JP5093474B2 - 物体の研磨方法及び物体の研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ＩＣパッケージ等を作成する微細で異形状の金型等の物体を研磨する物体の研磨方法及び物体の研磨装置に関する。

一般に、金型の形彫は形彫放電加工によって行われているが、放電加工によって得られる面は表面粗さが大きく、加工変質層がみられることも多い。そのため、金型の面として使用するためには、後工程としてさらに研磨加工が施されることが多い。また、異形状の金型の加工には回転工具が適用できないため、もっぱら手作業での研磨が行われているのが現状である。しかし、最近は、金型の微細化が急速に進み、手作業での微細研磨が極めて困難になってきている。
そこで、従来より、金型等の物体を研磨する物体の研磨装置として、例えば、特許文献１（特開平５−１６２０６４号公報）に掲載されたものが知られている。
これは、図１５に示すように、物体１００の表面１０１と平行で互いに直角な２方向と物体１００の表面１０１に垂直な方向とに微小運動するように支持された研磨軸１１２の先端に、磁性球体１１１を回転可能に保持して研磨部１１０とし、この研磨部１１０と物体１００の表面１０１との間に研磨材を磁界により保持させ、研磨部１１０と物体１００の表面１０１とを接触させて、研磨部１１０を微小運動させることにより物体１００の表面１０１を研磨している。
研磨軸１１２及び研磨部１１０を微小運動させるアクチュエータ１２０はピエゾ素子からなり、このピエゾ素子に電圧を印加することにより、研磨軸１１２及び研磨部１１０を物体１００の表面１０１と平行で互いに直角な２方向に移動させる。これにより、研磨部１１０は円弧を描くように微小運動するようになる。また、研磨時には、研磨部１１０である磁性球体１１１が適宜に回転するようになっている。
この研磨部１１０の微小運動及び回転によって物体１００の研磨を行なうものである。

特開平５−１６２０６４号公報

しかしながら、この従来の物体の研磨装置においては、直線的な振動や楕円振動を用いて研磨を行なう際、研磨方向が一方向となるが、研磨部１１０は単純な円を描くように微小運動するので、物体１００の表面１０１に、筋状の条痕が残りやすく、研磨の仕上げ精度に劣るという問題があった。また、物体に凹所の角隅部がある場合、この角隅部の研磨が必ずしも十分に行なわれないことがあるという問題もあった。更に、これらの研磨装置が適用できる物体１００の表面１０１の形状は、円筒面、平面、円弧面といった単純形状で、研磨領域が広い場合に限られていた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、条痕が残りにくくして研磨の仕上げ精度を向上させるとともに、凹所の角隅部に対しても確実に微細な研磨を行なうことができるようにし、物体の表面を良好な仕上げ面にすることができる物体の研磨方法及び物体の研磨装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の物体の研磨方法は、研磨体を物体の表面に接触させ、該研磨体の先端の軌道がリサージュ図形を描くように微小振動させながら、該研磨体を該物体の表面に対して相対移動させて、当該物体の表面を研磨する物体の研磨方法において、上記研磨体の先端の軌道を、平面から見て８の字形状であって、正面から見て８の字の交点が上記物体に接触する頂点となるＵ字形状にした構成としている。

これにより、物体の研磨を行なうときは、研磨体を物体の表面に接触させ、研磨体を微小振動させながら研磨する。この場合、研磨体の先端が、その軌道が平面から見て８の字を描き、この８の字の交点が物体の表面に接触し、即ち、研磨体の先端の軌道がクロスを描いて物体の表面と接触する。そして、研磨体を物体の表面に対して相対移動させることにより、物体の表面に、８の字の交点（クロス）が位相をずらして連続して描かれた状態、即ち、クロスハッチが連続して付与されて研磨が行なわれるようになる。そのため、８の字の交点（クロス）で物体の表面を研磨するようになるので、物体の表面に条痕等が残りにくくなり、物体の表面を良好な仕上げ面にすることができる。また、８の字の交点（クロス）で物体の表面を研磨するようになることから、凹所の角隅部に対しても確実に微細な研磨を行なうことができるようになる。

そして、必要に応じ、上記相対移動方向を正面から見て前後方向にした構成としている。これにより、研磨領域が広くても物体の表面全てにクロスハッチを整然と確実に付与することができる。

