JP3756220B2

JP3756220B2 - Workpiece polishing method and polishing apparatus therefor

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Publication number: JP3756220B2
Application number: JP14437895A
Authority: JP
Inventors: 洋黒澤
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1995-06-12
Filing date: 1995-06-12
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: JPH08336753A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被加工物の研磨方法及びその研磨装置の改良に関し、とりわけ光学部品の研磨に適用するのに好適の研磨方法及びその研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被加工物の研磨方法及びその研磨装置には各種の方法及び装置が知られている。
【０００３】
例えば、
（１）ワークリング内に被加工物保持板を設け、この被加工物保持板に被加工物をセットした状態で、リングポリシャ盤のリングポリシャ面に被加工物の被加工面を接触させ、リングポリシャ盤を回転させると共にこのリングポリシャ盤の回転数と同一回転数で被加工物保持板と一体に被加工物を回転させ（以下、被加工物を同期回転させるという）、被加工面上の相対速度分布を一様化することにより、リングポリシャ面の平面度、面精度を被加工面に精密に転写するようにした研磨方法及びその研磨装置が知られている。
【０００４】
（２）また、ワークリング内に被加工物保持板を設け、この被加工物保持板に被加工物をセットした状態で、リングポリシャ盤のリングポリシャ面に被加工物の被加工面を接触させ、リングポリシャ盤を回転させると共に、リングポリシャ盤の回転時に被加工物とリングポリシャ盤との間に生じる摩擦力により被加工物をリングポリシャ盤の回転方向に沿って連れ回りさせ、被加工物の被加工面を研磨する研磨方法及び研磨装置も知られている。
【０００５】
（３）更に、研磨装置には、被加工物の被加工面の研磨面精度を向上させる目的で、振動を被加工物に与える装置、被加工物の研磨をＮＣ制御等により行う研磨装置、被加工物を揺動させて研磨を行う揺動型研磨装置、被加工物を保持した保持板を上下のターンテーブルの間に挟んで、往復運動を与えることにより研磨を行う研磨装置も知られている。
【０００６】
（４）被加工物としての光学部品の研磨では、特に平面光学部品の角度誤差を修正する研磨方法として、より多く減耗させたい被加工面箇所の背面側に偏加重を加え、直線的な圧力分布の傾きを調整し、角度誤差を修正しながら研磨を行う方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来から知られている（１）に記載の被加工物の研磨方法及び研磨装置では、研磨できる被加工物の長さ寸法がリングポリシャ盤の研磨領域として使用する輪帯幅により制限され、輪帯幅がリングポリシャ盤の外形の１／３以内であるならば、所定の平面度（例えば、λ／２０＝６３２．８／２０（ナノメータ）、但し、λはＨｅ−Ｎｅレーザーの波長）を得ることができるが、輪帯幅がリングポリシャ盤の外形の１／３よりも大きいと、被加工物の被加工面が輪帯領域からはみ出し、被加工物の長手方向両端部に位置する被加工面の箇所が他の中間箇所に較べて輪帯領域に接触する時間が不足するので、被加工物の長手方向両端部が相対的に反り上がった形状となり、被加工面の平面度が低下すると一般的に云われている。
【０００８】
また（２）に記載の被加工物の研磨方法及び研磨装置では、リングポリシャ盤のリングポリシャ面に砥粒案内溝が形成され、この砥粒案内溝が形成されているリングポリシャ盤の箇所では被加工物の被加工面がリングポリシャ盤に非接触の状態となり、被加工面の各箇所とリングポリシャ盤との間に接触時間の粗密差が生じ、被加工物の加工面に同心円上のうねりが本質的に発生する。
【０００９】
被加工物としての平面光学部品には、コーナーキューブ等のプリズム状加工物があり、リングポリシャ盤のリングポリシャ面上では、これらの任意の被加工面の側面が傾斜面となり、被加工物を自転させる従来の研磨方法では、傾斜面が加工物保持板に接触する機会が必ず存在し、その接触点には傾斜に従って被加工物を垂直方向に加圧する加圧力成分が発生するから、被加工面がふちだれし、平面度が悪化する原因となっている。
【００１０】
また、従来の研磨方法及び研磨装置では、被加工物の角度誤差を修正する場合、より多くの減耗を必要とする部分の被加工物の背面に偏加重を加える方法を採用していたが、加圧圧力が必要以上に加わり、リングポリシャ盤の形状損壊が著しいという問題点がある。
【００１１】
更に、コーナーキューブ等のプリズム状被加工物の場合には、角度誤差として１ｓｅｃ以下の直角度を得るためには、コンタクトブロックによる接着が必須で在り、角度修正の準備作業に手間取るという不都合がある。
【００１２】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その第１の目的は、長手方向の寸法が輪帯幅よりも長い被加工物をその平面度を確保しつつ研磨することのできる被加工物の研磨方法及び研磨装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の第２の目的は、リングポリシャ盤に形成された砥粒案内溝に起因して被加工物の加工面に現われるうねりを極力低減することのできる被加工物の研磨方法及び研磨装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の第３の目的は、被加工物が傾斜面を有する光学部品の場合でも、その被加工面のふちだれを防止して平面度を極力向上させることのできる被加工物の研磨方法及び研磨装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の第４の目的は、被加工物の背面に回転モーメントを加えることにより、ノンブロッキング状態で余分な修正加重を加えず、角度誤差として１ｓｅｃ以下の直角度を得ることのできる被加工物の研磨方法及び研磨装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の被加工物の研磨方法は、被加工物保持板に被加工物の姿勢を規制してセットし、リングポリッシャ盤のリングポリッシャ面に被加工物の被加工面を接触させ、リングポリッシャ盤を回転させながら前記被加工物を無回転状態でかつ姿勢を一定方位に維持した状態で前記ポリッシャ盤の回転方向と交差する方向にトラッキング運動させ、前記被加工物保持板に前記被加工物の背面に当接されて該被加工物に加わる摩擦力成分に抗する方向の抗力を与える当接部を設け、該当接部の前記ポリッシャ盤からの高さを調整することにより前記被加工物の被加工面に対する背面の直角度を修正しながら研磨することを特徴とする。
請求項２に記載の被加工物の研磨方法は、前記被加工物保持板は基板に揺動可能に支承され、前記当接部が前記ポリッシャ盤からの高さ方向の上側下側の２箇所に間隔を開けて前記被加工物保持板の先端に設けられ、前記被加工部の被加工面に対する背面の直角度が鋭角のときには下側の当接部が当接して作用し、前記被加工部の被加工面に対する背面の直角度が鈍角のときには上側の当接部が当接して作用することにより、被加工面に対する背面の直角度誤差を所定の範囲に誘導し、前記被加工物保持板の傾きを調整しながら研磨を行なうことを特徴とする。
請求項３に記載の被加工物の研磨装置は、被加工物の被加工面に摺接されるリングポリッシャ盤と、被加工物の姿勢を規制し該被加工物を保持する被加工物保持板と、該被加工物保持板をトラッキング方向に往復駆動する往復駆動機構と、前記被加工物保持板に前記被加工物の背面に当接されて該被加工物に加わる摩擦力成分に抗する方向の効力を与える当接部とを設け、該当接部の前記ポリッシャ盤からの高さを調整することにより前記被加工物の被加工面に対する背面の直角度を修正しながら研磨するように構成されたことを特徴とする。
請求項４に記載の被加工物の研磨装置は、前記当接部が前記ポリッシャ盤からの高さ方向に間隔を開けて設けられていることを特徴とする。
請求項５に記載の被加工物の研磨装置は、前記被加工物保持板は基板に揺動可能に支承され、前記当接部が前記ポリッシャ盤からの高さ方向の上側下側の２箇所に間隔を開けて前記被加工物保持板の先端に設けられ、前記被加工部の被加工面に対する背面の直角度が鋭角のときには下側の当接部が当接して作用し、前記被加工部の被加工面に対する背面の直角度が鈍角のときには上側の当接部が当接して作用することにより、被加工面に対する背面の直角度誤差を所定の範囲に誘導し、前記被加工物保持板の傾きを調整しながら研磨を行なうことを特徴とする。
請求項６に記載の被加工物の研磨装置は、前記被加工物保持板に保持される被加工物が複数個であることを特徴とする。
【００２１】
【作用】
