JP2016132083A - 加工装置、加工方法、および部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単安価な構成により、工具と被加工物との接触領域を最小の単位加工痕とし、効率の良い触媒支援型加工を実施でき、また、大面積の加工も行えるようにする。
【解決手段】加工面３１が被加工物４の被加工面４１の加水分解を支援する遷移金属を含む触媒物質により構成された工具３により、加工液である水１に浸漬された被加工物４を加工する。被加工面４１の面法線方向を含む方向に関する被加工物４の被加工面４１と工具３の加工面３１の相対距離を制御する制御部は、振動ユニット５および振動制御部６を含む。制御部により、被加工面４１と加工面３１が非接触となる第１の状態（第１の工程）と、被加工面４１と加工面３１が接触、または加工面３１の触媒物質の触媒反応が有効となる距離まで接近した第２の状態（第２の工程）と、を交互に繰り返す触媒反応制御を行うことにより、被加工面４１を加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工に作用する加工面が被加工物の被加工面の加水分解を支援する遷移金属を含む触媒物質により構成された工具を用いた加工装置、加工方法、および部品の製造方法に関する。

従来、ガラスや半導体などの被加工物の加工、例えば研磨の手法として砥粒を用いた加工方法の他、近年では下記の特許文献１に示されるような触媒支援型加工方法が注目されている。

特許文献１に示される加工方法は、ガラスなどの固体酸化物を対象（被加工物）とする。この手法では工具の加工面を被加工物の加水分解による分解生成物の生成を支援する遷移金属を含む触媒物質で構成し、水の存在下で、被加工物と加工面とを接触若しくはごく接近させて配し、両者を相対的に摺動させる。触媒支援型加工方法によると、光学ガラスに代表されるような固体酸化物からなる被加工物の表面を研磨し、平滑化することができる。

国際公開第２０１３／０８４９３４号

上記特許文献１の構成では、回転させた小径工具と被加工物とを相対的に摺動させることで、被加工面を数値制御により任意曲面に加工する。このとき、形成可能な任意曲面の自由度を高めるためには、単位加工痕のサイズを小さくすることが必要である。たとえば、工具の触媒物質で構成した加工面を小径化するなどして最小の単位加工痕を小さくする必要がある。そして、手動ないし数値制御によって工具を摺動させる被加工面上の加工位置や加工深さを変更することにより、加工面より大きな加工範囲を複雑な任意曲面に加工することができると考えられる。

しかしながら、一般に、特許文献１に記載されるような従来構成では、工具と被加工物を接触状態で摺動させる加工方法が前提とされている。このような加工方法では、一般に、最小の単位加工痕のサイズが工具と被加工物との接触領域よりも大きくなる特性がある。このため、単位加工痕の微小化や、微細加工の精度には自ずと限度が生じる。

本発明の課題は、上記問題に鑑み、簡単安価な構成により、工具と被加工物との接触領域を最小の単位加工痕とし、効率の良い触媒支援型加工を実施でき、また、大面積の加工も行えるようにすることにある。

上記課題を解決するため、本発明においては、加工に作用する加工面が、水に浸漬された被加工物の被加工面の加水分解を支援する遷移金属を含む触媒物質により構成された工具と、前記被加工面の面法線方向を含む方向に関する、前記被加工物の前記被加工面と前記工具の前記加工面の相対距離を制御する制御部と、を用い、前記制御部によって、前記被加工面と前記加工面が非接触となる第１の状態（第１の工程）と、前記被加工面と前記加工面が、接触、または前記触媒物質の触媒反応が有効となる距離まで接近した第２の状態（第２の工程）と、を交互に繰り返す触媒反応制御を行うことにより、前記被加工面を加工する構成を採用した。

上記構成によれば、工具を摺動させることなく工具の加工面と被加工物の被加工面に関して、第１の状態（第１の工程）、第２の状態（第２の工程）を交互に生成することにより、効率よく触媒反応を進行させ、被加工物を加工することができる。本発明によれば、従来構成のように加工領域が大きくなりがちな摺動を行わないため、最小の単位加工痕サイズを工具と被加工物とが接触ないし接近する領域の大きさまで微細化することができる。

本発明を採用した加工装置の構成を示した説明図である。 図１の加工装置の工具、被加工物、振動ユニットを詳細に示した説明図である。 本発明を採用した加工装置による被加工物の加工結果を示し、（ａ）は被加工面の高さマップ図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った被加工面の高さを示す線図である。 本発明を採用した加工装置による被加工物の異なる加工結果を示し、（ａ）は被加工面の高さマップ図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った被加工面の高さを示す線図である。 本発明を採用した加工装置の制御部の構成を示したブロック図である。 本発明を採用した加工制御プログラムの流れを示したフローチャート図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