更に、必要に応じ、上記Ｕ字形状の上記頂点を通る主軸と上記物体の表面の法線とを一致させた構成としている。これにより、物体の表面が傾斜あるいは凹凸になっていても、研磨体の先端が物体の表面に確実に接触し、そのため、微細な研磨を行なうことができる。

また、上記目的を達成するため、本発明の物体の研磨装置は、基台と、基台に設けられ物体が設置されるテーブルと、上記基台に設けられるスタンドと、上記物体の表面に接触させられる研磨体と、上記スタンドに支持され上記研磨体を保持するホルダと、上記研磨体を上記ホルダを介して微小振動させる振動手段と、該振動手段を上記研磨体の先端の軌道がリサージュ図形を描くように制御する制御手段と、上記研磨体を物体の表面に対して相対移動可能にする移動手段とを備えた物体の研磨装置において、上記制御手段を、上記研磨体の先端の軌道が、平面から見て８の字形状であって、正面から見て８の字の交点が上記物体に接触する頂点となるＵ字形状になるように上記振動手段を制御する機能を備えて構成している。

これにより、研磨を行なうときは、先ず、研磨する物体をテーブルの上に設置する。次に、研磨体を物体の表面に接触させる。この状態で、振動手段により、研磨体を微小振動させて研磨を行なう。このとき、制御手段により、研磨体の先端の軌道は、平面から見て８の字形状であって、正面から見て８の字の交点が物体に接触する頂点となるＵ字形状に制御されるので、研磨体の８の字の交点が物体の表面に接触し、即ち、研磨体の先端の軌道がクロスを描いて物体の表面と接触するようになる。そして、移動手段により、研磨体を物体の表面に対して相対移動させることによって、物体の表面に、８の字の交点（クロス）が位相をずらして連続して描かれた状態、即ち、クロスハッチが連続して付与されて研磨が行なわれるようになる。そのため、８の字の交点（クロス）で物体の表面を研磨するようになるので、物体の表面に条痕等が残りにくくなり、物体の表面を良好な仕上げ面にすることができる。また、８の字の交点（クロス）で物体の表面を研磨するようになることから、凹所の角隅部に対しても確実に微細な研磨を行なうことができるようになる。

そして、必要に応じ、上記制御手段は、上記相対移動方向を正面から見て前後方向になるよう移動手段を制御する機能を備えて構成している。これにより、研磨領域が広くても物体の表面全てにクロスハッチを整然と確実に付与することができる。

また、必要に応じ、上記振動手段を、一端がスタンドに設けた固定部材に固定され他端が上記ホルダに固定される複数の圧電アクチュエータで構成している。圧電アクチュエータなので、振動機構を簡易に構成することができる。圧電アクチュエータに電圧を印加すると、電気エネルギーは機械的エネルギーに変換され、圧電アクチュエータが伸縮して振動するようになる。圧電アクチュエータの一端は、固定部材に固定されているので他端が振動させられる。即ち、ホルダが振動させられる。ホルダの振動により、研磨体が振動させられ、物体の表面を研磨することができる。

更に、必要に応じ、上記ホルダの上記物体側に対峙する一端面側に、該ホルダの中心軸と上記研磨体の中心軸とが同軸になるように該研磨体を取付ける取付部を設け、上記圧電アクチュエータを上記ホルダの他端面側に３以上設け、各圧電アクチュエータを上記ホルダの中心軸を中心として等角度関係に対称配置し、上記各圧電アクチュエータに夫々対応してコイルスプリングを設け、該各コイルスプリングを対応する圧電アクチュエータの軸線方向に上記ホルダを引張するように一端を該ホルダに固定し他端を上記固定部材に固定した構成としている。ホルダの中心軸と研磨体の中心軸とが同軸になるように取付けることにより、研磨体を物体の研磨すべき部分に接触させやすくなる。また、圧電アクチュエータをホルダの中心軸を中心として等角度関係に対称配置したので、ホルダの支持が確実になるとともに、ホルダ全体が均等に振動し、そのため、研磨体の先端の軌道を、上述の軌道を描くように移動制御させることが容易になる。更に、コイルスプリングを、対応する圧電アクチュエータの軸線方向にホルダを引張するように設けたので、コイルスプリングが圧電アクチュエータの他端に予圧を与えることができるとともに、研磨中ほぼ一定の予圧量を保つことができる。
研磨体をホルダに対して着脱可能にした場合には、研磨体が研磨作業によって磨耗して、その先端が変形した場合、新たな研磨体と交換することができる。

