(57)【要約】【課題】メカノケミカル鏡面仕上げ砥石において、当該砥石を完全に乾燥させた状態から僅かに湿らせた状態に設定し維持することにより、鏡面仕上げの稼動効率および製造品質を最高ならしめ、しかもポリッシングスラリーを用いるＣＭＰ装置であっても当該ポリッシングスラリーの使用量を最小限または不要にすることのできる鏡面仕上げ装置を提供する。【解決手段】研削面と、ワークの被研削面の少なくとも何れか一面の湿度を管理する湿度管理手段として、前記研削手段の摺動負荷を監視する摺動負荷監視手段と、前記摺動負荷監視手段により監視する摺動負荷が不安定に乱高下する状態を検出する臨界検出手段と、前記臨界検出手段が検出する臨界状態に隣り合わせた最適状態であって前記臨界状態を僅かに超えた湿度に設定し維持する制御手段と、を備えた。【選択図】    図１
2004330362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的作用を伴う研削手段を備えた鏡面仕上げ装置において、
前記研削手段の研削面と、ワークの被研削面の少なくとも何れか一面の湿度を管理する湿度管理手段を備えたことを特徴とする鏡面仕上げ装置。
【請求項２】
前記湿度管理手段として、
前記研削手段の摺動負荷を監視する摺動負荷監視手段と、
前記摺動負荷監視手段により監視する摺動負荷が不安定に乱高下する状態を検出する臨界検出手段と、
前記臨界検出手段が検出する臨界状態に隣り合わせた最適状態であって前記臨界状態を僅かに超えた湿度に設定し維持する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の鏡面仕上げ装置。
【請求項３】
前記摺動負荷監視手段として、
回転砥石を駆動する駆動モータの消費電力を計測する駆動モータ消費電力計と、
前記消費電力が安定か不安定かを判別する安定度判別手段と、
前記制御手段として、前記安定度判別手段の判別結果が不安定となることにより前記臨界状態とし、当該臨界状態に隣り合わせた最適状態を設定目標にする制御目標設定手段と、を備えたこと特徴とする請求項１または請求項２に記載の鏡面仕上げ装置。
【請求項４】
前記研削手段として、砥石、砥粒パット、研磨テープ、研磨シートの少なくとも一種類を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の鏡面仕上げ装置。
【請求項５】
前記研削手段を、ＣＭＰ装置に適用したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の鏡面仕上げ装置である。
【請求項６】
前記研削手段として、酸化物の材料を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の鏡面仕上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、稼動効率および製造品質を最高ならしめる最適湿度を設定し維持すれば、容易に最適状態を保持できる化学的作用を伴う研削手段を備えた鏡面仕上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鏡面仕上げにおいては、ワークの研削面に生じたストレス、マイクロクラック等をエッチング手段で除去できるようにしたものがあった（例えば特許文献１）。この種のエッチング機能付き研削装置として、従来からポリッシングやエッチングの加工法がある。
【０００３】
エッチング機能付き研削装置の代替に、例えばシリカ等の軟質砥粒を固定砥粒とした化学的作用のある砥石が開発され、砥石による鏡面仕上げ加工が試みられている。ここにいう化学的作用のある砥石とは、軟質砥粒と被加工物との接触点に生ずるメカノケミカル現象（すなわち加えられた機械エネルギーにより誘起される極微小単位の化学反応）を利用して、鏡面仕上げを行うものである。
【０００４】
また、回転砥石を回転させる駆動モータの消費電力を監視することにより、砥石の目詰まりの程度を推定し、回転砥石を洗浄する洗浄液の噴射圧力を最適制御できるようにしたものがあった（例えば特許文献２）。これは、砥石の目詰まりが激しくなるとワークと砥石表面との摩擦が減少して摺動負荷が軽くなり、駆動モータの消費電力が減少する作用を利用している。すなわち、鏡面仕上げ装置の運転中にも、砥石の目詰まりを始めとして砥石の状況に関し、駆動モータの消費電力を監視することにより、制御目標から乖離した程度を推定し、洗浄液の噴射圧力を最適制御できるように制御機能部へフィードバックすることにより、回転砥石を最適の状態に維持するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２２３６８０号公報（段落番号［０００２］）
