本発明の研磨装置を添付の図面を用いて� ��明する。図3は、本発明の研磨装置の構成例 を示す正面図である。図4は、図3に示す研磨� ��40を、研磨具40に接続する回転軸13aを図に記 入した切断線II-II線に沿って切断した状態で� ��す平面図である。そして図5は、図4に記入� �た切断線III-III線に沿って切断した研磨具40� �拡大断面図である。

 図3~図5に示すように、本発明の研磨装置1 0は、上側表面に研磨対象物11を支持する支持 テーブル12;支持テーブル12の上方に、支持テ� ��ブル12に対して垂直に配置された回転軸13a;� ��して、回転軸13aの下端部に支持テーブル12� �平行に接続されている、電源14に電気的に接 続する環状超音波振動子31a、31bを固定した砥 石保持部材32と、砥石保持部材32の周縁部の� �端に備えられた環状の砥石33とを含む研磨具 (本発明の研磨具)40などから構成されている� �この研磨装置10は、研磨具40の砥石保持部材3 2の環状超音波振動子31a、31bの固定位置34aと� �回転軸13aとの接続位置(研磨具40の回転軸接� �部)34bとの間の位置に、環状に配置した非連� ��の空気相を含む環状空気相含有帯域を二重� ��形成してなる環状空気相含有領域36が設け� �れていて、この環状空気相含有領域36により 、環状超音波振動子31a、31bから発生される超 音波振動が砥石保持部材32の環状空気相含有� ��域36よりも回転軸との接続位置34bの側の領� �に直線的に伝達されないようにされている� �とに大きな特徴がある。

 支持テーブル12は、基台15に設置された回 転駆動装置(例、モータ)16の回転軸16aに支持� �れて回転可能とされている。支持テーブル� �、例えば、その表面に沿って直線的に移動(� ��復移動)させることもできる。

 支持テーブル12の上方には、研磨対象物11 の上面に研削液(代表例、水)を供給するパイ� ��18aを備えた研削液供給装置18が配置されて� �る。研削液供給装置18は、基台15の上面に立� ��された支柱21の上部に支持固定されている� �この支柱21は、図3の紙面において支持テー� �ル12の後方側に配置されている。なお、研削 液は、公知の方法に従って、前記砥石保持部 材の環状の砥石よりも内周側の位置に形成し た透孔を介して研磨対象物の上面に供給する こともできる。

 研磨具40は、回転駆動装置13の回転軸13aに 接続されている。回転駆動装置13は、送りね� ��23のナット23bに支持固定されている。この� �りねじ23のねじ軸23aは、基台15の上面に設置� ��れた回転駆動装置17に接続されている。こ� �回転駆動装置17を駆動してねじ軸23aを回転さ せることにより、ナット23bに支持された回転 駆動装置13を研磨具40と共に昇降させること� �できる。また、前記のナット23bは、基台15の 上面にねじ軸23aと平行に立設された支柱22に� ��えられたベアリング24に固定されている。� �のため、前記のようにねじ軸23aを回転させ� �際に、ナット23b、回転駆動装置13及び研磨具 40が、ねじ軸23aを中心に回転することはない� ��

 研磨具40は、環状超音波振動子31a、31bを� �える砥石保持部材32、そして砥石保持部材32� ��周縁部の下端に備えられた環状の砥石33な� �から構成されている。

 環状の砥石33としては、例えば、ダイヤ� �ンド砥粒に代表される砥粒を、金属ボンド� �レジンボンドで結着して環状に形成した砥� �を用いることができる。通常、砥粒の平均� �径は0.1乃至50μmの範囲内に設定される。

 なお、環状の砥石には、環状に並べて配� ��された複数個(例えば、2乃至50個)の砥石片� �集合体も含まれる。このように、環状の砥� �を複数個の砥石片から構成すると、環状の� �石(特にサイズの大きいもの)の作製が容易に なる。また、砥石への超音波振動の付与によ り、あるいは砥石と研磨対象物との摩擦によ り砥石内部に生じる応力が低減されるため、 砥石の破損(例、クラックの発生)を防止する� ��とができる。

 砥石保持部材32は、例えば、アルミニウ� �、青銅、ステンレススチール、もしくはア� �ミニウム合金(例、ジュラルミン)に代表され る金属材料、あるいはセラミック材料などの 超音波振動の伝達性に優れる材料から形成さ れる。

