JP5682842B2 - Polishing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、EEM加工を行うための研磨装置に関する。 The present invention relates to a polishing apparatus for performing EEM processing.
仕上げ面の面粗さの精度が要求される研磨加工においては、従来、サブミクロンオーダーの精度が得られれば十分であったが、最近では、数10nm以下、なかには原子オーダーの面粗さの精度までが要求されるようになっている。数10nm以下(もしくは原子オーダー)の面粗さを得ることが可能な加工法としては、例えばEEM加工(Elastic Emission Machining)法がある。このEEM加工法は、研磨砥粒を含む液体を当該液体中に配置した被研磨物と研磨部材との間に流して、研磨砥粒を被研磨物の表面(被研磨面)に衝突させることにより被研磨物の表面(被研磨面)を高精度に研磨加工する方法である(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, it has been sufficient to obtain submicron-order accuracy in polishing processes that require finished surface roughness accuracy. However, recently, the accuracy of surface roughness on the order of several tens of nanometers or less, particularly atomic order. Until now comes to be required. As a processing method capable of obtaining a surface roughness of several tens of nm or less (or atomic order), for example, there is an EEM processing (Elastic Emission Machining) method. In this EEM processing method, a liquid containing abrasive grains is caused to flow between an object to be polished disposed in the liquid and a polishing member, and the abrasive grains collide with the surface (surface to be polished) of the object to be polished. This is a method of polishing the surface (surface to be polished) of the object to be polished with high accuracy (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、このような研磨方法においては、研磨部材が被研磨物に接触することがないため、研磨によるダメージは極めて小さいが、研磨レートが低くなってしまうことから、研磨レートを高めるための方策が求められていた。 However, in such a polishing method, since the polishing member does not come into contact with the object to be polished, damage due to polishing is extremely small, but the polishing rate becomes low, so there is a measure for increasing the polishing rate. It was sought after.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、研磨レートを高めた研磨装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a polishing apparatus having an increased polishing rate.
このような目的達成のため、本発明に係る研磨装置は、被研磨面を有する被研磨物を収容し、前記被研磨面を研磨するための研磨砥粒を含んだ液体を貯留する容器と、前記被研磨物の前記被研磨面に間隔をおいて前記液体中に配置された研磨部材と、前記研磨部材と前記被研磨面との間に間隔がおかれた状態で前記研磨部材を回転させるための回転機構とを備え、前記研磨部材は、外周面が円筒状に形成されてその回転対象軸を中心として回転可能に前記回転機構に連結された基部と、前記基部の前記外周面に周方向に沿って間隔をおいて形成された複数のネジ歯形状の凸部とを有してネジ歯車型に形成されるとともに、前記回転機構により回転されて前記ネジ歯形状の凸部が前記液体を掻くことにより前記液体に流れを与えて前記研磨砥粒を前記被研磨面に当接させるように構成されており、前記凸部がそれぞれ、前記外周面に前記基部の径方向外方に向けて突出するとともに、前記外周面内において前記回転対称軸に対して傾斜する一つの方向に延びる線状に形成された螺旋形状となっている。
なお、上記研磨装置において、好ましくは、前記研磨部材が有する前記凸部の螺旋形状は、前記被研削面に与える研磨圧力が前記外周面に渡って等しくなるような形状となっている。
さらに好ましくは、前記研磨部材が有する前記凸部の螺旋形状は、前記回転対称軸の径方向に沿った前記外周面の断面において、前記凸部の先端の領域が前記外周面に渡って等しくなるような形状となっている。
In order to achieve such an object, a polishing apparatus according to the present invention contains a polishing object having a surface to be polished, and stores a liquid containing abrasive grains for polishing the surface to be polished; The polishing member is rotated with the polishing member disposed in the liquid spaced apart from the surface to be polished of the object to be polished and the polishing member and the surface to be polished being spaced from each other. and a rotation mechanism for the abrasive member, a base portion outer peripheral surface is rotatably coupled to the said rotary mechanism about its rotational symmetry axis and is formed in a cylindrical shape, the outer peripheral surface of the base portion A plurality of screw tooth-shaped convex portions formed at intervals along the circumferential direction, and formed into a screw gear shape, and the screw tooth-shaped convex portions are rotated by the rotating mechanism to form the screw tooth-shaped convex portions. The abrasive grains are given a flow by scraping the liquid. Wherein being configured to abut on the polished surface, together with the protrusions, respectively, to protrude radially outward of the base portion to the outer peripheral surface, the axis of rotational symmetry in the outer circumferential plane It has a spiral shape formed in a linear shape which Ru extending in a direction inclined with respect.
