(57)【要約】【課題】スラリーを含まない水を用いて研磨できる研磨装置と研磨方法を提供する。研磨面をドレッシングすることなく、研磨面を容易に交換できる研磨装置を提供する。短時間で鏡面まで研磨加工することができる研磨装置と研磨方法を提供する。【解決手段】被加工物(14)を研磨加工する研磨装置は、第１の回転軸(A1)の周りに回転する上定盤(7)と、上定盤を回転させる回転駆動機構と、第２の回転軸(B1)の周りに回転する下定盤(6)と、下定盤を回転させる回転駆動機構と、被加工物を挟んで保持するため、上定盤の下面と下定盤の上面の少なくとも一方に貼り付けられた研磨フィルム(12)とを備える。更に、被加工物を研磨する加工空間に水を供給するための水供給装置を備える。下定盤の第２の回転軸は、第１の回転軸の周りに公転するとともに、下定盤は、第２の回転軸の周りに回転する。【選択図】図１
2009279741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を研磨加工する研磨装置であって、
第１の回転軸の周りに回転する上定盤と、
前記上定盤を回転させる上定盤の回転駆動機構と、
第２の回転軸の周りに回転する下定盤と、
前記下定盤を回転させる下定盤の回転駆動機構と、
被加工物を挟んで保持するため、前記上定盤の下面と下定盤の上面の少なくとも一方に貼り付けられた研磨フィルムと、
前記被加工物を研磨する加工空間に水を供給するための水供給装置と、を備え、
前記下定盤の前記第２の回転軸は、前記旋回定盤の前記第１の回転軸の周りに回転するとともに、前記下定盤は、前記第２の回転軸の周りに回転し、
前記下定盤と前記上定盤との間で前記被加工物を研磨することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記下定盤の下方に位置し、前記第１の回転軸の周りに回転する旋回定盤と、
前記旋回定盤を回転させる旋回定盤の回転駆動機構と、
前記旋回定盤の前記第１の回転軸に対して、前記下定盤の第２の回転軸を偏心させる偏心機構と、を備える請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記研磨フィルムは、表面に砥粒を固定したフィルムである請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記加工空間に供給する水は、研磨剤を含まない水である請求項１に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記上定盤と前記下定盤の間隔をあけ、また前記上定盤の圧力を調節するため、前記上定盤を上下方向に移動させる上下スライド機構と、
前記被加工物の出し入れ、前記研磨フィルムの交換のため、研磨作業を行わないとき、前記上定盤を横方向に移動させる退避機構を備える請求項１に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記被加工物は、球体または板材である請求項１乃至５の何れか１項に記載の研磨装置。
【請求項７】
上定盤と下定盤との間に被加工物を挟んで研磨加工する研磨方法であって、
前記上定盤の下面と前記下定盤の上面の少なくとも一方に研磨フィルムを貼り付け、
前記上定盤を第１の回転軸の周りに回転させ、
前記下定盤の第２の回転軸を前記第１の回転軸の周りに回転させ、前記下定盤を第２の回転軸の周りに回転させ、
前記被加工物を研磨する加工空間に水を供給し、
前記上定盤と前記下定盤との間に前記被加工物を挟んで研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項８】
前記下定盤の下方に位置する旋回定盤を前記第１の回転軸の周りに回転させ、
偏心機構により、前記旋回定盤の前記第１の回転軸に対して、前記下定盤の第２の回転軸を偏心させることにより、前記下定盤の第２の回転軸を前記第１の回転軸の周りに回転させる請求項７に記載の研磨方法。
【請求項９】
