JP3302040B2 - 研磨装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、数値制御を行って曲面
を研磨し、特に、研磨中における研磨工具に対する位置
決めを行って、高精度の曲面研磨をなす研磨装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】曲面を研磨する研磨装置は、その曲面に
対して倣い研磨するのが一般的であるが、最近では数値
制御を用いた研磨装置が多用されている。この種の装置
は、予め試料の形状精度を測定して、この測定データを
基に研磨工具の位置決めを行って研磨するようになって
いる。

【０００３】上記研磨装置構成の概要は、研磨工具をチ
ャックを介して支持する装置本体と、被研磨材が取付け
られている研磨テーブルおよびケーシングとから構成さ
れている。上記チャックは、駆動源に機械的に連結され
ており、研磨工具を回転駆動する研磨力が伝達される。

【０００４】一方、上記本体の下部には３次元に移動可
能な研磨テーブルが設けられていて、位置検出部により
テーブル位置を数値化し、ＸＹＺ座標をとる。この座標
データから制御部により研磨テーブルが駆動されるよう
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようにして研磨作
用をなす研磨装置であるが、被研磨材の被研磨面に、た
とえば凸部が生じているとき、従来の装置では、制御部
からの指令により研磨テーブルを停止して凸部を除去す
るための研磨作業を行っている。

【０００６】しかるに、この場合は、被研磨材の研磨面
に凸部の位置を測定した後、座標データを基に研磨工具
と被研磨材の相対位置を制御する。したがって、研磨時
間が長くなるとともに細かいうねりに対応できない不具
合がある。

【０００７】そこで、被研磨材に加わる研磨工具の研磨
荷重が検出手段により検出されると、この検出値に基づ
いて微小駆動手段を動作させ、研磨工具を進退微動させ
て研磨工具の設定荷重を一定に維持する装置が案出され
た。この場合には、被研磨材の研磨面の形状がうねり変
化していても、その凹凸面に沿って一定の研磨荷重で研
磨できるようになる。

【０００８】さらには、研磨面のうねりを荷重として検
出し、研磨工具の位置決めをなす研磨装置（本出願人が
先に提案した、特願平１−９７５６０号）、数値制御を
用いた研磨であって、研磨荷重を制御しないで研磨を行
う研磨装置（Jones.R.A:Opti-mization of Computer Co
ntrolled Polishing Appl.Opt,１６−１（１９７７），
２１８がある。

【０００９】しかしながら、これら研磨装置の欠点とし
て、試料の形状精度が数値制御データに対して誤差を持
つ場合、誤差のある形状精度に対して研磨工具が倣って
しまう。そのため、誤差形状を理想曲面形状に修正でき
ない。たとえば、理想曲面に凸部があるような場合に
も、それに倣った研磨作業をなすことになり、研磨工具
はそのまま誤差軌跡をトレースしてしまう。

【００１０】本発明は、このような事情によりなされた
ものであり、その目的とするところは、研磨中の試料の
形状変化に対して、研磨工具の位置決めを行ない、理想
曲面の軌跡データに沿った研磨を確実に行なえる研磨装
置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため本発明は、本体に軸受を板ばねガイド体を介
して設け、この軸受にスピンドルを回転駆動し、かつ軸
方向に進退自在に支持し、このスピンドルの先端部に研
磨工具を有し、上記スピンドルと一体に駆動手段を設
け、上記スピンドルに上記軸受けを介して接触し研磨工
具の被研磨面に対する軸方向の研磨荷重を検出する検出
手段を介してスピンドルを進退方向に駆動する微小駆動
手段が連結され、上記板ばねガイド体に軸受の進退にと
もなう板ばねガイド体の変位を検出する歪ゲージを設
け、この歪ゲージによって検出された測定値および上記
検出手段からの信号に基づいて上記研磨工具の研磨荷重
を調節し形状誤差を吸収して理想軌跡に沿うよう上記微
小駆動手段を制御する制御手段を備えた研磨装置であ
る。

