JPH09323251A - 研磨ヘッド - Google Patents
研磨ヘッドInfo
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- JPH09323251A JPH09323251A JP8145937A JP14593796A JPH09323251A JP H09323251 A JPH09323251 A JP H09323251A JP 8145937 A JP8145937 A JP 8145937A JP 14593796 A JP14593796 A JP 14593796A JP H09323251 A JPH09323251 A JP H09323251A
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- load
- rotary shaft
- polishing
- magnetic attraction
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- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、研磨装置に用いられる研磨ヘッド
に関し、モータのロータとステータとの相対移動により
磁気吸引力の大きさが変化した場合にも安定した研磨荷
重を得ることを目的とする。 【解決手段】 一端に研磨工具が固着される回転軸と、
回転軸に固定されるロータとロータの回りに非接触で配
置されるステータとを有するモータと、回転軸の他端に
取り付けられた継手を介して回転軸に接続される荷重検
出器と、回転軸の軸長方向への移動量を検出する移動検
出器と、荷重検出器を介して回転軸に負荷を与える加圧
器と、モータのロータとステータとの間の軸長方向の相
対位置関係から回転軸の軸長方向に作用する磁気吸引力
を求め加圧器による回転軸への負荷を制御する制御器と
から構成する。
に関し、モータのロータとステータとの相対移動により
磁気吸引力の大きさが変化した場合にも安定した研磨荷
重を得ることを目的とする。 【解決手段】 一端に研磨工具が固着される回転軸と、
回転軸に固定されるロータとロータの回りに非接触で配
置されるステータとを有するモータと、回転軸の他端に
取り付けられた継手を介して回転軸に接続される荷重検
出器と、回転軸の軸長方向への移動量を検出する移動検
出器と、荷重検出器を介して回転軸に負荷を与える加圧
器と、モータのロータとステータとの間の軸長方向の相
対位置関係から回転軸の軸長方向に作用する磁気吸引力
を求め加圧器による回転軸への負荷を制御する制御器と
から構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置に用いら
れる研磨ヘッドに関する。
れる研磨ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、レンズ，ミラー等の光学部品は、
より高い精度を求められるようになっている。特に、紫
外線，軟Ｘ線等の短波長を光源として使用する計測装置
や露光装置に使用される光学部品においては、形状精度
で１ｎｍのレベルが要求されている。
より高い精度を求められるようになっている。特に、紫
外線，軟Ｘ線等の短波長を光源として使用する計測装置
や露光装置に使用される光学部品においては、形状精度
で１ｎｍのレベルが要求されている。
【０００３】従って、研磨加工においては、表面の平滑
化だけでなく、面形状を高精度に仕上げるために正確な
研磨除去量を得ることが重要である。一般に、研磨除去
量は、研磨装置に取り付けられている研磨ヘッドと加工
面との接触圧力，相対運動速度，および加工時間に比例
することが知られている。従って、高精度な研磨加工を
行うには、研磨ヘッドの揺動，回転運動と研磨荷重を精
密に制御する必要がある。
化だけでなく、面形状を高精度に仕上げるために正確な
研磨除去量を得ることが重要である。一般に、研磨除去
量は、研磨装置に取り付けられている研磨ヘッドと加工
面との接触圧力，相対運動速度，および加工時間に比例
することが知られている。従って、高精度な研磨加工を
行うには、研磨ヘッドの揺動，回転運動と研磨荷重を精
密に制御する必要がある。
【０００４】そして、特に、仕上げ段階においては研磨
除去量が微量になるため、低荷重を高精度に制御するこ
とが必要となる。なお、一般に、研磨ヘッドの揺動は研
磨装置側によって行われ、回転運動と研磨荷重の制御が
研磨ヘッド側によって行われる。図３は、従来の研磨ヘ
ッドを示すもので、この研磨ヘッドは、研磨軸部１１，
荷重検出部１３および荷重制御部１５により主体部分が
構成されている。
除去量が微量になるため、低荷重を高精度に制御するこ
とが必要となる。なお、一般に、研磨ヘッドの揺動は研
磨装置側によって行われ、回転運動と研磨荷重の制御が
研磨ヘッド側によって行われる。図３は、従来の研磨ヘ
ッドを示すもので、この研磨ヘッドは、研磨軸部１１，
