JP3613733B2 - 硬質円盤の研磨方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、硬質円盤、例えば樹脂製の光学式ディスク、シリコンウェハなどの金属基板、レンズなどの光学製品等の表面を研磨する研磨方法に関するものである。
背景技術
近年、硬質円盤、特に樹脂製の光学式ディスクは音楽用やコンピューター用のコンパクトディスク、または画像用のレーザーディスクなど多種多様な用途で使用されている。この急激な普及の理由の一つは、その光学式の読み取りでは記憶面の劣化が殆ど生じないことにある。
ところが、この記憶面を覆っている表面層は透明な樹脂であることから表面層に傷が付きやすく、特に使用頻度の高いディスクでは、この傷が原因して音飛びや画像ぶれなどの読み取りエラーが発生する。そこで、この表面層を研磨して傷を除去する必要がある。この研磨方法としては、ディスクの研磨対象となる表面（以下、「被研磨面」と称する）の幅と同じ直径を有する研磨材としてのバフをその被研磨面に当接させ、ディスクとバフを同時に回転させ、その当接面に研磨剤を投入して研磨するものがある。
しかしながら、このような研磨では次の問題がある。
（１）ディスクの内周側と外周側では速度が異なるので、一定状態で回転するバフでは研磨ムラが生じる。（速度が遅いディスクの内周側は研磨されにくい。）
（２）ディスクとバフの摩擦により静電気が発生し、研磨した研磨屑がディスクの表面に付着する。
（３）ディスクとバフとの間の摩擦熱により過熱して、ディスクが変形する。
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、硬質の円盤を均一に研磨すると共に、円盤と研磨材の摩擦による静電気を抑え、またその摩擦熱による円盤の変形を防止することができる硬質円盤の研磨方法を提供することを目的とするものである。
発明の開示
このため本発明では、硬質円盤の研磨装置を、円盤を載置する回転自在なターンテーブルと、略水平に回転すると共に、円盤に当接してその表面を研磨する研磨材とからなり、円盤表面の垂直方向に対し研磨材の回転軸を僅かにターンテーブルの中心側に傾斜させるようにしたものである。これにより、研磨材を円盤に当接させた摩擦力により、ターンテーブルを研磨材の回転方向と反対の方向に回転させ、円盤の表面を均一に研磨することができる。
また、ターンテーブルの上面に電導マットを載置するとともに、ターンテーブルを実質的にアースさせ、円盤と研磨材との摩擦により発生する静電気を放電させながら研磨するようにしたものである。これにより、円盤の表面に研磨屑が付着するのを防止できる。
さらに、硬質円盤の温度を感知する温度センサーを設け、温度センサーからの温度信号を処理し、硬質円盤の温度が設定温度より高くなると研磨材を円盤から離脱させるようにしたものである。これにより、円盤が摩擦熱で過熱して変形することを防止できる。
また、研磨材とその回転軸との間に多孔質のバッキングパッドを介在させるようにしたものである。これにより、研磨材に発生する摩擦熱を放熱できる。
さらに、直径が硬質円盤の被研磨面の幅より大きい研磨材により研磨するようにたものである。特に、研磨材の半径が硬質円盤の被研磨面の幅以上であるものを使用し、この研磨材により被研磨面を覆い、研磨材の回転により硬質円盤を研磨材の回転方向に対して反対方向に回転させて研磨する。これにより、安定した硬質円盤の回転を得ることができ、均一な研磨が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、実施例１に使用する研磨装置の一部破断部分斜視図であり、第２図は、実施例１に使用する研磨装置の部分側面断面図であり、第３図は、実施例１に係る研磨方法を示す模式図であり、第４図は実施例１の研磨方法を示す平面模式図であり、第５図は実施例２に使用 する研磨装置の側面断面図であり、第６図は実施例２の研磨方法を示す平面図である。
発明を実施するための最良の形態
発明においては、円盤を載置する回転自在なターンテーブルと、ターンテーブルの上に載置された円盤に当接し、その回転により円盤を回転させて円盤の表面を研磨する研磨材とからなる硬質円盤の研磨装置により硬質円盤を研磨するものであり、上記した従来技術における問題点を解決するために次の研磨方法により研磨するものである。
（１）研磨材の回転軸を僅かに傾斜させることにより、研磨材と硬質円盤との研磨圧を偏向させ、これにより確実な硬質円盤の回転を得ると共に、均等な研磨を得る。
