JP2011177873A - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超半球凹面を簡易に研磨するための研磨装置及び研磨方法を提供すること。
【解決手段】揺動機構５７が研磨皿部１０を開口ＯＰよりも内側すなわち−Ｚ側に配置された揺動中心ＰＣのまわりに揺動させるので、被研磨物ＷＰにおいて半球凹面以上に深い超半球凹面ＳＳの研磨が容易になる。つまり、研磨皿部１０の揺動中心ＰＣは、凹の球面の曲率中心に対応させるものであるので、これが開口ＯＰよりも内側に配置されるということは、曲率中心が開口ＯＰよりも内側にある超半球凹面ＳＳを研磨できることを意味する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子に凹面を研磨するための研磨装置及び研磨方法に関し、特に超半球凹面を研磨するための研磨装置及び研磨方法に関する。

研磨装置として、駆動部材が研磨皿の上方で水平方向に移動することにより、駆動部材の下端に連結された保持用治具に固定された研磨対象としての光学素材を研磨皿上で従動運動させ、光学素材の被研磨面を研磨するものが存在する（特許文献１）。

研磨装置ではなく研削装置であるが、円筒形状を有するカップ形状砥石を用い、被加工レンズを回転させつつ、回転駆動されたカップ形状砥石の被加工レンズに対する対向角を調節することにより、被加工レンズに球面形状を創成するものがある（特許文献２）。

別の研削装置として、研削ホイールとワークとをそれぞれ回転させつつ、研削ホイールをワークに対して徐々に揺動させることにより、研削痕を除去した精度の高い加工面を得るものが存在する（特許文献３）。

さらに別の研削装置として、ディスク型の研削砥石を用い、研削砥石を回転軸まわりに回転させ、研削砥石をその姿勢を維持しつつレンズに対して回転軸方向に接触移動させることにより、被加工面を研削加工するものが存在する（特許文献４）。

特開２００３−２８５２５４号公報 特開昭５８−４０２５９号公報 特開平７−１８６０３２号公報 特開２００３−１５９６４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の研磨装置では、駆動部材と保持用治具とが機械的に干渉するため、保持用治具を大きく傾けることができず、半球凹面以上に深い超半球凹面を有するレンズ等を研磨することができない。また、駆動部材を大きく動かすとレンズ等を研磨皿上に保持することができなくなる。

また、特許文献１〜３に記載の研削装置の駆動機構を研磨装置に転用しても以下の問題が生じる。すなわち、特許文献２の駆動機構を研磨装置に用いた場合、被加工レンズとカップ形状砥石とが機械的に干渉することにより、カップ形状砥石の回転軸である砥石軸を被加工レンズの回転軸に対して例えば９０°近辺まで大きく振って傾けることができないので、半球凹面以上に深い超半球凹面を研磨することができない。同様に、特許文献３の駆動機構を研磨装置に用いて凹面を加工する場合、特許文献２の研削装置と同様の理由で、半球凹面以上に深い超半球凹面を研磨することができない。また、特許文献４の駆動機構を研磨装置に用いる場合、砥石をその姿勢を変化させないでレンズに対して接触移動させるので、レンズの回転軸に平行な垂直面よりも内に窪んだ形状を研磨することができず、半球凹面以上に深い超半球凹面を研磨することができない。

そこで、本発明は、超半球凹面を簡易に研磨するための研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る研磨装置は、被研磨物に形成された超半球型の凹面の開口の直径よりも小さな直径の円板形状を有し、周辺部に少なくとも研磨面を有する研磨皿部と、研磨皿部と被研磨物との間に、開口よりも内側に配置された揺動中心まわりの揺動運動を与える揺動機構とを備える。ここで、超半球型の凹面とは、その曲率中心が凹面の開口側端よりも内側にあるものを意味する。
なお、上記研磨装置において、揺動機構が研磨皿部を開口よりも内側に配置された揺動中心まわりに揺動させることもできる。この場合、研磨皿部の揺動機構を簡単なものとできる。

