(57)【要約】      （修正有）【課題】  超音波振動子によって工具先端のバフシートを縦振動させながら研磨を行うことにより、バフシートの厚みを変化させその繊維間の隙間からスラリー等に含まれる遊離砥粒の吸引による供給と遊離砥粒及び研磨屑の排出が自動的に繰返し行なわれ、バフシートの目詰まりを防止できる加工性、信頼性に優れた超音波研磨工具を提供する。【解決手段】駆動部３と、駆動部により回転する主軸５と、主軸の中心に形成された中空部５ａに内挿され固設された縦振動を発生させる超音波振動子１７と、超音波振動子の端部に連設され超音波振動子の振動振幅を拡大しその先端に伝達する超音波ホーン１８と、超音波ホーンの先端に固定されたバフシート２０と、を備えている。【選択図】  図１
2005329501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と、前記駆動部により回転する主軸と、前記主軸の中心に形成された中空部に内挿され固設された縦振動を発生させる超音波振動子と、前記超音波振動子の端部に連設され前記超音波振動子の振動振幅を拡大しその先端に伝達する超音波ホーンと、前記超音波ホーンの先端に固定されたバフシートと、を有することを特徴とする超音波研磨工具。
【請求項２】
前記バフシートが略円形に形成され、その直径が、前記超音波ホーンの先端の外径の１倍〜１．２倍に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波研磨工具。
【請求項３】
（ａ）請求項１又は２に記載の超音波研磨工具と、（ｂ）スラリーが収容されたメインタンクと、前記メインタンクに連設されたポンプと、前記メインタンクの上方に配設され前記ポンプの送液管によって汲み上げられた前記スラリーを貯溜するバッファタンクと、前記バッファタンクの上方に接続され一定量を超えた前記スラリーを前記メインタンクに戻入させるオーバーフロー管と、前記バッファタンクの底部に接続され前記加工物の被加工面へ前記スラリーを供給するスラリー供給管と、前記加工物の外周を囲繞するように配設され前記加工物の被加工面へ供給された前記スラリーを捕集するスラリー回収容器と、前記スラリー回収容器に接続され前記スラリー回収容器に捕集された前記スラリーを前記メインタンクに回収するスラリー回収管と、を有するスラリー循環部と、を備えていることを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
前記スラリー循環部の前記スラリー供給管が流量調整バルブを備えていることを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記超音波研磨工具が、三軸直交座標形ロボットに装着されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属やセラミック等の研磨において、超音波振動を用いて加工物の凹凸を研磨し平坦化、鏡面化する超音波研磨工具及びそれを備えた研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金型やセラミック等の高精度、高能率な研削、研磨加工の研究がなされている。いろいろな精密加工を行うことができる超音波砥粒加工において、研磨加工の分野では、磨き工具を押付けながら被加工面と平行な方向に超音波振動を付加して効率よく研磨するハンドツール等が多用されている。
また、超音波振動を利用した研磨装置として、例えば（特許文献１）には、「半導体ウェハを保持するとともに回転するウェハキャリアと、半導体ウェハの表面に接触し半導体ウェハを研磨する研磨パッドと、研磨パッドを張付け回転する研磨テーブルと、該研磨テーブルの半径方向に揺動し研磨パッドを目立てを行うディスクを具備するパッドコンディショナーと、研磨パッドにスラリーを滴下するノズルと、研磨パッドに滴下され該研磨パッドに液盛りされるスラリーの液面に接触し研磨パッド面内を移動する超音波振動子とを備える研磨装置」が開示されている。
（特許文献２）には、「回転駆動される棒状の本体部と、液密膜状の弾性体及びこの弾性体の外側に接着された研磨布からなり且つ本体部の先端部に固着されて袋状をなす 密閉空間を形成する研磨部と、密閉空間に流体を供給して研磨部を膨脹させる流体供給部と、研磨部に超音波振動を印加する超音波印加部とを具備する研磨工具」が開示されている。
（特許文献３）には、「回転自在に設け、その面上に被研磨物を配設したワーク固定台と、このワーク固定台上の被研磨物の上 面に載置して、被研磨物を研磨するよう構成した研磨砥石と、この研磨砥石の上面に一体的に設け、上面に駆動手段と接続する研磨軸を設けた弾性体と、この弾性体に配設した積層型圧電アクチュエータと、この積層型圧電アクチュエータと接続し、研磨面において面内振動するように設けた超音波発生手段と、この超音 波発生手段による超音波振動を伝達する研磨液とを具備したことを特徴とする超音波研磨装置」が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２４６３４２号公報
【特許文献２】特開平６−２２６６１２号公報
【特許文献３】特開平５−２００６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）の研磨装置は、研磨パッドの目立てで発生しスラリ−に含まれる研磨パッドの屑が運搬用の穴を塞がないように、スラリーの液面に超音波振動子を接触させ超音波振動を与え、運搬用の穴から切り屑を離脱させ研磨パッド外に排出させるものであるため、研磨パッドの目立てを行うためのパッドコンディショナーが必要であると共に、研磨パッドと加工物であるウェハとの間にスラリーを供給するために研磨パッドに穴を形成する必要があるので、構成が複雑で生産性に欠けるという課題を有していた。
また、被加工面に供給されたスラリーを回収する手段を有していないので、スラリーの回収、再利用をすることができず、省資源性に欠けるという課題を有していた。
（２）（特許文献２）の研磨工具は、弾性変形自在な可撓性の研磨体を介して研磨するとともに、この研磨体に超音波振動を印加するものであるため、弾性膜で密閉空間を形成する必要があると共に、密閉空間に流体を供給しなければならず、構成が複雑であり、研磨体に目詰まり等が発生した場合の交換が困難でメンテナンス性に欠けるという課題を有していた。
（３）（特許文献３）の超音波研磨装置は、研磨砥石の研磨面において振動する定在波の面内振動と、研磨面に垂直に振動する定在波の楕円振動を発生させ、研磨液を供給しながら超音波研磨するものであり、研磨砥石に目詰まりが発生した場合の清掃や交換等、定期的なメンテナンスが必要で使用性に欠けるという課題を有していた。
