特許 7555087 研磨具、研磨ヘッド、研磨装置、研磨方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-12

(45)【発行日】2024-09-24

(54)【発明の名称】研磨具、研磨ヘッド、研磨装置、研磨方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/00 20120101AFI20240913BHJP

   B24B 47/20 20060101ALI20240913BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

B24B37/00 Z

B24B47/20

B24B49/10

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2024083446

(22)【出願日】2024-05-22

【審査請求日】2024-05-23

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】510253608

【氏名又は名称】イネイブル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】598121341

【氏名又は名称】慶應義塾

(74)【代理人】

【識別番号】100112689

【弁理士】

【氏名又は名称】佐原 雅史

(74)【代理人】

【識別番号】100128934

【弁理士】

【氏名又は名称】横田 一樹

(72)【発明者】

【氏名】ブカン アントニー

(72)【発明者】

【氏名】小川 秀樹

【審査官】マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／１６７４４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／２０１７３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０９－３２３２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０４６７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２６３６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２６３６６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／００

Ｂ２４Ｂ ２７／００

Ｂ２４Ｂ ４１／００

Ｂ２４Ｂ ４７／００

Ｂ２４Ｂ ４９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨材を自身の研磨面とワークの間で保持して前記ワークを研磨するための研磨具であって、
前記ワークに対して前記研磨面の中心が接近・離反する方向を仮想的な研磨軸と定義する際に、
先端に前記ワークに対向する前記研磨面を有し、前記研磨軸に沿って延在する主軸部と、
前記主軸部から連続して前記研磨軸から径方向の外側に向かって延びる複数の弾性部と、
複数の前記弾性部の径方向外側に連続する複数の座部と、を備え、
前記弾性部における前記主軸部に連続する位置と、前記弾性部における前記座部と連続する位置が前記研磨軸の方向に異なっており、
工具駆動機構によって、複数の前記座部のそれぞれに対して、前記径方向の外側又は内側のいずれかとなる同一側に向かう同一量の変位を作用させると、複数の前記弾性部が弾性変形して、前記主軸部が前記研磨軸の軸方向成分を含むように変位し、
工具駆動機構によって、複数の前記座部のそれぞれに対して、前記径方向の外側又は内側のいずれかとなる同一側に向かう互いに異なる量の変位、又は、前記径方向の外側又は内側のいずれかで互いに異なる側の変位を作用させると、前記主軸部が前記研磨軸の径方向成分を含むように変位することを特徴とする、
研磨具。

【請求項2】

複数の前記弾性部及び前記座部が、前記研磨軸の周方向に等間隔で配置されることを特徴とする、
請求項１に記載の研磨具。

【請求項3】

３つの前記弾性部及び前記座部を備えることを特徴とする、
請求項２に記載の研磨具。

【請求項4】

請求項１の研磨具を有する研磨ヘッドであって、
工具ベースと、
前記工具ベースに配置されて前記研磨具を変位又は弾性変形させる工具駆動機構と、を備え、
前記工具駆動機構は、
複数の前記座部に配置されて、前記径方向に前記座部を変位させる複数の駆動部を備えることを特徴とする、
研磨ヘッド。

【請求項5】

前記工具駆動機構を制御する工具制御装置を備え、
前記制御装置は、
変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第一周波信号を生成する第一周波信号生成部
を有することを特徴とする、
請求項４に記載の研磨ヘッド。

【請求項6】

前記制御装置は、更に、
変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第二周波信号を生成する第二周波信号生成部と、
複数の前記第一周波信号と、複数の前記第二周波信号を重畳させることで、複数の前記駆動部の各々の駆動信号を生成する信号重畳部と、を有し、
前記第一周波信号生成部が生成する複数の前記第一周波信号は、増減位相が一致し、
前記第二周波信号生成部が生成する複数の前記第二周波信号は、増減位相が異なることを特徴とする、
請求項５に記載の研磨ヘッド。

【請求項7】

前記制御装置は、更に、
変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第二周波信号を生成する第二周波信号生成部と、
複数の前記第一周波信号と、複数の前記第二周波信号を重畳させることで、複数の前記駆動部の各々の駆動信号を生成する信号重畳部と、を有し、
前記第一周波信号の周波数が、前記第二周波信号の周波数よりも大きいことを特徴とする、
請求項５に記載の研磨ヘッド。

【請求項8】

複数の前記第一周波信号の少なくともいずれかに重畳させるためのバイアス信号を生成するバイアス信号生成部を備えることを特徴とする、
請求項５または６に記載の研磨ヘッド。

【請求項9】

前記ワークに対する前記研磨ヘッドの走査経路情報及び／又は前記ワークの形状情報を参照して、前記バイアス信号生成部によって生成される前記バイアス信号を変化させる研磨ヘッド設定計算部を備えることを特徴とする、
請求項８に記載の研磨ヘッド。

【請求項10】

前記工具駆動機構によって、前記研磨面を、螺旋状の移動軌跡に沿って振動させることを特徴とする、
請求項１に記載の研磨ヘッド。

【請求項11】

前記工具駆動機構によって、前記研磨面における前記螺旋状の移動軌跡の螺旋軸を変位させることを特徴とする、
請求項１０に記載の研磨ヘッド。

【請求項12】

研磨材を自身の研磨面とワークの間で保持して前記ワークを研磨するための研磨具と、
工具ベースと、
前記工具ベースに配置されて前記研磨具を変位させる工具駆動機構と、
前記工具駆動機構を制御する制御装置と、を備え、
前記ワークに対して前記研磨面の中心が接近・離反する方向を仮想的な研磨軸と定義する際に、
前記工具駆動機構は、前記研磨軸の周方向に複数配置されて、各々が前記研磨具を前記研磨軸の径方向に変位させる駆動部を有しており、
前記制御装置は、
変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第一周波信号を生成する第一周波信号生成部と、
変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第二周波信号を生成する第二周波信号生成部と、
複数の前記第一周波信号と、複数の前記第二周波信号を重畳させることで、複数の前記駆動部の各々の駆動信号を生成する信号重畳部と、
を有し、
前記制御装置は、
前記第一周波信号生成部が生成する複数の前記第一周波信号は増減位相が一致し、かつ、前記第二周波信号生成部が生成する複数の前記第二周波信号は増減位相が異なる制御態様、
又は、
前記第一周波信号の周波数が前記第二周波信号の周波数よりも大きい制御態様、
のいずれかを含むことを特徴とする、
研磨ヘッド。

【請求項13】

前記第一周波信号生成部が生成する複数の前記第一周波信号は、増減位相が一致し、
前記第二周波信号生成部が生成する複数の前記第二周波信号は、増減位相が異なることを特徴とする、
請求項１２の研磨ヘッド。

【請求項14】

前記第一周波信号の周波数が、前記第二周波信号の周波数よりも大きいことを特徴とする、
請求項１２または１３に記載の研磨ヘッド。

【請求項15】

基台と、
請求項４の研磨ヘッドと、
前記基台に設けられて、前記研磨ヘッドを保持する研磨ヘッド保持機構と、
前記基台に設けられて、前記ワークを保持するワーク保持機構と、
前記ワークと前記研磨ヘッドを、前記研磨軸の軸方向及び前記研磨軸の径方向に相対移動させる相対移動機構と、
を備えることを特徴とする研磨装置。

【請求項16】

流体に砥粒を分散させた研磨材を、研磨具の研磨面とワークの間で保持して前記ワークを研磨するための研磨方法であって、
前記ワークに対して前記研磨面の中心が接近・離反する方向を仮想的な研磨軸と定義する際に、
前記研磨軸の周方向に複数の駆動部を配置して、各々の前記駆動部によって前記研磨具との接点を前記研磨軸の径方向に変位させるようにし、
変位量の増減周期及び増減位相が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための同期周波信号を生成し、
変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第一周波信号を生成し、
変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第二周波信号を生成し、
複数の前記第一周波信号と、複数の前記第二周波信号を重畳させることで、複数の前記駆動部の各々の駆動信号を生成し、
複数の前記第一周波信号は、増減位相が一致し、かつ、複数の前記第二周波信号は、増減位相が異なるようになっており、
複数の前記駆動信号によって複数の前記駆動部を変位させることで、前記研磨具の前記研磨面を、前記研磨軸の軸方向及び径方向に変位させることを特徴とする、
研磨方法。

【請求項17】

流体に砥粒を分散させた研磨材を、研磨具の研磨面とワークの間で保持して前記ワークを研磨するための研磨方法であって、
前記ワークに対して前記研磨面の中心が接近・離反する方向を仮想的な研磨軸と定義する際に、
前記研磨軸の周方向に複数の駆動部を配置して、各々の前記駆動部によって前記研磨具との接点を前記研磨軸の径方向に変位させるようにし、
変位量の増減周期及び増減位相が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための同期周波信号を生成し、
変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第一周波信号を生成し、
複数の前記第一周波信号の少なくともいずれかに重畳させるためのバイアス信号を生成し、
複数の前記第一周波信号と、前記バイアス信号を重畳させることで、複数の前記駆動部の各々の駆動信号を生成し、
複数の前記駆動信号によって複数の前記駆動部を変位させることで、前記研磨具の前記研磨面を、前記研磨軸の軸方向及び径方向に変位させることを特徴とする、
研磨方法。

【請求項18】

前記ワークに対する前記研磨面の走査経路情報及び／又は前記ワークの形状情報を参照して、前記バイアス信号を変化させることを特徴とする、
請求項１７に記載の研磨方法。

【請求項19】

前記研磨面を、螺旋状の移動軌跡に沿って振動させることを特徴とする、
請求項１６又は１７に記載の研磨方法。

【請求項20】

前記研磨面における前記螺旋状の移動軌跡の螺旋軸を変位させることを特徴とする、
請求項１９に記載の研磨方法。

【請求項21】

流体に砥粒を分散させた研磨材を、研磨具の研磨面とワークの間で保持して前記ワークを研磨するための研磨方法であって、
前記ワークに対して前記研磨面の中心が接近・離反する方向を仮想的な研磨軸と定義する際に、
前記研磨軸の周方向に複数の駆動部を配置して、各々の前記駆動部によって前記研磨具との接点を前記研磨軸の径方向に変位させるようにし、
複数の前記駆動部の数に対して、少なくとも２倍の数となる周波信号を生成し、
前記駆動部の各々に対して、少なくとも２個の前記周波信号を重畳させた駆動信号を入力し、
複数の前記駆動信号によって複数の前記駆動部を変位させることで、前記研磨具の前記研磨面を、前記研磨軸の軸方向及び径方向に変位させることを特徴とする、
研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レンズや光学素子等のワークの表面を精密に研磨する研磨具や研磨方法等に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器や光学機器に組み込まれて使用される非球面レンズ等の光学素子等は、成型加工、研削加工、研磨加工等によって製造される。この光学素子は、高度な形状精度が要求される。