上記研磨装置によれば、揺動機構が研磨皿部と被研磨物との間に、開口よりも内側に配置された揺動中心まわりの揺動運動を与えるので、半球凹面以上に深い超半球凹面の研磨が容易になる。つまり、研磨皿部の揺動中心は、凹の球面の曲率中心に対応させるものであるので、これが開口よりも内側に配置されるということは、曲率中心が開口よりも内側にある超半球凹面を研磨できることを意味する。

本発明の具体的な態様又は側面では、上記研磨装置において、研磨皿部を被研磨物に対して凹面と交差する回転軸のまわりに相対的に回転させる回転機構をさらに備える。この場合、研磨皿部の上記回転軸のまわり回転によって凹面の研磨が可能になる。

本発明の別の側面では、研磨皿部を先端側に支持する第１基部と、第１基部の根元側を軸支する第２基部とを備える。この場合、第２基部の先端に第１基部を介して研磨皿部を支持して、第１基部とともに研磨皿を揺動させることができる。

本発明のさらに別の側面では、第１基部は、揺動中心から研磨皿部までの距離を調整する伸縮機構を備える。この場合、揺動中心から研磨皿部までの距離に応じて所望の曲率中心を有する凹面を形成することができる。

本発明のさらに別の側面では、伸縮機構は、研磨皿部を所定の付勢力で超半球型の凹面に押し付ける。この場合、研磨皿部を凹面に必要な圧力で押し付ける研磨が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、第１基部の横断面サイズと第２基部の横断面サイズとは、研磨皿部の円板輪郭よりも小さい。この場合、研磨皿部の第２基部に対する傾斜角を干渉を避けてより大きく取ることができ、超半球凹面の研磨がより容易になる。

本発明のさらに別の側面では、第１基部と第２基部との軸支位置は、研磨皿部の被研磨物に対する相対的な回転軸上に配置される。この場合、第２基部を固定したままで研磨皿部を揺動中心まわりに揺動させることができ、揺動機構を簡易なものとすることができる。

本発明のさらに別の側面では、研磨皿部は、研磨の際、開口を上側に向けて配置された被研磨物の凹面内に配置される。この場合、凹面内に研磨液を保持しやすくなる。

本発明に係る研磨方法は、超半球型の凹面を研磨するための研磨方法であって、被研磨物に形成された超半球型の凹面の開口の直径よりも小さな直径の円板形状を有し、周辺部に少なくとも研磨面を有する研磨皿部と被研磨物との間に、開口よりも内側に配置された揺動中心まわりの揺動運動を与える。

上記研磨方法によれば、研磨皿部と被研磨物との間に、開口よりも内側に配置された揺動中心まわりの揺動運動を与えるので、曲率中心が開口よりも内側にある超半球凹面の研磨が容易になる。

第１実施形態に係る研磨装置の構造を概念的に説明するブロック図である。 （Ａ）は、図１の研磨装置に組み込まれる研磨皿部及びその周辺の部分側方断面図であり、（Ｂ）は、研磨皿部の底面図であり、（Ｃ）は、研磨皿部の動作を説明する図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図１の研磨装置による加工工程を説明する断面図である。 第２実施形態に係る研磨装置の要部を説明する図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る研磨装置及び研磨方法について図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、第１実施形態の研磨装置１００は、被研磨物ＷＰを支持する第１ホルダ２０と、第１ホルダ２０を回転軸ＶＸのまわりに回転させる回転駆動機構３０と、回転駆動機構３０を昇降させる昇降駆動部４０と、被研磨物ＷＰに接触することで被研磨物ＷＰを研磨する研磨皿部１０と、研磨皿部１０を下端に支持する第２ホルダ５０と、第２ホルダ５０を３次元的に変位させる並進駆動機構６０と、被研磨物ＷＰの加工部位に研磨液を供給する研磨液供給回収装置７０と、回転駆動機構３０や並進駆動機構６０等の動作を数値的に制御する制御装置９０とを備える。なお、回転駆動機構３０と並進駆動機構６０とは、支持体８１等を介して間接的に固定されている。

