CN110774168A - 具备球面轴承的连结机构、球面轴承的轴承半径决定方法以及基板研磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够防止因下侧轴承摩擦力矩而在旋转体上产生的振动的连结机构。本发明的连结机构具备配置在驱动轴(14)与旋转体(7)之间的上侧球面轴承(52)及下侧球面轴承(55)。上侧球面轴承具有第1凹状接触面(53a)和第2凸状接触面(54a)，下侧球面轴承具有第3凹状接触面(54b)和第4凸状接触面(56a)，第1凹状接触面、第2凸状接触面、第3凹状接触面及第4凸状接触面呈同心状配置。下侧球面轴承的下侧轴承半径以下侧复原力矩变为0以下的方式决定，下侧复原力矩是因研磨垫与旋转体之间的旋转体摩擦力而在旋转体上产生的旋转体摩擦力矩与因第3凹状接触面与第4凸状接触面之间的摩擦力而在旋转体上产生的下侧轴承摩擦力矩的合计值。

Description

具备球面轴承的连结机构、球面轴承的轴承半径决定方法以 及基板研磨装置
技术领域
本发明涉及将旋转体连结至驱动轴的连结机构，尤其涉及经由球面轴承将旋转体连结至驱动轴用的连结机构。进而，本发明涉及这种连结机构中设置的球面轴承的轴承半径决定方法、以及装有这种连结机构的基板研磨装置。
背景技术
近年来，随着半导体设备的高集成化、高密度化，电路的布线越发微细化，多层布线的层数也在增加。当想要在谋求电路的微细化的情况下实现多层布线时，阶差会在承袭下侧层的表面凹凸的情况下进一步增大，因此，随着布线层数增加，薄膜形成中的对阶差形状的膜被覆性(阶梯覆盖)会变差。因而，要进行多层布线，就必须改善该阶梯覆盖、通过适当的过程来进行平坦化处理。此外，随着光刻法的微细化，焦点深度变浅，因此，必须以半导体设备的表面的凹凸阶差处于焦点深度以下的方式对半导体设备表面进行平坦化处理。
因而，在半导体设备的制造工序中，半导体设备表面的平坦化技术越来越重要。该平坦化技术中最重要的技术是化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing)。该化学机械研磨(以下称为CMP)是一边将包含二氧化硅(SiO2)等磨粒的研磨液供给至研磨垫上一边使晶圆等基板滑动接触研磨垫来进行研磨。
该化学机械研磨使用CMP装置来进行。CMP装置通常具备在上表面贴附有研磨垫的研磨台和保持晶圆等基板的研磨头。一边使研磨台及研磨头分别以其轴心为中心进行旋转一边通过研磨头将基板按压在研磨垫的研磨面(上表面)上，一边将研磨液供给至研磨面上一边对基板的表面进行研磨。研磨液通常使用在碱溶液中悬浮由二氧化硅等微粒子构成的磨粒而得的研磨液。基板在碱带来的化学研磨作用与磨粒带来的机械研磨作用的复合作用下得到研磨。
当进行基板的研磨时，磨粒、研磨屑会堆积在研磨垫的研磨面，此外，研磨垫的特性会发生变化而使得研磨性能不断劣化。因此，随着反复进行基板的研磨，研磨速度会降低。因此，为了使研磨垫的研磨面再生，与研磨台相邻地设置有修整装置。
修整装置通常具备修整器，该修整器具有与研磨垫接触的修整面。修整面由金刚石粒子等磨粒构成。修整装置一边使修整器以其轴心为中心进行旋转、一边将修整面按压至旋转的研磨台上的研磨垫的研磨面，由此去除研磨面上堆积的磨液和切削屑，而且进行研磨面的平坦化及锉整(修整)。
研磨头及修整器是以自身的轴心为中心进行旋转的旋转体。在使研磨垫旋转时，研磨垫的表面(也就是研磨面)会发生起伏。因此，为了使旋转体跟随研磨面的起伏，使用有经由球面轴承将旋转体连结至驱动轴的连结机构。该连结机构将旋转体可倾斜移动地连结至驱动轴，因此旋转体可以跟随研磨面的起伏。
专利文献1揭示了一种将研磨头及修整器等旋转体连结至驱动轴的连结机构(万向机构)，该连结机构具备上侧球面轴承及下侧球面轴承。上侧球面轴承具有第1凹状接触面和与该第1凹状接触面接触的第2凸状接触面，下侧球面轴承具有第3凹状接触面和与该第3凹状接触面接触的第4凸状接触面。第1凹状接触面及第2凸状接触面相较于第3凹状接触面及第4凸状接触面而言位于上方，第1凹状接触面、第2凸状接触面、第3凹状接触面及第4凸状接触面呈同心状配置。即，专利文献1揭示的连结机构的上侧球面轴承和下侧球面轴承具有不同轴承半径(旋转半径)，另一方面，具有同一旋转中心。
根据专利文献1揭示的连结机构，上侧球面轴承及下侧球面轴承一方面可以承受作用于旋转体的径向的力和成为使旋转体振动的原因的轴向的力，另一方面可以对因旋转体与研磨垫之间产生的摩擦力而绕旋转中心产生的力矩作用滑动力。结果，能够有效防止旋转体产生叩击或振动。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利特开2016-144860号公报
发明内容
【发明要解决的问题】
作用于具有同一旋转中心的上侧球面轴承及下侧球面轴承的径向的力是旋转体与研磨垫之间产生的摩擦力。例如，修整中作用于上侧球面轴承及下侧球面轴承的径向的力是修整器与研磨垫之间产生的摩擦力。在本说明书中，将旋转体与研磨垫之间产生的摩擦力称为“旋转体摩擦力”。
本发明者等人对上述连结机构的构成进行了努力研究，结果得知，旋转体摩擦力尤其会在下侧球面轴承的第3凹状接触面与第4凸状接触面之间产生摩擦力。此外得知，根据旋转体摩擦力的大小和下侧球面轴承的轴承半径的大小的不同，该旋转体摩擦力在上侧球面轴承的第1凹状接触面与第2凸状接触面之间也会产生摩擦力。在本说明书中，将因旋转体摩擦力而在下侧球面轴承的第3凹状接触面与第4凸状接触面之间产生的摩擦力称为“下侧轴承摩擦力”。同样地，将因旋转体摩擦力而在上侧球面轴承的第1凹状接触面与第2凸状接触面之间产生的摩擦力称为“上侧轴承摩擦力”。
下侧轴承摩擦力及上侧轴承摩擦力分别会产生欲使旋转体绕旋转中心CP旋转的力矩。在本说明书中，将因下侧轴承摩擦力而在旋转体上产生的力矩称为“下侧轴承摩擦力矩”，将因上侧轴承摩擦力而在旋转体上产生的力矩称为“上侧轴承摩擦力矩”。当下侧轴承摩擦力矩及上侧轴承摩擦力矩增大时，有旋转体的周缘部剐蹭研磨垫而使旋转体产生振动之虞。尤其是当将旋转体按压至研磨垫的按压力增大时，下侧轴承摩擦力矩及上侧轴承摩擦力矩增加，旋转体产生振动的可能性升高。
因此，本发明的目的在于提供一种能够防止尤其是因下侧轴承摩擦力矩而在旋转体上产生的振动的连结机构。此外，本发明的目的在于提供一种这种连结机构中设置的球面轴承的轴承半径决定方法。进而，本发明的目的在于提供一种装有这种连结机构的研磨装置。
【解决问题的技术手段】
