研磨方法和研磨装置.pdf

本发明特别涉及适合于透镜的凹形面的镜面研磨等的研磨方法和研磨装置。该方法的特征在于：一边使弹性研磨体的圆顶状部的一部分接触于被研磨面的几乎整个面，一边进行研磨，该弹性研磨体(10a，10b)具有面积大于前述被研磨物(50a，50b)的凹面形的被研磨面的圆顶状部(11a，11b)，并且是从前述圆顶状部曲率不同的多个弹性研磨体中选出的、与前述被研磨面的曲面形状相对应的弹性研磨体。并且，使圆顶状部的曲率中心(40)与被研磨物的摆动中心(41)基本一致地进行研磨。如果采用本发明的研磨方法，可以迅速而均匀地研磨凹面形被研磨面。

1.  一种研磨方法，其特征在于，一边使弹性研磨体的圆顶状部的一部分接触于被研磨面的几乎整个面，一边进行研磨，该弹性研磨体具有面积大于前述被研磨物的凹面形被研磨面的圆顶状部，并且是从前述圆顶状部的曲率不同的多个弹性研磨体之中选择的、对应于前述被研磨面曲面形状的弹性研磨体。

2.  权利要求1中所述的研磨方法，其特征在于，
一边赋予前述被研磨物以摆动运动和自转运动、并赋予前述弹性研磨体以自转运动，一边使前述圆顶状部的曲率中心与前述被研磨物的摆动中心几乎一致地进行研磨。

3.  权利要求2中所述的研磨方法，其特征在于，
采用研磨体安装夹具，该夹具保持前述弹性研磨体，在安装于研磨装置上时，使前述圆顶状部的曲率中心与前述被研磨物的摆动中心几乎一致。

4.  权利要求3中所述的研磨方法，其特征在于，
前述研磨体安装夹具，具有根据前述弹性研磨体的前述圆顶状部的曲率而改变保持前述弹性研磨体的高度的多种种类。

5.  权利要求1中所述的研磨方法，其特征在于，
前述弹性研磨体的圆顶状部，由形成为圆顶状的中空的弹性模片来构成，靠压力流体向前述弹性模片的内表面施加压力，一边赋予前述圆顶状部以张力一边进行研磨。

6.  权利要求1中所述的研磨方法，其特征在于，
使研磨垫贴在前述圆顶状部的外表面上研磨前述被研磨物。

7.  一种研磨装置，其特征在于，包括：保持被研磨物，且赋予前述被研磨物以自转运动和摆动运动的被研磨物保持驱动部；保持具有圆顶状部的弹性研磨体的研磨体安装夹具；以及装拆自如地装设有前述研磨体安装夹具，并使前述被研磨物保持驱动部的摆动中心与前述圆顶状部的曲率中心几乎一致且经由前述研磨体安装夹具使前述弹性研磨体自转的研磨体保持驱动部。

8.  权利要求7中所述的研磨装置，其特征在于，
构成为能够根据前述弹性研磨体的前述圆顶状部的曲率而改变前述弹性研磨体的保持位置，并可使前述圆顶状部的曲率中心与前述摆动中心几乎一致。

9.  权利要求8中所述的研磨装置，其特征在于，
前述弹性研磨体的保持位置的改变，是通过改变前述研磨体安装夹具进行的，该研磨体安装夹具具有根据前述弹性研磨体的前述圆顶状部的曲率而改变保持前述弹性研磨体的高度的多种种类。

