(57)【要約】【課題】局所研磨加工による加工量が安定し、高い修正空間分解能を得ることも可能な、修正研磨加工に好適な局所研磨加工技術を提供せんとする。【解決手段】  ワーク９に対して局所的に押し付けられるワーク研磨用の回転ツール１１と前記ワーク９との間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒８１を液体中に分散させた研磨加工液を供給しながら、押し付け研磨加工を行う。回転ツール１１は弾性素材より構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに対して局所的に押し付けられるワーク研磨用の回転ツールと前記ワークとの間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒を液体中に分散させた研磨加工液を供給しながら、押し付け研磨加工を行う、局所研磨加工方法。
【請求項２】
前記回転ツールを弾性素材より構成してなる、請求項１記載の局所研磨加工方法。
【請求項３】
前記液体が、純水または水を主成分とする液体である、請求項１又は２記載の局所研磨加工方法。
【請求項４】
前記回転ツールを、
回転体と、
先端に該回転体が設けられ、該回転体を回転させる軸方向に長い軸体と、
基端側で該軸体を支持しつつ軸中心に回転させる回転支持部とより構成し、
前記回転体の外周面をワーク側に押し当てることで前記軸体が湾曲し、該湾曲した軸体の弾性復元力により、前記回転体がワーク側に押し付け付勢される、
請求項１〜３の何れか１項に記載の局所研磨加工方法。
【請求項５】
回転ツールのワークに対面する外周面における研磨作用領域の外径を５．０ｍｍ以下に設定してなる請求項１〜４の何れか１項に記載の局所研磨加工方法。
【請求項６】
前記有機粒子を、アクリル粒子またはウレタン粒子とした、請求項１〜５の何れか１項に記載の局所研磨加工方法。
【請求項７】
ワークに対して局所的に押し付けられるワーク研磨用の回転ツールと、
該回転ツールとワークとの間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒が液体中に分散した研磨加工液を供給する加工液供給手段とを備える、
局所研磨加工装置。
【請求項８】
前記回転ツールが、弾性素材より構成されている、請求項７記載の局所研磨加工装置。
【請求項９】
前記液体が、純水または水を主成分とする液体である、請求項７又は８記載の局所研磨加工装置。
【請求項１０】
前記回転ツールが、
回転体と、
先端に該回転体が設けられ、該回転体を回転させる軸方向に長い軸体と、
基端側で該軸体を支持しつつ軸中心に回転させる回転支持部とより構成され、
前記回転体の外周面をワーク側に押し当てることで前記軸体が湾曲し、該湾曲した軸体の弾性復元力により、前記回転体がワーク側に押し付け付勢される、
請求項７〜９の何れか１項に記載の局所研磨加工装置。
【請求項１１】
回転ツールのワークに対面する外周面における研磨作用領域の外径が５．０ｍｍ以下である、請求項７〜１０の何れか１項に記載の局所研磨加工装置。
【請求項１２】
前記有機粒子が、アクリル粒子又はウレタン粒子である、請求項７〜１１の何れか１項に記載の局所研磨加工装置。
【請求項１３】
請求項７〜１２の何れか１項に記載の局所研磨加工装置を用いた修正研磨加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、修正研磨加工に好適に用いることができる局所研磨加工方法、および局所研磨加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば光学レンズ等の光学素子の加工においては、局所的に研磨加工可能な回転ツールを、平均粒径１μｍ程度の微細砥粒からなるスラリー状の研磨加工液を間に供給しつつ、ワーク（被加工物）に押し付けながら全面にわたって走査加工する修正研磨加工が行われている。修正研磨加工では、予めワークと同質の材料に回転ツールを走査せずに研磨加工することで静止加工痕を得、この静止加工痕を単位時間当たりに置き換えた単位加工形状を得る。そして、この単位加工形状とワーク上の形状誤差（修正目標形状）とをデコンボリューション（逆畳み込み積分）計算することで回転ツールの滞留時間（走査速度）を算出し、この滞留時間分布に沿って回転ツールを走査する、というプロセスにより目的の形状へと修正加工を行う（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
修正研磨加工では、上述のとおり走査加工を行うことから、回転ツールによる局所加工量が時間に線形であり、且つ長期的に安定していることが重要である。しかしながら、従来の修正研磨加工では、局所的にワーク側に押し付けられる回転ツール自体が摩耗したり、押し付け力が変動しやすいことから、安定した加工量を得られにくいという問題があった。さらに、ツール表面性状が微細砥粒の運搬・保持・切り屑の排出などに与える影響が大きいため、回転ツールはツルーイング（形状形成）やドレッシング（目立て）といった前処理で表面性状を整えてから研磨に使用されるが、このような前処理は加工の効率の低下、コスト上昇の原因にもなるとともに、上記のとおり回転ツールが摩耗しやすいため表面性状のメンテナンスも頻繁に必要となり、さらなる効率の低下、コスト上昇の原因になる。