在一形态中，提供一种连结机构，其将被按压至研磨垫的旋转体可倾斜移动地连结至驱动轴，该连结机构的特征在于，具备配置在所述驱动轴与所述旋转体之间的上侧球面轴承及下侧球面轴承，所述上侧球面轴承具有第1凹状接触面和与该第1凹状接触面接触的第2凸状接触面，所述下侧球面轴承具有第3凹状接触面和与该第3凹状接触面接触的第4凸状接触面，所述第1凹状接触面及所述第2凸状接触面相较于所述第3凹状接触面及所述第4凸状接触面而言位于上方，所述第1凹状接触面、所述第2凸状接触面、所述第3凹状接触面及所述第4凸状接触面呈同心状配置，所述下侧球面轴承的下侧轴承半径以下侧复原力矩变为0以下的方式决定，所述下侧复原力矩是旋转体摩擦力矩与下侧轴承摩擦力矩的合计值，所述旋转体摩擦力矩因所述研磨垫与所述旋转体之间的旋转体摩擦力而在所述旋转体上产生，所述下侧轴承摩擦力矩因所述第3凹状接触面与所述第4凸状接触面之间的摩擦力而在所述旋转体上产生。
再者，下侧复原力矩是欲使旋转体绕旋转中心倾斜而将该旋转体按压至研磨垫的倾斜移动力矩。在本说明书中，设定以旋转中心为原点的极坐标系。在该极坐标系中，定义为：在研磨垫从右侧向左侧以速度(+V)行进时，欲使旋转体沿顺时针方向旋转的倾斜移动力矩取正数、欲使旋转体逆时针旋转的倾斜移动力矩取负数。在这种极坐标系中，在下侧复原力矩为0以下时，虽然旋转体欲朝研磨垫的行进方向倾斜移动，但研磨垫在不断离开旋转体的外缘部(边缘部)。因此，不会引发旋转体的外缘部沉入研磨垫的状态，因此旋转体的姿态稳定。相对于此，在下侧复原力矩大于0时，旋转体欲朝与研磨垫的行进方向相反的方向倾斜移动。因此，旋转体的外缘部欲沉入研磨垫，所以旋转体的姿态变得不稳定。
在以研磨垫从右侧向左侧以速度(+V)行进时欲使旋转体沿顺时针方向旋转的倾斜移动力矩取负数、欲使旋转体逆时针旋转的倾斜移动力矩取正数的方式定义极坐标系的情况下，上述“下侧复原力矩为0以下”这一条件要改为“下侧复原力矩为0以上”。
在一形态中，所述上侧球面轴承的上侧轴承半径以上侧复原力矩变为0以下的方式决定，所述上侧复原力矩是所述旋转体摩擦力矩与上侧轴承摩擦力矩的合计值，所述上侧轴承摩擦力矩因所述第1凹状接触面与所述第2凸状接触面之间的摩擦力而在所述旋转体上产生。
在一形态中，提供一种连结机构的轴承半径决定方法，所述连结机构具备：上侧球面轴承，其具有第1凹状接触面和与该第1凹状接触面接触的第2凸状接触面；以及下侧球面轴承，其具有第3凹状接触面和与该第3凹状接触面接触的第4凸状接触面；所述上侧球面轴承和所述下侧球面轴承具有同一旋转中心，该连结机构的轴承半径决定方法的特征在于，所述下侧球面轴承的下侧轴承半径以下侧复原力矩变为0以下的方式决定，所述下侧复原力矩是旋转体摩擦力矩与下侧轴承摩擦力矩的合计值，所述旋转体摩擦力矩因所述研磨垫与所述旋转体之间的旋转体摩擦力而在所述旋转体上产生，所述下侧轴承摩擦力矩因所述第3凹状接触面与所述第4凸状接触面之间的摩擦力而在所述旋转体上产生。
在一形态中，所述上侧球面轴承的上侧轴承半径以上侧复原力矩变为0以下的方式决定，所述上侧复原力矩是所述旋转体摩擦力矩与上侧轴承摩擦力矩的合计值，所述上侧轴承摩擦力矩因所述第1凹状接触面与所述第2凸状接触面之间的摩擦力而在所述旋转体上产生。
在一形态中，提供一种基板研磨装置，其特征在于，具备：研磨台，其支承研磨垫；以及研磨头，其将基板按压至所述研磨垫；所述研磨头通过上述连结机构连结至驱动轴。
在一形态中，提供一种基板研磨装置，其特征在于，具备：研磨台，其支承研磨垫；研磨头，其将基板按压至所述研磨垫；以及修整器，其被按压至所述研磨垫；所述修整器通过上述连结机构连结至驱动轴。
【发明的效果】
根据本发明，以因旋转体摩擦力而在旋转体上产生的旋转体摩擦力矩将因下侧轴承摩擦力而在旋转体上产生的下侧轴承摩擦力矩消除的方式决定下侧球面轴承的半径。结果，因下侧轴承摩擦力矩而导致旋转体绕旋转中心旋转的情况得以防止，所以能有效防止旋转体的振动的产生。
附图说明
图1为示意性地表示一实施方式的基板研磨装置的立体图。
图2为表示由一实施方式的连结机构支承的修整器的概略截面图。
图3为图2所示的连结机构的放大图。
图4为用于说明作用于修整器的径向的力、旋转体摩擦力矩、下侧球面轴承上产生的摩擦力以及下侧轴承摩擦力矩的示意图。
图5的(a)至图5的(c)为表示用于决定下侧轴承半径的模拟结果的图表。
图6的(a)至图6的(c)为表示在与结果示于图5的(a)至图5的(c)的模拟同样的条件下进行的、针对上侧球面轴承的模拟结果的图表。
图7的(a)至图7的(c)为表示用于决定下侧轴承半径的别的模拟结果的图表。
图8的(a)至图8的(c)为表示在与结果示于图7的(a)至图7的(c)的模拟同样的条件下进行的、用于决定上侧轴承半径的模拟结果的图表。
图9的(a)至图9的(c)为明示图7的(a)至图7的(c)所示的图表中下侧复原力矩变为0的下侧轴承半径的图表。
图10的(a)至图10的(c)为明示图8的(a)至图8的(c)所示的图表中下侧轴承半径为24mm时的上侧轴承半径的图表。
图11的(a)至图11的(c)为表示除了将下侧轴承摩擦系数COF2设定为0.1以外、在与结果示于图9的(a)至图9的(c)的模拟的条件相同的条件下进行的模拟结果的图表。
图12的(a)至图12的(c)为表示在与结果示于图11的(a)至图11的(c)的模拟的条件相同的条件下进行的模拟结果的图表。
图13为表示通过下侧轴承半径设定为24mm、上侧轴承半径设定为28mm的连结机构将修整器连结在修整器转轴上的情形的示意图。
图14为图13所示的连结机构的放大图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1为示意性地表示一实施方式的基板研磨装置1的立体图。该基板研磨装置1具备：研磨台3，其安装有具有研磨面10a的研磨垫10；研磨头5，其保持晶圆等基板W，并将基板W按压至研磨台3上的研磨垫10；研磨液供给喷嘴6，其对研磨垫10供给研磨液或修整液(例如纯水)；以及修整装置2，其具有用于进行研磨垫10的研磨面10a的修整的修整器7。
研磨台3经由研磨台轴3a连结到配置在其下方的研磨台马达11，该研磨台马达11使得研磨台3沿箭头所示的方向旋转。在该研磨台3的上表面贴附有研磨垫10，研磨垫10的上表面构成研磨晶圆的研磨面10a。研磨头5连结在研磨头转轴14的下端。研磨头5构成为可以通过真空吸引将晶圆保持在其下表面。研磨头转轴14通过上下运动机构(未图示)进行上下运动。
