JP5270974B2 - 基板端面の研磨装置及び研磨判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶基板等のガラス基板の端面を研磨する研磨加工装置及び研磨仕上げの良否判定方法に関する。

液晶基板等に用いられるガラス基板においては、割断端面に微少の凹凸やクラックが存在することから稜線部の面取りの他に端面を鏡面状に仕上げることで発塵を抑え、且つ端面強度向上を目的に研磨加工を施している。
ガラス基板のような硬質の脆性材の端面を鏡面状に研磨するのに用いられる研磨ホイールには、ダイヤモンド砥粒、シリコンカーバイド砥粒、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）砥粒、あるいは酸化セリウム砥粒が用いられているけれども研磨面の微少のクラックや貝欠け等を防止するために、周縁部が弾力性に富んだ研磨ホイールが好ましい。
例えば、研磨ホイールとして、繊維に樹脂を充填してあり、この樹脂に砥粒を分散させたものが用いられている。
しかし、このように弾力性に富んだ研磨ホイールでガラス基板の端面を研磨加工すると、基板端面切り込み時になじみ性があり、微少クラック等を抑えた鏡面状に仕上がるが、研磨加工数の増大により研磨ホイール外周面に磨耗溝が発生する。

研磨ホイール外周面に磨耗溝が形成されると、ガラス基板の端面に接触する研磨ホイールの範囲が、ガラス基板の端面のみならず、例えば図２（ｂ）の１ｃ，１ｄに示すようにガラス基板の表裏面にかぶるように広がる。
即ち、研磨ホイールに形成された磨耗溝の溝側面が基板の表裏面にかぶるように接触する分だけ、研磨ホイールとの接触範囲（接触面積）が広がるために接触抵抗が大きくなる。

従来、ガラス基板端面の研磨ホイールによる研磨加工においては、研磨ホイールのガラス基板端面への接触する際の研磨ホイール駆動モータの負荷電流値と、予め設定した負荷電流値によって、ガラス基板端面の研磨加工を制御していた。
例えば、図７に模式的に示すように、ガラス基板の生産開始前に、負荷電流値を負荷下限値：ＬＬ、負荷適正域値：Ｌ〜Ｈ、負荷上限値：ＨＨに分けて設定し、測定された負荷電流値がどの設定域に該当するかによって、ガラス基板端面に接触する研磨ホイールの送り量を制御していた。
この制御方法では、研磨加工中に測定された負荷電流値が例えば（ａ）に示すようにＬ〜Ｈであれば研磨加工が正常に行われ、かつ研磨ホイールの接触圧力も適正であると判定し、研磨ホイールのガラス基板端面への送り量は引き続き維持していた。
また、負荷電流値がＨ〜ＨＨ域であれば研磨ホイールのガラス基板端面への接触圧力が過剰と判定し、次の研磨加工では研磨ホイールの位置を後退（ガラス基板端面から離れる）させていた。さらにまた、負荷電流値がＬ〜ＬＬ域であれば研磨ホイールの接触圧力が不足と判定し、次の研磨加工では研磨ホイールの位置を前進（ガラス板端面へ近づける）させていた。さらにまた、負荷電流値がＨＨを上回るかもしくはＬＬを下回った場合、研磨が過剰あるいは不十分と判定し研磨加工を停止させていた。

しかしながら上記従来の方法では、研磨ホイールの送り量の判定に、直前のガラス基板端面の研磨加工で最初のＬ〜Ｈ域を外れた値のみがフィードバックされるため、研磨ホイールの送り量が実際の研磨状況と合致していない問題があった。例えば、１回もしくは数回の異常値によって負荷電流値がＬ〜Ｈ域から外れた場合、実際は正常に研磨が行われていたとしても１回の異常値もしくは最初の異常値が優先してフィードバックされてしまい、研磨ホイールを不必要に前進もしくは後退させてしまっていた。また例えば、（ｂ）に示すように研磨開始直後に負荷電流値がＨＨ〜Ｈ域にあり、研磨終了直前に負荷電流値がＬＬ〜Ｌ域にあった場合、実際は研磨ホイールの接触圧力が低い状態であるのに、最初のＨＨ〜Ｈ域の値が優先してフィードバックされ研磨ホイールは後退してしまっていた。