そして、また、必要に応じ、上記各圧電アクチュエータを、その軸線が上記ホルダから上記固定部材に向けて拡開するように設けた構成としている。これにより、ホルダの振動付与が容易になり、振動制御を確実に行なうことができる。

また、必要に応じ、上記ホルダに保持した研磨体を物体に対して近接，離間できるように上記固定部材を上記スタンドに対し移動可能にした構成としている。これにより、研磨を行なうときは、固定部材を物体に近接させ、研磨体の先端を物体の表面に接触させれば良い。また、研磨終了後や研磨する物体を交換するとき等、研磨を行なわないときは、固定部材を物体から離間させ、研磨体の先端を物体の表面から離間させれば良い。そのため、物体に対する研磨体のセッティングを確実に行なうことができる。

更に、必要に応じ、上記移動手段を、上記テーブルを基台に対し移動可能にする支持部と、上記テーブルを基台に対し移動させる駆動部とを備えて構成としている。支持部により、テーブルは、基台の平面に対して前後左右に自由に移動可能になり、物体を研磨体に対して容易に相対移動させることができる。また、駆動部を電動モータで構成した場合は、制御が容易になる。

本発明によれば、研磨体の先端の軌道が、平面から見て８の字を描き、この８の字の交点が物体の表面に接触し、即ち、研磨体の先端の軌道がクロスを描いて物体の表面と接触し、研磨体を物体の表面に対して相対移動させることにより、物体の表面に、クロスハッチが連続して付与されて研磨が行なわれるようになる。そのため、８の字の交点（クロス）で物体の表面を研磨するようになるので、物体の表面に条痕等が残りにくくなり、物体の表面を良好な仕上げ面にすることができる。また、８の字の交点（クロス）で物体の表面を研磨するようになることから、凹所の角隅部に対しても確実に微細な研磨を行なうことができるようになる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る物体の研磨方法及び物体の研磨装置を説明する。本発明の実施の形態に係る物体の研磨方法は、本発明の物体の研磨装置によって実現されるので、本発明の物体の研磨装置の作用において説明する。

図１乃至図１０には、本発明の実施の形態に係る物体の研磨装置Ｓを示している。本研磨装置Ｓの基本的構成は、基台１０と、テーブル２０と、スタンド３０と、研磨体４０と、ホルダ５０と、振動手段６０と、制御手段７０と、移動手段８０とを備えてなる。本実施の形態において、研磨する物体１は、図１及び図２に示すように、矩形状の金型であり、その表面２に矩形状の凹所３が設けられている。

基台１０は、図１及び図１０に示すように、矩形状に形成されている。
テーブル２０は、図１及び図１０に示すように、基台１０と同型に形成され、基台１０の上部に、図１中ＸｓＹｓ平面上を移動可能に設けられている。このテーブル２０の上面２１には、物体１が設置されている。実施の形態では、テーブル２０の上面２１に円柱状の設置台２２を設け、この設置台２２の上部に物体１を設置している。

スタンド３０は、図１に示すように、基台１０の平面に対して垂直（図１中Ｚｓ軸方向）に延びて設けられている。また、このスタンド３０には、固定部材３１を介してホルダ５０及び研磨体４０が設けられている。固定部材３１は、図１及び図４に示すように、研磨体４０を物体１に対して近接，離間できるように、スタンド３０に対してＺｓ軸方向に相対移動可能に設けられている。このＺｓ軸方向の移動は、後述の移動手段８０と同様の機構により自動化できるようにしても良い。

研磨体４０は、図１，図３，図４及び図９に示すように、物体１の表面２に接触して凹所３を研磨するもので、角柱形に形成され、先端４１が平面で矩形に形成されている。この研磨体４０の先端４１及び側面４２には、砥粒４３が設けられている。尚、外部から砥粒４３を供給して研磨を行うようにしても良い。

ホルダ５０は、図１，図４乃至図６に示すように、研磨体４０を保持するものであり、物体１に対峙する一端面側５１は、円錐台状に形成され、その中心軸５２には研磨体４０を取付ける取付部５３が設けられている。実施の形態では、取付部５３は、コレットチャックで構成され、ホルダ５０の中心軸５２と研磨体４０の中心軸４４とが同軸になるように設けられている。また、実施の形態では、ホルダ５０は、図１に示すように、基台１０のＺｓ軸方向に中心軸５２の方向が沿うように、スタンド３０に固定部材３１を介して支持されている。更に、ホルダ５０の他端面側５４は、その上面が六角形に形成され、角錐台状に形成されている。

