JPH01321162A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、各種試料にポリッシング加工またはクライン
ディング加工等の研磨加工を施すための研磨装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 回転するターンテーブルまたはプラテン等を利用してポ
リッシングまたはグラインディング等の研磨加工を行な
う研磨装置は、その方面の技術分野においては勿論周知
のものである。また、研磨すべき試料を保持する保持具
がターンテーブルに所定圧力で押圧されるような研磨装
置は、現在市場において入手可能である。このような保
持具は、一般に、加工中にそれ自身も回転するので、試
料の自動的で複雑な研磨に使用することができ、微小構
造解析の部門において良く使用されている。

このような研磨装置として１例えば、ユーロメット（商
標）研磨／研削装置かイリノイ州レイク・ツラフ市のビ
ューラー社から発売されている研磨装置が知られている
が、この装置は、空気圧手段により保持具を回転するプ
ラテンに押し付けるパワー・ヘッド構造を有しているた
め、圧縮空気源や空気圧用の配管等を必要とし、その構
造が複雑であるという問題があった ［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、試料に与えるポリッシングまたはクラ
インディング加工のための押圧力を、空気圧を用いるこ
となく簡単な電気・機械的手段を用いることによって自
動的に設定することができるようにすることにある。

［課題を解決するための手段とその作用］本発明の研磨
装置は、鉛直シャフトを備えている。また、該鉛直シャ
フトを回転するための手段、並びに研磨試料用の保持具
を鉛直シャフトの下端に取付けるための手段を備えてい
る。更に、このように取付けられた保持具に保持された
試料を研磨面に対して所定圧力で押圧する手段を備えて
いる。

本発明によれば、前記押圧手段か歪み計を備えている。

この歪み計は、前記鉛直シャフトの上端部を懸垂状態に
担持している。その結果、該歪み計は、シャフトとそれ
に担持された部品との重量を検出し、その重量に応じた
信号を発信する。また、回転するプラテンに対して試料
を押圧するカか増加すると、歪み計が検知する重量は減
少するが、または場合によっては負の値を取るようにな
る。

更に、試料に加えられる押圧力を自動制御するための帰
還系を構成するために、歪み計からの信号に応じてシャ
フトを鉛直方向に前進及び後退させる電気・機械手段か
設けられている。ここで、該鉛直シャフトは、多重部分
を有する伸縮可能なシャフトとし、その一部分だけか前
進及び後退するように構成することができる。しかし、
所望ならば、シャフト全体か前進及び後退するようにし
ても良い。

更に詳綱には、前記鉛直゛シャフトは歪み計から鉛直に
懸垂された螺子棒を有し、該螺子棒の少なくとも一部を
囲むように鉛直部材が伸縮自在に嵌装されている。一般
に、鉛直部材は、螺子棒の少なくとも一部を取り囲むス
リーブを構成しており、第１の駆動モータにより螺子棒
に対して相対的に回転され得るようになっている。また
、鉛直部材はその下端において上述の保持具取付は用の
手段を担持している。

好ましくは、ねじ切りされたナツト手段が螺子棒に螺回
可能に取付けられ、該ナツト手段は更に軸受手段により
鉛直部材に相対回転可能に接続される。該ナツト手段の
外側部分は螺子棒に対し相対的に回転可能な関係にある
が、自身か回転しないように固定されており、従って、
螺子棒か回転すると、ナツト手段全体が該螺子棒に沿り
て鉛直部材と共に縦方向に摺動可能である。

本発明における前記シャフトは、歪み計からの信号に応
じて螺子棒を回転させる手段を有している。これにより
、歪み計か所望より小さい重量を検出して回転プラテン
に対する試料の押圧力が高すぎることを示すと、この回
転手段が螺子棒を回転させ、上記押圧力が減少するよう
にナツト手段及び鉛直部材を僅かにプラテンに対して後
退させる。歪み計に検出される重量が大きすぎる場合に
は、試料と回転プラテンとの間の押圧力を増大させるべ
くナツト手段及び鉛直部材が僅かに前進するように螺子
棒が回転される。このように、研磨作業中にシステムを
連続的に監視して、所望圧力か常に維持されるよう鉛直
部材を昇降させることができる。

螺子棒を回転させるための好ましい手段としては、例え
ば４象限直流静電型の数分の１馬力の駆動モータかある
。他方、鉛直部材を連続的に所定速度で回転させるため
の第１の駆動モータは、交流モータであることか望まし
い。