請求項１ないし請求項３に記載の研磨装置によれば、被加工物の姿勢を一定方位に維持した状態でかつ無回転状態で、被加工物がトラッキング方向に往復動される。また、請求項４ないし請求項６に記載の研磨装置によれば、直角度誤差の低減を図ることができる。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明の被加工物の研磨方法に使用する研磨装置の概要を示す斜視図であり、１は研磨装置を示している。ここでは、この研磨装置１は液中型である。この研磨装置１は、支持台２と、円筒状容器としてのワーキングダム３と、ミリングユニット４と、リングポリシャ盤（ターンテーブルともいう）５と、ワーキングユニット６と、ツルーイングユニット７と、修正ツール８と、操作盤９とから大略構成されている。ワーキングダム３には研磨液が貯溜されている。リングポリシャ盤５の上面には所定形状の砥粒案内溝（図示を略す）が形成されている。操作盤９はリングポリシャ盤５、ワーキングユニット６、修正ツール８の回転数制御及びその他の制御、研磨装置１の監視を行う役割を果たす。ワーキングユニット６は取り付け板１０に着脱可能かつ交換可能に取り付けられる。
【００２３】
図２はそのワーキングユニット６とは別のタイプのワーキングユニット１１を示す斜視図である。このワーキングユニット１１はユニット基板１２を有する。ユニット基板１２の下部には駆動モータ１３が取り付けられている。ユニット基板１２の上部にはその前方側に回転支持板１４が設けられている。回転支持板１４には円弧溝１５が形成されている。この回転支持板１４は円弧溝１５が回転中心（図示を略す）に対して為す角度の範囲内で回転可能である。１６はその回転支持板１４を所定の角度位置でユニット基板１２に固定するための押えネジである。ユニット基板１２の上部でその後方側には安全カバー１７が設けられている。この安全カバー１７内には図示を略す駆動プーリーと従動プーリーとこの駆動プーリーと従動プーリーとの間に掛け渡されたタイミングベルトとが設けられている。駆動プーリーは駆動モータ１３の出力軸に直結されている。安全カバー１７には従動軸１８が設けられ、この従動軸１８の下部には従動プーリーが取り付けられ、駆動モータ１３の回転が駆動プーリー、従動プーリー、タイミングベルトを介して従動軸１８に伝達されるようになっている。この従動軸１８にはクランク部材として機能する溝付部材１９が取り付けられている。２０はその溝付部材１９の案内溝を示している。この案内溝２０には回転台２１が回転可能に設けられている。この回転台２１は案内溝２０の延びる方向であって従動軸１８から所定の距離の箇所に回転可能に位置決め固定される。この回転台２１の従動軸１８からの距離は回転台２１を案内溝２０の延びる方向にずらすことにより調節可能である。回転台２１の上部にはガイド部材２２が設けられている。このガイド部材２２はコネクティングロッド２３を摺動可能に案内する役割を有する。
【００２４】
回転支持板１４には往復基板２４が設けられている。この往復基板２４の下部には直線ガイド部材２５が設けられている。この直線ガイド部材２５は回転支持板１４の上部に設けられた案内部材２６に摺動可能に嵌合されている。往復基板２４の後端部にはブラケット板２７が設けられている。このブラケット板２７は固定板部２８と起立板部２９とを有する。固定板部２８には図３に示すように往復基板２４の方向に長く延びる案内溝３０が形成されている。ブラケット板２７は押えネジ３１により往復基板２４に固定され、往復基板２４へのブラケット板２７への取り付け箇所は案内溝３０に沿ってブラケット板２７を移動させることにより調節できる。起立板部２９には取り付け部３２が形成され、この取り付け部３２にはコネクティングロッド２３の一端部が固定され、コネクティングロッド２３の他端部はガイド部材２２の貫通孔に挿通されている。図３に示すように、従動軸の軸心Ｏを中心にして、溝付部材１９を例えば矢印Ａ方向に回転させると、回転台２１が矢印Ｂ方向に回転し、これに伴ってコネクティングロッド２３がガイド部材２２に対して相対的に矢印Ｃ方向に移動し、回転運動が直線運動に変換され、往復基板２４が矢印Ｄ−Ｄ方向に直線往復運動される。
【００２５】
往復基板２４の先端部には、安全カバー３３が設けられている。この安全カバー３３の後端部には駆動モータ３４が固定されている。この安全カバー３３の内部には図示を略す駆動プーリと従動プーリとタイミングベルトとが設けられている。駆動プーリは駆動モータ３４の出力軸に直結され、従動プーリは安全カバー内に設けられた従動軸３５に固定され、タイミングベルトは駆動プーリと従動プーリとの間に掛け渡されている。その従動軸３５にはドライブ機構３６が設けられている。このドライブ機構３６は、十字取り付け板３７、中間プレート３８、被加工物保持板３９から大略構成されている。十字取り付け板３７は従動軸３５に固定されている。中間プレート３８は連結ロッド４０を介して十字取り付け板３７に取り付けられている。被加工物保持板３９は被加工物保持溝４１を図４に示すように有する。この被加工物保持溝４１には、被加工物４２がその被加工面４２ａを下向きにしてセットされる。この被加工物保持板３９は、ここでは、４本のアジャストロッド４３によりリングポリシャ盤５からの高さが調節される。ここでは、リングポリシャ盤５のリングポリシャ面５ａから１〜２ｍｍの高さにセットされる。安全カバー３３の下部には回転数検出センサ４４が設けられ、この回転数検出センサ４４はタイミングベルトの回転数を検出することによりドライバー機構３６の回転数を検出する役割を果たす。
【００２６】
被加工物４２はその姿勢が被加工物保持板３９に規制してセットされ、リングポリシャ盤５を回転させながら被加工物４２を無回転状態でリングポリシャ盤５の回転方向Ｅと交差する方向にトラッキング運動（往復基板２４を矢印Ｄ−Ｄ方向に往復させる運動）させることにより、被加工物４２の被加工面４２ａが研磨される。その被加工物４２のトラッキング運動の振幅（往復基板２４の最大振幅）は回転台２１の案内溝２０に対する位置を調節することにより変更することができる。また、被加工物４２の被加工面４２ａが摺接される輪帯領域５ｂはブラケット板２７の往復基板２４への取り付け箇所を変更することにより適宜変更できる。その被加工物４２のリングポリシャ盤５に対する相対方位はドライバ機構３６の回転角を調節することにより選定される。
【００２７】
この実施例１によれば、被加工物４２をその姿勢を一定方位に維持した状態でトラッキング運動を与えて研磨する方法と、トラッキング運動をさせながら被加工物４２をリングポリシャ盤５に同期回転させて研磨する方法との選択が容易となる。
【００２８】
次に、具体例を説明する。
【００２９】
一般に、遊離砥粒を用いた研磨加工では、被加工物の減耗状態を推定する手法として、プレストン（Preston）の経験則が利用されている。図５はそのプレストンの経験則を説明するための模式図で、ここで、被加工物の減耗量をΔｈ（μｍ）、比例係数をη（μｍ／Pa・ｍｍ）、加工圧力をＰ（Pa）、相対速度をＶ（ｍｍ／sec）、加工時間をΔｔ（sec）とすると、
Δｈ＝η・Ｐ・Ｖ・Δｔ
また、Ｑは輪帯幅、Ｄは被加工物４２のトラッキング方向（リングポリシャ盤５の半径方向）、Ｘ、Ｙはリングポリシャ盤５の回転中心Ｏｐに対する相対座標軸、Ｚは高さ方向座標軸、Ｃnはリングポリシャ盤５の回転中心Ｏｐから被加工物４２の加工中心までの距離、ω₀はリングポリシャ盤５の回転角速度、ω₀´は被加工物４２の回転角速度である。相対速度Ｖはリングポリシャ盤５の回転角速度ω₀と被加工物４２の回転角速度ω₀´とを同じにすること（被加工物４２の回転をリングポリシャ盤５の回転に同期させることともいう）により、被加工面４２の全領域で、相対速度Ｖを一定（Ｖ＝Ｃn・ω₀）にすることができる。加工圧力Ｐはリングポリシャ盤５のリングポリシャ面５ａが平面で、加工物４２の厚さが均等であるとすると一定となる。また、被加工物４２がリングポリシャ盤５からはみ出さない限り、加工時間Δｔも被加工面４２ａの全領域で一定となる。
【００３０】
この条件を満足するように、被加工物４２をセットして研磨を行えば原理的に、被加工面４２ａの平面度を良好に研磨できるわけであるが、図６に示すように、被加工物には縦横のアスペクト比が大きなものがあり、とりわけ、平行平面光学部品には縦横のアスペクト比が１：８以上のものがあり、このような直方体形状の被加工物４２を同期回転させながら研磨することとすると、被加工物４２´の被加工面４２ａが輪帯領域５ｂからはみ出し、被加工物４２´の長手方向両端部に位置する被加工面４２´の箇所が他の中間箇所に較べて輪帯領域５ｂに接触する時間が不足するので、被加工物４２´の長手方向両端部が相対的に反り上がった形状となり、被加工面４２´ａの平面度が低下する。
【００３１】
ここでは、輪帯領域５ｂの輪帯幅Ｑを２５０ｍｍ（Ｑ＝Ｄ／３）とする。また、被加工物４２´の長さ寸法ＬをＬ＝１．２・Ｑ＝３００ｍｍとする。被加工物４２´の長手方向をリングポリシャ盤５の回転方向に接する接線方向とし、この接線方向と直交するトラッキング方向（ここでは、リングポリシャ盤５の半径方向；Ｄ−Ｄ方向）に被加工物４２´を往復させた。ここで、リングポリシャ盤５の回転数ｎ０は２ｒｐｍ、トラッキング振動数ｎＴは３往復／分、往復振幅ａは±５５ｍｍ、リングポリシャ盤５の回転中心Ｏｐから往復中心までの距離ｙ０は２７５ｍｍとする。
【００３２】
このセット条件で、被加工物４２´を無回転の状態で（リングポリシャ盤５に対する姿勢を一定に維持した状態で）、被加工物４２´を半径方向に往復運動させると、相対速度Ｖは被加工面４２´ａの各箇所で一定とはならず、リングポリシャ盤５の回転中心Ｏｐを頂点とする円錐形状の速度分布を呈する。
【００３３】
この速度分布は下記の式によって表わされる。
【００３４】
Ｖ＝（ｘ²＋ｙ²）^1/2・ω₀