晶圆W的研磨以如下方式进行。使研磨头5及研磨台3分别沿箭头所示的方向旋转，并从研磨液供给喷嘴6对研磨垫10上供给研磨液(浆料)。在该状态下，研磨头5将晶圆W按压至研磨垫10的研磨面10a。晶圆W的表面在研磨液中包含的磨粒的机械作用和研磨液的化学作用下得到研磨。研磨结束后，利用修整器7进行研磨面10a的修整(调整)。
修整装置2具备：修整器7，其滑动接触研磨垫10；修整器转轴23，其连结修整器7；气缸24，其设置在修整器转轴23的上端；以及修整臂27，其旋转自如地支承修整器转轴23。修整器7的下表面构成修整面7a，该修整面7a由磨粒(例如金刚石粒子)构成。气缸24配置在由多个支柱25加以支承的支承台20上，这些支柱25固定在修整臂27上。
修整臂27构成为由未图示的马达驱动而以旋动轴28为中心旋动。修整器转轴23通过未图示的马达的驱动进行旋转，该修整器转轴23的旋转使得修整器7以修整器转轴23为中心沿箭头所示的方向旋转。气缸24作为经由修整器转轴23使修整器7上下运动而将修整器7以规定按压力按压至研磨垫10的研磨面(表面)10a的执行器而发挥功能。
研磨垫10的修整以如下方式进行。一方面修整器7以修整器转轴23为中心进行旋转，另一方面从研磨液供给喷嘴6将纯水供给至研磨垫10上。在该状态下，修整器7被气缸24按压至研磨垫10，其修整面7a得以滑动接触研磨垫10的研磨面10a。进而，使修整臂27以旋动轴28为中心进行旋动而使修整器7在研磨垫10的半径方向上摆动。以如此方式通过修整器7来削刮研磨垫10，其表面10a得到修整(再生)。
上述研磨头转轴14是可以旋转而且可以上下运动的驱动轴，上述研磨头5是以其轴心为中心进行旋转的旋转体。同样地，上述修整器转轴23是可以旋转而且可以上下运动的驱动轴，上述修整器7是以其轴心为中心进行旋转的旋转体。这些旋转体5、7通过以下所说明的连结机构以可相对于驱动轴14、23进行倾斜移动的方式分别连结至该驱动轴14、23。
图2为表示由一实施方式的连结机构支承的修整器(旋转体)7的概略截面图。如图2所示，修整装置2的修整器7具有圆形的碟片架30和固定在碟片架30下表面的环状的修整碟片31。碟片架30由架主体32及套筒35构成。修整碟片31的下表面构成上述修整面7a。
碟片架30的架主体32上形成有孔33，该孔33的中心轴与通过修整器转轴(驱动轴)23加以旋转的修整器7的中心轴一致。孔33沿铅垂方向贯通架主体32而延伸。
套筒35嵌入在架主体32的孔33内。在套筒35的上部形成有套筒凸缘35a，套筒凸缘35a的下表面接触架主体32的上表面。在该状态下，套筒35使用螺钉等固定构件(未图示)固定在架主体32上。套筒35上设置有朝上方开口的插入凹部35b。在该插入凹部35b内配置后文叙述的连结机构(万向机构)50的上侧球面轴承52及下侧球面轴承55。
如图2所示，为了将修整器7可倾斜移动地连结至修整器转轴23而设置圆环状的上侧凸缘81、圆环状的下侧凸缘82、多个力矩传递销84以及多个弹簧机构85。在本实施方式中，上侧凸缘81具有比下侧凸缘82的直径小的直径。上侧凸缘81固定在修整器转轴23上，上侧凸缘81与下侧凸缘82之间形成有微小的间隙。上侧凸缘81及下侧凸缘82例如由不锈钢等金属构成。
下侧凸缘82固定在修整器7的套筒35的上表面而连结至修整器7。进而，上侧凸缘81与下侧凸缘82通过多个力矩传递销(力矩传递构件)84而相互连结在一起。这些力矩传递销84绕上侧凸缘81及下侧凸缘82(也就是绕修整器转轴23的中心轴)等间隔地配置。力矩传递销84容许修整器7相对于修整器转轴23，并将修整器转轴23的力矩传递至修整器7。
力矩传递销84具有球面状的滑动接触面，该滑动接触面松弛地卡合在上侧凸缘81的收容孔内。力矩传递销84的滑动接触面与上侧凸缘81的收容孔之间形成有微小的间隙。当下侧凸缘82以及连结在该下侧凸缘82上的修整器7经由后文叙述的上侧球面轴承52及下侧球面轴承55而相对于上侧凸缘81发生倾斜时，力矩传递销84在维持与上侧凸缘81的卡合的情况下与下侧凸缘82及修整器7一体地倾斜。
力矩传递销84将修整器转轴23的力矩传递至下侧凸缘82及修整器7。通过这种构成，修整器7及下侧凸缘82能以上侧球面轴承52及下侧球面轴承55的旋转中心CP为支点进行倾斜移动，而且可以在不束缚该倾斜移动运动的情况下将修整器转轴23的力矩经由力矩传递销84传递至修整器7。
进而，上侧凸缘81与下侧凸缘82通过多个弹簧机构85而相互连结在一起。这些弹簧机构85绕上侧凸缘81及下侧凸缘82(也就是绕修整器转轴23的中心轴)等间隔地配置。各弹簧机构85具有：杆件85a，其固定在下侧凸缘82上，贯穿上侧凸缘81而延伸；以及弹簧85b，其配置在形成于杆件85a上端的凸缘部与上侧凸缘81的上表面之间。弹簧机构85产生抵抗修整器7及下侧凸缘82的倾斜移动的力而使修整器7回到原本的位置(姿态)。
在图2所示的实施方式中，是由力矩传递销84将修整器转轴23的力矩传递至修整器7，因此，修整器7和下侧凸缘82倾斜时的绕旋转中心CP的倾斜刚性可以根据弹簧85b的弹簧常数加以变更。因而，可以任意设定绕旋转中心CP的倾斜刚性，结果，可以减小绕旋转中心CP的倾斜刚性。
为了使修整器7跟随旋转的研磨垫10的研磨面10a的起伏，修整器7(旋转体)的碟片架30经由连结机构(万向机构)50连结至修整器转轴23(驱动轴)。下面，对连结机构50进行说明。
图3为图2所示的连结机构50的放大图。连结机构50具有在铅垂方向上相互隔开配置的上侧球面轴承52及下侧球面轴承55。上侧球面轴承52具有第1凹状接触面和与该第1凹状接触面接触的第2凸状接触面，下侧球面轴承55具有第3凹状接触面和与该第3凹状接触面接触的第4凸状接触面。这些上侧球面轴承52及下侧球面轴承55配置在修整器转轴23与修整器7之间。
在图3所示的连结机构50中，上侧球面轴承52由具有上述第1凹状接触面的环状的第1滑动接触构件53和具有上述第2凸状接触面的第2滑动接触构件54构成。在本实施方式中，第1滑动接触构件53的下表面53a作为第1凹状接触面而发挥功能，第2滑动接触构件54的上表面54a作为第2凸状接触面而发挥功能。在以下的说明中，有时将第1滑动接触构件53的下表面53a称为“第1凹状接触面53a”，有时将第2滑动接触构件54的上表面54a称为“第2凸状接触面54a”。
第1滑动接触构件53的第1凹状接触面53a以及第2滑动接触构件54的第2凸状接触面54a具有由具有第1旋转半径R1的球面的上半部的一部分构成的形状。也就是说，这2个第1凹状接触面53a及第2凸状接触面54a具有同一曲率半径(与上述第1旋转半径R1相等)而相互滑动自如地卡合。在本说明书中，有时将第1旋转半径R1称为“上侧轴承半径R1”。