また、研磨面に供給された研磨液を回収する手段を有していないので、研磨液の回収、再利用をすることができず、省資源性に欠けるという課題を有していた。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、超音波振動子によって工具先端のバフシートを縦振動させながら研磨を行うことにより、バフシートの厚みを変化させその繊維間の隙間からスラリー等に含まれる遊離砥粒の吸引による供給と遊離砥粒及び研磨屑の排出が自動的に繰返し行なわれ、バフシートの目詰まりを防止できる加工性、信頼性に優れた超音波研磨工具の提供及び工具の長寿命性に優れ、バフシートと加工物の被加工面との間にスラリーを常時、自動的に供給することができ、長時間の連続研磨が可能で生産性に優れ、容易に自動化できると共に、スラリーを循環させることにより、スラリーの撹拌を行なって遊離砥粒が沈澱するのを防止でき、スラリーを繰返し回収、再利用することができ、省資源性に優れた研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明の超音波研磨工具は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の超音波研磨工具は、駆動部と、前記駆動部により回転する主軸と、前記主軸の中心に形成された中空部に内挿され固設された縦振動を発生させる超音波振動子と、前記超音波振動子の端部に連設され前記超音波振動子の振動振幅を拡大しその先端に伝達する超音波ホーンと、前記超音波ホーンの先端に固定されたバフシートと、を備えている構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）超音波研磨工具が、主軸の中空部に配設され縦振動を発生させる超音波振動子と、主軸の下端に連設された超音波ホーンの先端に固定されたバフシートを有することにより、超音波振動子の振動振幅を超音波ホーンにより拡大して先端のバフシートに伝達させることができるので、超音波砥粒加工と回転工具によるバフ研磨の長所を活かしたバフシートによる接触加工を行うことができ、研磨効率を向上させることができる。
（２）超音波振動子が主軸の中空部に配設されているので、超音波研磨工具をコンパクト化できる。
（３）主軸を回転させるモータ等の駆動部を有するので、超音波振動子と共に超音波振動子の下端に連設された超音波ホーンを回転させることができ、工具先端のバフシートを回転させながら加工物の被加工面を研磨することができる。
（４）超音波振動子の振動振幅を拡大する超音波ホーンを有するので、省電力でバフシートを振動させて効率的に研磨を行うことができる。
（５）超音波振動子でバフシートを縦振動させることにより、バフシートの厚みを変化させ、その繊維間の隙間からスラリー等に含まれる遊離砥粒の吸引による供給と、遊離砥粒及び研磨屑の排出が常時、自動的に繰り返され、バフシートの目詰まりを発生させることがなく、バフシートと加工物の被加工面との間にスラリーを供給することができ、長時間の研磨を連続的に行うことができ、容易に自動化を行うことができる。
（６）超音波振動子の縦振動により、バフシートに付着した遊離砥粒や研磨屑が振り落とされると共に、主軸の回転により、遠心力で遊離砥粒や研磨屑をバフシートの外周に排出させることができ、確実にバフシートの目詰まりを防止できる。
（７）バフシートの繊維によって適度にスラリー等に含まれる遊離砥粒を保持することができるので、研磨を効率的に行うことができる。
（８）超音波ホーンと被加工面との間にバフシートを挟むことにより、工具移動時に被加工面に傷をつけずに加工することができると共に、バフシートの弾性が工具押付け時の微妙な位置決め誤差を吸収できるので、研磨加工時に特に高さ方向での高い位置決め精度を必要とせず、被加工面の微妙な表面凹凸に倣いながら加工ができ、信頼性を向上させることができる。
【０００６】
ここで、工具振動系の振動源としての超音波振動子には、ニッケル，銅，コバルトなどを原料として焼結したフェライト振動子を主流とする磁歪振動子とチタン酸バリウム系及びチタン酸ジルコン酸鉛系を代表とする圧電セラミックスによる電歪振動子の二種類があるが、操作性と効率性の良さから電歪振動子が好適に用いられる。特に、ボルト締めランジュバン形振動子は、エネルギ変換効率が高く、ボルト締め構造のため大振幅に耐えることができ、小型化が容易で信頼性に優れ、種々の構造に製作することができる。
超音波ホーンには、指数形、円錐形、ステップ形などがあるが、特に指数形状を有するものはエネルギ伝達効率が高く、総合的な加工特性に優れ好ましい。超音波ホーンの材質としては、工具鋼、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム合金等が好適に用いられる。
バフシートとしては、フェルト製等の柔軟性材料のものが好適に用いられる。特に、不燃性や難燃性で焦げにくく、スラリー等に含まれる遊離砥粒を適度に保持できる隙間を備えた弾性体であることが望ましい。
【０００７】
バフシートの厚さは、０．８ｍｍ〜１．５ｍｍが好ましい。バフシートの厚さが０．８ｍｍより薄くなるにつれ、バフシートの弾性が低下し、長寿命性に欠ける傾向があり、厚さが１．５ｍｍより厚くなるにつれ、超音波振動をバフシートの表面まで十分に伝達することが困難になる傾向があり、いずれも好ましくない。
バフシートは粘着テープや接着剤等を用いて超音波ホーンの先端に貼着する等して固定する。
加工物の被加工面に水と遊離砥粒を混合したスラリーを供給したり、ダイヤモンドの細粒を分散剤で練ったペースト状研磨剤を塗布したりして研磨を行うことができる。特に、ペースト状研磨剤を使用した場合、より精密な加工を行うことができ、鏡面化を行うことができる。
駆動部は指定した回転数で主軸を回転させることができ、加工物の材質や研磨量等の加工条件に応じて回転数を制御できるものが用いられる。また、駆動軸と超音波研磨工具の主軸との間に減速歯車対を連結し、駆動部の回転数を減速させている。これにより、主軸の回転トルクを増大させることができ、超音波ホーン先端部のバフシートが加工物の被加工面に押付けられて接触する際、確実に回転力を伝達することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波研磨工具であって、前記バフシートが略円形に形成され、その直径が、前記超音波ホーンの先端の外径の１倍〜１．２倍に形成されている構成を有している。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）バフシートが略円形に形成され、その直径が超音波ホーンの先端の外径の１倍〜１．２倍に形成されていることにより、工具先端の全面積を有効に利用することができ、バフシート全体で効率的に研磨を行うことができる。
【０００９】
ここで、バフシートの直径が、超音波ホーンの先端の外径の１倍より小さくなるにつれ、バフシートの面積が不足して研磨効率が低下し易くなると共に、超音波ホーン先端部の角部が被加工面等に接触して加工物を傷つけ易くなる傾向があり、１．２倍より大きくなるにつれ、バフシートの外周が超音波ホーンの先端外周からはみ出す量が増加し、押付力がほとんど作用しないはみ出し部分が自由振動し易く、超音波ホーンの先端とバフシートの間の粘着層にスラリー等の水分が浸入し、バフシートが剥がれ易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
超音波振動子によりバフシートを縦振動させていることにより、加工中にバフシートの繊維間の隙間に、適宜、スラリー等に含まれる遊離砥粒を吸引して取込むことができるので、バフシートの形状を円形にすることにより、超音波ホーン先端の全面積を有効に利用することができ、半円や、３／４円等の一部を切り欠いた形状よりも効率的に研磨を行うことができ、加工性に優れる。