第１ホルダ２０は、第２ホルダ５０の下方において、被研磨物ＷＰを着脱可能に固定する部分である。固定の際、被研磨物ＷＰは、第１ホルダ２０の上部に嵌め込まれ側面ＷＰａ及び下面ＷＰｂを介して保持されている。なお、被研磨物ＷＰは、レンズその他の光学部品用のプリフォームであり、上面ＷＰｃ側に例えば研削等によって穴状の超半球凹面ＳＳ（詳細は図２（Ｃ）参照）が形成されている円柱状のガラスブロックである。この被研磨物ＷＰの超半球凹面ＳＳは、研磨装置１００による研磨により、微細な凹凸を有する研削面から滑らかな研磨面に平滑化される。

回転駆動機構３０は、制御装置９０の制御下で動作しており、回転機構として、被研磨物ＷＰを第１ホルダ２０とともにその軸心すなわち回転軸ＶＸのまわりに回転させる。回転駆動機構３０は、第１ホルダ２０の回転速度を調節することができ、被研磨物ＷＰを研磨皿部１０の超半球凹面ＳＳに接するように保持した場合、被研磨物ＷＰを研磨皿部１０に対して相対的に所望の速度で回転させることにより、超半球凹面ＳＳの研磨を可能にする。なお、本実施形態の場合、被研磨物ＷＰを回転させる回転軸ＶＸは、Ｚ方向に平行に配置される鉛直軸となっている。

昇降駆動部４０は、制御装置９０の制御下で動作しており、回転駆動機構３０を回転軸ＶＸ方向に平行な±Ｚ方向に昇降させることができる。これにより、回転駆動機構３０上の第１ホルダ２０すなわち被研磨物ＷＰを回転軸ＶＸに平行なＺ方向に昇降させることができる。

第２ホルダ５０は、研磨皿部１０を下端に支持しており、制御装置９０の制御下で研磨皿部１０の傾斜姿勢等を調節することができる。第２ホルダ５０は、研磨皿部１０を先端側に支持する第１基部５１と、第１基部５１の根元側を水平軸ＨＸのまわりに軸支する第２基部５２と、第２基部５２の根元部分を支持して第２基部５２とともに移動する台座部分５３と、第１基部５１を第２基部５２に対して揺動させる揺動機構５７とを有する。

図２（Ａ）〜２（Ｃ）に示すように、研磨皿部１０は、円板形状すなわち円板状の外形を有しており、円板状の本体１１と、本体１１の周囲を覆う環状の周辺部１２とを備える。本体１１は、例えば金属材料で形成され、周辺部１２は、研磨皿で形成される。周辺部１２の外周側面である研磨面１２ａは、外側に凸の半円を従動軸ＲＸのまわりに回転させて得られるトロイダル面となっている。研磨面１２ａは、例えばウレタン等の樹脂パッド、ダイヤモンド砥粒等を樹脂に埋め込んだ固定砥粒によって形成される。一方、本体１１の底面１１ａと上面１１ｂとは、金属材料等の基材が露出した平坦面となっている。本体１１には、これを上下に貫通する複数の孔ＴＨが形成されており（図２（Ｂ）参照）、研磨液の循環の確保によって研磨皿部１０と被研磨物ＷＰとの間に熱がこもってしまうことを防止している。なお、研磨皿部１０は、被研磨物ＷＰに形成されるべき超半球凹面ＳＳの開口ＯＰの直径ＯＤよりも小さな直径Ｄ０を有する（図２（Ｃ）参照）。

第１基部５１は、先端側に軸受け５４を有しており、その軸心に沿った中心軸５４ａの先端に固定された研磨皿部１０を従動軸ＲＸのまわりに回転可能に支持している。第１基部５１には、伸縮機構や駆動部で構成される伸縮部５５ａが埋め込まれている。