进而，在图3所示的连结机构50中，下侧球面轴承55由具有上述第3凹状接触面的第2滑动接触构件54和具有上述第4凸状接触面的第3滑动接触构件56构成。在本实施方式中，第2滑动接触构件54的下表面54b作为第3凹状接触面而发挥功能，第3滑动接触构件56的上表面56a作为第4凸状接触面而发挥功能。在以下的说明中，有时将第2滑动接触构件54的下表面54b称为“第3凹状接触面54b”，有时将第3滑动接触构件56的上表面56a称为“第4凸状接触面56a”。
第2滑动接触构件54的第3凹状接触面54b和第3滑动接触构件56的第4凸状接触面56a具有由具有比上述第1旋转半径R1小的第2旋转半径R2的球面的上半部的一部分构成的形状。也就是说，这2个第3凹状接触面54b及第4凸状接触面56a具有同一曲率半径(与上述第2旋转半径R2相等)而相互滑动自如地卡合。在本说明书中，有时将第2旋转半径R2称为“下侧轴承半径R2”。由气缸24(参考图1)产生的按压力经由修整器转轴23及下侧球面轴承55传递至修整器7。
在本实施方式中，上侧球面轴承52的第2凸状接触面和下侧球面轴承55的第3凹状接触面分别由第2滑动接触构件54的上表面54a及下表面54b构成。即，第2滑动接触构件54是上侧球面轴承52的构成要素，另一方面，也是下侧球面轴承55的构成要素。虽未图示，但也可在铅垂方向上将第2滑动接触构件54二分。在该情况下，第2滑动接触构件54的上侧部分构成具有第2凸状接触面54a的上侧球面轴承52的一部分，第2滑动接触构件的下侧部分构成具有第3凹状接触面54b的下侧球面轴承55的一部分。
进而，在本实施方式中，第3滑动接触构件56设置在修整器7的套筒35的底面上，第3滑动接触构件56与套筒35构成为一体。在一实施方式中，第3滑动接触构件56也可与套筒35构成为不同个体。
第2滑动接触构件54固定在修整器转轴23上。更具体而言，修整器转轴23的下端插入在第2滑动接触构件54中，第2滑动接触构件54通过固定件58固定在修整器转轴23的下端。第1滑动接触构件53插入在套筒35的插入凹部35b中，进而被圆环状的下侧凸缘82和第2滑动接触构件54夹住。当通过固定件58将第2滑动接触构件54固定至修整器转轴23时，第1滑动接触构件53被按压至下侧凸缘82。
进而，使用螺钉等固定构件(未图示)将套筒35固定在架主体32上，由此，第3滑动接触构件56的第4凸状接触面56a被按压至第2滑动接触构件54的第3凹状接触面54b。以如此方式形成上侧球面轴承52和下侧球面轴承55。再者，上侧球面轴承52和下侧球面轴承55配置在架主体32上设置的孔33内嵌插的套筒35的插入凹部35b内。从上侧球面轴承52和下侧球面轴承55产生的磨耗粉被套筒35接住。因而，磨耗粉掉落至研磨垫10上的情况得以防止。
上侧球面轴承52和下侧球面轴承55具有不同轴承半径(旋转半径)，另一方面，具有同一旋转中心CP。即，第1凹状接触面53a、第2凸状接触面54a、第3凹状接触面54b及第4凸状接触面56a为同心，其曲率中心与旋转中心CP一致。该旋转中心CP相较于第1凹状接触面53a、第2凸状接触面54a、第3凹状接触面54b及第4凸状接触面56a而言位于下方。通过酌情选定具有同一旋转中心CP的第1凹状接触面53a、第2凸状接触面54a、第3凹状接触面54b及第4凸状接触面56a的曲率半径，可以变更修整器7的下端面到旋转中心CP的距离h。即，通过酌情选定上侧球面轴承52的上侧轴承半径R1和下侧球面轴承55的下侧轴承半径R2，可以变更修整器7的下端面到旋转中心CP的距离h。在本说明书中，将修整器7的下端面到旋转中心CP的距离h称为“万向轴高度h”。在旋转中心CP相较于修整器7的下端面而言位于下方时，万向轴高度h取正数，在旋转中心CP相较于修整器7的下端面而言位于上方时，万向轴高度h取负数。在旋转中心CP处于修整器7的下端面上的情况下，万向轴高度h为0。
上侧球面轴承52的第1凹状接触面53a及第2凸状接触面54a相较于下侧球面轴承55的第3凹状接触面54b及第4凸状接触面56a而言位于上方。修整器7通过2个球面轴承也就是上侧球面轴承52和下侧球面轴承55可倾斜移动地连结至修整器转轴23。上侧球面轴承52和下侧球面轴承55具有同一旋转中心CP，因此，修整器7可以对应于旋转的研磨垫10的研磨面10a的起伏而灵活地倾斜移动。
当修整器7被抬起时，该修整器7由上侧球面轴承52加以支承。结果，在比修整器7的重力小的荷重区域内也能精密地控制对研磨面10a的修整荷重。因而，能够执行细致的修整控制。
上侧球面轴承52及下侧球面轴承55承受作用于修整器7的径向的力，另一方面，可以持续承受作用于修整器7的轴向(与径向垂直的方向)的力。如上所述，由气缸24(参考图1)产生的按压力(也就是轴向的力)经由修整器转轴23及下侧球面轴承55传递至修整器7。下面，对作用于修整器(旋转体)7的径向的力、因修整器与研磨垫之间的摩擦力而在旋转体上产生的旋转体摩擦力矩、因径向的力而在下侧球面轴承55上产生的摩擦力、以及因下侧球面轴承55上产生的摩擦力而在旋转体上产生的下侧轴承摩擦力矩进行说明。
图4为用于说明作用于修整器(旋转体)7的径向的力、旋转体摩擦力矩、下侧球面轴承55上产生的摩擦力以及下侧轴承摩擦力矩的示意图。图4中，以箭头V表示研磨垫10相对于修整器7的行进方向(旋转方向)。此外，如图4所示，修整器7以规定按压力DF按压在研磨垫10上。
如图4所示，当通过气缸24(参考图1)将修整器7以规定按压力DF按压至研磨垫10时，在修整器7与研磨垫10之间产生作为径向的力的旋转体摩擦力Fxy。该旋转体摩擦力Fxy是通过对上述按压力DF乘以修整器7与研磨垫10之间的摩擦系数COF1而获得(即，Fxy＝DF·COF1)。该摩擦系数COF1可根据连结机构50的设计者的经验加以推断，也可根据实验等求出。在一实施方式中，可制作能测定摩擦系数COF1的测定装置，使用该测定装置来测定摩擦系数COF1。
在本实施方式中，由于旋转中心CP相较于修整器7的下端面而言位于下方，因此，旋转体摩擦力Fxy产生欲使修整器7在研磨垫10的行进方向上绕旋转中心CP旋转的旋转体摩擦力矩T1。旋转体摩擦力矩T1是对旋转体摩擦力Fxy乘以万向轴高度h(参考图3)而获得(即，T1＝Fxy·h)。