【特許文献２】
特開２００２−１７８２５８号公報（段落番号［００３６］、図６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の化学的作用を伴う研削手段を備えた乾式鏡面仕上げ（ドライポリッシング）装置では、乾燥状態と湿潤状態との中間にある臨界領域湿度で前記研削面が脆くなり、前記被研削面にスクラッチを発生させる原因となり実用不適とされる臨界状態があるので、この臨界状態を回避するためにも乾燥状態を保持する必要があった。
【０００７】
また、被研削面を鏡面仕上げする場合、研削加工後にポリッシングやエッチングを行っていた。しかし、ポリッシングやエッチングは時間がかかり、ポリッシングスラリー、ポリッシングパッドおよびエッチャントといった消耗品が高価なため、コストアップの原因となる上、廃液等の処理に際して環境への負担が大きいという問題があった。
【０００８】
そこで、ワークの被研削面の少なくとも何れか一面を、臨界状態から僅かに超えた湿度に設定し維持すれば、鏡面仕上げ装置の稼動効率および製造品質を最高ならしめる最適状態であることが解明されつつある。しかも、臨界状態を回避できるので安全である。
【０００９】
このように、最適状態を安定的に設定し維持する技術の確立を課題とし、当該技術をさらに発展させ、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置におけるシリカ入りウレタンパッド等の潤滑剤として用いられていた高価なポリッシングスラリーの使用量を最小限または不要にすることも課題としている。
【００１０】
本発明は、乾式鏡面仕上げによる鏡面仕上げ装置において、前記臨界領域湿度より僅かに乾燥させた湿度に安定的に設定し維持することにより、前記鏡面仕上げ装置を最適状態に制御して、その稼動効率および製造品質を最高ならしめ、しかもポリッシングスラリーの使用量を最小限または不要にすることのできる装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、化学的作用を伴う研削手段を備えた鏡面仕上げ装置において、前記研削手段の研削面と、ワークの被研削面の少なくとも何れか一面の湿度を管理する湿度管理手段を備えたことを特徴とする鏡面仕上げ装置である。
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、化学的作用を伴う研削手段には、乾燥状態と湿潤状態との中間にある臨界領域湿度で前記研削面が脆くなり、前記被研削面にスクラッチを発生させ、実用不適とされる臨界状態があるので、前記湿度管理手段により、前記研削手段の研削面と、ワークの被研削面の少なくとも何れか一面を、前記最適湿度に設定し維持すれば、前記臨界状態を回避できる。
【００１３】
さらに、前記臨界領域湿度を僅かに超えた湿度が、前記鏡面仕上げ装置の稼動効率および製造品質を最高ならしめる最適状態であるので、前記湿度管理手段により、前記最適湿度を設定し維持すれば、目的を達成できる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、前記湿度管理手段として、前記研削手段の摺動負荷を監視する摺動負荷監視手段と、前記摺動負荷監視手段により監視する摺動負荷が不安定に乱高下する状態を検出する臨界検出手段と、前記臨界検出手段が検出する臨界状態に隣り合わせた最適状態であって前記臨界状態を僅かに超えた湿度に設定し維持する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の鏡面仕上げ装置である。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、前記摺動負荷監視手段の摺動負荷監視結果と、前記最適状態との因果関係を実験により予め把握し、前記制御手段により前記臨界領域湿度を僅かに超えた湿度に設定し維持することにより、最適状態を安定かつ容易に保持できる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、前記摺動負荷監視手段として、回転砥石を駆動する駆動モータの消費電力を計測する駆動モータ消費電力計と、前記消費電力が安定か不安定かを判別する安定度判別手段と、前記制御手段として、前記安定度判別手段の判別結果が不安定となることにより前記臨界状態とし、当該臨界状態に隣り合わせた最適状態を設定目標にする制御目標設定手段と、を備えたこと特徴とする請求項１または請求項２に記載の鏡面仕上げ装置である。
