JP2005144621A

JP2005144621A - 仕上げ研磨方法

Info

Publication number: JP2005144621A
Application number: JP2003387928A
Authority: JP
Inventors: Jean Jacques Ferme; フェルムジャン−ジャック
Original assignee: EUROP DE SYSTEMES OPTIQUES SOC; SOC EUROPEENNE DE SYSTEMES OPTIQUES; Europeenne de Systemes Optiques Ste
Current assignee: EUROP DE SYSTEMES OPTIQUES SOC; SOC EUROPEENNE DE SYSTEMES OPTIQUES; Europeenne de Systemes Optiques Ste
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】適切な仕上げ研磨方法を提供する。
【解決手段】本発明の仕上げ研磨方法は、研磨エレメントと研磨材を用いて表面を研磨するものであって、ａ）研磨前に、変形可能な材料からなるサポートに研磨エレメントを恒久的に付着させる工程と、ｂ）前記研磨エレメントが研磨される前記表面と接触した状態において、変形可能な前記サポートに圧力を加えることによって、前記表面の外形に適合するように前記研磨エレメントを成形する工程と、ｃ）前記成形する工程において成形された前記研磨エレメントを用いて仕上げ研磨する工程とを包含
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、研磨エレメントおよび研磨材を用いて表面を仕上げ研磨する方法に関する。

従来から、フェルト等の研磨エレメントとコロイダルシリカ等の研磨材とを用いて表面を仕上げ研磨することが知られている。一般に用いられる方法では、金属ツールにフェルトを付着させたもの（任意に、これらの間に例えば発泡タイプの可撓性素材を介在させてもよい）が用いられる。

しかしながら、この方法では、研磨される表面が変形してしまうという欠点が生じるため、所望の結果が得られないこともある。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、適切な研磨を行うことができる研磨方法を提供することをその目的とする。

本発明は、研磨エレメントおよび研磨材を用いて表面を仕上げ研磨する方法であって、
ａ）前記仕上げ研磨する前に、変形可能な材料からなるサポートに前記研磨エレメントを恒久的に付着させる工程と、
ｂ）前記研磨エレメントが研磨される前記表面と接触した状態において、変形可能な前記サポートに圧力を加えることによって、前記表面の外形に適合するように前記研磨エレメントを成形する工程と、
ｃ）前記成形する工程において成形された前記研磨エレメントを用いて仕上げ研磨する工程とを包含する仕上げ研磨方法を提供する。

好適には、前記変形可能な材料は、クリープ変形可能であり、また、硬化可能である。例えば、前記変形可能な材料は、クリープ現象が生じ得る温度まで加熱され、上記工程ｂ）の後かつ上記工程ｃ）の前において硬化のために冷却されるピッチであってよい。あるいは、前記変形可能な材料は、上記工程ｂ）の後かつ上記工程ｃ）の前において、例えば、重合化により、あるいは、光（より具体的には紫外線）の照射により硬化されるゲル状の接着剤であってもよい。また、前記変形可能な材料はプラスター（硬膏剤）であってもよい。

また、前記研磨エレメントは、フェルトや、その他、非常に低い粗度（例えば、１オングストローム（Å）〜数Å）にまで仕上げ研磨するのに適した種々の研磨材料であってよい。この研磨材料は、好適には、研磨サポートによって保持される。

また好適には、前記仕上げ研磨する工程は、前記研磨エレメントと前記研磨される表面との間で、直交する２つの方向に沿った相対的な平行移動を可能にする機械を用いて実行される。また、この機械は、さらに、前記２つの方向のうちの一方に平行な軸（回転軸）の回りでの回転運動を可能にするように構成されていてもよい。また、この仕上げ研磨する工程は、母線を有する表面であって、その母線の方向が、前記２つの方向のうちの一方の方向（上述の回転軸に平行な方向）に対して平行になるように配置されている表面に対して適切に実行される。

また、本発明の方法は、仕上げ研磨を行う前に、予備研磨工程（または粗研磨工程）と研磨（プロバー）工程とに供された表面に対して適用される。

従来技術により行われえる研磨プロバーの後、前記表面は、例えば、３Å〜１５Åの粗度を有し、また、仕上げ研磨後に１Å〜５Åの粗度を示す。より具体的には、前記仕上げ研磨後の粗度は、ガラス、シリカ、シリコン、またはセラミックの表面について例えば１Å〜３Åであり、ニッケルコーティングされた金属表面について例えば３Å〜５Åである。