尚、超音波ホーンの中心軸を若干、傾けた場合、超音波ホーンの先端と加工物の被加工面との間隔が広い（バフシートが圧縮されていない）側から遊離砥粒や研磨屑が排出され易く、加工性に優れる。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の研磨装置は、（ａ）請求項１又は２に記載の超音波研磨工具と、（ｂ）スラリーが収容されたメインタンクと、前記メインタンクに連設されたポンプと、前記メインタンクの上方に配設され前記ポンプの送液管によって汲み上げられた前記スラリーを貯溜するバッファタンクと、前記バッファタンクの上方に接続され一定量を超えた前記スラリーを前記メインタンクに戻入させるオーバーフロー管と、前記バッファタンクの底部に接続され前記加工物の被加工面へ前記スラリーを供給するスラリー供給管と、前記加工物の外周を囲繞するように配設され前記加工物の被加工面へ供給された前記スラリーを捕集するスラリー回収容器と、前記スラリー回収容器に接続され前記スラリー回収容器に捕集された前記スラリーを前記メインタンクに回収するスラリー回収管と、を有するスラリー循環部と、を備えている構成を有している。
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）超音波振動子の振動を超音波ホーンにより拡大して工具先端のバフシートに伝達する超音波研磨工具を有するので、スラリー循環部により加工物の被加工面へスラリーの供給を行うことにより、バフシートによる効率的な研磨を行うことができる。
（２）スラリー循環部により、加工物の被加工面へのスラリーの供給と回収を行うことができるので、スラリーを繰り返し使用することができ、省資源性に優れる。
（３）スラリーが遊離砥粒と水を混合したものであるので、被加工面及びバフシートを水冷することができ、長時間の研磨を連続的に行うことができる。
（４）スラリー循環部が、スラリーが収容されたメインタンクと、メインタンクに連設されたポンプと、を有することにより、メインタンクの上方に配設されたバッファタンクにポンプによって汲み上げたスラリーを貯溜することができ、バッファタンクの上方に接続されたオーバーフロー管から一定量を超えたスラリーをメインタンクに戻入させることができるので、常にバッファタンクの内部に一定量のスラリーを貯溜しながら、メインタンクとバッファタンクの間でスラリーを循環させることができ、バッファタンクの底部に接続されたスラリー供給管から加工物の被加工面へスラリーを供給することができる。
（５）ポンプとオーバーフロー管により、メインタンクとバッファタンクの間でスラリーを循環させることができるので、スラリーを撹拌することができ、スラリー内で遊離砥粒が沈澱することを防止できる。
（６）加工物の外周を囲繞するようにスラリー回収容器が配設されていることにより、スラリー供給管から加工物の被加工面へ供給されたスラリーを捕集することができ、スラリー回収容器に接続されたスラリー回収管により、スラリー回収容器に捕集されたスラリーをメインタンクに回収して再使用することができる。
（７）スラリー供給管がバッファタンクの底部に接続されていることにより、ポンプが停止するなどしてバッファタンク内部のスラリーの水位が下がった場合でも、バッファタンク内部のスラリーのほぼ全量がなくなるまで、加工物の被加工面へスラリーを供給することができ、超音波研磨工具の発熱や研磨不良等の発生を低減することができる。
（８）バッファタンクの底部に接続された送液管からスラリーを送液することにより、バッファタンク内のスラリーを巻き上げて撹拌することができ、スラリー内の遊離砥粒の沈降を防止できる。
【００１１】
ここで、主軸にスリップリングを配設することにより、回転する主軸の中空部に配設された超音波研磨工具の超音波振動子に対して外部の超音波発振器から電流を供給することができる。尚、スリップリングの代りに、主軸を上下二箇所でそれぞれ軸支する二個のベアリングと、各々のベアリングの内周及び外周にそれぞれ環装された絶縁体と、各々のベアリングの外周側にそれぞれ接続された電極と、主軸の側部に穿設された配線挿通孔と、配線挿通孔に挿通され各々のベアリングの内周側と超音波振動子を電気接続する配線と、を有する場合、スリップリングが不要で装置をコンパクト化することができる。また、これにより、主軸が回転してもベアリングを介して電気的に接続された状態を維持することができ、超音波振動子に対し寸断や脈動のない安定した電流供給を行うことができる。
主軸に近接して配設された送気管を有する場合、送気管から超音波振動子に対して空気を送風して強制的に空冷することができ、超音波振動子の発熱を抑えることができ、長時間連続して加工を行うことができ、生産性を向上させることができる。
【００１２】
主軸の側面に円周上に穿設された１以上の送気孔と、送気孔と異なる高さ位置で主軸の側面に円周上に穿設された１以上の排気孔と、を有することにより、送気管から送風された空気を送気孔から超音波振動子に対して直接、送風することができると共に、送風した空気を排気孔から確実に排気させることができ、効率的に超音波振動子を冷却でき、冷却効率を向上させることができる。送気孔及び排気孔を主軸の円周上に複数個、穿設することにより、主軸が回転しても中空部に配設された超音波振動子への送気と排気を確実に行うことができる。送気孔及び排気孔は、丸孔状や長孔状等に形成することができる。尚、送気孔及び排気孔は主軸の円周上に各々等間隔をあけて３箇所〜８箇所ずつ穿設することが好ましい。送気孔及び排気孔の数が３箇所より少なくなるにつれ、超音波振動子への十分な送気及び排気を行うことができず、冷却効率が低下する傾向がみられ、８箇所より多くなるにつれ、主軸の強度が低下し易くなり、いずれも好ましくない。
尚、超音波発振器に位相同期回路（ＰＬＬ回路＝Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ回路）を内蔵することにより、共振周波数或いはその近傍の適切な周波数を自動的に追尾しながら超音波振動子を駆動することができ、信頼性に優れる。
【００１３】
スラリーは遊離砥粒と水を混合したもので、遊離砥粒としてはアルミナ、緑色炭化珪素（ＧＣ）、白色アルミナ（ＷＡ）等が好適に用いられる。遊離砥粒は水に対して重量比で７ｗｔ％〜１２ｗｔ％の割合で配合される。遊離砥粒の配合比率が７ｗｔ％より少なくなるにつれ、スラリー内に含まれる遊離砥粒の量が不足して研磨効率が低下する傾向があり、配合比率が１２ｗｔ％より多くなるにつれ、粘性が高くなり、流動性が低下し易く、スラリー供給管の中や加工物の被加工面上で流れ難くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
また、遊離砥粒の直径は被加工面の表面粗さに応じて選択する。研磨前の被加工面の表面粗さＲy（最大高さ）の１〜２倍程度の平均粒径を持つ番手の遊離砥粒を使用することが好ましい。
【００１４】
スラリー回収容器の内部に加工物を載置、固定するワーク固定台が配設される。これにより、加工物の被加工面へ供給されたスラリーを確実に捕集して回収することができる。
バッファタンクをメインタンク及びスラリー回収容器よりも上方に配設することにより、ポンプ等を用いることなく、重力を利用して一定量を超えたスラリーをオーバーフロー管からメインタンクに戻入させることや加工物の被加工面へのスラリーの供給を行うことができる。
また、メインタンクをスラリー回収容器よりも下方に配設することにより、ポンプ等を用いることなく、スラリー回収容器に捕集されたスラリーを重力によってスラリー回収管からメインタンクに回収することができる。スラリー回収容器には、スラリー回収管側が低くなるように傾斜をつけ、スラリーが集まるようにすることが好ましい。これにより、スラリー回収容器の内部にスラリーが取り残されるのを防止でき、より確実にスラリーの回収を行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の研磨装置であって、前記スラリー循環部の前記スラリー供給管が流量調整バルブを備えている構成を有している。