【００１７】
請求項３に係る発明による作用効果は、以下の通りである。
鏡面仕上げの最中、前記化学的作用を伴う研削手段である回転砥石の駆動負荷は本来滑らかであるが、前記回転砥石の研削面または前記被研削面が、乾燥状態と湿潤状態との中間にある臨界領域湿度で前記研削面が脆く崩れやすくなり、前記被研削面にスクラッチを発生させ、実用不適とされる前記臨界状態になると、前記回転砥石を駆動する駆動負荷が不安定に変動し、前記駆動モータ消費電力計の計測値も乱高下する。
【００１８】
このような駆動負荷の変動特性を利用して、前記消費電力が安定か不安定かを判別する安定度判別手段の判別結果によって、前記臨界状態になったか否かを判別できる。
【００１９】
従って、駆動負荷の変動特性の再現性を確認するための実験も可能となるので、前記臨界状態を客観的に把握することにより、前記摺動負荷監視手段の摺動負荷監視結果と、前記最適状態との因果関係を、実験により予め把握し、経験則に基づいた前記制御手段により、前記臨界領域湿度を僅かに超えた状態を設定し維持し、容易に鏡面仕上げ装置を最適状態に保持できる。
【００２０】
請求項４に係る発明は、前記研削手段として、砥石、砥粒パット、研磨テープ、研磨シートの少なくとも一種類を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の鏡面仕上げ装置であり、平面研削盤以外にも、複雑な形状のワークを加工する鏡面仕上げ工具としての用途が広範囲に広がる。
【００２１】
請求項５に係る発明は、前記研削手段を、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置に適用したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の鏡面仕上げ装置である。当該鏡面仕上げ装置は、ポリッシングスラリーの使用量を必要最小限または不要にするので、当該ポリッシングスラリー、当該ポリッシングスラリー供給機構および廃液処理機能も必要最小限または不要となる。従って、設備費および運転費用の両方が節約でき、廃液処理に伴う環境への負担も軽減できる。
【００２２】
請求項６に係る発明は、前記研削手段として、酸化物の材料を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の鏡面仕上げ装置であり、これによれば、酸化物の材料として、例えば、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、コロイダルシリカ、溶融シリカ、凝縮シリカ、燃焼合成シリカ、シリカゲル、人工水晶、多孔質シリカの少なくとも一種類を用いた前記研削手段は、鏡面仕上げの効率を低下させない前記研削手段として好適である。また、砥粒形状としては球状のものが好ましい。
【００２３】
ここで、各種材料による前記ワーク（左）に最適な酸化物砥粒（右）の組み合わせを以下に例示する。
（イ）水晶      ：Ｆｅ３Ｏ４
（ロ）Ｓｉ      ：ＢａＣｏ３  ，ＣａＣＯ３
（ハ）Ｓｉ３Ｎ４  ：Ｃｒ２Ｏ３
（ニ）Ｆｅ２Ｏ３  ：Ｆｅ３Ｏ４
（ホ）ＡｌＯ３    ：ＳｉＯ２  ，Ｆｅ２Ｏ３  ，Ｆｅ３Ｏ４
（ヘ）Ｓｉ３Ｎ４  ：ＣａＣＯ３  ，ＭｇＯ  ，ＳｉＯ２  ，Ｆｅ２Ｏ３  ，Ｆｅ３Ｏ４
（ト）ガラス    ：ＣｅＯ２
（チ）ＳｉＣ    ：Ｃｒ２Ｏ３  ，Ａｌ２Ｏ３
（リ）ＡｌＮ    ：Ｃｒ２Ｏ３
（ヌ）ＺｒＯ２    ：ＳｉＯ２  ，ＣｅＯ２
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明による実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施形態を示す鏡面仕上げ装置の断面模式図と制御手段４０を示すブロック図である。図１において、例えばシリコン単結晶の円柱を薄い円盤状にスライスされ、粗研削、仕上げ研削されたワーク１０が、回転テーブル２０上に載置され、真空吸着により保持され、矢印Ｊ方向に毎分約１０〜１５０回転で回転している。