伸縮部５５ａは、第１基部５１の長さを増減させることにより、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置（支点）から研磨皿部１０の中心までの距離Ｌを増減調整するとともに、研磨皿部１０を従動軸ＲＸの先端側に所望の付勢力で押すように動作させることができる。伸縮部５５ａは、図１に示す台座部分５３に組み込まれた駆動源５５ｃに駆動されて動作しており、駆動源５５ｃは、制御装置９０の制御下で動作する。なお、伸縮部５５ａと駆動源５５ｃとをあわせて伸縮装置５５を構成している。

研磨皿部１０を被研磨物ＷＰの超半球凹面ＳＳ内に挿入して研磨する際、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置から研磨皿部１０の中心までの距離Ｌは、伸縮装置５５の伸縮部５５ａを動作させることによって適宜調整される。さらに、伸縮装置５５の伸縮部５５ａを動作させることによって研磨皿部１０が被研磨物ＷＰの超半球凹面ＳＳに接した場合、伸縮装置５５の伸縮部５５ａを動作させて加圧状態とすることによって、研磨皿部１０を超半球凹面ＳＳに対して所望の付勢力で押圧することができる。ただし、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとの交点（すなわち揺動中心ＰＣに一致させるべき軸支位置）から研磨皿部１０の中心までの距離Ｌの調整範囲は、研磨皿部１０の回動又は傾斜を確保するため、第２基部５２の横断面幅Ｄ２の半分以上とする必要がある。また、距離Ｌの調整範囲は、研磨中に第２基部５２を移動させない場合、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置を揺動中心ＰＣすなわち超半球凹面ＳＳの曲率中心に配置することになるので、超半球凹面ＳＳの曲率半径Ｒよりも小さくする。

第２基部５２は、Ｚ方向に平行な支持軸ＳＸに沿って延びている。第２基部５２は、先端側に軸受け５６を有しており、第１基部５１延いては研磨皿部１０をＹ方向に平行な水平軸ＨＸのまわりに回動又は揺動可能に支持している。第２基部５２には、軸受け５６に付随して第１基部５１とともに回転するプーリー５７ａが設けられており、第１基部５１を所望のタイミングで回転軸ＶＸに対して所望の角度だけ傾斜させることができる。なお、プーリー５７ａにかけられたベルト５７ｂは、図１に示す台座部分５３に組み込まれた傾斜駆動部５７ｃに駆動されて移動してプーリー５７ａを適宜回転させることができ、傾斜駆動部５７ｃは、制御装置９０の制御下で動作する。傾斜駆動部５７ｃを適宜動作させて第１基部５１延いては研磨皿部１０を回動させると、第２基部５２の第１基部５１に対する角度、換言すれば従動軸ＲＸの支持軸ＳＸに対する角度（傾斜角α）が徐々に増加し、研磨皿部１０が水平状態から大きく傾いた傾斜状態に変化する。なお、研磨皿部１０の傾斜角αは、０°から９０°を超える所定角度まで連続的に変化させることができる。

以上で説明した第１基部５１の横断面サイズである横断面幅Ｄ１や第２基部５２の横断面サイズである横断面幅Ｄ２は、研磨皿部１０の円板輪郭に相当する直径Ｄ０よりも十分に小さくなっており、研磨皿部１０の揺動の傾斜角αを９０°を超える範囲とすることを確実に可能にしている。

なお、以上で説明したプーリー５７ａと、ベルト５７ｂと、傾斜駆動部５７ｃとは、研磨皿部１０を揺動させるための揺動機構５７を構成する（図１参照）。

図１に示す並進駆動機構６０は、制御装置９０の制御下で動作しており、第２ホルダ５０のＺ方向に延びる姿勢を維持した状態で、第２ホルダ５０をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に３次元的に変位させることができる。つまり、並進駆動機構６０は、第２ホルダ５０の下端に支持された研磨皿部１０を、その姿勢を保ったままで３次元的な所望の位置に所望の速度で変位させることができる。なお、詳細な説明は省略するが、並進駆動機構６０は、研磨皿部１０を回転軸ＶＸに垂直なＸ方向等に移動させる垂直移動機構６１と、研磨皿部を回転軸ＶＸに平行なＺ方向に移動させる進退移動機構６２とを内蔵する。