図１は本発明を採用した加工装置の概略構成を側方から示している。図１の加工装置は、工具３によりガラス（固体酸化物）や半導体などの被加工物４の微少領域の加工を行うよう構成されている。加工中、被加工物４は加工液１（水）中に浸漬した状態とする。

工具３の加工面３１は、被加工物４の被加工面４１の加水分解を支援する遷移金属を含む触媒物質により構成される。

工具３は、振動ユニット５によって、図の上下方向に振動するよう駆動される。これにより、工具３の触媒物質の触媒反応制御が行なわれる。即ち、この触媒反応制御では、この振動ユニット５によって、工具３を振動させることにより、次の２つの状態（工程）が交互に生成される。

（１）被加工物４の被加工面４１と工具３の加工面３１が非接触となる第１の状態（第１の工程）。

（２）被加工物４の被加工面４１が工具３の加工面３１と接触、または工具３の加工面３１の触媒物質の触媒反応が有効となる距離まで接近した第２の状態（第２の工程）。

振動ユニット５は、被加工物４の被加工面４１の面法線方向を含む方向に関する、当該被加工面４１と工具３の加工面の相対距離を制御するためのアクチュエータで、例えば後述の制御部（実施例３）によって上記のように制御される。

以下、図１の各要素の構成例をより詳細に説明する。

図１において、被加工物４は、加工液１を保持する容器２の底部に適当な手法により固定され、加工液１に浸漬されている。

容器２は、加工液１の容器として機能するとともに、被加工物４を支持する加工台としても機能する。また、容器２は、モータ１０により回転駆動され、これにより、容器２の底部に固定された被加工物４はモータ１０の回転駆動軸を中心に回転駆動できるようになっている。

一方、工具３〜振動ユニット５は、モータ１１に結合されている。モータ１０、およびモータ１１の回転駆動軸は、Ｘステージ７、Ｙステージ８の制御により、例えば一直線上に整合して配置することができる。これにより、加工期間中、工具３と被加工物４が同じ回転軸上で逆方向の相対回転方向で回転させることができる。

また、モータ１０、モータ１１の回転駆動軸を偏心させた配置とすれば、工具３の加工面３１を回転させながら、被加工物４の被加工面４１を同心円状に加工することもできる。また、モータ１０、モータ１１の回転駆動軸の偏心量を逐次変更することによって、被加工面４１を全体に渡って同心円状に加工できる。

その際、回転駆動軸の偏心量を制御しつつ、加工量を適宜制御することにより、工具３による微少加工の積み重ねによって、例えば、被加工面４１の全体などの大きな領域を任意の複雑な曲面に加工することができる。例えば、回転駆動軸の偏心量を制御しつつ、加工量を適宜制御することにより、工具３の加工面３１よりも大きな被加工面４１の領域を球面や、パラボラ面、あるいは複雑な非球面の曲面形状などに加工することができる。

また、モータ１１と、モータ１０の回転方向は、例えば互いに逆回転となるよう、あるいは同一回転方向でも異る回転数になるよう制御する、など種々の加工条件を選ぶことができる。

なお、上記のモータ１０、モータ１１による工具３と被加工物４の回転は、例えば加工の均一性を高めるためなどに有効であるが、本発明の加工原理による触媒支援型加工に関しては、必ずしも必須の要件ではない。以下に示す実施例１および２では、モータ１０、モータ１１による工具３と被加工物４の相対回転駆動は用いられていない。

また、遷移金属の触媒物質を加工面３１に有する工具３は、振動ユニット５の先端に固定されている。振動ユニット５は、工具３を図中の縦（上下）方向に工具３を振動させる。

振動ユニット５は、例えばピエゾ（圧電）素子や磁気振動子などの駆動源を用いて構成され、加工時に、後述のストローク量、工具３を振動させるよう構成される。振動ユニット５は、振動制御部６に接続され、振動制御部６の駆動制御を受ける。

振動ユニット５は、振動ユニット５を回転させるためのモータ１１に固定されている。工具３〜振動ユニット５〜モータ１１は、３次元空間内において工具３と被加工物４の相対位置を制御できるよう、Ｚステージ９に結合され、さらにＺステージ９はＸステージ７、Ｙステージ８に結合されている。

振動ユニット５に装着された工具３は、振動ユニット５の振動によって次のような触媒反応制御を受ける。即ち、工具３は、振動上端では被加工物４と非接触状態（上記第１の状態または工程）となり、振動下端では被加工物４と接触もしくは極接近状態（上記第２の状態または工程）となるよう制御される。

