JP6851068B2 - 研削・研磨複合加工装置及び研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、研削加工とその後の研磨加工とを連続的に行うことができる複合加工装置に関する。
また、テープ研磨による研磨装置に関する。

各種デバイスに使用される各種基板等の分野においては、外形を研削加工にて成形後にさらに鏡面状に研磨加工が施されている。
ここで研削加工は、高速回転する砥石にてワークの表面，外形等を削り成形する工法であり、表面の平滑度に応じて粗研削，中研削，仕上げ研削等が行われている。
研磨加工は、微細な砥粒を用いて表面を鏡面状に磨くことをいう。
研磨方法としては、従来から研磨液中に遊離砥粒を分散させたものや、エッチングと称される化学反応による表面加工が採用されていたが、近年環境保全，クリーン作業性の観点から、また素材によってはエッチング加工ができない等の理由から、微細な砥粒をテープ状のフイルムに塗布及び固定化した研磨テープ（ラッピングテープ，ラッピングフイルム等とも称されている。）を用いることが行われている。

これらの加工装置は、これまで研削装置、研磨装置としてそれぞれ別々の加工装置となっていたために、これらを複数種配列したり、その加工機の間にワーク搬送装置を設けることが必要になり、各装置の設置基準出し等大変であり、コスト的にも高価となった。
そこで、本発明者らは研削手段とテープによる研磨手段との位置決めが容易であり、クーラント循環系統等の付帯設備の共通化を検討した結果、本発明に至った。

また、従来の研磨テープによる研磨装置は、例えば特許文献１に示すように一対のテープリール間に研磨テープを掛け渡し、この研磨テープを回転する被加工物に圧接するための圧接機構を有するものであった。
このような圧接機構は、弾性体の弾力性の調整、選定が非常に難しい。
例えば、図１３に示すように基板の研削した研削面の成形形状は、用途によりさまざまな角度に成形する必要があり複雑であることから、この形状に合せて圧接機構を移動制御するには複雑な旋回ユニットや多数軸からなる制御機構が必要とするだけでなく、被研磨面との間に隙間が発生しやすく研磨が難しかった。

特開２０１１−４５９５７号公報

本発明は、一台の加工装置でワークの研削加工及び研磨加工ができるとともに、研磨機構がシンプルで研磨品質に優れた研削・研磨複合加工装置の提供を目的とする。
また、研磨効率及び品質に優れた研磨装置の提供を目的とする。

本発明に係る研削・研磨複合加工装置は、ワークを研削加工するための研削ステージと、研磨加工するための研磨ステージと、前記研削ステージから研磨ステージへのワーク搬送手段とを備え、前記研磨ステージは研磨テープを用いたテープ研磨手段を有することを特徴とする。
このように、研削加工機と研磨加工機とを一台に複合化したので、ワークの位置決めが容易で付帯設備の共通化が可能になったため、低コストな装置となる。
ここで、研削ステージと研磨ステージは、ワークの回転保持手段を有している。
また、テープ研磨手段となっているので、従来の遊離砥粒を用いたものに比較して環境保全性に優れる。

本発明において、テープ研磨手段は、研磨テープを掛架した一対の支持ロールと、前記一対の支持ロールに掛架した研磨テープをワークの被研磨面に沿って倣うように当該一対の支持ロールを旋回させるための旋回手段を有するようにしてもよい。
このように一対の支持ロールの間に研磨テープを掛け渡し張設したので、ワークと、一対の支持ロールの旋回手段との間を近接及び離間制御することで、複雑な形状の被研磨面に沿って研磨テープを倣わすように旋回できる。
この際に一対の支持ロールに張設，掛架した研磨テープとワークとの接触位置を、例えば一対の支持ロール間の中央部等、所定の位置になるように制御しながら旋回させることで、均一な接触圧を確保するのが容易である。
また、研磨テープとワークとの接触位置を旋回する一対の支持ロール間の中央部からずらすと、ワークに圧接するテープ面の砥粒がこの研磨テープの旋回によってもワークの接触面に沿って移動するので、研磨量の調整機能を有する。
研磨テープの送り速度の速さや一時停止等の制御が容易で、水等の冷却潤滑液を研磨部に供給するためにワークとの接触部を一時的に離間制御することも容易である。
本発明にて研磨テープの送りは、ワークの回転と同期，非同期に関わらずに作用できる。