研磨液供給回収装置７０は、制御装置９０の制御下で動作しており、回転駆動機構３０等に連動して研磨皿部１０に対して研磨液の供給や回収を行う。研磨液は、研磨材（遊離砥粒）を水等に混ぜ合わせたものであり、研磨精度や研磨対象に応じて研磨材の種類、サイズ等を調整したものである。例えば回転駆動機構３０を動作させて第１ホルダ２０に支持された被研磨物ＷＰを回転させつつ、並進駆動機構６０を動作させて第２ホルダ５０に支持された研磨皿部１０を降下させて被研磨物ＷＰに形成された穴２ｂ内に配置し、伸縮装置５５の伸縮部５５ａによって研磨皿部１０を超半球凹面ＳＳに押し付けるとともに傾斜駆動部５７ｃによって研磨皿部１０を揺動させることにより、研磨皿部１０による超半球凹面ＳＳの研磨が可能になるが、この際、研磨皿部１０の周辺に研磨液供給回収装置７０から研磨液が供給され、周囲の容器８２に溢れた研磨液は、研磨液供給回収装置７０に戻される。

制御装置９０は、回転駆動機構３０、並進駆動機構６０、第２ホルダ５０等の動作を制御している。具体的には、制御装置９０は、回転駆動機構３０を動作させて被研磨物ＷＰを回転軸ＶＸのまわりに回転させる。また、制御装置９０は、並進駆動機構６０を動作させて、第２ホルダ５０の支持軸ＳＸを例えば回転軸ＶＸに一致させ、さらに、第２ホルダ５０を−Ｚ方向に降下させることにより、研磨皿部１０によって被研磨物ＷＰの上面ＷＰｃ側から形成された穴２ｂ内に挿入する。その後、制御装置９０は、被研磨物ＷＰの回転を維持したままで、第２ホルダ５０に設けた傾斜駆動部５７ｃを適宜動作させて研磨皿部１０の傾斜角αを０°から徐々に増大させる。この際、制御装置９０は、第２ホルダ５０に設けた駆動源５５ｃを適宜動作させて伸縮部５５ａを伸張した付勢状態とすることにより、穴２ｂの内面である超半球凹面ＳＳに研磨皿部１０を接触させ、研磨皿部１０を超半球凹面ＳＳ延いては被研磨物ＷＰに対して従動させる。

以下、図３（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、図１に示す研磨装置１００を用いた研磨について説明する。

まず、図３（Ａ）に示すように、被研磨物ＷＰを準備して第１ホルダ２０に固定する。この被研磨物ＷＰには、予め穴２ｂが研削加工によって形成されている。穴２ｂの内面は、比較的精度よく加工された超半球凹面ＳＳであるが、研削面のため微細な凹凸を有している。

次に、図３（Ｂ）に示すように、制御装置９０を介して回転駆動機構３０を動作させ、第１ホルダ２０すなわち被研磨物ＷＰを回転軸ＶＸのまわりに回転させる。さらに、制御装置９０を介して並進駆動機構６０を動作させ、第２ホルダ５０を−Ｚ方向に降下させる。この際、揺動機構５７により研磨皿部１０を傾斜角α＝０°の水平状態とする。さらに、伸縮部５５ａにより第１基部５１の長さを短くして、開口ＯＰを介して穴２ｂの内部に研磨皿部１０を挿入する。

