JP2022125969A - 両面または片面工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】熱の影響による、ワークピースを機械加工するための作業ギャップの形状の局所的または全体的な変化を最小化するタイプの両面または片面工作機械を提供する。【解決手段】第１の支持ディスク１００に固定された環状の第１の作業ディスク１４０と、カウンターベアリング要素とを備える両面または片面工作機械であって、第１の作業ディスクおよびカウンターベアリング要素は、少なくとも１つの駆動シャフトによって互いに相対的に回転するように駆動可能であり、作業ギャップ１８０は、平坦なワークピースの両面または片面を機械加工するために、第１の作業ディスクとカウンターベアリング要素との間に形成され、第１のクランプ手段は、第１の作業ディスクと対向する第１の支持ディスクのクランプ面に対して、作業ギャップから離間する方向に向くクランプ面で第１の作業ディスクをクランプするために設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、第１の支持ディスクに固定された好ましくは環状の第１の作業ディスクと、カウンターベアリング要素とを備える両面または片面工作機械であって、第１の作業ディスクおよびカウンターベアリング要素は、少なくとも１つの駆動シャフトによって互いに相対的に回転するように駆動可能であり、作業ギャップは、平坦なワークピースの両面または片面を機械加工するために、第１の作業ディスクとカウンターベアリング要素との間に形成され、第１のクランプ手段は、第１の作業ディスクと対向する第１の支持ディスクのクランプ面に対して、作業ギャップから離間する方向に向くクランプ面で第１の作業ディスクをクランプするために設けられる両面または片面工作機械に関する。

例えば、ウエハなどの平坦なワークピースは、両面工作機械において、両面同時に機械加工される。そのため、両面工作機械は、上部作業ディスクと下部作業ディスクとを有し、これらの間に作業ギャップが形成され、加工の間、この作業ギャップに機械加工対象のワークピースが案内される。上部作業ディスクは上部支持ディスクに固定され、下部作業ディスクは下部支持ディスクに固定される。機械加工の間、少なくとも１つの作業ディスクがその支持ディスクと共に回転駆動することによって、作業ディスクの間に相対回転が生じる。両面工作機械では、いわゆるロータディスクを誘導する両面工作機械が知られている。ロータディスクは一般に、機械加工されるワークピースを浮いた状態で円形開口部に収納する。また、適切な運動学によって、ロータディスクは、作業ディスクの相対回転中に作業ギャップ内で確実に回転する。その結果、ワークピースは、作業ギャップ内でサイクロイド軌道に沿って移動する。これにより、特に均一な表面機械加工が達成される。

ここで問題となるような工作機械では、機械加工中に生じるプロセス熱に起因して、作業ディスクの間の作業ギャップに変化が生じる。具体的には、作業ディスクの熱に関連した変形が生じ、したがってギャップ形状に規定された形状からの偏差が生じる。この偏差は、加工の結果に悪影響を及ぼす。これは、特にいわゆるプライムウエハの非常に高い加工要件に当てはまる。

特に半導体ウエハを機械加工するための二ディスク型研磨機が、ドイツ特許第１０００７３９０号（特許文献１）から知られている。この場合、冷却チャネルが、研磨ディスクを支持する支持ディスク内、または支持ディスク内および研磨ディスク内に形成され、この冷却チャネルによって冷却が行われることにより、作業ギャップの形状への望ましくない影響が防止される。さらに、ベース支持体と支持ディスクとの間で相対的な半径方向の移動が可能であり、これによりベース支持体と支持ディスクとの温度が異なるとき、変形が低減される。

作業ディスクの温度を制御することによって、発生するプロセス熱による悪影響を弱めることが、ドイツ特許第１０２００４０４０４２９号（特許文献２）から知られている。チャネルが支持ディスクに形成され、そこに冷却水などの対応する温度制御流体が流される。

さらに、上部支持ディスクと、上部支持ディスクと共にそこに取り付けられた上部作業ディスクとを機械的に変形させる装置が、ドイツ特許第１０２００６０３７４９０号（特許文献３）から知られている。この装置では、最初は平坦である上部作業ディスクの作業面をわずかに凹状の面に変更できる。反対に、最初はわずかに凸状である上部作業ディスクの作業面を平坦、またはそれぞれ凹状の作業面に変更できる。

特に、例えば水のような圧力媒体を作業ディスクに作用する圧力チャンバに導入することによって、作業ディスクの少なくとも一方を局所的に変形させる手段を備えた両面または片面工作機械が、ドイツ特許出願公開第１０２０１６１０２２２３号（特許文献４）から知られている。この手段では、例えば作業ディスクに作用する局所的な凹状または複雑な変形を生成することが可能である。さらに、冷却チャネルが冷却用の作業ディスクの支持ディスクに形成されている。また、ドイツ特許第１０２００６０３７４９０号（特許文献３）に記載のように、全体的な変形を生成するための手段を設けることができる。