进而，由于按压力DF经由修整器转轴23及下侧球面轴承55传递至修整器7，因此旋转体摩擦力Fxy作用于下侧球面轴承55。本发明者等人进行了努力研究，结果得知，旋转体摩擦力Fxy主要作用于下侧球面轴承55的外端部(或外端附近)。因此，在本实施方式中，将旋转体摩擦力Fxy作用于下侧球面轴承55的作用点OP设定在下侧球面轴承55的外端部附近。
如图4所示，在作用点OP上，第4凸状接触面56a以旋转体摩擦力Fxy沿水平方向按压第3凹状接触面54b，因此，第3凹状接触面54b上产生与旋转体摩擦力Fxy成比例的反力N·sin(α)。此处，α表示作用点OP上的第3凹状接触面54b的切线TL与旋转体摩擦力Fxy所成的角度。在以下的说明中，将角度α称为“接触角α”。在图4所示的连结机构50中，接触角α为45度。
如图4所示，下侧轴承面力N是可以分解为上述反力N·sin(α)和垂直于该反力N·sin(α)的力分量即N·cos(α)的力。即，下侧轴承面力N具有上述反力N·sin(α)作为水平方向的力分量，具有N·cos(α)作为垂直方向的力分量。
下侧球面轴承55上产生的下侧轴承面力N在第3凹状接触面54b与第4凸状接触面56a之间产生下侧轴承摩擦力F1。结果，修整器7上产生下侧轴承摩擦力F1所引起的下侧轴承摩擦力矩T2。再者，下侧轴承摩擦力F1是作用于作用点OP上的切线TL的方向的力，下侧轴承摩擦力F1的大小是通过对下侧轴承面力N乘以第3凹状接触面54b与第4凸状接触面56a之间的摩擦系数COF2而获得(即，F1＝N·COF2)。该摩擦系数COF2可根据连结机构50的设计者的经验加以推断，也可根据实验等求出。在一实施方式中，可制作能测定摩擦系数COF2的测定装置，使用该测定装置来测定摩擦系数COF2。
下侧轴承摩擦力F1产生与旋转体摩擦力矩T1为反方向、欲使修整器7绕旋转中心CP旋转的下侧轴承摩擦力矩T2。下侧轴承摩擦力矩T2是通过对下侧轴承摩擦力F1乘以下侧轴承半径R2而获得(即，T2＝F1·R2)。
在本说明书中，设定以旋转中心CP为原点的极坐标系。在该极坐标系中，定义为：在研磨垫10相对于修整器7从右侧向左侧以速度(+V)行进(参考图4)时，欲使修整器7沿顺时针方向旋转的下侧轴承摩擦力矩T2取正数，欲使修整器7逆时针旋转的旋转体摩擦力矩T1取负数。
如上所述，在旋转中心CP相较于修整器7的下端面而言位于下方的情况下，修整器7在旋转体摩擦力矩T1下欲朝研磨垫10旋转。若将修整器7以按压力DF按压至研磨垫10，则必然会产生旋转体摩擦力Fxy，因此，该旋转体摩擦力矩T1是研磨垫10的修整中必然会产生的力矩。此外，旋转体摩擦力矩T1的大小根据按压力DF的大小和万向轴高度h的大小而变化。另一方面，下侧轴承摩擦力矩T2是因旋转体摩擦力Fxy而产生的力矩，下侧轴承摩擦力矩T2的大小根据旋转体摩擦力Fxy的大小和下侧轴承半径R2的大小而变化。本发明者等人对连结机构50进行了努力研究，结果得知，根据下侧轴承摩擦力矩T2的大小的不同，有在修整中修整器7的外缘部剐蹭研磨垫10的研磨面10a而使修整器7振动之虞。若修整中的修整器7发生振动，则无法恰当地修整研磨垫10的研磨面10a。
像参考图4说明过的那样，下侧轴承摩擦力矩T2沿与旋转体摩擦力矩T1相反的方向作用于修整器7。因此，在本实施方式中，通过旋转体摩擦力矩T1来消除下侧轴承摩擦力矩T2，由此防止修整器(旋转体)7产生振动。本发明者等人发现，通过旋转体摩擦力矩T1来防止因下侧轴承摩擦力矩T2而在修整器7上产生的振动用的稳定条件式由以下式(1)表示。
下侧复原力矩TR1≤0···(1)
此处，下侧复原力矩TR1是以旋转中心CP为原点的极坐标系中的旋转体摩擦力矩T1与下侧轴承摩擦力矩T2的和(即，TR1＝T1+T2)。
上述下侧复原力矩TR1是欲使修整器7绕旋转中心CP倾斜而将该修整器7按压至研磨垫10的倾斜移动力矩。在上述极坐标系中，下侧轴承摩擦力矩T2取正数，旋转体摩擦力矩T1取负数。在这种极坐标系中，在下侧复原力矩TR1大于0时，修整器7欲朝与研磨垫10的行进方向相反的方向倾斜移动。因此，修整器7的外缘部欲沉入研磨垫10，所以修整器7的姿态变得不稳定。结果，有修整器7产生振动之虞。另一方面，在下侧复原力矩TR1为0以下时，虽然修整器7欲朝研磨垫10的行进方向倾斜移动，但研磨垫10在不断离开修整器7的外缘部(边缘部)。因此，不会引发修整器7的外缘部沉入研磨垫10的状态，所以修整器7的姿态稳定。结果，修整器7产生振动的情况得以防止。
不同于这种极坐标系，在设想的是在研磨垫10从右侧向左侧以速度(+V)行进时下侧轴承摩擦力矩T2取负数、旋转体摩擦力矩T1取正数的极坐标系的情况下，应注意，上述稳定条件式(1)的不等号的朝向要反过来(即，下侧复原力矩TR1≥0)。
如上所述，旋转体摩擦力矩T1的大小根据修整器7的下端面到旋转中心CP的距离即万向轴高度h而变化。另一方面，下侧轴承摩擦力矩T2根据第3凹状接触面54b及第4凸状接触面56a与旋转中心CP的距离即下侧轴承半径R2而变化。因而，在本实施方式中，通过决定满足上述稳定条件式(1)的下侧轴承半径R2来防止因下侧轴承摩擦力矩T2而在修整器7上产生的振动。下面，对用于决定满足上述稳定条件式(1)的下侧轴承半径R2的模拟的例子进行说明。
图5的(a)为表示针对下侧球面轴承55的下侧轴承半径R2的接触角α、万向轴高度h及放大倍率K的模拟结果的图表，图5的(b)为表示针对下侧轴承半径R2的旋转体摩擦力Fxy及下侧轴承面力N的模拟结果的图表，图5的(c)为表示针对下侧轴承半径R2的旋转体摩擦力矩T1、下侧轴承摩擦力矩T2及下侧复原力矩TR1的模拟结果的图表。结果示于图5的(a)至图5的(c)的模拟是在以下条件下进行的。
[模拟条件]
·按压力DF＝78N
·旋转体摩擦系数COF1＝0.9
·下侧轴承摩擦系数COF2＝0.1
旋转体摩擦系数COF1及下侧轴承摩擦系数COF2的各值是根据本发明者等人的经验设定的。
图5的(a)左侧的纵轴表示接触角α及万向轴高度h，图5的(a)右侧的纵轴表示放大倍率K。图5的(a)的横轴表示下侧轴承半径R2。图5的(a)中，接触角α以单点划线表示，万向轴高度h以细实线表示。粗实线表示放大倍率K，该放大倍率K将于后文叙述。图5的(b)的纵轴表示旋转体摩擦力Fxy和下侧轴承面力N，图5的(b)的横轴表示下侧轴承半径R2。图5的(b)中，旋转体摩擦力Fxy以细实线描绘，下侧轴承面力N以粗实线描绘。图5的(c)的纵轴表示旋转体摩擦力矩T1、下侧轴承摩擦力矩T2及下侧复原力矩TR1，图5的(c)的横轴表示下侧轴承半径R2。图5的(c)中，旋转体摩擦力矩T1以细实线描绘，下侧轴承摩擦力矩T2以单点划线描绘，下侧复原力矩TR1以粗实线描绘。