 砥石保持部材32は、回転軸13aの周囲に嵌� �合わされてボルト38aにより固定されたスリ� �ブ32a、スリーブ32aの下面にボルト38bにより� �定された円板状の保持部材本体32b、そして� �持部材本体32bの下面に仮接着剤(例、ホット� ��ルト接着剤)により固定され、更にボルト38c により締め付け固定された砥石保持リング32c から構成されている。

 スリーブ32a、保持部材本体32b及び砥石保� ��リング32cは、一体に形成することもできる� ��但し、スリーブ32aと保持部材本体32bとを分� ��可能に構成すると、保持部材本体32bの厚み� ��小さな値に設定することにより、環状超音� ��振動子31a、31bから発生される超音波振動に� ��り保持部材本体32bを砥石33と共に大きな振� �で超音波振動させることができる。その一� �で、スリーブ32aの軸方向の長さを大きな値� �設定することにより、保持部材本体32bをス� �ーブ32aを介して回転軸13aに安定に支持固定� �ることができる。また、保持部材本体32bと� �石保持リング32cとを分離可能に構成すると� �後に説明するロータリートランス25の電力受 容ユニット25bと、環状超音波振動子31a、31bと の電気配線28b、28cを取り外すことなく、使用 により摩耗した砥石33を砥石保持リング32cと� ��に取り外して別の新しいものに簡単に交換� ��ることができる。

 砥石保持部材32の形状は、研磨具を安定� �回転させるため、回転軸を中心として対称� �形状に設定することが好ましい。例えば、� �石保持部材の保持部材本体の平面形状は、� �形に限らず、多角形に設定することもでき� �。

 砥石保持部材32の環状超音波振動子31a、31 bの固定位置34aと、回転軸13aとの接続位置34b� �の間の位置には、環状に配置した非連続の� �気相を含む環状空気相含有帯域を二重に形� �してなる環状空気相含有領域36が設けられて いる。この環状空気相含有領域36により、環� ��超音波振動子31a、31bから発生される超音波� ��動が砥石保持部材32の環状空気相含有領域36 よりも回転軸との接続位置34bの側(研磨具40の 場合には内周側)の領域に直線的に伝達され� �いようにされている。この環状空気相含有� �域36の機能については、後に詳しく説明する 。

 なお、前記の「砥石保持部材の環状超音� ��振動子の固定位置」とは、研磨具40のよう� �砥石保持部材32の環状超音波振動子31a、31bの 内周側に環状空気相含有領域36が形成されて� ��る場合には、砥石保持部材32の環状超音波� �動子31a、31bの内縁に対応する位置を意味す� �。但し、前記の「環状超音波振動子の内縁� �とは、砥石保持部材32に互いに内径の異なる 二以上の環状超音波振動子が固定されている 場合には、最も小さな内径を持つ環状超音波 振動子の内縁を意味する。また、前記の「砥 石保持部材の回転軸との接続位置」とは、砥 石保持部材32の回転軸13aに接触する位置を意� ��する。

 環状超音波振動子31a、31bの各々としては� ��例えば、環状の圧電体41と、圧電体41の上面 及び下面の各々に付設された一対の電極層42� ��から構成される環状の圧電振動子が用いら� ��ている。

 圧電体41の材料の代表例としては、ジル� �ン酸チタン酸鉛系の圧電セラミック材料が� �げられる。電極層42の材料の例としては、銀 やリン青銅などの金属材料が挙げられる。

 環状超音波振動子31a、31bの各々の圧電体4 1は、例えば、その厚み方向に分極処理され� �。研磨具40の場合には、例えば、環状超音波 振動子31aの圧電体41は垂直且つ上向きに、そ� ��て環状超音波振動子31bの圧電体41は垂直且� �下向きに分極処理されている。

 環状超音波振動子31a、31bの各々は、例え� ��、エポキシ樹脂を用いて砥石保持部材32に� �定される。このエポキシ樹脂により、環状� �音波振動子31a、31bの各々と、砥石保持部材32 とが互いに電気的に絶縁される。また、環状 超音波振動子31a、31bの各々の表面に、例えば 、絶縁性の塗料を塗布することにより、環状 超音波振動子の一対の電極層が、研磨の際に 用いる研削液(代表例、水)を介して互いに電� ��的に短絡することを防止することができる� ��

 なお、環状超音波振動子には、環状に並� ��て配置された複数個(例えば、2乃至30個)の� �音波振動子片の集合体も含まれる。このよ� �に、環状超音波振動子を、複数個の超音波� �動子片から構成すると、環状の砥石の直径� �大きい場合、すなわち砥石保持部材のサイ� �が大きい場合に、これに対応する大きな直� �の環状超音波振動子を、複数個の超音波振� �子片を用いて容易に構成することができる� �

 また、環状超音波振動子の個数に特に制� ��はないが、実用的には、1乃至4個の範囲内� �あることが好ましい。環状超音波振動子の� �数が多いほど、環状の砥石を大きな振幅に� �超音波振動させることができる。しかしな� �ら、環状超音波振動子の個数が多すぎると� �砥石保持部材に環状超音波振動子を付設し� �各々の環状超音波振動子を電源に電気的に� �続する作業に手間がかかる。

 研磨装置10が備えるロータリートランス25 は、研磨対象物11を研磨する際に研磨具40と� �に回転する環状超音波振動子31a、31bの各々� �、電源14の電気エネルギーを供給するために 用いられている。

 ロータリートランス25は、電力供給ユニ� �ト25aと電力受容ユニット25bとが互いに僅か� �間隔をあけて近接配置された構成を有して� �る。電力供給ユニット25a及び電力受容ユニ� �ト25bは、それぞれ円環状の形状に設定され� �いる。前記の電力供給ユニット25aは、回転� �動装置13の底部に固定されている。そして電 力受容ユニット25bは、砥石保持部材32の頂部� ��固定されている。

 電力供給ユニット25aは、円環状のステー� ��コア26a及びステータコイル27aから構成され� ��いる。そして電力受容ユニット25bは、円環� ��のロータコア26b及びロータコイル27bから構� ��されている。ステータコア26a及びロータコ� ��26bの各々は、例えば、フェライトなどの磁� ��材料から形成され、その周方向に沿って円� ��状の溝が形成されている。ステータコイル2 7a及びロータコイル27bの各々は、ステータコ� ��26a及びロータコア26bの各々に形成された円� ��状の溝に沿って導線をコイル状に巻いたも� ��である。

 ステータコイル27aには、電気配線28aを介� ��て電源14が電気的に接続されている。そし� �ロータコイル27bには、電気配線28b、28cの各� �を介して環状超音波振動子31a、31が電気的に 接続されている。なお、電気配線28cは、砥石 保持部材32に形成された透孔32dを通って、下� ��の環状超音波振動子31bに電気的に接続され� ��いる。

 このロータリートランス25のステータコ� �ル27aに、電源14から発生される電気エネルギ ーを供給することにより、ステータコイル27a とロータコイル27bとが互いに磁気的に結合さ れる。このため、ステータコイル27aに供給さ れた電気エネルギーは、ロータコイル27b(す� �わち電力受容ユニット25b)が回転軸13aと共に� ��転している場合であってもロータコイル27b� ��伝達する。従って、電源14から発生される� �気エネルギーを、研磨対象物11を研磨する際 に回転軸13aと共に回転する研磨具40の環状超� ��波振動子31a、31bの各々に付与することがで� ��る。

 そして、環状超音波振動子31a、31bの各々� ��(環状超音波振動子として用いる環状の圧電 振動子の各々の電極層に)、電源14から発生さ れる電気エネルギー(例、交流電圧)を付与す� ��ことにより発生した超音波振動は、砥石保� ��部材32を介して環状の砥石33に付与される。

 前記のロータリートランスに代えて、例� ��ば、スリップリングを用いることもできる� ��ロータリートランスは、互いに非接触に配� ��されている電力供給ユニットと電力受容ユ� ��ットを介して電気エネルギーを伝達するた� ��、回転軸の回転数が100000回転/分程度までは 、回転軸と共に回転する研磨具の環状超音波 振動子に安定に電力を供給できるという利点 を有している。一方、スリップリングは、回 転軸の回転数が5000回転/分程度を超えると、� ��転する研磨具の環状超音波振動子に安定に� ��力を供給することが難しくなる。

 研磨装置10においては、例えば、下記の� �順により加工対象物の研磨が行なわれる。

 先ず、研磨対象物11を、例えば、ホット� �ルト型接着剤を用いて鋼製の保持具(図示し� ��いない)に仮固定する。そして、支持テーブ ル12の上面に、前記の研磨対象物11が仮固定� �れた保持具を、例えば、電磁力を利用して� �定する。

