JP2011245576A

JP2011245576A - 研磨装置

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Publication number: JP2011245576A
Application number: JP2010119364A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Tanimori; 和彦谷森; Hiroyuki Takebe; 裕之竹部
Original assignee: Daitron Technology Co Ltd
Current assignee: Daitron Technology Co Ltd
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】簡単な機構によりワークの形状ばらつきに追従して研磨加工を行う装置を提供する。
【解決手段】ワーク１００を研磨する砥石４２と、砥石４２が取り付けられた砥石回転軸４４と、砥石回転軸４４を回転させる駆動部４６と、砥石４２を移動させるベース５４，５６とを備えた研磨装置１０において、ベース５４，５６は、駆動部４６が配設された第１ベース５４と、砥石回転軸４４が回転可能に配設され第１ベース５４に対して砥石回転軸４４に沿った方向へ移動可能に設けられた第２ベース５６とを備え、砥石回転軸４４の軸方向の移動を許容し、かつ、駆動部４６から砥石回転軸４４に対して回転力が伝達可能な動力伝達機構５２が、駆動部４６と砥石回転軸４４との間に配設されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板などワークを研磨する研磨装置に関し、特に、ワークの端部を研磨して面取り加工するのに適した研磨装置に関する。

従来より、ガラス基板や半導体基板などの脆性材料からなるワークでは、ワーク製造工程において端部に生じた細かいバリを除去したり、ワーク端部の欠けを防止するため、端部をＲ面取りやＣ面取り加工が実施されている。

ところで、ワーク製造工程における製造精度のばらつきやワークの自重などにより、ワーク端部形状が直線状ではなく曲線状に撓んでいたりする。そのため、一定の取り代で端面研削加工を行うことができず、また、凸部では取り代が突発的に大きくなり研削負荷の増大によりその部分に割れや欠けが生じたりするという不具合があった。

これに対して、例えば、下記特許文献１では、センサにより検出したガラス板端面位置に基づいて砥石の位置をフィードフォワード制御することで、ワーク端部の形状ばらつきに追従して研磨加工を行う装置が提案されているが、このような研磨装置では砥石の位置制御が複雑となり装置が大掛かりとなる問題がある。

特開２００８−２１３０９０号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、簡単な機構によりワークの形状ばらつきに追従して研磨加工を行う装置を提供することを目的とする。

本発明の研磨装置は、ワークを研磨する砥石と、前記砥石が取り付けられた砥石回転軸と、前記砥石回転軸を回転させる駆動部と、前記砥石を移動させるベースとを備えた研磨装置において、前記ベースは、前記駆動部が配設された第１ベースと、前記砥石回転軸が回転可能に配設され前記第１ベースに対して前記砥石回転軸に沿った方向へ移動可能に設けられた第２ベースとを備え、前記砥石回転軸の軸方向の移動を許容し、かつ、前記駆動部から前記砥石回転軸に対して回転力が伝達可能な動力伝達機構が、前記駆動部と前記砥石回転軸との間に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な機構によりワークの形状ばらつきに追従して研磨加工を行う装置が得られる。

本発明の第１実施形態にかかる研磨装置の構成を示す正面図である。図１の研磨装置におけるワークの上側周縁部を研磨する加工部の断面図である。図１の研磨装置におけるワークの下側周縁部を研磨する加工部の断面図である。研磨状態における図１の研磨装置の要部を拡大して示す図である。本発明の変更例にかかる研磨装置の正面図である。図５の研磨装置の研磨状態における砥石とワークとの位置関係を示す図である。

以下、本発明の１実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態にかかる研磨装置１０は、例えば、ガラス基板や半導体基板などのワーク１００の周縁を面取り加工する研磨装置である。この研磨装置１０は、図１に示すように、加工対象のワーク１００が載置される加工ステージ２０と、加工ステージ２０に載置されたワーク１００に対して加工を行う加工部４０とを備える。

加工ステージ２０は、未加工のワーク１００が載置固定されるもので、載置されたワーク１００の周縁部が加工ステージ２０よりはみ出すようにワーク１００の外形より若干小さく形成されている。加工ステージ２０の下面には、架台１２上に載置されたステージ用モータ２２の回転軸２２ａの上端部が固着されている。

加工部４０は、例えば、加工ステージ２０を挟んで左右にそれぞれ配置されており、一方（図１における左側）の加工部４０ａがワーク１００の下側周縁部を研磨し、他方（図１における右側）の加工部４０ｂがワーク１００の上側周縁部を研磨する。

