(57)【要約】【課題】  揺動可能に保持された工具保持部材のバランスをとることが容易な研磨装置の提供。【解決手段】  水平な架台１に載せ置かれ、直交する三軸方向に移動可能な第一基台３、第二基台５、および第三基台７と、この第三基台７に設けられた支持部材１３と、この支持部材１３に回転可能に設けられた工具保持部材３５と、この工具保持部材３５に設けられた研磨工具４１とを備える。支持部材１３には、工具保持部材３５が水平であるか否かを確認するための近接センサ５１が設けられている。近接センサ５１により検出される金属ジグ５３は、工具保持部材３５が支持部材１３に対して回転し、工具保持部材３５の軸方向が水平となったときに近接センサ５１の軸線上に位置するように、工具保持部材３５に固定されている。【選択図】      図１
2007276081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後左右および上下に移動可能な基台と、
この基台に前後方向に沿って設けられた回転軸まわりに揺動可能に保持された工具保持部材と、
この工具保持部材に設けられ、加工対象物を研磨する研磨工具と、
この研磨工具に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
前記工具保持部材の水平を検出する検出手段と、
この検出手段による検出を監視しつつ、前記工具保持部材を上下動させることで、前記工具保持部材を水平に保持可能に、前記基台を作動させる制御部と
を備えることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
加工対象物にかかる荷重を調整する荷重調整手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
垂直面内を揺動可能に基台に保持された工具保持部材は、その一端部に前記研磨工具が設けられており、
前記基台と工具保持部材との間には、付勢力を調整可能にコイルバネが設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記研磨工具は棒状とされ、その軸線まわりに回転可能に、かつ、傾斜した状態で前記工具保持部材に保持された
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の研磨装置。
【請求項５】
前記研磨工具の超音波振動の振幅、周波数、または振動方向を可変に制御可能とされた
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の研磨装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の研磨装置において加工対象物の中心を求める方法であって、
仮中心Ａを決定する工程、
仮中心Ａから距離ａ離間した点Ｂに研磨工具を移動させる工程、
点Ｂに研磨工具を置いた状態で、加工対象物を回転させて第一円を描く工程、
仮中心Ａから距離ｂ離間した点Ｃに研磨工具を移動させる工程、
点Ｃに研磨工具を置いた状態で、加工対象物を回転させて第二円を描く工程、
各円の半径を求める工程、
前記距離ａ、距離ｂおよび前記各円の半径に基づいて補正量を求める工程
を含むことを特徴とする加工対象物の中心決定方法。
【請求項７】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の研磨装置によって加工対象物を研磨する方法であって、
送り方向の座標値に応じて、研磨工具の送り速度、加工対象物への負荷、超音波振動の振幅、または超音波振動の周波数のいずれか一以上を変化させる
ことを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小径レンズの金型などを研磨するのに使用される研磨装置および研磨方法に関するものである。特に、研磨工具が超音波により微振動する研磨装置および研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえばレンズの金型は、切削や研削により加工がなされてきた。ところが、レンズの金型は、非常に精度の高い加工が要求されるのに対して、切削や研削加工は、高速で効率は良いが、到達できる面粗さや、表面性状の均一性などの点において限界があった。
【０００３】
一方、研磨加工は、加工速度など、効率の点で切削や研削加工よりも劣るが、微小量を精度良く加工でき、到達できる面粗さや表面性状の均一性も切削や研削加工より良好である。そのため、前段階として、切削や研削加工で形状精度をある程度だしておいて、最後に研磨によりごくわずかに残った誤差の修正を行うと共に、面粗さを向上させる必要性がある。そして、研磨加工をする研磨装置について、下記特許文献１に示す発明が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−９６０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に示す研磨装置では、工具保持部材（超音波研磨ヘッド）が一点の支点で支えられており、揺動可能に保持されている。そして、研磨加工を行なう際には、その点を中心にバランスがとられるが、このバランスをとることは困難であった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、揺動可能に保持された工具保持部材のバランスをとることが容易な研磨装置および研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、前後左右および上下、つまり直交する３軸方向に移動可能な基台と、この基台に前後方向に沿って設けられた回転軸まわりに揺動可能に保持された工具保持部材と、この工具保持部材に設けられ、加工対象物を研磨する研磨工具と、この研磨工具に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、前記工具保持部材の水平を検出する検出手段と、この検出手段による検出を監視しつつ、前記工具保持部材を上下動させることで、前記工具保持部材を水平に保持可能に、前記基台を作動させる制御部とを備えることを特徴とする研磨装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、加工対象物にかかる荷重を調整する荷重調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、垂直面内を揺動可能に基台に保持された工具保持部材は、その一端部に前記研磨工具が設けられており、前記基台と工具保持部材との間には、付勢力を調整可能にコイルバネが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記研磨工具は棒状とされ、その軸線まわりに回転可能に、かつ、傾斜した状態で前記工具保持部材に保持されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の研磨装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記研磨工具の超音波振動の振幅、周波数、または振動方向を可変に制御可能とされたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の研磨装置である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の研磨装置において加工対象物の中心を求める方法であって、仮中心Ａを決定する工程、仮中心Ａから距離ａ離間した点Ｂに研磨工具を移動させる工程、点Ｂに研磨工具を置いた状態で、加工対象物を回転させて第一円を描く工程、仮中心Ａから距離ｂ離間した点Ｃに研磨工具を移動させる工程、点Ｃに研磨工具を置いた状態で、加工対象物を回転させて第二円を描く工程、各円の半径を求める工程、前記距離ａ、距離ｂおよび前記各円の半径に基づいて補正量を求める工程を含むことを特徴とする加工対象物の中心決定方法である。
