(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨液中で被加工物を磨き皿にすり合せて研磨する研磨装置であって、前記研磨液を攪拌する攪拌手段と、攪拌手段の攪拌能力を研磨の進行にしたがって低下させる制御手段とを備えることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨装置であって、前記攪拌手段は研磨液に空気を吹き込み研磨液を攪拌するものであり、前記制御手段は研磨液に吹き込む空気の流量を研磨の進行にしたがって少なくするものであることを特徴ととする研磨装置。
【請求項３】
容器内に収容された研磨液中で被加工物を磨き皿にすり合せて研磨する研磨装置であって、前記容器内に配置された通気管と、この通気管に空気を供給する空気供給源と、前記空気供給源から前記通気管に供給される空気流量を制御する流量制御手段とよりなり、流量制御手段で空気流量を研磨開始からの時間の経過に連れて逓減させるものであることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置、特に、表面粗さが0.5nmrmsより滑らかな高平滑磨面が必要とされる光学素子、とりわけＸ線用ミラーのピッチ研磨等の光学的平滑面（鏡面）の研磨（加工）に適したボウルフィード研磨装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来のボウルフィード研磨法は、磨き皿と被加工物であるミラー等の光学素子部材を研磨液に浸した状態ですり合わせて研磨するもので、研磨は研磨液中の上澄み部分で行なわれる。
研磨液の底の方では重くて大きい研磨剤粒子が存在するが、上澄みの部分は比較的細かい粒子しか浮遊していない。
通常の光学研磨では、粗い研磨剤粒子から細かい研磨剤粒子までが混在して研磨に寄与するのに対し、ボウルフィード研磨では、研磨液の上澄みの細かい研磨剤粒子だけで研磨するので平滑度の高い研磨面を得ることができる。
【０００３】
ボウルフィード研磨法は、磨き皿と被加工物であるミラー等の光学素子素材（被加工物）を研磨液に浸した状態ですり合わせて研磨するもので、その従来装置の構成を図７に示す。
図において、１は研磨液２を収容するボウル、３は球面（曲面）状の研磨面３´を有し不図示の駆動手段で高速に回転される磨き皿（ピッチ）、４は被加工物５を張り付け、または、支持する加工物保持部６を有する支持棒で、該支持棒４は不図示の揺動機構で被加工物６が磨き皿３の研磨面３´に沿って擂り漕ぎ運動するように揺動される。
【０００４】
研磨液２としては、通常水に超微粒子の研磨剤を混入し水中に遊離せしめたもので、また、磨き皿３は、被加工物５が曲面か平面によって所定曲率の面に仕上げられており、それの被加工物５と接する研磨面３´には溝が切られている。
なお、被加工物５を平面に研磨する場合は、磨き皿３の研磨面３´は平面に仕上げられており、また、被加工物は水平に往復運動させられる。
【０００５】
図７に示す構成の装置で被加工物５を研磨するには、被加工物５を加工物保持部６に保持させて回転する磨き皿３の研磨面３´に押し当てて支持棒４を揺動させて被加工物５を研磨面３´上で擂り漕ぎ運動させる。
この磨き皿３と被加工物５の相対移動中に研磨面３´と加工物５の間のすり合せ面に研磨液２に遊離している微粒子の研磨剤が侵入し、研磨剤と研磨面３´の作用で被加工物５の表面が徐々に研磨される。
【０００６】
この際、ボウル１内に入っている研磨液２中に遊離している研磨剤は微粒子ではあるものの、その粒度は一定ではなく比較的大きなものから細かいものまで遊離しており、重くて大きい研磨剤粒子は沈殿してボウル１の底の方に存在するが、上澄みの部分は比較的細かい粒子しか浮遊していない。
通常の光学研磨では、粗い粒子から細かい粒子まで混在して研磨に寄与するのに対し、ボウルフィード研磨では、上澄みの細かい粒子だけで研磨するので平滑度の高い光学的平滑研磨面を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボウルフィード研磨では、ボウル内の研磨液の上澄みの部分の細かい研磨剤粒子だけで研磨するものであることから、次の問題がある。
レンズ、ミラー等の鏡面を必要とする光学素子の研磨工程では、光学素子部材の外形加工、砂掛け、通常研磨を経てボウルフィード研磨に至る。
ボウルフィード研磨に先立つ通常研磨では、研磨液に浸さないで、研磨剤をすり合せ面に供給しながら磨き皿と光学素子部材（被加工物）を摺り合わせる。