この構成により、請求項３の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）スラリー循環部のスラリー供給管が流量調整バルブを備えていることにより、加工物の被加工面へ供給するスラリーの供給量を容易に調整することができ、一定量のスラリーを確実に供給することができる。
（２）バッファタンクが常にオーバーフローしながら一定水位を保っているので、バッファタンクに接続されたスラリー供給管は、途中の流量調節バルブによって少ない流量でも安定したスラリー流量を設定でき、メインタンクからバッファタンクへスラリーを送り出しているポンプを常にフル稼働させながら、これとは独立に被加工面へ供給するスラリー流量が少量でも安定して供給することができる。
ここで、流量調整バルブは、バルブの開度を手動又は自動で調節して流量を一定に保持することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の研磨装置であって、前記超音波研磨工具が、三軸直交座標形ロボットに装着されている構成を有している。
この構成により、請求項３又は４の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）超音波研磨工具が三軸直交座標形ロボットに装着されていることにより、加工物の面積や厚さ、研磨量に応じて超音波研磨工具を自在に移動させることができ、短時間で確実な研磨を行うことができる。
（２）超音波研磨工具が三軸直交座標形ロボットに装着されていることにより、超音波研磨工具を鉛直方向に移動させることができ、超音波研磨工具の超音波ホーンの先端に固定されたバフシートを加工物に押付ける押付力を容易に変更することができ、最適な加工条件で加工を行うことができる。
（３）超音波研磨工具が三軸直交座標形ロボットに装着されていることにより、超音波研磨工具を加工物の被加工面に押付けた状態で前後や左右に往復移動させたり、往復移動にランダムな動きを付加したりすることができると共に、移動速度を容易に変更することができ、最適な加工条件で加工を行うことができる。
（４）超音波研磨工具が三軸直交座標形ロボットに装着されていることにより、人間が手で長時間続けることができない動きでもプログラムによって容易に実現させることができ、自動化を行なって生産性を向上させることができる。
【００１７】
ここで、超音波研磨工具に六軸力覚センサを組込むことにより、超音波研磨工具の超音波ホーンの先端に固定されたバフシートに加えられた押付力や各座標軸回りのモーメントの変動をリアルタイムで計測し確認しながら加工を行うことができ、異常事態への対処も可能で研磨装置を自動化した際の管理を容易にでき、信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明の超音波研磨工具及びそれを備えた研磨装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）超音波研磨工具が、主軸の中空部に配設され縦振動を発生させる超音波振動子と、主軸の下端に連設された超音波ホーンの先端に固定されたバフシートを有することにより、超音波振動子の振動振幅を超音波ホーンにより拡大して先端のバフシートに伝達させることができるので、超音波砥粒加工と回転工具によるバフ研磨の長所を活かしたバフシートによる接触加工を行うことができ、研磨効率を向上させることができる加工性に優れた超音波研磨工具を提供することができる。
（２）超音波振動子でバフシートを縦振動させることにより、バフシートの繊維間の隙間から遊離砥粒の供給（吸引）と遊離砥粒及び研磨屑の排出が自動的に繰り返され、バフシートの目詰まりを発生させることがなく、バフシートと加工物の被加工面との間にスラリーを供給することができ、長時間の研磨を連続的に行うことができ、容易に自動化を行うことができる信頼性、長寿命性に優れた超音波研磨工具を提供することができる。
（３）超音波振動子の縦振動により、バフシートに付着した遊離砥粒や研磨屑が振り落とされると共に、主軸の回転により、遠心力で遊離砥粒や研磨屑をバフシートの外周に排出させることができ、確実にバフシートの目詰まりを防止できる信頼性に優れた研磨装置を提供することができる。
（４）バフシートの繊維によって適度に遊離砥粒を保持し、研磨を効率的に行うことができる生産性に優れた超音波研磨工具を提供することができる。
（５）超音波ホーンと被加工面との間にバフシートを挟むことにより、工具移動時に被加工面に傷をつけずに加工することができると共に、バフシートの弾性が工具押付け時の微妙な位置決め誤差を吸収できるので、研磨加工時に特に高さ方向での高い位置決め精度を必要とせず、被加工面の微妙な表面凹凸に倣いながら加工ができる信頼性、生産性に優れた超音波研磨工具を提供することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）バフシートが略円形に形成され、その直径が超音波ホーンの先端の外径の１倍〜１．２倍に形成されていることにより、工具先端の全面積を有効に利用することができ、バフシート全体で効率的に研磨を行うことができる加工性、効率性に優れた超音波研磨工具を提供することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）超音波振動子の縦振動を超音波ホーンにより拡大して工具先端のバフシートに伝達する超音波研磨工具を有するので、スラリー循環部により加工物の被加工面へスラリーの供給を行うことにより、バフシートによる効率的な研磨を行うことができる加工性に優れた研磨装置を提供することができる。
（２）スラリー循環部により、加工物の被加工面へのスラリーの供給と回収を行うことができるので、スラリーを繰り返し使用することができる機能性、省資源性に優れた研磨装置を提供することができる。
（３）遊離砥粒と水を混合したスラリーにより、被加工面及びバフシートを水冷することができ、長時間の研磨を連続的に行うことができる信頼性に優れた研磨装置を提供することができる。
（４）スラリー循環部が、スラリーが収容されたメインタンクと、メインタンクに連設されたポンプと、を有することにより、メインタンクの上方に配設されたバッファタンクにポンプによって汲み上げたスラリーを貯溜することができ、バッファタンクの上方に接続されたオーバーフロー管から一定量を超えたスラリーをメインタンクに戻入させることができるので、常にバッファタンクの内部に一定量のスラリーを貯溜しながら、メインタンクとバッファタンクの間でスラリーを循環させることができ、バッファタンクの底部に接続されたスラリー供給管から加工物の被加工面へスラリーを供給することができる加工安定性、信頼性に優れた研磨装置を提供することができる。
（５）ポンプとオーバーフロー管により、メインタンクとバッファタンクの間でスラリーを循環させることができるので、スラリーを撹拌することができ、スラリー内で遊離砥粒が沈澱することを防止できる加工安定性、信頼性に優れた研磨装置を提供することができる。
