JP2000225555A - 研磨加工用治工具及び研磨加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高精度の仕上げ面を効率的に創成することがで
きる。 【解決手段】本研磨装置は、ポリシャ１０ａが貼り付け
られた非磁性体金属製研磨用定盤１０、研磨用定盤１０
を回転させる工具軸１２およびモータ、研磨用定盤１０
上にのせられた光学素子Ａの位置を固定する研磨加工用
治工具１３、研磨加工用治工具１３に磁場を印加する磁
場印加装置１４、磁場印加装置１４等を制御する制御装
置１５を備える。研磨加工用治工具１３は、光学素子Ａ
の外縁を保持する補助工具１３ｂ、補助工具１３ｂを開
口で回転自在に保持すると共にチャック等によって所定
の位置に固定されるワーク保持具１３ｄ、光学素子Ａ上
にのるように補助工具１３ｂにはめ込まれた低弾性加圧
具１３ａを備えている。そして、低弾性加圧具１３ａの
内部には、磁場印加装置１４が印加する磁場に応じて密
度分布を変化させる磁性流体１３ｃが封入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板状の光学素子の
表面仕上げに適した研磨加工方法およびそれに用いられ
る研磨加工用治工具ならびに研磨加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリズム、ミラー、ガラス基板等の光学
素子の表面仕上げ加工には、加工物と弾性工具との間に
研磨用砥粒を介在させ、両者を互いに摺動させる研磨加
工が採用されることが多い。そして、そのための研磨機
は、研磨対象である光学素子の形状に応じて使い分けさ
れている。例えば、平面形状を有する光学素子の研磨加
工には、通常、ラップ盤、平面研磨機が用いられ、平行
平面形状を有する光学素子の研磨加工には、通常、両面
研磨機が用いられる。

【０００３】さて、図５に示すように、ポリシャ１０ａ
が貼り付られた研磨用定盤１０を有する平面研磨機で光
学素子Ａを表面仕上げする場合、光学素子Ａは、ワーク
保持具５２に回転自在に保持されたリング５１へのはめ
込みによって、研磨用定盤１０上にセットされる。この
状態で研磨用定盤１０が回転すると、研磨用定盤上のポ
リシャ１０ａと光学素子Ａとが互いに摺動し、それらの
間に介在している研磨用砥粒の研磨作用によって光学素
子Ａが研磨仕上げされる。但し、光学素子Ａが薄板状で
ある場合には、さらに光学素子Ａ上に重錘５０をのせる
ことによって、光学素子Ａの自重だけでは不足する研磨
荷重を補い、適当な加工能率が確保されるようにする必
要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、一般的に、
上記従来の平面研磨機は、研磨加工の進行と共にポリシ
ャの表面形状が徐々に劣化する。したがって、研磨加工
中、適当なタイミング(仕上げ面の平面度が劣化し始め
たとき等)で、ワーク保持具等を取り外し、ポリシャに
ツルーイングを施すことによって、ポリシャの研磨性能
を回復させ、光学素子の形状精度の低下を防止する必要
がある。このように研磨加工中に繰り返し実行される煩
雑なツルーイングに費やされるコストおよび時間が、光
学素子の製造コストの増大および製造効率の低下に直結
している。

【０００５】また、ポリシャの研磨性能を回復させるた
めにはツルーイングが必須であるにも関わらず、そのツ
ルーイングには、光学素子の仕上げ面の形状誤差の発生
要因が内在している。すなわち、(１)劣化具合にバラツ
キのあるポリシャを１回あるいは一定時間のツルーイン
グで完全には修正しきれない可能性があること、(２)長
期の使用によって減耗したツルーイング専用工具がポリ
シャに与える熱負荷にバラツキが生じる可能性があるこ
と、(３)ツルーイングの繰り返しによってポリシャが減
耗し、ポリシャが研磨性能を徐々に失ってゆくこと等
が、光学素子の平坦度等の形状精度を低下させる原因と
なる。

【０００６】したがって、研磨加工中に実行されるツル
ーイングの回数を極力少なくすることが望まれている。

【０００７】そこで、本発明は、研磨加工中におけるツ
ルーイング間隔を延長させることができる研磨加工用治
工具を提供することを第一の目的とする。また、高精度
の仕上げ面を効率的に創成することができる研磨加工方
法および研磨装置を提供することを第二の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、加工物を当該加工物の外縁で保持する保
持具と、前記保持具に保持された加工物上にのる低弾性
加圧具と、前記低弾性加圧具の内部に充填された磁性流
体とを備えることを特徴とする研磨加工用治工具を提供
する。ここで、磁性流体とは、マグネタイト(Ｆｅ₃Ｏ₄)
等の強磁性体の微粒子をオレイン酸等の界面活性剤で液
体中に安定に分散させることにより、見かけ上、流体自
身が磁性を持つようにした固液混相流体(コロイド溶液)
のことである。