【００２５】
回転テーブル２０の回転軸Ｚ１から、回転半径の長さくらい離れた位置に平行に配設された主軸ヘッドの回転軸Ｚ２に軸支された砥石ホルダ（以下、単に「ホルダ」ともいう）３２に取付けられた環状のメカノケミカル砥石（以下、単に「砥石」ともいう）３０が、回転テーブル２０上のワーク１０に対して、充分に面接触させるため、メカノケミカル砥石３０がワーク１０の中心を通るように部分的に覆い被さるような位置関係に配設されている。
【００２６】
そして、回転するワーク１０の被研削面１１の一部に、メカノケミカル砥石３０がモータＭにより矢印Ｋ方向に回転しながら、下側の砥石面３１が、その一部を摺接して、ワーク１０の被研削面１１の全面が研削される。
【００２７】
また、被研削面１１と砥石面３１を適宜に摺接させるため、またワーク１０が回転テーブル２０上で研削工程の進捗に合わせて間欠的に載置・吸着・保持・離脱されるように、回転テーブル２０と主軸ヘッドのスピンドルの下端面に固定されたメカノケミカル砥石３０の少なくとも何れか一方は、その軸方向に昇降可能な昇降機構（図示せず）を有している。
【００２８】
すなわち回転テーブル２０のテーブル面と砥石面３１の間隔を大きく広げて、前記テーブル面と砥石面３１の間に、ワーク１０を挿入するようにセットしてから、隙間を閉じて所定の切り込みを与え、押圧力を静かに加えながら研削加工する。なお、回転テーブル２０とメカノケミカル砥石３０のそれぞれの回転制御も適宜になされる。
【００２９】
また、メカノケミカル砥石３０の湿度に対応した電気抵抗を呈する乾湿反応素子でなる湿度センサ９が、メカノケミカル砥石３０の内周に嵌着されており、制御手段４０に湿度情報を入力して、湿度管理手段４２を適切に動作させるように構成されている。制御手段４０には湿度管理手段４２の他、メカノケミカル砥石３０を回転させる駆動モータの消費電力を計測し、監視する駆動モータ消費電力計Ｐと、監視された消費電力が乱高下したときに、その状況をメモリ４４に格納された制御情報と比較して、制御目標設定手段４１に働きかけ、砥石面３１または被研削面１１の少なくとも一面に対して、湿度管理手段４２から空気またはミスト２１を適宜選択して吹きかける。
【００３０】
なお、湿度センサ９は、湿度管理手段４２の制御目的を明瞭に説明する便宜上の構成要素であり、実際には湿度センサ９を用いなくても、摺動負荷監視手段である駆動モータ消費電力計Ｐおよび、安定度判別手段４３の判別結果により湿度管理手段４２を適切に動作させることができる。
【００３１】
図２は、図１に示した鏡面仕上げ装置の制御手段におけるメカノケミカル砥石３０の状況を表す指標グラフであり、同図（ａ）は湿度（横軸）に対する駆動モータ消費電力との相関関係、同図（ｂ）は湿度と研削品位の相関関係を示すグラフである。図２において、横軸はメカノケミカル砥石３０（図１参照）の湿度を示しており、湿度の変化に対応して、鏡面仕上げ装置の動作状態が変化することを縦軸に示しており、鏡面研削の研削品位と効率を例えばスクラッチの発生程度と切り込み速度等により数値表示可能であるが、厳密な計測値というよりは、むしろ研削品位と効率を指標にしたものである。
【００３２】
同図（ｂ）で示す各指標１〜８におけるメカノケミカル砥石３０の状況を順次説明する。指標１ではメカノケミカル砥石３０が完全に乾燥し、その湿度が例えば０％（空気ではないので、気象観測等でいう％表示の湿度でなく単なる目安であり図示せず）程度の場合に、安定的に得られる研削品位と効率を示している。
【００３３】
そして、制御目標設定手段４１（図１参照）に加湿するように働きかけ、砥石面３１または被研削面１１の少なくとも一面に対して、湿度管理手段４２からミスト２１を吹きかける。そうすると、指標７〜８で示す状況に推移し、メカノケミカル砥石３０が完全に水浸しになる湿度が、例えば１００％（図示せず）程度の指標８では、メカノケミカル砥石３０の化学的作用が水で薄れるので研削効率を実用的でないレベルにまで低下させる。
【００３４】
本発明の前提となる、乾式メカノケミカル鏡面仕上げ砥石は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）樹脂をベースとするメカノケミカル砥石３０のシリカを取り巻くＰＶＡ樹脂の吸水性の働きにより、シリカ自体を濡らすことが極力防止でき、高いメカノケミカル効果を持続できるとされており、一般的にはメカノケミカル砥石３０を乾燥させて使用するが、本願の発明者は鋭意研究の結果、メカノケミカル砥石３０をある程度湿らせることにより、指標７で示す最高レベルの研削品位および研削効率が得られることを発見した。
