JP5132971B2 - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨テープを用いた研磨に関し、得に液晶パネル基板やガラス基板を研磨テープにより均一に研磨する研磨装置及び研磨方法に関するものである。

液晶表示器に使用される液晶カラーフィルター基板や液晶パネル基板の表面、さらにはブラウン管用ガラスパネル等は、製造時にその表面に微細な凹凸、突起が形成されるため、これを除去する必要から研磨加工が施される。

この研磨加工には、従来から、エンドレスベルト、エッチング、サンドブラスト、バフ等が用いられているが、研磨精度の向上と取り扱いの便宜から研磨テープを使用した研磨方法が広く用いられるようになってきた。

研磨テープを使用した研磨加工には、被研磨体である平板の走行方向と逆方向に研磨テープを走行させ、さらに平板の走行方向と垂直方向に研磨テープを往復運動させる研掃方法とその装置が提案されている（特許文献１）。

また研掃テープを走行させながら、走行テープを格納したテープヘッドを回転させて、研磨の効率を向上させたものも提案されている（特許文献２）。

しかしながら、上記特許文献１の研磨加工では、研磨テープが平板の走行方向と垂直方向に往復運動させているため、往復運動の両端部では移動速度がゼロとなり、往復運動の中間部では速度が最大になるため、研磨テープによる研磨が均一にならないという問題がある。

また上記特許文献２の研磨加工では、研磨ヘッドの回転により回転する研磨テープの回転中心付近とそれ以外の部分とで、周速差が生じ研磨加工の不均一を招いていた。

また往復運動のような直線運動の機構は、モータ、カム、ＬＭガイド等の組み合わせが主流で、ヘッド構造のような重量のあるものの場合、直線運動の両端部では急停止、急発進状態となり高イナーシャルが機構全体に働くため、高速での直線運動は非常に困難となる。

本発明は、研磨テープを使用した研磨加工を均一、かつ高速に行うことが可能な研磨技術を提案することを目的とする。

本発明は、巻取走行する研磨テープを格納する研磨ヘッド部の動作に工夫を加えることによって、前記課題の解決を図ったものである。

すなわち、前記目的を達成するために本発明が提案するものは、巻取走行する研磨テープにより研磨対象物を研磨する研磨装置であって、前記研磨テープとその巻取を行う巻取装置とを格納する研磨ヘッド部と、該研磨ヘッド部を操作する操作機構部とを備え、該操作機構部は、回転動作を行う回転駆動手段と、該回転駆動手段の回転動作を非回転の偏芯円運動にして前記研磨ヘッド部に伝達する偏芯カム機構手段とを有することを特徴とする研磨装置である。

研磨ヘッド部を非回転偏芯円運動、すなわち回転を伴わない一定方向を向いたままの円運動をおこさせるものである。そのため研磨テープの各部分に周速差を生じさせないので、研磨対象物に対して均一な研磨が可能となる。また偏芯円運動による研磨であるから、速さの変化を頻繁に行う往復運動と異なり、一定の速さを維持するので研磨を高速に行うことができる。

前記偏芯カム機構手段は、連動する２個の偏芯カムによる２軸の偏芯円運動により前記研磨ヘッド部に非回転の偏芯円運動を伝達することができる。

２個の偏芯カムは、例えばその１個の偏芯カムを回転駆動手段であるモータにより直接回転させ、他の１個の偏芯カムにはベルト等で連結することにより連動させることができる。

また前記研磨ヘッド部を前記研磨対象物に向けて押圧する押圧機構部を更に備えてなることが好ましい。押圧により研磨テープを研磨対象物に押圧することで研磨効率を向上させるものである。なお押圧機構部は、その押圧を調整することができるものである。

また本発明がさらに提案するものは、巻取走行する研磨テープにより研磨対象物を研磨する研磨方法であって、前記巻取走行と共に前記研磨テープを偏芯カム機構を介して非回転の偏芯円運動を起こさせることを特徴とする研磨方法である。

