JPH01121167A - 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】 （１）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多数含んでいる。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。

研磨液によって遮られ、定盤と被加工物とが接触しない
。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。

非接触研磨の一種であるが、ここに述べたものハフロー
トポリッシングといわれるものである。

被加工物が浮上するのでフロートという。

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　Ｈ９Ｔｓｕｗａ、　”　Ｕ
ｌｔｒａ−Ｆｉｎｅ　Ｐｏｌｉｓｈ−ｉｎｇ　ｏｆ　５
ａｐｐｈｉｒｅ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｃｒｙｓｔａｌ、”　
Ａｎｎａｌｓ　ｏｆｔｈｅ　ＤＩＲＰ　２６１．　Ｐ３
２５　（１９７７）Ｙ、　Ｎａｍｂａ　ａｎｄ　ＨｏＴ
ｓｕｗａ、　”　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　Ｓｏｍ
ｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｕｌｔｒａ−Ｆｉ
ｎｅ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、”Ａｎｎａｌｓ　ｏｆ　Ｃ
ＩＲＰ　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２１は一枚の円盤であって、下面中央に定盤主軸
が固着される。錫定盤の上面には、突出した螺旋条２２
が数十条形酸されている。

隣接する螺旋条２２．２２の間が深い溝になっている。

大溝２３という。

大溝２３に於て、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。

錫定盤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、接触
しない。

このため、錫定盤２１の大溝２３、小溝２４が急速に磨
耗するという事はない。

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
に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い。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、溝を再切削するという事が難しい。

そこで、いったん小溝２４を全て削り落す。上面を平坦
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。

小溝２４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。

大溝２３が浅くなると、ここに貯溜される研磨液の量が
少なくなる。すると、動圧力が弱くなる。

研磨液の動圧力によって、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してしまう。フロートポリッシン
グができない。

すると、大溝２３も再切削しなければならない事になる
。

太溝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、大溝の再切削に於ても、小溝の場合と同じ
ようになる。すなわち、大溝を全て削りとり定盤面を平
坦にした後、螺旋状に大溝を再切削する。

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。大溝はかなりの高さを持つのであるから、
大溝再切削による定盤の損耗が著しい。

結局、大溝の再切削の繰返しが、定盤の寿命を短かくす
るという事になる。

（つ）　発明が解決すべき問題点 錫定盤の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。大溝が浅くなる事によって、研磨液
の貯溜量が減少し、流体の動圧力が不足するからである
。

もしも、大溝の深さが変動しても、流体の動圧力が変わ
らないようにする事ができれば、このような欠点を克服
することができる。

流体の動圧力が大溝深さによってあまり変わらないとす
れば大溝再切削の必要がなくなる。そうすると、定盤の
損耗をより少なくする事ができる。

に）構　成 本発明の非接触研磨装置は、３つの円状部材を上下に重
ねた複合定盤を用いる。円状部材の中を流体が通過でき
る構造となっている。研磨液は最下段の円状部材の中へ
供給される。研磨液は下から上へ流れる。

大溝に当るものが実効的に深くなる。このため、小溝の
再切削によって、大溝の実効深さが殆んど影響を受けな
い。

以下、図面によって説明する。

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及び下円環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２２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の中間が底のない大溝２３に
なっている。螺旋条の数は数十条である。この図は１２
条のものを示しているが、これは簡略化しているのであ
る。実際にはもつと多いのがふつうである。

格子円板２は二層目を構成する。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た格子穴１６を多
数有する円板である。格子穴１６は上下方向に開口して
いる。液体は下から上へと流れることができる。ステン
レスなど耐蝕性のある金属によって作ることができる。