【００１２】
さらに、請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の研磨装置によって加工対象物を研磨する方法であって、送り方向の座標値に応じて、研磨工具の送り速度、加工対象物への負荷、超音波振動の振幅、または超音波振動の周波数のいずれか一以上を変化させることを特徴とする研磨方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の研磨装置および研磨方法によれば、回転可能に保持された工具保持部材のバランスを容易にとることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の研磨装置および研磨方法の一実施例について、図面に基づき更に詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の研磨装置の一実施例を示す概略斜視図である。また、図２は、図１の研磨装置の部分拡大図であり一部を断面にして示しており、図３は図２のIII−III断面図である。さらに、図４および図５は、図２の左側面図と右側面図である。
【００１６】
本実施例の研磨装置は、たとえば、小径レンズの金型の研磨に使用される。金型は短円柱形状とされ、予め切削、研削などにより上面に曲面状の凹部が加工されており、本実施例の研磨装置により仕上げの研磨加工が施される。
【００１７】
本実施例の研磨装置は、水平な架台１に載せ置かれて左右方向（ｘ方向）に移動可能な第一基台３と、この第一基台３に載せ置かれて前後方向（ｙ方向）に移動可能な第二基台５と、この第二基台５に載せ置かれて上下方向（ｚ方向）に移動可能な第三基台７と、この第三基台７に設けられた支持部材１３と、この支持部材１３に回転可能に設けられた工具保持部材３５と、この工具保持部材３５に設けられた研磨工具４１とを主要部に備える。なお、第三基台７は、第二基台５に立設された柱部９に沿って上下動するよう構成されている。
【００１８】
第一基台３、第二基台５および第三基台７は、モータ（不図示）によりそれぞれ駆動されて移動する。本実施例では、各基台３，５，７を駆動するモータにパルスモータが使用される。また、各基台３，５，７はコントローラやパーソナルコンピュータなどからなる制御器１１により移動速度および移動距離などが制御されており、本実施例の研磨装置は、ＮＣ制御装置とされている。
【００１９】
支持部材１３は、略Ｌ字形材とされ、一端部が第三基台７に固定されている。具体的には、支持部材１３は、第三基台７から前方へ延出する矩形板状の一片１５と、この一片１５の先端部から下方へ延出する矩形板状の他片１７とから構成される。
このように第三基台７に固定された支持部材１３は、第三基台７の上下動に伴って上下に移動する。
【００２０】
図３に示すように、支持部材１３の他片１７の下端部には、前後方向に沿って筒部１９が形成されている。この筒部１９には、前後に離間して二つのベアリング２１，２１が設けられている。各ベアリング２１は、その中央穴２１ａの軸方向が前後方向に沿うように配置され、外輪２３が筒部１９にはめ込まれて固定されている。
【００２１】
ベアリング２１の中央穴２１ａには、丸棒状の回転軸２５がはめ込まれている。つまり、ベアリング２１の内輪２７に回転軸２５がはめ込まれて固定されている。この回転軸２５の先端部には、略円環状の留具２９が設けられている。
【００２２】
留具２９は、その軸方向が回転軸２５の軸方向と直交するように設けられている。本実施例の留具２９は、一対の湾曲した部材３１，３１から構成されており、各部材３１，３１の端部は径方向外側へ屈曲されている。そして、各部材３１，３１の端部同士が重ね合わされて、ネジ３３で固定される。
【００２３】
工具保持部材３５は、略円筒形状とされ、留具２９にはめ込まれて留具２９の各部材３１，３１がネジ３３で締め付けられることで固定される。このように、工具保持部材３５は、回転軸２５の先端部に固定された留具２９に保持されており、回転軸２５まわりに支持部材１３に回転可能に設けられている。
なお、本実施例では、工具保持部材３５は、その軸線が水平な状態から、回転軸２５まわりに一定以上回転しないように支持部材１３に揺動可能に保持されている。
つまり、工具保持部材３５は、垂直面（ｘｚ面）内を揺動可能に保持されている。
【００２４】
工具保持部材３５の内部には、図２に示すように、振動子３７が内蔵されている。そして、工具保持部材３５には、略棒状のホーン３９が同軸上に差し込まれている。このホーン３９の基端部は、前記振動子３７に連結されており、ホーン３９の先端部は、工具保持部材３５の先端から先端側へ突出している。
【００２５】
研磨工具４１は、細長い丸棒状とされ、ホーン３９の先端部に形成された貫通穴に差し込まれてホーン３９に着脱可能に保持されている。本実施例では、研磨工具４１は、工具保持部材３５の軸方向に対して直交するように固定されている。具体的には、研磨工具４１は、工具保持部材３５が水平に保持された状態において、上下方向に沿うようにホーン３９の先端部に設けられている。
【００２６】
また、研磨工具４１の下端部には逆円錐形状の研磨部４３が一体に設けられている。この研磨部４３の下端部は、丸みを帯びた形状に形成されており、たとえば先端は直径０．３〜２．０ｍｍとされる。
【００２７】
本実施例の研磨装置は、工具保持部材３５に内蔵された振動子３７によりホーン３９が振動し、これに伴って研磨工具４１が工具保持部材３５の軸方向に沿って微小振動する。つまり、工具保持部材３５が水平に保持された状態では、研磨工具４１は左右方向（ｘ方向）に微小振動する。本実施例では、研磨工具４１の振幅は、約１０〜４０μｍとされる。
【００２８】
本実施例の研磨装置により研磨される金型４５は、架台１に設けられた取付台４７に取り付けられる。取付台４７は、上下方向に沿う軸まわりに回転可能とされている。本実施例の取付台４７は、チャックの構造とされ、金型４５は三つのツメ４９，４９，４９で固定される。この取付台４７も、前記制御器１１により、その回転速度などが制御される。なお、取付台４７は、チャック以外の構造であっても構わない。
【００２９】
このような構成の本実施例の研磨装置により金型４５を研磨する場合、まず切削や研削加工された金型４５の形状が予め定められた形状定義数値が制御器１１に入力される。制御器１１は、その数値から研磨工具４１の軌跡や研磨工具４１の送り速度を計算し、それに基づいて工具駆動用のＮＣプログラムを作成し、研磨工具４１の走査の制御を行なう。つまり、各基台３，５，７を動かすモータなどは、制御器１１の指示に従って駆動する。なお、加工量に応じて複数回走査することもある。
【００３０】
また、本実施例の研磨装置により金型４５を研磨する際、工具保持部材３５はその軸方向が水平になるように保持され、研磨工具４１が垂直に保持された状態で、研磨工具４１の研磨部４３が金型４５の表面に当接される。そして、研磨工具４１が、ｘ方向に沿って、たとえば左から右へ移動して金型４５の表面が研磨される。本実施例では、第一基台３が架台１に対してｘ方向に沿って左から右へ移動することで支持部材１３および工具保持部材３５が移動し、ひいては研磨工具４１が移動することで金型４５が研磨されていく。この際、研磨工具４１は、左右方向の微小な超音波振動をしながら金型４５を研磨する。
【００３１】
本実施例の研磨装置による研磨加工の際、取付台４７は回転しており、これに伴って金型４５もその軸まわりに回転している。よって、研磨工具４１は、回転している金型４５に対して、左右方向に微小振動しながら、半径方向に沿って移動していく。なお、取付台４７の回転数は、たとえば、２０〜５００ｒｐｍとされる。このように、各基台３，５，７および取付台４７の一連の動き、つまり送り速度や移動距離および回転速度などは、上述したように制御器１１により制御されて金型４５が研磨される。
【００３２】
ところで、本実施例の研磨装置は、工具保持部材３５が支持部材１３に揺動可能に保持されている。また、工具保持部材３５は、前記回転軸２５より先端側（研磨工具４１側）のほうが重い。したがって、初期状態では、図６に示すように、工具保持部材３５は、先端側へ行くに従って下方へ傾斜した状態で支持部材１３に保持されている。
