【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨材と被研磨物の間に相対運動を生じさせることによって被研磨物を研磨する研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１１−１６５２６８号公報
【特許文献２】特開２０００−３５１９６０号公報
【特許文献３】特開平１１−１６５２５２号公報
【０００３】
技術革新の急速な進展とともに工業製品及びそれに用いられる部品等の形状及びサイズは、高精度が求められている。これら工業製品及び部品等（以下、「加工物」という）の形状は複雑化し、微細で精緻な寸法精度を要求される場合が多い。このため、これらの加工物の製造工程における最終段階においては研磨又は研削作業が必要となる。
【０００４】
このような微細な表面仕上げ又は精緻な寸法精度を要求される加工物の研磨若しくは研削は、現在においても手作業によらなければならない場合が多い。所定形状の固形砥石を用いた機械力による方法は、精度的に研削若しくは粗研磨に限定されているのが実情である。また、熟練工による手作業による研磨であっても、加工面における鏡面研磨精度において一定の限界がある。
【０００５】
したがって、最終仕上げ工程における手作業による研磨作業を機械化又は省力化することができれば、作業コストの低減化、作業工程時間の短縮化が図れることとなる。
【０００６】
このような状況下において、加工物の高度で精緻な鏡面研磨を実現する方法として、いわゆる軟質ラッピング砥石の研究が行われてきた。これは、ポリビニール・アセタール、アルギン酸ナトリウム等の高分子ラップ材をセーム皮の表面に溶かし込んでラッピングを行うものである。
【０００７】
このような軟質ラッピング研磨は、主に集積回路の製造に用いられるシリコン・ウエハの表面を鏡面研磨するのに用いられてきた。本願出願人は、磁界によって砥粒の配列を制御可能な砥粒を含有する磁性流体を用い、被加工物の加工面の形状に合わせて研磨材を形成し、この研磨材と被加工物とを相対運動を生じさせることにより、被加工物を研磨する研磨装置を特許文献１にて提案した。
【０００８】
この装置での研磨方式は、砥粒を含有する流体を被加工物の研磨加工面に直接流し込み、そのままの状態で流体を固化させることによって被加工物の加工面の形状に合わせた形状の研磨材を形成する。
【０００９】
そして、上記研磨材を被加工物の加工面に対して振動若しくは揺動等の相対運動を起させることによって研磨を行う。上記研磨材の固化の態様によっては、研磨材と加工面が密着状態に接合している場合があるため、このような状態では相対運動のストロークが大きくとれずに研磨効率が悪い。そのため固化した研磨材と被加工物の接触面を薄く溶かした状態にして相対運動を行うようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来の研磨方法は、以下のような課題を有していた。
【００１１】
固化した研磨材と被加工物の接触面を薄く溶かした状態においても、その溶かした研磨材と被加工物の距離の分しか相対運動のストロークがとれないため、更に効率良く研磨するために相対運動のストロークを大きくとりたい場合は研磨材を溶かす量を多くしなければならない。
【００１２】
ところが、研磨材の溶かす量を多くすると、被加工物との接触面が必ずしも均一量で溶ける訳ではないので、加工面の形状に合わせて形成した研磨材の形状が崩れることになり、加工面に対する一様な研磨に支障が生じてしまう。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みて考案されたものであり、研磨材を加工面の形状に合わせた状態で研磨材と被加工物との相対運動のストロークを大きくした研磨を可能とする方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、液体状の研磨材を被加工物の加工面に流入する流入工程と、前記液体状の研磨材を前記被加工物の加工面の形状に合わせた状態で冷却して固化させる固化工程と、前記固化した研磨材を被加工物との間で相対的な往復運動を生じさせることにより被加工物を研磨する研磨工程と、を有し、前記研磨工程は、前記被加工物と固化した前記研磨材の離間方向への往復運動による第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程の後に前記研磨材の体積消耗に応じて、前記離間方向の往復運動から前記離間方向と直交する平行方向への往復運動による第２の研磨工程と、を有することを特徴とする研磨方法を提供するものである。
【００１５】
このように、本発明の研磨方法においては、最初の第１の研磨工程において、被加工物と固化した研磨材の離間方向への往復運動を行う。この離間方向への往復運動においては研磨ストロークが比較的大きく取れる。そして、被加工物の側面から研磨を開始して研磨材の側面の体積消耗で研磨材と被加工物間に隙間が生じストロークが取れるようになった後に、順次前記離間方向の往復運動から前記離間方向と直交する平行方向への往復運動による第２の研磨工程を行うことにより、被加工物の上底面を研磨する。これにより、被加工物の加工面の形状に合わせて形成した研磨材の形状が崩れることがなく、加工面に対する一様な研磨を行うことが可能とし、砥石の耐用時間が増加し研磨作業効率を向上させることを可能としたのである。
【００１６】
本発明における前記研磨工程は、さらに、前記第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の間に、前記研磨材の体積消耗に応じて、前記離間方向から前記離間方向と直交する平行方向への中間の斜面を研磨する斜方向への往復運動による中間の研磨工程を有することにより、被加工物の斜方向の研磨を確実に行うことを可能にしているのである。
【００１７】
本研磨方法は、さらに、前記流入工程の前に、前記被加工物の加工面上に前記研磨材の流体化を促進する液化促進剤を塗布する塗布工程を設ける。そして、この液化促進剤の濃度調整により前記研磨工程における固化した研磨材の体積消耗の速度を調整するのである。
【００１８】
ところで、前記流入工程において、前記被加工物は、前記研磨材が液体状態を維持する温度に保たれる。これによって、流入された研磨材の被加工物の接面部のみが急速に冷却して固化することを防止し、接面部における研磨材に含まれる砥粒が不均一な状態で固化する事態を排除している。
【００１９】
また、前記被加工物の加工面が凸形状の場合には、前記流入工程において前記加工面の周囲に前記研磨材の流出を防ぐ防止壁を設けてから前記研磨材を流入させ、前記固化工程後に当該防止壁を排除するようにしている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る研磨方法の実施の形態例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る研磨装置１００の全体構成の正面図を示し、図２は、図１に示した研磨装置１００の一方側の側面図を示す。また、図３は、図１に示した研磨装置の他方側の側面図を示し、図４は、研磨装置１００における支持台１４を押圧する押圧機構要部（加圧手段）の概略斜視図を示す。
【００２２】
尚、以下説明する本実施の形態においては、被加工物を支持台に固定し、被加工物を研磨する研磨材を駆動手段によって往復運動する研磨装置の例について説明しているが、被加工物が比較的小さい場合等には、研磨材を支持台に固定し、被加工物を駆動手段によって往復運動させる形態も、本研磨装置に含まれるものであることは、容易に理解されよう。
【００２３】
図１乃至４において、研磨装置１００は、研磨材２１を固定しＸ、Ｚ座標上の任意の２点を結ぶ間を往復運動（振動）する砥石軸４５と、砥石軸４５に支持され被加工物２０の表面を研磨する研磨材２１（以下、「砥石２１」という）と、この砥石２１を図１に示したＸ軸方向及びＺ軸方向に往復運動（振動）させる駆動手段とを有する。
【００２４】
さらに、研磨装置１００は、被加工物２０を支持して固定する支持台１４（以下、適宜「回転テーブル１４」という）と、回転テーブル１４をＸ軸及びＺ軸方向に押圧して砥石２１と被加工物２０を圧接させる加圧手段（Ｘ軸加圧手段９０、Ｚ軸加圧手段９１）と、圧接させる圧力を検知する圧力検知手段と、で構成されている。
【００２５】
研磨装置１００の支持フレーム２５上には、回転テーブル１４を支持する回転テーブルベース１３が設けられ、支持フレーム２５には、Ｚ軸加圧手段９１の回動可能に固定されＺ軸加圧モーター６に接続されたＺ軸加圧伝達部１１と、Ｘ軸加圧手段９０のＸ軸加圧モーター１に接続されたＸ軸加圧伝達部２３と、回転テーブル１４を回転駆動するために掛渡され回転テーブルベルト１６を駆動する回転テーブルモーター１５が配設されている。
【００２６】
上記した、Ｘ軸加圧モーター１、Ｚ軸加圧モーター６、回転テーブルモーター１５は、減速機構を設けたステップモーターである。
【００２７】
Ｘ軸加圧手段９０は、Ｘ軸方向に押圧駆動するＸ軸加圧モーター１が設けられ、Ｘ軸加圧モーター１の回転軸にはＸ軸加圧偏芯カム２が嵌合されている。Ｘ軸加圧偏芯カム２にはＸ軸ロードセルホルダー３が圧接している。さらに、ロードセルホルダー３には、Ｘ軸ロードセル４が設けられ、Ｘ軸ロードセルホルダー３は、Ｘ軸加圧伝達部２３と接合している。Ｘ軸加圧伝達部２３の先端には回転可能なコロが設けられ回転テーブルベース１３をＸ軸方向に押圧するように構成されている。
【００２８】
Ｚ軸加圧手段９１は、Ｚ軸方向に押圧駆動するＺ軸加圧モーター６が設けられ、Ｚ軸加圧モーター６の回転軸にはＺ軸加圧偏芯カム７が嵌合されている。Ｚ軸加圧偏芯カム７にはＺ軸ロードセルホルダー８が圧接している。さらに、ロードセルホルダー８には、Ｚ軸ロードセル９が設けられ、Ｚ軸ロードセルホルダー８の先端部に設けられた回転可能なコロはＺ軸加圧伝達部１１の一方端と接合している。
【００２９】
Ｚ軸加圧伝達部１１は、支持フレーム２５の取付位置に回動可能に取り付けられている。さらに、Ｚ軸加圧伝達部１１は、取付位置を支点として他方端に設けられた回転可能なコロがＺ軸加圧箇所１２をＺ軸方向に押圧するように接圧している。
【００３０】
回転テーブルベース１３は、上記したＺ軸加圧伝達部１１とＸ軸加圧伝達部２３とにより、固定位置にある砥石２１に被加工物２０を圧接させる。研磨作業の効率化及び高精度化のためには、被加工物２０に対する砥石２１の押圧を所定の押圧力とするように制御する必要がある。このため、被加工物２０と砥石２１間のＸ及びＺ軸方向における夫々の押圧力を検知するための圧力検知手段であるＸ軸ロードセル４、Ｚ軸ロードセル９が設けられている。