荷重検出部１３および荷重制御部１５により主体部分が
構成されている。
【０００５】研磨軸部１１は、研磨工具１７，回転軸１
９，軸受２１，２３，モータ２５，回転検出器２７，リ
ニアガイド２９およびハウジング３１，３３，３５によ
り構成されている。荷重検出部１３は、継手３７，荷重
検出器３９，テーブル４１，リニアガイド４３およびハ
ウジング４５により構成されている。
９，軸受２１，２３，モータ２５，回転検出器２７，リ
ニアガイド２９およびハウジング３１，３３，３５によ
り構成されている。荷重検出部１３は、継手３７，荷重
検出器３９，テーブル４１，リニアガイド４３およびハ
ウジング４５により構成されている。
【０００６】荷重制御部１５は、加圧器４７，制御弁４
９およびハウジング５１により構成されている。そし
て、これ等研磨軸部１１，荷重検出部１３および荷重制
御部１５が筐体５３，５５に取り付けられ研磨ヘッドが
構成され、制御器５７により制御される。
９およびハウジング５１により構成されている。そし
て、これ等研磨軸部１１，荷重検出部１３および荷重制
御部１５が筐体５３，５５に取り付けられ研磨ヘッドが
構成され、制御器５７により制御される。
【０００７】このような研磨ヘッドを用いての加工物の
研磨は以下述べるようにして行われる。先ず、研磨装置
の図示しない移動手段により、研磨ヘッドが加工位置の
真上に位置される。次に、上記移動手段により研磨ヘッ
ドが加工物に接触する直前まで下げられる。
研磨は以下述べるようにして行われる。先ず、研磨装置
の図示しない移動手段により、研磨ヘッドが加工位置の
真上に位置される。次に、上記移動手段により研磨ヘッ
ドが加工物に接触する直前まで下げられる。
【０００８】この後、荷重検出器３９が所定の値を示す
まで、加圧器４７により研磨軸部１１が押し下げられ、
研磨工具１７が加工物に押し当てられる。そして、荷重
検出器３９が所定の値を示した位置で研磨軸部１１の押
し下げが停止され、モータ２５の駆動により回転軸１９
および研磨工具１７が回転され研磨加工が開始される。
まで、加圧器４７により研磨軸部１１が押し下げられ、
研磨工具１７が加工物に押し当てられる。そして、荷重
検出器３９が所定の値を示した位置で研磨軸部１１の押
し下げが停止され、モータ２５の駆動により回転軸１９
および研磨工具１７が回転され研磨加工が開始される。
【０００９】なお、必要な研磨除去量を得るために、予
め、研磨荷重に対しての適正な加工時間が計算により求
められており、この時間だけ研磨加工が行われる。しか
しながら、上述したような研磨ヘッドでは、荷重検出器
３９が示す値に、研磨軸部１１の軸受２１，２３やリニ
アガイド２９等の可動部で発生する摩擦力も含まれるた
め、荷重検出器３９が示す値が、研磨工具１７先端での
実際の研磨荷重を示す値と異なり、計算で得た加工時間
では求める除去量が得られないという問題が発生する。
め、研磨荷重に対しての適正な加工時間が計算により求
められており、この時間だけ研磨加工が行われる。しか
しながら、上述したような研磨ヘッドでは、荷重検出器
３９が示す値に、研磨軸部１１の軸受２１，２３やリニ
アガイド２９等の可動部で発生する摩擦力も含まれるた
め、荷重検出器３９が示す値が、研磨工具１７先端での
実際の研磨荷重を示す値と異なり、計算で得た加工時間
では求める除去量が得られないという問題が発生する。
【００１０】従って、このような低荷重領域での研磨加
工においては、研磨軸部１１の可動部分で発生する摩擦
力を低く押さえることが重要になる。従来、研磨軸部の
可動部分で発生する摩擦力を低く押さえることができる
研磨ヘッドとして、例えば、特開昭６３−２３２９２９
号公報に開示されるものが知られている。
工においては、研磨軸部１１の可動部分で発生する摩擦
力を低く押さえることが重要になる。従来、研磨軸部の
可動部分で発生する摩擦力を低く押さえることができる
研磨ヘッドとして、例えば、特開昭６３−２３２９２９
号公報に開示されるものが知られている。
【００１１】図４は、この公報に開示される研磨ヘッド
を示すもので、この研磨ヘッドでは、回転軸５９が流体
軸受６１により非接触で回転自在に支持されている。ま
た、回転軸５９にモータ６３のロータ６５が固着され、
ステータ６７を回りに配置することにより、回転軸５９
が非接触で回転可能とされている。さらに、回転軸５９
の軸方向の移動が、空気流入口６９，７１からの流体圧
を用いて行われ、研磨軸５９が摩擦力を低く押さえた状
態で移動可能とされている。
を示すもので、この研磨ヘッドでは、回転軸５９が流体
軸受６１により非接触で回転自在に支持されている。ま
た、回転軸５９にモータ６３のロータ６５が固着され、
ステータ６７を回りに配置することにより、回転軸５９
が非接触で回転可能とされている。さらに、回転軸５９
の軸方向の移動が、空気流入口６９，７１からの流体圧
を用いて行われ、研磨軸５９が摩擦力を低く押さえた状
態で移動可能とされている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の研磨ヘッドでは、回転軸５９の上下の移動に