研磨方法和研磨装置
技术领域
本发明涉及研磨方法和研磨装置，特别是，涉及适合于透镜的凹形面的镜面研磨等的研磨方法和研磨装置。
背景技术
眼镜透镜的凹形面，形成为球面、旋转对称非球面、复曲面、累进面、或者这些的曲面合成等形状，通过切削等在加工面形状时镜面研磨成光学面。球面或复曲面的单纯的曲面的镜面研磨，采用所谓奥斯卡式(Oscar system)刚体的研磨皿的相互滑动研磨。用研磨皿的镜面研磨方法是把研磨皿的面形状复制到被研磨物上的方法。因此，对应于透镜处方的面形状的数目需要例如几千种加工皿。
由于除了这些曲面以外的累进面等复杂的所谓自由曲面的研磨中无法用研磨皿，所以一般用弹性研磨体进行研磨。
例如，用接触于被研磨物的被研磨面的一部分的小圆顶状的弹性研磨体的局部研磨法是公知的。此局部研磨法，根据被研磨面的形状求出最大的曲率，选择具有大于此最大曲率的曲率的圆顶状的弹性研磨体，使弹性研磨体一边旋转一边接触于被研磨面的一部分，通过使弹性研磨体在被研磨面整个面上扫描，研磨被研磨面整个面。因为弹性研磨体可以通过变形跟随被研磨面的形状，故用一种弹性研磨体可以研磨几乎所有的曲面。
此外，用气球型研磨体的研磨方法也是公知的。把压力气体送到气球型研磨体的内侧，靠内压力使气球型研磨体膨胀，一边使气球型研磨体接触于被研磨面整个面一边进行研磨。气球型研磨体，由于通过改变气球型研磨体的内压力，来改变气球型研磨体的曲率，形成与被研磨面的曲面形状相吻合的曲率地进行研磨，所以可以跟随凹形面的曲面，故用一种气球型研磨体可以适应多种被研磨面。
但是，局部研磨法因为通过局部研磨来研磨研磨面整个面，故需要很长的研磨时间，存在着制造成本高这样的问题。此外，即使通过调整研磨压力控制弹性研磨体的形状来适应各种曲面，也存在着在被研磨面之中局部发生压力不足或压力过高，难以以均匀的研磨压力来研磨被研磨面整个面，难以进行均匀的研磨这样的问题。
此外，用气球型研磨体的研磨方法，虽然因为使气球型研磨体接触于研磨面整个面进行研磨，故研磨时间短，但是如果提高内压力，则丧失柔软性，对形状的跟随性变差，有时发生研磨不匀。另一方面，如果降低内压力，则对被研磨面的接触减弱，有时不能充分地进行研磨。因此，靠内压力的调整改变气球型研磨体的曲率，允许范围很窄，并不那么有效。
本发明鉴于上述问题而作成，其目的在于提供一种可以良好地跟随凹面形的被研磨面的曲面、均匀而迅速地进行镜面研磨的研磨方法。
此外，本发明的目的在于提供一种可以实现这种研磨方法的研磨装置。
发明内容
本发明人，为了实现上述目的，通过锐意研究的结果发现，一边使弹性研磨体的圆顶状部的一部分接触于被研磨面的几乎整个面一边进行研磨是有效的，该弹性研磨体具有面积大于被研磨物凹面形被研磨面的圆顶状部，并且是从所述圆顶状部的曲率不同的多个弹性研磨体中根据被研磨面的曲面形状选择的。
也就是说，由于用接触于被研磨面的几乎整个面的弹性研磨体，所以研磨速度快，可以迅速地进行研磨。此外，由于准备了多个圆顶状部曲率不同的弹性研磨体，根据被研磨面的曲面形状选择进行研磨，所以使研磨时的弹性研磨体的变形量为最小限度，使对被研磨面地跟随性良好，故弹性研磨体对被研磨面的紧密接触性良好，可以均匀地进行研磨。
此外，通过使弹性研磨体的圆顶状部的面积取为大于被研磨面的面积，可以加快弹性研磨体的自转的圆周速度而提高研磨速度。为了均匀地研磨，最好是使自转着的被研磨面相对于自转着的弹性研磨体作摆动运动。在此一场合，因为通过使摆动中心与弹性研磨体的圆顶状部的曲率中心几乎一致，可以在被研磨面进行摆动运动时，将被研磨面与弹性研磨体表面的紧密接触性维持一定，故被研磨面与弹性研磨体的表面均匀地接触，从而可以进行均匀的研磨。
