(57)【要約】      （修正有）【課題】光コネクタのフェルールや棒状部品などの端面研磨において、研磨紙面上の溝や段差の発生を押え、被研磨部材の安定研磨を持続させて、高効率生産と研磨紙の有効利用を図ることができる端面研磨方法およびその装置を提供する。【解決手段】公転１軸１３および公転２軸１８等による「公転軸２軸」以上の合成成分から成る主揺動運動と、研磨紙３１の送り用／供給用または被研磨部材３２の移動用として、自転軸２３等による「もう１軸」以上の公転運動または自転運動または直線運動または旋回運動またはこれらを組合せて合成した被研磨部材の研磨面と研磨紙との相対運動を成す。【選択図】  図１
2004195630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨部材保持部上に棒状部材またはブロック状部材を保持しつつ、部材研磨端面を研磨テーブル上の研磨紙面に押圧状態で相対運動させる端面研磨方法において、被研磨部材の研磨面と研磨紙との相対運動軌跡、すなわち研磨紙面上に残る被研磨部材の研磨通過痕（以降「パス」と呼ぶ。）の分布状況（以降「研磨パターン」と呼ぶ。）がパスの集中や重なり部分ができるだけ分散するよう、少なくても「公転軸２軸」以上の合成成分から成る主揺動運動と、さらに研磨紙の送り用／供給用または被研磨部材の移動用として「もう１軸」以上の公転運動または自転運動または直線運動または旋回運動またはこれらを組み合わせて合成した被研磨部材の研磨面と研磨紙との相対運動を成す端面研磨方法。
【請求項２】
請求項１に述べた研磨紙の送り／供給用または被研磨部材の送り用としての「もう一軸」分をそのまま機能延長し、被研磨部材押圧／押圧解除機構と連動して研磨ヘッド間移動用または研磨ステージ間移動用軸として作用させた端面研磨方法。
【請求項３】
請求項１に示す「公転軸２軸」の揺動機構が研磨紙を固定する研磨テーブル側にあっても被研磨部材を取り付ける被研磨部材保持部側にあっても、または同じく請求項１に示した「もう１軸以上」の送り／供給／移動機構が研磨テーブル側にあっても被研磨部材保持部側にあっても、または前記「公転軸２軸」と前記「もう１軸以上」の両方の機構が研磨テーブル側または被研磨部材保持部側にあっても、前記「公転軸２軸」機構が１軸づつ研磨テーブル側と被研磨部材保持部側に別れていてもこれを許容する構造様式の端面研磨方法。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の研磨テーブル駆動機構が少なくとも一組以上と被研磨部材保持部が少なくとも一組以上、および研磨テーブル駆動機構が二組以上の場合は研磨ステージ間移動機構を一組以上または被研磨部材保持部が二組以上の場合は研磨ヘッド間移動機構を一組以上とから成る端面研磨装置。
【請求項５】
請求項１に示す研磨動作メカニズムについて、各軸の回転量・軸角速度等を計算・合成し、研磨紙と被研磨部材の相対運動を軌跡座標および研磨速度のデータとして算出し。このデータを直接または記憶・加工などを加え、研磨パターン描画シミュレーションや、プロセス解析、および２次元以上のサーボ動作を行うＸ−Ｙテーブルや汎用ロボットと組み合わせ擬似的な研磨装置を構成しての研磨作業等、請求項１における合成運動を基本要素とする座標・速度データを利用する方法。
【請求項６】
研磨パターン描画シミュレーションプログラム、研磨プロセス解析プログラム、サーボ動作を含む研磨プログラム等、請求項５に基づくソフトウェア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主に光ファイバーの光コネクタフェルールや棒状光学部品およびファイバーアレーや光導波路等ブロック状光学部品等の高精度の端面研磨方法に関し、特に、研磨状態にある研磨紙と被研磨部材端面との相対運動軌跡、すなわち研磨パターンの改善とその量産技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ファイバー端面研磨装置による代表的な研磨パターン形状としては円周上に連続した小さな「の」の字パターン（例えば、特許文献１参照）、連続回転した大きな「の」の字パターン（例えば、特許文献２参照）、変形「の」の字として円周上に連続した「花びら模様」パターン（例えば、特許文献３、４参照）等が知られている。「花びら模様」を除き、多くは「公転軸１軸＋自転軸１軸」の軸構成から成る揺動メカニズムより「の」の字パターンが得られている。他に少数派で「公転軸１軸＋直線軸１軸」の直線状に連続した小さな「の」の字パターンがあるが研磨パターンの特性としては前述の円周上に連続した小さな「の」の字パターンに類似していることから本明細書では取り上げないものとする。また生産の効率化として研磨液併用の研磨法（例えば、特許文献５、６参照）や従来型研磨装置を流用した省力化対応装置（例えば、特許文献７〜９参照）等がある
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９６４５１号公報（第４図）
【特許文献２】特開２００１−２５９５２号公報（第６図）
【特許文献３】特開平６−１５５５６号公報（第３図）
【特許文献４】特開２００２−２１０６４４号公報（第７〜１０図）
【特許文献５】特開平１１−３００５９１号公報（第１頁）
【特許文献６】特開２０００−３５４９４４号公報（第１頁）
【特許文献７】特開平１１−７７５０６号公報（第１図、第４図）
【特許文献８】特開２０００−４２８９１号公報（第１図）