前記偏芯カム機構による非回転の偏芯円運動は、連動する２個の偏芯カムによる２軸の偏芯円運動によることが可能である。

そして前記研磨の際に、押圧機構部により前記研磨テープを研磨対象物に向けて押圧させることが好ましい。

本発明によれば、巻取走行する研磨テープを、さらに非回転円運動させるので、研磨加工を均一、かつ高速に行うことが可能となるものである。

以下発明を実施するための最良の形態としての実施例を説明する。

図１及び図２は本発明の実施例１を示すもので、図１（ａ）は研磨装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２は押圧機構部を備えた研磨装置の断面図である。

図１に示すように、本発明に係る研磨装置１１は、巻取走行する研磨テープとその巻取装置とを格納する研磨ヘッド部１２と、研磨ヘッド部１２を非回転の偏芯円運動を起こさせる操作機構部１３と、研磨ヘッド１２を研磨対象物１５に向けて押圧させる押圧機構部１６とを備えてなるものである。

研磨ヘッド部１２は、主に、下部先端部分を四角錘台とした縦長直方体形状のハウジング２１と、その内部に配置された研磨テープ２２とその巻取装置とを有するものである。巻取装置は、研磨テープ２２が巻回された巻き出しリール２３と、研磨テープ２２を巻き取る巻取りリール２５と、その間に配置されるガイドリール２６ａ、２６ｂと、コンタクトリール２７ａ、２７ｂと、研磨テープ２２を研磨対象物１５に向けて押圧する押圧板２８とを有してなるものである。

押圧板２８は、ハウジング２１の下部先端部分の四角錘台の平面部分に位置するコンタクトリール２７ａ、２７ｂの間である研磨部に配置されていて、研磨テープ２２を研磨対象物１５に向けて押圧するようになっている。

巻取りリール２５は、ハウジング内に設けられたモータ（図示せず）を駆動させて巻取り回転するようになっている。この巻取りリール２５の研磨テープ２２の巻取りによって、巻き出しリール２３に巻回された研磨テープ２２は、ガイドリール２６ａにより案内され、コンタクトリール２７ａおよび２７ｂそしてその間に位置する押圧板２８によって研磨対象物１５に向けて押圧され、さらにガイドリール２６ｂに案内されて走行するようになっている。

研磨テープ２２の材質としては、発泡ウレタン、スエード、又はポリエステルやナイロンからなる織布、不織布、植毛布、さらに綿織物などが選択可能である。

研磨テープ２２による研磨は、研磨ステージ２９に送られた研磨対象物１５を、上記した押圧板２８により押圧調整された研磨テープ２２によって研磨するようになっている。

研磨ヘッド部１２は、研磨ヘッド部１２を非回転の偏芯円運動をさせる操作機構部１３の構成部分であるヘッドホルダ３１の中央部分に垂下固定されている。

このヘッドホルダ３１は、研磨ヘッド部１２に非回転偏芯円運動を円滑に伝達できるように、ヘッドホルダ３１の上部に上部ベアリングユニット３２が設けられており、その上に位置する上部ベアリング押え板３３との間で摺動可能となるようになっている。さらにヘッドホルダ３１の下部四隅に配置されている下部ベアリング押え板３５に載置された下部ベアリングユニット３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ）により、ヘッドホルダ３１の下部も摺動可能となっている。

ヘッドホルダ３１は、後述する偏芯カム４３ａ、４３ｂに接続され、研磨ヘッド部に偏芯偏円運動を伝達する役割を有するものである。そのため上記したように上下をベアリングユニットにより摺動可能に挟持された構造になっているものである。

上部ベアリング押え板３３は下部を開放したコ字状のホルダ４１の内側天井部に取付られており、下部ベアリング押え板３５は板状のベース４２に載置されており、ベース４２はホルダ４１の下端部に取付けられている。

またベアリング３７は、硬球（セラミック類を含む）が使用され、ベアリングユニット３２、３６を構成するベアリングホルダには軟質金属、樹脂などが使用される。また各ベアリングユニット３２、３６に配置される複数のベアリング３７は、それぞれヘッドホルダ３１均等に圧力が加わるように配置構成されるものである。