右側の加工部４０ｂは、ワーク１００を研磨する砥石４２と、砥石４２が取り付けられた砥石回転軸４４と、砥石回転軸４４を回転させる駆動部４６と、砥石４２、砥石回転軸４４、および駆動部４６を移動させるベース５４，５６と、駆動部４６で発生した回転駆動力を砥石回転軸４４に伝達する動力伝達機構５２と、ベース５４，５６を上方へ付勢する第１付勢手段７０および第２付勢手段８０とを備える。

ベース５４，５６は、駆動部４６および動力伝達機構５２が配設された第１ベース５４と、砥石回転軸４４が配設された第２ベース５６とを備える。

図１に示すように、第１ベース５４は、Ｘ軸モータ５５の回転に伴ってステージ用モータ２２の回転軸２２ａと直交するＸ軸方向（例えば、図１における左右方向）へ移動可能に設けられ、Ｚ軸モータ５７の回転に伴ってステージ用モータ２２の回転軸２２ａと平行なＺ軸方向へ移動可能に設けられている。

また、第１ベース５４は、架台１２上に設けられたＹ軸テーブル１６に配設されている。このＹ軸テーブル１６は、架台１２に設けられたＸ軸方向およびＺ軸方向と直交するＹ軸方向（すなわち、図１における奥行き方向に相当する方向）に延びるガイドレール１４上に設けられている。Ｙ軸テーブル１６は、Ｙ軸テーブルモータ１８の動作によりガイドレール１４上を摺動することで、第１ベース５４をＹ軸方向に往復移動させる。

第１ベース５４に配設された駆動部４６は、動力伝達機構５２を介して砥石回転軸４４に連結されており、駆動部４６で発生した回転駆動力が砥石回転軸４４に伝達され、これにより、砥石４２が回転する。

動力伝達機構５２は、例えば、軸方向に延びる直線状スプライン溝が外周面に形成されたスプライン軸５８と、スプライン軸５８が挿通されるスリーブ６０と、スリーブ６０の内周に固定されたリテーナ６２とスプライン溝内に配設されたボール（不図示）とを備えるスプライン機構からなり、スリーブ６０の外周面に配設される外部軸受６４を介して第１ベース５４に固定される。

このような動力伝達機構５２は、スリーブ６０の上端部に駆動部４６の出力軸４７が固定され、スプライン軸５８の下端部に連結体６６を介して砥石回転軸４４がスプライン軸５８と同軸上に連結されている。これにより、動力伝達機構５２は、動力伝達機構５２は、砥石回転軸４４の軸方向（すなわち、本実施形態ではＺ軸方向）の移動を許容しつつ、砥石回転軸４４に対して駆動部４６で発生した回転駆動力を伝達する。

第２ベース５６は、クロスローラガイドなど摺動抵抗の小さいリニアガイドを介して第１ベース５４に接続され、第１ベース５４に対して砥石回転軸４４の軸方向（本実施形態ではＺ軸方向）に移動可能に接続されている。第２ベース５６は、第１ベース５４に向けて延びる押圧板６９を備え、この押圧板６９が第１ベース５４に設けられた貫通孔５９に挿通されている。第２ベース５６は、第１ベース５４に配設された第１付勢手段７０および第２付勢手段８０によって上方に付勢されている。

第１付勢手段７０は、第１ベース５４に配設されたスプリング７２を備え、このスプリング７２が圧縮状態で第１ベース５４から延びる押圧板６９の下面に当接することで、第１ベース５４を上方に付勢する。また、スプリング７２の下方には第１ベース５４と螺合するボルト７４が設けられている。このボルト７４を回転操作させることで、スプリング７２の下部を押し上げスプリング７２の圧縮量を調整し、スプリング７２が第２ベース５６に付与する付勢力の大きさを調整する。

なお、第１付勢手段７０として、本実施形態ではスプリング７２を用いたが、このスプリング７２に代えて、例えばエアシリンダや油圧シリンダを用いて第２ベース５６を上方に付勢するように構成してもよい。

第２付勢手段８０は、おもり８２の重力により第２ベース５６を上方へ引っ張る張力を用いた手段であり、具体的には、おもり８２と、おもり８２および第２ベース５６上端部を接続するワイヤ８４と、ワイヤ８４が掛けられた滑車８６とを備える（図１参照）。この第２付勢手段８０は、おもり８４の重さを調節することで第２ベース５６に付与する付勢力の大きさを調節する。

