JP2002254298A - 研磨方法および研磨装置 - Google Patents

研磨方法および研磨装置

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JP2002254298A
JP2002254298A JP2001057567A JP2001057567A JP2002254298A JP 2002254298 A JP2002254298 A JP 2002254298A JP 2001057567 A JP2001057567 A JP 2001057567A JP 2001057567 A JP2001057567 A JP 2001057567A JP 2002254298 A JP2002254298 A JP 2002254298A
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polishing
flatness
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polishing tool
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JP2001057567A
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Manabu Ando
学 安藤
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  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨工具の研磨面の平面度を自在に調整す
る。 【解決手段】 研磨工具3は、アスファルトピッチで作
られた第1層3aと、バイメタル構造を構成する黄銅の
第2層3b、およびマルテンサイト系ステンレスの第3
層3cを有し、第1層3aの研磨面に平面ミラー等の光
学素子Wを当接し、研磨液6に浸漬して相対運動させる
ことで、平面加工を行なう。予め研磨液6と光学素子W
の仕上がり平面度の相関を求めておき、研磨液6の液温
を、ヒータ7、冷却装置の冷却部8等によって制御する
ことで、バイメタル構造の湾曲量を調整して、平面度の
高い研磨加工を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ、ミラー等
の光学素子を高精度に研磨加工するためのいわゆるラッ
プ方式による研磨方法および研磨装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、比較的小径な平面ミラー等の光学
素子を研磨加工する方法として、被加工物の大きさに比
べて充分大きな研磨工具を用いて、研磨工具の研磨面を
上向きにしてその上で被加工物を移動させながら研磨す
る方法が知られている。これは通常、平面ラップ方式と
呼ばれるもので、この研磨方法では、研磨工具の研磨面
の平面度に被加工物の仕上がり平面度が依存し、一般的
に、研磨工具が大型であるほど有利である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術では、以下のような未解決の課題があった。
【0004】1.研磨工具が大型であるために、例えば
直径20〜50mm程度の比較的小径な被加工物を加工
するのにも大型のラップ盤を設置しなければならず、広
い設置スペースが必要となる。
【0005】2.研磨工具の研磨面の形状がそのまま被
加工物に転写されるので、研磨工具の管理を厳重に行な
わなければならず人手がかかる。
【0006】3.高い平面度と同時に良好な表面粗さを
得ようとする場合には、研磨面を通常アスファルトピッ
チで成形した研磨工具が用いられるが、この場合でも、
良好な表面粗さが得られる工具状態が必ずしも高い平面
度を得られる工具形状とは限らない。従って、高い平面
度と良好な表面粗さを同時に必要とする例えば高精度な
エタロン板等を加工するときは、工具の作り直し頻度が
高く加工コストの上昇を招く。
【0007】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、被加工物の大きさに
比べて大寸法の研磨工具を用いる研磨加工において、高
い平面度と良好な表面粗さを同時に達成できる研磨方法
および研磨装置を提供することを目的とするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の研磨方法は、バイメタル構造の支持層と該
支持層に支持された表面層を有する研磨工具の研磨面に
被加工物を当接し、研磨液中で相対運動させることで前
記被加工物を研磨加工する工程を有し、前記研磨液の液
温を変化させることで前記バイメタル構造の湾曲量を制
御し、前記研磨工具の前記研磨面を所定の平面度に調整
することを特徴とする。
【0009】また、バイメタル構造の支持層と該支持層
に支持された表面層を有する研磨工具の研磨面に被加工
物を当接し、研磨液中で相対運動させることで前記被加
工物を研磨加工する工程を有し、前記研磨液の液温を変
化させることで前記バイメタル構造の湾曲量を制御し、
前記研磨工具の前記研磨面を所定の曲率半径に調整する
ことを特徴とする研磨方法でもよい。
【0010】先行する加工サイクルにおいて加工中の研
磨液の液温と加工後の被加工物の仕上がり平面度を計測
