JP3004601B2 - 回転型位置決め装置及び作業装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転型位置決め装
置及び回転型位置決め装置を適用した作業装置に関し、
特に、回転装置に搭載されて回転する工具、測定プロー
ブあるいはワークの変位や傾きを高精度に制御すること
により高精度な加工や測定を実現する精密加工装置及び
精密測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平6-210633号公報には、回
転部と共に回転運動を行う位置決め対象物の変位を位置
決めする位置決め装置を備えた加工装置が示されてい
る。図１４に基づいて従来の位置決め装置及び加工装置
の構成を説明する。図１４には従来の位置決め装置を備
えた加工装置の概略構成を示してある。図示例の位置決
め装置は、超硬合金等の高硬度材料やセラミックス、ガ
ラス等の硬脆性材料の鏡面研削加工を実現する研削加工
装置を提供することを目的としている。

【０００３】微小位置決め装置１には２０kgf/μｍ以上
の剛性を有する圧電素子から成るアクチュエータが組み
込まれ、微小位置決め装置１には研削砥石スピンドル２
が搭載され、研削砥石スピンドル２には研削砥石３が取
り付けられている。微小位置決め装置１の下には加工力
測定装置４が配置され、加工中の反力が測定されると同
時に、変位量測定装置５，６によって、微小位置決め装
置１及び研削砥石スピンドル２の変位が測定される。

【０００４】加工力測定装置４及び変位量測定装置５，
６の信号は、アンプ７，８，９を通して制御装置１０に
取り込まれ、加工力測定装置４及び変位量測定装置５，
６の出力信号に基づき、研削砥石３の切り込み量が制御
装置１０内で演算される。そして、切り込み量に相当す
る電圧指令が圧電素子ドライバ１１に与えられ、微小位
置決め装置１がサブミクロン以下の分解能で位置決めさ
れる。これにより、研削砥石スピンドル２が高精度で移
動され、位置決め対象となる研削砥石３が被加工物に対
して微小かつ高精度に切り込み送りされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では、
回転装置を位置決め装置に搭載する構成となっており、
位置決め装置の駆動軸に対し、回転装置の回転軸がオフ
セットして設置されることになる。このため、位置決め
装置によって位置決め対象の変位を位置決めする際に、
位置決め装置の位置決め精度に加えオフセットによるア
ッベ誤差が生じ、回転体に搭載された位置決め対象とな
る研削砥石３を高精度に位置決めすることが困難になる
という問題があった。

【０００６】一方、本発明の利用分野の一つとなるシリ
コンウエハの高精度鏡面加工に供する研削加工装置にお
いては、研削砥石と被加工物との間の相対変位を微小か
つ高精度に位置決めし、被加工物に砥石をサブミクロン
以下の精度で微小量だけ切り込ませ、一般に延性モード
加工と呼ばれる加工を実現する必要があるが、上述した
従来例では、この位置決めを研削砥石を有する研削砥石
スピンドルを搭載した位置決め装置によって行ってい
る。

【０００７】しかし、近年、被加工物となるシリコンウ
エハのサイズが大口径化するに伴ってシリコンウェハを
加工する為の研削砥石や研削砥石スピンドルも大型化
し、これらの総重量は数十キロのオーダーに達するよう
になってきた。これは、研削砥石スピンドルを搭載し、
これをシリコンウエハに切り込ませるための切り込み軸
スライドに対し、切り込み軸スライドの案内部における
摩擦の影響等を増大させる事になり、スティックスリッ
プ等の非線型要因を誘発することになるため、切り込み
軸スライドの位置決め誤差を増大させてしまう。

【０００８】従来の構成によれば、この位置決め誤差を
位置決め装置によって補正する構成となっているが、研
削砥石スピンドルの大型化に伴って、これを搭載した位
置決め装置の可動部重量が数十キロ近くに達する事にな
り、これに起因する位置決め装置の応答周波数帯域幅の
減少や、研削砥石スピンドルの慣性によるオーバーシュ
ートが発生するため、研削砥石とワーク間の相対変位を
十分な精度で位置決めできなくなるという問題があっ
た。

【０００９】更に、上述した従来の研削加工装置では、
研削砥石がシリコンウエハを切り込む際、加工反力等の
外乱によって、シリコンウエハの加工面に対して研削砥
石面が傾いた状態で加工されることになる。しかし、従
来の技術では研削砥石の傾きを測定・制御するための手
段を有していないため、シリコンウエハの加工面精度が
劣化するという問題があった。

