JPH01121166A - 非接触研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ト）技術分野 この発明は、非接触研磨装置の改良に関する。

非接触研磨方法は、表面に螺旋溝を切った錫の定盤を回
転させ、錫定盤の上に研磨液を供給し、被加工物を研磨
液の動圧力によって浮かせた状態で被加工物を研磨する
方法である。

研磨液は細い遊離砥粒を含んでいる。砥粒との接触によ
って、被加工物の下面が徐々に研磨されてゆく。

研磨液によってさえぎられ、定盤と被加工物とが接触し
ない。このため研磨速度は遅い。しかし、凹凸の少ない
、高い平坦度の研磨面が得られる。

高精度、高平坦度が要求される物の研磨法として最適で
ある。

錫定盤と被加工物が接触しないから、非接触研磨である
。

非接触研磨といっても、いくつかの種類がある。

以上述べたものは、フロートポリッシングともいわれる
。これは、被加工物を浮上させるからっけられた名称で
ある。

フロートポリッシングに関する文献として、既に多くの
ものがある。例えば、 Ｙ、Ｎａｍｂａ　ａｎｄ　ＨｏＴｓｕｗａ、“Ｕｌｔｒ
ａ　−Ｆｉｎｅ　Ｐｏｌｉｓｈ−ｉｎｇ　ｏｆ　５ａｐ
ｐｈｉｒｅ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｃｒｙｓｔａｌ、”　Ａｎ
ｎａｌｓ　ｏｆｔｈｅ　ＣＩＲＰ　２６１　、　Ｐ３２
５　（１９７７）Ｙ、Ｎａｍｂａ　ａｎｄ　ＨｌＴｓｕ
ｗａ、“Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ＳｏｍｅＡｐｐ
ｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｕｌｔｒａ−Ｆｉｎｅ　Ｐ
ｏｌｉｓｈｉｎｇ、”　Ａｎｎａｌｓｏｆ　ＣＩＲＰ　
２７１　、　Ｐ５１１　（１９７８）などがある。

（イ）従来技術 従来のフロートポリッシングに用いられる錫定盤の表面
の拡大断面図を第６図に示す。

錫定盤は一枚の円盤であって、下面中央に回転のための
定盤主軸が固着されている。錫定盤の表面には、突出し
た螺旋条２２が形成される。

隣接螺旋条２２．２２の間が深い溝２３になっている。

大溝２３という。太溝２３には、遊離砥粒を含む研磨液
が、中心から外周に向って、螺旋状に流れる。

螺旋条２２の上面には、小さい螺旋状の溝２４が形成さ
れる。小溝２４と呼ぶ。ここにも、研磨液が流れる。

定盤２１はこのように、小溝２４と太溝２３の二重の溝
構造となっている。これら螺旋溝は、遠心力によって研
磨液が直ちに流出するのを防ぎ、回転方向、半径方向に
流体の動圧力を均一に保つという役割がある。

被加工物の下面と錫定盤の上面とは、研磨動作中、非接
触である。

このため、錫定盤の大溝２３、小溝２４が急速に磨損す
るという事がない。

しかし、錫定盤は研磨液とは接している。これによる軽
微な磨耗が起こる。機械的な磨耗だけではなく、研磨液
は砥粒の他に薬品を含むものもあり、これによる腐蝕も
起こりうる。