可以向保持弹性研磨体的研磨体安装夹具赋予使曲率中心与摆动中心一致的功能。例如，可通过准备根据圆顶状部的曲率而改变保持弹性研磨体的高度的多种研磨体安装夹具来实现。
进而，弹性研磨体的圆顶状部由形成为圆顶状的中空的弹性模片来构成，通过靠压力流体在弹性模片的内表面上施加压力，一边赋予圆顶状部以张力一边进行研磨，与弹性研磨体总体由弹性材料来构成者相比，因为在研磨条件中增加了弹性研磨体的内压力的调节，故进行适当的研磨变得容易。
在研磨之际，最好是将研磨垫贴在弹性研磨体的圆顶状部的外表面上研磨被研磨物。
作为研磨装置，最好是一边赋予被研磨物以自转运动与摆动运动，一边使圆顶状的弹性研磨体进行自转运动，并且使摆动中心与弹性研磨体的曲率中心几乎一致。
在此一场合，最好是设置使摆动中心与弹性研磨体的曲率中心几乎一致的机构。例如，作为构成研磨装置的一部分的、保持弹性研磨体的安装夹具，可准备根据圆顶状部的曲率改变保持弹性研磨体的高度的多种安装夹具来实现。
附图说明
图1是表示本发明的研磨方法和研磨装置中用的弹性研磨体与研磨体安装夹具的一个实施形式，(a)是分开表示各构件的截面图，(b)是把弹性研磨体安装于研磨体安装夹具上时的俯视图。
图2是表示本发明的研磨方法的一个实施形式的截面图，(a)表示具有小的曲率的弹性研磨体的例子，(b)表示具有大的曲率的弹性研磨体的例子。
图3表示本发明的研磨装置的一个实施形式，(a)是主视图，(b)是侧视图。
具体实施方式
下面，就本发明的研磨方法和研磨装置的实施形式进行说明，但是本发明不限定于以下的实施形式。
本发明的研磨方法，如上所述，用具有面积大于被研磨物的凹面形被研磨面的圆顶状部的弹性研磨体。
作为成为本发明的研磨方法的对象的被研磨物，只要是面积比较小，具有需要镜面研磨的凹面形的被研磨面者，则没有限制。例如，除了以照相机透镜、望远镜用透镜、显微镜用透镜、步进器(stepper)用聚光透镜、眼镜透镜等为代表的光学透镜外，可以举出注模聚合塑料透镜用的玻璃模、便携式机器的盖玻璃等光学零件。下面，以塑料眼镜透镜为代表进行说明。
在塑料眼镜透镜的凹形面(眼球侧，也称为内表面)上，形成球面、旋转对称非球面、复曲面、累进面，或者这些曲面的合成等形状。在一方的凸形面上，形成球面、旋转对称非球面、累进面等。凹形面的形状，往往通过数控等的切削加工来形成。在切削加工后，有必要镜面研磨成所希望的光学面。
作为在本发明中用的弹性研磨体，有必要具有面积大于凹形面状的被研磨面的圆顶状部。借此，使圆顶状部接触于被研磨面的几乎整个面进行研磨成为可能。此外，通过把弹性研磨体的圆顶状部的面积取为大于被研磨面的面积，可以加快弹性研磨体的自转的圆周速度而提高研磨速度，并且可以提高弹性研磨体的形状跟随性。弹性研磨体的圆顶状部的直径，希望取为研磨对象透镜的直径的1.1～10倍，最好是1.5～5倍左右的大小。
圆顶状部是例如把弹性模片形成为中空的圆顶状，靠压力流体的内压力保持圆顶状的形状者，是将弹性材料形成为圆顶状的部件者，是用其他弹性材料填充圆顶状的弹性模片的中空部者等。弹性模片的厚度最好是0.1～1 0mm，特别优选为0.2～5mm的范围，最好是具有JISA硬度(A型硬度计)10～100，杨氏模量10²～10³N·cm^-2的物理性能值者。弹性模片或弹性材料的材质可以举出天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、硅橡胶、氟橡胶等橡胶，聚乙烯、尼龙等热塑性树脂，乙烯类、氨基甲酸乙酯类等热塑性树脂弹性体。
接下来，参照图1，就本发明的研磨方法中用的构件进行说明。
