WO2015087411A1

WO2015087411A1 - 加工装置および加工方法

Info

Publication number: WO2015087411A1
Application number: PCT/JP2013/083199
Authority: WO
Inventors: 貴志藤井
Original assignee: 住友化学株式会社
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-18

Abstract

　加工装置（１００）は、ワーク（５１）の表面（５１ａ）を加工するための工具（１２）と、工具（１２）をワーク（５１）の表面（５１ａ）に沿った第１方向に移動させる第１直動機構部（１６）と、工具（１２）の先端（１２ｐ）とワーク（５１）の表面（５１ａ）との間の距離が変化するように、工具（１２）を第１方向に直交する第２方向に移動させる第２直動機構部（２０）と、工具（１２）の先端（１２ｐ）とワーク（５１）の表面（５１ａ）との間の距離を特定するための距離測定部（２４）と、工具（１２）および距離測定部（２４）を搭載し、ワーク表面上の特定位置に、工具（１２）および距離測定部（２４）を入れ替わり移動させる移動機構部（２８）とを備える。このような構成により、経済性に優れるとともに、高精度なワーク表面の加工を実現する加工装置を提供する。

Description

加工装置および加工方法

　この発明は、一般的には、加工装置および加工方法に関し、より特定的には、ワークの表面に高精度な（たとえば、ナノメータからマイクロメータのオーダ）微細加工をするための加工装置および加工方法に関する。

　従来の加工装置および加工方法に関して、たとえば、特開２０１１－２４０４５７号公報には、単純な構成で長時間の加工においても、切り込み深さの変化を少なくする高精度な微細表面加工を可能とすることを目的とした、切削加工装置および切削加工方法が開示されている（特許文献１）。

　特許文献１に開示された加工装置は、直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能な各ステージを有する超精密加工機である。被工作物の上方には、基準平面となる基準プレートの参照面が設置される。工具の後端部には、参照面までのギャップを測定するための変位検出センサが設置される。

特開２０１１－２４０４５７号公報

　上述の特許文献１に開示されるように、ワーク（加工対象物）の表面に高精度な微細加工をするために様々な加工装置が提案されている。特に大型のワークに高精度な微細加工が求められるケースが増えている。

　たとえば、光学フィルムの製造設備部品に用いられる金型のうち大型のものとして、幅３メートルを超えるエンボス加工用ロールがある。しかしながら、巨大な金型であるにもかかわらず、高低差がわずか０．５μｍ程度、直径３０μｍ程度の突起状の欠陥部が許容されない。このような金型の大型化に伴って、製造段階で前述の欠陥部を発生させることなく金型を製作することが難しくなっており、このため、これらの欠陥部を修正する手段が求められている。

　また別の例として、表面にＴＦＴ（Thin　Film　Transistor）、カラーフィルタまたは透明電極などが形成されたガラス基板も、表面に高精度な微細加工が要求される大型のワークとして挙げられる。これらの製造工程においては、ガラス基板上に各種の膜を成膜し、エッチングをはじめとした各種加工を施す。

　しかしながら、成膜の際、処理装置の可動部から発生する金属粉や、成膜材料の破片などが基板表面に異物として付着すると、これらが突起状の欠陥部となる。突起状の欠陥は、表示装置の画素欠けなどの不具合を生じさせるため修正が必要とされる。これらが形成されるガラス基板は大型化が進んでおり、第１０世代と呼ばれるガラス基板のサイズは、２．８５ｍ×３．０５ｍに達している。このように巨大な基板において欠陥部が生じた場合、たとえば、液晶表示装置用のカラーフィルタでは、±１μｍ程度の高い精度で欠陥部を修正する必要がある。

　上記のようなワーク表面の欠陥部を修正する手段としては、たとえば、エンボス加工用ロール等の全面を研磨し、金型形状を再加工する方法や、欠陥部のみを微細加工する方法が考えられる。

　しかしながら、局所的な加工では、初回の加工部分と修正部分との境界で異常が生じてしまう。このため、異常を修正するために問題のない部分も含めて全面を再加工する必要があり、コストや時間を要する。また、再加工に際して新たな欠陥部が発生することがあり、良品が得られるまでに加工を繰り返す必要が生じる。また、大型金型の欠陥部のみを微細加工する場合、極めて移動精度の高い、高額なアクチュエータが必要となり、経済性の観点からそのような装置を用いることは困難である。

　そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、経済性に優れるとともに、高精度なワーク表面の加工を実現する加工装置および加工方法を提供することである。

　この発明に従った加工装置は、ワークの表面を加工するための工具と、工具をワークの表面に沿った第１方向に移動させる第１直動機構部と、工具の先端とワークの表面との間の距離が変化するように、工具を第１方向に直交する第２方向に移動させる第２直動機構部と、工具の先端とワークの表面との間の距離を特定するための距離測定部と、工具および距離測定部を搭載し、ワーク表面上の特定位置に、工具および距離測定部を入れ替わり移動させる移動機構部とを備える。

　このように構成された加工装置によれば、工具および距離測定部を入れ替わり移動させる移動機構部を設けることによって、第１直動機構部の精度にかかわらず、ワーク表面と、工具および距離測定部との間の相対的な位置関係を高精度に保つことができる。これにより、経済性に優れるとともに、高精度なワーク表面の加工を実現する加工装置を実現できる。