【特許文献９】特開２００２−１１３６５４号公報（第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通信の高速化に伴い光接続の精度、信頼性への要求はいっそうの高度化が求められ、多岐の取り組みが行なわれてきたが未だ品質・歩留まり・ランニングコスト等の面で満足できる状況には無く、本来の組立工程には必要の無い再研磨や光軸調芯等がラインに欠かせない工程となっている。またこれら人手を要する作業がライン途中に介在するため生産の自動化や省力化が進まず、国内の光関連メーカーは労働集約型生産を得意とする中国やアジアへ生産拠点を移す事態を招いていた。
【０００５】
従来の端面研磨方法における問題点を見直した結果、フェルール研磨の原点である研磨パターンに大きな不合理な点があり、これにより安定研磨が阻害され、研磨面の形状精度や研磨品質に悪影響を与え、歩留まり悪化と研磨紙の無駄を発生させていた。また光関連産業は新産業であり、技術蓄積が浅い割にあまりに早い技術進歩のため生産技術面での対応が不十分で「再研磨・調芯」等の手作業工程が定着化していた。
【０００６】
従来装置における研磨軌跡パターンの欠点とは、図４に示すように、一定時間運転後研磨紙面上に残る研磨パターンを観察すると、研磨パターンの最内周・最外周部に集中的な研磨パスの重なりが見られ、また研磨パターン中央付近の祖の部分から最内周・最外周部の密の部分へと明瞭に変化・分布していることが判る。また図４（ａ）、（ｂ）研磨パターン例の下段に研磨パターン断面の研磨パス密度分析グラフを示すがやはり最内・外周部のパス数が極端に多いことを示している。パスの局部集中は研磨層の消耗がその分激しく、平らな研磨紙面に溝や段差が発生することでもある。
【０００７】
研磨紙は通常、樹脂シートから成るベース基材の上に粒度のそろった高硬度の研磨砥粒が接着剤としてのバインダーと共に混練され、研磨層として一定の厚さに塗布・固定されている。研磨工程で被研磨部材と研磨紙との加圧・相対運動によって研磨紙表面に分散・表出している研磨砥粒が被研磨部材表面を掻き削る作用を持って行われるが、このとき研磨砥粒の一部自らもバインダー表面層とともに脱落する。研磨が繰り返されることによりその通過痕は研磨パスとして研磨層表層の微小な脱落を繰り返し消耗して行く。前述（０００６）に示すパスが集中して重なる部分や研磨パターンが密の部分においてはそれだけ消耗が早く、平滑であった研磨紙面に消耗による溝や段差が形成され、この溝・段差が深くなることによっての被研磨部材の安定走行・安定研磨を阻害し、引っ掛かりや飛び跳ね・暴れ・異常なブレ等々を誘発しその振動・衝撃力をもって、また溝・段差の影響による研磨当接面の当たり位置・当たり角度などの異常がフェルール研磨におけるプリドーム状研磨面の頂点ズレや研磨面の傷・ファイバーコア端部の欠けなどの発生要因となり、精度・品質に悪影響を与えるばかりでなく研磨層の異常消耗や異常剥離の原因となり研磨紙の使用寿命を早めていた。また研磨が進行するに従い、研磨紙上の溝・段差は最初の平坦面からより急峻な深溝へと変化していき、従って障害や不具合の発生のタイミングやその出方もいろいろ変動するため原因特定や対策も講じにくく歩留まり改善や機械生産への移行はならなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
図４に示すように従来の研磨パターンは単純繰り返しの円運動と旋回運動のシンプルな組合せから成り、同じパターンを同じ間隔で繰り返すシンプルな運動故に集中的パスの重なり部が生じていた。これは前述の単純繰り返しの円運動と旋回運動を「公転軸１軸」による揺動運動と「自転軸１軸」による旋回運動の合成結果であり「公転軸１軸＋自転軸１軸」揺動メカニズムに起因しているものである。この課題解決のために、前記「公転軸１軸」部分に公転系運動をもう一段加え、公転１軸目と２軸目が異なる回転をする「公転軸２軸」とし複雑かつ単純繰り返し性の無い円運動、すなわちパスの一定個所への集中や重なり部が発生せず適度に分散し、極端な溝や段差を形成しない揺動運動を基本とする端面研磨方法を提供しようとするものである。
【０００９】
図３に示す従来の「公転軸１軸＋自転軸１軸」端面研磨装置概念図を参照すると公転偏芯腕端すなわち自転軸中心位置座標は装置中心より偏芯腕長さを半径とする円弧を描き、公転動作を持続すると同じこの円周上を何度でもトレースする。これに対し本発明の図１「公転軸２軸＋自転軸１軸」装置概念図を参照すると、図３の場合と異なり自転軸中心位置座標は「公転１偏芯距離×公転１軸角速度×公転１軸回転方向」＋「公転２偏芯距離×公転２軸角速度×公転２軸回転方向」の関係式となり、公転１偏芯腕端が描く円弧状軌跡の先にさらに公転２偏芯腕の円弧動作が加わり、自転軸中心から見ると公転１と公転２の合成偏芯腕長さと合成速度は連続的に変化することとなり、「の」の字を描きながらもその軌跡の曲率や進行方向は一定ではなく同じコースのトレースはせず集中や重なりの少ない研磨パターンを提供可能とするものである。
【００１０】
また、この公転軸２軸型の揺動メカニズムにおいては、各軸の回転速度や回転方向・公転偏心量等の調整により、さらに研磨紙面全体にパス密度が分散・平均化し粗・密差の少ない研磨パターンを創出させることが可能である。これは研磨紙作用面全面の消耗の平準化であり、研磨紙面上の溝・段差の形成を押えることでもある。従って被研磨部材の研磨中の引っ掛かりや飛び跳ね・暴れ等の発生を防ぎ、研磨紙との安定接触を維持し、高精度・高品質・高効率研磨と共に歩留まりの飛躍的向上と研磨紙の長寿命化が得られる。これらの効果が得られればライン途中の研磨面検査や再研磨・彫芯等の作業はしだいに省略も可能となり、図６の実施例に示すように、より合理的に機構構成した規模・目的に合った自動化・省力化に対しても道を開いて行くものである。
