JPWO2016021460A1 - ブラシ研磨装置及び研磨方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そして、ブラシ毛材が当接可能な面である調整面から予め設定された突出長さ離れた位置である調整位置に前記研磨ブラシの底面が位置するようにし、前記ブラシ毛材を前記調整面に向かって前進させ、ブラシ毛材の先端が調整面に当接したことによる負荷の変化が予め設定した値となったらブラシ毛材の前進が停止することでブラシ毛材の突出長さの調整を行う構成である。
そして、突出長さ調整工程は、研磨ブラシの底面が調整位置に位置するように研磨ブラシを移動する工程と、ブラシ毛材が調整面に向けて前進する工程と、ブラシ毛材が調整面に接触したことによる負荷の変化が予め設定した値となったらブラシ毛材の前進が停止する工程と、を備える。
そして、突出長さ調整工程は、予め設定する突出長さ及び高さ位置測定工程で測定した調整面の高さ位置を制御手段にそれぞれ入力する工程と、制御手段に入力された突出長さ及び高さ位置より研磨ブラシを前後進させる距離を演算する工程と、演算の結果に基づいて研磨ブラシが移動する工程と、ブラシ毛材が被加工面に向けて前進する工程と、ブラシ毛材が調整面に当接したことによる負荷の変化が予め設定した値となったらブラシ毛材の前進が停止する工程と、を備えてもよい。
そして、主軸の回転による主軸を軸心とした研磨ブラシの回転と、副軸の移動によるブラシ毛材の突出長さの調整と、を行うように構成してもよい。突出長さの調整と研磨ブラシの回転を同じ軸心で行うことが出来るので、研磨ブラシの際に偏心によるブレが生じない。これにより安定してワークを研磨することが出来る。
また、本発明は以下の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語(例えば、「等」)の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。
加工目標寸法となるワーク(マスターワークM)を、その平面部の1つが水平上向きとなるように載置部材41に載置する。次いでシリンダ31Aを作動させて挟持部材33Aを基準位置Rまで前進させた後、シリンダ31Bを作動させて挟持部材33Bを前進させ、マスターワークMを挟持する。
ワークWを、その平面部の1つが水平上向きとなるように載置部材41に載置する。次いでシリンダ31Aを作動させて挟持部材33Aを基準位置Rまで前進させた後、シリンダ31Bを作動させて挟持部材33Bを前進させ、ワークWを挟持してワーク固定ユニット30に固定する。
移動機構23の作動によって研磨ユニット20を左方に移動させて、高さ位置測定器24と研磨ブラシ11がワークWの上面(調整面)の直上に位置するようにする。その後、高さ位置測定器24を作動させて高さ位置測定器24の接触子をワークWの上面に接触させて、この高さ位置を測定する。測定した結果は、制御手段50に出力されて、記憶される。
「ワークWの調整面の高さ位置」及び予め入力した「ブラシ毛材の突出長さ」に基づいて研磨ブラシ11の底面(底板11eの下面)の位置及び当接板15fの位置等を算出する演算を行う。下降端、即ち当接部材15eが当接板15fに当接して研磨ブラシ11の下降が停止した際の研磨ブラシ11の底面(底板11eの底面)の位置が、調整面より突出長さ分上方の位置(調整位置)に位置するように下降端調整機構15を作動させる信号を生成して出力する。この信号に基づき、下降端調整モータ15cの作動により調整部材15bの位置が調整された後、シリンダ14aが作動し、研磨ブラシ11が所定の位置まで下降する。
制御手段50は、マスターワークMにより測定された「基準面の高さ位置」及び「ワークの形状」より稜角部の加工寸法目標となる高さ位置を演算する。更に、予め入力された「ブラシ毛材の突出長さ」に基づいて、高さ位置よりブラシ毛材の突出長さ分上方である研磨ブラシ11の底面の位置(稜角部研磨におけるブラシ原点)を算出する。そして、研磨ブラシ11の底面が稜角部研磨におけるブラシ原点より予め入力された「切り込み量」分下方に位置するように下降端を設定する信号をそれぞれの下降端調整モータ15cに出力する。この信号に基づいてそれぞれの下降端調整モータ15cの作動により当接板15fの位置が調整された後、シリンダ14aが作動して研磨ブラシ11が下降して位置決めされる。
