(57)【要約】【課題】研磨レートを高めた研磨装置を提供する。【解決手段】被研磨物を収容し、研磨砥粒を含んだ研磨液を貯留する容器と、被研磨物の被研磨面に間隔をおいて研磨液中に配置された研磨部材２４５と、研磨部材２４５と被研磨面との間に間隔がおかれた状態で研磨部材２４５を回転させるための回転ヘッド部とを備え、研磨部材２４５は、円板状に形成されてその回転対象軸を中心として回転可能に回転ヘッド部に連結された基部２４６と、基部２４６の周面に周方向に沿って間隔をおいて形成された複数の凸部２４７とを有して歯車型に形成されるとともに、回転ヘッド部により回転されて研磨液を掻くことにより研磨液に流れを与えて研磨砥粒を被研磨面に当接させるように構成されており、凸部２４７が、周面に基部２４６の径方向外方に向けて突出するとともに、周面内において回転対象軸が延びる方向に対して傾斜する方向に延びて螺旋状に形成される。【選択図】図５
2013252612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨面を有する被研磨物を収容し、前記被研磨面を研磨するための研磨砥粒を含んだ液体を貯留する容器と、
前記被研磨物の前記被研磨面に間隔をおいて前記液体中に配置された研磨部材と、
前記研磨部材と前記被研磨面との間に間隔がおかれた状態で前記研磨部材を回転させるための回転機構とを備え、
前記研磨部材は、円板状に形成されてその回転対象軸を中心として回転可能に前記回転機構に連結された基部と、前記基部の周面に周方向に沿って間隔をおいて形成された複数の凸部とを有して歯車型に形成されるとともに、前記回転機構により回転されて前記液体を掻くことにより前記液体に流れを与えて前記研磨砥粒を前記被研磨面に当接させるように構成されており、
前記凸部が、前記周面に前記基部の径方向外方に向けて突出するとともに、前記周面内において前記回転対象軸が延びる方向に対して傾斜する方向に延びて螺旋状に形成されたことを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＥＭ加工を行うための研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
仕上げ面の面粗さの精度が要求される研磨加工においては、従来、サブミクロンオーダーの精度が得られれば十分であったが、最近では、数１０ｎｍ以下、なかには原子オーダーの面粗さの精度までが要求されるようになっている。数１０ｎｍ以下（もしくは原子オーダー）の面粗さを得ることが可能な加工法としては、例えばＥＥＭ加工（Elastic Emission Machining）法がある。このＥＥＭ加工法は、研磨砥粒を含む液体を当該液体中に配置した被研磨物と研磨部材との間に流して、研磨砥粒を被研磨物の表面（被研磨面）に衝突させることにより被研磨物の表面（被研磨面）を高精度に研磨加工する方法である（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平２−２５７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような研磨方法においては、研磨部材が被研磨物に接触することがないため、研磨によるダメージは極めて小さいが、研磨レートが低くなってしまうことから、研磨レートを高めるための方策が求められていた。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、研磨レートを高め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】
【０００６】
このような目的達成のため、本発明に係る研磨装置は、被研磨面を有する被研磨物を収容し、前記被研磨面を研磨するための研磨砥粒を含んだ液体を貯留する容器と、前記被研磨物の前記被研磨面に間隔をおいて前記液体中に配置された研磨部材と、前記研磨部材と前記被研磨面との間に間隔がおかれた状態で前記研磨部材を回転させるための回転機構とを備え、前記研磨部材は、円板状に形成されてその回転対象軸を中心として回転可能に前記回転機構に連結された基部と、前記基部の周面に周方向に沿って間隔をおいて形成された複数の凸部とを有して歯車型に形成されるとともに、前記回転機構により回転されて前記液体を掻くことにより前記液体に流れを与えて前記研磨砥粒を前記被研磨面に当接させるように構成されており、前記凸部が、前記周面に前記基部の径方向外方に向けて突出するとともに、前記周面内において前記回転対象軸が延びる方向に対して傾斜する方向に延びて螺旋状に形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、研磨レートを高くすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る研磨装置の概略図である。
【図２】研磨部材の近傍を示す拡大図である。
【図３】研磨部材の断面図である。