従って、プレストンの経験則から、被加工物４２´の被加工面４２´ａの形状は、凸円錐面の一部をＺ軸から切りとったような形になることが推定されるが、この被加工面４２´ａの湾曲形状成分（Ｚｘｙ）はリングポリシャ盤５の曲率を僅かに凸面形状とし、かつ、輪帯領域５ｂの外周側で被加工物４２´を往復運動させることにより解消できる。また、被加工物４２´のｙ軸に関しての非対称成分は被加工物４２´を半径方向に往復運動させるため消去されており、ｘ軸と平行な平行軸ｘ´に関しての非対称成分は被加工物４２´の幅Ｌ´が被加工物４２´の長さ寸法Ｌに較べて相対的に小さいので無視できる。
【００３５】
この実施例１の研磨方法及び装置により、リングポリシャ盤５の輪帯幅Ｑの１．２倍の長さ寸法Ｌを有する被加工物４２´の平面度として６３２．８／２０（ナノメータ）を得ることができた。従来の同期回転方法による研磨方法の場合は、平面度６３２．８／８（ナノメータ）程度であった。
【００３６】
（実施例２）
図７は本発明に係わるドライブ機構３６の中間プレート３８の他の構成を示すものであり、この中間プレート３８は十字取り付け板３７に連結ロッド４０を介して取り付けられる。中間プレート３８には十字の案内溝４３が形成されている。中間プレート３８の下部にはクランク形保持棒４４が取り付けられている。このクランク形保持棒４４はここでは円板形状の被加工物４５をその周面４５ｂで保持する役割を果たす。被加工物４５の中心Ｏ２と中間プレート３８の中心Ｏ１（従動軸３５の中心）とは偏心されている。クランク形保持棒４４は案内溝４３に沿って移動され、径の異なる被加工物４５を保持できるようになっている。
【００３７】
この中間プレート３８を用い、被加工物４５にトラッキング方向の往復運動を与えながら、中間プレート３８をリングポリシャ盤５と同期回転させることにすれば、相対速度分布は周期的に変動するが、被加工面４５ａの全領域において相対速度の分布の一様性が保存され、かつ、被加工物４５がリングポリシャ盤５に対して描く相対軌跡が複雑となるため、リングポリシャ盤５の砥粒案内溝に起因するうねり成分が緩和される。
【００３８】
一例として、直径１００ｍｍの被加工物４５を、リングポリシャ盤５の回転数ｎ０，を２ｒｐｍ、トラッキング振動数ｎＴを０．７往復／分、往復振幅ａを±５５ｍｍ、リングポリシャ盤５の回転中心Ｏｐから往復中心までの距離ｙ０を２５０ｍｍ、偏心量δ＝３０ｍｍとして研磨したところ、被加工面４５ａの平面度として、６３２．８／（７０〜１００）（ナノメータ）を得ることができた。従来の同期回転方法による研磨方法の場合は、平面度６３２．８／（７０〜８０）（ナノメータ）程度であり、うねりが目だつ形状となった。
【００３９】
【実施例３】
図８はワーキングユニット７の他の実施例の斜視図を示している。このワーキングユニット７は、ユニット基板４６を有する。ユニット基板４６には案内部材４７が設けられている。この案内部材４７にはガイド部材４８を介して往復基板４９が摺動可能に設けられている。往復基板４９の後端部にはすべり板５０が設けられている。往復基板４９の先端部にはブラケット５１が設けられている。ユニット基板４６には取り付け枠５２が設けられ、この取り付け枠５２の上部には図示を略す取り付け板５３が設けられ、この取り付け板５３の下部には駆動モータ５４が設けられている。取り付け板５３の上部には安全カバー５５が設けられている。安全カバー５５の内部には図示を略す駆動プーリと従動プーリとタイミングベルトとが設けられている。駆動プーリは駆動モータ５４の出力軸に取り付けられ、従動プーリはベアリングケース５６と一体のスピンドル（図示を略す）に直結されている。そのスピンドルの先端部にはクランク部材５７が設けられている。このクランク部材５７には長穴５８が設けられている。５９はそのクランク部材５７を往復基板４９に固定するためのヒンジピンである。ブラケット５１には長穴６０が設けられ、ブラケット５１は押えネジ６１により往復基板４９に固定される。ブラケット５１の先端は下方に屈曲され、その屈曲部にはブラケット６２が設けられている。このブラケット６２は起立取り付け板部６３と水平板部６４とから構成されている。起立取り付け板部６３には上下方向に延びる長穴６５が設けられ、ブラケット６２は押えネジ６６により長穴６５の締め付け箇所を調整することにより高さが調整され、後述する保持板とリングポリシャ盤５との間隔が１ｍｍ〜５ｍｍの範囲で調整される。水平板部６４には図９に拡大して示すように摩擦力分解調整基板６７が取り付けられている。分解調整基板６７には保持板６８、６９がネジ部材７０により取り付けられている。ここでは、被加工物はコーナキューブ７１とされ、保持板６８と保持板６９とは互いに直交して配置され、図１０、図１１に示すコーナキューブ７１の背面７１ａに臨んでいる。保持板６８、６９の下部にはコーナキューブ７１の背面７１ａに当接する当接部６８ａ、６９ａが形成されている。摩擦力分解調整基板６７には円弧溝７２、７３が形成されている。７４、７５はその円弧溝の押えネジである。水平板部６４には角度目盛り７６が設けられている。リングポリシャ盤５を矢印Ｅ方向に回転させると、コーナキューブ７１はその被加工面７１ｂとリングポリシャ盤５との間に発生する摩擦力により保持板６８、６９に押し付けられ、コーナキューブ７１は保持板６８、６９に整合保持される。ユニット基板４６には円弧溝７７が形成され、押えネジ７８による円弧溝７７の押え箇所を調節することにより実施例１と同様にトラッキング運動方向の調整が可能である。また、長穴５８に対してヒンジピン５９の位置をずらすことにより実施例１と同様にトラッキング運動の振幅を調節可能であり、ブラケット５１を長穴６０に沿ってずらすことにより輪帯領域５ｂの選択が可能であり、摩擦力分解調整基板６７を円弧溝７２、７３に沿ってずらすことによりリングポリシャ盤５に対するコーナキューブ７１の相対的な姿勢を調節することが可能である。
【００４０】
この実施例では、コーナーキューブ７１を無回転の状態でトラッキング運動させることにより、被加工面７１ｂの平面度６３２．８／２０（ナノメータ）を得た。但し、リングポリシャ盤５の回転数ｎ０は２ｒｐｍ、トラッキング振動数ｎＴは３往復／分、トラッキング幅（往復振幅）ａは±３０ｍｍ、リングポリシャ盤５の回転中心Ｏｐから往復中心までの距離ｙ０は２７５ｍｍ、輪帯幅は２５０ｍｍ、コーナーキューブ７１の被加工面７１ｂの形状は扇形で、各辺の長さは約４４ｍｍである。この実施例３では、無回転状態でのトラッキング運動による研磨のため、実施例１と同様に相対速度分布が円錐面状となるが、リングポリシャ盤５の輪帯幅に対して被加工面７１ｂの面積が小さいので、その影響はほとんど無視できた。
【００４１】
なお、この実施例では、図示を略すポンプを用いてワーキングダム３に研磨液を研磨を循環させて行った。
【００４２】
次に、コーナキューブ７１の角度修正について説明する。
【００４３】
図１０に示すように、コーナキューブ７１では、その静止状態で、その背面７１ａから前面７１ｃに向かうに伴って被加工面７１ｂに加わる自重による圧力分布ｆｐは小さくなる。この圧力分布ｆｐを調節することにより、コーナキューブ７１の直角度誤差を修正可能である。
【００４４】
図９に示すように、被加工面７１ｂとリングポリシャ盤５との間に生じる摩擦力Ｆは、リングポリシャ盤５の回転方向Ｅに接する接線方向ｔａｎに生じる。この摩擦力Ｆは摩擦力分解調整基板６７を調節することによりコーナキューブ７１の保持方向に分解され、その大きさはそれぞれＦ・ｃｏｓθ、Ｆ・ｓｉｎθである。従って、コーナキューブ７１の背面には坑力ｆａ、ｆｒが加わる。この坑力ｆａ、ｆｒは図１１に示すように高さｈの箇所に作用し、被加工面７１ｂの中立軸ＣＴを中心にコーナキューブ７１に回転モーメントＭｆを発生させる。高さｈが十分に小さい場合には、被加工面７１ｂに対して背面７１ａがプレストンの経験則により鈍角となる傾向があるが、回転モーメントＭｆは被加工面７１ｂに対して背面７１ａが鋭角となる傾向を誘発するので、高さｈを調節することにより被加工面７１ｂに対する背面７１ａの直角度を研磨により修正することが可能である。なお、リングポリシャ盤５の半径方向には円周速度差が僅かに存在し、減耗量に勾配があり、半径方向内側に存在する保持板６８に当接する背面７１ａが鋭角となる傾向が他の背面７１ａに較べて大きいため、摩擦力分解調整はこの点を考慮して行う。
【００４５】
図１２はその高さ調節機構の一例を示し、この図１２では、摩擦力調整分解基板６７にはボルト部材７６が植設されている。このボルト部材７６には保持板６８、６９が挿通されている。保持板６８、６９の厚さ方向両側にはナット７７、７８がボルト部材７６に螺合されて設けられており、このナット７７、７８による締め付け位置を調節することにより、高さｈが調節される。
【００４６】
この図１２に示す高さ調節機構を用い、口径６０ｍｍのコーナキューブ７１の角度誤差不良品を研磨したところ、直角度０．５秒のものを得ることができた。但し、
リングポリシャ盤５の回転数ｎ０は２ｒｐｍ、トラッキング振動数ｎＴは３往復／分、トラッキング幅（往復振幅）ａは±３０ｍｍ、リングポリシャ盤５の回転中心Ｏｐから往復中心までの距離ｙ０は２７５ｍｍの条件で研磨を行った。
【００４７】