２個の偏芯カム４３ａ、４３ｂは、ホルダ４１の内部、上部ベアリング押え板３３の両側にそれぞれは位置されている。偏芯カム４３ａ、４３ｂの下部にそれぞれ取り付けられている軸体４５ａ、４５ｂはヘッドホルダ３１に軸受けを介して回転可能に挿着されている。また偏芯カム４３ａ、４３ｂの上部にそれぞれ取り付けられている軸体４６ａ、４６ｂはホルダ４１内を摺動可能に貫通して配置されている。そして軸体４６ａ、４６ｂはホルダ３１の上部に位置するプーリ４７ａ、４７ｂに接続され、このうちプーリ４７ａが回転駆動手段であるモータ４８（図１中鎖線で示す）に回転可能に接続されている。またプーリ４７ｂはベルト４９によりプーリ４７ａと回転可能に連動するようになっている。

なお偏芯カム４３ａに取付けられている上部の軸体４５ａと下部の軸体４６ａとは同一直線上になく、同じく偏芯カム４３ｂに取付けられている上部の軸体４５ｂと下部の軸体４６ｂとは同一直線上にないことから、偏芯カム４３ａ、４３ｂが回転駆動手段であるモータ４８の回転運動を偏芯円運動に変えてヘッドホルダ３１及び研磨ヘッド部１２に伝達するようになっているものである。

なお偏芯円運動の大きさは、偏芯カム４３ａ、４３ｂの偏芯量によって適宜選択可能である。例えば研磨テープ２２の偏芯円運動により研磨効果を得るには、偏芯量は１ｍｍ以上とし回転数は１０ｒｐｍ以上とすることが好ましい。偏芯円運動は、時計回転方向（ＣＷ）、反時計回転方向（ＣＣＷ）とも回転可能である。

また図２に示すように、操作機構部１３のホルダ４１がＬＭガイド５１に上下スライド可能に接続されるとともに、加圧機構４２によるホルダ４１上面への加圧調整によって上下にスライドされるようになっている。このホルダ４１の上下スライドに伴って、研磨ヘッド部１２の研磨テープ面により研磨対象物１５に対して押圧調整することができるようになっており、この押圧調整によって研磨の精度、効率を調整することが可能となっている。

加圧機構４２は、例えばモータ、エアシリンダー、油圧等によりホルダ４１を加圧調整することで、ＬＭガイド５１を上下スライド可能とするものである。

次に本発明に係る研摩装置１１の動作である研磨方法について説明する。研磨ステージ２９に送られてきた研磨対象物１５は、研磨ステージ２９の所定位置に置かれる。

加圧機構４２による加圧により操作機構部１３およびこれに接続される研磨ヘッド部１２とがＬＭガイド５１をスライド降下してくる。このとき研磨ヘッド部１２の研磨テープ２２が研磨対象物１５の研磨対象面を押圧する。押圧量は研磨程度に応じて設定する。

研磨ヘッド部１２内に格納される研磨テープ２２は、巻き出しリール２３に巻回されており、これを巻取りリール２５が巻き取ることで、巻き取り走行される。巻取り速さは、研磨対象物１５の材質、研磨テープ２２の材質、そして研磨程度等により適宜定めるものとする。研磨中に巻取り走行されることで、研磨テープ２２は常時適切な研磨面を提供することができ、磨耗による研磨不足を防止することができる。

回転駆動手段であるモータ４８の回転駆動は、軸体４６ａにより偏芯カム４３ａに伝達されると共に、軸体４６ａに接続されるプーリ４７ａ、ベルト４９を介してプーリ４７ｂ、そして軸体４６ｂにより偏芯カム４３ｂにも伝達される。これにより偏芯カム４３ａ、４３ｂは連動されることになる。

偏芯カム４３ａ、４３ｂに伝達された回転運動は、軸体４６ａと同軸上になり軸体４５ａに、軸体４６ｂと同軸上にない軸体４５ｂに、それぞれ偏芯円運動として伝達される。

このため軸体４５ａ、４５ｂは軸受けにより回転可能に接続されているヘッドホルダ３１を偏芯円運動させることになり、この結果ヘッドホルダ３１に垂下固定された研磨ヘッド１２も偏芯円運動を行うことになる。

