(57)【要約】【課題】研磨材を加工面の形状に合わせた状態で形成し、研磨材と被加工物との相対運動のストロークを大きくして効率的な研磨を可能とする。【解決手段】液体状の研磨材を被加工物の加工面に流入する流入工程と、前記液体状の研磨材を前記被加工物の加工面の形状に合わせた状態で冷却して固化させる固化工程と、前記固化した研磨材を被加工物との間で相対的な往復運動を生じさせることにより被加工物を研磨する研磨工程とを有し、前記研磨工程は、前記被加工物と固化した前記研磨材の離間方向への往復運動による第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程の後に前記研磨材の体積磨耗に応じて、前記離間方向の往復運動から前記離間方向と直交する平行方向への往復運動による第２の研磨工程とを有する。【選択図】　図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体状の研磨材を被加工物の加工面に流入する流入工程と、前記液体状の研磨材を前記被加工物の加工面の形状に合わせた状態で冷却して固化させる固化工程と、
前記固化した研磨材を被加工物との間で相対的な往復運動を生じさせることにより被加工物を研磨する研磨工程と、を有し、
前記研磨工程は、前記被加工物と固化した前記研磨材の離間方向への往復運動による第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程の後に前記研磨材の体積消耗に応じて、前記離間方向の往復運動から前記離間方向と直交する平行方向への往復運動による第２の研磨工程と、を有することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記研磨工程は、さらに、前記第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の間に、前記研磨材の体積消耗に応じて、前記離間方向から前記離間方向と直交する平行方向への中間の斜面を研磨する斜方向への往復運動による中間の研磨工程を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記流入工程の前に、前記被加工物の加工面上に前記研磨材の液体化を促進する液化促進剤を塗布する塗布工程を有し、
前記液化促進剤の濃度調整により前記研磨工程における固化した研磨材の体積消耗の速度を調整することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項４】
前記流入工程において、前記被加工物は、前記研磨材が液体状態を維持する温度に保たれることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記被加工物の加工面が凸形状の場合には、前記流入工程において、前記加工面の周囲に前記研磨材の流出を防ぐ防止壁を設けてから前記研磨材を流入させ、前記固化工程後に当該防止壁を排除することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨材と被研磨物の間に相対運動を生じさせることによって被研磨物を研磨する研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１１−１６５２６８号公報
【特許文献２】特開２０００−３５１９６０号公報
【特許文献３】特開平１１−１６５２５２号公報
【０００３】
技術革新の急速な進展とともに工業製品及びそれに用いられる部品等の形状及びサイズは、高精度が求められている。これら工業製品及び部品等（以下、「加工物」という）の形状は複雑化し、微細で精緻な寸法精度を要求される場合が多い。このため、これらの加工物の製造工程における最終段階においては研磨又は研削作業が必要となる。
【０００４】
このような微細な表面仕上げ又は精緻な寸法精度を要求される加工物の研磨若しくは研削は、現在においても手作業によらなければならない場合が多い。所定形状の固形砥石を用いた機械力による方法は、精度的に研削若しくは粗研磨に限定されているのが実情である。また、熟練工による手作業による研磨であっても、加工面における鏡面研磨精度において一定の限界がある。
【０００５】
したがって、最終仕上げ工程における手作業による研磨作業を機械化又は省力化することができれば、作業コストの低減化、作業工程時間の短縮化が図れることとなる。
【０００６】
このような状況下において、加工物の高度で精緻な鏡面研磨を実現する方法として、いわゆる軟質ラッピング砥石の研究が行われてきた。これは、ポリビニール・アセタール、アルギン酸ナトリウム等の高分子ラップ材をセーム皮の表面に溶かし込んでラッピングを行うものである。
【０００７】
このような軟質ラッピング研磨は、主に集積回路の製造に用いられるシリコン・ウエハの表面を鏡面研磨するのに用いられてきた。本願出願人は、磁界によって砥粒の配列を制御可能な砥粒を含有する磁性流体を用い、被加工物の加工面の形状に合わせて研磨材を形成し、この研磨材と被加工物とを相対運動を生じさせることにより、被加工物を研磨する研磨装置を特許文献１にて提案した。
【０００８】
この装置での研磨方式は、砥粒を含有する流体を被加工物の研磨加工面に直接流し込み、そのままの状態で流体を固化させることによって被加工物の加工面の形状に合わせた形状の研磨材を形成する。
【０００９】