このように、本実施例の研磨装置は、工具保持部材３５が支持部材１３に揺動可能に保持されていることで、金型４５に荷重を付加した状態で研磨可能な構成とされている。
【００３３】
そして、同一形状の複数の金型を研磨加工する際、各加工ごとの荷重を一定にするためには工具保持部材３５の傾きを一定にする必要がある。そのため、本実施例の研磨装置には、工具保持部材３５の傾斜角度を測定または確認するための位置検知手段が設けられている。
【００３４】
本実施例では、上述したように、工具保持部材３５を水平に保持した状態で金型４５を研磨することで、各加工ごとの荷重を一定にしている。
そこで、本実施例では、工具保持部材３５が水平であるか否かを確認するための位置検知手段として、近接センサ５１が使用される。本実施例の近接センサ５１は、高周波発振形とされ、磁性金属の有無を検出するものである。
【００３５】
本実施例では、近接センサ５１は、支持部材１３に固定されている。また、近接センサ５１に検出される金属ジグ５３が、工具保持部材３５の外周面に固定されている。
具体的には、近接センサ５１は、その検出部をｙ方向に沿って工具保持部材３５側へ向けた状態で支持部材１３に固定されている。また、金属ジグ５３は、工具保持部材３５が支持部材１３に対して回転し、工具保持部材３５の軸方向が水平となったときに検出部の軸線上に位置するように、工具保持部材３５に固定されている。
【００３６】
また、本実施例の近接センサ５１には、ランプ５５が設けられており、検出部の軸線上に金属ジグ５３がある場合には、たとえばランプ５５が青色に点灯し、金属ジグ５３が検出部の軸線上に無いときはランプ５５は赤色に点灯する。なお、工具保持部材３５などは、樹脂などの被磁性体の材料により形成されており、近接センサ５１の検知に影響のない材質とされる。
【００３７】
このような構成により、工具保持部材３５の軸方向が水平な状態の場合に、近接センサ５１が金属ジグ５３を感知してランプ５５が青色に点灯し、工具保持部材３５が水平でない場合には、ランプ５５が赤色に点灯している。このように、本実施例の研磨装置は、近接センサ５１が設けられていることで、工具保持部材３５が水平状態にあるか否かの確認をすることが容易とされる。つまり、工具保持部材３５のバランスをとることが容易である。
【００３８】
ここで、工具保持部材３５の軸方向を水平にするには、まず、第三基台７を上方へ移動させて工具保持部材３５および研磨工具４１を金型４５より上方へ配置した状態から、研磨工具４１の研磨部４３が金型４５に当接するように第三基台７を下降させる。
そして、さらに第三基台７を下降させて、近接センサ５１のランプ５５が青色になった時点で下降を止めれば、工具保持部材３５は、水平な状態とされる。
【００３９】
本実施例では、制御器１１が操作部を有している。例えばパーソナルコンピュータに接続されたキーボードが操作部とされており、キーボードのキー操作により第三基台７を駆動させるモータの回転を制御して第三基台７を上下動させることができる。よって、近接センサ５１を監視しながら、操作部を操作して第三基台７を上下動させ、近接センサ５１のランプ５５が青色になった時点で操作部の操作を止めればよい。
【００４０】
また、近接センサ５１の検出信号を制御器１１に送ることで、自動的に工具保持部材３５を水平にすることができる。
つまり、近接センサ５１の検出信号と比較しながら制御器１１が第三基台７を駆動させるモータの回転を制御して第三基台７を上下動させて、近接センサ５１が工具保持部材３５の水平を検出すると、制御器１１はモータの回転を止めて第三基台７の上下動を止める。このように、近接センサ５１を設けることで、手動または自動で工具保持部材３５を水平にすることができる。
【００４１】
なお、研磨加工中、研磨工具４１は金型４５の曲面状の凹部を移動することで若干上下動するが、金型４５の形状を制御器１１が把握していることで、制御器１１は、研磨工具４１の上下動に伴って第三基台７を上下動させて、工具保持部材３５が水平を保つように制御している。
【００４２】
このように、本実施例の研磨装置は、工具保持部材３５を水平に保持することで、各加工ごとの荷重を一定にしているが、工具保持部材３５の基端部に設けられた荷重調整部材５７により、金型４５にかかる荷重を調整することができる。
【００４３】
本実施例では、支持部材１３に水平に固定された取付板５９に、荷重調整部材５７の本体６１が固定されている。この本体６１は、マイクロメータと同様の構造とされ、ダイヤル６３を回すことで、下端部の軸部６５が上下に進退する。この軸部６５には、下方へ突出して細長い丸棒６７が一体的に設けられている。
【００４４】
また、工具保持部材３５には、その軸方向に沿って板材６９が設けられている。本実施例では、工具保持部材３５が水平に保持された状態において、回転軸２５より左側の位置に板材６９が設けられている。この板材６９には、上下方向に沿って貫通穴（不図示）が形成されており、この貫通穴に、前記丸棒６７の先端部が差し込まれている。なお、前記貫通穴は、工具保持部材３５が回転した際に、丸棒６７が当たらないような大きさに形成されており、たとえば工具保持部材３５の軸方向に細長い穴に形成されている。
【００４５】
そして、丸棒６７には、コイルバネ７１が差し込まれており、コイルバネ７１の上端部は本体６１の軸部６５に固定されており、コイルバネ７１の下端部は、前記板材６９に固定されている。これにより、本体６１のダイヤル６３を回して軸部６５を上下に移動させることで、コイルバネ７１が伸縮する。
【００４６】
このように、支持部材１３と工具保持部材３５との間にコイルバネ７１が介在されていることで、工具保持部材３５が支持部材１３に対して回転軸２５まわりに揺動する際、負荷がかかる。また、ダイヤル６３を回してコイルバネ７１を伸縮させることで、工具保持部材３５の回転方向の負荷が調整可能とされ、ひいては、金型４５にかかる荷重を調整することが可能となる。
【００４７】
そして、金型４５にかかる荷重は、板状の電子秤７３を使用することで測定することができる。荷重を測定するには、まず、電子秤７３を取付台４７に水平に載せ置く。次に、各基台３，５，７を移動させて、研磨工具４１の研磨部４３を電子秤７３の上面に接触させると共に、図７に示すように、工具保持部材３５を水平な状態にする。そして、この状態における電子秤７３の目盛りを読めば、工具保持部材３５を水平にした状態における荷重が測定される。この際、上述しように、荷重調整部材５７の本体６１のダイヤル６３を回すと共に、工具保持部材３５を水平に保持することで、荷重を調整することができる。
【００４８】
そして、測定後、電子秤７３を取り除き、取付台４７に金型４５を取り付け、研磨工具４１の研磨部４３を金型４５に当接すると共に、工具保持部材３５を水平にすれば、所望の荷重つまり前記測定された荷重が金型４５にかかる。このように、本実施例の研磨装置は、金型４５にかかる荷重を調整して研磨することが可能である。
【００４９】
なお、コイルバネなどからなる付勢部材の位置は、適宜変更可能である。コイルバネの場合、一端部が支持部材１３（第三基台７）側に固定されて、他端部が工具保持部材３５側に固定されていれば、工具保持部材３５の回転方向の負荷を調整することが可能である。たとえば、回転軸２５のまわりに設けてもよい。
【００５０】
また、コイルバネの代わりに工具保持部材３５に錘を載せ置くことで、金型４５にかかる荷重を調整することができる。つまり、工具保持部材３５の前記回転軸２５より左側（工具保持部材３５の基端側）に錘を載せ置くことで、金型４５にかかる荷重を小さくすることができ、右側へ錘を載せ置けば荷重を大きくすることができる。
【００５１】
ところで、本実施例の研磨装置は、研磨工具４１の研磨部４３が、金型４５の中心（回転中心）を通ることを前提として、各基台３，５，７の送り速度や送り量などが制御されている。よって、研磨工具４１の研磨部４３が金型４５の中心を通らない場合、予定された研磨加工を行なうことができない。