【0003】

光学素子の研磨方法としては、例えば、ポリッシング加工やラッピング加工、磁気研磨方法等が採用される。例えば、磁気研磨方法では、特許文献１に示すように、磁性研磨流体として、磁性流体単体またはこれに微粒状の研磨材を懸濁分散させたものを利用し、研磨具の先端の研磨面とワークの間に、磁性研磨流体を供給して研磨する。この際、研磨面とワークを、電歪素子からなるＺ方向アクチュエータによって、Ｚ軸方向に研磨面とワークを微小運動（微小の接近・離反）させる。同時に、電歪（ピエゾ）素子からなるＸ方向アクチュエータとＹ方向アクチュエータを利用して、Ｚ軸に対して垂直平面となるＸＹ平面方向に微小運動させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第２６８２２６０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の研磨装置の場合、Ｚ軸アクチュエータよりも先端側（研磨面側）に、Ｘ方向アクチュエータとＹ方向アクチュエータを含む研磨工具のブロック（研磨ブロック）が垂下される。結果、研磨ブロックが大きくなって慣性が増大し、また、その構造が複雑となるため、研磨面を高精度に制御しようとすると、様々な調整が必要となるという問題があった。

【0006】

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、構造を簡素化しつつ、高精度な研磨を実現可能な研磨具等を提供することを目的としている。

【0007】

上記目的を達成する本発明は、研磨材を自身の研磨面とワークの間で保持して前記ワークを研磨するための研磨具であって、前記ワークに対して前記研磨面の中心が接近・離反する方向を仮想的な研磨軸と定義する際に、先端に前記ワークに対向する前記研磨面を有し、前記研磨軸に沿って延在する主軸部と、前記主軸部から連続して前記研磨軸から径方向の外側に向かって延びる複数の弾性部と、複数の前記弾性部の径方向外側に連続する複数の座部と、を備え、前記弾性部における前記主軸部に連続する位置と、前記弾性部における前記座部と連続する位置が前記研磨軸の方向に異なっており、工具駆動機構によって、複数の前記座部のそれぞれに対して、前記径方向に向かう同一量の変位を作用させると、複数の前記弾性部が弾性変形して、前記主軸部が前記研磨軸の軸方向成分を含むように変位し、工具駆動機構によって、複数の前記座部のそれぞれに対して、前記径方向に向かう異なる量の変位を作用させると、前記主軸部が前記研磨軸の径方向成分を含むように変位することを特徴とする、研磨具である。

【0008】

上記研磨具に関連して、複数の前記弾性部及び前記座部が、前記研磨軸の周方向に等間隔で配置されることを特徴としてもよい。

【0009】

上記研磨具に関連して、３つの前記弾性部及び前記座部を備えることを特徴としてもよい。

【0010】

上記目的を達成する本発明は、上記研磨具を有する研磨ヘッドであって、工具ベースと、前記工具ベースに配置されて前記研磨具を変位又は弾性変形させる工具駆動機構と、を備え、前記工具駆動機構は、複数の前記座部に配置されて、前記径方向に前記座部を変位させる複数の駆動部を備えることを特徴とする、研磨ヘッドである。

【0011】

上記研磨ヘッドは、前記工具駆動機構を制御する工具制御装置を備え、前記制御装置は、変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第一周波信号を生成する第一周波信号生成部と、変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第二周波信号を生成する第二周波信号生成部と、複数の前記第一周波信号と、複数の前記第二周波信号を重畳させることで、複数の前記駆動部の各々の駆動信号を生成する信号重畳部と、を有することを特徴としてもよい。

【0012】

上記研磨ヘッドに関連して、前記第一周波信号生成部が生成する複数の前記第一周波信号は、増減位相が一致し、前記第二周波信号生成部が生成する複数の前記第二周波信号は、増減位相が異なることを特徴としてもよい。

【0013】

上記研磨ヘッドに関連して、前記第一周波信号の周波数が、前記第二周波信号の周波数よりも大きいことを特徴としてもよい。

【0014】

上記研磨ヘッドは、複数の前記駆動信号の少なくともいずれかに重畳させるためのバイアス信号を生成するバイアス信号生成部を備えることを特徴としてもよい。

【0015】

上記研磨ヘッドは、前記ワークに対する前記研磨ヘッドの走査経路情報及び／又は前記ワークの形状情報を参照して、前記バイアス信号生成部によって生成される前記バイアス信号を変化させる研磨ヘッド設定計算部を備えることを特徴としてもよい。

【0016】

上記研磨ヘッドに関連して、前記工具駆動機構によって、前記研磨面を、螺旋状の移動軌跡に沿って振動させることを特徴としてもよい。

【0017】

上記研磨ヘッドに関連して、前記工具駆動機構によって、前記研磨面における前記螺旋状の移動軌跡の螺旋軸を変位させることを特徴としてもよい。

【0018】

上記目的を達成する本発明は、研磨材を自身の研磨面とワークの間で保持して前記ワークを研磨するための研磨具と、工具ベースと、前記工具ベースに配置されて前記研磨具を変位させる工具駆動機構と、前記工具駆動機構を制御する制御装置と、を備え、前記ワークに対して前記研磨面の中心が接近・離反する方向を仮想的な研磨軸と定義する際に、前記工具駆動機構は、前記研磨軸の周方向に複数配置されて、各々が前記研磨具を前記研磨軸の径方向に変位させる駆動部を有しており、前記制御装置は、変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第一周波信号を生成する第一周波信号生成部と、変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第二周波信号を生成する第二周波信号生成部と、複数の前記第一周波信号と、複数の前記第二周波信号を重畳させることで、複数の前記駆動部の各々の駆動信号を生成する信号重畳部と、を有することを特徴とする、研磨ヘッドである。

【0019】

上記研磨ヘッドに関連して、前記第一周波信号生成部が生成する複数の前記第一周波信号は、増減位相が一致し、前記第二周波信号生成部が生成する複数の前記第二周波信号は、増減位相が異なることを特徴としてもよい、

【0020】

上記研磨ヘッドに関連して、前記第一周波信号の周波数が、前記第二周波信号の周波数よりも大きいことを特徴としてもよい。

【0021】

上記目的を達成する本発明は、基台と、上記の研磨ヘッドと、前記基台に設けられて、前記研磨ヘッドを保持する研磨ヘッド保持機構と、前記基台に設けられて、前記ワークを保持するワーク保持機構と、前記ワークと前記研磨ヘッドを、前記研磨軸の軸方向及び前記研磨軸の径方向に相対移動させる相対移動機構と、を備えることを特徴とする研磨装置である。

【0022】

上記目的を達成する本発明は、流体に砥粒を分散させた研磨材を、研磨具の研磨面とワークの間で保持して前記ワークを研磨するための研磨方法であって、前記ワークに対して前記研磨面の中心が接近・離反する方向を仮想的な研磨軸と定義する際に、前記研磨軸の周方向に複数の駆動部を配置して、各々の前記駆動部によって前記研磨具との接点を前記研磨軸の径方向に変位させるようにし、変位量の増減周期及び増減位相が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための同期周波信号を生成し、変位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第一周波信号を生成し、位量の増減周期が互いに一致するように複数の前記駆動部を周期的に往復変位させるための複数の第二周波信号を生成し、複数の前記第一周波信号と、複数の前記第二周波信号を重畳させることで、複数の前記駆動部の各々の駆動信号を生成し、複数の前記駆動信号によって複数の前記駆動部を変位させることで、前記研磨具の前記研磨面を、前記研磨軸の軸方向及び径方向に変位させることを特徴とする、研磨方法である。

【0023】

上記研磨方法に関連して、複数の前記第一周波信号は、増減位相が一致し、複数の前記第二周波信号は、増減位相が異なることを特徴としてもよい。

【0024】

上記研磨方法に関連して、複数の前記駆動信号の少なくともいずれかにバイアス信号を重畳させることで、前記研磨面を前記研磨軸の径方向及び／又は軸方向に変位させることを特徴としてもよい。

【0025】

上記研磨方法に関連して、前記ワークに対する前記研磨面の走査経路情報及び／又は前記ワークの形状情報を参照して、前記バイアス信号を変化させることを特徴としてもよい。

【0026】

上記研磨方法に関連して、前記研磨面を、螺旋状の移動軌跡に沿って振動させることを特徴としてもよい。

【0027】

上記研磨方法に関連して、前記研磨面における前記螺旋状の移動軌跡の螺旋軸を変位させることを特徴としてもよい。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、簡便な構造でワーク表面を高精度に研磨できるという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の実施の形態にかかる研磨装置の側面図である。

【図2】同研磨装置に適用される研磨ヘッドの（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図である。

【図3】同研磨ヘッドにおける図２（Ａ）の矢視III－III部分断面図である。

【図4】（Ａ）は同研磨ヘッドに適用される研磨具の斜視図であり、（Ｂ）は研磨面の変形例を示す斜視図である。

【図5】同研磨具の（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図である。

【図6】同研磨具の（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図、（Ｃ）各変位ベクトルの合成ベクトルを示す図である。

【図7】（Ａ）及び（Ｂ）は、同研磨具を製作する工程を示す斜視図である。

【図8】（Ａ）は同研磨装置の移動制御装置の機能を示すブロック図、（Ｂ）は同研磨装置の工具制御装置の機能を示すブロック図である。

【図9】（Ａ）は同工具制御装置の第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣを示す図であり、（Ｂ）は第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣを示す図であり、（Ｃ）は第一～第三駆動信号ＫＡ，ＫＢ，ＫＣを示す図であり、（Ｄ）は第一～第三駆動信号ＫＡ，ＫＢ，ＫＣによる研磨面２３０の動作を示す正面図である。

【図10】第一～第三駆動信号ＫＡ，ＫＢ，ＫＣによる研磨面２３０の動作を示す（Ａ）側面図、（Ｂ）正面図である。

【図11】（Ａ）は同工具制御装置の第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣを示す図であり、（Ｂ）は第一～第三駆動信号ＫＡ（ｔ１），ＫＢ（ｔ１），ＫＣ（ｔ１）を示す図であり、（Ｃ）は経過時間ｔ１における研磨面の動作を示す正面図であり、（Ｄ）は経過時間ｔ２における研磨面の動作を示す正面図であり、（Ｅ）は経過時間ｔ３における研磨面の動作を示す正面図である。

【図12】（Ａ）は同工具制御装置の第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣを示す図であり、（Ｂ）は第一～第三駆動信号ＫＡ（ｔ１），ＫＢ（ｔ１），ＫＣ（ｔ１）を示す図であり、（Ｃ）は経過時間ｔ１における研磨面の動作を示す側面図であり、（Ｄ）は経過時間ｔ２における研磨面の動作を示す側面図であり、（Ｅ）は経過時間ｔ３における研磨面の動作を示す側面図である。

