１記載の発明は、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行い、前記研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有する研磨方法において、前記研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とを、前記研磨工具のトラバース方向に平行とすることにより、振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを、研磨工具や研磨ツールを大型化することなく、確実にかつ効率的に除去できるとともに、加工面の形状を崩すことなく、研磨加工方向に沿ってうねりを除去し、確実かつ効率的に振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを除去することのできる研磨方法を提供することを目的としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行い、前記研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有する研磨方法において、前記研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とを、前記研磨工具のトラバース方向に平行とするとともに、加工面にうねりが存在しない場所では、研磨押し付け力は前記２ヶ所の研磨接触点で平均化されるが、研磨加工具のトラバースに伴い、前記加工面上に存在するうねりの山の部分に接触する研磨加工方向先頭側の研磨接触点に前記研磨押し付け力が集中することにより、一回のトラバースでうねりの山に対して２回接触して研磨加工して、うねりの除去をより確実にかつ効率的に行うとともに、２ヶ所の研磨接触点（面）での研磨押し付け力を分配して、荒加工と仕上げ加工を同時に行うことのできる研磨方法を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の研磨方法は、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行い、前記研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有する研磨方法において、前記研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とを、前記研磨工具のトラバース方向に平行とすることにより、上記目的を達成している。
【００２１】
上記構成によれば、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行うに際して、研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有するとともに、研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とが、前記研磨工具のトラバース方向に平行となっているので、振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを、研磨工具や研磨ツールを大型化することなく、確実にかつ効率的に除去することができる。
【００２３】
また、研磨工具の２箇所の研磨接触点を結ぶ直線を研磨加工のトラバース方向に平行にしているので、加工面の形状を崩すことなく、研磨加工方向に沿ってうねりを除去することができ、確実かつ効率的に振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを除去することができる。
【００２４】
請求項２記載の発明の研磨方法のように、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行い、前記研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有する研磨方法において、前記研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とを、前記研磨工具のトラバース方向に平行とするとともに、加工面にうねりが存在しない場所では、研磨押し付け力は前記２ヶ所の研磨接触点で平均化されるが、研磨加工具のトラバースに伴い、前記加工面上に存在するうねりの山の部分に接触する研磨加工方向先頭側の研磨接触点に前記研磨押し付け力が集中するようにしてもよい。
【００２５】
上記構成によれば、加工面にうねりが存在しない場所では、研磨押し付け力は前記２ヶ所の研磨接触点で平均化されるが、研磨加工具のトラバースに伴い、前記加工面上に存在するうねりの山の部分に接触する研磨加工方向先頭側の研磨接触点に前記研磨押し付け力が集中するので、一回のトラバースでうねりの山に対して２回接触して研磨加工して、うねりの除去をより確実にかつ効率的に行うことができるとともに、２ヶ所の研磨接触点（面）での研磨押し付け力を分配して、荒加工と仕上げ加工を同時に行うことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３７】