【００３１】
さらに、図示しない固定された部材には、回転テーブル１４のＸ軸方向におけるテーブル位置及びＺ軸方向におけるテーブル位置を検知するためのＸ軸テーブル位置検知センサ、Ｚ軸テーブル位置検知センサが設けられている。
【００３２】
以上により、各軸方向への研磨押圧力を所定値に維持し押圧力一定ストローク制御や研磨時において押圧力を経時的に変化させる押圧力変動ストローク制御が可能となる。
【００３３】
回転テーブル１４上には被加工物２０が載置され、被加工物２０の加工面には砥石軸４５に支持され加工面に合わせて形成された砥石２１が嵌り合うように載置される。砥石軸４５は、駆動手段（振動ユニット）によりＸ軸方向、Ｚ軸方向に往復運動（振動）する。
【００３４】
Ｘ軸方向の駆動手段は、Ｘ軸駆動モーター３１と、Ｘ軸駆動モーター３１の回転軸に取り付けられたＸ軸振動偏芯カム３２と、Ｘ軸振動偏芯カム３２に接合されＸ軸振動偏芯カム３２による振動をＸ軸振動支点３５を介して伝達するＸ軸振動アーム３３と、Ｘ軸振動アーム３３に接続されて振動を砥石軸４５に伝達するＸ軸振動伝達部４７とで構成されている。
【００３５】
Ｚ軸方向の駆動手段は、Ｚ軸駆動モーター３７と、Ｚ軸駆動モーター３７の回転軸に取り付けられたＺ軸振動偏芯カム３８と、Ｚ軸振動偏芯カム３８に接合されＺ軸振動偏芯カム３８による振動をＺ軸振動支点４１を介して伝達するＺ軸振動アーム３９と、Ｚ軸振動アーム３９に接続されて振動を砥石軸４５に伝達するＺ軸振動伝達部とで構成されている。（図８参照）
【００３６】
回転テーブル１４の上方に設けられたＸ軸振動モーター３１により、Ｘ軸振動アーム３３を介して砥石２１をＸ軸方向に往復運動（振動）する。さらに砥石２１は、Ｚ軸振動モーター３７により、Ｚ軸振動アーム３９を介してＺ軸方向に往復運動（振動）し、被加工物２０を研磨する。
【００３７】
Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の往復運動（振動）の振幅の大きさの調整は、後で説明するように、夫々の振動支点位置を変動することにより行われる。Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の支点位置は、Ｘ軸振動支点位置変更モーター３６、Ｚ軸振動支点位置変更モーター４２によって駆動され、Ｘ軸、Ｚ軸方向の各振動アームが移動して各振動支点３５、４１と、各振動アームに係合された振動偏芯カム３２、３８との間の距離を変更する。
【００３８】
回転テーブル１４は、回転テーブルモーター１５の回転駆動を回転テーブルベルト１６により伝達され回転される。回転分解能は１°ピッチ。この回転軸を設けることにより、Ｘ軸＋Ｚ軸＋回転軸で３６０°全面研磨可能な構成となっている。又、回転テーブル１４と砥石軸４５は同期して回転させる構成である。
【００３９】
ところで、上記した各モーター１５、３１、３６、３７、４２は、減速機構を設けたステップモーターである。また、研磨装置１００には、振動ユニット及び磁場発生コイル６１（図５を参照）を上下に移動するリフトモータ４８が設けられている。
【００４０】
さらに、本発明の研磨装置１００は、砥石２１と被加工物２０との押圧力を制御するために上記した各モーターを稼働させる制御装置８０を有している。制御装置８０は、所謂シーケンサ機能と、シーケンサからの研磨情報に基づいて研磨動作を制御する信号を生成し、生成した制御信号をシーケンサに指示するＣＰＵを持つコンピュータ機能とを有している。
【００４１】
尚、制御装置８０は、シーケンサ機能とコンピュータ機能を独立した別の機器として構成しても良い。
【００４２】
制御装置８０は、押圧力を検知するためのＸ軸ロードセル４、Ｚ軸ロードセル９（圧力検知手段）、押圧位置検知センサ、からの信号を受けて、Ｘ軸加圧モーター１、Ｚ軸加圧モーター６、回転テーブルモーター１５等を制御して、被加工物２０の研磨に最適な押圧力を、回転テーブルベース１３及び回転テーブル１４に与える。
【００４３】
上記したように、本発明に係る研磨装置１００における研磨は、砥石２１をＸ軸方向、又は／及びＺ軸方向に振動させ、回転テーブル上に載置された被加工物２０を振動する砥石２１にＸ軸方向、又は／及びＺ軸方向に押圧することで研磨を行う構成としている。この時、砥石軸４５と回転テーブル１４は同期して回転している。
【００４４】
本発明に係る研磨装置１００においては、砥粒を含有する流体を被加工物２０の研磨加工面に直接流し込み、そのままの状態で流体を固化させる事によって得られる砥石２１を、加工物との間で相対運動を生じさせることにより研磨する。
【００４５】
砥粒を含有する流体は、所定の温度以下で固化する。そのため、流体を研磨加工面に直接流し込む際には、被加工物２０の温度（研磨加工面の温度）を流体の融点付近と同じ温度に保っている。これは、被加工物２０が冷えていると、流入された砥粒を含有する流体の被加工物２０の接面部のみが急速に冷却して固化するので、接面部の砥粒密度や固化した後の表面の粗さや砥粒分布の不均一を生じてしまうのを防止するためである。さらに、砥粒を包む溶剤が一方からのみ急速に固化していくので、砥粒が他方に追いやられて砥粒密度が低下する。砥粒密度の不均一が生じてしまう、という研磨においての不具合が生じる。
【００４６】
本発明の研磨装置１００の利用分野は広範囲に及ぶため、ここで使用する砥粒及び砥粒を含有させる流体の種類及び仕様は、研磨する対象となる加工物の材質及び要求される研磨精度に応じて定めることとなる。
【００４７】
使用する砥粒の材質としては、磁性砥粒の場合は、具体例として酸化鉄（Ｆｅ３０４，Ｆｅ２０３等）、非磁性砥粒としてはアルミナ（Ａｌ２０３）、シリカ（Ｓｉ０２）、炭化珪素（ＣＩＳ）、ダイヤモンド等が挙げられる。粒径は、要求される研磨精度が高ければ高いほど小さな径のものを用いる。例えば、加工品の精度０．０１μｍ以下が要求される場合は、粒径１０ｎｍ以下の砥粒を用いることとなる。
【００４８】
また、流体としては、水や各種（動物性、植物性、鉱油）のオイル等である。磁性体の場合は、主に水、荷電砥粒の場合はオイルを用いるとよい。流体中における砥粒の凝結を防止するためには、界面活性剤を加えるとよい。
【００４９】
固化若しくはゲル化させる方法としては、例えば流体が水の場合は、温度を氷点下以下に下げることにより行い、オイルの場合は、このような温度制御の他に化学反応を利用することが考えられる。
【００５０】
本発明の研磨装置１００においては、砥粒を含有する流体を固化させ、それを被加工物２０との間で相対運動させることにより研磨を行うので、液体を固化させる際の砥粒の流体中における配列分布を制御することが極めて重要である。これは、被加工物２０の被加工面と接する砥粒の分布密度が、研磨速度及び研磨精度に大きな影響を与えるからである。
【００５１】
砥粒の比重は、流体の比重と異なるので、流体に砥粒を加えた後にこれを充分に攪拌したとしても、固化若しくはゲル化するまでに砥粒は流体中において偏在してしまう。このため、固化若しくはゲル化させる前に砥粒の配列分布若しくは分布密度を制御する必要がある。
【００５２】
固形化させる際において流体中における砥粒の配列分布を制御する方法としては、磁性流体の場合は磁界環境下において、荷電砥粒を用いる場合は電界環境下において、それぞれ行う。
【００５３】
磁性流体と被加工物を磁界環境下においた場合、磁性砥粒は、磁力線に沿って配列することとなる。また単位面積当たりの磁力線の数は、磁界強度に比例するので、磁界強度を制御することにより砥粒配列の密度を制御することが出来るのである。
【００５４】
荷電砥粒を使用する場合は、砥粒はプラス又はマイナスの一方の電荷に帯電させるので、両方の極性（Ｎ極及びＳ極）を常時併せ持つ磁性流体の場合とは異なり、荷電粒子相互間には反発力が生じている。従って、荷電粒子自体が流体内において均一に分布しようとする力が働いているので、必ずしも固形化若しくはゲル化させるために電界環境下で行わなければならない必然性はない。
【００５５】
しかし、電界を加えることによって、流体内における荷電砥粒の分布を電界強度分布に応じて制御することができるので、例えば、被加工物２０との接触面により多くの砥粒を分布配列させたい時には、電界環境下において固化若しくはゲル化させる必要がある。
【００５６】
図５は、研磨装置１００における磁場配向ユニットを説明する図である。
【００５７】
上記で説明した、磁場配向を行う時は、ヨーク６２を取り付ける。取り付け可能な箇所はヨーク取付個所６４、６５、６６、６７の４箇所で被加工物２０の形状に合わせてヨーク６２の取り付ける本数、位置を決める。ヨークスライド部６３はスライド可能な構成となっている。ヨーク６２を取り付け、ヨークスライド部６３は外側にしておく。
【００５８】
被加工物２０を砥石２１の融点付近まで温めた状態で、砥石２１を被加工物２０内に注入した後、砥石軸４５を砥石作成位置まで移動（下降）させる。移動させた後、磁場発生コイル６１に電流を流すことによって、矢印６８の様に磁力線が形成される。
【００５９】
その磁力線に沿って砥石２１内の磁性粒子が配列され、それにならい砥粒も配列される。配列された砥粒は、その配列された状態を保った状態で自然又は強制冷却され、固化すれば砥石２１は完成する。
【００６０】
上述した、本発明に係る研磨装置１００により被加工物２０の研磨を行うが、本発明の研磨方法における被加工物２０の研磨工程は、液体状の砥石２１を被加工物２０の加工面に流入する流入工程と、液体状の砥石２１を被加工物２０の加工面の形状に合わせた状態で冷却して固化させる固化工程と、固化した砥石２１を被加工物２０との間で相対的な往復運動を生じさせることにより被加工物２０を研磨する研磨工程とである。
【００６１】
そして、研磨工程は、先ず被加工物２０と固化した砥石２１の離間方向への往復運動による第１の研磨工程を実行する。次に、第１の研磨工程の後に砥石２１の体積消耗に応じて、離間方向の往復運動から徐々に斜面を研磨する斜方向への往復運動による中間の研磨工程を実行する。斜面の研磨が終了すると離間方向と直交する平行方向への往復運動による第２の研磨工程とを実行する。
【００６２】
このように、研磨工程は、さらに、第１の研磨工程と第２の研磨工程の間に、研磨材の体積消耗に応じて、離間方向から離間方向と直交する平行方向への中間の斜面を研磨する斜方向への往復運動による中間の研磨工程を有することにより、被加工物の斜方向の研磨を確実に行うことを可能にしているのである。
