JPH1158206A - 研磨装置、及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工物の被研磨面を簡単且つ短時間に修正
する。 【解決手段】 研磨装置は、研磨工具としての研磨ベル
ト２０と、研磨ベルト２０の裏面に密着し、磁性流体を
有する変形部材２５と、変形部材２５と共に研磨ベルト
２０を回転させる研磨ベルト回転機構４０と、研磨ベル
ト２０の裏面側に研磨ベルト２０に沿って、その長手方
向に並んでいる複数の電磁石３０，３０，…と、複数の
電磁石３０，３０，…を制御する電源回路３５及び制御
装置５９とを備えている。被加工物１０の被研磨面１１
を修正する際には、被研磨面１１の修正箇所に対向する
位置の電磁石３０を励磁して、この部分の研磨ベルト２
０を変形させて、修正箇所を積極的に研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物を研磨工
具に押し当てつつ、両者を相対移動させて、この被加工
物を研磨する研磨方法、及びこの方法を実現する研磨装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の研磨装置としては、例えば、図６
及び図７に示すような横振り型研磨装置、いわゆるオス
カー型研磨装置がある。この研磨装置は、被加工物１０
よりも大きなパッドポリッシャ又はピッチポリッシャ
（研磨工具）１と、この研磨工具１を回転させる回転テ
ーブル２と、被加工物１０を保持するホルダ３と、この
ホルダ３を回転自在に支持するカンザシピン４と、ホル
ダ３ごとカンザシピン４を揺動させるアーム５と、を備
えている。

【０００３】この研磨装置による実際の研磨では、ま
ず、ホルダ３に被加工物１０をセットし、この被加工物
１０を研磨工具１に押し付ける。次に、回転テーブル２
を駆動させて、研磨工具１を回転されると共に、アーム
５を駆動し、ホルダ３に保持されている被加工物１０を
揺動させ、研磨工具１に対して被加工物１０を相対移動
させて、被加工物１０を研磨する。この際、研磨工具１
の回転力を被加工物１０が受ける結果、ホルダ３及び被
加工物１０は、カンザシピン４を中心として回転する。
つまり、ホルダ３及び被加工物１０は、研磨工具１の回
転に連れ回る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術では、研磨中において、被加工物１０の揺
動等により、研磨工具１の研磨面が部分的に凹状又は凸
状に常に変化しようとし、被加工物１０の被研磨面を目
的の形状に研磨することが難しい。このため、ある程
度、被加工物１０を研磨した段階で、被加工物１０の被
研磨面の面精度を調べて、面修正をすることになるが、
被加工物１０よりも大きな研磨工具１を用いているの
で、この面修正が非常に難しく、熟練者の経験と勘に頼
るところが非常に大きく、目的の面精度に仕上げるため
に、多くの労力及び時間を費やしている。具体的には、
面修正の際には、被加工物１０の揺動幅、カンザシピン
４の前後の出し入れ量、被加工物１０及び研磨工具１の
回転数等のパラメータを微妙に調節して、対応してい
る。また、従来技術では、研磨前に、研磨工具１の研磨
面を慣らしておく必要があり、この慣らしにも、熟練し
た技能が要求される。

