(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有する粉末粒子を純水中に一様に分散させてなる加工液を加工ヘッドの回転する工具により上記被加工物の被研磨面側に向けて流動させることによって、上記被加工物の被研磨面を加工する研磨装置と、
上記研磨装置を浸漬する上記加工液が満たされる密閉型の加工液タンクとを備え、
上記研磨装置は、上記加工ヘッドの工具を成形するための加工部と、上記加工ヘッドの工具の成形時に上記工具を純水に浸漬するための成形用タンクとを有し、
上記加工部により加工される上記加工ヘッドの工具の加工領域は、上記成形用タンク内の純水に浸漬されていることを特徴とする研磨システム。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨システムにおいて、
上記研磨装置は、上記被加工物が取り付けられるワークテーブルを移動させるための駆動部によって、上記加工部を駆動することを特徴とする研磨システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＥＥＭ(弾性放散加工；Elastic Emission Machining)を利用した研磨システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＥＥＭを利用した研磨装置では、上部が開放された槽内に、被加工物と相互作用により結合する性質を有する粉末粒子を純水に分散させた加工液を満たし、槽の上方から加工液中に延びるスピンドルの先端に取り付けられた工具としての弾性体を、加工液に浸漬させた被加工物の被研磨面に接近させた状態にして、上記スピンドルを回転させることによって、加工液を弾性体に連れ回りさせる。これにより、粉末粒子を被加工物の表面に輸送して、粉末粒子と被加工物の表面原子とを相互作用によって結合させると共に、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いて、被加工物の表面を原子サイズのオーダーで平坦に加工する。しかしながら、上記ＥＥＭを利用した研磨装置では、槽の上部が開放されているため、大気中の酸素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った。
【０００３】
そこで、本出願人は、駆動部を含む数値制御用ステージ全体を密閉タンク内の加工液中に設置することによって、加工液中に酸素が溶け込むのを防いで、ＥＥＭによる加工現象を高度に安定に保つことができる研磨システムを考えた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記数値制御用ステージ全体が密閉タンク内の加工液中に設置された研磨システムでは、加工ヘッドの工具と試料との間を非接触で一定の距離に維持するために、加工ヘッドの工具の外周振れを最小限に抑える成形を行って、加工精度を維持しなければならない。ところが、上記加工ヘッドの工具を成形するには、研磨装置本体から工具を取り外して、別に用意した加工装置で成形した後、再び研磨装置本体に取り付けなければならず、工具の成形に手間と時間がかかり、加工精度を十分に維持できないという問題がある。また、上記研磨システムでは、加工ヘッドの工具を成形するとき、工具が雰囲気によって汚染された場合、加工現象に悪影響を与えるという問題がある。また、被加工物の形状に応じて球形や円筒形などの任意の形状に上記工具を成形するための加工装置を別に用意すると、コストが高くつくと共に、その加工装置のスペースを必要となるため、省スペース化に反するという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、加工精度を容易に維持できると共に、工具の成形時に雰囲気による工具の汚染を防止でき、コスト低減と省スペース化が図れる研磨システム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の研磨システムは、被加工物と相互作用により結合する性質を有する粉末粒子を純水中に一様に分散させてなる加工液を加工ヘッドの回転する工具により上記被加工物の被研磨面側に向けて流動させることによって、上記被加工物の被研磨面を加工する研磨装置と、上記研磨装置を浸漬する上記加工液が満たされる密閉型の加工液タンクとを備え、上記研磨装置は、上記加工ヘッドの工具を成形するための加工部と、上記加工ヘッドの工具の成形時に上記工具を純水に浸漬するための成形用タンクとを有し、上記加工部により加工される上記加工ヘッドの工具の加工領域は、上記成形用タンク内の純水に浸漬されていることを特徴としている。