周知のシステムに関する問題は、作業ギャップに直接隣接する作業ディスクが作業ディスクを支持する支持ディスクよりも動作中により高温の熱を帯びる可能性があることである。その結果、作業ディスクと支持ディスクとの間に応力が生じる可能性がある。したがって、作業ギャップが確実に、制御可能な手段による影響を受けることができなくなる。また、温度差に応じて、支持ディスクと作業ディスクとの間の相互的なずれが生じる可能性がある。動作後の後続の冷却の間、例えばねじ接続から、ディスクは、移動に対抗する摩擦力に起因して、完全に元の位置に戻らない。したがって、完全な冷却の後、摩擦力の２倍の量の力偏差がディスクの間に残る可能性がある。これにより、次に異なる局所形状が生じる可能性がある。さらに、支持ディスクと作業ディスクとの間のブレースの変化により、作業ディスクの全体的な形状が変化する可能性がある。また、動作中に、作業ギャップに隣接する作業ディスクの面と作業ディスクの反対側との間で大きな温度差が生じる可能性がある。これらにより、２つの面に異なる熱膨張が生じる可能性があり、これによって作業ディスクに膨張が生じ、したがって局所形状にも変化が生じる可能性がある。

熱に関連した形状の変化は、例えばインバーとして知られる、鉄－ニッケル特殊合金のように、熱膨張係数が非常に低い材料を使用することによって相殺することができる。ただし、このような材料は、高価で、加工、特に鋳造または機械加工が難しい。このような材料を使用することは、比較的薄い作業ディスクに対してのみ経済的に実行可能である。しかしながら、より熱膨張係数の大きい材料で作られた支持ディスクでこのような作業ディスクを支持することにより、バイメタルが形成され、比較的小さな温度変化の場合でも、形状の変化とそれに対応した大きなブレース力が発生することになる。したがって、国際出願第２０２０／２０８９６８号（特許文献５）は、熱膨張係数の低い作業ディスク材料を使用するとき、作業ディスクを支持ディスクで支持するのではなく、マウントを介して作業ディスクを支持ディスクに吊り下げるのみにすることを提案している。その結果、作業ディスクと支持ディスクとの間の接触は、最小化される。しかしながら、支持ディスクと作業ディスクとの間にブレースがないため、加工結果が損なわれる。

ドイツ特許第１０００７３９０号 ドイツ特許第１０２００４０４０４２９号 ドイツ特許第１０２００６０３７４９０号 ドイツ特許出願公開第１０２０１６１０２２２３号 国際出願第２０２０／２０８９６８号

上述の従来技術から進めて、本発明の目的は、熱の影響による、ワークピースを機械加工するための作業ギャップの形状の局所的または全体的な変化を最小化するタイプの両面または片面工作機械を提供することである。

本発明は、請求項１に記載の両面または片面工作機械によって、この目的を達成する。有利な実施形態は、従属請求項、明細書および図面にて開示される。

問題となっているタイプの両面または片面工作機械に対して、本発明は、第１の作業ディスクを第１の支持ディスクから少なくとも部分的に分離するためのデカップリング手段が設けられている点で目的を達成している。

工作機械は、例えば、研磨機、ラップ盤、または研削機とすることができる。片面工作機械では、第１の作業ディスクと単純重量または圧力シリンダなどのカウンターベアリング要素との間に作業ギャップが形成され、もしくはウエハなどの機械加工されるワークピースの両面または片面を機械加工する、両面工作機械で第２の作業ディスクとの間に作業ギャップが形成される。工作機械は、両面工作機械または片面工作機械とすることができる。両面工作機械では、ワークピースの底面および上面は、好ましくは作業ギャップ内で同時に機械加工され得る。それに対応して、両方の作業ディスクは、ワークピース表面を機械加工する作業面を有することができる。対照的に、片面工作機械では、片面のワークピースのみ機械加工される。例えば、下部作業ディスクによって底面のみが機械加工される。この場合、１つの作業ディスクのみが、ワークピース表面を機械加工する作業面を有する。この場合、カウンターベアリング要素は、作業ディスクによって機械加工するために対応するカウンターベアリングのみを形成するように機能する。

ワークピースは、機械加工のために作業ギャップ内に配置されたロータディスクの開口部に周知の方法で浮遊するように収容可能である。第１の作業ディスクおよびカウンターベアリング要素は、動作中に、例えば第１および／または第２の駆動シャフトならびに少なくとも１つの駆動モータによって、互いに相対的に回転するように駆動する。カウンターベアリング要素ならびに第１の作業ディスクの両方は、例えば反対方向に回転するように駆動可能である。ただし、カウンターベアリング要素または第１の作業ディスクのいずれか一方のみを回転駆動することが可能である。例えば、両面工作機械では、ロータディスクは、適切な運動学によって移動して、この相対回転中に作業ギャップを通って回転し、ロータディスク内に配置されたワークピースが作業ギャップ内でサイクロイド軌道を描くようにすることができる。例えば、ロータディスクは、その外縁部および／または内縁部に、例えば第１の作業ディスクに連携する歯に係合する歯を有してもよい。このようないわゆる遊星運動学による機械は、周知である。