【０００４】
これに対し、近年では、回転ツールをワークに対して積極的に押し付けるのではなく、回転ツールとワークの間に微細砥粒の粒径以上のギャップを維持し、その間を流れるスラリー状の研磨加工液中の微細砥粒とワーク表面との間の化学結合と付着除去により精密研磨加工を行う非接触のＥＥＭ加工（Elastic Emission Machining）法や、ツールを磁性流体とした研磨加工方法も用いられつつある（たとえば、特許文献２参照。）。しかし、これら非接触の加工方法は、研磨加工液の粘度、濃度管理などを徹底した循環装置が必要であり、設備が大型化する傾向にあるとともに、ギャップ間を通過するスラリーの流れを高速にするために回転ツールのワークに対面する外周面の外径を所定以上に設定し、回転数も所定以上にする必要があり、修正可能な空間分解能に一定の限界も生じる。
【０００５】
修正研磨加工における修正可能な空間分解能は、単位加工形状の大きさに関係する。例えば周期１ｍｍのうねりを修正する場合、単位加工形状サイズが１ｍｍ以下でなければ当然修正はできない。現在普及している非接触の修正研磨装置は、１ｍｍ程度の空間分解能が限界である。また高分解能を図った修正研磨技術の研究でも０．３ｍｍ程度までとなっている。一方、Ｘ線の様な短波長光源を用いる光学素子には、シングルナノメートル精度が要求されるが、本発明者らが別途開発したＸ線光学素子においては、空間波長０．１〜０．３ｍｍ程度のうねり領域に起因する波面誤差影響を確認している。非接触の修正研磨技術では、このような空間波長の小さいうねりの修正に対応できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２２００５号公報
【特許文献２】特公平２−２５７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、簡易な構造でコストを抑え、装置のコンパクト化も可能であり、局所研磨加工による加工量も安定し、高い空間分解能を得ることも可能な、修正研磨加工に好適な局所研磨加工技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意検討した結果、従来の押し付けによる局所研磨加工においてツール自体が摩耗したり、ツール表面性状の影響が大きくなるのは、図１（ａ）に示すように平均粒径１μｍ以下の微細砥粒８１を介して回転ツール１１をワーク９の被加工面９０に押し付けているために、回転ツール１１がワーク９に直接接触してしまうことに原因があり、図１（ｂ）に示すように、より粗い平均粒径５μｍ以上の砥粒８１を用いれば、回転ツール１１とワーク９の直接接触やそれによる回転ツール１１の摩耗が防止され、ツール表面の表面性状も加工に影響せず、簡易な構造でコストを抑えつつ、加工量を安定化させることができることを着想し、さらに検討をすすめた。
【０００９】
本発明者は、まず研磨砥粒として、平均粒径１４μｍのシリカを用いて回転ツールによる押し付け研磨加工を行った。この結果、加工安定性が確認された。しかしながら、研磨加工後の表面粗さが大きく悪化するという問題が生じた（後述のラスタースキャン加工試験１の比較例１の結果参照）。
【００１０】
一方、粒子の沈降速度はストークスの式より、粒子径の２乗に比例することが分かる。つまり今回設定した１０μｍ粒径以上の研磨砥粒の使用を考えると、分散性もボトルネックとなる。通常使用される研磨砥粒の密度は２〜８ｇ／ｃｍ３であるため、溶液を純水（密度１ｇ／ｃｍ３）としている以上、分散性を向上させることは難しい。実際に使用した凝集シリカは分散性が悪く、スラリー循環中では安定するものの、保管や再撹拌の面で扱いが非常に難しいものであった。
【００１１】
本発明者は、金属酸化物、金属炭化物を基本とした一般的な“研磨砥粒”という枠から外れ、５μｍ以上の平均粒径で単分散、密度の小さいものを砥粒として用いることを考えた結果、有機粒子の使用を着想した。例えば、高分子材料であるウレタンやアクリル、スチレンなどの粒子は、乳化重合法によって作製される。これらはほぼ球形を有しており、粒径も５〜１０μｍ以上の物が作製可能である。また樹脂であることから、安価で密度が小さく分散性が良く、アセトンなどの有機溶剤に溶解するため研磨加工後の洗浄性も良いなど、研磨加工において様々なメリットが考えられる。
【００１２】
そして、アクリル粒子（平均粒径１０μｍ）で実際に押し付け研磨加工をした結果、優れた加工安定性が得られると同時に表面粗さを維持した加工が実現でき、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち本発明は、以下の発明を包含する。
（１）  ワークに対して局所的に押し付けられるワーク研磨用の回転ツールと前記ワークとの間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒を液体中に分散させた研磨加工液を供給しながら、押し付け研磨加工を行う、局所研磨加工方法。ここに、平均粒径とは、レーザー回折散乱法で測定された粒度分布におけるメディアン径をいう。