そして、上記研磨材を被加工物の加工面に対して振動若しくは揺動等の相対運動を起させることによって研磨を行う。上記研磨材の固化の態様によっては、研磨材と加工面が密着状態に接合している場合があるため、このような状態では相対運動のストロークが大きくとれずに研磨効率が悪い。そのため固化した研磨材と被加工物の接触面を薄く溶かした状態にして相対運動を行うようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来の研磨方法は、以下のような課題を有していた。
【００１１】
固化した研磨材と被加工物の接触面を薄く溶かした状態においても、その溶かした研磨材と被加工物の距離の分しか相対運動のストロークがとれないため、更に効率良く研磨するために相対運動のストロークを大きくとりたい場合は研磨材を溶かす量を多くしなければならない。
【００１２】
ところが、研磨材の溶かす量を多くすると、被加工物との接触面が必ずしも均一量で溶ける訳ではないので、加工面の形状に合わせて形成した研磨材の形状が崩れることになり、加工面に対する一様な研磨に支障が生じてしまう。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みて考案されたものであり、研磨材を加工面の形状に合わせた状態で研磨材と被加工物との相対運動のストロークを大きくした研磨を可能とする方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、液体状の研磨材を被加工物の加工面に流入する流入工程と、前記液体状の研磨材を前記被加工物の加工面の形状に合わせた状態で冷却して固化させる固化工程と、前記固化した研磨材を被加工物との間で相対的な往復運動を生じさせることにより被加工物を研磨する研磨工程と、を有し、前記研磨工程は、前記被加工物と固化した前記研磨材の離間方向への往復運動による第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程の後に前記研磨材の体積消耗に応じて、前記離間方向の往復運動から前記離間方向と直交する平行方向への往復運動による第２の研磨工程と、を有することを特徴とする研磨方法を提供するものである。
【００１５】
このように、本発明の研磨方法においては、最初の第１の研磨工程において、被加工物と固化した研磨材の離間方向への往復運動を行う。この離間方向への往復運動においては研磨ストロークが比較的大きく取れる。そして、被加工物の側面から研磨を開始して研磨材の側面の体積消耗で研磨材と被加工物間に隙間が生じストロークが取れるようになった後に、順次前記離間方向の往復運動から前記離間方向と直交する平行方向への往復運動による第２の研磨工程を行うことにより、被加工物の上底面を研磨する。これにより、被加工物の加工面の形状に合わせて形成した研磨材の形状が崩れることがなく、加工面に対する一様な研磨を行うことが可能とし、砥石の耐用時間が増加し研磨作業効率を向上させることを可能としたのである。
【００１６】
本発明における前記研磨工程は、さらに、前記第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の間に、前記研磨材の体積消耗に応じて、前記離間方向から前記離間方向と直交する平行方向への中間の斜面を研磨する斜方向への往復運動による中間の研磨工程を有することにより、被加工物の斜方向の研磨を確実に行うことを可能にしているのである。
【００１７】
本研磨方法は、さらに、前記流入工程の前に、前記被加工物の加工面上に前記研磨材の流体化を促進する液化促進剤を塗布する塗布工程を設ける。そして、この液化促進剤の濃度調整により前記研磨工程における固化した研磨材の体積消耗の速度を調整するのである。
【００１８】
ところで、前記流入工程において、前記被加工物は、前記研磨材が液体状態を維持する温度に保たれる。これによって、流入された研磨材の被加工物の接面部のみが急速に冷却して固化することを防止し、接面部における研磨材に含まれる砥粒が不均一な状態で固化する事態を排除している。
【００１９】
また、前記被加工物の加工面が凸形状の場合には、前記流入工程において前記加工面の周囲に前記研磨材の流出を防ぐ防止壁を設けてから前記研磨材を流入させ、前記固化工程後に当該防止壁を排除するようにしている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る研磨方法の実施の形態例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る研磨装置１００の全体構成の正面図を示し、図２は、図１に示した研磨装置１００の一方側の側面図を示す。また、図３は、図１に示した研磨装置の他方側の側面図を示し、図４は、研磨装置１００における支持台１４を押圧する押圧機構要部（加圧手段）の概略斜視図を示す。
【００２２】
尚、以下説明する本実施の形態においては、被加工物を支持台に固定し、被加工物を研磨する研磨材を駆動手段によって往復運動する研磨装置の例について説明しているが、被加工物が比較的小さい場合等には、研磨材を支持台に固定し、被加工物を駆動手段によって往復運動させる形態も、本研磨装置に含まれるものであることは、容易に理解されよう。
【００２３】
図１乃至４において、研磨装置１００は、研磨材２１を固定しＸ、Ｚ座標上の任意の２点を結ぶ間を往復運動（振動）する砥石軸４５と、砥石軸４５に支持され被加工物２０の表面を研磨する研磨材２１（以下、「砥石２１」という）と、この砥石２１を図１に示したＸ軸方向及びＺ軸方向に往復運動（振動）させる駆動手段とを有する。
【００２４】
