JP2014079858A - 動圧平面軸受構造および平面研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト方向およびラジアル方向への振動に強い動圧平面軸受構造、および、この動圧平面軸受構造を採用して下定盤や内歯歯車の振動を抑制して研磨精度を向上させた平面研磨装置を提供する。
【解決手段】回転体を支持する動圧平面軸受構造において、回転体の環状の水平面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷を支持する複数の第１動圧発生部２３３と、外周側に正の傾きを持つ回転体の環状の傾斜面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷および半径方向負荷を支持する複数の第２動圧発生部２３４と、を備えることを特徴とする動圧平面軸受構造を平面研磨装置に採用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転体の回転支持を行う動圧平面軸受構造、および、この動圧平面軸受構造により定盤等の回転体の回転支持を行う平面研磨装置に関する。

平面研磨装置は、研磨中の加工物に振動が加えられることを極度に嫌う。そこで、加工物を支持する定盤の軸受けとして動圧平面軸受構造を採用している。このような動圧平面軸受構造について図を参照しつつ説明する。動圧平面軸受は、図８で示すように、断面凹状である流体軸受皿１０１の中に、下定盤支持部１０２の回転体１０３が位置し、下定盤１０４を支持している。また、断面凹状である流体軸受皿１０５の中に、内歯歯車支持部１０６の回転体１０７が位置し、内歯歯車１０８を支持している。このように、流体軸受皿１０１，１０５の底面１０９および外周壁内面１１０がそれぞれ対向して直接的に動圧平面軸受構造を形成していた。

流体軸受皿１０１の底面には、図９で示すように、スラスト用の底面動圧発生部１１１が複数配置されている。底面動圧発生部１１１は、図１０の従来構造の流体軸受皿１０１の底部に形成された底面動圧発生部１１１の断面拡大図で示すように、中央の軸受部１１１ａと、この軸受部１１１ａの両側の傾斜部１１１ｂと、この傾斜部１１１ｂに隣接する凹部１１１ｃを備え、凹部１１１ｃや傾斜部１１１ｂから軸受部１１１ａに流入した流体により回転体１０３を浮上させる力が加えられる。両側の傾斜部１１１ｂにより回転体１０３の回転方向１１３がどちらの方向でも回転体１０３に動圧を発生させることができる。なお、流体軸受皿１０５にも同様の底面動圧発生部（スラスト用）１１１が形成される。

また、流体軸受皿１０１の側面には、図９で示すように、ラジアル用の側面動圧発生部１１２が複数配置されている。側面動圧発生部１１２は、図１１の従来構造の流体軸受皿１０１の外側部に形成された側面動圧発生部１１２の断面拡大図で示すように、中央の軸受部１１２ａと、この軸受部１１２ａの両側の傾斜部１１２ｂを備え、傾斜部１１２ｂから軸受部１１２ａに流入した流体により回転体１０３を半径方向で中心側へ向けて動圧が作用する。回転方向１１３がどちらの方向でも回転体１０３に動圧を発生させることができる。なお、流体軸受皿１０５にも同様の側面動圧発生部（ラジアル用）１１２が形成される。

また、このような動圧平面軸受構造を採用する平面研磨装置の従来技術の他の例として、特許文献１（特開昭５２−５６４８９号公報、「精密ラップ盤」）が開示されている。この従来技術は、回転するラップ下定盤のスラスト方向およびラジアル方向の負荷をそれぞれ支持する動圧平面軸受としてラップ下定盤における振動を少なくし、高速、高ラップ圧加工を可能とした精密ラップ盤に関するものである。

このようにラップ盤回転軸のスラスト方向およびラジアル方向の負荷を動圧平面軸受で受けることにより、高い負荷力に対しても大きな剛性を確保し、高速回転時にも振動を発生せず、かつ外部の振動をラップ下定盤等に伝達しないようにして、高精度で安定したラップ運動を保証でき、ラップ面形状が正確にワーク加工面に転写されて高い精度の加工面を得ることができる。

また、動圧平面軸受構造を採用する平面研磨装置の従来技術の他の例として、特許文献２（特開平８−１７４４０８号公報、「平面研磨装置」）が開示されている。この従来技術は、ワークを保持するワークキャリアを遊星運動させる回転自在の太陽歯車および内歯歯車のうち、少なくとも内歯歯車を流体軸受け構造とすることで加工中の振動を防止し、その結果キャリアのうねりを生じないようにしてキャリアの変形や破損等を防止すると同時に、ワークの加工精度の向上を実現する構造としている。