研磨テープをワークの被研磨形状に沿って倣わせる方法として、テープ研磨手段は、研磨テープを掛架した第１及び第２ロールからなる一対の支持ロールと、前記一対の支持ロールに掛架した研磨テープをワークの研削面に沿って倣うように前記第１ロールと第２ロールをワークに向けて前進及び後退方向に相対移動させるための移動制御手段を有するようにしてもよい。
これにより、一対の支持ロール間に掛架した研磨テープを旋回させるのと同様の移動制御が可能である。
ここで、一対の支持ロールをワークに向けて相対移動させる場合に、サーボモータによる旋回機構にリンク機構を組み合せ、一対のリンクにそれぞれ支持ロールを設けてもよい。
また、第１及び第２ロールは、研磨テープの送り速度を変化させたり、停止することもでき、また第１，第２ロールを同期化又は非同期により制御することができる。

本発明において、一対の支持ロールは研磨テープの研磨面がワークの被研磨面に対して左右方向斜めに当接するように傾斜させるための傾斜制限手段を有するようにしてもよい。
ここで左右方向に傾斜させるとは、例えば回転保持したワークを水平に配置した場合に、研磨テープの上下垂直方向の張設に対して右廻り、あるいは左廻りに斜めにしたことをいう。
これにより、ワークに形成されたノッチ部に研磨テープが入りやすくなったり、ワークの被研磨面に接触する面積を増大させ、研磨効率を向上させたりすることができ、研磨時の冷却潤滑液の供給もしやすくなる。
本発明において、一対の支持ロールに掛架した研磨テープを当該研磨テープの裏面側からワークに向けて押圧するバックアップ手段を有するようにしてもよい。
このようにすると、ワークの被研磨部の形状に合せて研磨テープが裏面側からバックアップされる。
このように本発明は、テープ研磨手段そのものにも特徴があることから、このような研磨機構を用いた単独の研磨装置としてもよい。

本発明に係る研削・研磨複合加工装置は、研削ステージと研磨ステージとをワークの搬送手段とともに一体化したので、これらの複数の加工を一台の装置で可能になる。
研磨手段として、研磨テープを掛架した一対の支持ロールを旋回あるいは、この一対の支持ロールの第１及び第２ロールをワークに対して、それぞれ前進，後退移動制御したので、ワークの被研磨面の形状に倣うように研磨できるので、従来のコンタクト部品等が不要で、シンプルな構造で有りながら研磨の均一性に優れる。

本発明に係る研削・研磨複合加工装置の構成例を示す。 （ａ）は研削ステージに設けた研削手段の例を示す。（ｂ），（ｃ）は研削加工により成形した基板の端面形状例を示す。 研磨ステージに設けた一対の支持ロールの旋回手段の動きの例を（ａ）〜（ｃ）に示す。 旋回機構（旋回手段）をワークから後退させた状態を示す。 旋回手段の動きを図３（ａ）〜（ｃ）に対応させて拡大した拡大図を示す。 一対の支持ロールの移動制御の例を（ａ）〜（ｃ）に示す。 （ａ）は研磨テープの接触部位を中心からずらした例、（ｂ）はテンションローラにて押圧する例を示す。 （ａ）研磨テープをワークに対して上下方向に配置した例、（ｂ）は左右方向に傾斜させた例を示す。 ワークのノッチ部を研磨する例を示し、（ａ）は研磨テープを斜めに動かした例、（ｂ）はバックアップした例を示す。 （ａ），（ｂ）は旋回機構とリンク機構とを組み合せた例を示す。 バックアップローラーを備えた例を示す。 （ａ）は方形基板の研削例を示し、（ｂ）は外形形状例を示す。 従来のテープ研磨の例を示す。

本発明に係る研削・研磨複合加工装置（以下、本装置と称する。）１００の構成例を図１に示す。
本装置１００は、ワークを研削加工するための研削ステージ１０と、研磨加工するための研磨ステージ２０と、研削ステージ１０から研磨ステージ２０にワークを搬送するための搬送システム３０とを備える。
本実施例に係る搬送システム３０は、ワークをハンドリングする例えば、吸着パッド等を備えた第１ハンド３３ａ，第２ハンド３３ｂを有し、第１ハンド３３ａは図１にて上下方向に移動制御する第１Ｘレール３１ａと、左右方向に移動制御する第１Ｙレール３２ａを有する。
第２ハンド３３ｂも同様に第２Ｘレール３１ｂと、第２Ｙレール３２ｂにより、Ｘ−Ｙ方向が移動制御されている。
基板等のワークは、原材料ストックヤード（第１ストックヤード）３４に外部から供給され、第１ハンド３３ａによりワークを研削ステージ１０に搬送し、研削加工後に第２ストックヤード３５に搬送される。
第２ストックヤード３５のワークは、第１ハンド３３ａ又は第２ハンド３３ｂにてハンドリングされ、第３ストックヤード３６に移送される。
第２ハンド３３ｂは、第３ストックヤード３６から研削済みのワークを引き取り、研磨ステージ２０にて研磨し、研磨加工後の完成品ストックヤード（第４ストックヤード）３７に搬送され、次工程に搬出される。
本実施例は、Ｘ−Ｙレールによりワーク搬送を行う例になっているが、本発明において搬送システムに制限がなく、例えばロボットハンドを用いてもよい。
このように、研削ステージと研磨ステージとを複合化したことによりワークの搬送及び位置決めが容易になるだけでなく、研削、研磨時に使用するクーラント系統の共通化が可能である。