なお、図２における符号７６および符号７８は、第１ベース５４に設けられた上ストッパおよび下ストッパである。上ストッパ７６は、所定間隔あけて押圧板６９の上方に配置され、第２ベース５６が過度に上方へ移動した際に押圧板６９に当接し、第２ベース５６の更なる上方への移動を規制する。下ストッパ７８は、砥石４２にワーク１００が当接していない状態、つまり、砥石４２に上向きの力が作用していない状態では、押圧板６９の下面と当接しており、第１付勢手段７０に設けられたスプリング７２が過度に圧縮されるのを防止する。

第１付勢手段７０および第２付勢手段８０によって上方に付勢された第２ベース５６には、軸受６８を介して砥石回転軸４４が配設されている。

砥石回転軸４４はその長手方向（軸方向）がステージ用モータ２２の回転軸２２ａと平行に配置され、上端部が連結体６６を介してスプライン軸５８の下端部と連結されて、下端部には砥石４２が取り付けられている。

砥石４２は、弾性体に砥粒を保持させた弾性砥石であって、一例として、ポリテトラフルオロエチレンなどの多孔質のフッ素樹脂とダイヤモンドなどの砥粒との混合物を所定形状にプレス成形し、得られた成形物を焼成してなる樹脂ボンド砥石からなる。

砥石４２は、円板状をなし周面に下方に行くほど細くなる先細のテーパ面４３が設けられ、このテーパ面が加工ステージ２０に載置されたワーク１００を研磨する研磨面をなしている。

このような構成の加工部４０ｂでは、駆動部４６およびスプライン軸５８を除く動力伝達機構５２の重量が第１ベース５４に作用する。一方、第２ベース５６には、砥石４２、砥石回転軸４４、軸受６８、連結体６６、およびスプライン軸５８の重量が下向きに作用するとともに、第１付勢手段７０および第２付勢手段８０より上向きの付勢力が作用する。

第１付勢手段７０が第２ベース５６に付与する付勢力Ｐ１と、第２付勢手段８０が第２ベース５６に付与する付勢力Ｐ２との合計Ｐｔ（＝Ｐ１＋Ｐ２）は、砥石４２、砥石回転軸４４、軸受６８、連結体６６、およびスプライン軸５８の重量とこれらを支える第２ベース５６の重量を合わせた総重量（以下、第２ベース５６の総重量という）Ｍｔより小さく設定される。また、第２付勢手段８０が付与する付勢力Ｐ２は、第１付勢手段７０が付与する付勢力Ｐ１より小さく設定されることが好ましい。

ここで、第１付勢手段７０および第２付勢手段８０において設定される付勢力の一例を挙げると、第２ベース５６の総重量Ｍｔが、例えば１０Ｋｇの場合、第１付勢手段７０の上向きの付勢力Ｐ１を８Ｋｇに設定し、第２付勢手段８０の上向きの付勢力Ｐ２を１．５ｋｇに設定することができる。

このように第１付勢手段７０および第２付勢手段８０の付勢力Ｐ１、Ｐ２を設定すると、第２ベース５６の総重量Ｍｔから第１付勢手段７０および第２付勢手段８０の付勢力Ｐ１、Ｐ２を差し引いた大きさ（つまり、この例では０．５ｋｇ）以上の上向きの力が砥石４２に作用すると、砥石４２が上方へ移動して研磨圧を所定値以下に保つ。

なお、左側の加工部４０ａは、図３に示すように、砥石４２の形状、ストッパ７６，７８の設定、および付勢手段７０，８０の設定が上記した右側の加工部４０ｂと異なっているが、その他の構成は同一であるため、ここでは、右側の加工部４０ｂとの相違点のみを説明し、その他の詳細な説明を省略する。

左側の加工部４０ａでは、砥石回転軸４４の下端に取り付けられた砥石４２は、右側の加工部４０ｂに取り付けられた砥石４２と同様の弾性砥石からなり、その形状が、円板状をなし周面に上方に行くほど細くなる奥細のテーパ面４３が設けられ、このテーパ面４３が加工ステージ２０に載置されたワーク１００を研磨する研磨面をなしている。