以下、上記各構成要素の構成例について詳細に説明する。

工具３の加工面３１を構成する触媒物質は、水分子が解離することで被加工物４を構成する元素と他の元素のバックボンドを切り、加水分解による分解生成物の生成を助長する触媒物質として、少なくとも１種類以上の遷移金属元素から選ばれる。この遷移金属元素としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭＯなどが考えられる。触媒物質はこれらの金属元素単体、または複数の金属元素からなる合金であってもよい。

また、工具３の全体がバルクの触媒物質である必要はなく、少なくともその加工に作用する加工面３１が上記の触媒物質により構成されていればよい。例えば、安価で形状安定性のよい母材（たとえばガラス、樹脂など）の表面に、上記の触媒物質を薄膜としてコーティング（成膜）したものでも良い。触媒物質を薄膜コーティングする方法については、スパッタ法やＣＶＤ法、めっき法、塗布乾燥法といった一般的なコーティング方法を利用でき、本発明はその方法には限定されない。また、触媒物質と母材の密着力を上げるために、触媒物質と母材の間にはカーボンなどの中間層を設けることがより望ましい。

本発明の触媒支援型加工に適合する被加工物４の材料は、例えば固体酸化物の典型例としてのガラスや、シリコン、ガリウムその他の化合物から半導体素材である。例えば、ガラスは常態では固体であり酸素を介して１種または２種以上の元素が結合した固体酸化物、あるいは複数の酸化物からなる多成分系の固体酸化物の一例である。

なお、被加工物４が窒化ガリウムのような素材の場合は、図１の構成に対し、工具３の加工面３１が接触ないし近接する被加工面４１の加工部位に紫外線を照射し、被加工面４１の加工部位を酸化させるための紫外線照射手段を追加することができる。このような構成により、被加工面４１の加工部位の材質を紫外線照射により酸化させ、固体酸化物に対する加工の場合と同様の加工原理（後述）に基づき被加工面４１を加工することができる。

また、本発明の加工装置および加工制御は、光学ガラス材料の加工に好適に実施できる。特に、光学ガラスの組成としてはホウ酸を含むホウ酸塩系ガラス、リン酸を含むリン酸塩系ガラス、さらには酸化バリウム、酸化チタン、酸化ランタン等を含むガラスが挙げられる。また、リン酸塩系ガラスについては、フッ化カルシウム、フッ化バリウムなどのフッ化物を含むフツリン酸塩系ガラスも挙げられる。

加工液１は、水（Ｈ_２Ｏ）を含むことが必須であるが、その組成は限定されるものではない。例えば、加工液１の主体を水（Ｈ_２Ｏ）とし、さらにｐＨ調整などの目的でＨＮＯ_３やＫＯＨなどの成分が含まれていてもよい。また、ｐＨ緩衝液として、酢酸緩衝液やリン酸緩衝液などの成分が含まれていてもよい。加工液１のｐＨについては、加工速度の観点から２〜１２の範囲が望ましく、さらに装置の劣化や環境負荷の低減の観点から、３〜１０の範囲であることがより望ましい。また、本発明においては固体粒子（砥粒）による被加工物の除去作用を必要としないため、原理的には加工液１が固体粒子（砥粒）を含んでいる必要はない。

振動ユニット５により工具３を振動させる、即ち上記の第１および第２の状態（工程）の間で振動させる振動周波数については特に限定されない。ただし、上記第２の状態（工程）において工具３と被加工物４が接触（ないし近接）回数が増加することで被加工面４１の除去量が増加するため、高い除去速度を得るという観点では、超音波域の高い振動周波数を用いることが望ましい。

固体酸化物の被加工物の例で説明すれば、本発明の加工方法は、以下のような原理に基づくものである。

被加工物４の表面に工具３の加工面３１の触媒物質が接触、もしくはごく接近すると、酸化物を構成する酸素元素と他の元素とのバックボンドの結合力が弱くなる。そして、加工液１の水分子が解離して酸化物の酸素元素と他の元素のバックボンドを切って吸着し、これにより加水分解による分解生成物を生成する。

この被加工物４の分解生成物は、加工液１中に溶出する性質を持つが、ここで、触媒物質と被加工物である固体酸化物とが接触、もしくはごく接近したままの状態では、生成した分解生成物が加工液１中に溶出することができない。また、この状態では、新たな分解生成物を生成するための加工液１の水分子が供給されないため、被加工物の除去は進行しない。

しかしながら、本発明では、振動ユニット５により工具３の加工面３１の触媒物質と被加工物４の被加工面４１を、被加工面４１の面法線方向を含む方向に相対運動させる。即ち、上記の第１および第２の状態（工程）を繰り返すよう振動ユニット５により工具３を振動させる。これにより、加工面３１と被加工面４１の間に次々と新しい加工液１の水分子を供給して、分解生成物を溶解させ、また、分解生成物が溶解した水分子を排出することができる。即ち、上記工具３の振動により、被加工面４１の分解生成物を加工面３１と被加工面４１の間隙の加工液１中に溶出させ、また、（分解生成物の溶解濃度の低い）新たな水分子を同間隙に供給するような加工液１の流通が起きる。

