JP2017087408A - Pressurizer, pressurization method and pressurization program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スライドユニットの自重を測定することによりユーザにスライドユニットの自重を意識させないで設定加圧力の設定を可能にし、スライドユニットの自重以下から自重以上の加圧力を自在に設定する加圧装置、加圧方法及び加圧プログラムに関する。 The present invention makes it possible to set the set pressure without making the user aware of the weight of the slide unit by measuring the weight of the slide unit, and to freely set the pressure from the weight of the slide unit to the weight of the slide unit. The present invention relates to an apparatus, a pressing method, and a pressing program.
Z軸下方への荷重を付与して、例えば研磨・切削加工等が行われている。研磨を例に採ると、研磨装置ではZ軸下方への荷重を付与しつつ試料を研磨している。切削加工を例に採ると、NC加工機でドリルによる孔空け加工が行われている。 For example, polishing / cutting is performed by applying a load below the Z-axis. Taking polishing as an example, the polishing apparatus polishes the sample while applying a load below the Z-axis. Taking cutting as an example, drilling with a drill is performed by an NC machine.
前記研磨装置においては、水平に回転する研磨盤と、研磨対象物を固定した試料ホルダとを上下方向で対向させて配置し、前記試料ホルダを支持したスライドユニットをZ軸方向に下降させて前記試料ホルダに固定された前記研磨対象物を前記研磨盤に接触させ、前記研磨対象物にZ軸下方への荷重を付与しつつ前記研磨対象物を前記研磨盤で研磨している。 In the polishing apparatus, a horizontally rotating polishing disk and a sample holder to which a polishing object is fixed are arranged to face each other in the vertical direction, and a slide unit supporting the sample holder is lowered in the Z-axis direction to The polishing object fixed to a sample holder is brought into contact with the polishing disk, and the polishing object is polished by the polishing disk while applying a load below the Z axis to the polishing object.
前記NC加工機でドリルによる孔空け加工する際には、前記ドリルにZ軸下方への荷重を付与しつつ前記ドリルで加工対象物に孔空け加工を行っている。 When drilling with a drill by the NC processing machine, the drilling is performed on a workpiece by applying a load below the Z axis to the drill.
以上のように、研磨・切削加工等を行う場合にはZ軸下方への荷重を付与する必要があるが、そのZ軸下方への荷重が適正でないと、研磨・切削加工等に誤差が生じて仕上がりに支障を来してしまうことになるため、Z軸下方への荷重を研磨・切削加工等に適正なものに設定する必要がある。 As described above, when polishing / cutting, etc., it is necessary to apply a load below the Z-axis, but if the load below the Z-axis is not appropriate, errors will occur in polishing / cutting, etc. Therefore, it is necessary to set the load below the Z-axis to be appropriate for polishing / cutting or the like.
研磨荷重として掛かる力の向きはZ軸下方であり、その力の成分は、スライダユニットの可動部分と試料ホルダ及び試料の自重を合わせたもの(以下、これらを合計自重という)である。この構成で研磨荷重を調整する場合、次の2つのケースが考えられる。以下では、研磨荷重を例にとって説明するが、このことは切削加工等を行う場合も同様である。 The direction of the force applied as the polishing load is below the Z axis, and the component of the force is the sum of the movable part of the slider unit, the sample holder, and the weight of the sample (hereinafter referred to as the total weight). When adjusting the polishing load with this configuration, the following two cases can be considered. In the following description, the polishing load will be described as an example, but this is the same when cutting or the like is performed.
研磨荷重を合計自重より増加したい場合には、スライドユニットの可動側に錘を載せる(特許文献1)、或いはバネで圧力を掛ける等の方法で研磨盤面に加わる力を加算する。
逆に、研磨荷重を合計自重より軽減したい場合には、スライドユニットをZ軸上方に向けて持ち上げる方向にバネで支える、或いはカウンターウエイト機構などで自重の一部を支えるなどの方法(特許文献1)を採る。
When it is desired to increase the polishing load from the total weight, a force applied to the polishing board surface is added by a method of placing a weight on the movable side of the slide unit (Patent Document 1) or applying pressure with a spring.
Conversely, when it is desired to reduce the polishing load from the total weight, a method such as supporting the slide unit with a spring in a direction in which the slide unit is lifted upward in the Z-axis, or supporting a part of its own weight with a counterweight mechanism or the like (Patent Document 1). ).
しかしながら、上述したバネを用いた荷重制御では、ストロークによってバネが発生する力がそのバネのバネ定数により変化をするため、共振などの有害な現象を発生しやすい。 However, in the load control using the spring described above, the force generated by the spring due to the stroke changes depending on the spring constant of the spring, and therefore, harmful phenomena such as resonance are likely to occur.
さらに、バネを用いた荷重制御では、細かい荷重制御のために何らかのフィードバック制御を行わなければならず、そのためには荷重センサでバネに掛かる圧力を測るか、バネの伸縮量を測るスケールを装備してフィードバック制御を行わなければならない。このことは錘を用いた荷重制御の場合も同様である。 Furthermore, in the load control using a spring, some kind of feedback control must be performed for fine load control. For that purpose, a load sensor is used to measure the pressure applied to the spring or to provide a scale for measuring the amount of expansion and contraction of the spring. Feedback control must be performed. The same applies to load control using a weight.
バネや錘を用いた荷重制御では、バネや錘によるZ軸下方の荷重が研磨対象物や加工対象物等に常時作用することになるため、試料ホルダの試料や切削加工のドリルを研磨盤や加工対象物等に初期段階で接触させるためのスライドユニットの高さ位置を調整する際に、試料ホルダの試料や切削加工のドリルを研磨盤や加工対象物等に直接接触させると、試料や加工対象物やドリルの歯を損傷してしまう虞がある。そのため、研磨盤や加工対象物等以外の位置でこれらの高さ位置でダミーに接触させることにより、スライドユニットの高さ位置を調整していた。 In load control using a spring or weight, the load below the Z-axis due to the spring or weight always acts on the object to be polished or the object to be processed. When adjusting the height position of the slide unit to contact the workpiece etc. at the initial stage, if the specimen of the sample holder or the drill for cutting is brought into direct contact with the grinding machine or workpiece, the specimen or machining There is a risk of damaging the object and the teeth of the drill. Therefore, the height position of the slide unit has been adjusted by contacting the dummy at these height positions at positions other than the polishing machine or the workpiece.
このため、ダミーの高さ位置を研磨盤や加工対象物等の高さ位置に調節する高さ機構が必要となり、装置の大型化や装置コストの増加を招くとともに、初期段階でのスライドユニットの高さ調節に時間を費やすことになって研磨・加工等の時間を短縮することができないという課題があった。 For this reason, a height mechanism that adjusts the height position of the dummy to the height position of the polishing machine, the workpiece, etc. is required, which increases the size of the device and increases the cost of the device, and the slide unit at the initial stage. There was a problem that time for polishing and processing could not be shortened because it took time to adjust the height.
本発明の目的は、スライドユニットの自重を測定することによりユーザにスライドユニットの自重を意識させないで設定加圧力の設定を可能にし、スライドユニットの自重以下から自重以上の加圧力を自在に設定する加圧装置、加圧方法及び加圧プログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to enable setting of a set pressure without making the user aware of the weight of the slide unit by measuring the weight of the slide unit, and to freely set a pressure greater than or equal to the weight of the slide unit. A pressurizing apparatus, a pressurizing method, and a pressurizing program are provided.