【００１４】
（２）  前記回転ツールを弾性素材より構成してなる、（１）記載の局所研磨加工方法。
【００１５】
（３）  前記液体が、純水または水を主成分とする液体である、（１）又は（２）記載の局所研磨加工方法。
【００１６】
（４）  前記回転ツールを、回転体と、先端に該回転体が設けられ、該回転体を回転させる軸方向に長い軸体と、基端側で該軸体を支持しつつ軸中心に回転させる回転支持部とより構成し、前記回転体の外周面をワーク側に押し当てることで前記軸体が湾曲し、該湾曲した軸体の弾性復元力により、前記回転体がワーク側に押し付け付勢される、（１）〜（３）の何れかに記載の局所研磨加工方法。
【００１７】
（５）  回転ツールのワークに対面する外周面における研磨作用領域の外径を５．０ｍｍ以下に設定してなる（１）〜（４）の何れかに記載の局所研磨加工方法。
【００１８】
（６）  前記有機粒子を、アクリル粒子またはウレタン粒子とした、（１）〜（５）の何れかに記載の局所研磨加工方法。
【００１９】
（７）  ワークに対して局所的に押し付けられるワーク研磨用の回転ツールと、該回転ツールとワークとの間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒が液体中に分散した研磨加工液を供給する加工液供給手段とを備える、局所研磨加工装置。
【００２０】
（８）  前記回転ツールが、弾性素材より構成されている、（７）記載の局所研磨加工装置。
【００２１】
（９）  前記液体が、純水または水を主成分とする液体である、（７）又は（８）記載の局所研磨加工装置。
【００２２】
（１０）  前記回転ツールが、回転体と、先端に該回転体が設けられ、該回転体を回転させる軸方向に長い軸体と、基端側で該軸体を支持しつつ軸中心に回転させる回転支持部とより構成され、前記回転体の外周面をワーク側に押し当てることで前記軸体が湾曲し、該湾曲した軸体の弾性復元力により、前記回転体がワーク側に押し付け付勢される、（７）〜（９）の何れかに記載の局所研磨加工装置。
【００２３】
（１１）  回転ツールのワークに対面する外周面における研磨作用領域の外径が５．０ｍｍ以下である、（７）〜（１０）の何れかに記載の局所研磨加工装置。
【００２４】
（１２）  前記有機粒子が、アクリル粒子又はウレタン粒子である、（７）〜（１１）の何れかに記載の局所研磨加工装置。
【００２５】
（１３）  （７）〜（１２）の何れかに記載の局所研磨加工装置を用いた修正研磨加工装置。
【発明の効果】
【００２６】
以上にしてなる本願発明によれば、局所的な押し付け研磨加工において回転ツールの摩耗が防止され、ツール表面の表面性状も加工に影響せず、ツール表面の前処理やメンテナンスを省略することができる。そして、このように簡易な構造でコストを抑えつつ、優れた加工安定性が得られ、同時に表面粗さも維持できる局所研磨加工を実現することができ、修正研磨加工として好適に用いることができる。
【００２７】
また、回転ツールを弾性素材より構成した場合は、回転ツールとワークとの間の前記砥粒の転動作用により研磨され、表面粗さをより良好なものにすることが可能になるとともに、回転ツールの弾性変形で押し付け力が安定化し、加工安定性をより向上させることが可能となる。
【００２８】
また、砥粒としての有機粒子を分散させる液体が、純水または水を主成分とする液体である場合は、有機粒子の分散性が向上し、加工安定性がより向上するとともに、ワークがシリコンやガラス等の場合には、水による軟質水和膜が表面にできることにより、さらに除去加工が促進され表面粗さも良好なものとすることができる。
【００２９】
また、回転ツールを、回転体と、先端に該回転体が設けられ、該回転体を回転させる軸方向に長い軸体と、基端側で該軸体を支持しつつ軸中心に回転させる回転支持部とから構成し、前記回転体の外周面をワーク側に押し当てることで前記軸体が湾曲し、該湾曲した軸体の弾性復元力により、前記回転体がワーク側に押し付け付勢されるものとした場合は、回転ツールの押し付け力が安定化し、加工安定性をより向上させることが可能となる。
【００３０】
また、回転ツールのワークに対面する回転外周面における研磨作用領域の外径を５．０ｍｍ以下に設定した場合は、より高分解能な局所研磨加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】加工原理を説明するための説明図。
【図２】本発明の代表的実施形態に係る局所研磨加工装置を示す正面図。
【図３】同じく局所研磨加工装置を斜め下方から見た斜視図。
【図４】同じく局所研磨加工装置の要部を示す説明図。
【図５】他の実施形態に係る局所研磨加工装置を示す正面図。
【図６】同じく局所研磨加工装置の要部を示す説明図。
【図７】回転ツールの要部を示す説明図。
【図８Ａ】実施例１による静止加工痕の表面観察画像。
【図８Ｂ】実施例８による静止加工痕の表面観察画像。
【図８Ｃ】実施例９による静止加工痕の表面観察画像。
【図９】比較例１による静止加工痕の表面観察画像。
【図１０Ａ】実施例１による加工量と加工時間の関係を示すグラフ。
【図１０Ｂ】比較例１による加工量と加工時間の関係を示すグラフ。