【００１０】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、回転部に搭載して回転部と共に回転する位置決め対
象物の変位・傾きを高精度かつ高速に微小位置決めでき
る回転型位置決め装置を提供することを目的とする。

【００１１】また、回転型位置決め装置を備え、高速回
転する作業具とこれに相対する作業対象物の相対変位お
よび作業具の傾きを、高精度かつ高速に微小位置決めす
ることで高精度な作業を実現可能とする作業装置を提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の回転型位置決め装置の構成は、回転装置の回
転部に搭載され前記回転部と共に回転しながら位置決め
対象物を保持すると共に前記位置決め対象物を前記回転
部の回転軸と平行な方向に微小変位させる回転変位テー
ブルと、回転状態にある前記回転変位テーブルを微小変
位駆動させるために必要な電力及び信号を固定部側で入
出力可能な送受信装置と、回転運動を行う前記位置決め
対象物の変位を前記送受信装置を介して制御するコント
ローラとを備えたことを特徴とする。

【００１３】そして、前記回転変位テーブルは、前記回
転部の回転軸に対して微小角度だけ傾斜可能であること
を特徴とする。また、前記回転変位テーブルには、前記
位置決め対象物を搭載する可動部と、前記可動部を前記
回転部の回転軸と平行な方向に移動可能且つ前記回転軸
に対して所定の角度だけ傾斜可能に支持する弾性案内機
構と、前記可動部の変位を測定する変位量測定装置と、
前記可動部を微小変位させるためのアクチュエータを備
え、前記可動部及び前記弾性案内機構及び前記アクチュ
エータ及び前記変位量測定装置は、前記回転装置の回転
軸に対して軸対称に配置されていることを特徴とする。
また、前記回転変位テーブルには、前記変位量測定装置
が少なくとも３本以上備えられると共に、前記アクチュ
エータが少なくとも３本以上備えられていることを特徴
とする。また、前記変位量測定装置からの変位信号を前
記送受信装置を介して前記コントローラにフィードバッ
クし、前記コントローラが前記変位信号に基づき前記送
受信装置を介して前記アクチュエータの変位及び傾きを
制御することで前記可動部に搭載した前記位置決め対象
物の変位及び傾きを制御することを特徴とする。

【００１４】また、上記目的を達成するための本発明の
回転型位置決め装置の構成は、回転装置の回転部に搭載
され前記回転部と共に回転しながら位置決め対象物を保
持すると共に前記位置決め対象物を前記回転部の回転軸
と平行な方向に微小変位させる回転変位テーブルと、回
転状態にある前記回転変位テーブルを微小変位駆動させ
るために必要な電力及び信号を固定部側で入出力可能な
送受信装置と、回転運動を行う前記位置決め対象物の変
位を前記送受信装置を介して制御するコントローラとを
備え、前記回転変位テーブルには、前記位置決め対象物
を搭載する可動部と、前記可動部を前記回転部の回転軸
と平行な方向及び微小角度の傾きに対して移動可能に支
持する弾性案内機構とが備えられ、前記回転変位テーブ
ルには、前記回転装置の回転部に取り付けるためのベー
スと、一端が前記可動部に回転自在に取り付けられると
共に他端が前記ベースに固定されるアクチュエータと、
前記可動部の変位を測定するための変位量測定装置とが
備えられ、前記変位量測定装置には、前記ベースの変形
の影響を受けることなく保持するためのサポートが備え
られていることを特徴とする。

【００１５】また、上記目的を達成するための本発明の
作業装置の構成は、作業具が装着されて高速回転する回
転部を備えたスピンドルを一方向に往復運動可能なスラ
イド部材に搭載し、前記作業具と相対する前記作業対象
物との相対的な変位を制御しながら前記作業対象物に対
して作業を行う作業装置において、前記回転部に、前述
した回転型位置決め装置における前記回転変位テーブル
を付加し、前記回転変位テーブルの前記可動部に前記作
業具を装着することで前記作業具の微小な変位及び角度
の傾きを可能にすると共に、前述した回転型位置決め装
置における前記送受信装置ならびに前記コントローラを
付加し、これらを用いて前記可動部の変位ならびに傾き
を制御して前記作業具と前記作業対象物の相対変位を制
御することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１には本発明の第１実施形態例
に係る回転型位置決め装置の全体構成を示してある。