図２は、研削ステージ１０に備えた研削手段の例を示す。
ワーク１を回転保持する回転テーブル１１と、ワークを研削する砥石１２とを有する。
回転テーブル１１は、吸引孔等のワーク１の保持手段を有し、駆動部１１ａにて回転制御されている。
砥石１２は、砥石軸１３により駆動系に連結され、高速回転制御されている。
また、砥石１２はワークに対する前進・後退、上下方向及び傾きが制御されている。
また、砥石は取り替え又は複数備えることで粗研削，中研削，仕上げ研削等の切り替えができる。
図２（ｂ），（ｃ）にワーク（基板）１の端面の面取り研削の例を示す。
基板の用途，要求品質等により、（ｂ）のように端面１ｃに対するＣ面取り部１ａ，１ｂが同程度のものの他に、（ｃ）に示すようにＣ面取り部の大きさが１ａと１ｂとで相異するものもある。
また、ワーク１の端部にＶノッチ等のノッチ部を形成することもある。
本発明に係る研磨手段を用いると、このような複雑な形状に研削成形した部分の研磨も可能である。

図３〜図５に、研磨ステージ２０に備えた研磨手段の第１の実施例を示す。
ターンテーブル２１が駆動部２１ａにて回転制御され、ターンテーブル上にワーク１を吸着保持する。
このワーク１に対して、近接及び離間制御された基部２９と、これに連結した旋回アーム２２を有する。
旋回アーム２２は、要部のみを模式的に表してあり、基部２９から図示を省略した支持部材等にてサーボモータ等の駆動部を取り付け、旋回中心Ｏ廻りに旋回制御されている。
旋回アーム２２の両端部には、第１支持ロール２３と第２支持ロール２４とからなる一対の支持ロールを有する。
研磨テープ２は、リール２６から送りロール２５で送り出し、この一対の支持ロール２３，２４に掛け渡し、引きロール２７を介してリール２８側に戻される。
この際に、送りロール２５と引きロール２７の調整により、研磨テープ２に所定の張力がかかるように張設されている。
図３（ａ）〜（ｃ）に対応させて、拡大図を図５（ａ）〜（ｃ）に示した。
これにより、旋回アーム２２を研磨テープ２が研削面に倣うように旋回させることで基板の端面の研削形状に合せて研磨できる。
旋回速度は、サーボモータにより制御されており、端面の形状や部位により研磨時間を調整できる。
研磨テープは、１０μｍ以下の微粒子をポリエステル・ウレタン樹脂等と混合し、テープ基材上に塗布した固定砥粒研磨材である。
砥粒には、ホワイトアルミナ，グリーンカーボンランダム，ダイヤモンド等、各種材料が提案され、基板（ワーク）の材質により選定される。
研磨テープ２は、一対の支持ロール間に張設されているが、図３（ａ）〜（ｃ）にて旋回アーム２２が旋回される際に均一の接触圧がワーク１に加わるのが好ましい。
そこで、ワーク１の端面の上下中央部を旋回中心Ｏの位置に対応させてもよい。
また、図７に示すように研磨テープ２のワーク１に接触する位置を旋回中心よりも上部側、あるいは下部側にずらしてもよい。
このようにすると、研磨テープ２の旋回中にテープ面の砥粒がワーク１の接触面に沿って移動しながら研磨することになり、研磨量が増す。

このように研磨テープ２を張設したので、研磨テープ２の送り速度の調整や、一時停止等が容易である。
また、図４に示すように、一旦ワーク１から後退させることも容易である。

