JP4254526B2 - 液体分配供給装置および液体分配供給装置付きラップ盤 - Google Patents

Description

本発明は、例えばラップ液をラップ盤に分配供給するためなどに用いられるスラリー状液体の分配供給装置に関するものである。

従来、セラミック板のようなワークを所定厚みに研磨加工する場合、ラップ盤が一般に使用される。ラップ盤は、複数枚のワークを保持した遊星歯車形状のキャリアを上下の定盤の間に配置し、ラップ液を上下の定盤の間に注入しながら、キャリアを自転または自転・公転させることで、上下の定盤とワークとの摺動によってワークの上下面を研磨するものである。

ラップ液は研磨剤である砥粒を水などに混合したものであり、特許文献１に記載のような分配供給装置によってラップ盤に分配供給される。
図１，図２は公知の２ウエイ方式のラップ盤の例であり、ラップ盤１の上部に漏斗状の液受け部３を有する受皿２が配置されている。液受け部３の底部（最下部）には、図２に示すように、半球凹状の分配部４が設けられ、この分配部４にはラップ液を排出するための複数の排出口５が形成されている。各排出口５はホース６を介してラップ盤１の各研磨部と連結されている。受皿２の上方には、ラップ液供給装置である攪拌タンク７が設けられ、この攪拌タンク７のノズル８から間欠的にラップ液が受皿２の液受け部３上に滴下される。攪拌タンク７は図示しない支柱を中心として回転できるようになっている。攪拌タンク７から受皿２にラップ液を供給すると、各ホース６を介してラップ盤１の各研磨部にラップ液が分配供給される。

分配供給装置にとって重要な条件は、ラップ盤１の各研磨部に対してラップ液を均等に供給することである。しかし、ラップ液には砥粒などの固形成分が含まれているので、図２に示すようにノズル８からの滴下の繰り返しにより堆積物Ｗが生成され、堆積物Ｗの偏りにより排出口５の一部が閉じられたり、開口面積が狭くなり、ラップ液の均等な流れを阻害してしまう。その結果、時間と共に分配ばらつきが大きくなり、ラップ研磨精度に影響するという問題があった。
この対策として、ノズル８からの滴下位置を微調整することにより、堆積の偏り発生までの時間間隔を延ばす方法もあるが、滴下ノズル８は作業性を考慮して移動式とされているため、最適位置の再現が困難であった。
そのため、一定時間毎に排出口５の周辺に溜まった堆積物Ｗを取り除く作業が必要となるが、作業者の手間や負担が増大し、コスト上昇を招く結果となっていた。
特開平１０−２９１５９号公報

そこで、本発明の目的は、スラリー状液体の堆積物の偏りを少なくし、液体の分配ばらつきを少なくするとともに、堆積物の除去作業を軽減できる簡単な構造の液体分配供給装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、スラリー状の液体を受ける漏斗状の液受け部と、この液受け部の底部に設けられ、上記液体を排出するための複数の排出口を有する分配部とを備えた受皿手段と、上記受皿手段の上方より上記液受け部に上記液体を供給する液体供給手段とを備え、上記液受け部上に、上記液体より小さい比重を有し、上記液体供給手段からの上記液体の供給により回転自在な球体が載置されていることを特徴とする液体分配供給装置を提供する。

液体供給装置のノズルから液受け部に液体を滴下すると、液体は液受け部上に載置された球体上に落下する。球体の表面は球面であるから、液体はその周面を流れて液受け部との接触部に溜まる。そのため、瞬間的には液体の偏りが発生するが、球体に滴下された液体の衝撃と水流とにより、球体は微動回転し、液体は球体と液受け部との接触部の全周へ速やかに回りこむ。つまり、液体の偏りが解消される。
やがて、球体は浮力により浮き上がり、液体は球体と液受け部との間を通って分配部へと流れこみ、さらに排出口へと排出される。液体が分配部へ流れ込む際、全周からほぼ均等に流れ込むので、堆積物の偏りが防止され、堆積物の発生自体も少なくできる。
このように、液体供給装置のノズルからの液体の滴下位置が変化しても、球体の表面を伝って液受け部に流れ落ちて均一な液膜となり、分配部へと供給されるので、堆積物の偏りを解消できる。また、球体はノズルからの液体滴下の衝撃と水流により微動回転しているため、球体の周面には堆積物が発生しない。同様に、液受け部と球体との接触部に一旦溜まる液体も、球体の回転によって攪拌されるので、接線部には堆積物が溜まらないか、あるいは堆積を著しく少なくできる。したがって、堆積物を取り除くための清掃作業の回数を減らすことができる。