【００６３】
ここで、図４に基づいて、本発明の研磨装置１００における押圧構成と研磨動作について説明する。
【００６４】
まず、本発明の研磨装置が被加工物２０の側面研磨を実行する場合について説明する。側面（９０°）研磨を行う時には、Ｘ軸単軸加重でＺ軸単軸振動となる。Ｘ軸加圧モーター１を回転させる事により、Ｘ軸加圧モーター１のモーター軸に取り付けられているＸ軸加圧偏芯カム２を回転させる。
【００６５】
Ｘ軸加圧偏芯カム２は偏心している為、回転することによりＸ軸ロードセル４を固定しているＸ軸ロードセルホルダー３をＸ軸方向に押し、Ｘ軸ロードセル４がＸ軸加圧箇所５を押すことにより回転テーブルベース１３をＸ軸方向に加圧する。
【００６６】
回転テーブル１４には、砥石２１がセットされた被加工物２０が取り付けられており、砥石２１は固定されている為、Ｘ軸加圧箇所５の加圧力が砥石２１と被加工物２０間に伝わる。Ｘ軸ロードセル４で加重値を検知し、設定加重値を超えた所でＸ軸加圧モーター１の回転を停止し、Ｚ軸方向の振動を行い研磨する。研磨動作中の動加重値を加重誤差範囲内に保ちながら研磨を行う。
【００６７】
加重誤差範囲は、設定加重値の±１００％の範囲で設定可能であり、研磨中に（例えば、砥石が減耗し押し圧が減少して）加重値が設定値より（−側）下回った時にＸ軸加圧モーター１を回転させ加圧、設定値より（＋側）上回った時にＸ軸加圧モーター１の回転を停止する。この自動フィードバック制御を行いながら研磨する。又、側面研磨を行う時は被加工物２０が上下に振動しない様に、回転テーブル１４をストッパー（図示せず）で固定する。
【００６８】
回転テーブルベース１３のＸ軸方向の移動距離＝Ｘ軸方向の砥石の減耗量と考え、Ｘ軸テーブル位置検知センサ１８でそれを測定する。この減耗量から次加工面角度の確保可能な研磨ストロークを計算する。
【００６９】
Ｘ軸引っ張りバネ１７は、Ａ方向とは逆方向に回転テーブルベース１３を引っ張り、突き当て（図示せず）でＸ軸方向の回転テーブル１４中心軸を砥石心棒軸に合わせている。研磨を行う前に、被加工物２０とクランプ材（図示せず）をのせた状態でオフセット値の測定を行い、そのオフセット値を実際の加重値から引いた値を、被加工物２０にかかる加重値としている。
【００７０】
次に、底面（０°）研磨を行う時には、Ｚ軸単軸加重でＸ軸単軸振動となる。基本的にはＸ軸単軸加重（側面研磨）と同様であるが、Ｚ軸加圧モーター６を回転させる事により、Ｚ軸加圧モーター６のモーター軸に取り付けられているＺ軸加圧偏芯カム７を回転させる。
【００７１】
Ｚ軸加圧偏芯カム７は偏心している為、回転することによりＺ軸ロードセル９を固定しているＺ軸ロードセルホルダー８を下方向に押し、Ｚ軸ロードセル９がＺ軸加圧箇所１０をＺ軸方向に押すことによりＺ軸加圧伝達部１１を経てＺ軸加圧箇所１２を押し、回転テーブル１４をＺ軸方向に加圧する。
【００７２】
回転テーブル１４には砥石２１がセットされた被加工物２０が取り付けられており、砥石２１は固定されている為、Ｚ軸加圧箇所１２の加圧力が砥石２１と被加工物２０間に伝わる。Ｚ軸ロードセル９で加重値を検知し、設定加重値を超えた所でＺ軸加圧モーター６の回転を停止し、Ｘ軸方向の振動を行い研磨する。
【００７３】
研磨動作中の動加重値を加重誤差範囲内に保ちながら研磨を行う。加重誤差範囲は設定加重値の±１００％の範囲で設定可能であり、研磨中に（砥石が減耗し押し圧が減少して）加重値が設定値（−側）を下回った時にＺ軸加圧モーター６を回転させ加圧、設定値（＋側）を上回った時にＺ軸加圧モーター６の回転を停止する。
【００７４】
この自動フィードバック制御を行いながら研磨する。又、底面研磨を行う時は被加工物２０が横方向に振動しないように、回転テーブルベース１３をストッパー（図示せず）で固定する。
【００７５】
回転テーブルベース１３のＺ軸方向の移動距離＝Ｚ軸方向の砥石の減耗量と考え、Ｚ軸テーブル位置検知センサ１９でそれを測定する。
【００７６】
Ｚ軸方向のオフセット値は回転テーブル１４の自重とする。研磨を行う前に、被加工物２０とクランプ材をのせた状態でオフセット値の測定を行い、そのオフセット値を実際の加重値から引いた値を、被加工物２０にかかる加重値としている。
【００７７】
さらに、斜面（１〜８９°）研磨を行う時には、Ｘ、Ｚ両軸加重でＸ、Ｚ両軸振動となる。図６は、斜面研磨を実行する場合のＸ、Ｚ方向への加圧手段による加圧を説明する図である。基本的には、Ｘ軸単軸加重とＺ軸単軸加重の動作を同時に行う。設定加工面角度に合わせて、設定加重よりＸ、Ｚ方向それぞれの加重値を計算で算出し、加圧（Ｘ方向加重とＺ方向加重の合力Ｐ＝加工面に直角方向）をかける。
【００７８】
加重の自動フィードバックは、Ｘ、Ｚ方向をそれぞれ単軸の圧力検知手段で行う。又、斜面研磨を行う時は被加工物２０及び回転テーブル１４が斜面研磨時には回転テーブル１４の固定は行わない。
【００７９】
Ｘ軸テーブル位置検知センサ１８及びＺ軸テーブル位置検知センサ１９で測定したＸ軸方向移動量、Ｚ軸方向移動量より、設定研磨角度方向の減耗量を算出する。この減耗量から次加工面角度の確保可能な研磨ストロークを計算する。
【００８０】
本発明の研磨装置１００において、研磨時に被加工物２０に対して最適な押圧力を与えるためには、押圧力を絶えず検知して得た情報を制御装置に送信し、制御装置が作成した制御情報を加圧手段にフィードバックする必要がある。
【００８１】
図７は、研磨材（砥石２１）をＺ軸で０．１秒／サイクルで振動させた時のＸ軸ロードセル出力荷重値のグラフを示している。
【００８２】
１往復の運動中は圧力が変動していて往復運動に合わせて周期的に繰り返しているので、圧力検知手段は、最低１往復の間は何ヵ所かでサンプリングして圧力検知し、その平均値若しくはピーク値等を周期ごとに比較して加圧手段にフィードバックする。
【００８３】
このように、本発明に係る研磨装置１００においては、研磨材の往復運動がＸ軸、Ｚ軸座標上のどのような２点を結ぶ間でも、加工面の研磨方向に対して垂直方向の圧接ができるので、往復運動において均一の加圧での研磨が可能となる。垂直方向の圧接でないと、往復運動の行きと帰りで圧接力が異なってしまい精緻な研磨が出来ない。
【００８４】
次に、被加工物２０を研磨する砥石２１に振動を与える構成と動作について説明する。
【００８５】
図８は、砥石２１に与える振動を駆動する振動駆動機構を示す。はじめに、底面を研磨する場合の動作について説明する。
【００８６】
底面（０°）研磨を行う時には、Ｚ軸単軸加重でＸ軸単軸振動となる。
【００８７】
まず、Ｘ軸振動支点位置変更モーター３６を回転させ、Ｘ軸振動支点３５の位置を設定振動ストローク分の振動が得られる位置に変更する。設定加重がかけられた後、Ｘ軸振動モーター３１を回転させる。Ｘ軸振動モーター３１を回転させることにより、そのモーター軸に取り付けられているＸ軸振動偏芯カム３２も回転し、Ｘ軸振動支点３５を支点とした振り子運動を行ってＸ軸振動アーム３３を介し、Ｘ軸振動カム３４に設定振動ストローク分の振動を伝える。振動伝達ユニット４６はＸ軸、Ｚ軸の振動を分離できる構成になっている。
【００８８】
次に、側面（９０°）研磨を行う時には、Ｘ軸単軸加重でＺ軸単軸振動となる。
【００８９】
まず、Ｚ軸振動支点位置変更モーター４２を回転させ、Ｚ軸振動支点４１位置を設定ストローク分の振動が得られる位置に変更する。その後、設定加重がかけられた後、Ｚ軸振動モーター３７を回転させる。Ｚ軸振動モーター３７を回転させることにより、そのモーター軸に取り付けられているＺ軸振動偏芯カム３８も回転し、Ｚ軸振動支点４１を支点とし振り子運動を行って振動アーム３９を介し、Ｚ軸振動カム４０に設定振動ストローク分の振動を伝える。振動伝達ユニット４６はＸ軸、Ｚ軸の振動を分離できる構成になっている。
【００９０】
さらに、本発明の研磨装置１００において、被加工物の斜面研磨の例について説明する。この場合、砥石軸４５は、Ｘ軸単軸振動とＺ軸単軸振動を合成振動として生成された振動方向に振動する。
【００９１】
図９は、本発明の研磨装置１００において、被加工物２０の斜面研磨する場合の概略図を示す。斜面（１〜８９°）Ｖの研磨を行う時には、Ｘ、Ｚ両軸加重でＸ、Ｚ両軸振動となる。Ｘ軸単軸振動とＺ軸単軸振動が振動伝達ユニット４６で合成され砥石軸４５は、矢印Ｗの方向に振動する。この時、支持台１４（回転テーブル）と砥石軸４５はＺ軸回転手段により同期して回転している。これにより砥石２１は、被加工物２０の斜面に垂直方向に圧接された状態で振動して研磨部位を移動しながら研磨を行う。
【００９２】
基本的には、Ｘ軸単軸振動とＺ軸単軸振動の動作を同期させる。設定加工面角度と、設定振動ストロークによりＸ軸、Ｚ軸それぞれのストローク値を算出する。
【００９３】
さらに、本発明においては、図４及び図８に示すように、回転テーブル１４を回転させ３６０°研磨が可能である。しかし、回転テーブル１４のみを回転させ砥石軸がそれにつれ回る構成の場合は、砥石破損や砥石２１が円形状の場合にはつれ回らないという問題が発生する。
【００９４】
その為、回転テーブル１４と砥石軸４５は同期し回転させる。図８に示すように、砥石軸回転モーター４３の回転を砥石軸回転ベルト４４により伝達し、砥石軸４５を回転テーブル１４の回転と同期して回転させる。この時の回転分解能は１°ピッチで設定可能である。
【００９５】
この構成により、本発明に係る研磨装置１００は、砥石２１を被加工物２０の加工面の形状に合わせた振動によりその部位の研磨を行い、砥石２１の振動運動位置を回転テーブル１４と同期した回転により順次変更することで加工面全体の研磨を可能とすることが出来た。
【００９６】
ここで、さらに、砥石２１に与える振動ストロークの大小変更についてＺ軸振動部を例として説明する。図１０は、振動ストローク変更機構の構成を示す。
【００９７】
図１０（ａ）は振動ストロークＴ小の場合を示し、図１０（ｂ）は振動ストロークＴ大の場合を示している。振動ストローク変更は、Ｚ軸振動アーム３９に設けられたＺ軸振動支点位置４１をＺ軸振動カム４０に近づけた場合に振動ストロークＴは小さくなり、遠くした場合にはストロークＴが大きくなる。尚、振動数（周波数）は、Ｚ軸振動モーター３７の回転速度を制御することにより決定する。
【００９８】
ここで、上記で説明した本発明に係る研磨装置１００による、研磨方法について説明する。
【００９９】
図１１は、本発明の研磨方法を説明するフローチャートを示す。
【０１００】