さらに、研磨装置１００は、被加工物２０を支持して固定する支持台１４（以下、適宜「回転テーブル１４」という）と、回転テーブル１４をＸ軸及びＺ軸方向に押圧して砥石２１と被加工物２０を圧接させる加圧手段（Ｘ軸加圧手段９０、Ｚ軸加圧手段９１）と、圧接させる圧力を検知する圧力検知手段と、で構成されている。
【００２５】
研磨装置１００の支持フレーム２５上には、回転テーブル１４を支持する回転テーブルベース１３が設けられ、支持フレーム２５には、Ｚ軸加圧手段９１の回動可能に固定されＺ軸加圧モーター６に接続されたＺ軸加圧伝達部１１と、Ｘ軸加圧手段９０のＸ軸加圧モーター１に接続されたＸ軸加圧伝達部２３と、回転テーブル１４を回転駆動するために掛渡され回転テーブルベルト１６を駆動する回転テーブルモーター１５が配設されている。
【００２６】
上記した、Ｘ軸加圧モーター１、Ｚ軸加圧モーター６、回転テーブルモーター１５は、減速機構を設けたステップモーターである。
【００２７】
Ｘ軸加圧手段９０は、Ｘ軸方向に押圧駆動するＸ軸加圧モーター１が設けられ、Ｘ軸加圧モーター１の回転軸にはＸ軸加圧偏芯カム２が嵌合されている。Ｘ軸加圧偏芯カム２にはＸ軸ロードセルホルダー３が圧接している。さらに、ロードセルホルダー３には、Ｘ軸ロードセル４が設けられ、Ｘ軸ロードセルホルダー３は、Ｘ軸加圧伝達部２３と接合している。Ｘ軸加圧伝達部２３の先端には回転可能なコロが設けられ回転テーブルベース１３をＸ軸方向に押圧するように構成されている。
【００２８】
Ｚ軸加圧手段９１は、Ｚ軸方向に押圧駆動するＺ軸加圧モーター６が設けられ、Ｚ軸加圧モーター６の回転軸にはＺ軸加圧偏芯カム７が嵌合されている。Ｚ軸加圧偏芯カム７にはＺ軸ロードセルホルダー８が圧接している。さらに、ロードセルホルダー８には、Ｚ軸ロードセル９が設けられ、Ｚ軸ロードセルホルダー８の先端部に設けられた回転可能なコロはＺ軸加圧伝達部１１の一方端と接合している。
【００２９】
Ｚ軸加圧伝達部１１は、支持フレーム２５の取付位置に回動可能に取り付けられている。さらに、Ｚ軸加圧伝達部１１は、取付位置を支点として他方端に設けられた回転可能なコロがＺ軸加圧箇所１２をＺ軸方向に押圧するように接圧している。
【００３０】
回転テーブルベース１３は、上記したＺ軸加圧伝達部１１とＸ軸加圧伝達部２３とにより、固定位置にある砥石２１に被加工物２０を圧接させる。研磨作業の効率化及び高精度化のためには、被加工物２０に対する砥石２１の押圧を所定の押圧力とするように制御する必要がある。このため、被加工物２０と砥石２１間のＸ及びＺ軸方向における夫々の押圧力を検知するための圧力検知手段であるＸ軸ロードセル４、Ｚ軸ロードセル９が設けられている。
【００３１】
さらに、図示しない固定された部材には、回転テーブル１４のＸ軸方向におけるテーブル位置及びＺ軸方向におけるテーブル位置を検知するためのＸ軸テーブル位置検知センサ、Ｚ軸テーブル位置検知センサが設けられている。
【００３２】
以上により、各軸方向への研磨押圧力を所定値に維持し押圧力一定ストローク制御や研磨時において押圧力を経時的に変化させる押圧力変動ストローク制御が可能となる。
【００３３】
回転テーブル１４上には被加工物２０が載置され、被加工物２０の加工面には砥石軸４５に支持され加工面に合わせて形成された砥石２１が嵌り合うように載置される。砥石軸４５は、駆動手段（振動ユニット）によりＸ軸方向、Ｚ軸方向に往復運動（振動）する。
【００３４】
Ｘ軸方向の駆動手段は、Ｘ軸駆動モーター３１と、Ｘ軸駆動モーター３１の回転軸に取り付けられたＸ軸振動偏芯カム３２と、Ｘ軸振動偏芯カム３２に接合されＸ軸振動偏芯カム３２による振動をＸ軸振動支点３５を介して伝達するＸ軸振動アーム３３と、Ｘ軸振動アーム３３に接続されて振動を砥石軸４５に伝達するＸ軸振動伝達部４７とで構成されている。
【００３５】
Ｚ軸方向の駆動手段は、Ｚ軸駆動モーター３７と、Ｚ軸駆動モーター３７の回転軸に取り付けられたＺ軸振動偏芯カム３８と、Ｚ軸振動偏芯カム３８に接合されＺ軸振動偏芯カム３８による振動をＺ軸振動支点４１を介して伝達するＺ軸振動アーム３９と、Ｚ軸振動アーム３９に接続されて振動を砥石軸４５に伝達するＺ軸振動伝達部とで構成されている。（図８参照）
【００３６】
回転テーブル１４の上方に設けられたＸ軸振動モーター３１により、Ｘ軸振動アーム３３を介して砥石２１をＸ軸方向に往復運動（振動）する。さらに砥石２１は、Ｚ軸振動モーター３７により、Ｚ軸振動アーム３９を介してＺ軸方向に往復運動（振動）し、被加工物２０を研磨する。
【００３７】
Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の往復運動（振動）の振幅の大きさの調整は、後で説明するように、夫々の振動支点位置を変動することにより行われる。Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の支点位置は、Ｘ軸振動支点位置変更モーター３６、Ｚ軸振動支点位置変更モーター４２によって駆動され、Ｘ軸、Ｚ軸方向の各振動アームが移動して各振動支点３５、４１と、各振動アームに係合された振動偏芯カム３２、３８との間の距離を変更する。
【００３８】
回転テーブル１４は、回転テーブルモーター１５の回転駆動を回転テーブルベルト１６により伝達され回転される。回転分解能は１°ピッチ。この回転軸を設けることにより、Ｘ軸＋Ｚ軸＋回転軸で３６０°全面研磨可能な構成となっている。又、回転テーブル１４と砥石軸４５は同期して回転させる構成である。
【００３９】