図１〜図５は、本発明の研磨方法、研磨工具及び光学部品の第１の実施の形態を示す図であり、図１は、本発明の研磨方法、研磨工具及び光学部品の第１の実施の形態を適用した研磨方法に使用する研磨工具の正面図である。
【００３８】
図１において、研磨工具１は、同じ大きさの球状の研磨部２と研磨部３が、シャフト４で連結されており、シャフト４は、球状の研磨部２中心軸２ａと研磨部３の中心軸３ａを連結している。研磨工具１は、研磨部２と研磨部３がそれぞれ被加工物の加工面に接触して研磨を行い、被加工物の加工面に対して、研磨部２と研磨部３という２カ所の研磨接触点（面）を有している。
【００３９】
研磨工具１は、加工面に押し付けられた際、図２に示すように、その研磨部２と研磨部３の被加工物の加工面に対する２ヶ所の研磨接触点（面）の間隔をｄとすると、間隔ｄが、次式のヘルツの式を満足する状態で、研磨部２と研磨部３がシャフト４で連結されている。
【００４０】
【数２】
なお、ａは、研磨工具１が加工面に押付けられたときの最大接触円半径、Ｆは、工具押し付け力、ＲA は、工具曲率半径、ＥA は、工具の縦弾性係数、νA は、工具のポアソン比、ＲB は、被加工物の加工面の曲率半径、ＥB は、被加工物の縦弾性係数、 νB は、被加工物のポアソン比である。
【００４１】
すなわち、図２で示しているように、押し付け力Ｆによる研磨部２と研磨部３による２ヶ所の研磨接触点（面）での最大接触円半径の和は、この２ヶ所の研磨接触点（面）の間隔ｄよりも小さく、研磨工具１は、その弾性変形が２ヶ所の研磨接触点（面）を一体化させない材料で形成されている。特に、研磨工具１は、そのシャフト４が、弾性変形の極めて小さい超硬合金やセラミックスで形成されている。
【００４２】
次に、本実施の形態の作用を説明する。上記研磨工具１を用いて加工面として平面を有する被加工物を研磨する場合、以下の手順で行う。
【００４３】
すなわち、図３に示すように、研磨工具１を被加工物１０の加工面１１上に２ヶ所の研磨点（面）を持たせながら、加工面１１上の形状をならい、押し付け力Ｐを一定にして研磨加工を行う。平面の被加工物１０の研磨加工においては、スタート時の研磨工具１と被加工物１０の加工面１１の力の釣り合いは、図３に示すように、次式（２）、次式（３）を満足する。
【００４４】
Ｎ1＝Ｐ1＝（１／２）×Ｐ＝（１／２）×Ｎ・・・（２）
Ｎ2＝Ｐ2＝（１／２）×Ｐ＝（１／２）×Ｎ・・・（３）
ここで、Ｐ1、Ｐ2は、研磨部２、研磨部３の押し付け力、Ｎ1、Ｎ2は、その反発力である。
【００４５】
上記状態で、加工を開始すると、研磨部２と研磨部３の両接触点（面）の間には、図４に示すように、未除去の部分が高くなり、見かけ上「山」として現れる。
【００４６】
そして、研磨方向は、図３及び図４に加工方向として矢印で示す図３及び図４の右方向であり、右方向への研磨加工が進行するに伴って、この研磨部２と研磨部３の間の山の部分は、図５に示すように、左側の研磨部２によって除去されて、再び、研磨工具１の研磨部２と研磨部３の両接触点（面）が同一水平面になる。
【００４７】
そして、この状態で、右方向に研磨が進むと、図５に示すように、加工方向先端側の研磨部３のみが被加工物１０の未加工の加工面１１の加工を開始する状態となって、上記式（２）と式（３）の関係式が成り立たなくなり、図６に示すように、次式（４）〜次式（７）の新たな力釣り合いの関係式を満足することになる。
【００４８】
Ｎ11＝Ｐ11・・・（４）
Ｎ22＝Ｐ22・・・（５）
Ｎ23＝Ｐ22・cosθ・・・（６）
Ｎ11＋Ｎ22＝Ｎ＝Ｐ・・・（７）
いま、研磨工具１、特に、シャフト４は、弾性変形のきわめて小さい材料で形成されており、研磨工具１全体が曲がらないため、研磨工具１がさらに右方向に進行すると、結局、図７に示すように、研磨の押し付け力Ｐは、完全に右側の研磨部３の接触点（面）に移ることになる。図７において、研磨工具１による研磨除去量が小さいため、研磨が行われている加工面１１と未研磨の加工面１１とのなす角度θは小さく、０に近く、cosθ＞１／２となるため、上記式（６）は、次式（８）で表される。
【００４９】
Ｎ23＝Ｐcosθ＞Ｎ2＝（１／２）×Ｐ・・・（８）
そして、被加工物１０の加工面１１、すなわち、ワーク表面が完全な平面である場合には、上記（８）式が常に成り立ち、往復研磨加工を行うと、研磨押し付け力Ｐは、左右の研磨部２と研磨部３の２ヶ所の研磨接触点（面）で繰り返し交替し、被加工物１０の加工面１１を左右の接触点（面）の交替で研磨加工することがでる。
【００５０】
また、研磨押し付け力Ｐと弾性係数が異なる工具材料（研磨工具１全体は同一材料）を選定すると、研磨押し付け力Ｐを完全に一つの研磨接触点（面）に移さないで、２ヶ所の研磨接触点（面）に一定な割合で分配することができる。