【図13】（Ａ）～（Ｃ）は、同研磨具によるワークの研磨工程を示す断面図である。

【図14】（Ａ）は、同研磨具のＺ軸方向の振動波形であり、（Ｂ）は同研磨具の径方向の振動波形である。

【図15】検証用ワークの初期状態における（Ａ）顕微鏡写真、（Ｂ）三次元プロファイルである。

【図16】本研磨装置で検証用ワークを研磨した後の（Ａ）顕微鏡写真、（Ｂ）三次元プロファイルである。

【図17】比較例となる研磨装置で検証用ワークを研磨した後の（Ａ）顕微鏡写真、（Ｂ）三次元プロファイルである。

【図18】同工具制御装置の第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣ、第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣ、第一～第三駆動信号ＫＡ，ＫＢ，ＫＣの変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

【0031】

図１に、本実施形態にかかる研磨装置１の全体構成を示す。研磨装置１は、基台１０と、研磨ヘッド１００と、基台１０に設けられて研磨ヘッド１００を保持する研磨ヘッド保持機構２０と、基台１０に設けられて、ワークＷを保持するワーク保持機構３０と、ワークＷと研磨ヘッド１００を相対回転させる相対回転機構３３と、ワークＷと研磨ヘッド１００を、研磨軸Ｊの軸方向及び径方向Ｒに相対移動させる相対移動機構４０と、ワークＷを研磨ヘッド１００の間に流体状の研磨材を供給する研磨材供給装置３５を有する。更に研磨装置１は、研磨ヘッド１００における工具駆動機構１４０を制御する工具制御装置５０と、相対移動機構４０を制御する移動制御装置６０を有する。なお、工具制御装置５０と移動制御装置６０は連動するようになっている。

【0032】

なお、説明の便宜上、ワークＷに対して研磨ヘッド１００の研磨面の中心が接近・離反する方向（図１の紙面左右方向）をＺ軸方向と定義する。なお、図１では、研磨ヘッド１００の研磨面２３０の中心を通り、Ｚ軸方向と平行となる線を仮想的な研磨軸Ｊと定義する。また、Ｚ軸方向と直交する鉛直方向（図１の紙面上下方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向とＹ軸方向の双方と直行する方向（図１の紙面垂直方向）をＸ軸方向と定義する。また、研磨軸Ｊ（またはＺ軸）と直交する方向を研磨軸径方向Ｒと定義し、研磨軸Ｊ（またはＺ軸）を中心とした周方向を研磨軸周方向Ｓと定義する。

【0033】

＜ワーク保持機構＞
ワーク保持機構３０は、被研磨対象となるワークＷを保持する。特に図示しないが、ワーク保持機構３０は、ワークＷにおける被研磨面がＺ軸方向を向くようにワークＷを保持するチャックを備える。

【0034】

＜研磨ヘッド保持機構＞
研磨ヘッド保持機構２０は、研磨ヘッド１００を保持する台座となる。研磨ヘッド保持機構２０は、研磨ヘッド１００の研磨軸Ｊが、Ｚ軸方向と平行となるように研磨ヘッド１００を保持する。特に図示しないが、研磨ヘッド保持機構２０は、研磨面がＺ軸方向を向くように研磨ヘッド１００を着脱自在に保持するチャックを備えることが好ましい。チャックを利用して、研磨ヘッド保持機構２０によって保持される研磨ヘッド１００を通常の切削工具に交換すれば、この研磨装置１全体が、汎用の切削装置に切り替わる。

【0035】

＜相対回転機構＞
相対回転機構３３は、ワークＷと研磨面２３０をＺ軸中心で相対回転させる回転機構となる。ここでは、基台１０に対して固定される回転主軸となっており、ワーク保持機構３０をＺ軸中心に回転させる。

【0036】

＜相対移動機構＞
相対移動機構４０は、ワークＷと研磨ヘッド１００を、Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸方向に相対移動させる機構となる。本実施形態では、基台１０に対して、研磨ヘッド保持機構２０をＹ軸方向に移動させるＹ軸直動装置４２と、Ｙ軸直動装置４２をＺ軸方向に移動させるＺ軸直動装置４４と、Ｚ軸直動装置４４をＸ軸方向に移動させるＸ軸直動装置４６と、研磨ヘッド保持機構２０の研磨軸Ｊを、Ｚ軸方向を基準として傾斜（チルト）させるチルト機構４８を備える。なお、本実施形態では、基台１０に対して研磨ヘッド１００側をＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸方向及びチルト方向に移動させる構造を例示したが、本発明はこれに限定されず、Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸方向及びチルト方向の一部または全部の機能を、ワーク保持機構３０側に設けるようにしてもよい。なお、ワークＷの被研磨面が平面の場合は、チルト機構４８を省略できる。一方、ワークＷの被研磨面が三次元形状の場合は、被研磨面の面垂直方向に研磨軸Ｊを一致させるべく、チルト機構４８によって研磨ヘッド１００を傾斜させることが好ましい。

【0037】

＜研磨材供給装置＞
研磨材供給装置３５は、ワークＷと研磨ヘッド１００の研磨面の間に、流体状の研磨材を連続的に供給する。具体的には、ポンプ（図示省略）と、ポンプから吐出される研磨材を案内する配管３６と、配管３６の先端に装着されて研磨材を吐出するノズル３７と、ノズル３７を所定位置に保持するノズル保持機構３８を有する。

【0038】

＜研磨ヘッド＞
図２に拡大して示すように、研磨ヘッド１００は、工具ベース１１０と、工具ベース１１０に配置される工具駆動機構１４０と、工具駆動機構１４０によって保持される研磨具２００と、工具駆動機構１４０を制御する工具制御装置５０を備える。

【0039】

（工具ベース）
工具ベース１１０は、Ｘ軸及びＹ軸方向に広がるプレート状の部材となる。

【0040】

（研磨具）
研磨具２００は、研磨材を自身の研磨面２３０とワークＷの間で保持してワークＷを研磨する工具となる。なお、説明の便宜上、研磨具２００において、研磨軸Ｊ（またはＺ軸）に沿ってワークＷに接近する側を先端側、ワークＷから離反する側を基端側と称する。研磨具２００は、図４～図６に拡大して示すように、主軸部２１０、第一弾性部３１０、第二弾性部３２０、第三弾性部３３０、第一座部４１０、第二座部４２０、第三座部４３０を有する。

【0041】

主軸部２１０は、研磨軸Ｊ（またはＺ軸）に沿って延在する棒状の部材となっており、先端側に、ワークＷと対向する研磨面２３０を有する。より詳細に、主軸部２１０は、研磨軸Ｊに沿って延在する中心軸２１０Ａと、中心軸２１０Ａから第一径方向Ｒ１に拡張して研磨軸Ｊに延びる第一リブ２１１と、中心軸２１０Ａから第二径方向Ｒ２に拡張して研磨軸Ｊに延びる第二リブ２１２と、中心軸２１０Ａから第三径方向Ｒ３に拡張して研磨軸Ｊに延びる第三リブ２１３を有する。この第一～第三リブ２１１～２１３によって、主軸部２１０の剛性が高められている。中心軸２１０Ａの先端に、研磨面２３０が設けられる。なお、研磨面２３０は平面に限られず、図４（Ｂ）に示すように、研磨面２３０は三次元形状の平面（例えば球面の一部等の凸面）であってもよい。

【0042】

第一弾性部３１０は、主軸部２１０の基端側から連続して研磨軸Ｊから第一径方向（Ｒ１方向）の外側に向かって延びる部材となる。第一弾性部３１０は、外力によって、研磨軸Ｊ方向及び／又は第一径方向Ｒ１に弾性変形する。第一座部４１０は、第一弾性部３１０の径方向外側に設けられる部位となっており、後述する工具駆動機構１４０によって支持されるための面等の構造部（ここでは座面４１０Ａ）を提供する。

【0043】

ここで図５に示すように、第一弾性部３１０における主軸部２１０（研磨軸Ｊ）に連続する位置を主軸側連続点３１０Ａ、第一弾性部３１０における第一座部４１０（座面４１０Ａ）の部位を座部側連続点３１０Ｂと定義する。主軸側連続点３１０Ａに対して、座部側連続点３１０Ｂは、研磨軸Ｊに沿ってずれた位置、具体的には基端側に位置する。第一弾性部３１０の部材が伸びる方向の中心軸を第一アーム軸３１０Ｊと定義すると、この第一アーム軸３１０Ｊは、研磨軸Ｊの径方向Ｒ１の内側から外側に向かうにつれて、研磨軸Ｊの先端から基端側に変位する傾斜部材となる。なお、この第一アーム軸３１０Ｊは、主軸側連続点３１０Ａと座部側連続点３１０Ｂを結ぶ直線成分と定義してもよい。図５（Ｂ）に示すように、第一弾性部３１０において、主軸側連続点３１０Ａに近位側にはくびれ部３１０Ｋが形成される。このくびれ部３１０Ｋにおける第一アーム軸３１０Ｊに直交する方向の寸法３１０Ｋｗは、これよりの遠位側の任意の点の寸法３１０Ｅｗと比較して小さくなる。結果、第一弾性部３１０におけるくびれ部３１０Ｋの剛性が低くなり、このくびれ部３１０Ｋが積極的に弾性変形する。第一座部４１０の径方向Ｒ１の内側は、第一逃がし空間４１０Ｋが形成される。

【0044】

なお、本実施形態では、主軸側連続点３１０Ａが先端側に位置し、座部側連続点３１０Ｂが基端側に位置する場合を例示しているが、本発明はこれに限定されず、主軸側連続点３１０Ａが後端側に位置し、座部側連続点３１０Ｂが先端側に位置する構造を採用してもよい。

【0045】

第一座部４１０は、第一径方向Ｒ１の外側に対向する面を提供する。第一座部４１０は、第一径方向Ｒ１の外側から内側に向かう第一外力Ｆ１を受け止める。この第一座部４１０に設けられる第一座面４１０Ａは、ここでは部分球状に凹む凹部となっている。この第一座面４１０Ａに、後述する工具駆動機構１４０が係合することで、第一座部４１０が第一径方向Ｒ１の外側から内側に向かって支持・押圧される。第一座部４１０に提供される初期状態の圧力は、研磨具２００の保持姿勢を維持するための保持圧（与圧）となる。

【0046】

第二弾性部３２０は、主軸部２１０の基端側から連続して研磨軸Ｊから第二径方向（Ｒ２方向）の外側に向かって延びる部材となる。第二弾性部３２０は、外力によって、研磨軸Ｊ方向及び／又は第二径方向に弾性変形する。第二座部４２０は、第二弾性部３２０の径方向外側に設けられる部位となっており、後述する工具駆動機構１４０によって支持されるための面等の構造部（ここでは座面４２０Ａ）を提供する。