ところで、上記した各モーター１５、３１、３６、３７、４２は、減速機構を設けたステップモーターである。また、研磨装置１００には、振動ユニット及び磁場発生コイル６１（図５を参照）を上下に移動するリフトモータ４８が設けられている。
【００４０】
さらに、本発明の研磨装置１００は、砥石２１と被加工物２０との押圧力を制御するために上記した各モーターを稼働させる制御装置８０を有している。制御装置８０は、所謂シーケンサ機能と、シーケンサからの研磨情報に基づいて研磨動作を制御する信号を生成し、生成した制御信号をシーケンサに指示するＣＰＵを持つコンピュータ機能とを有している。
【００４１】
尚、制御装置８０は、シーケンサ機能とコンピュータ機能を独立した別の機器として構成しても良い。
【００４２】
制御装置８０は、押圧力を検知するためのＸ軸ロードセル４、Ｚ軸ロードセル９（圧力検知手段）、押圧位置検知センサ、からの信号を受けて、Ｘ軸加圧モーター１、Ｚ軸加圧モーター６、回転テーブルモーター１５等を制御して、被加工物２０の研磨に最適な押圧力を、回転テーブルベース１３及び回転テーブル１４に与える。
【００４３】
上記したように、本発明に係る研磨装置１００における研磨は、砥石２１をＸ軸方向、又は／及びＺ軸方向に振動させ、回転テーブル上に載置された被加工物２０を振動する砥石２１にＸ軸方向、又は／及びＺ軸方向に押圧することで研磨を行う構成としている。この時、砥石軸４５と回転テーブル１４は同期して回転している。
【００４４】
本発明に係る研磨装置１００においては、砥粒を含有する流体を被加工物２０の研磨加工面に直接流し込み、そのままの状態で流体を固化させる事によって得られる砥石２１を、加工物との間で相対運動を生じさせることにより研磨する。
【００４５】
砥粒を含有する流体は、所定の温度以下で固化する。そのため、流体を研磨加工面に直接流し込む際には、被加工物２０の温度（研磨加工面の温度）を流体の融点付近と同じ温度に保っている。これは、被加工物２０が冷えていると、流入された砥粒を含有する流体の被加工物２０の接面部のみが急速に冷却して固化するので、接面部の砥粒密度や固化した後の表面の粗さや砥粒分布の不均一を生じてしまうのを防止するためである。さらに、砥粒を包む溶剤が一方からのみ急速に固化していくので、砥粒が他方に追いやられて砥粒密度が低下する。砥粒密度の不均一が生じてしまう、という研磨においての不具合が生じる。
【００４６】
本発明の研磨装置１００の利用分野は広範囲に及ぶため、ここで使用する砥粒及び砥粒を含有させる流体の種類及び仕様は、研磨する対象となる加工物の材質及び要求される研磨精度に応じて定めることとなる。
【００４７】
使用する砥粒の材質としては、磁性砥粒の場合は、具体例として酸化鉄（Ｆｅ３０４，Ｆｅ２０３等）、非磁性砥粒としてはアルミナ（Ａｌ２０３）、シリカ（Ｓｉ０２）、炭化珪素（ＣＩＳ）、ダイヤモンド等が挙げられる。粒径は、要求される研磨精度が高ければ高いほど小さな径のものを用いる。例えば、加工品の精度０．０１μｍ以下が要求される場合は、粒径１０ｎｍ以下の砥粒を用いることとなる。
【００４８】
また、流体としては、水や各種（動物性、植物性、鉱油）のオイル等である。磁性体の場合は、主に水、荷電砥粒の場合はオイルを用いるとよい。流体中における砥粒の凝結を防止するためには、界面活性剤を加えるとよい。
【００４９】
固化若しくはゲル化させる方法としては、例えば流体が水の場合は、温度を氷点下以下に下げることにより行い、オイルの場合は、このような温度制御の他に化学反応を利用することが考えられる。
【００５０】
本発明の研磨装置１００においては、砥粒を含有する流体を固化させ、それを被加工物２０との間で相対運動させることにより研磨を行うので、液体を固化させる際の砥粒の流体中における配列分布を制御することが極めて重要である。これは、被加工物２０の被加工面と接する砥粒の分布密度が、研磨速度及び研磨精度に大きな影響を与えるからである。
【００５１】
砥粒の比重は、流体の比重と異なるので、流体に砥粒を加えた後にこれを充分に攪拌したとしても、固化若しくはゲル化するまでに砥粒は流体中において偏在してしまう。このため、固化若しくはゲル化させる前に砥粒の配列分布若しくは分布密度を制御する必要がある。
【００５２】
固形化させる際において流体中における砥粒の配列分布を制御する方法としては、磁性流体の場合は磁界環境下において、荷電砥粒を用いる場合は電界環境下において、それぞれ行う。
【００５３】
磁性流体と被加工物を磁界環境下においた場合、磁性砥粒は、磁力線に沿って配列することとなる。また単位面積当たりの磁力線の数は、磁界強度に比例するので、磁界強度を制御することにより砥粒配列の密度を制御することが出来るのである。
【００５４】
荷電砥粒を使用する場合は、砥粒はプラス又はマイナスの一方の電荷に帯電させるので、両方の極性（Ｎ極及びＳ極）を常時併せ持つ磁性流体の場合とは異なり、荷電粒子相互間には反発力が生じている。従って、荷電粒子自体が流体内において均一に分布しようとする力が働いているので、必ずしも固形化若しくはゲル化させるために電界環境下で行わなければならない必然性はない。
【００５５】
しかし、電界を加えることによって、流体内における荷電砥粒の分布を電界強度分布に応じて制御することができるので、例えば、被加工物２０との接触面により多くの砥粒を分布配列させたい時には、電界環境下において固化若しくはゲル化させる必要がある。
【００５６】
図５は、研磨装置１００における磁場配向ユニットを説明する図である。
【００５７】