特に装置が大型化して内歯歯車の径が大きくなるとこのような傾向が顕著となることから、内歯歯車を流体軸受け構造とすることはキャリアの保護と研磨精度の向上を図るうえで非常に有効であるとしている。

また、動圧平面軸受構造を採用する平面研磨装置の従来技術の他の例として、特許文献３（特開２００２−６６９１０号公報、「研磨装置」）が開示されている。この従来技術は、平面研磨装置の各回転体の軸受構造をラジアルおよびスラスト方向の両方で一体化した流体軸受とし、加工中の割れや欠け及び加工後の精度の低下をきたさないように装置の振動及び回転むらを発生させない構造としている。
従来技術の動圧平面軸受構造や平面研磨装置はこのようなものである。

特開昭５２−５６４８９号公報 特開平８−１７４４０８号公報 特開２００２−６６９１０号公報

一般的な動圧平面軸受構造の機能としては、回転体と軸受面が相対すべり運動によって、軸受隙間に介在する潤滑流体膜に圧力（動圧）を発生させ、これによって比較的大きな荷重を支持することである。この時、回転体側（スラスト方向にフリーな方）が僅かに浮上するが、この浮上量は回転体の回転速度に比例して増加する傾向となる。なお、回転体が停止しているときは略接触状態といってもよい状態となっている。

従って、動圧平面軸受構造を平面研磨装置の軸受として適用する場合には、鉛直方向すなわちスラスト方向の荷重を支持する構造としては適用が比較的容易であるが、回転体の半径方向すなわちラジアル方向の荷重を支持する構造あるいは回転体の軸心を一定に保持する構造としては適用が困難であった。

これは、ラジアル方向の回転体と軸受面の隙間は各部材の設計値および製作精度で決まる量であり、回転体が停止しているときはこの隙間は軸受面からみて回転体のガタとなるので、極力この隙間は小さくなる方向で設計および製作することになる。

一方、回転体が回転している時は、軸受面との隙間量および回転体の回転速度等により軸受隙間に介在する潤滑流体膜に発生する動圧力の大きさが決まるので、不確定要素が大きい。つまり、この隙間量が小さかったり、あるいは回転体の回転速度が小さかったりした場合（もちろん軸受面の作り方や配置数とも相関あるが）、圧力が十分に上がらなければラジアル方向の軸受として機能せず、回転体に横揺れが発生することになり、これが振動源になったりワークの加工精度が低下したりする懸念があった。

しかるに、例えば下定盤下部にある円環状リングを軸受台に設けられた環状溝内に挿入して嵌合する時、円環状リングの外周面と軸受台上の環状溝の内周面との隙間が小さいと、互いに干渉して嵌合自身ができないことになり、一方、この隙間が大きいと嵌合作業は問題ないが流体軸受としての機能が不十分となり、下定盤のラジアル方向への横ずれや振動が発生するなど、ラジアル方向での流体軸受性能を確保することは従来から大きな課題であった。特に大型の平面研磨装置の動圧平面軸受構造の場合、各部材の組立後の円環状リング外周面の外径精度や環状溝内周面の内径精度を其々確保することは困難な状況であった。

さらに、動圧発生部の形状（切込み・斜面・水平面）を回転体の円環状リング側に形成するか、軸受台上の環状溝側に形成するか、いずれの場合においても、大きな構造体に微細な追加工を施すことになるので加工作業自身が煩雑で多大な加工時間を要したり、加工精度の確保が難しいという加工工程に係る問題があった。

さらに、以上のような方法では、特にラジアル方向に対して隙間調整が全くできないので、流体軸受性能の確保が難しいという問題があった。

上記の特許文献１では、下定盤軸受部のスラスト方向およびラジアル方向ともに動圧平面軸受構造とする記載があるが、特にラジアル方向への軸受機能を発現させるための記述は見られない。

さらに特許文献２では、少なくとも内歯歯車の軸受を流体軸受とする記載はあるが、前記と同様にラジアル方向への軸受機能を発現させるための記述は見られない。

また、特許文献３では、各回転体のスラスト方向およびラジアル方向の両方を一体化した流体軸受とする記載はあるが、前記と同様にラジアル方向への軸受機能を発現させるための記述は見られない。

そして、いずれの場合でも、ラジアル方向に対して下定盤の横揺れや振動、または、内歯歯車の横揺れや振動が発生すればスラスト方向に流体軸受構造を適用してもその効果は減殺されてしまう懸念があり、キャリアやワークの損傷防止やワークの加工精度を確保することは困難であった。