更に、この装置には、外側スリーブを有するナツト手段
に対応させてフレームを設けるのか望ましい。これらの
フレームと外側スリーブのいずれか一方に鉛直スロット
を設け、他方に該スロット内で摺動可能な突起を設ける
。その結果、ナツト手段は、外側スリーブの回転なしに
鉛直部材と共に縦方向に移動することができる。

螺子棒またはその駆動用モータには、周縁部に穿孔を有
する円板を担持させるのか好ましく、この円板には、移
動する穿孔を検知することによって該円板の回転を測定
するセンサ手段か付設される。更に、必要に応じて、セ
ンサ手段からの信号に応じて螺子棒の回転を制御できる
回転制御手段か設けられる。それ故、研磨する試料の鉛
直位置は、精密制御用の帰還系により制御することが可
能になる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳述する。

試料のポリッシングまたはグラインディング加工を行う
研磨装置１０は、以下に述べる差異点以外はビューラー
社から発売されている試料調整システムであるエコメッ
ト■／ユーロメットＩの構造と一般的に同様な構造を有
している。

本発明の研磨装置ｌＯは、従来のものと同様に、回転可
能なプラテン１４を有するベースユニット１２を有して
おり、従来型の試料保持具１５か研磨すべき試料１８の
集団をプラテン１４に対し押圧するようになっている。

試料保持具１６はシャフト２０により右または左回りに
回転てきるので、所望ならば、プラテン１４及び試料保
持具１６の同時回転により複雑な研磨パターンを実現す
ることができる。研磨を容易にするために、プラテン１
４上に研磨剤を供給すると共に、水その他の流体を該プ
ラテン１４の表面に塗布する。

シャフト２０は、ボスト２４によりベースユニット１２
上に担持されたパワー・ヘット２３により駆動される。

このパワー・ヘッド２３は、適切な制御装置と必要に応
じて読取指示器を設けた制御盤２６を担持している。

シャフト２０はその下端に取り外し可能なチャック２２
を担持し、また該チャックは試料保持具１６を着脱自在
に担持している。

また、研磨装置の支持部３０には、従来設計型の歪み計
２８がその一端２７において片持梁状に担持され、該歪
み計２８の他端３４には前記シャフト２０の上端３２が
懸垂状態に支持されている。従って、該シャフト２０は
図示のように歪み計２８に鉛直に吊設されており、該シ
ャフト２０及び関連部品の重量が歪み計２８により検知
されると、その重量が電子式に読取られるようになって
いる。その結果、シャフト２０に担持された試料保持具
１６がプラテン１４上に置かれると、歪み計２８が検知
するシャフト２０と試料保持具１６との重量は減少し、
逆に、試料保持具１６がプラテン１４と接触していない
場合の検知重量は増大する。また、歪み計２８から電子
的制御装置３６へ送られる重量検知信号は、プラテン１
４に対して押付けられる試料１８の押圧力を計算するの
に使用される。

シャフト２０は第２図に示すように、鉛直に配置された
螺子棒４０とその下部に伸縮自在に嵌装された外部鉛直
スリーブ部材３８とを有している。シャフト２０の一部
である該スリーブ部材３８の下端には、チャック２２に
よって保持Ａ１６か着脱可能に接続されている。外部ス
リーブ部材３８の上端にはスラスト軸受４ｚが設けられ
、該スラスト軸受４ｚは。

螺子棒４０に対して外部スリーブ部材３８を回転目布に
するためのナツト手段４６の外側スリーブ４４内に位置
している。該スラスト軸受４２の上には、試料保持具１
６が降下してプラテン１４と接触する時に発生するショ
ックを吸収するためのショックアブソーバ及びクツショ
ンとして作用させるため、波形４８が配設されている。

外部スリーブ４４内に位置するナツト５０は、螺子棒４
０と螺合間係にあり、外部スリーブ４４の周縁に取付け
られている。

交流モータ５２は、外部スリーブ部材３８に取付けられ
たリングギヤ５６と係合する傘歯車５４を有しており、
該モータ５２の作動により、外部スリーブ部材３８及び
チャック２２並びに試料保持具１６が回転するようにな
っている。しかし、波形ばね４８及びナツト５０は、ス
ラスト軸受４２によって回転するスリーブ部材３８から
分離されており、モータ５２の回転によってそれらが回
転することはない。