図１３はその高さ調節機構の他の例を示し、この図１３では、摩擦力調整分解基板６７にはその前部に一対の起立板部７９が設けられている。この一対の起立板部７９にはヒンジピン８０が掛け渡されている。このヒンジピン８０には揺動可能に保持板６８、６９が支承されている。この保持板６８、６９の先端には当接部６８ａ（６９ａ）と当接部６８ｂ（６９ｂ）とが高さ方向に間隔を開けて設けられている。保持板６８、６９の後端部には球座８１が設けられている。摩擦力調整分解基板６７の後部にはコラム８２が設けられ、このコラム８２の上部には取り付け板８３が設けられている。この取り付け板８３にはマイクロメータヘッド８４が固定されている。このマイクロメータヘッド８４のアンビル８５の先端は球座８１に当接されている。コラム８２と保持板６８、６９には係止ピン８６、８７が設けられ、この係止ピン８６、８７には引っ張りコイルバネ８８が掛け渡されている。保持板６８、６９はこの引っ張りコイルバネ８８によりその球座８１がアンビル８５の先端に当接する方向に回動付勢されている。ここで、アンビル８５の突き出し量を調整することにより、保持板６８、６９の傾きを調整でき、被加工面７１ｂに対する背面７１ａの直角度が鋭角の時には当接部６８ａ（６９ａ）が背面７１ａに作用し、鈍角の時には当接部６８ｂ（６９ｂ）が作用するので、自動的に被加工面７１ｂに対する背面７１ａの直角度誤差を所定の範囲に誘導することができることになる。
【００４８】
【実施例４】
図１４〜図１６はコーナキューブ７１をダブルクランク機構８８に保持させて、円弧周回型のトラッキング運動を行わせるように構成した実施例を示し、図１４〜図１６において、８９は駆動リングである。この駆動リング８９には、図１６に示すようにその外周に摺接保持ローラ９０が設けられ、駆動ローラ９１により回転中心Ｏ３を中心に回転するようにされている。駆動リング８９の内壁には半径方向に向かって延びるブラケット９２がネジ止め固定されている。このブラケット９２は駆動リング８９の周回り方向４箇所に９０度毎に設けられている。このブラケット９２には吊棒９３が設けられ、この吊棒９３の下端部には取り付け円形基板９４が固定されている。この円形基板９４の上部にはベアリング９５、ベアリングケース９６がベアリング押え板９７と固定ネジ９８とにより固定されている。ベアリング９５にはシャフト９９が固定されている。シャフト９９の本数Ｎは、リングポリシャ盤５の輪帯幅Ｑとコーナキューブ７１の大きさとから決定されるピッチ円直径を等分することにより求められ、ここでは、シャフト９９の本数Ｎは８とされている。このシャフト９９の下部には吊棒１００が設けられ、この吊棒１００には直角Ｖ形の保持板１０１がネジ１０２により固定されている。この保持板１０１はコーナキューブ７１の背面７１ａに当接される。シャフト９９の上部にはネジ１０３により方位規制継手盤１０４が固定されている。この方位規制継手盤１０４の上部にはクランク円板１０５がネジ１０６により固定されている。このクランク円板１０５は保持板１０１の張り出し方向と逆方向に向かって張り出されている。このクランク円板１０５の上方には方位安定リング板１０７が設けられている。この方位安定リング板１０７には、滑り軸受１０８が設けられ、この滑り軸受１０８にはクランク円板１０５に設けられたヒンジピン１０９が嵌合されている。
【００４９】
この方位安定リング板１０７には位置規制プーリ１１０が摺接され、ここでは、方位安定リング板１０７が左側に寄せられ、保持板１０７が右側を向くようにセットされている。駆動リング８９を図１６に矢印で示す方向に回転させると共に、リングポリシャ盤５を矢印方向に回転させると、コーナキューブ７１はリングポリシャ盤５に対する方位（姿勢）を変えずに円弧軌跡を描きながら、リングポリシャ盤５の半径方向に周回し、トラッキング運動を行うことになる。なお、コーナキューブ７１はリングポリシャ盤５の回転により保持板１０１に自動的に整合され、この保持板１０１の向きはプーリ１１０の位置を調節することにより調節できる。
【００５０】
この実施例によれば、８個のコーナキューブ７１について、その平面度として、６３２．８／２０（ナノメータ）を得た。
【００５１】
但し、リングポリシャ盤５の回転数ｎ０は２ｒｐｍ、トラッキング振動数ｎＴは３往復／分、トラッキング幅（往復振幅）ａは±８５ｍｍ、コーナーキューブ７１の被加工面７１ｂの形状は扇形で、口径は約６０ｍｍである。なお、この実施例では、図示を略すポンプを用いてワーキングダム３に研磨液を研磨を循環させて行った。
【００５２】
【発明の効果】
（１）請求項１ないし請求項３に記載の研磨方法では、被加工物の長さ寸法が輪帯幅よりも大きい場合でも、所望の平面度を確保できる。
例えば、アスペクト比が１：８以上の長方形（棒状）の被加工物の場合、リングポリシャ盤の輪帯幅の１．２倍の長さのもので、平面度λ／２０程度を得ることができた。
また、転がりモーメント（回転モーメント）を利用して研磨するので、被加工面に対して傾斜面を有するコーナーキューブ等のプリズム状の被加工物について、当接部の高さを変更することにより、容易に任意の圧力分布を与えることができ、また、過大な偏加重を必要としないので、リングポリシャ盤の形状損壊を抑制する効果を奏する。
更に、ノンブロッキング状態で被加工物の角度誤差を修正しながら研磨できるので、コンタクトブロックによる接着工程を省略でき、コンタクトブロックによる研磨方法により角度誤差不良品となった被加工物を、ブロッキング工程に戻さないで修正でき、総じて被加工面に対する直角度の修正作業を容易かつ迅速に行うことができる。
（２）請求項４ないし請求項６に記載の研磨装置によれば、角度誤差を修正しながら研磨できるので、直角度誤差の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる被加工物の研磨方法に使用する研磨装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すワーキングユニットとは別の構成のワーキングユニットを示す斜視図である。
【図３】図２に示すワーキングユニットの要部構成を示す平面図である。
【図４】図２に示す被加工物保持板と被加工物との関係を示す斜視図である。
【図５】本発明に係わる研磨方法の原理を説明するための説明図である。
【図６】アスペクト比の大きな被加工物を被加工物保持板にセットする状態を示す斜視図である。
【図７】本発明に係わる中間プレートの他の形状を示す斜視図である。
【図８】本発明に係わるワーキングユニットの更に他の構成を示す斜視図である。
【図９】図８のブラケットと摩擦力分解調整基板と保持板とを説明するための平面図である。
【図１０】静止状態で被加工物の被加工面に加わる圧力分布の説明図である。
【図１１】被加工物の背面に転がりモーメントを加えた場合の圧力分布の説明図である。
【図１２】本発明に係わる高さ調節機構の一例を示す側面図である。
【図１３】本発明に係わる高さ調節機構の他の例を示す側面図である。
【図１４】被加工物の多数個保持機構の一例を示す部分断面平面図である。
【図１５】図１４に示す多数個保持機構の部分断面側面図である。
【図１６】図１４に示す多数個保持機構の作用を説明するための図である。
【符号の説明】
１…研磨装置
５…リングポリシャ盤
５ａ…リングポリシャ面
５ｂ…輪帯領域
２４…往復基板
３９…被加工物保持板
４２…被加工物
４２ａ…被加工面[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method of polishing a workpiece and an improvement of the polishing apparatus, and more particularly to a polishing method suitable for application to polishing of optical components and a polishing apparatus thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various methods and apparatuses are known as a workpiece polishing method and its polishing apparatus.
[0003]
For example,
(1) A workpiece holding plate is provided in the work ring, and with the workpiece set on the workpiece holding plate, the workpiece polishing surface is brought into contact with the ring polisher surface of the ring polisher, Rotate the ring polisher and rotate the workpiece integrally with the workpiece holding plate at the same rotational speed as the ring polisher (hereinafter referred to as “synchronously rotating the workpiece”). There has been known a polishing method and a polishing apparatus in which the flatness and surface accuracy of a ring polisher surface are accurately transferred to a surface to be processed by uniformizing the relative velocity distribution.