以上のように、被加工面４１と工具３の加工面３１が、非接触となる第１の状態（第１の工程）と、または両者が接触、または工具３の加工面３１の触媒物質の触媒反応が有効となる距離まで接近した第２の状態（第２の工程）を交互に発生させる。これにより、被加工面４１近傍の加工液１中において、分解生成物の生成と、分解生成物の排出と新たな水分子の導入を交互に連続して発生させ、効率的に被加工面４１の加工を効率よく進行させることができる。工具と被加工物との接触領域を最小の単位加工痕とする効率の良い触媒支援型加工を実施できる。

以下、図１に示した加工装置の構成を用いて平面レンズを被加工物とし、その表面上に０．１５ｍｍ程度の直径の円形状を加工する実施例につき説明する。

図２に、本実施例における工具３と被加工物４の形状を示す。工具３の基材には、直径が１／４インチ、半球形状のポリ塩化ビニル製の材料を用いた。工具３の半球の平面部を振動ユニット５に固定した。加工面３１の触媒物質にはＰｔを用い、工具３の球面部に１００ｎｍ程度の厚さとなるようスパッタ成膜した。加工液１には純水を用いる。

また、被加工物４は直径が３５ｍｍの平面形状のランタン系ガラスである。被加工物４の表面は、除去痕を容易に観察できるよう予め鏡面に処理した。

図２は、上記の直径が１／４インチの球形の工具３の加工面３１と、被加工物４の被加工面４１の平面とを接触させた状態を示している。特に、図２の接触状態は点接触ではなく、両者が点接触した位置からさらに２μｍ程度、工具３を押込んだ状態を示している。この時、ポリ塩化ビニル基材の工具３の先端の加工面３１は、例えば図２に示すように弾性変形し、直径Ｒの円形状で被加工面４１に接触する。この状態において、工具３の加工面３１と被加工物４の被加工面４１の接触面形状は、ヘルツ接触モデルを用いて計算すると、直径Ｒ＝０．１５ｍｍ程度の円形状となる。

本実施例では、加工時、振動ユニット５による振動下端において、工具３と被加工物４とが点接触した位置からさらに２μｍ程度、工具３が押込まれた状態となるよう、Ｚステージ９を調整する。Ｘステージ７、Ｙステージ８は、例えば工具３の加工面３１が被加工物４の被加工面４１上の所定位置に位置決めされるよう制御する。

振動ユニット５による工具３の振動振幅はＰＶ５μｍ、振動周波数は３８ｋＨｚとした。本実施例では、上記のＺステージ９の調整状態において、上記振幅および周波数で工具３を２秒間振動させることにより、上記の（１）および（２）の状態（工程）を交互に繰り返す触媒反応制御を行った。この２秒間の加工時間（加工期間）の後、触媒反応（加工）を確実に停止させるため、好ましくはＺステージ９で工具３と被加工物４の相対距離を触媒反応が起きない距離まで離間させる。

この２秒間の加工時間（加工期間）において、工具３と被加工物４は７６０００回、間欠的に接触させたことになる。なお、本実施例では、モータ１０、モータ１１による工具３と被加工物４の相対回転駆動は行わない。

上記の、加工条件、即ち、Ｘステージ７、Ｙステージ８、Ｚステージ９による相対位置制御、振動ユニット５の振動数（周期）、加工時間などの設定は、後述の実施例３に示すような制御部（２００）によって行うことができる。

上記の加工後、被加工面４１の表面を走査型白色干渉計で観察して加工特性を評価した結果を図３（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）は加工後の被加工面４１の表面の高さマップ像、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’断面のプロファイルを示す。図３（ａ）、（ｂ）の測定結果から明らかなように、被加工物４の被加工面４１にほぼ円形状の除去痕が形成されていることが確認できる。図示の除去痕の形状は直径が０．１５ｍｍ程度の円形状に相当する。

この被加工面４１の除去痕の形状およびサイズは、上記設定の工具３の振動下端における直径Ｒ＝０．１５ｍｍ程度の円形状の工具３の加工面３１と被加工面４１の接触面に相当する領域とほぼ合致する。

図３（ｂ）に示す断面形状から、除去痕の最大深さは１５０ｎｍ程度である。断面形状には凹凸が存在するが、これは工具３に元々存在していた表面の凹凸が転写されたものと推定され、平滑化を意図した加工でなければ問題とはならない。