【０００７】
上記請求項１の研磨システムによれば、上記加工ヘッドの工具を本体から取り外すことなく、上記加工ヘッドの工具を上記加工部により加工するので、成形作業の手間と時間が減り、加工ヘッドの工具の成形が容易になる。したがって、加工ヘッドの工具の外周振れを抑制して、加工精度を容易に維持できる。また、別に加工ヘッドの工具を成形するための加工装置を用意する必要がないので、コスト低減と省スペース化が図れる。また、上記成形用タンクに純水を溜めて、上記成形用タンク内の純水中に上記工具を浸漬させながら、上記加工部により上記加工ヘッドの工具を加工して成形することによって、雰囲気による工具の汚染を防止できる。
【０００８】
また、請求項２の研磨システムは、請求項１の研磨システムにおいて、上記研磨装置は、上記被加工物が取り付けられるワークテーブルを移動させるための駆動部によって、上記加工部を駆動することを特徴としている。
【０００９】
上記請求項２の研磨システムによれば、上記加工部の駆動をワークテーブルを移動させるための駆動部により行うことによって、駆動部を兼用することができ、簡単な構成で加工部を実現できる。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の研磨システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１３】
図１はこの発明の実施の一形態の研磨装置の側面図であり、１は底板４０上に固定された本体ベース、２は上記本体ベース１上に取り付けられたｘテーブル、３は上記ｘテーブル２上に取り付けられたｙテーブル、４は上記ｙテーブル３上に回動自在に支持されたθステージ、５は上記θステージ４上の略中央に固定された試料ホルダである。
【００１４】
上記ｘテーブル１は、ｘ駆動ユニット６によって、本体ベース１上に設けられた２つのガイドレール３１(図１では１つのみを示す)上をスライダ３２によりガイドレール３１に沿って水平方向に移動する。また、上記ｙテーブル３は、ｙ駆動ユニット７によって、ｘテーブル２上に設けられたガイドレール３３上をスライダ３４によりｘテーブル２の移動方向に対して直角方向かつ水平方向に移動する。また、上記ｙテーブル３の両端近傍から上方に延びる支持部材４１,４１を設け、各支持部材４１,４１の上端に静圧軸受４２,４２を設けている。上記静圧軸受４２,４２により夫々回転軸４３,４３を回転自在に支持し、静圧軸受４２,４２との間に回転軸４３,４３の一端にブーム４４,４４を夫々設けて、各ブーム４４,４４の下端に上記θステージ４の両端を固定している。そして、一方の回転軸４３の他端にθ駆動ユニット８の出力軸(図示せず)を連結している。上記θ駆動ユニット８により回転軸４３を駆動することによって、θステージ４は、回転軸４３,４３を軸中心にして揺動する。
【００１５】
また、上記本体ベース１上に上方に延びる２つの支柱５１(図１では１つのみを示す)を取り付け、その両支柱５１の上端にビーム５２を水平に取り付けている。そして、上記ビーム５２に工具としての弾性体(例えばポリウレタン)からなる加工球３０を有する加工ヘッド１０を吊り下げるように取付部材５３を介して取り付けている。
【００１６】
一方、上記θ駆動ユニットの出力軸が連結されていない側の静圧軸受４２に支持された回転軸４３の他端側に回転板４５を固定し、その回転板４５の側面に加工部としてのサファイアナイフ切り込み機構部２０を取り付けている。
【００１７】
図２は上記研磨装置の要部拡大図を示している。図２に示すように、上記サファイアナイフ切り込み機構部２０は、回転板４５の中心に対して外周側かつ外向に取り付けられた基部２１と、その基部２１から回転板４５の中心に対して反対側の外周に向かって延び、さらに先端側が軸方向外向に湾曲するアーム２２と、上記アーム２２の先端に取り付けられたサファイアナイフ２３とを有している。上記サファイアナイフ２３の先端は、加工球３０の成形時に加工球３０の表面に接する。また、上記サファイアナイフ２３の先端側と加工球３０の下側とは、成形用タンクとしての加工球成形用水槽２４内に溜められた超純水に浸漬される。なお、上記加工球成形用水槽２４は、図１に示す本体ベース１に支持部材２５を介して固定されている。