図６に研磨手段の第２の実施例を示し、旋回アームを用いることなく、第１支持ロール１２３と第２支持ロール１２４とをそれぞれ独立して前進及び後退制御してもよい。
この場合も図６（ａ）に示すように、第１支持ロール１２３と第２支持ロール１２４間の研磨テープ２にかかる張力を調整しながら、（ａ）では第１支持ロール１２３を第２支持ロール１２４より相対的に前進させ、上側の研削面１ａを研磨し、その後に連続的に（ｂ），（ｃ）に示すように第１支持ロール１２３を後退させながら第２支持ロール１２４を前進させることで、順次基板の端面を倣うようにして研磨できる。
図７（ｂ）には、第１支持ロール２２３と第２支持ロール２２４とを固定し、テンションロール２２３ａを前進，後退移動することで、第１，第２支持ロールの相対移動と同様にすることもできる。
また、図１０に示すように駆動盤４１と従動盤４２にて、一対の第１リンク４３と第２リンク４４とを保持した例を示す。
第１リンク４３の後部側と第２リンク４４の後部側とをそれぞれ旋回制御された駆動盤４１に対向して軸部４１ｂ，４１ｃにて軸着し、第１リンク４３及び第２リンク４４の途中を従動盤４２に対向した軸部４２ｂ，４２ｃにて軸着してある。
一対のリンクの先端側には、一対の支持ローラ４３ａ，４４ａが取り付けられている。
駆動盤４１は、サーボモータと軸連結４１ａしてあり、サーボモータの旋回制御により一対の支持ローラ４３ａ，４４ａが相互に前進，後退移動する。
研磨テープ２は、一対のリンクの先の一対の支持ローラ４３ａ，４４ａ及び補助ローラ４３ｂ，４４ｂ及びテンションローラ２５ａにて張設されている。
本実施例は、旋回機構とリンク機構を組み合せることで、駆動部品とワークとの距離を長くすることができ、ワークの旋回時に駆動部品との干渉を避けることができる。

本発明においては、図８に示すように研磨テープ２を（ａ）から（ｂ）の傾斜させた状態に回転させる傾斜制御手段を設けてもよい。
（ｂ）に示したように、研磨テープを傾斜させると接触面積が増し、研磨効率が向上する。
また、図９に示すように研磨テープ２を斜めに旋回すると、ワーク１に形成されたＶノッチ等のノッチ部１ｄの内部に研磨テープ２が折れ曲がるように入り込みやすくなる。

本発明においては、研磨テープの接触圧を一対の支持ロール間の張設力にて調整したが、例えばエアーを注入した袋体等の弾力材を用いて研磨テープの裏面側からバックアップしてもよい。
また、図９（ｂ）に示すように自在に回転するバックアップローラ５０の外周部に弾性体５１を装着し、研磨テープ２の裏面からワークに向けて押圧（バックアップ）すると、ワーク１のノッチ部１ｄの研磨もしやすくなる。
図１１には、バックアップローラー５０のバックアップ力をスプリング等のバックアップ弾性手段５２にて調整可能にした例を示す。

本発明の対象となるワーク形状も円形のみならず、図１２に示した方形基板等、各種形状のワークに対しても極座標制御することで対応ができる。

１０ 研削ステージ
１１ 回転テーブル（回転保持手段）
１２ 砥石
１３ 砥石軸
２０ 研磨ステージ
２２ 旋回アーム
２３ 第１支持ロール
２４ 第２支持ロール
２９ 基部
３０ 搬送システム
４１ 駆動盤
４２ 従動盤
４３ 第１リンク
４４ 第２リンク
１００ 研削・研磨複合加工装置

Claims (3)

1. ワークを研削加工するための研削ステージと、研磨加工するための研磨ステージと、前記研削ステージと前記研磨ステージとにそれぞれワークを搬送するためのワーク搬送手段とを備え、
   前記ワーク搬送手段はワークをハンドリングするハンドと、前記ハンドを相互に直交する方向に移動制御するＸレールとＹレールとからなり、
   前記研磨ステージは研磨テープを用いたテープ研磨手段を有し、
   前記テープ研磨手段は、研磨テープを掛架した一対の支持ロールと、前記一対の支持ロールに掛架した研磨テープをワークの被研磨面に沿って倣うように前記一対の支持ロールを旋回往復動作させるための旋回アームを有し、且つ、前記研磨テープの前記ワークに接触する位置が前記一対の支持ロールの旋回中心よりも当該一対の支持ロールのいずれか一方の支持ロール側にずらしてあることを特徴とする研削・研磨複合加工装置。
2. 前記一対の支持ロールは研磨テープの研磨面がワークの被研磨面に対して左右方向斜めに当接するように傾斜させるための傾斜制限手段を有することを特徴とする請求項１記載の研削・研磨複合加工装置。
3. 前記一対の支持ロールに掛架した研磨テープを当該研磨テープの裏面側からワークに向けて押圧するバックアップ手段を有することを特徴とする請求項１記載の研削・研磨複合加工装置。

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