【００５１】
したがって、研磨進行方向に対して、前の接触点（面）で荒加工を行い、後の接触点（面）で仕上げ加工を同時に行うこともできる。
【００５２】
被加工物１０の加工面１１が、図示しないが、球面、非球面、自由曲面である場合には、このような球面、非球面、自由曲面にあるうねりを除去する研磨加工においては、加工面の形状に合わせて、研磨の押し付け力を一定に制御し、研磨工具１を小径化かつ２ヶ所の接触点（面）間の距離を短くすることによって、研磨工具１が被加工物の加工面上の形状をならうが、うねりにはならわない。
【００５３】
したがって、被加工物の加工面にある形状を崩すことなく、形状にあるうねりだけを、２研磨接触点（面）での研磨押し付け力の移動で除去することができる。
【００５４】
図８及び図９は、本発明の研磨方法、研磨工具及び光学部品の第２の実施の形態を示す図である。
【００５５】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の研磨工具１と同様の研磨工具を用いて研磨を行っており、本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態で用いた符号をそのまま用いて説明する。
【００５６】
図８は、研磨工具１が被加工物１０の平らな加工面１１にある小さい振幅で、研磨工具１の接触幅よりも長い波長を有するうねり２０の山を登るときの力釣り合いを示している。
【００５７】
この場合、うねり２０の振幅が小さく、かつ、波長が長いため、加工面１１とうねり２０の面とのなす角度θは、第１の実施の形態の場合よりは少し大きくなるが、やはり、０に近く、 cosθ＞１／２の関係は、崩れない。したがって、上記関係式（８）は、そのまま成り立つ。
【００５８】
そして、研磨工具１による研磨加工が右方向に進行するに伴って、右側の研磨部３の研磨接触点がうねり２０の山を越えると、図９に示すように、段々と研磨の押し付け力Ｐは、左側の研磨部２の接触点（面）に移ることになり、このときの力の釣り合いは、図９に示すように、次式（９）を満足する。
【００５９】
Ｎ13＝Ｐcosθ＞Ｎ1＝（１／２）×Ｐ・・・（９）
したがって、１回のトラバース研磨加工で、研磨工具１は、１つのうねり２０の山に対して２回も接触することができ、より確実にかつ効率的に研磨工具１の接触幅よりも波長が長く、かつ、振幅の小さいうねり２０を除去することができる。
【００６０】
上記研磨工具１により光学部品成形用金型を研磨加工すると、加工面形状を崩すことなく、振幅の小さく、かつ、研磨工具１の接触幅よりも長い波長を有するうねりを除去して、簡単かつ効率的に、また、より高精度に光学部品成形用金型を研磨加工することができる。
【００６１】
そして、この光学部品成形用金型を使用して、光学部品を成形すると、形状精度の優れた光学部品を得ることができる。
【００６２】
なお、上記各実施の形態において、研磨工具１としては、上記形状のものに限るものではなく、例えば、図１０に示すように、研磨工具３０は、球状の研磨部３１、３２が、所定の接触面を共有する状態で連結されており、研磨部３１と研磨部３２の中心を中心軸３３が貫通しているものであってもよい。
【００６３】
この研磨工具３０の場合には、上記研磨工具１と同様に、研磨部３１及び研磨部３２と被加工物の加工面との接触点が研磨接触点（面）となって、２箇所の研磨接触点（面）を有することになる。なお、この研磨工具３０は、図示しないが、中心軸３３に研磨工具を回転させるシャフトが連結される。
【００６４】
また、図１１に示すように、研磨工具４０は、１個の大きな球状の研磨部４１の中心を中心軸４２が貫通しており、この中心軸４２の周方向に、所定幅ｗを有し、所定深さｈの溝４３が形成されている。中心軸４２には、シャフト４４が連結されており、研磨工具４０は、中心軸４２を中心に回転駆動される。
【００６５】
この研磨工具４０は、図１２に示すように、溝４３を挟んで研磨部４１が被加工物の加工面との接触点が研磨接触点（面）となって、２箇所の研磨接触点（面）を有することとなり、この場合の研磨接触点（面）の間隔ｄは、上記ヘルツの式を満足する状態に、溝４３の幅ｗと深さｈが設定されている。
【００６６】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の研磨方法によれば、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行うに際して、研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有するとともに、研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とが、前記研磨工具のトラバース方向に平行となっているので、振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを、研磨工具や研磨ツールを大型化することなく、確実にかつ効率的に除去することができる。