　また好ましくは、移動機構部は、工具および距離測定部を第１方向と平行な方向に移動させる。

　このように構成された加工装置によれば、移動機構部により工具および距離測定部を第１方向と平行な方向に移動させることにより、ワーク表面上の特定位置に、工具および距離測定部を入れ替わり移動させることができる。

　また好ましくは、移動機構部は、工具および距離測定部を回転移動させる。
　このように構成された加工装置によれば、移動機構部により工具および距離測定部を回転移動させることにより、ワーク表面上の特定位置に、工具および距離測定部を入れ替わり移動させることができる。

　また好ましくは、工具および距離測定部は、移動機構部による移動方向に沿って並んで配置される。移動機構部による工具および距離測定部の移動距離は、第１直動機構部による工具の可動距離よりも小さい。

　このように構成された加工装置によれば、相対的に大きい可動距離が必要となる第１直動機構部を安価に構成することで、経済性に優れた加工装置を実現できる。

　好ましくは、移動機構部は、必要とされる精度で繰り返し再現性を有するように構成される。移動機構部による工具および距離測定部の移動距離は、工具および距離測定部を入れ替わり移動させるのに足りる距離であればよいため、その結果として、移動機構部による工具および距離測定部の移動距離は、第１直動機構部による工具の可動距離よりも小さくなる。移動機構部による工具および距離測定部の移動距離が第１直動機構部による工具の可動距離よりも小さいことにより、高精度の移動機構部の採用による経済性の悪化を低減することができる。

　また好ましくは、加工装置は、移動機構部に搭載され、ワーク表面の形状を識別する形状識別部をさらに備える。移動機構部は、特定位置に、工具、距離測定部および形状識別部を入れ替わり移動させる。

　このように構成された加工装置によれば、工具、距離測定部および形状識別部を入れ替わり移動させる移動機構部を設けることによって、第１直動機構部の精度にかかわらず、ワーク表面と、工具、距離測定部および形状識別部との間の相対的な位置関係を高精度に保つことができる。

　また好ましくは、第２直動機構部は、クローズドループ制御される。加工装置は、工具が装着され、ワークの加工時に工具を回転させる回転装置と、回転装置と第２直動機構部との間に介在される弾性体とをさらに備える。

　このように構成された加工装置によれば、弾性体を設けることにより、回転装置で発生する振動が第２直動機構部に伝わることを抑制できる。これにより、第２直動機構部におけるクローズドループ制御を適切に実行することができる。

　また好ましくは、加工装置は、工具を、第１方向および第２方向に直交する第３方向に移動させる第３直動機構部をさらに備える。また好ましくは、加工装置は、ワークを、第１方向および第２方向に直交する第３方向に移動させるワーク移動機構部をさらに備える。また好ましくは、加工装置は、ワークを、第１方向に平行な軸を中心に回転させるワーク回転機構部をさらに備える。

　このように構成された加工装置によれば、各種の加工軸を備える加工装置において、上述のいずれかに記載の効果を奏することができる。

　この発明に従った加工方法は、上述のいずれかに記載の加工装置を用いてワーク表面の欠陥部を修正する加工方法である。加工方法は、距離測定部をワーク表面の欠陥部に対向する特定位置に移動させる工程と、特定位置に位置決めされた前距離測定部による測距により、工具の先端とワークの表面との間の距離を特定する工程と、工具の先端とワークの表面との間の距離を特定する工程の後、移動機構部により、距離測定部に替わって工具を特定位置に移動させる工程と、距離測定部によって特定された工具の先端とワークの表面との間の距離に基づいて、第２直動機構部により工具をワークの表面に向けて移動させ、欠陥部を修正加工する工程とを備える。

　このように構成された加工方法によれば、経済性に優れるとともに、高精度なワーク表面の加工を実現する加工方法を実現できる。

　以上に説明したように、この発明に従えば、経済性に優れるとともに、高精度なワーク表面の加工を実現する加工装置および加工方法を提供することができる。

この発明の実施の形態１における加工装置を示す斜視図である。図１中の加工装置の第１変形例を示す斜視図である。図１中の加工装置の第２変形例を示す斜視図である。この発明の実施の形態２における加工装置を示す斜視図である。図３中の加工装置を用いた実施例において、ワーク表面の光学像（修正加工前）を示す写真である。図３中の加工装置を用いた実施例において、ワーク表面の光学像（修正加工後）を示す写真である。

　この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

　（実施の形態１）
　図１は、この発明の実施の形態１における加工装置を示す斜視図である。図１を参照して、加工装置１００は、ワーク５１の表面５１ａを加工するための装置である。加工装置１００は、工具１２と、アクチュエータ１６、アクチュエータ２０およびアクチュエータ４０と、アクチュエータ２８とを有する。

　アクチュエータ１６、アクチュエータ２０およびアクチュエータ４０は、ワーク表面の指定された位置に到達するように工具１２を移動させる手段である。

　第１直動機構部としてのアクチュエータ１６は、工具１２を、ワーク５１の表面５１ａに沿ったＸ軸方向に移動させる。第２直動機構部としてのアクチュエータ２０は、工具１２の先端１２ｐとワーク５１の表面５１ａとの間の距離が変化するように、工具１２を、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させる。第３直動機構部としてのアクチュエータ４０は、工具１２を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させる。本実施の形態では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が水平方向であり、Ｚ軸方向が鉛直方向であるが、これに限られるものではない。