通常研磨で所定の面精度に達してから、被加工物と磨き皿を研磨液の入ったボウルにつけて研磨を行い、高平滑の光学的研磨面を得る。
【０００８】
したがって、従来の研磨装置によるボウルフィード研磨では、通常研磨で使用していた比較的粒径の大きな研磨剤からいきなり研磨液の上澄み液中の細かい粒径の研磨剤に切り替わることになる。
研磨加工では、前段階の研磨工程で被加工物の研磨面に入った微小なクラック（研磨剤による研磨疵）を取り除きながら、徐々に研磨粒子を細かくしていき、クラックの深さを浅くし最終の平滑な仕上げまで持っていくことが理想とされる。
そのためには研磨剤粒子の粒径は研磨が進行するにつれて、そのときの表面粗さに応じて徐々に連続的に小さくなっていくのが理想である。
【０００９】
ところが従来のボウルフィード研磨では、通常研磨から移行する際、研磨剤の粒径が大きいものからいきなり細かいものに不連続的に変わる。
その結果、被加工物をボウル内の研磨液に浸けたときに光学素子素材表面の比較的大きな粗さを細かい研磨剤粒子で削っていくことになり、時間がかかり非常に能率の悪い工程になっていた。
また、研磨面表面の高平滑化に手間取ると、せっかく前段階で出ていた面精度を狂わすことにもなりかねないといった光学素子としては致命的な不都合も生じていた。
【００１０】
本発明は、上記に問題に鑑み、それを解決するために創案されたものであって、通常研磨からボウルフィード研磨にスムーズに結びつけることによって、面精度を崩すことなく能率良く高平滑研磨が行なえる研磨装置を得ることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の研磨装置は、容器に収容された研磨液を攪拌する攪拌手段と、攪拌手段の攪拌能力を研磨の進行にしたがって低下させる制御手段を有することを特徴としている。
【００１２】
攪拌手段としては、容器内に空気を吹き込み容器内の研磨液を攪拌すものであり、制御手段は容器内に吹き込む空気の流量を研磨の進行にしたがって逓減するものであることが好ましく、また、研磨液を攪拌する空気は前記容器の底部から供給するのが好ましい。
【００１３】
具体的には、研磨液を収容する容器（ボウル）内、好ましくは容器の底部に配置された多数の通気孔を有する通気管と、この通気管に空気を送り込むポンプ等の空気供給源と、空気供給源から前記通気管に供給される空気流量を制御する流量制御手段とを備え、該流量制御手段で空気流量を研磨開始からの時間経過に伴って連続的に減少制御するように構成されている。
【００１４】
このような構成によると、被加工物をボウル内の研磨液に浸した研磨の開始直後は、通気管に大流量の多量の空気が送り込まれる（供給される）ことで攪拌能力が高く、ボウルの底に沈殿している研磨剤が通気管から噴出する多量の空気（気泡）でかき混ぜられ、重くて大きい研磨剤粒子も液面近くの磨き皿と被加工物との間のすり合わせ面まで浮遊させることができるが、研磨開始からの時間経過にしたがって通気管に送り込まれる空気流量を徐々に少なくしていくと攪拌能力の逓減により、重くて大きい研磨剤粒子は次第にボウルの底に沈殿していき、磨き皿と被加工物との間のすり合わせ面に浮遊する研磨剤粒子の粒径が小さくなり、時間経過にしたがってすり合わせ面の供給される研磨剤粒子がより細かいものへと変化していくことになる。
【００１５】
したがって、研磨開始からの時間が経過するに連れて通気管に供給される空気の流量を少なくしていくと、最初のうちは沈殿している研磨剤が気泡によって激しくかき混ぜられるので、粒径の大きな研磨剤も浮遊してきて、磨き皿と被加工物との間のすり合わせ面に粒径の大きな研磨剤が多く供給される。
しかし、被加工物と磨き皿とはボウルフィード研磨工程では、元々研磨液に浸っているために研磨剤の密度は通常研磨に比べやや薄く、且つ、粒径の大きな研磨剤は水中に遊離しているので、通常研磨よりやや細かい研磨が可能となる。そのため通常研磨で入った比較的深い微小クラックを除去するのには適している。
【００１６】
研磨が進行、すなわち、時間が経過するにつれて通気管に供給する空気流量を徐々に減らしていくと、大きくて重い研磨剤粒子は沈殿するのですり合わせ面まで到達しにくくなり、すり合わせ面まで到達する研磨剤は、徐々により小さくて軽い研磨剤粒子に代わっていく。
研磨に寄与する研磨剤粒子が徐々に細かくなっていくと、被加工物の表面に入る微小クラックも徐々に浅く、細かくなっていくので、その結果、短時間で連続的に無理なく高平滑面にまで到達する（仕上げる）ことができる。
【００１７】