【００５２】
そこで、研磨加工前に、研磨工具４１の研磨部４３が金型４５の中心を通過するように調整する必要がある。なお、この調整は、研磨工具４１を工具保持部材３５（ホーン３９）に取り付けた際に、一度行なえばよく、その後は、金型４５の中心位置を制御器１１に記憶させておけばよい。つまり、研磨工具４１の付替時に中心位置がズレやすく、この付替時に調整を行ない金型４５の中心位置を制御器１１が一度認識すれば、その後の研磨の際には、研磨工具４１の研磨部４３が金型４５の中心を通過するように制御することが可能である。
【００５３】
以下、金型４５の中心を割り出す方法について説明する。なお、この中心を割り出す際には、切削加工などがされていない上面が平坦な金型を使用する。
図８および図９は、中心を割り出す方法を示した参考図である。また、図１０は、中心を求める方法の工程を示したフローチャートである。
【００５４】
まず、図８に示すように、金型４５の上面において、任意の仮中心Ａを決め、研磨工具４１を仮中心Ａに移動させる。なお、この時点では、仮中心Ａの座標（ｘ１，ｙ１）は明らかではない。次に、研磨工具４１を仮中心Ａからｘ方向へ所定距離ａずらした点Ｂに移動させる。そして、研磨工具４１の研磨部４３を金型４５に当接し、工具保持部材３５を水平にした状態で、研磨工具４１の位置を固定し、金型４５を回転させて、金型４５の上面に第一円Ｃ１を加工する。このとき、第一円Ｃ１は、真の回転中心Ｏ（０，０）を中心とした円とされる。また、研磨工具４１の研磨部４３の先端には幅があるため、第一円Ｃ１の輪郭線には加工幅がある。
【００５５】
第一円Ｃ１を加工した後、研磨工具４１を一旦、仮中心Ａに戻す。次に、研磨工具４１を仮中心Ａからｙ方向へ所定距離ｂずらした点Ｃに移動させる。そして、先ほどと同様に、研磨工具４１の位置を固定した状態で、金型４５を回転させて、金型４５の上面に第二円Ｃ２を加工する。この第二円Ｃ２も真の回転中心Ｏ（０，０）を中心とした円とされる。また、第二円Ｃ２の輪郭線にも加工幅がある。
【００５６】
次に、第一円Ｃ１および第二円Ｃ２の各半径Ｘ、Ｙを求める。本実施例では、顕微鏡を使用して、図９に示すように、金型４５の中心Ｏを通る直線Ｈ−Ｈと、第一円Ｃ１および第二円Ｃ２の輪郭線の交点Ｘ１、Ｘ２…、Ｘ８を測定する。たとえば、図９において、直線Ｈ−Ｈをｘ軸と考えて、各点Ｘ１、Ｘ２…、Ｘ８のｘ座標を測る。なお、顕微鏡には十字の目盛りＳが設けられているので、各点Ｘ１…、Ｘ８の座標を容易に測ることができる。
【００５７】
そして、これらの数値を下記式１と式２に代入して、第一円Ｃ１の半径Ｘと第二円Ｃ２の半径Ｙを求める。
【００５８】
【数１】
2007276081.tif 000003
【００５９】
【数２】
2007276081.tif 000004
【００６０】
式１および式２から求めたＸとＹ、および上記ａとｂを下記式３と式４に代入して、連立方程式を解くと、仮中心Ａの座標（ｘ１，ｙ１）が求まり、これが求める補正量となる。つまり、この補正量（ｘ１，ｙ１）分だけ、研磨工具４１を仮中心Ａから移動させれば、真の中心Ｏに研磨工具４１の研磨部４３を配置することができる。
【００６１】
【数３】
2007276081.tif 000005
【００６２】
【数４】
2007276081.tif 000006
【００６３】
調整後において、研磨工具４１が金型４５の中心に位置しているか否かを最終的に確認するためには、調整後の位置において円を描いてみればよい。
具体的には、図１１に示すように、調整後の中心位置から、ｘ軸方向に沿って研磨工具４１を左右に移動させて、金型４５の表面に線Ｌ１、Ｌ２を加工する。次に、調整後の中心位置から、ｙ軸方向に沿って研磨工具４１を上下に移動させて、金型４５の表面に線Ｌ３、Ｌ４を加工する。
【００６４】
そして、第一円Ｃ１を加工した場合と同様に、研磨工具４１を調整後の中心位置に固定した状態で、金型４５を回転させて金型４５の表面に第三円Ｃ３を加工する。
このとき、第三円Ｃ３の中心が真の中心であり、第三円Ｃ３は研磨工具４１（研磨部４３）の位置とズレの分だけ偏って描かれる。これを見ることで、調整後の中心位置が、真の中心とどれだけズレているかが把握できる。
そして、たとえば、その誤差が１０μｍ（０．０１ｍｍ）以内であれば、規格内として、調整後の中心位置を真の中心Ｏとみなす。また、その誤差が規格外であれば、もう一度作業をやり直して、中心位置を求めればよい。
【００６５】
なお、実際に、金型の表面に円を加工する場合について説明したが、加工を行なう代わりに金型の表面に薄く塗料を塗布して、上記と同様に、その塗料の表面に円を描いて補正量を求めることも可能である。
【００６６】
ところで、本実施例の研磨装置により、研磨量（加工量）が均等となるように研磨する場合、研磨工具４１の走査速度は、次のように導かれる。
【００６７】
まず、プレストンの法則より、加工量δは、式５で示される。ただし、ｋは比例定数、Ｐは荷重（圧力）、Ｖは研磨工具と金型の相対速度、ｔは滞留時間を示す。また、式５では、超音波のパワーは考慮していない。
【００６８】
【数５】
2007276081.tif 000007
【００６９】
ここで、金型４５を等回転速度ω（ラジアン／秒）で回転させながら、研磨工具４１を半径方向（ｘ方向）に速度Ｆ（ｘ）で走査させる場合、単位面積あたりの研磨時間ｔ（＝滞留時間）は、式６で示される。
【００７０】
【数６】
2007276081.tif 000008
【００７１】
また、Ａは研磨部４３の研磨痕の面積（一定）であり、圧力Ｐと荷重Ｗとの間には、式７の関係がある。
【００７２】
【数７】
2007276081.tif 000009
【００７３】
式５、式６および式７より、式８が導かれる。
【００７４】
【数８】
2007276081.tif 000010
【００７５】
そして、加工量δを一定にしようとする場合、式８から研磨工具４１の走査速度Ｆ（ｘ）を半径ｘに反比例する値に制御しながら加工すればよいことがわかる。
【００７６】
図１２は、研磨工具の送り方を示すフローチャートの一部である。
本実施例の研磨装置は、研磨工具４１が進む軌跡が細かく分割されており、研磨工具４１は、図１２に示すように、少しずつ段階的に送られていく。そして、この段階的な送りの各ステップにおいて、次のステップ位置を呼び出して研磨工具４１を送る際に、式８から算出された速度で研磨工具４１を次の位置まで送ることで、研磨量を均等とすることができる。
【００７７】
しかしながら、式８から算出される走査速度で研磨工具４１を段階的に送っていくと、金型４５の中心部分の加工量が多くなり過ぎて、中心部分がえぐられた誤差形状になりやすい。これは、中心近辺では半径ｘが小さくなり、式８から速度Ｆ（ｘ）が非常に大きい値になってしまうためと考えられる。
つまり、式８の条件下では、半径ｘが小さくなる金型４５の中心近辺では、研磨工具４１を非常な高速で半径方向に走査させなければならず、速度・加速度ともに大きくなるため、第一基台３を駆動するモータなどのアクチュエータに過大な負担が加わり、要求速度で駆動できない。その結果、中心近辺において加工誤差が生じる。
【００７８】
このように、研磨装置の半径方向（ｘ方向）の送りを駆動するモータのパワーの限度から、送り速度や加速度の制限を受け、中心近辺では式８から算出される速度を実現できなくなる。そして、研磨工具４１の走査速度が、式８から算出される速度を下回ると、それに応じて、研磨工具４１の滞留時間が長くなり、設定より過剰に加工されて、えぐられたような加工誤差が発生する。
【００７９】
このような中心付近における過剰加工を防止するために、本実施例の研磨装置は、早送り機能が備えられている。
ここで、加工機には、切削送りと、早送りの二通りの送り速度を有するものがある。切削送りは、十分な帰還制御ができる安全圏内で制御が行なわれるものであり、早送りは、それを超えた速さで高速に工具を初期位置に移動したりするものである。
そして、本実施例の研磨装置は、この早送りを行なう早送り機能を備えることで、中心部分の過剰な加工が防止される。
【００８０】
