(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物と相互作用により結合する性質を持つ粉末粒子を純水中に分散させてなる加工液を用い、この加工液を流れ発生部によって流動させて上記被加工物の被研磨面を加工する加工装置において、
上記加工液を溜めるとともに、壁の少なくとも一部は非磁性材料からなる密閉タンクと、
上記密閉タンク内の加工液中に浸漬され、静圧軸受で支持され、上記被加工物を保持する加工用ステージと、
上記密閉タンクの外に設けられて、上記密閉タンクの壁の非磁性材料からなる部分を通して、上記加工用ステージとの磁気結合により上記加工用ステージを移動させる駆動部とを備えたことを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は加工装置に関し、より詳しくはＥＥＭ（弾性放散加工；Ｅｌａｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）を利用した加工装置に関する。
【０００２】
ここでＥＥＭとは、被加工物と相互作用により結合する性質を持つ粉末粒子を水流によって被加工物の表面に輸送して、上記粉末粒子と被加工物の表面原子とを相互作用により結合させるとともに、被加工物の表面原子とその裏側の原子との結合力を減少させて被加工物の表面原子を取り除くことにより、被加工物の表面を原子オーダで加工する技術をいう。
【０００３】
【従来の技術】
従来、ＥＥＭを利用した加工装置は、上部が開放された槽内に、被加工物を保持する加工用ステージとこの加工用ステージを移動させる駆動機構を設置している。上記槽内には、被加工物と相互作用により結合する性質を持つ粉末粒子を純水に分散させてなる加工液を満たしている。そして、上記槽の上方から加工液中に回転軸を挿入して、上記回転軸の先端の弾性体を被加工物の被加工面の近傍に配置して、上記回転軸の回転により加工液を弾性体に連れ回りさせるようにしている。これにより、粉末粒子を被加工物の表面に輸送して、上記粉末粒子と被加工物の表面原子とを相互作用により結合させるとともに、被加工物の表面原子とその裏側の原子との結合力を減少させて被加工物の表面原子を取り除く。この結果、被加工物の表面を原子サイズのオーダ（タリステップ等による測定によれば５Å以下の精度）で平坦に加工することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＥＥＭを利用した加工装置では、槽の上部が開放されているため、大気中の酸素等が加工液中に溶け込んで、加工現象の安定に悪影響を及ぼすという問題がある。また、加工用ステージと駆動機構が同じ槽内に設置されているので、案内面と加工用ステージとの間に生じた摩耗粉により加工液が汚染されるという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、加工液を良好な状態に保つことができ、ＥＥＭによる加工現象を高度に安定に保つことができる加工装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の加工装置は、被加工物と相互作用により結合する性質を持つ粉末粒子を純水中に分散させてなる加工液を用い、この加工液を流れ発生部によって流動させて上記被加工物の被研磨面を加工する加工装置において、上記加工液を溜めるとともに、壁の少なくとも一部は非磁性材料からなる密閉タンクと、上記密閉タンク内の加工液中に浸漬され、静圧軸受で支持され、上記被加工物を保持する加工用ステージと、上記密閉タンクの外に設けられて、上記密閉タンクの壁の非磁性材料からなる部分を通して、上記加工用ステージとの磁気結合により上記加工用ステージを移動させる駆動部とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
上記請求項１の加工装置において、上記加工液によって密閉タンク内が満たされた状態で、上記被加工物は加工用ステージによって上記密閉タンク内に保持される。その状態で、上記流れ発生部により被加工物の被加工面へ向けて加工液が流動される。この加工液内の粉末粒子と被加工物の表面原子とが相互作用により結合するとともに、被加工物の表面原子とその裏側の原子との結合力が減少して被加工物の表面原子が取り除かれる。このとき、上記加工装置では、加工液を溜める槽が密閉タンクであるので、加工液中に大気中の酸素等は溶け込ない。
【０００８】
また、上記密閉タンクの壁の非磁性材料からなる部分を通して、磁気結合を用いる上記駆動部により移動させられるので、被加工物を加工液の流れに対して相対的に変位させることができる。しかも、駆動部が密閉タンクの外部に有って、加工液中にないから、駆動部によって加工液が汚染されることなく、かつ、駆動部をシールする必要もない。上記加工用ステージは、上記静圧軸受で支持されているので、案内面と加工用ステージとの間に摩耗粉を生じることがない。