【図１１】ラスタースキャン加工試験の方法を示す説明図。
【図１２】比較例１によるラスタースキャン加工結果を示す表面観察画像。
【図１３】ラスタースキャン加工前の表面粗さを示す表面観察画像。
【図１４Ａ】実施例１によるラスタースキャン加工後の表面粗さを示す表面観察画像。
【図１４Ｂ】実施例２によるラスタースキャン加工後の表面粗さを示す表面観察画像。
【図１４Ｃ】実施例８によるラスタースキャン加工後の表面粗さを示す表面観察画像。
【図１５Ａ】比較例１によるラスタースキャン加工後の表面粗さを示す表面観察画像。
【図１５Ｂ】比較例２によるラスタースキャン加工後の表面粗さを示す表面観察画像。
【図１６Ａ】実施例１の合成石英ガラス基板に対する加工量と押し付け力の関係を示すグラフ。
【図１６Ｂ】実施例１のシリコン基板に対する加工量と押し付け力の関係を示すグラフ。
【図１７】実施例１によるシリコン基板へのラスタースキャン加工結果を示す表面観察画像。
【図１８】加工量と砥粒の粒径との関係を示すグラフ。
【図１９】加工量と砥粒濃度との関係を示すグラフ。
【図２０】修正研磨加工試験１による理想の加工結果（理想加工量計算結果）を示す図と実際の加工結果を示す表面観察画像。
【図２１】修正研磨加工試験１による理想の加工結果と実際の加工結果の水平方向中心断面プロファイル（加工量）の対比図。
【図２２】修正研磨加工試験１前後の表面粗さを示す表面観察画像。
【図２３】修正研磨加工試験２による理想の加工結果（理想加工量計算結果）を示す図と実際の加工結果を示す表面観察画像。
【図２４】修正研磨加工試験２前後の表面粗さを示す表面観察画像。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００３３】
本発明の代表的実施形態に係る局所研磨加工装置１は、図２〜図４に示すように、ワーク９に対して局所的に押し付けられるワーク研磨用の回転ツール１１と、該回転ツール１１とワーク９との間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒が液体中に分散した研磨加工液８を供給する加工液供給手段１２とを備えている。
【００３４】
加工原理は、図１（ｂ）に示すように、回転ツール１１とワーク９の間に供給される研磨加工液８中の砥粒８１が当該間に挟まれてワーク９表面上を転がり、ワーク９表面が研磨加工される。したがって、回転ツール１１のワーク９に対面する外周面の研磨作用領域は表面性状を整える必要がなく、本例ではより砥粒８１を補足しやすい弾性素材よりなる弾性体を用いて構成されている。
【００３５】
図２〜図４に示す装置は、板状のワーク９を研磨するタイプの装置として構成されており、被加工面９０を下方に向けたワーク９を上方位置においてＸＹＺ方向に移動可能に保持するワーク保持機構１３（Ｘ軸ステージ４１、Ｙ軸ステージ４２、Ｚ軸ステージ４３）が設けられている。また、このワーク保持機構１３に保持されるワーク９のほぼ真下の位置には、加工液供給手段１２として、回転ツール１１を差し入れる隙間ｓ１をあけて研磨加工液８を真上に噴射する噴出ノズル３０を備えた加工液噴射ユニット１４が設けられている。
【００３６】
本例では、板状のワーク９の被加工面９０が平面であるが、レンズのような曲面等であってもワーク保持機構１３でワーク９を三次元的に移動させることで対応できる。ワーク保持機構１３にワーク９を保持したまま回動させる回動機構（回転ステージ；θステージ）を付与すれば、ワークの位置に加えて姿勢を変えることができ、より加工の自由度を高めることができる。
【００３７】
本例では、さらに回転ツール１１を傾斜状態で支持する支持台２３が、回転支持部２２を角度調整可能に支持する機構を備えており、被加工面９０の形状に応じてよりフレキシブルに対応でき、加工の自由度が高められている。これらワーク保持機構１３や支持台２３の動作を図示しないコンピュータにより自動制御することにより、被加工面を自動で走査加工する修正研磨加工装置として用いることができる。
【００３８】
加工液供給手段１２としての加工液噴射ユニット１４は、前記噴出ノズル３０と、該ノズルから噴射してワーク被加工面９０に当って落下する研磨加工液８を受け入れる、噴出ノズル３０の周りの回収槽３１と、回収槽３１に受け入れて回収された研磨加工液８を再度、噴出ノズル３０に供給して上方に噴出させるポンプ３５とより構成され、研磨加工中、研磨加工液８はこれら噴出ノズル３０、ワーク被加工面９０、回収槽３１およびポンプ３５の間を循環する。
【００３９】
このように加工液噴射ユニット１４によってワーク被加工面９０に対して研磨加工液８を噴射供給することで、被加工面９０の局所的な研磨加工領域に対して安定かつ効率よく研磨加工液８を供給することができ、少量の研磨加工液で長時間の安定した研磨加工を実現できる。また、ワークの形状、大きさにかかわらず対応でき、コスト削減にも寄与する。とくに真下から噴水状に噴射することで全方向に均等に研磨加工液８を供給でき、加工レートがより安定するとともに水量もより少なくできる。
【００４０】