【0047】

ここで図５に示すように、第二弾性部３２０における主軸部２１０（研磨軸Ｊ）に連続する位置を主軸側連続点３２０Ａ、第二弾性部３２０における第二座部４２０（座面４２０Ａ）の部位を座部側連続点３２０Ｂと定義する。主軸側連続点３２０Ａに対して、座部側連続点３２０Ｂは、研磨軸Ｊの後端側に位置する。つまり、主軸側連続点３２０Ａと座部側連続点３２０Ｂは、研磨軸Ｊに沿って互いに異なる位置となる。第二弾性部３２０の部材が伸びる方向の中心軸を第二アーム軸３２０Ｊと定義すると、この第二アーム軸３２０Ｊは、研磨軸Ｊの第二径方向Ｒ２の内側から外側に向かうにつれて、研磨軸Ｊの先端から基端側に変位する傾斜部材となる。第二弾性部３２０において、主軸側連続点３２０Ａに近位側にはくびれ部３２０Ｋが形成される。結果、くびれ部３２０Ｋの剛性が低くなり、このくびれ部３２０Ｋが積極的に弾性変形する。第二座部４２０の第二径方向Ｒ２の内側は、第二逃がし空間４２０Ｋが形成される。

【0048】

なお、本実施形態では、主軸側連続点３２０Ａが先端側に位置し、座部側連続点３２０Ｂが基端側に位置する場合を例示しているが、本発明はこれに限定されず、主軸側連続点３２０Ａが後端側に位置し、座部側連続点３２０Ｂが先端側に位置する構造を採用してもよい。

【0049】

第二座部４２０は、第二径方向Ｒ２の外側に対向する面を提供する。第二座部４２０によって、第二径方向Ｒ２の外側から内側に向かう第二外力Ｆ２を受け止める。この第二座部４２０に設けられる第二座面４２０Ａは、ここでは部分球状に凹む凹部となっている。この第二座面４２０Ａに、後述する工具駆動機構１４０が係合することで、第二座部４２０が第二径方向Ｒ２の外側から内側に向かって支持・押圧される。第二座部４２０に提供される初期状態の圧力は、研磨具２００の保持姿勢を維持するための保持圧（与圧）となる。

【0050】

第三弾性部３３０は、主軸部２１０の基端側から連続して研磨軸Ｊから第三径方向（Ｒ３方向）の外側に向かって延びる部材となる。第三弾性部３３０は、外力によって、研磨軸Ｊ方向及び／又は第三径方向に弾性変形する。第三座部４３０は、第三弾性部３３０の径方向外側に設けられる部位となっており、後述する工具駆動機構１４０によって支持されるための面等の構造部（ここでは座面４３０Ａ）を提供する。

【0051】

ここで図５に示すように、第三弾性部３３０における主軸部２１０（研磨軸Ｊ）に連続する位置を主軸側連続点３３０Ａ、第三弾性部３３０における第三座部４３０（座面４３０Ａ）の部位を座部側連続点３３０Ｂと定義する。主軸側連続点３３０Ａに対して、座部側連続点３３０Ｂが、研磨軸Ｊの後端側に位置する。つまり、主軸側連続点３３０Ａと座部側連続点３３０Ｂは、研磨軸Ｊに沿って互いに異なる位置となる。第三弾性部３３０の部材が伸びる方向の中心軸を第三アーム軸３３０Ｊと定義すると、この第三アーム軸３３０Ｊは、研磨軸Ｊの第三径方向Ｒ３の内側から外側に向かうにつれて、研磨軸Ｊの先端から基端側に変位する傾斜部材となる。第三弾性部３３０において、主軸側連続点３３０Ａに近位側にはくびれ部３３０Ｋが形成される。結果、くびれ部３３０Ｋの剛性が低くなり、このくびれ部３３０Ｋが積極的に弾性変形する。第三座部４３０の第三径方向Ｒ３の内側は、第三逃がし空間４３０Ｋが形成される。

【0052】

なお、本実施形態では、主軸側連続点３３０Ａが先端側に位置し、座部側連続点３３０Ｂが基端側に位置する場合を例示しているが、本発明はこれに限定されず、主軸側連続点３３０Ａが後端側に位置し、座部側連続点３３０Ｂが先端側に位置する構造を採用してもよい。

【0053】

第三座部４３０は、第三径方向Ｒ３の外側に対向する面を提供する。第三座部４３０によって、第三径方向Ｒ３の外側から内側に向かう第三外力Ｆ３を受け止める。この第三座部４３０に設けられる第三座面４３０Ａは、ここでは部分球状に凹む凹部となっている。この第三座面４３０Ａに、後述する工具駆動機構１４０が係合することで、第三座部４３０が第三径方向Ｒ３の外側から内側に向かって支持・押圧される。第三座部４３０に提供される初期状態の圧力は、研磨具２００の保持姿勢を維持するための保持圧（与圧）となる。

【0054】

さらに本実施形態では、第一径方向Ｒ１と第二径方向Ｒ２と第三径方向Ｒ３が、周方向Ｓに沿って１２０度の角度差を有している。すなわち、第一弾性部３１０、第二弾性部３２０、第三弾性部３３０が周方向Ｓに等間隔で配置される。同様に第一座部４１０、第二座部４２０、第三座部４３０が周方向Ｓに等間隔で配置される。第一弾性部３１０、第二弾性部３２０、第三弾性部３３０は、研磨軸Ｊを中心とした回転対称構造となっている。同様に第一座部４１０、第二座部４２０、第三座部４３０は研磨軸Ｊを中心とした回転対称構造となっている。

【0055】

（研磨具の製造方法）
図７に研磨具２００の製造方法を示す。図７（Ａ）に示すように、柱状（円柱状）の母材Ｂを、例えばワイヤカット装置等によって加工することで、図７（Ｂ）に示すように、中心軸Ｃに対して放射状に広がる第一～第三平面Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を有する前駆体Ｚを形成する。前駆体Ｚにおける第一平面Ｂ１、第二平面Ｂ２、第三平面Ｂ３の各々を、更に、ワイヤカット装置等によって加工することで、第一平面Ｂ１から第一リブ２１１・第一弾性部３１０・第一座部４１０を切り出し、第二平面Ｂ２から第二リブ２１２・第二弾性部３２０・第二座部４２０を切り出し、第三平面Ｂ３から第三リブ２１３・第三弾性部３３０・第三座部４３０を切り出す。これらの工程によって、精密な研磨具２００を製作できる。

【0056】

（工具駆動機構）
図２及び図３に示すように、工具駆動機構１４０は、第一駆動部５１０、第二駆動部５２０、第三駆動部５３０を備える。

【0057】

第一駆動部５１０は、第一径方向Ｒ１の外側から内側に向かって、第一座部４１０を支持・変位させる部材となる。第一駆動部５１０は、第一接触体５１０Ａと、第一接触体５１０Ａを保持して第一径方向Ｒ１に変位させる第一変位軸５１０Ｂと、第一変位軸５１０Ｂを軸方向（第一径方向Ｒ１）に往復移動させる第一駆動源５１０Ｃと、工具ベース１１０に固定されて、第一駆動源５１０Ｃを第一径方向Ｒ１に移動自在に保持する第一ブラケット５１０Ｄと、第一駆動源５１０Ｃにおける第一径方向Ｒ１の位置を調整する第一位置調整部５１０Ｅを有する。

【0058】

第一位置調整部５１０Ｅは、工具ベース１１０に固定される第一雌ねじ台座５１０Ｅ１と、第一雌ねじ台座５１０Ｅ１の雌ねじと螺合して第一調整雄ねじ５１０Ｅ２を有する。第一雌ねじ台座５１０Ｅ１に対する第一調整雄ねじ５１０Ｅ２のねじ込み量を調整することで、第一調整雄ねじ５１０Ｅ２は第一径方向Ｒ１に移動自在となっている。この第一調整雄ねじ５１０Ｅ２の先端と、第一駆動源５１０Ｃを係合させることで、第一駆動源５１０Ｃの第一径方向Ｒ１の位置を調整する。

【0059】

第一接触体５１０Ａは、第一座面４１０Ａの球状凹部の同一径の球状凸部となる。結果、第一接触体５１０Ａが、第一座面４１０Ａと係合することで、いわゆる球面座として機能する。第一接触体５１０Ａは、第一座部４１０を、研磨軸Ｊ方向・周方向Ｓ・第一径方向Ｒ１の全方向に支持する。なお、ここでは第一接触体５１０Ａが球状凸部、第一座面４１０Ａが球状凹部となる場合を例示したが、これらの構造を反対にしてもよい。また、球面座構造に限られず、他の構造によって互いに係合してもよい。

【0060】

第一駆動源５１０Ｃは、ここでは積層型ピエゾアクチュエータであり、第一径方向Ｒ１が自身の変位軸となるように第一ブラケット５１０Ｄに保持される。積層型ピエゾアクチュエータは、工具制御装置５０から供給される電圧によって、自身（アクチュエータ本体）に対する第一変位軸５１０Ｂ（第一接触体５１０Ａ）の位置を高精度かつ高速に制御できる。

【0061】

第一駆動源５１０Ｃによって、第一接触体５１０Ａを第一径方向Ｒ１の外側から内側に向かって変位させると、第一座部４１０が同方向に移動する。この際、第一弾性部３１０が第一径方向Ｒ１に弾性変形するので、第一接触体５１０Ａと第一座面４１０Ａの間に第一外力Ｆ１が作用する。第一外力Ｆ１は、第一接触体５１０Ａを第一径方向Ｒ１の外側から内側に向かって変位させる程、大きくなる。なお、第一位置調整部５１０Ｅは第一接触体５１０Ａと第一座面４１０Ａの間に与圧を与える役割を担っている。

【0062】

第二駆動部５２０は、第二径方向Ｒ２の外側から内側に向かって、第二座部４２０を支持・変位させる部材となる。第二駆動部５２０は、第二接触体５２０Ａと、第二接触体５２０Ａを保持して第二径方向Ｒ２に変位させる第二変位軸５２０Ｂと、第二変位軸５２０Ｂを軸方向（第二径方向Ｒ２）に往復移動させる第二駆動源５２０Ｃと、工具ベース１１０に固定されて、第二駆動源５２０Ｃを第二径方向Ｒ２に移動自在に保持する第二ブラケット５２０Ｄと、第二駆動源５２０Ｃにおける第二径方向Ｒ２の位置を調整する第二位置調整部５２０Ｅを有する。

【0063】

第二位置調整部５２０Ｅは、工具ベース１１０に固定される第二雌ねじ台座５２０Ｅ１と、第二雌ねじ台座５２０Ｅ１の雌ねじと螺合して第二調整雄ねじ５２０Ｅ２を有する。第二雌ねじ台座５２０Ｅ１に対する第二調整雄ねじ５２０Ｅ２のねじ込み量を調整することで、第二調整雄ねじ５２０Ｅ２は第二径方向Ｒ２に移動自在となっている。この第二調整雄ねじ５２０Ｅ２の先端と、第二駆動源５２０Ｃを係合させることで、第二駆動源５２０Ｃの第二径方向Ｒ２の位置を調整する。