【００１１】
前述（００１０）に示したように各軸毎に回転速度や回転方向・公転偏心量等をきめ細かく調整することで有用な効果を高めることが可能であることからその条件設定には座標データや速度データを利用したシミュレーションが有効手段である。請求項１の方法を用いての研磨条件探しや歩留まり改善・品質向上・効率化改善等のためのプロセス解析や、請求項４の公転軸２軸型研摩機がなく対応できない場合なども座標データや速度データを利用して計算シミュレーションや、請求項５に示すように実際に座標型ロボットを使っての試作研磨が、課題解決の手段・助けとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１３】
図３に従来の「公転軸１軸＋自転軸１軸」による構造概念図を示す。研磨装置フレーム１に揺動機構支持部４を介して研磨紙３１を取り付けた研磨テーブル２を揺動する公転１軸機構と自転軸機構から成る駆動部を支持する。研磨紙に押圧して被研磨部材３２を取り付けた被研磨部材保持部３が研磨装置フレームに固定されている。公転１軸１３の回転運動により公転１偏芯腕１４の偏芯距離Ｌを介して公転１偏芯腕１４端部は半径Ｌの水平円運動を行う。ここで腕端部に回転自由に貫通して自転軸２３を取り付けその自転軸先端に研磨テーブル２を固定する。この状態で公転１軸・自転軸をそれぞれに回転させることで任意の空間上の定点Ｂから見たとき研磨テーブル上の任意の点である定点Ａは公転１偏芯腕端部の水平円運動と同じ半径Ｌの水平円運動を行いつつ公転１偏芯腕端部の自転軸を中心に水平旋回を行い、その合成値として定点Ａは従来型の研摩装置に見られる「の」の字運動を供することになる。このとき公転円運動が早い角速度の場合は図４（ａ）に示す円弧状に連続した小さい「の」の字を、自転運動が早い角速度の場合は図４（ｂ）に示す研磨テーブルの回転センター中心に大きい「の」の字の旋回パターンを描く。メカニズムとして公転１軸機構の先に自転軸機構があっても自転軸機構の先に公転１軸機構があっても結果は同じである。
【００１４】
図３に示す従来の「公転軸１軸＋自転軸１軸」揺動機構においては連続した「の」の字を一定の円弧状に繰り返し軌跡として描く。一般にその円弧状軌跡の最外周部付近および最内周部付近では太さのある被研磨部材が一回転前の軌跡との交差や最近傍通過が行なわれているので軌跡パターンとしてはパス集中部位を形成する。自転軸または公転軸一回転毎に「の」の字を一文字描き、その毎にその集中部位を新たに追加・延伸せしめ、さらに回転継続により同円周上を繰り返し延伸・通過することになるので最外周部・最内周部にパス集中部位から成る外接円・内接円状の溝または段差を形成する。また外接円・内接円のパス重なり部に至る付近はパターンが密に近接し、斜面を形成する。中間部すなわち「の」の字の腹部分は祖の部分を形成することになる。
【００１５】
図４に図３の従来型研磨装置による研磨パターン例を示し、（ａ）に公転系が早い軸角速度の場合の研磨パターンを示し、（ｂ）には自転系が早い軸角速度の場合の研磨パターンを示す。いずれにも研磨パターンを中心線上でカットした半径一箇所分のパス数分析グラフを付記しているが、共に研磨パターンの最内周部・最外周部にパスの集中・重なりがあることを示している。図例の上では、パス数最大値は最内周部にあり、平均値との比較では図４（ａ）で約１０倍、（ｂ）で６〜７倍あり、その分研磨層の消耗量の差が大きく、急峻で深い溝が発生し易いことを表しており、研磨中の被研磨部材の引っ掛かりや飛び跳ね・暴れ等が多分に予想される。またこのパス数の分布状況はサンプリング時間すなわち研磨時間を変えてもその傾向・倍率は変わらない。
【００１６】
図１に本発明の一例である「公転軸２軸分＋自転軸１軸」端面研磨装置の構造概念図を示す。説明の都合上、前記（００１３）の「公転軸１軸＋自転軸１軸」の説明の延長として述べ、また「公転軸２軸＋自転軸１軸」の公転軸２軸分は装置フレームに近い側を公転１系、公転１系の先方側を公転２系と区別して呼ぶものとする。駆動系メカニズムとして公転１系機構・公転２系機構・自転軸機構をどの順番で構成しても結果は同じであり、また研磨紙側の運動系と被研磨部材側運動系への機構割り当てについても上記の合計３系統機構で構成することで同じ相対運動を行うことになる。ただし各機構の駆動用モーターの設置位置によっては回転量の計算法が異なる。
【００１７】
以下図１を参照して図３との機構上異なる点、すなわち公転軸が１軸増えたことの動作の違いについて述べる。ここで公転１用モーター１１・公転１用減速機構１２・公転１軸１３・公転１偏芯腕１４から成る公転１系の先端部に公転２用モーター１６・公転２用減速機構１７・公転２軸１８・公転２偏芯腕１９から成る公転２系機構が組み込まれた装置構成とすると、公転２系の機能としては前述（００１３）と同様研磨テーブル上の任意の点Ａを公転２偏芯腕１９の長さ、すなわち偏芯距離Ｌ２の半径で水平円運動させるものである。この状態で公転１系を駆動させると公転２系による偏芯距離Ｌ２の半径の研磨テーブル水平円運動を維持しながら、公転１軸の回転によって偏芯距離Ｌ１の円周上を公転２系の公転軸中心が移動し、任意の空間上の定点Ｂから見たとき研磨テーブル上の任意の点Ａは公転１系と公転２系の動きの合成結果として座標値「公転１偏芯距離×公転１軸角速度×公転１軸回転方向」＋「公転２偏芯距離×公転２軸角速度×公転２軸回転方向」の軌跡を描く。それは公転１系・公転２系それぞれの偏芯距離・軸角速度・回転方向の設定状態に応じて多様な軌跡パターンを創出し、公転１系と公転２系の軸角速度および回転方向が同一の時のみ図４と同じ単純な連続した「の」の字軌跡となる。しかしまた図１に示すように「公転軸２軸」機構に加え自転軸機構等のようにさらに「もう１軸」系動作も合成されるので、本発明の目的に沿った有用なパターンを得るためには、最初の見込みの無い、中途半端な、役立たない軌跡パターンを、各軸の偏芯距離・軸角速度・回転方向の条件を細かく何度も修整を繰り返して有用なものに変形・加工して行く作業工程が必要である。