次に、図３（Ｃ）に示すように、制御装置９０を介して並進駆動機構６０を動作させ、第２ホルダ５０を−Ｚ方向にさらに降下させる。これにより、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置を、研磨皿部１０を揺動させるべき揺動中心ＰＣに一致させる。さらに、伸縮部５５ａにより第１基部５１の長さを長くして、研磨皿部１０の周辺部１２に設けた研磨面１２ａを穴２ｂの内面である超半球凹面ＳＳに接触させるとともに、研磨皿部１０を超半球凹面ＳＳに対して所定の付勢力で押しつける。なお、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置すなわち揺動中心ＰＣは、超半球凹面ＳＳの曲率中心に一致させるものとする。

次に、図３（Ｄ）に示すように、被研磨物ＷＰの回転を維持しつつ、揺動機構５７を動作させて研磨皿部１０の傾斜角αを徐々に増加させる。この際、研磨皿部１０が被研磨物ＷＰに対して回転軸ＶＸのまわりに相対的に回転し、これに伴って、研磨皿部１０が従動軸ＲＸのまわりに自転する。さらに、研磨皿部１０の傾斜角αを微小振幅で周期的に増減させる。これにより、研磨皿部１０が従動軸ＲＸのまわりに自転し、かつ、研磨皿部１０が水平軸ＨＸのまわりに小さく揺動しつつ傾斜角αが徐々に増大するといった複合的な動作が行われ、穴２ｂに対する研磨加工が進み、超半球凹面ＳＳの研磨領域が底部から徐々に拡大する。なお、研磨皿部１０の傾斜角αを増加させる際、傾斜角αを微小振幅で周期的に増減させる必要はなく、傾斜角αを単調増加させることもできる。

そして、図３（Ｅ）に示すように、制御装置９０を介して揺動機構５７を動作させて研磨皿部１０の傾斜角αを必要最大値まで増加させると、研磨皿部１０が超半球凹面ＳＳの開口ＯＰに達して、穴２ｂに対する加工が開口ＯＰのある上端まで完了し、超半球凹面ＳＳが全体として一様に研磨される。ここで、研磨皿部１０の傾斜角αの必要最大値とは、研磨皿部１０の上端が開口ＯＰに達する角度を意味し、超半球凹面ＳＳの曲率中心の深さ位置に応じて変化する。揺動機構５７は、研磨皿部１０の傾斜角αを必要最大値までとすることもできるが、傾斜角αを上記必要最大値よりもさらに大きな最大値まで増加させることができる。なお、本実施形態の研磨方法では、揺動機構５７を動作させる際に並進駆動機構６０によって第２ホルダ５０を変位させないので、記述のように回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置が超半球凹面ＳＳの曲率中心（すなわち揺動中心ＰＣ）上に配置されることになる。

以上で加工を終えることもできるが、精密な研磨を行うためには、傾斜角αを徐々に減少させて図３（Ｅ）又はそれ以上の傾斜角αの状態から図３（Ｃ）の状態に戻す（往復工程のうち復動作）。さらに、傾斜角αを再度徐々に増加させて図３（Ｃ）の状態から図３（Ｅ）又はそれ以上の傾斜角αの状態にする（往復工程のうち往動作）。以上のような、動作を反復することにより、超半球凹面ＳＳを高精度で滑らかな鏡面に仕上げることができる。

本実施形態の研磨装置１００によれば、揺動機構５７が研磨皿部１０を開口ＯＰよりも内側すなわち−Ｚ側に配置された揺動中心ＰＣまわりに揺動させるので、被研磨物ＷＰにおいて半球凹面以上に深い超半球凹面ＳＳの研磨が容易になる。つまり、研磨皿部１０の揺動中心ＰＣは、凹の球面の曲率中心に対応させるものであるので、これが開口ＯＰよりも内側に配置されるということは、曲率中心が開口ＯＰよりも内側にある超半球凹面ＳＳを研磨できることを意味する。

