JP5350083B2

JP5350083B2 - 研磨装置

Info

Publication number: JP5350083B2
Application number: JP2009135772A
Authority: JP
Inventors: 育浩財津
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: JP2010280039A

Description

本発明は、回転する研磨工具によって被加工物を研磨加工する研磨装置に関するものである。

一般に、研磨加工において、除去量は、工具を被加工面に押し付ける荷重、工具の回転数、加工時間に比例することがプレストンの経験則として知られている。除去量を高精度に制御するためには、工具を被加工面に押し付ける研磨荷重と工具の回転数を高精度に制御しなくてはならない。

従来の研磨装置は、工具に荷重を加える加圧機構と、工具を回転させる回転駆動機構を工具軸の別の位置に設けていた（特許文献１参照）。図３は一従来例による研磨ヘッドを示すもので、工具１０１は、軸１０２の一端に固着され、軸１０２の外周には、回転体１０５が固着されている。回転体１０５は、空気静圧軸受１０８ａ、１０８ｂによって非接触で回転自在に支持されている。また、軸１０２は、軸１０２に固着されたロータ１０６ａとステータ１０６ｂからなるモータ１０６により非接触にて回転駆動される。さらに、シリンダ室１０４の空気圧を制御することにより回転体１０５を移動させ、工具１０１を被加工面に押し付ける荷重（研磨荷重）を発生させる。このような構成を用いれば、工具を被加工面に押し付ける荷重と工具の回転数を制御することが可能である。

特開昭６３−２３２９２９号公報

しかしながら、従来の研磨ヘッドでは、軸１０２の軸方向の移動により、ロータ１０６ａとステータ１０６ｂとの間において磁気吸引力が変化する。さらに、工具１０１の回転数や回転トルクを変化させると、ロータ１０６ａとステータ１０６ｂの間の磁気吸引力が変化する。そのため、工具１０１を被加工面に押し付ける荷重を高精度に制御することが困難であるという課題があった。

本発明は、研磨加工中の研磨荷重を高精度で制御することのできる研磨装置を提供することを目的とするものである。

本発明の研磨装置は、被加工物に当接されて回転する研磨工具と、前記研磨工具の工具軸部に配置された第１の筒状部材と、前記第１の筒状部材に嵌合する第２の筒状部材と、前記第２の筒状部材と前記第１の筒状部材との間にラジアル方向の磁気吸引力を発生する手段と、前記第２の筒状部材を前記工具軸部のスラスト方向に駆動するスラスト駆動手段と、前記第２の筒状部材を回転駆動することで前記研磨工具を回転させる回転駆動手段と、を有し、前記スラスト駆動手段によって、前記研磨工具を被加工物に当接するための研磨荷重を制御することを特徴とする。

上記構成によれば、研磨工具のスラスト方向の位置が変化しても、あるいは研磨工具の回転数や回転トルクを変化させても、研磨工具を被加工面に押し付ける研磨荷重を一定に保つことができる。また、研磨加工中の研磨荷重を任意に制御可能であるため、加工精度を大幅に向上できる。

実施例１による研磨装置を示すもので、（ａ）はその主要部を示す模式部分断面図、（ｂ）は第１部材と第２部材の間に磁気吸引力を発生する手段を示す部分拡大平面図である。実施例２及びその変形例による研磨装置をそれぞれ断面で示す図である。一従来例による研磨装置の主要部を示す模式断面図である。

図１（ａ）に示すように、研磨装置の主要部である研磨ヘッドは、研磨工具である工具１と、工具軸部を構成する工具軸２と、第１の筒状部材である第１部材３と、で構成される。工具１は、工具軸２の一端に固着され、工具軸２には第１部材３が工具軸２と同軸に配置され固着されている。第１部材３に嵌合する第２の筒状部材である第２部材４は、回転体５に固着されており、第２部材４と回転体５は、一個体として運動する。第１部材３と第２部材４とは同軸に配置され、両者の間には、互いにラジアル方向の磁気吸引力が働いている。回転体５は、上部外周面が歯車となっており、回転駆動手段であるモータ６の回転トルクをモータ歯車７を介して伝達され、回転運動を行う。

第２部材４は、モータ６によって回転駆動され、工具軸２を回転させる。工具軸２は、静圧空気軸受８ａ、８ｂによってラジアル方向に支持されており、回転と上下方向の移動は自在に行うことができる。回転体５は、ベアリング９ａ、９ｂによって回転自在に支持されている。ベアリング９ａ、９ｂ、モータ歯車７、モータ６、ナット１０は、一体として構成されており、図示しないリニアガイドによって上下方向に自在に運動可能となっている。ナット１０は、送りねじ１１によって上下方向に移動し、第２部材４は、回転体５、ナット１０、送りねじ１１を介して、スラスト駆動手段であるモータ１２によりスラスト方向である上下方向に移動する。静圧空気軸受８ａ、８ｂ、リニアガイド、モータ１２は、筐体１３に固着されており、筐体１３は図示しない手段により並進方向の位置決めと、姿勢を変化させることが可能である。