（６）スラリー供給管がバッファタンクの底部に接続されていることにより、ポンプが停止するなどしてバッファタンク内部のスラリーの水位が下がった場合でも、バッファタンク内部のスラリーのほぼ全量がなくなるまで、加工物の被加工面へスラリーを供給することができ、超音波研磨工具の発熱や研磨不良等の発生を低減することができる動作安定性、信頼性に優れた研磨装置を提供することができる。
（７）バッファタンクの底部に接続された送液管からスラリーを送液することにより、バッファタンク内のスラリーを巻き上げて撹拌することができ、スラリー内の遊離砥粒の沈降を防止できる動作安定性、信頼性に優れた研磨装置を提供することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）バッファタンクが常にオーバーフローしながら一定水位を保っているので、バッファタンクに接続されたスラリー供給管は、途中の流量調節バルブによって少ない流量でも安定したスラリー流量を設定でき、メインタンクからバッファタンクへスラリーを送り出しているポンプを常にフル稼働させながら、これとは独立に被加工面へ供給するスラリー流量が少量でも安定して供給することができる動作安定性、信頼性に優れた研磨装置を提供することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項３又は４の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）超音波研磨工具が三軸直交座標形ロボットに装着されていることにより、加工物の面積や厚さ、研磨量に応じて超音波研磨工具を自在に移動させることができ、短時間で確実な研磨を行うことができる操作性、信頼性に優れた研磨装置を提供することができる。
（２）超音波研磨工具が三軸直交座標形ロボットに装着されていることにより、超音波研磨工具を鉛直方向に移動させることができ、超音波研磨工具の超音波ホーンの先端に固定されたバフシートを加工物に押付ける押付力を容易に変更することができ、最適な加工条件で加工を行うことができる操作性、生産性に優れた研磨装置を提供することができる。
（３）超音波研磨工具が三軸直交座標形ロボットに装着されていることにより、超音波研磨工具を加工物の被加工面に押付けた状態で前後や左右に往復移動させたり、往復移動にランダムな動きを付加したりすることができると共に、移動速度を容易に変更することができ、最適な加工条件で加工を行うことができる生産性、操作性に優れた研磨装置を提供することができる。
（４）超音波研磨工具が三軸直交座標形ロボットに装着されていることにより、人間の手磨きでは真似のできない複雑な経路での研磨を繰り返し実現でき、自動化が容易で生産性、信頼性に優れた研磨装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における超音波研磨工具について、以下図面を参照しながら説明する。
図１は実施の形態１における超音波研磨工具を示す要部断面側面図である。
図１中、１は本発明の実施の形態１における超音波研磨工具、２は超音波研磨工具１をＺ軸ステージや三軸直交座標形ロボット等に固定するための工具固定部、２ａは工具固定部２の垂直固定部、２ｂ、２ｃは垂直固定部２ａに直交して配設され超音波研磨工具１を支持する工具固定部２の水平支持部、３は水平支持部２ｂ上に配設され指定された回転数で回転するＤＣモータ等の駆動部、３ａは駆動部３の駆動軸、３ｂは駆動軸３ａに嵌着された歯車、４は駆動軸３ａの歯車３ｂに噛合され回転数を減速させて主軸５に伝達させる減速歯車、５は後述する超音波振動子１７が内挿される中空部５ａが形設され駆動部３により回転する超音波研磨工具１の主軸、５ｂは主軸５の側部に穿設され超音波振動子１７に電流を供給するための配線１５ａ、１５ｂが挿通された配線挿通孔、５ｃは主軸５の上方側面に複数穿設され後述する送気管２１から超音波振動子１７を冷却する空気を送風する送気孔、５ｄは主軸５の下方側面に複数穿設され超音波振動子１７に送風された空気を排気する排気孔、６は環状に形成され中心部の貫通孔６ａに主軸５が挿通され内部に組込まれたボルト（図示せず）により水平支持部２ｃに固定され超音波研磨工具１に働く押付力や各座標軸回りのモーメントを検出する六軸力覚センサ、７は連結リング固定ボルト７ａにより六軸力覚センサ６の下面に配設された外筒連結リング、８は主軸５が内挿された主軸収容外筒、８ａは主軸収容外筒８の上端外周に形成され外筒固定ボルト９により六軸力覚センサ６の下面に配設された外筒連結リング７に固定された上部フランジ、８ｂは主軸収容外筒８の下端外周に形成された下部フランジ、１０は主軸５に螺合され後述するボールベアリング１１ａ及び絶縁体１２ａの抜けを防止する固定用ナット、１１ａ、１１ｂは主軸５を上下二箇所でそれぞれ軸支する二個のボールベアリング、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂはそれぞれ二個のボールベアリング１１ａ、１１ｂの内周及び外周に環装されたベークライト製などの絶縁体、１４ａ、１４ｂは二個のボールベアリング１１ａ、１１ｂの外周側にそれぞれ接続された電極、１５ａ、１５ｂは主軸５の側部に穿設された配線挿通孔５ｂを通って二個のボールベアリング１１ａ、１１ｂの内周側と超音波振動子１７を電気接続する配線、１６は固定用ボルト１６ａにより主軸収容外筒８の下部フランジ８ｂに固定されボールベアリング１１ｂ及び絶縁体１３ｂの抜けを防止する固定リング、１７は主軸５の中空部５ａに挿設され電極１４ａ、１４ｂが接続されたボールベアリング１１ａ、１１ｂを介して外部の超音波発振器（図示せず）から電流を供給され縦振動する超音波研磨工具１の超音波振動子、１８は超音波振動子１７の下端に連設され超音波振動子１７の振動振幅を拡大するステンレス鋼製等で形成された超音波研磨工具１の超音波ホーン、１８ａは超音波振動子１７の下端に接触し指数形状部１８ｃに振動振幅を伝達する超音波ホーン１８の円柱部、１８ｂは超音波ホーン１８を固定するためのホーン固定用フランジ部、１８ｄは指数形状部１８ｃの下端に延設された超音波ホーン１８の先端円柱部、１８ｅは超音波ホーン１８の先端である工具先端、１９は主軸５の下端との間で超音波ホーン１８のホーン固定用フランジ部１８ｂを挟持しホーン固定ボルト１９ａにより主軸５の下端に固定されたホーン固定用リング、２０は超音波ホーン１８の工具先端１８ｅの形状に合わせて略円形に形成され超音波ホーン１８の工具先端１８ｅに固定された超音波研磨工具１のフェルト製等のバフシート、２１は主軸収容外筒８の側部に穿設された挿通孔８ｃに挿通固定され主軸５の側面に複数穿設された送気孔５ｃから超音波振動子１７に対して空気を送風し超音波振動子１７を空冷する送気管である。
【００２４】
超音波振動子１７にはエネルギ変換効率が高く、大振幅に耐えることができ、小型化が容易で信頼性に優れるボルト締めランジュバン形振動子を使用した。
通常、回転軸に対して固定部から通電するためにはスリップリングが用いられるが、その代りに、主軸５を軸支している二個のボールベアリング１１ａ、１１ｂにそれぞれ電極１４ａ、１４ｂを接続し、超音波振動子１７に対して電流を供給することにより、スリップリングを不要とし、超音波研磨工具１をコンパクト化した。主軸５が回転してもボールベアリング１１ａ、１１ｂを介して電気的に接続された状態を維持でき、寸断や脈動のない安定した電流供給を実現した。
また、主軸収容外筒８の挿通孔８ｃに挿通固定され主軸５の送気孔５ｃに近接した送気管２１から超音波振動子１７に対して空気を送風することにより空冷し、超音波振動子１７の発熱を抑え、長時間連続して加工を行うことを可能とし、生産性を向上させた。
