JPH0592362A - 研磨ヘツドおよび研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工物の表面形状のあらゆる曲率に対して
必要な研磨加工力の連続的な変化に対応する。 【構成】 研磨ヘッド５０の本体５１は、研磨ヘッド取
付板４８の所定位置に固定される。多孔質材５５は、円
筒形状のスピンドル５２の外径よりも大きい内径を持
ち、供給される空気Ｐ３がその隙間に流れ込むエアベア
リングによってスピンドル５２を非接触で支持する。し
かし、上下方向には拘束なく、したがって、スピンドル
５２は矢印Ａ方向には可動である。２つの空気室５３
ａ，５３ｂの各々に供給される空気Ｐ１，Ｐ２の圧力に
差が生ずれば、スピンドル５２の上下方向に力が発生す
る。一方、弾性球体工具６５は回転軸６４に装着され、
この回転軸６４は、複数のエアベアリングにより支持さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体、ガラス、セラ
ミックス、金属単体または金属酸化物の単結晶等の硬脆
材料の表面を研磨加工する研磨ヘッドおよび研磨装置に
関するものである。本発明の加工は、特に、研磨砥粒を
被加工物に衝突させ、被加工物の微少な領域にエネルギ
ーを与え原子単位の除去を行い加工を進行させる方法で
あるところのいわゆるＥＥＭ（Ｅｌａｓｔｉｃ Ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｉｎｇ）に基づく研磨加工によ
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の研磨装置は、通常、特開昭６２−
８８５６５号公報等に示されるように、図７（Ａ），
（Ｂ）に示すように構成されている。

【０００３】図において、エアレール１０２の取付足１
０２’は主軸のヘッド１０１に装着されている。エアレ
ール１０２およびエアテーブル１０３は、エアレール１
０２に跨ってその上をスライドし、エアスライダを構成
している。枠１０４はエアテーブル１０３に固設され、
エアシリンダ１０５は枠１０４に固設されている。エア
シリンダ１０５にはエアベアリングを介して垂直シャフ
ト１０６が設けられ、その下端部にはポリウレタン球等
からなる弾性球体の工具１０７が装着されている。垂直
シャフト１０６はフレキシブルジョイント１０８を介し
てモータで回転される回転シャフトになっている。ま
た、垂直シャフト１０６は、前記エアスライダにより水
平Ｙ方向にエアスライドされるようになっている。

【０００４】被加工物１０９は、Ｚ方向（上下方向）と
Ｘ方向（水平方向）に数値制御の変位可能なＸ−Ｚ数値
制御手段１１０のアーム１１１に垂直に取り付けられて
いる。水槽１１２は、水平台１１４に取り付けられ、研
磨材微粉末粒子の懸濁液１１３が入っている。主軸のヘ
ッド１０１は操作上の便宜からＸ−Ｙ−Ｚ方向に動き任
意の位置で停止できるようにされている。被加工物１０
９の表面に懸濁液の一定厚みの軸受的流れを形成するた
めに、垂直シャフト１０６は被加工物１０９の加工表面
に向けて任意の一定微小圧力が常にかけられるように配
置されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、以下
のような欠点があった。

【０００６】回転シャフトが垂直、および被加工物の加
工面が垂直で固定であるために、球面やコロイダル面の
ような加工面の場合加工することができない場合があ
る。たとえば、図８において、弾性球体工具１０７は、
被加工物１０９の下方部分を加工できない。

【０００７】ＥＥＭ研磨法により加工を行う場合には、
弾性球体工具の被加工物へ押し付けた際のつぶれ面面積
の大きさによって加工領域の大きさが決定される。つぶ
れ面面積は押付力（研磨加工力）に比例するから、被加
工物の曲率に対して弾性球体工具を傾斜させたときの必
要研磨加工力の連続的な変化に対応できない上記従来例
では、加工面積精度を期待できない。

【０００８】曲率に対して一定の角度を有することがで
きないため、加工領域の誤差が大きい。たとえば、図９
において、被加工物への投影面ＦとＧとでは加工位置に
よってその面積の大きさが異なる。さらに、被加工物１
０９が大口径な場合、回転シャフトが長くなり、弾性球
体工具１０７の回転によって振動が誘発される。