第１の作業ディスクは、環状に設計され得る。また、カウンターベアリング要素、またはそれぞれ第２の作業ディスクは、環状に設計され得る。そして、第１の作業ディスクおよび第２の作業ディスクなどのカウンターベアリング要素は、対向する環状の作業面を有し、その間に環状の作業ギャップが形成される。作業面は、研磨布などの作業用カバーで覆われることが可能である。また、作業ディスクを保持する任意の支持ディスクは、環状に設計可能であるか、もしくは作業ディスクを固定する少なくとも環状の支持部分を有する。また、１つの作業ディスクにつき複数の支持ディスクを設けることができる。第１の作業ディスクおよび／またはカウンターベアリング要素は、１つまたは複数の層で形成可能である。第１の作業ディスクまたはカウンターベアリング要素を支持する支持ディスクにも同じことが当てはまる。

本発明によれば、デカップリング手段は、第１の支持ディスクから第１の作業ディスクを少なくとも部分的に、例えば、完全に分離するため、具体的には機械的に分離するために設けられる。デカップリング手段によってもたらされる少なくとも部分的な分離により、デカップリング手段がない場合と比較して、第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクは、より容易に、すなわち低減された摩擦力の下で、互いに相対的に移動できるようになる。したがって、作業ディスクおよび任意選択で支持ディスクの実質的な自由膨張が可能である。具体的には、第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクの相互に対向するクランプ面の間で、第１のクランプ手段によってもたらされる、摩擦力が低減される。このため、デカップリング手段は、第１のクランプ手段に作用することができる。

従来技術では、冷却または機械的な変形などの付加的な手段によって熱膨張を相殺する、特に可能な限り熱膨張を抑制するように試みられてきた。本発明は、別のアプローチを提供する。サイズの熱的変化は基本的に許容されるが、デカップリング手段は、サイズの熱的変化が作業ギャップに悪影響を与えず、したがって加工結果にも影響を与えないという効果を有する。第１の作業ディスクおよび支持ディスクのクランプ面の間の摩擦力が減少するため、例えば、動作中に作業ディスクのサイズの熱的変化による作業ギャップの形状の変化に関する冒頭で説明した問題は生じない。既述のように、第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクは、例えば動作中に第１の作業ディスクが加熱されると、対応する接合面を形成するそれらのクランプ面に沿って、互いに相対的に変位する。また、既述のように、第１のクランプ手段によってもたらされる摩擦力のために、後続の冷却では、出発位置への完全な復帰運動が生じない。したがって、ある程度のヒステリシスがある。デカップリング手段は、例えば、加熱後に行う冷却中に出発位置への完全な復帰動作が行われるような方法で、第１のクランプ手段によってもたらされる摩擦力を低減する。これにより、持続的な応力および局所的または全体的な形状の変化を最小化できる。同時に、支持ディスクと作業ディスクとの間で広範囲のブレースが実現され、特に第１の作業ディスクおよび／または第１の支持ディスクの表面全体または半径方向の拡張部全体にわたって実質的にブレースが実現される。したがって、このようなブレースがない上述した従来技術とは対照的に、加工結果は損なわれない。

デカップリング手段は、第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクのクランプ面の間に配置され得る。したがって、第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクのクランプ面が直接接触せず、デカップリング手段を介した間接的な接触のみが可能である。同時に、作業ディスクおよび支持ディスクを、例えば、半径方向の異なる位置に設けられたクランプねじを介して、それらの表面全体、特に半径方向の拡張部全体にわたって、互いに固定することができる。また、デカップリング手段は、第１のクランプ手段自体にも作用することができる。その場合、第１の作業ディスクが第１の支持ディスクのクランプ面に対して直接そのクランプ面を支持するが、第１のクランプ手段は、例えば、低減された摩擦力で第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間の相対的な移動がクランプ面の上で可能な方法で、プレストレスされることが可能である。

本発明によれば、特に第１の作業ディスクのクランプ面は、第１の支持ディスクのクランプ面に対して直接支持することが可能であり、これらのクランプ面の間に中間層または中間要素が設けられていない。デカップリング手段が第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクのクランプ面の間に配置されている場合、デカップリング手段を除いて、クランプ面の間に中間層またはさらなる中間要素が存在しないことが可能である。

特に実用的な実施形態によれば、デカップリング手段は、第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクのクランプ面の間に配置される、少なくとも１つの軸受、特に複数のこのような軸受を備えることができる。クランプ面の間に配置された軸受は、機械的な分離を実現することによって、かなり低減された摩擦力で第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間で相対的な移動を可能にする。転がり軸受、例えば、ころ軸受は、特に適した軸受である。このような軸受は、例えば、特にクランプ手段、例えばクランプねじの周囲に配置され得る。

さらなる実施形態によれば、デカップリング手段は、第１のクランプ手段を弾性的にプレストレスするための弾性プレストレス手段を備えてもよい。このような弾性プレストレス手段は、代替的または追加的に、クランプ面の間に配置される、軸受などのデカップリング手段のために設けられることができる。弾性プレストレス手段は、第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクのクランプ面を互いにクランプするような方法で、第１のクランプ手段を弾性的にプレストレスする。この弾性プレストレスに抗して、クランプ面がサイズの熱的変化の過程で相対的に変位したとき、クランプ面の間の摩擦力が低減される。既述のように、弾性プレストレス手段は、クランプ手段面の間のデカップリング手段、例えば、クランプ面の間の少なくとも１つの軸受に追加して設けられることができる。この場合、弾性プレストレス手段は、少なくとも１つの軸受、例えば、少なくとも１つの転がり軸受をプレストレスできる。そして、弾性プレストレス手段の弾性変形により、第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクのクランプ面の間で移動の自由度を高めることができる。