　アクチュエータ１６、アクチュエータ２０およびアクチュエータ４０が組み合わさって用いられることにより、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸に加工（３軸加工）が可能な加工装置１００が構成されている。

　これらアクチュエータは、物を移動させる駆動装置と、駆動装置による物の移動を制御する制御装置とから構成されている。駆動装置は、モータやエアシリンダ、油圧シリンダ、ピエゾ(圧電素子)等、動力を発生する装置や物質全てを指す。モータ駆動式の駆動装置には、直動式のリニアモータを利用するものと、モータによりねじを回し、回転運動を直線運動に変換するものとがある。

　これらアクチュエータとしては、高い意決め精度を実現するために、直動装置（リニアアクチュエータ）にエンコーダを搭載し、クローズドループ制御を行なうことが好ましい。

　特に光学フィルムの製造設備部品の切削では、サブミクロン単位の高い精度が要求されるため、高分解能のリニアエンコーダによりクローズドループ制御された直動装置を用いることが好ましい。直動装置の駆動方法としては、サブミクロン単位の精度を有するステージとしてピエゾ素子の利用が一般的であるが、ピエゾ素子は移動可能なストロークが短く、大きなワークの加工ではストローク不足が生じる場合がある。これに対して、ステッピングモータおよび送りねじによる駆動によれば、このような懸念を解消できる。信号分解能５ナノメートルを有するリニアエンコーダを用いることにより、十分な切削精度を得ることができる。このような、送りねじによる駆動機構を採用したステージシステムとして、たとえば、フィードバックステージシステムFS-1050SPX（シグマテック株式会社製）がある。

　直動装置としては、高剛性のものを利用するのが好ましい。案内機構としてクロスローラガイドを採用する直動装置は、剛性が高く、経済性の観点からも好ましく用いることができる。

　なお、クローズドループ制御とは、モータの回転量を、エンコーダにより現在位置と目標位置との誤差を確認しながら制御し、目標値に到達させる制御方法である。一般的な直動ステージでは、モーターの回転量と送りねじのピッチとからテーブル移動量とする場合が多いが、送りねじの不完全性により必要な精度が実現できない場合がある。しかしながら、エンコーダを用いると、不完全な送りねじであってもスケールにより現在位置を知ることができるため、現在位置と目標位置との誤差が分かり、正確にステージを目標位置へ移動させることができる。

　フィードバックステージとは、直動装置のうち、クローズドループにより位置制御が可能となっている装置を指す。

　エンコーダは、一般的に、スケールと、スケールを読み取るためのヘッドとから構成される。直動装置を移動させた際に、直動装置テーブルの現在位置を知るために用いられる。直進運動を読み取る場合には、リニアエンコーダを使用し、回転運動を読み取る場合には、ロータリエンコーダを使用する。

　移動機構部としてのアクチュエータ２８は、ワーク表面上の特定位置に、工具１２および距離測定装置２４（後述）を入れ替わり移動させる手段である。アクチュエータ２８には、工具１２および距離測定装置２４が搭載されている。工具１２および距離測定装置２４は、アクチュエータ２８による移動方向に並んで配置されている。

　本実施の形態では、アクチュエータ２８が、工具１２および距離測定装置２４をＸ軸方向に移動させる。アクチュエータ２８は、工具１２および距離測定装置２４を、アクチュエータ１６による移動方向と平行な方向に移動させる。工具１２および距離測定装置２４は、Ｘ軸方向に並んで設けられている。アクチュエータ２８としては、直動装置（リニアアクチュエータ）を用いることが好ましい。

　アクチュエータ４０の駆動に伴って、アクチュエータ１６、アクチュエータ２８およびアクチュエータ２０が、工具１２および距離測定装置２４とともにＺ軸方向に移動する。アクチュエータ１６の駆動に伴って、アクチュエータ２８およびアクチュエータ２０が、工具１２および距離測定装置２４とともにＸ軸方向に移動する。アクチュエータ２８の駆動に伴って、アクチュエータ２０が、工具１２および距離測定装置２４とともにＸ軸方向に移動する。アクチュエータ２０の駆動に伴って、工具１２がＹ軸方向に移動する。

　本実施の形態における加工装置１００は、大型のワークの加工に好適に利用され、一例を挙げれば、アクチュエータ１６による工具１２の可動距離（Ｘ軸方向における工具１２の最大移動距離）は１ｍ以上であり、別の例を挙げれば、アクチュエータ１６による工具１２の可動距離は３ｍ以上である。

　アクチュエータ２８による工具１２および距離測定装置２４の移動距離は、ワーク表面上の特定位置に、工具１２および距離測定装置２４を入れ替わり移動させるのに足りる距離であればよい。このため、アクチュエータ２８による工具１２および距離測定装置２４の移動距離は、アクチュエータ１６による工具１２の可動距離よりも小さい。

　たとえば、アクチュエータ２８による工具１２および距離測定装置２４の移動距離は、アクチュエータ１６による工具１２の可動距離と２桁のオーダで異なる。一例として、アクチュエータ１６による工具１２の可動距離が１ｍ以上１０ｍ未満の範囲である場合、アクチュエータ２８による工具１２および距離測定装置２４の移動距離は、１ｃｍ以上１０ｃｍ未満の範囲である。