以下、早送り機能を備えた本実施例の研磨装置による研磨加工の際に、中心部分の過剰加工を防止する方法について説明する。
なお、本実施例では、金型４５の中心のｘ座標を０とし、研磨工具４１が、ｘ方向に沿って負の側から金型４５の中心を通って正の側へ移動しながら研磨する場合について説明する。つまり、図１において、研磨工具４１が左から右へ移動して研磨する場合について説明する。
【００８１】
まず、加工条件を一定として、研磨工具４１を上述の式８から算出される走査速度で段階的に送って金型４５を研磨加工した場合に、どこからどのように誤差が増すかを、測定を通じて把握する。なお、データを蓄積していけば類似の形状に対しても過剰加工の推定ができる。
【００８２】
図１３は、金型の中心付近での誤差分布を示す図である。
上記測定により、過剰加工が発生する場所が把握され、たとえば、図１３に示すように、金型４５の半径Ｒ０以内で過剰加工が顕著になることが特定されたとする。
つまり、ｘ座標が−Ｒ０〜＋Ｒ０の範囲で過剰加工が顕著になったことが特定された場合には、以下のように研磨工具４１を送る。
【００８３】
図１４は、金型中心付近の過剰加工を防止するための研磨工具の送り方を示すフローチャートの一部である。
まず、研磨工具４１の次の送り位置を読み出した後、その送り位置のｘ座標Ｎが−Ｒ０〜＋Ｒ０の範囲に入っているかどうかを判定する。つまり、次の送り位置のｘ方向の絶対座標|Ｎ|が、Ｒ０よりも大きいかどうかを判定する。
【００８４】
判定の結果、次の送り位置の絶対座標|Ｎ|が、半径Ｒ０よりも大きい場合には、通常の処理、つまり式８から得られる速度で、研磨工具４１を次の位置まで送る。
言い換えれば、次の送り位置のｘ座標Ｎが、−Ｒ０より小さい場合には、式８から得られる速度で研磨工具４１を次の位置まで送る。
【００８５】
また、判定の結果、次の送り位置のｘ方向の絶対座標|Ｎ|が、半径Ｒ０以下であった場合には、早送り機能を用いて研磨工具４１をｘ座標＋Ｒ０まで送ってしまう。
つまり、次の送り位置のｘ座標Ｎが、−Ｒ０〜＋Ｒ０の範囲内である場合には、早送り機能を用いて研磨工具４１をｘ座標＋Ｒ０まで送ってしまう。
そして、研磨工具４１をｘ座標＋Ｒ０まで送った後は、式８から得られる速度で段階的に研磨工具４１を送っていけばよい。
【００８６】
このように、本実施例の研磨装置は、金型４５の中心部分を研磨工具４１が帰還制御より高速で送られることで、要求速度に達しないことで過剰な加工がなされてしまうのを回避することができる。
【００８７】
なお、研磨工具４１をｘ方向に沿って左から右へ移動して研磨する場合について説明したが、右から左へ研磨する場合も同様に研磨工具４１を送ればよい。
【００８８】
また、本実施例では、研磨工具４１を超音波で振動させている。そこで、過剰加工を防止するために、上記方法に加えて、または単独で、次のような制御も可能である。
図１５は、超音波振動を調整して金型中心付近の過剰加工を防止する際の研磨工具の送り方を示すフローチャートの一部である。
【００８９】
まず、次の送り位置を読み出した後、その送り位置のｘ方向の絶対座標|Ｎ|が半径Ｒ０よりも大きかった場合には、通常の超音波振動強度で研磨工具４１を駆動する。
【００９０】
判定の結果、次の送り位置のｘ方向の絶対座標|Ｎ|が、半径Ｒ０よりも小さい場合には、さらに絶対座標|Ｎ|が半径Ｒ１よりも大きいかどうか判定する。なお、Ｒ０＞Ｒ１とする（図１３）。
判定の結果、半径Ｒ１よりも大きかった場合には、次の送り位置の絶対座標|Ｎ|が半径Ｒ０〜Ｒ１の間にあると判定され、通常の超音波振動強度より低減した減衰レベル１で研磨工具４１を駆動する。
【００９１】
また、判定の結果、次の送り位置のｘ方向の絶対座標|Ｎ|が、半径Ｒ１よりも小さかった場合には、深い内周部にあると判定され、超音波振動強度を減衰レベル１よりさらに低減した減衰レベル２で研磨工具４１を駆動する。
なお、当然、減衰レベル１より減衰レベル２の振幅のほうが小さく、場合によっては、超音波の発振を停止させて制御することもできる。
【００９２】
このように、金型４５の中心近辺において超音波振動強度を低減することで、中心近辺の過剰加工を防止することができる。
【００９３】
さらに、中心近辺の過剰加工を防止するために、金型４５にかかる荷重を調整してもよい。
図１６は、荷重を調整して、金型の中心付近の過剰加工を防止する際の研磨工具の送り方を示すフローチャートの一部である。
【００９４】
まず、研磨工具４１の次の送り位置を読み出した後、その位置のｘ方向の絶対座標|Ｎ|が半径Ｒ０よりも大きいかどうか判定する。
判定の結果、次の送り位置のｘ方向の絶対座標|Ｎ|が、半径Ｒ０よりも大きかった場合には、通常の荷重で、つまり研磨工具４１をそのまま右方向へ送る。
【００９５】
また、判定の結果、次の送り位置のｘ方向の絶対座標|Ｎ|が、半径Ｒ０以下であった場合には、第三基台７を上動させて研磨工具４１を一旦上空に退避させる。この際、研磨工具４１を金型４５から完全に離してもよいし、研磨工具４１の研磨部４３が金型４５に当接する範囲で上空に退避させるようにしても構わない。
退避させた場合、ｘ方向の移動は、読み出した値で制御し、次の送り位置のｘ方向の絶対座標|Ｎ|が再び半径Ｒ０の外にでたら、荷重位置も通常位置の制御に戻す。つまり、第三基台７を下降させて工具保持部材３５を水平位置に戻し、研磨部４３を金型４５に当接させる。
【００９６】
このように、金型４５の中心近辺において、金型４５にかかる荷重を調整することでも、金型４５の中心近辺の過剰加工を防止することができる。
【００９７】
以上のように、本実施例の研磨装置は、金型の中心近辺における加工方法を変更することで、中心部分の過剰な加工を防止することができる。
【００９８】
ところで、上記実施例では、研磨工具４１は、その進行方向に沿って振動しているが、研磨の平準化を図り、研磨むらなどの発生を抑制するためには、研磨工具４１の振動の方向を変えたり、複数の走査モードを有したりすることが好ましい。
以下、本発明の研磨装置の変形例について説明する。なお、本変形例の研磨装置は、基本的には、前記実施例の研磨装置と同様の構成であり、異なる部分を中心に説明する。
【００９９】
図１７は工具保持部材に超音波発振子が取り付けられた状態を示す図である。
【０１００】
上記実施例では、工具保持部材３５の内部に振動子３７が設けられていたが、本変形例では、工具保持部材３５の先端部に超音波発振子８１が設けられている。
具体的には、工具保持部材３５の先端部に、矩形筒状の取付部８３が設けられており、この取付部８３内に超音波発振子８１が取り付けられている。
取付部８３は、工具保持部材３５が水平な状態において、その中央の矩形穴が上下方向に沿うように形成されている。
【０１０１】
本変形例の超音波発振子８１は、金属やセラミック製の直方体形状の発振体８７の各側面に、電圧の印加により伸縮する圧電素子８９，９１，９３，９５が貼り付けられて形成されている。この際、圧電素子８９と圧電素子９１、および圧電素子９３と圧電素子９５は対向する側面にそれぞれ設けられている。
なお、これらの対向する向きを同図に示すように、それぞれｘ方向およびｙ方向と定義する。これは便宜的に図１のｘ、ｙ方向と対応させるが、ｘとｙが入れ替わっても話は同じである。また、発振体８７は伸縮するタイプ以外に積層型でも良い。
【０１０２】
また、本変形例では、図１７に示すように、発振子８１の発振体８７の中央に、上下方向に沿って研磨工具４１がはめ込まれて固定されている。
そして、本変形例では、工具保持部材３５の取付部８３内で超音波発振子８１が動作することで、研磨工具４１が振動する。
【０１０３】
図１８は、圧電素子８９（９１，９３，９５）の内部構造を示す図であり、（ａ）は通常の状態を示し、（ｂ）は伸長した状態、（ｃ）は縮小した状態を示す図である。
図１８（ａ）に示すように、圧電素子８９（９１，９３，９５）は圧電物質８９Ａ（９１Ａ，９３Ａ，９５Ａ）を挟み込むように電極８９Ｂ（９１Ｂ，９３Ｂ，９５Ｂ）（陽極）および電極８９Ｃ（９１Ｃ，９３Ｃ，９５Ｃ）（陰極）が接続されて形成されている。実用的には同じ印加電圧で歪が大きくなるように圧電物質と電極の対を積層させたりするが、動作原理としては同じである。