回転ツール１１は、弾性素材より構成されている。具体的には、ゴム等の弾性素材よりなる回転体２０と、先端に該回転体２０が設けられ、該回転体２０を回転させる軸方向に長い軸体２１と、基端側で該軸体２１を支持しつつ軸中心に回転させる回転支持部２２とより構成されている。そして、回転体２０の外周面をワーク９側に押し当てることで、軸体２１が湾曲し、該湾曲した軸体２１の弾性復元力により回転体２０がワーク９側に押し付け付勢される。
【００４１】
回転体２０は、図７に示すように、好ましくはワーク９に対面する外周面２０ａにおける研磨作用領域２０１の外径ｄ２（領域内の最大直径）が５．０ｍｍ以下になるように構成され、回転体の直径（外周面の最大直径）は従来の回転ツールの直径と比較して小径に設定されている。回転体２０の形状は、球状、部分球状、断面円のリング形状（トロイダル形状）その他、種々の形状が採用できる。そして、回転体２０とワーク被加工面９０との間に介在する砥粒が、回転体２０に押さえつけられながら被加工面９０上を転動して被加工面９０を研磨し、表面粗さをより良好なものにする。
【００４２】
このように回転体２０が弾性素材よりなるので、砥粒８１を介して被加工面９０を押し付ける押し付け力が安定化するとともに砥粒８１をしっかりと保持して被加工面９０上を転動させることができ、加工安定性が向上する。具体的な弾性素材としては、フッ素ゴムを用いることが好ましい。フッ素ゴムは摩擦係数が小さく、また、加工液のＰＨ調整を考えた場合、化学的に安定している物質であるというメリットがある。
【００４３】
また、上記のように回転体が小径に設定されることで、ワーク被加工面９０側に局所的に押さえる力が働き、間に入った砥粒に対し、単位面積あたり砥粒を押さえるエネルギーが大きくなり、加工レートも上昇すると考えられる。また、小さい単位加工形状が得られ、優れた空間分解能も得られる。
【００４４】
軸体２１は、回転体２０よりも小径の断面を有するステンレス等の金属シャフトを用いることができる。軸方向に長尺で可撓性を有するものであれば、他の素材でも勿論よい。本例では、軸体２１の先端部をトロイダル形状の回転体２０に嵌め込んで固定し、かつ該軸体２１の基端部を回転支持部２２に固定することにより回転ツール１１が構成されている。回転支持部２２は電動モータなどを用いることができる。
【００４５】
軸体２１は、先端の回転体２０が被加工面９０側に押し付けられるように、ワーク９とノズル３０の間の隙間ｓ１に対して斜め下方の位置から斜めに延設されている。基端部は当該下方の位置に設けられた回転支持部２２により回転可能に支持されている。本例では軸体の軸方向（ワークへの押し付けにより若干湾曲する場合、回転体が設けられている先端の位置での軸方向とする）が被加工面９０の法線に対してほぼ４５度をなす角度に設けられているが、当該角度に限定されるものではない。本例のように斜め下方から軸体２１により回転体２０を隙間ｓ１に差し入れる構造とすることにより、被加工面が曲面（たとえば自由曲面）のような場合にワークを回転させながら加工することも容易となる。軸体２１が被加工面９０に平行に配置されると、このようにワークを回転させて加工することが困難になる。
【００４６】
本例のように、可撓性を有する軸体２１を用い、湾曲した軸体２１の弾性復元力により回転体２０をワーク９側に押し付け付勢しながら加工することにより、被加工面９０の形状によって回転ツール１１とワーク９との間に位置関係が若干ずれても軸体２１がその分弾性変形するだけで、押し付け力が大きく変動してしまうことを回避でき、押し付け力をほぼ一定に保つことで安定した加工量が得られる。このことは、ステージ４１、４２、４３（ワーク保持機構１３）などに求められる精度を抑えることができる（たとえば、レンズのナノレベルの修正研磨においても１０μｍ程度の精度でよい）ことを意味する。
【００４７】
研磨加工液８の液体は、有機粒子の分散性の点で純水または水を主成分とする液体であることが好ましい。有機粒子は、種々のものを採用でき、とくに高分子材料からなるアクリル粒子、ウレタン粒子、スチレン粒子など、密度１ｇ／ｃｍ３に近いものが好ましい。なかでもウレタン・アクリル（密度は共に１．２ｇ／ｃｍ３）がより好ましい。有機粒子は、一般的な研磨材である金属酸化物粒子に比べて密度が１ｇ／ｃｍ３に近く、沈殿せず分散しやすい。異なる素材の有機粒子を混合してもよい。
【００４８】
また、有機粒子の平均粒径は、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。
【００４９】
次に、図５及び図６に基づき、ロッドレンズ等の円柱状のワークの外周面や円錐状あるいは円錐台状のワークの外周面、円筒状のワークの内／外周面などの回転体形状のワークの表面（回転面）を被加工面とする場合に好適となる、本発明に係る他の装置構成の実施形態について説明する。
【００５０】
本実施形態の局所研磨加工装置１Ａは、上述の代表的実施形態の装置１と同様、ワーク９に対して局所的に押し付けられる回転ツール１１と、該回転ツール１１とワーク９との間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒が液体中に分散した研磨加工液８を供給する加工液供給手段１２とを備え、同じ加工原理によりワーク９表面を研磨加工するものである。
【００５１】