　なお、このようなアクチュエータ２８による工具１２および距離測定装置２４の移動距離と、アクチュエータ１６による工具１２の可動距離との関係は、例示にすぎず、両者の関係は、加工装置１００が備える加工軸のストロークや工具１２および距離測定装置２４間のピッチによって当然に変わり得る。

　工具１２は、ワーク５１の表面５１ａを加工するための器具であって、代表的には、エンドミル等の切削工具である。エンドミルとしては、加工目的や加工対象を考慮して、様々な材質や形状を有する製品が適宜選択される。

　たとえば、鏡面に生じた突起状の欠陥部を修正する場合には、工具１２としてフラットエンドミルを用いることによって、良好な表面状態を得ることができる。また、工具１２としてボールエンドミルを用いることによって、たとえば、防眩処理用金型のように、滑らかな形状が形成された金型に発生した欠陥部を修正することができる。

　エンドミルの材質について説明すると、超硬合金製のエンドミルは、切削可能な材料の範囲が広いため、好適に用いられる。さらに、超硬合金に硬質材料をコーティングしたものは、磨耗が抑制され、交換頻度が少なくて済むなどの運用上のメリットが得られる。

　工具１２は、上記のような切削工具に限られず、たとえば、穴埋め用の金属ペーストを注入するためのシリンジであってもよい。

　加工装置１００は、ワーク５１の加工時に工具１２を回転させる、回転装置としてのモータスピンドル３６をさらに有する。工具１２は、モータスピンドル３６に着脱可能に設けられている。モータスピンドル３６として、回転時の振動が小さく、摩擦熱の発生が少ない静圧軸受けを採用したモータスピンドルを用いることが好ましい。また、発熱を抑える観点から、電流により回転力を生み出すモータではなく、エアタービンを利用した回転装置を用いてもよい。

　加工装置１００は、モータスピンドル３６とアクチュエータ２０との間に介在される弾性体をさらに有することが好ましい。弾性体としては、金属ばねや防振ゴム、防振ゲルなどが挙げられる。性能の高さと取り扱いの容易さとから、防振ゲルを用いることが好ましい。

　防振ゲルとしては、モータスピンドル３６の回転数に対応する周波数の振動が、アクチュエータ２０を構成するフィードバックステージに伝わることを抑制するものが好適に用いられる。発生する振動の周波数は、モータスピンドル３６の回転数から推定することができる。防振ゲルの素材としては、特に限定されないが、シリコーンゴム、天然ゴムまたはクロロプレンゴムなどの弾性体を用いれば、振動の伝達率を低減させることができる。

　モータスピンドル３６で発生する振動は、フィードバックステージ内のリニアエンコーダに影響を与えるため、クローズドループ制御が正常に機能しづらくなる。モータスピンドル３６の回転数は既知であるため、該当する回転数に対応する周波数の伝達率が小さな防振ゲルを用いればよい。これにより、アクチュエータ２０において、安定した高精度なクローズドループ制御を実行することができる。

　なお、モータスピンドル３６とアクチュエータ２０との間に弾性体を介在させる場合、アクチュエータ２０による工具１２の移動方向が鉛直方向に対して直交する構成が好ましい。このような構成によれば、重力によって弾性体に常に力が作用することが回避されるため、振動の減衰能力の低下や弾性体の変形が引き起こされ、加工精度が低下するという懸念を解消できる。

　加工装置１００は、ワーク保持装置５２をさらに有する。ワーク保持装置５２は、ワーク５１を保持する手段である。ワーク５１が板状の場合には、各種クランプ機構を好ましく用いることができる。

　図２は、図１中の加工装置の第１変形例を示す斜視図である。図２を参照して、本変形例における加工装置は、図１中のアクチュエータ４０に替えて、ワーク移動機構部としてのワーク直動装置５４を有する。ワーク５１は、ワーク直動装置５４に装着される。ワーク直動装置５４は、Ｚ軸方向にワーク５１を移動させる。ワーク直動装置５４によりワーク５１がＺ軸方向に移動することによって、工具１２によるワーク５１の加工位置がＸ軸方向およびＹ軸方向に直交するＺ軸方向に変位する。

　本変形例に示すように、アクチュエータ１６、アクチュエータ２０およびワーク直動装置５４が組み合わさって用いられることにより、ワーク表面上の任意の位置を加工可能な加工装置を構成することができる。

　図３は、図１中の加工装置の第２変形例を示す斜視図である。図３を参照して、本変形例における加工装置は、円筒形状を有するワーク５１の加工に好適に利用される。加工装置は、図１中のアクチュエータ４０に替えて、ワーク回転機構部としてのワーク回転装置４４を有する。たとえば、円筒状の光学フィルム搬送設備を保持する場合、これらの多くは保持用の軸４５を有するため、その軸４５が、スクロールチャックなどのワーク保持装置４６によって容易に保持される。ワーク回転装置４４は、ワーク５１を、Ｘ軸に平行なＵ軸を中心に回転させる。ワーク回転装置４４によりワーク５１がＵ軸を中心に回転することによって、工具１２によるワーク５１の加工位置がＵ軸を中心とする周方向に変位する。