本实施形式的弹性研磨体10，如图1(a)中所示，由弹性模片来构成，包括形成圆顶状的中空的圆顶状部11，和整体地设在圆顶状部11的周缘上的向外突出的环状的突缘部12。在圆顶状部11的外表面上，靠粘接剂等贴着切成例如图1(b)中所示的花瓣形的无纺布等的研磨垫13。此研磨垫13拥有研磨液的保持等功能，研磨垫13的间隙13a作为磨料或水的供给、排出研磨屑的通路发挥功能。再者，研磨垫13的形状，不限于花瓣形，也可以密集地粘贴切成例如圆形、椭圆形、多角形等的研磨垫。
研磨体安装夹具20，保持弹性研磨体10，并且使弹性研磨体10的内面侧形成为密封空间，作为把压力流体引入弹性研磨体10之中的流路发挥功能。进而，具有装设于后述的研磨装置上而固定的功能。
研磨体安装夹具20包括安装夹具主体21与环状的压紧构件22。安装夹具主体21包括圆筒状的筒状部211，和整体地设在筒状部211的上端部的外周部上的、沿与筒状部211的轴正交的方向伸出的、与筒状部211同轴的突缘状的研磨体安装部212。在研磨体安装部212的上表面外周部上，设有收容弹性研磨体10的突缘部12的环状的浅凹部2121。在距该凹部2121的中心等角度的三处，设有未画出的缺口部。在研磨体安装部212下表面上旋转自如地安装着螺栓23，螺栓23插入缺口部，成为能够装拆。在螺栓23上安装着垫圈24与螺母25。在弹性研磨体10的突缘部12上也与该缺口部相对应地设有未图示的缺口部。压紧构件22为下表面平坦且收容于研磨体安装部212的凹部2121中的环状，设有对应于研磨体安装部212的缺口部的未画出的缺口部。在筒状部211的下端部上，向外突出地设有装设固定于研磨装置上用的锥形的装设部2111。
为了将弹性研磨体10固定于研磨体安装夹具20上，使缺口部相互对准地将弹性研磨体10的突缘部12放置于研磨体安装部212的凹部2121内，使缺口部相互对准地把压紧构件22放置于弹性研磨体10的突缘部12之上后，抬起螺栓23插入缺口部之中，通过拧紧螺母25，如图1(b)中所示，可以把弹性研磨体10的突缘部12夹在研磨体安装部212与压紧构件22之间而固定。结果，在圆顶状部11的内表面与研磨体安装部212的上表面之间形成圆顶状的密封空间，该密封空间经由筒状部211的空隙与外部连通。
本发明的研磨方法，预先准备圆顶状部11的曲率不同的多个弹性研磨体10，从准备的多个弹性研磨体10之中选择具有对应于被研磨面的曲面形状的圆顶状部11的弹性研磨体10，一边使弹性研磨体10的圆顶状部11的一部分接触于被研磨面的几乎整个面一边进行研磨。
接下来，参照图2对本发明的研磨方法的一个实施形式进行说明。
在本实施形式中，针对圆顶状部11的曲率不同的弹性研磨体10，准备了该弹性研磨体10专用的研磨体安装夹具20。
如图2(a)中所示，例如把小曲率(曲率半径Ra大)的弹性研磨体10a经由研磨体安装夹具20a装设于后述的研磨装置的回转台上，把规定压力的压缩空气送入圆顶状部11a的内表面与研磨体安装部212a之间的密封空间30中，把密封空间30维持为规定的压力，赋予圆顶状部11a以张力。此时的圆顶状部11a的曲率中心40存在于筒状部211a的中心轴上。此外，以研磨体安装夹具20a的筒状部211a的中心轴为旋转轴，换句话说使弹性研磨体10a几乎以连接圆顶状部11a的曲率中心40与顶点的线为旋转轴进行旋转。
另一方面，因为被研磨物50a的被研磨面的凹形面具有小的曲率，接近于弹性研磨体10a的圆顶状部11a的曲率，故弹性研磨体10a的外表面紧密接触于被研磨物50a的凹形面的几乎整个面上。在与被研磨物50a的被研磨面的凹形面相反一侧的面上，经由例如低熔点金属或石蜡等接合料51接合着装设固定于研磨装置的夹头上的被研磨物安装部52。研磨装置的未画出的夹头，被驱动而旋转，被研磨物50a以规定的旋转速度自转。此外，夹头被施加例如空气压力，可以把被研磨物50a以规定的研磨压力推靠于弹性研磨体10a上。进而，研磨装置的支持被研磨物50a的夹头进行被研磨物50a的旋转轴在圆顶状部11a的顶点附近与端部侧间往复的摆动运动。在本发明的研磨方法中，此摆动运动的摆动中心41，与弹性研磨体的曲率中心40几乎一致。支持被研磨物50a的夹头的旋转轴，始终通过摆动中心41。