[0004]
(2) A work holding plate is provided in the work ring. With the work set on the work holding plate, the work surface of the work is brought into contact with the ring polisher surface of the ring polisher. The ring polisher is rotated and the workpiece is rotated along the direction of rotation of the ring polisher by the friction force generated between the workpiece and the ring polisher when the ring polisher is rotated. A polishing method and a polishing apparatus for polishing a workpiece surface are also known.
[0005]
(3) Further, the polishing apparatus includes a device for applying vibration to the workpiece for the purpose of improving the polishing surface accuracy of the workpiece surface, a polishing device for polishing the workpiece by NC control, etc. An oscillating polishing apparatus that performs polishing by swinging a workpiece, and a polishing apparatus that performs polishing by sandwiching a holding plate holding a workpiece between upper and lower turntables and applying a reciprocating motion are also known. ing.
[0006]
(4) In polishing an optical component as a workpiece, as a polishing method for correcting an angle error of a planar optical component in particular, a partial load is applied to the back side of a portion of the processing surface to be more worn and linear pressure is applied. A method of performing polishing while adjusting the inclination of the distribution and correcting the angle error is known.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventionally known workpiece polishing method and polishing apparatus according to (1), the length of the workpiece that can be polished depends on the width of the ring zone used as the polishing region of the ring polisher. If limited and the zone width is within 1/3 of the outer shape of the ring polisher, a predetermined flatness (eg, λ / 20 = 632.8 / 20 (nanometer), where λ is a He-Ne laser However, when the zone width is larger than 1/3 of the outer shape of the ring polisher, the work surface of the workpiece protrudes from the zone region, and both longitudinal ends of the workpiece Since the time required for the part of the work surface located in contact with the ring zone area to be short compared to other intermediate points is relatively long at both longitudinal ends of the work piece, It is generally said that flatness decreases.
[0008]
Further, in the workpiece polishing method and polishing apparatus described in (2), an abrasive guide groove is formed on the ring polisher surface of the ring polisher, and at the location of the ring polisher where the abrasive guide groove is formed. The work surface of the work piece is in non-contact with the ring polisher, and there is a difference in the contact time between each part of the work surface and the ring polisher, and the work surface of the work piece is concentric. Swelling is essentially generated.
[0009]
Planar optical components as workpieces include prism-like workpieces such as corner cubes. On the ring polisher surface of a ring polisher, the side surfaces of these arbitrary workpiece surfaces are inclined surfaces, In the conventional polishing method that rotates, there is always an opportunity for the inclined surface to contact the workpiece holding plate, and a pressure component that pressurizes the workpiece in the vertical direction according to the inclination is generated at the contact point. Surfaces are staggered, causing flatness to deteriorate.
[0010]
Further, in the conventional polishing method and polishing apparatus, when correcting the angular error of the workpiece, a method of applying a partial load to the back surface of the workpiece in a portion that requires more wear has been adopted. There is a problem that the pressure pressure is applied more than necessary and the shape of the ring polisher is severely damaged.
[0011]
Furthermore, in the case of a prism-like workpiece such as a corner cube, in order to obtain a squareness of 1 sec or less as an angle error, adhesion by a contact block is essential, and there is a disadvantage that it takes time to prepare for angle correction. .
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object thereof is to polish a workpiece having a dimension in the longitudinal direction longer than the ring zone width while ensuring its flatness. An object is to provide a polishing method and a polishing apparatus for a workpiece.
[0013]
A second object of the present invention is to provide a workpiece polishing method and polishing apparatus capable of reducing the waviness appearing on the workpiece surface due to the abrasive guide grooves formed in the ring polisher as much as possible. It is to provide.
[0014]
A third object of the present invention is to provide a polishing method for a workpiece capable of preventing flattening of the workpiece surface and preventing flattening as much as possible even when the workpiece is an optical component having an inclined surface. It is to provide a polishing apparatus.
[0015]
A fourth object of the present invention is to provide a workpiece that can obtain a squareness of 1 sec or less as an angle error without applying an extra correction weight in a non-blocking state by applying a rotational moment to the back surface of the workpiece. A polishing method and a polishing apparatus are provided.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The polishing method of the workpiece according to claim 1, set to regulate the orientation of the workpiece to the workpiece holding plate is brought into contact with the processing surface of the workpiece to the ring polisher surface of the ring polisher Release , While rotating the ring polisher disk, the work piece is tracking-moved in a direction crossing the rotation direction of the polisher disk in a non-rotating state and in a state where the posture is maintained in a fixed orientation, and the work holding plate is moved to the work holding plate. By providing an abutting portion that abuts on the back surface of the workpiece and provides a drag in a direction against the frictional force component applied to the workpiece, and adjusting the height of the corresponding portion from the polisher board Polishing is performed while correcting the perpendicularity of the back surface of the workpiece with respect to the processing surface.
The workpiece polishing method according to claim 2 , wherein the workpiece holding plate is swingably supported on the substrate, and the abutting portions are located at two locations on the upper lower side in the height direction from the polisher board. Is provided at the tip of the workpiece holding plate with a gap in between, and when the perpendicularity of the back surface with respect to the processing surface of the processing portion is an acute angle, the lower contact portion abuts and acts, When the perpendicularity of the back surface with respect to the processing surface of the part is obtuse, the upper contact portion abuts and acts to induce a perpendicularity error of the back surface with respect to the processing surface to a predetermined range, thereby holding the workpiece. Polishing is performed while adjusting the inclination of the plate.
The workpiece polishing apparatus according to claim 3, wherein a workpiece is held by a ring polisher board that is slidably contacted with a workpiece surface of the workpiece, and a workpiece holding device that regulates the posture of the workpiece and holds the workpiece. A plate, a reciprocating drive mechanism for reciprocatingly driving the workpiece holding plate in the tracking direction, and a frictional force component applied to the workpiece by contacting the workpiece holding plate against the back surface of the workpiece. A contact portion that provides an effect in the direction to be polished, and by adjusting the height of the contact portion from the polisher board, polishing while correcting the perpendicularity of the back surface with respect to the processing surface of the workpiece It is structured.
The apparatus for polishing a workpiece according to a fourth aspect is characterized in that the contact portion is provided at an interval in a height direction from the polisher board.
The workpiece polishing apparatus according to claim 5 , wherein the workpiece holding plate is swingably supported on the substrate, and the abutting portions are located at two locations on the upper lower side in the height direction from the polisher board. Is provided at the tip of the workpiece holding plate with a gap in between, and when the perpendicularity of the back surface with respect to the processing surface of the processing portion is an acute angle, the lower contact portion abuts and acts, When the perpendicularity of the back surface with respect to the processing surface of the part is obtuse, the upper contact portion abuts and acts to induce a perpendicularity error of the back surface with respect to the processing surface to a predetermined range, thereby holding the workpiece. Polishing is performed while adjusting the inclination of the plate.
The workpiece polishing apparatus according to claim 6 is characterized in that a plurality of workpieces are held on the workpiece holding plate.
[0021]
[Action]
According to the polishing apparatus of the first to third aspects, the workpiece is reciprocated in the tracking direction in a state where the posture of the workpiece is maintained in a fixed direction and in a non-rotating state. In addition, according to the polishing apparatus described in claims 4 to 6, the squareness error can be reduced.
[0022]
【Example】
Example 1
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a polishing apparatus used in the method for polishing a workpiece of the present invention, and 1 shows the polishing apparatus. Here, the polishing apparatus 1 is a liquid type. The polishing apparatus 1 includes a support base 2, a working dam 3 as a cylindrical container, a milling unit 4, a ring polisher board (also called a turntable) 5, a working unit 6, a truing unit 7, and a correction tool. 8 and an operation panel 9. A polishing liquid is stored in the working dam 3. A predetermined shape of abrasive guide groove (not shown) is formed on the upper surface of the ring polisher 5. The operation panel 9 plays a role of controlling the rotational speed of the ring polisher board 5, the working unit 6, the correction tool 8 and other controls, and monitoring the polishing apparatus 1. The working unit 6 is detachably and replaceably attached to the attachment plate 10.
[0023]
FIG. 2 is a perspective view showing a working unit 11 of a type different from the working unit 6. The working unit 11 has a unit substrate 12. A drive motor 13 is attached to the lower part of the unit substrate 12. A rotation support plate 14 is provided on the front side of the unit substrate 12. An arc groove 15 is formed in the rotation support plate 14. The rotation support plate 14 is rotatable within a range of angles formed by the arc groove 15 with respect to the center of rotation (not shown). Reference numeral 16 denotes a presser screw for fixing the rotation support plate 14 to the unit substrate 12 at a predetermined angular position. A safety cover 17 is provided on the rear side of the upper portion of the unit substrate 12. In the safety cover 17, there are provided a driving pulley and a driven pulley (not shown), and a timing belt that is stretched between the driving pulley and the driven pulley. The drive pulley is directly connected to the output shaft of the drive motor 13. The safety cover 17 is provided with a driven shaft 18. A driven pulley is attached to the lower portion of the driven shaft 18, and the rotation of the drive motor 13 is transmitted to the driven shaft 18 via the drive pulley, the driven pulley, and the timing belt. It is like that. A grooved member 19 that functions as a crank member is attached to the driven shaft 18. Reference numeral 20 denotes a guide groove of the grooved member 19. A turntable 21 is rotatably provided in the guide groove 20. The turntable 21 is positioned and fixed so as to be rotatable at a predetermined distance from the driven shaft 18 in the direction in which the guide groove 20 extends. The distance of the turntable 21 from the driven shaft 18 can be adjusted by shifting the turntable 21 in the direction in which the guide groove 20 extends. A guide member 22 is provided on the top of the turntable 21. The guide member 22 has a role of guiding the connecting rod 23 in a slidable manner.