【００１８】
図２に「公転軸２軸」を含む揺動メカニズムによる多様な軌跡パターン例（ａ）〜（ｄ）を示す。図例は各軸偏芯距離・軸角速度・回転方向を調整しパターンの特徴を強調したものであり、（ａ）を除き特に研磨パターンとしての有用性を考慮したものではないが、図例以外にも未知の特徴ある軌跡パターンを形成する可能性がある。
【００１９】
図５に比較のため図４（ａ）、（ｂ）のパターン例とほぼ同じ研磨速度に設定した図２（ａ）軌跡パターン例の経過時間別研磨パターン状況を示す。研磨開始から６分後以降はパス数分析グラフ上のバラツキも均され、細い突出部もなくなって来る。前述（００１５）に述べた図４（ａ），（ｂ）の従来型研磨パターン例の最大値と平均値の差１０倍または６〜７倍の場合は溝が急激であり、溝が深くなるにつれ被研磨部材は飛び跳ねや暴れとなって研磨面の精度・品質面に悪影響を及ぼすことは容易に想像できるが、図２（ａ）パターンの場合は経過時間に関係なくその差は２倍程度で、癖が少なく高低差の小さいうねり状であることから小さな上下動を伴う比較的静かな研磨が行なわれるものと予想される。同じ研磨経過時間後の最大パス数を比較すると本発明の「公転軸２軸＋自転軸１軸」サンプルである図２（ａ）パターン例では従来型「公転軸１軸＋自転軸１軸」サンプルである図４の約１／５のパス数となる。すなわち同じ研磨紙を使用し、同じ研磨条件を与えた場合は図２（ａ）の研磨パターンを採用することで従来研磨パターンの５倍の使用寿命が得られるということになる。
【００２０】
前述（０００２）従来の技術の項で述べた「花びら模様」は特開平６−１５５５６に一部記述が見られ、その機構構造に本発明請求項１に記す「公転軸２軸」の要素を一部備えているものである。その構造採用の目的は、フェルールを移動させることなく端面研磨の研磨条痕の方向を変動させ、高精度・高品質の研磨面を・・・とあり、プリドーム成形面に方向性条痕が残る研磨法でフェルール球面研磨の初期的技術であり、当時理想的研磨メカニズムとして見られていた歳差運動または８の字運動（レンズ研磨などで使用する）機構を模して花びらパターンを採用したものと推察できる。
【００２１】
特開平６−１５５５６の装置構造について研磨テーブルの花びらパターン揺動動作導出方法として、公転１軸の偏芯孔上に公転２軸を設け、フレームに固定した内歯ギアと公転２軸上のピニオンギアの噛み合せによって公転１軸が回転駆動すると公転１軸偏芯円上の公転２軸が遊星ギア計算法による回転速度で逆回転しながら遊星移動する。その公転第２軸の端部の偏芯ピンもって、そのピンに回転自在に研磨テーブル中心軸を接続しているものである。
【００２２】
前述（００２１）に示すように特開平６−１５５５６における当時の「花びら模様」研磨パターン機構は結果的に「公転軸２軸」構造を形成するものの、公転２系の駆動源を内歯・ピニオン構成から得ることを構造条件としていることから、内歯・ピニオンから成る遊星ギア構造は原理上組合せ歯数比が限られており軌跡が「花びら模様」になってしまうことは機構学上の自明事項である。本発明における構造概念では公転１系、公転２系共に独立した駆動源を考慮しており公転２系は公転１系の回転速度に影響されることなく自由に速度設定が可能であり、「花びら模様」を含む多様な研磨パターンを創出・選択が可能である。また一般に「花びら模様」は従来の「公転軸１軸＋自転軸１軸」によるシンプルな連続した「の」の字パターンよりパスの集中・重なりは少なくなるものの、細長い花びらまたは丸い花びら等その形状によりパスの集中・分散パターンが大きく変化し、全く異なるイメージの研磨パターンとなる。特定範囲のアスペクト比の花びら形状は斑模様ながら比較的平準化した密度分布を示すが、研磨速度変動が激しいという欠点もあることから本発明の目的には適合し難い。
【００２３】
「花びら模様」については特開２００２−２１０６４４にも記述があり、「花びら模様」をルーレット形状と称し、前述の特開平６−１５５５６と同様その装置構造には本発明請求項１に記す「公転軸２軸」の一部要素を備えている。その構造採用の目的は、研磨シート上の研磨軌跡の重なりの局所的な集中を防止し研磨の効率を増すことを目的とすると記されており、問題認識や発明目的については本発明と同一である。詳細構造の違いはあっても特開平６−１５５５６と同様に内歯ギアとピニオンギアを使用して公転２系の駆動源とし、その後ギア機構を介して各軸の速度を変え三つ葉や五つ葉の揺動パターンを得る構造としているが当該発明の図例を見る限りにおいては花びらパターン中心部にパスの集中が見られ、目的の達成が得られたのか疑問が残る。
【００２４】