振動手段６０は、図１，図４乃至図６，図９に示すように、研磨体４０をホルダ５０を介して微小振動させるもので、圧電アクチュエータ６１で構成されている。この圧電アクチュエータ６１は、一端６２が固定部材３１の突設部５５に固定され、他端６３がホルダ５０の他端面側５４の角錐面５６に固定されて接続されている。実施の形態では、圧電アクチュエータ６１は３つ設けられ、ホルダ５０の中心軸５２を中心として等角度関係に対称配置されて、その軸線６４がホルダ５０から固定部材３１に向けて拡開するように設けられている。例えば、圧電アクチュエータ６１は、図９に示すように、各圧電アクチュエータ６１の一端６２で形成される平面を底面とし、この底面に対する圧電アクチュエータ６１の軸線６４の角度φが４５°になるように設けられている。また、研磨体４０は、その先端４１が、圧電アクチュエータ６１の軸線６４で形成される三角錐の頂点に位置するように固定されている。
圧電アクチュエータ６１の実施例として、例えば、ＮＥＣトーキン製ＡＳＢ５１０Ｃ８０１ＮＰ０（全長約７８．４ｍｍ、推奨駆動電圧ＤＣ１００Ｖ）が挙げられる。

また、この各圧電アクチュエータ６１の近傍には、夫々の圧電アクチュエータ６１に対応するコイルスプリング６５が設けられている。この各コイルスプリング６５は、図１及び図４に示すように、夫々が対応する圧電アクチュエータ６１の軸線６４方向にホルダ５０を引張するように、一端６６がホルダ５０に固定され、他端６７が固定部材３１の突設部５５に固定されている。

制御手段７０は、図１，図７乃至図９に示すように、振動手段６０を研磨体４０の先端４１の軌道がリサージュ図形を描くように制御するもので、例えば、図９に示すように、３つの圧電アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，６１ｃに対し、ＸＹＺ直交座標系を用いた場合、研磨体４０の先端４１の軌道（Ｄ_X，Ｄ_Y，Ｄ_Z）が、下記の数式を満たすようにする。ωは角速度であり、ｔは時間である。

即ち、制御手段７０は、図７（Ａ）に示すように、平面から見て８の字形状であって、図７（Ｂ）に示すように、正面から見て８の字の交点が物体に接触する頂点となるＵ字形状になり、図７（Ｃ）に示すように、側面からみると略楕円状になるように振動手段６０を制御する機能を備えて構成されている。実施の形態では、正面（図７（Ｂ））が、図１に示す基台１０のＸｓＺｓ平面に合わせて設定されている。また、この制御手段７０は、図８に示すように、研磨体４０の相対移動方向を、正面（図７（Ｂ））から見て前後方向（図１中Ｙｓ軸方向）になるように後述の移動手段８０を制御する機能を備えて構成されている。

次に、制御手段７０による制御の理論について、詳しく説明する。図９に示すように、３つの圧電アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，６１ｃに対し、ＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。
３つの圧電アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，６１ｃの長さが中立のときの研磨体４０の先端４１の位置を、ＸＹＺ直交座標系の原点（０，０，０）とする。圧電アクチュエータ６１ａと圧電アクチュエータ６１ｂとは、ＹＺ平面に対して対称の位置関係にあり、圧電アクチュエータ６１ｃの中心軸はＹＺ平面上にある。各圧電アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，６１ｃの伸縮量を夫々δ_A，δ_B，δ_Cとし、研磨体４０の先端４１の座標を（Ｄ_X，Ｄ_Y，Ｄ_Z）とすれば、各圧電アクチュエータ６１の一端６２で形成される平面を底面とし、この底面に対する圧電アクチュエータ６１の軸線６４の角度φが４５°のとき、近似的に下記の数式の関係が成立する。

次に、研磨体４０の先端４１に８の字形状の３次元振動を与えたときのδ_A，δ_B，δ_Cについて説明する。８の字形状の３次元振動の基本振動形態を（Ｄ_X，Ｄ_Y，Ｄ_Z）＝（Ｏｓｉｎωｔ，Ｎｓｉｎ２ωｔ，−Ｋｃｏｓ２ωｔ）とする。ωは角速度であり、ｔは時間である。また、Ｏ，Ｎ，Ｋは正の定数である。この基本振動形態をＸ軸の周りに角度α，Ｙ軸の周りに角度β，Ｚ軸の周りに角度γ回転させたい場合、δ_A，δ_B，δ_Cは下記の数式のように与えれば良い。