左側の加工部４０ａに設けられた上ストッパ７６は、砥石４２にワーク１００が当接していない状態、つまり、砥石４２に下向きの力が作用していない状態では、押圧板６９の上面と当接しており、第２ベース５６の上方への移動を規制している。左側の加工部４０ａに設けられた下ストッパ７８は、所定間隔あけて押圧板６９の下方に配置され、第２ベース５６が過度に下方へ移動した際に押圧板６９に当接し、第２ベース５６の更なる下方への移動を規制する。

また、左側の加工部４０ａに設けられた第１付勢手段７０および第２付勢手段８０では、第１付勢手段７０が第２ベース５６に付与する付勢力Ｐ１と、第２付勢手段８０が第２ベース５６に付与する付勢力Ｐ２との合計Ｐｔが、第２ベース５６の総重量Ｍｔより大きく設定されている。また、第２付勢手段８０が付与する付勢力Ｐ２は、第１付勢手段７０が付与する付勢力Ｐ１より小さく設定されることが好ましい。

ここで、左側の加工部４０ａの第１付勢手段７０および第２付勢手段８０において設定される付勢力の一例を挙げると、第２ベース５６の総重量Ｍｔが、例えば１０Ｋｇの場合、第１付勢手段７０の上向きの付勢力Ｐ１を９Ｋｇに設定し、第２付勢手段８０の上向きの付勢力Ｐ２を１．５ｋｇに設定することができる。

このように第１付勢手段７０および第２付勢手段８０の付勢力Ｐ１、Ｐ２を設定すると、第１付勢手段７０および第２付勢手段８０の付勢力Ｐ１、Ｐ２の合計から第２ベース５６の総重量Ｍｔを差し引いた大きさ（つまり、この例では０．５ｋｇ）以上の下向きの力が砥石４２に作用すると、砥石４２が下方へ移動して研磨圧を所定値以下に保つ。

次に、このような構成の研磨装置１０の動作について図面を参照して説明する。

まず、図１に示すように、不図示の搬送手段により未加工のワーク１００を加工ステージ２０に載置した後、駆動部４６を動作させて砥石回転軸４４の周りに砥石４２を回転させるとともに、第１ベース５４を所定位置に移動させて回転する砥石４２のテーパ面４３をワーク１００の周縁部に接触させる。

詳細には、左側の加工部４０ａに取り付けられた砥石４２は、ワーク１００の下側周縁部と当接し、右側の加工部４０ｂに取り付けられた砥石４２は、ワーク１００の上側周縁部と当接する。

そして、ワーク１００の周縁部に砥石４２のテーパ面４３を接触させた状態で、Ｙ軸テーブルモータ１８およびステージ用モータ２２を駆動し、砥石４２およびワーク１００を相対的に移動させワーク１００の周縁部全周を研磨して面取り加工する。

その際、ワーク１００の角部ほど砥石４２を圧縮する押圧力が大きいことから、ワーク１００の周縁部と当接した砥石４２は、砥石４２が有する弾性によって、図４に示すように、断面形状がＲ形状に弾性変形することとなり、ワーク１００も砥石４２のＲ形状に倣った形状（つまり、Ｒ形状）に研磨される。

なお、砥石４２のテーパ面４３にワーク１００を当接させたワーク１００の研磨加工では、図１において矢符Ｌで示すように、第１ベース５４を移動させることで砥石４２をワーク１００に対してテーパ面４３に沿って移動させながら研磨する。これにより、砥石４２の偏摩耗を抑えることができ、砥石４２の耐久性を向上させることができる。

以上のように、本実施形態の研磨装置１０では、砥石４２が設けられた第２ベース５６が、駆動部４６および動力伝達機構５２を配設した第１ベース５４に対して上下動可能に設けられ、質量の大きい駆動部４６および動力伝達機構５２が第１ベース５４を介して架台１２に支持されているため、研磨加工時に砥石４２とともに上下動する部材の質量を小さくすることができる。

このように研磨時において砥石４２が上下動可能に設けられているため、ワーク１００の周縁部の形状が直線状ではなく凹凸形状をなしている場合であっても、ワーク１００の凹凸形状に倣って砥石４２が上下動することで、取り代が突発的に大きくなり研削負荷の増大によりその部分に割れや欠けが生じたりする不具合を抑えることができる。

しかも、研磨時に砥石４２とともに上下動する部材の質量が小さいため、砥石４２が上下動する際に生じる慣性力を小さくして、砥石４２が上下動することにより生じる研削負荷の変化を抑えることができ、砥石４２が上下動しても安定してワーク１００を研磨することができる。