【００３５】
しかし、指標２を超えてメカノケミカル砥石３０の湿度を高くすると、指標３から急激に状況が悪化し、指標４〜５に示す実用不可能な領域に陥る。この指標４〜５においては、メカノケミカル砥石３０のシリカを取り巻くＰＶＡ樹脂の吸水性のバランスが崩れることにより、脆く、崩れやすくなり、シリカ粒子を保持できずにメカノケミカル砥石３０から離脱させてしまい、ワーク１０にスクラッチを発生するので、実用不可能となる。
【００３６】
このとき、図２（ａ）に示す駆動モータ消費電力Ｗは、Ｗを中心にΔ１とΔ２の範囲で不安定に乱高下４５を呈する。乱高下４５の原因は、メカノケミカル砥石３０のシリカを繋ぎ止めていたＰＶＡ樹脂が崩れて、ワーク１０の被研削面１１と砥石面３１との間の摺動摩擦抵抗が、不安定になり、砥石ホルダ３２を回転させる負荷の変動に対応して駆動モータ消費電力Ｗも変化するためである。この不安定で実用不可能な状態に関し、指標３に係る湿度をα、指標６に係る湿度をβとし、このα〜βに係る領域の湿度を説明の便宜上、臨界領域湿度と称す。
【００３７】
そして、指標５からさらにメカノケミカル砥石３０の湿度を高くすると、指標５から急激に指標６まで状況が回復する。そして、指標７では請求項２にいう「臨界状態を僅かに超えた湿度」で研削品位と効率が最高となる状況を呈する。さらに指標７を超える高い湿度でメカノケミカル砥石３０を濡らしてしまうと、指標７〜８に示す右下がりの勾配に沿いながら、低効率で実用不可能な領域に陥る。逆に、メカノケミカル砥石３０を完全に濡らした指標８の状態から徐々に乾燥させても指標８〜１に示す順番で状況が変化する。
【００３８】
以上の結果から、制御目標設定手段４１（図１）が、研削品位と効率を最高にする指標７の状況を実現させる湿度Ｘを目標とするように、制御手段４０により湿度管理手段４２を自動制御する。このことを、図１〜２を用いて具体的に説明する。
【００３９】
前記臨界領域湿度α〜βは、いわば危険領域であり、素早く察知して回避する必要があるので、研削手段であるメカノケミカル砥石３０を、駆動モータＭにより砥石ホルダ３２を介して回転させるための摺動負荷を監視する摺動負荷監視手段としての駆動モータ消費電力計Ｐと、前記摺動負荷監視手段により監視する摺動負荷が不安定に乱高下する状態を検出する臨界検出手段としての安定度判別手段４３の判別結果を用いる。
【００４０】
前述した摺動負荷監視手段と臨界検出手段は、実験段階であれば、実験結果から図２のグラフに示した相関関係を把握できるので、これら、駆動モータ消費電力Ｗを中心にΔ１とΔ２の間での乱高下４５、メカノケミカル砥石３０の湿度Ｘ，α〜βと、研削品位と効率が指標１〜指標８に変化する状況の実験データを、「再現可能な因果関係」に整理してメモリ４４に格納しておく。
【００４１】
制御手段４０は主にマイクロコンピュータにより構成され、その中のメモリ４４に格納された演算プログラムが、前述した実験データと、制御目標設定手段４１、安定度判別手段４３、湿度センサ９の各出力値を比較検討し、制御目標設定手段４１の設定した目標とする湿度Ｘを実現させるように、湿度管理手段４２を自動制御する。
【００４２】
例えば、制御手段４０が指標１の状況にあると判断したならば、湿度管理手段４２により、ワーク１０の被研削面１１と砥石面３１の両方に、ミスト２１を吹き出して加湿し、駆動モータ消費電力計Ｐにより乱高下４５を確認しながら、臨界領域湿度α〜βを速やかに通過させて、目標とする湿度Ｘを実現させる。この制御目標Ｘが、請求項２にいう「臨界状態を僅かに超えた湿度」であり、請求項３にいう「臨界状態に隣り合わせた最適状態を設定目標にする制御目標設定手段」の具体的な作用を示している。
【００４３】
なお、指標１〜７の順で状況変化を示す方向に制御したのは、説明の便宜上であり、現実には指標８〜７の順で状況変化を示す方向に制御する方が、実用不可能な臨界領域湿度α〜βを経由しないので都合良い。この場合は、制御手段４０が湿度センサ９の出力値を前述した実験データと、比較検討して、湿度管理手段４２により、ワーク１０の被研削面１１と砥石面３１の少なくとも一面に、乾燥した空気２１を吹き出して目標とする湿度Ｘを実現させる。
【００４４】