ナツト手段の外部スリーブ４４は、本研磨装置のフレー
ム部材６２のスロット６０に嵌合する突出ピン５８を備
えており、これにより、外部スリーブ４４及びナツト５
０は回転が規制されている。

螺子棒４０は歯車７０を備え、この歯車７０は、４象限
型の数分の１馬力の直流静電型駆動モータ７４により駆
動される歯車７２と噛合している。このモータ７４は、
シャフト２０及び保持具１６の上下動可能な部分の鉛直
位置を制御するのに使用される。モータ７４はまた。プ
ラテン１４に対して保持具１６上の試料１８を所定の圧
力で押圧するのにも使用される。

即ち、モータ７４により歯車７２．７０が回転すると。

螺子棒４０がそれと共に回転するが、このときす・ント
５０及び外部スリーブ４４は、ピン５８と鉛直スロット
６０との係合により回転できないため、該螺子棒４０の
回転によってナツト５０は上方または下方に移動する。

これに応じてスラメト軸受４２、スリーブ部材３８及び
他の担持された部品が上方または下方に移動し、このと
き、外部スリーブ部材３８の上端にあるフランジ７６は
、外部スリーブ４４から内方に向けて突出したフランジ
７８に係合してナツト手段４６内に捕捉される。

外部スリーブ部材３８の下部は、リングギヤ５６に対し
て回転的に固定されたスプライン軸を構成している。該
リングギヤ５６はスリーブ８０に取付けられ、該スリー
ブ８０が摺動キーとキー溝との組み合わせからなる手段
８２により外部スリーブ部材３８に取付けられている。

かくして、ナツト５０が螺子棒４０の回転により上方ま
たは下方に移動すると、スリーブ部材３８はスリーブ８
０及びリングギヤ５６に対し摺動する。一方、回転する
リングギヤ５６は軸受８４により定位置に保持されてい
る。

別の軸受８６及び８８は、螺子棒４０の対向する端部を
支持し、その回転を容易にしている。

この結果、モータ５２により、外部スリーブ部材３８及
びそれに取付けられた試料保持具１６を、螺子棒４０を
回転させることなしに回転させることができる。試料保
持具１６を上昇または下降させたい場合、或いは試料１
８のプラテン１４に対する押圧力を増大または減少させ
たい場合には、モータ７４で歯車７２及び７０を回転さ
せることにより螺子棒４０を回転させる。これにより、
ナツト５０が鉛直方向に移動し、外部スリーブ部材３８
及び試料１８が外部スリーブ部材３８の回転速度とは無
関係に鉛直方向に移動する。試料１８とプラテン１４と
の間の押圧力は、歪み計２８から送出される各々の電子
的読取値から導出することができ、それらの読取値は、
上記押圧力の大きさを所定レベルに保持すべくモータ７
４を制御するために、電子制御装置３５により処理され
る。

所望ならば、円板６４をモータ７４の出力軸に担持させ
、この円板６４の周縁部に穿孔６６を設け、モータ７４
の回転でセンサを通過する穿孔の数を従来設計型の光学
センサ６８により数えるようにしても良い。この方法に
より、ヘッド２３の電子制御装置３６に対する螺子棒４
０の回転位置、従って、チャック２２の鉛直位置の直接
検出を行うことかできる。

第３図には、ヘット２３の機能を説明するためのフロー
チャートか示されている。この機能を実行するために必
要な電子装置は、一般に従来型のもので、電気技師の通
常技術の範囲にあるものである。

図示の通り、電子制御装置３６には、制Ｗ盤２６上の手
動制御装置により、操作時間、試料１９とプラテン１４
との間に加えられるべき所望圧力、及び操作の開始及び
停止についての命令が設定される。

電子制御装置３６はまた。歪み計２８のロードセル８５
からの信号を連続的に受は入れる。電子制御装置コ５は
、これらの命令に応じて直流モータ７４を制御すること
により試料１．８を前進させ、プラテン１４と当接させ
て所望の負荷を設定する。そして、電子制御装置３６は
電子制御装置９４に命令を出し、交流モータ５２の運転
を開始させる。シャフト２０及び保持具１５の回転方向
は制御装置９０により設定され、それらの回転速度は制
御装置９２により設定される。センサ６８からの帰還信
号はまた、回転制御のために電子制御装置９４にも供給
される。