【００２５】
超音波振動子１７に対して空気を送風する送気孔５ｃ及び送気された空気を排気する排気孔５ｄは、それぞれ主軸５の中空部５ａに内挿された超音波振動子１７の上端及び下端に相当する高さに穿設した。これにより、効率的に超音波振動子１７全体を空冷することができ、信頼性に優れる。また、送気孔５ｃ及び排気孔５ｄはそれぞれ主軸５の円周上に６０度毎に穿設した。このように送気孔５ｃ及び排気孔５ｄを主軸５の円周上に複数個、穿設することにより、主軸５が回転しても中空部５ａに配設された超音波振動子１７への送気と排気を行うことができる。
尚、超音波振動子１７に電流を供給する超音波発振器（図示せず）に位相同期回路を内蔵することにより、共振周波数或いはその近傍の適切な周波数を自動的に追尾しながら超音波振動子１７を駆動することができ、信頼性に優れる。
また、超音波ホーン１８には、エネルギ伝達効率が高く、総合的な加工特性に優れる指数形状を有するものを使用した。
六軸力覚センサ６を有することにより、超音波研磨工具１の超音波ホーン１８の工具先端１８ｅに固定されたバフシート２０に加えられた押付力や各座標軸回りのモーメントをリアルタイムで計測し確認しながら加工を行うことができ、超音波研磨工具１を自動化した際も管理が容易で、異常事態への対処も可能で信頼性に優れる。
【００２６】
以上のように構成された実施の形態１における超音波研磨工具を用いた研磨装置について説明する。
図２は本発明の実施の形態１における超音波研磨工具を用いた研磨装置の構成を示す模式正面図である。
図２中、２２は本発明の実施の形態１における超音波研磨工具を用いた研磨装置、２３は超音波研磨工具１を三軸方向に移動させる研磨装置２２の三軸直交座標形ロボット、２３ａは三軸直交座標形ロボット２３の基台、２４は基台２３ａの上面に配設された三軸直交座標形ロボット２３のＸ軸方向移動案内部、２５はＸ軸方向移動案内部２４に摺動自在に立設されＸ軸方向移動案内部２４の長手方向に沿って前後（Ｘ軸方向）に移動する三軸直交座標形ロボット２３のＺ軸方向移動案内部、２６は工具固定部２によって摺動自在に固定された超音波研磨工具１を左右（Ｙ軸方向）に案内しつつＺ軸方向移動案内部２５に沿って上下（Ｚ軸方向）に移動する三軸直交座標形ロボット２３のＹ軸方向移動案内部、２７は三軸直交座標形ロボット２３に並設された研磨装置２２のスラリー循環部、２８はスラリーが収容されたスラリー循環部２７のメインタンク、２９はメインタンク２８に連設されたポンプ、２９ａはポンプ２９に接続されメインタンク２８の上方に配設されたバッファタンク３０へポンプ２９によって汲み上げられたスラリーを送液する送液管、３０はポンプ２９によって汲み上げられたスラリーを一定の水位に貯溜するバッファタンク、３１はバッファタンク３０の上方に接続されバッファタンク３０内で一定量を超えたスラリーをメインタンク２８に戻入させるオーバーフロー管、３２はバッファタンク３０の底部に接続され加工物の被加工面へスラリーを供給するスラリー供給管、３２ａはスラリー供給管３２の管路の途中に配設されスラリーの供給量を調整する流量調整バルブ、３３は三軸直交座標形ロボット２３の基台２３ａ上に配設された固定台２３ｂ上に載置され加工物が載置、固定されるワーク固定台（図示せず）を収容して加工物の被加工面へ供給されたスラリーを捕集するスラリー回収容器、３３ａはスラリー回収容器３３の下部に接続されスラリー回収容器３３に捕集されたスラリーをメインタンク２８に回収するスラリー回収管である。
【００２７】
バッファタンク３０をメインタンク２８及びスラリー回収容器３３よりも上方に配設することにより、ポンプ等を用いることなく、重力によって一定量を超えたスラリーをオーバーフロー管３１からメインタンク２８に戻入させることや加工物の被加工面へのスラリーの供給を行うことができる。
また、メインタンク２８をスラリー回収容器３３よりも下方に配設することにより、ポンプ等を用いることなく、重力によってスラリー回収容器３３に捕集されたスラリーをスラリー回収管３３ａからメインタンク２８に回収することができる。
バッファタンク３０の底部に接続された送液管２９ａからスラリーを送液することにより、バッファタンク３０内のスラリーを撹拌することができ、スラリー内の遊離砥粒の沈降を防止できる。
流量調整バルブ３２ａは、バルブの開度を手動又は自動で調節して流量を一定に保持することができる。
尚、三軸直交座標形ロボット２３の制御及び六軸力覚センサ６からの出力のモニタリングはコンピュータ（図示せず）により簡便に行うことができる。
【００２８】
以上のように構成された実施の形態１における超音波研磨工具を用いた研磨装置の研磨方法について説明する。
図２において、まず、スラリー循環部２７のポンプ２９を駆動する。メインタンク２８に収容されたスラリーは、ポンプ２９により送液管２９ａを通って汲み上げられバッファタンク３０に貯溜される。バッファタンク３０内で一定量を超えたスラリーは、バッファタンク３０の上方に接続されたオーバーフロー管３１を通ってメインタンク２８に戻入される。しばらくメインタンク２８とバッファタンク３０の間でスラリーを循環させる。循環により十分にスラリーの攪拌が行われた後、バッファタンク３０に接続されたスラリー供給管３２の流量調整バルブ３２ａを開き、加工物の被加工面へのスラリーの供給を開始する。
次に、三軸直交座標形ロボット２３のＸ軸方向移動案内部２４、Ｚ軸方向移動案内部２５、Ｙ軸方向移動案内部２６により、三軸直交座標形ロボット２３の原点位置から加工物の被加工面付近まで超音波研磨工具１を移動させる。その後、Ｚ軸方向移動案内部２５によりＹ軸方向移動案内部２６を降下させ、超音波研磨工具１の工具先端１８ｅに固定されたバフシート２０を加工物の被加工面に近接させる。
送気管２１から超音波振動子１７への送気を開始し、超音波振動子１７に電流を供給して縦振動を発生させると共に、駆動部３を駆動して主軸５を回転させる。
Ｙ軸方向移動案内部２６をＺ軸方向移動案内部２５に沿って降下させることにより、超音波研磨工具１の工具先端１８ｅに固定されたバフシート２０を一定の押付力で加工物の被加工面に押付ける。超音波研磨工具１をＸ軸方向移動案内部２４及びＹ軸方向移動案内部２６によって所定の速度で前後及び左右に往復運動させる等して研磨を行う。
尚、研磨の経路は往復運動に限らず、予めプログラムされた所定の経路に沿って超音波研磨工具１を移動させ研磨を行うことができる。
【００２９】
図３は研磨時の超音波研磨工具の先端を示す要部拡大模式断面図である。
図３中、３４はスラリー回収容器３３内に収容され加工物３５が載置、固定されたワーク固定台、３５ａは加工物３５の被加工面、３６はスラリー循環部２７のスラリー供給管３２から供給されたスラリー、３６ａはスラリー３６中の遊離砥粒である。
遊離砥粒３６ａの直径は研磨前の加工物３５の被加工面３５ａの表面粗さＲy（最大高さ）の１〜２倍程度に相当する平均粒径のものを使用した。
【００３０】
超音波研磨工具１の主軸５を回転させることにより超音波ホーン１８が矢印ａのように回転し、工具先端１８ｅに固定されたバフシート２０によって研磨が行なわれる。
このとき、バフシート２０の繊維によって適度にスラリー３６内の遊離砥粒３６ａを保持することができ、バフシート２０と加工物３５の被加工面３５ａを接触させるので、研磨を効率的に行うことができる。