【０００９】
このように、加工液中に大気中の酸素等が溶け込まないとともに、案内面と加工用ステージとの間に摩耗粉が生じないので、駆動部をシールする必要がなく、かつ、加工液が汚染されることがない。つまり、加工液が良好な状態に保たれるので、ＥＥＭによる加工現象を高度に安定に保つことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の図示の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、この発明の一実施形態の加工装置１の構成を示している。この加工装置１は、加工液２を溜める密閉タンク３と、被加工物５を保持する加工用ステージ６と、上記加工用ステージ６を移動させる駆動部としての駆動ステージ２８と、上記駆動ステージ２８を制御する制御ユニット８とを備える。
【００１２】
上記密閉タンク３は、フランジ１０ａ，１０ｂを有する断面凹状の加工槽４を開口を下向きにした状態で支持板９の上面９ａにシール（図示せず）を介して取り付けて構成している。この支持板９は、ベース板３９の周縁部上に立設された支持部材２５ａ，２５ｂの上端に、水平に架け渡している。
【００１３】
上記密閉タンク３内の支持板９の上面９ａには、加工槽４の壁面のすぐ内側にコラム部材１２が立設している。このコラム部材１２は、ベースの上面９ａに対して垂直に配置された支柱１２ａ，１２ｂと、これらの支柱１２ａ，１２ｂの上端に水平に架け渡されたビーム１２ｃとからなる。そして、ビーム１２ｃの水平方向のほぼ中央に、取付部材１３を介して研磨ユニット１１を取り付けている。
【００１４】
上記研磨ユニット１１は、取付部材１３に水平に取り付けられた固定板１４と、この固定板１４の下方に水平に設けられた可動板１５と、上記固定板１４に搭載する可動板１５を十字バネ１６を支点に下方に加圧するコイルバネ１７とを備えている。上記可動板１５の下方には、モータ１８、保持部材１９、純水静圧回転軸受２０、弾性体としてのポリウレタン球体２１および純水静圧回転軸受２２、保持部材２３がこの順に可動板１５と平行に１列に並んで設けている。そして、上記モータ１８と純水静圧回転軸受２０，２２とは、保持部材１９，２３を介して可動板１５に取り付けている。上記モータ１８の出力軸は、純水静圧回転軸受２０を通り、ポリウレタン球体２１の中心を貫通し、その先端を純水静圧回転軸受２２によって支持している。ポリウレタン球体２１はモータ１８の出力軸と一体に回転して、流れ発生部として働く。
【００１５】
また、上記加工槽４の真下に位置する支持板９の中央部には、上面９ａと下面９ｂとの間を貫通する円形の貫通穴３２を形成している。この貫通穴３２を塞ぐように、支持板９の下面９ｂと同一平面上に非磁性膜７を設けている。上記支持板９の上面９ａには、貫通穴３２の周りを取り囲んで断面凹状の静圧ポケット３１を設けている。図２に示すように、この静圧ポケット３１は、貫通穴３２と同心位置に４ケ所、９０°の角度間隔で配置されている。この静圧ポケット３１の底面には、略中央位置に純水を吹き出す絞り穴３０を設けている。そして、これらの絞り穴３０から純水が吹きだして、上記加工用ステージ６を支持する。上記静圧ポケット３１と絞り穴３０とで静圧軸受を構成している。
【００１６】
この加工用ステージ６の下面には、磁気結合ステージ２６を取り付けている。図３（ａ）に示すように、この磁気結合ステージ２６は、８つの扇形のＮ磁石４１，Ｓ磁石４２を備えている。これらのＮ磁石４１，Ｓ磁石４２は、非磁性材料からなる円柱部材４０の上面に、その中心の周りに４５°の角度間隔で交互に配置している。円柱部材４０の上面が平坦になるように、各磁石４１，４２を埋め込んでいる。
【００１７】
上記密閉タンク３の壁、つまり、支持板９の下面９ｂには、略コの字状の吊り下げ部材２９を、吊り下げ部材２９の底部２９ｂが非磁性膜７と対向するようにそのフランジ２９ａ，２９ｃを介して取り付けている。上記吊り下げ部材２９の底部２９ｂには、駆動部としての駆動ステージ２８を載置している。上記駆動ステージ２８は、磁気結合ステージ２７と、この磁気結合ステージ２７を水平面内で回転させるθ駆動ユニット２８ａと、磁気結合ステージ２７およびθ駆動ユニット２８ａを一体に水平面内でＸ方向に平行移動させるＸ駆動ユニット２８ｂと、磁気結合ステージ２７，θ駆動ユニット２８ａおよびＸ駆動ユニット２８ｂを一体に水平面内でＹ方向に平行移動させるＹ駆動ユニット２８ｃを上段から順に備えている。上段の磁気結合ステージ２７は、図３（ａ）に示した磁気結合ステージ２６の極を反転したパターンを持っており、非磁性膜７を通して、密閉タンク３内の磁気結合ステージ２６と磁気結合している。したがって、その下段側のユニット２８ａ，２８ｂ，２８ｃがそれぞれθ方向，Ｘ方向，Ｙ方向に移動することにより、加工用ステージ６は、案内面として働く支持板９の上面９ａ上を水平に並行移動することができるとともに、回転することもできる。
