JP2002307312A - 研磨加工装置、研磨加工方法、研磨加工をコンピュータに実行させる制御プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
研磨加工装置、研磨加工方法、研磨加工をコンピュータに実行させる制御プログラムおよび記録媒体Info
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- JP2002307312A JP2002307312A JP2001112709A JP2001112709A JP2002307312A JP 2002307312 A JP2002307312 A JP 2002307312A JP 2001112709 A JP2001112709 A JP 2001112709A JP 2001112709 A JP2001112709 A JP 2001112709A JP 2002307312 A JP2002307312 A JP 2002307312A
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- B24—GRINDING; POLISHING
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- B24C1/08—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for polishing surfaces, e.g. smoothing a surface by making use of liquid-borne abrasives
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
置、研磨加工方法、研磨加工をコンピュータに実行させ
るプログラムおよび記録媒体を提供する。 【解決手段】 被研磨材5をワークテーブル2に載置
し、少なくとも1つのノズル10から研磨液を吹付ける
ことにより被研磨材5の表面を成形研磨加工するもので
あって、ノズル10と被研磨材5は相対的に移動し、ノ
ズル10の角度が可変である。
Description
液を吹付けることにより光学部材や基板の表面研磨を行
う研磨加工装置、研磨加工方法、研磨加工をコンピュー
タに実行させる制御プログラムおよび記録媒体に関す
る。
磨材懸濁液の吹付けにより研磨する研磨手段として、特
開平5−57591号公報には、上下の工具の多数の穴
から噴出される研磨液の圧力によりレンズを保持すると
ともに、研磨液の噴出口とレンズを相対回転させながら
レンズ両面全体を同時に研磨するようにしたものが開示
され、特開平5−201737号公報には、水に懸濁し
た研磨剤のジェット液を用いてガラス板を切断するとと
もに、切断したガラス縁部の研磨加工を行うようにした
ものが開示され、USP5,951,369号公報に
は、磁性研磨粒子を懸濁した研磨液をフランジに付着さ
せて回転し、研磨部での磁場の強さを変化して磁性研磨
粒子の濃度を変化させることで研磨量を制御するものが
開示され、USP5,971,853号公報には、回転
するワークピースに磁性研磨粒子を懸濁した流体を吹付
けながらその吹付け方向をソレノイドで制御することで
研磨位置を調整するものが開示されている。
57591号公報に開示されたものは、上下に位置され
る工具でレンズを挟み、工具とレンズとの間に研磨液を
流すとともに、工具とレンズを相対的に回転させレンズ
研磨を行うようにしているので、レンズ両面全体を研磨
するようになり、レンズの一部のみを選択してその部分
のみを研磨するようなことができない。
示されたものは、研磨剤を懸濁したジェット液をガラス
板に噴射して切断するとともに、切断面を研削するよう
にしているので、ジェット液を噴出する工具は、ガラス
板面に平行に移動しながら、ガラス面に垂直にジェット
を噴出するようになる。このため、光学レンズのように
凹凸を有する面の研磨を行うことができず、また、ジェ
ットの噴出方向を変化させるような手段の開示もない。
に開示されるものは、磁性研磨粒子を懸濁した研磨液を