前記目的を達成するため、本発明に係る加圧装置は、Z軸ステージを鉛直方向に下降させて加圧力を被対象物に印加する加圧装置において、前記Z軸ステージに設定ストローク範囲で上下方向にスライド可能に支持され、自重で前記設定ストロークの下死点まで下降するスライドユニットと、磁気回路の磁力と前記磁気回路内のコイルへの通電による磁力との相互作用で前記コイルに通電される電流値に比例する推力を連結軸を介して前記スライドユニットに付与する磁気作動素子と、前記Z軸ステージと前記磁気作動素子とを駆動制御する駆動回路と、前記設定ストロークの下死点に下降する前記スライドユニットを検出し、且つ前記設定ストロークの下死点から上昇する前記スライドユニットを検出する下死点センサと、前記下死点センサの検出信号に基づいて前記駆動回路で前記Z軸ステージと前記磁気作動素子を駆動制御して、前記磁気作動素子への通電による推力で前記スライドユニットを前記被対象物から離間する上方へ引き上げた際の前記磁気作動素子へ通電する電流値に基づいて前記スライドユニットの自重を測定する自重測定部と、前記下死点センサの検出信号に基づいて前記駆動回路で前記Z軸ステージと前記磁気作動素子を駆動制御して、前記スライドユニットが前記対象物に対して前記設定ストロークの範囲内で上下にスライド可能な高さ位置に前記Z軸ステージを停止させた状態で、前記磁気作動素子へ(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を通電して前記磁気作動素子による加圧力を前記被対象物に印加する加圧部と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a pressurizing apparatus according to the present invention is a pressurizing apparatus that lowers a Z-axis stage in a vertical direction and applies a pressure force to an object. Is slidably supported in the direction, and the coil is energized by the interaction of the slide unit that descends to the bottom dead center with its own weight and the magnetic force of the magnetic circuit and the magnetic force generated by energizing the coil in the magnetic circuit. A magnetic actuation element that applies a thrust proportional to the current value to the slide unit via a connecting shaft, a drive circuit that drives and controls the Z-axis stage and the magnetic actuation element, and a bottom dead center of the set stroke. A bottom dead center sensor that detects the slide unit that descends and detects the slide unit that rises from the bottom dead center of the set stroke; and the bottom dead center sensor Based on the detection signal, the drive circuit drives and controls the Z-axis stage and the magnetic actuating element, and the slide unit is lifted upward away from the object by thrust generated by energizing the magnetic actuating element. A self-weight measuring unit that measures the self-weight of the slide unit based on a current value supplied to the magnetic actuating element at the time, and the Z-axis stage and the magnetic operation by the drive circuit based on a detection signal of the bottom dead center sensor In a state where the Z-axis stage is stopped at a height position at which the slide unit can slide up and down within the range of the set stroke with respect to the object by driving and controlling the element, A pressurization unit that applies a current value corresponding to a difference between a set pressurization value and a self-weight value) and applies a pressure applied by the magnetic actuator to the object. To.
前記加圧部は、前記磁気作動素子への通電を負極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子による加圧力を前記スライドユニットの自重以下の加圧力に設定可能であり、また、前記磁気作動素子への通電を正極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子の加圧力を前記スライドユニットの自重以上の加圧力に設定可能である機能を有することを特徴とする。 The pressurizing unit can set the pressure applied by the magnetic actuating element to a pressure equal to or less than the weight of the slide unit by switching energization to the magnetic actuating element to a negative polarity, and the magnetic actuating element By switching the energization to positive polarity, the pressure of the magnetic actuating element can be set to a pressure greater than the weight of the slide unit.
前記加圧部は、自重測定部の自重測定時の電流値を引き継いでその電流値を漸減させて前記スライドユニットを前記設定ストロークの下死点に移動させ、その状態を維持して前記スライドユニットを前記被対象物に接触させる機能を有していることを特徴とする。 The pressurizing unit takes over the current value at the time of measuring the self-weight of the self-weight measuring unit, gradually decreases the current value, moves the slide unit to the bottom dead center of the set stroke, and maintains the state of the slide unit. It has the function to contact with the said target object, It is characterized by the above-mentioned.
本発明に係る加圧方法は、Z軸ステージを鉛直方向に下降させて加圧力を被対象物に印加する加圧方法において、前記Z軸ステージと、前記Z軸ステージに設定ストローク範囲で上下方向にスライド可能に支持され、自重で前記設定ストロークの下死点まで下降するスライドユニットとを組み合わせ、下死点センサの検出信号に基づいてZ軸ステージと磁気作動素子を駆動制御して、前記磁気作動素子への通電による推力で前記スライドユニットを前記被対象物から離間する上方へ引き上げた際の前記磁気作動素子へ通電する電流値に基づいて前記スライドユニットの自重を測定する自重測定ステップと、前記下死点センサの検出信号に基づいて前記Z軸ステージと前記磁気作動素子を駆動制御して、前記スライドユニットが前記対象物に対して前記設定ストロークの範囲内で上下にスライド可能な高さ位置に前記Z軸ステージを停止させた状態で、前記磁気作動素子へ(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を通電して前記磁気作動素子による加圧力を前記被対象物に印加する加圧ステップと、を実行することを特徴とする。 A pressurizing method according to the present invention is a pressurizing method in which a Z-axis stage is lowered in a vertical direction to apply a pressure force to an object, and the Z-axis stage and the Z-axis stage are vertically moved within a set stroke range. A slide unit that is slidably supported by its own weight and descends to the bottom dead center of the set stroke, and drives and controls the Z-axis stage and the magnetic actuator based on the detection signal of the bottom dead center sensor to A self-weight measuring step for measuring the self-weight of the slide unit based on a current value to be supplied to the magnetic operating element when the slide unit is pulled upward from the object by thrust generated by energizing the operating element; Based on the detection signal of the bottom dead center sensor, the Z-axis stage and the magnetic actuating element are driven and controlled, and the slide unit is placed on the object. In the state where the Z-axis stage is stopped at a height position that can be slid up and down within the set stroke range, a current value corresponding to a difference between the set pressure value and the dead weight value is applied to the magnetic actuator. Performing a pressurizing step of energizing and applying a pressure applied by the magnetic actuating element to the object.
前記加圧ステップにおいて、前記磁気作動素子への通電を負極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子の推力による加圧力を前記スライドユニットの自重以下の加圧力に設定し、前記磁気作動素子への通電を正極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子による加圧力を前記スライドユニットの自重以上の加圧力に設定することを特徴とする。 In the pressurizing step, by switching the energization to the magnetic actuating element to negative polarity, the pressurizing force by the thrust of the magnetic actuating element is set to a pressurizing force less than the weight of the slide unit, and By switching energization to positive polarity, the pressure applied by the magnetic actuating element is set to a pressure greater than the weight of the slide unit.
前記加圧ステップにおいて、自重測定部の自重測定時の電流値を引き継いでその電流値を漸減させて前記スライドユニットを前記設定ストロークの下死点に移動させ、その状態を維持して前記スライドユニットを前記被対象物に接触させる機能を有していることを特徴とする。 In the pressurizing step, the current value at the time of self-weight measurement of the self-weight measuring unit is taken over and the current value is gradually decreased to move the slide unit to the bottom dead center of the set stroke, and the state is maintained and the slide unit is maintained. It has the function to contact with the said target object, It is characterized by the above-mentioned.
本発明に係る加圧プログラムは、Z軸ステージを鉛直方向に下降させて加圧力を被対象物に印加する制御を行う加圧プログラムにおいて、下死点センサの検出信号に基づいてZ軸ステージと磁気作動素子を駆動制御して、前記磁気作動素子への通電による推力で前記スライドユニットを前記被対象物から離間する上方へ引き上げて前記磁気作動素子へ通電する電流値に基づいて前記スライドユニットの自重を測定する自重測定機能と、前記下死点センサの検出信号に基づいて前記Z軸ステージと前記磁気作動素子を駆動制御して、前記スライドユニットが前記対象物に対して前記設定ストロークの範囲内で上下にスライド可能な高さ位置に前記Z軸ステージを停止させた状態で、前記磁気作動素子へ(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を通電して前記磁気作動素子による加圧力を前記被対象物に印加する加圧機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。 The pressurization program according to the present invention is a pressurization program that performs control to lower the Z-axis stage in the vertical direction and apply an applied pressure to the object, and based on the detection signal of the bottom dead center sensor, Drive control of the magnetic actuating element, and the slide unit is lifted upwardly away from the object by thrust generated by energization of the magnetic actuating element, and based on the current value of energizing the magnetic actuating element based on the current value of the slide unit A self-weight measuring function for measuring the self-weight, and driving control of the Z-axis stage and the magnetic actuating element based on a detection signal of the bottom dead center sensor, so that the slide unit has a range of the set stroke with respect to the object. The Z-axis stage is stopped at a height position in which the Z-axis stage can be slid up and down. It said pressure applied by said magnetic actuation device by energizing the current values, characterized in that to execute a pressure function to be applied to the object, to the computer.