そこで、本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スラスト方向およびラジアル方向への振動に強い動圧平面軸受構造、および、この動圧平面軸受構造を採用して下定盤や内歯歯車の振動を抑制して研磨精度を向上させた平面研磨装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、
回転体を支持する動圧平面軸受構造において、
回転体の環状の水平面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷を支持する複数の第１動圧発生部と、
外周側に正の傾きを持つ回転体の環状の傾斜面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷および半径方向負荷を支持する複数の第２動圧発生部と、
を備えることを特徴とする動圧平面軸受構造とした。

また、本発明の請求項２に係る発明は、
回転体を支持する動圧平面軸受構造において、
内周側に正の傾きを持つ回転体の環状の傾斜面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷および半径方向負荷を支持する複数の第１動圧発生部と、
外周側に正の傾きを持つ回転体の環状の傾斜面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷および半径方向負荷を支持する複数の第２動圧発生部と、
を備えることを特徴とする動圧平面軸受構造とした。

また、本発明の請求項３に係る発明は、
前記第１動圧発生部および前記第２動圧発生部を其々第１動圧発生部材および第２動圧発生部材として構成し、流体軸受皿内に其々着脱自在に構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の動圧平面軸受構造とした。

また、本発明の請求項４に係る発明は、
前記回転体と、前記複数の第１動圧発生部および前記複数の第２動圧発生部との間は、回転体が停止状態において隙間が略ゼロとなるように設定したことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の動圧平面軸受構造とした。

また、本発明の請求項５に係る発明は、
下定盤にワークを押し付けると共に内歯歯車および太陽歯車に噛み合うワークキャリアがワークを相対的に回転させてワークを研磨する平面研磨装置であって、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の動圧平面軸受構造を採用し、動圧平面軸受構造の前記回転体が下定盤および／または内歯歯車の一部であることを特徴とする平面研磨装置とした。

このような本発明によれば、スラスト方向およびラジアル方向への振動に強い動圧平面軸受構造、および、この動圧平面軸受構造を採用して下定盤や内歯歯車の振動を抑制して研磨精度を向上させた平面研磨装置を提供することができる。

本発明を実施するための形態の動圧平面軸受構造および平面研磨装置の縦断面図である。 本発明を実施するための形態の動圧平面軸受構造の平面図である。 本発明を実施するための形態の動圧平面軸受構造に係る下定盤用動圧平面軸受構造のＡ部拡大図である。 本発明を実施するための形態の動圧平面軸受構造に係る内歯歯車用動圧平面軸受構造のＢ部拡大図である。 第１動圧発生部のＣ−Ｃ断面拡大図である。 第２動圧発生部のＤ−Ｄ断面拡大図である。 本発明を実施するための他の形態の内歯歯車用動圧平面軸受構造の断面拡大図である。 従来技術の平面研磨装置の縦断面図である。 流体軸受皿を表す平面図である。 底面動圧発生部のＥ−Ｅ断面拡大図である 側面動圧発生部を表すＦ部拡大図である。

続いて、本発明の動圧平面軸受構造および平面研磨装置を実施するための形態について、図１〜図５を参照しつつ説明する。
平面研磨装置１は、図１の平面研磨装置の要部の縦断面図や図２の動圧平面軸受構造を上部からみた配置図で示すように、下定盤１０、下定盤受け１１、下定盤駆動軸１２、内歯歯車１３、内歯歯車受け１４、内歯歯車駆動用歯車１５、歯車駆動シャフト１６、太陽歯車１７、太陽歯車駆動軸１８、キャリア１９、ワーク２０、ベース部２１、中間ベース部２２、下定盤用動圧平面軸受構造２３、内歯歯車用動圧平面軸受構造２４を備えている。

続いて各構成について説明する。
下定盤１０は、環状円板であり、上面にワーク２０を研磨するラップ面／ポリッシュ面を有する。なお、図示しないが、下定盤１０の上面に図示しない研磨布を貼り付け、研磨布によりワークを研磨することもある。また、図示しないが上定盤を備える構成とすることもあり、この場合に下定盤１０および上定盤は、共通回転軸を回転中心として回転するように支持される。

下定盤受け１１は、上側で下定盤１０が固定されており、自らの回転とともに下定盤１０を回転させる。下定盤受け１１は、本発明の動圧平面軸受構造である下定盤用動圧平面軸受構造２３により下側から支持されており、円滑に回転するようになされている。

下定盤駆動軸１２は、下定盤受け１１に連結されており、下定盤受け１１および下定盤１０を回転させる。この下定盤駆動軸１２には図示しない下定盤駆動部が設けられており、下定盤駆動軸１２および下定盤受け１１を介して下定盤１０の回転速度や回転方向についての制御を行う。