このようなわけで、錫定盤２１の小溝２４が、次第に磨
滅してくる。

小溝２４が磨滅すると、所望の動圧力が得られなくなる
。フロートポリッシュの特性が低下する。

小溝が磨滅すると、再切削して、小溝を再生しなければ
ならない。

所定のピッチと高さを持った螺旋状の溝であるから、同
一軌跡にそって再切削するという事ができない。

そこでいったん小溝２４を全て削り落す。平坦にしてか
ら、新しく小溝２４を螺旋条２２の上面に切削してゆく
。

このような小溝の再切削を何度も繰返すと、大溝２３の
深さが減少してゆく。

太溝２３が浅くなると、ここに貯えうる研磨液の量が少
なくなる。すると動圧力が弱くなり、被加工物を十分に
浮上させる事ができなくなる。

被加工物を十分に浮上させる事ができなければ、被加工
物の下面が定盤に接触するので、フロートポリッシュが
できない。

すると、大溝２３も再切削しなければならない事になる
。

大溝２３も、高精度に刻設された螺旋溝である。

もとの螺旋にそって、不足した深さ分だけ切削するとい
う事が困難である。

したがって、大溝２３を全て削りとり、上面を平坦にし
た後、大溝２３を、螺旋状に再切削しなければならない
。

従来は、このような方法が採られている。

しかし、こうすると、大溝の高さ分だけ、錫定盤が薄く
なってしまう。定盤の損耗が著しい。

結局、大溝の再切削の繰返しが、定盤の寿命を短くする
という事になる。

（ロ）　発明が解決すべき問題点 小溝切削を何回か繰返した時に大溝を再切削する必要が
あった。これは、大溝が浅くなることによって、研磨液
の貯溜量が変動し、流体の動圧力が不足するからである
。

そこで、大溝の深さが減少しても、流体の動圧力が変わ
らないようにすれば、このような欠点を克服する事がで
きる。

流体の動圧力が不変であれば、大溝の再切削が不要とな
るから、定盤の損耗をより少なくすることができる。

に）構　成 本発明の非接触研磨装置は、３つの円盤を上下に重ねた
複合定盤を有する。

第１図は本発明の非接触研磨装置の全体断面図である。

螺旋円板１と、格子円板２、及び段状円板３とが上下に
重ねられ、一体化したものが錫定盤４となる。

螺旋円板１は、帯状の細長い錫板をコイル状に巻いたも
のである。第３図に平面図を示す。これは底のない、螺
旋条２２だけからなるコイル状の円板である。

螺旋条の上面には螺旋状の小溝２４が浅く切っである。

隣接する螺旋条２２の中間が、底のない太溝２３になっ
ている。

格子円板２は、二層目を形成する。金属の板を縦横に組
合わせて、或は円板から角穴を打ち抜いて格子状にした
円板である。ステンレスなど耐蝕性のある金属を用いる
。格子状であるから、格子穴２６を通って、上下に流体
が通りうる。

最下段の段状円板３は、中央に開口１４を有し、上面に
は放射状に隔壁１６が形成されている。２つの隔壁１６
．１６で挾まれる扇形の部分は、傾斜した階段１５が形
成されている。階段１５は、中央が低く、外側へゆくに
従って高くなる階段であるが、これは、研磨液を上向き
傾斜によって押上げ、格子円板２の格子穴２６へ通すた
めである。

隔壁の数は１２本のものを図示している。しかし、これ
に限らず何本であってもよい。隔壁１６は研磨液に回転
方向の力を与え、遠心力を発生させるためにある。格子
円板２と段状円板３の間に導かれた研磨液は、階段１５
によって上向きの力を与えられ、格子穴２６へほぼ均等
に押上げられるようになっている。

螺旋円板１は、止めねじ１１によって格子円板２に固着
されている。止めねじ１１の配置、数は任意である。

格子円板２は、止めねじ１２によって、段状円板３に固
着される。段状円板３は外周部が円環状に高い平坦面と
なっているから、ここに格子円板２の外周部の数箇所が
固定される。内周では隔壁１６に固着される。

このように、本発明に於ては、錫定盤４が、−枚板では
なく、螺旋円板１、格子円板２、段状円板３を上下に重
ねて一体化したものになっている。

そして、これらがさらに土台５の上に止めねじ１３によ
って固着される。

土台５は、中央に於て定盤主軸６の上端に固着されてい
る。研磨液の流出、飛散を避けるために、加工槽９が定
盤４を囲むように設けられる。

定盤主軸６とともに、定盤４、土台５、加工槽９が一体
となって高速回転する。

このような複合定盤を用いる事に対応して、研磨液の供
給法も、従来のものと相異する。

−枚の錫定盤を用いる従来装置に於て、研磨液は、定盤
の中央上方から供給されていた。

本発明では、定盤の中央下方から研磨液を供給する。こ
のため中央に縦方向に延びる研磨液吹出口７が設けられ
る。

この下端は側方に開口している。開口した研磨液吹出口
８から出た研磨液は、段状円板３と格子円板２の間の空
間を満たす。そして、上方へ流れを変えて、格子円板２
の格子穴２６を下から上へ通る。さらに、螺旋円板１の
大溝２３の間から、螺旋条２２上面の小溝２４に至る。

螺旋円板１は、止めねじ１１によって、適数箇所を格子
円板２に固着されるが、止めねじ１１の頭部が露出して
はならない。そこで、第２図に示すように、螺旋条２２
に深い、段のあるねじ通し穴１７を穿ち、対応する格子
円板２上にねじ穴１８を穿つ。そして、止めねじ１１に
よって、ねじどめする。ねじ頭は小溝２４よりずっと下
にある。

