JP2007222978A

JP2007222978A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2007222978A
Application number: JP2006045538A
Authority: JP
Inventors: Takeji Ishikawa; 武治石川
Original assignee: Natsume Optical Corp
Current assignee: Natsume Optical Corp
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】簡易な構成でワーク加工領域へ搬送される磁性流体の幅を変更してワークサイズに応じて加工領域を拡大縮小できる汎用性の高い研磨装置を提供する。
【解決手段】回転ドラム５の内部に、回転ドラム表面に磁気吸引力を作用する一対のヨーク片１６、１８が回転ドラム５の内周面と近接して対向する位置まで延設された一対の磁極部を備え、該一対の磁極部が軸方向位置を相対的に可変に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性流体に砥粒を混入した磁性スラリーが回転体表面に供給され、磁気吸引力により回転体周面に盛り上がった帯状に担持されたままワークが押し当てられる加工領域まで搬送され、加工後の磁性スラリーが回転体表面より分離回収される研磨装置に関する。

例えば半導体用のウエハーワークを研磨する研磨装置は、加工物（ワーク）を定盤と圧力をかけたポリッシャーで挟み込んだ状態で、定盤にスラリーを供給して定盤と圧力をかけたポリッシャーを相対的に移動させ、面摩擦により研磨が行なわれている。

或いは、光学素子などの高精細な流体研磨を行なうため、磁性流体に砥粒を混入した磁性スラリーを用いて研磨する基板研磨装置が提案されている。この研磨装置は、回転盤の周縁部に径方向と交差する周縁面が形成され、該周縁面の近傍に電磁石の磁気ヨークを回転盤の両側に対向配置されている。回転盤の周縁面に磁性流体を供給して電磁石の磁極間に形成される磁力線に沿って、磁性流体が砥粒と共に帯状に連なってワークが押し当てられる作用域へ搬送される。作業域を通過した磁性流体は、周縁面より掬い取られて回収され、再利用されるようになっている。（特許文献１参照）。
特開２０００−２３３３５９号公報

しかしながら、ワークには、球面、曲面、凹凸面など様々な加工面が存在し、その研磨領域もワークによって様々である。よって、特許文献１に示す研磨装置では、加工領域が限られるうえに装置が大型であり、ワークの品種に応じて装置を改変して使用するのは困難である。また、ワークサイズごとに研磨装置を用意するとすれば、加工コストが嵩み無駄が多くなる。
そこで、本件出願人は、磁性流体に影響を及ぼす磁気回路を維持したまま簡易な構成でヨークの位置を変更し得ることを見出して本願発明をするに至った。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、簡易な構成でワーク加工領域へ搬送される磁性流体の幅を変更してワークサイズに応じて加工領域を拡大縮小できる汎用性の高い研磨装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
基台に支持された支持軸を中心に回転可能に支持された回転体表面に磁性流体に砥粒を混入した磁性スラリーが供給され、磁気吸引力により回転体周面に担持されたままワークが押し当てられる加工領域へ搬送され、加工後の磁性スラリーが回転体表面より分離して回収される研磨装置において、前記回転体の内部に、回転体表面に磁気吸引力を作用する一対のヨーク片が回転体の内周面と近接して対向する位置まで延設された一対の磁極部を備え、前記一対の磁極部が軸方向位置を相対的に可変に設けられることを特徴とする。
また、少なくとも一方の磁極部には磁束を発生するリング状のマグネットと、該マグネットの両側を挟み込む一対のリング状のヨーク片を備え、マグネットから発生した磁束が支持軸を磁束通路として利用して一対のヨーク片を通じて回転体表面に磁気吸引力を作用する磁気回路が形成されることを特徴とする。
また、支持軸はその両端側を、基台に設けられた支持部に組み付けられたスリーブにスライド可能に支持されており、当該支持軸を回転させると一方の磁極部が支持軸と共に軸方向に移動することを特徴とする。
また、前記回転体の内部に、リング状のマグネットが両側を一対のリング状のヨーク片に挟み込まれ一方側のヨーク片の外周面部を回転体の内周面と近接して対向する位置まで各々延設された固定磁極部と可動磁極部が同心状に設けられており、固定磁極部は支持軸に対して軸方向位置が固定されて組み付けられ、可動磁極部は回転体内で軸方向位置を変更可能に設けられていることを特徴とする。