【0064】

第二接触体５２０Ａは、第二座面４２０Ａの球状凹部の同一径の球状凸部となる。結果、第二接触体５２０Ａが、第二座面４２０Ａと係合することで、いわゆる球面座として機能する。第二接触体５２０Ａは、第二座部４２０を、研磨軸Ｊ方向・周方向Ｓ・第二径方向Ｒ２の全方向に支持する。なお、ここでは第二接触体５２０Ａが球状凸部、第二座面４２０Ａが球状凹部となる場合を例示したが、これらの構造を反対にしてもよい。また、球面座構造に限られず、他の構造によって互いに係合してもよい。

【0065】

第二駆動源５２０Ｃは、ここでは積層型ピエゾアクチュエータであり、第二径方向Ｒ２が自身の変位軸となるように第二ブラケット５２０Ｄに保持される。積層型ピエゾアクチュエータは、工具制御装置５０から供給される電圧によって、自身（アクチュエータ本体）に対する第二変位軸５２０Ｂ（第二接触体５２０Ａ）の位置を高精度かつ高速に制御できる。

【0066】

第二駆動源５２０Ｃによって、第二接触体５２０Ａを第二径方向Ｒ２の外側から内側に向かって変位させると、第二座部４２０が同方向に移動する。この際、第二弾性部３２０が第二径方向Ｒ２に弾性変形するので、第二接触体５２０Ａと第二座面４２０Ａの間に第二外力Ｆ２が作用する。第二外力Ｆ２は、第二接触体５２０Ａを第二径方向Ｒ２の外側から内側に向かって変位させる程、大きくなる。なお、第二位置調整部５２０Ｅは第二接触体５２０Ａと第二座面４２０Ａの間に与圧を与える役割を担っている。

【0067】

第三駆動部５３０は、第三径方向Ｒ３の外側から内側に向かって、第三座部４３０を支持・変位させる部材となる。第三駆動部５３０は、第三接触体５３０Ａと、第三接触体５３０Ａを保持して第三径方向Ｒ３に変位させる第三変位軸５３０Ｂと、第三変位軸５３０Ｂを軸方向（第三径方向Ｒ３）に往復移動させる第三駆動源５３０Ｃと、工具ベース１１０に固定されて、第三駆動源５３０Ｃを第三径方向Ｒ３に移動自在に保持する第三ブラケット５３０Ｄと、第三駆動源５３０Ｃにおける第三径方向Ｒ３の位置を調整する第三位置調整部５３０Ｅを有する。

【0068】

第三位置調整部５３０Ｅは、工具ベース１１０に固定される第三雌ねじ台座５３０Ｅ１と、第三雌ねじ台座５３０Ｅ１の雌ねじと螺合して第三調整雄ねじ５３０Ｅ２を有する。第三雌ねじ台座５３０Ｅ１に対する第三調整雄ねじ５３０Ｅ２のねじ込み量を調整することで、第三調整雄ねじ５３０Ｅ２は第三径方向Ｒ３に移動自在となっている。この第三調整雄ねじ５３０Ｅ２の先端と、第三駆動源５３０Ｃを係合させることで、第三駆動源５３０Ｃの第三径方向Ｒ３の位置を調整する。

【0069】

第三接触体５３０Ａは、第三座面４３０Ａの球状凹部の同一径の球状凸部となる。結果、第三接触体５３０Ａが、第三座面４３０Ａと係合することで、いわゆる球面座として機能する。第三接触体５３０Ａは、第三座部４３０を、研磨軸Ｊ方向・周方向Ｓ・第三径方向Ｒ３の全方向に支持する。なお、ここでは第三接触体５３０Ａが球状凸部、第三座面４３０Ａが球状凹部となる場合を例示したが、これらの構造を反対にしてもよい。また、球面座構造に限られず、他の構造によって互いに係合してもよい。

【0070】

第三駆動源５３０Ｃは、ここでは積層型ピエゾアクチュエータであり、第三径方向Ｒ３が自身の変位軸となるように第三ブラケット５３０Ｄに保持される。積層型ピエゾアクチュエータは、工具制御装置５０から供給される電圧によって、自身（アクチュエータ本体）に対する第三変位軸５３０Ｂ（第三接触体５３０Ａ）の位置を高精度かつ高速に制御できる。

【0071】

第三駆動源５３０Ｃによって、第三接触体５３０Ａを第三径方向Ｒ３の外側から内側に向かって変位させると、第三座部４３０が同方向に移動する。この際、第三弾性部３３０が第三径方向Ｒ３に弾性変形するので、第三接触体５３０Ａと第三座面４３０Ａの間に第三外力Ｆ３が作用する。第三外力Ｆ３は、第三接触体５３０Ａを第三径方向Ｒ３の外側から内側に向かって変位させる程、大きくなる。なお、第三位置調整部５３０Ｅは第三接触体５３０Ａと第三座面４３０Ａの間に与圧を与える役割を担っている。

【0072】

＜研磨ヘッドの作用説明＞
次に研磨ヘッドの作用について説明する。なお、ここでは図示説明の便宜上、変位量Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３を誇張して示している。図５に示すように、工具駆動機構１４０によって、第一座部４１０、第二座部４２０、第三座部４３０のそれぞれに対して、径方向Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の内側に向かう互いに同じ大きさの第一変位量（移動量）Ｕ１，第二変位量Ｕ２，第三変位量Ｕ３を生じさせる場合を考える。例えば、図５（Ｂ）に示すように、第一弾性部３１０の座部側連続点３１０Ｂには、第一変位量（移動量）Ｕ１に基づいて第一外力Ｆ１が作用し、主軸側連続点３１０Ａには、第二変位量Ｕ２及び第三変位量Ｕ３に基づく第二外力Ｆ２及び第三外力Ｆ３の第一径方向Ｒ１の合力ＦＧが作用する。第一外力Ｆ１と合力ＦＧは、大きさは同じでベクトルが平行するため、第一弾性部３１０が弾性ヒンジのように弾性変形して、研磨軸Ｊに対する傾斜角度θが減少する。第一座面４１０は研磨軸Ｊ方向に係合しているため、鎖線から点線の遷移状態のように、主軸側連続点３１０Ａが、研磨軸Ｊの先端側に変位する。上記の第一弾性部３１０の弾性変形は、第二弾性部３２０、第三弾性部３３０でも全く同様に生じするため、主軸部２１０が研磨軸Ｊに沿って先端側に変位して、研磨面２３０がワークＷに接近する。研磨面２３０の変位量（距離）は、第一座部４１０、第二座部４２０、第三座部４３０の押し込み量で調整できる。換言すると、研磨面２３０の変位量（距離）は、第一外力Ｆ１，第二外力Ｆ２，第三外力Ｆ３の大きさで調整できる。例えば、第一変位量（移動量）Ｕ１，第二変位量Ｕ２，第三変位量Ｕ３を、その増減振幅（変位幅）・増減周期・増減位相のすべてが互いに一致するように作用させれば、研磨面２３０が研磨軸Ｊに沿って往復振動する。なお、変位量Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３を不均衡（非同一）にすることによって、研磨面２３０の振動方向（振動軸）を、Ｚ軸に対して傾斜（チルト）させることもできる。

【0073】

次に図６に示すように、工具駆動機構１４０によって、第一座部４１０、第二座部４２０、第三座部４３０に対して、互いに異なる大きさの第一変位量Ｕ１、第二変位量Ｕ２、第三変位量Ｕ３を生じさせる場合を考える。ここでは、第一変位量Ｕ１が大きく、第二変位量Ｕ２と第三変位量Ｕ３は互いに同じであって、第一変位量Ｕ１よりも小さい場合を想定する。この場合、これらの変位量の相違によって、図６（Ｃ）に示すように、第一変位量Ｕ１・第二変位量Ｕ２・第三変位量Ｕ３の変位ベクトルの合成ベクトルＵＦが、第一径方向Ｒ１に残存する。結果、図６（Ｂ）に示すように、各第一弾性部３１０・第二弾性部３２０・第三弾性部３３０の弾性変形を伴いつつも、研磨具２００の全体が第一径方向Ｒ１（合成ベクトルＵＦ方向）にオフセットする。その結果、主軸部２１０および研磨面２３０が第一径方向Ｒ１に移動する。研磨面２３０の径方向の変位量は、第一変位量Ｕ１、第二変位量Ｕ２、第三変位量Ｕ３の全体バランスによって適宜調整できる。例えば、第一変位量（移動量）Ｕ１，第二変位量Ｕ２，第三変位量Ｕ３について、その増減振幅（変位幅）・増減周期を一致させつつ、増減位相について等間隔（ここでは１２０度位相間隔）で互いにずらすようにすると、研磨面２３０が、所定の旋回中心軸（Ｚ軸）周りを周方向Ｓに旋回する。この旋回半径は、第一変位量Ｕ１，第二変位量Ｕ２，第三変位量Ｕ３の振幅（最大変位量）によって制御できる。

【0074】

＜移動制御装置＞
移動制御装置６０は、相対回転機構３３と相対移動機構４０の駆動ドライバ及び計算機を内在する。図８（Ａ）に示すように、移動制御装置６０は、移動制御部６２と走査経路設定部６４と研磨ヘッド設定計算部６５を有する。動制御装置６０には、ワークＷの表面（被研磨面）の三次元形状データとなるワーク形状情報３００がロードされる。なお、移動制御装置６０の全部または一部は、研磨ヘッド１００側に組み込まれてもよい。

【0075】

走査経路設定部６４は、ワークＷの表面（被研磨面）に対する研磨ヘッド１００の研磨面２３０の走査経路情報を設定する。この走査経路情報は、ワークＷを基準とした三次元上の相対座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ）の時間（ｔ）変化であり、ここではＮ（ｔ）と定義する。つまり、走査経路情報Ｎ（ｔ）は、相対座標における位置情報（Ｘｗ（ｔ），Ｙｗ（ｔ），Ｘｗ（ｔ））で表現できる。走査経路設定部６４は、走査経路情報Ｎ（ｔ）を設定する際に、ワーク形状情報３００を参照する。例えば、ワークＷの被研磨面が、凹凸や溝等を含むような三次元形状となる場合は、走査経路情報Ｎ（ｔ）も、凹凸等に沿った情報となる。なお、相対回転機構３３を回転させながら研磨する場合、走査経路設定部６４は、ワークＷの表面に対して螺旋状の走査経路情報Ｎ（ｔ）を設定することが好ましい。

【0076】

移動制御部６２は、走査経路設定部６４で設定された走査経路情報Ｎ（ｔ）に基づいて、相対回転機構３３と相対移動機構４０を制御する。結果、相対移動機構４０よって位置制御される研磨面２３０が、相対回転機構３３によって回転するワークＷの被研磨面に対して、走査経路情報Ｎ（ｔ）に沿って移動する。この際、ワークＷと研磨面２３０の離反距離が一定（この「一定」とは、工具駆動機構１４０による研磨面２３０の微小振動／微小変位を除いた概念）となるように制御することが望ましい。また、移動制御部６２は、相対移動機構４０を利用して、ワークＷの被研磨面に対して、研磨軸Ｊが垂直となるように、研磨ヘッド１００をチルトさせることもできる。