して両者の相関を表わす検量線を求めておき、該検量線
に基づいて、後行する加工サイクルにおける研磨液の液
温を制御するとよい。
【0011】本発明の研磨装置は、バイメタル構造の支
持層と該支持層によって支持された表面層を有する研磨
工具と、被加工物を保持して前記研磨工具の研磨面に当
接する被加工物保持手段と、前記研磨工具と前記被加工
物保持手段を相対運動させる駆動機構と、前記研磨工具
と前記被加工物を浸漬する研磨液と、該研磨液の液温を
変化させることで前記研磨工具の前記バイメタル構造の
湾曲量を制御し、前記研磨面の平面度を調整する平面度
調整手段を有することを特徴とする。
【0012】研磨工具の表面層がアスファルトピッチに
よって作られているとよい。
【0013】
【作用】バイメタル構造を支持層とする研磨工具を研磨
液に浸漬し、その液温を制御することで研磨工具の研磨
面の平面度や曲率半径を任意に調整する。これによっ
て、平面ミラー等を研磨加工するときには高い仕上がり
平面度を安定して得ることができ、また、大きな曲率半
径を有する凹面ミラー等も高精度で研磨することができ
る。
【0014】予め先行する加工サイクルにおいて加工中
の研磨液の液温および加工後の被加工物の仕上がり平面
度を計測し、両者の相関を表わす検量線を求めておけ
ば、該検量線に基づいて研磨液の液温を制御するだけ
で、研磨面の管理を容易に行なうことができる。これに
よって、平面度の高い平面ミラーや比較的大きな曲率半
径を有する凹面ミラーを低コストで加工できる。
【0015】研磨工具の表面層がアスファルトピッチに
よって作られていれば、高い平面度等に加えて良好な表
面粗さを有する平面ミラー等を極めて効率よく安価に加
工できる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
【0017】図1は一実施の形態による研磨装置を示す
もので、被加工物である光学素子Wは被加工物保持手段
である保持具1に取り付けられ、上軸2によって研磨工
具3の研磨面上を揺動される。この研磨装置の上軸2の
駆動部は通常使われている横振り研磨機と同様の駆動機
構を有し、研磨工具3は下軸4に固定され、一定速度で
回転する。
【0018】研磨工具3は、厚み方向にバイメタル構造
を有する支持層を備えており、上面の研磨面側から表面
層である第1層3aが針入度15のアスファルトピッチ
で作られ、第2層3bが黄銅、回転する下軸4に固定さ
れる第3層3cがマルテンサイト系ステンレスであり、
第2層3bと第3層3cによってバイメタル構造を構成
する。このバイメタル研磨工具の直径は、例えば250
mmである。
【0019】研磨工具3はその全体をタブ5で囲まれて
おり、研磨工具3の研磨面が研磨液6中に没むように浸
漬される。研磨液6は、例えば平均粒径が0.3μmの
酸化セリウム系研磨材を精製水に0.2wt%撹拌させ
たものである。
【0020】タブ5の中には、研磨液6の温度を変化さ
せるためのヒータ7と、図示しない冷却装置の冷却部8
が配設され、さらに、研磨液6の温度を測定する熱電対
9、およびコントローラ10が設けられており、これら
によって、バイメタル構造の湾曲量を制御して研磨面の
平面度を調整する平面度調整手段が構成されている。研
磨液6の温度は、コントローラ10により、熱電対9の
測定値と設定目標値の偏差に基づいてヒータ7および冷
却装置の冷却部8をPID制御することで一定に保たれ
る。
【0021】本実施の形態によれば、研磨工具を厚み方
向にバイメタル構造としたので、研磨液の液温の変化
で、積極的に研磨面の形状を凸面から平面、および凹面
まで制御できる。従って、上記のようにアスファルトピ
ッチ等の変形しやすい材料で研磨面を成形しても、被加
工物を高い平面度の平面等に任意に加工できるうえに、
加工中でも研磨工具の研磨面の形状を自在に制御でき
る。
【0022】例えば、一つのバイメタル構造の研磨工具
について予め先行する加工サイクルにおける研磨液温度
と被加工物の仕上がり平面度の相関を表わす検量線を求
めておけば、その工具については、その後の加工工程に
おいて、被研磨面の平面度を加工途中に測定して、適切
な研磨液温度を算出することができる。
【0023】このようにして求めた研磨液温度になるよ
うに、研磨液温度をコントローラにより制御すること
で、研磨工具の研磨面を適切な形状にすることができ
る。その結果、加工後の光学素子等の仕上がり平面度等
を大幅に向上させることができる。
【0024】(第1実施例)上記の直径250mmのバ
イメタル研磨工具を用いて、直径40mm、厚さ10m
mの石英ガラスを被加工物として研磨液温度と仕上がり
平面度の相関を評価し、図2に示す検量線を求めた。こ
のグラフから、被加工物の直径と、加工途中の平面度を
計測すれば研磨液温度をあと何度上昇または下降させる
べきかが判定できる。
【0025】次に、上記のバイメタル研磨工具によっ
て、特定の研磨条件で、直径40mmの石英ガラスを平
面研磨した。研磨条件は、研磨工具を20回転/mi
n、被加工物の揺動をストローク30mm、周波数0.
25Hz、研磨荷重を400gf(3.9N)とした。
また、研磨液温度は23.0度に制御した。加工中の被
加工物の平面度は、プラス(凸面)0.15μmで落ち
着き、変化しなくなった。そこで、図2の検量線によ
り、研磨液温度1度あたりの平面度の変化量−0.08
μmと、現在の平面度から、研磨工具の研磨面に−0.