【０００５】すなわち、従来技術では、目的の面形状を
得るために、多くの労力及び時間を用するという問題点
がある。

【０００６】特に、従来の研磨装置では、棒状の被加工
物１０を研磨する際に、これを目的の形状に研磨するこ
とが非常に難しく、非常に多くの労力及び時間が必要に
なる。これは、棒状の被加工物１０では、図７に示すよ
うに、被加工物１０の長手方向に平行な辺のうち、端部
側の部分１１ｃ，１１ｃに、研磨工具１が常に向かって
いくように相対移動するため、この部分１１ｃ，１１ｃ
が他の部分に比べて多く研磨され、被加工物１０の被研
磨面が捩じれ易いこと、さらに、被加工物１０の長手方
向の各部位で研磨工具１との相対速度が異なり、長手方
向の各部での研磨量に差が生じて、長手方向の端部にダ
レ易いこと、による。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点につい
て着目してなされたもので、比較的簡単に且つ短時間
で、目的の面形状に仕上げることができる研磨方法、及
びこの方法を実現する研磨装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の研磨装置は、帯状で、表裏面のうち一方の面が研磨面
を成し、他方の面が変形部材密着面を成す、研磨工具と
しての研磨ベルトと、前記研磨ベルトの前記変形部材密
着面に密着し、自身が変形することで前記研磨面の面形
状を変える変形部材と、前記研磨ベルトをその長手方向
に移動させる研磨ベルト移動機構と、前記変形部材のう
ち、変形させる箇所及び該箇所の変形量を制御する変形
制御手段と、を備えていることを特徴とするものであ
る。

【０００９】ここで、前記研磨装置は、前記被加工物を
前記研磨ベルトの長手方向及び短手方向に移動させる被
加工物移動機構を備えていることが好ましい。

【００１０】また、以上のいずれかの研磨装置は、前記
研磨ベルトの前記研磨面に対して略垂直な軸回りに、前
記被加工物を回転させる被加工物回転機構を備えていて
もよい。

【００１１】また、以上のいずれかの研磨装置の前記研
磨ベルト移動機構は、前記研磨ベルトを前記長手方向に
おいて往復移動させるものであることが好ましい。

【００１２】さらに、以上のいずれかの研磨装置は、前
記変形部材は、磁性流体を有しているものであり、前記
変形制御手段は、前記変形部材を中心として、前記研磨
ベルトと反対側に該研磨ベルトの前記長手方向に沿って
複数配された電磁石を有しているものであってもよい。

【００１３】前記目的を達成するための研磨方法は、研
磨工具としての帯状の研磨ベルトを予め準備し、被加工
物の被研磨面を前記研磨ベルトに対向させ、前記被加工
物の前記被研磨面のうちの多く研磨すべき部位に対向し
ている、前記研磨ベルトの部位を該被研磨面側に突出変
形させ、該研磨ベルトに対して該被加工物の該被研磨面
を押し付けつつ、該研磨ベルトをその長手方向に相対移
動させて、該被加工物を研磨することを特徴とするもの
である。

【００１４】ここで、前記研磨方法において、前記研磨
ベルトを前記長手方向において往復移動させてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施形態と
しての研磨装置について、図１〜図５を用いて説明す
る。

【００１６】この実施形態における研磨装置は、図１及
び図２に示すように、帯状で無端の研磨ベルト２０と、
この研磨ベルト２０の裏面に沿って設けられ、磁性流体
２６を有する変形部材２５と、研磨ベルト２０を回転さ
せる研磨ベルト回転機構４０と、磁性流体２６を変形さ
せる複数の電磁石３０，３０，…と、これらの電磁石３
０，３０，…の電源回路３５と、被加工物１０を保持す
るホルダ５０と、被加工物１０を研磨ベルト２０に押し
付ける押圧機構５１と、この押圧機構５１ごとホルダ５
０を移動及び回転させる被加工物移動機構５５と、研磨
液を噴出する研磨液ノズル５８と、電磁石電源回路３
５、研磨ベルト回転機構４０及び被加工物移動機構５５
を制御する制御装置５９と、を備えている。なお、この
実施形態において、研磨ベルト移動機構は、研磨ベルト
回転機構４０で構成され、変形制御手段は、複数の電磁
石３０，３０，…とその電源回路３５と制御装置５９と
を有して構成されている。ここで、以下の説明の都合
上、研磨ベルト２０の長手方向をＸ方向、その短手方向
をＹ方向、研磨ベルト２０に対する被加工物１０の遠近
方向をＺ方向（上下方向）とする。