そして、通常動作中にも駆動モータ消費電力計Ｐの消費電力を常時監視し、消費電力が乱高下したときに、安定度判別手段４３の判別結果を含めた状況をメモリ４４に格納された制御情報と比較して、制御目標設定手段４１に働きかけ、砥石面３１または被研削面１１の少なくとも一面に対して、湿度管理手段４２から空気またはミスト２１を適宜選択して吹きかけることにより、目標とする湿度Ｘを維持する。
【００４５】
図３は本発明をＣＭＰ装置に応用した鏡面仕上げ装置の断面模式図とブロック図である。図３に示す鏡面仕上げ装置は図１に示した回転テーブル２０と砥石ホルダ３２の位置関係が上下逆転し、ワーク１０を吸着した回転テーブル２０ａが上方に、シリカ入りウレタンパッド３０ａを上面に配設した砥石ホルダ３２ａが下方に位置するように構成されている。
【００４６】
図３に示す鏡面仕上げ装置の場合は、湿度センサ９ａの出力値を制御目標設定手段４１に入力し、目標値と比較検討し、湿度管理手段４２により、ワーク１０の被研削面１１と砥石面３１ａの少なくとも一面に、空気またはミスト２１を適宜選択して吹きかけることにより、目標とする湿度を実現させる。
【００４７】
周知のシリカ入りウレタンパッド３０ａは、ペースト状の水溶液にシリカ粒子が混入された潤滑研磨剤としてのポリッシングスラリー（以下、単に「スラリー」ともいう）を、砥石面３１ａと被研削面１１の間に潤滑させながら、鏡面仕上げの研削品位と研削効率を高く維持する。
【００４８】
しかし、前記スラリーは高価でしかも廃棄物処理に際して環境への負担もあるため使用量を極力減らしたいが、このスラリーに代わる潤滑研磨剤として本願の発明者はシリカ入りウレタンパッド３０ａの砥石面３１ａを、湿度管理手段４２により、ある程度湿らせて、その湿度を適切に管理することにより、砥石面３１ａから微量ずつ剥離されるシリカ粒子が、付与される水分に混入されペースト状の潤滑研磨剤が形成されるので、高価な前記スラリーを添加せずに同等の研削品位と効率を得られる。
【００４９】
図４は図３に示したＣＭＰ装置で用いたシリカ入りウレタンパッドの研削面における断面模式図であり、同図（ａ）は乾燥状態の拡大断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すＦ部の拡大図である。
【００５０】
図４（ａ）に示すように、シリカ入りウレタンパッド３０ａは、シリカ粒子３３を砥粒として混入したＰＶＡ樹脂３４をベースに構成されており、ＰＶＡ樹脂３４は気孔２２を含むポーラス構造であるため、気泡２２中にはスポンジのようにある程度の水分を含むことが可能である。
【００５１】
図４（ｂ）に示すように、鏡面仕上げの品位と効率を維持する目的で、前記スラリーを潤滑剤として併用するが、シリカ粒子３３の外周面とＰＶＡ樹脂３４の境界部、および気孔２２の内壁面に水膜２３が薄く残っている状態が、図２（ｂ）で示した最高の研削品位と効率を得るための条件の１つと推定されている。
【００５２】
例えば、乾式の鏡面仕上げ装置であっても、軟質砥粒と被加工物とのｈに生ずるメカノケミカル現象（すなわち加えられた機械エネルギーにより誘起される極微小単位の化学反応）を最高ならしめるため、極く微量の水分または適度な湿度を維持することが有効に作用することに加え、鏡面仕上げ加工する際に、前記スラリーに近い潤滑作用で、凝着磨耗による面荒れを防止できる。
【００５３】
なお、図４（ｂ）に示すように、水膜２３が研削接点３５の近傍から、ワーク１０の被研削面１１に滲出する水分は、水膜２３の極く僅かな断面に限られるため、洗浄冷却媒体としての水、または水を主体とする前記スラリーを用いた場合、水濡れの害は避けられる。当該鏡面仕上げ装置は、ポリッシングスラリーの使用量を必要最小限または不要にするので、当該ポリッシングスラリー、当該ポリッシングスラリー供給機構および廃液処理機能も、必要最小限または不要となる。従って、設備費および運転費用の両方が節約でき、廃液処理に伴う環境への負担も軽減できる。
【００５４】
従って、本発明によれば、ワークとして水濡れを嫌う性質の鏡面仕上げ加工も両立させる。例えば、水溶性の素材である塩化ナトリウムの単結晶から削り出して赤外線プリズムにする塩化ナトリウムの鏡面仕上げ加工、あるいは水と化学反応して有毒ガスを発生する物質を素材とするワークに対する鏡面仕上げ加工、などに共通する水濡れを嫌う性質に対し、水を主体とする前記スラリーを用いずに、そのスラリーに近い潤滑作用で、凝着磨耗による面荒れを防止し、最高の研削品位と効率を得ることと、水濡れを嫌う性質の鏡面仕上げ加工との両立が可能となる。この場合は、図１に示した制御目標設定手段４１を乾燥気味に設定し、湿度管理手段４２により乾燥気味の空気２１を吹き付ける。