特開２００２−２１０６４４に対する本発明の立場は、特に花びらパターン研磨を目標とした時点で（００２２）の特開平６−１５５５６に対する見解と同じである。この特開２００２−２１０６４４においては花びらパターンの研磨特性である大幅な研磨速度変動を低速時は研磨液の流入タイミングと見て肯定的に捕らえているが、本発明においては（００１０）項で述べたように「研磨面の研磨紙との安定接触の維持」を要目とし、研磨速度の変動も安定研磨の阻害要因と見て、特開２００２−２１０６４４とは見解が異なる。
【００２５】
特開平１１−３００５９１に研磨液併用による光コネクタ用フェルールの凸球面荒削り用研磨方法がある。これは解決すべき課題として研磨シートの寿命の短さと研磨シートの使用初期と使用を重ねたシートでの研磨面面祖度の差もしくは面祖度悪化現象と硬度の高いフェルール部分を研磨するのに高価なダイアモンド砥粒入りの研磨シートを使用していること、およびその高価な研磨シートに未使用部分が生じて経済的ではないというものである。課題を解決するための手段として光コネクタのファイバーガラスコア部分と硬度の異なる外周のジルコニアフェルール部分を別の研磨と捕らえ、ガラスコア部分は比較的硬度の軟らかい砥粒の研磨シートで、フェルール部分は硬度が高く比較的粒度の大きい砥粒入りの研磨液を供給して研磨し、品質安定化と経済的・効率的研磨を図ろうとするものである。
【００２６】
また特開２０００−３５４９４４には研磨液併用による光コネクタ用フェルールの凸球面仕上げ研磨用研磨方法がある。これは解決すべき課題として非研磨部材の素材に適合した砥粒が使用されていないためリターンロス性能や作業効率に問題を生じるということで前述（００２５）の特開平１１−３００５９１と同様に研磨シートと研磨液の砥粒を指定し、仕上げ研磨に適合した組み合わせを提案しているものである。
【００２７】
前述（００２５）特開平１１−３００５９１および（００２６）特開２０００−３５４９４４における対症療法的研磨液の使用に対し、本発明の「公転軸２軸」メカニズムによる端面研磨方法においては研磨パターンの改善が成ることで、研磨紙面上の溝・段差をなくし、非研磨部材の研磨中の引っ掛かりや飛び跳ね・暴れ等を防止し、従って面祖度悪化や研磨シートの寿命短命化等は解消可能である。また研磨速度変動の少ない研磨パターンにより静かで安定な研磨条件の提供が可能となり、適切な研磨シートの組合せにより研磨性能の大幅向上が予想されることから研磨液の使用理由が無くなり、完全ドライ研磨の実現が期待できる。逆に研磨液併用による余分な研磨液コスト、研磨液回収コスト、被研磨部材の洗浄コスト、洗浄のための研磨装置からの取り外し・移動・乾燥・再取り付け等の余分コスト発生と研磨装置停止時間発生等のデメリットも考えられ、トータルランニングコスト面で研磨液併用は疑問が残る。
【００２８】
本発明は花びらパターンや研磨液併用等について必ずしも否定するものではないが、飛躍的品質向上・歩留まり１００％・高速研磨・低ランニングコストを念頭に従来の端面研磨法における問題点をより原点から見直した結果、研磨層の消耗を前提とする研磨法の根本的対処法としての研磨パターン改善であり、静かな研磨・安定研磨の追求であり、これを実現するための一方法としての「公転軸２軸」揺動メカニズムである。他にも精密研磨条件として被研磨部材の押圧・保持方法の適正化や最適研磨紙や最適研磨条件の選択法などの課題は多いが端面研磨作業を労働集約型生産形態から機械生産型へ転換・移行して行くための一つの解答でもある。この研磨技術は光フェルールや棒状光学部品などの端面研磨に限定することなくファイバーアレーや光導波路・超小型光学部品などの精密端面研磨への応用も可能な研磨技術である。
【００２９】
【実施例】
図６に本発明の実施例を示す。
【００３０】
図６−▲１▼は請求項１〜３の一実施例を示す。装置フレームに対する回転止め機構を伴う「公転軸３軸」から成る研磨テーブル揺動機構と、研磨テーブルと平行対面し被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に押圧するようになす被研磨部材保持部から成り、機構特性上研磨テーブルは旋回を伴わずに複雑な水平円運動を可能とするので大サイズの研磨紙を取り付け、高硬度部材研磨用途や大面積研磨用途などの長時間研磨の用途やまたはよりきめ細かく研磨パターンの調整が可能であることから超精密面研磨などへの用途が考えられる。
【００３１】
図６−▲２▼は請求項１〜３の一実施例を示す。従来多くの研磨装置に採用されていた公転１軸＋自転１軸の機構にもう１軸分の公転軸を加え「公転軸２軸＋自転軸１軸」とした研磨テーブル揺動機構と、研磨テーブルと平行対面し被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に押圧するようになす被研磨部材保持部から成り、本発明の目的であるパスの重なりの少ない研磨パターンを提供する端面研磨装置の基本な形態・構成を成す。
【００３２】
図６−▲３▼は請求項１〜３の一実施例を示す。研磨テーブル揺動機構は従来の研磨装置に採用されていた公転１軸＋自転１軸の揺動機構とし、研磨テーブルと平行対面し装置フレームに対する被研磨部材保持部の回転止め機構と被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に公転軸１軸の円運動を伴いながら押圧する被研磨部材保持部とから成り、研磨テーブル側は従来通りの揺動運動を実行し、加えて研磨部材保持部が公転円運動するところが従来研磨方法と異なる。これは従来の研磨装置を本発明の公転軸２軸構造に改造・変更をイメージしたものであり、従来の研磨テーブル揺動機構はそのままに、被研磨部材保持機構部のみ公転軸１軸化改造するものである。比較的容易に改造可能であるが公転軸駆動系が上下に分かれて必要となり、また特定の研磨パターンを得るために各軸間の速度比を一定に保つ必要から速度制御は複雑となる。