上記で説明した、磁場配向を行う時は、ヨーク６２を取り付ける。取り付け可能な箇所はヨーク取付個所６４、６５、６６、６７の４箇所で被加工物２０の形状に合わせてヨーク６２の取り付ける本数、位置を決める。ヨークスライド部６３はスライド可能な構成となっている。ヨーク６２を取り付け、ヨークスライド部６３は外側にしておく。
【００５８】
被加工物２０を砥石２１の融点付近まで温めた状態で、砥石２１を被加工物２０内に注入した後、砥石軸４５を砥石作成位置まで移動（下降）させる。移動させた後、磁場発生コイル６１に電流を流すことによって、矢印６８の様に磁力線が形成される。
【００５９】
その磁力線に沿って砥石２１内の磁性粒子が配列され、それにならい砥粒も配列される。配列された砥粒は、その配列された状態を保った状態で自然又は強制冷却され、固化すれば砥石２１は完成する。
【００６０】
上述した、本発明に係る研磨装置１００により被加工物２０の研磨を行うが、本発明の研磨方法における被加工物２０の研磨工程は、液体状の砥石２１を被加工物２０の加工面に流入する流入工程と、液体状の砥石２１を被加工物２０の加工面の形状に合わせた状態で冷却して固化させる固化工程と、固化した砥石２１を被加工物２０との間で相対的な往復運動を生じさせることにより被加工物２０を研磨する研磨工程とである。
【００６１】
そして、研磨工程は、先ず被加工物２０と固化した砥石２１の離間方向への往復運動による第１の研磨工程を実行する。次に、第１の研磨工程の後に砥石２１の体積消耗に応じて、離間方向の往復運動から徐々に斜面を研磨する斜方向への往復運動による中間の研磨工程を実行する。斜面の研磨が終了すると離間方向と直交する平行方向への往復運動による第２の研磨工程とを実行する。
【００６２】
このように、研磨工程は、さらに、第１の研磨工程と第２の研磨工程の間に、研磨材の体積消耗に応じて、離間方向から離間方向と直交する平行方向への中間の斜面を研磨する斜方向への往復運動による中間の研磨工程を有することにより、被加工物の斜方向の研磨を確実に行うことを可能にしているのである。
【００６３】
ここで、図４に基づいて、本発明の研磨装置１００における押圧構成と研磨動作について説明する。
【００６４】
まず、本発明の研磨装置が被加工物２０の側面研磨を実行する場合について説明する。側面（９０°）研磨を行う時には、Ｘ軸単軸加重でＺ軸単軸振動となる。Ｘ軸加圧モーター１を回転させる事により、Ｘ軸加圧モーター１のモーター軸に取り付けられているＸ軸加圧偏芯カム２を回転させる。
【００６５】
Ｘ軸加圧偏芯カム２は偏心している為、回転することによりＸ軸ロードセル４を固定しているＸ軸ロードセルホルダー３をＸ軸方向に押し、Ｘ軸ロードセル４がＸ軸加圧箇所５を押すことにより回転テーブルベース１３をＸ軸方向に加圧する。
【００６６】
回転テーブル１４には、砥石２１がセットされた被加工物２０が取り付けられており、砥石２１は固定されている為、Ｘ軸加圧箇所５の加圧力が砥石２１と被加工物２０間に伝わる。Ｘ軸ロードセル４で加重値を検知し、設定加重値を超えた所でＸ軸加圧モーター１の回転を停止し、Ｚ軸方向の振動を行い研磨する。研磨動作中の動加重値を加重誤差範囲内に保ちながら研磨を行う。
【００６７】
加重誤差範囲は、設定加重値の±１００％の範囲で設定可能であり、研磨中に（例えば、砥石が減耗し押し圧が減少して）加重値が設定値より（−側）下回った時にＸ軸加圧モーター１を回転させ加圧、設定値より（＋側）上回った時にＸ軸加圧モーター１の回転を停止する。この自動フィードバック制御を行いながら研磨する。又、側面研磨を行う時は被加工物２０が上下に振動しない様に、回転テーブル１４をストッパー（図示せず）で固定する。
【００６８】
回転テーブルベース１３のＸ軸方向の移動距離＝Ｘ軸方向の砥石の減耗量と考え、Ｘ軸テーブル位置検知センサ１８でそれを測定する。この減耗量から次加工面角度の確保可能な研磨ストロークを計算する。
【００６９】
Ｘ軸引っ張りバネ１７は、Ａ方向とは逆方向に回転テーブルベース１３を引っ張り、突き当て（図示せず）でＸ軸方向の回転テーブル１４中心軸を砥石心棒軸に合わせている。研磨を行う前に、被加工物２０とクランプ材（図示せず）をのせた状態でオフセット値の測定を行い、そのオフセット値を実際の加重値から引いた値を、被加工物２０にかかる加重値としている。
【００７０】
次に、底面（０°）研磨を行う時には、Ｚ軸単軸加重でＸ軸単軸振動となる。基本的にはＸ軸単軸加重（側面研磨）と同様であるが、Ｚ軸加圧モーター６を回転させる事により、Ｚ軸加圧モーター６のモーター軸に取り付けられているＺ軸加圧偏芯カム７を回転させる。
【００７１】
Ｚ軸加圧偏芯カム７は偏心している為、回転することによりＺ軸ロードセル９を固定しているＺ軸ロードセルホルダー８を下方向に押し、Ｚ軸ロードセル９がＺ軸加圧箇所１０をＺ軸方向に押すことによりＺ軸加圧伝達部１１を経てＺ軸加圧箇所１２を押し、回転テーブル１４をＺ軸方向に加圧する。
【００７２】
回転テーブル１４には砥石２１がセットされた被加工物２０が取り付けられており、砥石２１は固定されている為、Ｚ軸加圧箇所１２の加圧力が砥石２１と被加工物２０間に伝わる。Ｚ軸ロードセル９で加重値を検知し、設定加重値を超えた所でＺ軸加圧モーター６の回転を停止し、Ｘ軸方向の振動を行い研磨する。
【００７３】
研磨動作中の動加重値を加重誤差範囲内に保ちながら研磨を行う。加重誤差範囲は設定加重値の±１００％の範囲で設定可能であり、研磨中に（砥石が減耗し押し圧が減少して）加重値が設定値（−側）を下回った時にＺ軸加圧モーター６を回転させ加圧、設定値（＋側）を上回った時にＺ軸加圧モーター６の回転を停止する。