また、上記従来の制御方法ではＨＨ、Ｌ〜Ｈ、ＬＬの設定は、予めガラス基板の生産を開始する前の研磨ホイールの状態を基準に設定されるため、連続操業によって研磨ホイールの溝が深くなった状態での負荷電流値と合致していない問題があった。例えば、一定量のガラス板の研磨加工を経た研磨ホイールは、溝が生産開始時よりも深くなっており、かぶり面とガラス板の接触面積の増大によって負荷電流負荷も増大してしまう。
このため、実際には研磨ホイールの接触圧力が不十分であっても送り量を維持もしくは研磨ホイールが後退してしまい、端面研磨が不十分もしくは全く研磨されていないガラス基板が次工程に送られてしまう問題があった。
また例えば、かぶり面とガラス板の接触面積の増大によって負荷電流が異常値（この場合はＨＨ値を超えた）と判定された場合であってもアラームを発報し研磨加工ラインが停止するように制御されていたため、本来の異常値（この場合は過研磨）でなくともラインが停止する問題があった。
かぶり面の問題に対処するには、連続操業においてガラス板の研磨加工が一定量終了する毎にオペレータが各自の経験に基づき設定値を変更するほかなく、操業効率が低下する場合があった。

このように従来の方法では、上記した問題に加え研磨が全くされていない製品や研磨量の少ない製品、逆に研磨量が大きく、研磨ホイールの磨耗が速く、寿命が短くなると言った問題があった。

特許文献１，２には砥石駆動モータの電力値に基づいて切り込み速度を調整する技術を開示し、特許文献３には加工終盤の加工負荷の平均値を算出し、切り込み量を補正する技術を開示するが、いずれも研磨ホイールに形成される溝深さを切り込み量に反映するものではない。

特開２００４−１２２２５９号公報 特開平７−１７１７４２号公報 特開２００３−２５１４９号

本発明は研磨ホイールの磨耗溝深さを補正要素に取り込んだ信頼性の高い適応制御による基板の端面研磨装置及び基板の研磨良否の判定方法の提供を目的とする。

本発明に係る基板の端面研磨装置は、基板の端面を研磨加工する研磨ホイールと、当該研磨ホイールの回転駆動手段と、当該研磨ホイールの切り込み送り手段とを備え、研磨ホイールの回転駆動手段は、基板の研磨加工による負荷電流検出手段と、研磨ホイールに生じる摩耗溝の溝側面が基板に接触することにより生じる負荷電流の補正手段とを有し、前記負荷電流検出手段は、前記基板の端面接触による負荷電流と、前記研磨ホイールに生じる摩耗溝の溝側面が基板に接触することにより生じる負荷電流を検出し、前記補正手段は、前記研磨ホイールに前記摩耗溝が形成された場合、前記摩耗溝の溝側面が基板の表裏面に接触することによる負荷電流増加分を前記負荷電流に加えて補正し、前記送り手段は、前記補正された負荷電流に基づいて前記研磨ホイールの切り込み送り量を調整する、ことを特徴とする。
また、前記負荷電流検出手段により検出された負荷電流に基づいて適正上下限電流との比較手段を有し、研磨ホイールの切り込み送り手段は、当該適正上下限電流との比較結果に基づいて送り量を調整する送り調整手段を有しているとよい。

ここでは、硬質の脆性基板が対象となり、代表的にはガラス基板がある。
研磨ホイールは円盤状の回転体であり、その外周を構成する周縁部に砥粒を有している。
砥粒を保持する方法には各種方法があるが、本発明は周縁部が弾力性を有する材料からなり、当該材料に研磨砥粒を含有させてある場合に効果的であり、特に研磨ホイールの周縁部が繊維に研磨砥粒を含有させた樹脂を充填して製造された研磨ホイールの使用に適用するのがよい。

本発明は上記のような研磨装置の構成を採用したことにより、本発明に係る基板端面研磨加工の判定方法は、基板の端面を研磨加工する研磨ホイールと、当該研磨ホイールの回転駆動手段と、当該研磨ホイールの切り込み送り手段とを備え、研磨ホイールは、周縁部が研磨砥粒を含有させた弾力性を有する材料からなり、研磨ホイールの回転駆動手段は、基板の端面接触による負荷電流検出手段を有し、研磨ホイールに研磨加工数に従って形成される磨耗溝の溝側面と基板の表裏面がかぶり接触することによる負荷電流の増加分を補正して適正負荷電流の上限と下限とを設定し、前記負荷電流検出手段にて検出された研磨加工時の負荷電流が前記上下限内にある基板を良品と判定することを特徴とする。

