KR20070096879A

KR20070096879A - 평면 연마 장치 및 연마 방법

Info

Publication number: KR20070096879A
Application number: KR1020070028443A
Authority: KR
Inventors: 요우헤이 마츠시마; 가츠지 다나베; 유타카 반도; 다이지로우 후쿠시마
Original assignee: 가부시키가이샤 시바기켕
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2007-10-02
Also published as: JP2007260784A

Abstract

가공물의 대형 대치수화에 따라 거대 복잡화되는 평면 연마 장치에 대하여, 가능한 한 단순화된 기구를 사용하여 대형화시키지 않고 저렴하게 할 수 있고, 고정밀도의 편면 평면 연마를 할 수 있는 평면 연마 장치 및 연마 방법을 제공한다.

평면 연마 장치 (10) 의 연마 정반 (11, 20) 은, 구동축 (18, 28) 의 단부에, 플로팅 기구 (14, 23) 를 통하여 장착하고, 또한 플로팅 기구 근방의 구동축 (18, 23) 에는, 연마 정반의 연마면이 지지대의 표면에 수평으로 고정되도록 플로팅 기구 (14, 23) 를 고정시키고, 플로팅 기구 (14, 23) 의 고정을 해제하여 연마 정반의 연마면이 가공물 표면을 따라서 움직이는 것을 가능하게 하는 고정 지그 (16, 25) 를 설치한다. 또한, 연마 정반에 의하여 연마 개시 전에 가공물 표면의 기복을 사전에 측정하고, 그 측정한 기복에 기초하여 연마량을 산정하고, 다음으로 가공물 각 부의 연마량에 적합한 복수의 연마 패턴을 조합하여 평면 연마한다.

연마 장치

Description

평면 연마 장치 및 연마 방법 {SURFACE GRINDING APPARATUS AND GRINDING METHOD}

도 1 은 본 발명 제 1 실시형태의 평면 연마 장치를 설명하는 정면도이다.

도 2 는 본 발명 제 1 실시형태의 평면 연마 장치를 설명하는 평면도이다.

도 3 은 본 발명 제 1 실시형태의 연마 정반을 설명하는 확대 단면도이다.

도 4 는 본 발명 제 2 실시형태의 평면 연마 장치를 설명하는 정면도이다.

도 5 는 본 발명 제 2 실시형태의 평면 연마 장치를 설명하는 평면도이다.

도 6 은 본 발명 제 2 실시형태의 연마 정반을 설명하는 확대 단면도이다.

도 7 은 도 6 의 A-A 선 단면도이다.

도 8 은 제 1 연마 패턴에 따른 연마량 상태를 설명하는 도면이다.

도 9 는 제 2 연마 패턴에 따른 연마량 상태를 설명하는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 가공물 10 : 평면 연마 장치

11 : 제 1 대형 연마 정반 12 : 정반 본체

13 : 연마 패드 14 : 플로팅 기구

15 : 구동 핀 16 : 고정 지그

18 : 구동축 20 : 제 2 소형 연마 정반

21 : 정반 본체 22 : 연마 패드

23 : 플로팅 기구 24 : 구동 핀

25 : 고정 지그 31 : 지지대

33 : Y 축 구동부 40 : X 축 구동부

50 : Z 축 구동부 69 : 구동축

70 : 제 1 대형 연마 정반 71 : 정반 본체

72 : 연마 패드 73, 75 : 링

74, 76 : 핀 77 : 고정 지그

78 : 구동축 80 : 제 2 소형 연마 정반

81 : 정반 본체 82 : 플로팅 기구

83 : 구동 핀 84 : 고정 지그

85 : 제 1 Z 축 구동부 92 : 제 2 Z 축 구동부

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2004-167634호 (2∼7 페이지, 도 1∼2)

본 발명은, 직사각형 유리판으로 이루어지는 가공물의 편면을 양호한 정밀도로 연마하는 평면 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다.

최근, 액정용 유리 기판, 컬러 필터 유리 기판 또는 포토 마스크용 유리 기 판 등 모든 유리계 기판의 대형 대치수화 방향으로 가속화되고 있다. 이와 동시에, 이들 초대형 치수 유리판의 연마 가공을 효율적으로 달성하는 가공기에 대한 요구가 급속히 높아지고 있다.

종래의 연마 가공기는, 마이크로 칩이나 하드디스크 기판을 고정밀도로 평면 연마하는 데에 적합한 연마기로서 제공되고 있는 것을 스케일 업한 것이다. 예를 들어, 가공물을 편면 단위로 연마하는 오스카 방식이나 랩 마스터 방식이 알려져 있다. 호프만 방식에서는, 유성 캐리어 테이블에서 가공물을 사이에 끼워 양면을 동시에 연마하는 등의 각종 방식의 기구가 알려져 있다.