より、モータ６３のロータ６５とステータ６７との間に
おいて軸長方向に相対的な位置ずれが生じ、磁気バラン
スを保つ方向に磁気吸引力が発生するため、位置ずれの
度合いにより磁気吸引力の大きさが異なり、安定した研
磨荷重を得ることが困難であるという問題があった。
うな従来の研磨ヘッドでは、回転軸５９の上下の移動に
より、モータ６３のロータ６５とステータ６７との間に
おいて軸長方向に相対的な位置ずれが生じ、磁気バラン
スを保つ方向に磁気吸引力が発生するため、位置ずれの
度合いにより磁気吸引力の大きさが異なり、安定した研
磨荷重を得ることが困難であるという問題があった。
【００１３】本発明は、かかる従来の問題を解決するた
めになされたもので、モータのロータとステータとの相
対移動により磁気吸引力の大きさが変化した場合にも安
定した研磨荷重を得ることができる研磨ヘッドを提供す
ることを目的とする。
めになされたもので、モータのロータとステータとの相
対移動により磁気吸引力の大きさが変化した場合にも安
定した研磨荷重を得ることができる研磨ヘッドを提供す
ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１の研磨ヘッド
は、一端に研磨工具が固着される回転軸と、前記回転軸
を軸長方向に移動可能に支持する流体軸受と、前記回転
軸に固定されるロータと前記ロータの回りに非接触で配
置されるステータとを有するモータと、前記回転軸の他
端に取り付けられた継手を介して前記回転軸に接続され
る荷重検出器と、前記荷重検出器を前記回転軸の軸長方
向に案内するリニアガイドと、前記回転軸の軸長方向へ
の移動量を検出する移動検出器と、前記荷重検出器を介
して前記回転軸に負荷を与える加圧器と、前記モータの
ロータとステータとの間の軸長方向の相対位置関係から
前記回転軸の軸長方向に作用する磁気吸引力を求め前記
加圧器による前記回転軸への負荷を制御する制御器とを
備えてなることを特徴とする。
は、一端に研磨工具が固着される回転軸と、前記回転軸
を軸長方向に移動可能に支持する流体軸受と、前記回転
軸に固定されるロータと前記ロータの回りに非接触で配
置されるステータとを有するモータと、前記回転軸の他
端に取り付けられた継手を介して前記回転軸に接続され
る荷重検出器と、前記荷重検出器を前記回転軸の軸長方
向に案内するリニアガイドと、前記回転軸の軸長方向へ
の移動量を検出する移動検出器と、前記荷重検出器を介
して前記回転軸に負荷を与える加圧器と、前記モータの
ロータとステータとの間の軸長方向の相対位置関係から
前記回転軸の軸長方向に作用する磁気吸引力を求め前記
加圧器による前記回転軸への負荷を制御する制御器とを
備えてなることを特徴とする。
【００１５】請求項２の研磨ヘッドは、請求項１記載の
研磨ヘッドにおいて、前記制御器は、前記移動検出器で
検出された前記回転軸の軸長方向への移動量に基づいて
前記モータのロータとステータとの間の軸長方向の磁気
吸引力を求める磁気吸引力推定手段と、加工に必要な研
磨面での荷重と、前記荷重検出器で測定された荷重と、
前記磁気吸引力推定手段で求められた磁気吸引力と、前
記回転軸およびこの回転軸に固定される部材の重量に基
づいて前記加圧器による前記回転軸への負荷を演算する
演算手段とを備えてなることを特徴とする。
研磨ヘッドにおいて、前記制御器は、前記移動検出器で
検出された前記回転軸の軸長方向への移動量に基づいて
前記モータのロータとステータとの間の軸長方向の磁気
吸引力を求める磁気吸引力推定手段と、加工に必要な研
磨面での荷重と、前記荷重検出器で測定された荷重と、
前記磁気吸引力推定手段で求められた磁気吸引力と、前
記回転軸およびこの回転軸に固定される部材の重量に基
づいて前記加圧器による前記回転軸への負荷を演算する
演算手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１６】（作用）請求項１の研磨ヘッドでは、回転
軸に固定されるロータとロータの回りに非接触で配置さ
れるステータとからなるモータを駆動すると、流体軸受
に支持される回転軸が回転され、研磨工具が回転され
る。一方、加圧器を動作すると、荷重検出器がリニアガ
イドに案内され回転軸の軸長方向に移動し、この荷重検
出器に継手を介して接続される回転軸が軸長方向に移動
される。
軸に固定されるロータとロータの回りに非接触で配置さ
れるステータとからなるモータを駆動すると、流体軸受
に支持される回転軸が回転され、研磨工具が回転され
る。一方、加圧器を動作すると、荷重検出器がリニアガ
イドに案内され回転軸の軸長方向に移動し、この荷重検
出器に継手を介して接続される回転軸が軸長方向に移動
される。
【００１７】また、制御器により、モータのロータとス
テータとの間の軸長方向の相対位置関係から回転軸の軸
長方向に作用する磁気吸引力が求められ、加圧器による
回転軸への負荷が所定の値に制御される。すなわち、一