【０００９】本発明の目的は、被加工物の表面形状のあ
らゆる曲率に対して必要研磨加工力の連続的な変化に対
応することができる研磨ヘッドおよび研磨装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の研磨ヘッドは、
研磨砥粒が分散された研磨液中に被加工物が浸され、一
方、弾性球体工具が被加工物に押し付けられ、かつ回転
し、それに誘発される前記研磨液の流れにより研磨液中
の研磨砥粒が前記被加工物に衝突し、前記被加工物の表
面微小領域が加工されるように構成された研磨装置にお
ける前記弾性球体工具を被加工物に押し付ける加重手段
と、前記弾性球体工具を回転させる回転手段とを有する
研磨ヘッドにおいて、前記加重手段にエアシリンダを持
ち、その加重軸は上下方向に移動可能なガイドをエアベ
アリングによって支持され、また、回転手段において
は、その回転軸が前記加重軸に任意の角度を有して装着
され、回転方向に移動可能にエアベアリングによって支
持されていることを特徴とする。

【００１１】本発明の研磨ヘッドは、加重手段において
は、その可動部の自重をキャンセルするためのスプリン
グを装着し、加重軸の垂直方向の変位を検知する変位検
知手段と、研磨ヘッドの傾きを検知する傾き検知手段
と、研磨液面の高さを検知する液面検知手段とを有し、
かつこれら変位検知手段、傾き検知手段および液面検知
手段からの信号を基に、前記スプリングの反力変化と傾
き時の自重変化と浮力変化とを、前記エアシリンダで発
生する力を制御することで、補正する制御手段を有する
ことを特徴とする。

【００１２】本発明の研磨ヘッドは、弾性球体工具の回
転軸を前記弾性球体工具の近辺で支持したことを特徴と
する。

【００１３】本発明の研磨装置は、定盤上に位置決め可
能に設けられたそれぞれ直交する２移動軸と、その上方
に垂直軸回りに回転移動し、回転位置決め可能に設けら
れた回転移動軸とを有するテーブルを備えた研磨装置に
おいて、被加工物は前記テーブルに固定され、前記被加
工物の法線方向を追従しながら加工するように、前記回
転移動軸上方に設けられたチルティング機構に本発明の
研磨ヘッドが装着されたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】研磨ヘッドは、エアシリンダにより研磨加工力
を発生し、その加重軸（スピンドル）をエアベアリング
で支持することで前記エアシリンダで発生させる研磨加
工力を損失無く弾性球体工具に伝達することができる。
一方、回転軸もエアベアリングで支持することで前記回
転軸に装着した回転手段で発生させる回転力を損失無く
弾性球体工具に伝達することができる。

【００１５】研磨ヘッドをチルティング装置に搭載し、
被加工物を直交２軸回転１軸のテーブルに水平に装着す
ることで前記研磨ヘッドの加重方向を被加工物の任意の
位置で任意の角度に合致することができる。

【００１６】エアシリンダ下に配設されたエアスピンド
ル、弾性球体工具の回転系等可動部の自重をキャンセル
するためのスプリングを設け、エアシリンダに発生する
力を研磨加工力のみとすることができる。

【００１７】エアスピンドルに研磨ヘッド本体に対する
変位計（変位検知手段）を装着し、かつ補正のための制
御装置を有して、エアシリンダで発生する力の大きさを
制御することでスプリングの伸びによる反力の変化を補
正できる。

【００１８】研磨ヘッドに角度計（傾き検知手段）を装
着し、かつ補正のための制御手段を有して研磨ヘッドを
傾斜させたときのエアシリンダで発生する力の大きさを
制御することでエアシリンダ下の傾斜度による自重の変
化を補正できる。

【００１９】研磨ヘッドに研磨液の液面の高さを検知す
るレベル計（液面検知手段）を装着し、かつ補正のため
の制御手段を有して、研磨液中に没するエアシリンダで
発生する力の大きさを制御することで弾性球体工具の体
積分の浮力の変化を補正できる。

【００２０】回転軸をできる限り弾性球体工具の近辺で
支持することで振動を排除することができる。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２２】図２は本発明の第１実施例の研磨ヘッド５
０が装着される研磨装置３０を示す斜視図である。