移動手段８０は、図１及び図１０に示すように、研磨体４０を物体１の表面２に対して相対移動可能にするもので、具体的には、テーブル２０を基台１０に対し、図１中ＸｓＹｓ平面上に移動可能にする支持部８１と、テーブル２０を基台１０に対し移動させる駆動部９０とを備えて構成されている。

支持部８１は、図１及び図１０に示すように、基台１０及びテーブル２０と同型の形状に形成され基台１０とテーブル２０との間に設けられるベース部材８２と、ベース部材８２を転動体（図示せず）を介して基台１０に対して一方向に移動させる第一レール８３と、テーブル２０を転動体（図示せず）を介してベース部材８２に対して上記一方向に直交する他方向に移動させる第二レール８４とを備えて構成されている。

駆動部９０は、図１及び図１０に示すように、基台１０とベース部材８２との間に設けられる第一駆動部９０ａと、テーブル２０とベース部材８２との間に設けられる第二駆動部９０ｂとを備えて構成されている。
第一駆動部９０ａは、ベース部材８２の下面に固定され基台１０の上面を第一レール８３と平行な方向に移動する第一移動部材９１ａと、第一移動部材９１ａを移動せしめる雄ネジ９２を有した第一棒状体９３ａと、第一棒状体９３ａをその軸線を回転軸として回転させる第一原動部９４ａとを備えて構成されている。第一移動部材９１ａは、その略中央部に雌ネジ９５が設けられ、この雌ネジ９５と第一棒状体９３ａとが螺合するように形成されている。
第二駆動部９０ｂは、テーブル２０の下面に固定されベース部材８２の上面を第二レール８４と平行な方向に移動する第二移動部材９１ｂと、第二移動部材９１ｂを移動せしめる雄ネジ９２を有した第二棒状体９３ｂと、第二棒状体９３ｂをその軸線を回転軸として回転させる第二原動部９４ｂとを備えて構成されている。第二移動部材９１ｂは、その略中央部に雌ネジ９５が設けられ、この雌ネジ９５と第二棒状体９３ｂとが螺合するように形成されている。

従って、この実施の形態に係る物体の研磨装置Ｓを用いて、物体１の研磨を行なうときは、以下のようにする。先ず、テーブル２０の上面２１上に設けた設置台２２に研磨する物体１を設置する。また、研磨体４０をホルダ５０の取付部５３に取付ける。取付けは、取付部５３であるコレットチャックを開き、研磨体４０を挿通して、その後コレットチャックを閉めることで行なえるので、比較的簡易に行なうことができる。

次に、固定部材３１を、スタンド３０に対して研磨体４０の先端４１が物体１の表面２に接触する位置まで移動させる。このとき、研磨体４０の先端４１と物体１の表面２に設けられた凹所３とが接触するように物体の位置の微調整を行なう。コレットチャックはホルダ５０の中心軸５２上に設けられているので、ホルダ５０の中心軸５２と研磨体４０の中心軸４４とが同軸になるように取付けることができ、そのため、研磨体４０を物体１の研磨する箇所に接触させやすくなる。研磨体４０の先端４１を研磨する箇所に接触させたら、研磨を開始する。

先ず、３つの圧電アクチュエータ６１に電圧を印加する。電圧を印加された圧電アクチュエータ６１は、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換し、伸縮して振動するようになる。圧電アクチュエータ６１の一端６２は、固定部材３１に固定されているので、他端６３に接続されているホルダ５０が振動する。また、各圧電アクチュエータ６１に対応して設けられたコイルスプリング６５により、圧電アクチュエータ６１の他端６３に予圧を与えることができるとともに、研磨中ほぼ一定の予圧量を保つことができる。