【００１７】無端の研磨ベルト２０は、図３に示すよう
に、表面が研磨面２１を形成し、裏面が変形部材密着面
２２を形成している。変形部材２５は、研磨ベルト２０
の変形部材密着面２２に沿って配されている磁性流体２
６と、この磁性流体２６を覆って研磨ベルト２０と一体
化させる磁性流体被覆部材２７とを有している。磁性流
体２６は、鉄粉等の磁性粉体と、油等の流体とを有して
いる。また、磁性流体被覆部材２７は、ゴム又は樹脂を
主成分として形成されたものである。なお、この磁性流
体被覆部材２７は、研磨ベルト２０よりも変形しにくい
ものである。このため、この磁性流体被覆部材２７は、
ゴム又は樹脂の中に、例えば、炭素繊維等を含有させ
て、形成するとよい。

【００１８】複数の電磁石３０，３０，…は、図３に示
すように、変形部材の＋Ｚ側、つまり下側に、研磨ベル
ト２０に沿って、この研磨ベルト２０の長手方向（Ｘ方
向）並んでいる。各電磁石３０は、鉄芯３１と、これに
巻き付けられているコイル３２とを有し、このコイル３
２に流す電流量を変えることで、磁力を変化させること
ができる。

【００１９】研磨ベルト回転機構４０は、図１及び図２
に示すように、研磨ベルト２０が掛け渡される二つの従
動ベルトプーリ４２，４２及び一つの駆動ベルトプーリ
４１と、研磨ベルト２０を回転させるベルト駆動モータ
と、このベルト駆動モータ４５の出力軸に設けられてい
る駆動モータプーリ４６と、駆動ベルトプーリ４１の軸
に取り付けられている従動モータプーリ４８と、駆動モ
ータプーリ４６と従動モータプーリ４８とに掛け渡され
る伝達ベルト４７と、研磨ベルト２０の張力を調節する
ためのテンションローラ４４，４４と、従動ベルトプー
リ４２，４２のレベルを調節するためのマイクロメータ
４９，４９，…と、を備えている。三つのベルトプーリ
４１，４２，４２は、これらに掛け渡された研磨ベルト
２０がＸＺ平面上で逆二等辺三角形状を成すよう、逆二
等辺三角形の二つの低角に該当する位置にそれぞれ従動
ベルトプーリ４２，４２が配され、逆二等辺三角形の頂
角に該当する位置に駆動ベルトプーリ４１が配されてい
る。テンションローラ４４，４４は、逆三角形状の研磨
ベルト２０の二つの等辺に該当する部分に、接触するよ
うに配されている。マイクロメータ４９，４９は、一つ
の従動ベルトプーリ４２の軸の両端を支える二つの軸受
に、それぞれ設けられ、従動ベルトプーリ４２，４２の
軸のＺ方向のレベルと、この軸の傾きを調節できるよう
になっている。

【００２０】ホルダ５０は、逆二等辺三角形状の研磨ベ
ルト２０の底辺に相当する部分に、ホルダ５０に保持さ
れている被加工物１０が対向するよう、配されている。
押圧機構５１は、エアーシリンダで、ピストン５３と、
このピストン５３をＺ方向に移動可能に収納するシリン
ダケーシング５４と、ピストン５３とホルダ５０とを連
結する連結軸５２とを有している。

【００２１】被加工物移動機構５５は、押圧機構５１の
シリンダケーシング５４に接続されている連結軸５６
と、この連結軸５６をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させると共
に、θｚ回りに回転させる移動機構本体５７とを有して
いる。

【００２２】次に、この研磨装置を用いての被加工物１
０の研磨について、説明する。ここで、被加工物１０
は、図１及び図２に示すように、直方体形状で、その一
つの面が被研磨面１１であるとする。