前記加工空間に供給する水は、研磨剤を含まない請求項７に記載の研磨方法。
【請求項１０】
前記研磨フィルムは、表面に砥粒を固定したフィルムである請求項７に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスレンズ等の球体及びシリコンウェハ等の板材の研磨装置及び研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
球体は、各種装置の構成要素として広く用いられている。ガラス、セラミック等の球体は、真球度の良い所定の直径のものが求められる。
特に、デジタルカメラ等のレンズに加工されるガラスレンズボールは、真球で、表面が透明であることが求められる。
また、シリコンウェハ等の板材の鏡面研磨も需要が多い。
【０００３】
従来の研磨加工は、定盤の間に被加工物を挟み、スラリー（遊離砥粒）の入った研磨液を供給して研磨加工している。この研磨液は、環境面から、使用後回収し、濾過した後再使用するため、研磨の循環装置が必要である。また、スラッジの処理の問題もある。
砥石を用いた研磨加工では、加工するにつれて砥石が摩耗するので、砥石をドレッシングする必要がある。ドレッシングの精度は被加工物の精度に影響するので、ドレッシング作業は熟練を必要とする。
また、研磨加工時に、被加工物と定盤が直接接触する場合は、加工するにつれて定盤が摩耗するので、定盤の再整形が必要である。
【０００４】
また、鏡面仕上げする仕上研磨では、不織布等の研磨用クロスを定盤に貼り付け、スラリーを用いて研磨するが、被加工物と遊離砥粒との接触圧力が低いので、研磨加工に長時間かかるという問題がある。
【０００５】
特許文献１は、被加工物を挟んで保持し球体加工する一対の研磨体と、回転駆動手段と、上側の研磨体の周りを取り囲み、下側の研磨体との間隔設定が可能な筒状の保持体と、加工液供給部とを備える球体加工装置を開示する。
しかし、特許文献１の球体加工装置は、砥石と、遊離砥粒を含む加工液で研磨するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開平１‐１６４５５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、スラリーを含まない水を用いて研磨できる研磨装置及び研磨方法を提供することである。
本発明の他の目的は、研磨面をドレッシングすることなく、研磨面を安価に容易に交換できる研磨装置及び研磨方法を提供することである。
本発明の他の目的は、短時間で鏡面まで研磨加工することができる研磨装置及び研磨方法を提供することである。
本発明の他の目的は、定盤の摩耗を防止できる研磨装置及び研磨方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の研磨装置及び研磨方法は、砥石の代わりに、表面に砥粒を固定した研磨フィルムを用い、スラリーを含む研磨液の代わりに、水（水道水、又は純水）を使用して、研磨する。仕上研磨まで行い、鏡面を得る。
表面に砥粒を固定した研磨フィルムと、研磨液としての水の組み合わせにより、従来の研磨加工より短時間で、鏡面研磨まで行うことができる。
上定盤は回転し、下定盤は上定盤の軸の周りを公転しながら回転し、上定盤と下定盤の間で被加工物を研磨する。下定盤の位置をずらし、下定盤が公転する半径を変えるための偏芯機構を備える。
【０００９】
本発明の１態様は、被加工物を研磨加工する研磨装置であって、
第１の回転軸の周りに回転する上定盤と、
前記上定盤を回転させる上定盤の回転駆動機構と、
第２の回転軸の周りに回転する下定盤と、
前記下定盤を回転させる下定盤の回転駆動機構と、
被加工物を挟んで保持するため、前記上定盤の下面と下定盤の上面の少なくとも一方に貼り付けられた研磨フィルムと、
前記被加工物を研磨する加工空間に水を供給するための水供給装置と、を備え、
前記下定盤の前記第２の回転軸は、前記旋回定盤の前記第１の回転軸の周りに回転するとともに、前記下定盤は、前記第２の回転軸の周りに回転し、