さらなる特に実用的な実施形態によれば、第１のクランプ手段は、第１の支持ディスクを、第１の作業ディスクのクランプ面に対してそのクランプ面でクランプするクランプねじを備えることができる。このようなクランプねじは、作業ギャップから離間する方向に向く側面から、第１の支持ディスクおよび第１の作業ディスクの対応するねじ受容部に挿入可能である。このため、クランプねじを、第１の支持ディスクを通って案内し、第１の作業ディスクにねじ込むことができる。少なくとも第１の作業ディスクでは、ねじ受容部は、対応するねじ山を有することができる。クランプねじのねじ頭は、第１の作業ディスクから離間する方向に向く第１の支持ディスクの側面を支持することができる。固定するために、複数のクランプねじを設けることができる。例えば、環状の第１の作業ディスクの場合、クランプねじの第１のグループは、第１の作業ディスクまたは第１の支持ディスクの半径方向外側の部分円に沿って配置され、クランプねじの第２のグループは、第１の作業ディスクまたは第１の支持ディスクの半径方向内側の部分円に沿って配置される。部分円は各々、第１の作業ディスクまたは第１の支持ディスクの半径方向外側または半径方向内側の端部近くに配置され得る。

これに関するさらなる実施形態によれば、弾性プレストレス手段は、弾性ばね座金を備えることができ、これらのばね座金は各々、クランプねじのねじ頭と第１の作業ディスクから離間した方向に向く第１の支持ディスクの表面との間に配置される。ばね座金は、ねじ頭と支持ディスクの対向する面との間でクランプされ、これによって弾性的に圧縮され、したがって、プレストレスされ得る。このプレストレスに対して、第１の作業ディスクおよび第１の支持ディスクのクランプ面の間の摩擦力を低減できる。

さらなる実施形態によれば、デカップリング手段は、第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間にデカップリング中間層を含むことができる。これは、例えば、特にテフロンなどの摺動材料の、摺動中間層であってもよい。ただし、デカップリング中間層は、熱的分離のための中間層であってもよく、したがって、低い熱伝導率を有する。したがって、デカップリング手段はまた、熱的デカップリング手段とすることができる。

さらなる実施形態によれば、第１の作業ディスクの材料は、第１の支持ディスクの材料よりも低い熱膨張係数を有することができる。具体的には、第１の作業ディスクの熱膨張係数は、第１の支持ディスクの熱膨張係数よりも実質的に小さくすることができ、例えば、５分の１、好ましくは１０分の１まで低くすることができる。冒頭で説明したように、第１の支持ディスクと第１の作業ディスクとに熱膨張係数が大きく異なる材料を使用すると、バイメタルが発生し、サイズが熱的に変化した場合、これによって形状の変化が生じる。第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間の本発明による少なくとも部分的な分離により、第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの熱膨張係数が大きく異なる場合でも、第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間で大きな応力が発生しない。その結果、バイメタルに関して冒頭で説明した問題を回避できる。したがって、特に第１の作業ディスクに対してのみ、非常に低い熱膨張係数を有する材料、例えばインバーのような鉄－ニッケル合金を使用することが可能であり、一方で、より高い熱膨張係数を有する従来の材料、例えば鋳鉄を第１の支持ディスクに同時に使用可能である。そして、プロセス熱に大きく依存しない形状が生成される。同時に、熱膨張係数が非常に低い材料を作業ディスクに使用すると、作業ディスクの形状安定性、ひいては作業ギャップの形状安定性に関して有利である。

さらなる実施形態によれば、カウンターベアリング要素は、好ましくは環状の第２の作業ディスクによって形成可能であり、第１および第２の作業ディスクは、互いに同軸上に配置され、作業ギャップは、平坦なワークピースの両面または片面を機械加工するために、第１および第２の作業ディスクの間に形成される。第２の作業ディスクは、第２の支持ディスクに固定可能であり、第２のクランプ手段は、第２の作業ディスクに対向する第２の支持ディスクのクランプ面に対して、作業ギャップから離間する方向に向くクランプ面で第２の作業ディスクをクランプするために設けられ、また、デカップリング手段は、第２の作業ディスクを第２の支持ディスクから少なくとも部分的に分離するために設けられる。第２のクランプ手段は、例えば、第１のクランプ手段として設計され得る。また、第２の作業ディスクおよび／または第２の支持ディスクは、第１の作業ディスクまたは第１の支持ディスクと同様に設計され得る。また、第２の作業ディスクを第２の支持ディスクから分離するためのデカップリング手段は、第１の作業ディスクを第１の支持ディスクから分離するためのデカップリング手段と同様に設計され得る。この点で、この文脈で説明した例示的な実施形態はすべて、第２のクランプ手段およびそれらのデカップリング手段を備えた第２の作業ディスクおよび第２の支持ディスクに転換可能である。