フランジ周囲に付着させ、このフランジを研磨部位に接
触させることで接触部位に限定した研磨を可能にしてい
る。しかし、この方法では、磁場の強さによって研磨量
の変化が可能であるが、研磨部位に対するフランジの押
し付け力によっも研磨量が大きく変化し、この押し付け
力と研磨量調整の関係が開示されないことから、研磨部
位の研磨量を微細に調整することが困難である。
公報に開示されるものは、ワークピースに対して流体の
吹付け方向を変化させることができる研磨方法が開示さ
れるが、その方向変化量は僅かであるため、ワーク表面
の法線方向に大きな変化がある凹凸面に対して垂直また
は一定の角度を持って液体を吹付けるのが難しい。
で、精度の高い研磨加工を実現できる研磨加工装置、研
磨加工方法、研磨加工をコンピュータに実行させるプロ
グラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。
被研磨材をテーブルに載置し、少なくとも1つのノズル
から研磨液を吹付けることにより前記被研磨材の表面を
成形研磨加工する研磨加工装置において、前記ノズルと
前記被研磨材は、相対的に移動し、前記ノズルの角度が
可変であることを特徴としている。
明において、前記被研磨材は、回転可能にテーブルに載
置されることを特徴としている。
明において、前記研磨液を吹付ける時間を制御すること
を特徴としている。
明において、前記ノズルは、取り外し可能に取り付けら
れることを特徴としている。
明において、前記ノズルは、その向きと軸回りの回転方
向の位置を一定にするように取り付けられることを特徴
としている。
ルに載置し、少なくとも1つのノズルから研磨液を吹付
けることにより前記被研磨材の表面を成形研磨加工する
方法であって、前記ノズルと前記被研磨材は、相対的に
移動し、前記ノズルの角度が可変であることを特徴とし
ている。
ルに載置し、少なくとも1つのノズルから研磨液を吹付
けることにより前記被研磨材の表面を成形研磨加工し、
前記ノズルと前記被研磨材は、相対的に移動し、前記ノ
ズルの角度が可変であることを特徴とする研磨加工方法
に用いられるコンピュータに実行させるための制御プロ
グラムであって、前記加工前の前記被研磨材の形状デー
タを表示し、前記形状データに基づいて設定された加工
条件を記録し表示させることを特徴としている。
ルに載置し、少なくとも1つのノズルから研磨液を吹付
けることにより前記被研磨材の表面を成形研磨加工し、
前記ノズルと前記被研磨材は、相対的に移動し、前記ノ
ズルの角度が可変であることを特徴とする研磨加工方法
に用いられる制御プログラムを記録する記録媒体であっ
て、前記加工前の前記被研磨材の形状データを表示し、
前記形状データに基づいて設定された加工条件を記録し
表示させる制御プログラムを記録したことを特徴として
いる。
面形状に応じて、ノズルからの研磨液の吹付け条件とし
て、距離、角度、吹付け時間などを自由に制御すること
ができ、また、研磨液を吹付けるノズルは、交換可能と
するとともに、複数個設けることもでき、被研磨材に対
し最適な条件の下で、精度の高い研磨加工を実現でき
る。
に従い説明する。
される研磨加工装置の概略構成を示している。図におい
て、1装置本体で、この装置本体1は、ベース部1a
と、このベース部1aに対して直立して設けられる胴部
1bを有している。
ーブル2が設けられ、このワークテーブル2上には、ワ
ーク回転テーブル3が設けられている。ワークテーブル
2は、ワーク回転テーブル3を保持するとともに、この
ワーク回転テーブル3をX、Y方向に移動可能にしてい
る。また、ワーク回転テーブル3は、ワークテーブル2
上でZ軸を中心に回転可能になっている。
が設けられている。このチャック4は、被研磨材5を固
定するためのものである。ここで、被研磨材5が、例え
ばレンズのように中心位置を求める形状のものである場
合は、ワーク回転テーブル3とチャック4は、芯出し機
構を備えている。この芯出し機構は、ワーク回転テーブ
ル3の回転中心と被研磨材5の求める中心とを合致させ
るもので、例えば、チャック4をワーク回転テーブル3
上でX、Y方向に微動調整可能にすることにより実現で