【００６８】
また、加工面の形状を崩すことなく、研磨加工方向に沿ってうねりを除去することができ、確実かつ効率的に振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを除去することができる。
【００６９】
請求項２記載の発明の研磨方法によれば、加工面にうねりが存在しない場所では、研磨押し付け力は前記２ヶ所の研磨接触点で平均化されるが、研磨加工具のトラバースに伴い、前記加工面上に存在するうねりの山の部分に接触する研磨加工方向先頭側の研磨接触点に前記研磨押し付け力が集中するので、一回のトラバースでうねりの山に対して２回接触して研磨加工して、うねりの除去をより確実にかつ効率的に行うことができるとともに、２ヶ所の研磨接触点（面）での研磨押し付け力を分配して、荒加工と仕上げ加工を同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨方法、研磨工具及び光学部品の第１の実施の形態に適用される研磨工具の正面図。
【図２】図１の研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けた際の工具変形状態と接触点間隔を示す図。
【図３】図１の研磨工具で平面加工面の加工を開始した際の斜視図。
【図４】図３の研磨工具で研磨を行っている状態の正面図。
【図５】図４の研磨工具での研磨がさらに進行した状態の正面図。
【図６】図５の状態の研磨工具と加工面に作用する力釣り合い関係を示す図。
【図７】図６の研磨加工方向先頭側の研磨接触点での力釣り合い関係を示す図。
【図８】本発明の研磨方法、研磨工具及び光学部品の第２の実施の形態に適用される研磨工具で接触点間隔よりもの長いうねりを有する加工面を研磨加工している状態の正面図。
【図９】図８のうねりを超えて研磨加工方向後方側の研磨点で研磨を行っている状態の正面図。
【図１０】研磨工具の他の例を示す正面図。
【図１１】研磨工具のさらに他の例を示す正面図。
【図１２】図１１の研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けた際の工具変形状態と接触点間隔を示す図。
【符号の説明】
１ 研磨工具
２、３ 研磨部
２ａ、３ａ 中心軸
４ シャフト
１０ 被加工物
１１ 加工面
２０ うねり
３０ 研磨工具
３１、３２ 研磨部
３３ 中心軸
４０ 研磨工具
４１ 研磨部
４２ 中心軸
４３ 溝
４４ シャフト
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨方法、研磨工具及び光学部品に関し、詳細には、うねりを適切に除去して高精度に研磨する研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
力制御研磨はレンズ、鏡、成形金型などの超精密仕上げの加工方法として幅広く用いられており、力制御研磨では、研磨除去量を精密に制御することができるとともに、球面、非球面、自由曲面形状においても、形状にならい、当該形状を崩すことなく、均一に研磨することもできるようになってきている。
【０００３】
一方、近年、複写機、レーザプリンタのレーザ走査の高密度化、カラー化の進行に伴い、レーザ走査のビーム径はますます小さくなってきており、レーザ走査の光学系に使用されるレンズやこのレンズを成形する金型においても、ただ精度の良い表面粗さでは不十分となり、小さい振幅、長い波長を有するうねりを極力に抑えることも要求されるようになってきている。
【０００４】
そして、従来、高精度の非球面を製作する研磨方法として、加工面を研磨するための研磨方法において、加工面形状と設計面形状との形状誤差を部分的に修正する部分修正研磨を前記加工面に施すステップと接触面積及び硬さが異なるポリシャを多段階に使い分け、部分修正研磨を施された前記加工面のうねりを除去するステップとを有する研磨方法が提案されている（特開平９−２４８７４１号公報参照）。
【０００５】
すなわち、この研磨方法は、加工面形状と設計面形状との形状誤差を部分的に修正し、接触面積及び硬さが異なるポリシャを多段階に使い分けて、うねりを除去しようとしている。
【０００６】
また、従来、被加工物の加工面上を滑動させながら加工を行う研磨工具において、前記加工面の除去したいうねり周期の２倍以上の径を有するポリシャを、前記研磨工具のツ―ルに３個以上設けると共に、前記各ポリシャを独立に傾斜可能に設けた研磨工具が提案されている（特開平 ９-３２３２４９号公報参照）。
【０００７】
すなわち、この技術は、研磨工具を加工物の加工面上に滑動させながら研磨を行い、研磨工具に除去したいうねり周期の２倍以上の径を有するポリシャを３個以上設け、そして各ポリシャを独立に傾斜可能にすることによって、うねりを除去しようとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、うねりの低減まで要求される高精度な加工を必要とする光学素子成形用金型の加工に対しては、不十分であり、さらなる高精度な加工技術が要求される。