 次に、回転駆動装置16を作動させ、回転� �16aを支持テーブル12と共に回転させる。そし て研削液供給装置18のパイプ18aの先端から研� ��液を噴出させ、研磨対象物11の表面に研削� �を供給する。その一方で、電源14から発生さ れる電気エネルギーをロータリートランス25� ��介して環状超音波振動子31a、31bの各々に付� ��する。これにより、環状超音波振動子31a、3 1bの各々から発生される超音波振動は、砥石� ��持部材32を介して環状の砥石33に付与される 。

 続いて、駆動装置13を作動させ、回転軸13 aを研磨具40と共に回転させ、次いで駆動装置 17を作動させ、研磨具40を次第に下降させる� �このような操作により、超音波振動が付与� �れた環状の砥石33の外周面の下端近傍の部位 が、研磨対象物11の側面の上端近傍の部位に� ��触し、そして研磨対象物11の表面(上面)の全 体が研磨(研削)される。そして、研磨具40を� �に下降させながら、所定の厚みになるまで� �磨対象物11の研磨を続ける。

 次に、研磨具40の砥石保持部材32が備える 環状空気相含有領域36の機能について説明す� ��。

 研磨具40の環状空気相含有領域36は、砥石 保持部材32の内周側に備えられた合計で四個� ��空気相35aを含む環状空気相含有帯域36aと、� ��周側に備えられた合計で四個の空気相35bを� ��む環状空気相含有帯域36bとが二重に配置さ� ��た構成を有している。

 一般に、異なる二つの物質が互いに接触� ��て界面を形成している場合に、各々の物質� ��固有の音響インピーダンスの値が互いに大� ��く異なると、一方の物質中を他方の物質に� ��かって伝わる音波の大部分は前記界面にて� ��射され、他方の物質には殆ど伝わらないこ� ��が知られている。前記の音響インピーダン� ��は、物質の密度と、この物質中での音速と� ��積により定まる。そして、固体と気体とで� ��、両者の密度の値、すなわち音響インピー� ��ンスの値が互いに大きく異なるため、例え� ��、固体中を伝わる音波の大部分は、固体と� ��体との界面にて反射されて気体中には殆ど� ��わらない。

 従って、前記のように砥石保持部材32に� �気相35a、35bが備えられていると、この砥石� �持部材(固体)32と空気相(気体)35a、35bの各々� �の界面からなる超音波(振動)反射面が形成さ れる。

 そして研磨具40では、前記のように各々� �気相を含む環状空気相含有帯域36a、36bから� �成される環状空気相含有領域36により、環状 超音波振動子31a、31bから発生される超音波振 動が砥石保持部材32の環状空気相含有領域36� �りも回転軸との接続位置34bの側(研磨具40の� �合には内周側)の領域に直線的に伝達されな� ��ようにされている。

 すなわち、砥石保持部材32の内周側にて� �いに隣接する空気相35a、35aにより形成され� �超音波反射面の間の位置の外周側に、空気� �35bにより形成される超音波反射面を配置し� �そして外周側にて互いに隣接する空気相35b� �35bにより形成される超音波反射面の間の位� �の内周側に、空気相35aにより形成される超� �波反射面を配置することにより、前記の超� �波振動の伝達を防止している。

 このため、環状超音波振動子31a、31bから� ��生される超音波振動は、前記の環状空気相� ��有領域36に到達すると、空気相35a、35bによ� �形成される超音波反射面にて反射され、砥� �保持部材32の外周側、そして環状の砥石33へ� ��伝わり、この環状の砥石33を超音波振動さ� �るために有効に用いられる。このため、環� �超音波振動子31a、31bから発生される超音波� �動により、環状の砥石33を大きな振幅にて超 音波振動させることができる。前記のように 、環状の砥石33が大きな振幅にて超音波振動� ��ると、環状の砥石33と研磨対象物11との摩擦 抵抗が低減し、不要な機械振動の発生が十分 に抑制される。このため、研磨具40を用いる� ��とにより、研磨対象物を高い精度で研磨す� ��ことができる。

 図4に示すように、環状空気相含有領域36� ��、砥石保持部材32に連結領域37aを介して断� �的に形成された内周側の複数(例えば、四個) の貫通溝43aと、連結領域37bを介して断続的に 形成された外周側の複数(例えば、四個)の貫� ��溝43bとから構成されていて、内周側の連結� ��域37aは、外周側の貫通溝43bに接するように� ��置され、かつ外周側の連結領域37bは、内周� ��の貫通溝43aに接するように配置されている� ��とが好ましい。これにより、環状超音波振� ��子31a、31bから発生される超音波振動の殆ど� ��、空気相35a、35bにより形成される超音波反� ��面の何れかによって反射され、環状の砥石3 3を超音波振動させるために極めて有効に用� �られる。