バフシート２０が超音波振動子１７によって矢印ｂのように縦振動することにより、バフシート２０の繊維間の隙間から矢印ｃのようにスラリー３６内の遊離砥粒３６ａの供給（吸引）と遊離砥粒３６ａ及び研磨屑の排出が繰り返され、バフシート２０の目詰まりが発生することがなく、バフシート２０と加工物３５の被加工面３５ａとの間にスラリー３６をバフシート２０の振動に合わせて常時、自動的に供給することができ、長時間の研磨を連続的に行うことができる。
また、主軸５の回転により、遠心力で遊離砥粒３６ａや研磨屑をバフシート２０の外周にバフシート２０の振動に合わせて排出させることができ、確実にバフシート２０の目詰まりを防止している。
加工物３５の被加工面３５ａに供給されたスラリー３６は、スラリー回収容器３３に捕集されスラリー回収管３３ａを通ってメインタンク２８に回収されることにより、再びバッファタンク３０へ送られ循環し、繰返し使用される。
【００３１】
バフシート２０の直径は超音波ホーン１８の工具先端１８ｅの外径の１倍〜１．２倍に形成した。バフシート２０の直径が、工具先端１８ｅの外径の１倍より小さくなるにつれ、バフシート２０の面積が不足して研磨効率が低下し易くなると共に、超音波ホーン１８の工具先端１８ｅの角部が被加工面３５ａ等に接触して加工物３５を傷つけ易くなる傾向があり、１．２倍より大きくなるにつれ、バフシート２０の外周が工具先端１８ｅの外周からはみ出す量が増加し、押付力がほとんど作用しないはみ出し部分が自由振動し易く、超音波ホーン１８の工具先端１８ｅとバフシート２０の間の粘着層にスラリー３６等の水分が浸入し、バフシート２０が剥がれ易くなる傾向があることがわかった。
本実施の形態では、バフシート２０は粘着テープを用いて超音波ホーン１８の工具先端１８ｅに貼着したが、接着剤やその他の固定手段（面ファスナー等）を用いてもよい。
スラリー３６は水に対して重量比で７ｗｔ％〜１２ｗｔ％の割合で遊離砥粒３６ａとしてアルミナを配合したものを使用した。遊離砥粒３６ａの配合比率が７ｗｔ％より少なくなるにつれ、スラリー３６内に含まれる遊離砥粒３６ａの量が不足して研磨効率が低下する傾向があり、配合比率が１２ｗｔ％より多くなるにつれ、粘性が高くなり、流動性が低下し易く、スラリー供給管３２の中や加工物３５の被加工面３５ａ上で流れ難くなる傾向があり、いずれも好ましくないことがわかった。
【００３２】
実施の形態１における超音波研磨工具及びそれを用いた研磨装置は以上のように構成されているので以下の作用を有する。
（１）超音波研磨工具１が、主軸５の中空部５ａに配設され縦振動を発生させる超音波振動子１７と、超音波振動子１７の下端に連設された超音波ホーン１８の工具先端１８ｅに固定されたバフシート２０を有することにより、超音波振動子１７の振動振幅を超音波ホーン１８により拡大して工具先端１８ｅのバフシート２０に伝達することができ、スラリー循環部２７により加工物３５の被加工面３５ａへスラリー３６の供給を行うことができるので、バフシート２０による接触加工を行うことができ、効率的な研磨を行うことができる。
（２）超音波振動子１７が主軸５の中空部５ａに配設されているので、超音波研磨工具１をコンパクト化できる。
（３）主軸５を回転させる駆動部３を有するので、主軸５の中空部５ａに配設された超音波振動子１７と共に超音波振動子１７の下端に連設された超音波ホーン１８を回転させることができ、超音波ホーン１８の工具先端１８ｅに固定されたバフシート２０を回転させながら加工物３５の被加工面３５ａを研磨することができる。
（４）超音波研磨工具１が超音波振動子１７の振動振幅を拡大する超音波ホーン１８を有するので、省電力でバフシート２０を振動させて効率的に研磨を行うことができる。
（５）超音波振動子１７でバフシート２０を縦振動させることにより、バフシート２０の繊維間の隙間からスラリー３６内の遊離砥粒３６ａの供給（吸引）と遊離砥粒３６ａ及び研磨屑の排出が自動的に繰り返され、バフシート２０の目詰まりが発生することがなく、バフシート２０と加工物３５の被加工面３５ａとの間にスラリー３６を供給することができ、長時間の研磨を連続的に行うことができ、容易に自動化を行うことができる。
（６）超音波振動子１７の縦振動により、バフシート２０に付着した遊離砥粒３６ａが振り落とされると共に、主軸５の回転により、遠心力で研磨屑や遊離砥粒３６ａをバフシート２０の外周に排出させることができ、確実にバフシート２０の目詰まりを防止できる。
（７）スラリー循環部２７により、加工物３５の被加工面３５ａへのスラリー３６の供給と回収を行うことができるので、スラリー３６を繰り返し使用することができ、省資源性に優れる。
（８）スラリー３６が遊離砥粒３６ａと水を混合したものであるので、加工物３５の被加工面３５ａ及びバフシート２０を水冷することができ、長時間の研磨を連続的に行うことができる。
（９）バフシート２０の繊維によって適度にスラリー３６内の遊離砥粒３６ａを保持することができるので、研磨を効率的に行うことができる。
（１０）超音波ホーン１８と加工物３５の被加工面３５ａとの間にバフシート２０を挟むことにより、工具移動時に被加工面３５ａに傷をつけずに加工することができると共に、バフシート２０の弾性が工具押付け時の微妙な位置決め誤差を吸収できるので、研磨加工時に特に高さ方向での高い位置決め精度を必要とせず、被加工面３５ａの微妙な表面凹凸に倣いながら加工ができ、信頼性を向上させることができる。
（１１）バフシート２０が略円形に形成され、その直径が超音波ホーン１８の工具先端１８ｅの外径の１倍〜１．２倍に形成されていることにより、工具先端１８ｅの全面積を有効に利用することができ、バフシート２０全体で効率的に研磨を行うことができる。
（１２）スラリー循環部２７が、スラリー３６が収容されたメインタンク２８と、メインタンク２８に連設されたポンプ２９と、を有することにより、メインタンク２８の上方に配設されたバッファタンク３０にポンプ２９によって汲み上げたスラリー３６を貯溜することができ、バッファタンク３０の上方に接続されたオーバーフロー管３１から一定量を超えたスラリー３６をメインタンク２８に戻入させることができるので、常にバッファタンク２８の内部に一定量のスラリー３６を貯溜しながら、メインタンク２８とバッファタンク３０の間でスラリー３６を循環させることができ、バッファタンク３０の底部に接続されたスラリー供給管３２から加工物３５の被加工面３５ａへスラリー３６を供給することができる。
（１３）ポンプ２９とオーバーフロー管３１により、メインタンク２８とバッファタンク３０の間でスラリー３６を循環させることができ、送液管２９ａがバッファタンク３０の下からスラリー３６を吐出し巻き上げるので、スラリー３６を撹拌することができ、スラリー３６内で遊離砥粒３６ａを拡散させることができ、沈澱を防止できる。
（１４）加工物３５の外周を囲繞するようにスラリー回収容器３３が配設されていることにより、スラリー供給管３２から加工物３５の被加工面３５ａへ供給されたスラリー３６を捕集することができ、スラリー回収容器３３に接続されたスラリー回収管３３ａにより、スラリー回収容器３３に捕集されたスラリー３６をメインタンク２８に回収して再使用することができる。
（１５）スラリー供給管３２がバッファタンク３０の底部に接続されていることにより、ポンプ２９が停止するなどしてバッファタンク３０内部のスラリー３６の水位が下がった場合でも、バッファタンク３０内部のスラリー３６のほぼ全量がなくなるまで、加工物３５の被加工面３５ａへスラリー３６を供給することができ、超音波研磨工具１の発熱や研磨不良等の発生を低減することができる。