先ず、被加工物２０の加工面上に液化促進剤を塗布する（ＳＴ１）。尚、この塗布工程は、必ずしも必然ではない。液化促進剤の塗布を必要とする研磨の場合に採用すれば良い。
【０１０１】
次に、液体状の研磨材（砥石２１）を被加工物の加工面へ流し込む、流入工程を実行する（ＳＴ２）。
【０１０２】
流し込みが終了し被加工物２０への加熱を停止すると、液体状の研磨材２１は固化を開始する（ＳＴ３）。
【０１０３】
固化が終了すると、被加工物２０の側面を研磨する第１の研磨工程（離間方向への往復運動）を実行する（ＳＴ４）。
【０１０４】
第１の研磨工程が終了すると、離間方向から離間方向と直交する平行方向への中間の斜面を研磨する中間の研磨工程を実行する（ＳＴ５）。
【０１０５】
第１の研磨工程が終了すると、被加工物２０の上底面の研磨する第２の研磨工程（前記離間方向と直交する平行方向への往復運動）を実行する（ＳＴ６）。
【０１０６】
図１２及び図１３は、本発明の研磨方法及び動作を説明する概略図を示すものである。
【０１０７】
先ず、図１２（ａ）において、液体状の砥石２１を被加工物２０に流し込む。この時、被加工物２０自体の温度が砥石２１の融点より低い状態で行うと、被加工物２０に接触している砥石２１表面は瞬時に固化してしまう。固化した後に砥石２１に対して磁場配向を行っても砥石表面は砥粒配列がされない。
【０１０８】
従って、加熱手段５１（例えばヒーター）を使用し、被加工物２０を砥石２１の融点以上に暖めた状態で砥石２１を被加工物２０の加工面に流し込む。砥石軸４５は下降して砥石２１内に位置している。
【０１０９】
図１２（ｂ）において、所定量の砥石２１の流し込みが終了すると、加熱手段（ヒーター）５１による被加工物２０への加熱を中止する。ここで、上記で説明した磁場配向を行う。被加工物２０が冷却するとともに、砥石２１は固化する。
【０１１０】
固化した砥石２１は、被加工物２０内面と全く同じ形状の砥石２１として形成される為、横方向に砥石２１を動かすことができない。
【０１１１】
そして、研磨工程に入る。先ず、図１３（ａ）に示すように砥石２１を加工面に対して垂直（Ｚ軸方向）に振動させ角度の立っている側面（９０°）５５から第１の研磨工程（離間方向への往復運動）を実行する。この時、Ｘ軸加圧手段９０は回転テーブル１４をＸ軸方向に押圧する。被加工物２０は、Ｘ軸方向に押圧されている。
【０１１２】
次に、図１３（ｂ）に示すように砥石２１が所定量磨耗するまで被加工物２０の側面を研磨する。被加工物２０と砥石２１を同期して回転し、側面５５の研磨位置を変えながら研磨する。研磨動作を行うと砥石２１が減耗されていく。側面研磨を３６０°行い、砥石２１が減耗することによりの隙間５６が発生する。この隙間５６ができることにより、次の加工面角度（段々寝ていく方向＝斜面）の研磨に要する砥石の振動幅（ストローク）を確保できる。
【０１１３】
図１３（ｃ）に示すように、その減耗量（隙間）を次の加工面のストロークとして利用する。砥石２１の振動を隙間５６に合わせたストロークに制御して、段々角度の寝ている面（斜面）５８に移動しながら研磨する（中間の研磨工程）。横方向に隙間が発生し、横又は斜め方向の動きが可能になったと検知されると、砥石軸４５の振動方向は、研磨位置に合わせて制御される。同時に被加工物２０は、研磨位置に合わせて、Ｘ軸加圧手段９０、Ｚ軸加圧手段９１によってＸ軸方向及びＺ軸方向に加圧される。加圧手段によってＸ軸方向及びＺ軸方向に加圧された合力により底辺部５７に垂直な加圧が得られる。そして砥石２１を底辺部５７に対し平行方向に動かす第２の研磨工程を実行する。水平面の研磨を行い研磨終了となる。
【０１１４】
さらに、本発明におけるストロークの確保方法として、研磨作業による砥石２１を消耗させる方法の他に、砥石２１の結合剤を溶かす液化促進剤を使用して、砥石表面を溶かす量を調整するようにしてもよい。固化させた砥石２１と被加工物２０との間に、固化させた砥石２１の流体化を促進する液化促進剤を予め塗布しておく。砥石２１表面は液化促進剤の濃度を調整することで研磨作業による体積消耗の速度を調整する。
【０１１５】
固化した砥石２１は、研磨とともに消耗して小さくなるが、液化促進剤を予め塗布する方法で消耗の程度を調整することが可能となる。例えば、被加工物２０の側面を必要とする所要量だけ研磨を行う。次の加工面の研磨に移行する時に、次の加工面の研磨に必要な相対運動ストローク（振動）が実行可能なように砥石２１の消耗程度を調整する。これにより、各加工面を同一の相対運動ストロークで研磨することが可能となる。
【０１１６】
上記した説明では被加工物は、凹型形状の加工面に砥石を流し込む方法での砥石の固化を説明したが、次に、被加工物が凸形状の場合の砥石作成方法について説明する。
【０１１７】
図１４は、凸型の研磨形状の被加工物に対して砥石２１を形成する方法を説明する概略図を示すものである。
【０１１８】
凸形状の被加工物１０１の加工面１０５部を研磨する為の砥石２１を作る時、そのまま液体状の砥石２１を流し込み固化した砥石２１を作ろうとしても周りに流出しまい作ることが出来ない。
【０１１９】
このような場合、図１４（ａ）に示すように、研磨作業を行う箇所の周辺にカバー（壁）１０２を設けて、液体状の砥石２１が流れ出さないように囲い、液体状の砥石２１を流し込み固化させて砥石２１を作成する。
【０１２０】
この時、被加工物１０１は、液状の砥石２１が固化しないように被加工物１０１を砥石２１の融点以上に暖めた状態で砥石２１を被加工物１０１の加工面に流し込む。所定量の流し込みが終了すると、ヒーター５１による被加工物１０１の加熱を中止する。ここで、上記で説明した磁場配向を行う。
【０１２１】
被加工物１０１が冷却するとともに、砥石２１は固化する。図１４（ｂ）に示すように、砥石２１が固化した後、カバー１０２を取り除く。研磨方法は、上記で説明したと同様な加工手順により行う。
【０１２２】
以上、詳しく説明したように、本発明に係る研磨方法においては、液体状の研磨材を被加工物の加工面に流入する流入工程と、前記液体状の研磨材を前記被加工物の加工面の形状に合わせた状態で冷却して固化させる固化工程と、前記固化した研磨材を被加工物との間で相対的な往復運動を生じさせることにより被加工物を研磨する研磨工程と、を有し、前記研磨工程は、前記被加工物と固化した前記研磨材の離間方向への往復運動による第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程の後に前記研磨材の体積消耗に応じて前記離間方向の往復運動から前記離間方向と直交する平行方向への往復運動による第２の研磨工程とを有することにより、最初の前記加工面の側面研磨による前記研磨材の体積消耗と共に順次前記加工面の下面と上面の研磨を行う。
【０１２３】
これにより、本研磨方法においては、研磨材を加工面の形状に合わせた状態で形成し、研磨材と被加工物との相対運動のストロークを大きくして効率的な研磨を可能とし、さらに、砥石を被加工物の加工面よりも予め小さく形成する必要がないことから、砥石の耐用時間が増加し研磨作業効率の向上を実現したのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の全体構成の正面図を示す。
【図２】図１に示した研磨装置の一方側の側面図を示す。
【図３】図１に示した研磨装置の他方側の側面図を示す。
【図４】研磨装置における回転テーブルの押圧機構要部の斜視図を示す。
【図５】研磨装置における磁場配向ユニットを説明する図を示す。
【図６】斜面研磨の場合の加圧手段による加圧を説明する図を示す。
【図７】砥石をＺ軸で振動させた時のＸ軸ロードセル出力荷重値のグラフを示す。
【図８】砥石に与える振動を駆動する振動機構を示す。
【図９】被加工物の斜面研磨する場合の概略図を示す。
【図１０】振動ストローク変更機構の構成を示す。
【図１１】本発明の研磨方法を説明するフローチャートを示す。
【図１２】本発明の研磨方法を説明する概略図を示す。
【図１３】本発明の研磨方法を説明する概略図を示す。
【図１４】凸型の研磨形状の被加工物に対して砥石を形成する方法を説明する概略図を示す。
【符号の説明】
１ Ｘ軸加圧モーター
２ Ｘ軸加圧偏芯カム
４ Ｘ軸ロードセル
６ Ｚ軸加圧モーター
７ Ｚ軸加圧偏芯カム
９ Ｚ軸ロードセル
１３ 回転テーブルベース
１４ 回転テーブル（支持台）
１５ 回転テーブルモーター
１６ 回転テーブルベルト
１８ Ｘ軸テーブル位置検知センサ
１９ Ｚ軸テーブル位置検知センサ
２０ 被加工物
２１ 砥石（研磨材）
３１ Ｘ軸振動モーター
３２ Ｘ軸振動偏芯カム
３７ Ｚ軸振動モーター
３８ Ｚ軸振動偏芯カム
４３ 砥石軸回転モーター
４４ 砥石軸回転ベルト
４６ 振動伝達ユニット
１００ 研磨装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing apparatus for polishing an object to be polished by causing relative movement between an abrasive and the object to be polished.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] JP-A-11-165268 [Patent Document 2] JP-A-2000-351960 [Patent Document 3] JP-A 11-165252
With the rapid progress of technological innovation, high precision is required for the shape and size of industrial products and components used therein. The shapes of these industrial products, parts, and the like (hereinafter, referred to as “workpieces”) are complicated, and fine and precise dimensional accuracy is often required. For this reason, polishing or grinding work is required at the final stage in the manufacturing process of these workpieces.