【００１８】
また、図３は図２に示す上記研磨装置の要部を矢印IIIの方向から見た側面図を示している。上記加工ヘッド１０は、固定部１０Ａと移動部１０Ｂとからなる。上記固定部１０Ａは、上記取付部材５３に略水平に固定された固定板１１と、上記固定板１１上に取り付けられた加圧部１２と、固定板１１の下側に一端が取り付けられたじゃばら部１３とを有している。一方、上記移動部１０Ｂは、固定部１０Ａのじゃばら部１３の他端に略水平に取り付けられた可動板１４と、上記可動板１４の一端の下側に設けられた第１静圧軸受部１５と、上記可動板１４の他端の下側に設けられた第２静圧軸受部１６と、上記第１静圧軸受部１５と第２静圧軸受部１６により回転自在に支持されたスピンドル１７と、上記第１静圧軸受部１５の第２静圧軸受部１６側と反対の側に設けられ、スピンドル１７を回転駆動するスピンドル駆動部１８とを有している。上記スピンドル１７の第１静圧軸受部１５と第２静圧軸受部１６との間に加工球３０を取り付けている。そして、上記移動部１０Ｂの第１静圧軸受部１５を、固定部１０Ａの固定板１１に設けられたガイド１１aに十字ばね１９を介して取り付けて、固定部１０Ａにより移動部１０Ｂを支持している。
【００１９】
上記構成の研磨装置において、図１に示すように、θステージ４上の試料ホルダ５に被加工物(図示せず)を取り付けて、被加工物近傍に上記加工ヘッド１０の加工球３０が近接するようにした後、加工液が満たされた密閉タンク(図示せず)内にこの研磨装置全体を浸漬させる。そして、上記加工ヘッド１０の固定部１０Ａの加圧部１２により移動部１０Ｂを被加工物側に向かって加圧しながら、移動部１０Ｂのスピンドル駆動部１８によりスピンドル１７を加工球３０と共に回転させる。そうして、上記ｘ駆動ユニット６,ｙ駆動ユニット７によりｘテーブル２,ｙテーブル３を水平移動させると共に、θ駆動ユニット８によりθステージ４を回転軸４３を軸中心に揺動させて、被加工物の被研磨面と加工球３０とが接近するようにする。このように、上記加工ヘッド１０,ｘ駆動ユニット６,ｙ駆動ユニット７およびθ駆動ユニット８を適宜制御することによって、被加工物と加工球３０とを相対的に変位させて、ＥＥＭによる加工現象によって被加工物の被研磨面を所望の形状に研磨する。
【００２０】
一方、上記研磨装置の加工ヘッド１０の工具としての加工球３０を成形する場合、図１に示すように、研磨装置全体を浸漬させていた密閉タンク(図示せず)内の加工液がない状態で、加工ヘッド１０の加工球３０の下側略半分が加工球成形用水槽２４に満たされた超純水に浸漬するように、加工ヘッド１０を移動させる。この状態で、上記加工球３０を回転させながら、サファイアナイフ切り込み機構部２０のサファイアナイフ２３を接触させる。そして、図１に示すθ駆動ユニット８によりθステージ４を揺動させて、図２に示すように回転軸４３の他端側の回転板４５が回転軸４３を軸中心に矢印Ｒ1の方向に揺動する。そうすると、図３に示すように、サファイアナイフ２３が矢印Ｒ2の方向に加工球３０の球面に沿って揺動する。このとき、上記加工球３０を回転させることによって、加工球３０を加工して、所望の形状に成形する。なお、上記θステージ４を揺動させずに、ｙテーブル３を水平移動させることによって、円筒形状の工具を成形してもよい。また、図３では、３つのサファイアナイフ２３が示されているが、揺動している状態を説明するためのものであって、実際にはサファイアナイフ２３は１つである。
【００２１】
このように、上記加工ヘッド１０の工具としての加工球３０を容易に成形可能となるので、加工ヘッドの工具の外周振れを抑制できる。したがって、加工ヘッド１０の加工球３０の外周振れを抑制して、加工精度を容易に維持することができる。また、別に加工ヘッドの工具を成形するための加工装置を用意する必要がないので、コストを低減できると共に、その加工装置の余分なスペースがなくなり、省スペース化を図ることができる。