このように、本実施例によれば、工具３の表面の形状、もしくはパターンの反転形状を被加工物の表面に転写することができる。このような転写加工によって、例えば工具を走査させることなく形状、もしくは形状パターンを加工することが可能である。例えば工具３の形状やサイズを変更することにより、様々な形状を被加工物４の被加工面４１に加工できる可能性があり、また加工時間を短縮できる可能性がある。

なお、本実施例では、モータ１０、モータ１１による工具３と被加工物４の相対回転駆動を利用していない。しかしながら、モータ１０、モータ１１により数１００〜数１０００ｒｐｍ程度の（例えばそれぞれ逆回転方向の）回転数を工具３と被加工物４に与えることによって、より平滑な形状を被加工面４１に加工することができる。なお、本実施例ではＸステージ７、Ｙステージ８による加工位置（工具３と被加工物４の相対位置）の制御は行っていない。

以下、図１の加工装置を用いた異なる加工例を示す。本実施例２では、振動ユニット５による工具３の振動に、Ｘステージ７、または（および）Ｙステージ８による横方向の直線運動を複合させて、直線溝を被加工面４１に形成する。すなわち、本実施例の加工制御は、縦方向（の振動：触媒反応制御）と、横方向（の相対移動：加工位置制御）とを組み合わせた制御である。

工具３の構成は上記実施例１と同様であり、ポリ塩化ビニル製の１／４インチである半球形状の基材に触媒物質にはＰｔを成膜したものである。また、被加工物４の材料は、実施例１と同様、ランタン系ガラスである。加工液１には純水を用いた。また、本実施例でもモータ１０、モータ１１による工具３と被加工物４の相対回転駆動は行わない。

工具３の振動条件（触媒反応制御条件）は、実施例１と同様で、工具３の振動の振幅はＰＶ５μｍ、振動周波数は３８ｋＨｚ、加工時間（期間）は２秒間とした。同時に、Ｘステージ７、または（および）Ｙステージ８を制御して、工具３と被加工物４を直線的に相対移動させた。この時、工具３の加工面３１と被加工物４の被加工面４１が１ｍｍ／ｓの速度で等速直線運動するよう、Ｘステージ７、または（および）Ｙステージ８を制御した。

なお、上記の加工条件の制御も、後述の実施例３の制御部（２００）を用いて実施することができる。

加工後、被加工面４１の表面を走査型白色干渉計で観察して加工特性を評価した結果を図４（ａ）、（ｂ）に示す。図４（ａ）は被加工面４１の加工部位の高さマップ像、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’断面のプロファイルを示している。図４（ａ）に示すように加工によって直線状の除去痕が形成されていることが確認できる。被加工面４１の除去痕の形状は、０．１５ｍｍ程度の幅で、ほぼ半円断面の溝形状であり、加工面３１との上記の単位接触形状である直径が０．１５ｍｍ程度の円形状が連続的に転写されている。

以上のように、ほぼ工具３の接触（ないし近接）領域の大きさの加工痕を単位として、それよりも大きな加工範囲（上記の例では直線溝）を加工することができる。

なお、上記実施例では、直線溝の加工を例示した。しかしながら、図１の加工装置の構成によれば、工具３と被加工面４１の間に触媒反応を発生させる加工位置は、例えばＸステージ７、Ｙステージ８、あるいはさらにモータ１０、１１の駆動を組合せて、任意のパターンで変更することができる。これにより、被加工面４１に例えば、上記の複雑な曲線形状、文字や図形などのパターンを加工できる。また、上述のように、被加工面４１を球面や、パラボラ面、あるいは複雑な非球面の曲面形状などに加工することができる。

即ち、図１の加工装置の構成によれば、ほぼ工具３の接触（ないし近接）領域の大きさの加工痕を単位として、それよりも大きな大面積の加工領域が可能である。なお、上記のような各種の加工形状を被加工面４１に生成するには、例えば下記の実施例３に示すような制御部（２００）、ないしその制御手順を用いることができる。後述する制御部（２００）は、例えば入力部（２１１）から複雑な加工制御データを入力し、その加工データに基づき、図１の加工装置の各部を制御することができる。これにより、これにより、被加工面４１に上記の複雑な曲線形状、文字や図形などのパターンを加工し、また、被加工面４１を球面や、パラボラ面、あるいは複雑な非球面の曲面形状などに加工することができる。

以下に、図１の加工装置ハードウェアを制御するための制御部２００の構成例、および制御手順の一例につき説明する。

図５に、加工装置の制御部２００の構成例を示している。図５の制御部は、汎用マイクロプロセッサなどから成るＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、外部記憶装置２０４、入力部２１１、インターフェース２１２などから構成される。