小溝の再切削を繰返しても、ねじ頭が上面に露呈しない
ようにしてある。

段状円板３に於て、階段を設けるのは、研磨液が、遠心
力により直ちに外周部へ流れて、外周部の圧力が高くな
りすぎるのを避けるためである。

しかし、格子円板２の格子穴の寸法や分布を変える事に
より、外周部から螺旋円板１へ上昇する液量を相対的に
抑制する事もできる。すなわち、格子円板２の中心部は
格子数分布を増し、外周部は格子数分布を減らす。ある
いは、格子の直径に差をつけるなどの手段がありうる。

段状円板３に於て隔壁１６を設けるのは、研磨液に回転
力を与えて、十分な遠心力を生じさせるためのものであ
る。それと、強度を高めるためもある。

しかし、回転数が十分に速ければ、遠心力は十分に得ら
れるから、隔壁はこのような完全な仕切板でなくてもよ
い。

もつと低い板であって、液体が回転できるようにしても
よい。さらに進んで、隔壁１６は全て省いてもよい。

しかし、隔壁１６は補強作用もあるので、全て省くのが
望ましくない場合は、数箇所に格子円板２に接触できる
凸部を段状円板３の上面に形成し、固着部としてもよい
。

研磨液吹出口下端の研磨液吹出口は、ひとつに限らず、
２方向或は３方向に設けられていてもよい。

（３）作　用 被加工物は、上下方向変位が可能であり、かつ回転方向
に動かないように、錫定盤４の螺旋円板１の上に置かれ
る。

研磨液は、研磨液吹出口７を下降し、段状円板３の開口
１４に位置する研磨液吹出口８から噴出される。

研磨液は、段状円板３と格子円板２の間の空間を満す。

ついで格子円板２の全ての格子穴２６を満す。さらに、
螺旋円板１の大溝２３の間を上昇する。

最後に、小溝２４にも入り込む。

定盤主軸６が回転する。これとともに、三層の円板から
なる錫定盤４も回転する。

研磨液は段状円板３の隔壁１６によって仕切られている
から、回転力を得る。これにともなって遠心力が生ずる
。遠心力により階段１６を昇り、研磨液は、格子穴２６
を下から上へ通る。

さらに、小溝２４、大溝２３を満した研磨液は、螺旋円
板の回転によって、円周方向と遠心方向の速度を得る。

これにより生じた流体の動圧力によって被加工物が上昇
する。フロートポリッシングが始まる。

このような作用は、従来のものと同じであるが、研磨液
が下方から送給され、下から上へ登ってくるところが従
来のものとことなっている。

さらに、錫定盤４の小溝２４が磨滅した時の再加工が従
来の場合と異なる。

小溝２４をいったん全て削落す点は同じである。

螺旋円板１０頂而をいったん平坦にする。

この後、小溝２４を螺旋状に再加工する。

小溝の研磨代だけ、螺旋円板の高さが減る。しかし、こ
れは差支えのないことである。

小溝の再加工を何回も繰返していると、螺旋円板１の高
さが減ってくる。高さが減っても、研磨液の生ずる動圧
力が殆んど変わらない。ここが重要である。

動圧力が変わらない理由を述べる。

大溝の実質的な深さとして考えられるものは、螺旋円板
１の厚さと、格子円板２の厚さと、段状円板３の空間部
の高さの和である。

これらの縦方向に連続する空間に、研磨液が満ちる。こ
れが大溝に当たる機能を果す。これらの空間はかなり深
い。

このようなわけで、小溝の研磨代の分だけ、或はその数
倍分だけ溝の深さが減少しても、流体の動圧力の大きさ
には変化がない。

従って、従来の錫定盤のように、大溝も再加工しなけれ
ばならないという事がない。

大溝の切削が不要になるのであるから、錫定盤の消耗が
著しく少なくなる。

に）効　果 三層の円板を重ねた複合定盤を使う。錫定盤の大溝の深
さが実効的に大きくなっている。

小溝を何回か再加工しても、大溝を再加工する必要がな
い。

このため錫定盤の消耗が僅かで済む。長寿命の定盤を与
える事ができる。

被加工物に与えられる浮揚力が長い期間に於て不変であ
るので、安定した非接触研磨を持続して行なう事ができ
る。

一枚の錫板からできているのではなく、錫定盤が厚みの
ある三層構造となっている。このため重量による錫定盤
の変形が少なくなり、面精度が高まる。高精度の平面加
工が可能になる。