In the polishing apparatus, preferably, the spiral shape of the convex portion of the polishing member is such that the polishing pressure applied to the surface to be ground is equal over the outer peripheral surface.
More preferably, the spiral shape of the convex portion of the polishing member is such that the tip region of the convex portion is equal over the outer peripheral surface in a cross section of the outer peripheral surface along the radial direction of the rotational symmetry axis. It has a shape like this.
本発明によれば、研磨レートを高くすることが可能になる。 According to the present invention, the polishing rate can be increased.
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明を適用した研磨装置1の概略構成を図1に示す。研磨装置1は、XYステージ20と、XYステージ20に支持された容器21と、容器21内に収容されて被研磨物(例えば、ガラス板やレンズ等)10を保持する保持部材26と、XYステージ20と対向するように設けられた回転保持機構30と、回転保持機構30に回転可能に保持された研磨工具40と、回転保持機構30とともに研磨工具40を昇降させる昇降機構50と、研磨装置1の作動を制御する制御部60と、XYステージ20や昇降機構50、制御部60等が取り付けられる筐体部65とを主体に構成される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A schematic configuration of a
XYステージ20は、図示しないサーボモータやボールネジ等を用いて、容器21を略水平面内で(すなわち、前後左右方向に)平行移動可能に支持する。これにより、保持部材26とともに容器21内に収容された被研磨物10を研磨工具40に対して略水平面内で(すなわち、前後左右方向に)相対移動させることができる。
The XY
容器21は、上部に開口を有する箱形に形成され、内部に研磨液22が貯留されている。この研磨液22は、被研磨物10を研磨するための微細な研磨砥粒23(図2を参照)を水に混入した懸濁液であり、管路24を介して容器21と繋がったダイヤフラムポンプ25により、研磨液22が容器21および管路24に跨って循環するようになっている。また、容器21に貯留された研磨液22は、図示しない保温装置によって所定の温度に保たれる。保持部材26は、研磨液22が貯留された容器21の底部に設置され、被研磨物10を研磨液22中に位置させた状態で保持するようになっている。すなわち、被研磨物10は、保持部材26とともに研磨液22が貯留された容器21内に収容される。
The
回転保持機構30は、ヘッド本体31と、ヘッド本体31に回転可能に取り付けられた回転ヘッド部32とを有して構成される。ヘッド本体31には、ベアリング機構(図示せず)等が内蔵され、回転ヘッド部32が回転可能に取り付けられる。回転ヘッド部32は、研磨工具40を着脱自在に保持し、これにより研磨工具40が回転保持機構30に回転可能に保持される。また、ヘッド本体31にはサーボモータ33が取り付けられており、このサーボモータ33は、回転ヘッド部32とともに当該回転ヘッド部32に保持された研磨工具40を回転駆動する。
The rotation holding mechanism 30 includes a head
研磨工具40は、棒状部材41と、研磨部材45とを有して構成される。棒状部材41は、棒状に延びるように形成され、先端部に研磨部材45が取り付けられるとともに、基端側が回転ヘッド部32に連結保持される。そのため、研磨工具40は、回転保持機構30により、棒状部材41の長手方向に延びる中心軸を中心に回転可能に保持され、棒状部材41の先端部で回転する研磨部材45により、被研磨物10に対する研磨が行われる。
The
研磨部材45は、例えば、ステンレスや、セラミックス、ガラス、硬質樹脂等の硬質材料を用いて、歯車型(平歯車型)に形成され、接着等により棒状部材41の先端部に取り付けられる。すなわち、研磨部材45は、図2および図3に示すように、円板状に形成された基部46と、この基部46の外周部に複数形成された歯形状の凸部47(例えば、高さが0.1mm〜1mm)とを有して構成される。基部46の中心は棒状部材41の先端部に結合され、棒状部材41に回転ヘッド部32が連結される回転保持機構30により、基部46がその円板形状の回転対象軸を中心に回転可能に構成される。基部46の外周部に形成された複数の凸部47は、図2に示すように、当該基部46とともに回転して研磨液22を掻くことで、研磨部材45と被研磨物10の被研磨面11との間に位置する研磨液22に流れを与える。