般に、図５に示すように、ステータ２とロータ１の磁気
バランスがとれた状態より、軸長方向に相対的な位置ず
れが生じたときには、軸長方向に磁気吸引力が発生す
る。
テータとの間の軸長方向の相対位置関係から回転軸の軸
長方向に作用する磁気吸引力が求められ、加圧器による
回転軸への負荷が所定の値に制御される。すなわち、一
般に、図５に示すように、ステータ２とロータ１の磁気
バランスがとれた状態より、軸長方向に相対的な位置ず
れが生じたときには、軸長方向に磁気吸引力が発生す
る。
【００１８】ここで、位置ずれをｘｍ、軸長方向の磁気
吸引力をＦｋｇｆとすると、軸長方向の磁気吸引力Ｆは
次式によって求めることができる。 Ｆ＝（−１／４）（ｄＰ／ｄｘ）（δｋc ／μ0 ）2 ×（Ｐ0 ／ＰX ）2 （Ｂmax2／９．８） ・・・（１） ここで、ｄＰ／ｄｘはパーミアンスの変化率：Ｈ／ｍ Ｐ0 はｘ＝０のときのパーミアンス：Ｈ ＰX はｘのときのパーミアンス：Ｈ δはエアギャップ：ｍ ｋc はカータ係数 μ0 は空気の透磁率：μ0 ＝４π×１０-7 Ｂmax はｘ＝０のときのエアギャップ最大磁束密度：Ｔ である。
吸引力をＦｋｇｆとすると、軸長方向の磁気吸引力Ｆは
次式によって求めることができる。 Ｆ＝（−１／４）（ｄＰ／ｄｘ）（δｋc ／μ0 ）2 ×（Ｐ0 ／ＰX ）2 （Ｂmax2／９．８） ・・・（１） ここで、ｄＰ／ｄｘはパーミアンスの変化率：Ｈ／ｍ Ｐ0 はｘ＝０のときのパーミアンス：Ｈ ＰX はｘのときのパーミアンス：Ｈ δはエアギャップ：ｍ ｋc はカータ係数 μ0 は空気の透磁率：μ0 ＝４π×１０-7 Ｂmax はｘ＝０のときのエアギャップ最大磁束密度：Ｔ である。
【００１９】一方、ｘだけずれたときのパーミアンスＰ
X は次式で求められる。 Ｐx ＝Ｐ1 ＋２Ｐ2 ＝μ0 ×Ｄ（４ log（１＋（πｘ／２δｋc ）） ＋（π（ＬC −２ｘ）／δｋc ）） ・・・（２） ここで、ＬCは磁石（ロータ１）の軸方向の長さ：ｍ Ｄはギャップの平均径：ｍ である。
X は次式で求められる。 Ｐx ＝Ｐ1 ＋２Ｐ2 ＝μ0 ×Ｄ（４ log（１＋（πｘ／２δｋc ）） ＋（π（ＬC −２ｘ）／δｋc ）） ・・・（２） ここで、ＬCは磁石（ロータ１）の軸方向の長さ：ｍ Ｄはギャップの平均径：ｍ である。
【００２０】さらに、パーミアンスの変化率ｄＰ／ｄｘ
は次式で求められる。 ｄＰ／ｄｘ＝（ｄＰ1 ／ｄｘ）＋２（ｄＰ2 ／ｄｘ） ＝（２μ0 Ｄπ／δｋc ） ×（（１／（１＋（πｘ／２δｋc ）））−１）・・・（３） ここで、（１）式に、（２）式および（３）式で求めた
値を代入すれば、位置ずれｘによる磁気吸引力Ｆを求め
ることができる。
は次式で求められる。 ｄＰ／ｄｘ＝（ｄＰ1 ／ｄｘ）＋２（ｄＰ2 ／ｄｘ） ＝（２μ0 Ｄπ／δｋc ） ×（（１／（１＋（πｘ／２δｋc ）））−１）・・・（３） ここで、（１）式に、（２）式および（３）式で求めた
値を代入すれば、位置ずれｘによる磁気吸引力Ｆを求め
ることができる。
【００２１】請求項２の研磨ヘッドでは、制御器の磁気
吸引力推定手段により、移動検出器で検出された回転軸
の軸長方向への移動量に基づいてモータのロータとステ
ータとの間の軸長方向の磁気吸引力が求められる。そし
て、演算手段により、加工に必要な研磨面での荷重と、
荷重検出器で測定された荷重と、磁気吸引力推定手段で
求められた磁気吸引力と、回転軸およびこの回転軸に固
定される部材の重量に基づいて加圧器による回転軸への
負荷が演算され、この演算された負荷になるように加圧
器が制御される。
吸引力推定手段により、移動検出器で検出された回転軸
の軸長方向への移動量に基づいてモータのロータとステ
ータとの間の軸長方向の磁気吸引力が求められる。そし
て、演算手段により、加工に必要な研磨面での荷重と、
荷重検出器で測定された荷重と、磁気吸引力推定手段で
求められた磁気吸引力と、回転軸およびこの回転軸に固
定される部材の重量に基づいて加圧器による回転軸への
負荷が演算され、この演算された負荷になるように加圧
器が制御される。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。図１は、本発明の研磨ヘッドの一実施形態
を示すもので、この研磨ヘッドは、研磨軸部８１，荷重
検出部８３および荷重制御部８５により主体部分が構成
されている。
に説明する。図１は、本発明の研磨ヘッドの一実施形態
を示すもので、この研磨ヘッドは、研磨軸部８１，荷重
検出部８３および荷重制御部８５により主体部分が構成
されている。
【００２３】研磨軸部８１は、先端に研磨工具８７が装
着される回転軸８９を有している。この回転軸８９は、
ハウジング９１の中央を貫通して配置され、上下を空気
軸受９３，９５により支持されている。空気軸受９３，
９５には、空気供給源９７が、フィルタ９９および配管
１０１，１０３を介して接続されている。
着される回転軸８９を有している。この回転軸８９は、
ハウジング９１の中央を貫通して配置され、上下を空気