【００２３】まず、被加工物１０の被研磨面１１が研磨
ベルト２０の研磨面２１と対向するよう、被加工物１０
をホルダ５０にセットする。次に、被加工物移動機構５
５を駆動して、被加工物１０を＋Ｚ方向（下方向）に移
動させて、被加工物１０の被研磨面１１と研磨ベルト２
０の研磨面２１とを接触させる。続いて、押圧機構５１
を駆動して、所定の押圧力で、被加工物１０を研磨ベル
ト２０に押し付ける。次に、この状態で、研磨ベルト２
０が確実に回転するよう、テンションローラ４４，４４
の位置を調節して、研磨ベルト２０とベルトプーリ４
１，４２，４２との間の摩擦力を高める。そして、ベル
ト駆動モータ４５を駆動して、研磨ベルト２０を回転さ
せて、被加工物１０を研磨する。

【００２４】ところで、図４（ａ）に示すように、研磨
ベルト２０を一定方向にのみ回転させ続けると、被加工
物１０は偏減りしてしまう。具体的には、例えば、研磨
ベルト２０を時計回り方向に回転させ続けると、被加工
物１０の研磨ベルト２０が向かってくる側、つまり被加
工物１０の左側部分１１ａが多く研磨されてしまう。

【００２５】このため、この実施形態では、図４（ｂ）
に示すように、研磨ベルト２０を往復回転させること
で、被加工物１０が一端部のみが多く研磨されてしまう
のを防いでいる。また、この実施形態では、被加工物１
０の被研磨面１１のどの位置でも、研磨ベルト２０に対
する相対速度が同じであるので、従来技術のように、被
加工物１０の被研磨面１１のうち、研磨ベルト２０に対
する相対速度が高い部分が多く研磨されることも防ぐこ
とができる。すなわち、この実施形態では、被加工物１
０に対する研磨ベルト２０の相対移動方向を定期的に相
反する方向に変えると共に、被加工物１０の被研磨面１
１の全ての位置における、研磨ベルト２０に対する相対
速度を同じにしているので、被加工物１０の被研磨面１
１の偏減りを防ぐことができる。

【００２６】しかしながら、被加工物１０の被研磨面１
１の偏減りを防ぐことができるとしても、例えば、研磨
開始前の被研磨面１１が大きく歪んでいて、これをその
まま研磨すると、被研磨面１１の歪みは残ってしまう。
また、例えば、研磨ベルト２０の研磨面２１が歪んでい
る等の、何らかの原因で、研磨後の被研磨面１１が歪ん
でしまうこともある。

【００２７】そこで、このような場合、この実施形態で
は、図３に示すように、複数の電磁石３０ａ，３０，…
のうち、一部の電磁石３０ａのみを励磁して、又は、一
部の電磁石３０ａのみの電磁力を強めて、この一部の電
磁石３０ａに対向する位置に磁性流体２６を集め、研磨
ベルト２０の研磨面２１を変形させ、被加工物１０の被
研磨面１１のうち、目的の位置を積極的に研磨できるよ
うにしている。なお、前述したように、磁性流体被覆部
材２７として、研磨ベルト２０よりも変形しにくい材料
を用いているのは、特定の電磁石３０ａのみを励磁し
て、この電磁石３０ａに対向する位置に磁性流体２６を
集めて、この位置での磁性流体２６の体積を増したとし
ても、磁性流体被覆部材２７が変形しやすくて、この被
覆部材２７が膨れてしまうと、研磨ベルト２０の研磨面
２１がほとんど変形しないからである。