ホルダ５０が振動すると、ホルダ５０に取付けられた研磨体４０も振動するようになり、研磨体４０の先端４１及び側面４２に設けられた砥粒４３によって、物体１の凹所３が研磨される。このとき、制御手段７０によって、圧電アクチュエータ６１の伸縮具合が制御され、研磨体４０の先端４１の軌道は、平面から見て８の字形状であって、正面から見て８の字の交点が物体に接触する頂点となるＵ字形状になる。そのため、研磨を行なう際、研磨体４０の先端４１の軌道がクロスを描くように物体１の表面２と接触し、８の字の交点（クロス）で物体の表面を研磨するようになるので、物体の表面に条痕等が残りにくくなり、物体の表面を良好な仕上げ面にすることができる。

そして、研磨体４０を移動させる。この場合、例えば、研磨体４０を物体１の表面２に対して、例えば、先ず、正面（図７（Ｂ））から見て前方方向に移動させる。具体的には、第一駆動部９０ａを駆動させ、テーブル２０を基台１０に対して、一方向（図１中Ｙｓ軸方向）に移動させる。テーブル２０の移動は、先ず、第一原動部９４ａを駆動させる。第一原動部９４ａが駆動すると、第一棒状体９３ａがその軸線を回転軸として回転する。これにより、第一棒状体９３ａが螺合されて挿通されている第一移動部材９１ａが、第一レール８３と平行な方向に基台１０の上面を雄ネジ９２のピッチ分ずつ移動する。第一レール８３上を車輪が回転してベース部材８２が移動する。第一移動部材９１ａは、ベース部材８２に固定されているので、ベース部材８２が移動し、これによって、テーブル２０が移動するようになる。研磨体４０を物体１の表面２に対して、正面から見て前方方向に移動させることにより、図８に示すように、物体１の表面２に、クロスが位相をずらして連続して描かれた状態、即ち、クロスハッチを付与して研磨を行なうことができるので、物体１の表面２を良好な仕上げ面にすることができる。また、研磨体４０を物体１の表面２に対して、正面から見て左右方向に相対移動させた場合と比較して研磨領域が広くても物体の表面全てにクロスハッチを整然と確実に付与することができる。

また、本発明の物体の研磨方法は、８の字の交点（クロス）で物体の表面を研磨することから、凹所３の角隅部に対しても確実に微細な研磨を行なうことができるようになる。

研磨体４０の正面（図７（Ｂ））から見て前後方向の研磨が終了したら、研磨体４０を物体１の表面２に対して、例えば、正面（図７（Ｂ））から見て右方向に僅かに移動させる。移動は、第二駆動部９０ｂを駆動させ、テーブル２０をベース部材８２に対して一方向と直交する他方向（図１中Ｘｓ軸方向）に移動させることにより行なう。動作は、上記第一駆動部９０ａと同様である。

それから、研磨体４０を、正面（図７（Ｂ））から見て後方に向けて移動させ、上述の方法と同様に研磨を行なう。このような往復動作を繰り返して行ない、物体１の表面２に設けられた凹所３を研磨していく。

研磨が終了したならば、固定部材３１を、スタンド３０に対して研磨体４０の先端４１が物体１の表面２から離間する位置まで移動させる。そして、次に研磨する物体を、テーブル２０の上面２１に設置して、上述の方法と同様に研磨を行なう。

また、何度か研磨を行なうと、砥粒４３の減量や研磨体４０の先端４１が磨耗によって変形する等、研磨の精度が減少することがある。この場合、研磨体４０をホルダ５０の取付部５３から取り外し、新たな研磨体４０と交換することができる。研磨体４０の交換は、取付部５３であるコレットチャックを開き、研磨体４０を取外して、新たな研磨体４０を挿通し、その後コレットチャックを閉めることで行なえるので、比較的簡易に行なうことができる。

実験例

次に、上記の装置を用いて振動実験を行ない、研磨体４０の先端４１の振動を測定した。以下に、研磨体４０の先端４１の振動形態と測定結果について示す。この試験は、レーザドップラ式振動計（例えば、グラフテック社製ＡＴ００２２及びＡＴ３５００）を用いて、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の振動成分を独立に測定して実験した。各測定値を合成することによって測定結果を得るものである。

第一実験例として、目標振動として（Ｄ_X，Ｄ_Y，Ｄ_Z）＝（Ｏｓｉｎωｔ，Ｎｓｉｎ２ωｔ，−Ｋｃｏｓ２ωｔ）（Ｏ＝Ｎ＝Ｋ）を与えた。図１１は、目標振動形態を示し、（Ａ）はＸＹ平面図，（Ｂ）はＸＺ平面図，（Ｃ）はＹＺ平面図を示している。また、図１２は測定結果を示し、（Ａ）はＸＹ平面図，（Ｂ）はＸＺ平面図，（Ｃ）はＹＺ平面図を示している。
測定結果は、目標振動形態と比較してわずかに歪んでいるが、目標振動形態と略一致する結果となった。振動形態のひずみは、圧電アクチュエータのヒステリシスに起因するものと考えられる。