きる。また、被研磨材5の研磨面が平面であるなどの理
由で中心位置を求めない場合は、チャック4は、固定チ
ャックが使用される。このようにチャック4は、被研磨
材5の形状や研磨条件などにより交換して使用される。
ク4との間にZ軸ステージを設け、被研磨材5をZ軸方
向に移動可能としてもよい。また、ワークテーブル2
は、被研磨材5を複数個載置する構成としてもよい。
6が図示矢印A方向に上下動可能に設けられている。ま
た、この支持腕6の先端には、回転台7が設けられてい
る。この支持腕6の先端に図示矢印B方向に回転可能に
支持されている。回転台7には、ノズルテーブル8が設
けられている。このノズルテーブル8は、回転台7上に
図示矢印C方向に直線移動可能に設けられている。
を介して研磨液を噴出するノズル10が設けられてい
る。この回転台9は、ノズルテーブル8側の半球状の受
け溝8aに嵌め込まれる半球状をした、いわゆる自在継
手の構造をしたもので、被研磨材5に対するノズル10
の向きを自在に可変できるようになっている。
ノズル10をX方向、Y方向に平行移動可能としてもよ
い。また、回転台9とノズル10との間に圧電素子を介
在させて、この圧電素子の変形を利用してノズル10を
微動駆動するようにしてもよい。また、ノズル10は、
1個と限らず、複数個設けることができる。この場合、
図2(a)に示すように回転台9上に複数個のノズル10
を一列に並べ、これらを図示矢印方向に直線移動させる
ことで、所望のノズル10を被研磨材5に対向させるよ
うな構成や、同図(b)に示すように回転台9上に複数個
のノズル10を円周方向に並べて配置し、これらを図示
矢印方向に回転移動させることで、所望のノズル10を
被研磨材5に対向させるターレットやレボルバのような
回転式の構成が考えられる。また、装置本体1の胴部1
bに支持腕6、回転台7、ノズルテーブル8および回転
台9を複数組設けるようにしてもよい。このような構成
では、被研磨材5の同一、または近傍の部位に対し、複
数のノズル10から同時に吹付けが可能になる。例え
ば、研磨工程において、先の加工部位と後の加工部位が
回転台9やノズルテーブル8が邪魔になって、複数のノ
ズルは互いに角度を持って配置されることを余儀なくさ
れる場合も同時加工が可能になる。さらに、ノズル10
を保持して移動、回転するための手段として、特開平5
−077151号公報や特開平5−277975号公報
に開示されるような多軸ロボットアームを用いてもよ
い。この場合、アームには、研磨剤が直接付着しないよ
うに防護カバーなどを具備することが望ましい。
める中心に対しノズル10から研磨液を吹付ける部位の
位置合わせについて説明する。
ノズル10からの噴出方向がZ方向に一致している場合
は、チャック4の微調整により被研磨材5の中心とワー
ク回転テーブル3の回転中心が一致しているので、ワー
クテーブル2のX、Y座標とノズル10のX、Y座標と
を一致させるだけで、目的とする被研磨部位への位置合
わせを行うことができる。
らの噴出方向がZ方向と一致していない場合、つまり、
例えば被研磨材5の被研磨部位の上方からノズル10の
研磨液を吹付けるような場合は、被研磨材5の被研磨部
位のZ方向の座標、つまり高さ位置を決定する必要があ
る。このためには、予め被研磨材5の被研磨部位の表面
形状を測定し、この測定データに基づいてZ方向の座標
を決定し、このZ座標を加味した曲座標から目的とする
被研磨部位への位置合わせを行うようになる。
の測定には、光学焦点合わせによる方法、共焦点走査に
よる方法、干渉縞による方法、接触センサによる3次元
測定による方法、表面粗さ計による方法などが用いられ
る。
テーブル2に載置する場合は、研磨加工の前に、各被研
磨材5について表面形状や部位の座標を測定し、これら
データに基づいてZ方向の座標を決定するようになる。
この場合、前の位置で被研磨材5の表面形状を測定し、
被研磨材5が研磨加工位置に移動したときに、測定デー
タに基づいて所定被研磨部位へのノズル10の位置や角
度を決定するようにできるので、被研磨材5を外すこと
なく研磨作業を連続して行うことができ、作業能率を高