以下、本発明の具体的な実施形態を説明するが、本発明は、以下の実施形態に限られるわけではない。

本発明の方法は、例えば長方形の形状を有する粗度の小さい表面（特に鏡）を仕上げ研磨するために用いられる。本発明は、直交する２つの直線軸に沿っての移動を可能にする駆動システムを備えた研磨機械を用いることによって好適に実施される。

表面に生成される形状は、平面、球面、長軸方向において円柱状（メリジオナル円柱）、短軸方向において円柱状（サジタル円柱）、楕円形または放物線状のメリジオナルプロファイルを有する鏡、楕円形または放物線状の鏡（回転体の一部を表す）などであってよい。

これらの表面について適用することで、シンクロトロン型光源または自由電子レーザ型光源から照射されるＸ線の処理に適した鏡を提供することができる。

本実施形態の研磨方法においては、例えば、以下に示す種々の工程が行われる：
１）荒削り：本工程は、ガラス、セラミックまたはシリコンのような材料を加工するときに通常行われるものであり、低粗度表面が形成されるサポート（支持体）の成形を含む。

この工程は、フライス盤、あるいは、上述の材料を加工するためのツールに適合する機械加工ユニットを用いて行われる。これらのツールは、通常、細かいダイヤモンド粒子がバインダによってその表面に固着された真鍮から作製されている。これらの作業は、加工する材料に応じて水または他の液体を流した状態の下で実行される。また、表面成形も本技術を用いて実行される。

２）平滑化（スムージング）：本工程は、平面形状、円柱状、または研磨面に適合した形状を有するツールを用いて実行される。

これらのツールの寸法(dimensions)は、研磨する表面の寸法に近い。また、ツールは、工学分野において従来利用されてきた機械加工技術により得られる。ツールに用いられる材料は、アルミニウム、真鍮などであってよく、また、場合により、機械的サポートに固定されたガラス片であってよい。

また、本工程では、２つの直線軸を持つ駆動システムを備えた研磨機械が用いられ、この機械は、ツールおよび研磨面に相対的な形状を与える。

このために、研磨する表面（研磨面）にツールを適用し、この研磨面の主要長に平行な方向において、研磨面とツールとの間に相対運動を付与する。このとき、幅方向に直行する運動も同時に付与される。

ツールまたは研磨面のいずれかは動かないように固定されおり、固定されていない他方(complementary piece)は、２つの平行運動によって駆動されて移動する。あるいは、ツールが平行移動するように駆動されるとともに、研磨面がこれに直交する方向に平行移動するように駆動される。さらに、ツールまたは研磨のいずれかは、その長さ方向に平行な軸の回りで自由に回転できる。

すり合わせ操作(bedding operation)は、従来の研磨材を用いて行われる。研磨材の粒径寸法は、研磨後に微細な外観を示す表面が得られる程度にまで小さくされる。

本工程の全体にわたって、ツールは、研磨される表面の最終の幾何学的形状が数ミクロン（μｍ）の範囲に入る精度が得られるまで、修正(retouch)される。

３）予備研磨：ピッチまたは粗い研磨フェルトと酸化セリウムなどの従来の研磨材、ならびに、上記の機械を用いて予備研磨を行う。長さ方向（ｘ方向）の移動は、例えば、５ミリメートル（ｍｍ）〜２００ｍｍの範囲の移動幅に設定される。また、幅方向（Ｙ方向）の移動は、例えば、１ｍｍ〜１００ｍｍの移動幅に設定される。

４）本研磨：理想の形状から離れたものについて、仕様に達するまで繰り返し形状修正することによって適切に研磨する。研磨材として機能するのは、ツールに保持されたピッチであり、このピッチは加熱された状態で研磨面によって（研磨面に適合するように）成形される。

膨らみ（バルジ）が測定された部分のピッチは局所的に除去される。

用いる研磨材は、例えば、酸化セリウムからなる。研磨するときの圧力は、例えば、５ｇ／ｃｍ²〜１００ｇ／ｃｍ²に設定される。この研磨工程は、研磨面が正しい形状となり、これまでの工程によって凸部や凹部が存在しなくなるまで続けられる。この段階で、粗度は、一辺が１μｍ〜１０００μｍの正方形の分析領域について３Å〜１５Åの範囲にある。