[0004]
Polishing or grinding of a workpiece requiring such a fine surface finish or precise dimensional accuracy often still has to be performed manually. The method using mechanical force using a solid whetstone having a predetermined shape is actually limited to grinding or rough polishing with high precision. In addition, even if polishing is performed manually by a skilled worker, there is a certain limit in the accuracy of mirror polishing on the processed surface.
[0005]
Therefore, if the manual polishing work in the final finishing step can be mechanized or labor-saving, the working cost can be reduced and the working process time can be shortened.
[0006]
In such a situation, research on a so-called soft lapping wheel has been conducted as a method for realizing a sophisticated and precise mirror polishing of a workpiece. In this method, a polymer wrap such as polyvinyl acetal or sodium alginate is dissolved in the surface of a chamois to perform lapping.
[0007]
Such soft lapping has been used mainly for mirror-polishing the surface of a silicon wafer used for manufacturing integrated circuits. The present applicant uses a magnetic fluid containing abrasive grains that can control the arrangement of the abrasive grains by a magnetic field, forms an abrasive in accordance with the shape of the processing surface of the workpiece, and forms the abrasive with the workpiece. Patent Document 1 proposes a polishing apparatus for polishing a workpiece by causing relative movement of the workpiece.
[0008]
The polishing method in this apparatus is such that a fluid containing abrasive grains is directly poured into the polished surface of the workpiece, and the fluid is solidified as it is, thereby polishing the shape according to the shape of the processed surface of the workpiece. Form the material.
[0009]
Then, polishing is performed by causing the abrasive to cause relative motion such as vibration or swing with respect to the processing surface of the workpiece. Depending on the mode of solidification of the abrasive, the abrasive and the processing surface may be bonded to each other in a close contact state. In such a state, the stroke of the relative motion cannot be large, and the polishing efficiency is poor. For this reason, the relative movement is performed with the contact surface between the solidified abrasive and the workpiece thinly melted.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional polishing method as described above has the following problems.
[0011]
Even when the contact surface between the solidified abrasive and the workpiece is thinly melted, the relative motion stroke can be taken only by the distance between the melted abrasive and the workpiece. In order to increase the stroke of the movement, the amount of the abrasive to be melted must be increased.
[0012]
However, if the amount of the abrasive that is melted is increased, the contact surface with the workpiece is not necessarily melted in a uniform amount, so that the shape of the abrasive formed according to the shape of the processed surface is broken, and the processed surface is deformed. This hinders uniform polishing of the substrate.
[0013]
The present invention has been devised in view of the above-described problems, and provides a method for enabling polishing by increasing the stroke of the relative movement between the abrasive and the workpiece in a state where the abrasive is adjusted to the shape of the processing surface. To provide.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the present invention provides an inflow step of flowing a liquid abrasive into a processing surface of a workpiece, and cooling the liquid abrasive in a state in which the abrasive is adjusted to the shape of the processing surface of the workpiece. A solidifying step of solidifying; and a polishing step of polishing the workpiece by causing a relative reciprocating motion between the solidified abrasive and the workpiece. The polishing step includes: A first polishing step by a reciprocating motion of the abrasive material in a direction away from the workpiece and the abrasive material, and after the first polishing step, in accordance with a volume consumption of the abrasive material, from the reciprocating motion in the separating direction to the separation. And a second polishing step by reciprocating motion in a parallel direction perpendicular to the direction.
[0015]
As described above, in the polishing method of the present invention, in the first polishing step, the workpiece and the solidified abrasive are reciprocated in the separating direction. In this reciprocating movement in the separating direction, a relatively large polishing stroke can be obtained. Then, after polishing is started from the side surface of the workpiece and a gap is generated between the abrasive and the workpiece due to volume consumption of the side surface of the abrasive and a stroke is taken, the reciprocating motion in the separating direction is sequentially performed. The upper and lower surfaces of the workpiece are polished by performing the second polishing step by reciprocating motion in a parallel direction perpendicular to the separating direction. As a result, the shape of the abrasive formed according to the shape of the processing surface of the workpiece does not collapse, and it is possible to perform uniform polishing on the processing surface. It was possible to improve.
[0016]
In the polishing step of the present invention, further, between the first polishing step and the second polishing step, in accordance with the volume consumption of the abrasive, from the separation direction to a parallel direction orthogonal to the separation direction. By having an intermediate polishing step by reciprocating movement in the oblique direction for polishing the intermediate inclined surface, it is possible to surely polish the workpiece in the oblique direction.
[0017]
The polishing method further includes, before the flow-in step, an application step of applying a liquefaction accelerator for promoting fluidization of the abrasive on the processing surface of the workpiece. Then, by adjusting the concentration of the liquefaction accelerator, the rate of volume consumption of the solidified abrasive in the polishing step is adjusted.
[0018]
By the way, in the inflow step, the workpiece is maintained at a temperature at which the abrasive maintains a liquid state. This prevents rapid cooling and solidification of only the contact surface of the workpiece with the abrasive material that has flowed in, and eliminates the situation where abrasive grains contained in the abrasive material at the contact surface solidify in an uneven state. are doing.
[0019]
Further, when the processing surface of the workpiece is convex, after providing an preventing wall for preventing the abrasive from flowing out around the processing surface in the inflow step, the abrasive is allowed to flow in, and the solidification step is performed. Later, the prevention wall is eliminated.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a polishing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 shows a front view of the overall configuration of the polishing apparatus 100 according to the present invention, and FIG. 2 shows a side view of one side of the polishing apparatus 100 shown in FIG. FIG. 3 is a side view of the other side of the polishing apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a schematic perspective view of a main part (pressing means) of a pressing mechanism for pressing the support 14 in the polishing apparatus 100. Show.
[0022]
Note that, in the present embodiment described below, an example of a polishing apparatus in which a workpiece is fixed to a support table and a polishing material for polishing the workpiece is reciprocated by a driving unit is described. When the object is relatively small or the like, it is easily understood that a form in which the abrasive is fixed to the support table and the workpiece is reciprocated by the driving means is also included in the present polishing apparatus.
[0023]
1 to 4, a polishing apparatus 100 includes a grindstone shaft 45 that fixes an abrasive 21 and reciprocates (vibrates) between two arbitrary points on X and Z coordinates, and is supported by the grindstone shaft 45 to be processed. An abrasive 21 (hereinafter, referred to as a “grinding wheel 21”) for polishing the surface of the object 20 and a driving unit that reciprocates (vibrates) the grinding wheel 21 in the X-axis direction and the Z-axis direction shown in FIG.
[0024]
The polishing apparatus 100 further includes a support table 14 (hereinafter, appropriately referred to as a “rotary table 14”) that supports and fixes the workpiece 20, and presses the rotary table 14 in the X-axis and Z-axis directions to form a grindstone 21. A pressure unit (X-axis pressing unit 90, Z-axis pressing unit 91) for pressing the workpiece 20 into pressure contact, and a pressure detecting unit for detecting the pressure to be pressed.
[0025]
A rotary table base 13 for supporting the rotary table 14 is provided on a support frame 25 of the polishing apparatus 100. The support frame 25 has a Z-axis pressing motor 6 , The X-axis pressurizing transmission unit 23 connected to the X-axis pressurizing motor 1 of the X-axis pressurizing means 90, and the rotation of the rotary table 14. A rotary table motor 15 for driving a rotary table belt 16 is provided.
[0026]
The X-axis pressing motor 1, the Z-axis pressing motor 6, and the rotary table motor 15 are step motors provided with a speed reduction mechanism.
[0027]
The X-axis pressing means 90 is provided with an X-axis pressing motor 1 for pressing and driving in the X-axis direction, and the X-axis pressing eccentric cam 2 is fitted on the rotation axis of the X-axis pressing motor 1. . An X-axis load cell holder 3 is pressed against the X-axis pressing eccentric cam 2. Further, an X-axis load cell 4 is provided in the load cell holder 3, and the X-axis load cell holder 3 is joined to the X-axis pressure transmitting unit 23. A rotatable roller is provided at the tip of the X-axis pressure transmitting section 23, and is configured to press the rotary table base 13 in the X-axis direction.
[0028]
The Z-axis pressurizing means 91 is provided with a Z-axis pressurizing motor 6 for pressing and driving in the Z-axis direction, and the Z-axis pressurizing eccentric cam 7 is fitted on the rotation axis of the Z-axis pressurizing motor 6. . A Z-axis load cell holder 8 is pressed against the Z-axis pressing eccentric cam 7. Further, the load cell holder 8 is provided with a Z-axis load cell 9, and a rotatable roller provided at the tip of the Z-axis load cell holder 8 is joined to one end of the Z-axis pressure transmitting unit 11.
[0029]
The Z-axis pressure transmitting unit 11 is rotatably attached to a mounting position of the support frame 25. Further, the Z-axis pressure transmitting section 11 is in contact with the rotatable roller provided at the other end with the mounting position as a fulcrum so as to press the Z-axis pressing portion 12 in the Z-axis direction.
[0030]
The rotary table base 13 presses the workpiece 20 against the grindstone 21 at a fixed position by the Z-axis pressure transmission unit 11 and the X-axis pressure transmission unit 23. In order to increase the efficiency and accuracy of the polishing operation, it is necessary to control the pressing of the grindstone 21 against the workpiece 20 to a predetermined pressing force. For this reason, an X-axis load cell 4 and a Z-axis load cell 9 are provided as pressure detecting means for detecting respective pressing forces in the X and Z-axis directions between the workpiece 20 and the grindstone 21.
[0031]
Further, an unillustrated fixed member is provided with an X-axis table position detection sensor and a Z-axis table position detection sensor for detecting the table position in the X-axis direction and the table position in the Z-axis direction of the rotary table 14. I have.