第二実験例として、上記の振動形態をＸ軸周りに３９．２°，Ｙ軸周りに−２４．１°，Ｚ軸周りに−６３．４°回転させて目標振動とした。図１３は、目標振動形態を示し、（Ａ）はＸＹ平面図，（Ｂ）はＸＺ平面図，（Ｃ）はＹＺ平面図を示している。また、図１４は測定結果を示し、（Ａ）はＸＹ平面図，（Ｂ）はＸＺ平面図，（Ｃ）はＹＺ平面図を示している。
測定結果は、目標振動形態と比較してわずかに歪んでいるが、目標振動形態と略一致する結果となった。

尚、上記実施の形態において、基台１０，テーブル２０，ベース部材８２を矩形状に形成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、どのような形状でも良く、適宜変更して差支えない。
また、上記実施の形態において、研磨体４０を角柱形に形成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、どのような形状でも良く、適宜変更して差支えない。
更に、上記実施の形態において、ホルダ５０を上述の形状としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、どのような形状でも良く、適宜変更して差支えない。
更にまた、上記実施の形態において、取付部５３をコレットチャックで構成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、研磨体を取付けることができれば良く、適宜変更して差支えない。

尚また、上記実施の形態において、振動手段６０を圧電アクチュエータ６１で構成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、制御手段で制御できるとともに振動しうるものであれば良く、適宜変更して差支えない。
また、上記実施の形態において、圧電アクチュエータ６１を３つ設けたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、幾つ設けても良く、適宜変更して差支えない。
更に、上記実施の形態において、圧電アクチュエータ６１を上述の配置としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、どのように配置しても良く、適宜変更して差支えない。
更にまた、上記実施の形態において、各圧電アクチュエータ６１の一端６２で形成される平面を底面とし、この底面に対する圧電アクチュエータ６１の軸線６４の角度φを４５°としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、何度でも良く、適宜変更して差支えない。

また、上記実施の形態において、コイルスプリング６５を設けたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、予圧を与えられればどのようなものでも良く、適宜変更して差支えない。また、特に設けなくても良い。
更に、上記実施の形態において、移動手段８０を上述の構成としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばハンディタイプのもの等、物体を相対移動させられれば良く、適宜変更して差支えない。
更にまた、本発明に係る物体の研磨方法において、物体１の表面２が、傾斜や凹凸状になっている場合には、Ｕ字形状の頂点を通る主軸と物体１の表面２の法線とを一致させることにより、研磨体４０の先端４１が物体１の表面２に確実に接触し、そのため、微細な研磨を行なうことができるようになる。

本発明の実施の形態に係る物体の研磨装置を示す図である。 本発明の実施の形態に係る物体の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る研磨体を示す図である。 本発明の実施の形態に係る圧電アクチュエータをホルダ及び固定部材に固定した状態で示す図である。 本発明の実施の形態に係る圧電アクチュエータをホルダに固定した状態で示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る圧電アクチュエータをホルダに固定した状態で示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る研磨体の先端の軌道を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。 本発明の実施の形態に係る研磨体の先端の軌道を示し、研磨体を正面から見て前後方向に相対移動させた状態を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御手段の制御理論を示す図である。 本発明の実施の形態に係る移動手段を示す分解斜視図である。 本発明の第一実験例に係る目標振動形態を示し、（Ａ）はＸＹ平面図，（Ｂ）はＸＺ平面図，（Ｃ）はＹＺ平面図を示す図である。 本発明の第一実験例に係る測定結果を示し、（Ａ）はＸＹ平面図，（Ｂ）はＸＺ平面図，（Ｃ）はＹＺ平面図を示す図である。 本発明の第二実験例に係る目標振動形態を示し、（Ａ）はＸＹ平面図，（Ｂ）はＸＺ平面図，（Ｃ）はＹＺ平面図を示す図である。 本発明の第二実験例に係る測定結果を示し、（Ａ）はＸＹ平面図，（Ｂ）はＸＺ平面図，（Ｃ）はＹＺ平面図を示す図である。 従来の物体の研磨装置の一例を示す図である。