請求項２のように、球体が接する液受け部の底面には、底部へ向かう複数の溝を設けるのがよい。
液受け部の内面を平滑面としてもよいが、球体が液受け部に密着すると、その接触部に液体が滞留し、分配部への流れ込みに遅れが生じるとともに、接触部に堆積物が溜まる可能性がある。
請求項２のように、液受け部の内面に複数の溝を設けることで、球体が液受け部に密着していても、溝に最初に液体が流れこみ、それが起点となって球体と液受け部との接触部が開かれ、溜まった液体が一挙に分配部へと流れ込むことができる。溝を設ける位置は、少なくとも球体が接する液受け部の底面であればよく、分配部まで連続している必要はない。
この溝は液体の流れ込みの起点とするためのものであり、その断面積を液体の滴下量を考慮して設定する必要はない。断面積で決まる流量を越える液体が流れてきた場合には、球体が浮き上がることで対応できる。例えば、ラップ液を対象とした場合には、漏斗状液受け部の底面に、幅１ｍｍ程度、深さ０．５ｍｍ程度の溝を３本以上設ければ、十分な効果が得られる。

請求項３のように、液体供給装置は、液受け部に対して液体を間欠的に供給するものを使用してもよい。
液体供給装置が液体を連続的に供給する場合であっても本発明は有効であるが、液体を間欠的に供給する場合には、液体の流量が少なく、堆積物の偏りが発生しやすいので、本発明はさらに有効である。

請求項４のように、球体として中空球体を使用するのがよい。
具体的には、ピンポン球のような樹脂製中空球体を使用するのがよい。球体の比重は液体の比重より小さいことが必要であるが、液体供給装置から滴下された液体により容易に回転し、かつ液体の浮力により容易に浮き上がれるようにするには、液体の比重の１／１０以下とするのが望ましい。
半径１８．８ｍｍのピンポン球の場合、球体の体積は約２７ｃｃ、重量は約２．５ｇであるから、比重は約０．０９ｇ／ｃｃである。一方、ラップ液の場合、比重は約１．０８ｇ／ｃｃである。ピンポン球の比重はラップ液の比重の０．０８倍であり、良好な結果が得られた。
樹脂製中空球体の他、取り扱う液体の比重に応じて、樹脂製の中実球体、発泡樹脂球体、金属中空球体などを用いることもできる。

請求項５のように、上記液体分配供給装置付きのラップ盤を用いてラッピングを実施すれば、ラップ盤の各研磨部に対してラップ液を均等に供給することができるので、ラップ研磨精度の良好な研磨を実施することができる。

以上説明したように、本発明にかかる液体分配供給装置によれば、液受け部に球体を回転自在に載置することにより、液体供給装置のノズルから滴下された液体が球体に当たり、球体が微動回転するので、液体は球体と液受け部との接触部の全周へ均等に回りこむ。そして、全周に回り込んだ液体が球体の浮き上がりによって分配部の全周からほぼ均等に流れ込むので、堆積物の偏りが防止され、堆積物の発生自体も少なくできる。その結果、時間と共に分配ばらつきが大きくなるという従来の問題を解消できる。
また、本発明によれば、既存の受皿の液受け部上に軽い球体を載置するだけでよいので、構造が非常に簡単であり、低コストで実現できる。

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図３，図４は本発明にかかる液体分配供給装置の一例であるラップ液の分配供給装置を示す。図３，図４において、図１，２と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
受皿２は、従来と同様に、漏斗状の液受け部３を有し、液受け部３の底部（最下部）に円筒状の分配部４が設けられている。分配部４の側壁はほぼ垂直であり、半球状の底部にはラップ液を排出するための複数の排出口５が形成されている。液受け部３上には、ラップ液より小さい比重を有し、攪拌タンク７からのラップ液の供給により回転自在な球体１０が載置されている。この実施例では、球体１０はピンポン球で構成されている。液受け部３の底面（テーパ面）には、底部方向に向かう複数の縦溝１１が設けられている。縦溝１１は、少なくとも球体１０が接する液受け部３の内面に形成されており、ここでは幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を等間隔で３本設けてある。溝は３本以上が望ましい。

図４に示すように、分配部４の開口径をＡ、球体１０と液受け部３との接触点から分配部４の開口部（液受け部３の内縁部）までの距離をＢ、球体１０の半径をｒとすると、次のいずれか一方の関係式が成立するよう寸法設定するのがよい。なお、液受け部３の底面の傾斜角θを４５°±５°とした。
√２ｒ≧Ａ≧ｒ
Ｂ≧０
上式において、√２ｒ≧Ａとした理由は、球体１０が分配部４の開口部より上部、つまり液受け部３の底面上で接触するように寸法設定するためである。球体１０が分配部４の開口部に接触すると、エッジ当たりとなるので、球体１０と液受け部３との間を通るラップ液の流れを阻害する可能性があるからである。また、Ａ≧ｒとした理由は、球体１０が液受け部３の底面上であって、できるだけ分配部４の開口部の近くで接するようにする（Ｂをできるだけ小さくする）ためである。Ｂを小さくすることで、球体１０を通過した後のラップ液が液受け部３の底面を通過する時間を短縮し、ラップ液を速やかに分配部４に導き、液受け部３の底面上に溜まる堆積物を減らすことができる。