結局のところ、被加工物表面の粗さに応じて最も効率の良い最適の研磨剤粒径があるが、本発明における装置では、高平滑面にまで到達するその時々の被加工物の研磨面の状態で最適の粒径の研磨剤が連続的に選択できて、効率的にボウルフィード研磨で高平滑研磨できることになる。
なお、被加工物の研磨による研磨面の平滑度は、研磨液の攪拌の強さ、すなわち、攪拌のためにボウル内の通気管に供給する（送り込む）空気流量と研磨開始からの時間で制御できる。このことを図３乃至図６を参照して説明する。
【００１８】
図３は、ボウルに供給する空気の流量と研磨に寄与する研磨剤粒子の粒径との関係を示す特性図で、空気の流量と研磨に寄与する研磨剤粒子の粒径とは比例関係にある。
一方、図４は、一定時間特定の粒径の研磨剤で研磨したときの、粒径対表面粗さとの関係を示す特性図で、研磨剤粒子の粒径が大きくなる程、表面粗さが粗くなるという比例関係が成立している。
したがって、図３と図４の特性から、空気の流量対表面粗さとの関係も図５の特性図に示すように比例関係が成立する。
【００１９】
この結果から明らかなように、研磨中の被加工面の粗さ状態に最も適した粒径の研磨剤を作用させるには、図６の特性図に示すように研磨が進むにつれて滑らかになる方向に変化する被加工面の粗さに応じて、空気の流量を漸次減らしていけばよいことになる。
なお、研磨中の被加工物の表面の粗さをリアルタイムで計測することは難しいので、図６の特性図で見られるように、研磨開始からの時間でもって管理できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の研磨装置の実施の態様を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る研磨装置の実施例を示す模式図で、図７と同一機能をなす部材には図７と同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２１】
図において、７は多数の通気穴のあいたリング状の通気パイプで、該パイプは、それに形成された通気孔を下方に向けてボウル１内の被加工物５と磨き皿３との間のすり合わせ面とボウル１の底に沈殿する研磨剤の間に設置され、導管８を介して空気供給源としてのエアーポンプ９に接続されている。10は流量制御手段としての図６に示す特性を記憶するメモリを有するＣＰＵで、ＣＰＵ10は、メモリの記憶された特性にしたがってエアーポンプ９を制御し、リング状通気パイプ７に供給する空気流量が研磨開始からの時間経過に伴って連続的に減少（逓減）するように制御する。
【００２２】
次の図１の構成装置の動作について説明する。
通常研磨からボウルフィード研磨に移行すると、ＣＰＵ10によりエアーポンプ９が駆動され、リング状通気パイプ７に送り込まれる（供給される）空気の流量は、図６に示す特性にしたがって研磨の開始からの時間が経過するに連れて連続的に低下（逓減）するように制御される。
【００２３】
リング状通気パイプ７に供給される空気の流量がＣＰＵ10により逓減制御されることにより、ボウルフィード研磨に移行直後は、リング状通気パイプ７に送り込まれた大流量の空気がそれに形成された通気孔から下方に向けて勢いよく噴出し、それによる気泡15によってボウル１の底に沈殿している研磨剤が激しくかき混ぜられ（攪拌され）、重くて大きい研磨剤粒子も液面近くの磨き皿３と被加工物５と間のすり合わせ面まで浮遊していき、粒径の大きな研磨剤がすり合わせ面に多く供給される。
【００２４】
リング状通気パイプ７に送り込まれる空気流量は、研磨が進行、すなわち、時間が経過するにつれ徐々に少なくなり、それにつれてリング状通気パイプ７の通気孔から噴出する空気の勢いも次第に弱くなっていくので、重くて大きい研磨剤粒子から順に次第にボウル１の底に沈殿していき、磨き皿３と被加工物５との間のすり合わせ面に浮遊する研磨剤粒子の粒径が時間経過にしたがって徐々に細かいもへと変化していき、それによりすり合せ面に供給され研磨に寄与する研磨剤粒子の大きさも徐々に細かいものになっていく。
【００２５】
このように、研磨に寄与する研磨剤粒子が徐々に細かくなっていくことから、被加工物の研磨面（表面）に入る微小クラックも徐々に浅く、細かくなっていき、且つ、研磨の進行につれてその時々の被加工物の表面の状態に適した最適の粒径の研磨剤が連続的にすり合せ面に選択供給されるので、効率的なボウルフィード研磨が可能となり、短時間で連続的に無理なく高平滑面にまで仕上げていくことができる。
【００２６】
図２は他の実施例の構成を示す模式図で、エアーポンプ９に繋がる連管11が実施例では３本に分岐されて分岐管12、13、14とされ、各分岐管12、13、14の先端開口端がボウル１内に位置している。この構成においてもその動作、作用は、図１のそれと同等である。