前記下定盤と前記上定盤との間で前記被加工物を研磨する研磨装置である。
【００１０】
また、砥粒を固定した研磨フィルムを使用して研磨加工するので、被加工物との摩擦を大きくすることができ、短時間で研磨加工することができる。
【００１１】
前記下定盤の下方に位置し、前記第１の回転軸の周りに回転する旋回定盤と、
前記旋回定盤を回転させる旋回定盤の回転駆動機構と、
前記旋回定盤の前記第１の回転軸に対して、前記下定盤の第２の回転軸を偏心させる偏心機構と、を備えることが好ましい。
これにより、下定盤は公転すると共に自転し、自転する上定盤との間で、被加工物を効率的に研磨加工することができる。
【００１２】
前記加工空間に供給する水は、研磨剤を含まないことが好ましい。
研磨液は水で、スラリーを含まないので、研磨液を回収する必要がない。
【００１３】
前記研磨フィルムは、表面に砥粒を固定したフィルムであることが好ましい。
研磨フィルムを交換することにより、粗研磨から仕上研磨まで行うことができる。
研磨フィルムを交換するだけで、研磨面をドレッシングする必要がない。
【００１４】
仕上研磨に使用する前記研磨フィルムの表面に固定した前記砥粒は、酸化セリウムであることが好ましい。
これにより鏡面研磨まで行うことができる。
【００１５】
前記上定盤と前記下定盤の間隔をあけ、また前記上定盤の圧力を調節するため、前記上定盤を上下方向に移動させる上下スライド機構を備えることが好ましい。
これにより、研磨加工時の圧力を調節することができる。
【００１６】
前記被加工物の出し入れ、前記研磨フィルムの交換のため、研磨作業を行わないとき、前記上定盤を横方向に移動させる退避機構を備えることが好ましい。
これにより、被加工物の出し入れ、研磨フィルムの交換を容易に行うことができる。
【００１７】
前記被加工物は、球体であってもよい。前記被加工物は、板材であってもよい。
【００１８】
前記被加工物が前記上定盤と前記下定盤の間から外れないように保持するため、前記下定盤の上面外周部に、厚さが前記被加工物の厚さより薄いリング状の保持フレームを備えることが好ましい。
これにより、被加工物が加工空間から外へ出にくくなる。
【００１９】
前記上定盤と前記下定盤の間に、前記被加工物を保持するため、上下面が平面で、厚さが前記被加工物の厚さより薄いリング状で、１つの被加工物を配置できる窓部を有するキャリアを備えることが好ましい。
これにより、容易に鏡面研磨を行うことができる。
【００２０】
本発明の別の態様は、上定盤と下定盤との間に被加工物を挟んで研磨加工する研磨方法であって、
前記上定盤の下面と前記下定盤の上面の少なくとも一方に研磨フィルムを貼り付け、
前記上定盤を第１の回転軸の周りに回転させ、
前記下定盤の第２の回転軸を前記第１の回転軸の周りに回転させ、前記下定盤を第２の回転軸の周りに回転させ、
前記被加工物を研磨する加工空間に水を供給し、
前記上定盤と前記下定盤との間に前記被加工物を挟んで研磨する研磨方法である。
【００２１】
前記下定盤の下方に位置する旋回定盤を前記第１の回転軸の周りに回転させ、
偏心機構により、前記旋回定盤の前記第１の回転軸に対して、前記下定盤の第２の回転軸を偏心させることにより、前記下定盤の第２の回転軸を前記第１の回転軸の周りに回転させることが好ましい。
【００２２】
前記加工空間に供給する水は、研磨剤を含まないことが好ましい。
前記研磨フィルムは、表面に砥粒を固定したフィルムであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、研磨液は水であり、スラリーを含まないので、研磨液を回収する必要がなく、そのまま排水することができる。研磨液の循環装置は不要であり、研磨装置のコストを低減することができる。
また、研磨フィルムの固定砥粒が摩耗した場合は、研磨フィルムを取り外して新しい研磨フィルムに交換すればよい。そのため、砥石のドレッシングをする必要がなく、熟練を要しない。