次に、ラップ液の分配動作を図５，図６を参照しながら説明する。
攪拌タンク７からラップ液Ｌを滴下する前の段階では、図５の（ａ）に示すように、球体１０と液受け部３とは円環状の接触部Ｃで接触している。
攪拌タンク７のノズル８からラップ液Ｌを間欠的に滴下すると、ラップ液Ｌは液受け部３上に載置された球体１０上に落下する。球体１０の表面は球面であるから、ラップ液Ｌはその周面を流れて液受け部３との接触部Ｃに溜まる。そのため、図５の（ｂ）および図６の（ａ）に示すように、瞬間的にはラップ液Ｌの偏りが発生するが、球体１０に滴下されたラップ液Ｌの衝撃と水流とにより、球体１０は微動回転するので、図５の（ｃ）および図６の（ｂ）に示すように、ラップ液Ｌは球体１０と液受け部３との接触部の全周へ速やかに回りこむ。
やがて、球体１０は浮力により浮き上がり、図６の（ｃ）のようにラップ液Ｌは球体１０と液受け部３との間を通って分配部４へと流れこみ、さらに排出口５へと排出される。特に、球体１０と接する液受け部３の底面には縦溝１１が設けられているため、球体１０が液受け部３に密着していても、縦溝１１をラップ液Ｌが流れることで、それが起点となって球体１０が浮き上がり、溜まったラップ液Ｌが一挙に分配部４へと流れ込むことができる。ラップ液Ｌが分配部４へ流れ込む際、分配部４の全周からほぼ均等に流れ込むので、堆積物の偏りが防止され、堆積物の発生自体も少ない。
図６の（ｄ）はノズル８からの滴下の繰り返しによりある程度の時間が経過した後の状態を示す。図示するように、砥粒Ｗは分配部４の内面に多少堆積するが、従来に比べて堆積量が少なく、かつ堆積量の偏りが殆どない。そのため、時間の経過と共に分配ばらつきが大きくなるという問題が殆どなく、ラップ研磨精度に悪影響を及ぼさない。
また、球体１０はノズル８からのラップ液Ｌ滴下の衝撃と水流により微動回転しているため、球体１０の周面には堆積物が発生しない。同様に、液受け部３と球体１０との接触部に一旦溜まるラップ液Ｌも、球体の回転によって攪拌されるので、接線部には堆積物が溜まらないか、あるいは堆積を著しく少なくできる。したがって、堆積物を取り除くための清掃作業の回数を減らすことができる。

攪拌タンク７からの１回の滴下量を５ｃｃ（２秒間）とし、１分間に１４回の滴下を行った場合（供給流量７０ｃｃ／分）、従来では１時間当たり約１回の清掃作業を必要としていたが、本発明では８時間当たり約１回の清掃作業でも十分な分配性能を維持することができた。

本発明にかかるラップ盤は、上下定盤が回転しない２ウエイ方式に限らず、上下定盤が回転する４ウエイ方式にも適用できる。この場合は、受皿およびホースも上定盤と一体に回転する。
上記実施例では、液受け部上に球体が密着するのを防止するため、液受け部の球体との接触部である底面に縦溝を設けたが、縦溝に代えて縦リブを設けてもよいし、多数の微小な突起を形成してもよい。

従来の液体分配供給装置付きラップ盤の一例の斜視図である。 図１に示す液体分配供給装置の断面図である。 本発明にかかる液体分配供給装置の一例の斜視図である。 図３に示す液体分配供給装置の断面図である。 図３のＶ−Ｖ線で切断した状態のラップ液の流れを示す平面図である。 図３に示す液体分配供給装置のラップ液の流れを示す断面図である。

符号の説明

１ ラップ盤
２ 受皿
３ 液受け部
４ 分配部
５ 排出口
６ ホース
７ 攪拌タンク（ラップ液供給装置）
８ ノズル
１０ 球体
１１ 縦溝

Claims (5)

1. スラリー状の液体を受ける漏斗状の液受け部と、この液受け部の底部に設けられ、上記液体を排出するための複数の排出口を有する分配部とを備えた受皿手段と、
   上記受皿手段の上方より上記液受け部に上記液体を供給する液体供給手段とを備え、
   上記液受け部上に、上記液体より小さい比重を有し、上記液体供給手段からの上記液体の供給により回転自在な球体が載置されていることを特徴とする液体分配供給装置。
2. 上記球体が接する上記液受け部の底面には、底部へ向かう複数の溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体分配供給装置。
3. 上記液体供給装置は、上記液受け部に対して上記液体を間欠的に供給することを特徴とする請求項１または２に記載の液体分配供給装置。
4. 上記球体は、中空球体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体分配供給装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の液体分配供給装置を備え、
   上記液体は砥粒を水に混合したラップ液であり、
   上記液体分配供給装置の複数の排出口からそれぞれ配管を介してラップ液が複数の研磨部に供給されることを特徴とする液体分配供給装置付きラップ盤。

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