図１（ｂ）は、第１部材３と第２部材４の間に磁気吸引力を発生する手段を示すもので、第１部材３と一体である内輪３０の外周面に１２個の第１の磁石３１を配置し、第２部材４と一体である外輪４０の内周面に１２個の第２の磁石４１を配置している。周方向に配列された磁石３１、４１は、ラジアル方向に対向している磁石対が逆磁極になるように配置され、ラジアル方向の磁気吸引力が働いている。内輪３０が外輪４０の中心にあればスラスト方向の力の大きさは０であるが、内輪３０がスラスト方向に並進移動すると、内輪３０を中心側へ引き戻すようにスラスト方向の力が働く。

本実施例の研磨装置の動作を以下に説明する。図示しない手段により筐体１３の位置と姿勢を変化させ、工具１が被加工物の被加工面に近接するよう筐体１３の位置と姿勢を定める。このとき、第１部材３と第２部材４の間には磁気吸引力が働いており、工具１と工具軸２と第１部材３で構成される工具軸部は、上記のスラスト方向に働く力と工具軸部に作用する重力がつりあう位置にとどまっている。ここで、モータ１２の駆動により第２部材４を下降させると、工具軸部が下降し、工具１が被加工面に当接し、さらに第２部材４を下降させると、上記のように第１部材３に作用するスラスト方向の力により、工具１が被加工面に押し付けられる。モータ１２によって第１部材３と第２部材４の相対位置を変化させることで、工具１が被加工面に押し付けられる荷重（研磨荷重）を制御することができる。工具１を所望の研磨荷重で被加工面に押し付けた状態で第１部材３と第２部材４の相対位置を維持したままでモータ６により工具１を回転させることで、研磨加工を行う。

研磨加工中に、工具１の位置が上下方向に変化したり、工具１の回転数や回転トルクを変化させる場合においても、工具１を被加工面に押し付ける研磨荷重を一定に保つことができ、任意に制御することも可能である。このように、工具位置や工具の回転数、回転トルクに係わりなく、工具１を被加工面に押し付ける研磨荷重を高精度に制御することで、より高精度な研磨加工が可能となる。

本実施例は、図２（ａ）に示すように、第１部材３と第２部材４の相対変位を検出するための第１変位検出手段１４及び第２変位検出手段１５を付加した点のみが実施例１と異なる。

第１変位検出手段１４は、回転体５の上面の上下方向の変位を非接触にて検出する。第２変位検出手段１５は、工具軸２の上端面の上下方向の変位を非接触にて検出する。第２部材４の変位は、回転体５の変位と等しく、第１部材３の変位は、工具軸２の変位に等しいので、第１変位検出手段１４と第２変位検出手段１５で検出した変位の差をとることにより、第１部材３と第２部材４の相対位置の変化を検知可能である。検知した第１部材３と第２部材４の相対位置を一定にするようにモータ１２を駆動することで、より高精度に工具１の被加工面に対する押し付け荷重である研磨荷重を一定に保つことが可能となる。また、第１部材３と第２部材４の相対位置と研磨荷重の関係を明らかにしておけば、モータ１２によって研磨荷重を任意に制御することができる。これによって、研磨量を必要に応じて変化させることが可能となる。

図２（ｂ）は、本実施例の一変形例を示すもので、変位検出手段１４、１５の代わりに、工具軸２との距離を検出するために取付ステー１６に取り付けられた距離検出手段１７を設ける。取付ステー１６は、ナット１０の上下動にともなって上下に移動するので、第２部材４の上下動と同じ距離だけ上下に変位する。距離検出手段１７により、第１部材３と第２部材４の相対位置の変化を検知することで、工具１が被加工面を押し付ける研磨荷重を一定に保持することや任意に制御することが可能となる。

１工具
２工具軸
３第１部材
４第２部材
５回転体
６、１２モータ
７モータ歯車
１３筐体
１４、１５変位検出手段
１７距離検出手段

Claims

被加工物に当接されて回転する研磨工具と、
前記研磨工具の工具軸部に配置された第１の筒状部材と、
前記第１の筒状部材に嵌合する第２の筒状部材と、
前記第２の筒状部材と前記第１の筒状部材との間にラジアル方向の磁気吸引力を発生する手段と、
前記第２の筒状部材を前記工具軸部のスラスト方向に駆動するスラスト駆動手段と、
前記第２の筒状部材を回転駆動することで前記研磨工具を回転させる回転駆動手段と、を有し、
前記スラスト駆動手段によって、前記研磨工具を被加工物に当接するための研磨荷重を制御することを特徴とする研磨装置。
前記第１の筒状部材は、前記工具軸部の周方向に配置された第１の磁石を備え、
前記第２の筒状部材は、前記第１の磁石に対向して逆磁極になるように配置された第２の磁石を備えたことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。