그러나, 소형 소치수에 적합한 연마 방식을 대형 대치수에 확대 전용한 경우에는, 장치 전체가 매우 커져, 기계 제조원에서부터 사용자로의 반입, 또는 사용처에서의 설치 장소 등에 대해서도 큰 제약을 수반하는 불편함이 있었다.

또한, 제조할 때의 기계 정밀도 달성에 있어서도, 소형 소치수 대응의 연마기에서는 용이하게 달성할 수 있어도, 대형 대치수 대응의 초대형 가공기에서는, 정밀도를 산출하는 것조차 뜻대로 되지 않게 되는 경향이 있다. 또한, 정밀도를 사용자가 유지 관리하는 것도 큰 부담이 되고 있다.

일 사용예로서, 종래부터 있는 오스카식 편면 평면 연마기의 개요를 설명한다. 상정반에 연마되는 가공물을 유지시키고, 이 상정반을 하정반에 대하여 에어 실린더에서 하강 가압하고, 이 상태에서 하정반을 회전 구동시키고, 동시에 상정반에는 요동을 부여한다. 결과적으로 상정반은 하정반의 회전에 따라 어느 속도 차이를 가지고 공(供)회전을 실시한다. 상정반과 하정반의 위치 관계에 의하여 공회전 상태가 변화되고, 이 하정반과 가공물의 상대 속도차와 가압력에 의하여 편면 평면 연마가 효율적으로 실시되는 기구로 되어 있다. 또한, 오스카식 연마기의 구성에 관해서는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2004-167634호 (특허문헌 1) 에 개시되어 있다.

가공물 유지측인 상정반은, 플로팅되어 있고, 하정반에 효율적으로 융화되는 방식이 사용되고 있다. 가공물 치수와 하정반의 치수 관계에 따라서도 다르지만, 가공물의 평면 정밀도는, 하정반의 면 정밀도에 크게 영향을 받는 것이 일반적이다.

또한, 하정반과 상정반의 위치 관계, 즉 요동 반경 위치 및 요동 각도에 의하여 연마의 요인인 상대 속도차, 연마 속도가 변하고, 연마량이 변하는 것이 알려져 있다. 결과적으로 요동 반경 및 요동 각도의 설정에 의하여 가공물 평면은 볼록 형상으로도 오목 형상으로도, 또한 평면으로도 임의 형상으로 성형 가공된다.

이 오스카 방식의 편면 평면 연마 방식에서는, 상하의 정반이 공회전하고, 상정반은 추가로 요동 기구를 구비한 기구이며, 상하 정반 모두 원형 형상을 하고 있는 것이 보통이다. 일반적으로 직사각형 형상인 가공물을 고려하면, 가공물에 대하여 유지하는 상정반은, 직사각형 대각선 이상의 직경을 필요로 하고 가공물과 비교하여 크게 된다. 당연히 면을 면성형하는 하정반은, 상정반 이상으로 커진다.

게다가 상정반은, 하정반 직경 이상으로 요동하기 때문에 기계 치수로서 가공되는 가공물 치수에 대하여 더욱 커지게 된다.

또한, 가공물이 커짐에 따라, 상하 정반도 당연히 커진다. 커짐으로써 연마량을 결정하는 상대 속도차, 연마 속도가 요동 위치에서 크게 변화되게 된다. 즉 상정반과 하정반의 상대 속도차는 정반 위치, 그 반경 위치에 비례한 주속도의 차이에 따라 영향을 받기 때문에 가공물 중심부와 주변부에서는 연마량에 큰 차이가 생기기 쉬워지는 결점을 갖고 있다.

이 결점을 회피하기 위하여, 주속도차를 작게 하는 방법으로서 하정반을 더욱 크게 하는 방법도 고려되지만 정반 직경이 너무 커져 실제적이지 않고 정반 제조도 매우 곤란하게 된다.

실제적인 방법으로서, 요동 각도를 크게 하고 가공물 중앙부가 하정반 단 근처까지 오도록 설정하지만, 플로팅 기구를 통한 가압력 제어는, 오버행 양에 따른 종속 변수로 할 필요가 발생한다. 이것은 연마량이 연마 속도와 연마 압력에 영향을 받는 것에 의한다. 만약 제어 없이, 어느 일정 가압력을 걸고 요동시킨 경우, 오버행 양에 따라 가공물에 작용하는 단위 면적 당의 가압력이 변화되고, 실제의 연마량이 커진다. 또한, 하정반 단부에서의 가압은, 가공물의 가압, 단위면적 당의 균등압을 정밀하게 유지하는 것이 매우 곤란해진다.