５）微細研磨仕上げ：フェルトと共にコロイダルシリカタイプの研磨材を用いることによって微細研磨仕上げ(super-polished finishing)を行う。

従来の方法によりこの作業を行った場合、研磨される表面は、概して、変形される。

本発明においては、フェルトがピッチに直接的に付着されているため、フェルトの表面を成形させるクリープ現象が生じるという利点が得られる。これによって、フェルトの表面は、研磨される表面に適合するように成形される。成形は、ピッチ、ツールまたは研磨面の下地を加熱することによって行われる。このとき、モールドとなるのは、研磨面そのものである。約６０℃の温度まで加熱することで、ピッチは、流れ出すことなく（液だれなく）、クリープ変形するのに十分な粘性を持つようになる。適用される動作や圧力は、研磨プロパー（第４工程）のときと同様であり、例えば、５ｇ／ｃｍ²〜１００ｇ／ｃｍ²に設定される。

従来の方法では、この工程において、フェルトは金属製のツールに付着されており、また、任意で、ツールとフェルトとの間に例えば発泡タイプの柔軟性材料が介在されていた。これに対し、上述のような本発明の方法によれば、研磨される表面の形状に適合するような外形を持つ硬いツール（２０℃の温度でのピッチ）を利用できるという利点が得られる。この段階で、ガラスやシリカタイプの材料について得られる粗度は１Å〜２Åの範囲にある。また、シリコンやセラミックについては、約１Å〜３Åの粗度が得られ、ニッケルコーティングされた金属表面については約３Å〜５Åの粗度が得られる。

図１Ａは、円柱状または円環状(トーラス)の形状をなす研磨用の光学コンポーネント１を示す。研磨エレメント２（例えば、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲の厚さを有する）は、ピッチ３に付着(stuck)されている。またピッチ３は、サポート（支持体）４（例えば、研磨ツールとして機能する円柱状の支持体）に固定されている。研磨エレメント２は、例えばフェルトなどの多孔性材料から形成される。より具体的には、研磨エレメント２は、Ｒｈｏｄｅｓ社（Ｂｉｅｒｋｅｅｋ、Ｂｅｌｇｉｕｍ）製の微細発泡タイプのポリウレタンフォーム、Ｒｏｄｅｌ社製の多孔質合成材料（仕上げパッド）、あるいはＢｕｅｈｌｅｒ社製の研磨サポート（「ドロップ」）などから形成されていてよい。このピッチが加熱され、液だれ無しでクリープ可能になる粘性を有するようになった後、ツールは、光学コンポーネント１の研磨される表面（研磨面）６に対して所定の圧力で押圧される。この所定の圧力は、ピッチのクリープ変形を十分になし得る圧力に設定され、これによって、フェルト２が、表面６と接触して、表面６の形状を局所的に受け入れることができる。フェルト２は、一つまたは一つ以上の小片から構成されていてよく、好適には、表面６の面積と同様（プラスマイナス２０％のサイズ）の面積を持つ表面５を有している。

仕上げ研磨中に付与される圧力Ｐは、５ｇ／ｃｍ²〜１００ｇ／ｃｍ²程度に設定される。

図１Ｂは、平坦な表面を有する鏡、または断面内に母線(generator line)Ｇを有する鏡に対して用いられる方法を示す。

図２は、本発明による仕上げ研磨方法を実施するために適切に用いられる機械を示す。図２に示す機械はまた、平滑化工程、予備研磨工程、および研磨プロパー工程の前段階の工程を実施するのにも適している。

この機械は、互いに平行な一対のスライディングバー１１および１２を備え、このスライディングバー１１および１２に沿って、２つのスライダ１４および１５は第１の方向Xにおいて平行移動することができる。スライダ１４および１５は、カップリングバー１６を介して相互に連結されている。これらスライダ１４および１５の各々は、アーム１７および１８の各々を移動させる。アーム１７および１８は、例えば上記方向Xと直交する方向Yに沿って伸びており、上記方向Xおよび方向Yの両方に直交する方向ｚにおいて重さを調節する手段１７’および１８’を備えている。

アーム１７および１８のそれぞれには、パートキャリア２３の回転軸２１および２２を受容するハウジング１９および２０が設けられている。パートキャリア２３は、その表面６が仕上げ研磨されるコンポーネント１を移動させることができる。ツール４は、テーブル２７に固定されたサポート２５上に配置される。テーブル２７は、ツール４を移動させる手段として設けられており、これにより、フェルト２を方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて平行移動させることができる。これらの平行移動をなす手段は、例えば、スライドウエイ２６によって構成されている。

方向Ｘおよび方向Ｙのそれぞれの方向における研磨速度は、例えば、０．０５ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓの範囲に設定される。