　本変形例に示すように、アクチュエータ１６、アクチュエータ２０およびワーク回転装置４４が組み合わさって用いられることにより、ワーク表面上の任意の位置を加工可能な加工装置を構成することができる。

　図１を参照して、本実施の形態における加工装置１００は、距離測定装置２４および演算部（不図示）をさらに有する。

　距離測定部としての距離測定装置２４は、工具１２の先端１２ｐとワーク５１の表面５１ａとの間の距離を特定するための手段である。演算部は、距離測定装置２４による測定結果に基づいて、工具１２の先端１２ｐとワーク表面との距離を演算する。

　サブミクロンの精度で距離を測定する手段としては、レーザー干渉計や共焦点レーザーセンサなどが挙げられる。一般的に測定器の小型化は難しいが、比較的コンパクトであり、また、表面粗度の影響を受けにくい測定器として、共焦点型のダブルスキャン高精度レーザー測定器LT9010M（株式会社キーエンス製）が挙げられる。

　演算部は、予め、装置の構成要素の相対位置関係を測定した上で、これらのパラメータにより工具１２の先端１２ｐと、ワーク表面上の切削対象面との距離を演算する。演算は、たとえば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはＣＰＵを搭載した機材により実現される。

　加工装置１００は、形状認識装置３２をさらに有する。形状認識部としての形状認識装置３２は、ワーク表面の形状を識別するための手段である。形状認識装置３２は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサと、切削点を観察できる倍率を有するレンズと、撮像のための照明とによって構成される。

　レンズとしては、光学フィルムの製造設備部品の修正のために用いる場合には、テレセントリック光学系を採用するマクロレンズを好ましく用いることができる。テレセントリック光学系は、傷などのわずかな凹凸異常を、より鮮明に撮像することができる。このようなレンズをアクチュエータ２８に搭載することによって、切削すべき箇所を的確に識別することができる。

　たとえば、光学フィルムの製造設備部品の加工を想定すると、φ３０ミクロンの高低差の欠陥部を修正する必要が生じる場合がある。このサイズの欠陥部では、工具１２を目視で正確に切削位置へ移動させることが難しい。しかしながら、工具１２と相対位置関係が一定に保たれた状態の形状認識装置３２で観察・位置合わせを行なった後に、工具１２による切削加工を実施すれば、欠陥部を高精度に修正することが可能となる。ＣＣＤイメージセンサとしては、ＣＶ－Ｈ２００Ｃ（株式会社キーエンス製）、テレセントリック光学系を採用するマクロレンズとしては、たとえば、ＣＡ－ＬＭＡ４（株式会社キーエンス製）が例示される。

　形状認識装置３２は、工具１２および距離測定装置２４とともに、アクチュエータ２８に搭載されている。工具１２、距離測定装置２４および形状認識装置３２は、アクチュエータ２８による移動方向（Ｘ軸方向）に並んで配置されている。本実施の形態では、形状認識装置３２が工具１２および距離測定装置２４の間に配置されているが、このような配列に限られるものではない。

　続いて、図１中の加工装置１００を用いてワーク表面の欠陥部を修正する加工方法について説明する。

　まず、形状認識装置３２によりワーク表面の形状を観察しつつ、その撮像素子の指定位置に欠陥部が映るように、アクチュエータ１６およびアクチュエータ４０の駆動により形状認識装置３２を移動させる（照準合わせ）。次に、アクチュエータ２８の駆動により、形状認識装置３２に替わって、距離測定装置２４を欠陥部に対向する位置に移動させる。次に、距離測定装置２４による測距により、工具１２の先端１２ｐとワーク５１の表面５１ａとの間の距離を特定する。

　次に、アクチュエータ２８の駆動により、距離測定装置２４に替わって、工具１２を欠陥部に対向する位置に移動させる。距離測定装置２４によって特定された工具１２の先端１２ｐとワーク５１の表面５１ａとの間の距離に基づいて、アクチュエータ２０の駆動により、工具１２をワーク５１の表面５１ａに向けて移動させ、欠陥部を修正加工する。

　続いて、図１中の加工装置１００およびこれを用いた加工方法によって奏される作用効果について説明する。

　市販の汎用アクチュエータは、その可動時に、用いるレール等の直線精度の不足によってピッチング・ヨーイング・ローリング等が組み合わさり、厳密にいうと直進しておらず微細な蛇行運動を行なっている。このような現象は、特に長い移動距離を想定したアクチュエータで顕著になる。これを修正するには高度な技術が必要であり、装置価格の上昇を引き起こす。特に、大型化が進んでいる光学フィルムの製造設備部品やガラス基板の加工を考えた場合、その加工範囲は１ｍから、長い場合は３ｍもの距離に及ぶ。このような距離を移動させる必要がある加工装置において直進性を確保する場合、アクチュエータの製作費用が増大し、その経済性が問題となる。

　また、精密加工を実現するための方法として、工具によりワーク表面の加工を行なう間、距離測定装置により工具先端の位置を検出し、アクチュエータ２０によって工具の位置を随時、調整する方法が考えられる。しかしながら、必要な精度を有する距離測定装置はその大きさが大きく、また測定可能な視野範囲が狭いため、工具による加工と同時に工具の先端位置を測定することは実質的に難しい。このため、まず欠陥部上に距離測定装置を配置し、ワーク表面まで距離を測定した後、アクチュエータ１６の駆動によって、工具を欠陥部上に移動させる必要がある。