【００３３】
図６−▲４▼は請求項１〜３の一実施例を示す。自転軸１軸から成る研磨テーブル回転機構と、研磨テーブルと平行対面し被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に公転軸２軸の合成円運動を伴いながら押圧する被研磨部材保持部と装置フレームに対する被研磨部材保持部の回転止め機構とから成り、機構特性としては研磨テーブル下層のメカニズムがシンプルであり低床化が可能であることから、被研磨部材の取り付け取り外しや研磨紙交換など研磨に伴う各種作業が着座姿勢で遂行可能となるなど運用・操作面での改善が期待できる。
【００３４】
図６−▲５▼は請求項１〜３の一実施例を示す。装置フレームに対する回転止め機構を伴う「公転軸２軸」から成る研磨テーブル揺動機構と、研磨テーブルと平行対面し被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に押圧したまま、および押圧解除状態で研磨テーブルと平行直線移動するような被研磨部材保持部から成る。研磨テーブルは自転回転を伴わないので研磨紙は丸型に限らず多種類の研磨紙並列取り付け等を可能とし、被研磨部材を押圧・移動させることでパスの重なりの少ない研磨パターンを得つつ、また押圧解除状態での移動機能をもって別の研磨紙面への移動や次の作業ステージへの移動を可能とする。
イメージとしては段階研磨の自動化例がある。荒削り用・中仕上げ用・精密仕上げ用の研磨紙をそれぞれ取り付けた３台の「公転軸２軸」揺動機構から成る研磨テーブル上に直線移動可能状態に被研磨部材を取り付けた被研磨部材保持部を設置すれば、揺動運動を伴いつつ被研磨部材を押圧状態で研磨紙上を送り、および押圧解除状態でステージ間移動する高品質・高速・自動段階研磨がローコストで構築可能である。
特開兵１１−７７５０６・特開２０００−４２８９１および特開２００２−１１３６５４に記述の自動研磨装置においてはＸ−Ｚ軸搬送機能と洗浄機能および研磨盤交換・収容機能などを備えており、研摩機構としては従来の「公転軸１軸＋自転軸１軸」揺動研磨テーブル型端面研磨装置を流用し、研磨テーブル上での押圧研磨後、被研磨部材は洗浄装置へ、研磨盤は交換・収容ステージへそれぞれのＸ−Ｚ軸移動機構によって搬送される方式の自動研磨機である。本項（００３４）においては本発明の効果により洗浄を不要とし、複数研磨テーブルの使用想定から高速研磨を可能としている。
【００３５】
図６−▲６▼は請求項１〜３の一実施例を示す。機構構成としては図６−▲５▼の実施例を逆にしたもので、研磨テーブルと平行対面し装置フレームに対する回転止め機構と公転軸２軸の合成円運動を伴いながら被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に押圧および押圧解除可能な被研磨部材保持部と被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に押圧したまま、および押圧解除状態での研磨テーブル直線移動機構から成る。機構特性としては前述（００３４）と同様、パスの重なりの少ない研磨パターンを得つつ長方形研磨紙の利用や多種類の研磨紙並列取り付け等を可能とし、研磨テーブル下層がシンプルであることから低床化が図れ、研磨テーブルに代えて一台又は二台以上のロール型研磨紙の採用等も考えられ、本実施例ではケーブルやコードの接続される被研磨部材側は回転や移動はせず、研磨紙側が移動する機構なので自動化や省力化にはさらに有利な構造といえる。
【００３６】
図６−▲７▼は請求項１〜３の一実施例を示す。機構構成としては図６−▲５▼の実施例に近く、装置フレームに対する回転止め機構を伴う「公転軸２軸」から成る研磨テーブル揺動機構と、研磨テーブルと平行対面し被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に押圧したまま、および押圧解除状態で研磨テーブルと平行旋回するような被研磨部材保持部から成る。これは図６−▲５▼の被研磨部材保持部直線移動形式を旋回移動形式にしたもので機構特性としては（００３４）に示す内容と同様である。応用形態として研磨テーブルを複数台円形配置し、その上方に一台または複数台の被研磨部材保持機構を同軸枝状に配置・旋回させることでコンパクトな研磨ヘッド旋回移動型の量産対応機として構成可能であるが被研磨部材接続のケーブルやコードは捩れてしまう。
【００３７】
図６−▲８▼は請求項１〜３の一実施例を示す。機構構成としては図６−▲６▼の実施例に近く、研磨テーブルと平行対面し装置フレームに対する回転止め機構と公転軸２軸の合成円運動を伴いながら被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に押圧および押圧解除する被研磨部材保持部と、被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に押圧したまま、および押圧解除状態で研磨テーブルを旋回移動可能な機構から成る。これは図６−▲６▼の研磨テーブル直線移動形式を旋回移動形式にしたもので、機構特性としては（００３５）に示す内容と同様である。応用形態として研磨テーブルを同軸枝状に複数台円形配置・旋回させ、その上方に一台または複数台の被研磨部材保持部を同軸枝状に配置させることでコンパクトな回転ステージ型の量産対応研磨機として構成可能である。この場合はケーブルやコードの接続される被研磨部材側は移動・旋回せず自動化や省力化にはさらに有利な構造といえる。