修整器7的半径方向上的套筒35的插入凹部35b的宽度根据修整器7的直径以及修整碟片31的大小酌情决定。由于下侧球面轴承55(及上侧球面轴承52)要收容至套筒35的插入凹部35b，因此修整器7的半径方向上的下侧球面轴承55(及上侧球面轴承52)的宽度是根据插入凹部35b的宽度而预先决定为规定值。在本模拟中，在以修整器7的半径方向上的下侧球面轴承55的宽度固定在规定值的状态改变下侧球面轴承55的下侧轴承半径R2时算出接触角α、万向轴高度h、放大倍率K、下侧轴承面力N、旋转体摩擦力矩T1、下侧轴承摩擦力矩T2及下侧复原力矩TR1的各值。
如图5的(a)所示，当增大下侧球面轴承55的下侧轴承半径R2时，万向轴高度h增大。即，旋转中心CP从修整器7的下端面朝下方移动。进而，随着下侧球面轴承55的下侧轴承半径R2增大，接触角α减小。
由于旋转体摩擦力Fxy是由修整器7与研磨垫10之间的旋转体摩擦系数COF1和按压力DF决定，因此，如图5的(b)所示，即便下侧轴承半径R2发生变化，旋转体摩擦力Fxy也是固定的(也就是不发生变化)。另一方面，如图5的(c)所示，由于旋转体摩擦力矩T1为旋转体摩擦力Fxy与万向轴高度h的积，因此随着万向轴高度h(也就是下侧轴承半径R2)增大而增大。
如图5的(b)所示，随着接触角α减小，下侧轴承面力N增大。由于下侧轴承摩擦力矩T2为下侧轴承面力N与下侧轴承半径R2的积，因此如图5的(c)所示，随着下侧轴承面力N增大，下侧轴承摩擦力矩T2也增大。
在本实施方式中，以修整器7修整研磨垫10时产生的旋转体摩擦力矩T1消除下侧轴承摩擦力矩T2的方式决定下侧轴承半径R2。要避免产生修整器7的振动，如稳定条件式(1)所示，在以旋转中心CP为原点的极坐标系中，旋转体摩擦力矩T1与下侧轴承摩擦力矩T2的和即下侧复原力矩TR1为0以下即可。
如图5的(c)所示，下侧复原力矩TR1变为0的下侧轴承半径R2的值为20mm，只要下侧轴承半径R2为20mm以上，下侧复原力矩TR1便在0以下。因而，根据本模拟结果得知，只要将下侧轴承半径R2设定为20mm以上，便能有效防止修整器7的振动的产生。在本模拟中，在下侧轴承半径R2为20mm时，万向轴高度h为3mm(参考图5的(a))，后文叙述的放大倍率K为0.79。
此处，在本说明书中，以如下方式定义放大倍率K。放大倍率K是作用点OP(参考图4)上的下侧轴承面力N相对于上述旋转体摩擦力Fxy的比。放大倍率K可以根据以下式(2)获得。
K＝1/[sin(α)+COF2·cos(α)]···(2)
像参考图4说明过的那样，下侧轴承面力N的水平方向分量即N·sin(α)具有与旋转体摩擦力Fxy成比例的大小。具体而言，在旋转体摩擦力Fxy与下侧轴承面力N之间，以下式(3)的关系成立。
Fxy＝N·sin(α)+N·COF2·cos(α)···(3)
式(3)中的项“N·COF2·cos(α)”为下侧轴承摩擦力F1的水平方向分量。
随着接触角α减小，下侧轴承面力N增大。当下侧轴承面力N增大时，下侧轴承面力N的垂直方向分量即N·cos(α)增大。当N·cos(α)大于按压力DF时，仅靠下侧球面轴承55无法再支承旋转体摩擦力Fxy，旋转体摩擦力Fxy也开始作用于上侧球面轴承52。因此，下侧轴承半径R2优选以放大倍率K不超过1.0的方式加以设定。在本模拟中，在下侧轴承半径R2为24.5mm以上的情况下，放大倍率K会超过1.0，因此，下侧轴承半径R2优选在20mm～24.5mm的范围内加以设定。再者，在下侧轴承半径R2为24.5mm的情况下，接触角α为37度。
在放大倍率K超过1.0的情况下，旋转体摩擦力Fxy也会作用于上侧球面轴承52，在上侧球面轴承52的第1凹状接触面53a与第2凸状接触面54a之间产生上侧轴承摩擦力。上侧球面轴承52上产生的上侧轴承摩擦力会产生欲使修整器(旋转体)7绕旋转中心CP旋转的上侧轴承摩擦力矩。
虽未图示，但上侧轴承摩擦力矩是在与参考图4说明过的下侧轴承摩擦力矩T2同样的原理下产生的。即，由于旋转体摩擦力Fxy主要作用于上侧球面轴承52的外端部(或外端附近)，因此将旋转体摩擦力Fxy作用于上侧球面轴承52的作用点设定在上侧球面轴承52的外端部(或外端附近)。在上侧球面轴承52的该作用点上，第2凸状接触面54a以旋转体摩擦力Fxy沿水平方向按压第1凹状接触面53a，结果，第1凹状接触面53a上产生旋转体摩擦力Fxy的反力。第1凹状接触面53a上产生的旋转体摩擦力Fxy的反力使得与上侧球面轴承52的作用点上的切线垂直的方向上产生上侧轴承面力。
上侧球面轴承52上产生的上侧轴承面力在第1凹状接触面53a与第2凸状接触面54a之间产生上侧轴承摩擦力。结果，修整器7上产生该上侧轴承摩擦力所引起的上侧轴承摩擦力矩。再者，上侧轴承摩擦力是作用于旋转体摩擦力Fxy作用于上侧球面轴承52的作用点上的切线的方向的力，该上侧轴承摩擦力的大小是通过对上侧轴承面力乘以第1凹状接触面53a与第2凸状接触面54a之间的摩擦系数而获得。以下，为方便说明，将上侧轴承面力称为“上侧轴承面力N'”，将上侧轴承摩擦力称为“上侧轴承摩擦力F2”，将第1凹状接触面53a与第2凸状接触面54a之间的摩擦系数称为“上侧轴承摩擦系数COF3”。
再者，上侧轴承摩擦系数COF3可根据连结机构50的设计者的经验加以推断，也可根据实验等求出。在一实施方式中，可制作能测定上侧轴承摩擦系数COF3的测定装置，使用该测定装置来测定上侧轴承摩擦系数COF3。
上侧轴承摩擦力F2产生与旋转体摩擦力矩T1为反方向、欲使修整器7绕旋转中心CP旋转的上侧轴承摩擦力矩。以下，为方便说明，将该上侧轴承摩擦力矩称为“上侧轴承摩擦力矩T3”。上侧轴承摩擦力矩T3是通过对上侧轴承摩擦力F2乘以上侧轴承半径R1而获得(即，T3＝F2·R1)。上侧轴承摩擦力矩T3作用于与旋转体摩擦力矩T1相反的方向。因而，在以旋转中心CP为原点的上述极坐标系中，上侧轴承摩擦力矩T3取正数。
当下侧球面轴承55中的放大倍率K超过1.0时，会产生上侧轴承摩擦力矩T3，有因该上侧轴承摩擦力矩T3而导致修整器7振动之虞。因此，优选在考虑放大倍率K的情况下决定上侧轴承半径R1。下面，对用于决定上侧轴承半径R1的模拟进行说明。
再者，与上述的源于下侧轴承摩擦力矩T2的修整器7的稳定条件式(1)一样，源于上侧轴承摩擦力矩T3的修整器7的稳定条件式可以由以下式(4)表示。
上侧复原力矩TR2≤0···(4)