此外，图2(b)中所示的弹性研磨体10b的圆顶状部11b被选定为具有接近于被研磨物50b的具有大曲率的被研磨面的凹形面的曲率的大的曲率(曲率半径Rb小)者。因此，弹性研磨体10b的外表面紧密接触于被研磨物50b的凹形面的几乎整个面上。把弹性研磨体10b装设于研磨体安装夹具20b的研磨体安装部212b上时也是，被研磨物50b的摆动运动的摆动中心41与弹性研磨体的曲率中心40几乎一致。也就是说，如图2中所示，设定研磨体安装夹具20a、20b的筒状部211a、211b的长度，使保持弹性研磨体10a、10b的高度上下改变，以便在把研磨体安装夹具20a、20b装设于研磨装置上时，圆顶状部11a、11b的曲率中心40始终与摆动中心41几乎一致。
圆顶状部11的曲率不同的多个弹性研磨体10在对眼镜透镜的内表面进行研磨的场合，例如曲率半径R从40mm到600mm的范围，直到200mm以10～40mm的间隔，最好是以14～30mm的间隔准备5～10个左右，在200mm～600mm的范围，以100～200mm的间隔准备。借此，可以适应基于几乎所有处方的内表面的曲面。
作为从曲率不同的多个弹性研磨体10之中选择具有对应于被研磨物的曲面形状的曲率者的方法，根据存在于透镜内表面之中的最大的曲率半径R_max与最小的曲率半径R_min，求出(R_max+R_min)/2＝R_mid，选择具有接近于此中间曲率半径R_mid者。通过此选择方法，在球面或轴对称非球面中，R_max＝R_min，可以选择适当的曲率的弹性研磨体。在散光面(复曲面)的场合，成为基本曲线与交叉曲线的中间的曲率半径，使弹性研磨体的变形最小，可跟随性良好地紧密接触于圆柱面状的复曲面地进行均匀的研磨。在累进面，或累进面与复曲面的合成曲面等复曲面以外的曲面的场合也是，使曲面近似于复曲面，通过选择具有接近于近似的复曲面的基本曲线与交叉曲线的中间的曲率半径R_mid的曲率半径的圆顶状部11，使弹性研磨体的变形最小，可跟随性良好地紧密接触于被研磨面的曲面地进行均匀的研磨。本发明的研磨方法，虽然有不得不根据被研磨面而更换弹性研磨体的麻烦，但是与硬质的研磨皿相比可以使用少得多的数目。
在研磨之际，如图2中所示，一边用规定压力的内压力赋予在表面上粘贴了研磨垫13的弹性研磨体10a、10b以张力一边以规定的转速使之自转，同时一边使被研磨物50a、50b以通过曲率中心(旋转中心)40的轴为旋转轴、并以规定的转速自转，一边以规定的研磨压力推靠于弹性研磨体10a、10b上，并且赋予被研磨物50a、50b以摆动运动，一边从喷嘴60向弹性研磨体10a、10b的表面供给含有研磨剂的浆液61一边进行研磨。
在此一场合，可以在赋予弹性研磨体10a、10b的内压力为例如0.2～1.2kgf/cm²、弹性研磨体10a、10b的转速为例如50～500rpm/min、被研磨物50a、50b的转速为例如1～30rpm/mim、摆动速度为例如1～20往复/mim、研磨压力为例如3～30kgf/cm²的研磨条件下进行研磨。
如果用这种研磨方法，则通过被研磨物50a、50b的摆动运动，可以有效地利用大于被研磨物50a、50b的圆顶状部11a、11b的表面。因同时研磨被研磨面的几乎整个面，故研磨速度加快。摆动运动之际的摆动中心41与弹性研磨体10a、10b的圆顶状部11a、11b的曲率中心40几乎一致，因为被研磨面与弹性研磨体10a、10b的相对距离保持一定，故被研磨面始终均匀地接触于弹性研磨体10a、10b表面而可以进行均匀的研磨。