内歯歯車１３は、下定盤１０の外周側に配置されている。内歯歯車１３の内周側には歯が形成されている。内歯歯車１３は、内歯歯車受け１４に固定されている。
内歯歯車受け１４は、段状円筒体であり、本発明の動圧平面軸受構造である内歯歯車用動圧平面軸受構造２４により下側から支持されており、円滑に回転するようになされている。そして内歯歯車受け１４の内部で下側に内歯歯車受け１４と一体に固定された内歯歯車が形成されている。

内歯歯車駆動用歯車１５は、歯車駆動シャフト１６の上端に一体に固定されている。内歯歯車駆動用歯車１５は、内歯歯車受け１４の内部下側の内歯歯車と噛み合う。
歯車駆動シャフト１６は、図示しない内歯歯車駆動部により回転駆動される。

したがって、図示しない内歯歯車駆動部、歯車駆動シャフト１６、内歯歯車駆動用歯車１５、内歯歯車受け１４の内部下側の内歯歯車、内歯歯車受け１４、内歯歯車１３とトルクが伝達されるようになされており、内歯歯車駆動部が内歯歯車１３の回転速度や回転方向についての制御を行う。

太陽歯車１７は、下定盤１０の内周側（中心側）に配置されている。太陽歯車１７の外周側には歯が形成されている。
太陽歯車駆動軸１８は、先端で太陽歯車１７と連結される。太陽歯車駆動軸１８は、下端で図示しない太陽歯車駆動部により回転駆動される。この太陽歯車駆動軸１８は、下定盤駆動軸１２の中心孔に遊挿されており、下定盤駆動軸１２と太陽歯車駆動軸１８とはそれぞれ独立して回転するようになされている。まとめると、下定盤駆動軸１２は図示しない軸支部により回転可能に支持され、さらに太陽歯車駆動軸１８は下定盤駆動軸１２により回転可能に支持される。

キャリア１９は、図１で示すように下定盤１０上に配置されている。キャリア１９は、外周に歯が形成されており、内歯歯車１３および太陽歯車１７と噛み合っている。キャリア１９においてワーク２０を保持するワーク保持孔が形成されている。キャリア１９はワーク２０に応じて各種用意されており、１個のキャリア１９に１個のワーク保持孔が形成されるものであったり、または、複数個のワーク保持孔が形成されるものであったりする。

下定盤駆動部、太陽歯車駆動部、内歯歯車駆動部という３台の駆動部が、そして上定盤がある場合には上定盤駆動部も含めた４台の駆動部が、いずれもモータドライバ装置に接続され、演算制御部により回転が制御されており、回転速度を調節して最適なラッピング・ポリッシングを行う。

ベース部２１は図示しない堅牢な架台に固定されている。ベース部２１の外周の上側には環状の内歯歯車用動圧平面軸受構造２４が設けられている。内歯歯車用動圧平面軸受構造２４は、詳しくは図４で示すような構成を有する。
中間ベース部２２は環状であって、このベース部２１の上側に形成されており、中間ベース部２２の上側には環状の下定盤用動圧平面軸受構造２３が設けられている。下定盤用動圧平面軸受構造２３は、詳しくは図３で示すような構成を有する。

続いて本発明の特徴をなす動圧平面軸受構造について説明する。まずは、下定盤用動圧平面軸受構造２３について説明する。
下定盤用動圧平面軸受構造２３は、図３で示すように、下定盤用流体軸受皿２３１、回転体２３２、複数（本形態では図２で示すように８個）の下定盤用第１動圧発生部２３３、複数（本形態では図２で示すように８個）の下定盤用第２動圧発生部２３４を備えている。

下定盤用流体軸受皿２３１は、図２で示すように平面視環状でありかつ図３で示すように断面凹状に形成されて、内部に下定盤用油槽２３１ａが形成される。下定盤用油槽２３１ａ内には潤滑油が貯留されている。

回転体２３２は、平面視環状であって下定盤受け１１の下側で一体に固定されているリング体２３２ａと、リング体２３２ａの下面内周側に設けられる円環状の回転体水平部２３２ｂと、リング体２３２ａの下面外周側に設けられ、外周側に向けて上昇する正の傾きを有する円錐台形外周面状の回転体傾斜部２３２ｃと、を有する。

複数の下定盤用第１動圧発生部２３３は、図２で示すように、下定盤用流体軸受皿２３１の下定盤用油槽２３１ａ内の円環状の水平面である底面上にあって内周側に沿って配置されており、回転円周方向に一定間隔で複数（本形態では８個）設けられている。