【0077】

研磨ヘッド設定計算部６５は、走査経路情報Ｎ（ｔ）に連動させて、研磨面２３０の微小振動及び／又は微小変位に関する目標値となる研磨ヘッド設定情報Ｖを生成する。この研磨ヘッド設定情報Ｖは、研磨ヘッド設定情報保持部６６に保存する。例えば研磨ヘッド設定情報Ｖとしては、研磨面２３０のＺ軸方向の振幅値と、研磨面２３０のＺ軸方向周りの旋回半径、バイアス電圧を利用した研磨面２３０の振動基準位置の微小変位量に関する指示情報等を保持することが好ましい。これにより、ワークＷに対する研磨面２３０の場所（走査経路）に連動させて、研磨面２３０の振動量や振動周期、振動基準位置を変化させることができる。

【0078】

例えば、研磨ヘッド設定情報Ｖは、ワークＷの被研磨面上における研磨面２３０の相対座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ）上の位置に応じて、研磨ヘッド１００の研磨面２３０を、どのように微小振動及び／又は微小変位させるかに関する情報とすることが望ましい。この場合、研磨ヘッド設定情報Ｖは、相対座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ）に依拠する位置関数情報Ｖ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ）となる。

【0079】

一方、例えば、研磨ヘッド設定情報Ｖは、走査経路情報Ｎ（ｔ）の経過時間（ｔ）に応じて、研磨ヘッド１００の研磨面２３０を、どのように微小振動及び／又は微小変位させるかに関する情報とすることが望ましい。この場合、研磨ヘッド設定情報Ｖは、経過時間（ｔ）に依拠する時間関数情報Ｖ（ｔ）となる。

【0080】

具体的に研磨ヘッド設定情報Ｖは、詳細は後述する第一周波信号生成部５３、第二周波信号生成部５５、バイアス信号生成部５６が生成する各信号に対する、周波数、位相、電圧（振幅）に関する指示情報とすることができる。つまり、研磨ヘッド設定情報６６は、第一同期周波信号ＤＡ、第二同期周波信号ＤＢ、第三同期周波信号ＤＣ、第一位相差周波信号ＱＡ、第二位相差周波信号ＱＢ、第三位相差周波信号ＱＣ、第一バイアス信号ＥＡ、第二バイアス信号ＥＢ、第三バイアス信号ＥＣのそれぞれに対する周波数、位相、電圧（振幅）に関する指示情報となる。これにより、全ての信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣ，ＱＡ，ＱＢ，ＱＣ，ＥＡ，ＥＢ，ＥＣは、相対座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ）に依拠する位置関数信号ＤＡ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ），ＤＢ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ），ＤＣ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ），ＱＡ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ），ＱＢ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ），ＱＣ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ），ＥＡ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ），ＥＢ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ），ＥＣ（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ）、または、経過時間に依拠する時間関数信号ＤＡ（ｔ），ＤＢ（ｔ），ＤＣ（ｔ），ＱＡ（ｔ），ＱＢ（ｔ），ＱＣ（ｔ），ＥＡ（ｔ），ＥＢ（ｔ），ＥＣ（ｔ）となる。ここでは相対座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｘｗ）を用いる場合を例示しているが、絶対座標（Ｘ，Ｙ，Ｘ）に変換することもできる。

【0081】

なお、研磨ヘッド設定計算部６５は、移動制御装置６０の移動制御部６２による研磨ヘッド１００のリアルタイムの位置情報を受け取って、研磨ヘッド設定情報Ｖをリアルタイムで計算してもよい。研磨ヘッド設定情報Ｖは、リアルタイムで工具制御装置５０に送信されて、研磨ヘッド１００を微小振動させる。

【0082】

＜工具制御装置＞
図８（Ｂ）に示すように、工具制御装置５０は、第一駆動源５１０Ｃ、第二駆動源５２０Ｃ、第三駆動源５３０Ｃとなる積層型ピエゾアクチュエータの変位量・振動量を制御するためのアンプ型電源（ドライバ）と、計算機を内在する。詳細に工具駆動機構１４０は、第一駆動源５１０Ｃを制御する第一ドライバ５１Ａ、第二駆動源５２０Ｃを制御する第二ドライバ５１Ｂ、第三駆動源５３０Ｃを制御する第三ドライバ５１Ｃを有する。さらに工具制御装置５０は、第一周波信号生成部５３、第二周波信号生成部５５、バイアス信号生成部５６、信号重畳部５７を有する。

【0083】

第一周波信号生成部５３は、研磨ヘッド設定保持部６６を参照して複数の周波信号を生成する。特に本実施形態では、第一周波信号生成部５３が、互いに増減周期及び増減位相が一致する複数の同期周波信号を生成するようになっている。詳細に、第一周波信号生成部５３は、第一駆動源５１０Ｃ用の第一同期周波信号ＤＡを生成する第一の第一周波信号生成部５３Ａと、第二駆動源５２０Ｃ用の第二同期周波信号ＤＢを生成する第一の第二周波信号生成部５３Ｂと、第三駆動源５３０Ｃ用の第三同期周波信号ＤＣを生成する第一の第二周波信号生成部５３Ｃを有する。第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣは、増減振幅・増減周期・増減位相の全てが同じ信号となる。

【0084】

第二周波信号生成部５５は、研磨ヘッド設定保持部６６を参照して複数の周波信号を生成する。特に本実施形態では、第二周波信号生成部５５が、互いに増減周期が一致し、互いに増減位相が異なる複数の同期周波信号を生成するようになっている。詳細に、第二周波信号生成部５５は、第一駆動源５１０Ｃ用の第一位相差周波信号ＱＡを生成する第二の第一周波信号生成部５５Ａと、第二駆動源５２０Ｃ用の第二位相差周波信号ＱＢを生成する第二の第二位周波信号生成部５５Ｂと、第三駆動源５３０Ｃ用の第三位相差周波信号ＱＣを生成する第二の第三位周波信号生成部５５Ｃを有する。第一位相差周波信号ＱＡと第二位相差周波信号ＱＢと第三位相差周波信号ＱＣは、増減振幅及び増減周期は互いに一致するが、増減位相が互いに１２０度の位相差となっている。これらの信号の振幅及び周期は、研磨ヘッド設定保持部６６における研磨面２３０の旋回半径及び旋回周期情報に基づいて決定される。なお、第一位相差周波信号ＱＡと第二位相差周波信号ＱＢと第三位相差周波信号ＱＣの周波数は、第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣよりも小さくなるように設定されることが好ましい。また、第一位相差周波信号ＱＡと第二位相差周波信号ＱＢと第三位相差周波信号ＱＣの振幅は、第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣよりも大きくなるように設定されることが好ましい。

【0085】

バイアス信号生成部５６は、研磨ヘッド設定保持部６６を参照して複数のバイアス信号を生成する。詳細に、バイアス信号生成部５６は、第一駆動源５１０Ｃ用の第一バイアス信号ＥＡを生成する第一バイアス信号生成部５６Ａと、第二駆動源５２０Ｃ用の第二バイアス信号ＥＢを生成する第二バイアス信号生成部５６Ｂと、第三駆動源５３０Ｃ用の第三バイアス信号ＥＣを生成する第三バイアス信号生成部５６Ｃを有する。図１１（Ａ）に示すように、第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣは、パルス状（直線状）の波形でもよく、また、正弦波等の周期的な波形であってもよい。図１１（Ａ）の第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣの横軸（時間）の単位（例えば秒）は、図９（Ａ）（Ｂ）の横軸の単位（例えばミリ秒）よりも大幅に大きいことに留意されたい。周期的な波形を採用する場合、その周波数は、第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣ及び第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣよりも小さいことが好ましい。

【0086】

信号重畳部５７は、第一信号重畳部５７Ａと、第二信号重畳部５７Ｂと、第三信号重畳部５７Ｃを有する。第一信号重畳部５７Ａは、第一同期周波信号ＤＡと第一位相差周波信号ＱＡと第一バイアス信号ＥＡを重畳させた第一駆動信号ＫＡを生成する。第一信号重畳部５７Ａは、第一駆動信号ＫＡを第一ドライバ５１Ａに送信する。結果、第一ドライバ５１Ａは、この第一駆動信号ＫＡに基づいて第一駆動源５１０Ｃを変位させる。

【0087】

第二信号重畳部５７Ｂは、第二同期周波信号ＤＢと第二位相差周波信号ＱＢと第二バイアス信号ＥＢを重畳させた第二駆動信号ＫＢを生成する。第二信号重畳部５７Ｂは、第二駆動信号ＫＢを第二ドライバ５１Ｂに送信する。結果、第二ドライバ５１Ｂは、この第二駆動信号ＫＢに基づいて第二駆動源５２０Ｃを変位させる。

【0088】

第三信号重畳部５７Ｃは、第三同期周波信号ＤＣと第三位相差周波信号ＱＣと第三バイアス信号ＥＣを重畳させた第三駆動信号ＫＣを生成する。第三信号重畳部５７Ｃは、第三駆動信号ＫＣを第三ドライバ５１Ｃに送信する。結果、第三ドライバ５１Ｃは、この第三駆動信号ＫＣに基づいて第三駆動源５３０Ｃを変位させる。

【0089】

（工具制御装置の作用）
図９（Ｃ）に、図９（Ａ）の第一～第三同期周波信号ＤＡ～ＤＣ及び図９（Ｂ）の第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣを重畳させた第一～第三駆動信号ＫＡ，ＫＢ，ＫＣを模式的に示す。なお、図９（Ａ）の第一～第三同期周波信号ＤＡ～ＤＣの周波数を２００Ｈｚとしている。また、図９（Ｂ）の第一位相差周波信号ＱＡと第二位相差周波信号ＱＢと第三位相差周波信号ＱＣは、その周波数を９９Ｈｚに設定し、互いの基準位相が１２０度の位相差を有するように設定している。

【0090】

図９（Ｃ）の第一～第三駆動信号ＫＡ，ＫＢ，ＫＣに内在する第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣは、振幅及び周期が互いに一致する。結果、図５（Ｂ）に示すように、研磨面２３０が研磨軸Ｊに沿って２００Ｈｚで往復振動する。同時に、図９（Ｃ）の第一～第三駆動信号ＫＡ，ＫＢ，ＫＣに内在する第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣは、１２０度の位相差を有している。結果、図６（Ｂ）に示す態様が周方向に周期的に変化し、図９（Ｄ）に示すように、研磨面２３０が９９Ｈｚ（５９６０ｒｐｍ）で、振動基準位置となる旋回中心Ｌに対して、Ｚ軸周りに微小旋回する。第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣの振幅に差を設けると、例えば、楕円軌道で旋回させることも可能となる。これにより、研磨面２３０は、Ｚ軸方向を螺旋軸とした螺旋状の移動軌跡に沿って往復振動させることができる。