ワーク保持機構１３は、図示省略したＸＹＺステージとともに円柱状又は円筒状のワークを軸中心に回動させる機構が設けられている。円柱状又は円筒状のワーク内周面／外周面の加工では、ワークを大きく水平移動する必要が無いため、本実施形態では、加工液供給手段１２として、研磨加工液８を収容する上端開口した加工槽３２が設けられるとともに、上方から該加工槽３２の開口を通じてワーク保持機構１３に保持されたワーク９が浸漬され、同じく開口とワークの隙間を通じて斜め上方から回転ツール１１が浸漬され、該回転ツール１１により液中でワーク外周面の被加工面９０が研磨加工される。
【００５２】
加工槽３２内で研磨加工液８を撹拌するため、加工槽３２はマグネチックスターラ３３上に設置され、加工槽３２内の底部に設けた撹拌子３４で低速回転による撹拌が行われる。
【００５３】
その他、回転ツール１１の構成や、研磨加工液８、それに含まれる有機粒子８１の構成、その他の構成については、上述の代表的実施形態と同様であるため、同一構造には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例１〜９、比較例１〜４の各研磨加工液を用いて、各種試験を行った結果について説明する。
【００５６】
（研磨加工液）
次の表１のとおり、実施例１〜９、比較例１〜４の１３種類の研磨加工液を準備した。
【００５７】
【表１】
2020025998.tif 000003
【００５８】
（静止加工痕試験１）
実施例１、８、９、比較例１の４種の研磨加工液を用い、上述の図２〜４、図７に示した代表的実施形態に係る局所研磨加工装置を用いて、下記表２の加工条件（回転ツールの回転数、押し付け力、加工時間）のもと、ツールの走査を停止した静止加工痕試験を行った。なお、局所研磨加工装置の詳細は次のとおりである。
・回転ツールの回転体：フッ素ゴムトロイダル形状  直径（ｄ１）３ｍｍ
・回転ツールの軸体：φ１ｍｍのステンレス製シャフト
・上記回転ツールを、軸体の軸方向（ワークへの押し付けにより若干湾曲するが、回転体が設けられている先端の位置での軸方向とする）が被加工面の法線に対して５５度となるように設置し、研磨作用領域の外径（ｄ２）を２．２ｍｍとした。
・回転ツールの回転支持部のモータ：５０〜４０００ｒｐｍの範囲で回転数制御が可能なモータ
【００５９】
また、ワークは合成石英ガラス基板、ワーク被加工面は平面とし、回転ツールの押し付けは、回転体が被加工面に接触してからステージを所定量下げることで行った。
【００６０】
【表２】
2020025998.tif 000004
【００６１】
図８Ａ〜８Ｃ、および図９の走査型白色干渉計による計測結果から分かるように、研磨加工液の液体を純水／フロリナートとし、有機砥粒をアクリル／ウレタンとした各実施例の場合（図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ）についても、一般的な研磨砥粒を用いた比較例１の研磨加工液の場合（図９）と同様、局所的に加工されている。一般的な研磨加工液の液体である水以外に、不活性なパーフルオロ化合物（フロリナート）も有効であることを確認した。
【００６２】
（静止加工痕試験２）
実施例１、比較例１の２種の研磨加工液を用い、上記静止加工痕試験１と同じ局所研磨加工装置、同種のワーク（合成石英ガラス基板、ワーク被加工面が平面）を用いて、下記表３の加工条件（回転ツールの回転数、押し付け力）のもと、加工時間による静止加工痕の加工量の変化を確認する試験を行った。
【００６３】
【表３】
2020025998.tif 000005
【００６４】
図１０Ａ、図１０Ｂのグラフより、実施例１、比較例１ともに加工量が加工時間に比例していることが分かる。修正研磨加工に必要な静止加工痕の加工量が時間比例していることが確認された。
【００６５】
（ラスタースキャン加工試験１）
実施例１、２、８、比較例１、２の５種の研磨加工液を用い、上記静止加工痕試験１と同じ局所研磨加工装置、同種のワーク（合成石英ガラス基板、ワーク被加工面が平面）を用いて、下記表４の加工条件（回転ツールの回転数、押し付け力、加工時間）のもと、図１１に示すように２．５ｍｍ角の領域を１０μｍのステップでラスタースキャン加工を行った結果、いずれの実施例、比較例も、図１２（比較例１）と同等のラスタースキャン除去加工が確認された。また、各例の表面粗さ評価は、走査型白色干渉計による０．１８７ｍｍ× ０．１４ｍｍのＲＭＳ値とした。
【００６６】
【表４】
2020025998.tif 000006
【００６７】
比較例１（シリカ粒子）、比較例２（平均粒径が５μｍよりも小さいアクリル粒子）の場合、図１５Ａ, 図１５Ｂを加工前の図１３と比較しても分かるように、加工後は表面粗さがかなり悪化している。これに対し、実施例１、２、８（平均粒径１０μｍ以上のアクリル粒子／ウレタン粒子）の場合、同じく図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃを加工前の図１３と比較しても分かるように、加工後も比較的良好な表面粗さを維持している。
【００６８】
（静止加工痕試験３）