また、砥粒を固定した研磨フィルムを使用して研磨加工するので、被加工物との摩擦を大きくすることができ、短時間で研磨加工することができる。
研磨フィルムに固定した砥粒の種類と粒度を選択することにより鏡面仕上げすることができる。
固定砥粒を固定した研磨フィルムで被加工物を挟んで研磨するので、定盤と被加工物が直接接触せず、定盤の摩耗を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態では、ガラスレンズボールの研磨について説明する。本実施の形態では、１つの研磨装置で、粗研磨から鏡面を得られる仕上研磨まで行う。しかし、粗研磨と仕上研磨を別の研磨装置で行うこともできる。こうすると、粗研磨用と仕上研磨用の研磨フィルムを交換する手間が省け、作業能率が向上する。
本発明は、ガラスレンズボールに限定されず、他のセラミック等の球体の研磨に適用することができる。
また本発明は、球体の研磨だけでなく、シリコンウェハ等の板材の平面の研磨に適用することができる。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態による研磨装置の概略斜視図である。研磨装置は、球体及び板材の研磨加工を行う装置である。研磨装置は、装置の各ユニットと部材を支持するためのフレーム構造体2を備える。研磨装置は、フレーム構造体2の上に上定盤ユニット3を備える。上定盤7は上定盤の回転軸A1の周りを回転する。
研磨装置は、旋回定盤5を備える。旋回定盤5は、回転軸A1の周りを回転する。フレーム構造体2内に下定盤ユニット4を備える。フレーム構造体2内に下定盤ユニット4を偏芯させる偏芯機構8を備える。下定盤6の回転軸は、旋回定盤5の回転軸A1から偏芯する。下定盤6は、旋回定盤5の回転軸A1の周りを公転するとともに、下定盤の回転軸B1の周りを回転する。
以下、図２〜５により、本発明の研磨装置について詳しく説明する。以下の説明において、横方向とは、ｘ方向、縦方向とはｙ方向、垂直方向とはｚ方向をいうものとする。
【００２６】
図２Ａは、研磨装置の概略斜視図であり、内部の構造を見やすくするため、フレーム構造体2を表示していない。図２Ａでは、上定盤の回転軸A1と下定盤の回転軸B1は一致している。
上定盤ユニット3は、フレーム構造体2に固定して設けられている。上定盤ユニット3は、モータ31と、モータ31の回転を伝達するベルト32と、ベルト32により回転される上定盤のプーリ73とを含む上定盤の回転駆動機構を備え、上定盤7とシャフト72を上定盤の回転軸A1の周りに旋回させることができる。上定盤7の下面には研磨フィルムを貼り付けることができる。
上定盤ユニット3は、水供給装置（図示せず）を備える。水供給装置は、上定盤ユニット3内を通り、上定盤7のシャフト72内を通る孔を通って、加工空間に水（クーラント）を供給することができる。
【００２７】
上定盤ユニット3の下側に上定盤7が設けられる。上定盤7は、上定盤の回転駆動機構により、上定盤7の回転軸A1を中心として、何れの方向へも所望の回転数で回転させることができる。
【００２８】
下定盤ユニット4の動きについては、図４Ａと４Ｂを参照して、後述する。
【００２９】
研磨装置は、フレーム構造体2に固定された旋回定盤5の回転駆動機構を備える。旋回定盤5の回転駆動機構は、旋回定盤5を回転させるためのモータ52を有する。
旋回定盤の回転駆動機構の上側に、旋回定盤5が設けられる。旋回定盤5は、旋回定盤の回転駆動機構により、旋回定盤5の回転軸を中心として回転させることができる。旋回定盤5の回転軸は上定盤の回転軸A1と一致している。
【００３０】
旋回定盤5は、上面に２本の平行なレール51を有する。レール51の上には、円盤状の下定盤受部材63が設けられる。下定盤受部材63の下面には、旋回定盤5のレール51上に摺動部材64が設けられる。摺動部材64は、旋回定盤5のレール51に摺動自在に支持されて、レール51上を摺動することができる。その結果、下定盤受部材63は、旋回定盤5上をレール51に沿って、移動することができる。
【００３１】