ＲＯＭ２０２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば後述する加工制御プログラムと制御データを格納するために用いることができる。なお、ＲＯＭ２０２に格納した加工制御プログラムと制御データを後から更新（アップデート）できるよう、そのための記憶領域はＥ（Ｅ）ＰＲＯＭなどの書き換え可能な記憶デバイスによって構成されていてもよい。また、ＲＯＭ２０２の上記書き換え可能な記憶デバイスの領域は、着脱式のフラッシュメモリから構成されていてもよい。このような着脱式のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えば、本発明の一部を構成する加工制御プログラムをＲＯＭ２０２（Ｅ（Ｅ）ＰＲＯＭ領域）にインストールしたりアップデートするために用いることができる。この場合、各種の着脱式のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明を構成する制御プログラムを格納しており、記録媒体それ自体も本発明を構成することになる。

ＲＡＭ２０３は、ＤＲＡＭ素子などから構成され、ＣＰＵ２０１が各種の制御、処理を実行するためのワークエリアとして用いられる。本実施例における加工制御に係る機能は、ＣＰＵ２０１が本実施例の加工制御プログラムを実行することにより実現される。

また、図５の入力部２１１は、加工条件（制御条件）を入力するための入力部で、例えば他の制御端末（例えばコンピュータやサーバ装置）などから所定のデータフォーマットで記述された加工条件を入力するインターフェース装置から構成される。このインターフェース装置は、例えば各種のシリアルバスやパラレルバス、ネットワークインターフェースなどから構成される。また、入力部２１１は、操作者が所望の加工条件を入力するユーザーインターフェース装置から構成されていてもよい。その場合、このユーザーインターフェース装置は、例えば、キーボード、ディスプレイ、マウス、トラックパッド（ボール）といったポインティングデバイスなどから構成することができる。

ＣＰＵ２０１は、インターフェース２１２を介して振動ユニット５を制御する振動制御部６Ｘステージ７、Ｙステージ８、Ｚステージ９、モータ１０、およびモータ１１と通信する。インターフェース２１２は、任意の通信インターフェース（例えばパラレルないしシリアル通信インターフェース）により構成される。

タイマ回路２１３は、たとえばＲＴＣ（リアルタイムクロック）のようなタイマ装置によって構成される。ＣＰＵ２０１は、タイマ回路２１３を用いて加工時間（期間）の長さを決定する、といった時間に関する制御を行うことができる。

ＣＰＵ２０１は、入力部２１１から入力された後述の加工条件に応じて、上記各部を制御することにより、工具３による被加工物４の加工動作を制御する加工制御を行う。

上記の振動ユニット５および振動制御部６は、被加工物４の被加工面の面法線方向を含む方向に関する、被加工面と工具３の加工面の相対距離を変化させることにより工具の触媒物質の触媒反応を制御する触媒反応制御部を構成する。

振動ユニット５および振動制御部６（触媒反応制御部）は、被加工物４の被加工面上の特定の加工位置において、被加工面と工具３の加工面の相対距離を変化させ、次の第１および第２の状態を交互に生成する。即ち、この第１および第２の状態は、被加工面と加工面が非接触の状態となる第１の状態（第１の工程）と、被加工面と加工面が接触、または触媒物質の触媒反応が有効となる距離まで接近した状態となる第２の状態（第２の工程）である。

この第１の状態と第２の状態を交互に生成する周期または期間を制御することにより、振動ユニット５および振動制御部６（触媒反応制御部）の触媒反応制御の態様を制御し、被加工面の加工量を制御することができる。従って、入力部２１１から入力すべき加工条件は、上記の第１の状態と第２の状態を交互に生成する周期または期間に関する制御条件である。

また、入力部２１１を介して入力された加工条件に応じて、例えば、加工期間が終了した時点で、インターフェース２１２を介してＺステージ９を制御し、工具３と被加工物４を離間させ、触媒反応を停止させ、触媒支援加工を終了させることができる。

さらに、Ｘステージ７、およびＹステージ８は、振動ユニット５および振動制御部６（触媒反応制御部）により第１の状態（工程）、または第２の状態（工程）を繰り返す被加工面上の位置を制御することにより加工位置を制御する加工位置制御部を構成する。Ｘステージ７、およびＹステージ８の加工位置制御により、工具３と被加工物４を相対的に位置決めし、その加工位置において、被加工物４の被加工面上の任意の微少領域を加工することができる。

また、ＲＯＭ２０２など格納した加工制御プログラム、あるいは入力部２１１から入力される後述の加工制御データに応じてＸステージ７、およびＹステージ８を制御できる。例えば、工具３と被加工物４の相対的な位置決めにより決定される加工位置を逐次移動させることができ、これにより、工具３の加工面３１よりも大きな被加工面４１上の広範囲な領域を加工することもできる。