上述した研磨装置を用いれば、回転体表面に磁気吸引力を作用する一対のヨーク片が回転体の内周面と近接して対向する位置まで延設された一対の磁極部を備えているので、簡易な構成で磁性スラリーを畝状に盛り上げたまま回転体表面に担持してワークが押し当てられる加工領域へ帯状に連なって搬送することができる。また、一対の磁極部が軸方向位置を相対的に可変に設けられているので、磁極部を軸方向に移動するだけで回転体周面に担持した磁性スラリーの帯幅をワークサイズに応じて拡大縮小でき、汎用性の高い研磨装置を提供することができる。
特に、マグネットから発生した磁束が支持軸を磁束通路として利用して一対のヨーク片を通じて回転体表面に磁気吸引力を作用する磁気回路が形成されると、磁気回路を変更せずに少なくともいずれか一方の磁極部の移動だけで回転体周面に担持した磁性スラリーの帯幅を変更できるので、装置の大幅な改変を伴うことなく、加工領域を拡大縮小することができる。

以下、本発明に係る研磨装置の最良の実施形態について添付図面とともに詳細に説明する。本実施形態の研磨装置は、ワークとして金属材、ガラス材、セラミックス材などに利用可能であり、ワーク形状も加工面が平坦のみならず凹凸面（球面、曲面など）を有する場合にも研磨することが可能である。以下では、ワークの一例としてガラスレンズの研磨装置について説明する。

[第１実施例]
図１及び図２を参照して、研磨装置の概略構成について説明する。
図１において、基台１には両側に支持部２が立設されている。この支持部２には、スリーブ３とスリーブ４が回転可能に支持されている。スリーブ３及びスリーブ４は回転ドラム５の両側に一体に組み付けられている。回転スリーブ３には、駆動プーリ６が一体に嵌め込まれている。駆動プーリ６は図示しない回転ベルトを介してモータ軸に設けられたモータプーリと連繋している。

図２において、回転ドラム５は、非磁性の円筒体が用いられる。回転ドラム５の周面には、無端の搬送ベルト（例えばステンレスベルト、樹脂ベルトなどの非磁性のベルト）７が掛けられている。搬送ベルト７は回転ドラム５とその両側に設けられた小径のガイドローラ８ａ、８ｂに架設されている。ガイドローラ８ａ、８ｂは、支持部２に回転可能に軸支されている。回転ドラム５の回転方向上流側に相当する搬送ベルト７には磁性スラリー９が供給される。

磁性スラリー９は磁性流体（ベース液にマグネタイト等の強磁性微粒子を分散させたもの）に砥粒を混入したものであり、場合によっては、アルカリや酸などの化学液も添加される。砥粒としては、酸化セリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化亜鉛、炭化珪素、ダイヤモンドである。特に酸化セリウムにおいては、Ｃｅ（セリウム）原子自体がガラス中のＳｉ（シリコン）原子と入れ替わる水和反応を利用して研磨が行なわれるため、研磨液中に化学液を添加する必要はない。

図２において、磁性スラリー９は、磁気吸引力により搬送ベルト７に担持されてワーク加工エリアへ搬送される。また、回転ドラム５の回転方向下流側に相当する搬送ベルト７には、スクレイパー１０が当接している。ワーク加工後の磁性スラリー９はスクレイパー１０により掻き取られて回収され、再利用されるようになっている。

図１において、スリーブ３、４には支持軸１１が挿入されている。支持軸１１はスリーブ３、４に対して軸方向にスライド可能に嵌め込まれている。支持軸１１の一部にはねじ部１２が設けられており、該ねじ部１２には調整ダイヤル１３がねじ嵌合している。支持軸１１及び回転スリーブ３は磁束通路となるため磁性材料が用いられる。