符号の説明

Ｓ 研磨装置
１ 物体
２ 表面
３ 凹所
１０ 基台
２０ テーブル
２１ 上面
２２ 設置台
３０ スタンド
３１ 固定部材
４０ 研磨体
４１ 先端
４２ 側面
４３ 砥粒
４４ 中心軸
５０ ホルダ
５１ 一端面側
５２ 中心軸
５３ 取付部
５４ 他端面側
５５ 突設部
５６ 角錐面
６０ 振動手段
６１ 圧電アクチュエータ
６２ 一端
６３ 他端
６４ 軸線
６５ コイルスプリング
６６ 一端
６７ 他端
７０ 制御手段
８０ 移動手段
８１ 支持部
８２ ベース部材
８３ 第一レール
８４ 第二レール
９０ 駆動部
９０ａ 第一駆動部
９０ｂ 第二駆動部
９１ａ 第一移動部材
９１ｂ 第二移動部材
９２ 雄ネジ
９３ａ 第一棒状体
９３ｂ 第二棒状体
９４ａ 第一原動部
９４ｂ 第二原動部
９５ 雌ネジ

Claims (10)

1. 研磨体を物体の表面に接触させ、該研磨体の先端の軌道がリサージュ図形を描くように微小振動させながら、該研磨体を該物体の表面に対して相対移動させて、当該物体の表面を研磨する物体の研磨方法において、
   上記研磨体の先端の軌道を、平面から見て８の字形状であって、正面から見て８の字の交点が上記物体に接触する頂点となるＵ字形状にしたことを特徴とする物体の研磨方法。
2. 上記相対移動方向を正面から見て前後方向にしたことを特徴とする請求項１記載の物体の研磨方法。
3. 上記Ｕ字形状の上記頂点を通る主軸と上記物体の表面の法線とを一致させたことを特徴とする請求項１または２記載の物体の研磨方法。
4. 基台と、基台に設けられ物体が設置されるテーブルと、上記基台に設けられるスタンドと、上記物体の表面に接触させられる研磨体と、上記スタンドに支持され上記研磨体を保持するホルダと、上記研磨体を上記ホルダを介して微小振動させる振動手段と、該振動手段を上記研磨体の先端の軌道がリサージュ図形を描くように制御する制御手段と、上記研磨体を物体の表面に対して相対移動可能にする移動手段とを備えた物体の研磨装置において、
   上記制御手段を、上記研磨体の先端の軌道が、平面から見て８の字形状であって、正面から見て８の字の交点が上記物体に接触する頂点となるＵ字形状になるように上記振動手段を制御する機能を備えて構成したことを特徴とする物体の研磨装置。
5. 上記制御手段は、上記相対移動方向を正面から見て前後方向になるよう移動手段を制御する機能を備えて構成したことを特徴とする請求項４記載の物体の研磨装置。
6. 上記振動手段を、一端がスタンドに設けた固定部材に固定され他端が上記ホルダに固定される複数の圧電アクチュエータで構成したことを特徴とする請求項４または５記載の物体の研磨装置。
7. 上記ホルダの上記物体側に対峙する一端面側に、該ホルダの中心軸と上記研磨体の中心軸とが同軸になるように該研磨体を取付ける取付部を設け、上記圧電アクチュエータを上記ホルダの他端面側に３以上設け、各圧電アクチュエータを上記ホルダの中心軸を中心として等角度関係に対称配置し、上記各圧電アクチュエータに夫々対応してコイルスプリングを設け、該各コイルスプリングを対応する圧電アクチュエータの軸線方向に上記ホルダを引張するように一端を該ホルダに固定し他端を上記固定部材に固定したことを特徴とする請求項６記載の物体の研磨装置。
8. 上記各圧電アクチュエータを、その軸線が上記ホルダから上記固定部材に向けて拡開するように設けたことを特徴とする請求項７記載の物体の研磨装置。
9. 上記ホルダに保持した研磨体を物体に対して近接，離間できるように上記固定部材を上記スタンドに対し移動可能にしたことを特徴とする請求項４乃至８何れかに記載の物体の研磨装置。
10. 上記移動手段を、上記テーブルを基台に対し移動可能にする支持部と、上記テーブルを基台に対し移動させる駆動部とを備えて構成したことを特徴とする請求項４乃至９何れかに記載の物体の研磨装置。

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