下定盤受部材63の上側に、シャフト62が設けられる。シャフト62は、下定盤受部材63の中心上に回転自在に受けられる。シャフト62に固定されて下定盤6が設けられる。下定盤6の上面には研磨フィルムを貼り付けることができる。
【００３２】
図２Ｂは、レール51がｘ軸に平行な状態で、下定盤6の回転軸B1が、上定盤7の回転軸A1から、ｘ方向に距離Hだけ偏芯した状態を示す斜視図である。下定盤ユニット4は、偏芯機構8を備える。偏芯機構8は、サーボモータ81と、サーボモータ81により回転される回転シャフト82とを備える。サーボモータ81と回転シャフト82により、下定盤ユニット4の摺動部材44は、レール85上を横方向へ摺動する。偏芯機構8は、モータ41と、ベルト42と、プーリ61と、シャフト62（下定盤ユニット4）と、下定盤6とを横方向（ｘ方向）へ移動させることができる。これにより、下定盤受部材63は、旋回定盤5のレール51上を摺動して、旋回定盤5の端部に移動する。そのため、下定盤6の回転軸B1は上定盤7の回転軸A1から偏芯する。この状態で、下定盤受部材63の位置を旋回定盤5のレール51に対して固定すると、下定盤受部材63と下定盤6の公転半径を一定にすることができる。
【００３３】
図３は、上定盤ユニット3と上定盤7を示す斜視図であり、上定盤7の上昇位置（実線）と下降位置（想像線）を示す。上定盤ユニット3は、上下スライド機構10を含む。上下スライド機構10は、図示しない空気源から加圧空気を送られるエアシリンダー19を有する。上下スライド機構10は、エアシリンダー19に圧縮空気出し入れすることにより、エアシリンダー19の下のシャフト72と上定盤7を上下方向に移動させることができる。即ち、上定盤7を下定盤6に近づき離れるように移動させることができる。これにより、加圧力を調節することができる。
【００３４】
図４Ａは、フレーム部材21と、下定盤ユニット4と、旋回定盤5と、下定盤6を示す斜視図である。図４Ａと４Ｂでは、偏芯機構8により、下定盤6と、シャフト62と、下定盤受部材63との回転軸B1を、旋回定盤5の回転軸A1からずらしてある（図２Ｂと同じ位置）。そのため、下定盤受部材63は、旋回定盤5上の外周部に位置する。
【００３５】
フレーム構造体2のフレーム部材21には、２本の平行なレール22が固定されている。下定盤ユニット4の偏芯ユニット台83に結合した摺動部材84が、レール22に摺動自在に支持される。これにより、偏芯機構8はフレーム部材21上で、横方向（ｘ方向）に摺動可能に支持される。
【００３６】
下定盤ユニット4は、モータ41と、モータ41の回転を伝達するベルト42と、プーリ61とを含む下定盤の回転駆動機構を含む。回転駆動機構により、下定盤6と、シャフト62とを下定盤の回転軸B1の周りに旋回させることができる。
【００３７】
図４Ａの状態から、図４Ｂの位置まで旋回定盤5を回転させ。旋回定盤5が回転し、下定盤受部材63は回転軸A1を中心として回転し、シャフト62と、下定盤6も回転軸A1を中心として回転する。こうして、下定盤6の回転軸B1は、回転軸A1を中心として半径Hで回転する。
下定盤6の回転軸B1が回転すると、これに追従して、偏芯ユニット台83に結合した摺動部材84が、レール22上を摺動する。
このとき、下定盤ユニット4の下定盤ユニット台43の右端部は、偏芯機構8の往復運動にあわせて、横方向（ｘ方向）に往復運動し、下定盤ユニット台43の左端部は下定盤6の回転軸B1の回転に従って回転する。
【００３８】
このように、下定盤6の回転軸B1は、旋回定盤5の回転軸A1を中心として半径Hで回転（公転）する。また、下定盤6は、下定盤の回転機構により、回転軸B1を中心として回転（自転）させることができる。即ち、下定盤6は、遊星歯車のように、旋回定盤5の回転軸A1を中心として公転しながら、下定盤6の回転軸B1を中心として自転する。
下定盤6は、旋回定盤5の回転軸A1を中心として公転させるが、下定盤の回転駆動機構を作動させずに、回転軸B1を中心として回転させないようにすることもできる。