【0091】

なお、図９では、第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣによって、研磨面２３０を微小旋回させる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣの振幅（電圧）、位相差を適宜設定することで、図１０に示すように、第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣによって、旋回させることなくＹ軸方向（又はＸ－Ｙ平面）において直線的に往復振動（矢印ＱＭ参照）させることもできる。この往復振動（矢印ＱＭ参照）と第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣによるＺ軸方向の往復振動（矢印ＫＭ参照）の振動周期を一致させると、研磨面２３０を、Ｚ軸に対して傾斜する方向に往復振動させることができる（矢印ＲＭ参照）。これにより、例えば、ワークＷ表面の法線方向が、Ｚ軸に対して傾斜している場合に、研磨面２３０の振動方向（矢印ＲＭ参照）を、ワークＷの法線方向に一致させることができる。

【0092】

図１１（Ｂ）の第一～第三駆動信号ＫＡ（ｔ１），ＫＢ（ｔ１），ＫＣ（ｔ１）は、図９（Ａ）の第一～第三同期周波信号ＤＡ～ＤＣと、図９（Ｂ）の第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣと、図１１（Ａ）の第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣを重畳させたものであり、図１１（Ａ）の経過時間ｔ１近傍の状態を模式的に示している。経過時間ｔ１では、第一バイアス信号ＥＡのバイアス値Ｂａ１が存在する。結果、第一駆動信号ＫＡ（ｔ１）は、第二及び第三駆動信号ＫＢ（ｔ１），ＫＣ（ｔ１）よりもバイアス値Ｂａ１分だけ高い値（高電圧）となる。図１１（Ｃ）に示すように、このバイアス値Ｂａ１相当分だけ、第一外力Ｆ１（ＫＡ（ｔ１））の力が増大するため、無バイアス時の振動基準位置（旋回中心）Ｌ０と比較して、振動基準位置（旋回中心）Ｌ１が距離Ｏ１だけオフセットする。図１１（Ａ）の経過時間ｔ２では、第二バイアス信号ＥＢのバイアス値Ｂｂ２が存在するため、図１１（Ｄ）に示すように、第二外力Ｆ２（ＫＢ（ｔ２））の力が増大し、無バイアス時の旋回中心Ｌと比較して、振動基準位置（旋回中心）Ｌ２が距離Ｏ２だけオフセットする。図１１（Ａ）の経過時間ｔ３では、第三バイアス信号ＥＣのバイアス値Ｂｃ３が存在するため、図１１（Ｅ）に示すように、第三外力Ｆ３（ＫＣ（ｔ３））の力が増大し、無バイアス時の旋回中心Ｌと比較して、振動基準位置（旋回中心）Ｌ３が距離Ｏ３だけオフセットする。

【0093】

これらの事例からわかるように、第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣを、互いに１２０度の位相差を有する正弦波信号（周波信号）にすると、研磨面２３０の振動基準位置（旋回中心）Ｌ自体を、Ｚ軸周りに旋回させることができる。同様に、第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣを適宜組み合わせれば、旋回中心Ｌを、任意方向及び任意量、オフセットさせることができる。つまり、第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣを制御することで、研磨面２３０の螺旋状の移動軌跡における螺旋軸自体を、Ｚ軸周りに旋回させたり、ＸＹ平面内で任意の方向に移動させたりできる。

【0094】

図１２（Ｂ）の第一～第三駆動信号ＫＡ（ｔ１），ＫＢ（ｔ１），ＫＣ（ｔ１）は、図９（Ａ）の第一～第三同期周波信号ＤＡ～ＤＣと、図９（Ｂ）の第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣと、図１２（Ａ）の第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣを重畳させたものであり、図１２（Ａ）の経過時間ｔ１近傍の状態を模式的に示している。

【0095】

図１２（Ａ）に示すように、経過時間ｔ１では、第一バイアス信号ＥＡのバイアス値Ｂａ１、第二バイアス信号ＥＢのバイアス値Ｂｂ１、第三バイアス信号ＥＣのバイアス値Ｂｃ１が同時に存在し、これらが互いに同じ値となる。結果、第一駆動信号ＫＡ（ｔ１）、第二及び第三駆動信号ＫＢ（ｔ１）は、それぞれ、バイアス値Ｂａ１，Ｂｂ１，Ｂｃ１分だけ高い値（高電圧）となり、図１２（Ｃ）に示すように、無バイアス時の研磨面２３０の振動基準位置Ｌ０のＺ軸座標Ｚ（０）と比較して、研磨面２３０の振動基準位置Ｌ１のＺ軸座標Ｚ（ｔ１）がＺ軸方向に変位する。図１２（Ａ）の経過時間ｔ２では、第一バイアス信号ＥＡのバイアス値Ｂａ２、第二バイアス信号ＥＢのバイアス値Ｂｂ２、第三バイアス信号ＥＣのバイアス値Ｂｃ２が存在し、これらが互いに同じ値となり、かつ、経過時間ｔ１のバイアス値より大きい。結果、図１２（Ｄ）に示すように、このバイアス値に相当分だけ、無バイアス時の研磨面２３０の振動基準位置Ｌ０のＺ軸座標Ｚ（０）と比較して、研磨面２３０の振動基準位置Ｌ２のＺ軸座標Ｚ（ｔ２）がＺ軸方向に変位し、その変位量は、Ｚ軸座標Ｚ（ｔ１）よりも大きくなる。図１２（Ａ）の経過時間ｔ３では、第一バイアス信号ＥＡのバイアス値Ｂａ３、第二バイアス信号ＥＢのバイアス値Ｂｂ３、第三バイアス信号ＥＣのバイアス値Ｂｃ３が存在し、これらが互いに同じ値となり、かつ、経過時間ｔ２のバイアス値より大きい。結果、図１２（Ｅ）に示すように、無バイアス時の研磨面２３０の振動基準位置Ｌ０のＺ軸座標Ｚ（０）と比較して、研磨面２３０の振動基準位置Ｌ３のＺ軸座標Ｚ（ｔ３）がＺ軸方向に変位し、その変位量は、Ｚ軸座標Ｚ（ｔ２）よりも大きくなる。

【0096】

これらの事例からわかるように、第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣを同時に印加すると、研磨面２３０の振動基準位置Ｌを、Ｚ軸方向に変位させることができる。図１１と図１２の技術思想を組み合わせれば、この第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣによって、研磨面２３０の振動基準位置Ｌを、軸方向及び径方向の双方に自在に位置制御できる。

【0097】

第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣ、第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣ、第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣのそれぞれの振幅（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）又は電圧、周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、基準位相（Ｐｈａｓｅ）等の設定値は、工具制御装置５０の研磨ヘッド設定保持部６６によって、走査経路に沿って自動的に変更することができる。

【0098】

例えば図１３（Ａ）に示すように、走査経路上のワークＷの被研磨面の一部が、平坦または凸形状の場合は、研磨面２３０の旋回半径ｒ１を大きく設定することができる。これにより研磨効率が向上する。一方、図１３（Ｂ）に示すように、走査経路上のワークＷの被研磨面の一部が溝又は凹形状の場合は、研磨面２３０の旋回半径ｒ２を小さく設定して、研磨面２３０と被研磨面の干渉を抑制する。例えば、ワークＷが、回折光学系を採用したDiffractive Opticsレンズである場合や、マイクロレンズアレイ等の場合は、表面に凹凸が形成されるため、走査経路に応じて旋回半径を制御することが好ましい。更に、図１３（Ｃ）に示すように、ワークＷが凸曲面や凹曲面の場合、第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣによって、研磨面２３０の振動基準位置Ｌを軸方向及び径方向の双方に移動させることで、ワークＷの曲面と研磨面２３０の距離（研磨ギャップ）を高精度かつ高速に制御できる。例えば、相対回転機構３３でワークＷを高速回転させる場合、相対移動機構４０の応答速度限界によって、ワークＷの被研磨面の凹凸形状に対して研磨ギャップを一定に維持できない場合がある。このような場合、第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣによって研磨ギャップを一定に維持することができる。この制御を実現するために、図８（Ａ）の研磨ヘッド設定計算部６５は、走査経路情報Ｎ（ｔ）やワーク形状情報３００に基づいて、第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣを制御する。

【0099】

（変形例紹介）
図９及び図１０において、工具制御装置５０の第一周波信号生成部５３は、互いに増減周期及び増減位相が一致する第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣを生成する場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、増減位相が異なる第一～第三位相差周波信号ＧＡ，ＧＢ，ＧＣを生成してもよい。第一周波信号生成部５３によって生成される第一～第三位相差周波信号ＧＡ，ＧＢ，ＧＣと、第二周波信号生成部５５によって生成される第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣの合計６信号について、位相・周波数・振幅を自在に制御することで、研磨面２３０を任意の方向に微小振動させたり、微小旋回させたりすることができる。

【0100】

＜実証実験１：研磨ヘッドの動作検証＞
研磨ヘッド１００単体において、研磨面２３０がどのように変位するか検証した。具体的に、第一～第三同期周波信号ＤＡ～ＤＣを、周波数を２００Ｈｚ、基準位相を全て０に設定した。第一位相差周波信号ＱＡと第二位相差周波信号ＱＢと第三位相差周波信号ＱＣの周波数を９９Ｈｚに設定し、互いの基準位相が１２０度の位相差を有するようにした。これらの信号の振幅は０～４（Ｖ）の範囲内で適宜設定した。第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣの入力は省略した。この設定条件で、工具駆動機構１４０によって研磨具２００を振動させ、研磨面２３０のＺ軸方向の変位と、径方向Ｒ方向の変位を共焦点クロマティックセンサで測定した。この結果を図１４に示す。

【0101】

図１４（Ａ）に示すように、研磨面２３０を、Ｚ軸方向に移動距離０．０２５ｍｍ以下（例えば０．０１５ｍｍ）で往復振動させることができた。この往復振動波形は、２００Ｈｚの滑らかな正弦波となっており、駆動信号の電圧で規格化した変位量は４μｍ／Ｖとなった。

【0102】

上記Ｚ軸方向の振動と重畳するようにして、図１４（Ｂ）に示すように、研磨面２３０は、径方向Ｒ（Ｘ－Ｙ平面方向）に、移動距離０．０２５ｍｍ以下（例えば０．０１５ｍｍ）で旋回振動させることができた。この往復振動波形は、９９Ｈｚのシーソー関数形状に近似しており、規格化した変位量は５μｍ／Ｖとなった。特徴的な点は、Ｚ軸方向の微小振動と、径方向Ｒの微小振動の間のクロストークがほとんど発生しないことにある。つまり、工具駆動機構１４０を利用して、第一駆動信号ＫＡ、第二駆動信号ＫＢ、第三駆動信号ＫＣによって重畳的に研磨具２００を変位させても、研磨面２３０のＺ軸方向の微小振動と、径方向Ｒの微小振動を独立制御できることがわかる。

【0103】

なお、本検証手順は、研磨ヘッド１００単体のキャリブレーション方法として利用することができる。つまり、所望のＺ軸方向の微小振動と、所望の径方向Ｒの微小振動が得られるまで、第一～第三同期周波信号ＤＡ～ＤＣと、第一位相差周波信号ＱＡと第二位相差周波信号ＱＢと第三位相差周波信号ＱＣの設定値を調整すればよい。