めることができる。なお、研磨の条件に用いられる様々
な表面形状データなどは、図示しない記憶部に記憶さ
れ、研磨部位や研磨条件の決定の際に使用される。
研磨材5に対してノズル10から研磨液を噴出して噴流
11を発生し、被研磨部位に研磨液を吹付けることによ
り研磨加工が行われる。この場合、研磨液の吹付け条件
によって単位当たりの研磨率は異なるが、0.01μm
/分程度の制御が実験で確かめられた。また、研磨液に
懸濁する研磨粒子を硬さや弾性・非弾性を選んだり、吹
付け速度、時間を成業することによって、さらに精度を
向上させることが可能である。一方、硬い研磨粒子を用
い、吹付け時間を長くすることによって深い研磨も可能
になる。
端との距離Dを可変することで、噴流11の広がりや吹
付け部位での流速を変化させることができ、また、被研
磨部位の面法線方向と噴出方向の角度θを可変とするこ
とで吹付け後の噴流11の流れを変化させることができ
る。なお、Dとθの設定値は、研磨条件や研磨する深
さ、広さなどを考慮して決定される。
態について説明する。なお、研磨加工装置の概略構成に
ついては、第1の実施の形態で述べた図1と同様なの
で、同図を援用するものとする。
示すように1種類の研磨液を噴出する単層ノズルについ
て述べたが、この第2の実施の形態では、同図(b)に
示すように複数の噴出口12a、12b、12cを有す
る多重構造のノズル12を用いている。このようなノズ
ル12を使用すると、各噴出口12a、12b、12c
よりそれぞれ異なる研磨液を噴出させることができるの
で、簡単に研磨条件の選択を行うことができる。
口部の形状の異なるノズル13、14を使用することも
できる。同図(a)に示すノズル13は、噴出口部13
aで流れの断面が小さくなっており、また、同図(c)に
示すノズル14は、噴出口部14aで流れの断面が大き
くなっている。このようなノズル13、14を研磨条件
に合わせて選択的に使用すれば、精度の高い研磨を行う
ことができる。
2、13、14は、図1に示すノズルテーブル8に設け
られた回転台9に取り外し可能に取り付けられる。ま
た、ノズル10、12、13、14の向きや軸回りの回
転方向を一定にするため、嵌合によるガイドや位置決め
ピンなどが設けられている。また、ノズル10を含むノ
ズル12、13、14の材質は、超硬合金、ルビー、ダ
イヤモンド、炭化シリコン、窒化シリコン、炭化タング
ステン、窒化チタンなどの高い硬度を有する材料が用い
られる。または、これらの材料を表面にコーティングし
ている。
態について説明する。
装置に適用される研磨液供給装置の概略構成を示してい
る。
2を貯えたタンクで、このタンク21には、沈殿を防止
するとともに、成分濃度を均一に保つための攪拌器23
が設けられている。タンク21の研磨液22は、ポンプ
24により供給パイプ25を通って、図1で述べた吹付
け研磨装置のノズル10に送られ、被研磨材5に吹付け
られる。この場合、ノズル10に送られる研磨液の圧力
は、圧力計26で測定されており、研磨液の圧力が高す
ぎる場合は、リリーフ弁27が作動して研磨液をタンク
21に戻してポンプ24を停止させる。また、研磨液の
圧力が所定時間内に所定の範囲までしか上昇しない場合
や一定時間所定の範囲より低い場合にもポンプ24を停
止させる。この場合のポンプ24の停止信号は、後述す
る図7に示す制御装置を経由して、または、ポンプ24
が制御機能を有する場合は、直接ポンプ24に送られ
る。ポンプ24は、作業者が手動で停止スイッチを操作
してもよい。
と、供給パイプ25内の研磨液の流れと噴出の条件によ
っては、流れに振動が発生し、研磨加工に支障をきたす
ことがある。これを防止するため、アキュームレータ2
8が設けられている。この場合、異なる太さの管や出入
り口のあるアキュームレータを併用して切換えるように
してもよい。実際に振動が検出された時、または振動が
予測される流れ、噴出条件などの時に、これらが選択的
に使用され振動を回避する。
弁29が接続されている。この切換え弁29は、ノズル
10の交換を円滑にするためのもので、ノズル交換時に
リリースバイパス30を介して研磨液をバケット31に
流す。また、切換え弁29は、装置を使用しない時や始