[0024]
A reciprocating substrate 24 is provided on the rotation support plate 14. A linear guide member 25 is provided below the reciprocating substrate 24. The linear guide member 25 is slidably fitted to a guide member 26 provided on the upper portion of the rotation support plate 14. A bracket plate 27 is provided at the rear end of the reciprocating substrate 24. The bracket plate 27 has a fixed plate portion 28 and an upright plate portion 29. As shown in FIG. 3, a guide groove 30 extending in the direction of the reciprocating substrate 24 is formed in the fixed plate portion 28. The bracket plate 27 is fixed to the reciprocating substrate 24 by a presser screw 31, and the attachment position of the bracket plate 27 to the reciprocating substrate 24 can be adjusted by moving the bracket plate 27 along the guide groove 30. A mounting portion 32 is formed on the upright plate portion 29, and one end portion of the connecting rod 23 is fixed to the mounting portion 32, and the other end portion of the connecting rod 23 is inserted through the through hole of the guide member 22. As shown in FIG. 3, when the grooved member 19 is rotated in the direction of arrow A, for example, about the axis O of the driven shaft, the turntable 21 rotates in the direction of arrow B, and accordingly the connecting rod 23 Moves relative to the guide member 22 in the direction of arrow C, the rotational motion is converted into a linear motion, and the reciprocating substrate 24 is linearly reciprocated in the direction of arrow DD.
[0025]
A safety cover 33 is provided at the tip of the reciprocating substrate 24. A drive motor 34 is fixed to the rear end portion of the safety cover 33. A driving pulley, a driven pulley, and a timing belt (not shown) are provided inside the safety cover 33. The drive pulley is directly connected to the output shaft of the drive motor 34, the driven pulley is fixed to a driven shaft 35 provided in the safety cover, and the timing belt is stretched between the drive pulley and the driven pulley. The driven shaft 35 is provided with a drive mechanism 36. The drive mechanism 36 is generally composed of a cross mounting plate 37, an intermediate plate 38, and a workpiece holding plate 39. The cross mounting plate 37 is fixed to the driven shaft 35. The intermediate plate 38 is attached to the cross attachment plate 37 via the connecting rod 40. The workpiece holding plate 39 has a workpiece holding groove 41 as shown in FIG. A workpiece 42 is set in the workpiece holding groove 41 with the workpiece surface 42a facing downward. Here, the height of the workpiece holding plate 39 from the ring polisher 5 is adjusted by four adjusting rods 43. Here, the height is set to 1 to 2 mm from the ring polisher surface 5a of the ring polisher board 5. A rotation speed detection sensor 44 is provided below the safety cover 33, and the rotation speed detection sensor 44 serves to detect the rotation speed of the driver mechanism 36 by detecting the rotation speed of the timing belt.
[0026]
The workpiece 42 is set in such a manner that its posture is regulated by the workpiece holding plate 39, and the workpiece 42 is not rotated while rotating the ring polisher 5, and the direction intersecting the rotation direction E of the ring polisher 5 is intersected. The surface 42a of the workpiece 42 is polished by the tracking motion (the motion of reciprocating the reciprocating substrate 24 in the direction of arrow DD). The amplitude of the tracking motion of the workpiece 42 (the maximum amplitude of the reciprocating substrate 24) can be changed by adjusting the position of the turntable 21 with respect to the guide groove 20. In addition, the zone region 5b in which the workpiece surface 42a of the workpiece 42 is slidably contacted can be changed as appropriate by changing the attachment location of the bracket plate 27 to the reciprocating substrate 24. The relative orientation of the workpiece 42 with respect to the ring polisher 5 is selected by adjusting the rotation angle of the driver mechanism 36.
[0027]
According to the first embodiment, the workpiece 42 is polished by applying a tracking motion while maintaining the posture of the workpiece 42 in a fixed orientation, and the workpiece 42 is rotated synchronously with the ring polisher 5 while performing the tracking motion. This makes it easy to select a polishing method.
[0028]
Next, a specific example will be described.
[0029]
In general, in a polishing process using loose abrasive grains, Preston's rule of thumb is used as a technique for estimating the wear state of a workpiece. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining Preston's empirical rule. Here, the amount of wear of the workpiece is Δh (μm), the proportionality coefficient is η (μm / Pa · mm), and the processing pressure is P (Pa ), When the relative speed is V (mm / sec) and the processing time is Δt (sec),
Δh = η · P · V · Δt
Q is the zone width, D is the tracking direction of the workpiece 42 (radial direction of the ring polisher machine 5), X and Y are relative coordinate axes with respect to the rotation center Op of the ring polisher machine 5, Z is the height coordinate axis, Cn is the distance from the rotation center Op of the ring polishing machine 5 to the machining center of the workpiece 42, ω ₀ is the rotation angular velocity of the ring polishing machine 5, and ω ₀ ′ is the rotation angular velocity of the workpiece 42. The relative velocity V is set so that the rotational angular velocity ω ₀ of the ring polisher 5 and the rotational angular velocity ω ₀ ′ of the workpiece 42 are the same (also referred to as synchronizing the rotation of the workpiece 42 with the rotation of the ring polisher 5). ), The relative speed V can be made constant (V = Cn · ω ₀ ) in the entire region of the work surface 42. The processing pressure P is constant when the ring polisher surface 5a of the ring polisher board 5 is flat and the thickness of the workpiece 42 is uniform. Further, as long as the workpiece 42 does not protrude from the ring polisher 5, the machining time Δt is constant in the entire area of the workpiece surface 42a.
[0030]
In principle, if the workpiece 42 is set and polished so as to satisfy this condition, the flatness of the workpiece surface 42a can be satisfactorily polished. However, as shown in FIG. Some objects have large aspect ratios, and in particular, parallel plane optical parts have aspect ratios of 1: 8 or more. While the rectangular parallelepiped work piece 42 is rotated synchronously, If polishing is performed, the work surface 42a of the work piece 42 'protrudes from the annular zone 5b, and the positions of the work surface 42' located at both ends in the longitudinal direction of the work piece 42 'are in other intermediate places. In comparison, since the time for contacting the annular zone 5b is insufficient, both end portions in the longitudinal direction of the workpiece 42 'are warped relatively, and the flatness of the workpiece surface 42'a is lowered.
[0031]
Here, the zone width Q of the zone region 5b is set to 250 mm (Q = D / 3). Further, the length dimension L of the work piece 42 ′ is set to L = 1.2 · Q = 300 mm. The longitudinal direction of the workpiece 42 ′ is a tangential direction in contact with the rotational direction of the ring polisher 5, and the workpiece 42 ′ is processed in a tracking direction (here, the radial direction of the ring polisher 5; DD direction) perpendicular to the tangential direction. The object 42 'was reciprocated. Here, the rotation speed n0 of the ring polisher 5 is 2 rpm, the tracking frequency nT is 3 reciprocations / minute, the reciprocation amplitude a is ± 55 mm, and the distance y0 from the rotation center Op to the reciprocation center of the ring polisher 5 is 275 mm. .
[0032]
Under this set condition, when the workpiece 42 ′ is in a non-rotating state (with the posture with respect to the ring polisher 5 maintained constant), the workpiece 42 ′ is reciprocated in the radial direction, the relative speed V is It is not constant at each part of the work surface 42 ′ a, and exhibits a conical speed distribution with the rotation center Op of the ring polisher 5 as a vertex.
[0033]
This velocity distribution is represented by the following equation.
[0034]
V = (x ² + y ² ) ^1/2 · ω ₀
Therefore, it is estimated from Preston's rule of thumb that the shape of the work surface 42'a of the work piece 42 'is a shape obtained by cutting a part of the convex conical surface from the Z axis. The curved shape component (Zxy) of the machining surface 42'a can be eliminated by making the curvature of the ring polisher 5 slightly convex and reciprocating the workpiece 42 'on the outer peripheral side of the annular zone 5b. Further, the asymmetric component with respect to the y-axis of the workpiece 42 'is eliminated in order to reciprocate the workpiece 42' in the radial direction, and the asymmetric component with respect to the parallel axis x 'parallel to the x-axis is eliminated. Since the width L ′ of 42 ′ is relatively small compared to the length L of the workpiece 42 ′, it can be ignored.
[0035]
By the polishing method and apparatus of the first embodiment, 632.8 / 20 (nanometer) is obtained as the flatness of the workpiece 42 ′ having the length L that is 1.2 times the ring zone width Q of the ring polisher 5. I was able to get it. In the case of the polishing method by the conventional synchronous rotation method, the flatness was about 632.8 / 8 (nanometer).