（２）硬質円盤を実質的にアースさせることにより、研磨摩擦により発生する静電気を接地させ、研磨屑等の付着を防止する。
（３）研磨摩擦による熱の発生を抑えるために、研磨材側に放熱機能を有するバッキングパッドを設ける。または、エアーの吹きつけといった硬質円盤の冷却手段を設ける。
（４）研磨中において、研磨材と硬質円盤との摩擦による回転を与える力とこれを阻止しようとする力が釣り合うことにより硬質円盤の回転が停止する場合がある。これを防止するため、硬質円盤に回転の初動を与えた後に、この二つの力が釣り合う位置を避けるようにして、研磨材が硬質円盤の被研磨面を覆うように移動させる。
（５）前記した力の釣り合いにより硬質円盤の回転が停止しないように、硬質円盤の被研磨面の幅より大きい研磨材を使用し、研磨材が硬質円盤の被研磨面を覆った際、研磨材の一部が硬質円盤の外周部からはみ出るようにして研磨する。
（６）硬質円盤の研磨中における被研磨面の温度を監視し、ある温度以上になった場合、研磨材が離脱するように設ける。
尚、本発明の研磨方法により研磨する対象としては、樹脂製の光ディスクに限らず、研磨材の材質を変化されることにより様々な硬質円盤を研磨することが可能である。したがって、シリコンウェハなどの金属基板や、レンズなどの光学製品の研磨にも利用できる。
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従って各実施例を説明する。
実施例１
第１図に示すように、本実施例１に使用する研磨装置は、載置台６と、載置台６の上に載置されたターンテーブル３と、ターンテーブル３を水平移動させるスライド機構４と、ターンテーブル３の上に載置されたディスク10に当接して研磨する研磨材としてのバフ１と、バフ１を昇降させる昇降機構２と、載置台６の上に載置されターンテーブル３とバフ１を覆う保護カバー５と、載置台６の上に載置されこの研磨装置を操作する操作盤60と、保護カバー５に設けられディスク10の表面温度を感知する温度センサー52により構成されている。
昇降機構２は、載置台６の上に立設されたシリンダーベース21と、シリンダーベース21の側面に設けられた２本のロッドレスジリンダー22と、ロッドレスシリンダー22により昇降する昇降台23とからなり、コンプレッサー（図示せず）から送られる圧縮空気により昇降台23が昇降するように設けられ、この昇降台23の作動は操作盤60により制御される。また、昇降台23にはバフ１を回転させるモーター14が固定され、その下にはバフ１が通過する保護カバー５の研磨材穴（図示せず）を研磨中に塞ぐ蓋体15が固定されている。
第２図に示すように、バフ１は、モーター14に連結された回転軸11に固定され、バフ１と回転軸11の間にはバッキングパッド12とゴムパッド13が介在して設けられている。バッキングパッド12は多孔質の柔らかい樹脂で形成され、緩衝材の役目をすると共に、研磨によりバフ１に生じる摩擦熱を放熱する。
また、回転軸11はディスク10表面の垂直方向に対して、僅かにターンテーブル３の中心側に傾斜して取り付けられ、この傾斜角θは0.5〜5.0゜に設定されている。この回転軸11を傾斜させることにより、後述する研磨方法においてディスク10の表面を均一に研磨できる。
さらに第４図に示すように、このバフ１の回転中心がディスク10上を相対的に移動する直線（以下、移動線Ｍと称す）は、ターンテーブル３表面の中心を通る直線（以下、中心線Ｃと称す）に対し平行に偏移して設けられている。これは、仮にバフ１の回転中心が中心線Ｃ上を移動した場合、ターンテーブル３を回転させる方向の摩擦力とその回転に抗する方向の摩擦力とが、その移動中の任意の点で均衡な力関係になり、ターンテーブル３の回転を停止させてしまうことがあり、この停止によりディスク10が局部的に研磨される不具合が生じるためである。この不具合を防止するためにバフ１の移動線Ｍをターンテーブル３の中心線Ｃから偏移させている。このバフ１の移動線Ｍの偏移幅Δｄは、例えば、直径12インチのディスクを研磨するのに、直径100mmの研磨材を使用した場合は、30〜50mm程度にするのが望ましい。
ターンテーブル３は、その下の軸承軸32により軸承させて回転自在に設けられている。ターンテーブル３の上面には電導マット31が設けられ、その上にディスク10を載置し、その上から固定カバー33によりラベルを覆うようにしてディスク10をターンテーブル３に固定する。ターンテーブル３およびこれに連結した部材はすべて導通性のある材質で形成され、これにより研磨中のディスク10は電導マット31及びターンテーブル３を介して実質的にアースされている。