【００７４】
この自動フィードバック制御を行いながら研磨する。又、底面研磨を行う時は被加工物２０が横方向に振動しないように、回転テーブルベース１３をストッパー（図示せず）で固定する。
【００７５】
回転テーブルベース１３のＺ軸方向の移動距離＝Ｚ軸方向の砥石の減耗量と考え、Ｚ軸テーブル位置検知センサ１９でそれを測定する。
【００７６】
Ｚ軸方向のオフセット値は回転テーブル１４の自重とする。研磨を行う前に、被加工物２０とクランプ材をのせた状態でオフセット値の測定を行い、そのオフセット値を実際の加重値から引いた値を、被加工物２０にかかる加重値としている。
【００７７】
さらに、斜面（１〜８９°）研磨を行う時には、Ｘ、Ｚ両軸加重でＸ、Ｚ両軸振動となる。図６は、斜面研磨を実行する場合のＸ、Ｚ方向への加圧手段による加圧を説明する図である。基本的には、Ｘ軸単軸加重とＺ軸単軸加重の動作を同時に行う。設定加工面角度に合わせて、設定加重よりＸ、Ｚ方向それぞれの加重値を計算で算出し、加圧（Ｘ方向加重とＺ方向加重の合力Ｐ＝加工面に直角方向）をかける。
【００７８】
加重の自動フィードバックは、Ｘ、Ｚ方向をそれぞれ単軸の圧力検知手段で行う。又、斜面研磨を行う時は被加工物２０及び回転テーブル１４が斜面研磨時には回転テーブル１４の固定は行わない。
【００７９】
Ｘ軸テーブル位置検知センサ１８及びＺ軸テーブル位置検知センサ１９で測定したＸ軸方向移動量、Ｚ軸方向移動量より、設定研磨角度方向の減耗量を算出する。この減耗量から次加工面角度の確保可能な研磨ストロークを計算する。
【００８０】
本発明の研磨装置１００において、研磨時に被加工物２０に対して最適な押圧力を与えるためには、押圧力を絶えず検知して得た情報を制御装置に送信し、制御装置が作成した制御情報を加圧手段にフィードバックする必要がある。
【００８１】
図７は、研磨材（砥石２１）をＺ軸で０．１秒／サイクルで振動させた時のＸ軸ロードセル出力荷重値のグラフを示している。
【００８２】
１往復の運動中は圧力が変動していて往復運動に合わせて周期的に繰り返しているので、圧力検知手段は、最低１往復の間は何ヵ所かでサンプリングして圧力検知し、その平均値若しくはピーク値等を周期ごとに比較して加圧手段にフィードバックする。
【００８３】
このように、本発明に係る研磨装置１００においては、研磨材の往復運動がＸ軸、Ｚ軸座標上のどのような２点を結ぶ間でも、加工面の研磨方向に対して垂直方向の圧接ができるので、往復運動において均一の加圧での研磨が可能となる。垂直方向の圧接でないと、往復運動の行きと帰りで圧接力が異なってしまい精緻な研磨が出来ない。
【００８４】
次に、被加工物２０を研磨する砥石２１に振動を与える構成と動作について説明する。
【００８５】
図８は、砥石２１に与える振動を駆動する振動駆動機構を示す。はじめに、底面を研磨する場合の動作について説明する。
【００８６】
底面（０°）研磨を行う時には、Ｚ軸単軸加重でＸ軸単軸振動となる。
【００８７】
まず、Ｘ軸振動支点位置変更モーター３６を回転させ、Ｘ軸振動支点３５の位置を設定振動ストローク分の振動が得られる位置に変更する。設定加重がかけられた後、Ｘ軸振動モーター３１を回転させる。Ｘ軸振動モーター３１を回転させることにより、そのモーター軸に取り付けられているＸ軸振動偏芯カム３２も回転し、Ｘ軸振動支点３５を支点とした振り子運動を行ってＸ軸振動アーム３３を介し、Ｘ軸振動カム３４に設定振動ストローク分の振動を伝える。振動伝達ユニット４６はＸ軸、Ｚ軸の振動を分離できる構成になっている。
【００８８】
次に、側面（９０°）研磨を行う時には、Ｘ軸単軸加重でＺ軸単軸振動となる。
【００８９】
まず、Ｚ軸振動支点位置変更モーター４２を回転させ、Ｚ軸振動支点４１位置を設定ストローク分の振動が得られる位置に変更する。その後、設定加重がかけられた後、Ｚ軸振動モーター３７を回転させる。Ｚ軸振動モーター３７を回転させることにより、そのモーター軸に取り付けられているＺ軸振動偏芯カム３８も回転し、Ｚ軸振動支点４１を支点とし振り子運動を行って振動アーム３９を介し、Ｚ軸振動カム４０に設定振動ストローク分の振動を伝える。振動伝達ユニット４６はＸ軸、Ｚ軸の振動を分離できる構成になっている。
【００９０】
さらに、本発明の研磨装置１００において、被加工物の斜面研磨の例について説明する。この場合、砥石軸４５は、Ｘ軸単軸振動とＺ軸単軸振動を合成振動として生成された振動方向に振動する。
【００９１】
図９は、本発明の研磨装置１００において、被加工物２０の斜面研磨する場合の概略図を示す。斜面（１〜８９°）Ｖの研磨を行う時には、Ｘ、Ｚ両軸加重でＸ、Ｚ両軸振動となる。Ｘ軸単軸振動とＺ軸単軸振動が振動伝達ユニット４６で合成され砥石軸４５は、矢印Ｗの方向に振動する。この時、支持台１４（回転テーブル）と砥石軸４５はＺ軸回転手段により同期して回転している。これにより砥石２１は、被加工物２０の斜面に垂直方向に圧接された状態で振動して研磨部位を移動しながら研磨を行う。
【００９２】
基本的には、Ｘ軸単軸振動とＺ軸単軸振動の動作を同期させる。設定加工面角度と、設定振動ストロークによりＸ軸、Ｚ軸それぞれのストローク値を算出する。
【００９３】
さらに、本発明においては、図４及び図８に示すように、回転テーブル１４を回転させ３６０°研磨が可能である。しかし、回転テーブル１４のみを回転させ砥石軸がそれにつれ回る構成の場合は、砥石破損や砥石２１が円形状の場合にはつれ回らないという問題が発生する。