下定盤6は公転しながら自転するものであれば良く、本実施形態に述べた以外のものでも良い。例えば、偏芯機構8をなくし、下定盤6がXYテーブル上で公転しながら自転するようにすることもできる。
【００３９】
図５は、上定盤ユニット3と上定盤7が退避位置にある状態を示す斜視図である。上定盤ユニット3は、退避機構11を備える。退避機構11は、サーボモータ111と、サーボモータ111により回転される回転シャフト112とを有する。
サーボモータ111と回転シャフト112により、上定盤7と上下スライド機構10を通常位置（図１）と、上定盤7の回転軸がC1となる退避位置（図５）の間で横方向に移動させることができる。図５に示す退避位置では、上定盤7と下定盤6とは横方向にずれているので、上定盤7の下側、下定盤6の上側にスペースができる。そのため、被加工物の挿入と取り出し、研磨フィルムの交換等を行うためのスペースを確保することができる。
なお、研磨作業を行うときは通常位置で行い、被加工物の挿入と取り出し、研磨フィルムの交換等を行う場合に退避位置に移動する。
【００４０】
下定盤6と上定盤7の一方又は両方に研磨フィルム12を貼り付ける。研磨フィルム12は、フィルムに砥粒を固定したものである。フィルムとしてはPETフィルムその他のフィルムを使用することができる。研磨フィルム12に砥粒を固定するには接着剤による貼り付けその他の方法で行うことができる。研磨フィルム12に固定する砥粒の種類と粒度は、被加工物の材質や性質により選択することができる。
砥粒は、一般的な砥粒材料を使用することができる。粗研磨は通常２〜３種類の研磨フィルムを用いて行う。砥粒の粒度は、粗研磨では粗目粒度を使用する。仕上研磨は、砥粒として細目粒度の酸化セリウムを使用する。研磨フィルム12の裏面には糊層が設けられ、研磨フィルム12を下定盤6又は上定盤7に容易に貼り付け、また剥がすことができる。
研磨フィルム12は、下定盤6と上定盤7の何れか一方のみに貼り付けても良い。一般に、粗研磨では一方に貼り付けることが多い。仕上研磨では下定盤6と上定盤7の両方に研磨フィルム12を貼り付けて研磨する。
【００４１】
研磨する材料となる研磨前の被加工物は、真球ではない粒状である。
砥粒の粒度を変えた研磨フィルム12を数種類用意し、砥粒の粒度の粗い研磨フィルムで研磨前の被加工物を粗研磨し、次に、粒度の少し細かい研磨フィルムで更に粗研磨し、次第に粒度の細かい研磨フィルムに交換し粗研磨する。被加工物は、次第に真球に近づいていく。最後に、細かい粒度の酸化セリウムを固定した研磨フィルム12で仕上研磨する。仕上研磨により、被加工物の表面は鏡面になる。こうして、粗研磨から仕上研磨まで、１つの研磨装置で行うことができる。
【００４２】
図６は、キャリア15の斜視図である。キャリア15は、上下面が平面で、厚さは被加工物14の粒径より小さくなっている。キャリア15には、(a)のドーナツ形、(b)の円板状15'等の形がある。キャリア15は、被加工物14を個別に保持するための複数の孔部15aを有する。被加工物は、上定盤7と下定盤6（研磨フィルム12を貼り付けても良い）の間に挟んで研磨加工するが、キャリア15を上定盤7下定盤6の間に入れ、１つの被加工物14を１つの孔部に保持して研磨することができる。
鏡面に加工する仕上研磨では、キャリア15を使用する場合が多い。
【００４３】
図７は、下定盤6の上に、研磨フィルム12を貼り付け、その上に保持フレーム13とキャリア15と被加工物14を配置した状態を示す斜視図である。研磨フィルム12上に、保持フレーム13が配置される。保持フレーム13は上下面が平面で、外径は下定盤6の外径とほぼ同じであり、一定の幅で下定盤6の外周部に沿っている。保持フレーム13の厚さは、被加工物14の粒径より小さく、被加工物14を研磨加工するとき、被加工物14が下定盤6の上から落ちないように保持する。研磨フィルム12の上に、図６に示すキャリア15が配置され、１つの被加工物14を１つの孔部に保持している。
【００４４】