下定盤用第１動圧発生部２３３は、図５のＣ−Ｃ断面を表す拡大図で示すような基本構造を有している。下定盤用第１動圧発生部２３３は、さらに軸受部２３３ａ、両側の傾斜部２３３ｂ、両側の切込部２３３ｃを備え、左右対称に形成してなる断面視で多段の面である。一方向に回転させる場合には左右対称に形成する必要はないが、本形態では回転体の回転方向が正転および逆転してもいずれでも動圧軸受として機能するように左右対称に構成している。

軸受部２３３ａは各流体軸受皿の底面を基準として最大高さに位置する平坦面であり、また、両側の傾斜部２３３ｂはこの平坦面である軸受部２３３ａへ向けて上昇するように傾斜する。切込部２３３ｃは傾斜部２３３ｂの端部よりもさらに下側に底面があるように形成されている。なお、切込部２３３ｃにはボルト取り付け孔があり、下定盤用第１動圧発生部２３３を流体軸受皿２３１の底面に固定ボルト（鉛直方向）２３５にて固定する。

複数の下定盤用第１動圧発生部２３３が有するそれぞれの軸受部２３３ａの上面は、環状である同一の水平面に位置しており、図５で示すように回転体２３２の回転体水平部２３２ｂに対向する。停止時には回転体２３２の回転体水平部２３２ｂと軸受部２３３ａとが接触して停止する。このような下定盤用第１動圧発生部２３３は、回転体２３２が回転すると水平に形成された上側の軸受部２３３ａに対して垂直方向の動圧を発生させ、回転体２３２の鉛直方向負荷（スラスト荷重）を支持する。下定盤用第１動圧発生部２３３はこのようなものとなる。

複数の下定盤用第２動圧発生部２３４は、図２で示すように、下定盤用流体軸受皿２３１の下定盤用油槽２３１ａ内の外周側に回転円周方向に一定間隔で複数（本形態では８個）設けられている。

下定盤用第２動圧発生部２３４は、図６のＤ−Ｄ断面を表す拡大図で示すような基本構造を有している。下定盤用第２動圧発生部２３４は、さらに軸受部２３４ａ、両側の傾斜部２３４ｂを備え、断面視で円弧面を中央として左右対称の多段な形状である。軸受部２３４ａは回転体の静止時に回転体２３２の回転体傾斜部２３２ｃと接触する円弧面であり、その両側の傾斜部２３４ｂはこの円弧面である軸受部２３４ａへ向けて上昇するように傾斜しており、潤滑油導入面として機能する。

下定盤用第２動圧発生部２３４は、各流体軸受皿の底面および外周壁円弧面にそれぞれ沿って固定される。本部材も一方向に回転させる場合には左右対称に形成する必要はないが、本形態では回転体の回転方向が正転および逆転してもいずれでも動圧軸受として機能するように左右対称に構成している。

複数の下定盤用第２動圧発生部２３４が有するそれぞれの軸受部２３４ａの円弧面は、下向きに先細る円錐台形内周面に位置しており、図６で示すように回転体２３２の下向きに先細る円錐台形外周面状の回転体傾斜部２３２ｃに対向する。
下定盤用第２動圧発生部２３４は、外周側に行くに連れて上昇するように傾斜する軸受部２３４ａに対して垂直方向の動圧を発生させ、回転体２３２の鉛直方向負荷（スラスト荷重）および半径方向負荷（ラジアル荷重）を支持する。

このような下定盤用動圧平面軸受構造２３では、図２の平面図で示すように、下定盤用流体軸受皿２３１の皿内内周側で第１動圧発生部２３３が回転方向に一定間隔で複数個（本形態では８個）設けられ、さらに下定盤用流体軸受皿２３１の皿内外周側で第２動圧発生部２３４が回転方向に一定間隔で複数個（本形態では８個）設けられる。

そして、第１動圧発生部２３３および第２動圧発生部２３４は、複数組（本形態では８組）が回転方向に一定間隔で設けられる。複数の第１動圧発生部２３３は共通の一つの部品として製作され、また、第２動圧発生部２３４は共通の一つの部品として製作されるので加工上の制約等はない。