前記コンピュータに、前記磁気作動素子への通電を負極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子による加圧力を前記スライドユニットの自重以下の加圧力に設定し、前記磁気作動素子への通電を正極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子による加圧力を前記スライドユニットの自重以上の加圧力に設定する機能を実行させることを特徴とする。 In the computer, by switching the energization to the magnetic actuating element to negative polarity, the pressurizing force by the magnetic actuating element is set to a pressurizing force below the dead weight of the slide unit, and the energization to the magnetic actuating element is positive. By switching to, the function of setting the pressure applied by the magnetic actuating element to a pressure greater than the weight of the slide unit is executed.
前記コンピュータに、自重測定部の自重測定時の電流値を引き継いでその電流値を漸減させて前記スライドユニットを前記設定ストロークの下死点に移動させ、その状態を維持して前記スライドユニットを前記被対象物に接触させる機能を実行させることを特徴とする。 The computer takes over the current value at the time of the self-weight measurement of the self-weight measuring unit and gradually reduces the current value to move the slide unit to the bottom dead center of the set stroke, and maintains the state to maintain the slide unit A function of bringing the object into contact with an object is executed.
以上説明したように本発明によれば、スライドユニットの自重を測定することによりユーザにスライドユニットの自重を意識させないで設定加圧力の設定を可能にすることができるという効果を奏する。 As described above, according to the present invention, it is possible to set the set pressure without making the user aware of the weight of the slide unit by measuring the weight of the slide unit.
さらに、スライドユニットの自重を測定することにより、スライドユニットの自重以下から自重以上の加圧力を自在に設定することができという効果を奏する。 Further, by measuring the weight of the slide unit, it is possible to freely set a pressure force that is less than or equal to the weight of the slide unit.
本発明の実施形態に係る加圧装置は、試料を研磨する研磨装置や複数の合板を積層接着する合板積層装置などのように、鉛直方向(Z軸方向)で定圧の加圧力を被対象物に印加する装置に適用することができるものである。 The pressurizing apparatus according to the embodiment of the present invention applies a constant pressure in the vertical direction (Z-axis direction), such as a polishing apparatus for polishing a sample or a plywood laminating apparatus for laminating and bonding a plurality of plywoods. The present invention can be applied to an apparatus for applying to the above.
以下の説明では、本発明の実施形態に係る加圧装置を上述した研磨装置に適用した場合の例に沿って説明する。なお、本発明の実施形態に係る加圧装置の適用は、上述した研磨装置や合板積層装置に限られるものではなく、鉛直方向(Z軸方向)で定圧の加圧力を被対象物に印加する必要のある装置であれば、いずれのものでもよい。
試料の研磨を行う際には、回転する研磨盤に対してZ軸方向(上下方向)にスライド可能な試料ホルダに被研磨対象物である試料を取付け、前記試料ホルダを研磨量に応じてZ軸方向に垂直移動させつつ前記試料を前記研磨盤で設定の研磨量まで研磨することになる。前記試料を研磨する際には、設定された研磨荷重(加圧力)を前記試料に付加する必要がある。
In the following description, the pressurizing apparatus according to the embodiment of the present invention will be described along with an example in the case where it is applied to the above-described polishing apparatus. Note that the application of the pressurizing apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to the above-described polishing apparatus or plywood laminating apparatus, and applies a constant pressure to the object in the vertical direction (Z-axis direction). Any device may be used as long as it is necessary.
When polishing a sample, a sample as an object to be polished is attached to a sample holder that is slidable in the Z-axis direction (vertical direction) with respect to a rotating polishing disk, and the sample holder is attached according to the amount of polishing. The sample is polished by the polishing disk to a set polishing amount while vertically moving in the axial direction. When polishing the sample, it is necessary to apply a set polishing load (pressure) to the sample.
既設の技術としてZ軸ステージ1を鉛直方向に下降させて加圧力を被対象物に印加する研磨装置が開発されているが、本発明の実施形態は、Z軸ステージ1にスライドユニット2を鉛直方向に設定ストロークの範囲でスライド可能に支持し、Z軸ステージ1の下降による加圧力の印加に代えて、前記スライドユニット1による加圧力を印加する構成に特徴がある。しかも、前記スライドユニット1のストロークに左右されずに定圧の加圧力を印加することに特徴がある。
本発明の実施形態に係る加圧装置を適用した研磨装置は図14に示すように、スライドユニット2に保持された試料12が、スライドユニット2の下降に伴って研磨盤21に接触し、磁気作動素子3の推力による加圧力が印加され、前記試料12が前記研磨盤21で研磨されることとなる。研磨装置では、スライドユニット12に保持された試料12が研磨盤21に接触された時点から、スライドユニット12に加えられる磁気作動素子3の推力を受けて試料12に加圧力が印加される。
As an existing technology, a polishing apparatus that lowers the Z-
In the polishing apparatus to which the pressurizing apparatus according to the embodiment of the present invention is applied, the
本発明の実施形態に係る加圧装置は図1及び図2に示すように、Z軸ステージ1に設定ストローク範囲で上下方向にスライド可能に支持され、自重で前記設定ストロークの下死点まで下降するスライドユニット2と、前記Z軸ステージ1に取り付けられ、磁気回路(磁石3b)の磁力と前記磁気回路(磁石3b)内のコイル3dへの通電による磁力との相互作用で前記コイル3dに通電される電流値に比例する推力を鉛直方向に励起する磁気作動素子(図4のボイスコイルモーター参照)3と、前記Z軸ステージ1と前記磁気作動素子3とを駆動制御する駆動回路4a,4bと、前記設定ストロークの下死点に下降する前記スライドユニット1を検出し、且つ前記設定ストロークの下死点から上昇する前記スライドユニット2を検出する下死点センサ5と、前記駆動回路4a,4bを駆動制御する制御ユニット6とを、有している。前記駆動回路4aは、磁気作動素子3を駆動制御するVCM駆動回路であり、前記駆動回路4bは、Z軸ステージ1が備えた駆動源24を駆動制御するZ軸ステージ駆動回路であるが、駆動回路4a,4bとして表記することがある。
As shown in FIGS. 1 and 2, the pressurizing device according to the embodiment of the present invention is supported by the Z-
前記制御ユニット6は図2に示すように、前記下死点センサ5の検出信号に基づいて前記駆動回路4a,4bで前記Z軸ステージ1と前記磁気作動素子3を駆動制御して、前記磁気作動素子3への通電による推力で前記スライドユニット1を被対象物から離間する上方へ引き上げて前記磁気作動素子3へ通電する電流値に基づいて前記スライドユニット2の自重を測定する自重測定部7と、前記下死点センサ5の検出信号に基づいて前記駆動回路4a,4bで前記Z軸ステージ1と前記磁気作動素子3を駆動制御して、前記スライドユニット2が前記被対象物に対して前記設定ストロークの範囲内で上下にスライド可能な高さ位置に前記Z軸ステージ1を停止させた状態で、前記磁気作動素子3へ(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を前記磁気作動素子へ通電して前記磁気作動素子3による加圧力を前記被対象物に印加する加圧部8と、を有することを特徴とする。