また、本実施形態の研磨装置１０では、第２ベース５６を上方へ付勢する第１付勢手段７０および第２付勢手段８０が設けられているため、砥石４２がワーク１００に付与する研磨圧を小さく設定することができ、ワーク１００の面取り加工に適して研磨加工が可能となる。

しかも、本実施形態では、付勢手段として、スプリング７２を用いた第１付勢手段７０と、おもり８２を用いた第２付勢手段８０とを併用しているため、次のような効果が得られる。

すなわち、第２付勢手段８０は、砥石４２の上下動時の摺動抵抗が小さく砥石４２の変位量に関わらず付勢力の大きさを一定に保つことができるため、砥石４２の上下動が緩やかな場合では、第２付勢手段８０の寄与が大きいことから、砥石４２がワーク１００に付与する研磨圧を一定に保持することができる。

また、万一、砥石４２を急激に上下動させる力が作用した場合には、おもり８２自身の慣性力により砥石４２の急激な変位におもり８２が応答できないおそれがあるが、本実施形態では、第２付勢手段８０の付勢力を第１付勢手段７０より小さく設定し、第２ベース５６の総重量Ｍｔの大半を第１付勢手段７０によって支持している。そのため、砥石４２の急激な変位におもり８２が応答できない場合であっても、第２ベース５６に付与される付勢力の急激な変化量を抑え、砥石４２がワーク１００に激しく衝突してワーク１００を破損するのを防止することができる。

次に、本実施形態の変更例について、図５および図６を参照して説明する。

本変更例では、図５に示すように、砥石回転軸４４がＺ軸方向（上下方向）より所定角度（例えば、４５度）傾斜するように第１ベース５４および第２ベース５６が設けられている。砥石回転軸４４の先端部に取り付けられる砥石４２は、図６に示すようなカップ形状であって開口側端面４５が研磨面をなしている弾性砥石が用いられる。そして、本変更例では、砥石４２の開口側端面４５にワーク１００の周縁部を接触させ、砥石４２およびワーク１００を相対的に移動させワーク１００の周縁部全周を研磨して面取り加工する。

このような変更例では、砥石４２が回転することで、研磨面である砥石４２の開口側端面４５全域がワーク１００と接触するため、砥石４２を移動させることなく砥石４２の偏摩耗を抑えることができ、砥石４２の耐久性を向上させることができる。

なお、上記した構成及び作用効果以外は第１の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。

１０…研磨装置
１２…架台
１４…ガイドレール
２０…加工ステージ
４０…加工部
４２…砥石
４３…テーパ面
４４…砥石回転軸
４６…駆動部
４７…出力軸
５２…動力伝達機構
５４…第１ベース
５６…第２ベース
５８…スプライン軸
７０…第１付勢手段
７２…スプリング
８０…第２付勢手段
８４…ワイヤ
８６…滑車
１００…ワーク

Claims

ワークを研磨する砥石と、前記砥石が取り付けられた砥石回転軸と、前記砥石回転軸を回転させる駆動部と、前記砥石を移動させるベースとを備えた研磨装置において、
前記ベースは、前記駆動部が配設された第１ベースと、前記砥石回転軸が回転可能に配設され前記第１ベースに対して前記砥石回転軸に沿った方向へ移動可能に設けられた第２ベースとを備え、
前記砥石回転軸の軸方向の移動を許容し、かつ、前記駆動部から前記砥石回転軸に対して回転力が伝達可能な動力伝達機構が、前記駆動部と前記砥石回転軸との間に配設されていることを特徴とする研磨装置。
前記砥石が弾性砥石であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記砥石は、先細または奥細のテーパ面を有し、前記テーパ面に前記ワークを研磨する研磨面が形成され、
前記ワークの研磨時に、前記砥石および前記ワークが前記テーパ面に沿って相対的に移動することを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨装置。
前記第２ベースを上方に付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨装置。
前記付勢手段は、少なくとも第１付勢手段および第２付勢手段を含む２種以上の手段を備え、前記第２ベースを付勢する付勢力の大きさが前記第１付勢手段と前記第２付勢手段とで異なることを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
前記付勢手段が有する２種以上の手段のうち最も小さい付勢力を前記第２ベースに付勢する手段が、おもりの重力により前記第２プレートを上方へ引っ張る張力を用いた手段であることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。