軸受９３，９５により支持されている。空気軸受９３，
９５には、空気供給源９７が、フィルタ９９および配管
１０１，１０３を介して接続されている。
【００２４】回転軸８９の中央には、モータ１０５のロ
ータ１０７が固定され、ロータ１０７の回りにステータ
１０９が配置されている。このモータ１０５は、ロータ
１０７が永久磁石により、ステータ１０９が電磁石によ
り構成されるブラシレスのモータであり、制御器１１１
に接続することによりＡＣサーボモータを構成してい
る。
ータ１０７が固定され、ロータ１０７の回りにステータ
１０９が配置されている。このモータ１０５は、ロータ
１０７が永久磁石により、ステータ１０９が電磁石によ
り構成されるブラシレスのモータであり、制御器１１１
に接続することによりＡＣサーボモータを構成してい
る。
【００２５】なお、モータ１０５の使用回転数の範囲は
１０〜１００ｒｐｍである。回転軸８９の上部には、光
電式のロータリーエンコーダからなる回転検出器１１３
が配置されている。荷重検出部８３は、筺体１１５内に
配置され、ロードセルからなる荷重検出器１１７を有し
ている。
１０〜１００ｒｐｍである。回転軸８９の上部には、光
電式のロータリーエンコーダからなる回転検出器１１３
が配置されている。荷重検出部８３は、筺体１１５内に
配置され、ロードセルからなる荷重検出器１１７を有し
ている。
【００２６】荷重検出器１１７は、回転軸８９の上端に
配置される流体継手１１９に連結されている。また、荷
重検出器１１７は、クロスローラガイドからなるリニア
ガイド１２１により上下方向に移動自在に案内されてい
る。
配置される流体継手１１９に連結されている。また、荷
重検出器１１７は、クロスローラガイドからなるリニア
ガイド１２１により上下方向に移動自在に案内されてい
る。
【００２７】リニアガイド１２１は、テーブル１２２上
に固定されている。このテーブル１２２には、荷重検出
器１１７の移動量、すなわち回転軸８９の軸長方向の移
動量を検出するための光電式のリニアエンコーダからな
る移動検出器１２４が配置されている。荷重制御部８５
は、筺体１１５の上部に配置され、空気圧シリンダから
なる加圧器１２３を有している。
に固定されている。このテーブル１２２には、荷重検出
器１１７の移動量、すなわち回転軸８９の軸長方向の移
動量を検出するための光電式のリニアエンコーダからな
る移動検出器１２４が配置されている。荷重制御部８５
は、筺体１１５の上部に配置され、空気圧シリンダから
なる加圧器１２３を有している。
【００２８】加圧器１２３は、ハウジング１２５を介し
て筺体１１５に固定され、ピストンロッド１２３ａが荷
重検出器１１７に連結されている。加圧器１２３には、
空気供給源９７が、制御弁１２７および配管１２９，１
３１を介して接続されている。なお、制御弁１２７に供
給される空気圧は、４ｋｇｆ／ｃｍ2 であるが、空気圧
シリンダからなる加圧器１２３には、制御弁１２７によ
って必要圧に制御された空気が供給される。
て筺体１１５に固定され、ピストンロッド１２３ａが荷
重検出器１１７に連結されている。加圧器１２３には、
空気供給源９７が、制御弁１２７および配管１２９，１
３１を介して接続されている。なお、制御弁１２７に供
給される空気圧は、４ｋｇｆ／ｃｍ2 であるが、空気圧
シリンダからなる加圧器１２３には、制御弁１２７によ
って必要圧に制御された空気が供給される。
【００２９】図１において符号１１１は制御器を示して
いる。この制御器１１１は、荷重検出器１１７からの荷
重信号、移動検出器１２４で検出された荷重検出器１１
７の移動信号、および回転検出器１１３からの回転軸８
９の回転信号を入力する。そして、これ等の信号に基づ
いて、制御弁１２７およびモータ１０５の回転数を制御
する。
いる。この制御器１１１は、荷重検出器１１７からの荷
重信号、移動検出器１２４で検出された荷重検出器１１
７の移動信号、および回転検出器１１３からの回転軸８
９の回転信号を入力する。そして、これ等の信号に基づ
いて、制御弁１２７およびモータ１０５の回転数を制御
する。
【００３０】図２は、制御器１１１の荷重制御部分のブ
ロック図であり、磁気吸引力推定手段１３３は、移動検
出器１２４からの信号を入力し、荷重検出器１１７の移
動量、すなわち、回転軸８９の軸長方向の移動量を求
め、この値に基づいてモータ１０５のロータ１０７とス
テータ１０９との間の軸長方向の磁気吸引力を求める。
すなわち、この磁気吸引力推定手段１３３には、予め、
図５に示したような位置ずれｘと磁気吸引力Ｆとの関係
が、実験あるいは計算によりを求められテーブルデータ
として記憶されており、現在の回転軸８９の軸長方向の
移動量に基づいて、現在のモータ１０５のロータ１０７
とステータ１０９との間の軸長方向の磁気吸引力Ｆが求
められる。
ロック図であり、磁気吸引力推定手段１３３は、移動検
出器１２４からの信号を入力し、荷重検出器１１７の移
動量、すなわち、回転軸８９の軸長方向の移動量を求
め、この値に基づいてモータ１０５のロータ１０７とス