【００５５】
また、前記塩化ナトリウムに関し、詳しくは、通常の無水物の結晶は無色等軸晶系六面体で赤外線をよく透過するので、大きな単結晶は赤外線分光器のプリズムに用いられる。
なお、塩化ナトリウムのなかでも精製していないものは、マグネシウム、カルシウムの塩類を含むため潮解性を示すので使用不能であるが、純粋な塩化ナトリウムには潮解性がないので、水溶性のある点を考慮し、水に濡らさないように工夫して研磨加工することにより実用化できる。
【００５６】
なお、例えば半導体ウェーハに対しては「研削」と称し、レンズ、プリズムおよび宝石類に対しては「研磨」と称される事が一般的であるが、本発明の研削手段の「研削」とは、砥粒を結合材によって固定した工具を使った加工をいい、これに対応する加工であれば「研磨」も同一の意味として用いる。
従って本発明の鏡面仕上げ装置は、サファイヤ等の宝石類の研磨にも適する。ただし、その機構設計に関する説明は省略する。
【００５７】
そして、砥石はドーナツ（円環）状のものに限らず、円盤面を砥石面としたものでも良く、メカノケミカル砥石３０，３０ａとターンテーブル２０は上下の何れの方に位置しても構わない。
【００５８】
また、メカノケミカル砥石３０のシリカを取り巻くＰＶＡの吸水性の働きにより、シリカ自体を濡らすことが極力防止でき、高いメカノケミカル効果を持続できる。なお、メカノケミカル効果を発揮させるためにシリカに限定する必要もない。また、研削手段の砥粒に用いる「酸化物」の材料として、例えば、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、コロイダルシリカ、溶融シリカ、凝縮シリカ、燃焼合成シリカ、シリカゲル、人工水晶、多孔質シリカの少なくとも一種類を用いた前記研削手段は、鏡面仕上げの効率を低下させない前記研削手段として好適である。また、砥粒形状としては球状のものが好ましい。
【００５９】
そして、洗浄冷却媒体は純水のミストでなく、油等や他の液体の混じったミストでもよく、純水または他の液体をそのままかけても良く、さらに、砥石はカップ状のものに限らず、円盤状の下面全面を砥石面としたものでも構わない。
また、実施形態では環状（カップ状）砥石の外周側から水をかけているが、逆に環状砥石の内周側から水をかける構成でもよい。
【００６０】
さらに研削手段としては、回転式の砥石を用いた平面研削盤等に限定せず、砥石、砥粒パッド、研磨テープ、研磨シートの少なくとも一種類を用いた鏡面仕上げ装置に適用することにより、前記研削手段は、研磨工具としての用途が広範囲に広がる。
【００６１】
これらは、単一回転運動する回転砥石とワークを吸着したワークホルダとの組み合わせによる平面研削盤に代えて、偏芯小円（オービタル）運動する定盤（プラテン）の表面に形成された砥粒パッドの研削面上にワークを吸着したワークホルダを伏せて用いる方式、あるいは、ベルトコンベア方式の研磨テープ、回転走査方式の円環状半固定硬質パッドによる部分接触走査加工、回転運動する円筒状パッド、または研磨シートの何れかの工具（パッド）による鏡面仕上げ装置に適用する。
【００６２】
前述した何れかの工具（パッド）による鏡面仕上げ装置に適用され、かつ適宜に回転砥石またはワークを回転走査運動、自転公転運動または揺動運動や往復（リニア）運動させる精密機械装置、また例えば特開２００１−７１２４２、特開２００１−２４６５５７、特開２００１−３２２０５６、特開２００１−３５８１０６、特開平３−１０４５３６、特開平４−１４１３３６等で示す構成の装置は、当業者の設計により実現可能と考えられるので更なる図解および説明は省略する。
【００６３】
なお、本発明は、その技術思想の範囲内で種々の改良が可能であり、前述した実施の一形態の他にも多様な実施の形態が考えられる。それらにおいて、請求項１でいうように、化学的作用を伴う研削手段を備えた鏡面仕上げ装置において、前記研削手段の研削面と、ワークの被研削面の少なくとも何れか一面の湿度を管理する湿度管理手段を備えた場合、全て本発明に属することは当然である。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明した構成の通り、請求項１に係る発明によれば、化学的作用を伴う研削手段には、乾燥状態と湿潤状態との中間にある臨界領域湿度で前記研削面が脆くなり、前記被研削面にスクラッチを発生させ、実用不適とされる臨界状態があるので、前記湿度管理手段により、前記研削手段の研削面と、ワークの被研削面の少なくとも何れか一面を、最適湿度に設定し維持すれば、前記臨界状態を回避できる。