【図４】研磨部材の第１の変形例を示す断面図である。
【図５】研磨部材の第２の変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明を適用した研磨装置１の概略構成を図１に示す。研磨装置１は、ＸＹステージ２０と、ＸＹステージ２０に支持された容器２１と、容器２１内に収容されて被研磨物（例えば、ガラス板やレンズ等）１０を保持する保持部材２６と、ＸＹステージ２０と対向するように設けられた回転保持機構３０と、回転保持機構３０に回転可能に保持された研磨工具４０と、回転保持機構３０とともに研磨工具４０を昇降させる昇降機構５０と、研磨装置１の作動を制御する制御部６０と、ＸＹステージ２０や昇降機構５０、制御部６０等が取り付けられる筐体部６５とを主体に構成される。
【００１０】
ＸＹステージ２０は、図示しないサーボモータやボールネジ等を用いて、容器２１を略水平面内で（すなわち、前後左右方向に）平行移動可能に支持する。これにより、保持部材２６とともに容器２１内に収容された被研磨物１０を研磨工具４０に対して略水平面内で（すなわち、前後左右方向に）相対移動させることができる。
【００１１】
容器２１は、上部に開口を有する箱形に形成され、内部に研磨液２２が貯留されている。この研磨液２２は、被研磨物１０を研磨するための微細な研磨砥粒２３（図２を参照）を水に混入した懸濁液であり、管路２４を介して容器２１と繋がったダイヤフラムポンプ２５により、研磨液２２が容器２１および管路２４に跨って循環するようになっている。また、容器２１に貯留された研磨液２２は、図示しない保温装置によって所定の温度に保たれる。保持部材２６は、研磨液２２が貯留された容器２１の底部に設置され、被研磨物１０を研磨液２２中に位置させた状態で保持するようになっている。すなわち、被研磨物１０は、保持部材２６とともに研磨液２２が貯留された容器２１内に収容される。
【００１２】
回転保持機構３０は、ヘッド本体３１と、ヘッド本体３１に回転可能に取り付けられた回転ヘッド部３２とを有して構成される。ヘッド本体３１には、ベアリング機構（図示せず）等が内蔵され、回転ヘッド部３２が回転可能に取り付けられる。回転ヘッド部３２は、研磨工具４０を着脱自在に保持し、これにより研磨工具４０が回転保持機構３０に回転可能に保持される。また、ヘッド本体３１にはサーボモータ３３が取り付けられており、このサーボモータ３３は、回転ヘッド部３２とともに当該回転ヘッド部３２に保持された研磨工具４０を回転駆動する。
【００１３】
研磨工具４０は、棒状部材４１と、研磨部材４５とを有して構成される。棒状部材４１は、棒状に延びるように形成され、先端部に研磨部材４５が取り付けられるとともに、基端側が回転ヘッド部３２に連結保持される。そのため、研磨工具４０は、回転保持機構３０により、棒状部材４１の長手方向に延びる中心軸を中心に回転可能に保持され、棒状部材４１の先端部で回転する研磨部材４５により、被研磨物１０に対する研磨が行われる。
【００１４】
研磨部材４５は、例えば、ステンレスや、セラミックス、ガラス、硬質樹脂等の硬質材料を用いて、歯車型（平歯車型）に形成され、接着等により棒状部材４１の先端部に取り付けられる。すなわち、研磨部材４５は、図２および図３に示すように、円板状に形成された基部４６と、この基部４６の外周部に複数形成された歯形状の凸部４７（例えば、高さが０．１ｍｍ〜１ｍｍ）とを有して構成される。基部４６の中心は棒状部材４１の先端部に結合され、棒状部材４１に回転ヘッド部３２が連結される回転保持機構３０により、基部４６がその円板形状の回転対象軸を中心に回転可能に構成される。基部４６の外周部に形成された複数の凸部４７は、図２に示すように、当該基部４６とともに回転して研磨液２２を掻くことで、研磨部材４５と被研磨物１０の被研磨面１１との間に位置する研磨液２２に流れを与える。
【００１５】
また、図３に示すように、凸部４７の先端は（基部４６の外周接線方向から見て）断面円弧形に形成されており、被研磨面１１における狭い範囲を研磨できるようになっている。なお、図４に示すように、歯車型に形成された研磨部材１４５の基部１４６の外周部には、先端が断面平形の凸部１４７が形成されていてもよい。また、研磨部材４５の材料として、ステンレス材に樹脂製（例えば、べスペル等）の耐摩耗コーティングを施した材料を用いるようにしてもよい。
【００１６】
図１に示す昇降機構５０は、スライドプレート５１と、スライドプレート５１が取り付けられるガイドシャフト５２と、スライドプレート５１を駆動する空気圧シリンダ５３とを主体に構成される。スライドプレート５１は、筐体部６５におけるＸＹステージ２０の上方に配設され、回転保持機構３０がＸＹステージ２０と対向するように取り付けられる。回転保持機構３０が取り付けられたスライドプレート５１は、筐体部６５に固設された左右２本のガイドシャフト５２，５２に、上下方向にスライド移動可能に取り付けられており、スライドプレート５１とともに回転保持機構３０が上下方向にスライド移動可能（すなわち、昇降可能）となる。左右のガイドシャフト５２，５２はそれぞれ、上下に延びる棒状に形成され、互いに平行となるように筐体部６５に取り付け固定される。