【０００９】本研磨加工用治工具によれば、研磨加工中
に磁性流体に磁場を印加することによって、加工物上に
おける磁性流体の密度分布を変化させ、研磨工具と加工
物との間の研磨圧分布を変えることができる。したがっ
て、研磨加工の進行にしたがって研磨工具の形状がある
程度変化しても、その形状変化に応じた分布の磁場を磁
性流体に印加すれば、加工物の仕上げ面の形状精度の低
下を回避することができる。すなわち、本研磨加工用治
工具によれば、研磨加工中のツルーイング間隔を延長さ
せることができる。もちろん、研磨加工中のツルーイン
グ間隔を延長させたことによって、研磨対象の仕上がり
精度が低下することはない。

【００１０】なお、本研磨加工用治工具は、従来技術の
欄で説明したワーク保持具(以下、従来の研磨加工用治
工具と呼ぶ)の代わりに既存の研磨機にそのまま取り付
けることができるため、その使用に当たっては、磁性流
体に印加するための磁場を発生させる磁場印加装置(例
えば、電磁石)を既存の研磨機に付加するだけでよい。
したがって、既存の研磨機を援用することができるとい
う利点もある。

【００１１】また、本発明は、この研磨加工用治工具を
用いた研磨加工方法として、研磨工具と当該研磨工具上
に置かれた加工物とを相対的に移動させて、前記加工物
を研磨する研磨加工方法であって、磁性流体が充填され
た低弾性加圧具を前記加工物上にのせ、前記磁性流体に
磁場を印加しながら、前記加工物と前記研磨工具とを相
対的に移動させることを特徴とする研磨加工方法を提供
する。

【００１２】さらに、本発明は、この研磨加工方法によ
る研磨加工を実行するための研磨装置として、研磨工具
と当該研磨工具上に置かれた加工物とを相対的に移動さ
せて、前記加工物を研磨する研磨装置であって、前記研
磨加工用治工具と、前記研磨加工用治工具の磁性流体に
磁場を印加する磁場印加装置と、前記磁場を制御する制
御装置とを備えることを特徴とする研磨装置を提供す
る。

【００１３】本研磨加工方法および本研磨装置によれ
ば、研磨加工の進行に伴い研磨工具の形状がある程度変
化した場合であっても、その形状変化に応じた分布の磁
場を磁性流体に印加することによって、加工物の仕上げ
面の形状精度の低下が回避される。したがって、研磨工
具に対するツルーイング間隔を延長させることができ
る。すなわち、本研磨加工方法および本研磨装置によれ
ば、高精度の仕上げ面を効率的に創成することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係る実施の一形態について説明する。

【００１５】まず、本実施の形態に係る平面研磨装置の
基本構成について説明する。

【００１６】本平面研磨装置は、図１に示すように、黄
銅(真鍮)等の非磁性体金属で形成された研磨用定盤１
０、研磨用定盤１０の外周に取り付けらた加工槽１１、
研磨用定盤１０を回転させる工具軸１２およびモータ１
６、研磨用定盤１０上にのせられた光学素子Ａの位置を
固定する研磨加工用治工具１３、研磨加工用治工具１３
に磁場に印加する磁場印加装置１４、磁場印加装置１４
の直流電源１４ｃおよびモータ等を制御する制御装置１
５を備えている。なお、研磨用定盤１０の上面には、ポ
リシャ１０ａとして、エポキシ樹脂製の研磨用樹脂材、
硬質ポリウレタン製の研磨用パッド等が接着剤や接着シ
ートで貼り付けられている。また、加工槽１１には、研
磨加工に際して、研磨用砥粒を含んだ研磨液１１ａが満
たされ、その研磨液１１ａ中にポリシャ１０ａが浸され
る。

【００１７】さて、研磨加工用治工具１３は、光学素子
Ａの外縁を保持するリング状の補助工具１３ｂ、補助工
具１３ｂを開口で回転自在に保持すると共にチャック等
によって所定の位置に固定されるワーク保持具１３ｄ、
光学素子Ａ上にのるように補助工具１３ｂにはめ込まれ
た低弾性加圧具１３ａを備えている。この研磨加工用治
工具１３に光学素子Ａを装着して、研磨用定盤１０を回
転させると、光学素子Ａは、ポリシャ１０ａとの間に働
く摩擦力によって、補助工具１３ｂおよび低弾性加圧具
１３ａと共にワーク保持具１３ｄの開口内で回転する。