【００３８】
【発明の効果】
【００３９】
以上のように本発明によれば、研磨パターンの改善により研磨紙面上の研磨層の作用面全面に溝や急な凸凹・段差の発生を押え、被研磨部材に対しては研磨中の振動・衝撃・引っ掛り・暴れ・跳ね・片当たり等の研磨面品質・精度への悪条件要因を低減し、研磨面接触状況を安定させ、バラツキのない一定した高精度・高品質の研磨面を高い歩留まりで得ることができるとともに跳ねや暴れがなくなるので実質的な研磨有効時間が多く得られ高効率生産を可能とする。また研磨層が平均的に消耗して行くことにより、研磨紙面の研磨層厚さを十分に有効利用することなり、研磨紙消費量を低減し研磨紙交換回数を削減できる。
【００４０】
静かで安定的な研磨状況が得られることから、被研磨部材に衝撃や振動・異常な力の作用も無くなり、接着剤除去時のファイバーの折れやファイバー端面の傷・コア端部の欠け等の発生を押え、研磨紙研磨層の異常な消耗や部分剥落・剥落拡大を防ぎ、研磨紙の無駄な消費をなくすと共に異常な研磨屑に起因するファイバー端面の傷の発生・拡大を防止する。研磨紙寿命も長寿命かつ一定となることから研磨紙交換サイクルがコントロールし易くなる。また前述の好ましい研磨条件が得られることからジルコニア以外の脆性のあるガラス・軟らかく傷つきやすいメタル・プラスチックなどの素材に対しても好結果が期待できる。
従来から一般に行なわれてきた研磨液の併用は不要となり完全ドライ研磨が可能となる。従って研磨液コストや研磨液使用後の洗浄作業も不要となり、洗浄作業に付随する研磨装置からの取り外し・再取り付け作業・洗浄設備メンテナンスなどの諸作業も不要となりランニングコスト削減と効率生産に寄与すると共に環境負荷を軽減する。
【００４１】
二次的効果として、歩留まり向上とともに研磨面検査や再研磨に要する手間が大幅に削減でき、日程計画・資材計画など生産計画・管理が容易になる。
【００４２】
（００３０）〜（００３７）および図６−▲１▼〜▲８▼に本発明の実施例を示し、品質・歩留まり問題のブレークスルーを図りつつ、自動化・省力化への具体的なイメージアップを図ることができる。また図２（ａ）〜（ｄ）のパターン例に「公転軸２軸」メカニズムの未知の可能性を示したことにより、新技術や新工法への応用・発展が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の一例である「公転軸２軸＋自転軸１軸」端面研磨装置概念図
【図２】「公転軸２軸」を含む揺動メカニズムによる多様な軌跡パターン例
【図３】従来の実施形態による「公転軸１軸＋自転軸１軸」端面研磨装置概念図
【図４】「公転軸１軸＋自転軸１軸」揺動メカニズムによる軌跡パターン例
【図５】図２（ａ）研磨パターンの経過時間別パス重なりシミュレーション図
【図６】本発明の請求項１・請求項２・請求項３の多様な実施形態例
【符号の説明】
１  研磨装置フレーム                １６  公転２用モーター
２  研磨テーブル                    １７  公転２用減速機構
３  被研磨部材保持部                １８  公転２軸
４  揺動機構支持部                  １９  公転２偏芯腕
１１  公転１用モーター                ２０  公転２腕端旋回機構
１２  公転１用減速機構                ２１  自転用モーター
１３  公転１軸                        ２２  自転用減速機構
１４  公転１偏芯腕                    ２３  自転軸
１５  公転１腕端旋回機構              ３１  研磨紙
３２  被研磨部材
【図１】
2004195630.tif 000003
【図２】
2004195630.tif 000004
【図３】
2004195630.tif 000005
【図４】
2004195630.tif 000006
【図５】
2004195630.tif 000007
【図６】
2004195630.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月22日(2003.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨部材保持部上に棒状部材またはブロック状部材を保持しつつ、部材研磨端面を研磨テーブル上の研磨紙面に押圧状態で相対運動させる端面研磨方法において、被研磨部材の研磨面と研磨紙との相対運動軌跡、すなわち研磨紙面上に残る被研磨部材の研磨通過痕（以降「パス」と呼ぶ。）の分布状況（以降「研磨パターン」と呼ぶ。）がパスの集中や重なり部分ができるだけ分散するよう、それぞれの軸が公転偏芯距離・公転軸角速度・公転回転方向を設定できる、少なくても「公転軸２軸」以上の合成成分から成る主揺動運動と、さらに研磨紙の送り用／供給用または被研磨部材の移動用として偏芯距離・軸角速度・回転方向を設定できる「もう１軸」以上の公転運動または自転運動または直線運動または旋回運動またはこれらを組み合わせて合成した被研磨部材の研磨面と研磨紙との相対運動を成す端面研磨方法。
【請求項２】
請求項１に述べた研磨紙の送り／供給用または被研磨部材の送り用としての「もう一軸」分をそのまま機能延長し、被研磨部材押圧／押圧解除機構と連動して研磨ヘッド間移動用または研磨ステージ間移動用軸として作用させた端面研磨方法。