また、下定盤受け１１のリング体２３２ａの形状は、先に説明したように、底面は回転体水平部２３２ｂと、外周角部を面取り形状にカットした回転体傾斜部２３２ｃを有する形態として、下定盤用第１動圧発生部２３３の軸受部２３３ａ、および、下定盤用第２動圧発生部２３４の軸受部２３４ａに倣うように予め加工されている。ここで下定盤受け１１の加工寸法誤差や下定盤用流体軸受皿２３１の加工寸法誤差や設置誤差、あるいは双方の諸変形などの影響により各々の面接触状態は必ずしも保証されないが、下定盤受け１１を各動圧発生部材上にセットして面当り状態を調整（動圧発生部材の固定位置調整や追加工など）する調整作業により比較的容易に対処が可能である。

このような下定盤用動圧平面軸受構造２３では、回転体が停止状態において、回転体２３２の回転体水平部２３２ｂと第１動圧発生部２３３の軸受け部２３３ａとの間、および、回転体２３２の回転体傾斜部２３２ｃと第２動圧発生部２３４の軸受け部２３４ａとの間が、隙間を略ゼロとなるように設計した。これにより、停止時にはこれらはほぼ当接して固定される。そして、回転体２３２の回転時には動圧を発生させて動圧軸受けとして機能する。下定盤用動圧平面軸受構造２３はこのようなものとなる。

続いて本発明の特徴をなす動圧平面軸受構造として、内歯歯車用動圧平面軸受構造２４について説明する。
内歯歯車用動圧平面軸受構造２４は、図４で示すように、内歯歯車用流体軸受皿２４１、回転体２４２、複数（本形態では８個）の内歯歯車用第１動圧発生部２４３、複数（本形態では８個）の内歯歯車用第２動圧発生部２４４を備えている。

内歯歯車用動圧平面軸受構造２４は下定盤用動圧平面軸受構造２３の寸法を変更したものである。内歯歯車１３および内歯歯車受け１４などの重量は、下定盤１０や下定盤受け１１の重量よりも相対的に小さいため、内歯歯車用動圧平面軸受構造２４の半径方向の幅を小さくしているが流体軸受部の基本構造は相似形となっている。このように寸法が異なる以外では、内歯歯車用流体軸受皿２４１は下定盤用流体軸受皿２３１と同じ構成・機能を有し、回転体２４２は回転体２３２と同じ構成・機能を有し、内歯歯車用第１動圧発生部２４３は下定盤用第１動圧発生部２３３と同じ構成・機能を有し、内歯歯車用第２動圧発生部２４４は下定盤用第２動圧発生部２３４と同じ構成・機能を有する。このため、重複する説明を省略する。

このような内歯歯車用動圧平面軸受構造２４では、内歯歯車１３は内歯歯車受け１４を介して内歯歯車用流体軸受皿２４１で支持されており、内歯歯車用流体軸受皿２４１の底面内周側には内歯歯車用第１動圧発生部２４３が回転方向に一定間隔で固定され、さらに内歯歯車流体軸受皿１０の底面外周側には内歯歯車用第２動圧発生部２４が同様に回転方向に一定間隔で固定されている。

また、このような内歯歯車用動圧平面軸受構造２４では、回転体が停止状態において、回転体２４２の回転体水平部２４２ｂと第１動圧発生部２４３の軸受部との間、および、回転体２４２の回転体傾斜部２４２ｃと第２動圧発生部２４４の軸受部との間が、隙間を略ゼロとなるように設計した。これにより、停止時にはこれらはほぼ当接して固定される。そして、回転体２４２の回転時には動圧を発生させて動圧軸受けとして機能する。内歯歯車用動圧平面軸受構造２４はこのようなものとなる。

続いて、本形態の平面研磨装置１の具体的な加工動作について説明する。まず、ワークキャリア１９にワーク２０を設置する設置工程が行われる。この設置工程については従来技術と同様であり、例えば、図１で示すように、ワークキャリア１９に穿設されたワーク保持孔内に、ワーク２０が装着される。この装着はワークハンドリングロボットを用いるなどしてワークキャリア１９へのワーク２０の装着とワークキャリア１９からのワーク２０の取り出しについては自動化しても良い。最終的に下定盤１０の上にワークキャリア１９が配置されている。ワークキャリア１９に穿設されたワーク保持穴にラッピングまたはポリッシングされるワーク２０が保持される。

続いて、各部を動作させる。下定盤１０は、下定盤回転駆動部から駆動力が伝達され、この駆動力に応じて回転する。下定盤１０および下定盤受け１１は、後述するが下定盤用動圧平面軸受構造２３により円滑に回転動作する。そして、太陽歯車１７は太陽歯車回転駆動部により回転駆動され、また、内歯歯車１３が内歯歯車回転駆動部により回転駆動される。後述するが内歯歯車１３は流体軸受けにより円滑に回転動作する。ワークキャリア１９の外周の歯面は太陽歯車１７および内歯歯車１３と噛合っており、ワークキャリア１９は遊星運動を開始する。この際、図示しない上定盤が着盤される。