 前記の貫通溝43a、43bの各々は、例えば、� ��電加工あるいは切削加工などを利用して容� ��に形成することができる。

 研磨具40のように、砥石保持部材32の環状 超音波振動子31a、31bの内周側に環状空気相含 有領域36を設ける場合には、超音波反射面を� ��成する空気相35a、35bが、砥石保持部材32の� �状超音波振動子31a、31bの固定位置34aに形成� �れる円筒面(砥石保持部材を環状超音波振動� ��の内縁に沿って切断した断面が形成する円� ��面)の面積の85乃至100%(特に、90乃至100%)の範� ��内の領域に、前記円筒の直径方向に重ねて� ��置されていることが好ましい。

 なお、前記の図1及び図2に示す特許文献1� ��研磨具1のように、研磨具1を回転軸に接続� �るためにボルトが挿入されるねじ孔7は、ボ� ��トが挿入されることでねじ孔7の内部の空気 相が排除されて超音波反射面を形成しないた め、本発明の研磨具の空気相を構成しない。

 図6は、本発明の研磨具の別の構成例を示 す平面図である。そして図7は、図6に記入し� ��切断線IV-IV線に沿って切断した研磨具60の拡 大断面図である。

 図6及び図7に示す研磨具60の構成は、環状 空気相含有領域66が、砥石保持部材62の上側� �ら上下方向に延びた非貫通の円環状上側溝73 aと、砥石保持部材62の下側から上下方向に延 びた非貫通の円環状下側溝73bとから構成され ていて、上側溝73aと下側溝73bとの深さの合計 が砥石保持部材62の上下方向の厚みよりも大� ��いこと以外は図4に示す研磨具40と同様であ� ��。

 この研磨具60においては、前記の上側溝73 aの内部の空気相(環状に形成した連続の空気� ��)65aと連結領域67aとにより環状空気相含有帯 域66aが構成され、そして下側溝73bの内部の空 気相65bと連結領域67bとにより環状空気相含有 帯域66bが構成されている。そして、前記の環 状空気相含有帯域66aと環状空気相含有帯域66b とにより、環状空気相含有領域66が構成され� ��いる。

 研磨具60の空気相65a、65b及び連結領域67a� �67bは、ぞれぞれ連続した環状の形状にある� �このため、研磨具60は、図4の研磨具40と比較 して、超音波振動を付与することにより環状 の砥石33を周方向において均一に超音波振動� ��せることができるため、研磨対象物を研磨� ��る精度が高いという利点を有している。

 前記の上側溝73aと下側溝73bとの深さの合� ��は、砥石保持部材62の上下方向の厚みより� �大きく、前記厚みの1.5倍(特に、1.1倍)以下で あることが好ましい。上側溝73aと下側溝73bと の深さの合計が、砥石保持部材62の厚みの1.5� ��を超えると、砥石保持部材62の剛性が低下� �て、この砥石保持部材62に環状の砥石33が不� ��定に支持されるため、研磨対象物を研磨す� ��精度が低下する傾向にある。

 図8は、本発明の研磨具の更に別の構成例 を示す平面図である。そして図9は、図8に記� ��した切断線V-V線に沿って切断した研磨具80� �拡大断面図である。

 図8及び図9に示す研磨具80の構成は、環状 空気相含有領域86が、砥石保持部材82の内部� �、かつ環状超音波振動子31a、31bの内周側に� �えられた多孔質環状部材93から構成されてい ること以外は図4の研磨具40と同様である。

 この研磨具80の環状空気相含有領域86は、 多孔質環状部材93の内部にて環状部材93の周� �向に沿って環状に配置している気泡(空気相) 85を含む環状空気相含有帯域が、環状空気相� ��有領域86の径方向に多重に配置された構成� �有している。

 研磨具80の環状空気相含有領域86の空気相 は、多孔質環状部材93の内部に均一に分散配� ��された多数の気泡85から構成されている。� �のため、研磨具80は、図4の研磨具40と比較し て、超音波振動を付与することにより環状の 砥石33を周方向において均一に超音波振動さ� ��ることができ、また砥石保持部材82の剛性� �高いため、研磨対象物を研磨する精度が高� �という利点を有している。