【０００９】
すなわち、特開平9-２４８７４１号公報記載の技術にあっては、加工面形状と設計面形状との形状誤差を修正すると同時に、接触面積及び硬さの異なるポリシャで、加工面の微小なうねりを除去しようとしているため、小さい振幅、長い波長を有するうねりを除去することができないという問題があった。
【００１０】
また、特開平９-３２３２４９号公報記載の技術にあっては、研磨ツールに除去したいうねり周期の２倍以上の径を有するポリシャを３個以上設けるとともに、各ポリシャを独立に傾斜可能にして、うねり除去しようとしているため、レンズ全体の寸法が小さく、うねりの波長がレンズ全体形状の半分よりも長い場合には、うねりを除去することができず、特に、曲率が逆転する自由曲面の場合には、このような工具形状では、うねりを除去することができないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、２点接触研磨によって、うねりにならわずに、加工面形状にならい、研磨押し付け力を両接触点（面）間に移動することで、加工面形状を崩すことなく、振幅が小さく、工具接触幅よりも長い波長を有するうねりを除去する研磨方法を提供することを目的としている。
【００１２】
具体的には、請求項１記載の発明は、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行い、前記研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有する研磨方法において、前記研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とを、前記研磨工具のトラバース方向に平行とすることにより、振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを、研磨工具や研磨ツールを大型化することなく、確実にかつ効率的に除去できるとともに、加工面の形状を崩すことなく、研磨加工方向に沿ってうねりを除去し、確実かつ効率的に振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを除去することのできる研磨方法を提供することを目的としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行い、前記研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有する研磨方法において、前記研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とを、前記研磨工具のトラバース方向に平行とするとともに、加工面にうねりが存在しない場所では、研磨押し付け力は前記２ヶ所の研磨接触点で平均化されるが、研磨加工具のトラバースに伴い、前記加工面上に存在するうねりの山の部分に接触する研磨加工方向先頭側の研磨接触点に前記研磨押し付け力が集中することにより、一回のトラバースでうねりの山に対して２回接触して研磨加工して、うねりの除去をより確実にかつ効率的に行うとともに、２ヶ所の研磨接触点（面）での研磨押し付け力を分配して、荒加工と仕上げ加工を同時に行うことのできる研磨方法を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の研磨方法は、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行い、前記研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有する研磨方法において、前記研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とを、前記研磨工具のトラバース方向に平行とすることにより、上記目的を達成している。
【００２１】
上記構成によれば、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行うに際して、研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有するとともに、研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とが、前記研磨工具のトラバース方向に平行となっているので、振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを、研磨工具や研磨ツールを大型化することなく、確実にかつ効率的に除去することができる。
【００２３】