[0036]
(Example 2)
FIG. 7 shows another configuration of the intermediate plate 38 of the drive mechanism 36 according to the present invention, and this intermediate plate 38 is attached to the cross mounting plate 37 via the connecting rod 40. A cross-shaped guide groove 43 is formed in the intermediate plate 38. A crank-type holding rod 44 is attached to the lower part of the intermediate plate 38. Here, the crank-shaped holding rod 44 serves to hold the disk-shaped workpiece 45 on its peripheral surface 45b. The center O2 of the workpiece 45 and the center O1 of the intermediate plate 38 (center of the driven shaft 35) are eccentric. The crank-shaped holding rod 44 is moved along the guide groove 43 so that a workpiece 45 having a different diameter can be held.
[0037]
If this intermediate plate 38 is used to rotate the intermediate plate 38 synchronously with the ring polisher 5 while giving a reciprocating motion in the tracking direction to the workpiece 45, the relative velocity distribution fluctuates periodically. The uniformity of the relative velocity distribution is preserved in the entire region of the processing surface 45a, and the relative locus drawn by the workpiece 45 with respect to the ring polisher 5 becomes complicated. The swell component due to the groove is relaxed.
[0038]
As an example, a workpiece 45 having a diameter of 100 mm, a rotation speed n0 of the ring polisher 5 is 2 rpm, a tracking frequency nT is 0.7 reciprocations / minute, a reciprocation amplitude a is ± 55 mm, and the center of rotation of the ring polisher 5 When polishing was performed with the distance y0 from Op to the center of reciprocation being 250 mm and the amount of eccentricity δ = 30 mm, 632.8 / (70 to 100) (nanometers) could be obtained as the flatness of the work surface 45a. In the case of the polishing method by the conventional synchronous rotation method, the flatness is about 632.8 / (70 to 80) (nanometer), and the waviness is conspicuous.
[0039]
[Example 3]
FIG. 8 shows a perspective view of another embodiment of the working unit 7. The working unit 7 has a unit substrate 46. A guide member 47 is provided on the unit substrate 46. A reciprocating substrate 49 is slidably provided on the guide member 47 via a guide member 48. A slide plate 50 is provided at the rear end of the reciprocating substrate 49. A bracket 51 is provided at the tip of the reciprocating substrate 49. An attachment frame 52 is provided on the unit substrate 46, an attachment plate 53 (not shown) is provided above the attachment frame 52, and a drive motor 54 is provided below the attachment plate 53. A safety cover 55 is provided on the top of the mounting plate 53. A driving pulley, a driven pulley, and a timing belt (not shown) are provided inside the safety cover 55. The drive pulley is attached to the output shaft of the drive motor 54, and the driven pulley is directly connected to a spindle (not shown) integrated with the bearing case 56. A crank member 57 is provided at the tip of the spindle. The crank member 57 is provided with a long hole 58. Reference numeral 59 denotes a hinge pin for fixing the crank member 57 to the reciprocating substrate 49. A long hole 60 is provided in the bracket 51, and the bracket 51 is fixed to the reciprocating substrate 49 by a press screw 61. The tip of the bracket 51 is bent downward, and a bracket 62 is provided at the bent portion. The bracket 62 includes an upright mounting plate portion 63 and a horizontal plate portion 64. The upright mounting plate portion 63 is provided with a long hole 65 extending in the vertical direction, and the bracket 62 is adjusted in height by adjusting a tightening portion of the long hole 65 with a presser screw 66, and a holding plate and a ring polisher which will be described later. 5 is adjusted within a range of 1 mm to 5 mm. A frictional force decomposition adjustment substrate 67 is attached to the horizontal plate portion 64 as shown in an enlarged view in FIG. Holding plates 68 and 69 are attached to the decomposition adjustment substrate 67 by screw members 70. Here, the workpiece is a corner cube 71, and the holding plate 68 and the holding plate 69 are arranged orthogonal to each other and face the back surface 71a of the corner cube 71 shown in FIGS. Abutting portions 68 a and 69 a that abut against the rear surface 71 a of the corner cube 71 are formed below the holding plates 68 and 69. Arc grooves 72 and 73 are formed in the frictional force resolution adjusting substrate 67. 74 and 75 are pressing screws for the arc groove. The horizontal plate portion 64 is provided with an angle scale 76. When the ring polisher 5 is rotated in the direction of arrow E, the corner cube 71 is pressed against the holding plates 68 and 69 by the frictional force generated between the work surface 71b and the ring polisher 5, and the corner cube 71 is held. The plates 68 and 69 are held in alignment. An arc groove 77 is formed in the unit substrate 46, and the tracking movement direction can be adjusted in the same manner as in the first embodiment by adjusting the position where the arc groove 77 is pressed by the press screw 78. Further, the amplitude of the tracking motion can be adjusted in the same manner as in the first embodiment by shifting the position of the hinge pin 59 with respect to the long hole 58, and the ring zone region 5b is selected by shifting the bracket 51 along the long hole 60. It is possible to adjust the relative posture of the corner cube 71 with respect to the ring polisher 5 by shifting the frictional force decomposition adjusting substrate 67 along the arc grooves 72 and 73.
[0040]
In this example, the corner cube 71 was caused to perform a tracking motion in a non-rotating state, thereby obtaining a flatness of 632.8 / 20 (nanometer) of the work surface 71b. However, the rotation speed n0 of the ring polisher board 5 is 2 rpm, the tracking frequency nT is 3 reciprocations / minute, the tracking width (reciprocation amplitude) a is ± 30 mm, and the distance y0 from the rotation center Op to the reciprocation center of the ring polisher board 5 is The shape of the processed surface 71b of the corner cube 71 is a sector shape and the length of each side is about 44 mm. In this third embodiment, because of the polishing by the tracking motion in the non-rotating state, the relative speed distribution becomes a conical surface as in the first embodiment, but the surface 71b to be processed with respect to the ring width of the ring polisher 5 Because of the small area, the effect was almost negligible.
[0041]
In this example, the polishing liquid was circulated through the working dam 3 using a pump (not shown).
[0042]
Next, the angle correction of the corner cube 71 will be described.
[0043]
As shown in FIG. 10, in the corner cube 71, in its stationary state, the pressure distribution fp due to its own weight applied to the work surface 71b decreases from the back surface 71a toward the front surface 71c. By adjusting the pressure distribution fp, the squareness error of the corner cube 71 can be corrected.
[0044]
As shown in FIG. 9, the frictional force F generated between the work surface 71 b and the ring polisher 5 is generated in the tangential direction tan in contact with the rotation direction E of the ring polisher 5. The frictional force F is decomposed in the holding direction of the corner cube 71 by adjusting the frictional force decomposition adjusting substrate 67, and the magnitudes thereof are F · cos θ and F · sin θ, respectively. Accordingly, the mine forces fa and fr are applied to the rear surface of the corner cube 71. As shown in FIG. 11, the mine forces fa and fr act on the height h to generate a rotational moment Mf in the corner cube 71 around the neutral axis CT of the work surface 71b. When the height h is sufficiently small, the back surface 71a tends to become obtuse according to Preston's rule of thumb with respect to the work surface 71b, but the rotational moment Mf is such that the back surface 71a is acute with respect to the work surface 71b. Therefore, by adjusting the height h, it is possible to correct the squareness of the back surface 71a with respect to the processing surface 71b by polishing. Note that there is a slight difference in the circumferential speed in the radial direction of the ring polisher 5, there is a gradient in the amount of wear, and the back surface 71 a in contact with the holding plate 68 existing radially inward tends to have an acute angle. Since it is larger than the back surface 71a, the frictional force decomposition adjustment is performed in consideration of this point.
[0045]
FIG. 12 shows an example of the height adjusting mechanism. In FIG. 12, a bolt member 76 is implanted in the frictional force adjusting and disassembling substrate 67. Holding plates 68 and 69 are inserted through the bolt member 76. Nuts 77 and 78 are screwed onto the bolt members 76 on both sides in the thickness direction of the holding plates 68 and 69, and the height h is adjusted by adjusting the tightening position by the nuts 77 and 78. The
[0046]
When a corner cube 71 having a diameter of 60 mm was polished using the height adjusting mechanism shown in FIG. 12, a product having a squareness of 0.5 seconds could be obtained. However,
The rotation speed n0 of the ring polisher 5 is 2 rpm, the tracking frequency nT is 3 reciprocations / minute, the tracking width (reciprocation amplitude) a is ± 30 mm, and the distance y0 from the rotation center Op to the reciprocation center of the ring polisher 5 is 275 mm. Polishing was performed under the conditions.
[0047]
FIG. 13 shows another example of the height adjusting mechanism. In FIG. 13, the frictional force adjusting and disassembling substrate 67 is provided with a pair of upright plate portions 79 at the front thereof. A hinge pin 80 is stretched over the pair of upright plate portions 79. Holding plates 68 and 69 are supported on the hinge pin 80 so as to be swingable. At the tips of the holding plates 68 and 69, a contact portion 68a (69a) and a contact portion 68b (69b) are provided at intervals in the height direction. A ball seat 81 is provided at the rear ends of the holding plates 68 and 69. A column 82 is provided at the rear portion of the frictional force adjusting and disassembling substrate 67, and a mounting plate 83 is provided above the column 82. A micrometer head 84 is fixed to the mounting plate 83. The tip of the anvil 85 of the micrometer head 84 is in contact with the ball seat 81. The column 82 and the holding plates 68 and 69 are provided with locking pins 86 and 87, and a tension coil spring 88 is stretched over the locking pins 86 and 87. The holding plates 68 and 69 are urged to rotate in a direction in which the ball seat 81 abuts against the tip of the anvil 85 by the tension coil spring 88. Here, by adjusting the amount of protrusion of the anvil 85, the inclination of the holding plates 68 and 69 can be adjusted. When the squareness of the back surface 71a with respect to the work surface 71b is an acute angle, the contact portion 68a (69a) is placed on the back surface 71a. Since the contact portion 68b (69b) acts at an obtuse angle, the perpendicularity error of the back surface 71a with respect to the work surface 71b can be automatically guided to a predetermined range.