 砥石保持部材82の保持部材本体82bは、保� �部材本体82bの多孔質環状部材93よりも外周側 の部分と内周側の部分とを予め別々に作製し ておき、両者の間に多孔質環状部材93を配置� ��て、これらを、例えば、接着あるいは溶接� ��ることにより容易に作製することができる� ��

 多孔質環状部材93は、例えば、多孔質金� �材料から形成される。多孔質環状部材93は、 例えば、青銅、ステンレススチール、ニッケ ル、あるいはチタンなどの金属粉末(もしく� �金属繊維)を圧縮成形して焼結することによ� ��作製することができる。多孔質環状部材93� �気泡85の直径は、その製造方法にもよるが、 一般に10nm~数mmの範囲内にある。

 多孔質環状部材93の密度(かさ密度)は、保 持部材本体82bの多孔質環状部材93よりも外周� ��の部分の密度の5~75%の範囲内の値に設定す� �ことが好ましい。多孔質環状部材93の密度を 、前記の保持部材本体82bの外周側の部分の密 度の5%未満の値に設定すると、砥石保持部材8 2の剛性が低下して、この砥石保持部材82に環 状の砥石33が不安定に支持されるため、研磨� ��象物を研磨する精度が低下する傾向にある� ��その一方で、多孔質環状部材93の密度を、� �記の保持部材本体82bの外周側の部分の密度� �75%を超える値に設定すると、環状部材93に含 まれる気泡(空気相)85により形成される超音� �反射面で反射される超音波振動の量が少な� �なる。

 図10は、本発明の研磨具の更に別の構成� �を示す平面図である。そして図11は、図10に� ��入した切断線VI-VI線に沿って切断した研磨� �100の拡大断面図である。

 図10及び図11に示す研磨具100の構成は、環 状空気相含有領域106が、砥石保持部材102に連 結領域107aを介して断続的に形成された内周� �の複数の貫通孔113aと、連結領域107bを介して 断続的に形成された外周側の複数の貫通孔113 bとから構成されていて、内周側の連結領域10 7aは、外周側の貫通孔113bに接するように配置 され、かつ外周側の連結領域107bは、内周側� �貫通孔113aに接するように配置されているこ� ��以外は図4の研磨具40と同様である。

 この研磨具100においては、前記の複数の� ��通孔113aの内部の空気相105aと複数の連結領� �107aとにより環状空気相含有帯域106aが構成さ れ、そして複数の貫通孔113bの内部の空気相10 5bと複数の連結領域107bとにより環状空気相含 有帯域106bが構成されている。そして、前記� �環状空気相含有帯域106aと環状空気相含有帯� ��106bとにより、環状空気相含有領域106が構成 されている。

 研磨具100は、図4の研磨具40と比較して、� ��状空気相含有領域106の貫通孔113a、113bを、� �えば、ドリルを用いた孔あけ加工により簡� �に形成することができるという利点を有し� �いる。

 また、図11に示すように、研磨具100に接� �される回転軸13aの周囲に二個(あるいは二個� ��上)のロータリートランス115a、115bを配置し� ��これらのロータリートランス115a、115b各々� �用いて、環状超音波振動子31a、31bの各々に� �気エネルギーを供給することができる。な� �、これらのロータリートランス115a、115bは、 両者の間に配置されたパーマロイ製の筒体116 により互いに磁気的に遮蔽されている。

 そして、例えば、ロータリートランス115a 、115bを用いて、環状超音波振動子31a、31bの� �々に互いに同相の交流電圧(例、正弦波電圧) を付与することにより、環状超音波振動子31a 、31bの各々を、その直径方向に互いに同相に て超音波振動させることができる。これによ り、環状超音波振動子31aがその直径が拡大す るように変位する際には、これと同時に環状 超音波振動子31bもまたその直径が拡大するよ うに変位するため、砥石保持部材102の外周縁 部は外周側に変位する。そして環状超音波振 動子31aがその直径が縮小するように変位する 際には、これと同時に環状超音波振動子31bも またその直径が縮小するように変位するため 、砥石保持部材102の外周縁部は内周側に変位 する。その結果、砥石保持部材102の外周縁部 は、環状の砥石33と共に図11に記入した矢印11 9aが示す方向(研磨対象物の表面に対して平行 な方向)に振動する。