また、研磨工具の２箇所の研磨接触点を結ぶ直線を研磨加工のトラバース方向に平行にしているので、加工面の形状を崩すことなく、研磨加工方向に沿ってうねりを除去することができ、確実かつ効率的に振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを除去することができる。
【００２４】
請求項２記載の発明の研磨方法のように、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行い、前記研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有する研磨方法において、前記研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とを、前記研磨工具のトラバース方向に平行とするとともに、加工面にうねりが存在しない場所では、研磨押し付け力は前記２ヶ所の研磨接触点で平均化されるが、研磨加工具のトラバースに伴い、前記加工面上に存在するうねりの山の部分に接触する研磨加工方向先頭側の研磨接触点に前記研磨押し付け力が集中するようにしてもよい。
【００２５】
上記構成によれば、加工面にうねりが存在しない場所では、研磨押し付け力は前記２ヶ所の研磨接触点で平均化されるが、研磨加工具のトラバースに伴い、前記加工面上に存在するうねりの山の部分に接触する研磨加工方向先頭側の研磨接触点に前記研磨押し付け力が集中するので、一回のトラバースでうねりの山に対して２回接触して研磨加工して、うねりの除去をより確実にかつ効率的に行うことができるとともに、２ヶ所の研磨接触点（面）での研磨押し付け力を分配して、荒加工と仕上げ加工を同時に行うことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３７】
図１〜図５は、本発明の研磨方法、研磨工具及び光学部品の第１の実施の形態を示す図であり、図１は、本発明の研磨方法、研磨工具及び光学部品の第１の実施の形態を適用した研磨方法に使用する研磨工具の正面図である。
【００３８】
図１において、研磨工具１は、同じ大きさの球状の研磨部２と研磨部３が、シャフト４で連結されており、シャフト４は、球状の研磨部２中心軸２ａと研磨部３の中心軸３ａを連結している。研磨工具１は、研磨部２と研磨部３がそれぞれ被加工物の加工面に接触して研磨を行い、被加工物の加工面に対して、研磨部２と研磨部３という２カ所の研磨接触点（面）を有している。
【００３９】
研磨工具１は、加工面に押し付けられた際、図２に示すように、その研磨部２と研磨部３の被加工物の加工面に対する２ヶ所の研磨接触点（面）の間隔をｄとすると、間隔ｄが、次式のヘルツの式を満足する状態で、研磨部２と研磨部３がシャフト４で連結されている。
【００４０】
【数２】
【００４１】
すなわち、図２で示しているように、押し付け力Ｆによる研磨部２と研磨部３による２ヶ所の研磨接触点（面）での最大接触円半径の和は、この２ヶ所の研磨接触点（面）の間隔ｄよりも小さく、研磨工具１は、その弾性変形が２ヶ所の研磨接触点（面）を一体化させない材料で形成されている。特に、研磨工具１は、そのシャフト４が、弾性変形の極めて小さい超硬合金やセラミックスで形成されている。
【００４２】
次に、本実施の形態の作用を説明する。上記研磨工具１を用いて加工面として平面を有する被加工物を研磨する場合、以下の手順で行う。
【００４３】
すなわち、図３に示すように、研磨工具１を被加工物１０の加工面１１上に２ヶ所の研磨点（面）を持たせながら、加工面１１上の形状をならい、押し付け力Ｐを一定にして研磨加工を行う。平面の被加工物１０の研磨加工においては、スタート時の研磨工具１と被加工物１０の加工面１１の力の釣り合いは、図３に示すように、次式（２）、次式（３）を満足する。
【００４４】
Ｎ1＝Ｐ1＝（１／２）×Ｐ＝（１／２）×Ｎ・・・（２）
Ｎ2＝Ｐ2＝（１／２）×Ｐ＝（１／２）×Ｎ・・・（３）
ここで、Ｐ1、Ｐ2は、研磨部２、研磨部３の押し付け力、Ｎ1、Ｎ2は、その反発力である。
【００４５】
上記状態で、加工を開始すると、研磨部２と研磨部３の両接触点（面）の間には、図４に示すように、未除去の部分が高くなり、見かけ上「山」として現れる。
【００４６】
そして、研磨方向は、図３及び図４に加工方向として矢印で示す図３及び図４の右方向であり、右方向への研磨加工が進行するに伴って、この研磨部２と研磨部３の間の山の部分は、図５に示すように、左側の研磨部２によって除去されて、再び、研磨工具１の研磨部２と研磨部３の両接触点（面）が同一水平面になる。
【００４７】
そして、この状態で、右方向に研磨が進むと、図５に示すように、加工方向先端側の研磨部３のみが被加工物１０の未加工の加工面１１の加工を開始する状態となって、上記式（２）と式（３）の関係式が成り立たなくなり、図６に示すように、次式（４）〜次式（７）の新たな力釣り合いの関係式を満足することになる。
【００４８】
Ｎ11＝Ｐ11・・・（４）
Ｎ22＝Ｐ22・・・（５）
Ｎ23＝Ｐ22・cosθ・・・（６）
Ｎ11＋Ｎ22＝Ｎ＝Ｐ・・・（７）