回転ドラム５の内部には、回転ドラム表面に磁気吸引力を作用する一対のヨーク片が回転体の内周面と近接して対向する位置まで延設された磁極部が設けられている。具体的には、第１の磁極部１４は磁束を発生するリング状のマグネット１５の両側を一対のリング状のヨーク片１６、１７に挟み込まれて、ヨーク片１７が回転スリーブ３に一体に組み付けられている。このマグネット１５の孔径は、スリーブ３との間に空間ができる大きさのものが用いられる。第１の磁極部１４は、回転ドラム５が回転するとスリーブ３と共に回転する。尚、第１の磁極部１４は、回転ドラム５と共に回転しても磁気回路に何ら影響しない。
ヨーク片１６は、回転ドラム５の内壁面近傍で対向する外径サイズに形成され、リング状のマグネット１５と同径の中心孔を持つように形成されている。このヨーク片１６の端面が磁束作用面となる。ヨーク片１７は、マグネット１５の外径サイズと同等サイズに形成されている。マグネット１５には、リング状の永久磁石、例えば希土類磁石（ネオジウム−鉄−ボロン）が用いられる。

また、第２の磁極部であるリング状ヨーク片１８が支持軸１１に一体に組み付けられている。このヨーク片１８の端面が磁束作用面となる。第２の磁極部であるヨーク片１８は、調整ダイヤル１３を回転するとねじ嵌合する支持軸１１が軸方向に移動するため、ヨーク片１６とヨーク片１８との間隔を変更することができる。

マグネット１５は軸方向に着磁されており、回転ドラム５には図１の矢印に示すようなマグネット１５から発生した磁束が支持軸１１を磁束通路として利用し、一対のヨーク片１６、１８を通じて回転ドラム５の表面に磁気吸引力を作用する磁気回路が形成される。
図２において、回転ドラム５を回転させると、磁性スラリー９が帯状に連なって搬送ベルト７に担持されてワーク加工領域を通過して搬送されるようになっている。また、図３及び図４に示すように、調整ダイヤル１３を回すと、支持軸１１が軸方向に移動するので、ヨーク片１８も一体となって移動する。よって、磁気回路を変更することなく磁性スラリー９の軸方向の幅を拡大縮小することができる。

また、支持軸１１はその両端側を、基台１に設けられた支持部２に回転可能に支持されており、支持軸１１に軸方向に逆向きに設けられたスクリュー溝に一対の磁極部が連繋して相対的に接離動するようにしてもよい。
また、第２の磁極部であるヨーク片１８を軸方向へ移動可能に設けたが、第１の磁極部である磁極部１４を移動可能としても、或いは双方移動可能になっていてもよい。
また、可動側であるヨーク片１８はねじ軸による移動に限らず、リンク機構を利用した移動機構を採用することも可能である。

[第２実施例]
次に研磨装置の他例について図５乃至図７を参照して説明する。
第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。本実施例は、第１、第２の磁極部１９、２０にリング状のマグネット２１、２４を用いた構成例を示す。
図５において、スリーブ３、４は回転ドラム５の両側に一体に組み付けられている。スリーブ３には、駆動プーリ６が一体に組み付けられている。駆動プーリ６は図示しない回転ベルトを介してモータ軸に設けられたモータプーリと連繋している。駆動プーリ６が回転するとスリーブ３、４は回転ドラム５と一体となって回転する。このため、搬送ベルト７やガイドローラ８ａ、８ｂは省略されている。また、支持部２には、回転ドラム５と支持軸１１との干渉を回避するためのスペーサー２７が設けられている。支持軸１１及びスペーサー２７には磁性材料が用いられる。

また、固定磁極部１９は、リング状のマグネット２１が両側を一対のリング状のヨーク片２２、２３に挟み込まれている。ヨーク片２２はその外周面が回転ドラム５の内周面と近接して対向する外径サイズに形成され、リング状のマグネット２１と同径の中心孔を持つように形成されている。可動磁極部２０は、リング状のマグネット２４が両側を一対のリング状のヨーク片２５、２６に挟み込まれている。ヨーク片２５はその外周面が回転ドラム５の内周面と近接して対向する外径サイズに形成され、リング状のマグネット２４と同径の中心孔を持つように形成されている。固定磁極部１９はヨーク片２３を介してスペーサー２７に一体に組み付けられている。この固定磁極部１９は、回転ドラム５が回転しても回転しないようになっている。可動磁極部２０はヨーク片２６を介して支持軸１１に一体に組み付けられている。この可動磁極部２０は、回転ドラム５が回転しても回転しないようになっている。可動磁極部２０は、調整ダイヤル１３を回転するとねじ嵌合する支持軸１１が軸方向に移動して、ヨーク片２２とヨーク片２５との間隔を変更（拡大・縮小）することができる。