그 외의 평면 연마기로 하여도, 양면 연마를 실시하기 위해서는, 가공물을 상정반과 하정반 사이에 끼우고, 또한 가공물을 자전과 함께 공전시킬 필요에서, 오스카 방식 이상의 기계 점유 면적을 필요로 하고, 가공물 치수가 커지면, 연마기의 점유 면적은 비약적으로 커지는 경향을 나타내고 있다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 가공물의 대형 대치수화에 따라 거대 복잡화되는 평면 연마 장치에 대하여, 가능한 한 단순화된 기구를 사용하여 대형화시키지 않고 저렴하게 할 수 있고, 고정밀도의 편면 평면 연마를 가능하게 하는 평면 연마 장치 및 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 청구항 1 에 기재된 발명에 있어서는, 지지대의 표면에 수평으로 유지된 가공물 표면을, 하면에 연마 패드가 부착된 연마 정반에 의하여 평면 연마하는 평면 연마 장치에 있어서, 상기 연마 정반은, 회전력 및 가압력이 가해지면서 이동하는 구동축의 단부에, 플로팅 기구를 통하여 장착되고, 또한 상기 플로팅 기구 근방의 구동축에는, 상기 연마 정반의 연마면이 상기 지지대의 표면에 수평으로 고정되도록 상기 플로팅 기구를 고정시킴과 함께, 그 플로팅 기구의 고정을 해제하여 상기 연마 정반의 연마면이 상기 가공물 표면을 따라서 움직이는 것을 가능하게 하는 고정 지그를 설치한 것을 특징으로 한다. 가공물의 대형 대치수화에 따라 거대 복잡화되는 평면 연마 장치에 대하여, 가능한 한 단순화된 기구를 사용하여 대형화시키지 않고 저렴하게 할 수 있고, 고정밀도의 편면 평면 연마를 할 수 있다.

청구항 2 에 기재된 발명에 있어서는, 상기 연마 정반은, 상이한 2개의 Z 축을 따라서 각각 설치된 제 1 대형 연마 정반 및 제 2 소형 연마 정반을 갖는 것을 특징으로 한다. 상이한 2개의 Z 축을 따라서 각각 제 1 대형 연마 정반 및 제 2 소형 연마 정반이 설치되는 구조에 의하여, 가공물의 연마 장소에 적합한 정반을 사용할 수 있다.

청구항 3 에 기재된 발명에 있어서는, 상기 연마 정반은, 동일한 Z 축을 따라서 각각 설치된 제 1 대형 연마 정반 및 제 2 소형 연마 정반을 갖는 것을 특징으로 한다. 동일한 Z 축을 따라서 각각 제 1 대형 연마 정반 및 제 2 소형 연마 정반이 설치되는 구조로부터 소형화가 용이해져, 적은 스페이스에 설치할 수 있다.

청구항 4 에 기재된 발명에 있어서는, 지지대의 표면에 수평으로 유지된 가공물 표면을, 하면에 연마 패드가 부착된 연마 정반에 의하여 평면 연마하는 연마 방법에 있어서, 상기 연마 정반에 의하여 연마 개시 전에 상기 가공물 표면의 기복을 사전에 측정하고, 그 측정한 기복에 기초하여 연마량을 산정하고, 다음으로 상기 가공물 각 부의 연마량에 적합한 복수의 연마 패턴을 조합하여 평면 연마하는 것을 특징으로 한다. 대형 가공물 표면의 전체 영역을 양호한 정밀도로 평면 연마를 실시할 수 있다.

지지대의 표면에 수평으로 유지된 가공물 표면을, 하면에 연마 패드가 부착된 연마 정반에 의하여 평면 연마하는 평면 연마 장치에 있어서, 연마 정반은, 회전력 및 가압력이 가해지면서 이동하는 구동축의 단부에, 플로팅 기구를 통하여 장착되고, 또한 플로팅 기구 근방의 구동축에는, 연마 정반의 연마면이 지지대의 표면에 수평으로 고정되도록 플로팅 기구를 고정시킴과 함께, 플로팅 기구의 고정을 해제하여 연마 정반의 연마면이 가공물 표면을 따라서 움직이는 것을 가능하게 하는 고정 지그를 설치한 것으로, 가공물의 대형 대치수화에 따라 거대 복잡화되는 평면 연마 장치에 대하여, 가능한 한 단순화된 기구를 사용하여 대형화시키지 않고 저렴하게 할 수 있고, 고정밀도의 편면 평면 연마를 할 수 있다.

지지대의 표면에 수평으로 유지된 가공물 표면을, 하면에 연마 패드가 부착된 연마 정반에 의하여 평면 연마하는 연마 방법에 있어서, 연마 정반에 의하여 연마 개시 전에 상기 가공물 표면의 기복을 사전에 측정하고, 그 측정한 기복에 기초하여 연마량을 산정하고, 다음으로 가공물 각 부의 연마량에 적합한 복수의 연마 패턴을 조합하여 평면 연마함으로써, 대형 가공물 표면의 전체 영역을 양호한 정밀도로 평면 연마를 실시할 수 있다.