続いて、ワークの加工を行う。ワーク２００の加工時には、上定盤に設けられたスラリー供給穴からリンスやスラリーを供給しつつ、上定盤および下定盤１０を回転させる。また、太陽歯車１７および内歯歯車１３を回転させることにより上定盤と下定盤１０とにより挟持されるワーク２０が装着されたワークキャリア１９が自転しつつ公転し、ワーク２０の両面が研磨される。

これら上定盤、下定盤１０、太陽歯車１７、内歯歯車１３は、それぞれ、上定盤回転駆動部、下定盤回転駆動部、太陽歯車回転駆動部、内歯歯車回転駆動部により回転が制御されており、例えばこれら各駆動部に接続される制御装置により回転速度を調節して最適な研磨を行う。最後に、研磨が終了したワークを取り出す。加工動作はこのようなものである。

この加工動作時の下定盤用動圧平面軸受構造２３や内歯歯車用動圧平面軸受構造２４の動作の詳細について説明する。なお、下定盤用動圧平面軸受構造２３と内歯歯車用動圧平面軸受構造２４とは構成・機能が共通であるため、下定盤用動圧平面軸受構造２３のみを説明し、内歯歯車用動圧平面軸受構造２４の説明を省略する。

下定盤用動圧平面軸受構造２３は、定盤の回転時に定盤を浮上させるための動圧を発生させる動圧軸受けとして機能させる。なお、回転始動時において回転体２３２の回転体水平部２３２ｂに圧力流体（潤滑油、水、潤滑用液体など）を供給する供給孔を多数設けて下定盤１０を上昇させる静圧軸受けとして機能させるようにしても良い。

回転体２３２の回転が所定速度を超えると、下定盤用動圧平面軸受構造２３の下定盤用第１動圧発生部２３３では、図５で示すように、上側の回転体２３２の回転体水平部２３２ｂと、下定盤用第１動圧発生部２３３の軸受部２３３ａとの間には傾斜部２３２ｂにより圧縮されながら潤滑油が入り込み、浮上力を回転体２３２に加えて回転体２３２を上側方向へ持ち上げるように支持し、動圧軸受けとして機能する。これにより上側の軸受面に対して垂直方向の動圧を発生させ、回転体２３２の鉛直方向負荷（スラスト荷重）を支持する。

また、下定盤用動圧平面軸受構造２３の下定盤用第２動圧発生部２３４では、図６で示すように、上側の回転体２３２の回転体傾斜部２３２ｃと、下定盤用第２動圧発生部２３４の軸受部２３４ａとの間には、傾斜部２３４ｂにより圧縮されながら潤滑油が入り込み、浮上力を回転体２３２に加えて回転体２３２を斜め上側方向へ持ち上げるように支持し、動圧軸受けとして機能する。これにより上側の回転体傾斜部２３２ｃに対して垂直方向の動圧を発生させ、回転体２３２の鉛直方向負荷（スラスト荷重）および半径方向負荷（ラジアル荷重）を支持する。下定盤用動圧平面軸受構造２３および内歯歯車用動圧平面軸受構造２４はこのように機能する。

以上説明した本形態によれば定盤の回転始動時では下定盤用第１動圧発生部２３３および下定盤用第２動圧発生部２３４に回転体２３２が接するため、安定している。また、定盤回転時では動圧変動による浮上力を加えた動圧軸受として機能させるため、大型の下定盤に対しても充分な浮上力を与えることができる。さらに正逆回転可能とし、研磨能力を向上させている。また、下側から流体を供給して静圧軸受として作用させて安定した回転立ち上がりとするようにしても良い。特に隙間については０近く設定できるため、動圧を確実に発生させることができる。

続いて本発明の他の実施形態について説明する。図７は本発明の他の実施形態を表す内歯歯車軸受構造部拡大図である。内歯歯車用動圧平面軸受構造２５は、図７で示すように、内歯歯車用流体軸受皿２５１、回転体２５２、複数の内歯歯車用第１動圧発生部２５３、複数の内歯歯車用第２動圧発生部２５４を備えている。

内歯歯車用動圧平面軸受構造２５は先に説明した内歯歯車用動圧平面軸受構造２５と比較すると、回転体２５２のリング体２５２ａに対し、内周側に正の傾きを持つようにして内周側に上側に先細る円錐台形内周面状の内周側傾斜面２５２ｂと、外周側に正の傾きを持つようにして下側に先細る円錐台形外周面状の外周側傾斜面２５２ｃと、を形成し、また、内歯歯車用第１動圧発生部２５３を、内周側に正の傾きを持つ環状の傾斜面を有し、内歯歯車用第２動圧発生部２５４を外周側に正の傾きを持つ環状の傾斜面を有するようにした。