最下段には、広い下円環３がある。これは内部に広い空
間を形成するための円環である。

これら螺旋円板１、格子円板２、下円環３は、相互に止
めねじにより固結されている。

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。ねじ止め部分の拡大断面を第２図に示す。

止めねじ１１の頭部が露出してはならない。そこで、螺
旋条２２に、段のある深いねじ通し穴１７を穿つ。さら
に格子円板２上の対応する位置にね　−じ穴１８を切る
。

こうしておいて、止めねじ１１に工ってねじどめする。

ねじ頭部が、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。止めねじ１
１の配置、数は任意である。

格子円板２は、止めねじ１２によって下円環３に固着さ
れている。

さらして下円環３は、止めねじ３３によって、土台５に
固着される。

土台５、定盤４などを囲んで、加工槽９が設けられる。

定盤主軸６が土台５の中央下面にねじ３２によって固着
される。

定盤主軸６が回転すると、螺旋円板１、格子円板２、下
円環３、土台５、加工槽９が一体となって回転する。

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、縦方向に研磨液吹出口７が設けられる。これ
は、螺旋円板１の中央開口、格子円板２の中央開口を上
から下へ貫ぬく。研磨液吹出口７は下円環３の高さで水
平方向に折曲る。

土台５、格子円板２、下円環３で囲まれる液貯溜空間３
０の中に研磨液状出口８が設けられる。

これは多孔体３１によって囲まれている。

研磨液状出口８から多孔体３１の内部に入る。

ここから、多数の孔を通って、液貯溜空間３０の中へ研
磨液が導入される。

多孔体３１、研磨液状出口８、研磨液吹出口７は回転し
ない。土台５、格子円板２、下円環３は回転する。した
がってこれら部材との間に、空隙がある。

多孔体３１は、研磨液の供給が、半径方向に於て均一に
なるために設けである。多孔体３１がなければ、外周部
のみに研磨液が偏よるので、中央部の液量が不足する。

多孔体３１としては、海綿のように全体が多孔質の物体
であってもよい。しかし、型がくずれてはいけないので
、ある程度の剛性を持つ物質を用いるべきである。また
中空の偏平容器であって、壁面に多数の細孔を穿ったも
のであってもよい。

さらに、偏平容器で上面にのみ、多数の細孔を穿ったも
のであってもよい。

偏平容器に穴を穿つ場合は、吹出量の分布を自在に与え
る事ができるという長所がある。研磨液が外周へ偏より
すぎる傾向がある場合、中央に近い部分の細孔穿孔密度
を高くすればよい。

多孔体３１の多孔分布は、格子円板２の格子穴１６の分
布と相関を持つ。格子穴１６の穴径、数を中央で大きく
、外周で小さくしても、同様の効果が得られる。

多孔体３１、研磨液吹出口８は、被加工物（図示せず）
のある位置の丁度直下に位置するのが望ましい。

多孔体３１、研磨液吹出口８は、ひとつに限らず、２つ
、或は３つ設けてもよい。いずれにしても、液貯溜空間
３０の中に設ける。

研磨液は多孔体３１から出て、液貯溜空間３０を満す。

さらに格子円板２の格子穴１６を下から上へ抜ける。そ
して、螺旋円板１の太溝２３を下から上へと流れる。小
溝２４の上にも研磨液があふれる。

（４）作　用 被加工物は、加工物ヘッドに貼りつけられ、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、多孔体３１の表面
の細孔から外部へ噴出される。これは、液貯溜空間３０
、格子穴１６、太溝２３を満たす。

さらに、螺旋円板１の小溝２４も満たす。

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、土台５、加工槽９も回転する。

研磨液吹出口７を通じて研磨液は継続的に供給される。

研磨液は格子穴、大溝、小溝の中で遠心力と回転力とを
得る。これらの力により、研磨液が高い速度で流れる。

液体の速度の二乗に比例して動圧力が生じる。

この動圧力によって、被加工物が浮上する。被加工物は
定盤に触れない状態でフロートポリッシングが行なわれ
る。

このような動作は従来のものとほぼ同じであるが、研磨
液が下方から供給され、下から上へ昇ってくるところが
従来のものと異なっている。

重要な事は、錫定盤４の小溝２４が磨滅した場合の加工
が、小溝のみでよいという事である。

小溝２４を全て削り落とし、平坦面としてから、螺旋状
に新しく小溝２４を形成するという点は同じである。

このような小溝の再加工を何度も繰返すと、螺旋条２２
の高さが減少してくる。つまり、螺旋円板１の高さが、
減少してくる。しかし、従来のように大溝を再加工する
必要がない。また、本発明のような構造では大溝を再加
工することができない。