固定磁極部１９及び可動磁極部２０は軸方向に着磁されたマグネット２１、２４どうしを同極面が対向する向きに配置されている。回転ドラム５には図７の矢印に示すようなマグネット２１、２４から発生した磁束がスペーサー２７と支持軸１１を磁束通路として利用して一対のヨーク片２２、２５を通じて回転ドラム５の表面に磁気吸引力を作用する磁気回路が形成される。図６において、回転ドラム５を回転させると、磁性スラリー９が帯状に連なって回転ドラム面に直接担持されてワーク加工領域を通過して搬送されるようになっている。ワーク加工領域を通過した磁性スラリー９は、スクレイパー１０によって、ドラム面から回収され、再利用される。

また、図７において、調整ダイヤル１３を回すと、支持軸１１が軸方向に移動するので、可動磁極部２０も一体となって移動する。図５は可動側磁極部２０を固定側磁極部１９に対して離間させて、ヨーク片２２、２５どうしの間隔を広げ、磁性スラリー９に帯幅を広げた状態を示している。よって、簡易な構成で磁気回路を変更することなく磁性スラリー９の軸方向の幅を拡大縮小することができる。

尚、前述した研磨装置は、ワークの種類に応じて、磁性流体の種類、砥粒の種類、研磨液の温度などを調整することで、最適な研磨条件に設定できるので、より複雑な形状のワークを高精度に研磨仕上げすることができる。

第１実施例に係る研磨装置のマグネットの磁束通路を示す断面説明図である。図１の研磨装置の矢印Ａ−Ａ断面図である。第１実施例に係る研磨装置の可動磁極部を狭めた状態の断面図である。第１実施例に係る研磨装置の可動磁極部を広げた状態の断面図である。第２実施例に係る研磨装置の正面断面図である。図５の矢印Ｂ−Ｂ断面図である。第２実施例に係る研磨装置のマグネットの磁束通路を示す断面図である。

符号の説明

１基台
２支持部
３、４スリーブ
５回転ドラム
６駆動プーリ
７搬送ベルト
８ａ、８ｂガイドローラ
９磁性スラリー
１０スクレイパー
１１支持軸
１２ねじ部
１３調整ダイヤル
１４第１の磁極部
１５、２１、２４マグネット
１６、１７、２２、２３、２５、２６ヨーク片
１８第２の磁極部（ヨーク片）
１９固定磁極部
２０可動磁極部
２７スペーサー

Claims

基台に支持された支持軸を中心に回転可能に支持された回転体表面に磁性流体に砥粒を混入した磁性スラリーが供給され、磁気吸引力により回転体周面に担持されたままワークが押し当てられる加工領域へ搬送され、加工後の磁性スラリーが回転体表面より分離して回収される研磨装置において、
前記回転体の内部に、回転体表面に磁気吸引力を作用する一対のヨーク片が回転体の内周面と近接して対向する位置まで延設された一対の磁極部を備え、前記一対の磁極部が軸方向位置を相対的に可変に設けられることを特徴とする研磨装置。
少なくとも一方の磁極部には磁束を発生するリング状のマグネットと、該マグネットの両側を挟み込む一対のリング状のヨーク片を備え、マグネットから発生した磁束が支持軸を磁束通路として利用して一対のヨーク片を通じて回転体表面に磁気吸引力を作用する磁気回路が形成されることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
支持軸はその両端側を、基台に設けられた支持部に組み付けられたスリーブにスライド可能に支持されており、当該支持軸を回転させると一方の磁極部が支持軸と共に軸方向に移動することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
前記回転体の内部に、リング状のマグネットが両側を一対のリング状のヨーク片に挟み込まれ一方側のヨーク片の外周面部を回転体の内周面と近接して対向する位置まで各々延設された固定磁極部と可動磁極部が同心状に設けられており、
固定磁極部は支持軸に対して軸方向位置が固定されて組み付けられ、可動磁極部は回転体内で軸方向位置を変更可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。