なお、上記実施形態では、研磨皿部１０の直径Ｄ０を超半球凹面ＳＳの半径Ｒに比較して大きくしている。これは、研磨皿部１０の直径Ｄ０が小さくなると、研磨皿部１０の傾斜角αが９０°となったときに研磨皿部１０の上端が開口ＯＰに達していない状態が発生することを防止したものである。つまり、研磨皿部１０の傾斜角αが９０°になると、研磨皿部１０に被研磨物ＷＰの回転に伴う従動が生じにくくなり、研磨皿部１０の偏った磨耗が進行する可能性がある。これを防止するためには、研磨皿部１０の傾斜角αが９０°となったときに研磨皿部１０の上端が開口ＯＰに達する往動作完了状態とすればよく、本実施形態では、このような条件設定を行っている。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る研磨装置及び研磨方法について図面を参照しつつ説明する。なお、第２実施形態の研磨装置等は、第１実施形態の研磨装置１００等を変形したものであり、特に説明がない事項については、第１実施形態の研磨装置１００等と同様であるものとする。

図４に示すように本実施形態の場合、研磨中に第２基部５２を移動させることで、回転軸ＶＸと水平軸ＨＸとが交差する軸支位置ＳＰを被研磨物ＷＰの穴２ｂ内で変位させる。具体的には、軸支位置ＳＰは、目的とする超半球凹面ＳＳの曲率中心ＣＴを通ってＸＺ面に平行な揺動面上に配置された半円状の軌跡ＴＲに沿って移動する。以上の動作において、並進駆動機構６０は、研磨皿部１０を回転軸ＶＸに垂直なＸ方向等に移動させる垂直移動機構６１と、研磨皿部を回転軸ＶＸに平行なＺ方向に移動させる進退移動機構６２とを内蔵し、これらを連動させることで、軸支位置ＳＰを軌跡ＴＲに沿って移動させることができる。この際、傾斜駆動部５７ｃを適宜動作させて第１基部５１を回動させて、従動軸ＲＸの傾斜角αを調節し、従動軸ＲＸが超半球凹面ＳＳの曲率中心ＣＴを常に通るように保持する。また、駆動源５５ｃを適宜動作させて伸縮部５５ａを伸張した付勢状態とすることにより、穴２ｂの内面である超半球凹面ＳＳに研磨皿部１０を適度に接触させる。これにより、研磨皿部１０を被研磨物ＷＰ内で第１実施形態と同様に変位させることができる。つまり、研磨皿部１０を曲率中心ＣＴに一致する揺動中心ＰＣまわりに揺動させることができるので、第１基部５１の長さの調整範囲に関わらず所望の曲率半径を有する超半球凹面ＳＳを研磨することができる。ここで、並進駆動機構６０の垂直移動機構６１と進退移動機構６２とは、揺動機構５７と協働するものであり、揺動機構の一部として機能する。

なお、上記実施形態において、軸支位置ＳＰから研磨皿部の中心までの距離Ｌは、超半球凹面ＳＳの半径Ｒを基準として０．５Ｒよりも大きい。この場合、揺動中心ＰＣが穴２ｂの加工面に近づき過ぎることを防止できるので、開口ＯＰに近いオーバーハング面の形成が容易となる。また、距離Ｌは、超半球凹面ＳＳの半径Ｒを基準として１．５Ｒよりも小さい。この場合も、軸支位置ＳＰが穴２ｂの加工面に近づき過ぎることを防止できるので、開口ＯＰに近いオーバーハング面の形成が容易となる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、被研磨物ＷＰの下面ＷＰｂに特に加工が施されていないことを前提としているが、下面ＷＰｂに凹又は凸の研磨面又は加工面を予め形成しておくことができる。

また、上記実施形態では、回転駆動機構３０により被研磨物ＷＰを回転軸ＶＸのまわりに回転させているが、これに代えて、並進駆動機構６０により第２ホルダ５０を回転軸ＶＸ又は支持軸ＳＸのまわりに回転させることができる。つまり、回転駆動機構３０及び並進駆動機構６０のいずれか一方又は双方を、被研磨物ＷＰと研磨皿部１０との相対的な回転のための回転機構とすることができる。同様に、上記実施形態では、並進駆動機構６０により第２ホルダ５０を−Ｚ方向に降下させているが、これに代えて、昇降駆動部４０により第１ホルダ２０を＋Ｚ方向に上昇させることができる。さらに、第２ホルダ５０を傾斜させることで被研磨物ＷＰを傾斜させて、研磨皿部１０に相対的な揺動を行わせることができる。