【０１０４】
そして、図１８（ｂ）に示すように、電極８９Ｂと電極８９Ｃを外部の電源に接続し、電極８９Ｂに正の電圧を、電極８９Ｃに負の電圧を印加すると、圧電素子は上下方向に長さが伸長する。
逆に、図１８（ｃ）に示すように、電極８９Ｂに負の電圧を、電極８９Ｃに正の電圧を印加すると、圧電素子は上下方向に長さが縮小する。
【０１０５】
図１９は、超音波発振子を正面から見た概略図である。
また、図２０は、超音波発振子の動作を示す図である。
次に、圧電素子８９と圧電素子９１に注目して、圧電素子８９と圧電素子９１が対向する面の動作について、図１９および図２０を参照しながら説明する。
【０１０６】
図１９において、符号１０３は電源装置（または十分大きい出力容量を有する発振回路）であり、その出力Ｏ１と出力Ｏ２に所望の電圧（波形）を発生させることができる。
本実施例では、図１９に示すように、電源装置１０３の出力Ｏ１は、圧電素子８９の陽極８９Ｂと圧電素子９１の陰極９１Ｃに接続され、出力Ｏ２は、圧電素子８９の陰極８９Ｃと圧電素子９１の陽極９１Ｂに接続されている。
【０１０７】
この状態で出力Ｏ１に負の電圧を印加し、出力Ｏ２に正の電圧を印加すると、圧電素子８９は縮小し、圧電素子９１は伸長する。これにより、図２０（ａ）の状態から、発振子８１は相対的に上下端部が左に、中央部分が右に動くように変形し、図２０（ｂ）に示すように、右に凸状に湾曲する。
【０１０８】
逆に、出力Ｏ１に正の電圧を印加し、出力Ｏ２に負の電圧を印加すると、圧電素子８９は伸長し、圧電素子９１は縮小する。これにより、図２０（ｃ）に示すように、発振子８１は相対的に上下端部が右に、中央部分が左に動くように変形し、左に凸状に湾曲する。
【０１０９】
そして、電源装置１０３を発振回路として、出力Ｏ１と出力Ｏ２に印加する電圧の極性を定期的に変えてやると、図２０（ｂ）、（ｃ）が周期的に繰り返されて、超音波発振子８１はｘ方向に振動する。
【０１１０】
また、図１９と同様の構成で、圧電素子９３および圧電素子９５をもう一つの電源装置または発振回路に接続すれば、超音波発振子８１をｙ方向に振動させることができる。さらに、発振回路の波形を工夫することにより、各方向の振幅の時間変化を正弦波状にすることが可能である。
【０１１１】
次に、図２１を参照しながら超音波発振子８１を駆動する回路について説明する。
図２１は、図１７に示す超音波発振子を駆動する電気回路であり、符号１１１は、発振回路である。
【０１１２】
圧電素子の電圧と歪の関係が直線的であれば、発振波形は正弦波で可である。
また、圧電素子の電圧と歪に非線形性があるのであれば、それを補正するような波形整形を行うこともできる。通常発振回路の出力容量は電圧も電流も圧電素子を駆動するのには不十分なため、増幅回路１１３を経由して、圧電素子１１５に供給される。
なお、図２１における圧電素子１１５は、図１７の圧電素子８９，９１であると仮定する。
【０１１３】
また、発振回路１１１の出力は、９０°位相回路１１７の入力に接続され、９０°位相回路１１７の出力はさらに９０°位相回路１１９に接続される。そして、９０°位相回路１１７の出力は増幅回路１２１を介して圧電素子１２３に接続される。
なお、図２１における圧電素子１２３は、図２の圧電素子９３，９５であると仮定する。
【０１１４】
本実施例では、９０°位相回路１１７と並列にスイッチ１２５が接続される。さらに、９０°位相回路１１９と並列にスイッチ１２７が接続される。これらのスイッチ１２５，１２７が導通状態になると、９０°位相回路１１７，１１９は短絡されて動作しなくなるため、位相回路として動作しなくなる。また、これらのスイッチ１２５，１２７が開放（非導通）状態の場合は通常の９０°位相回路１１７，１１９として動作する。
【０１１５】
次に、９０°位相回路１１７と９０°位相回路１１９の直列回路の働きについて説明する。
【０１１６】
（ｉ）スイッチ１２５とスイッチ１２７が共に導通の場合、どちらの９０°位相回路１１７，１１９も不動作となり、発振回路１１１の波形がそのまま増幅回路１２１に供給される。
【０１１７】
(ii)スイッチ１２５とスイッチ１２７の一方が導通で他方が開放の場合、一方の９０°位相回路は不動作となり、他方の９０°位相回路は動作となり、発振回路１１１の９０°位相ずれ波形が増幅回路１２１に供給される。
【０１１８】
（iii）スイッチ１２５とスイッチ１２７が共に開放の場合、どちらの９０°位相回路１１７，１１９も動作となり、発振回路１１１の１８０°位相ずれ波形すなわち符号反転波形が増幅回路１２１に供給される。
【０１１９】
また、本実施例では、増幅回路１１３と圧電素子１１５の間、および増幅回路１２１と圧電素子１２３の間に、それぞれ独立したスイッチ（不図示）が設けられている。そして、このスイッチを開放することによって圧電素子のその軸（ｘまたはｙ）の振動を行わせないようにできる。
【０１２０】
以上が、図１７に示す本実施例の超音波発振子を駆動する電気回路の構成であり、次に、図２２を参照しながらこの電気回路の働きを説明する。
【０１２１】
（ケース１）まず、スイッチ１２５とスイッチ１２７が共に導通し、増幅回路１１３と圧電素子１１５間の不図示のスイッチが導通で、増幅回路１２１と圧電素子１２３間の不図示のスイッチが非導通の場合について説明する。
この場合、圧電素子１１５のみが駆動され、図１７の圧電素子８９，９１のみが駆動されて振動するから、超音波発振子８１はｘ方向にのみ振動し、図２２（ａ）の振動になる。
【０１２２】
（ケース２）次に、スイッチ１２５とスイッチ１２７が共に導通し、増幅回路１１３と圧電素子１１５間の不図示のスイッチが非導通で、増幅回路１２１と圧電素子１２３間の不図示のスイッチが導通している場合について説明する。
この場合、圧電素子１２３のみが駆動され、図１７の圧電素子９３，９５のみが駆動されて振動するから、超音波発振子８１はｙ方向にのみ振動し、図２２（ｂ）の振動になる。
【０１２３】
（ケース３）次に、スイッチ１２５とスイッチ１２７が共に導通し、増幅回路１１３と圧電素子１１５間の不図示のスイッチが導通で、増幅回路１２１と圧電素子１２３間の不図示のスイッチが導通している場合について説明する。
この場合、圧電素子１１５と圧電素子１２３が同じ波形で駆動されて振動するから、超音波発振子８１はＹ＝Ｘ方向に振動し、図２２（ｃ）の振動になる。
【０１２４】
（ケース４）次に、スイッチ１２５とスイッチ１２７が共に開放し、増幅回路１１３と圧電素子１１５間の不図示のスイッチが導通で、増幅回路１２１と圧電素子１２３間の不図示のスイッチが導通している場合について説明する。
この場合、圧電素子１１５と圧電素子１２３が符号反転波形で駆動されて振動するから、超音波発振子８１はＹ＝−Ｘ方向に振動し、図２２（ｄ）の振動になる。
【０１２５】
（ケース５）さらに、スイッチ１２５とスイッチ１２７の一方が導通、他方が開放で、増幅回路１１３と圧電素子１１５間の不図示のスイッチが導通で、増幅回路１２１と圧電素子１２３間の不図示のスイッチが導通している場合について説明する。
この場合、圧電素子１１５と圧電素子１２３が９０°位相転波形で駆動されて振動するから、超音波発振子８１は、Ｙ＝Ａｃｏｓ（ωｔ）と、Ｘ＝Ａｓｉｎ（ωｔ）を合成した振動、すなわち図２２（ｅ）の（楕）円振動になる。
【０１２６】
このように、図１７の構成の超音波発振子に対して、図２１の駆動電気回路を用いることにより、円振動や互いに直交する直線振動などを行わせることが可能である。
なお、前記スイッチ１２５，スイッチ１２７、および増幅回路１１３，１２１と圧電素子１１５，１２３の間に挿入される各スイッチ（不図示）は、市販のパワーＭＯＳＦＥＴやフォトＭＯＳリレーなどと呼ばれる電力系半導体およびそれらを複合した素子によって容易に実現されるため、詳細な説明は省略する。
【０１２７】
ところで、図２１の発振回路１１１の発振電圧を制御できれば、圧電素子１１５および圧電素子１２３に印加する電圧も制御でき、ひいては、図１７の超音波発振子８１の振動振幅を制御できる。