[0032]
As described above, it is possible to control the pressing force constant stroke while maintaining the polishing pressing force in each axial direction at a predetermined value, and to control the pressing force variation stroke to change the pressing force with time during polishing.
[0033]
The workpiece 20 is mounted on the rotary table 14, and the processing surface of the workpiece 20 is mounted so that the grinding wheel 21 supported by the grinding wheel shaft 45 and formed in accordance with the processing surface is fitted. The grinding wheel shaft 45 reciprocates (vibrates) in the X-axis direction and the Z-axis direction by a driving unit (vibration unit).
[0034]
The driving means in the X-axis direction includes an X-axis drive motor 31, an X-axis vibration eccentric cam 32 attached to the rotating shaft of the X-axis drive motor 31, and an X-axis vibration eccentric cam 32 joined to the X-axis vibration eccentric cam 32. An X-axis vibration arm 33 that transmits vibration from the core cam 32 via an X-axis vibration fulcrum 35, and an X-axis vibration transmission unit 47 that is connected to the X-axis vibration arm 33 and transmits vibration to the grinding wheel shaft 45. ing.
[0035]
The driving means in the Z-axis direction includes a Z-axis drive motor 37, a Z-axis vibration eccentric cam 38 attached to the rotating shaft of the Z-axis drive motor 37, and a Z-axis vibration eccentric cam 38 A Z-axis vibration arm 39 that transmits the vibration from the core cam 38 via a Z-axis vibration fulcrum 41 and a Z-axis vibration transmission unit that is connected to the Z-axis vibration arm 39 and transmits the vibration to the grinding wheel shaft 45. I have. (See Fig. 8)
[0036]
The grindstone 21 reciprocates (vibrates) in the X-axis direction via an X-axis vibration arm 33 by an X-axis vibration motor 31 provided above the rotary table 14. Further, the grindstone 21 reciprocates (vibrates) in the Z-axis direction via the Z-axis vibration arm 39 by the Z-axis vibration motor 37 to polish the workpiece 20.
[0037]
Adjustment of the amplitude of the reciprocating motion (vibration) in the X-axis direction and the Z-axis direction is performed by changing the position of each vibration fulcrum, as described later. The fulcrum positions in the X-axis direction and the Z-axis direction are driven by an X-axis vibration fulcrum position change motor 36 and a Z-axis vibration fulcrum position change motor 42, and the respective vibration arms in the X-axis and Z-axis directions move to move the respective vibration fulcrum. The distance between 35, 41 and the vibration eccentric cam 32, 38 engaged with each vibration arm is changed.
[0038]
The rotary table 14 is rotated by a rotary table belt 16 transmitting the rotation of a rotary table motor 15. Rotational resolution is 1 ° pitch. By providing this rotation axis, the entire surface can be polished by 360 ° with the X axis + Z axis + rotation axis. Further, the rotary table 14 and the grinding wheel shaft 45 are configured to rotate in synchronization.
[0039]
Each of the motors 15, 31, 36, 37, and 42 is a step motor provided with a speed reduction mechanism. In addition, the polishing apparatus 100 is provided with a lift motor 48 that moves the vibration unit and the magnetic field generating coil 61 (see FIG. 5) up and down.
[0040]
Further, the polishing apparatus 100 of the present invention has a control device 80 that operates the above-described motors in order to control the pressing force between the grindstone 21 and the workpiece 20. The control device 80 has a so-called sequencer function and a computer function having a CPU that generates a signal for controlling the polishing operation based on the polishing information from the sequencer and instructs the generated control signal to the sequencer.
[0041]
Note that the control device 80 may be configured as a separate device independent of the sequencer function and the computer function.
[0042]
The control device 80 receives signals from the X-axis load cell 4, the Z-axis load cell 9 (pressure detecting means), and the pressing position detecting sensor for detecting the pressing force, and receives the signals from the X-axis pressing motor 1 and the Z-axis pressing. By controlling the motor 6, the rotary table motor 15 and the like, an optimal pressing force for polishing the workpiece 20 is given to the rotary table base 13 and the rotary table 14.
[0043]
As described above, in the polishing by the polishing apparatus 100 according to the present invention, the grinding wheel 21 vibrates the grinding wheel 21 in the X-axis direction and / or the Z-axis direction, and vibrates the workpiece 20 placed on the rotary table. Then, polishing is performed by pressing in the X-axis direction and / or the Z-axis direction. At this time, the grinding wheel shaft 45 and the rotary table 14 are rotating in synchronization.
[0044]
In the polishing apparatus 100 according to the present invention, a grindstone 21 obtained by pouring a fluid containing abrasive grains directly into the polishing surface of the workpiece 20 and solidifying the fluid as it is, between the grinding stone 21 and the workpiece. Polishing by causing relative motion in
[0045]
The fluid containing the abrasive solidifies below a predetermined temperature. Therefore, when the fluid is directly poured into the polished surface, the temperature of the workpiece 20 (the temperature of the polished surface) is kept at the same temperature as the vicinity of the melting point of the fluid. This is because when the workpiece 20 is cooled, only the contact surface portion of the fluid 20 containing the inflowing abrasive grains is rapidly cooled and solidified, so that the abrasive density and the solidification of the contact surface portion are reduced. This is to prevent the subsequent generation of unevenness in surface roughness and abrasive grain distribution. Further, since the solvent surrounding the abrasive grains is rapidly solidified from only one side, the abrasive grains are repelled by the other side, and the density of the abrasive grains decreases. A problem in polishing that non-uniform abrasive grain density occurs.
[0046]
Since the application field of the polishing apparatus 100 of the present invention covers a wide range, the types and specifications of the abrasive grains and the fluid containing the abrasive grains used here are determined by the material of the workpiece to be polished and the required polishing accuracy. It will be determined accordingly.
[0047]
Specific examples of the material of the abrasive used include iron oxide (Fe304, Fe203, etc.) in the case of a magnetic abrasive, alumina (Al203), silica (Si02), silicon carbide (CIS) as a non-magnetic abrasive, Diamond and the like. The smaller the particle size, the higher the required polishing accuracy is. For example, when the precision of the processed product is required to be 0.01 μm or less, abrasive grains having a particle size of 10 nm or less are used.
[0048]
Examples of the fluid include water and various (animal, vegetable, mineral oil) oils. In the case of a magnetic material, water is mainly used, and in the case of a charged abrasive, oil is preferably used. In order to prevent the agglomeration of the abrasive grains in the fluid, a surfactant may be added.
[0049]
As a method of solidifying or gelling, for example, when the fluid is water, the temperature is lowered to below freezing point, and when the fluid is oil, a chemical reaction may be used in addition to such temperature control.
[0050]
In the polishing apparatus 100 of the present invention, since the polishing is performed by solidifying the fluid containing the abrasive grains and relatively moving the fluid containing the abrasive grains with the workpiece 20, the abrasive grains in the fluid when the liquid is solidified It is extremely important to control the sequence distribution in. This is because the distribution density of abrasive grains in contact with the surface to be processed of the workpiece 20 greatly affects the polishing rate and the polishing accuracy.
[0051]
Since the specific gravity of the abrasive grains is different from the specific gravity of the fluid, even if the abrasive grains are added to the fluid and sufficiently stirred, the abrasive grains are unevenly distributed in the fluid before solidifying or gelling. Therefore, it is necessary to control the arrangement distribution or distribution density of the abrasive grains before solidification or gelation.
[0052]
The method of controlling the arrangement distribution of the abrasive grains in the fluid at the time of solidification is performed in a magnetic field environment in the case of a magnetic fluid, and in an electric field environment in the case of using charged abrasive grains.
[0053]
When the magnetic fluid and the workpiece are placed in a magnetic field environment, the magnetic abrasive grains are arranged along the lines of magnetic force. Further, since the number of lines of magnetic force per unit area is proportional to the magnetic field strength, the density of the abrasive grain array can be controlled by controlling the magnetic field strength.
[0054]
When charged abrasive grains are used, the abrasive grains are charged to one of positive and negative charges, so unlike a magnetic fluid that always has both polarities (N pole and S pole), the charged grains are Has a repulsive force. Therefore, since a force is exerted on the charged particles to distribute them uniformly in the fluid, it is not always necessary to perform the operation in an electric field environment in order to solidify or gel.
[0055]
However, by applying an electric field, the distribution of charged abrasive grains in the fluid can be controlled according to the electric field intensity distribution. For example, it is desired to distribute and arrange more abrasive grains on the contact surface with the workpiece 20 Sometimes it is necessary to solidify or gel in an electric field environment.
[0056]
FIG. 5 is a diagram illustrating a magnetic field alignment unit in the polishing apparatus 100.
[0057]
When performing the magnetic field orientation described above, the yoke 62 is attached. The number of the yoke 62 to be attached is determined according to the shape of the workpiece 20 at four places where the yoke 62 can be attached, i.e., four yoke attachment locations 64, 65, 66, and 67. The yoke slide portion 63 has a slidable configuration. The yoke 62 is attached, and the yoke slide portion 63 is kept outside.
[0058]
With the workpiece 20 warmed to near the melting point of the grindstone 21, the grindstone 21 is injected into the workpiece 20, and then the grindstone shaft 45 is moved (down) to the grindstone creation position. After the movement, a current is caused to flow through the magnetic field generating coil 61 to form magnetic lines of force as indicated by an arrow 68.
[0059]
The magnetic particles in the grindstone 21 are arranged along the lines of magnetic force, and the abrasive grains are arranged in accordance therewith. The arranged abrasive grains are naturally or forcibly cooled while maintaining the arranged state, and the grindstone 21 is completed when solidified.
[0060]
As described above, the workpiece 20 is polished by the polishing apparatus 100 according to the present invention. In the polishing step of the workpiece 20 in the polishing method of the present invention, the liquid grindstone 21 is applied to the processing surface of the workpiece 20. The inflow step of inflow, the solidification step of cooling and solidifying the liquid grindstone 21 in conformity with the shape of the processing surface of the workpiece 20, and the solidification step of causing the solidified grindstone 21 to be relative to the workpiece 20. And a polishing step of polishing the workpiece 20 by causing a reciprocating motion.
[0061]
In the polishing step, first, a first polishing step is performed by reciprocating movement of the work piece 20 and the solidified grindstone 21 in the separating direction. Next, after the first polishing step, an intermediate polishing step is performed according to the volume consumption of the grindstone 21 by the reciprocating movement in the separating direction and the reciprocating movement in the oblique direction for gradually polishing the slope. When the polishing of the slope is completed, a second polishing step by reciprocating motion in a parallel direction orthogonal to the separating direction is executed.