The
また、図3に示すように、凸部47の先端は(基部46の外周接線方向から見て)断面円弧形に形成されており、被研磨面11における狭い範囲を研磨できるようになっている。なお、図4に示すように、歯車型に形成された研磨部材145の基部146の外周部には、先端が断面平形の凸部147が形成されていてもよい。また、研磨部材45の材料として、ステンレス材に樹脂製(例えば、べスペル等)の耐摩耗コーティングを施した材料を用いるようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the tip of the
図1に示す昇降機構50は、スライドプレート51と、スライドプレート51が取り付けられるガイドシャフト52と、スライドプレート51を駆動する空気圧シリンダ53とを主体に構成される。スライドプレート51は、筐体部65におけるXYステージ20の上方に配設され、回転保持機構30がXYステージ20と対向するように取り付けられる。回転保持機構30が取り付けられたスライドプレート51は、筐体部65に固設された左右2本のガイドシャフト52,52に、上下方向にスライド移動可能に取り付けられており、スライドプレート51とともに回転保持機構30が上下方向にスライド移動可能(すなわち、昇降可能)となる。左右のガイドシャフト52,52はそれぞれ、上下に延びる棒状に形成され、互いに平行となるように筐体部65に取り付け固定される。
The
また、回転保持機構30が取り付けられたスライドプレート51は、バランスウェイト(図示せず)および左右のワイヤ54,54によって重力補償がなされている。すなわち、各ワイヤ54の一端側はスライドプレート51と連結されるとともに、他端側はガイドローラ55に巻き掛けられて背面側のバランスウェイト(図示せず)と連結されている。なお、ガイドローラ55は、筐体部65の上部に固設されたブラケット66に回転可能に取り付けられている。
The
空気圧シリンダ53は、ロッド部がスライドプレート51と連結され、空気圧を利用してスライドプレート51を昇降(上下方向にスライド移動)させる。これにより、スライドプレート51および回転保持機構30を介して、空気圧シリンダ53により研磨工具40の研磨部材45を昇降させることが可能になる。
The rod portion of the
以上のように構成された研磨装置1を用いて、EEM加工(Elastic Emission Machining)法により被研磨物10の研磨を行うには、まず、図示しない搬送装置により被研磨物10を研磨液22が貯留された容器21内に搬送し、保持部材26により被研磨物10を研磨液22中に保持させる。容器21内に被研磨物10を搬送すると、制御部60の作動制御により、XYステージ20を作動させて被研磨物10(容器21)を所定の研磨位置に位置させる。被研磨物10が研磨位置に位置すると、制御部60の作動制御によって、空気圧シリンダ53により研磨工具40の研磨部材45を所定の退避位置から容器21内に下降させる。このとき、研磨部材45が研磨液22中における被研磨物10の被研磨面11から近く離れた位置で保持されるように、空気圧シリンダ53の作動を制御する。
In order to polish the
研磨部材45を容器21内に下降させると、制御部60の作動制御によって、サーボモータ33により研磨工具40を所定の回転速度(例えば、数百〜数千rpm)で回転させ、被研磨物10の被研磨面11を研磨する。このとき、図2に示すように、研磨部材45の凸部47が回転して研磨液22を掻くことで、研磨部材45と被研磨面11との間に位置する研磨液22に流れが生じ、この研磨液22の流れは被研磨面11に当接することになる。そして、研磨液22が被研磨面11に当接する際、研磨液22に含まれる研磨砥粒23が被研磨面11に衝突することで、被研磨面11が研磨される。
When the polishing
このように、本実施形態の研磨装置1によれば、研磨部材45の凸部47が回転して研磨液22を掻くことで、研磨部材45と被研磨面11との間に位置する研磨液22に流れが生じるため、研磨液22の流速が向上し、被研磨面11に衝突する研磨砥粒23の数が増えることから、研磨レート(単位時間あたりの研磨量)を高くすることが可能になる。
Thus, according to the
また、研磨部材45を歯車型に形成することで、簡便な構成で研磨液22を掻く凸部47を形成することができる。
Further, by forming the polishing