As shown in FIG. 2, the
前記加圧部8は、前記駆動回路4aによる前記磁気作動素子3への通電を負極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子3による加圧力を前記スライドユニット2の自重以下の加圧力に設定可能であり、また、前記駆動回路4aによる前記磁気作動素子3への通電を正極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子3による加圧力を前記スライドユニット1の自重以上の加圧力に設定可能である機能を有している。
The pressurizing
前記制御ユニット6は図2に示すように、前記Z軸ステージ1の高さ位置を測定する高さ測定センサ9を有している。前記高さ測定センサ9としてリニアエンコーダを用いており、図1に示すガイド23に添って鉛直方向に設置し、前記ガイド23に案内されて上下動する前記Z軸ステージ1の高さを測定するようになっている。前記自重測定部7及び加圧部8はメモリ10を有している。
As shown in FIG. 2, the
次に、本発明の実施形態では図4に示すように、磁気作動素子3としてボイスコイルモーターを用いている。磁気作動素子3としてのボイスコイルモーターは図5(a)に示すように、ボイスコイルモーター3のコイル3dに通電される電流値とボイスコイルモーター3が発生する推力との関係は直線的に比例する関係にある。さらに、ボイスコイルモーター3のコイル3dに通電する電流値すなわちボイルコイルモーター3が発生する推力は、前記スライドユニット2を上方に引き上げる能力を示すものであるから、ボイスコイルモーター3の推力とスライドユニット2の自重との関係は図5(b)に示すように直線的に比例する関係がある。前記メモリ10は図5(a)(b)に示すデータ及び被対象物に印加する設定加圧力及びそれに対応する電流値などのデータを記憶している。
Next, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, a voice coil motor is used as the
本発明の実施形態に係る加圧装置は図1及び図11に示すように、Z軸ステージ1にスライドユニット2を設定ストローク範囲で上下方向にスライド可能に支持し、スライドユニット2の自重で前記設定ストロークの下死点まで下降させ、前記設定ストロークの下死点に下降する前記スライドユニット2、および前記設定ストロークの下死点から上昇する前記スライドユニット2を下死点センサ5でそれぞれ検出し、前記下死点センサ5の検出信号に基づいて、前記Z軸ステージ1に取り付けられた磁気作動素子3の磁気回路の磁力と前記磁気回路内のコイル3dへの通電による磁力との相互作用で前記コイル3dに通電される電流値に比例する推力を励起し、前記磁気作動素子3への通電による推力で前記スライドユニット2を前記被対象物から離間する上方へ引き上げて前記磁気作動素子3へ通電する電流値に基づいて前記スライドユニット2の自重を測定し、図12〜図15に示すように、前記下死点センサ5の検出信号に基づいて前記スライドユニット2が前記対象物に対して前記設定ストロークの範囲内で上下にスライド可能な高さH5(H5<H2)の位置に前記Z軸ステージ1を停止させた状態で、前記磁気作動素子3へ(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を通電して前記磁気作動素子3による加圧力を前記被対象物に印加することになる。
As shown in FIGS. 1 and 11, the pressurizing device according to the embodiment of the present invention supports the
以上の説明では、本発明を加圧装置として構築したが、加圧プログラムとして構築してもよい。その本発明に係る加圧プログラムは、Z軸ステージを鉛直方向に下降させて加圧力を被対象物に印加する制御を行う加圧プログラムにおいて、コンピュータに、下死点センサ5の検出信号に基づいてZ軸ステージ1と磁気作動素子3を駆動制御して、前記磁気作動素子3への通電による推力で前記スライドユニット2を前記被対象物から離間する上方へ引き上げて前記磁気作動素子3へ通電する電流値に基づいて前記スライドユニット2の自重を測定する自重測定機能と、前記下死点センサ5の検出信号に基づいて前記Z軸ステージ1と前記磁気作動素子3を駆動制御して、前記スライドユニット2が前記対象物に対して前記設定ストロークの範囲内で上下にスライド可能な高さ位置H5に前記Z軸ステージ1を停止させた状態で、前記磁気作動素子3へ(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を通電して前記磁気作動素子3による加圧力を前記被対象物に印加する加圧機能と、を実行させる実行させる構成として構築する。
In the above description, the present invention is constructed as a pressurizing device, but may be constructed as a pressurizing program. The pressurizing program according to the present invention is a pressurizing program for performing control for lowering the Z-axis stage in the vertical direction and applying a pressurizing force to an object, based on a detection signal of the bottom
前記加圧プログラムにおいて、前記コンピュータに、前記磁気作動素子3への通電を負極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子3による加圧力を前記スライドユニット2の自重以下の加圧力に設定し、前記磁気作動素子3への通電を正極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子3による加圧力を前記スライドユニット2の自重以上の加圧力に設定する機能を実行させる。また、前記コンピュータに、自重測定部の自重測定時の電流値を引き継いでその電流値を漸減させて前記スライドユニット2を前記設定ストロークの下死点に移動させ、その状態を維持して前記スライドユニット2を前記被対象物に接触させる機能を実行させる構成として構築する。
In the pressurizing program, the computer is configured to set the pressure applied by the
本発明の実施形態に係る加圧装置を適用する研磨装置を示す図3において、図の上下方向にZ軸方向、図の左右方向にX軸方向、図の奥行き方向にY軸方向をそれぞれ設定して説明する。本発明の実施形態に係る研磨装置による研磨には、単純に試料を研磨することにとどまらず、積層界面構造,多層膜(薄膜)の観察及び除去,結晶解析に必要な試料情報を得るための研磨,半導体の故障解析,メッキ層の構造解析,電子部品などの平面研磨や断面研磨を含むものである。 In FIG. 3 showing a polishing apparatus to which a pressurizing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied, a Z-axis direction is set in the vertical direction of the drawing, an X-axis direction is set in the horizontal direction of the drawing, and a Y-axis direction is set in the depth direction of the drawing. To explain. The polishing by the polishing apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to simply polishing a sample, but for obtaining sample information necessary for observation and removal of a laminated interface structure, multilayer film (thin film), and crystal analysis. This includes polishing, failure analysis of semiconductors, structural analysis of plated layers, and surface polishing and cross-section polishing of electronic components.
図3に示す研磨装置は、装置本体20に回転自在に支持され上面に研磨材(図示略)を備えた研磨盤21と、直交するX軸方向とY軸方向とZ軸方向との3軸方向にガイド22aに案内されて移動するZ軸ベース22と、前記Z軸ベース22にZ軸方向(鉛直方向)に移動可能に支持されたZ軸ステージ1と、前記Z軸ステージ1にZ軸方向(鉛直方向)にスライド可能に支持されたスライドユニット2とを有している。図3に示す研磨装置では、試料12がスライドユニット2に保持され、試料12はZ軸ステージ1及びスライドユニット2の下方への移動に伴って研磨盤21に接触し、且つ更なるスライドユニット2の下方への移動に伴って加圧力(研磨圧)が加わることになる。研磨装置の場合、スライドユニット2は下端に図示しないホルダが取り付けられ、そのホルダに試料12が保持されることになり、この場合におけるスライドユニット2の自重は、スライドユニット2の重量及び図示しないホルダ並びに試料12の重量の総重量となる。
なお、図3に示す研磨装置自体に特徴がなく、本発明者等は図7に示す研磨装置の具体的構造を特願2014−180567号にて開示しており、その具体的構造についての説明を省略する。以下では、本発明の実施形態において特徴をもつ構造についてのみ説明する。
The polishing apparatus shown in FIG. 3 includes a polishing
Note that the polishing apparatus itself shown in FIG. 3 has no characteristics, and the present inventors have disclosed the specific structure of the polishing apparatus shown in FIG. 7 in Japanese Patent Application No. 2014-180567, and description of the specific structure will be made. Is omitted. Below, only the structure which has the characteristics in embodiment of this invention is demonstrated.