【００１７】回転装置２１は、回転部２２と、軸受２３
（例えば空気静圧軸受）と、回転駆動手段２４（例えば
ＤＣモーター）とから構成され、軸受２３に支持された
回転部２２を回転駆動手段２４によって回転できるよう
になっている。回転部２２には、工具、測定プローブあ
るいはワーク等の位置決め対象物２５を保持した回転変
位テーブル２６が搭載され、回転変位テーブル２６は回
転部２２と共に回転運動を行いながら、位置決め対象物
２５を回転部２２の回転軸に対して平行な方向に微小か
つ高精度に位置決めする。

【００１８】このとき、回転変位テーブル２６の変位を
微小に駆動可能なアクチュエータ（例えば圧電素子）へ
の電力供給と、回転変位テーブル２６の変位を高精度に
測定可能な変位量測定装置（例えば静電容量型変位計）
からの変位出力信号の受信とを送受信装置２７を介して
行なう。送受信装置２７は、回転体からの信号を固定さ
れた外部に入出力可能な、例えば、スリップリングで構
成されている。

【００１９】尚、本実施形態例においては、回転変位テ
ーブル２６から送受信装置２７までの電力供給及び変位
出力信号用ケーブルは、回転装置２１を中空構造として
その中を通す構造としている。

【００２０】送受信装置２７を介して回転装置２１の外
部に出力された変位出力信号は、変位量測定装置用アン
プ２８で増幅された後コントローラ２９に取り込まれ
る。コントローラ２９では、取り込まれた変位出力信号
に基づいて回転変位テーブル２６が移動すべき変位量を
演算すると共に、アクチュエータに入力すべき指令電圧
を演算し、その結果をアクチュエータ用アンプ３０に出
力する。アクチュエータ用アンプ３０では指令電圧を増
幅した後、送受信装置２７を介して増幅後の信号を供給
電力としてアクチュエータへ出力することで回転変位テ
ーブル２６の変位が微小かつ高精度に位置決めされる。

【００２１】図２、図３に基づいて回転変位テーブル２
６の詳細を説明する。図２には回転変位テーブル２６の
側面断面、図３には回転変位テーブル２６の正面状況を
示してある。

【００２２】回転変位テーブル２６は、可動部３１と、
弾性案内機構３２と、変位量測定装置３３と、アクチュ
エータ３４ａ，３４ｂ，３４ｃと、ベース３５とを主な
構成要素としている。可動部３１は、外周をベース３５
に固定した薄肉円板状（軸対称）の弾性案内機構３２の
中心部に配置されることで弾性支持されている。可動部
３１とベース３５の間には、３本のアクチュエータ３４
ａ，３４ｂ，３４ｃが１２０度等配で配置され、３本の
アクチュエータ３４ａ，３４ｂ，３４ｃは回転軸に対し
て軸対称となっている。

【００２３】アクチュエータ３４ａ，３４ｂ，３４ｃの
一端はベース３５に固定され、他端には球３６が設けら
れている。一方、トッププレート３７には四角錐座が設
けられ、四角錐座に球３６を落とし込むことでトッププ
レート３７に対してアクチュエータ３４ａ，３４ｂ，３
４ｃが回転自在に支持された状態になっている。

【００２４】トッププレート３７は、アクチュエータ３
４ａ，３４ｂ，３４ｃへの与圧を調整するため、可動部
３１に配設した与圧ねじ３８と接触する構造となってお
り、これにより３本のアクチュエータ３４ａ，３４ｂ，
３４ｃに対して均等に与圧が加えられるようになってい
る。また、３本のアクチュエータ３４ａ，３４ｂ，３４
ｃにおける変位のばらつきを平均化され、可動部３１に
対して、アクチュエータ３４ａ，３４ｂ，３４ｃから発
生した変位を確実に伝達できるようになっている。尚、
図中の符号で３９はロックナットである。

【００２５】一方、変位量測定装置３３は回転部２２の
回転軸に対し変位測定方向が一致するようにベース３５
に固定され、変位量測定装置３３がトッププレート３７
の面中心部の変位を測定することで可動部３１の変位が
測定される。

【００２６】図４には上述した回転装置２１におけるコ
ントローラ２９の制御ブロックを示してある。

【００２７】回転変位テーブル２６に組み込まれた変位
量測定装置３３からの変位出力信号は、送受信装置２７
を経由して変位量測定装置用アンプ２８に入力される。
変位量測定装置用アンプ２８から出力された信号は、ノ
イズフィルタ４２によって高周波のノイズ成分をカット
したのち、比較器４３で信号発生器４４からの指令電圧
と比較され誤差信号を得る。その後、誤差信号は、ゲイ
ン調整器４５、積分器４６、ノッチフィルタ４７による
信号処理を施され、アクチュエータ用アンプ３０に入力
される。