接下来，参照图3，对可以实现本发明的研磨方法的研磨装置进行说明。
此研磨装置100，备有研磨体保持驱动部110、研磨体安装夹具20和被研磨物保持驱动部120。作为研磨体保持驱动部110，设有靠未画出的电动机驱动为以竖直方向的轴为中心旋转的回转台111，在此回转台111上装拆自如地装设固定着研磨体安装夹具20的筒状部211下端的装设部2111。通过把研磨体安装夹具20装设于回转台111上，研磨体安装夹具20可以以筒状部211的中心轴为旋转轴、也就是几乎以连接弹性研磨体的圆顶状部11的曲率中心40与圆顶状部11的顶点的线为旋转轴、并以规定的转速进行旋转。此外，未画出的压缩空气的配管设在回转台111上，与筒状部211的中空部连接。
此外，作为被研磨物保持驱动部120，设有摆动驱动装置121和靠摆动驱动装置121摆动的被研磨物保持装置122。摆动驱动装置121靠电动机1211驱动以带传动进行旋转的曲轴1212，并使靠曲轴1212与连接棒1213使所连接的被研磨物保持装置122摆动。被研磨物保持装置122成为能够以摆动轴1221为中心在竖直方向与后方的倾斜角度之间沿前后方向摆动。被研磨物保持装置122，在上部配置有垂直向下的气缸1222，在此气缸1222的活塞杆1223的前端上，设有装设固定有被研磨物安装部52的夹头1224。此夹头1224由电动机1225而以通过摆动轴1221与研磨体安装夹具20的筒状部211的中心轴的交点的轴为旋转轴被驱动进行旋转。通过把经由接合料51而与被研磨物50一体化的被研磨物安装部52装设于夹头1224上，可以把被研磨物50装设于被研磨物保持装置122上。所装设的被研磨物50靠气缸1222能够不接触地接近离开弹性研磨体10，以及以规定的研磨压力推靠于弹性研磨体10上。
在此研磨装置100中，如果把具有与弹性研磨体10的圆顶状部11的曲率相对应的长度的筒状部211的研磨体安装夹具20装设于回转台111上，则弹性研磨体10的保持位置因各研磨体安装夹具20而异，并且弹性研磨体10的圆顶状部11的曲率中心40与旋转轴1221的中心几乎一致。
在利用这种研磨装置100对例如作为被研磨物50的透镜凹形面进行研磨时，一边通过压缩空气的压力调节以规定的内压力赋予、在表面上粘贴了研磨垫13的弹性研磨体10以张力一边靠回转台111以规定的转速使之自转，同时一边使被研磨物50以规定的转速自转一边以气缸1222的规定的研磨压力推靠于弹性研磨体10上，并且靠摆动驱动装置121赋予被研磨物50以摆动运动，一边从未图示的喷嘴向弹性研磨体10的表面供给含有研磨剂的浆液一边进行研磨。
这种研磨装置100，由于即使弹性研磨体10的圆顶状部11的曲率变化，也靠研磨体安装夹具20始终使圆顶状部11的曲率中心与被研磨物的摆动中心几乎一致，所以通过可以有效地利用弹性研磨体10的表面的被研磨物50的摆动运动，可以进行均匀的研磨，并且可以迅速地进行研磨。
虽然在上述的说明中，为了使摆动中心与曲率中心一致，为各弹性研磨体专门准备了具有符合圆顶状部的曲率的特定长度的筒状部的研磨体安装夹具，但是也可以使筒状部的长度为可变式的，或者也可以使研磨装置的回转台的高度上下可调以便符合圆顶状部的曲率。
象以上说明的那样，如果用本发明的研磨方法，则通过选择适合于凹形面的曲面的弹性研磨体进行几乎整个面的研磨，可以迅速且均匀地研磨凹面状的被研磨面。
此外，本发明的研磨装置，可以实现这种研磨方法，可以迅速且均匀地研磨凹面状的被研磨面。
工业实用性
本发明的研磨方法，可以运用于例如眼镜透镜的凹形面的镜面研磨加工而运用于眼镜透镜的制造。
本发明的研磨装置，可以运用于例如眼镜透镜的凹形面的镜面研磨加工。