図８は、被加工物14を研磨加工している状態を示す概略端面図である。図７のように下定盤6の上には、研磨フィルム12が貼り付けてある。保持フレーム13とキャリア15と被加工物14を配置する。上下スライド機構10により、上定盤7を下降させ、被加工物14を上定盤7と下定盤6の間に挟み込むことができる。
上定盤7のシャフト内を通る孔を経由して、水（クーラント）を加工空間に供給することができる。水は、外部から供給することもできる。
【００４５】
次に、本発明の実施形態の研磨装置を使用して、ガラスレンズボールを粗研磨から仕上研磨まで行い、鏡面の真球を得る場合について研磨装置の動作を説明する。
上定盤ユニット3の上下スライド機構10を作動させて、上定盤7を上方へ移動させる。
退避機構11を動作させて、図５に示すように、上定盤ユニット3と上定盤7を横方向へ移動させる。
上定盤7と下定盤6に研磨フィルム12を貼り付ける。
【００４６】
図７に示すように、下定盤6の研磨フィルム12上に保持フレーム13を取り付ける。
必要により、下定盤6の研磨フィルム12上にキャリア15を配置する。
下定盤6の研磨フィルム12上に被加工物14を配置する（キャリア15がある場合は、キャリア15の孔15a内に）。
偏芯機構8により、モータ41と、ベルト42と、シャフト62と、下定盤6とを所定の距離だけ偏芯させる。
退避機構11により、上定盤ユニット3と上定盤7を図１の位置に戻す。
上下スライド機構10により、上定盤7を下方へ移動させ、下定盤6との間に被加工物14を挟む。
【００４７】
上定盤7のシャフト内を通る孔を経由して、水（クーラント）を加工空間に供給する。水は、外部から供給することもできる。
【００４８】
水を加工空間に満たす。モータ31により上定盤7を回転させる。上定盤7は、回転軸A1を中心として回転する。
モータ52により旋回定盤5を回転させる。このとき、下定盤受部材63の回転軸B1は、旋回定盤5上を旋回定盤5の回転軸A1を中心として回転する。そのため、シャフト62と下定盤6の回転軸B1は、旋回定盤5の回転軸A1を中心として回転（公転）する。
このとき、下定盤ユニット4の右端部は横方向に往復移動し、左端部は下定盤6の公転に追従する。偏芯機構8は横方向に往復移動する。
【００４９】
モータ41により下定盤6を回転させる。下定盤6は、回転軸B1を中心として回転（自転）する。
図８に示すように、被加工物14は、保持フレーム13の内周、上定盤7の下面、下定盤6の上面により制限された加工空間内で転動しながら、研磨されていく。
【００５０】
上定盤7と下定盤6の回転数、回転方向、加圧荷重、偏芯量等の条件により、加工条件は変化する。被加工物14のエッジ部は次第に除去され、真球に近づいていく。
【００５１】
１回目の粗研磨を行った後、研磨フィルム12を粒度の少し細かい砥粒を固定した研磨フィルム12に貼り変えて２回目の粗研磨をする。数回粗研磨を繰返し、最後に仕上用の研磨フィルム12で被加工物14を研磨する。こうして、被加工物14の表面を鏡面にすることができる。鏡面の仕上研磨をする場合は、砥粒として粒度の細かい酸化セリウムを使用することが好ましい。
【００５２】
本発明の実施形態によれば、フィルムに砥粒を固定した研磨フィルムを使用し、研磨液として研磨剤を含まない水を用いて、短時間で良好な真球のガラスボールを得ることができた。表面は、鏡面状態の真球を得ることができる。
【００５３】
なお、被加工物14がガラス等の傷がつきやすい材質の場合は、上定盤7又は下定盤6と研磨フィルム12の間にゴムシート等の弾性体を挿入することができる。こうすると、上定盤7又は下定盤6の平面度により、又は被加工物14の外径の差により、被加工物14に大きい荷重がかかっても、ゴムシートにより大きい荷重を吸収することができる。
また、ゴムシートを用いると、被加工物14は透明になり易い。
【００５４】