【００２８】例えば、図５に示すように、被加工物１０
の被研磨面１１の両端部１１ｂ，１１ｂが凸状になって
いる場合、この凸状になっている部分１１ｂと対向して
いる電磁石３０ａ，３０ａを励磁し、被研磨面１１の凸
状部分１１ｂ，１１ｂと対向している研磨ベルト２０の
研磨面２１の部分２１ａ，２１ａを凸状に変形させ、被
研磨面１１の凸状部分１１ｂ，１１ｂに対する研磨ベル
ト２０の押圧力を高めて、この部分１１ｂ，１１ｂを積
極的に研磨するようにする。被研磨面１１の特定部分１
１ｂの研磨量の調節は、特定部分１１ｂに対向している
電磁石３０ａの電磁力の強さ、及び研磨ベルト２０の往
復移動幅を調節して行う。この被研磨面１１の修正の際
には、被加工物移動機構５５を駆動して、被加工物１０
をＸ方向及び／又はＹ方向に関して、僅かな幅で往復移
動させるとよい。なお、複数の電磁石３０，３０，…の
うち、どの電磁石３０を励磁し、その電磁石３０の電磁
力をどの程度にするか、さらには、研磨ベルト２０の往
復移動速度及び往復移動幅、被加工物１０のＸ方向及び
／又はＹ方向に関する往復移動速度及び往復移動幅は、
制御装置５９により管理される。

【００２９】以上のように、この実施形態では、被加工
物１０の修正の際、熟練者の経験と勘に頼ることなく、
被研磨面１１で修正したい箇所１１ａに対向した位置の
電磁石３０ａの強さを調整して研磨ベルト２０を変形さ
せることで、被研磨面１１を修正できるので、比較的簡
単に且つ短時間で、被研磨面１１を高精度に目的の面形
状に仕上げることができる。

【００３０】また、この実施形態においても、研磨前
に、研磨工具である研磨ベルト２０の慣らしを行うこと
が好ましいが、以上のように、比較的簡単に被加工物１
０を修正できるので、熟練した技能が要求される研磨工
具の慣らしを省いてもよい。

【００３１】なお、以上は、この実施形態における被加
工物１０の修正の効果であるが、同じ形状の被加工物１
０，１０，…を多数研磨する場合には、最初の被加工物
１０を研磨した段階で、この被加工物１０の研磨傾向を
把握し、この研磨傾向を打ち消し得るよう研磨ベルト２
０を変形させて、以降の被加工物１０を研磨すれば、ほ
とんど修正することなく、被加工物１０を高精度に目的
の面形状に研磨することができる。従って、たとえ、こ
の実施形態において、研磨ベルト２０を一定方向に回転
させ続けても、これに起因する被加工物１０の偏減りを
打ち消し得るように、予め研磨ベルト２０を変形させて
おけば、被加工物１０の偏減りを防ぐことができる。

【００３２】また、以上は、直方体形状の被加工物１０
の一つの面１１を平坦に研磨する例であるが、この実施
形態における研磨装置は、円板状の被加工物の被研磨面
を球面又は非球面に仕上げることもできる。この場合、
被研磨面の凹んでいる箇所と対向している位置の研磨ベ
ルトを予め凸状に変形させておき、被加工物移動機構５
５を駆動し、被加工物をθｚ回りに回転させて研磨する
ことになる。

【００３３】また、以上は、変形部材２５として、磁性
流体２６を有するものであるが、この換わりに、例え
ば、ピエゾ素子等の電歪素子を用いてもよい。但し、ピ
エゾ素子は、その変形量が小さいので、多数のピエゾ素
子を変形方向に重ねて、変形量を稼ぐことが必要であ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明では、被加工物の被研磨面の全て
の位置における、研磨ベルトに対する相対速度が同じに
なるので、被加工物の被研磨面の偏減りを防ぐことがで
きる。さらに、被加工物に対する研磨ベルトの相対移動
方向を定期的に相反する方向に変えると、つまり、研磨
ベルトを往復移動させると、被加工物の被研磨面の偏減
りをより効果的に防ぐことができる。

【００３５】また、本発明では、被加工物の被研磨面が
歪んでいても、熟練者の経験と勘に頼ることなく、被研
磨面で修正したい箇所に対向した位置の研磨ベルトを変
形させることで、被研磨面を簡単に修正できる。また、
同じ形状の被加工物を多数研磨する場合には、最初の被
加工物を研磨した段階で、この被加工物の研磨傾向を把
握し、この研磨傾向を打ち消し得るよう研磨ベルトを変
形させて、以降の被加工物を研磨すれば、ほとんど修正
することなく、被加工物を高精度に目的の面形状に研磨
することができる。