【0104】

＜実証実験２：研磨装置による研磨検証＞
次に、図１の研磨装置１を利用して、ワークＷを研磨する検証を行った。例えば、金型を用いた成型加工の場合、金属金型の表面には、金型製作時の加工工具の移動軌跡となるヘアライン状の切削痕（ツールマーク）が形成されるため、このツールマークが光学素子に転写される。同様に、光学素子を切削加工によって直接加工する場合においても、切削工具の移動軌跡となるヘアライン状の切削痕（ツールマークが）光学素子に残存する。研磨装置１が、ワークＷの表面を研磨することで、このツールマークを消去できるか否かについて検証した。

【0105】

（研磨材の準備）
研磨材として、水とデンプンの調合比率を５０：５０～５０：３０の範囲内で所望の粘度に調整した非ニュートン流体に対して、＃３００００（粒径０．３～０．３９μｍ）のアルミナ粒子を、４０ｇ／Ｌの濃度で混合した。

【0106】

（ワークの準備）
無電解ニッケルめっきを行った円板状（円柱状）のワークＷを用意し、その円形表面（被研磨面）をダイヤモンド旋削でヘアライン状の移動経路で切削した。その表面状態を図１５に示す。図１５（Ａ）の光学顕微鏡写真の通り、被研磨面には、ヘアライン状の凹凸（溝又は峰）が形成されていることを確認した。また、図１５（Ｂ）の三次元スキャナで測定した三次元プロファイルの通り、被研磨面には、ヘアライン状の凹凸（溝又は峰）が形成されていることを確認した。三次元プロファイルを利用して表面粗さを測定したところ、０．２４ｎｍＲａとなった。また、ヘアライン状の凹凸（溝又は峰）のラインピッチ（距離）は、平均約２０μｍとなった。

【0107】

（研磨装置の設定）
研磨装置１において、研磨面２３０は、直径２ｍｍの円形平面とした。第一～第三同期周波信号ＤＡ～ＤＣの周波数を１０００Ｈｚ、基準位相を全て０に設定した。第一位相差周波信号ＱＡと第二位相差周波信号ＱＢと第三位相差周波信号ＱＣの周波数を１００Ｈｚに設定し、互いの基準位相が１２０度の位相差を有するように設定した。キャリブレーションにより、研磨面２３０が、１０００ＨｚでＺ軸方向に振幅１０μｍで微小振動することを確認した。また、研磨面２３０が、１００ＨｚでＺ軸周りに旋回半径２０μｍで旋回運動（振幅４０μｍによる径方向Ｒの微小振動）することを確認した。この研磨装置１を用いて、上記研磨材を供給しながら、ワークＷを１００ｒｐｍで回転させた状態で、ワークＷの被研磨面を研磨面２３０で走査し、約１０ｎｍの材料除去深さで研磨した。なお、研磨時において、ワークＷと研磨面２３０のギャップ距離は５０～１００μｍ距離となるように制御した。このギャップ距離の範囲内であれば、１０００ＨｚでＺ軸方向に振幅１０μｍで微小振動（圧力）によって、研磨材が局所的に高粘度化することが、発明者らの実験によって明らかとなっている。

【0108】

研磨完了後の表面状態を図１６に示す。図１６（Ａ）の光学顕微鏡写真、及び、図１６（Ｂ）の三次元プロファイルの通り、被研磨面において、ヘアライン状の凹凸（溝又は峰）がほとんど消去されていることを確認した。これにより、被研磨面の面精度（ＰＶ値）を１００ｎｍ以下にすることが可能になることが分かった。また、図１６（Ｂ）の三次元プロファイルを利用して表面粗さを測定したところ、０．３７ｎｍＲａとなっており、研磨工程における表面粗さの増加も抑制できることを確認した。つまり、本実施形態の研磨装置１によれば、表面粗さの増加を例えば０．５０ｎｍＲａ以下に抑制しつつも、ヘアライン状の凹凸を、ＰＶ値１００ｎｍ以下となるまで平坦化できることがわかる。

【0109】

＜比較実験：研磨装置による研磨検証＞
次に、研磨装置１において、研磨面２３０のＺ軸周りに旋回運動（径方向Ｒの微小振動）を停止させたことを除いて、その他の条件を実証実験２と完全に一致させて、ワークＷを研磨した。研磨完了後の表面状態を図１７に示す。図１７（Ａ）の光学顕微鏡写真、及び、図１７（Ｂ）の三次元プロファイルの通り、被研磨面において、ヘアライン状の凹凸（溝又は峰）が多少残存することを確認した。同時に、被研磨面に局所的なピット（凹み）が形成されることを確認した。図１７（Ｂ）の三次元プロファイルを利用して表面粗さを測定したところ、０．５１ｎｍＲａとなっており、研磨工程によって、表面粗さが増加することを確認した。

【0110】

以上の通り、本実施形態の研磨装置１によれば、単一の研磨具２００の複数の座面４１０，４２０，４３０を変位させることで、これを弾性変形させつつ、研磨面２３０を研磨軸Ｊ方向と径方向Ｒに同時に微小振動させることができる。また、研磨軸Ｊ方向と径方向Ｒに微小振動にクロストークが発生しにくいので、研磨面２３０の研磨軸Ｊ方向の微小振動と、研磨面２３０の径方向Ｒの微小振動を独立して制御できる。同様に、工具駆動機構１４０の複数の駆動部５１０，５２０，５３０が協働することにより、研磨面２３０の研磨軸Ｊ方向と径方向Ｒの微小振動を同時に実現できるので、研磨ヘッド１００の構造を簡素化することが可能となる。

【0111】

なお、上記研磨装置１では、研磨具２００が、１２０度の位相差を有する第一～第三径方向Ｒ１～Ｒ３に沿って、合計３つの第一弾性部３１０、第二弾性部３２０、第三弾性部３３０を備える場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、合計２つの弾性部を１８０度の位相差で備えるようにしてもよく、合計４つ以上の弾性部を周方向に等間隔の位相差で備えるようにしてもよい。なお、研磨面２３０の旋回運動を実現するためには、少なくとも３つの弾性部を備えることが好ましい。

【0112】

また、本研磨具２００では、図５（Ｂ）に示すように、第一弾性部３１０の第一アーム軸３１０Ｊと研磨軸Ｊとの傾斜角度θが鋭角となる場合を例示したが、傾斜角度θが鈍角となるようにしてもよい。傾斜角度θが鈍角の場合、第一座部４１０を第一径方向Ｒ１の内側に変位させることで、研磨面２３０がワークＷから離れる方向に変位させることができる。

【0113】

更に、工具駆動機構１４０は、図２に示すように、第一～第三座部４１０，４２０，４３０を、径方向の内側の研磨軸Ｊに向かって変位させる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第一～第三座部４１０，４２０，４３０径方向の内側に変位させつつも、その変位ベクトルが研磨軸Ｊからオフセットする方向に変位させてもよい。また工具駆動機構１４０は、第一～第三座部４１０，４２０，４３０を、径方向の外側に向って変位させてもよい。

【0114】

また更に、工具制御装置５０では、第一位相差周波信号ＱＡと第二位相差周波信号ＱＢと第三位相差周波信号ＱＣの振幅は、同期周波信号Ｄよりも大きくなる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１８に示すように、第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣの振幅を、第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣよりも小さくなるようにして、第一～第三駆動信号ＫＡ，ＫＢ，ＫＣを生成してもよい。

【0115】

更にまた、本実施形態では、説明の便宜上、第一～第三同期周波信号ＤＡ，ＤＢ，ＤＣと、第一～第三位相差周波信号ＱＡ，ＱＢ，ＱＣと、第一～第三バイアス信号ＥＡ，ＥＢ，ＥＣを、互いに独立波形として生成する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第一同期周波信号ＤＡの電圧平均値を、第二及び第三同期周波信号ＤＢ，ＤＣの電圧平均値よりも高く設定すれば、実質的に、第一バイアス信号ＥＡを重畳させた状態と同義となる。同様に、第一位相差周波信号ＱＡの電圧平均値を、第二及び第三位相差周波信号ＱＢ，ＱＣの電圧平均値よりも高く設定すれば、実質的に、第一バイアス信号ＥＡを重畳させた状態と同義となる。

【0116】

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0117】

１ 研磨装置
１０ 基台
２０ 研磨ヘッド保持機構
３０ ワーク保持機構
３３ 相対回転機構
３５ 研磨材供給装置
４０ 相対移動機構
５０ 工具制御装置
６０ 移動制御装置
６２ 移動制御部
６４ 走査経路設定部
６６ 研磨ヘッド設定保持部
１００ 研磨ヘッド
１１０ 工具ベース
１４０ 工具駆動機構
２００ 研磨具
２１０ 主軸部
２１０Ａ 中心軸
２１１ 第一リブ
２１２ 第二リブ
２１３ 第三リブ
２３０ 研磨面
３１０ 第一弾性部
３２０ 第二弾性部
３３０ 第三弾性部
４１０ 第一座部
４２０ 第二座部
４３０ 第三座部
５１０ 第一駆動部
５２０ 第二駆動部
５３０ 第三駆動部
Ｂ 母材
Ｃ 中心軸
ＤＡ 第一同期周波信号
ＤＢ 第二同期周波信号
ＤＣ 第三同期周波信号
ＩＦ 設定インタフェース
Ｊ 研磨軸
ＫＡ 第一駆動信号
ＫＢ 第二駆動信号
ＫＣ 第三駆動信号
ＫＣ 第二駆動信号
ＱＡ 第一位相差周波信号
ＱＢ 第二位相差周波信号
ＱＣ 第三位相差周波信号
Ｒ 径方向
Ｓ 研磨軸周方向
Ｕ１ 第一変位量
Ｕ２ 第二変位量
Ｕ３ 第三変位量
Ｗ ワーク

【要約】      （修正有）

【課題】簡易な構造で高精度な研磨を実現する。
【解決手段】研磨材を自身の研磨面とワークの間で保持してワークを研磨するための研磨具２００であって、先端に研磨面２３０を有し、研磨軸Ｊに沿って延在する主軸部２１０と、主軸部から連続して径方向の外側に向かって延びる複数の弾性部３１０，３２０，３３０と、複数の弾性部の径方向外側に連続する複数の座部４１０，４２０，４３０を備える。更に弾性部では、主軸部に連続する位置と、座部と連続する位置が研磨軸Ｊの軸方向に異なるようにする。これにより、外部の工具駆動機構によって、座部を径方向に同一量の変位を作用させると、複数の弾性部が弾性変形して、主軸部が研磨軸に沿って変位する。また、外部の工具駆動機構によって、座部のそれぞれに対して、径方向に向かう異なる量の変位を作用させると、主軸部が研磨軸Ｊの径方向に沿って変位する。
【選択図】図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】