【００６５】
さらに、前記臨界領域湿度を僅かに超えた湿度が、前記鏡面仕上げ装置の稼動効率および製造品質を最高ならしめる最適状態であるので、前記湿度管理手段により、前記最適湿度を設定し維持すれば、目的を達成できる。
【００６６】
請求項２に係る発明によれば、前記摺動負荷監視手段の摺動負荷監視結果と、前記最適状態との因果関係を実験により予め把握し、前記制御手段により前記臨界領域湿度より僅かに乾燥させた湿度を設定し維持することにより、最適状態を安定かつ容易に保持できる。
【００６７】
請求項３に係る発明によれば、駆動負荷の変動特性を利用して、前記消費電力が安定か不安定かを判別する安定度判別手段の判別結果によって、前記臨界状態になったか否かを判別できる。
【００６８】
従って、実験により予め把握し、経験則に基づいた前記制御手段により、前記臨界領域湿度より僅かに乾燥させた状態を設定し維持することにより容易に最適状態を保持できる。
【００６９】
請求項４に係る発明によれば、平面研削盤以外にも、複雑な形状のワークを加工する鏡面仕上げ工具としての用途が広範囲に広がる。
【００７０】
請求項５に係る発明によれば、ポリッシングスラリーの使用量を必要最小限または不要にするので、当該ポリッシングスラリー、当該ポリッシングスラリー供給機構および廃液処理機能も必要最小限または不要となる。従って、設備費および運転費用の両方が節約でき、廃液処理に伴う環境への負担も軽減できる。
【００７１】
請求項６に係る発明によれば、酸化物の材料として、例えば、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、コロイダルシリカ、溶融シリカ、凝縮シリカ、燃焼合成シリカ、シリカゲル、人工水晶、多孔質シリカの少なくとも一種類を用いた前記研削手段は、鏡面仕上げの効率を低下させない前記研削手段として好適である。
【００７２】
そして、各種材料による前記ワーク（左）に最適な酸化物砥粒（右）の組み合わせを多様に選択できる。
（イ）水晶      ：Ｆｅ３Ｏ４
（ロ）Ｓｉ      ：ＢａＣｏ３  ，ＣａＣＯ３
（ハ）Ｓｉ３Ｎ４  ：Ｃｒ２Ｏ３
（ニ）Ｆｅ２Ｏ３  ：Ｆｅ３Ｏ４
（ホ）ＡｌＯ３    ：ＳｉＯ２  ，Ｆｅ２Ｏ３  ，Ｆｅ３Ｏ４
（ヘ）Ｓｉ３Ｎ４  ：ＣａＣＯ３  ，ＭｇＯ  ，ＳｉＯ２  ，Ｆｅ２Ｏ３  ，Ｆｅ３Ｏ４
（ト）ガラス    ：ＣｅＯ２
（チ）ＳｉＣ    ：Ｃｒ２Ｏ３  ，Ａｌ２Ｏ３
（リ）ＡｌＮ    ：Ｃｒ２Ｏ３
（ヌ）ＺｒＯ２    ：ＳｉＯ２  ，ＣｅＯ２
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す鏡面仕上げ装置の断面模式図と制御手段を示すブロック図である。
【図２】図１に示した鏡面仕上げ装置の制御手段におけるメカノケミカル砥石の状況を表す指標グラフであり、同図（ａ）は湿度に対する駆動モータ消費電力との相関関係、同図（ｂ）は湿度と研削品位の相関関係を示すグラフである。
【図３】本発明をＣＭＰ装置に応用した鏡面仕上げ装置の断面模式図とブロック図である。
【図４】図３に示したＣＭＰ装置で用いたシリカ入りウレタンパッドの研削面における断面模式図であり、同図（ａ）は乾燥状態の拡大断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すＦ部の拡大図である。
【符号の説明】
１〜８  メカノケミカル砥石の状況を示す指標
９，９ａ  湿度センサ
１０  ワーク
１１  被研削面
２０，２０ａ  回転テーブル
２１  空気またはミスト
２２  気孔
２３  水膜
３０，３０ａ  メカノケミカル砥石
３１，３１ａ  砥石面
３２，３２ａ  砥石ホルダ
３３  シリカ粒子
３４  ＰＶＡ樹脂
３５  シリカ粒子の研削接点
４０  制御手段
４１  制御目標設定手段
４２  湿度管理手段
４３  安定度判別手段
４４  メモリ
４５  乱高下
Ｐ  電力計
Ｗ  駆動モータ消費電力
Ｚ１，Ｚ２  回転軸
α、β  臨界領域湿度
Δ１，Δ２  乱高下の範囲
【図１】
2004330362.tif 000003
【図２】
2004330362.tif 000004
【図３】
2004330362.tif 000005
【図４】
2004330362.tif 000006