いま、研磨工具１、特に、シャフト４は、弾性変形のきわめて小さい材料で形成されており、研磨工具１全体が曲がらないため、研磨工具１がさらに右方向に進行すると、結局、図７に示すように、研磨の押し付け力Ｐは、完全に右側の研磨部３の接触点（面）に移ることになる。図７において、研磨工具１による研磨除去量が小さいため、研磨が行われている加工面１１と未研磨の加工面１１とのなす角度θは小さく、０に近く、cosθ＞１／２となるため、上記式（６）は、次式（８）で表される。
【００４９】
Ｎ23＝Ｐcosθ＞Ｎ2＝（１／２）×Ｐ・・・（８）
そして、被加工物１０の加工面１１、すなわち、ワーク表面が完全な平面である場合には、上記（８）式が常に成り立ち、往復研磨加工を行うと、研磨押し付け力Ｐは、左右の研磨部２と研磨部３の２ヶ所の研磨接触点（面）で繰り返し交替し、被加工物１０の加工面１１を左右の接触点（面）の交替で研磨加工することがでる。
【００５０】
また、研磨押し付け力Ｐと弾性係数が異なる工具材料（研磨工具１全体は同一材料）を選定すると、研磨押し付け力Ｐを完全に一つの研磨接触点（面）に移さないで、２ヶ所の研磨接触点（面）に一定な割合で分配することができる。
【００５１】
したがって、研磨進行方向に対して、前の接触点（面）で荒加工を行い、後の接触点（面）で仕上げ加工を同時に行うこともできる。
【００５２】
被加工物１０の加工面１１が、図示しないが、球面、非球面、自由曲面である場合には、このような球面、非球面、自由曲面にあるうねりを除去する研磨加工においては、加工面の形状に合わせて、研磨の押し付け力を一定に制御し、研磨工具１を小径化かつ２ヶ所の接触点（面）間の距離を短くすることによって、研磨工具１が被加工物の加工面上の形状をならうが、うねりにはならわない。
【００５３】
したがって、被加工物の加工面にある形状を崩すことなく、形状にあるうねりだけを、２研磨接触点（面）での研磨押し付け力の移動で除去することができる。
【００５４】
図８及び図９は、本発明の研磨方法、研磨工具及び光学部品の第２の実施の形態を示す図である。
【００５５】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の研磨工具１と同様の研磨工具を用いて研磨を行っており、本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態で用いた符号をそのまま用いて説明する。
【００５６】
図８は、研磨工具１が被加工物１０の平らな加工面１１にある小さい振幅で、研磨工具１の接触幅よりも長い波長を有するうねり２０の山を登るときの力釣り合いを示している。
【００５７】
この場合、うねり２０の振幅が小さく、かつ、波長が長いため、加工面１１とうねり２０の面とのなす角度θは、第１の実施の形態の場合よりは少し大きくなるが、やはり、０に近く、 cosθ＞１／２の関係は、崩れない。したがって、上記関係式（８）は、そのまま成り立つ。
【００５８】
そして、研磨工具１による研磨加工が右方向に進行するに伴って、右側の研磨部３の研磨接触点がうねり２０の山を越えると、図９に示すように、段々と研磨の押し付け力Ｐは、左側の研磨部２の接触点（面）に移ることになり、このときの力の釣り合いは、図９に示すように、次式（９）を満足する。
【００５９】
Ｎ13＝Ｐcosθ＞Ｎ1＝（１／２）×Ｐ・・・（９）
したがって、１回のトラバース研磨加工で、研磨工具１は、１つのうねり２０の山に対して２回も接触することができ、より確実にかつ効率的に研磨工具１の接触幅よりも波長が長く、かつ、振幅の小さいうねり２０を除去することができる。
【００６０】
上記研磨工具１により光学部品成形用金型を研磨加工すると、加工面形状を崩すことなく、振幅の小さく、かつ、研磨工具１の接触幅よりも長い波長を有するうねりを除去して、簡単かつ効率的に、また、より高精度に光学部品成形用金型を研磨加工することができる。
【００６１】
そして、この光学部品成形用金型を使用して、光学部品を成形すると、形状精度の優れた光学部品を得ることができる。
【００６２】
なお、上記各実施の形態において、研磨工具１としては、上記形状のものに限るものではなく、例えば、図１０に示すように、研磨工具３０は、球状の研磨部３１、３２が、所定の接触面を共有する状態で連結されており、研磨部３１と研磨部３２の中心を中心軸３３が貫通しているものであってもよい。
【００６３】
この研磨工具３０の場合には、上記研磨工具１と同様に、研磨部３１及び研磨部３２と被加工物の加工面との接触点が研磨接触点（面）となって、２箇所の研磨接触点（面）を有することになる。なお、この研磨工具３０は、図示しないが、中心軸３３に研磨工具を回転させるシャフトが連結される。
【００６４】
また、図１１に示すように、研磨工具４０は、１個の大きな球状の研磨部４１の中心を中心軸４２が貫通しており、この中心軸４２の周方向に、所定幅ｗを有し、所定深さｈの溝４３が形成されている。中心軸４２には、シャフト４４が連結されており、研磨工具４０は、中心軸４２を中心に回転駆動される。