テータ１０９との間の軸長方向の磁気吸引力を求める。
すなわち、この磁気吸引力推定手段１３３には、予め、
図５に示したような位置ずれｘと磁気吸引力Ｆとの関係
が、実験あるいは計算によりを求められテーブルデータ
として記憶されており、現在の回転軸８９の軸長方向の
移動量に基づいて、現在のモータ１０５のロータ１０７
とステータ１０９との間の軸長方向の磁気吸引力Ｆが求
められる。
【００３１】このようにして求められた磁気吸引力Ｆ
は、演算手段１３５に出力される。そして、演算手段１
３５により、加工に必要な研磨面での荷重と、荷重検出
器１１７で測定された荷重と、磁気吸引力推定手段１３
３で求められた磁気吸引力Ｆと、回転軸８９およびこの
回転軸８９に固定される部材の重量に基づいて加圧器１
２３による回転軸８９への負荷が演算され、この演算さ
れた負荷になるように加圧器１２３が制御される。
は、演算手段１３５に出力される。そして、演算手段１
３５により、加工に必要な研磨面での荷重と、荷重検出
器１１７で測定された荷重と、磁気吸引力推定手段１３
３で求められた磁気吸引力Ｆと、回転軸８９およびこの
回転軸８９に固定される部材の重量に基づいて加圧器１
２３による回転軸８９への負荷が演算され、この演算さ
れた負荷になるように加圧器１２３が制御される。
【００３２】すなわち、回転軸８９およびこの回転軸８
９に固定される研磨工具８７等の部材の自重をＭｋｇ
ｆ、加圧器１２３による荷重をＷｋｇｆ、荷重検出器１
１７での検出値をＳｋｇｆ、および研磨面で必要な実際
の加工荷重をＲｋｇｆとすると、 Ｒ＝Ｗ＋Ｍ−Ｆ ・・・（４） であり、また、Ｗ＝Ｓであるから Ｒ＝Ｓ＋Ｍ−Ｆ ・・・（５） である。
９に固定される研磨工具８７等の部材の自重をＭｋｇ
ｆ、加圧器１２３による荷重をＷｋｇｆ、荷重検出器１
１７での検出値をＳｋｇｆ、および研磨面で必要な実際
の加工荷重をＲｋｇｆとすると、 Ｒ＝Ｗ＋Ｍ−Ｆ ・・・（４） であり、また、Ｗ＝Ｓであるから Ｒ＝Ｓ＋Ｍ−Ｆ ・・・（５） である。
【００３３】ここで、磁気吸引力Ｆは、回転軸８９の移
動とともに変化するので、加工に必要な研磨面での荷重
Ｒを得るためには、加圧器１２３による荷重Ｗを変化さ
せる必要があり、従って、この実施形態では、荷重検出
器１１７の検出値Ｓが演算に使用される。すなわち、演
算手段は、上述した式（５）に基づいて演算を行い、加
圧器１２３による回転軸８９への必要負荷を演算する。
動とともに変化するので、加工に必要な研磨面での荷重
Ｒを得るためには、加圧器１２３による荷重Ｗを変化さ
せる必要があり、従って、この実施形態では、荷重検出
器１１７の検出値Ｓが演算に使用される。すなわち、演
算手段は、上述した式（５）に基づいて演算を行い、加
圧器１２３による回転軸８９への必要負荷を演算する。
【００３４】そして、この演算された値は、制御手段１
３７に出力され、加圧器１２３の負荷が演算された値に
なるように制御弁１２７が制御される。上述した研磨ヘ
ッドでは、回転軸８９に固定されるロータ１０７とロー
タ１０７の回りに非接触で配置されるステータ１０９と
からなるモータ１０５を駆動すると、空気軸受９３，９
５に支持される回転軸８９が回転され、研磨工具８７が
回転される。
３７に出力され、加圧器１２３の負荷が演算された値に
なるように制御弁１２７が制御される。上述した研磨ヘ
ッドでは、回転軸８９に固定されるロータ１０７とロー
タ１０７の回りに非接触で配置されるステータ１０９と
からなるモータ１０５を駆動すると、空気軸受９３，９
５に支持される回転軸８９が回転され、研磨工具８７が
回転される。
【００３５】一方、加圧器１２３を動作すると、荷重検
出器１１７がリニアガイド１２１に案内され回転軸８９
の軸長方向に移動し、この荷重検出器１１７に流体継手
１１９を介して接続される回転軸８９が軸長方向に移動
される。そして、上述した研磨ヘッドを用いての加工物
の研磨は以下述べるようにして行われる。
出器１１７がリニアガイド１２１に案内され回転軸８９
の軸長方向に移動し、この荷重検出器１１７に流体継手
１１９を介して接続される回転軸８９が軸長方向に移動
される。そして、上述した研磨ヘッドを用いての加工物
の研磨は以下述べるようにして行われる。
【００３６】先ず、研磨装置の図示しない移動手段によ
り、研磨ヘッドが加工位置の真上に位置される。次に、
上記移動手段により研磨ヘッドが加工物に接触する直前
まで下げられる。この後、荷重検出器１１７が所定の値
を示すまで、加圧器１２３により回転軸８９が押し下げ
られ、研磨工具８７が加工物に押し当てられる。
り、研磨ヘッドが加工位置の真上に位置される。次に、
上記移動手段により研磨ヘッドが加工物に接触する直前
まで下げられる。この後、荷重検出器１１７が所定の値
を示すまで、加圧器１２３により回転軸８９が押し下げ
られ、研磨工具８７が加工物に押し当てられる。
【００３７】そして、荷重検出器１１７が所定の値を示
した位置で回転軸８９の押し下げが停止され、モータ１
０５の駆動により回転軸８９および研磨工具８７が回転