本発明においては、研磨加工数量の増大に従って、研磨ホイールの外周面に形成される磨耗溝に着目し、磨耗溝の溝側面が基板の表裏面にかぶり接触することによる研磨ホイールの回転駆動モータへの負荷電流増加分を補正値として加味し、負荷電流の上限及び下限を設定したことにより、研磨加工の良否の判定が正確及び容易になる。
また、研磨ホイールの切り込み送り量が必要以上に多くなるのを抑えるので研磨ホイールの寿命向上に寄与する。
さらには、加工ラインの停止回数が減り生産性が向上する。

本発明の実施形態を以下図面に基づいて説明する。
図４に本発明に係る研磨装置の外観斜視図を示し、図５に研磨機構部分を示す。
図６に研磨ホイールのカバー１４を取り外した状態及びＡ−Ａ線断面図を示す。
研磨ホイール１０はスピンドル２２に着脱自在に取り付けられ、研磨ホイ−ルの回転駆動モータ（回転駆動手段）２０にて回転制御されている。
研磨ホイ−ル１０は、回転駆動モータ２０とともに切り込み送り手段としてのサーボモータ３０に連結されている。
本実施例においては図４に示すように、回転駆動モータは２０ａ，２０ｂと一対設けて、それらを（Ｘ軸，Ｚ軸）、（Ｕ軸，Ｗ軸）位置制御することでガラス基板の両側端面を同時に研磨加工できるようになっているがこれに限定されるものではない。
また、本実施例に用いた研磨ホイール１０は図２に模式的に示すように周縁部１１が繊維に樹脂を充填させたものでこの樹脂にシリコンカーバイド砥粒が分散されている。

研磨ホイール１０は回転駆動モ−タ（Ｍ１）２０にて回転制御され、負荷電流検出部２１を有している。
ここで研磨ホイールの送り量は切り込み送りサーボモータ（Ｍ２）にて制御されている。
図２（ａ）に示すようにガラス基板１の端面１ａに研磨ホイール１０の周縁部１１の外周面を接触させ、研磨加工すると、図３に示すような負荷電流チャートが得られる。
図３は横軸に研磨加工時間をとり、縦軸に回転駆動モータ２０の負荷電流値をとったチャートである。
Ｗ軸側とＸ軸側の両方を示す。
研磨ホイール１０がガラス基板の端面に接触すると負荷電流が上昇するが、一般的に接触始め（ｓ）と接触終わり（ｅ）にピーク電流が発生しやすい傾向がある。
また、図２（ａ）に示した研磨ホイール１０が新しい状態から図２（ｂ）に示すように、研磨加工枚数の増加に伴い、研磨ホイールの外周面に磨耗により発生した溝部１４が形成されるために、正常に研磨されていても溝部１４が深くなるにつれて、接触面積が増加し負荷電流が上昇する。

研磨ホイール１０の外周面に溝部１４が形成されると、溝部の底部１２はガラス基板の端面１ａに接触するが溝部の側面１３はガラス基板の表面１ｃ及び裏面１ｄにかぶるようにかぶり接触するようになる。
図２に示した例ではガラス基板１の稜線部にＣ面取り１ｂを施してあるがＣ面取りは必要に応じて施されるものである。
また、図２に示したガラス基板１は厚みを実際より大きく表現してあり、研磨ホイール１０を極端に小さく表現してあるとともに、実際には研磨ホイール１０を図２では上下にずらして使用し、複数の溝が形成される。
本発明は、このかぶり接触による負荷電流増加分を補正し、加工制御した点に特徴がある。