【００９４】
その為、回転テーブル１４と砥石軸４５は同期し回転させる。図８に示すように、砥石軸回転モーター４３の回転を砥石軸回転ベルト４４により伝達し、砥石軸４５を回転テーブル１４の回転と同期して回転させる。この時の回転分解能は１°ピッチで設定可能である。
【００９５】
この構成により、本発明に係る研磨装置１００は、砥石２１を被加工物２０の加工面の形状に合わせた振動によりその部位の研磨を行い、砥石２１の振動運動位置を回転テーブル１４と同期した回転により順次変更することで加工面全体の研磨を可能とすることが出来た。
【００９６】
ここで、さらに、砥石２１に与える振動ストロークの大小変更についてＺ軸振動部を例として説明する。図１０は、振動ストローク変更機構の構成を示す。
【００９７】
図１０（ａ）は振動ストロークＴ小の場合を示し、図１０（ｂ）は振動ストロークＴ大の場合を示している。振動ストローク変更は、Ｚ軸振動アーム３９に設けられたＺ軸振動支点位置４１をＺ軸振動カム４０に近づけた場合に振動ストロークＴは小さくなり、遠くした場合にはストロークＴが大きくなる。尚、振動数（周波数）は、Ｚ軸振動モーター３７の回転速度を制御することにより決定する。
【００９８】
ここで、上記で説明した本発明に係る研磨装置１００による、研磨方法について説明する。
【００９９】
図１１は、本発明の研磨方法を説明するフローチャートを示す。
【０１００】
先ず、被加工物２０の加工面上に液化促進剤を塗布する（ＳＴ１）。尚、この塗布工程は、必ずしも必然ではない。液化促進剤の塗布を必要とする研磨の場合に採用すれば良い。
【０１０１】
次に、液体状の研磨材（砥石２１）を被加工物の加工面へ流し込む、流入工程を実行する（ＳＴ２）。
【０１０２】
流し込みが終了し被加工物２０への加熱を停止すると、液体状の研磨材２１は固化を開始する（ＳＴ３）。
【０１０３】
固化が終了すると、被加工物２０の側面を研磨する第１の研磨工程（離間方向への往復運動）を実行する（ＳＴ４）。
【０１０４】
第１の研磨工程が終了すると、離間方向から離間方向と直交する平行方向への中間の斜面を研磨する中間の研磨工程を実行する（ＳＴ５）。
【０１０５】
第１の研磨工程が終了すると、被加工物２０の上底面の研磨する第２の研磨工程（前記離間方向と直交する平行方向への往復運動）を実行する（ＳＴ６）。
【０１０６】
図１２及び図１３は、本発明の研磨方法及び動作を説明する概略図を示すものである。
【０１０７】
先ず、図１２（ａ）において、液体状の砥石２１を被加工物２０に流し込む。この時、被加工物２０自体の温度が砥石２１の融点より低い状態で行うと、被加工物２０に接触している砥石２１表面は瞬時に固化してしまう。固化した後に砥石２１に対して磁場配向を行っても砥石表面は砥粒配列がされない。
【０１０８】
従って、加熱手段５１（例えばヒーター）を使用し、被加工物２０を砥石２１の融点以上に暖めた状態で砥石２１を被加工物２０の加工面に流し込む。砥石軸４５は下降して砥石２１内に位置している。
【０１０９】
図１２（ｂ）において、所定量の砥石２１の流し込みが終了すると、加熱手段（ヒーター）５１による被加工物２０への加熱を中止する。ここで、上記で説明した磁場配向を行う。被加工物２０が冷却するとともに、砥石２１は固化する。
【０１１０】
固化した砥石２１は、被加工物２０内面と全く同じ形状の砥石２１として形成される為、横方向に砥石２１を動かすことができない。
【０１１１】
そして、研磨工程に入る。先ず、図１３（ａ）に示すように砥石２１を加工面に対して垂直（Ｚ軸方向）に振動させ角度の立っている側面（９０°）５５から第１の研磨工程（離間方向への往復運動）を実行する。この時、Ｘ軸加圧手段９０は回転テーブル１４をＸ軸方向に押圧する。被加工物２０は、Ｘ軸方向に押圧されている。
【０１１２】
次に、図１３（ｂ）に示すように砥石２１が所定量磨耗するまで被加工物２０の側面を研磨する。被加工物２０と砥石２１を同期して回転し、側面５５の研磨位置を変えながら研磨する。研磨動作を行うと砥石２１が減耗されていく。側面研磨を３６０°行い、砥石２１が減耗することによりの隙間５６が発生する。この隙間５６ができることにより、次の加工面角度（段々寝ていく方向＝斜面）の研磨に要する砥石の振動幅（ストローク）を確保できる。
【０１１３】
図１３（ｃ）に示すように、その減耗量（隙間）を次の加工面のストロークとして利用する。砥石２１の振動を隙間５６に合わせたストロークに制御して、段々角度の寝ている面（斜面）５８に移動しながら研磨する（中間の研磨工程）。横方向に隙間が発生し、横又は斜め方向の動きが可能になったと検知されると、砥石軸４５の振動方向は、研磨位置に合わせて制御される。同時に被加工物２０は、研磨位置に合わせて、Ｘ軸加圧手段９０、Ｚ軸加圧手段９１によってＸ軸方向及びＺ軸方向に加圧される。加圧手段によってＸ軸方向及びＺ軸方向に加圧された合力により底辺部５７に垂直な加圧が得られる。そして砥石２１を底辺部５７に対し平行方向に動かす第２の研磨工程を実行する。水平面の研磨を行い研磨終了となる。
【０１１４】
さらに、本発明におけるストロークの確保方法として、研磨作業による砥石２１を消耗させる方法の他に、砥石２１の結合剤を溶かす液化促進剤を使用して、砥石表面を溶かす量を調整するようにしてもよい。固化させた砥石２１と被加工物２０との間に、固化させた砥石２１の流体化を促進する液化促進剤を予め塗布しておく。砥石２１表面は液化促進剤の濃度を調整することで研磨作業による体積消耗の速度を調整する。
【０１１５】