【００２８】更に、アクチュエータ用アンプ３０からの
出力信号は送受信装置２７を経由し、アクチュエータ３
４ａ，３４ｂ，３４ｃに入力されることによって、アク
チュエータ３４ａ，３４ｂ，３４ｃの変位量がフィード
バック制御される。即ち、変位量測定装置３３からの変
位出力信号が指令電圧より大きい場合、上述のコントロ
ーラ２９がアクチュエータ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを縮
ませるように制御し、逆の場合、アクチュエータ３４
ａ，３４ｂ，３４ｃを伸ばすように制御することで、ト
ッププレート３７を介して可動部３１の変位を調整す
る。このとき、可動部３１は弾性案内機構３２によって
支持されているため、転がり案内やすべり案内で生じて
いたがたや摩擦の影響がなく、可動部３１を微小且つ高
精度に位置決めできる。

【００２９】図５乃至図７に基づいて本実施形態例にお
ける実験結果の例を説明する。

【００３０】図５には回転装置２１を高速回転（回転
数：6000rpm ）させた状態で、信号発生器４４から生成
される指令電圧からノイズフィルタ４２を通った後の変
位量測定装置３３の出力信号までの閉ループ周波数特性
を測定した結果を示してある。図に示すように、回転変
位テーブル２６は、約600Hz まで平坦な特性を示してお
り、非常に高速な応答が実現できていることが確かめら
れた。

【００３１】図６には信号発生器４４から正弦波信号
（振幅：±１μｍ、周波数：100Hz ）を出力させた時
の、変位量測定装置３３からの出力信号波形を測定した
結果を示してある。図に示すように、約２０度の位相遅
れがあるものの、振幅±１μｍ、周波数100Hz の指令電
圧に対して十分に追随しており、また波形の乱れもない
ことが確かめられた。

【００３２】図７には信号発生器４４から矩形波信号
（振幅：±１μｍ、周波数：100Hz ）を出力させた時
の、変位量測定装置３３からの出力信号波形を測定した
結果を示してある。図に示すように、矩形波の立ち上が
り及び立ち下がりにおいて、変位量測定装置３３の出力
波形には、0.4 μｍ程度のオーバーシュートが測定され
たが、与えられた矩形波信号に対して約４ms後には整定
しており、高速かつ高精度な位置決め性能が実現できて
いることが確かめられた。

【００３３】以上の結果から、図１に示した回転装置２
１において、微小且つ高精度な変位応答特性が得られて
いることが確かめられた。

【００３４】図８、図９に基づいて第２実施形態例に係
る回転変位テーブルの構成を説明する。図８には第２実
施形態例に係る回転変位テーブルの断面側面、図９には
第２実施形態例に係る回転変位テーブルの正面を示して
ある。尚、図１乃至図３に示した部材と同一部材には同
一符号を付して重複する説明は省略してある。

【００３５】図８、図９に示すように、回転変位テーブ
ル５１の可動部３１に、可動部３１の中心軸に対して１
２０度等配で軸対称に３本のアクチュエータ５２ａ，５
２ｂ，５２ｃを配置し、３本のアクチュエータ５２ａ，
５２ｂ，５２ｃの変位をそれぞれ独立に測定するため、
３本の変位量測定装置５３ａ，５３ｂ，５３ｃを各アク
チュエータ５２ａ，５２ｂ，５２ｃの近傍に配設する構
造としている。

【００３６】可動部３１の傾きは、３本の変位量測定装
置５３ａ，５３ｂ，５３ｃで測定された変位量から演算
によって決定することができる。３本のアクチュエータ
５２ａ，５２ｂ，５２ｃに対し、各アクチュエータ５２
ａ，５２ｂ，５２ｃに近接した変位量測定装置５３ａ，
５３ｂ，５３ｃを一組とし、計３組に図４に示した制御
系を各々独立に適用することによって、可動部３１の変
位と傾きを微小かつ高精度に制御することができる。

【００３７】即ち、アクチュエータ５２ａ，５２ｂ，５
２ｃに入力する指令電圧を同一とした場合、アクチュエ
ータ５２ａ，５２ｂ，５２ｃは同じ変位量だけ伸縮する
ことになる。このため、アクチュエータ５２ａ，５２
ｂ，５２ｃが接触する可動部３１は、回転部２１（図１
参照）の回転軸に対して平行に微小かつ高精度に移動す
る。また、アクチュエータ５２ａ，５２ｂ，５２ｃに入
力する指令電圧をそれぞれ異なった値とすると、アクチ
ュエータ５２ａ，５２ｂ，５２ｃが異なった指令電圧に
応じてそれぞれ独立して変位する。このため、可動部３
１は回転部２１（図１参照）の回転軸に対して微小に傾
くことになる。