そこで、図２３および図２４を参照しながら振動振幅の制御機能について説明する。
【０１２８】
図２３は、最も基本的な演算増幅器の反転増幅回路を示す図である。
同図において、符号１３１は演算増幅器であり、反転入力端子ａ、非反転入力端子ｂ、出力端子ｃの３端子よりなる。
【０１２９】
非反転入力端子ｂの電圧と、反転入力端子ａの電圧の差の電圧を非常に大きな利得で増幅するために、図２３のように接続すると、非反転入力端子ｂの電圧と反転入力端子ａの電圧が等しくなるように強い負帰還作用が働く。
そして、入力１３３と反転入力端子ａの間に接続された抵抗１３５（抵抗値Ｒ１）と、出力１３７と反転入力間に接続された抵抗１３９（抵抗値Ｒ）に対して、入力１３３の電圧をＶin、出力１３７の電圧をＶoutとすると、式９の関係が成り立つ。
【０１３０】
【数９】
2007276081.tif 000011
【０１３１】
式９の関係から、抵抗１３５または抵抗１３９の各抵抗値Ｒ１，Ｒを制御できれば、固定振幅で発振している発振回路に対して、出力振幅を制御できることになる。
以下、固定振幅で発振している発振回路に対して、出力振幅を制御可能な増幅回路の電気回路例について説明する。
【０１３２】
図２４は、離散的に利得を変え得る増幅回路の電気回路例を示す図である。基本的回路構成は図２３と同じで、同じ要素には同じ記号を用いている。
図２３と異なる点は、図２３では入力１３３と反転入力端子ａの間に接続されるのが一つの抵抗１３５だけであったが、図２４では、スイッチＳｉと抵抗１４１ｉ（ただしｉ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）を直列接続したものを並列に接続したものが接続されていることである。なお、図示例における抵抗１４１ｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）の各抵抗値を、それぞれＲ、２Ｒ、４Ｒ、８Ｒ、１６Ｒとする。
【０１３３】
そして、この部分の抵抗は、スイッチＳｉが導通時の抵抗＝０、スイッチＳｉが開放時の抵抗＝∞とすると式１０で示される。
【０１３４】
【数１０】
2007276081.tif 000012
【０１３５】
ただし、ｉ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅとして、スイッチＳｉが開放の時はＳｉ=０、スイッチが導通の時はＳｉ＝１で与えられるから、式１０を式９に適用すると式１１のようになる。
【０１３６】
【数１１】
2007276081.tif 000013
【０１３７】
式１１より、スイッチＳｉの導通か開放かの組み合わせにより利得の調整が可能であることは明らかであり、この機能によって、この回路を図２１の発振回路１１１の出力に接続することによって発振電圧が制御できる。
これに伴って圧電素子１１５および圧電素子１２３に印加する電圧も制御でき、その結果、図１７の超音波発振子８１の振動振幅を制御できる。
なお、式１１では極性が反転しているが、正弦波発振においては長期的に見て同じ波形とみなせるので不都合は発生しない。
【０１３８】
ところで、超音波のパワーを考慮しない場合の加工量について上述したが、超音波のパワーを考慮した場合の本変形例の研磨装置による加工量δは、プレストンの法則より、式１２で示される。ただし、ｋは比例定数、Ｐは荷重（圧力）、Ｖは研磨部と金型の相対速度、ｔは滞留時間、ｕは超音波のパワーである。
【０１３９】
【数１２】
2007276081.tif 000014
【０１４０】
そして、研磨工具の走査速度Ｆ（ｘ）は、式１２と上記式６、式７より式１３に示される。
【０１４１】
【数１３】
2007276081.tif 000015
【０１４２】
ここで、超音波のパワーｕを一定として、金型の上面全部の加工量を一定（式１３でδ＝一定）に研磨しようとすると、研磨工具４１の走査速度を半径ｘに反比例する値に制御しながら加工しなければならない。
しかしながら、上述したように、金型４５の中心近辺では半径ｘが小さくなり、速度Ｆ（ｘ）が非常に大きい値になってしまい、加工誤差が生じる。
【０１４３】
そこで、図２４の回路を用いて、式１３における超音波のパワーｕを、半径Ｘに比例するように制御してやれば、走査速度は一定で加工量を一定に保つことができる。
制御の分解能をとれば、それだけパワーを０に近いところまで制御が可能になる。極端な場合として、超音波をオフにしてパワーをゼロとして加工をしないことも考えられる。
【０１４４】
これは形状補正加工などにおいて、すでに十分な量の加工が行われている部分の加工は行わず、加工不足の部分のみ加工する場合には特に有用である。
現実には少ない分解能のパワー制御部材で安価にシステムを構成する場合、速度Ｆ（ｘ）の制御と、超音波のパワーｕの制御を併用することも可能である。
なお、本例では、説明しやすい演算増幅器の反転型増幅回路で利得制御も説明したが、他の形式でも良いのは言うまでもない。
【０１４５】
例えば、研磨量が均等になるような研磨を行う際には、式１３に従って走査速度Ｆ（ｘ）や超音波のパワーｕを制御しながら加工するとともに、加工量に応じて複数回走査する。
この場合、研磨工具４１の振動様式は走査の度に図２２の（ａ）〜（ｅ）の中から選択して変化させることが可能である。
【０１４６】
例えば、図２２の（ａ）と（ｂ）を特定比率で交互に行うことにより、両方の研磨の長所を引き出す研摩が可能である。
また、図４の（ｃ）と（ｄ）を交互に行わせることによって、一方だけのときよりも研摩をより平準化できる。
さらに走査に図４の（ｅ）をも加えて、いっそうの平準化を図ることも考えられる。
【０１４７】
なお、図２２の（ｃ）と（ｄ）において、図では２方向の振幅が同じで、ｘ方向に対して４５度斜めに振動するようになっているが、各方向の振幅の割合を制御することにより、この角度は自在に制御可能である。
数回の走査に分けて研磨を行う場合、この角度を走査のたびごとに変化させることにより、平準化を改善させることも可能である。
【０１４８】
ところで、本変形例では、図１７に示す超音波発振子を使用することで、図２２に示すような複数方向の振動が可能とされたが、上記実施例のように、単一方向の振動しかできない場合でも、制御器１１による制御を工夫することによって図２２（ｅ）以外の機能は実現できる。
【０１４９】
具体的には、研磨工具４１をｘ軸に沿って走査し、研磨工具４１の振動の方向が図２２（ａ）の状態から、研磨工具４１の走査方向を、ｙ軸に沿うように変えると図２２(ｂ)の振動状態になる。つまり、研磨工具４１をｘ方向に振動させながら、第一基台３を移動させて工具保持部材３５をｘ方向に沿って移動させている状態から、第一基台３の移動を止めて第二基台５を移動させて工具保持部材３５をｙ方向に移動させればよい。
これはＮＣコード（Ｇコード）のＸをＹに置き換えるだけで実現できる。
【０１５０】
さらに、研磨工具４１の走査方向を（Ｘｎ，０，Ｚｎ）（なお、ｎ＝０，１，２，・・・・，Ｎ）のような形で走査制御しているものを、（Ｘｎ，Ｚｎ）の値の組はそのまま同じものを採用して、下記式１４または式１５に置き換えて走査制御すれば、半径方向の走査の方向をｘｙ面内で４５度回転させることができて、図２５で最初ｐ方向の走査であったものを、ｑ、ｒの方向の走査に変えることができる。
つまり、金型に対する研磨工具の相対的な振動を、図２２（ｃ），（ｄ）の振動状態に対応した研摩を行なわせることができる。
【０１５１】
【数１４】
2007276081.tif 000016
【０１５２】
【数１５】
2007276081.tif 000017
【０１５３】
さらに一般化して、（Ｘｎ・ｃｏｓθ，Ｘｎ・ｓｉｎθ，Ｚｎ）としてＮＣコードを生成すれば、研磨時の走査の方向をｘｙ平面内で自在に回転（上記の場合θ度：可変）でき、動径方向に対する振動の方向を自在に制御可能である。
【０１５４】
このように、超音波のパワーを変えて研磨することで、超音波パワーを一定にして、走査速度のみを変えるよりも、走査速度制御部材の負担を減らすと共に、走査速度制御部材の限界からくる誤差を回避することができる。