され研磨加工が開始される。なお、必要な研磨除去量を
得るために、予め、研磨荷重に対しての適正な加工時間
が計算により求められており、この時間だけ研磨加工が
行われる。
した位置で回転軸８９の押し下げが停止され、モータ１
０５の駆動により回転軸８９および研磨工具８７が回転
され研磨加工が開始される。なお、必要な研磨除去量を
得るために、予め、研磨荷重に対しての適正な加工時間
が計算により求められており、この時間だけ研磨加工が
行われる。
【００３８】以上のように構成された研磨ヘッドでは、
制御器１１１により、モータ１０５のロータ１０７とス
テータ１０９との間の軸長方向の相対位置関係から回転
軸８９の軸長方向に作用する磁気吸引力Ｆを求め、加圧
器１２３による回転軸８９への負荷を所定の値に制御す
るようにしたので、モータ１０５のロータ１０７とステ
ータ１０９との相対移動により磁気吸引力Ｆの大きさが
変化した場合にも安定した研磨荷重を得ることができ
る。
制御器１１１により、モータ１０５のロータ１０７とス
テータ１０９との間の軸長方向の相対位置関係から回転
軸８９の軸長方向に作用する磁気吸引力Ｆを求め、加圧
器１２３による回転軸８９への負荷を所定の値に制御す
るようにしたので、モータ１０５のロータ１０７とステ
ータ１０９との相対移動により磁気吸引力Ｆの大きさが
変化した場合にも安定した研磨荷重を得ることができ
る。
【００３９】従って、より精度の高い研磨加工が可能に
なる。また、上述した研磨ヘッドでは、制御器１１１の
磁気吸引力推定手段１３３により、モータ１０５のロー
タ１０７とステータ１０９との間の軸長方向の磁気吸引
力Ｆを求め、この磁気吸引力Ｆを考慮して加圧器１２３
による回転軸８９への負荷を演算手段１３５により演算
するようにしたので、容易，確実に安定した研磨荷重を
得ることができる。
なる。また、上述した研磨ヘッドでは、制御器１１１の
磁気吸引力推定手段１３３により、モータ１０５のロー
タ１０７とステータ１０９との間の軸長方向の磁気吸引
力Ｆを求め、この磁気吸引力Ｆを考慮して加圧器１２３
による回転軸８９への負荷を演算手段１３５により演算
するようにしたので、容易，確実に安定した研磨荷重を
得ることができる。
【００４０】なお、上述した実施形態では、加圧器１２
３に空気圧シリンダを用いた例について説明したが、本
発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、荷重
検出器１１７による値を制御器１１１に戻して低荷重の
制御ができるものであれば良く、油等の圧力を利用した
流体圧シリンダ、あるいは電気により駆動力を発生する
電歪素子、ボイスコイルモータ等でも良い。
３に空気圧シリンダを用いた例について説明したが、本
発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、荷重
検出器１１７による値を制御器１１１に戻して低荷重の
制御ができるものであれば良く、油等の圧力を利用した
流体圧シリンダ、あるいは電気により駆動力を発生する
電歪素子、ボイスコイルモータ等でも良い。
【００４１】また、この加圧器１２３には、制御できる
荷重範囲が１×１０-2〜１ｋｇｆで、荷重精度が設定荷
重の±５％以内のものが望ましい。さらに、上述した実
施形態では、荷重検出器１１７の移動を移動検出器１２
４により検出し、回転軸８９の軸長方向の移動量を求め
た例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限
定されるものではなく、移動検出器をモータに直接組み
込んでも良い。
荷重範囲が１×１０-2〜１ｋｇｆで、荷重精度が設定荷
重の±５％以内のものが望ましい。さらに、上述した実
施形態では、荷重検出器１１７の移動を移動検出器１２
４により検出し、回転軸８９の軸長方向の移動量を求め
た例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限
定されるものではなく、移動検出器をモータに直接組み
込んでも良い。
【００４２】
【発明の効果】以上述べたように請求項１の研磨ヘッド
では、制御器により、モータのロータとステータとの間
の軸長方向の相対位置関係から回転軸の軸長方向に作用
する磁気吸引力を求め、加圧器による回転軸への負荷を
所定の値に制御するようにしたので、モータのロータと
ステータとの相対移動により磁気吸引力の大きさが変化
した場合にも安定した研磨荷重を得ることができる。
では、制御器により、モータのロータとステータとの間
の軸長方向の相対位置関係から回転軸の軸長方向に作用
する磁気吸引力を求め、加圧器による回転軸への負荷を
所定の値に制御するようにしたので、モータのロータと
ステータとの相対移動により磁気吸引力の大きさが変化
した場合にも安定した研磨荷重を得ることができる。
【００４３】従って、より精度の高い研磨加工が可能に
なる。請求項２の研磨ヘッドでは、制御器の磁気吸引力
推定手段により、モータのロータとステータとの間の軸