従って、モータ５２及び７４の相互作用により所望の研
磨過程か設定され、ロードセル８５及び任意の光学セン
サ６８からモータ運転のための帰還信号が得られる。

それ故、本発明によるパワーヘット２２は、実質的に自
動的に且つ圧搾空気の必要なしに操作することかてきる
。歪み計は減法式に使用されているので、試料をプラテ
ンに押圧することにより生ずる重量の減少が測定され、
またこのような圧力は本発明で利用される帰還系により
所望の値に自動的に調整することかできる。その上、所
望ならば、回転速度もまた同様に、帰還機構により制御
及び監視を行うこともできる。かくして、研磨中の操作
者に要求される注意力の負担を減少させて、研磨作業を
改善することができる。

上述した実施例は、本発明の説明の目的のためのみに構
成されたものであって１本発明の範囲を限定するもので
はないことは勿論である。

「発明の効果」 このように１本発明の研磨装置によれば、試料を研磨面
に押付けるための押圧力を、空気圧を用いることなく簡
単な電気・機械的手段を用いることによって自動的に設
定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る研磨装置の斜視図、第２図は、第
１図の２−２線に沿ワての断面図、第３図は、本発明の
研磨装置の機能を説明する概略７０−チャートである。 ｌＯ・・装置、　　　　１４・・プラテン。 １６・・保持具、１８・・試料、 ２０・・シャフト、　　　２２・・チャック、２３・・
パワーヘッド、 ２６・・制御盤、　　　２８・・歪み計、３０・・支持
部、　　　３６・・制御装置。 ３８・・スリーブ部材。 ４０・・螺子棒、　　　４４・・スリーブ、４６・・ナ
ツト手段、　　５０・・ナツト、５２・・交流モータ、
　５８・・突出ビン、６０・・スロット、 ６４・・フレーム部材、６６・・穿孔、６８・・センサ
、　　　７４・・モータ。 特許出願人　ビューラー　リミテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉛直シャフト、該鉛直シャフトを回転させるための
   手段、研磨試料用の保持具を前記鉛直シャフトの下端に
   取付けるための手段、及び該保持具に保持された試料を
   所定の圧力で研磨面に押圧するための手段より成る研磨
   装置において、前記押圧手段が、前記鉛直シャフトの上
   端部を懸垂状態に担持し、該シャフトとそれに担持され
   ている部品との重量に応じた信号を発生する歪み計と、
   前記シャフトを歪み計からの信号に応じて鉛直方向に前
   進及び後退させる電動機構と、を備えていることを特徴
   とする研磨装置。 ２、前記鉛直シャフトが、前記歪み計に懸垂状態に支持
   された鉛直な螺子棒と、該螺子棒の少なくとも下部に伸
   縮自在に嵌装され、第１の駆動モータにより該螺子棒に
   対して回転される下部に保持具用取付け手段を有する鉛
   直部材と、前記螺子棒に螺回可能に螺着されると共に鉛
   直部材に回転可能に連結され、外側部分において回転を
   規制されているが螺子棒の軸線方向には摺動自在に支持
   されているナット手段とを備え、更に、前記歪み計から
   の信号に応じて螺子棒を回転させることにより鉛直部材
   を上昇または下降させる手段を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の研磨装置。 ３、前記鉛直部材が、螺子棒の少なくとも下部を囲繞す
   るスリーブであることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の研磨装置。 ４、前記螺子棒を回転するための手段が、４象限直流静
   電型の数分の１馬力の駆動モータであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の研磨装置。 ５、前記第１の駆動モータが交流モータであることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の研磨装置。 ６、装置が有するフレーム及びナット手段が有する外部
   スリーブのいずれか一方に鉛直スロットを設けると共に
   、他方に該スロット内で摺動可能な突起を設け、それに
   よって前記ナット手段を、外部スリーブの回転を生じる
   ことなく前記鉛直部材と共に軸線方向に移動可能とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の研磨装置
   。 ７、前記螺子棒の回転手段が、周縁部に穿孔を有する円
   板と、移動する穿孔の検知により該円板の回転を測定す
   るセンサ手段と、該センサ手段からの信号に応じて前記