（至）実施例 格子円板２はステンレス鋼で作った。格子は８ｍｍ　Ｘ
　８　ｍｍ角の穴である。厚みは１０ｍｍとした。

螺旋円板１は、５ｍｍＸ２０ｍｍの錫棒を螺旋状に巻い
たものである。この上面に小溝が刻まれている。

螺旋条（大溝を形成する）の数は２５条である。

段状円板３はステンレス鋼で作った。

全円が８本の隔壁で８分割されている。階段１５が隔壁
の間に形成されているが、これは、螺旋円板と同じピッ
チの螺旋状になっている。段数は２５段である。螺旋円
板１の螺旋と同期するようにしてある。太溝２３の中心
に、階段１５の尖端が位置するようにした。

これは、階段１５の傾斜によって、上向きに賦勢された
研磨液が、ちょうど太溝２３を通過しやすいようになっ
ている。

したがって、階段は第５図に示すものとは異なる。第５
図のものは真円の階段である。螺旋であっても、円であ
ってもよい。

階段がないと、遠心力により、研磨液が外周部へ偏よる
。これを防ぐため、階段により、中心部近くに於ても、
研磨液が上昇するようにしてある。

段状円板３の中心開口１４の内径はφ４０ｍｍである。

ここに研磨液穴出口８が位置している。

研磨液として、７０ＸＳｉＯ２の２　ｗｔ％混濁液を用
いた。

被加工物はφ５０ｍｍＸ１０ｍｍｔのＢＫ−７ガラスを
ワーク治具に貼りつけ前加工（接触研磨など）したもの
である。

これを、本発明の装置によって、２０時間フロートポリ
ッシュした。

研磨液の供給は十分になされており、被加工物には接触
によるキズがなかった。良好な浮上特性が得られた。

到達面精度は、０．１μｍ／φ５０ｍｍ以下であった。

表面粗さは５ＸＲａ以下であった。

これは、フロートポリッシングの特性の試験である。大
溝が従来のものと実効的に大きく異なるから、このよう
な大溝によっても、良好な浮上特性が得られるかどうか
という事が問題になる。

この特性試験は、本発明のような大溝の構造が、フロー
トポリッシングの性能を損うものでない事を明らかにし
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非接触研磨装置の縦断面図。 第２図は螺旋円板と格子円板の取付部の拡大縦断面図。 第３図は螺旋円板の平面図。 第４図は格子円板の平面図。 第５図は段状円板の平面図。 第６図は従来の錫定盤の一部拡大断面図。 １・・・・・・螺旋円板 ２・・・・・・格子円板 ３・・・・・・段状円板 ４・・・・・・錫定盤 ５・・・・・・土　　台 ６・・・・・・定盤主軸 ７・・・・・・研磨液吹出口 ８・・・・・・研磨液穴出口 ９・・・・・・加工槽 １１〜１３・・・止めねじ １４・・・・・・開　　口 １５・・・・・・階　　段 １６・・・・・・隔　　壁 １７・・・・・・ねじ通し穴 １８・・・・・・ねじ穴 ２１・・・・・・錫定盤 ２２・・・・・・螺旋条 ２３・・・・・・大　　溝 ２４・・・・・・小　　溝 ２６・・・・・・格子穴 発　明　者　　　草　　　　尾　　　　　幹特許出願人
　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 螺旋状の小溝２４、大溝２３を有する錫定盤を高速回転
   し、錫定盤の上へ遊離砥粒を含む研磨液を供給し、被加
   工物を研磨液の流体圧によつて浮上させて被加工物を非
   接触研磨するようにした非接触研磨装置に於て、錫定盤
   が帯状の錫の板を螺旋状に巻回わし上面に小溝２４を形
   成してある螺旋円板１と、上下に穿たれた格子穴２６を
   縦横に有する格子円板２と、中心の開口１４から外周に
   至らない範囲に外周へ向つて高くなる傾斜面を有する階
   段１５を形成してある段状円板３とを一体に組合わせて
   なり、研磨液供給管７が螺旋円板１、格子円板２、段状
   円板３の中心開口を上から下へ通るように設けられ段状
   円板３と同じ高さに研磨液吹出口８が設けられている事
   を特徴とする非接触研磨装置。