このヘッドホルダ３１の偏芯円運動が円滑に行えるように、ヘッドホルダの上下には上部ベアリングユニット３２、下部ベアリングユニット３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ）が設けられている。

研磨ヘッド部１２の偏芯円運動により、研磨ヘッド部１２に格納された研磨テープ２２も巻取り走行されながら、さらに偏芯円運動を行いながら研磨対象物１５を研磨することになる。

図３（ａ）は、本発明の研磨装置１１による研磨テープ２２の偏芯円運動における研磨粒子の軌跡を示す図である。研磨ステージ２９（図示せず）に送られてきた長方形の研磨対象物１５（図中破線で示す）に対して等しい幅長さの研磨テープ２２を配置し、偏芯カム４３ａ、４３ｂ（図示せず）により伝達される偏芯円運動による研磨ヘッド部１２の研磨テープ２２による研磨軌跡５５である。

図３（ａ）に示すように、本発明による研磨装置による研磨は、等間隔で均一に研磨される様子が理解できる。また回転を伴わない偏芯円運動であることから周速差を生じることがなく、不均一な研磨の発生を抑えることができる。

図３（ｂ）は、従来の研磨ヘッドを回転する場合の研磨粒子の軌跡を示す研磨軌跡５６の図である。研磨テープ２２の幅を直径とする回転運動のため、周速差の発生による研磨不均一に加え、研磨対象物の４隅５７（５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ）に研磨不足が発生するなどの不具合が生じてしまう。

このように本発明に係る研磨装置及び研磨方法によれば、非回転の偏芯円運動による研磨であるため、周速差が発生せず、また等間隔に均一に研磨軌跡を描くので、均一な研摩が可能となる。

次に本発明に係る研磨装置および研磨方法についての第２の実施例を説明する。説明は第１の実施例と異なる部分を中心にし、同一内容の部分は説明を適宜省略する。また第１の実施例と同一部分は同一名称、同一符号を付してある。

図４（ａ）は実施例２の研磨装置の平面図、（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図４に示すように、第２の実施例では４個の上部ベアリングユニット７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ）が、ヘッドホルダ３１の４隅に対称的に配置され、また下部ベアリングユニット７２（７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ）がそれぞれ上部ベアリングユニット７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ）と鉛直線上に配置されている。

この上下ベアリングユニット７１、７２が配置されているため、実施例１と異なり、ヘッドホルダ３１の中央上部に配置されていた上部ベアリングユニット３２が不要となる。実施例２では鉛直線上にヘッドホルダ３１を上下に挟んだため、偏芯カム４３ａ、４３ｂによる偏芯円運動がより円滑に伝わることになる。

図４（ａ）に示した上部ベアリングユニット７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ）および下部ベアリングユニット７２（７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ）とも、ベアリング３７が円形に配置されているが、実施例１のように敷詰めた配置でもよい。その他の構造および配置は、実施例１と同様である。

上下鉛直にベアリングユニットを配置したこのような回転機構は、実施例１が集中荷重を受ける場合に有効であるのに対し、研磨テープの幅が広く分散荷重として受ける研磨の場合、特に有効であるものとなる。

次に本発明に係る研磨装置および研磨方法についての第３の実施例を説明する。説明は第１の実施例と異なる部分を中心にし、同一内容の部分は説明を適宜省略する。また第１の実施例と同一部分は同一名称、同一符号を付してある。

図５（ａ）は実施例２の研磨装置の平面図、（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

実施例３では、研磨ヘッド部１２がヘッドホルダ８３に垂下取付されており、ヘッドホルダ８３の下部には上部ベアリングユニット８１を介してベアリングホルダ８４が設けられており、ベアリングホルダ８４の下部には下部ベアリングユニット８２がベアリング受ベース８５に載置されている。