【００６５】
この研磨工具４０は、図１２に示すように、溝４３を挟んで研磨部４１が被加工物の加工面との接触点が研磨接触点（面）となって、２箇所の研磨接触点（面）を有することとなり、この場合の研磨接触点（面）の間隔ｄは、上記ヘルツの式を満足する状態に、溝４３の幅ｗと深さｈが設定されている。
【００６６】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の研磨方法によれば、回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行うに際して、研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有するとともに、研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とが、前記研磨工具のトラバース方向に平行となっているので、振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを、研磨工具や研磨ツールを大型化することなく、確実にかつ効率的に除去することができる。
【００６８】
また、加工面の形状を崩すことなく、研磨加工方向に沿ってうねりを除去することができ、確実かつ効率的に振幅が小さく、研磨工具の接触幅よりも長い波長を有するうねりを除去することができる。
【００６９】
請求項２記載の発明の研磨方法によれば、加工面にうねりが存在しない場所では、研磨押し付け力は前記２ヶ所の研磨接触点で平均化されるが、研磨加工具のトラバースに伴い、前記加工面上に存在するうねりの山の部分に接触する研磨加工方向先頭側の研磨接触点に前記研磨押し付け力が集中するので、一回のトラバースでうねりの山に対して２回接触して研磨加工して、うねりの除去をより確実にかつ効率的に行うことができるとともに、２ヶ所の研磨接触点（面）での研磨押し付け力を分配して、荒加工と仕上げ加工を同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨方法、研磨工具及び光学部品の第１の実施の形態に適用される研磨工具の正面図。
【図２】図１の研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けた際の工具変形状態と接触点間隔を示す図。
【図３】図１の研磨工具で平面加工面の加工を開始した際の斜視図。
【図４】図３の研磨工具で研磨を行っている状態の正面図。
【図５】図４の研磨工具での研磨がさらに進行した状態の正面図。
【図６】図５の状態の研磨工具と加工面に作用する力釣り合い関係を示す図。
【図７】図６の研磨加工方向先頭側の研磨接触点での力釣り合い関係を示す図。
【図８】本発明の研磨方法、研磨工具及び光学部品の第２の実施の形態に適用される研磨工具で接触点間隔よりもの長いうねりを有する加工面を研磨加工している状態の正面図。
【図９】図８のうねりを超えて研磨加工方向後方側の研磨点で研磨を行っている状態の正面図。
【図１０】研磨工具の他の例を示す正面図。
【図１１】研磨工具のさらに他の例を示す正面図。
【図１２】図１１の研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けた際の工具変形状態と接触点間隔を示す図。
【符号の説明】
１ 研磨工具
２、３ 研磨部
２ａ、３ａ 中心軸
４ シャフト
１０ 被加工物
１１ 加工面
２０ うねり
３０ 研磨工具
３１、３２ 研磨部
３３ 中心軸
４０ 研磨工具
４１ 研磨部
４２ 中心軸
４３ 溝
４４ シャフト
Claims (2)
- 回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行い、前記研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有する研磨方法において、
前記研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とを、前記研磨工具のトラバース方向に平行とすることを特徴とする研磨方法。 - 回転する全体が曲がらない研磨工具を研磨押し付け力で被加工物の加工面に押し付けながら該被加工物の加工面上の形状にならって該研磨押し付け力を一定に制御しつつ走査して研磨加工を行い、前記研磨工具が前記加工面上に２ヶ所の研磨接触点を有する研磨方法において、
前記研磨工具の回転軸と、前記２ヶ所の研磨接触点を結ぶ直線とを、前記研磨工具のトラバース方向に平行とするとともに、加工面にうねりが存在しない場所では、研磨押し付け力は前記２ヶ所の研磨接触点で平均化されるが、研磨加工具のトラバースに伴い、前記加工面上に存在するうねりの山の部分に接触する研磨加工方向先頭側の研磨接触点に前記研磨押し付け力が集中することを特徴とする研磨方法。
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