【００３６】従って、本発明によれば、被加工物の被研
磨面の偏減りを防ぐことができる上に、偏減りが防止さ
れることで修正作業量が少なくなり、たとえ、修正作業
が必要な場合でも、簡単に修正できるので、簡単且つ短
時間で被研磨面を高精度に目的の面形状に仕上げること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態としての研磨装置の正
面断面図である。

【図２】本発明に係る一実施形態としての研磨装置の要
部切欠き側面である。

【図３】本発明に係る一実施形態としての研磨ベルト及
び変形部材の断面図である。

【図４】本発明に係る一実施形態としての研磨ベルトの
移動方向と被加工物の研磨結果との関係を示す説明図で
ある。

【図５】本発明に係る一実施形態としての被加工物の修
正方法を示す説明図である。

【図６】従来の研磨装置の正面図である。

【図７】従来の研磨装置の平面図である。

【符号の説明】

１０…被加工物、１１…被研磨面、２０…研磨ベルト、
２１…研磨面、２２…変形部材密着面、２５…変形部
材、２６…磁性流体、２７…磁性流体被覆部材、３０…
電磁石、３５…電磁石電源回路、４０…研磨ベルト回転
機構、５０…ホルダ、５１…押圧機構、５５…被加工物
移動機構、５９…制御装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物を研磨工具に押し当てつつ、両者
   を相対移動させて、該被加工物を研磨する研磨装置にお
   いて、 帯状で、表裏面のうち一方の面が研磨面を成し、他方の
   面が変形部材密着面を成す、前記研磨工具としての研磨
   ベルトと、 前記研磨ベルトの前記変形部材密着面に密着し、自身が
   変形することで前記研磨面の面形状を変える変形部材
   と、 前記研磨ベルトをその長手方向に移動させる研磨ベルト
   移動機構と、 前記変形部材のうち、変形させる箇所及び該箇所の変形
   量を制御する変形制御手段と、 を備えていることを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の研磨装置において、 前記被加工物を前記研磨ベルトの長手方向及び短手方向
   に移動させる被加工物移動機構を備えていることを特徴
   とする研磨装置。
3. 【請求項３】請求項１及び２のいずれか一項に記載の研
   磨装置において、 前記研磨ベルトの前記研磨面に対して略垂直な軸回り
   に、前記被加工物を回転させる被加工物回転機構を備え
   ていることを特徴とする研磨装置。
4. 【請求項４】請求項１から３のいずれか一項に記載の研
   磨装置において、 前記研磨ベルト移動機構は、前記研磨ベルトを前記長手
   方向において往復移動させるものであることを特徴とす
   る研磨装置。
5. 【請求項５】請求項１から４のいずれか一項に記載の研
   磨装置において、 前記変形部材は、磁性流体を有し、 前記変形制御手段は、前記変形部材を中心として、前記
   研磨ベルトと反対側に該研磨ベルトの前記長手方向に沿
   って複数配された電磁石を有していることを特徴とする
   研磨装置。
6. 【請求項６】被加工物を研磨工具に押し当てつつ、両者
   を相対移動させて、該被加工物を研磨する研磨方法にお
   いて、 前記研磨工具として、帯状の研磨ベルトを予め準備し、 前記被加工物の被研磨面を前記研磨ベルトに対向させ、 前記被加工物の前記被研磨面のうちの多く研磨すべき部
   位に対向している、前記研磨ベルトの部位を該被研磨面
   側に突出変形させ、該研磨ベルトに対して該被加工物の
   該被研磨面を押し付けつつ、該研磨ベルトをその長手方
   向に相対移動させて、該被加工物を研磨することを特徴
   とする研磨方法。
7. 【請求項７】請求項６記載の研磨方法において、 前記研磨ベルトを前記長手方向において往復移動させる
   ことを特徴とする研磨方法。