【００２３】図２において、定盤３１には、Ｙテーブル
３２が平行な２本のガイドレール３１ａ，３１ｂに案内
されて矢印Ｙ方向およびその逆方向に往復移動自在に装
着されている。２本のガイドレール３１ａ，３１ｂの間
には、各ガイドレール３１ａ，３１ｂと平行にボールネ
ジ３１ｃが回転自在に軸支されており、前記ボールネジ
３１ｃは、Ｙテーブル３２に設けられた不図示のボール
ナットに螺合し、ボールネジ３１ｃの一端はモータ３１
ｄの出力軸と接続されている。これにより、ボールネジ
３１ｃがモータ３１ｄの駆動により正転、逆転すること
により、Ｙテーブル３２は矢印Ｙ方向およびその逆方向
に往復移動される。

【００２４】前記Ｙテーブル３２には、Ｘテーブル３３
がガイド３２ａに案内されて矢印Ｘ方向（矢印Ｙ方向に
対して垂直方向）およびその逆方向に往復移動自在に装
着されている。ガイド３２ａの内側には矢印Ｘ方向と平
行にボールネジ３３ｃが回転自在に軸支されており、前
記ボールネジ３３ｃは、Ｘテーブル３３に設けられた不
図示のボールナットに螺合し、ボールネジ３３ｃの一端
はモータ３３ｄの出力軸と接続されている。これによ
り、ボールネジ３３ｃがモータ３３ｄの駆動により正
転、逆転することにより、Ｘテーブル３３は矢印Ｘ方向
およびその逆方向に往復移動される。

【００２５】前記Ｘテーブル３３には、θテーブル３４
が不図示の回転駆動手段を介して装着されており、該回
転駆動手段により矢印θ方向およびその逆方向に正転、
逆転される構成となっている。前記Ｘテーブル３３、Ｙ
テーブル３２およびθテーブル３４により、被加工物３
６を少なくとも３自由度の位置姿勢で保持する直交２軸
回転１軸のテーブルが構成される。

【００２６】前記θテーブル３４に固定されたタブ３５
内には、研磨砥粒が分散された研磨液が満たされてお
り、被加工物３６はその研磨液中に浸けられた状態で前
記タブ３５に固定される。

【００２７】前記被加工物３６の上方には、定盤３１に
設けられた３個のＬ字形の研磨フレーム３７ａ，３７
ｂ，３７ｃの各先端が位置しており、該各先端に、上下
方向と傾き２方向に位置決め可能な３本の直動機構から
なる、研磨ヘッド５０を前記テーブル３２，３３，３４
と異なる少なくとも３自由度の位置姿勢で保持する保持
手段であるＺチルティング装置４０を装着するための取
付板３８が固定されている。

【００２８】前記Ｚチルティング装置４０について図３
を参照して説明する。

【００２９】正三角形の三角取付板４１の三つの角は、
前記取付板３８（図２参照）にそれぞれ固定されてい
る。三角取付板４１には、各辺とそれぞれ平行に３個の
軸４５ａ，４５ｂ（他は不図示）が固着されており、各
軸４５ａ，４５ｂ（他は不図示）ごとにそれぞれブロッ
ク４２ａ，４２ｂ，４２ｃが各軸４５ａ，４５ｂ（他は
不図示）まわりに回動自在に取り付けられている。ブロ
ック４２ａの２つの外側部にはロ字状の研磨アーム４３
ａの図示上下方向の対向する２つの内側部が公知のスラ
イド手段を介してそれぞれ取り付けられており、研磨ア
ーム４３ａは、その２つの内側部がブロック４２ａの２
つの外側部にそれぞれ案内されて、ブロック４２ａに対
して往復移動（図示上下方向）自在となっている。他の
２個の研磨アーム４３ｂ，４３ｃも他のブロック４２
ｂ，４２ｃに対してそれぞれ同一の構成となっている。