[0062]
As described above, the polishing step further includes, between the first polishing step and the second polishing step, an intermediate slope from the separation direction to a parallel direction perpendicular to the separation direction according to the volume consumption of the abrasive. By having an intermediate polishing step by reciprocating movement in the oblique direction for polishing, it is possible to reliably perform the oblique polishing of the workpiece.
[0063]
Here, the pressing configuration and the polishing operation in the polishing apparatus 100 of the present invention will be described with reference to FIG.
[0064]
First, a case where the polishing apparatus of the present invention performs side polishing of the workpiece 20 will be described. When the side surface (90 °) polishing is performed, the Z-axis single-axis vibration is caused by the X-axis single-axis load. By rotating the X-axis pressing motor 1, the X-axis pressing eccentric cam 2 attached to the motor shaft of the X-axis pressing motor 1 is rotated.
[0065]
Since the X-axis pressure eccentric cam 2 is eccentric, the X-axis load cell holder 3 fixing the X-axis load cell 4 is pushed in the X-axis direction by rotating, and the X-axis load cell 4 By pressing, the rotary table base 13 is pressed in the X-axis direction.
[0066]
A workpiece 20 on which a grindstone 21 is set is attached to the rotary table 14. Since the grindstone 21 is fixed, the pressing force at the X-axis pressing portion 5 is applied between the grindstone 21 and the workpiece 20. Transmitted. The weight value is detected by the X-axis load cell 4, the rotation of the X-axis pressurizing motor 1 is stopped when the weight value exceeds the set weight value, and the polishing is performed by vibrating in the Z-axis direction. Polishing is performed while the dynamic weight value during the polishing operation is kept within the weight error range.
[0067]
The weight error range can be set within a range of ± 100% of the set weight value. When the weight value falls below the set value (− side) during polishing (for example, when the grinding wheel is worn out and the pressing pressure is reduced). The X-axis pressurizing motor 1 is rotated and pressurized. When the pressure exceeds the set value (+ side), the rotation of the X-axis pressurizing motor 1 is stopped. Polishing is performed while performing this automatic feedback control. Further, when the side surface is polished, the rotary table 14 is fixed by a stopper (not shown) so that the workpiece 20 does not vibrate up and down.
[0068]
It is considered that the moving distance of the rotary table base 13 in the X-axis direction is the amount of wear of the grindstone in the X-axis direction, and the X-axis table position detection sensor 18 measures it. A polishing stroke capable of securing the next processing surface angle is calculated from this amount of wear.
[0069]
The X-axis tension spring 17 pulls the rotary table base 13 in a direction opposite to the direction A, and aligns the center axis of the rotary table 14 in the X-axis direction with the grindstone shaft axis by abutting (not shown). Before polishing, an offset value is measured with the workpiece 20 and a clamp material (not shown) placed thereon, and a value obtained by subtracting the offset value from an actual weight is applied to the workpiece 20. Weighted value.
[0070]
Next, when bottom surface (0 °) polishing is performed, X-axis single-axis vibration is caused by Z-axis single-axis load. Basically the same as the X-axis single-axis load (side grinding), but by rotating the Z-axis pressing motor 6, the Z-axis pressing bias attached to the motor shaft of the Z-axis pressing motor 6 is increased. The core cam 7 is rotated.
[0071]
Since the Z-axis press eccentric cam 7 is eccentric, the Z-axis load cell holder 8 holding the Z-axis load cell 9 is pressed downward by rotating, and the Z-axis load cell 9 pushes the Z-axis pressurized portion 10. By pushing in the Z-axis direction, the Z-axis pressurizing portion 12 is pushed through the Z-axis pressurizing transmission section 11, and the rotary table 14 is pressed in the Z-axis direction.
[0072]
A workpiece 20 on which a grindstone 21 is set is attached to the rotary table 14. Since the grindstone 21 is fixed, the pressing force of the Z-axis pressurizing portion 12 is transmitted between the grindstone 21 and the workpiece 20. . The weight value is detected by the Z-axis load cell 9, and when the weight value exceeds the set weight value, the rotation of the Z-axis pressurizing motor 6 is stopped, and the polishing is performed by vibrating in the X-axis direction.
[0073]
Polishing is performed while the dynamic weight value during the polishing operation is kept within the weight error range. The weight error range can be set within a range of ± 100% of the set weight value. When the weight value falls below the set value (-side) during polishing (due to the wear of the grinding wheel and the pressing pressure decreasing), the Z-axis The rotation of the Z-axis pressurizing motor 6 is stopped when the pressure exceeds the set value (+ side).
[0074]
Polishing is performed while performing this automatic feedback control. When performing bottom polishing, the rotary table base 13 is fixed with a stopper (not shown) so that the workpiece 20 does not vibrate in the lateral direction.
[0075]
It is considered that the moving distance of the rotary table base 13 in the Z-axis direction is the amount of wear of the grindstone in the Z-axis direction, and this is measured by the Z-axis table position detection sensor 19.
[0076]
The offset value in the Z-axis direction is the weight of the turntable 14. Before polishing, the offset value is measured in a state where the workpiece 20 and the clamp material are placed, and a value obtained by subtracting the offset value from an actual weight value is set as a weight value applied to the workpiece 20.
[0077]
Further, when the inclined surface (1 to 89 °) is polished, both X and Z axis vibrations are caused by the X and Z both axis weights. FIG. 6 is a diagram illustrating pressurization by pressurizing means in the X and Z directions when performing slope polishing. Basically, the operations of X-axis single-axis weighting and Z-axis single-axis weighting are performed simultaneously. According to the set processing surface angle, weight values in the X and Z directions are calculated by calculation from the set load, and pressure is applied (the resultant force P of the X direction load and the Z direction load = a direction perpendicular to the processing surface).
[0078]
The automatic feedback of the weight is performed by a single axis pressure detecting means in each of the X and Z directions. In addition, the workpiece 20 and the rotary table 14 are not fixed when the slope polishing is performed.
[0079]
The wear amount in the set polishing angle direction is calculated from the X-axis direction movement amount and the Z-axis direction movement amount measured by the X-axis table position detection sensor 18 and the Z-axis table position detection sensor 19. A polishing stroke capable of securing the next processing surface angle is calculated from this amount of wear.
[0080]
In the polishing apparatus 100 of the present invention, in order to apply the optimum pressing force to the workpiece 20 during polishing, information obtained by constantly detecting the pressing force is transmitted to the control device, and the control generated by the control device is performed. Information needs to be fed back to the pressurizing means.
[0081]
FIG. 7 shows a graph of the output load value of the X-axis load cell when the abrasive (grinding wheel 21) is vibrated at 0.1 second / cycle on the Z-axis.
[0082]
During one reciprocation, the pressure fluctuates and is periodically repeated in accordance with the reciprocation. Therefore, the pressure detection means samples and detects the pressure at several points during at least one reciprocation, and averages the values. Alternatively, a peak value or the like is compared every period and fed back to the pressurizing means.
[0083]
As described above, in the polishing apparatus 100 according to the present invention, even when the reciprocating motion of the abrasive material connects any two points on the X-axis and Z-axis coordinates, the pressure contact in the direction perpendicular to the polishing direction of the processing surface is performed. Therefore, polishing can be performed with uniform pressure in the reciprocating motion. Unless vertical pressing is performed, the pressing force differs between the forward and backward movements of the reciprocating motion, and precise polishing cannot be performed.
[0084]
Next, a description will be given of the configuration and operation of applying vibration to the grindstone 21 for polishing the workpiece 20.
[0085]
FIG. 8 shows a vibration drive mechanism for driving vibration applied to the grindstone 21. First, the operation for polishing the bottom surface will be described.
[0086]
When the bottom surface (0 °) polishing is performed, X-axis single-axis vibration is caused by Z-axis single-axis load.
[0087]
First, the X-axis vibration fulcrum position changing motor 36 is rotated to change the position of the X-axis vibration fulcrum 35 to a position where vibration for the set vibration stroke can be obtained. After the set weight is applied, the X-axis vibration motor 31 is rotated. By rotating the X-axis vibration motor 31, the X-axis vibration eccentric cam 32 attached to the motor shaft also rotates, and performs a pendulum motion with the X-axis vibration fulcrum 35 as a fulcrum to move the X-axis vibration arm 33. Then, the vibration for the set vibration stroke is transmitted to the X-axis vibration cam 34. The vibration transmission unit 46 has a configuration capable of separating vibrations in the X axis and the Z axis.
[0088]
Next, when the side surface (90 °) polishing is performed, the Z-axis single-axis vibration is caused by the X-axis single-axis load.
[0089]
First, the Z-axis vibration fulcrum position changing motor 42 is rotated to change the position of the Z-axis vibration fulcrum 41 to a position where vibration for the set stroke can be obtained. Then, after the set weight is applied, the Z-axis vibration motor 37 is rotated. By rotating the Z-axis vibration motor 37, the Z-axis vibration eccentric cam 38 attached to the motor shaft also rotates, and performs a pendulum motion with the Z-axis vibration fulcrum 41 as a fulcrum. The vibration for the set vibration stroke is transmitted to the shaft vibration cam 40. The vibration transmission unit 46 has a configuration capable of separating vibrations in the X axis and the Z axis.
[0090]
Further, an example of slope polishing of a workpiece in the polishing apparatus 100 of the present invention will be described. In this case, the grinding wheel shaft 45 vibrates in the vibration direction generated by combining the X-axis single-axis vibration and the Z-axis single-axis vibration as a combined vibration.
[0091]
FIG. 9 is a schematic view showing a case where the workpiece 20 is polished on a slope in the polishing apparatus 100 of the present invention. When the slope (1 to 89 °) V is polished, both X and Z axes are vibrated by the X and Z axes. The X-axis single-axis vibration and the Z-axis single-axis vibration are synthesized by the vibration transmission unit 46, and the grinding wheel shaft 45 vibrates in the direction of the arrow W. At this time, the support table 14 (rotary table) and the grindstone shaft 45 are synchronously rotated by the Z-axis rotating means. Thus, the grindstone 21 vibrates while being pressed against the slope of the workpiece 20 in the vertical direction, and performs polishing while moving the polishing portion.
[0092]
Basically, the operations of the X-axis single-axis vibration and the Z-axis single-axis vibration are synchronized. The X-axis and Z-axis stroke values are calculated based on the set machining surface angle and the set vibration stroke.
[0093]
Further, in the present invention, as shown in FIGS. 4 and 8, the rotary table 14 can be rotated to perform 360 ° polishing. However, in the case of a configuration in which only the rotary table 14 is rotated to rotate the grindstone shaft, there is a problem that the grindstone is broken or the grindstone 21 does not rotate when the grindstone 21 is circular.