　しかしながら、アクチュエータ１６により距離測定装置と工具との位置を入れ替えた場合、アクチュエータ１６による移動の直線性不足のため、移動場所毎に、ワーク表面から工具先端までの距離と、ワーク表面から測定装置までの距離とのずれが異なってしまう。この場合、欠陥部に対して精密な深さの加工を実施することができない。

　これに対して、本実施の形態における加工装置１００においては、工具１２をワーク表面に沿って移動させるためのアクチュエータ１６とは別に、工具１２および距離測定装置２４を搭載し、アクチュエータ１６による移動方向と平行な方向に工具１２および距離測定装置２４を移動させるアクチュエータ２８を設け、アクチュエータ２８の駆動によって、欠陥部に対向する位置に、工具１２および距離測定装置２４を入れ替わり移動させる。

　このような構成により、可動距離が長いアクチュエータ１６で生じるピッチング・ヨーイング・ローリング等の影響を受けることなく、ワーク表面に対する工具１２および距離測定装置２４の位置関係を一定に保って、欠陥部の修正加工を行なうことができる。すなわち、本実施の形態では、アクチュエータ２８によって繰り返しの再現性が確保される。

　さらに詳細に説明すると、たとえば、アクチュエータ２８を高精度な直動装置で実現した場合、欠陥部の修正加工時、工具１２および距離測定装置２４は、この高精度な直動装置上での往復運動のみを行なうことになる。この場合、この高精度な直動装置上で工具１２および距離測定装置２４が反復移動するため、たとえ直動装置が微細に湾曲移動や蛇行移動している場合においても、ワーク表面から工具先端までの距離と、ワーク表面から距離測定装置までの距離との関係を一定に保つことができる。

　このように構成された、この発明の実施の形態１における加工装置１００およびこれを用いた加工方法によれば、アクチュエータ１６による直線移動の精度不足の影響を受けることなく、アクチュエータ２８によって工具１２および距離測定装置２４の移動精度を向上させることができる。これにより、装置の調整工数を低減して、安価に加工装置１００を構築することができる。また、経済性の観点で優れるが直線移動の精度の劣るアクチュエータ１６を用いた場合でも、高精度なワーク表面の加工が可能となる。

　本実施の形態における加工装置１００およびこれを用いた加工方法は、以下に説明する光学フィルムの製造設備部品またはガラス基板の製造に好適に利用される。

　光学フィルムは、液晶表示装置の急速な普及とともに重要性を増している。光学フィルムの材料としては、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などが一般的に用いられる。

　また、その表面には、要求される機能により様々な処理が施される。たとえば、傷付きを防止するためのハードコート処理や、表面からの光反射を低減するための反射防止処理、艶消し処理をされた防眩処理、汚れ付着を防止する防汚処理などが代表的に挙げられる。

　光学フィルムでは、膜厚、表面の外観に関して高い均一性が求められる。その均一性は光を基準にするため、除去しなければならない欠陥部の水準は非常に高い。たとえば、可視光の波長と同等である０．５μｍ程度であれば、周辺の均一部に対して高さが異なる場合でも、欠陥部として認識されることがある。また、大きさは、直径が３０μｍ程度から欠陥部として認識される。

　このように、光学フィルムにおいては非常に高い均一性が必要であり、光学フィルム製造設備には、このような欠陥部を生じさせないことが必要である。

　光学フィルムの製造設備部品として、製品の表面を艶消し成型する金型、フィルム製造設備において用いられるガイドロール・ニップロール・冷却ロール・防眩処理用エンボスロールなどが例示される。材料は、金属の他、樹脂・セラミック・ガラス・ゴムなどであってもよい。

　光学フィルムの製造設備では、フィルムの成型・搬送に係わる様々な部品が使用されている。たとえば、溶融押出成型法による光学フィルム製造設備では、高い表面精度を有する冷却ローラーがあり、これらを用いてフィルムを冷却することで光学フィルムを成型する。溶液流延法による光学フィルム製造設備では、表面を平滑にしたキャスティングドラムに対して、材料を溶媒に溶解させた溶液を流して付着させ、含まれる溶媒を蒸発させることで光学フィルムを成型する。

　ガラス基板としては、液晶表示装置、プラズマ表示装置および有機ＥＬ表示装置などの各種表示装置や、有機ＥＬ照明およびタッチパネルなどの各種デバイスに用いられるガラス基板が例示される。これらのデバイスの製造プロセスにおいては、ガラス基板には各種の膜を成膜し、エッチングをはじめとした各種加工を施す。成膜および各種加工によってガラス基板上に形成される代表的なものは、ＴＦＴやカラーフィルタ、透明導電膜などがある。用いられるガラス基板の代表的なサイズとしては、第６世代（１．５ｍ×１．８ｍ）、第７世代（１．９ｍ×２．２ｍ）、第８世代（２．１６ｍ×２．４６ｍ）、第１０世代（２．８５ｍ×３．０５ｍ）等がある。

　（実施の形態２）
　図４は、この発明の実施の形態２における加工装置を示す斜視図である。本実施の形態における加工装置は、実施の形態１において説明した図３中の加工装置と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