前記Z軸ステージ1と前記スライドユニット2との具体的な関係を図4に基づいて詳細に説明する。図4においては、前記Z軸ステージ1をZ軸方向(鉛直方向)に移動させる昇降機構が汎用のものであり、前記昇降機構を図示省略している。前記Z軸ステージ1は図3に示すZ軸モータ24を備えており、図2のZ軸ステージ駆動回路4bがZ軸モータ24を駆動制御することにより、前記Z軸モータ24の駆動により前記昇降機構を介して図4のZ軸方向(鉛直方向)に移動するようになっている。
前記Z軸ステージ1は前記Z軸ベース22の鉛直方向のガイド23,23に案内されてZ軸方向(鉛直方向)に移動可能であり、さらに前記Z軸ステージ1は駆動源24を備えており、Z軸モータ24の駆動によりZ軸方向の上下方向に移動されて被対象物である研磨盤21に対する高さ位置が設定される。前記Z軸ステージ1の高さ位置は、前記ガイド23に添って設置されたリニアエンコーダで測定される。なお、高さ位置センサ9は、Z軸ステージ1の高さを測定できるものであれば、リニアエンコーダ以外のものあってもよい。
A specific relationship between the Z-
The Z-
前記Z軸ステージ1は図4に示すように、鉛直方向に伸びる2本のガイド13,13を有している。前記スライドユニット2は、前記Z軸ステージ1のガイド13,13に案内されて設定ストロークの範囲内でZ軸方向(鉛直方向)にスライド可能に支持されており、前記スライドユニット2の自重で前記設定ストロークの下死点にスライドしている。図4は、前記スライドユニット2が自重で設定ストロークの下死点に位置していることを示している。前記スライドユニット2が前記設定ストロークの下死点までスライドした場合に、前記スライドユニット2が前記Z軸ステージ1から下方へ抜け出るのを防止するストッパ1aが前記Z軸ステージ1のガイド13,13の最下点の位置に設けられており、その位置に前記スライドユニット2の設定ストロークの下死点が設定されている。
As shown in FIG. 4, the Z-
前記スライドユニット2の設定ストロークの下死点の位置に下死点センサ5が設置されている。前記下死点センサ5は、前記設定ストロークの下死点に下降する前記スライドユニット1を検出し、且つ前記設定ストロークの下死点から上昇する前記スライドユニット2を検出するようになっている。図4に示す下死点センサ5の例では、発光素子5a(又は受光素子5b)をZ軸ステージ1に取付け、受光素子5b(又は発光素子5a)をスライドユニット2に取り付けており、発光素子5aと受光素子5bとの間での光のON,OFFにより前記スライドユニット2を検出するようにしている。下死点センサ5としては光学式センサを用いたが、これに限られるものではなく、前記スライドユニット2を検出可能なセンサであれば、いずれのものであってもよい。
A bottom
本発明の実施形態では磁気作動素子3としてボイスコイルモーター(VCM)を用いており、以下に、前記VCM3と前記スライドユニット2との関係を図4に基づいて詳細に説明する。前記磁気作動素子3としてボイスコイルモーターを用いているが、ボイスコイルモーターのように磁気回路の磁力と前記磁気回路内のコイルへの通電による磁力との相互作用で前記コイルに通電される電流値に比例する推力を励起する構成のものであれば、ボイスコイルモーター以外のものであってもよいものである。
図4に示すように、前記VCM3は、円筒状の固定枠3aと、前記固定枠3aの内周面に取り付けられた円筒状の磁石3bと、前記Z軸ステージ1にZ軸方向に移動可能に支持されて前記円筒状の磁石3bの内方でZ軸方向に直線移動する連結軸3cと、前記磁石3bによる磁気回路Gの範囲で前記連結軸3cに巻き付けられたコイル3dとからなる。また、前記磁気作動素子3の連結軸3cは前記スライドユニット2に連結されている。
In the embodiment of the present invention, a voice coil motor (VCM) is used as the
As shown in FIG. 4, the
前記連結軸3cは、その下端に前記スライドユニット1が連結されている。従って、前記VCM3は、VCM駆動回路4aから前記コイル3dに通電されると、前記磁石3bによる磁気回路Gの磁力と前記磁気回路G内の前記コイル3dへの通電による磁力との相互作用で前記コイル3dに通電される電流値に比例する推力を鉛直方向に励起し、前記コイル3dへの通電が継続している間は前記VCM3に前記推力が継続して励起しており、その連結軸3cの直線移動の推力で前記スライドユニット2が前記Z軸ステージ1のガイド13,13に案内されてZ軸方向(鉛直方向)へスライドして直線移動することになる。前記VCM3は、前記VCM駆動回路4aからの通電の極性を切り替える、例えば負極性(−)側に切り替えると前記連結軸3cをZ軸の上方へ直線移動させる推力を励起し、正極性(+)側に切り替えると前記連結軸3cをZ軸の下方へ直線移動させる推力を励起する。
The
(動作の説明)
次に、本発明の実施形態に係る加圧装置を用いて加圧力を制御する場合を図6〜図15に基づいて説明する。
(Description of operation)
Next, the case where the pressurizing force is controlled using the pressurizing apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[スライドユニットの自重測定]
スライドユニット2の自重として、図示しない試料ホルダ,試料12,VCM3の連結軸3c及びコイル3d,下死点センサ5の受光素子5bなどの重量を合わせた自重を測定する場合を図6及び図11,図12に基づいて説明する。図11に示すように、Z軸ベース22の左右方向への動きを固定する。
[Slide unit self-weight measurement]
6 and 11 show a case where the weight of the
自重測定部7は図11に示すように、高さ位置センサ9の出力を受けてZ軸ステージ駆動回路4bにより駆動源24を駆動制御してZ軸ステージ1を高さH1まで上昇させ、その高さ位置H1に停止させ、VCM3のコイル3dへの電流値を零すなわち無給電状態として(図6のステップS1)、図11に示すようにスライドユニット1の自重で前記スライドユニット2を設定ストロークの下死点までスライドさせる。この高さ位置をH2とする。スライドユニット2が設定ストロークの下死点にスライドすると、下死点センサ5がスライドユニット2を検出する。
自重測定部7は、下死点センサ5の出力を受けて、下死点センサ5が設定ストロークの下死点にスライドユニット2を検出したか否かを判定する(図6のステップS2)。自重測定部7は、下死点センサ5がスライドユニット2を検出しない場合(下死点センサ5がOFF)、メカエラーの信号を出力する(図6のステップS2の不検出)。
As shown in FIG. 11, the self-
The self-
下死点センサ5が設定ストロークの下死点にスライドユニット2が下降した場合にONとなり、図11に示すように、スライドユニット2は研磨盤21から上方に離間した高さH2に位置する、すなわち、スライドユニット2は設定ストロークの下死点でZ軸ステージ1にぶら下がっている状態となる。
The bottom
自重測定部7は、下死点センサ5がスライドユニット2を検出した場合(下死点センサ5がON:図6のステップS2の検出)、VCM駆動回路4aの極性を負極性に切り替えて(図6のステップS3)、VCM駆動回路4aを駆動制御してVCM3のコイル3dへ負極性の電流を例えば1mAずつ漸増させてVCM3に上方への推力を発生させる(図6のステップS4)。
図12に示すように、VCM3の発生する推力がスライドユニット2の自重より勝った場合に、VCM3の推力によりスライドユニット2が上方に持ち上げられ、スライドユニット2に取り付けた受光素子5bがZ軸ステージの発光素子5aから離れることにより、下死点センサ5がOFFになる。
自重測定部7は、下死点センサ5の出力を受けてVCM3の推力によりスライドユニット2が持ち上げられて下死点センサ5がOFFになったことを判定した場合(図6のステップS5 不検出)、その瞬間にVCM3のコイル3dに通電している電流値に基づいてスライドユニット2の自重を測定し、その測定値をメモリ10に記憶させる(図6のステップS6)。すなわち、自重測定部7は、図5(a)(b)に示す特性において瞬間の電流値が電流値A1である場合、VCM3の発生する推力がF1であること、及びその電流値A1である場合にスライドユニット3の自重がM1であることを割り出すことにより、スライドユニット3の自重を測定し、スライドユニット2の自重と瞬間電流値A1と推力F1とを対応させてメモリ10に記憶させる。
When the bottom
As shown in FIG. 12, when the thrust generated by the
When the
図6のステップS5の処理において、自重測定部7は、下死点センサ5がONのままである場合(図6のステップS5の検出)、VCM3のコイル3dへ通電している電流値が最大であるか否かを判定する(図6のステップS7)。自重測定部7は前記電流値が最大でない場合(図6のステップS7のNO)、処理を図6のステップS4の処理に戻す。自重測定部7は電流値が最大である場合(図6のステップS7:YES)、VCM3への通電を停止させ(図6のステップS8)、自重オーバーである表示を出力する(図6のステップS9)。この場合、VCM3の発生する推力ではスライドユニット2を設定ストロークの下死点から上方に引き上げることができない、すなわち、スライドユニット2の自重を測定できない状態となる。
In the process of step S5 of FIG. 6, when the bottom
[研磨動作]
次に、図6に示すスライドユニット2の自重測定が完了した後において、研磨開始から研磨が終了するまでの一連の動作を図7に基づいて説明する。
図7のステップS20に示すように研磨開始のスタートボタンを操作すると、図7に示す動作フローに従ってスライドユニット1の自重を測定する処理が実行され(図6のステップ6,図7のステップS21)、図8に示す接触圧軽減処理(図7のステップS22)を実行させる。前記接触圧軽減処理(図7のステップS22)は図8に示すように、研磨盤21と試料12の接触を下死点センサ5で検知するためにスライドユニット2を下死点に移動させ、かつ接触の際に研磨盤21の図示しない研磨面に与えるダメージを最小限に抑えるための処理である。
次に、研磨盤21を回転させた後に、Z軸ステージ1を下降させて、試料12を研磨盤21の研磨面に接触させる(図7のステップS24)。このように、研磨盤21を回転させて試料12を研磨盤21の研磨面に接触させることにより、試料12が研磨盤21に接触する際のダメージを軽減させている。
次に、加圧部8による研磨荷重設定処理(図7のステップS25)を経て、VCM3の連結軸3dの直線移動によりスライドユニット2が下降して試料12が研磨盤21に圧接され、試料12の研磨量に応じて徐々にスライドユニット2がVCM3の推力を受けてZ軸の下方に移動し、研磨盤21による試料12の研磨が行われる(図7のステップS26)。