大溝を再加工する必要がないのは、螺旋条２２の高さが
減っても、研磨液シテよって生ずる動圧力が殆んど影響
を受けないからである。

これが重要である。

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、さらに下円環３の厚さ
を加えたものである。単に螺旋円板の厚さだけではない
。

これら縦方向に連続する空間に研磨液が満ちる。

これらの空間が大溝と同じ機能を果す。つまり、大溝が
下方に拡張されていると考えられる。これらの空間の和
はかなり太きい。

このようなわけで、小溝の研磨式、或はその数倍の高さ
だけ溝が浅くなったところで、研磨液を貯溜できる空間
の容積は殆んど変わらない。したがって研磨液の動圧力
も殆んど変わらない。

従って、従来の錫定盤のように、小溝再加工の繰返しに
より、大溝も再加工しなければならなくなるという事が
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。

（２）効　果 三層構造の定盤を使って非接触研磨を行なう。

錫定盤の大溝の深さが実効的に大きくなっている。

小溝が磨耗するとこれを再加工する。小溝の再加工を繰
返しても、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。

さらに、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、厚みのある三層
構造の錫定盤となっている。剛性が全体として増える。

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はステンレスで作った。厚みは１０ｍｍであ
る。格子穴は５　ｍｍ　Ｘ　５　ｍｍの角穴である。

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

下円環３は高さ１０　ｍｍのリングで、幅が１５ｍｍで
ある。ステンレス製である。

多孔体３１としては、円盤偏平状の中空缶の上面側に無
数の穴を穿ったものを用いた。中空缶の内部まで研磨液
穴出口８を深く差込んである。

研磨液としては、７０ＸＳｉＯ２の２ｗｔ％懸濁液を用
いた。

被加工物はφ１５０ｍｍ　Ｘ　１０ｍｍｔのＢＫ−７ガ
ラスである。これをワーク治具に貼りつけ、前加工した
。

これを本発明の装置によって、２０時間フロートポリッ
シングした。

研磨液の供給は十分になされていた。接触によるキズや
荒れの発生もなく、良好な浮上量が保たれている、とい
う事が分った。到達加工精度は０．１μｍ／φ５０ｍｍ
以下であった。

これはフロートポリッシング特性についての試験である
。本発明の効果を直接に明らかにするものではない。

しかし、本発明に於ては、大溝の構造が実効的に従来の
ものと大きく異なる。このためこのような大溝によって
も、従前どふ・りの良好な浮上特性が得られるかどうか
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
トポリッシングの特性をなんら損うものでないことを示
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図は下円環の部分の横断平面図。 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・・・・・・下円環 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 １７・・・・・・ねじ通し穴 １８・・・・・・ねじ穴 ２１・・・・・・錫定盤 ２２・・・・・・螺旋条 ２３・・・・・・大　　溝 ２４・・・・・・小　　溝 ３１・・・・・・多孔体 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
   ４が、帯状の錫の板を螺旋状に巻回し上面に小溝２４を
   形成してある螺旋円板１と、上下に穿たれた格子穴１６
   を縦横に有する格子円板２と、円環状の下円環３とを上
   下に一体に組合せてなり、定盤４を土台５を介して定盤
   主軸６によつて回転可能に保持してあり、研磨液供給管
   ７が螺旋円板１、格子円板２の中心開口を上から下へ貫
   き、下円環３の高さで水平に折曲り、先端の研磨液吹出
   口８は多孔体３１によつて囲まれ、多孔体３１から研磨
   液が下円環３、格子円板２、土台５で仕切られる空間へ
   供給されるように構成されている事を特徴とする非接触
   研磨装置。