【００３０】各研磨アーム４３ａ，４３ｂ，４３ｃに
は、前記２つの内側部とそれぞれ平行にボールネジ４６
ａ，４６ｂ，４６ｃがそれぞれ回転自在に軸支されてお
り、各ボールネジ４６ａ，４６ｂ，４６ｃは、各ブロッ
ク４２ａ，４２ｂ，４２ｃをそれぞれ挿通し、各ブロッ
ク４２ａ，４２ｂ，４２ｃの内部に設けられたボールナ
ット（不図示）にそれぞれ螺合している。また、各ボー
ルネジ４６ａ，４６ｂ，４６ｃの図示上端は、各研磨ア
ーム４３ａ，４３ｂ，４３ｃの図示上辺に取り付けられ
たモータ４４ａ，４４ｂ，４４ｃの出力軸にそれぞれ接
続されている。各研磨アーム４３ａ，４３ｂ，４３ｃの
図示下辺はユニバーサルジョイント４７ａ，４７ｂ，４
７ｃを介して三角形の研磨ヘッド取付板４８の三つの角
にそれぞれ取り付けられている。

【００３１】前記各研磨アーム４３ａ，４３ｂ，４３ｃ
は、各ボールネジ４６ａ，４６ｂ，４６ｃが各モータ４
４ａ，４４ｂ，４４ｃの駆動によりそれぞれ正転、逆転
されることにより、各ブロック４２ａ，４２ｂ，４２ｃ
に対してそれぞれ往復運動（図示上下方向）する。たと
えば、各研磨アーム４３ａ，４３ｂ，４３ｃを同一の距
離だけ同方向にそれぞれ移動させることにより、研磨ヘ
ッド取付板４８を同じ姿勢に保ったまま前記距離だけ移
動させることができる。また、各研磨アーム４３ａ，４
３ｂ，４３ｃをそれぞれ異なる距離だけ移動させること
により、研磨ヘッド取付板４８をどの方向にも自在に傾
斜させることができる。

【００３２】これにより、チルティング装置４０は、研
磨ヘッド取付板４８に取り付けた研磨ヘッド５０（図２
参照）を、タブ３５に固定された被加工物３６に対し
て、どの方向にも自在に傾斜（チルティング）させるこ
とができ、かつ、自在に上昇、下降させることができ
る。

【００３３】次に、本実施例の研磨ヘッド５０について
図１を参照して説明する。

【００３４】研磨ヘッド５０の本体５１は、加重軸であ
るスピンドル５２とともに加重手段であるエアシリンダ
を構成し、研磨ヘッド取付板４８の所定位置に固定され
る。エアベアリングを構成する多孔質材５５は、円筒形
状のスピンドル５２の外径よりも１０μｍ程度大きい内
径を持ち、供給される空気Ｐ３がその隙間に流れ込むエ
アベアリング（いわゆる多孔質絞り）によってスピンド
ル５２を非接触で支持する。しかし、上下方向には拘束
なく、したがって、スピンドル５２は上下方向（矢印Ａ
方向）には可動である。２つの空気室５３ａ，５３ｂの
各々に供給される空気Ｐ１，Ｐ２の圧力に差が生ずれ
ば、スピンドル５２の上下方向に力が発生する。たとえ
ば、空気室５３ａ，５３ｂの圧力差が１ｋｇ／ｃｍ² 、
スピンドル５２の圧力受け面５２ａ，５２ｂの有効面積
を１ｃｍ² とすれば、上下方向に１ｋｇの力が発生する
ことになる。

【００３５】一方、先端にポリウレタンなどの弾性体で
製作された弾性球体工具６５は回転軸６４に装着され、
この回転軸６４は、複数のエアベアリングにより支持さ
れている。すなわち、多孔質材６１によりラジアル方向
を、多孔質材６３ａおよび６３ｂによってスラスト方向
を、各々非接触に支持されている。それぞれの多孔質材
６１，６３ａ，６３ｂのハウジング６２には、エンコー
ダ６０ｂ（不図示）を内蔵したモータ６０ａがビス等で
固設され、その出力軸６０ｃが回転軸６４に固定され、
弾性球体工具６５の回転手段が構成されている。この回
転手段により、モータ６０ａの回転が回転軸６４を介し
弾性球体工具６５に伝達され、矢印Ｂ方向に回転する。
さらに、スピンドル５２で発生した力は、スピンドル５
２に固定された取付板５９を介してハウジング６２、多
孔質材６３ａ，６３ｂ、回転軸６４、弾性球体工具６５
へと伝達される。