固化した砥石２１は、研磨とともに消耗して小さくなるが、液化促進剤を予め塗布する方法で消耗の程度を調整することが可能となる。例えば、被加工物２０の側面を必要とする所要量だけ研磨を行う。次の加工面の研磨に移行する時に、次の加工面の研磨に必要な相対運動ストローク（振動）が実行可能なように砥石２１の消耗程度を調整する。これにより、各加工面を同一の相対運動ストロークで研磨することが可能となる。
【０１１６】
上記した説明では被加工物は、凹型形状の加工面に砥石を流し込む方法での砥石の固化を説明したが、次に、被加工物が凸形状の場合の砥石作成方法について説明する。
【０１１７】
図１４は、凸型の研磨形状の被加工物に対して砥石２１を形成する方法を説明する概略図を示すものである。
【０１１８】
凸形状の被加工物１０１の加工面１０５部を研磨する為の砥石２１を作る時、そのまま液体状の砥石２１を流し込み固化した砥石２１を作ろうとしても周りに流出しまい作ることが出来ない。
【０１１９】
このような場合、図１４（ａ）に示すように、研磨作業を行う箇所の周辺にカバー（壁）１０２を設けて、液体状の砥石２１が流れ出さないように囲い、液体状の砥石２１を流し込み固化させて砥石２１を作成する。
【０１２０】
この時、被加工物１０１は、液状の砥石２１が固化しないように被加工物１０１を砥石２１の融点以上に暖めた状態で砥石２１を被加工物１０１の加工面に流し込む。所定量の流し込みが終了すると、ヒーター５１による被加工物１０１の加熱を中止する。ここで、上記で説明した磁場配向を行う。
【０１２１】
被加工物１０１が冷却するとともに、砥石２１は固化する。図１４（ｂ）に示すように、砥石２１が固化した後、カバー１０２を取り除く。研磨方法は、上記で説明したと同様な加工手順により行う。
【０１２２】
以上、詳しく説明したように、本発明に係る研磨方法においては、液体状の研磨材を被加工物の加工面に流入する流入工程と、前記液体状の研磨材を前記被加工物の加工面の形状に合わせた状態で冷却して固化させる固化工程と、前記固化した研磨材を被加工物との間で相対的な往復運動を生じさせることにより被加工物を研磨する研磨工程と、を有し、前記研磨工程は、前記被加工物と固化した前記研磨材の離間方向への往復運動による第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程の後に前記研磨材の体積消耗に応じて前記離間方向の往復運動から前記離間方向と直交する平行方向への往復運動による第２の研磨工程とを有することにより、最初の前記加工面の側面研磨による前記研磨材の体積消耗と共に順次前記加工面の下面と上面の研磨を行う。
【０１２３】
これにより、本研磨方法においては、研磨材を加工面の形状に合わせた状態で形成し、研磨材と被加工物との相対運動のストロークを大きくして効率的な研磨を可能とし、さらに、砥石を被加工物の加工面よりも予め小さく形成する必要がないことから、砥石の耐用時間が増加し研磨作業効率の向上を実現したのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の全体構成の正面図を示す。
【図２】図１に示した研磨装置の一方側の側面図を示す。
【図３】図１に示した研磨装置の他方側の側面図を示す。
【図４】研磨装置における回転テーブルの押圧機構要部の斜視図を示す。
【図５】研磨装置における磁場配向ユニットを説明する図を示す。
【図６】斜面研磨の場合の加圧手段による加圧を説明する図を示す。
【図７】砥石をＺ軸で振動させた時のＸ軸ロードセル出力荷重値のグラフを示す。
【図８】砥石に与える振動を駆動する振動機構を示す。
【図９】被加工物の斜面研磨する場合の概略図を示す。
【図１０】振動ストローク変更機構の構成を示す。
【図１１】本発明の研磨方法を説明するフローチャートを示す。
【図１２】本発明の研磨方法を説明する概略図を示す。
【図１３】本発明の研磨方法を説明する概略図を示す。
【図１４】凸型の研磨形状の被加工物に対して砥石を形成する方法を説明する概略図を示す。
【符号の説明】
１　Ｘ軸加圧モーター
２　Ｘ軸加圧偏芯カム
４　Ｘ軸ロードセル
６　Ｚ軸加圧モーター
７　Ｚ軸加圧偏芯カム
９　Ｚ軸ロードセル
１３　回転テーブルベース
１４　回転テーブル（支持台）
１５　回転テーブルモーター
１６　回転テーブルベルト
１８　Ｘ軸テーブル位置検知センサ
１９　Ｚ軸テーブル位置検知センサ
２０　被加工物
２１　砥石（研磨材）
３１　Ｘ軸振動モーター
３２　Ｘ軸振動偏芯カム
３７　Ｚ軸振動モーター
３８　Ｚ軸振動偏芯カム
４３　砥石軸回転モーター
４４　砥石軸回転ベルト
４６　振動伝達ユニット
１００　研磨装置
【図１】
2004106114.tif 000003
【図２】
2004106114.tif 000004
【図３】
2004106114.tif 000005
【図４】
2004106114.tif 000006
【図５】
2004106114.tif 000007
【図６】
2004106114.tif 000008
【図７】
2004106114.tif 000009
【図８】
2004106114.tif 000010
【図９】
2004106114.tif 000011
【図１０】
2004106114.tif 000012
【図１１】
2004106114.tif 000013
【図１２】
2004106114.tif 000014
【図１３】
2004106114.tif 000015
【図１４】
2004106114.tif 000016