【００１８】低弾性加圧具１３ａの内部には、光学素子
Ａに研磨荷重を与えるための磁性流体１３ｃ、すなわ
ち、マグネタイト(Ｆｅ₃Ｏ₄)等の強磁性体の微粒子(直
径１０ｎｍ程度)にオレイン酸等の界面活性剤を吸着さ
せ、分散媒中に分散させたもの(図２参照)が封入されて
いる。なお、この低弾性加圧具１３ａの材料には、磁場
の印加による磁性流体１３の流動に応じて容易に弾性変
形する低弾性体シート、例えば、適当な厚さのゴムシー
ト等が用いられている。

【００１９】そして、磁場印加装置１４は、補助工具１
３ｂ等の回転中心にほぼ軸心があうように配置された鉄
心１４ｂ、鉄心１４ｂに巻き回されたコイル１４ａ、コ
イル１４ａに直流電流を印加する直流電源１４ｃを備え
た電磁石である。

【００２０】このような構成を備える平面研磨装置によ
れば、例えば、光学素子Ａの仕上げ面が中凸形状になり
始めた場合、すなわち、ポリシャ１０ａが中凹形状にな
り始めた場合には、磁場印加装置１４から磁場を発生さ
せることによって、図３に示すように、光学素子Ａ上に
のっている低弾性加圧具１３ａの中央に向かって磁性流
体１３ｃが流動し、光学素子Ａの中央領域に外周領域よ
りも大きな研磨荷重が加わるため、光学素子Ａの仕上げ
面を平坦に仕上げることができる。このように、ポリシ
ャ１０ａがある程度変形したぐらいでは、ポリシャ１０
ａに対してツルーイングを施さなくても光学素子Ａの仕
上がり精度が低下することはないため、研磨加工中にお
けるツルーイング間隔を延長することができる。したが
って、高精度の仕上げ面を効率的に創成することができ
る。なお、磁場印加装置１４の直流電源１４ｃのＯＮ／
ＯＦＦだけでなく、その直流電流量の制御によって、ポ
リシャ１０ａの変形程度に応じて磁場強度を調整するよ
うにすれば、光学素子Ａの仕上げ面をより平坦に仕上げ
ることができることは言うまでもない。

【００２１】さらに、低弾性加圧具１３ａの外周に向か
って磁性流体１３ｃを流動させるための磁場印加装置を
別途準備しておき、これを、図１および図３に示した磁
場印加装置１４と交換可能にしておけば、光学素子Ａの
仕上げ面が中凹形状になり始めた場合、すなわち、ポリ
シャ１０ａが中凸形状になり始めた場合にも、光学素子
Ａの仕上げ面を平坦に仕上げることができる。そのよう
な磁場印加装置としては、例えば、図４に示すような構
成を備えるものが挙げられる。この磁場印加装置４０
は、先端部がカップ状にされた鉄心４０ｂ、鉄心４０ｂ
の軸部に巻き回されたコイル４０ａ、コイル４０ａに直
流電流を印加する直流電源４０ｃを備えた電磁石であ
る。この磁場印加装置４０を、その鉄心４０ｂの先端部
４０ｄの端面が低弾性加圧具１３ａの外周領域に向くよ
うに配置すれば、低弾性加圧具１３ａの外周領域に大き
な磁場勾配を形成することができる。

【００２２】なお、本実施の形態に係る平面研磨装置を
実現するにあたっては、既存の平面研磨機を援用するこ
とができる。本実施の形態に係る研磨加工用治工具１３
が、従来の研磨加工用治工具の代わりに既存の平面研磨
機にそのまま取り付けることができるものであり、本実
施の形態に係る磁場印加装置１４も、適当な取り付け具
によって既存の平面研磨機に容易に取り付けることがで
きるものであるからである。

【００２３】次に、この平面研磨装置による研磨加工方
法について説明する。ここでは、平板状の光学素子を光
学素子Ａとする。

【００２４】光学素子Ａを補助工具１３ｂ内にはめた
後、平面研磨装置に固定されたワーク保持具１３ｄの開
口に、その補助工具１３ｂを挿入する。そして、モータ
１６で工具軸１２を回転させると、前述したように、ワ
ーク保持具１３ｄの開口内で光学素子Ａおよび補助工具
１３ｂが従属回転する。そして、ポリシャ１０ａと光学
素子Ａとが互いに摺動し、それらの間に介在している研
磨用砥粒の研磨作用によって光学素子Ａが研磨される。