本発明の制御及び良品、不良品の判定システム例を図１のフロー図に基づいて説明する。
まず、研磨加工を開始する前に研磨ホイール１０の溝深さを測定する。
測定手段に特に限定はないが非接触式の自動計測が好ましい。
ステップＳ１，Ｓ２に示すように溝深さの程度に応じて、例えば溝がほとんどないａの場合のモータの制御電流の初期設定電流を基準にし、溝深さが中程度のｂの場合には初期設定電流の１２０％で負荷電流の良否を判定するようにし、溝深さが大きいｃの場合には初期設定電流の１４０％で負荷電流の良否を判定するように補正した。
なお、良否の判定基準はホイールの材質や基板の大きさによっても適宜設定する必要があり、本実施例のように３水準のみならず、さらに多水準でもよく、溝深さに対応した比例的設定でもよい。
溝深さを考慮した制御電流にてガラス基板の研磨加工を開始（Ｓ３）し、研磨始めから終了までの間に時経列的にｎ回、モータ負荷電流を測定し（Ｓ４）、その平均値（Ｓ５）とバラツキから適正に研磨加工が施されるための負荷電流値の下限を設定し（Ｓ６）、同様に、研磨ホイール１０の切り込み送り量が強すぎる場合の負荷電流値の上限を設定する（Ｓ７）。
このようにｎ個のデータの平均にて設定することで判定精度が向上する。
このように設定すると溝深さに応じて負荷電流の下限及び上限が設定できるのでその範囲に負荷電流がある場合には、そのまま連続的に次のガラス基板の自動研磨を続行する（Ｓ８）。
仮に負荷電流値が管理上限を超えている場合には次のガラス基板の切り込み送りサーボモータ３０の送り量を少なくし、研磨ホイールの異常磨耗を防止できる。
一方、負荷電流値が適正電流値の下限を切った場合には、研磨量が少なかったと判定し、再研磨加工設定電流値に基づいて負荷電流の上限、下限を設定してあり（Ｓ１０）、この判定に基づいて再研磨加工する（Ｓ１１）。
負荷電流値が再加工設定値より小さかったものはその程度に応じて次回のガラス基板に対しては加圧をコントロールするために送り量を調整する（Ｓ１２）。
なお、再加工が３回以上に及ぶ場合には警告アラームがなり、アラームがなった場合には、装置の設定を変更する（Ｓ１３）。
また、この場合にアラーム警告する替りに研磨ホイールが移動して、新たな研磨溝が形成されるように自動切替制御してもよい。
このような研磨装置を用いて、研磨加工の良品、不良品及び、送り量を検出することで加工ラインの自動停止が減り、良品率が向上した。

本発明に係る制御のフローチャート例を示す。 研磨ホイールの制御系及び磨耗の変化を示す。 負荷電流チャート例を示す。 研磨装置の外観斜視図を示す。 研磨ホイールの駆動部を示す。 研磨ホイールの駆動部及びその断面図を示す。 従来の研磨加工の良否判定方法を示す。

符号の説明

１０ 研磨ホイール
１４ 溝部

Claims (3)

1. 基板の端面を研磨加工する研磨ホイールと、当該研磨ホイールの回転駆動手段と、当該研磨ホイールの切り込み送り手段とを備え、
   研磨ホイールの回転駆動手段は、基板の研磨加工による負荷電流検出手段と、研磨ホイールに生じる摩耗溝の溝側面が基板に接触することにより生じる負荷電流の補正手段とを有し、
   前記負荷電流検出手段は、前記基板の端面接触による負荷電流と、前記研磨ホイールに生じる摩耗溝の溝側面が基板に接触することにより生じる負荷電流を検出し、
   前記補正手段は、前記研磨ホイールに前記摩耗溝が形成された場合、前記摩耗溝の溝側面が基板の表裏面に接触することによる負荷電流増加分を前記負荷電流に加えて補正し、
   前記送り手段は、前記補正された負荷電流に基づいて前記研磨ホイールの切り込み送り量を調整する、
   ことを特徴とする基板の端面研磨装置。
2. 前記負荷電流検出手段により検出された負荷電流に基づいて適正上下限電流との比較手段を有し、研磨ホイールの切り込み送り手段は、当該適正上下限電流との比較結果に基づいて送り量を調整する送り調整手段を有していることを特徴とする請求項１記載の基板の端面研磨装置。
3. 基板の端面を研磨加工する研磨ホイールと、当該研磨ホイールの回転駆動手段と、当該研磨ホイールの切り込み送り手段とを備え、
   研磨ホイールは、周縁部が研磨砥粒を含有させた弾力性を有する材料からなり、
   研磨ホイールの回転駆動手段は、基板の端面接触による負荷電流検出手段を有し、
   研磨ホイールに研磨加工数に従って形成される磨耗溝の溝側面と基板の表裏面がかぶり接触することによる負荷電流の増加分を補正して適正負荷電流の上限と下限とを設定し、前記負荷電流検出手段にて検出された研磨加工時の負荷電流が前記上下限内にある基板を良品と判定することを特徴とする基板端面研磨加工の判定方法。

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