【００１２】したがって、制御手段は、設定した板ばね
歪に対して形状誤差から生じる変動研磨荷重による板ば
ね歪が加算される。そののち、設定した板ばね歪になる
ように微小駆動素子を制御して研磨工具の位置を変位さ
せる。これにより、形状誤差を取除き、理想曲面状に研
磨工具がトレースして、たとえば凸部を除去する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。

【００１４】図１および第２図に示すように、図中１は
研磨装置の本体であり、この本体１はシリンダ状であっ
て、その一端開口部は底板２で閉塞される。他端部に
は、仕切板３を介して、後部ケーシング４と前部ケーシ
ング５に分割されたケーシング６が設けられる。さら
に、前部ケーシング５には前板７が設けられる。上記仕
切板３を除く、ケーシング６および前板７の内周壁直径
は、上記本体１の内周壁直径と同一に揃えられる。

【００１５】前後部ケーシング４，５相互間には、後側
板ばねガイド体８の外周側端部が挟持される。前部ケー
シング５と前板７との間には、前側板ばねガイド体９の
外周側端部が挟持される。それぞれのガイド体８，９の
軸心部分である中央部は開口していて、この内周側端部
に軸受１０が貫通保持される。

【００１６】特に、前側板ばねガイド体９には、図３
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に拡大して示すように、ここで
は９０°間隔を存して、かつガイド体９の両面側の同位
置に正しく対向するよう位置設定される第１，第２の歪
ゲージ１１…，１２…が貼着される。

【００１７】これら歪ゲージ１１…，１２…は、前側板
ばねガイド体９が圧縮方向である軸方向に変位して歪が
生じたとき、抵抗値が変化し、その抵抗値によって歪量
を検出するようになっている。

【００１８】再び図１および図２に示すように、上記軸
受１０には、スピンドル１３が回転自在に枢支されてい
る。このスピンドル１３は、ここではモータビルトイン
タイプのものを用いることとする。すなわち、内部に駆
動モータなどの駆動手段を含有し、スピンドル１３先端
部を回転駆動できるようになっている。

【００１９】スピンドル１３の先端部には研磨工具１４
が固定される。したがって、スピンドル１３に伝達され
るモータの回転駆動力は、スピンドル１３と一体の研磨
工具１４に伝達されるようになっている。

【００２０】一方、上記軸受１０の底部には、鋼球１５
を介して微小駆動手段である微小駆動素子１６が当接す
る。この駆動素子１６は、本体１の一端開口部を閉塞す
る底板２に取付け支持される。圧電セラミックなどによ
って形成され、電圧の変化により上記鋼球１５に当接す
る先端部が微小駆動する。上記微小移動する部分には、
研磨荷重を検出する検出手段である動力計１７が備えら
れる。

【００２１】図４に示すように、上記歪ゲージ１１，１
２は、前側板ばねガイド体９の圧縮方向の変位を検出
し、この検出信号を電気信号として制御手段としての制
御回路１８に入力する。この制御回路１８には、あらか
じめ設定した板ばね歪量が電気信号として入力されてお
り、設定板ばね歪に対して、実際の研磨荷重で形状誤差
からくる板ばね歪を加算する。

【００２２】そして制御回路１８は、上記歪みゲージ１
１，１２による検出信号と、上記動力計１７による研磨
荷重の測定信号を受けて、上記微小駆動素子１６に対
し、実際の板ばね歪が設定した板ばね歪になるよう駆動
させるようになっている。すなわち、微小駆動素子１６
は鋼球１５と軸受１０を介し、スピンドル１３および研
磨工具１４を軸方向に変位駆動する。

【００２３】スピンドル１３にビルトインされたモータ
が、研磨工具１４を高速回転駆動させる。さらに、本体
１全体を前進させて、被研磨材の研磨面に研磨工具１４
を接触させて研磨する。通常の研磨動作として、予め試
料の形状精度を測定してあり、この測定データを基に研
磨工具１４の位置決めを行う、いわゆる数値制御が用い
られる。

【００２４】このとき、前側板ばねガイド体９に貼着し
た歪ゲージ１１…，１２…は、前側板ばねガイド体９の
圧縮方向の変位を検出し、この検出信号を電気信号とし
て制御回路１８に入力する。