【００３６】こうして回転方向と上下方向の力が弾性球
体工具の先端に与えられて、次のように加工が行われ
る。すなわち、研磨砥粒が分散された研磨液中に浸され
た被加工物３６に加工力により弾性球体工具６５が押し
付けられ、弾性変形を起こす。加えて、弾性球体工具６
５の回転により誘発される研磨液の流れにより、研磨液
が弾性球体工具６５と被加工物３６との接触域に引込ま
れる。研磨液中の砥粒が被加工物３６に衝突し、被加工
物３６の表面微小領域を除去していく。上下方向の力の
大きさにより接触領域の大小が決まり、弾性球体工具６
５の回転速度によりその接触域に引き込まれる研磨砥粒
の時間あたりの量が決定され、加工の分解能が決まる。

【００３７】次に、図４を参照して本実施例の回り止め
機構について説明する。

【００３８】スピンドル５２は、本体５１にネジ等で固
設されたプレート５６ａ，５６ｂ、各プレート５６ａ，
５６ｂの各々に設置された多孔質プレート５７ａ，５７
ｂ、およびスピンドル５２にネジ等で固設された移動プ
レート５８からなる回り止め機構によって中心軸回りの
回転が規制される。すなわち、エアベアリングを構成す
る多孔質プレート５７ａ，５７ｂにそれぞれ供給された
空気Ｐ４，Ｐ５は、移動プレート５８と多孔質プレート
５７ａ，５７ｂとの小さな膜を形成し、非接触に移動プ
レート５８を支持し、矢印Ｃ方向に可動としながらも、
その直交方向には不動となる。したがって、図１中で、
研磨ヘッド５０のスピンドル５２はその中心軸回りに回
転せず、加工中の弾性球体工具６５の位置のずれが最小
に押えられる。

【００３９】なお、取付板５９はスピンドル５２に対し
て任意の角度（φ）に設定され、工具回転中心（固定＝
０の部分）が被加工物３６に接触しないように、たとえ
ば角度φは４５゜に設定される。

【００４０】次に、図５を参照して加工圧の制御につい
て説明する。

【００４１】サーボ弁７１は、空気源７３から空気室５
３ａ，５３ｂに供給する空気量を各々独立してコントロ
ールする。スピンドル５２の圧力受け面５２ａ，５２ｂ
の有効面積がそれぞれ既知であるので、この部分の発生
する力はこの有効面積に圧力差を乗じたものとなる。目
標荷重をこの有効面積で割った値と差圧センサ７１で読
み取った値とが同じものになるように、コントローラ７
４はサーボ弁７２が空気室５３ａ，５３ｂの各々に供給
する空気量を制御することで目標荷重を達成する。

【００４２】しかし、前述したように、スピンドル５２
は上下方向の拘束がないため、この可動部分の自重をキ
ャンセルしなければ自重は目標荷重に加算される。そこ
で、本実施例では、空気室５３ａ，５３ｂの圧力差を最
小限にするため、スプリング５４の一端を本体５１に、
他端をスピンドル５２にそれぞれ固設し、スピンドル５
２以下の自重をキャンセルする。スプリング５４を用い
ず、空気室５３ａ，５３ｂとの圧力差を用い、スプリン
グ５４以下の可動部の自重を支える場合もあるが、この
場合、自重をキャンセルするための圧力がオフセットと
して差圧センサ７１に加わるため、差圧測定のＳ／Ｎ比
が悪化し、荷重精度が落ちる。スプリング５４について
は、たとえば可動部の自重が３ｋｇで目標荷重のダイナ
ミックレンジを０〜５００ｇとしたときにスプリング５
４でキャンセルする自重分を３ｋｇとすれば、空気圧に
よりスピンドルで発生させる荷重は０〜５００ｇとな
る。また、スプリング５４は、スピンドル５２の上下方
向の位置が可動有効範囲の中心位置で自重をキャンセル
するように設定するが、スピンドル５２の本体５１に対
する位置が変化した場合には、スプリング５４が発生す
る反力が変化する。コントローラ７４は、変位計６６お
よびアンプ７５でスピンドル５２の位置を測定し、スプ
リング５４のバネ定数からスプリング５４の発生する反
力を計算し、被加工物３６に対して発生する目標荷重が
スピンドル５２の位置にかかわらず一定になるように空
気室５３ａ，５３ｂ間の差圧を制御する。