15μmの変化が必要であることが分かるから、 (−0.15)/(−0.08)=1.875 と計算して、研磨液温度を略1.9度上げればよいと判
断し、研磨液温度の設定目標値を 23.0+1.9=24.9 と計算し、コントローラの設定値を変更した。
【0026】この条件で加工後の被加工物の仕上がり平
面度は、プラス(凸面)0.03μm程度となった。ま
た、研磨面を形成するアスファルトピッチ層が針入度1
5と比較的柔らかいので、良好な平面粗さも得られた。
【0027】(第2実施例)曲率半径が大きな凹面ミラ
ーの研磨を行なった。第1実施例と同じバイメタル工具
および研磨液を用いて、研磨液温度が20.5度で平面
が研磨されるように設定したのち、研磨液温度を25.
5度まで上げる。液温の上昇によって得られる研磨面の
球面量は、 −0.08×5=−0.4 と計算される。被研磨面は、直径40mmで0.4μm
の凹面となり、形状精度の高い曲率半径500mの凹面
ミラーを加工できた。
【0028】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【0029】研磨工具を厚み方向にバイメタル構造とす
ることにより、任意に研磨工具の研磨面の形状を制御す
ることが可能となり、研磨面の成形直し作業を減らすこ
とができる。また、一定時間ごとに被研磨面の平面度の
測定を行ない、検量線より求められる適正液温を、研磨
液温度を制御するコントローラに入力するだけで高精度
の平面度を得られるため、作業の簡略化を促進できる。
【0030】さらに、良好な表面粗さと高精度の平面度
を同時に満たす研磨加工を容易に実現することができ
る。
【0031】また、曲率半径が大きな球面の加工も、計
算によって液温条件を求めて、短時間のうちに高精度に
加工できる。
【0032】加えて、研磨工具の工具寸法を必要以上に
大きくすることなく高い平面度が得られるため、装置の
大型化を回避できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施の形態による研磨装置を示す模式図であ
る。
【図2】第1実施例による研磨液温度と仕上がり平面度
の検量線を示すグラフである。
【符号の説明】
1 保持具 2 上軸 3 研磨工具 3a 第1層 3b 第2層 3c 第3層 4 下軸 5 タブ 6 研磨液 7 ヒータ 8 冷却部 9 熱電対 10 コントローラ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バイメタル構造の支持層と該支持層に支
    持された表面層を有する研磨工具の研磨面に被加工物を
    当接し、研磨液中で相対運動させることで前記被加工物
    を研磨加工する工程を有し、前記研磨液の液温を変化さ
    せることで前記バイメタル構造の湾曲量を制御し、前記
    研磨工具の前記研磨面を所定の平面度に調整することを
    特徴とする研磨方法。
  2. 【請求項2】 バイメタル構造の支持層と該支持層に支
    持された表面層を有する研磨工具の研磨面に被加工物を
    当接し、研磨液中で相対運動させることで前記被加工物
    を研磨加工する工程を有し、前記研磨液の液温を変化さ
    せることで前記バイメタル構造の湾曲量を制御し、前記
    研磨工具の前記研磨面を所定の曲率半径に調整すること
    を特徴とする研磨方法。
  3. 【請求項3】 先行する加工サイクルにおいて加工中の
    研磨液の液温と加工後の被加工物の仕上がり平面度を計
    測して両者の相関を表わす検量線を求めておき、該検量
    線に基づいて、後行する加工サイクルにおける研磨液の
    液温を制御することを特徴とする請求項1または2記載
    の研磨方法。
  4. 【請求項4】 バイメタル構造の支持層と該支持層によ
    って支持された表面層を有する研磨工具と、被加工物を
    保持して前記研磨工具の研磨面に当接する被加工物保持
    手段と、前記研磨工具と前記被加工物保持手段を相対運
    動させる駆動機構と、前記研磨工具と前記被加工物を浸
    漬する研磨液と、該研磨液の液温を変化させることで前
    記研磨工具の前記バイメタル構造の湾曲量を制御し、前
    記研磨面の平面度を調整する平面度調整手段を有する研
    磨装置。
  5. 【請求項5】 研磨工具の表面層がアスファルトピッチ
    によって作られていることを特徴とする請求項4記載の
    研磨装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009166161A (ja) * 2008-01-15 2009-07-30 Nippon Steel Corp 研磨用定盤
US7749336B2 (en) 2005-08-30 2010-07-06 Indium Corporation Of America Technique for increasing the compliance of tin-indium solders
CN105014520A (zh) * 2015-08-13 2015-11-04 江苏吉星新材料有限公司 一种蓝宝石衬底片浸没式化学机械抛光方法
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