さらなる実施形態によれば、好ましくは環状の圧力容積部を、第１の支持ディスクと第１の作業ディスクとの間に形成することができる。圧力容積部は、第１の作業ディスクに所定の局所変形を生成する圧力が圧力容積部に蓄積されるように作動可能な圧力流体供給部に接続される。本出願では、流体という用語が使用される限り、それは液体ならびに気体を指すことができる。圧力流体は、液体、具体的には水とすることができる。圧力容積部に圧力流体を導入することによって、支持ディスクと比較して薄い作業ディスクに圧力をかけることができ、当該圧力は作業ディスクの変形をもたらす。具体的には、これによって作業ディスクは、圧力容積部の圧力を低く設定することによって局所的に凹んだ形状に、中程度の圧力を設定することによって局所的に平坦な形状に、高い圧力を設定することによって局所的に凸形状に変化可能である。局所的に凸状の変形、またはそれぞれ凹状の変形、またはそれぞれ形状は、環状の第１の作業ディスクの内縁部と外縁部との間、特に半径方向にある。圧力容積部は、変化可能な圧力容積部である。第１の作業ディスクは、異なる圧力によって生じる圧力容積部の体積に応じて変形する膜を形成する。

圧力流体供給部は、圧力容積部に接続された少なくとも１つの圧力ラインに接続される圧力流体リザーバを備える。ポンプおよび制御弁は、圧力ラインに配置可能であり、これらは、例えば、制御および／または調節装置によって、圧力容積部内に所望の圧力を蓄積するように作動することができる。さらに、圧力流体供給部は、圧力容積部内の圧力を直接または間接的に測定する圧力測定装置を備えることができ、また測定値を制御および／または調節装置に送ることができる。圧力容積部内の圧力流体供給部を適切に作動させることにより、所望の作業ギャップ形状に必要な圧力をこれに基づいて調整できる。例えば、半径方向の拡張部の上で作業ディスク間の距離が変化しないことが望ましい。所望のギャップ形状は、静的動作および／または動的動作において、すなわちワークピースの機械加工中に調整可能である。

圧力容積部では、設置条件、形状および材料の境界条件によって決定される最大凹形状から最大凸形状の間で、第１の作業ディスクの局所形状をスムーズに調整することが基本的に可能である。第１の作業ディスクは、原則として任意の厚さを有することができる。ディスク形状の所望の調整範囲に応じて、作業ディスクは、その表面積、具体的にはそのリング幅、またはそれぞれその回転半径に応じて利用可能な圧力で変形できるように、適切な厚さを有する。ドイツ特許出願公開第１０２０１６１０２２２３号にて説明されるように、第１の作業ディスクの局所形状を半径方向に調整する可能性により、機械加工中の温度の影響によるギャップの変化を補償することができる。

さらなる実施形態によれば、第１の作業ディスクの温度を制御するために温度制御チャネルを設けることが可能であり、温度制御チャネルは温度制御流体供給部に接続される。温度制御チャネルは、温度制御流体を流すように設計されている。温度制御チャネルは、例えばラビリンス状に設計され得る。温度制御流体、例えば水などの温度制御液体は、機械が動作している間、温度を制御するために、特に作業ディスクを冷却するために、温度制御チャネルを通って案内され得る。作業ディスクの熱に関連する変形は、温度制御チャネルによってある程度相殺され得る。

さらなる実施形態によれば、温度制御チャネルは第１の作業ディスク内に配置され、温度制御チャネルが圧力容積部よりも作業ギャップの近くに配置され、温度制御チャネルが圧力容積部に接続されないようにすることが可能である。第１の作業ディスク内、具体的には第１の作業ディスク内に排他的に温度制御チャネルが配置されることにより、温度制御チャネルは、圧力容積部よりも作業ギャップの近くに配置され得る。特に、温度制御流体用の供給ラインおよび排出ラインは、温度制御流体供給部に接続される支持ディスク内を１本のみ貫通することができる。作業ギャップのより近くに配置された温度制御チャネルによって、第１の作業ディスクの冷却は、より効果的になり、特に作業ディスクが支持ディスクよりも強く加熱され、作業ギャップに隣接する作業ディスクの側面がより強く加熱されるという上述の問題を最小化できる。また、第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間の対応する応力ならびに第１の作業ディスクの望ましくない変形を最小化できる。実際、温度制御チャネルは、作業ギャップに隣接する作業ディスクの表面に可能な限り近くに配置されることにより、作業ディスクを通るプロセス熱の支持ディスクへの浸透を防止できる。第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間の熱の伝達をさらに最小化するために、第１の支持ディスクおよび／または第１の作業ディスクを、ディスク間の接触面が最小化されるようにそれらの接触の領域にバーまたは他の隆起物を備えて提供することが可能である。

さらに、本発明では、温度制御チャネルと圧力容積部とが互いに接続され、かつ共通の回路を形成する従来技術とは異なり、温度制御チャネルは、圧力容積部に接続されない。したがって、一方では温度制御チャネル用に、他方では圧力容積部用に、別個の流体システム（回路）が設けられる。これにより、温度制御チャネル内の圧力とは無関係に、圧力容積部内の圧力をより柔軟に調整することが可能になる。さらに、局所形状を調整するための圧力容積部内の有用な圧力は、従来技術とは対照的に、温度制御チャネル内の圧力によって制限されない。