[0094]
Therefore, the turntable 14 and the grindstone shaft 45 are rotated synchronously. As shown in FIG. 8, the rotation of the grindstone shaft rotating motor 43 is transmitted by a grindstone shaft rotating belt 44, and the grindstone shaft 45 is rotated in synchronization with the rotation of the turntable 14. The rotation resolution at this time can be set at 1 ° pitch.
[0095]
With this configuration, the polishing apparatus 100 according to the present invention polishes the grinding wheel 21 by vibrating according to the shape of the processing surface of the workpiece 20, and synchronizes the vibration motion position of the grinding stone 21 with the rotary table 14. By sequentially changing the rotation, it was possible to polish the entire processing surface.
[0096]
Here, the magnitude change of the vibration stroke applied to the grindstone 21 will be further described by taking the Z-axis vibrator as an example. FIG. 10 shows the configuration of the vibration stroke changing mechanism.
[0097]
FIG. 10A shows a case where the vibration stroke T is small, and FIG. 10B shows a case where the vibration stroke T is large. The vibration stroke is changed when the Z-axis vibration fulcrum position 41 provided on the Z-axis vibration arm 39 is moved closer to the Z-axis vibration cam 40, and the stroke T is increased when moved farther. The frequency (frequency) is determined by controlling the rotation speed of the Z-axis vibration motor 37.
[0098]
Here, a polishing method using the polishing apparatus 100 according to the present invention described above will be described.
[0099]
FIG. 11 shows a flowchart illustrating the polishing method of the present invention.
[0100]
First, a liquefaction accelerator is applied on the processed surface of the workpiece 20 (ST1). This application step is not always necessary. It may be employed in the case of polishing that requires application of a liquefaction accelerator.
[0101]
Next, an inflow step of flowing a liquid abrasive (grinding stone 21) to the processing surface of the workpiece is performed (ST2).
[0102]
When the pouring is completed and the heating of the workpiece 20 is stopped, the liquid abrasive 21 starts to solidify (ST3).
[0103]
When the solidification is completed, a first polishing step (reciprocating movement in the separating direction) for polishing the side surface of the workpiece 20 is executed (ST4).
[0104]
When the first polishing step is completed, an intermediate polishing step of polishing an intermediate slope from the separation direction to a parallel direction perpendicular to the separation direction is performed (ST5).
[0105]
When the first polishing step is completed, a second polishing step (reciprocating motion in a parallel direction orthogonal to the separation direction) for polishing the upper and lower surfaces of the workpiece 20 is executed (ST6).
[0106]
12 and 13 are schematic diagrams illustrating the polishing method and operation of the present invention.
[0107]
First, in FIG. 12A, a liquid grindstone 21 is poured into a workpiece 20. At this time, if the temperature of the workpiece 20 itself is lower than the melting point of the grindstone 21, the surface of the grindstone 21 in contact with the workpiece 20 is instantaneously solidified. Even if the magnetic field is applied to the grindstone 21 after solidification, the grindstone surface is not arranged with abrasive grains.
[0108]
Therefore, the grindstone 21 is poured into the processing surface of the workpiece 20 in a state where the workpiece 20 is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the grindstone 21 by using the heating means 51 (for example, a heater). The grindstone shaft 45 descends and is located inside the grindstone 21.
[0109]
In FIG. 12B, when the pouring of the predetermined amount of the grindstone 21 is completed, the heating of the workpiece 20 by the heating means (heater) 51 is stopped. Here, the magnetic field orientation described above is performed. As the workpiece 20 cools, the grindstone 21 solidifies.
[0110]
Since the solidified grindstone 21 is formed as a grindstone 21 having exactly the same shape as the inner surface of the workpiece 20, the grindstone 21 cannot be moved in the lateral direction.
[0111]
Then, a polishing process is started. First, as shown in FIG. 13A, the grindstone 21 is vibrated perpendicularly (in the Z-axis direction) with respect to the processing surface, and the first polishing step (in the separation direction) Reciprocating motion). At this time, the X-axis pressing means 90 presses the rotary table 14 in the X-axis direction. The workpiece 20 is pressed in the X-axis direction.
[0112]
Next, as shown in FIG. 13B, the side surface of the workpiece 20 is polished until the grindstone 21 is worn by a predetermined amount. The workpiece 20 and the grindstone 21 are rotated in synchronization, and the polishing is performed while changing the polishing position of the side surface 55. When the polishing operation is performed, the grindstone 21 is worn out. A gap 56 is generated when the side surface is polished by 360 ° and the grindstone 21 is worn out. By forming the gap 56, the vibration width (stroke) of the grindstone required for polishing at the next processing surface angle (the direction of gradually lying down = slope) can be secured.
[0113]
As shown in FIG. 13C, the wear amount (gap) is used as a stroke of the next processing surface. The vibration of the grindstone 21 is controlled to a stroke corresponding to the gap 56, and the polishing is performed while moving to the slanting surface (slope) 58 having a gradually increasing angle (intermediate polishing step). When it is detected that a gap has occurred in the lateral direction and the lateral or oblique movement has become possible, the vibration direction of the grindstone shaft 45 is controlled in accordance with the polishing position. At the same time, the workpiece 20 is pressed in the X-axis direction and the Z-axis direction by the X-axis pressing unit 90 and the Z-axis pressing unit 91 in accordance with the polishing position. Pressing perpendicular to the bottom portion 57 is obtained by the resultant force pressed in the X-axis direction and the Z-axis direction by the pressing means. Then, a second polishing step of moving the grindstone 21 in a direction parallel to the bottom portion 57 is executed. The horizontal surface is polished and the polishing is completed.
[0114]
Furthermore, as a method of securing the stroke in the present invention, in addition to the method of consuming the grindstone 21 by the polishing operation, a liquefaction accelerator that dissolves the binder of the grindstone 21 is used to adjust the amount of melting the grindstone surface. Is also good. A liquefaction accelerator that promotes fluidization of the solidified grindstone 21 is applied in advance between the solidified grindstone 21 and the workpiece 20. The surface of the grindstone 21 adjusts the concentration of the liquefaction accelerator to adjust the speed of volume consumption by the polishing operation.
[0115]
The solidified grindstone 21 is worn down with polishing and becomes smaller, but the degree of wear can be adjusted by a method of applying a liquefaction accelerator in advance. For example, polishing is performed by a required amount that requires the side surface of the workpiece 20. When shifting to the polishing of the next processing surface, the degree of consumption of the grindstone 21 is adjusted so that the relative movement stroke (vibration) required for polishing the next processing surface can be executed. This makes it possible to grind each processing surface with the same relative movement stroke.
[0116]
In the above description, the solidification of the grindstone by the method of pouring the grindstone into the work surface of the concave shape has been described. Next, the method of forming the grindstone when the workpiece has a convex shape will be described.
[0117]
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a method of forming a grindstone 21 on a workpiece having a convex polished shape.
[0118]
When the grindstone 21 for polishing the processing surface 105 of the convex workpiece 101 is formed, even if the liquid grindstone 21 is poured as it is and the solidified grindstone 21 is formed, the grindstone 21 flows out and cannot be formed.
[0119]
In such a case, as shown in FIG. 14A, a cover (wall) 102 is provided around a portion where the polishing operation is performed, and the liquid grindstone 21 is surrounded so as not to flow out. Is poured and solidified to form the grindstone 21.
[0120]
At this time, the work piece 101 is poured into the processing surface of the work piece 101 in a state where the work piece 101 is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the grindstone 21 so that the liquid grindstone 21 does not solidify. When the pouring of the predetermined amount is completed, the heating of the workpiece 101 by the heater 51 is stopped. Here, the magnetic field orientation described above is performed.
[0121]
As the workpiece 101 cools, the grindstone 21 solidifies. As shown in FIG. 14B, after the grindstone 21 has solidified, the cover 102 is removed. The polishing method is performed according to the same processing procedure as described above.
[0122]
As described in detail above, in the polishing method according to the present invention, an inflow step in which a liquid abrasive flows into a processing surface of a workpiece, and a polishing step in which the liquid abrasive flows into the processing surface of the workpiece. A solidifying step of cooling and solidifying in a state conforming to the shape of, and a polishing step of polishing the workpiece by causing a relative reciprocating motion between the solidified abrasive and the workpiece. The polishing step comprises: a first polishing step by reciprocating movement of the polishing material solidified into the workpiece in a direction away from the workpiece; and after the first polishing step, according to a volume consumption of the polishing material. A second polishing step by a reciprocating motion in a parallel direction perpendicular to the separating direction from the reciprocating motion in the separating direction, thereby sequentially performing the processing together with a volume consumption of the abrasive by a side surface polishing of the first processing surface. Polish the bottom and top of the surface Cormorant.
[0123]
Thereby, in the present polishing method, the polishing material is formed in a state conforming to the shape of the processing surface, the stroke of the relative motion between the polishing material and the workpiece is increased, and efficient polishing is enabled. Since it is not necessary to form the grindstone smaller in advance than the processing surface of the workpiece, the service life of the grindstone is increased and the polishing operation efficiency is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a front view of the overall configuration of a polishing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 shows a side view of one side of the polishing apparatus shown in FIG.
FIG. 3 shows a side view of the other side of the polishing apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a perspective view of a main part of a pressing mechanism of a rotary table in the polishing apparatus.
FIG. 5 is a diagram illustrating a magnetic field alignment unit in the polishing apparatus.
FIG. 6 is a diagram illustrating pressurization by pressurizing means in the case of slope polishing.
FIG. 7 shows a graph of the output load value of the X-axis load cell when the grinding wheel is vibrated in the Z-axis.
FIG. 8 shows a vibration mechanism for driving vibration applied to the grindstone.
FIG. 9 is a schematic view showing a case where a workpiece is polished on a slope.
FIG. 10 shows a configuration of a vibration stroke changing mechanism.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a polishing method according to the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a polishing method of the present invention.
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a polishing method of the present invention.
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a method of forming a grindstone on a workpiece having a convex polished shape.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 X-axis pressing motor 2 X-axis pressing eccentric cam 4 X-axis load cell 6 Z-axis pressing motor 7 Z-axis pressing eccentric cam 9 Z-axis load cell 13 rotary table base 14 rotary table (support table)
15 Rotary table motor 16 Rotary table belt 18 X-axis table position detection sensor 19 Z-axis table position detection sensor 20 Workpiece 21 Grindstone (abrasive)
31 X-axis vibration motor 32 X-axis vibration eccentric cam 37 Z-axis vibration motor 38 Z-axis vibration eccentric cam 43 grinding wheel shaft rotation motor 44 grinding wheel shaft rotation belt 46 vibration transmission unit 100 polishing device