また、加工において、複数回走査を行う場合、走査の度に振動のモードを変えることにより、より均一で加工むらの少ない研磨が可能となる。
【０１５５】
本発明の研磨装置は、上記各実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。
例えば、上記実施例では、工具保持部材の水平状態を確認する方法として、近接スイッチを用いたが、その他の手段を用いることも可能である。
また、上記実施例に示した回路は一例であり、その構成は変更可能である。
【０１５６】
さらに、図２６に示すように、工具保持部材３５に設けられたホーン３９の先端部において、工具保持部材３５が水平な状態において、研磨工具４１を傾斜した状態で回転可能に保持し、研磨工具４１の上端部をモータ１５１の駆動軸に連結する構成としてもよい。これにより、研磨加工中において、研磨工具４１は、振動すると共に、その軸まわりに回転することで、金型４５表面の面粗さや表面性状の均一性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】本発明の研磨装置の一実施例を示す概略斜視図である。
【図２】図１の研磨装置の部分拡大図であり、一部を断面にして示している。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図２の左側面図である。
【図５】図２の右側面図である。
【図６】図１の研磨装置の工具保持部材が傾斜した状態を示す概略正面図である。
【図７】荷重を測定している状態を示す概略正面図である。
【図８】中心を求める方法を示した参考図である。
【図９】中心を求める方法を示した参考図である。
【図１０】中心を求める方法の工程を示したフローチャートである。
【図１１】調整後の中心が規格内かどうかを確認する際の方法を示した参考図である。
【図１２】研磨工具の送り方を示すフローチャートの一部である。
【図１３】金型の中心付近での誤差分布を示す図である。
【図１４】金型中心付近の過剰加工を防止するための研磨工具の送り方を示すフローチャートの一部である。
【図１５】超音波振動を調整して金型中心付近の過剰加工を防止する際の研磨工具の送り方を示すフローチャートの一部である。
【図１６】荷重を調整して、金型の中心付近の過剰加工を防止する際の研磨工具の送り方を示すフローチャートの一部である。
【図１７】本発明の研磨装置の変形例を示す図である。
【図１８】圧電素子の内部構造を示す図であり、（ａ）は通常の状態、（ｂ）は伸長した状態、（ｃ）は縮小した状態を示している。
【図１９】図１７の研磨装置の超音波発振子を正面から見た概略断面図である。
【図２０】図１７の研磨装置の超音波発振子の動作を示す図である。
【図２１】超音波発振子を駆動する電気回路を示す図である。
【図２２】研磨工具の振動方向を示す図である。
【図２３】基本的な演算増幅回路の反転増幅回路を示す図である。
【図２４】離散的に利得を変え得る増幅回路の電気回路例を示す図である。
【図２５】研磨工具の走査方向と振動方向とを示す参考図である。
【図２６】本発明の研磨装置のさらに別の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【０１５８】
１  架台
３  第一基台
５  第二基台
７  第三基台
１１  制御器
１３  支持部材
２５  回転軸
３５  工具保持部材
３７  振動子
３９  ホーン
４１  研磨工具
４３  研磨部
４５  金型
４７  取付台
５１  近接センサ
５３  金属ジグ
５７  荷重調整部材
７１  コイルバネ
７３  電子秤
８１  超音波発振子
【図１】
2007276081.tif 000018
【図２】
2007276081.tif 000019
【図３】
2007276081.tif 000020
【図４】
2007276081.tif 000021
【図５】
2007276081.tif 000022
【図６】
2007276081.tif 000023
【図７】
2007276081.tif 000024
【図８】
2007276081.tif 000025
【図９】
2007276081.tif 000026
【図１０】
2007276081.tif 000027
【図１１】
2007276081.tif 000028
【図１２】
2007276081.tif 000029
【図１３】
2007276081.tif 000030
【図１４】
2007276081.tif 000031
【図１５】
2007276081.tif 000032
【図１６】
2007276081.tif 000033
【図１７】
2007276081.tif 000034
【図１８】
2007276081.tif 000035
【図１９】
2007276081.tif 000036
【図２０】
2007276081.tif 000037
【図２１】
2007276081.tif 000038
【図２２】
2007276081.tif 000039
【図２３】
2007276081.tif 000040
【図２４】
2007276081.tif 000041
【図２５】
2007276081.tif 000042
【図２６】
2007276081.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月5日(2007.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後左右および上下に移動可能な基台と、
この基台に前後方向に沿って設けられた回転軸まわりに揺動可能に保持された工具保持部材と、
この工具保持部材に設けられ、加工対象物を研磨する研磨工具と、
この研磨工具に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
前記工具保持部材の水平を検出する検出手段と、
この検出手段による検出を監視しつつ、前記工具保持部材を上下動させることで、前記工具保持部材を水平に保持可能に、前記基台を作動させる制御部と
を備えることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
加工対象物にかかる荷重を調整する荷重調整手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
垂直面内を揺動可能に基台に保持された工具保持部材は、その一端部に前記研磨工具が設けられており、
前記基台と工具保持部材との間には、付勢力を調整可能にコイルバネが設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記研磨工具は棒状とされ、その軸線まわりに回転可能に、かつ、傾斜した状態で前記工具保持部材に保持された
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の研磨装置。
【請求項５】
前記研磨工具の超音波振動の振幅、周波数、または振動方向を可変に制御可能とされた
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の研磨装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の研磨装置によって加工対象物を研磨する方法であって、
送り方向の座標値に応じて、研磨工具の送り速度、加工対象物への負荷、超音波振動の振幅、または超音波振動の周波数のいずれか一以上を変化させる
ことを特徴とする研磨方法。
【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】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の研磨装置によって加工対象物を研磨する方法であって、送り方向の座標値に応じて、研磨工具の送り速度、加工対象物への負荷、超音波振動の振幅、または超音波振動の周波数のいずれか一以上を変化させることを特徴とする研磨方法である。