別の実施形態によれば、第１の作業ディスクを、互いに接続される２つの好ましくは環状ディスクから形成することができ、かつその間に温度制御チャネルが形成され、一方のディスクは作業ギャップに隣接し、他方のディスクは第１の支持ディスクのクランプ面に対してクランプするためのクランプ面を備える。したがって、第１の作業ディスクは、２つの部品で構成され、第１の作業ディスクは、サンドウィッチ構造に類似した２つの部分的ディスクの間に温度制御チャネルを形成する。この設計により、第１の作業ディスク内に温度制御チャネルを排他的に形成することが、構造の観点から非常に容易になる。特に実用的な実施形態によれば、２つのディスクは、互いにねじ止めされ得る。ただし、他のタイプの固定ももちろん想定される。

別の実施形態によれば、第１の作業ディスクを、その外縁部の領域および内縁部の領域においてのみ、第１の支持ディスクに固定することができる。上述したように、作業ディスクは、特に環状とすることができる。次に、好ましくは環状の圧力容積部は、第１の作業ディスクと第１の支持ディスクとの間に形成される。前述の実施形態では、第１の作業ディスクは、作業面に隣接するその半径方向外縁部および半径方向内縁部の領域においてのみ、第１の支持ディスクに固定され、例えばクランプ手段としてクランプねじを使用して部分円に沿ってねじ留めされる。対照的に、これらの縁部領域の間で、作業ディスクは、支持ディスクに固定されない。具体的には、圧力容積部は、この領域内に形成され得る。このように、圧力容積部内に適切な圧力を蓄積することによって、所望の方法で変形するために、作業ディスクは、必要な可動性を有する。支持ディスクへの作業ディスクの取り付けは、可能であれば作業ディスクの表面全体にわたって特定の変形を得るために、内縁部および外縁部上の接触面が可能な限り狭く保たれるように選択される。

本発明の例示的な実施形態は、図面に基づいて下記により詳細に説明されている。

両面工作機械の一部の断面図を示す。 第１の例示的な実施形態による両面工作機械の第１の作業ディスクと第１の支持ディスクの断面図を示す。 第２の例示的な実施形態による両面工作機械の第１の作業ディスクと第１の支持ディスクの断面図を示す。 さらなる例による両面工作機械の第１の作業ディスクと第１の支持ディスクの断面図を示す。

特に明記しない限り、同一の参照番号は、図中の同一の対象を示す。

図１にて単なる例として示された両面工作機械は、環状の第１の下部支持ディスク１００および同様に環状である第２の上部支持ディスク１２０を有する。環状の第１の下部作業ディスク１４０は下部支持ディスク１００に固定され、同様に環状である第２の上部作業ディスク１６０は上部支持ディスク１２０に固定される。環状作業ディスク１４０、１６０の間に、環状作業ギャップ１８０は形成され、この作業ギャップ１８０に、ウエハなどの平坦なワークピースが動作中に両面加工される。両面工作機械は、例えば研磨機、ラップ盤、または研削機とすることができる。

上部支持ディスク１２０と、それと共に上部作業ディスク１６０、および／または下部支持ディスク１００とそれと共に下部作業ディスク１４０は、例えば上部駆動シャフト、および／または下部駆動シャフト、ならびに少なくとも１つの駆動モータを備える適切な駆動装置によって互いに相対的に回転駆動可能である。駆動装置自体は周知であり、明確性の理由からさらに説明されない。また、これ自体周知の方法では、機械加工されるワークピースは、作業ギャップ１８０内のロータディスクに浮遊するように保持され得る。適切な運動学、例えば遊星運動学によって、ロータディスクはまた、支持ディスク１００、１２０、またはそれぞれ作業ディスク１４０、１６０の相対回転中に作業ギャップ１８０を介して確実に回転することができる。制御および／または調整装置２００は、両面工作機械の動作を制御、またはそれぞれ調整する。

図１に示す例では、ラビリンス状の温度制御チャネル２２０は、下部作業ディスク１４０内に設けられる。温度制御チャネル２２０は、例えば下部支持ディスク１００と下部作業ディスク１４０を駆動する駆動シャフトを介して、供給部２４０および排出部２６０によって、温度制御流体供給部に接続される。制御および／または調整装置２００を使用して、例えば温度制御チャネルの入口および／または出口で温度制御流体の所定の温度値に調整可能であり、もしくは温度制御流体の温度を相応に調整することによって、温度制御チャネルの入口で示される温度と出口で示される温度との間の所定の温度差を調整できる。また、図示された例では、ラビリンス状の温度制御チャネル２８０は、上部作業ディスク１６０内に形成され、また供給部および排出部（図示せず）を介して温度制御流体供給部に接続される。また、この温度制御流体供給部は、制御および／または調整装置２００によって制御される。温度制御チャネル２２０、またはそれぞれ２８０に温度制御流体、例えば水などの冷却剤を供給することによって、作業ディスク１４０、１６０の加熱および支持ディスク１００、１２０への熱の伝達は、効果的に相殺可能であることにより、対応する形状の変化が低減される。