【００１８】
上記加工装置１の外に設けられた制御ユニット８は、上記駆動ステージ２８を制御している。この制御ユニット８はＣＰＵ（中央演算処理装置）により構成し、図示しないＲＯＭ（リード・オンリー・メモリー）に格納された制御プログラムに従って、この加工装置１全体の動作を制御する。
【００１９】
上記制御ユニット８は濃度調整装置２４も制御する。この濃度調整装置２４は内部に濾過膜を備え、限外濾過法により、取り込んだ加工液２のうち低分子物質やイオン類を含む水分を透過する一方、高分子物質を含む水分を保持する。この結果、粉末粒子濃度が高まった加工液２を密閉タンク３へ戻す。したがって、この濃度調整装置２４内に取り込む加工液２の流量を制御することにより、密閉タンク３内の加工液２中の粉末粒子濃度を一定に維持することができる。
【００２０】
動作時には、上記密閉タンク３内に、被加工物５と相互作用により結合する性質を持つ粉末粒子を一様に分散させてなる加工液を満たす。上記純水静圧回転軸受２０，２２には、加工装置１の外部にある純水ポンプ（図示せず）から純水を供給する。また、この純水ポンプは、純水静圧軸受３０，３１にも純水を供給する。濃度調整装置２４は、加工液２の濃度（純水中に占める粉末粒子の割合）を一定に保つ。
【００２１】
この密閉タンク３内に加工液２が満たされた状態で、加工用ステージ６は被加工物５を保持する。そして、上記モータ１８によって回転するポリウレタン球体２１が起こす流れにより被加工物５の被加工面へ向けて加工液２を流動する。この加工液２内の粉末粒子と被加工物５の表面原子とが相互作用により結合するとともに、被加工物５の表面原子とその裏側の原子との結合力が減少して被加工物５の表面原子を取り除く。このとき、この加工装置１では、加工液２を溜める槽が密閉タンク３であるので、加工液２中に大気中の酸素等は溶け込ない。
【００２２】
また、上記制御ユニット８は駆動ステージ２８を制御して移動させる。そして、この駆動ステージ２８は、支持板９の下面９ｂに設けられた非磁性膜７を介すともに、磁気ステージ２６と２７との間に働く磁気結合を用いて加工用ステージ６を移動させる。この結果、加工用ステージ６に保持された被加工物５が加工液２の流れに対して相対的に変位する。したがって、被加工物５の研磨面を所望の形状に仕上げることができる。このとき、加工用ステージ６を移動させる駆動部を密閉タンク３外に設けているので、駆動部をシールする必要がなく、かつ、加工液２が汚染されることがない。また、上記加工用ステージ６は、静圧ポケット３１の底面にある絞り穴３０から噴出する純水で支持されているので、加工用ステージ６の下面と支持板９の上面９ａとの間に摩耗粉を生じることがない。
【００２３】
このように、加工液２中に大気中の酸素等が溶け込まないとともに、案内面と加工用ステージ６との間に摩耗粉が生じないので、加工液２が良好な状態に保たれる。したがって、本発明の加工装置１では、ＥＥＭによる加工現象を高度に安定に保つことがでる。
【００２４】
なお、上記磁気結合ステージ２６の構成は図３（ａ）に示すものとしたが、図３（ｂ）に示すように、磁気結合ステージ２６′の上面を正方形のマス目に区画して、区切られたマス目にＮ磁石５１，Ｓ磁石５２を交互に配置したものでもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の加工装置は、加工液を溜める槽が密閉タンクであるので、加工液中に大気中の酸素等が溶け込ない。
【００２６】
また、請求項１の発明の加工装置は、加工用ステージを移動させる駆動部を密閉タンク外に設けているので、駆動部をシールする必要がなく、かつ、加工液が汚染されることがない。
【００２７】
また、請求項１の発明の加工装置は、加工用ステージを静圧軸受で支持しているので、案内面と加工用ステージとの間に摩耗粉を生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の加工装置の構成を示す図である。
【図２】上記加工装置の密閉タンクの底部を上方から見た図である。
【図３】上記加工装置に備わっている磁気結合ステージの構成を示す図である。
【符号の説明】
１  加工装置
３  密閉タンク
５  被加工物
６  加工用ステージ
７  非磁性膜
１１  研磨ユニット
２６，２６′，２７  磁気結合ステージ
２８  駆動ステージ
【図１】
0003630987.tif 000002
【図２】
0003630987.tif 000003
【図３】
0003630987.tif 000004