【００１７】
また、回転保持機構３０が取り付けられたスライドプレート５１は、バランスウェイト（図示せず）および左右のワイヤ５４，５４によって重力補償がなされている。すなわち、各ワイヤ５４の一端側はスライドプレート５１と連結されるとともに、他端側はガイドローラ５５に巻き掛けられて背面側のバランスウェイト（図示せず）と連結されている。なお、ガイドローラ５５は、筐体部６５の上部に固設されたブラケット６６に回転可能に取り付けられている。
【００１８】
空気圧シリンダ５３は、ロッド部がスライドプレート５１と連結され、空気圧を利用してスライドプレート５１を昇降（上下方向にスライド移動）させる。これにより、スライドプレート５１および回転保持機構３０を介して、空気圧シリンダ５３により研磨工具４０の研磨部材４５を昇降させることが可能になる。
【００１９】
以上のように構成された研磨装置１を用いて、ＥＥＭ加工（Elastic Emission Machining）法により被研磨物１０の研磨を行うには、まず、図示しない搬送装置により被研磨物１０を研磨液２２が貯留された容器２１内に搬送し、保持部材２６により被研磨物１０を研磨液２２中に保持させる。容器２１内に被研磨物１０を搬送すると、制御部６０の作動制御により、ＸＹステージ２０を作動させて被研磨物１０（容器２１）を所定の研磨位置に位置させる。被研磨物１０が研磨位置に位置すると、制御部６０の作動制御によって、空気圧シリンダ５３により研磨工具４０の研磨部材４５を所定の退避位置から容器２１内に下降させる。このとき、研磨部材４５が研磨液２２中における被研磨物１０の被研磨面１１から近く離れた位置で保持されるように、空気圧シリンダ５３の作動を制御する。
【００２０】
研磨部材４５を容器２１内に下降させると、制御部６０の作動制御によって、サーボモータ３３により研磨工具４０を所定の回転速度（例えば、数百〜数千ｒｐｍ）で回転させ、被研磨物１０の被研磨面１１を研磨する。このとき、図２に示すように、研磨部材４５の凸部４７が回転して研磨液２２を掻くことで、研磨部材４５と被研磨面１１との間に位置する研磨液２２に流れが生じ、この研磨液２２の流れは被研磨面１１に当接することになる。そして、研磨液２２が被研磨面１１に当接する際、研磨液２２に含まれる研磨砥粒２３が被研磨面１１に衝突することで、被研磨面１１が研磨される。
【００２１】
このように、本実施形態の研磨装置１によれば、研磨部材４５の凸部４７が回転して研磨液２２を掻くことで、研磨部材４５と被研磨面１１との間に位置する研磨液２２に流れが生じるため、研磨液２２の流速が向上し、被研磨面１１に衝突する研磨砥粒２３の数が増えることから、研磨レート（単位時間あたりの研磨量）を高くすることが可能になる。
【００２２】
また、研磨部材４５を歯車型に形成することで、簡便な構成で研磨液２２を掻く凸部４７を形成することができる。
【００２３】
なお、上述の実施形態において、研磨部材４５を平歯車型に形成しているが、これに限られるものではない。例えば、図５に示すように、研磨部材２４５が、円柱状に形成された基部２４６と、当該基部２４６の外周部に螺旋状に複数形成された歯形状の凸部２４７とを有するネジ歯車（スクリューギア）型に形成されてもよい。また、研磨部材の形状は歯車型（円板状もしくは円柱状）に限られるものではなく、例えば、球形に形成された基部に、歯形状の凸部を形成するようにしてもよく、さらには、網目状の凸部を形成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１  研磨装置
１０  被研磨物                          １１  被研磨面
２１  容器
２２  研磨液                            ２３  研磨砥粒
２６  保持部材
３０  回転保持機構                      ３２  回転ヘッド部
４０  研磨工具                          ４１  棒状部材
４５  研磨部材
４６  基部                              ４７  凸部
１４５  研磨部材（第１の変形例）
１４６  基部                            １４７  凸部
２４５  研磨部材（第２の変形例）
２４６  基部                            ２４７  凸部
【図１】
2013252612.tif 000003
【図２】
2013252612.tif 000004
【図３】
2013252612.tif 000005
【図４】
2013252612.tif 000006
【図５】
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