実施例１の研磨加工液、上記静止加工痕試験１と同じ局所研磨加工装置を用い、２種のワーク（合成石英ガラス基板、シリコン基板  いずれもワーク被加工面が平面）に対し、押し付け力を変更して加工を行った結果を、図１６Ａ、図１６Ｂに示す。
【００６９】
図１６Ａ、図１６Ｂの各グラフから分かるように、加工量は押し付け力に比例している。
【００７０】
（ラスタースキャン加工試験２）
実施例１の研磨加工液、上記静止加工痕試験１と同じ局所研磨加工装置を用い、ワーク（シリコン基板  ワーク被加工面が平面）に対し、回転ツールの回転数２０００ｒｐｍ、回転ツールの押し付け力０．００６Ｎ、加工時間２９分の加工条件のもと、１．０ｍｍ角の領域を１０μｍのステップでラスタースキャン加工を行った。走査型白色干渉計による計測結果を図１７に示す。
【００７１】
図１７の結果より、ガラス基板に対する加工（図１２）と同様に、シリコン基板にも加工可能であることが実証された。
【００７２】
（静止加工痕試験４）
平均粒径のみ異なる実施例３〜５、比較例３、および砥粒を全く含まない純水のみの比較例４の計５種の研磨加工液、上記静止加工痕試験１と同じ局所研磨加工装置を用い、ワーク（合成石英ガラス基板、被加工面が平面）に対し、同一の加工条件（回転ツールの回転数１６００ｒｐｍ、回転ツールの押し付け力０．０１２Ｎ、加工時間１分）で加工を行った結果を、図１８に示す。
【００７３】
図１８のグラフに示す通り、１５μｍ粒径までは研磨量が増加したが、３０μｍ粒径では加工量が低下した。
【００７４】
（静止加工痕試験５）
砥粒濃度のみ異なる実施例３、６、７、比較例４の４種の研磨加工液、上記静止加工痕試験１と同じ局所研磨加工装置を用い、ワーク（合成石英ガラス基板、被加工面が平面）に対し、同一の加工条件（回転ツールの回転数１６００ｒｐｍ、回転ツールの押し付け力０．０１２Ｎ、加工時間１分）で加工を行った結果を、図１９に示す。
【００７５】
図１９のグラフに示す通り、砥粒濃度が上がると加工量も増加する。さらに濃度を上げていくと、加工量の増加は緩やかになることが分かった。
【００７６】
（修正研磨加工試験１）
実施例１の研磨加工液、上記静止加工痕試験１と同じ局所研磨加工装置を用い、ワーク（合成石英ガラス基板、被加工面が平面）に対し、０．１ｍｍ周期の形状誤差を修正研磨可能であるか試験した。
０．１ｍｍ幅の任意の目標形状を作成し、実施例１の静止加工痕試験１より得られた静止加工痕をもとに算出される単位加工形状とデコンボリューション計算することで滞留時間分布を計算した。合成石英ガラス平面基板上で滞留時間分布に沿った走査加工を実施し、走査型白色干渉計により計測した。結果、極めて理想と近い形状を作製することが出来た（図２０、図２１）。
また、図２２に示すように、表面粗さ領域もほとんど変化がなく加工前の状態を維持している。表面粗さ評価は０．１８７ｍｍ× ０．１４ｍｍのＲＭＳ値である。
【００７７】
（修正研磨加工試験２）
実施例１の研磨加工液、上述の図５及び図６に示した実施形態に係る円柱又は円筒加工用の局所研磨加工装置を用いて、ワーク（φ１０ｍｍ合成石英ガラス製の円柱状レンズ  被加工面が外周面）に０．１５ｍｍ周期の形状誤差を修正研磨可能であるか試験した。
上記修正研磨加工試験１と同様、０．１５ｍｍ幅の任意の目標形状を作成し、同じく上記実施例１の静止加工痕試験１より得られる単位加工形状とデコンボリューション計算することで滞留時間分布を計算した。被加工面上で滞留時間分布に沿った走査加工を実施し、走査型白色干渉計により計測した。結果、極めて理想と近い形状を作製することが出来た（図２３）。また、図２４に示すように、表面粗さ領域もほとんど変化していない結果が得られた。表面粗さ評価は０．１８７ｍｍ× ０．１４ｍｍのＲＭＳ値である。
【００７８】
いずれの修正研磨加工試験も、理想の目標形状の空間分解能を得ることができ、表面粗さ領域も維持できる結果となった。以上の結果から、目的としていた０．１ｍｍ周期形状の修正研磨加工を達成した。回転ツールと比較的大径の有機粒子を組み合わせた本手法は、高い修正空間分解能と高い安定性を有した修正研磨加工手法と言える。とくに高精度な光学素子開発において、十分に有用な技術であると考える。
【符号の説明】
【００７９】
ｓ１  隙間
ｄ１  直径
ｄ２  外径
１  局所研磨加工装置
８  研磨加工液
９  ワーク
１１  回転ツール
１２  加工液供給手段
１３  ワーク保持機構
１４  加工液噴射ユニット
２０  回転体
２０ａ  外周面
２０１  研磨作用領域
２１  軸体
２２  回転支持部
２３  支持台
３０  噴出ノズル
３１  回収槽
３２  加工槽
３３  マグネチックスターラ
３４  撹拌子
３５  ポンプ
４１  Ｘ軸ステージ
４２  Ｙ軸ステージ
４３  Ｚ軸ステージ
８１  砥粒
９０  被加工面
【図１】
2020025998.tif 000007
【図２】
2020025998.tif 000008
【図３】
2020025998.tif 000009
【図４】
2020025998.tif 000010
【図５】
2020025998.tif 000011
【図６】
2020025998.tif 000012
【図７】
2020025998.tif 000013
【図８Ａ】
2020025998.tif 000014