【００２２】
また、上記サファイアナイフ機構部２０の駆動を本体のワークテーブル(ｘテーブル２,ｙテーブル３およびθステージ４)を駆動する駆動部(ｘ駆動ユニット６,ｙ駆動ユニット７およびθ駆動ユニット８)により行うことによって、簡単な構成でサファイアナイフ機構部２０を実現することができる。
【００２３】
また、上記加工球成形用水槽２４内の超純水中に加工ヘッド１０の加工球３０を浸漬させながら、サファイアナイフ機構部２０により加工球３０を加工して成形することによって、雰囲気による工具の汚染を防止することができる。
【００２４】
上記実施の形態では、上記加工ヘッド１０の工具として加工球３０を用いたが、加工ヘッドの工具の形状は球体や円筒に限らず、回転体の形状の工具であればよい。
【００２５】
また、上記実施の形態では、全体が加工液中に設置された研磨装置について説明したが、被加工物と加工ヘッドの工具の一部のみを加工液中に浸漬させた研磨措置等にこの発明を適用してもよいのは勿論である。
【００２６】
また、上記実施の形態では、加工部としてのサファイアナイフ機構部２０を本体のワークテーブル(ｘテーブル２,ｙテーブル３およびθステージ４)を駆動する駆動部(ｘ駆動ユニット６,ｙ駆動ユニット７およびθ駆動ユニット８)により駆動したが、加工部を駆動する駆動部を別に設けてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の研磨システムは、被加工物と相互作用により結合する性質を有する粉末粒子を純水中に一様に分散させてなる加工液を加工ヘッドの回転する工具により上記被加工物の被研磨面側に向けて流動させることによって、上記被加工物の被研磨面を加工する研磨装置と、その研磨装置を浸漬する加工液が満たされる密閉型の加工液タンクとを備え、上記加工ヘッドの工具を研磨装置の加工部により成形するものであり、上記加工ヘッドの工具を成形するとき、研磨装置の成形用タンク内に溜められた純水に上記工具を浸漬させるものであり、上記加工部により加工される加工ヘッドの工具の加工領域は、成形用タンク内の純水に浸漬されているものである。
【００２８】
したがって、請求項１の発明の研磨システムによれば、上記加工ヘッドの工具を本体から取り外すことなく、上記加工ヘッドの工具を上記加工部により加工することによって、成形作業の手間と時間が減り、加工ヘッドの工具の成形が容易に行えるので、加工ヘッドの工具の外周振れを抑制して、加工精度を容易に維持することができる。また、別に加工ヘッドの工具を成形するための加工装置を用意する必要がないので、コスト低減と省スペース化を図ることができる。また、上記加工ヘッドの工具を成形するとき、成形用タンク内に溜められた純水に上記工具を浸漬させるので、上記工具を純水中に浸漬させながら、加工部により加工ヘッドの工具を加工して成形することによって、雰囲気による工具の汚染を防止することができる。
【００２９】
また、請求項２の発明の研磨システムは、請求項１に研磨システムにおいて、上記被加工物が取り付けられるワークテーブルを移動させるための駆動部によって、上記研磨装置の加工部を駆動するので、駆動部を兼用することができ、簡単な構成で加工部を実現することができる。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の実施の一形態の研磨装置の側面図である。
【図２】  図２は図１に示す上記研磨装置の要部の拡大図である。
【図３】  図３は図２に示す上記研磨装置の要部を矢印IIIから見た側面図である。
【符号の説明】
１…本体ベース、２…ｘテーブル、
３…ｙテーブル、４…θステージ、
５…試料ホルダ、６…ｘ駆動ユニット、
７…ｙ駆動ユニット、８…θ駆動ユニット、
１０…加工ヘッド、１１…固定板、
１２…加圧部、１３…じゃばら部、
１４…可動板、１５…第１静圧軸受、
１６…第２静圧軸受、１７…スピンドル、
１８…スピンドル駆動部、１９…十字ばね、
２０…サファイアナイフ切り込み機構部、
２１…基部、２２…アーム、２３…サファイアナイフ、
２４…加工球成形用水槽、２５…支持部材。
【図１】
0003703955.tif 000002
【図２】
0003703955.tif 000003
【図３】
0003703955.tif 000004