【００３８】尚、上述した実施形態例では、３本のアク
チュエータ５２ａ，５２ｂ，５２ｃと３本の変位量測定
装置５３ａ，５３ｂ，５３ｃを用いた例について説明し
たが、アクチュエータ及び変位量測定装置の数を４本あ
るいはそれ以上とすることにより、より均等で高精度な
傾き制御が可能となる。

【００３９】図１０に基づいて第３実施形態例に係る回
転変位テーブルの構成を説明する。図１０には第３実施
形態例に係る回転変位テーブルの断面側面を示してあ
る。尚、図１乃至図３及び図８、図９に示した部材と同
一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してあ
る。

【００４０】回転変位テーブル６１は、可動部３１と、
弾性案内機構３２と、変位量測定装置３３と、アクチュ
エータ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ（アクチュエータ３４ｃ
は図示は省略してある）と、ベース３５と、サポートベ
ース６２と、サポートロッド６３と、サポートブロック
６４とを主な構成要素としている。

【００４１】変位量測定装置３３は、アクチュエータ３
４ａ，３４ｂ，３４ｃの駆動時に発生するベース３５の
変形による変位基準の移動を回避するため、以下の構成
で保持されている。まず、アクチュエータ３４ａ，３４
ｂ，３４ｃの駆動時に変形がほとんど発生しないベース
３５の上面部に、サポートベース６２をねじ締結等によ
り配置固定する。サポートベース６２には、その一端が
サポートベース６２に圧入されたサポートロッド６３が
回転軸に対して対称となるように１２０度等配で３本配
置されて、サポートロッド６３の他端側には、サポート
ブロック６４がねじ締結によって固着保持されている。

【００４２】変位量測定装置３３は、３本のサポートロ
ッド６３によって支持されたサポートブロック６４に止
めねじによって固定されている。従って、本実施形態例
における回転変位テーブル６１では、可動部３１が弾性
案内機構３２によりがたや摩擦の影響を受けることなく
く支持されながら、アクチュエータ３４ａ，３４ｂ，３
４ｃの伸縮によって微小かつ高精度に移動できる。ま
た、変位量測定装置３３を上述した構成で支持すること
で、ベース３５の変形による変位基準の移動を回避可能
としたため、高精度の位置決めが可能となる。実際に、
ベース３５の変形に伴う変位基準の移動を測定した結
果、0.1 μｍ（最大）とサブミクロン以下に抑え込める
ことを確認した。

【００４３】図１１に基づいて上述した回転型位置決め
装置を適用した作業装置としての研削加工装置を説明す
る。図１１には回転型位置決め装置を適用した研削加工
装置の構成を表す平面を示してある。尚、図１乃至図３
及び図９乃至図１０に示した部材と同一部材には同一符
号を付して重複する説明は省略してある。

【００４４】石定盤等の基台７０上には、一方向である
Ｘ方向（図中左右方向）に往復運動可能な切り込み軸ス
ライド７１と、Ｙ方向（図中上下方向）に往復運動可能
な送り軸スライド７２が搭載されている。切り込み軸ス
ライド７１には、高速回転可能な回転装置２１が搭載さ
れ、回転装置２１の一端には位置決め対象物となる研削
砥石７３を保持した回転変位テーブル２６（５１，６
１）を搭載している。また、回転装置２１の他端には送
受信装置２７を設け、回転変位テーブル２６（５１，６
１）から入出力するべき電力及び信号の送受信が固定部
との間で行われるようになっている。

【００４５】また、送り軸スライド７２にはワークスピ
ンドル７４が搭載され、ワークスピンドル７４の回転部
端面にはワーク７５が装着され、ワーク７５の加工面は
研削砥石７３に相対している。送り軸位置検出手段７６
によって送り軸スライド７２の位置を測定しながら、送
り軸駆動手段７７によって送り軸スライド７２をＹ方向
に移動させることで、研削砥石７３に対して適宜位置に
ワーク７５が配置されて固定される。切り込み軸スライ
ド７１は切り込み軸駆動手段７８の駆動によりワーク７
５の加工面に対して研削砥石７３が切り込まれる方向
（Ｘ方向）に移動する。