研磨盤21による試料12の研磨が停止条件まで実行され(図7のステップS27)、研磨が終了した時点でZ軸ステージ1が図14の高さH5の位置から上昇し、研磨された試料12が研磨盤21から離脱する(図7のステップS28)。その後、Z軸ステージ1が図10の高さH1まで上昇した際にVCM3への通電を停止し(図7のステップS29)、それに伴って、研磨盤21の回転動作が停止し(図7のステップS30)、研磨動作が終了する。
[Polishing operation]
Next, a series of operations from the start of polishing to the end of polishing after completion of the weight measurement of the
When the start button for starting polishing is operated as shown in step S20 of FIG. 7, a process for measuring the weight of the
Next, after rotating the polishing
Next, after the polishing load setting process (step S25 in FIG. 7) by the pressurizing
Polishing of the
[接触圧軽減処理]
図7のステップ22において実行される接触圧軽減処理を図8に示すフローに基づいて説明する。図8に示す接触圧軽減処理、すなわち、研磨盤21と試料12の接触を下死点センサ5で検知するためにスライドユニット2を下死点に移動させ、かつ接触の際に研磨盤21の研磨面に与えるダメージを最小限に抑えるための接触圧軽減処理を実行する。
前記加圧部8は、スライドユニット2の自重測定時の電流値をメモリ10から読み出して、その自重測定時の電流値を例えば1mAずつ漸減させ(図8のステップS31)、図14に示すようにスライドユニット2を下死点に徐々にスライドさせ、スライドユニット2が下死点に到達、すなわちスライドユニット2がストッパ1aに到達した際のVCM3のコイル3dに通電している電流値を保持する(図8のステップ32:検出)。
[Contact pressure reduction processing]
The contact pressure reducing process executed in
The pressurizing
加圧部8は下死点センサ5がONのままである場合(図8のステップS32:不検出)、
VCM3への電流値が零であるか否かを判定し(図8のステップS33)、電流値が零ではない場合(図8のステップS33のNO)、その処理をステップS31に戻す。電流値が零である場合(図8のステップS33のYES)、加圧部8は、メカエラーの表示を行う(図8のステップS33)。
When the bottom
It is determined whether or not the current value to the
図8に示す接触圧軽減処理が終了すると、加圧部8は図14に示すZ軸ステージ1を図15に示すように下降させて図7のステップS24に示すZ軸下降処理を行う。この処理を図9及び図15に基づいて説明する。
図9に示すZ軸下降処理S40を開始すると、加圧部8は図15に示すように、Z軸駆動回路4bでZ軸モータ24を駆動制御してZ軸ステージ1を高さH4の位置まで下降させる(図9のステップS41)。Z軸ステージ1が高さH4の位置を過ぎると、下死点センサ5がOFFになる。
加圧部8は図15に示すように、下死点センサ5がOFFとなった際に高さ位置センサ9の出力を得て、前記スライドユニット2が前記設定ストロークの範囲内で下方へスライド可能な高さ位置H5、望ましくはスライドユニット2がスライドする設定ストロークの中点に対応する高さ位置までZ軸ステージ1を下降させ、その高さH5(H5<H2)の位置に停止させる(図9のステップS43)。
When the contact pressure reduction process shown in FIG. 8 is completed, the pressurizing
When the Z-axis lowering process S40 shown in FIG. 9 is started, as shown in FIG. 15, the pressurizing
As shown in FIG. 15, the pressurizing
[研磨加重設定処理]
研磨に必要な荷重の設定処理を図10に基づいて説明する。図10のステップS25において、加圧部8は、自重測定部7が測定したスライドユニット2の自重の測定値及びその自重測定時の電流値と、設定荷重(設定加圧力)の設定荷重値及びその設定荷重値に対応する電流値とを読み出し、スライドユニット2の自重と設定荷重値との大小を比較する(図10のステップS50)。
図10のステップS50において、スライドユニット2の自重が設定荷重値よりも大きい(スライドユニット2の自重>設定荷重値)場合(図10のステップ50:YES)、加圧部8は、VCM3のコイル3dへ通電する電流を負極性のままで、(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値をVCM3のコイル3dに継続して通電する(図10のステップS51)。したがって、スライドユニット2の自重に対してVCM3の上方への推力が働くため、スライドユニット2の自重が軽減されて、試料12に印加される荷重は、スライドユニット2の自重より小さい荷重に設定される。
[Polishing weight setting process]
A load setting process necessary for polishing will be described with reference to FIG. In step S25 of FIG. 10, the pressurizing
In step S50 of FIG. 10, when the weight of the
図10のステップS50において、スライドユニット2の自重が設定荷重値よりも小さい(スライドユニット2の自重<設定荷重値)場合(図10のステップ50:NO)、加圧部8は、VCM3のコイル3dへ通電する電流を正極性に切り替えて、(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を正極性でVCM3のコイル3dに継続して通電する(図10のステップS52)。したがって、スライドユニット2の自重にVCM3の下方への推力が加わるため、試料12に印加される荷重は、スライドユニット2の自重より大きい荷重に設定される。
In step S50 of FIG. 10, when the weight of the
次に、本発明の実施形態の変形例について説明する。図16(b)に示すように、VCM3のコイル3dへの電流値を徐々に増加させ、スライドユニット2が移動し始めることについてはヒステリシス特性がある。これはVCM3の電流対推力特性がスライドユニット2のストローク中心を頂点とした緩やかな太鼓型のカーブを持っている特性がある。
そこで、図16(a)に示すように、VCM3の磁石3bの内周面を、VCM3の連結軸3cのストローク中心を頂点として緩やかな太鼓型カーブと逆の凹形状に構成し、この凹形状により、前記スライダユニット2のスライド範囲内で前記磁石3bの磁力を補正する磁力補正手段15を構成してもよいものである。
Next, a modification of the embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 16B, there is a hysteresis characteristic in that the current value to the
Therefore, as shown in FIG. 16 (a), the inner peripheral surface of the
以上説明したように本発明の実施形態によれば、Z軸ステージにスライドユニットを設定ストローク範囲で上下方向にスライド可能に支持し、前記スライドユニットの自重で前記設定ストロークの下死点まで下降させ、前記設定ストロークの下死点に下降する前記スライドユニット、および前記設定ストロークの下死点から上昇する前記スライドユニットを下死点センサでそれぞれ検出し、前記下死点センサの検出信号に基づいて、前記Z軸ステージに取り付けられた磁気作動素子の磁気回路の磁力と前記磁気回路内のコイルへの通電による磁力との相互作用で前記コイルに通電される電流値に比例する推力を励起することにより、前記磁気作動素子への通電による推力で前記スライドユニットを前記被対象物から離間する上方へ引き上げて前記磁気作動素子へ通電する電流値に基づいて前記スライドユニットの自重を測定することができるという効果を奏する。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the slide unit is supported on the Z-axis stage so as to be vertically slidable within the set stroke range, and is lowered to the bottom dead center of the set stroke by the weight of the slide unit. The slide unit that descends to the bottom dead center of the set stroke and the slide unit that rises from the bottom dead center of the set stroke are detected by a bottom dead center sensor, respectively, and based on the detection signal of the bottom dead center sensor And exciting a thrust proportional to a current value supplied to the coil by an interaction between a magnetic force of a magnetic circuit of a magnetic actuating element attached to the Z-axis stage and a magnetic force generated by energizing the coil in the magnetic circuit. Thus, the slide unit is lifted upward away from the object by the thrust generated by energizing the magnetic actuating element. Based on the current value to be supplied to the serial magnetic actuation element is advantageously possible to measure the weight of the slide unit.