スライド機構４は、立設された２つのシリンダーベース41の間に設けられた２本のロッドレスシリンダー42と、ロッドレスシリンダー42にそってスライドするスライド台43とからなり、スライド台43にターンテーブル３の軸承軸32が固定されている。スライド台43はコンプレッサー（図示せず）から送られる圧縮空気により水平移動し、その作動は操作盤60により制御される。また、このスライド機構４は保護カバー44により保護され、その中に研磨屑が入らないように設けられている。
第１図に示すように、載置台６上面の保護カバー５の内側に位置する部分には複数の屑吸い込み口61が設けられ、第２図に示すように、載置台６の中に設置された掃除機（図示せず）の吸い込みノズル62がこれらの屑吸い込み口61を覆うように連結されている。バフ１により研磨された研磨屑は、回転するディスク10の遠心力により外側に飛ばされ、これらの屑吸い込み口61から掃除機内へ吸い込まれる。
尚、保護カバー５は透明な樹脂で形成することにより、ディスク10の研磨状態を目視で確認できる。また、この保護カバー５の上面にはエアー噴出口51が設けられ、このエアー噴出口51にコンプレッサー（図示せず）から圧縮エアーが供給され、そこから吹き出すエアーを回転するディスク10に吹きつけてディスク10の表面を強制冷却する。
ディスク10の研磨位置の後方、すなわち回転方向の上方にあたる保護カバー５の上面には温度センサー52が設けられ、この温度センサー52からの温度信号を操作盤60で処理し、ディスク10の表面の温度が予め設定された温度を越えた場合に、昇降機構２を作動させてバフ１をディスク10から離脱させるように設けられている。温度センサー52としては、非接触タイプで且つ感度の良い赤外線センサーが好適である。
操作盤60には、研磨に必要な回転数とディスク10の過熱限界温度が予め設定され、温度センサー52からの感知温度が入力され、これらの情報を基にバフ１の回転、昇降機構２の昇降、及びスライド機構４の水平移動を自動制御する。
次に、本実施例１に使用する研磨装置の作動について説明する。
（１）バフ１を降下させてディスク10に当接させる。この際、ターンテーブル３の位置は、バフ１の当接面外周部とディスク10の表面外周部とが当接する位置にある。［第３図（ａ）参照］
（２）モーター14（図示せず）を起動させてバフ１を回転させることにより、バフ１とディスク10の摩擦力により、ターンテーブル３がバフ１の回転方向と反対方向（矢印Ｚ）に回転を始める。本実施例１の場合は、バフ１の回転が右回りであり、ターンテーブル３が左回りである。〔第３図（ｂ）及び第４図参照〕
（３）回転が安定したところで、スライド機構４によりターンテーブル３を水平移動させ、バフ１の当接面が研磨の対象となるディスク10の被研磨面を覆うように移動する。すなわち、幅Ｗに渡ってバフ１がディスク10の表面を覆って研磨する。この際、ディスク10の内周側における研磨圧をその外周側における研磨圧より高くし、内周側における回転モーメントの方が大きくなるように、回転軸11の傾斜角度が調節されており、これにより当初の回転方向が維持される。〔第３図（ｃ）及び第４図参照〕
（４）研磨が終了する、またはディスク10が過熱した場合に、バフ１をディスク10から離脱される。ターンテーブル３は回転自在に設けられているため、バフ１が離脱するとターンテーブル３の回転は停止する。〔第３図（ｄ）参照〕
ここで、本実施例１の研磨方法について説明する。
第４図に示すように、ディスク10の表面におけるバフ１との相対的方向は、内周側が矢印Ｂと矢印Ｘの方向で準方向であり、外周側が矢印Ａと矢印Ｙの方向で逆方向となる。しかしながらバフ１の回転軸11を傾斜させているため内周側における研磨圧が大きく、外周側における研磨圧は低くなり、摩擦速度と研磨圧が相反する条件になる。
すなわち、内周側における「遅い摩擦速度と大きな研磨圧」と、外周側における「速い摩擦速度と小さな研磨圧１の組み合わせを利用し、被研磨面における研磨効率が均一になるようにバフ１の回転軸11の傾斜角度を調整することによりムラのない研磨を行うことができる。
また、上記実施例１に使用する研磨装置では、ターンテーブル３が水平移動するように設けられているが、これと反対にターンテーブルを固定軸により回転自在に軸承し、研磨材を水平移動するように設けたものでも良く、ターンテーブルと研磨材が相対的に水平移動可能に設けられていれば同じ効果を得られる
さらに、バフ１の回転軸11の傾斜角度を調整可能に設けることにより、ディスク10の内周側または外周側のいずれかを重点的に研磨することも可能である。