図３A、図３B、図４A、および図４Bは、変形可能な材料（例えばピッチまたは研磨材など）からなるサポートが硬化された後に行われる仕上げ研磨の実施形態の二つの例を示す。X方向における移動（たとえおよび５ｍｍ〜２００ｍｍ）によって、表面の母線の方向と平行に研磨が行われる。また、Ｙ方向に沿って平行移動（例えば１ｍｍ〜１００ｍｍ）させ、かつ、軸２１、２２回りで回転させることで、表面６は、研磨エレメント２を研磨し、かつ、研磨エレメントに追従することができる。これは、Ｙ方向に沿って移動させるかのように回転させることで実行できる。このように、上記３つの動き（すなわち、Ｘ方向における平行移動、Ｙ方向における平行移動、および回転）の組み合わせにより、研磨すべき表面をその外形に従って、その全体の長さにわたって研磨する。

図３Ａおよび図３Ｂに示す例では、コンポーネント１は円筒状部分または平面部分を含み、パートキャリア２３と、サポート２５に固定されたツール４とによって移動されている。また、図４Ａおよび図４Ｂに示す例では、コンポーネント１は円筒状または平面状であり、これがサポート２５に固定される一方で、ツール４がパートキャリア２３によって移動される。

本発明による方法は、母線を有さない表面に対しても適用できる。また、研磨エレメント２を成形することによって、もっとも近い母線を有する表面に関しての性能を向上させることができる。

本発明にかかる仕上げ研磨方法の実施形態を示す断面図である。本発明にかかる仕上げ研磨方法の別の実施形態を示す断面図である。本発明において用いられる、表面を仕上げ研磨する機械を示す斜視図である。本発明において用いられる別の機械を示す側面図である。図３Ａに示す別の機械の異なる状態を示す側面図である。本発明において用いられるさらに別の機械を示す側面図である。図４Ａに示すさらに別の機械の異なる状態を示す側面図である。

符号の説明

１光学コンポーネント
２研磨エレメント
３ピッチ
４サポート
６研磨される表面（研磨面）

Claims

研磨エレメントおよび研磨材を用いて表面を仕上げ研磨する方法であって、
ａ）前記仕上げ研磨する前に、変形可能な材料からなるサポートに前記研磨エレメントを恒久的に付着させる工程と、
ｂ）前記研磨エレメントが研磨される前記表面と接触した状態において、変形可能な前記サポートに圧力を加えることによって、前記表面の外形に適合するように前記研磨エレメントを成形する工程と、
ｃ）前記成形する工程において成形された前記研磨エレメントを用いて仕上げ研磨する工程と
を包含する方法。
前記変形可能な材料は、硬化可能であるか、クリープ変形可能であるか、或いは、硬化可能であって且つクリープ変形可能である、請求項１記載の方法。
前記変形可能な材料は、クリープ現象が生じ得る温度まで加熱され、かつ、ひとたび前記研磨エレメントが成形された場合には硬化するために十分に冷却されるピッチである請求項２に記載の方法。
前記変形可能な材料は、ひとたび前記研磨エレメントが成形された場合には、重合化により、あるいは、紫外線などの光の照射により硬化されるゲル状の接着剤である請求項２に記載の方法。
前記変形可能な材料はプラスターである請求項２記載の方法。
前記研磨エレメントはフェルトである請求項１〜５の何れかに記載の方法。
前記変形可能な材料は、研磨サポートによって保持される請求項１〜６の何れかに記載の方法。
前記仕上げ研磨を行う工程は、前記研磨エレメントと前記研磨される表面との間で、互いに直交する２つの方向に沿った相対的移動を可能にする配置装置を備える機械を用いて実行される請求項１〜７の何れかに記載の方法。
前記配置装置は、前記２つの方向のうちの一方に平行な軸の回りでの相対的な回転運動を可能にするように構成されている請求項８に記載の方法。
前記表面は、前記２つの方向のうちの一方に平行な方向の母線を有する請求項８または９に記載の方法。
前記仕上げ研磨が行われる表面に対して、予備研磨工程または粗研磨工程と、研磨工程とを実行する請求項１〜１０の何れかに記載の方法。
前記表面は、前記研磨工程後に、３Å〜１５Åの粗度を有し、かつ、仕上げ研磨後に１Å〜５Åの粗度を示す請求項１１に記載の方法。
前記仕上げ研磨後の粗度は、ガラス、シリカ、シリコン、またはセラミックの表面について１Å〜３Åであり、ニッケルコーティングされた金属表面について３Å〜５Åである請求項１２に記載の方法。