【００４３】研磨ヘッド５０の傾きによるエアシリンダ
の発生力補正について説明する。

【００４４】あらかじめ加重軸（スピンドル）５２を垂
直状態で可動部の自重を求め、コントローラ７４に登録
する。被加工物３６の加工面の曲率の法線方向に研磨ヘ
ッド５０の加重軸（スピンドル）５２を一致させたと
き、図１に示す角度計９０で検知した研磨ヘッド５０の
水平に対する角度を不図示のアンプを介してコントーラ
７４に送る。コントーラ７４では、この検出した角度か
ら現在の可動部の自重を計算し、先に登録した可動部の
自重に対して減少した分だけエアシリンダで発生する力
を大きくし、被加工物３６の加工面の曲率の法線方向に
ついて常に一定の研磨加工力を発生する。

【００４５】弾性球体工具６５が研磨液９２に没するた
めに生じる浮力を起因とするエアシリンダの発生力補正
について説明する。

【００４６】図１に示すレベル計９１にて検出された研
磨液９２の液面の高さを不図示のアンプを介してコント
ローラ７４へ送る。コントーラ７４は、この検出した液
面の高さから弾性球体工具６５の研磨液中に没している
体積相当の浮力を計算し、この分だけエアシリンダに発
生する力を大きくし、弾性球体工具６５の沈み量に左右
されることなく常に一定の研磨加工力を発生する。

【００４７】次に、本発明の第２実施例について図６を
参照して説明する。

【００４８】ボビン８２にビス等で固設された荷重軸８
５は角形であり、その４面を本体８３に取り付けられた
４個の多孔質パッド８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ
（不図示）によって非接触に支持されている。したがっ
て、４方向より拘束されているために、軸回りの回転は
不可となり、実施例１の如く、回り止めを設ける必要が
なくなる。非接触に支持するため、上下方向には損失な
く力が伝達され、ボイスコイルモータ８１（以下、ＶＣ
Ｍ８１という）に発生する力がダイレクトに弾性球体工
具６５に伝わる。ＶＣＭ８１の発生する力は、ボビン８
２の上下方向の位置による差異を生じるので、変位計８
６でその位置を読み取り、その差を補正するようにＶＣ
Ｍ８１に流れる電流をコントロールする。研磨ヘッド５
０の傾き補正、弾性球体工具６５の浮力補正も行う。

【００４９】なお、弾性球体工具６５を回転させる構成
については第１実施例と同様である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明による研磨ヘ
ッドは、エアシリンダにより研磨加工力を発生し、その
加重軸（スピンドル）をエアベアリングで支持すること
で前記エアシリンダで発生させる研磨加工力を損失無く
弾性球体工具に伝達し、回転軸をエアシリンダで支持す
ることで回転軸に装着した回転手段で発生させる回転力
を損失無く弾性球体工具に伝達し、前記エアシリンダ下
に配設されたエアスピンドル、弾性球体工具の回転系等
可動部の自重をキャンセルするためのスプリングを設
け、前記エアシリンダに発生する力を研磨加工力のみと
することで研磨加工力の精度を向上させることができ
る。

【００５１】また、スピンドル変位、研磨ヘッドの傾
き、研磨液面の高さをそれぞれ検知する各検知手段と、
各検知手段からの信号に基づいて、シリンダに発生する
力を制御する制御手段とを有することで研磨加工力を常
に一定にし、弾性球体工具を被加工物に押し付けた際の
弾性球体工具のつぶれ面面積精度を向上させることがで
きる。さらに、工具の回転軸をできる限り弾性球体の工
具の近辺で支持し、振動を排除することができる。

【００５２】一方、本発明による研磨装置は、チルティ
ング装置と直交２軸回転１軸のテーブルとを有し、前記
保持手段に研磨ヘッドを装着し、また、前記テーブル上
に被加工物を装着することにより、被加工物の表面形状
のあらゆる曲率に対してその法線方向と研磨ヘッドの加
重方向とを一致させることができるので、あらゆる曲率
の被加工物に対応し、リアルタイムでエアシリンダの発
生力を制御して研磨加工力を常に一定にし、高精度な研
磨加工を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨ヘッドの第１実施例を示す要部断
面図である。