さらに、図示された例では、環状の圧力容積部３００は、下部支持ディスク１００と下部作業ディスク１４０との間に形成され、供給部３２０を介して、また例えば下部支持ディスク１００と下部作業ディスク１４０を駆動する駆動シャフトを介して、圧力流体供給部に接続される。また、圧力流体供給部は、制御および／または調整装置２００によって作動する。圧力流体を圧力容積部３００内に相応に導入することによって、下部作業ディスク１４０の局所的変形、具体的にはドイツ特許出願公開第１０２０１６１０２２２３号にて原則として説明されるような局所的な凹状または凸状の変形が生成される可能性がある。

図１にて参照できるように、温度制御チャネル２２０は、圧力容積部３００よりも作業ギャップ１８０の近くに配置される。さらに、圧力容積部３００および温度制御チャネル２２０のダクトシステムは互いに接続されていないが、代わりに別々に制御可能であるか、もしくはそれぞれ調節可能である。

図２から４は、図１に示す両面工作機械に使用可能な第１の支持ディスクと第１の作業ディスクを示す。説明の都合上、図２から４は、関連する供給部および排出ラインを含む、温度制御チャネル２２０および圧力容積部３００を示していない。また、図２から４に示す作業ディスクと支持ディスクが、供給部および排出ラインを含む、対応する温度制御チャネルおよび圧力容積部を有することは言うまでもない。さらに、図２から４は、例として第１の支持ディスクと第１の作業ディスクのみを示している。追加で提供される、第２の支持ディスクと第２の作業ディスクは、適宜設計され得る。

図２は、例えば図１にて示す両面工作機械に使用可能な第１の下部支持ディスク１０および第１の下部作業ディスク１４の第１の例示的な実施形態を示す。図示された例示的な実施形態では、複数のクランプねじ２０が設けられ、このクランプねじ２０は作業ギャップ１８から離間する方向に向く側面から第１の支持ディスク１０を通って挿入され、かつ第１の作業ディスク１４の対応するねじ付ボアにねじ込まれる。クランプねじは、環状の支持ディスクおよび作業ディスク１０、１４を介して２つの部分円、すなわち半径方向外側の部分円および半径方向内側の部分円に沿って配置される。クランプねじ２０は、各々ねじ頭２２を有する。第１の支持ディスク１０は第１の作業ディスク１４に対向するクランプ面２４を有し、第１の作業ディスク１４は第１の支持ディスク１０に対向するクランプ面２６を有する。クランプねじ２０をねじ込む間、第１の支持ディスク１０と第１の作業ディスク１４は、互いに固定される。図２による図示された例示的な実施形態では、クランプ面２４、２６は、固定された状態で互いに直接横たわっており、互いに固定されている。

図２による例示的な実施形態では、クランプねじ２０のねじ頭２２と第１の作業ディスク１４から離間する方向に向く第１の支持ディスク１０の表面２８との間に、弾性ばね座金３０が配置され、ばね座金はクランプねじ２０がねじ込まれた状態で弾性的に圧縮され、したがって、クランプ手段２０を弾性的にプレストレスする。その結果、クランプ面２４、２６の上の第１の支持ディスク１０と第１の作業ディスク１４との間における熱に起因する相対移動の場合、クランプ手段２０によって提供される摩擦力は低減されることにより、例えば、第１の作業ディスク１４の熱膨張およびこれによって第１の支持ディスク１０に対して引き起こされる相対移動の後に、第１の作業ディスク１４がその元の位置に完全に戻るようになる。

図３は、図２による例示的な実施形態にほぼ対応するさらなる例示的な実施形態を示す。図３による例示的な実施形態では、弾性ばね座金３０に加えて、クランプねじ２０の周囲に配置された転がり軸受３２が、第１の支持ディスク１０と第１の作業ディスク１４のクランプ面２４、２６の間に設けられる。これらの転がり軸受３２によって、第１の支持ディスク１０と第１の作業ディスク１４、具体的にはそれらのクランプ面２４、２６は、互いに機械的に分離される。したがって、クランプねじ２０によって生じる第１の支持ディスク１０と第１の作業ディスク１４との間の摩擦力は、さらに低減される。

図４は、上述したサイズの熱的変化の影響を回避するためのさらなる例を示す。図４による例は、一方では、弾性ばね座金３０の形態でデカップリング手段が設けられていない点で、図２による例示的な実施形態とは異なる。他方では、第１の支持ディスク１０‘と第１の作業ディスク１４‘におけるクランプねじ２０の周囲に逃げ溝３４、３６が形成されている点で異なる。このような逃げ溝３４，３６によって、上述したサイズの熱的変化による不利な影響を相殺する試みが行われてきた。しかしながら、この手段では、図２および３によるデカップリング手段に関連する成功をもたらさないことがわかっている。

１０、１０‘、１００ 下部支持ディスク
１２、１２０ 上部支持ディスク
１４、１４‘、１４０ 下部作業ディスク
１６、１６０ 上部作業ディスク
１８、１８０ 作業ギャップ
２０ クランプ手段、クランプねじ
２２ ねじ頭
２４ クランプ面
２６ クランプ面
２８ 表面
３０ ばね座金
３２ 転がり軸受
３４ 逃げ溝
３６ 逃げ溝
２００ 制御および／または調整装置
２２０ 温度制御チャネル
２４０ 供給部
２６０ 排出部
２８０ 温度制御チャネル
３００ 圧力容積部
３２０ 供給部

Claims (14)