 環状の砥石33を研磨対象物の表面に平行� �方向に振動させることにより、研磨対象物� �表面を高い精度にて研磨することができる� �

 その一方で、例えば、ロータリートラン� ��115a、115bを用いて、環状超音波振動子31a、31 bの各々に互いに逆相の交流電圧(例、正弦波� ��流電圧)を付与することにより、環状超音波 振動子31a、31bの各々を、その直径方向に互い に逆相にて超音波振動させることができる。 これにより、環状超音波振動子31aがその直径 が拡大するように変位する際には、これと同 時に環状超音波振動子31bがその直径が縮小す るように変位するため、砥石保持部材102は湾 曲し、その外周縁部は下側に変位する。そし て環状超音波振動子31aがその直径が縮小する ように変位する際には、これと同時に環状超 音波振動子31bがその直径が拡大するように変 位するため、砥石保持部材102は湾曲し、その 外周縁部は上側に変位する。その結果、砥石 保持部材102の外周縁部は、環状の砥石33と共� ��図11に記入した矢印119bが示す方向(研磨対象 物の表面に対して概ね垂直な方向)に振動す� �。

 環状の砥石33を研磨対象物の表面に概ね� �直な方向に振動させることにより、研磨対� �物の表面を高い速度(短い時間)で研磨するこ とができる。

 このように、ロータリートランス115a、115 bを備える研磨装置を用いることにより、研� �対象物を荒加工する際には、超音波振動子31 a、31bの各々に互いに逆相の交流電圧を付与� �て研磨対象物の表面を高い速度で研磨し、� �して研磨対象物を仕上げ加工する際には、� �状超音波振動子31a、31bの各々に互いに同相� �交流電圧を付与して研磨対象物の表面を高� �精度で研磨することができる。すなわち、� �のような研磨装置を用いることにより、研� �対象物を短時間で粗加工し、次いで高い精� �で仕上げ加工することができる。

 また、前記のように環状超音波振動子を� ��数個の超音波振動子片から構成し、これら� ��超音波振動子片に、複数個(例えば、二個)� �ロータリートランスを介して正弦波交流電� �及び余弦波交流電圧を適宜付与することに� �り、環状の砥石に超音波振動の進行波を励� �することができる。環状超音波振動子によ� �超音波振動の進行波を励起する方法は、前� �の特許文献1に詳しく記載されている。また� ��環状超音波振動子により超音波振動の進行� ��を励起する方法としては、環状超音波振動� ��により超音波モータのステータに超音波振� ��の進行波を励起する公知の方法を適用する� ��ともできる。

 図12は、本発明の研磨具の更に別の構成� �を示す斜視図である。そして図13は、図12に� ��入した切断線VII-VII線に沿って切断した研磨 具120の拡大断面図である。

 図12及び図13に示す研磨具120の構成は、砥 石保持部材122が円板部材122aと、円板部材の12 2aの周縁から下方に延びた円筒状部材122bとを 含み、環状空気相含有領域126が、円筒状部材 122bに連結領域127aを介して断続的に形成され� ��上側の複数の貫通溝133aと、連結領域127bを� �して断続的に形成された下側の複数の貫通� �133bとから構成されていて、上側の連結領域1 27aは、下側の貫通溝133bに接するように配置� �れ、かつ下側の連結領域127bは上側の貫通溝1 33aに接するように配置されていること、そし て前記円筒状部材122bの下面に環状超音波振� �子31が固定されていること以外は図4に示す� �磨具40と同様である。

 この研磨具120においては、前記の上側の� ��数の貫通溝133aの内部の空気相125aと複数の� �結領域127aとにより環状空気相含有帯域126aが 構成され、そして前記の下側の複数の貫通溝 133bの内部の空気相125bと複数の連結領域127bと により環状空気相含有帯域126bが構成されて� �る。そして、前記の環状空気相含有帯域126a� ��環状空気相含有帯域126bとにより、環状空気 相含有領域126が構成されている。

 そして、環状超音波振動子31から発生さ� �る超音波振動の殆どは、前記の環状空気相� �有領域126に到達すると、空気相125a、125bによ り形成される超音波反射面の何れかによって 反射され、砥石保持部材122の下側、そして環 状の砥石33へと伝わり、この環状の砥石33を� �音波振動させるために極めて有効に用いら� �る。このため、環状超音波振動子31から発生 される超音波振動により、環状の砥石33を大� ��な振幅にて超音波振動させることができる� ��このため、研磨具120を用いることにより、� ��磨対象物を高い精度で研磨することができ� ��。