長方向の磁気吸引力を求め、この磁気吸引力を考慮して
加圧器による回転軸への負荷を演算手段により演算する
ようにしたので、容易，確実に安定した研磨荷重を得る
ことができる。
なる。請求項２の研磨ヘッドでは、制御器の磁気吸引力
推定手段により、モータのロータとステータとの間の軸
長方向の磁気吸引力を求め、この磁気吸引力を考慮して
加圧器による回転軸への負荷を演算手段により演算する
ようにしたので、容易，確実に安定した研磨荷重を得る
ことができる。
【図１】本発明の研磨ヘッドの一実施形態を示す断面図
である。
である。
【図２】図１の制御器の荷重制御部分を示すブロック図
である。
である。
【図３】従来の研磨ヘッドの一例を示す断面図である。
【図４】従来の研磨ヘッドの他の例を示す断面図であ
る。
る。
【図５】モータのロータとステータとの長さが等しい場
合にロータとステータとの位置ずれによって生じる磁気
吸引力Ｆと位置ずれｘとの関係を示す説明図である。
合にロータとステータとの位置ずれによって生じる磁気
吸引力Ｆと位置ずれｘとの関係を示す説明図である。
８７ 研磨工具 ８９ 回転軸 ９３，９５ 空気軸受 １０５ モータ １０７ ロータ １０９ ステータ １１１ 制御器 １１３ 回転検出器 １１７ 荷重検出器 １１９ 流体継手 １２１ リニアガイド １２３ 加圧器 １２４ 移動検出器 １３３ 磁気吸引力推定手段 １３５ 演算手段
Claims (2)
- 【請求項１】 一端に研磨工具が固着される回転軸と、 前記回転軸を軸長方向に移動可能に支持する流体軸受
と、 前記回転軸に固定されるロータと前記ロータの回りに非
接触で配置されるステータとを有するモータと、 前記回転軸の他端に取り付けられた継手を介して前記回
転軸に接続される荷重検出器と、 前記荷重検出器を前記回転軸の軸長方向に案内するリニ
アガイドと、 前記回転軸の軸長方向への移動量を検出する移動検出器
と、 前記荷重検出器を介して前記回転軸に負荷を与える加圧
器と、 前記モータのロータとステータとの間の軸長方向の相対
位置関係から前記回転軸の軸長方向に作用する磁気吸引
力を求め前記加圧器による前記回転軸への負荷を制御す
る制御器と、を備えてなることを特徴とする研磨ヘッ
ド。 - 【請求項２】 請求項１記載の研磨ヘッドにおいて、 前記制御器は、 前記移動検出器で検出された前記回転軸の軸長方向への
移動量に基づいて前記モータのロータとステータとの間
の軸長方向の磁気吸引力を求める磁気吸引力推定手段
と、 加工に必要な研磨面での荷重と、前記荷重検出器で測定
された荷重と、前記磁気吸引力推定手段で求められた磁
気吸引力と、前記回転軸およびこの回転軸に固定される
部材の重量に基づいて前記加圧器による前記回転軸への
負荷を演算する演算手段と、を備えてなることを特徴と
する研磨ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8145937A JPH09323251A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 研磨ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8145937A JPH09323251A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 研磨ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09323251A true JPH09323251A (ja) | 1997-12-16 |
Family
ID=15396520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8145937A Pending JPH09323251A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 研磨ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09323251A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010172976A (ja) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Nikon Corp | 研磨装置 |
-
1996
- 1996-06-07 JP JP8145937A patent/JPH09323251A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010172976A (ja) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Nikon Corp | 研磨装置 |
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