（１６）スラリー循環部２７のスラリー供給管３２が流量調整バルブ３２ａを備えていることにより、ポンプ２９が常にフル稼働した状態でもポンプ２９とは独立に流量調整でき、加工物３５の被加工面３５ａへ供給するスラリー３６の供給量を容易に調整することができ、一定量のスラリー３６を確実に供給することができる。
（１７）超音波研磨工具１が三軸直交座標形ロボット２３に装着されていることにより、加工物３５の面積や厚さ、研磨量に応じて超音波研磨工具１を自在に移動させることができ、短時間で確実な研磨を行うことができる。
（１８）超音波研磨工具１が三軸直交座標形ロボット２３に装着されていることにより、超音波研磨工具１を鉛直方向に移動させることができ、超音波研磨工具１の工具先端１８ｅに固定されたバフシート２０を加工物３５に押付ける押付力を容易に変更することができ、最適な加工条件で加工を行うことができる。
（１９）超音波研磨工具１が三軸直交座標形ロボット２３に装着されていることにより、超音波研磨工具１を加工物３５の被加工面３５ａに押付けた状態で前後や左右の往復移動やランダムな移動あるいは手磨きでは真似のできないような様々なパターンで移動をさせることができると共に、移動速度を容易に変更することができ、最適な加工条件で加工を行うことができる。
（２０）超音波研磨工具１に六軸力覚センサ６を組込むことにより、超音波研磨工具１に配設された超音波ホーン１８の工具先端１８ｅに固定されたバフシート２０に加えられた押付力や各座標軸回りのモーメントを計測し確認しながら加工を行うことができるので、押付力を一定に制御することが容易であり、研磨装置２２を自動化した際も管理が容易で、信頼性、生産性を向上させることができる。
（２１）主軸収容外筒８の側部に穿設された挿通孔８ｃに挿通固定された送気管２１により、主軸５の側面に複数穿設された送気孔５ｃから超音波振動子１７に対して送風した空気を同じく主軸５の側面に複数穿設された排気孔５ｄから排気することができるので、研磨加工時の主軸５が回転している状態においても、主軸５の中空部５ａに配設された超音波振動子１７への送気と排気を確実に行うことができ、効率的に超音波振動子１７全体を空冷することができ、長時間の連続的な研磨が可能で実用性、信頼性に優れる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
実施の形態１における超音波研磨工具１を用いた研磨装置２２により研磨を行った。
加工物３５には平面研削盤で研削したＳ４５Ｃの平板を使用した。
超音波研磨工具１の超音波ホーン１８の工具先端１８ｅには工具先端１８ｅの外径とほぼ同径の直径７．５ｍｍ、厚さ１ｍｍのフェルト製のバフシート２０を貼り付けて使用した。また、超音波研磨工具１の被加工面３５ａへの押付力は１ｋｇｆとし、スラリー（ＷＡ＃８０００は水に対して重量比１０ｗｔ％）を流量３１５ｍｌ／ｍｉｎで供給した。
直線距離２０ｍｍの２点間を移動速度２ｍｍ／ｓで往復させながら２０分間研磨を行った。尚、研磨時の往復移動方向は、研削条痕に直角な方向とした。
超音波振動子１７の縦振動の有無と主軸５の回転の有無を組み合わせた４種類の条件について、各々５回ずつ実験を行った。
表１に各条件における研磨前後の表面粗さＲy（最大高さ）の平均減少量を示す。尚、表面粗さＲyは研削条痕に平行な方向と直角な方向のそれぞれについて測定した。
【表１】
2005329501.tif 000003
【００３４】
表１より、本実施例では、超音波振動子１７の縦振動と主軸５の回転の両方を付加した条件ａが他の条件ｂ〜ｄの場合よりも表面粗さが小さくなっていることがわかった。
また、条件ａ、ｃの研磨に使用したバフシート２０の表面を比較したところ、条件ｃで使用したバフシート２０は黒く変色していたが、条件ａで使用したバフシート２０にはそれがほとんど見られなかった。これにより、超音波振動子１７の縦振動によって研磨屑が排出され、バフシート２０の目詰まりが防止されていることがわかった。
以上の結果から、超音波振動（縦振動）と工具（主軸）の回転の両方の作用により、被加工面３５ａとバフシート２０との接触部分でスラリー３６の流入とバフシート２０により適度に拘束された遊離砥粒３６ａによる研磨作用及び効率的な研磨屑の排出が行われて、良好な研磨面を得られることがわかった。これにより、長時間にわたる良好な研磨加工の維持が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、金属やセラミック等の研磨において、超音波振動を用いて加工物の凹凸を研磨し平坦化、鏡面化する研磨装置に関し、超音波振動子によって工具先端のバフシートを縦振動させながら研磨を行うことにより、バフシートの繊維間の隙間からスラリー等に含まれる遊離砥粒の供給と遊離砥粒及び研磨屑の排出が自動的に繰返し行なわれ、バフシートの目詰まりを防止でき、バフシートの長寿命性に優れ、バフシートと加工物の被加工面との間にスラリーを供給することができ、長時間の連続研磨が可能で生産性に優れ、容易に自動化できると共に、スラリーを循環させることにより、スラリーの撹拌を行なって遊離砥粒が沈澱するのを防止でき、スラリーを繰返し回収、再利用することができ、省資源性に優れた研磨装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態１における超音波研磨工具を示す要部断面側面図
【図２】本発明の実施の形態１における超音波研磨工具を用いた研磨装置の構成を示す模式正面図
【図３】研磨時の超音波研磨工具の先端を示す要部拡大模式断面図
【符号の説明】
【００３７】
１  本発明の実施の形態１における超音波研磨工具
２  工具固定部
２ａ  垂直固定部
２ｂ、２ｃ  水平支持部
３  駆動部
３ａ  駆動軸
３ｂ  歯車
４  減速歯車
５  主軸
５ａ  中空部
５ｂ  配線挿通孔
５ｃ  送気孔
５ｄ  排気孔
６  六軸力覚センサ
６ａ  貫通孔
７  外筒連結リング
７ａ  連結リング固定ボルト
８  主軸収容外筒
８ａ  上部フランジ
８ｂ  下部フランジ
８ｃ  挿通孔
９  外筒固定ボルト
１０  固定用ナット
１１ａ、１１ｂ  ボールベアリング
１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ  絶縁体
１４ａ、１４ｂ  電極
１５ａ、１５ｂ  配線
１６  固定リング
１６ａ  固定用ボルト
１７  超音波振動子
１８  超音波ホーン
１８ａ  円柱部
１８ｂ  ホーン固定用フランジ部
１８ｃ  指数形状部
１８ｄ  先端円柱部
１８ｅ  工具先端
１９  ホーン固定用リング
１９ａ  ホーン固定ボルト
２０  バフシート
２１  送気管
２２  研磨装置
２３  三軸直交座標形ロボット
２３ａ  基台
２３ｂ  固定台
２４  Ｘ軸方向移動案内部
２５  Ｚ軸方向移動案内部
２６  Ｙ軸方向移動案内部
２７  スラリー循環部
２８  メインタンク
２９  ポンプ
２９ａ  送液管
３０  バッファタンク
３１  オーバーフロー管
３２  スラリー供給管
３２ａ  流量調整バルブ
３３  スラリー回収容器
３３ａ  スラリー回収管
３４  ワーク固定台
３５  加工物
３５ａ  被加工面
３６  スラリー
３６ａ  遊離砥粒
【図１】
2005329501.tif 000004
【図２】
2005329501.tif 000005
【図３】
2005329501.tif 000006