 研磨具120は、円筒状部材122bの壁体の厚み を小さな値に設定することにより、環状の砥 石33を研磨対象物の表面に平行な方向に大き� ��振幅にて超音波振動させることができると� ��う利点を有している。

 なお、研磨具120のように、砥石保持部材1 22の環状超音波振動子31の上側に環状空気相� �有領域126が形成されている場合には、前記� �「砥石保持部材の環状超音波振動子の固定� �置」とは、砥石保持部材122の環状超音波振� �子31の上端に対応する位置を意味する。

 また、このような場合には、超音波反射� ��を形成する空気相125a、125bが、砥石保持部� �122の環状超音波振動子31の固定位置44aに形成 される円環面(砥石保持部材を環状超音波振� �子の上面に沿って切断した断面が形成する� �環面)の面積の85乃至100%(特に、90乃至100%)の� �囲内の領域に、円筒状部材122bの軸方向に重� ��て配置されていることが好ましい。

 図14は、本発明の研磨具の更に別の構成� �を示す一部切り欠き斜視図である。そして� �15は、図14に記入した切断線VIII-VIII線に沿っ� ��切断した研磨具140の拡大断面図である。

 図14及び図15に示す研磨具140の構成は、砥 石保持部材142が円板部材142aと、円板部材142a� ��周縁から下方に延びた円筒状部材142bとを含 み、環状空気相含有領域146が、円筒状部材142 bの外側から厚み方向に延びた非貫通の円環� �外側溝153aと、円筒状部材142bの内側から厚み 方向に延びた非貫通の円環状内側溝153bとか� �構成されていて、外側溝153aと内側溝153bとの 深さの合計が円筒状部材142bの厚みよりも大� �くされていること、そして前記円筒状部材14 2bの下面に環状超音波振動子31が固定されて� �ること以外は以外は図4の研磨具40と同様で� �る。

 この研磨具140においては、前記の外側溝1 53aの内部の空気相145aと連結領域147aとにより� ��状空気相含有帯域146aが構成され、そして内 側溝153bの内部の空気相145bと連結領域147bとに より環状空気相含有帯域146bが構成されてい� �。そして、環状空気相含有帯域146aと環状空� ��相含有帯域146bとにより、環状空気相含有領 域146が構成されている。

 図14の研磨具140は、前記の図6の研磨具60� �同様に、超音波振動を付与することにより� �状の砥石33を周方向において均一に超音波振 動させることができるため、研磨対象物を研 磨する精度が高いという利点を有している。

 前記の外側溝153aと内側溝153bとの深さの� �計は、円筒状部材142bの壁体の厚みよりも大� ��く、前記厚みの1.5倍(特に、1.1倍)以下であ� �ことが好ましい。外側溝153aと内側溝153bとの 深さの合計が、円筒状部材142bの壁体の厚み� �1.5倍を超えると、砥石保持部材142の剛性が� �下して、この砥石保持部材142に環状の砥石33 が不安定に支持されるため、研磨対象物を研 磨する精度が低下する。

 図16は、本発明の研磨具の更に別の構成� �を示す斜視図である。そして図17は、図16に� ��入した切断線IX-IX線に沿って切断した研磨� �160の拡大断面図である。

 図16及び図17に示す研磨具160の構成は、砥 石保持部材162が円板部材162aと、該円板部材16 2aの周縁から下方に延びた円筒状部材162bとを 含み、環状空気相含有領域166が、円筒状部材 162bの内部で、かつ環状超音波振動子31の上側 に備えられた多孔質環状部材173から構成され ていること、そして前記円筒状部材162bの下� �に環状超音波振動子31が固定されていること 以外は以外は図4の研磨具40と同様である。

 この研磨具160の環状空気相含有領域166は� ��多孔質環状部材173の内部にて環状部材173の� ��方向に沿って環状に配置している気泡(空気 相)165を含む環状空気相含有帯域が、環状空� �相含有領域166の軸方向に多重に配置された� �成を有している。

 図16の研磨具160は、前記の図8の研磨具80� �同様に、超音波振動を付与することにより� �状の砥石33を周方向において均一に超音波振 動させることができ、また砥石保持部材162の 剛性も高いため、研磨対象物を研磨する精度 が高いという利点を有している。