さらに、前記下死点センサの検出信号に基づいて前記スライドユニットが前記対象物に対して前記設定ストロークの範囲内で上下にスライド可能な高さ位置に前記Z軸ステージを停止させた状態で、前記磁気作動素子へ(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を前記磁気作動素子へ通電して前記磁気作動素子の推力による加圧力を前記被対象物に印加することができるという効果を奏する。 Further, in a state where the Z-axis stage is stopped at a height position where the slide unit can slide up and down within the range of the set stroke with respect to the object based on a detection signal of the bottom dead center sensor, A current value corresponding to a difference of (set pressure value−self-weight value) to the magnetic actuation element can be applied to the magnetic actuation element to apply a pressure applied by the thrust of the magnetic actuation element to the object. There is an effect.
さらに、スライドユニットの自重を測定することによりユーザにスライドユニットの自重を意識させないで設定加圧力の設定を可能にすることができるという効果を奏する。 Further, by measuring the weight of the slide unit, it is possible to set the set pressure without making the user aware of the weight of the slide unit.
さらに、スライドユニットの自重を測定することにより、スライドユニットの自重以下から自重以上の加圧力を自在に設定することができという効果を奏する。 Further, by measuring the weight of the slide unit, it is possible to freely set a pressure force that is less than or equal to the weight of the slide unit.
前記加圧部は、前記磁気作動素子への通電を負極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子の推力による加圧力を前記スライドユニットの自重以下の加圧力に設定し、前記磁気作動素子への通電を正極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子の推力による加圧力を前記スライドユニットの自重以上の加圧力に設定することができる。 The pressurizing unit switches the energization to the magnetic actuating element to a negative polarity, thereby setting the pressurizing force by the thrust of the magnetic actuating element to a pressurizing force equal to or less than the weight of the slide unit. By switching the energization to the positive polarity, the pressure applied by the thrust of the magnetic actuating element can be set to a pressure greater than the weight of the slide unit.
前記自重測定部は、自重測定時の電流値を漸減させて前記スライドユニットを前記設定ストロークの下死点にソフトランディングさせることにより、衝突によるスライドユニットの損傷を回避することができる。 The self-weight measuring unit can avoid the damage of the slide unit due to the collision by gradually decreasing the current value during the self-weight measurement and soft landing the slide unit to the bottom dead center of the set stroke.
前記加圧部は、自重測定部の自重測定時の電流値を引き継いでその電流値を漸減させて前記スライドユニットを前記設定ストロークの下死点に移動させ、その状態を維持して前記スライドユニットを前記被対象物に接触させる機能を有しているため、前記スライドユニットを前記対象物にソフトランディングさせることができ、スライドユニットが被対象物に衝突することを回避して被対象物を保護することができる。 The pressurizing unit takes over the current value at the time of measuring the self-weight of the self-weight measuring unit, gradually decreases the current value, moves the slide unit to the bottom dead center of the set stroke, and maintains the state of the slide unit. Since the slide unit can be soft-landed on the object, the slide unit can be prevented from colliding with the object and the object can be protected. can do.
さらに、図16(b)に示すように、VCMの磁石の内周面を、VCMの連結軸のストローク中心を頂点として緩やかな太鼓型カーブと逆の凹形状に構成し、この凹形状により、前記スライダユニットのスライド範囲内で前記磁気回路の磁力を補正する磁力補正手段を構成することにより、緩やかな太鼓型カーブをほぼ直線状の推力(定圧の推力)特性を得ることができるものである。 Further, as shown in FIG. 16 (b), the inner circumferential surface of the VCM magnet is configured to have a concave shape opposite to a gentle drum-shaped curve with the stroke center of the connecting shaft of the VCM as an apex. By constructing magnetic force correction means for correcting the magnetic force of the magnetic circuit within the slide range of the slider unit, it is possible to obtain a substantially linear thrust (constant pressure thrust) characteristic of a gentle drum curve. .
本発明は、Z軸方向にスライドするスライドユニットの自重を測定し、且つ下方への不要な荷重を減算して適正なZ軸下方への加圧力を設定する加圧装置の開発に貢献することができるものである。 The present invention contributes to the development of a pressure device that measures the dead weight of a slide unit that slides in the Z-axis direction, and subtracts an unnecessary load downward to set an appropriate pressing force downward in the Z-axis. Is something that can be done.
1 Z軸ステージ
2 スライドユニット
3 磁気作動素子(VCM:ボイスコイルモータ)
4a VCM駆動回路
4b Z軸ステージ駆動回路
1 Z-
4a
Claims (9)
前記Z軸ステージに設定ストローク範囲で上下方向にスライド可能に支持され、自重で前記設定ストロークの下死点まで下降するスライドユニットと、
磁気回路の磁力と前記磁気回路内のコイルへの通電による磁力との相互作用で前記コイルに通電される電流値に比例する推力を連結軸を介して前記スライドユニットに付与する磁気作動素子と、
前記Z軸ステージと前記磁気作動素子とを駆動制御する駆動回路と、
前記設定ストロークの下死点に下降する前記スライドユニットを検出し、且つ前記設定ストロークの下死点から上昇する前記スライドユニットを検出する下死点センサと、
前記下死点センサの検出信号に基づいて前記駆動回路で前記Z軸ステージと前記磁気作動素子を駆動制御して、前記磁気作動素子への通電による推力で前記スライドユニットを前記被対象物から離間する上方へ引き上げた際の前記磁気作動素子へ通電する電流値に基づいて前記スライドユニットの自重を測定する自重測定部と、
前記下死点センサの検出信号に基づいて前記駆動回路で前記Z軸ステージと前記磁気作動素子を駆動制御して、前記スライドユニットが前記対象物に対して前記設定ストロークの範囲内で上下にスライド可能な高さ位置に前記Z軸ステージを停止させた状態で、前記磁気作動素子へ(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を通電して前記磁気作動素子による加圧力を前記被対象物に印加する加圧部と、を有することを特徴とする加圧装置。 In a pressurizing apparatus that lowers the Z-axis stage in the vertical direction and applies pressure to the object,
A slide unit that is supported by the Z-axis stage so as to be slidable in a vertical direction within a set stroke range and descends to the bottom dead center of the set stroke by its own weight;
A magnetic actuating element for applying a thrust proportional to a current value supplied to the coil to the slide unit through a coupling shaft by an interaction between the magnetic force of the magnetic circuit and the magnetic force generated by energizing the coil in the magnetic circuit;
A drive circuit that drives and controls the Z-axis stage and the magnetic actuator;
A bottom dead center sensor for detecting the slide unit descending to the bottom dead center of the set stroke and detecting the slide unit rising from the bottom dead center of the set stroke;
Based on the detection signal of the bottom dead center sensor, the drive circuit drives and controls the Z-axis stage and the magnetic actuating element, and the slide unit is separated from the object by thrust generated by energizing the magnetic actuating element. A self-weight measuring unit that measures the self-weight of the slide unit based on a current value energized to the magnetic actuating element when pulled upward;
Based on the detection signal of the bottom dead center sensor, the drive circuit drives and controls the Z-axis stage and the magnetic actuating element, and the slide unit slides up and down with respect to the object within the set stroke range. In a state where the Z-axis stage is stopped at a possible height position, a current value corresponding to a difference (set pressure value−self-weight value) is supplied to the magnetic actuation element to apply pressure by the magnetic actuation element. And a pressurizing unit that applies to the object.