【図８Ｂ】
2020025998.tif 000015
【図８Ｃ】
2020025998.tif 000016
【図９】
2020025998.tif 000017
【図１０Ａ】
2020025998.tif 000018
【図１０Ｂ】
2020025998.tif 000019
【図１１】
2020025998.tif 000020
【図１２】
2020025998.tif 000021
【図１３】
2020025998.tif 000022
【図１４Ａ】
2020025998.tif 000023
【図１４Ｂ】
2020025998.tif 000024
【図１４Ｃ】
2020025998.tif 000025
【図１５Ａ】
2020025998.tif 000026
【図１５Ｂ】
2020025998.tif 000027
【図１６Ａ】
2020025998.tif 000028
【図１６Ｂ】
2020025998.tif 000029
【図１７】
2020025998.tif 000030
【図１８】
2020025998.tif 000031
【図１９】
2020025998.tif 000032
【図２０】
2020025998.tif 000033
【図２１】
2020025998.tif 000034
【図２２】
2020025998.tif 000035
【図２３】
2020025998.tif 000036
【図２４】
2020025998.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月23日(2018.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに対して局所的に押し付けられるワーク研磨用の回転ツールと前記ワークとの間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒を液体中に分散させた研磨加工液を供給しながら、弾性素材よりなる前記回転ツールにより押し付け研磨加工を行う、又は、弾性復元力により付勢される前記回転ツールにより押し付け研磨加工を行う、局所研磨加工方法。
【請求項２】
ワークに対して局所的に押し付けられるワーク研磨用の回転ツールと前記ワークとの間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒を液体中に分散させた研磨加工液を供給しながら、交流電界を印加することなく押し付け研磨加工を行う、局所研磨加工方法。
【請求項３】
前記液体が、純水または水を主成分とする液体である、請求項１又は２記載の局所研磨加工方法。
【請求項４】
前記回転ツールを、
回転体と、
先端に該回転体が設けられ、該回転体を回転させる軸方向に長い軸体と、
基端側で該軸体を支持しつつ軸中心に回転させる回転支持部とより構成し、
前記回転体の外周面をワーク側に押し当てることで前記軸体が湾曲し、該湾曲した軸体の弾性復元力により、前記回転体がワーク側に押し付け付勢される、
請求項１〜３の何れか１項に記載の局所研磨加工方法。
【請求項５】
回転ツールのワークに対面する外周面における研磨作用領域の外径を５．０ｍｍ以下に設定してなる請求項１〜４の何れか１項に記載の局所研磨加工方法。
【請求項６】
前記有機粒子を、アクリル粒子またはウレタン粒子とした、請求項１〜５の何れか１項に記載の局所研磨加工方法。
【請求項７】
ワークに対して局所的に押し付けられるワーク研磨用の回転ツールと、
該回転ツールとワークとの間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒が液体中に分散した研磨加工液を供給する加工液供給手段とを備え、
弾性素材よりなる前記回転ツールにより押し付け研磨加工を行う、又は、弾性復元力により付勢される前記回転ツールにより押し付け研磨加工を行う、
局所研磨加工装置。
【請求項８】
ワークに対して局所的に押し付けられるワーク研磨用の回転ツールと、
該回転ツールとワークとの間に、平均粒径５μｍ以上の有機粒子からなる砥粒が液体中に分散した研磨加工液を供給する加工液供給手段とを備え、
交流電界を印加することなく、押し付け研磨加工を行う、
局所研磨加工装置。
【請求項９】
前記液体が、純水または水を主成分とする液体である、請求項７又は８記載の局所研磨加工装置。
【請求項１０】
前記回転ツールが、
回転体と、
先端に該回転体が設けられ、該回転体を回転させる軸方向に長い軸体と、
基端側で該軸体を支持しつつ軸中心に回転させる回転支持部とより構成され、
前記回転体の外周面をワーク側に押し当てることで前記軸体が湾曲し、該湾曲した軸体の弾性復元力により、前記回転体がワーク側に押し付け付勢される、
請求項７〜９の何れか１項に記載の局所研磨加工装置。
【請求項１１】
回転ツールのワークに対面する外周面における研磨作用領域の外径が５．０ｍｍ以下である、請求項７〜１０の何れか１項に記載の局所研磨加工装置。
【請求項１２】
前記有機粒子が、アクリル粒子又はウレタン粒子である、請求項７〜１１の何れか１項に記載の局所研磨加工装置。
【請求項１３】
請求項７〜１２の何れか１項に記載の局所研磨加工装置を用いた修正研磨加工装置。