   螺子棒の回転を制御可能な回転制御手段と、を備えてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の研磨装
   置。 ８、鉛直シャフト、該鉛直シャフトを回転させるための
   手段、該鉛直シャフトの下端に研磨すべき試料を保持す
   る保持具を取付けるための手段、及び該保持具に担持さ
   れた試料を研磨面に対して所定の圧力で押圧する手段か
   ら成る試料の研磨装置において、 前記押圧手段が、前記鉛直シャフトの上端部を懸垂状態
   に担持し、該シャフトとそれに支持されている部品との
   重量に応じた信号を発生する歪み計と、該歪み計からの
   信号に応じて前記シャフトを鉛直方向に前進または後退
   させる電動機構とを有し、該電動機構は、歪み計に懸垂
   された前記シャフトの一部を構成する鉛直な螺子棒と、
   前記シャフトの一部として螺子棒の少なくとも下部に伸
   縮自在に嵌装され、第１の駆動モータにより該螺子棒に
   対して回転自在な下部に保持具取付け用の手段を担持す
   る鉛直部材と、前記螺子棒に螺回可能に螺着されると共
   に鉛直部材に回転可能に連結され、外側部分において回
   転を規制されているが螺子棒の軸線方向には摺動自在に
   支持されているナット手段と、前記歪み計からの信号に
   応じて螺子棒を回転させることにより、鉛直部材を軸線
   方向に上昇または下降させる４象限直流静電型の数分の
   １馬力の駆動モータからなる手段とを有しており、更に
   、装置が有するフレーム及びナット手段が有する外部ス
   リーブのいずれか一方に鉛直スロットを、他方に該スロ
   ット内で摺動可能な突起を設け、それによって前記ナッ
   ト手段を、外部スリーブの回転を生じることなく前記鉛
   直部材と共に軸線方向に移動可能としたことを特徴とす
   る研磨装置。 ９、前記鉛直部材が螺子棒の少なくとも下部を囲繞する
   スリーブであることを特徴とする特許請求の範囲第８項
   記載の研磨装置。 １０、前記第１の駆動モータが交流モータであることを
   特徴とする特許請求の範囲第９項記載の研磨装置。 １１、前記静電型駆動モータが、周縁部に穿孔された円
   板と、移動する穿孔を検知して該円板の回転を測定する
   センサ手段と、該センサ手段からの信号に応じて螺子棒
   の回転を制御する回転制御手段とを有することを特徴と
   する特許請求の範囲第９項記載の研磨装置。 １２、鉛直シャフト、該鉛直シャフトを回転させるため
   の手段、鉛直シャフトの下端に研磨試料用の保持具を取
   付けるための手段、及び該保持具に保持された試料を所
   定の圧力で研磨面に押圧する手段から成る研磨装置にお
   いて、 前記鉛直シャフトが、鉛直な螺子棒と、該螺子棒の少な
   くとも下部に伸縮自在に嵌装され、第１の駆動モータに
   より該螺子棒に対して駆動回転される下部に保持具取付
   け用の手段を担持した鉛直部材と、前記螺子棒に螺回可
   能に螺着されると共に鉛直部材に回転可能に連結され、
   外側部分において回転を規制されているが螺子棒の軸線
   方向には摺動自在に支持されているナット手段とを備え
   、更に、前記鉛直部材を上昇または下降させるために螺
   子棒を回転させる手段を有することを特徴とする研磨装
   置。 １３、前記鉛直部材が、前記螺子棒の少なくとも下部を
   囲繞するスリーブであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１２項記載の研磨装置。 １４、前記螺子棒の回転手段が、４象限直流静電型の数
   分の１馬力の駆動モータであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１２項記載の研磨装置。 １５、前記第１の駆動モータが交流モータであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の研磨装置。 １６、装置が有するフレーム及びナット手段が有する外
   部スリーブのいずれか一方に鉛直スロットを設けると共
   に、他方に該スロット内で摺動可能な突起を設け、それ
   によって前記ナット手段を、外部スリーブの回転を生じ
   ることなく前記鉛直部材と共に軸線方向に移動可能とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の研磨
   装置。 １７、前記静電型駆動モータが、周縁部に穿孔された円
   板、該穿孔の移動を検知して円板の回転を測定するセン
   サ手段、及び該センサ手段からの信号に応じて螺子棒の
   回転を制御可能な回転制御手段、を担持していることを
   特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の研磨装置。