【００２７】
上記の実施例では、ボウル内に空気を送り込んで（供給して）ボウル内の研磨液を攪拌するようにしたが、ボウル内に回転羽根を設け、回転羽根を回転させることで研磨液を攪拌する等、攪拌手段は、研磨液を攪拌し、その攪拌能力を制御出来るものであれば如何なるものであってもよい。
なお、回転羽根の回転で研磨液を攪拌するものでは、図３、図５に示す特性図における横軸は、回転羽根を回転させるモータの回転速度となり、また、図１、図２における流量制御手段が回転速度制御手段となる。
しかしながら、実施例のように空気の供給でで攪拌するようにすれば、空気流量の制御で攪拌能力を精度よく制御できる利点がある。
【００２８】
また、実施例ではエアーポンプを制御してボウル内の通気パイプに供給する空気流量を調整するようにしたが、空気供給源より一定の空気を供給し、空気供給源と通気パイプとの間に流量制御弁を介在させ、流量制御弁の制御で通気パイプに供給する空気流量を調整するようにしてもよい。
【００２９】
図８は、従来の通常研磨からボウルフィード研磨に移行した際におけるボウルフィード研磨による研磨時間に対する、研磨に寄与する研磨剤の粒径および被加工物の研磨面の粗さとの関係を表わした特性図で、図で明らかなように、通常研磨からボウルフィード研磨に切り替わった時点で、研磨剤の粒子径が突変する。このように、粒子径が通常研磨の大きな粒子径の研磨剤から、ボウルフィード研磨時の上澄みの部分に浮遊している小さな粒子径の研磨剤に切り替わると、前工程の通常研磨での被加工物表面の大きなクラックを細かい研磨剤粒子で削っていくことになり、平滑面に仕上げるのに多大の時間を要することになる。
【００３０】
これに対して、実施例の研磨装置によるボウルフィード研磨では、図６のボウルフィード研磨による研磨時間に対する、研磨に寄与する研磨剤の粒径および被加工物の研磨面の粗さとの関係の特性図で明らかなように、ボウルフィード研磨に切り替わっても、前工程の通常研磨の大きな粒子径の研磨剤による研磨から連続して徐々に小さな粒子径の研磨剤によるボウルフィード研磨が行われるので、短時間で高平滑面に仕上げることが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、通常研磨からボウルフィード研磨にスムーズに結びつけることができることから、被加工物研磨面の面精度を崩すことなく能率良く、短時間で高平滑研磨が行なえる研磨装置が得られる。
【００３２】
また、単に研磨能率が向上するだけでなく、研磨に要する時間が短くなることから、前工程の被加工物の外形加工ででていた形状精度を崩すことなく、高精度でかつ高平滑な鏡面を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の構成を示す模式図である。
【図２】  本発明の他の実施例の構成を示す模式図である。
【図３】  供給空気流量と研磨液の上澄み液に浮遊して研磨に寄与する研磨剤粒子の粒径との関係を示す特性図である。
【図４】  研磨剤粒子の粒径と被加工物の研磨面の粗さとの関係を示す特性図である。
【図５】  供給空気流量と被加工物の研磨面の粗さとの関係を示す特性図である。
【図６】  図１の実施例装置によるのボウルフィード研磨における研磨時間に対する、研磨に寄与する研磨剤の粒径および被加工物の研磨面の粗さとの関係を示す特性図である。
【図７】  従来のボウルフィード研磨装置の構成を示す模式図である。
【図８】  従来のボウルフィード研磨装置による研磨時間に対する、研磨に寄与する研磨剤の粒径および被加工物の研磨面の粗さとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１：ボウル                      ２：研磨液
３：磨き皿（ピッチ）          ３´：研磨面
４：支持棒                      ５：被加工物
６：加工物保持部                ７：リング状通気パイプ
８：導管                        ９：エアーポンプ（空気供給源）
10：ＣＰＵ（流量制御手段）    １１：連管
12、13、14：分岐管                    １５：気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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