【００４６】この時、切り込み軸スライド７１の位置
は、切り込み軸位置検出手段７９によって測定され、こ
こで測定された位置信号Ｃが切り込み軸コントローラ８
０に入力される。切り込み軸コントローラ８０では、切
り込み信号発生器８１から出力された移動指令信号Ａと
位置信号Ｃとが比較される。その後、比較結果である偏
差信号Ｂが切り込み軸駆動手段７８に与えられ、切り込
み軸スライド７１が位置フィードバック制御される。

【００４７】ところで、切り込み軸スライド７１では摩
擦等の非線型要因の影響により位置フィードバック制御
では取り除けない変位誤差Ｄが発生する。そこで、この
変位誤差Ｄを回転型位置決め装置のコントローラ２９の
指令信号として入力し、回転変位テーブル２６（５１，
６１）の変位を高速かつ高精度に制御する。これによ
り、研削砥石７３をサブミクロン以下の精度でワーク７
５に切り込ませる。

【００４８】上述した研削装置では、ワークスピンドル
７４によって回転するワーク７５の加工面に対し、回転
装置２１によって高速回転する研削砥石７３を一定速度
で切り込ませながら加工を行い、硬脆性材料や高硬度材
料の高精度鏡面加工に供する研削加工装置を実現してい
る。

【００４９】上記構成の研削装置による加工試験結果を
説明する。加工試験では、表１の条件で粗研削加工を行
ったワークに対し、表２に示す条件で仕上げ研削加工を
施し、加工面表層部のダメージ深さ及び加工面粗さを評
価した。また、回転型位置決め装置を用いた場合と用い
ない場合のそれぞれについてこ加工試験を実施して比較
を行った。

【００５０】

【表１】

【表２】

【００５１】図１２には加工面表層部のダメージ層深さ
を評価した結果を示してある。回転型位置決め装置を用
いない場合には、シリコンウェハ加工面の表層部から５
μｍの深さに達するダメージ層が観察されたが、回転型
位置決め装置を用いた場合には、ダメージ層の深さが0.
5 μｍまで低減されている事が確認できた。

【００５２】図１３には加工面粗さを評価した結果を示
してある。回転型位置決め装置を用いない場合のシリコ
ンウェハの表面粗さが0.23μｍＲ_max であったのに対
し、回転型位置決め装置を用いた場合には、0.05μｍＲ
_max まで表面粗さが向上できていることが確認できた。

【００５３】以上の結果より、上述した研削加工装置を
用いることで、シリコンウェハ等の硬脆性材料の高精度
鏡面加工に供する事が可能な研削加工装置を実現できる
ことが確認できた。

【００５４】

【発明の効果】本発明の回転位置決め装置は、回転装置
の回転部に搭載され前記回転部と共に回転しながら位置
決め対象物を保持すると共に前記位置決め対象物を前記
回転部の回転軸と平行な方向に微小変位させる回転変位
テーブルと、回転状態にある前記回転変位テーブルを微
小変位駆動させるために必要な電力及び信号を固定部側
で入出力可能な送受信装置と、回転運動を行う前記位置
決め対象物の変位を前記送受信装置を介して制御するコ
ントローラとを備えたので、位置決め対象物の変位及び
傾きを位置決めするための回転変位テーブルが回転装置
の回転部に搭載され、回転変位テーブルの駆動軸と、回
転部の回転軸とを一致させることができ、駆動軸と前記
回転軸とのオフセットによって生じていた誤差をなくす
ことで位置決め対象物の位置決め精度を向上させること
ができる。

【００５５】また、回転装置の回転部に搭載した回転変
位テーブルに位置決め対象物を搭載し、位置決め対象の
変位は回転変位テーブルによって位置決めさせる構成と
しているので、回転装置の大型化に伴って回転装置の重
量が増大しても、回転変位テーブルの可動部重量には大
きな影響を与えず、応答周波数帯域幅の減少や、慣性力
によるオーバーシュートの影響が回避でき、高速な位置
決めを実現することができる。

【００５６】更に、回転変位テーブルの可動部に位置決
め対象物を搭載するという構成により、可動部の変位を
少なくとも３本以上の変位量測定装置で計測することに
より、可動部の傾き、即ち、可動部上に搭載された位置
決め対象物の傾きを測定することが可能となる。また、
可動部に対して少なくとも３本以上のアクチュエータを
配置することにより、可動部の傾き、即ち、回動部に搭
載された位置決め対象物の傾きを制御することができ
る。従って、変位量測定装置の近傍にそれぞれアクチュ
エータを配設し、各変位量測定装置から出力された変位
信号に基づいてコントローラが各アクチュエータをフィ
ードバック制御することにより、加工反力等の外乱によ
って生じていた位置決め対象の傾きを補正あるいは制御
することができるようになる。