上記実施形態では、揺動機構５７がプーリー５７ａやベルト５７ｂからなる機構であるとしたが、これらは単なる例示であり、他の機構、例えばウォーム・ホイール等を用いることもできる。

上記実施形態では、被研磨物ＷＰの回転軸ＶＸをＺ方向に延びる鉛直軸として縦置き型の研磨装置１００としているが、回転軸ＶＸを水平方向に延びる水平軸として横置き型の研磨装置１００とすることもできる。なお、横置き型の研磨装置１００の場合、回転駆動機構３０と並進駆動機構６０とが水平方向に対向して配置され、第２ホルダ５０の第２基部５２が水平方向に延びるものとなる。

１０…研磨皿部、 １２…周辺部、 １２ａ…研磨面、 ２０…第１ホルダ、 ３０…回転駆動機構、 ４０…昇降駆動部、 ５０…第２ホルダ、 ５１…第１基部、 ５２…第２基部、 ５４ａ…中心軸、 ５５…伸縮装置、 ５５ａ…伸縮部、 ５５ｃ…駆動源、 ５６…軸受け、 ５７…揺動機構、 ５７ｃ…傾斜駆動部、 ６０…並進駆動機構、 ６１…垂直移動機構、 ６２…進退移動機構、 ７０…研磨液供給回収装置、 ９０…制御装置、 １００…研磨装置、 ＣＴ…曲率中心、 ＨＸ…水平軸、 ＯＰ…開口、 ＰＣ…揺動中心、 ＲＸ…従動軸、 ＳＰ…軸支位置、 ＳＳ…超半球凹面、 ＳＸ…支持軸、 ＴＨ…孔、 ＶＸ…回転軸、 ＷＰ…被研磨物

Claims (10)

1. 被研磨物に形成された超半球型の凹面の開口の直径よりも小さな直径の円板形状を有し、周辺部に少なくとも研磨面を有する研磨皿部と、
   前記研磨皿部と被研磨物との間に、前記開口よりも内側に配置された揺動中心まわりの揺動運動を与える揺動機構と
   を備える研磨装置。
2. 前記揺動機構は、前記研磨皿部を揺動中心まわりに揺動運動させることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置
3. 前記研磨皿部を前記被研磨物に対して前記凹面と交差する回転軸のまわりに相対的に回転させる回転機構をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記研磨皿部を先端側に支持する第１基部と、前記第１基部の根元側を軸支する第２基部とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の研磨装置。
5. 前記第１基部は、前記揺動中心から前記研磨皿部までの距離を調整する伸縮機構を備えることを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
6. 前記伸縮機構は、前記研磨皿部を所定の付勢力で前記超半球型の凹面に押し付けることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。
7. 前記第１基部の横断面サイズと前記第２基部の横断面サイズとは、前記研磨皿部の円板輪郭よりも小さいことを特徴とする請求項４から請求項６までのいずれか一項に記載の研磨装置。
8. 前記第１基部と前記第２基部との軸支位置は、前記研磨皿部の前記被研磨物に対する相対的な回転軸上に配置されることを特徴とする請求項４から請求項７までのいずれか一項に記載の研磨装置。
9. 前記研磨皿部は、研磨の際、前記開口を上側に向けて配置された前記被研磨物の前記凹面内に配置されることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の研磨装置。
10. 超半球型の凹面を研磨するための研磨方法であって、
    被研磨物に形成された超半球型の凹面の開口の直径よりも小さな直径の円板形状を有し、周辺部に少なくとも研磨面を有する研磨皿部と被研磨物との間に、前記開口よりも前記凹面内側に配置された揺動中心まわりの揺動運動を与えることを特徴とする研磨方法。

Images