上部ベアリングユニット８１および下部ベアリングユニット８２ともベアリング３７は、円形に配置されている。

そしてベアリングホルダ８４にはさらに偏芯カム８６ａ、８６ｂが設けられており、このうち一方の偏芯カム８６ｂがベルトによりモータ４８に連結されており、モータ４８の回転運動が伝達されるようになっている。

モータ４８の回転運動が伝達された偏芯カム８６ｂは、偏芯円運動をその上部に位置するヘッドホルダ８３に伝達する。このとき偏芯カム８６ａも同様に偏芯円運動を行うようになっている。そしてヘッドホルダ８３は偏芯円運動を研磨ヘッド部１２に伝達して、研磨テープ２２による偏芯円運動による研磨なされることになる。

実施例３は、ベアリングユニットの配置数と、ベアリングユニット内のベアリング数を少数にすることができるので、部品点数の少ない研磨装置を提供することができるものである。

（ａ）は本発明の実施例１の研磨装置の平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図。 本発明の実施例１の押圧機構部を備えた研磨装置の断面図。 （ａ）は本発明の研磨装置１１による研磨テープ２２の偏芯円運動における研磨粒子の軌跡を示す図、（ｂ）は従来の研磨ヘッドを回転する場合の研磨粒子の軌跡を示す図。 （ａ）は実施例２の研磨装置の平面図、（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図。 （ａ）は実施例２の研磨装置の平面図、（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図。

符号の説明

１１ 研磨装置
１２ 研磨ヘッド部
１３ 操作機構部
１５ 研磨対象物
２２ 研磨テープ
４３ａ、４３ｂ 偏芯カム
４８ 回転駆動手段（モータ）

Claims (6)

1. 巻取走行する研磨テープにより研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
   前記研磨テープとその巻取を行う巻取装置とを格納する研磨ヘッド部と、
   該研磨ヘッド部を操作する操作機構部とを備え、
   該操作機構部は、前記研磨ヘッドを垂下するヘッドホルダと、回転動作を行う回転駆動手段と、該回転駆動手段の回転動作を非回転の偏芯円運動にし、前記ヘッドホルダを介して前記研磨ヘッド部に伝達する偏芯カム機構手段とを有し、
   前記ヘッドホルダが、ヘッドホルダ上部を上部ベアリングホルダにより、及びヘッドホルダ下部を下部ベアリングホルダにより、摺動可能に挟持されてなることを特徴とする研磨装置。
2. 前記偏芯カム機構手段は、連動する２個の偏芯カムによる２軸の偏芯円運動により前記研磨ヘッド部に非回転の偏芯円運動を伝達することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記研磨ヘッド部を前記研磨対象物に向けて押圧する押圧機構部を更に備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨装置。
4. 巻取走行する研磨テープとその巻取を行う巻取装置とを格納する研磨ヘッド部、及び該研磨ヘッド部を操作する操作機構部を備えて成る研磨装置の前記巻取走行する研磨テープにより研磨対象物を研磨する研磨方法であって、
   前記操作機構部及び前記操作機構部のヘッドホルダにより垂下された前記研磨ヘッド部を降下させて、研磨ステージに載置された前記研磨対象物に前記研磨テープを押圧する工程と、
   前記操作機構部の回転駆動手段による前記回転動作を、前記操作機構部の偏芯カム機構手段により前記ヘッドホルダを介して前記研磨ヘッドに非回転の偏芯円運動として伝達して前記研磨対象物を研磨する工程とを有し、
   前記ヘッドホルダが、ヘッドホルダ上部を上部ベアリングホルダにより、及びヘッドホルダ下部を下部ベアリングホルダにより、摺動可能に挟持されてなることを特徴とする研磨方法。
5. 前記偏芯カム機構手段による非回転の偏芯円運動は、連動する２個の偏芯カムによる２軸の偏芯円運動によることを特徴とする請求項４に記載の研磨方法。
6. 前記押圧する工程では、押圧機構部により前記研磨テープを研磨対象物に向けて押圧させることを特徴とする請求項４又は５に記載の研磨方法。
   

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