予め入力した「研磨ブラシの回転数」に基づいて回転モータ12bが作動し、研磨ブラシ11を主軸12aを軸心に水平回転させると共に、ワークWにむけて図示しないノズルより研磨液が噴射される。次いで、予め入力した「研磨ユニットの移動速度」に基づいてブラシユニット20が右端(原位置)に向かって前進する。研磨ブラシ11は右から順に研磨力が小さくなるように配置されている。即ち、研磨ブラシ11は右から順に「被加工面の表層に存在するマイクロクラックを除去する粗研磨用」「粗研磨用ブラシによって生じた凹凸を除去する中研磨用」「被加工面の面粗度が小さくなるように調整する仕上げ研磨用」となるように並んでいる。研磨ユニット20の移動により水平回転する研磨ブラシ11が「粗研磨用の研磨ブラシ」「中研磨用の研磨ブラシ」「仕上げ研磨用の研磨ブラシ」の順にワークに接触しながら通過するので、この移動によりワークWの表層に存在するマイクロクラックの除去及び表面の面粗度の調整を行うことができる。
4つの平面部及び4つの稜角部の研磨が終了すると、研磨ユニット20の作動が停止する。また、研磨液の噴射も停止される。その後、シリンダ31A、31Bの作動により挟持部33A、33Bをそれぞれ後退させて、ワークWの挟持を解除する。そして、ワークWを載置部材41から取り外す。
例えば、円柱形状である単結晶のシリコンインゴットから四角柱状に切り出したシリコンブロックのようなワークWの稜角部の形状が曲面の場合、研磨条件としてのワークの形状として画数(この場合は4)および曲面の曲率(即ち、シリコンインゴットの径)をさらに入力する。そして、上述の(4)の工程が終了した後、予め入力された「曲面の曲率」及び「ブラシ毛材の突出長さ」に基づいて稜角部研磨におけるブラシ原点を算出する。そして、研磨ブラシ11の底面が角部の研磨におけるブラシ原点より予め入力された「切り込み量」分下方に位置するように下降端を設定して研磨ブラシ11を下降させる。稜角部を研磨する際は、ワーク昇降機構42を作動させて載置部材41をワークWから離反させた状態で、ワーク固定ユニット30に連結されたワーク回転機構を作動させてワークWを連続回転させる。ワークWを連続回転させた状態で、上述の(6)の工程のようにブラシユニット10及び研磨ユニット20を作動させて、4つの稜角部の研磨を同時に行う。
本実施形態におけるブラシ毛材の突出長さの調整は、ブラシ毛材が調整面に接触したことによる負荷の変化を検知してブラシ毛材の前進を停止する信号を出力することにより行った。しかし、本発明における「ブラシ毛材の先端が調整面に当接したことによる負荷の変化が予め設定した値となったらブラシ毛材の前進を停止する」とは、この形態に限定されない。以下に別の形態の例を説明する。なお、以下の説明では、前述の実施形態との相違点を中心に説明する。
(1)負荷の変化をリアルタイムで検出してブラシ毛材の前進を停止する場合
(2)予め負荷の上限値を設定し、「研磨ブラシのブラシ毛材の先端が底面から突出する長さを予め設定した長さに自動で調整する機構」の作動が継続していてもこの負荷を越えてブラシ毛材が前進することがない場合
のいずれをも含む。
10 ブラシユニット
11 研磨ブラシ
11a 研磨具
11b ブラシホルダ
11c 保持盤
11d ブラシケース
11e 底板
12 回転機構
12a 主軸
12b 回転モータ
12c 回転力伝達機構
13 突出長調整機構
13a 副軸
13b 下降機構
13c 連結部材
13d サーボモータ
13e ボールネジ
14 昇降機構
14a シリンダ
14b 昇降軸
14c ベース
15 下降端調整機構
15a ねじ部材
15b 調整部材
15c 下降端調整モータ
15d 調整力伝達機構
15e 当接部材
15f 当接板
20 研磨ユニット
21 移動ベース
22 固定プレート
23 移動機構
23a モータ
24 高さ位置測定器
30 ワーク固定ユニット
31A、31B シリンダ
32A、32B 挟持軸
33A、33B 挟持部
40 載置ユニット
41 載置部材
41a 切り欠き(V字)
41b 切り欠き(矩形)
42 ワーク昇降機構
50 制御手段
60 操作部
70 筐体
71 レール
M マスターワーク
R 基準位置
W ワーク
Claims (7)
- ワークの被加工面にブラシ毛材の先端が接触・回転して研磨するブラシ研磨装置であって、前記ブラシ研磨装置は、
底面に前記ブラシ毛材の先端が露出された研磨ブラシ、及び前記研磨ブラシを被加工面に対して水平回転させる機構、及び前記研磨ブラシの前記ブラシ毛材の先端が前記研磨ブラシの底面から突出する長さを予め設定した長さに自動で調整する機構、を備えるブラシユニットと、
前記ブラシユニットを被加工面に対して水平方向に相対的に移動する移動機構と、
前記ワークを固定するワーク固定ユニットと、
研磨条件を演算すると共に、前記ブラシ研磨装置の動作信号を各ユニットに出力する制御手段と、を備え、