　図４を参照して、本実施の形態における加工装置２００は、図３中のアクチュエータ２８に替えて、ターンテーブル２９を有する。

　ターンテーブル２９は、ワーク表面上の特定位置に、工具１２、距離測定装置２４および形状認識装置３２を入れ替わり移動させる手段である。ターンテーブル２９には、工具１２、距離測定装置２４および形状認識装置３２が搭載されている。工具１２、距離測定装置２４および形状認識装置３２は、ターンテーブル２９による移動方向に並んで配置されている。

　ターンテーブル２９は、工具１２、距離測定装置２４および形状認識装置３２を回転移動させる。ターンテーブル２９は、工具１２、距離測定装置２４および形状認識装置３２を、Ｚ軸に平行な軸を中心とする周方向に回転移動させる。工具１２、距離測定装置２４および形状認識装置３２は、Ｚ軸に平行な軸を中心とする周方向に並んで設けられている。本実施の形態では、工具１２が形状認識装置３２および距離測定装置２４の間に配置されているが、このような配列に限られるものではない。

　ターンテーブル２９としては、たとえば、顕微鏡において倍率の異なる対物レンズを切り替えるリボルバーと呼ばれる機構を用いることができる。

　工具１２、距離測定装置２４および形状認識装置３２は、ターンテーブル２９に直接搭載されている。ターンテーブル２９はアクチュエータ２０に搭載され、アクチュエータ２０はアクチュエータ１６に搭載されている。

　本実施の形態において、モータスピンドル３６とアクチュエータ２０との間に弾性体を介在させる場合、弾性体は、モータスピンドル３６とターンテーブル２９との接続部に設けられてもよいし、ターンテーブル２９とアクチュエータ２０との接続部に設けられてもよい。

　本実施の形態における加工装置２００を用いた加工方法においては、ターンテーブル２９の駆動によりワーク表面の欠陥部に対向する要素を切り替える。

　このように構成された、この発明の実施の形態２における加工装置およびこれを用いた加工方法によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。さらに、ターンテーブル２９を用いることによって、アクチュエータ１６への搭載物をコンパクトに構成することができる。

　（実施例）
　図５は、図３中の加工装置を用いた実施例において、ワーク表面の光学像（修正加工前）を示す写真である。図６は、図３中の加工装置を用いた実施例において、ワーク表面の光学像（修正加工後）を示す写真である。

　本実施例では、図３中の加工装置を用いて、光学フィルムとして用いられる防眩フィルムの表面形状付与金型を切削対象物品とし、その表面に生じた突起状の欠陥部を切削により修正する場合の具体的な装置構成について説明する。このワークで要求される切削精度は、０．５μｍ以下の誤差である。

　まず、工具１２として、切削工具であるボールエンドミルr=0.5:TSC-BEM2S0.5（ミスミ株式会社取扱い）を用い、これをモータスピンドル３６であるエアタービンスピンドルRSX（大昭和精機株式会社製）に装着した。このエアタービンスピンドルを、３個の防振ゲル（GELB2501　ミスミ取扱製品）を介して、アクチュエータ２０であるフィードバックステージシステムFS-1050SPX（シグマテック株式会社製）に固定した。エアタービンスピンドルの回転数は約６００００ｒｐｍであり、周波数は約１ｋＨｚであった。使用した防振ゲルの伝達率は、１／２０以下であった。このような条件において、フィードバックステージのリニアエンコーダーの振動は±３５ｎｍ以下に収まっており、使用上問題が生じることはなかった。

　アクチュエータ２０であるフィードバックステージシステムFS-1050SPX（シグマテック株式会社製）と、距離測定装置２４であるダブルスキャン高精度レーザー測定器LT9010M（株式会社キーエンス製）と、形状認識装置３２であるＣＣＤ　CV-H200C（株式会社キーエンス製）、テレセントリックマクロレンズＣＡ－ＬＭＡ４（株式会社キーエンス製）および白色ＬＥＤスポット照明ＣＡ－ＤＰＷ２（株式会社キーエンス製）とを、厚さ１０ｍｍのプレート（ＳＳ４００）に固定した。これらをアクチュエータ２８であるKS103-100TN（駿河精機株式会社製）上に搭載した。

　このように、ボールエンドミルr=0.5:TSC-BEM2S0.5と、ダブルスキャン高精度レーザー測定器LT9010Mと、ＣＣＤ　CV-H200C、テレセントリックマクロレンズＣＡ－ＬＭＡ４および白色ＬＥＤスポット照明ＣＡ－ＤＰＷ２とが、アクチュエータ２８であるKS103-100TN上を反復移動するように配置した。さらに、アクチュエータ１６であるリニア・アクチュエーターGLM20-148-S-EP-C-NV-I-X-J-N-D05-E05-CE（THK株式会社製）に、上記の構成物を固定した。

　なお、以上に説明した装置はいずれも市販されている汎用グレードであり、経済性に優れた製品である。

　次に、ワーク回転装置４４としてサポートスピンドルTS210（津田駒工業株式会社製）およびステッピングモーターAR98AA-H100-3（オリエンタルモーター株式会社製）を用い、ワーク保持装置４６としてスクロールチャックTC190F（小林鉄工株式会社製）を用いて、ワーク５１であるエンボス加工用ロールを保持した。このエンボス加工用ロールには、直径３００ｍｍ、面長１３５０ｍｍの円筒面の形状が精密に加工され、その表面にはクロムメッキが施されている。ロールの円筒部分の回転芯振れを距離測定装置２４として用いるダブルスキャン高精度レーザー測定器LT9010M（株式会社キーエンス製）で測定したところ、±５０μｍであった。