実施例２
本実施例２においては、安定した硬質基板の回転を確保して、均一な研磨を得るために、硬質円盤の被研磨面の幅より大きい研磨材を使用し、研磨材が硬質円盤の被研磨面を覆った際、研磨材の一部が硬質円盤の外周部からはみ出るようにして研磨する。
第５図に示すように、実施例２に使用する研磨装置は箱体71と蓋体72からなるケース７に収納されており、研磨材としてのバフ1aとそれを回転させるモーター14aが蓋体72に固定され、硬質円盤10aを載置して回転するターンテーブル3aは箱体71に固定されている。
蓋体71はヒンジ73により軸支され、開放時にアーム74により支えることができるように設けられている。
モーター１4aは蓋体72の上面に固定され、これにバフ1aが連結されており、蓋体72を閉じた際に略水平な状態で硬質円盤10aに当接できるように設けられている。
ターンテーブル3aは軸受け32aにより回転自在に軸承されており、軸受け32aは昇降軸34a上に固定され、昇降軸34aはその高さを調整棒35aにより調整できるように設けられている。したがって、昇降軸34aを昇降させることによりバフ1aと硬質円盤10aとの当接圧を調整するように設けられている。
ターンテーブル3a上に載置された硬質円盤10aは固定カバー33aによりその中心を固定される。
次に、本実施例２の研磨方法を説明する。
蓋体72を閉じることにより、第６図に示すようにバフ1aは硬質円盤10aの被研磨面の幅W2を覆う。バフ1aはこの幅W2より大きい直径のものを使用しており、硬質円盤10aの外周部からはみ出た状態となる。特に、本実施例２ではバフ1aの半径が幅W2より大きいため、バフ1aが硬質円盤10aに与える摩擦力は同一方向となる。
昇降軸34aの高さを調節してバフ1aと硬質円盤10aとの当接圧を調節した後。モーター14aを起動させバフ1aを回転させる。このバ1aの回転により硬質円盤10aは、必ずバフ1aの回転方向Y2と逆のX2で回転する。当接圧が十分であれば、この回転は安定して得られ、当接圧が不十分であった場合は昇降軸34aを高くして、十分な当接圧を得られるように調整する。
したがって、本実施例２の研磨によると、従来技術において発生する危険のあった不用意な硬質円盤10aの停止はなく。また、バフ1aと硬質円盤10aとの当接面は略水平面で幅W2に渡って均一な当接圧を得られ、しかもバフ1aが硬質円盤10aの被研磨面を横切るような状態で研磨するため、均一な研磨を得られる。
本発明では以上のように構成したので、次の優れた効果がある。
（１）研磨材の回転軸を傾斜させる、または径の大きい研磨材を使用することにより、被研磨面における研磨効率が均一化され、ムラのない研磨を行うことができる。
（２）ディスクに発生する静電気はアースされるため、ディスクの帯電による研磨屑の付着を防止できる。
（３）ディスク表面の温度を感知することにより、過熱によるディスクの変形を防止できる。
（４）研磨材に多孔質のバッキングパッドを固着させることにより、研磨材の温度上昇を抑制することができる。
産業上の利用可能性
本発明の硬質円盤の研磨方法は、硬質円盤、例えば樹脂製の光学式ディスク、シリコンウェハなどの金属基板、レンズなどの光学製品等の表面を均一に研磨できるものであり、特に樹脂製円盤である光学式ディスクについては、その表面に傷がついて読み取りエラーが発生したディスクの表面層を研磨して、再び読み取りエラーが発生しないディスクに再生することに利用できる。

Claims (1)

1. 直接の駆動源を有せず回転自在なターンテーブルに円盤を載置し、該円盤に研磨材を当接させ、前記研磨材を前記円盤に当接させた摩擦力により前記ターンテーブルを回転させて、前記円盤表面を研磨するに際し、研磨材の回転軸を前記ターンテーブル表面の垂直方向に対して僅かに前記ターンテーブルの中心側に傾斜させて設け、該研磨材の当接外周部と前記円盤表面外周部とを当接させて前記研磨材を回転させることにより前記ターンテーブルを前記研磨材と反対方向に回転させた後に、前記ターンテーブルの回転方向を維持した状態で、前記ターンテーブル上に載置された円盤と研磨材の円盤当接面とを相対的に水平移動させることにより、前記研磨材が前記円盤の被研磨面を覆う位置に移動できるようにし、前記円盤表面の中心を通る水平方向の直線Ｃに対し平行に偏移した直線Ｍ上を研磨材の回転中心が水平移動するようにしたことを特徴とする硬質円盤の研磨方法。

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