内歯歯車用第１動圧発生部２５３の内周側に正の傾きを持つ環状の傾斜面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷および半径方向負荷を支持し、また、内歯歯車用第２動圧発生部２５４の外周側に正の傾きを持つ環状の傾斜面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷および半径方向負荷を支持する。内歯歯車用第１動圧発生部２５３や内歯歯車用第２動圧発生部２５４は固定ボルト（水平方向）２５５により固定されている。

なお、本形態では動圧平面軸受構造２５が内歯歯車用であるものとして説明したが、これに限定する趣旨ではなく、下定盤用に適用してもよく、各種適用することができる。

以上、本発明の動圧平面軸受構造および平面研磨装置について説明した。
本発明では内歯歯車や下定盤を支持する支持部それぞれ流体軸受けを採用した構成であるものとして説明した。しかしながら、内歯歯車のみに流体軸受けを採用した構成、または、下定盤のみに流体軸受けを採用した構成としても本発明の効果を奏しうる。

このような本発明の動圧平面軸受構造および平面研磨装置は、特にシリコン、ガラス、金属その他種々の材料により形成されたワークの片面または両面の研磨での使用が好適である。

１：平面研磨装置
１０：下定盤
１１：下定盤受け
１２：下定盤駆動軸
１３：内歯歯車
１４：内歯歯車受け
１５：内歯歯車駆動用歯車
１６：歯車駆動シャフト
１７：太陽歯車
１８：太陽歯車駆動軸
１９：キャリア
２０：ワーク
２１：ベース部
２２：中間ベース部
２３：下定盤用動圧平面軸受構造
２３１：下定盤用流体軸受皿
２３１ａ：下定盤用油槽
２３２：回転体
２３２ａ：リング体
２３２ｂ：回転体水平部
２３２ｃ：回転体傾斜部
２３３：下定盤用第１動圧発生部
２３３ａ：軸受部
２３３ｂ：傾斜部
２３３ｃ：切込部
２３４：下定盤用第２動圧発生部
２３４ａ：軸受部
２３４ｂ：傾斜部
２３５：固定ボルト
２４：内歯歯車用動圧平面軸受構造
２４１：内歯歯車用流体軸受皿
２４１ａ：内歯歯車用油槽
２４２：回転体
２４３：内歯歯車用第１動圧発生部
２４４：内歯歯車用第２動圧発生部
２４５：固定ボルト
２５：内歯歯車用動圧平面軸受構造
２５１：内歯歯車用流体軸受皿
２５１ａ：内歯歯車用油槽
２５２：回転体
２５３：内歯歯車用第１動圧発生部
２５４：内歯歯車用第２動圧発生部
２５５：固定ボルト

Claims (5)

1. 回転体を支持する動圧平面軸受構造において、
   回転体の環状の水平面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷を支持する複数の第１動圧発生部と、
   外周側に正の傾きを持つ回転体の環状の傾斜面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷および半径方向負荷を支持する複数の第２動圧発生部と、
   を備えることを特徴とする動圧平面軸受構造。
2. 回転体を支持する動圧平面軸受構造において、
   内周側に正の傾きを持つ回転体の環状の傾斜面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷および半径方向負荷を支持する複数の第１動圧発生部と、
   外周側に正の傾きを持つ回転体の環状の傾斜面に対して垂直に動圧を発生し、回転体の鉛直方向負荷および半径方向負荷を支持する複数の第２動圧発生部と、
   を備えることを特徴とする動圧平面軸受構造。
3. 前記第１動圧発生部および前記第２動圧発生部を其々第１動圧発生部材および第２動圧発生部材として構成し、流体軸受皿内に其々着脱自在に構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の動圧平面軸受構造。
4. 前記回転体と、前記複数の第１動圧発生部および前記複数の第２動圧発生部との間は、回転体が停止状態において隙間が略ゼロとなるように設定したことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の動圧平面軸受構造。
5. 下定盤にワークを押し付けると共に内歯歯車および太陽歯車に噛み合うワークキャリアがワークを相対的に回転させてワークを研磨する平面研磨装置であって、
   請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の動圧平面軸受構造を採用し、動圧平面軸受構造の前記回転体が下定盤および／または内歯歯車の一部であることを特徴とする平面研磨装置。

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