此处，上侧复原力矩TR2是以旋转中心CP为原点的极坐标系中的旋转体摩擦力矩T1与上侧轴承摩擦力矩T3的和(即，TR2＝T1+T3)。
在上述极坐标系中，在研磨垫10相对于修整器7以速度(+V)从右侧向左侧行进时，上侧轴承摩擦力矩T3取正数，旋转体摩擦力矩T1取负数。在这种极坐标系中，在上侧复原力矩TR2大于0时，修整器7欲朝与研磨垫10的行进方向相反的方向倾斜移动。因此，修整器7的外缘部欲沉入研磨垫10，所以修整器7的姿态变得不稳定。结果，有修整器7产生振动之虞。另一方面，在上侧复原力矩TR2为0以下时，虽然修整器7欲朝研磨垫10的行进方向倾斜移动，但研磨垫10在不断离开修整器7的外缘部(边缘部)。因此，不会引发修整器7的外缘部沉入研磨垫10的状态，所以修整器7的姿态稳定。结果，修整器7产生振动的情况得以防止。
不同于这种极坐标系，在设想的是在研磨垫10从右侧向左侧以速度(+V)行进时上侧轴承摩擦力矩T3取负数、旋转体摩擦力矩T1取正数的极坐标系的情况下，应注意，上述稳定条件式(4)的不等号的朝向要反过来(即，上侧复原力矩TR2≥0)。
图6的(a)至图6的(c)为表示在与结果示于图5的(a)至图5的(c)的模拟同样的条件下进行的、针对上侧球面轴承的模拟结果的图表。更具体而言，图6的(a)为表示针对上侧球面轴承52的上侧轴承半径R1的接触角α、万向轴高度h及放大倍率K的模拟结果的图表，图6的(b)为表示针对上侧轴承半径R1的旋转体摩擦力Fxy及上侧轴承面力N'的模拟结果的图表，图6的(c)为表示针对上侧轴承半径R1的旋转体摩擦力矩T1、上侧轴承摩擦力矩T3及上侧复原力矩TR2的模拟结果的图表。
图6的(a)的左侧的纵轴表示接触角α及万向轴高度h，图6的(a)的横轴表示上侧轴承半径R1。图6的(a)中，接触角α以单点划线表示，万向轴高度h以细实线表示。粗实线表示上侧球面轴承52中的放大倍率K。图6的(b)的纵轴表示旋转体摩擦力Fxy和上侧轴承面力N'，图6的(b)的横轴表示上侧轴承半径R1。图6的(b)中，旋转体摩擦力Fxy以细实线描绘，上侧轴承面力N'以粗实线描绘。图6的(c)的纵轴表示旋转体摩擦力矩T1、上侧轴承摩擦力矩T3及上侧复原力矩TR2，图6的(c)的横轴表示上侧轴承半径R1。图6的(c)中，旋转体摩擦力矩T1以细实线描绘，上侧轴承摩擦力矩T3以单点划线描绘，上侧复原力矩TR2以粗实线描绘。
结果示于图6的(a)至图6的(c)的模拟是在以下条件下进行的。
[模拟条件]
·按压力DF＝78N
·旋转体摩擦系数COF1＝0.9
·上侧轴承摩擦系数COF3＝0.1
旋转体摩擦系数COF1及上侧轴承摩擦系数COF3的各值是根据本发明者等人的经验设定的。
首先，根据图5的(a)至图5的(c)所示的模拟结果来决定下侧轴承半径R2。在本实施方式中，将下侧轴承半径R2决定为下侧复原力矩TR1变为0的20mm(参考图5的(c))。接着，根据决定好的下侧轴承半径R2来决定万向轴高度h。在下侧轴承半径R2为20mm的情况下，万向轴高度h为3mm(参考图5的(a))。接着，参考图6的(a)来决定万向轴高度h为3mm时的上侧轴承半径R1。根据图6的(a)得知，万向轴高度h为3mm时的上侧轴承半径R1为27mm。以如此方式决定上侧轴承半径R1。
接着，参考图6的(c)来确认上侧轴承半径R1为27mm时的上侧复原力矩TR2的值。根据图6的(c)得知，上侧轴承半径R1为27mm时的上侧复原力矩TR2的值大于0。
在本实施方式中，下侧轴承半径R2为20mm时的放大倍率K为1.0以下。因而认为旋转体摩擦力Fxy不太会影响上侧球面轴承52，所以，即便上侧复原力矩TR2大于0，也可以将下侧轴承半径R2决定为20mm、将上侧轴承半径R1决定为27mm。
但在上述模拟中，下侧轴承摩擦系数COF2的值(＝0.1)为设想值。进而，下侧轴承半径R2为20mm时的下侧复原力矩TR1为0。因此，只要下侧轴承摩擦系数COF2变得略大于0.1，便有不再满足上述稳定条件式(1)之虞。即，只要下侧轴承摩擦系数COF2变得略大于0.1，便有修整器7产生振动之虞。
因此，将下侧轴承摩擦系数COF2设定为0.2而再次进行了模拟。图7的(a)至图7的(c)为表示用于决定下侧轴承半径的别的模拟结果的图表，结果示于图7的(a)至图7的(c)的模拟的条件与结果示于图5的(a)至图5的(c)的模拟的不同点仅在于增加了下侧轴承摩擦系数。具体而言，结果示于图7的(a)至图7的(c)的模拟中的下侧轴承摩擦系数COF2设定成0.2，下侧轴承摩擦系数COF2以外的模拟条件与结果示于图5的(a)至图5的(c)的模拟相同。
如图7的(c)所示，得知，当下侧轴承摩擦系数COF2设定为0.2时，下侧轴承摩擦力矩T2的值比图5的(c)所示的下侧轴承摩擦力矩T2大。此外得知，下侧复原力矩TR1为0的下侧轴承半径R2为24mm，在下侧轴承半径R2设定成20mm的情况下，不再满足上述稳定条件式(1)。因而，当下侧轴承摩擦系数COF2设定为0.2时，无法将下侧轴承半径R2决定为20mm。
再者，图8的(a)至图8的(c)为表示在与结果示于图7的(a)至图7的(c)的模拟同样的条件下进行的、用于决定上侧轴承半径的模拟结果的图表。图8的(a)至图8的(c)分别对应于图7的(a)至图7的(c)，因此省略各图的纵轴及横轴的说明。
如上所述，在下侧轴承摩擦系数COF2设定为0.2的情况下，无法将下侧轴承半径R2决定为20mm，但为慎重起见，优选确认好下侧轴承半径R2为20mm时的上侧复原力矩TR2。
如上所述，在下侧轴承半径R2为20mm的情况下，万向轴高度h为3mm，与该万向轴高度h(＝3mm)相对应的上侧轴承半径R1为27mm。根据图8的(c)，可以确认上侧轴承半径R1为27mm时的上侧复原力矩TR2大于0。因而得知，无法将上侧轴承半径R1决定为27mm。
如此，当下侧轴承摩擦系数COF2设定为0.2时，无法将下侧轴承半径R2决定为20mm。因此，在下侧轴承摩擦系数COF为0.2时，须重新决定满足上述稳定条件式(1)的下侧轴承半径R2。
图9的(a)至图9的(c)为明示图7的(a)至图7的(c)所示的图表中下侧复原力矩TR1变为0的下侧轴承半径R2的图表。如图9的(c)所示，在下侧轴承半径R2为24mm时，下侧复原力矩TR1变为0以下。因而得知，在将下侧轴承摩擦系数COF2设想成0.2的情况下，满足上述稳定条件式(1)的下侧轴承半径R2为24mm以上。
此外，根据图9的(a)得知，在下侧轴承半径R2为24mm时，万向轴高度h变为9.6mm，放大倍率K为1.0以下。