【００２５】この制御回路１８は、予め設定した板ばね
歪量を電気信号として入力していて、設定板ばね歪に対
して、実際の研磨荷重で形状誤差からくる板ばね歪を加
算する。そして、制御回路１８は、上記歪みゲージ１
１，１２による検出信号と、上記動力計１７による研磨
荷重の測定信号を受けて、上記微小駆動素子１６に対
し、実際の板ばね歪が設定した板ばね歪になるよう駆動
制御し、研磨工具１４を変位駆動する。

【００２６】図５に示すように、研磨工具１４が理想曲
面に沿って研磨しており、その途中で、形状誤差による
段差である凸部がある場合、この誤差軌跡をそのまま倣
うのではなく、あくまで理想軌跡に沿って研磨する。

【００２７】すなわち、研磨工具１４に対する研磨荷重
が変化し、研磨工具１４位置および研磨工具１４の伸び
量がそれにともなって変化する。その結果、形状誤差を
取除き、理想曲面に研磨工具１４がトレースをなす、数
値制御を維持しながら工具の荷重制御を併せ持つ、いわ
ゆる形状創成研磨をなすことができる。

【００２８】なお、研磨装置に用いた状態での応用例と
して、研磨工具の代りに高速スピンドルを取付けること
により、形状修正研削が行える。あるいは、切削工具を
用いることでも、形状修正切削が行える。そして、本発
明の要旨を越えない範囲内で種々の変形実施が可能であ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、板
ばねガイド体に軸受の進退にともなう板ばねガイド体の
変位を検出する歪ゲージを設け、この歪ゲージによって
検出された測定値と、検出手段による研磨荷重の測定信
号にもとづいて、研磨工具の研磨荷重を調節し形状誤差
を吸収して理想軌跡に沿うよう微小駆動手段を制御する
制御手段を備えたから、設定した板ばね歪に対して形状
誤差から生じる変動研磨荷重による板ばね歪を加算し
て、設定した板ばね歪になるように微小駆動素子を制御
し研磨工具の位置を変位させる。これにより、形状誤差
を取除き、理想曲面状に研磨工具がトレースして、たと
えば凸部を除去するなど、形状変化に対する研磨工具の
位置決めを行ない、理想曲面の軌跡データに沿った研磨
を確実に行なえる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、研磨装置の正面図。

【図２】同実施例の、研磨装置の縦断面図。

【図３】（Ａ）は、同実施例の、前側板ばねガイド体の
前面図。（Ｂ）は、同実施例の、前側板ばねガイド体の
側面図。（Ｃ）は、同実施例の、前側板ばねガイド体の
背面図。

【図４】同実施例の、制御回路図。

【図５】同実施例の、研磨動作モデルを示す図。

【符号の説明】

１…本体、９…（前側）板ばねガイド体、１０…軸受、
１３…スピンドル、１４…研磨工具、１７…研磨荷重検
出手段（動力計）、１６…微小駆動手段（微小駆動素
子）、１１，１２…歪ゲージ、１８…制御手段（制御回
路）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 49/00 - 49/18 B24B 41/00 - 41/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体と、この本体に板ばねガイド体を介し
   て設けられた軸受と、この軸受に回転駆動、かつ軸方向
   に進退自在に支持されるスピンドルと、このスピンドル
   の先端部に設けられ被研磨面を研磨する研磨工具と、上
   記スピンドルと一体に設けられ、上記研磨工具を回転駆
   動する駆動手段と、上記スピンドルに上記軸受けを介し
   て接触し研磨工具の被研磨面に対する軸方向の研磨荷重
   を検出する検出手段と、この検出手段を介して設けられ
   上記スピンドルとを進退方向に駆動する微小駆動手段
   と、上記板ばねガイド体に設けられ軸受およびスピンド
   ルの進退にともなう板ばねガイド体の変位を検出する歪
   ゲージと、この歪ゲージによって検出された測定値およ
   び上記検出手段からの信号に基づいて上記研磨工具の研
   磨荷重を調節し形状誤差を吸収して理想軌跡に沿うよう
   上記微小駆動手段を制御する制御手段とを具備したこと
   を特徴とする研磨装置。