図６は、図５の制御部によって行われる、本発明の触媒反応制御を介した加工制御手順の一例を示している。図６の手順は、ＣＰＵ２０１の制御プログラムとして例えばＲＯＭ２０２に格納しておくことができる。また、本実施例の加工制御手順を記述した制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な光ディスクや各種フラッシュメモリ（いずれも不図示）によって図５の制御系に供給することができる。その場合Ｅ（Ｅ）ＰＲＯＭなどで構成したＲＯＭ２０２の所定領域を着脱可能な各種フラッシュメモリにより構成し、この領域を利用して図５の制御系への制御プログラムのインストールや更新を行うようにしてもよい。また、本実施例の加工制御手順を記述した制御プログラムは、不図示のネットワークインターフェースなどを介して図５の制御系に供給し、インストール、更新を行うようにしてもよい。

図６のステップＳ１１において、入力部２１１により、少なくとも上述の触媒反応制御における第１の状態（工程）と第２の状態（工程）を交互に生成する周期または期間に関する制御条件を入力する。また、必要であれば、この時、同時にＸステージ７、Ｙステージ８などを用いた加工位置の制御条件も入力されてよい。また、モータ１０、１１の駆動条件もこの時入力することができる。

作業者の手動入力であれば、上記の制御条件はユーザーインターフェース装置から成る入力部２１１を用いた手動操作によって入力される。また、入力部２１１にネットワークインターフェースなどが含まれている場合には、このインターフェースを用いて他の制御端末（例えばコンピュータやサーバ装置）などから所定のデータフォーマットで記述された上記の制御条件を入力することができる。

なお、例えば、Ｘステージ７、Ｙステージ８、Ｚステージ９などによる工具３と被加工物４の相対的な位置姿勢制御に関しては、数値制御やロボット制御などにおいて一般に用いられている位置姿勢データフォーマットを用いることができる。例えば、振動ユニット５の振動数や加工期間（加工量に相当する）を変化させるデータに同期するよう、位置姿勢データフォーマットを用いてＸステージ７、Ｙステージ８、Ｚステージ９などによる工具３と被加工物４の相対的な位置姿勢制御を行うことができる。これにより、多数の複雑な直線や曲線溝から成るパターンを被加工面４１上に形成するような加工が可能となる。

また、位置姿勢データフォーマットを利用したＸステージ７、Ｙステージ８の制御と、モータ１０、１１の制御を組合せることにより、工具３よりも大きな被加工面４１の領域を任意形状に加工できる。例えば、工具３よりも大きな被加工面４１の領域を上述の球面や、パラボラ面、あるいは複雑な非球面の曲面形状などに加工することができる。

このように、入力部２１１から入力される加工制御データは、少なくとも上述の触媒反応制御における第１の状態（工程）と第２の状態（工程）を交互に生成する周期または期間に関する制御条件を含む。また、加工制御データは、その他に、Ｘステージ７、Ｙステージ８、Ｚステージ９による工具３と被加工物４の相対的な位置姿勢制御データと、モータ１０、１１の制御制御データを含むことができる。従って、この加工制御データ全体は、一種の加工制御プログラム（データ）や数値制御データの１種と考えることもできる。

図６のステップＳ１２では、ＣＰＵ２０１はステップＳ１１で入力された制御条件に基づき、図５の６〜１２の各ブロックの駆動条件を決定し、各部を制御するための制御データを生成する。例えば、入力された触媒反応制御の周期は、振動ユニット５を制御する駆動周波数の制御データに変換され、振動制御部６に設定される。触媒反応制御の期間は、タイマ回路２１３を用いて制御することができる。

この種のタイマ回路（２１３）を用いた制御では、例えば、設定された加工期間の間のみ、Ｚステージ９を用いて、工具３と被加工物４の相対距離が上記の第１の状態（工程）と第２の状態（工程）を交互に生成しうる距離となるよう制御を行う。同時にまた、振動ユニット５は、振動制御部６によって設定された加工期間のみ駆動されるように制御することができ、この制御もタイマ回路２１３を用いて実現できる。

ステップＳ１３、Ｓ１４のループにおいて、ＣＰＵ２０１はステップＳ１４の加工終了条件成立を監視しながら、実際の加工制御を行う。即ち、ステップＳ１４で加工終了条件が成立するまでの間、ステップＳ１３において図１の加工装置の各部を設定した制御条件で駆動する加工制御を行う。ステップＳ１４の加工終了条件の検査は、例えばタイマ回路２１３を用いた加工期間の終了タイミング到来、などを条件として行うことができる。このようなタイマ制御は、例えばタイマ割り込み処理（例外処理）のようなＣＰＵ２０１の制御メカニズムを利用して実施することができる。