なお、上述の実施形態において、研磨部材45を平歯車型に形成しているが、これに限られるものではない。例えば、図5に示すように、研磨部材245が、円柱状に形成された基部246と、当該基部246の外周部に螺旋状に複数形成された歯形状の凸部247とを有するネジ歯車(スクリューギア)型に形成されてもよい。また、研磨部材の形状は歯車型(円板状もしくは円柱状)に限られるものではなく、例えば、球形に形成された基部に、歯形状の凸部を形成するようにしてもよく、さらには、網目状の凸部を形成するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the polishing
1 研磨装置
10 被研磨物 11 被研磨面
21 容器
22 研磨液 23 研磨砥粒
26 保持部材
30 回転保持機構 32 回転ヘッド部
40 研磨工具 41 棒状部材
45 研磨部材
46 基部 47 凸部
145 研磨部材(第1の変形例)
146 基部 147 凸部
245 研磨部材(第2の変形例)
246 基部 247 凸部
DESCRIPTION OF
146
246
Claims (3)
前記被研磨物の前記被研磨面に間隔をおいて前記液体中に配置された研磨部材と、
前記研磨部材と前記被研磨面との間に間隔がおかれた状態で前記研磨部材を回転させるための回転機構とを備え、
前記研磨部材は、外周面が円筒状に形成されてその回転対象軸を中心として回転可能に前記回転機構に連結された基部と、前記基部の前記外周面に周方向に沿って間隔をおいて形成された複数のネジ歯形状の凸部とを有してネジ歯車型に形成されるとともに、前記回転機構により回転されて前記ネジ歯形状の凸部が前記液体を掻くことにより前記液体に流れを与えて前記研磨砥粒を前記被研磨面に当接させるように構成されており、
前記凸部がそれぞれ、前記外周面に前記基部の径方向外方に向けて突出するとともに、前記外周面内において前記回転対称軸に対して傾斜する一つの方向に延びる線状に形成された螺旋形状となっていることを特徴とする研磨装置。 A container for storing an object to be polished having a surface to be polished, and storing a liquid containing abrasive grains for polishing the surface to be polished;
A polishing member disposed in the liquid at an interval from the surface to be polished of the object to be polished;
A rotation mechanism for rotating the polishing member with a gap between the polishing member and the surface to be polished;
The abrasive member, contact a base portion outer peripheral surface is rotatably coupled to the said rotary mechanism about its rotational symmetry axis and is formed into a cylindrical shape, the intervals along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the base portion A plurality of screw-tooth-shaped protrusions formed into a screw gear shape and rotated by the rotating mechanism so that the screw-tooth-shaped protrusions scrape the liquid into the liquid. It is configured to apply a flow to bring the abrasive grains into contact with the surface to be polished.
The convex portions, respectively, with protruding radially outward of the base portion to the outer circumferential surface, formed in a linear shape Ru extending in a direction inclined with respect to the axis of rotational symmetry in the outer circumferential plane Polishing apparatus characterized by having a spiral shape .
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