前記加圧部は、前記磁気作動素子への通電を負極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子による加圧力を前記スライドユニットの自重以下の加圧力に設定可能であり、また前記磁気作動素子への通電を正極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子の加圧力を前記スライドユニットの自重以上の加圧力に設定可能である機能を有することを特徴とする加圧装置。 The pressurizing apparatus according to claim 1, wherein
The pressurizing unit can set the pressure applied by the magnetic actuating element to a pressure equal to or less than the weight of the slide unit by switching the energization to the magnetic actuating element to a negative polarity. A pressurizing device having a function of setting the pressure of the magnetic actuating element to a pressure equal to or greater than the weight of the slide unit by switching the energization to positive polarity.
前記加圧部は、自重測定部の自重測定時の電流値を引き継いでその電流値を漸減させて前記スライドユニットを前記設定ストロークの下死点に移動させ、その状態を維持して前記スライドユニットを前記被対象物に接触させる機能を有していることを特徴とする加圧装置。 The pressurizing apparatus according to claim 1 or 2,
The pressurizing unit takes over the current value at the time of measuring the self-weight of the self-weight measuring unit, gradually decreases the current value, moves the slide unit to the bottom dead center of the set stroke, and maintains the state of the slide unit. A pressurizing apparatus having a function of bringing the object into contact with the object.
前記Z軸ステージと、前記Z軸ステージに設定ストローク範囲で上下方向にスライド可能に支持され、自重で前記設定ストロークの下死点まで下降するスライドユニットとを組み合わせ、
下死点センサの検出信号に基づいてZ軸ステージと磁気作動素子を駆動制御して、前記磁気作動素子への通電による推力で前記スライドユニットを前記被対象物から離間する上方へ引き上げた際の前記磁気作動素子へ通電する電流値に基づいて前記スライドユニットの自重を測定する自重測定ステップと、
前記下死点センサの検出信号に基づいて前記Z軸ステージと前記磁気作動素子を駆動制御して、前記スライドユニットが前記対象物に対して前記設定ストロークの範囲内で上下にスライド可能な高さ位置に前記Z軸ステージを停止させた状態で、前記磁気作動素子へ(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を通電して前記磁気作動素子による加圧力を前記被対象物に印加する加圧ステップと、を実行することを特徴とする加圧方法。 In a pressurizing method in which the Z-axis stage is lowered in the vertical direction to apply pressure to the object,
A combination of the Z-axis stage and a slide unit that is supported by the Z-axis stage so as to be vertically slidable within a set stroke range and that descends to the bottom dead center of the set stroke by its own weight,
When the Z-axis stage and the magnetic actuating element are driven and controlled based on the detection signal of the bottom dead center sensor, the slide unit is lifted upward away from the object by the thrust generated by energizing the magnetic actuating element. A self-weight measuring step for measuring the self-weight of the slide unit based on a current value energized to the magnetic actuation element;
A height at which the slide unit can slide up and down with respect to the object within the range of the set stroke by driving and controlling the Z-axis stage and the magnetic actuating element based on a detection signal of the bottom dead center sensor. In a state where the Z-axis stage is stopped at a position, a current value corresponding to a difference of (set pressure value−self-weight value) is supplied to the magnetic actuating element to apply the pressure applied by the magnetic actuating element to the object. And a pressurizing step to apply to the pressurizing method.
前記加圧ステップにおいて、前記磁気作動素子への通電を負極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子の推力による加圧力を前記スライドユニットの自重以下の加圧力に設定可能であり、また、前記磁気作動素子への通電を正極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子による加圧力を前記スライドユニットの自重以上の加圧力に設定可能であることを特徴とする加圧方法。 The pressurizing method according to claim 4,
In the pressurizing step, the pressure applied by the thrust of the magnetic actuating element can be set to a pressure equal to or less than the weight of the slide unit by switching the energization to the magnetic actuating element to a negative polarity. A pressurizing method, wherein the pressure applied by the magnetic operating element can be set to a pressure higher than the weight of the slide unit by switching energization to the operating element to positive polarity.
前記加圧ステップにおいて、自重測定部の自重測定時の電流値を引き継いでその電流値を漸減させて前記スライドユニットを前記設定ストロークの下死点に移動させ、その状態を維持して前記スライドユニットを前記被対象物に接触させることを特徴とする加圧方法。 The pressurizing method according to claim 4 or 5,
In the pressurizing step, the current value at the time of self-weight measurement of the self-weight measuring unit is taken over and the current value is gradually decreased to move the slide unit to the bottom dead center of the set stroke, and the state is maintained and the slide unit is maintained. A pressurizing method characterized by bringing the object into contact with the object.
下死点センサの検出信号に基づいてZ軸ステージと磁気作動素子を駆動制御して、前記磁気作動素子への通電による推力で前記スライドユニットを前記被対象物から離間する上方へ引き上げた際の前記磁気作動素子へ通電する電流値に基づいて前記スライドユニットの自重を測定する自重測定機能と、
前記下死点センサの検出信号に基づいて前記Z軸ステージと前記磁気作動素子を駆動制御して、前記スライドユニットが前記対象物に対して前記設定ストロークの範囲内で上下にスライド可能な高さ位置に前記Z軸ステージを停止させた状態で、前記磁気作動素子へ(設定加圧値−自重値)の差分に相当する電流値を通電して前記磁気作動素子による加圧力を前記被対象物に印加する加圧機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする加圧プログラム。 In a pressurizing program for performing control for lowering the Z-axis stage in the vertical direction and applying pressure to the object,
When the Z-axis stage and the magnetic actuating element are driven and controlled based on the detection signal of the bottom dead center sensor, the slide unit is lifted upward away from the object by the thrust generated by energizing the magnetic actuating element. A self-weight measuring function for measuring the self-weight of the slide unit based on a current value energized to the magnetic actuation element;
A height at which the slide unit can slide up and down with respect to the object within the range of the set stroke by driving and controlling the Z-axis stage and the magnetic actuating element based on a detection signal of the bottom dead center sensor. In a state where the Z-axis stage is stopped at a position, a current value corresponding to a difference of (set pressure value−self-weight value) is supplied to the magnetic actuating element to apply the pressure applied by the magnetic actuating element to the object. A pressurizing program for causing a computer to execute a pressurizing function to be applied to the computer.
前記コンピュータに、前記磁気作動素子への通電を負極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子による加圧力を前記スライドユニットの自重以下の加圧力に設定させる機能と、また、前記磁気作動素子への通電を正極性に切り替えることにより、前記磁気作動素子による加圧力を前記スライドユニットの自重以上の加圧力に設定する機能とを実行させることを特徴とする加圧プログラム。 In the pressurization program according to claim 7,
A function of causing the computer to set the pressure applied by the magnetic actuator to a pressure equal to or less than the weight of the slide unit by switching the energization to the magnetic actuator to negative polarity; A pressurizing program for executing a function of setting a pressurizing force by the magnetic actuating element to a pressurizing force equal to or higher than the weight of the slide unit by switching energization to positive polarity.
前記コンピュータに、自重測定部の自重測定時の電流値を引き継いでその電流値を漸減させて前記スライドユニットを前記設定ストロークの下死点に移動させ、その状態を維持して前記スライドユニットを前記被対象物に接触させる機能を実行させることを特徴とする加圧プログラム。 In the pressurization program according to claim 7 or 8,
The computer takes over the current value at the time of the self-weight measurement of the self-weight measuring unit and gradually reduces the current value to move the slide unit to the bottom dead center of the set stroke, and maintains the state to maintain the slide unit A pressurizing program for executing a function of contacting an object.
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