前記ブラシ毛材が当接可能な面である調整面から予め設定された前記突出長さだけ離れた位置である調整位置に前記研磨ブラシの底面が位置するようにし、前記ブラシ毛材を前記調整面に向かって前進させ、前記ブラシ毛材の先端が前記調整面に当接したことによる負荷の変化が予め設定した値となったら前記ブラシ毛材の前進を停止させることで前記ブラシ毛材の突出長さの調整を行うように構成されていることを特徴とするブラシ研磨装置。 - 前記ブラシユニットに隣接される高さ位置測定器を更に備え、
前記高さ位置測定器はワークにおける前記ブラシ毛材の先端に対向する面である前記調整面の高さ位置を検出してその高さ位置を前記制御手段に出力し、
前記制御手段は、前記高さ位置に基づいて前記調整位置を演算することを特徴とする請求項1に記載のブラシ研磨装置。 - 前記ブラシユニットは、複数本の前記ブラシ毛材、及び前記ブラシ毛材の基部が固定される円盤状の保持盤、及び前記保持盤を前記底面方向に移動可能に収容する円筒形状のブラシケース、を含む研磨ブラシと、
前記ブラシケースの天面中央に一端が固定された主軸及び前記主軸を回転させる機構を備える回転機構と、
前記保持盤の中央に一端が固定され、前記主軸の円形断面中央に貫通して設けられた貫通穴に摺動可能に挿通された副軸及び前記副軸を長手方向に移動させる下降機構を備える突出長調整機構と、を備え、
前記主軸の回転による前記主軸を軸心とした前記研磨ブラシの回転と、前記副軸の移動による前記ブラシ毛材の突出長さの調整と、を行うように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のブラシ研磨装置。 - 前記下降機構は、前記ブラシ毛材が移動する際のトルクの変化を検知できるモータを含むことを特徴とする請求項3に記載のブラシ研磨装置。
- 前記下降機構は、前記ブラシ毛材が移動する際に前記副軸に負荷される荷重の変化を検知できるセンサを含むことを特徴とする請求項3に記載のブラシ研磨装置。
- 請求項1に記載のブラシ研磨装置による研磨方法であって、前記研磨方法は、
前記ワークを前記ワーク固定ユニットに固定する工程と、
前記ブラシ毛材が前記研磨ブラシの前記ブラシ毛材の先端が前記研磨ブラシの底面からの突出長さを予め設定した長さに自動で調整する工程と、
前記研磨ブラシの先端が予め設定された切り込み量の長さだけ被加工面方向に押し付けられるように前記研磨ブラシを被加工面方向に前進させて前記研磨ブラシの位置を設定する工程と、
前記研磨ブラシを水平回転させると共に前記研磨ブラシを前記被加工面に対して相対的に水平移動するように前記ブラシユニットまたは前記ワーク固定ユニットの少なくとも何れかを移動しながら研磨を行う工程と、を備え、
前記突出長さを調整する工程は、前記研磨ブラシの底面が前記調整位置に位置するように前記研磨ブラシを移動する工程と、前記ブラシ毛材が前記調整面に向けて前進する工程と、前記ブラシ毛材が前記調整面に接触したことによる負荷の変化が予め設定した値となったら前記ブラシ毛材の前進が停止する工程と、を備えることを特徴とする研磨方法。 - 請求項2に記載のブラシ研磨装置による研磨方法であって、前記研磨方法は、
前記ワークを前記ワーク固定ユニットに固定する工程と、
前記高さ位置測定器で前記調整面の高さ位置を測定する工程と、
前記ブラシ毛材が前記研磨ブラシの前記ブラシ毛材の先端が前記底面からの突出長さを予め設定した長さに自動で調整する工程と、
前記高さ位置の測定結果に基づいて前記研磨ブラシの先端が予め設定された切り込み量の長さだけ調整面である被加工面方向に押し付けられるように前記研磨ブラシを前進させて前記研磨ブラシの位置を設定する工程と、
前記研磨ブラシを水平回転させると共に前記研磨ブラシを前記被加工面に対して相対的に水平移動するように前記ブラシユニットまたは前記ワーク固定ユニットの少なくとも何れかを移動しながら研磨を行う工程と、を備え、
前記突出長さを調整する工程は、予め設定する突出長さ及び前記高さ位置を測定する工程で測定した前記調整面の高さ位置を前記制御手段にそれぞれ入力する工程と、前記制御手段に入力された前記突出長さ及び前記高さ位置より前記研磨ブラシを前後進させる距離を演算する工程と、前記演算の結果に基づいて前記研磨ブラシが移動する工程と、前記ブラシ毛材が前記調整面に向けて前進する工程と、前記ブラシ毛材が前記調整面に当接したことによる負荷の変化が予め設定した値となったら前記ブラシ毛材の前進が停止する工程と、を備えることを特徴とするブラシを研磨する方法。
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