【００５７】また、本発明の回転位置決め装置は、回転
装置の回転部に搭載され前記回転部と共に回転しながら
位置決め対象物を保持すると共に前記位置決め対象物を
前記回転部の回転軸と平行な方向に微小変位させる回転
変位テーブルと、回転状態にある前記回転変位テーブル
を微小変位駆動させるために必要な電力及び信号を固定
部側で入出力可能な送受信装置と、回転運動を行う前記
位置決め対象物の変位を前記送受信装置を介して制御す
るコントローラとを備え、前記回転変位テーブルには、
前記位置決め対象物を搭載する可動部と、前記可動部を
前記回転部の回転軸と平行な方向及び微小角度の傾きに
対して移動可能に支持する弾性案内機構とが備えられ、
前記回転変位テーブルには、前記回転装置の回転部に取
り付けるためのベースと、一端が前記可動部に回転自在
に取り付けられると共に他端が前記ベースに固定される
アクチュエータと、前記可動部の変位を測定するための
変位量測定装置とが備えられ、前記変位量測定装置に
は、前記ベースの変形の影響を受けることなく保持する
ためのサポートが備えられているので、回転変位テーブ
ルに組み込まれた変位量測定装置を、アクチュエータ駆
動時に発生するベース変形の影響を受けることがくなり
変位量測定装置の変位基準の移動を回避することが可能
となり、高精度な回転型位置決め装置を実現できる。

【００５８】また、本発明の作業装置は、作業具が装着
されて高速回転する回転部を備えたスピンドルを一方向
に往復運動可能なスライド部材に搭載し、前記作業具と
相対する前記作業対象物との相対的な変位を制御しなが
ら前記作業対象物に対して作業を行う作業装置におい
て、前記回転部に、前述した回転型位置決め装置におけ
る前記回転変位テーブルを付加し、前記回転変位テーブ
ルの前記可動部に前記作業具を装着することで前記作業
具の微小な変位及び角度の傾きを可能にすると共に、前
述した回転型位置決め装置における前記送受信装置なら
びに前記コントローラを付加し、これらを用いて前記可
動部の変位ならびに傾きを制御して前記作業具と前記作
業対象物の相対変位を制御するようにしたので、作業具
と相対する作業対象物との相対的な変位を、電気的な制
御等によって変更しながら、高速回転する作業具を作業
対象物に対して移動させて作業を行い、シリコンウェハ
等の硬脆性材料の高精度鏡面加工作業を容易に達成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例に係る回転型位置決め装置
の全体構成図。

【図２】第１実施形態例に係る回転変位テーブルの側面
断面図。

【図３】第１実施形態例に係る回転変位テーブルの正面
図。

【図４】回転変位テーブルの制御ブロック図。

【図５】回転変位テーブルの閉ループ周波数応答特性
図。

【図６】回転変位テーブルの変位応答波形図。

【図７】回転変位テーブルの変位応答波形図。

【図８】第２実施形態例に係る回転変位テーブルの側面
断面図。

【図９】第２実施形態例に係る回転変位テーブルの平面
図。

【図１０】第３実施形態例に係る回転変位テーブルの側
面断面図。

【図１１】本発明の実施形態例に係る研削加工装置の構
成図。

【図１２】クラック深さの評価結果を表すグラフ。

【図１３】表面粗さの評価結果を表すグラフ。

【図１４】従来の研削加工装置の概略構成図。

【符号の説明】

２１ 回転装置 ２２ 回転部 ２３ 軸受 ２４ 回転駆動手段 ２５ 位置決め対象物 ２６，５１，６１ 回転変位テーブル ２７ 送受信装置 ２８ 変位量測定装置用アンプ ２９ コントローラ ３１ 可動部 ３２ 弾性案内機構 ３３，５３ 変位量測定装置 ３４，５２ アクチュエータ ３５ ベース ３６ 球 ３７ トッププレート ３８ 与圧ねじ ３９ ロックナット ４２ ノイズフィルタ ４３ 比較器 ４４ 信号発生器 ４５ ゲイン調整器 ４６ 積分器 ４７ ノッチフィルタ ６２ サポートベース ６３ サポートロッド ６４ サポートブロック ７０ 基台 ７１ 切り込みスライド ７２ 送り軸スライド ７３ 研削砥石 ７４ ワークスピンドル ７５ ワーク ７６ 送り軸位置検出手段 ７７ 送り軸駆動手段 ７８ 切り込み軸駆動手段 ７９ 切り込み軸位置検出手段 ８０ 切り込み軸コントローラ ８１ 切り込み信号発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ２４Ｂ 47/00 (72)発明者 津野 武志 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地 １ 三菱重工業株式会社 基盤技術研究 所内 (72)発明者 長谷川 修 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地 １ 三菱重工業株式会社 基盤技術研究 所内 (56)参考文献 特開 平６−210533（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−299700（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−159067（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−107935（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−4662（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 1/00 - 1/76 B23B 19/02 B24B 41/04