図９は、板材用の保持フレームの実施例を示す斜視図である。(a)の保持フレーム13'は、板材の被加工物を配置するための孔13aが３箇所設けられている。(b)の保持フレーム13”は、板材の被加工物を配置するための孔13aが２箇所設けられている。板材用の保持フレーム13',13”は、板材を一枚づつ孔13aに配置するので、キャリア15の作用もする。
保持フレーム13又はキャリア15の形状を変えることにより、いろいろの大きさの球体、又は板材を精密に研磨加工することができる。
【実施例】
【００５５】
本発明の実施形態の研磨装置を使用して、ガラスレンズボールの研磨を行った。研磨前のガラスレンズボールの材質はBK7ガラスであり、直径は約3mmである。角張った形状で、表面は不透明である。
本発明の研磨装置により、研磨加工を行った。研磨装置の主な仕様は次の通りである。
上定盤7の外径      300mm
下定盤6の外径      300mm
旋回定盤5の回転数      0〜80rpm
上定盤7の回転数      -200〜200rpm
下定盤6の回転数      -200〜200rpm
上定盤7と下定盤6の偏芯量      0〜75mm
加工時の荷重    10〜500N
研磨フィルム12の仕様は次の通りである。
粗研磨用  フィルム材質  PET
砥粒の粒度  粗目粒度
仕上研磨用  フィルム材質  PET
砥粒    酸化セリウム
砥粒の粒度  細目粒度
【００５６】
図１０は、本発明の実施例により、粗研磨したガラスレンズボール（上）と仕上研磨したガラスレンズボール（下）の外観写真である。
【００５７】
本実施形態の記載した以外に、外径の大きい定盤を用いることにより、大きな被加工物を加工することができ、また小さい被加工物を大量に加工することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の装置は、ガラスレンズ等の球体の研磨に利用することができる。また、広くシリコンウェハ等の板材の研磨に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態による研磨装置の斜視図。
【図２Ａ】図１の研磨装置のフレーム構造体を表示していない斜視図。
【図２Ｂ】偏芯機構により、図２Ａの研磨装置の下定盤を、上定盤から偏芯させた状態を示す斜視図。
【図３】上定盤ユニットと上定盤の斜視図。
【図４Ａ】下定盤ユニットと、旋回定盤と、下定盤を示す斜視図。
【図４Ｂ】図４Ａの状態から、旋回定盤を回転させ、下定盤を公転させた状態を示す斜視図。
【図５】上定盤ユニットと上定盤が退避位置にある状態を示す斜視図。
【図６】キャリアの斜視図。
【図７】下定盤の上に、保持フレームとキャリアと被加工物を配置した状態を示す斜視図。
【図８】被加工物を研磨加工している状態を示す端面図。
【図９】保持フレームの別の実施例を示す斜視図。
【図１０】本発明の実施例のガラスレンズボールを粗研磨した段階と、仕上研磨した段階の外観写真。
【符号の説明】
【００６０】
A1  上定盤の回転軸
B1  下定盤の回転軸
12  研磨フィルム
13  保持フレーム
14  被加工物
2  フレーム構造体
21  フレーム部材
22  レール
3  上定盤ユニット
31  モータ
32  ベルト
4  下定盤ユニット
41  モータ
42  ベルト
43  下定盤ユニット台
44  摺動部材
5  旋回定盤
51  レール
6  下定盤
61  プーリ
62  シャフト
63  下定盤受部材
64  摺動部材
7  上定盤
72  シャフト
73  プーリ
8  偏芯機構
81  サーボモータ
82  回転シャフト
83  偏芯ユニット台
84  摺動部材
85  レール
10  上下スライド機構
19  エアシリンダー
11  退避機構
111  サーボモータ
112  回転シャフト
12  研磨フィルム
13  保持フレーム
14  被加工物
15  キャリア
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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