【図２】本実施例の研磨ヘッドが装着される研磨装置を
示す斜視図である。

【図３】本実施例中のＺチルティング装置を示す斜視図
である。

【図４】本実施例のまわり止め機構を示す正面図であ
る。

【図５】本実施例の加工圧の制御を説明するための図で
ある。

【図６】本発明の研磨ヘッドの第２実施例を示す要部断
面図である。

【図７】研磨装置の従来例を示し、（Ａ）は正面図、
（Ｂ）は側面図である。

【図８】図７に示す研磨装置で球面加工物を加工する際
の模式図である。

【図９】図７に示す研磨装置で球面加工物を加工する際
の加工域を表す図である。

【符号の説明】

３０ 研磨装置 ３１ 定盤 ３２ Ｙテーブル ３３ Ｘテーブル ３４ θテーブル ３５ タブ ３６ 被加工物 ３６ａ 被加工物面 ３７ａ，３７ｂ，３７ｃ 研磨フレーム ４０ Ｚチルティング装置 ４１ 三角取付板 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ ブロック ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ 研磨アーム ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ モータ ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ 軸 ４６ａ，４６ｂ，４６ｃ ボールネジ ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ ユニバーサルジョイント ４８ 研磨ヘッド取付板 ５０ 研磨ヘッド ５１ 本体 ５２ スピンドル ５２ａ スピンドル圧力受け面ａ ５２ｂ スピンドル圧力受け面ｂ ５３ａ 空気室ａ ５３ｂ 空気室ｂ ５４ スプリング ５５ 多孔質材 ５６ａ，５６ｂ プレート ５７ａ，５７ｂ 多孔質プレート ５８ 移動プレート ５９ 取付板 ６０ａ モータ ６０ｃ 出力軸 ６１ 多孔質材 ６２ ハウジング ６３ａ 多孔質材 ６３ｂ 多孔質材 ６４ 回転軸 ６５ 工具 ６６ 変位計 ７１ 差圧センサ ７２ サーボ弁 ７３ 空気源 ７４ コントローラ ８１ ボイスコイルモータ ８２ ボビン ８３ 本体 ８４ａ 多孔質パッド ８４ｂ 多孔質パッド ８４ｃ 多孔質パッド ８５ 加重軸 ８６ 変位計 ９０ 角度計 ９１ レベル計 ９２ 研磨液

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨砥粒が分散された研磨液中に被加工
   物が浸され、一方、弾性球体工具が被加工物に押し付け
   られ、かつ回転し、それに誘発される前記研磨液の流れ
   により研磨液中の研磨砥粒が前記被加工物に衝突し、前
   記被加工物の表面微小領域が加工されるように構成され
   た研磨装置における前記弾性球体工具を被加工物に押し
   付ける加重手段と、前記弾性球体工具を回転させる回転
   手段とを有する研磨ヘッドにおいて、 前記加重手段にエアシリンダを持ち、その加重軸は上下
   方向に移動可能なガイドをエアベアリングによって支持
   され、 また、回転手段においては、その回転軸が前記加重軸に
   任意の角度を有して装着され、回転方向に移動可能にエ
   アベアリングによって支持されていることを特徴とする
   研磨ヘッド。
2. 【請求項２】 加重手段においては、その可動部の自重
   をキャンセルするためのスプリングを装着し、加重軸の
   垂直方向の変位を検知する変位検知手段と、研磨ヘッド
   の傾きを検知する傾き検知手段と、研磨液面の高さを検
   知する液面検知手段とを有し、かつこれら変位検知手
   段、傾き検知手段および液面検知手段からの信号を基
   に、前記スプリングの反力変化と傾き時の自重変化と浮
   力変化とを、前記エアシリンダで発生する力を制御する
   ことで、補正する制御手段を有することを特徴とする請
   求項１に記載の研磨ヘッド。
3. 【請求項３】 弾性球体工具の回転軸を前記弾性球体工
   具の近辺で支持したことを特徴とする請求項１または２
   に記載の研磨ヘッド。
4. 【請求項４】 定盤上に位置決め可能に設けられたそれ
   ぞれ直交する２移動軸と、その上方に垂直軸回りに回転
   移動し、回転位置決め可能に設けられた回転移動軸とを
   有するテーブルを備えた研磨装置において、 被加工物は前記テーブルに固定され、 前記被加工物の法線方向を追従しながら加工するよう
   に、前記回転移動軸上方に設けられたチルティング機構
   に請求項１、２または３に記載の研磨ヘッドが装着され
   たことを特徴とする研磨装置。