　温度変動幅が管理されたブース内において、これらの装置を防振台AS-2415TS（日本防振工業株式会社製）上に設置した。ブース内における温度変動幅の実績は１℃以内であった。

　加工の再現性を確認するために繰り返し切削を行ったところ、深さは±０．２μｍの範囲にあり、十分な切削精度が達成されていた。

　続いて、以上に説明した加工装置を用いて、エンボス加工用ロールの円筒面の突起状の欠陥部を修正加工した。図５中の点線で囲まれた位置に示される欠陥部の直径は、約１００μｍであり、高さは約１．５μｍであった。

　まず、テレセントリックレンズと同軸落射照明を搭載する形状認識装置３２の撮像素子が欠陥部の直上にあるように、アクチュエータ２８を初期位置に設定した。次に、形状認識装置３２によりワーク表面の形状を観察しつつ、アクチュエータ１６の駆動により、撮像素子の指定位置に欠陥部が映るように形状認識装置３２を移動させた。次に、アクチュエータ２８の駆動により、距離測定装置２４の測定位置を欠陥部の直上に移動させた。距離測定装置２４であるダブルスキャン高精度レーザー測定器LT9010Mの測定範囲は、加工対象表面上で１１００μｍであり、ステップは２μｍとした。測定中心から±１００μｍの範囲を除いた高さ情報から、測定中心におけるベース高さを最小二乗法により求めた。

　次に、アクチュエータ２８の駆動により、工具１２を欠陥部の直上に移動させた。次に、アクチュエータ２０により、演算部によって演算された工具先端と切削対象面との距離に所望の切削量を加えた距離だけ工具１２を移動させ、欠陥部の切削を行なった。図６中に示すように、切削の結果、欠陥部を目視で異常が確認されない状態に修正することができた。

　この発明は、たとえば、光学フィルム製造設備に用いられる金型の製造や、表面にＴＦＴ、カラーフィルタまたは透明電極などが形成されるガラス基板の製造に利用される。

　１２　工具、１２ｐ　先端、１６，２０，２８，４０　アクチュエータ、２４　距離測定装置、２９　ターンテーブル、３２　形状認識装置、３６　モータスピンドル、３６　回転装置、４４　ワーク回転装置、４５　軸、４６，５２　ワーク保持装置、５１　ワーク、５１ａ　表面、５４　ワーク直動装置、１００，２００　加工装置。

Claims

　ワークの表面を加工するための工具と、
　前記工具をワークの表面に沿った第１方向に移動させる第１直動機構部と、
　前記工具の先端とワークの表面との間の距離が変化するように、前記工具を前記第１方向に直交する第２方向に移動させる第２直動機構部と、
　前記工具の先端とワークの表面との間の距離を特定するための距離測定部と、
　前記工具および前記距離測定部を搭載し、ワーク表面上の特定位置に、前記工具および前記距離測定部を入れ替わり移動させる移動機構部とを備える、加工装置。
　前記移動機構部は、前記工具および前記距離測定部を前記第１方向と平行な方向に移動させる、請求項１に記載の加工装置。
　前記移動機構部は、前記工具および前記距離測定部を回転移動させる、請求項１に記載の加工装置。
　前記工具および前記距離測定部は、前記移動機構部による移動方向に沿って並んで配置され、
　前記移動機構部による前記工具および前記距離測定部の移動距離は、前記第１直動機構部による前記工具の可動距離よりも小さい、請求項１から３のいずれか１項に記載の加工装置。
　前記移動機構部に搭載され、ワーク表面の形状を識別する形状識別部をさらに備え、
　前記移動機構部は、前記特定位置に、前記工具、前記距離測定部および前記形状識別部を入れ替わり移動させる、請求項１から４のいずれか１項に記載の加工装置。
　前記第２直動機構部は、クローズドループ制御され、
　前記工具が装着され、ワークの加工時に前記工具を回転させる回転装置と、
　前記回転装置と前記第２直動機構部との間に介在される弾性体とをさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の加工装置。
　前記工具を、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に移動させる第３直動機構部をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の加工装置。
　ワークを、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に移動させるワーク移動機構部をさらに備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の加工装置。
　ワークを、前記第１方向に平行な軸を中心に回転させるワーク回転機構部をさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の加工装置。
　請求項１から９のいずれか１項に記載の加工装置を用いてワーク表面の欠陥部を修正する加工方法であって、
　前記距離測定部をワーク表面の欠陥部に対向する特定位置に移動させる工程と、
　前記特定位置に位置決めされた前記距離測定部による測距により、前記工具の先端とワークの表面との間の距離を特定する工程と、
　前記工具の先端とワークの表面との間の距離を特定する工程の後、前記移動機構部により、前記距離測定部に替わって前記工具を前記特定位置に移動させる工程と、
　前記距離測定部によって特定された前記工具の先端とワークの表面との間の距離に基づいて、前記第２直動機構部により前記工具をワークの表面に向けて移動させ、前記欠陥部を修正加工する工程とを備える、加工方法。