图10的(a)至图10的(c)为明示图8的(a)至图8的(c)所示的图表中下侧轴承半径R2为24mm时的上侧轴承半径R1的图表。如图10的(a)所示，万向轴高度h为9.6mm时的上侧轴承半径R1为28mm。如图10的(c)所示，得知，上侧轴承半径R1为28mm时的上侧复原力矩TR2为0，上述稳定条件式(4)也得以满足。
如此，通过以同时满足上述稳定条件式(1)及(4)的方式决定下侧轴承半径R2和上侧轴承半径R1，能够更有效地防止修整器(旋转体)7的振动。
图11的(a)至图11的(c)为表示除了将下侧轴承摩擦系数COF2设定为0.1以外、在与结果示于图9的(a)至图9的(c)的模拟的条件相同的条件下进行的模拟结果的图表。图12的(a)至图12的(c)为表示在与结果示于图11的(a)至图11的(c)的模拟的条件同样的条件下进行的模拟结果的图表。
参考图11的(a)至图11的(c)得知，在下侧轴承半径R2决定为24mm的情况下，下侧复原力矩TR1为0以下，放大倍率K为1.0以下。进而，参考图12的(a)至图12的(c)得知，在上侧轴承半径R1决定为28mm的情况下，上侧复原力矩TR2为0以下。因而得知，即便将下侧轴承摩擦系数COF2设定为0.1，也满足上述稳定条件式(1)及(4)。
如此，以满足上述稳定条件式(1)的方式决定下侧轴承半径R2。此时，优选考虑放大倍率K来决定下侧轴承半径R2。进而，在放大倍率K超过1.0时，优选以满足上述稳定条件式(4)的方式决定上侧轴承半径R1。
图13为表示通过下侧轴承半径R2设定成24mm、上侧轴承半径R1设定成28mm的连结机构50将修整器7连接在修整器转轴23上的情形的示意图。图14为图13所示的连结机构50的放大图。
将图14所示的连结机构50与图3所示的连结机构50进行比较得知，图14所示的连结机构50的第1滑动接触构件53、第2滑动接触构件54及第3滑动接触构件56的各形状与图3所示的连结机构50的第1滑动接触构件53、第2滑动接触构件54及第3滑动接触构件56的各形状不一样。进而，图14所示的连结机构50的旋转中心CP相较于图3所示的连结机构50的旋转中心CP而言位于下方。如此，通过恰当地设计第1滑动接触构件53、第2滑动接触构件54及第3滑动接触构件56的各形状，可以获得具有通过上述模拟决定的下侧轴承半径R2及上侧轴承半径R1的连结机构50。
前面对将修整器7连结至修整器转轴23的连结机构50的实施方式进行了说明，但也可使用这些实施方式的连结机构50将研磨头5连结至研磨头转轴14。在该情况下，也可以使用上述的轴承半径决定方法来决定下侧轴承半径R2及上侧轴承半径R1。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，可以在权利要求书记载的技术思想的范围内进行各种变形。
符号说明
1 基板研磨装置
2 修整装置
3 研磨台
3a 研磨台轴
5 研磨头(旋转体)
6 研磨液供给喷嘴
7 修整器(旋转体)
7a 修整面
10 研磨垫
10a 研磨面
14 研磨头转轴(驱动轴)
23 修整器转轴(驱动轴)
30 碟片架
31 修整碟片
32 架主体
33 孔
35 套筒
35a 套筒凸缘
35b 插入凹部
50 连结机构
52 上侧球面轴承
53 第1滑动接触构件
53a 第1凹状接触面
54 第2滑动接触构件
54a 第2凸状接触面
54b 第3凹状接触面
55 下侧球面轴承
56 第3滑动接触构件
56a 第4凸状接触面
81 上侧凸缘
82 下侧凸缘
84 力矩传递销
85 弹簧机构
CP 旋转中心。

Claims (6)

1.一种连结机构，其将被按压至研磨垫的旋转体可倾斜移动地连结至驱动轴，该连结机构的特征在于，
具备配置在所述驱动轴与所述旋转体之间的上侧球面轴承及下侧球面轴承，
所述上侧球面轴承具有第1凹状接触面和与该第1凹状接触面接触的第2凸状接触面，
所述下侧球面轴承具有第3凹状接触面和与该第3凹状接触面接触的第4凸状接触面，
所述第1凹状接触面及所述第2凸状接触面相较于所述第3凹状接触面及所述第4凸状接触面而言位于上方，
所述第1凹状接触面、所述第2凸状接触面、所述第3凹状接触面及所述第4凸状接触面呈同心状配置，
所述下侧球面轴承的下侧轴承半径以下侧复原力矩变为0以下的方式决定，
所述下侧复原力矩是旋转体摩擦力矩与下侧轴承摩擦力矩的合计值，所述旋转体摩擦力矩因所述研磨垫与所述旋转体之间的旋转体摩擦力而在所述旋转体上产生，所述下侧轴承摩擦力矩因所述第3凹状接触面与所述第4凸状接触面之间的摩擦力而在所述旋转体上产生。
2.根据权利要求1所述的连结机构，其特征在于，
所述上侧球面轴承的上侧轴承半径以上侧复原力矩变为0以下的方式决定，
所述上侧复原力矩是所述旋转体摩擦力矩与上侧轴承摩擦力矩的合计值，所述上侧轴承摩擦力矩因所述第1凹状接触面与所述第2凸状接触面之间的摩擦力而在所述旋转体上产生。
3.一种连结机构的轴承半径决定方法，所述连结机构具备：上侧球面轴承，其具有第1凹状接触面和与该第1凹状接触面接触的第2凸状接触面；以及下侧球面轴承，其具有第3凹状接触面和与该第3凹状接触面接触的第4凸状接触面；所述上侧球面轴承和所述下侧球面轴承具有同一旋转中心，该连结机构的轴承半径决定方法的特征在于，
所述下侧球面轴承的下侧轴承半径以下侧复原力矩变为0以下的方式决定，
所述下侧复原力矩是旋转体摩擦力矩与下侧轴承摩擦力矩的合计值，所述旋转体摩擦力矩因所述研磨垫与所述旋转体之间的旋转体摩擦力而在所述旋转体上产生，所述下侧轴承摩擦力矩因所述第3凹状接触面与所述第4凸状接触面之间的摩擦力而在所述旋转体上产生。
4.根据权利要求3所述的轴承半径决定方法，其特征在于，
所述上侧球面轴承的上侧轴承半径以上侧复原力矩变为0以下的方式决定，
所述上侧复原力矩是所述旋转体摩擦力矩与上侧轴承摩擦力矩的合计值，所述上侧轴承摩擦力矩因所述第1凹状接触面与所述第2凸状接触面之间的摩擦力而在所述旋转体上产生。
5.一种基板研磨装置，其特征在于，具备：
研磨台，其支承研磨垫；以及
研磨头，其将基板按压至所述研磨垫；
所述研磨头通过根据权利要求1或2所述的连结机构连结至驱动轴。
6.一种基板研磨装置，其特征在于，具备：
研磨台，其支承研磨垫；
研磨头，其将基板按压至所述研磨垫；以及
修整器，其被按压至所述研磨垫；
所述修整器通过根据权利要求1或2所述的连结机构连结至驱动轴。
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