動時にもリリースバイパス30側を設定し、研磨液の流
れの点検などを行うことができるようにしている。
れた研磨液は、バケット31に受けられ、ドレインパイ
プ32を介してタンク21に戻される。ドレインパイプ
32の途中には、フィルタ33が配置されている。この
フィルタ33は、粒子の大きさ、比重、磁性などの性質
の差を利用して被研磨材5から離れた研磨屑を除去す
る。
1は、閉空間を形成するチャンバ34に収容され、研磨
液が摺動部などの他の部位に入り込むのを防止してい
る。その他に、チャンバ34を設けることで、研磨液の
飛散防止や作業者の安全性の確保にも効果がある。ま
た、ノズル10を複数個設けるような場合は、各ノズル
10毎にチャンバ34を設けることで、研磨液の混入を
防止して、研磨加工の品質を維持することもできる。
研磨材5の材質や研磨条件、寿命、溶媒の種類などによ
って、成分、その成分の濃度が決定されている。勿論、
研磨液は、水や溶媒、、油性液などの単一性分である場
合もある。
磨材5の材質が代表的なレンズ材料であるBK7である
場合、同じBK7を用いてもよいし、レジン以外の研磨
に一般的に研磨粒子として用いられる酸化アルミニウム
やダイヤモンドでもよい。また、研磨粒子の他に、粘性
や比重を調整したり、酸化などの化学変化を防止するた
めの充填剤添加してもよい。
材5として、レンズやプリズムなどのガラス、基材にコ
ーティングされた膜、例えば金属膜、酸化膜、窒化膜な
ど、さらには、ウェハやディスクなどの基板、光干渉用
参照面などを研磨加工する。
を制御する制御装置の概略構成を示している。図におい
て、41は制御部で、この制御部41には、図1で述べ
た吹付け研磨装置のワークテーブル2、ワーク回転テー
ブル3、支持腕6、回転台7、ノズルテーブル8および
回転台9などを駆動する駆動部42、ワークテーブル2
やノズル10などの位置座標を検出する座標検出部4
3、図6で述べた研磨液供給装置の配管系の研磨液の圧
力やポンプ24、リリーフ弁27などの動作状態の信号
の入出力を制御する信号入出力部44、メモリ45およ
びモニタ46が接続されている。そして、制御部41自
身は、制御プログラム、研磨加工条件や被研磨材5の形
状データの入出力、作成、保存、選択、ファイリングを
実行し、これら処理の結果をモニタ46に表示するとと
もに、メモリ45に保存するようにしている。
図8に示すフローチャートにより説明する。
て、被研磨材5の表面に対し光学干渉計で形状測定を行
い(ステップ801)、この測定結果を制御部41に入力
し、メモリ45に保存すると同時に、モニタ46に表示
する(ステップ802)。
ータを研磨加工に使用できる形状データに変換する(ス
テップ804)。この場合、不要データを削除したり、
新たにIDや付帯情報が追加される。
回りにレンズ回転させながら研磨する方法が取られるの
で、まず、レンズ面の全体形状から中心座標を求め(ス
テップ805)、次いで、形状データを直交座標系から
曲座標系に変換する(ステップ806)。
る形式の研磨量(テーブル)を用意する(ステップ80
7)。そして、このテーブルの情報と形状データに基づ
いて、各部位の研磨量を求める(ステップ808)。そし
て、狙った形状を確認した後(ステップ809)、被研磨
材5の材質、研磨液の種類、ノズル10の形状、配管系
の条件などを合わせて各部位での研磨加工データおよび
研磨液を吹付ける時間などを含む加工データ一覧表を作
成して(ステップ810)、モニタ46に表示し(ステッ
プ811)、決定した加工データを研磨加工装置に転送
して被研磨材5の研磨加工を実行する(ステップ81
2)。
れるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない
範囲で種々変形することが可能である。
の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件
における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出でき
る。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から
幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようと
する課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄
で述べられている効果が得られる場合には、この構成要
件が削除された構成が発明として抽出できる。
磨材の表面形状に応じて研磨液の吹付け条件として、距
離、角度などのを自由に制御でき、精度の高い研磨加工
を実現できる研磨加工装置、研磨加工方法、研磨加工を
コンピュータに実行させるプログラムおよび記録媒体を
提供できる。
工装置の概略構成を示す図。
の例を説明する図。
噴流の状態を説明する図。
の概略構成を示す図。
略構成を示す図。
供給装置の概略構成を示す図。
の制御装置の概略構成を示す図。
フローチャート。
Claims (8)
- 【請求項1】 被研磨材をテーブルに載置し、少なくと
も1つのノズルから研磨液を吹付けることにより前記被
研磨材の表面を成形研磨加工する研磨加工装置におい
て、 前記ノズルと前記被研磨材は、相対的に移動し、前記ノ
ズルの角度が可変であることを特徴とする研磨加工装
置。 - 【請求項2】 前記被研磨材は、回転可能にテーブルに
載置されることを特徴とする請求項1記載の研磨加工装
置。 - 【請求項3】 前記研磨液を吹付ける時間を制御するこ
とを特徴とする請求項1記載の研磨加工装置。 - 【請求項4】 前記ノズルは、取り外し可能に取り付け
られることを特徴とする請求項1記載の研磨加工装置。 - 【請求項5】 前記ノズルは、その向きと軸回りの回転
方向の位置を一定にするように取り付けられることを特
徴とする請求項1記載の研磨加工装置。 - 【請求項6】 被研磨材をテーブルに載置し、少なくと
も1つのノズルから研磨液を吹付けることにより前記被
研磨材の表面を成形研磨加工する方法であって、 前記ノズルと前記被研磨材は、相対的に移動し、前記ノ
ズルの角度が可変であることを特徴とする研磨加工方
法。 - 【請求項7】 被研磨材をテーブルに載置し、少なくと
も1つのノズルから研磨液を吹付けることにより前記被
研磨材の表面を成形研磨加工し、前記ノズルと前記被研
磨材は、相対的に移動し、前記ノズルの角度が可変であ
ることを特徴とする研磨加工方法に用いられるコンピュ
ータに実行させるための制御プログラムであって、 前記加工前の前記被研磨材の形状データを表示し、前記
形状データに基づいて設定された加工条件を記録し表示
させることを特徴とするコンピュータに実行させるため
の制御プログラム。 - 【請求項8】 被研磨材をテーブルに載置し、少なくと
も1つのノズルから研磨液を吹付けることにより前記被
研磨材の表面を成形研磨加工し、前記ノズルと前記被研
磨材は、相対的に移動し、前記ノズルの角度が可変であ
ることを特徴とする研磨加工方法に用いられる制御プロ
グラムを記録する記録媒体であって、 前記加工前の前記被研磨材の形状データを表示し、前記
形状データに基づいて設定された加工条件を記録し表示
させる制御プログラムを記録した記録媒体。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001112709A JP2002307312A (ja) | 2001-04-11 | 2001-04-11 | 研磨加工装置、研磨加工方法、研磨加工をコンピュータに実行させる制御プログラムおよび記録媒体 |
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PCT/JP2002/003604 WO2002083363A1 (fr) | 2001-04-11 | 2002-04-11 | Dispositif et procede de meulage, programme de commande pour meulage commande par ordinateur, et support de stockage |
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