1. 第１の支持ディスク（１０、１００）に固定された好ましくは環状の第１の作業ディスク（１４、１４０）と、カウンターベアリング要素とを備える両面または片面工作機械であって、前記第１の作業ディスク（１４、１４０）および前記カウンターベアリング要素は、少なくとも１つの駆動シャフトによって互いに相対的に回転するように駆動可能であり、作業ギャップ（１８、１８０）は、平坦なワークピースの両面または片面を機械加工するために、前記第１の作業ディスク（１４、１４０）と前記カウンターベアリング要素との間に形成され、第１のクランプ手段（２０）は、前記第１の作業ディスク（１４、１４０）と対向する前記第１の支持ディスク（１０、１００）のクランプ面（２４）に対して、前記作業ギャップ（１８、１８０）から離間する方向に向くクランプ面（２６）で前記第１の作業ディスク（１４、１４０）をクランプするために設けられる、両面または片面工作機械。
2. デカップリング手段は、前記第１の作業ディスク（１４、１４０）および前記第１の支持ディスク（１０、１００）の前記クランプ面（２４、２６）の間に配置される少なくとも１つの軸受（３２）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の両面または片面工作機械。
3. 前記少なくとも１つの軸受（３２）は、少なくとも１つの転がり軸受（３２）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の両面または片面工作機械。
4. 前記デカップリング手段は、前記第１のクランプ手段（２０）を弾性的にプレストレスするための弾性プレストレス手段（３０）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の両面または片面工作機械。
5. 前記第１のクランプ手段（２０）は、前記第１の支持ディスク（１０、１００）を、前記第１の作業ディスク（１４、１４０）の前記クランプ面（２６）に対してそのクランプ面（２４）でクランプするクランプねじ（２０）を備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の両面または片面工作機械。
6. 前記弾性プレストレス手段（３０）は、前記クランプねじ（２０）のねじ頭（２２）と前記第１の作業ディスク（１４、１４０）から離間した方向に向く前記第１の支持ディスク（１０、１００）の表面（２８）との間に各々配置される弾性ばね座金（３０）を備えることを特徴とする、請求項４および５に記載の両面または片面工作機械。
7. 前記デカップリング手段は、前記第１の作業ディスク（１４、１４０）と前記第１の支持ディスク（１０、１００）との間にデカップリング中間層、特に摺動中間層または熱的分離のための中間層を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の両面または片面工作機械。
8. 前記第１の作業ディスク（１４、１４０）の材料は、前記第１の支持ディスク（１０、１００）の材料よりも低い熱膨張係数を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の両面または片面工作機械。
9. 前記カウンターベアリング要素は、好ましくは環状の第２の作業ディスク（１６、１６０）によって形成され、前記第１および第２の作業ディスク（１６、１６０）は、互いに相対的に同軸上に配置され、前記作業ギャップ（１８、１８０）は、平坦なワークピースの両面または片面を機械加工するために、前記第１および第２の作業ディスク（１４、１４０、１６、１６０）の間に形成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の両面または片面工作機械。
10. 前記第２の作業ディスク（１６、１６０）は、第２の支持ディスク（１２、１２０）に固定され、第２のクランプ手段は、前記第２の作業ディスク（１６、１６０）に対向する前記第２の支持ディスク（１２、１２０）のクランプ面に対して、前記作業ギャップ（１８、１８０）から離間する方向に向くクランプ面で前記第２の作業ディスク（１６、１６０）をクランプするために設けられ、デカップリング手段はまた、前記第２の作業ディスク（１６、１６０）を前記第２の支持ディスク（１２、１２０）から少なくとも部分的に分離するために設けられることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の両面または片面工作機械。
11. 圧力容積部（３００）は、前記第１の支持ディスク（１０、１００）と前記第１の作業ディスク（１４、１４０）との間に配置され、該圧力容積部が、圧力が前記圧力容積部（３００）に蓄積され、前記第１の作業ディスク（１４，１４０）に所定の局所変形を生成するような方法で作動可能な圧力流体供給部に接続されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の両面または片面工作機械。
12. 温度制御チャネル（２２０、２８０）は、前記第１の作業ディスク（１４、１４０）の温度を制御するために設けられ、温度制御流体供給部に接続されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の両面または片面工作機械。
13. 前記温度制御チャネル（２２０、２８０）は、前記第１の作業ディスク（１４、１４０）内に配置され、前記温度制御チャネル（２２０、２８０）が前記圧力容積部（３００）よりも前記作業ギャップ（１８、１８０）の近くに配置され、前記温度制御チャネル（２２０、２８０）が前記圧力容積部（３００）に接続されないようにすることを特徴とする、請求項１１または１２のいずれか一項に記載の両面または片面工作機械。
14. 前記第１の作業ディスク（１４，１４０）は、互いに接続される２つの好ましくは環状ディスクから形成され、かつその間に前記温度制御チャネル（２２０、２８０）が形成され、一方の前記ディスクは前記作業ギャップ（１８、１８０）に隣接し、他方の前記ディスクは前記第１の支持ディスク（１０、１００）の前記クランプ面に対してクランプするための前記クランプ面を有することを特徴とする、請求項１２および１３のいずれか一項に記載の両面または片面工作機械。

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