【請求項３】
請求項１に示す「公転軸２軸」の揺動機構が研磨紙を固定する研磨テーブル側にあっても被研磨部材を取り付ける被研磨部材保持部側にあっても、または同じく請求項１に示した「もう１軸以上」の送り／供給／移動機構が研磨テーブル側にあっても被研磨部材保持部側にあっても、または前記「公転軸２軸」と前記「もう１軸以上」の両方の機構が研磨テーブル側または被研磨部材保持部側にあっても、前記「公転軸２軸」機構が１軸づつ研磨テーブル側と被研磨部材保持部側に別れていてもこれを許容する構造様式の端面研磨方法。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の研磨テーブル駆動機構が少なくとも一組以上と被研磨部材保持部が少なくとも一組以上、および研磨テーブル駆動機構が二組以上の場合は研磨ステージ間移動機構を一組以上または被研磨部材保持部が二組以上の場合は研磨ヘッド間移動機構を一組以上とから成る端面研磨装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】前述（００１０）に示したように各軸毎に回転速度や回転方向・公転偏芯量等をきめ細かく調整することで有用な効果を高めることが可能であることからその条件設定にはシミュレーションが有効手段である、


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】図６−▲５▼は請求項１〜３の一実施例を示す。装置フレームに対する回転止め機構を伴う「公転軸２軸」から成る研磨テーブル揺動機構と、研磨テーブルと平行対面し被研磨部材研磨面を研磨テーブル上の研磨紙に押圧したまま、および押圧解除状態で研磨テーブルと平行直線移動するような被研磨部材保持部から成る。研磨テーブルは自転回転を伴わないので研磨紙は丸型に限らず多種類の研磨紙並列取り付け等を可能とし、被研磨部材を押圧・移動させることでパスの重なりの少ない研磨パターンを得つつ、また押圧解除状態での移動機能をもって別の研磨紙面への移動や次の作業ステージへの移動を可能とする。
イメージとしては段階研磨の自動化例がある。荒削り用・中仕上げ用・精密仕上げ用の研磨紙をそれぞれ取り付けた３台の「公転軸２軸」揺動機構から成る研磨テーブル上に直線移動可能状態に被研磨部材を取り付けた被研磨部材保持部を設置すれば、揺動運動を伴いつつ被研磨部材を押圧状態で研磨紙上を送り、および押圧解除状態でステージ間移動する高品質・高速・自動段階研磨がローコストで構築可能である。
特開平１１−７７５０６・特開２０００−４２８９１および特開２００２−１１３６５４に記述の自動研磨装置においてはＸ−Ｚ軸搬送機能と洗浄機能および研磨盤交換・収容機能などを備えており、研摩機構としては従来の揺動研磨テーブル型端面研磨装置を流用し、研磨テーブル上での押圧研磨後、被研磨部材は洗浄装置へ、研磨盤は交換・収容ステージへそれぞれのＸ−Ｚ軸移動機構によって搬送される方式の自動研磨機である。本項（００３４）においては本発明の効果により洗浄を不要とし、複数研磨テーブルの使用想定から高速研磨を可能としている。




【手続補正書】
【提出日】平成15年7月17日(2003.7.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨部材保持部上に棒状部材またはブロック状部材を保持しつつ、部材研磨端面を研磨テーブル上の研磨紙面に押圧状態で相対運動させる端面研磨方法において、被研磨部材の研磨面と研磨紙との相対運動軌跡、すなわち研磨紙面上に残る被研磨部材の研磨通過痕（以降「パス」と呼ぶ。）の分布状況（以降「研磨パターン」と呼ぶ。）がパスの集中や重なり部分ができるだけ分散するよう、それぞれの運動軸が個別の駆動モーターと駆動伝達機構によって軸毎に公転偏芯距離・公転軸角速度・公転回転方向を設定できる、少なくても「公転軸２軸」以上の合成成分から成る主揺動運動と、さらに研磨紙の送り用／供給用または被研磨部材の移動用として偏芯距離・軸角速度・回転方向を設定できる「もう１軸」以上の公転運動または自転運動または直線運動または旋回運動またはこれらを組み合わせて合成した被研磨部材の研磨面と研磨紙との相対運動を成す端面研磨方法。
【請求項２】
請求項１に述べた研磨紙の送り／供給用または被研磨部材の送り用としての「もう一軸」分をそのまま機能延長し、被研磨部材押圧／押圧解除機構と連動して研磨ヘッド間移動用または研磨ステージ間移動用軸として作用させた端面研磨方法。
【請求項３】
請求項１に示す「公転軸２軸」の揺動機構が研磨紙を固定する研磨テーブル側にあっても被研磨部材を取り付ける被研磨部材保持部側にあっても、または同じく請求項１に示した「もう１軸以上」の送り／供給／移動機構が研磨テーブル側にあっても被研磨部材保持部側にあっても、または前記「公転軸２軸」と前記「もう１軸以上」の両方の機構が研磨テーブル側または被研磨部材保持部側にあっても、前記「公転軸２軸」機構が１軸づつ研磨テーブル側と被研磨部材保持部側に別れていてもこれを許容する構造様式の端面研磨方法。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の研磨テーブル駆動機構が少なくとも一組以上と被研磨部材保持部が少なくとも一組以上、および研磨テーブル駆動機構が二組以上の場合は研磨ステージ間移動機構を一組以上または被研磨部材保持部が二組以上の場合は研磨ヘッド間移動機構を一組以上とから成る端面研磨装置。