[0048]
[Example 4]
14 to 16 show an embodiment in which the corner cube 71 is held by the double crank mechanism 88 so as to perform an arc-circulating tracking motion. In FIGS. 14 to 16, 89 is a drive ring. . As shown in FIG. 16, the drive ring 89 is provided with a sliding contact holding roller 90 on the outer periphery thereof, and is rotated about the rotation center O 3 by the drive roller 91. A bracket 92 extending in the radial direction is fixed to the inner wall of the drive ring 89 with screws. The brackets 92 are provided at four positions in the circumferential direction of the drive ring 89 every 90 degrees. A suspension bar 93 is provided on the bracket 92, and a mounting circular substrate 94 is fixed to the lower end portion of the suspension bar 93. A bearing 95 and a bearing case 96 are fixed to the upper portion of the circular substrate 94 by a bearing pressing plate 97 and a fixing screw 98. A shaft 99 is fixed to the bearing 95. The number N of the shafts 99 is obtained by equally dividing the pitch circle diameter determined from the ring zone width Q of the ring polisher 5 and the size of the corner cube 71. Here, the number N of the shafts 99 is eight. Has been. A suspension rod 100 is provided below the shaft 99, and a right-angle V-shaped holding plate 101 is fixed to the suspension rod 100 with screws 102. The holding plate 101 is in contact with the back surface 71 a of the corner cube 71. An orientation regulating joint board 104 is fixed to the upper part of the shaft 99 by screws 103. A crank disk 105 is fixed to the upper portion of the orientation regulating joint board 104 with screws 106. The crank disk 105 is projected in the direction opposite to the direction in which the holding plate 101 projects. An orientation stabilizing ring plate 107 is provided above the crank disk 105. A sliding bearing 108 is provided on the azimuth stabilizing ring plate 107, and a hinge pin 109 provided on the crank disk 105 is fitted to the sliding bearing 108.
[0049]
A position regulating pulley 110 is slidably contacted with the azimuth stabilizing ring plate 107. Here, the azimuth stabilizing ring plate 107 is set to the left side and the holding plate 107 is set to face the right side. When the drive ring 89 is rotated in the direction indicated by the arrow in FIG. 16 and the ring polisher 5 is rotated in the direction of the arrow, the corner cube 71 draws an arc locus without changing the orientation (posture) with respect to the ring polisher 5. Rotating in the radial direction of the ring polisher board 5 to perform a tracking motion. The corner cube 71 is automatically aligned with the holding plate 101 by the rotation of the ring polisher 5, and the direction of the holding plate 101 can be adjusted by adjusting the position of the pulley 110.
[0050]
According to this example, 632.8 / 20 (nanometer) was obtained as the flatness of the eight corner cubes 71.
[0051]
However, the rotational speed n0 of the ring polisher 5 is 2 rpm, the tracking frequency nT is 3 reciprocations / minute, the tracking width (reciprocal amplitude) a is ± 85 mm, the shape of the work surface 71b of the corner cube 71 is fan-shaped, and the diameter is About 60 mm. In this example, the polishing liquid was circulated through the working dam 3 using a pump (not shown).
[0052]
【The invention's effect】
(1) In the polishing method according to claims 1 to 3, even when the length of the workpiece is greater than the annular width, can secure a desired flatness.
For example, in the case of a rectangular (bar-shaped) workpiece having an aspect ratio of 1: 8 or more, the length is 1.2 times the ring width of the ring polisher, and a flatness of about λ / 20 can be obtained. did it.
In addition, since polishing is performed using a rolling moment (rotation moment), by changing the height of the abutting portion for a prism-like workpiece such as a corner cube having an inclined surface with respect to the workpiece surface, Arbitrary pressure distribution can be easily given, and an excessive partial load is not required, so that the effect of suppressing the shape damage of the ring polisher is exhibited.
Furthermore, since the workpiece can be polished while correcting the angular error of the workpiece in a non-blocking state, the adhesion process using the contact block can be omitted, and the workpiece that has become an angle error product by the polishing method using the contact block is returned to the blocking process. It is possible to make corrections without any change, and the correction of the perpendicularity with respect to the work surface as a whole can be performed easily and quickly.
(2) According to the polishing apparatus of the fourth to sixth aspects, the polishing can be performed while correcting the angle error, so that the squareness error can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a polishing apparatus used for a workpiece polishing method according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a working unit having a configuration different from that of the working unit shown in FIG.
3 is a plan view showing a main configuration of the working unit shown in FIG. 2. FIG.
4 is a perspective view showing the relationship between the workpiece holding plate and the workpiece shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the principle of a polishing method according to the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing a state in which a workpiece having a large aspect ratio is set on a workpiece holding plate.
FIG. 7 is a perspective view showing another shape of the intermediate plate according to the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing still another configuration of the working unit according to the present invention.
FIG. 9 is a plan view for explaining the bracket, the frictional force decomposition adjusting substrate, and the holding plate of FIG. 8;
FIG. 10 is an explanatory diagram of a pressure distribution applied to a work surface of a work piece in a stationary state.
FIG. 11 is an explanatory diagram of pressure distribution when a rolling moment is applied to the back surface of the workpiece.
FIG. 12 is a side view showing an example of a height adjusting mechanism according to the present invention.
FIG. 13 is a side view showing another example of the height adjusting mechanism according to the present invention.
FIG. 14 is a partial cross-sectional plan view showing an example of a multiple-piece holding mechanism for workpieces.
15 is a partial sectional side view of the multiple holding mechanism shown in FIG. 14;
16 is a view for explaining the operation of the multiple holding mechanism shown in FIG. 14;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polishing apparatus 5 ... Ring polisher board 5a ... Ring polisher surface 5b ... Ring zone area | region 24 ... Reciprocating substrate 39 ... Workpiece holding plate 42 ... Workpiece 42a ... Workpiece surface

Claims

The workpiece holding plate is set with the workpiece posture regulated, the workpiece surface of the workpiece is brought into contact with the ring polisher surface of the ring polisher board, and the workpiece is removed while the ring polisher board is rotated. The workpiece is tracked in a direction that intersects with the direction of rotation of the polisher disk in a rotating state and in a state in which the posture is maintained in a fixed direction, and the workpiece holding plate is brought into contact with the back surface of the workpiece and the workpiece A contact portion that provides a drag force in a direction against the frictional force component applied to the workpiece is provided, and the perpendicularity of the back surface of the workpiece with respect to the work surface is corrected by adjusting the height of the contact portion from the polisher board. A method for polishing a workpiece, wherein the polishing is performed while polishing.

The workpiece holding plate is swingably supported on the substrate, and the abutting portion is spaced at two positions on the upper lower side in the height direction from the polisher board at the tip of the workpiece holding plate. Provided, when the perpendicularity of the back surface of the processed part with respect to the work surface is an acute angle, the lower contact part abuts and acts, and when the perpendicularity of the back surface of the processed part with respect to the work surface is an obtuse angle When the upper contact portion acts in contact with the workpiece, the perpendicularity error of the back surface with respect to the workpiece surface is guided to a predetermined range, and polishing is performed while adjusting the inclination of the workpiece holding plate. The method for polishing a workpiece according to claim 1 .

A ring polisher that is slidably contacted with the work surface of the work piece, a work piece holding plate that regulates the posture of the work piece and holds the work piece, and a reciprocating movement of the work piece holding plate in the tracking direction. A reciprocating drive mechanism for driving, and a contact portion that is brought into contact with the back surface of the work piece and gives a force in a direction against a frictional force component applied to the work piece on the work piece holding plate, A workpiece polishing apparatus configured to perform polishing while correcting a perpendicularity of a back surface with respect to a processing surface of the workpiece by adjusting a height of the contact portion from the polisher board .

4. The workpiece polishing apparatus according to claim 3 , wherein the contact portion is provided at an interval in a height direction from the polisher board.

The workpiece holding plate is swingably supported on the substrate, and the abutting portion is spaced at two positions on the upper lower side in the height direction from the polisher board at the tip of the workpiece holding plate. Provided, when the perpendicularity of the back surface of the processed part with respect to the work surface is an acute angle, the lower contact part abuts and acts, and when the perpendicularity of the back surface of the processed part with respect to the work surface is an obtuse angle When the upper contact portion acts in contact with the workpiece, the perpendicularity error of the back surface with respect to the workpiece surface is guided to a predetermined range, and polishing is performed while adjusting the inclination of the workpiece holding plate. The apparatus for polishing a workpiece according to claim 3 .

The workpiece polishing apparatus according to claim 3 , wherein a plurality of workpieces are held on the workpiece holding plate.