以上のようにして、制御部２００では、上記（１）、（２）に示した状態（工程）を交互に生成する触媒反応制御の周期、ないしは期間、あるいはさらに加工位置（あるいはさらに加工速度など）を含む制御条件を入力部２１１から入力する。そして、制御部２００は入力手段により入力された制御条件に応じて、触媒反応制御を制御し、工具３により被加工物４に対して所期の加工を実施することができる。

上述の本発明の加工装置ないし加工方法を実施することにより、固体酸化物、半導体などから成る光学素子や半導体基板などの種々の部品を製造する製造方法を実現することができる。

なお、本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給することができる。その場合、本発明の制御は、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現できる。また、本発明の制御は、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１…水、２…容器、３…工具、４…被加工物、５…振動ユニット、６…振動制御部、７…Ｘステージ、８…Ｙステージ、９…Ｚステージ、１０…モータ（被加工物側）、１１…モータ（工具側）、２００…制御部、２０１…ＣＰＵ、２０２…ＲＯＭ、２１１…入力部。

Claims (11)

1. 加工に作用する加工面が、水に浸漬された被加工物の被加工面の加水分解を支援する遷移金属を含む触媒物質により構成された工具と、
   前記被加工面の面法線方向を含む方向に関する、前記被加工物の前記被加工面と前記工具の前記加工面の相対距離を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部によって、
   前記被加工面と前記加工面が非接触となる第１の状態と、
   前記被加工面と前記加工面が、接触、または前記触媒物質の触媒反応が有効となる距離まで接近した第２の状態と、
   を交互に生成する触媒反応制御を行うことにより、前記被加工面を加工することを特徴とする加工装置。
2. 請求項１に記載の加工装置において、前記工具の前記加工面の形状が、前記被加工物の前記被加工面に形成する任意の形状の反転形状であることを特徴とする加工装置。
3. 請求項１または２に記載の加工装置において、前記制御部は、前記第１の状態、または前記第２の状態を生成する前記被加工面における位置を制御することにより前記被加工面における加工位置を制御することを特徴とする加工装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の加工装置において、少なくとも前記第１の状態と前記第２の状態を交互に生成する周期または期間に関する制御条件を入力する入力手段を有し、前記制御部は前記入力手段により入力された制御条件に応じて前記触媒反応制御を制御することを特徴とする加工装置。
5. 加工に作用する加工面が、水に浸漬された被加工物の被加工面の加水分解を支援する遷移金属を含む触媒物質により構成された工具と、前記被加工面の面法線方向を含む方向に関する、前記被加工物の前記被加工面と前記工具の前記加工面の相対距離を制御する制御部と、を備えた加工装置により前記被加工物を加工する加工方法において、
   前記制御部によって、
   前記被加工面と前記加工面が非接触の状態となる第１の工程と、
   前記被加工面と前記加工面が、接触、または前記触媒物質の触媒反応が有効となる距離まで接近した状態となる第２の工程と、
   を交互に繰り返す触媒反応制御を行うことにより、前記被加工面を加工することを特徴とする加工方法。
6. 請求項５に記載の加工方法において、前記工具の前記加工面の形状が、前記被加工物の前記被加工面に形成する任意の形状の反転形状であることを特徴とする加工方法。
7. 請求項５または６に記載の加工方法において、前記制御部は、前記第１の工程、または前記第２の工程を交互に繰り返す前記被加工面における位置を制御することにより前記被加工面における加工位置を制御することを特徴とする加工方法。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の加工方法において、少なくとも前記第１の工程、または前記第２の工程を交互に繰り返す周期または期間に関する制御条件を入力する入力手段を有し、前記制御部は前記入力手段により入力された制御条件に応じて前記触媒反応制御を制御することを特徴とする加工方法。
9. 前記制御部に請求項５から８のいずれか１項に記載の前記触媒反応制御を実行させることを特徴とする加工制御プログラム。
10. 請求項９に記載の加工制御プログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
11. 被加工物の加工に作用する加工面が、水に浸漬された被加工物の被加工面の加水分解を支援する遷移金属を含む触媒物質により構成された工具と、前記被加工面の面法線方向を含む方向に関する、前記被加工物の前記被加工面と前記工具の前記加工面の相対距離を制御する制御部と、を備えた加工装置により前記被加工物を加工することにより部品を製造する部品の製造方法において、
    前記制御部によって、
    前記被加工面と前記加工面が非接触の状態となる第１の工程と、
    前記被加工面と前記加工面が、接触、または前記触媒物質の触媒反応が有効となる距離まで接近した状態となる第２の工程と、
    を交互に繰り返す触媒反応制御を行うことにより、前記被加工面を加工することを特徴とする部品の製造方法。