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転装置の回転部に搭載され前記回転部
   と共に回転しながら位置決め対象物を保持すると共に前
   記位置決め対象物を前記回転部の回転軸と平行な方向に
   微小変位させる回転変位テーブルと、回転状態にある前
   記回転変位テーブルを微小変位駆動させるために必要な
   電力及び信号を固定部側で入出力可能な送受信装置と、
   回転運動を行う前記位置決め対象物の変位を前記送受信
   装置を介して制御するコントローラとを備えたことを特
   徴とする回転型位置決め装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記回転変位テーブ
   ルは、前記回転部の回転軸に対して微小角度だけ傾斜可
   能であることを特徴とする回転型位置決め装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記回転変位テーブ
   ルには、前記位置決め対象物を搭載する可動部と、前記
   可動部を前記回転部の回転軸と平行な方向に移動可能且
   つ前記回転軸に対して所定の角度だけ傾斜可能に支持す
   る弾性案内機構と、前記可動部の変位を測定する変位量
   測定装置と、前記可動部を微小変位させるためのアクチ
   ュエータを備え、前記可動部及び前記弾性案内機構及び
   前記アクチュエータ及び前記変位量測定装置は、前記回
   転装置の回転軸に対して軸対称に配置されていることを
   特徴とする回転型位置決め装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記回転変位テーブ
   ルには、前記変位量測定装置が少なくとも３本以上備え
   られると共に、前記アクチュエータが少なくとも３本以
   上備えられていることを特徴とする回転型位置決め装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記変位量測定装置
   からの変位信号を前記送受信装置を介して前記コントロ
   ーラにフィードバックし、前記コントローラが前記変位
   信号に基づき前記送受信装置を介して前記アクチュエー
   タの変位及び傾きを制御することで前記可動部に搭載し
   た前記位置決め対象物の変位及び傾きを制御することを
   特徴とする回転型位置決め装置。
6. 【請求項６】 回転装置の回転部に搭載され前記回転部
   と共に回転しながら位置決め対象物を保持すると共に前
   記位置決め対象物を前記回転部の回転軸と平行な方向に
   微小変位させる回転変位テーブルと、回転状態にある前
   記回転変位テーブルを微小変位駆動させるために必要な
   電力及び信号を固定部側で入出力可能な送受信装置と、
   回転運動を行う前記位置決め対象物の変位を前記送受信
   装置を介して制御するコントローラとを備え、 前記回転変位テーブルには、前記位置決め対象物を搭載
   する可動部と、前記可動部を前記回転部の回転軸と平行
   な方向及び微小角度の傾きに対して移動可能に支持する
   弾性案内機構とが備えられ、 前記回転変位テーブルには、前記回転装置の回転部に取
   り付けるためのベースと、一端が前記可動部に回転自在
   に取り付けられると共に他端が前記ベースに固定される
   アクチュエータと、前記可動部の変位を測定するための
   変位量測定装置とが備えられ、 前記変位量測定装置には、前記ベースの変形の影響を受
   けることなく保持するためのサポートが備えられている
   ことを特徴とする回転型位置決め装置。
7. 【請求項７】 作業具が装着されて高速回転する回転部
   を備えたスピンドルを一方向に往復運動可能なスライド
   部材に搭載し、前記作業具と相対する前記作業対象物と
   の相対的な変位を制御しながら前記作業対象物に対して
   作業を行う作業装置において、 前記回転部に、請求項１、２、３及び６に記載の前記回
   転変位テーブルを付加し、前記回転変位テーブルの前記
   可動部に前記作業具を装着することで前記作業具の微小
   な変位及び角度の傾きを可能にすると共に、 請求項１及び６に記載の前記送受信装置ならびに前記コ
   ントローラを付加し、これらを用いて前記可動部の変位
   ならびに傾きを制御して前記作業具と前記作業対象物の
   相対変位を制御することを特徴とする作業装置。