【００２５】このような研磨加工を続けていると、ポリ
シャ１０ａの表面形状が徐々に劣化し、光学素子Ａの仕
上げ面の平面度が次第に劣化してくる。そこで、光学素
子Ａの仕上げ面の平面度が規格面精度におさまらなくな
った場合には、図１および図３に示した磁場印加装置１
４、または、図４に示した磁場印加装置４０によって、
磁場を発生させる。具体的には、ポリシャ１０ａが中凹
形状になり始めた場合には、図１および図３に示した磁
場印加装置１４を用いて磁場を発生させることによっ
て、光学素子Ａの中央領域に外周領域よりも大きな研磨
荷重を加え、その反対にポリシャ１０ａが中凸形状にな
り始めた場合には、図４に示した磁場印加装置４０を用
いて磁場を発生させることによって、光学素子Ａの外周
領域に中央領域よりも大きな研磨荷重を加える。このよ
うな、光学素子Ａ上における研磨荷重分布の制御によっ
て、ポリシャ１０ａの変形が相殺されるため、ポリシャ
１０ａに対してツルーイングを施すことなく、さらに光
学素子Ａの研磨加工を続行することができる。

【００２６】研磨加工の続行によってポリシャ１０ａの
変形がさらに進行した場合には、直流電流量の制御によ
って磁場を強めることによって対応する。そして、磁性
流体１３ｃが磁気飽和に達し、光学素子Ａ上における研
磨荷重分布の制御が不可能になった場合には、研磨加工
用治具１３全体を平面研磨装置から取り外し、ポリシャ
１０ａに対してツルーイングを施す。

【００２７】このように、本研磨加工方法によれば、仕
上げ面の品位を維持しながらツルーイング間を延長する
ことができるため、高精度の仕上げ面を効率的に創成す
ることができる。また、直流電流量を制御するだけで研
磨荷重分布を制御することができ、他に煩雑な調整作業
を要しない点においても効率的と言える。

【００２８】以上、本発明の平面研磨装置への適用例に
挙げたが、このことは、平面研磨装置以外の加工装置へ
の本発明の適用を妨げるものではない。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る研磨加工用治具によれば、
研磨加工中におけるツルーイング間隔を延長させること
ができる。また、本発明に係る研磨加工方法および研磨
加工装置によれば、高精度の仕上げ面を効率的に創成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る平面研磨装置の概略
構成図である。

【図２】界面活性剤の単分子層が吸着した強磁性体微粒
子の模式図である。

【図３】磁場およびそれによる磁性流体の流動で変形し
た低弾性加圧具を示した図である。

【図４】低弾性加圧具の外周方向に磁性流体を流動させ
る磁場を印加するための磁場印加装置の構成図である。

【図５】従来の平面研磨機の概略構成図である。

【符号の説明】

１０…研磨用定盤 １０ａ…ポリシャ １１…加工槽 １１ａ…研磨液 １２…工具軸 １３…研磨加工用治工具 １３ａ…低弾性加圧具 １３ｂ…補助工具 １３ｃ…磁性流体 １３ｄ…ワーク保持具 １４…磁場印加装置 １４ａ…コイル １４ｂ…鉄心 １４ｃ…直流電源 ４０…磁場印加装置 ４０ａ…コイル ４０ｂ…鉄心 ４０ｃ…直流電源 ４０ｄ…鉄心先端 ５０…重錘 ５１…リング ５２…ワーク保持具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工物を該加工物の外縁で保持する保持具
   と、 前記保持具に保持された加工物上にのる低弾性加圧具
   と、 前記低弾性加圧具の内部に充填された磁性流体とを備え
   ることを特徴とする研磨加工用治工具。
2. 【請求項２】研磨工具と当該研磨工具上に置かれた加工
   物とを相対的に移動させて、前記加工物を研磨する研磨
   装置であって、 請求項１記載の研磨加工用治工具と、 前記研磨加工用治工具の磁性流体に磁場を印加する磁場
   印加装置と、 前記磁場を制御する制御装置とを備えることを特徴とす
   る研磨装置。
3. 【請求項３】研磨工具と当該研磨工具上に置かれた加工
   物とを相対的に移動させて、前記加工物を研磨する研磨
   加工方法であって、 磁性流体が充填された低弾性加圧具を前記加工物上にの
   せ、前記磁性流体に磁場を印加しながら、前記加工物と
   前記研磨工具とを相対的に移動させることを特徴とする
   研磨加工方法。