이하, 본 발명을 도시한 일 실시형태에 의하여 구체적으로 설명한다. 도 1 ∼ 도 3 은 본 발명 제 1 실시형태의 평면 연마 장치를 설명하는 도면으로서, 도 1 은 평면 연마 장치의 평면도, 도 2 는 평면 연마 장치의 정면도, 도 3 은 연마 정반을 설명하는 확대 단면도이다.

본 실시형태의 평면 연마 장치 (10) 는, 하나의 대형 직사각형 유리판으로 이루어지는 가공물 (1) 의 편면을, 상이한 2개의 Z 축을 따라서 각각 설치된 제 1 대형 연마 정반 (11) 및 제 2 소형 연마 정반 (20) 에 의하여 평면 연마하는 장치로서, 가공물 (1) 을 수평으로 유지하는 지지대 (31) 와, 제 1 연마 정반 (11) 및 제 2 연마 정반 (20) 을 Y 축 방향으로 구동시키는 Y 축 구동부 (33) 와, 제 1 연마 정반 (11) 및 제 2 연마 정반 (20) 을 X 축 방향으로 구동시키는 X 축 구동부 (40) 와, 제 1 연마 정반 (11) 및 제 2 연마 정반 (20) 을 각각 독립적으로 구동시킴과 함께 회전시키는 Z 축 구동부 (50) 등의 부분으로 구성되어 있다.

제 1 대형 연마 정반 (11) 은, 평면 연마 장치 (10) 의 제 1 Z 축에 설치되는 구동축 (18) 의 하단부에 장착되는 것으로서, 정반 본체 (12) 와, 이 정반 본체 (12) 의 하면에 부착된 연마 패드 (13) 와, 정반 본체 (12) 의 상부에 설치된 플로팅 기구 (14) 와, 구동 핀 (15) 과, 고정 지그 (16) 등으로 구성되어 있다.

정반 본체 (12) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 직경 (D) 의 평탄한 원반상으로 형성되고, 외주부는, 가공물 (1) 로부터 받는 압력에 의하여 릴리프가 발생되도록 박육부 (12a) 로 형성되고, 중심부에는 구멍 (12b) 이 형성되어 있다. 정반 본체 (12) 의 박육부 (12a) 는, 예를 들어, 2/3D 의 내경 부분으로부터 외주부까지 형성되어 있다. 구동축 (18) 에는, 도시하지 않은 구멍을 통하여 연마용 세륨 용액이 구멍 (12b) 에 공급되고, 그 용액이 가공물 (1) 과 연마 패드 (13) 사이에 공급되도록 되어 있다. 플로팅 기구 (14) 는, 구동축 (18) 의 하단부에 있어서 가압력 및 회전력을 받는 것과 함께, 가공물 (1) 표면에 맞추어 회동하는 기구이고, 정반 본체 (12) 의 중앙 상부에 볼트 (17) 에 의하여 장착되어 있다. 구동 핀 (15) 은, 구동축 (18) 의 하부 측에 양 단이 수평으로 돌출되도록 장착되고, 그 돌출된 부분이 플로팅 기구 (14) 의 상단부 측에 형성된 홈부에 끼워져 있다. 고정 지그 (16) 는, 플로팅 기구 (14) 의 상부 측의 구동축 (18) 에 상하 위치가 이동 가능하게 장착되어 있다. 즉, 고정 지그 (16) 를 하방으로 이동시켜 플로팅 기구 (14) 의 상부에 맞닿게 함으로써, 정반 본체 (12) 를 수평으로 고정시키고, 고정 지그 (16) 를 상방으로 이동시켜 플로팅 기구 (14) 의 상부로부터 이간시킴으로써, 정반 본체 (12) 를 가공물 (1) 표면에 맞추어 회동할 수 있도록 되어 있다.

제 2 소형 연마 정반 (20) 은, 마찬가지로 평면 연마 장치 (10) 의 제 2 Z 축에 설치되는 구동축 (28) 의 하단부에 장착되는 것으로서, 제 1 연마 정반 (11) 과 크기가 상이하고, 동일한 구조로 이루어지는 정반 본체 (21) 와, 이 정반 본체 (21) 의 하면에 부착된 연마 패드 (22) 와, 정반 본체 (21) 의 상부에 설치된 플로팅 기구 (23) 와, 구동 핀 (24) 과, 고정 지그 (25) 등으로 구성되어 있다. 각각의 부분에 대해서는, 제 1 연마 정반 (11) 과 동일하기 때문에, 상세한 설명을 생략한다.

지지대 (31) 는, 상면의 평면 정밀도가 우수한 직사각 상자형으로 형성된 테이블이 사용되고, 그 테이블 상면의 크기는 가공물 (1) 의 크기보다 약간 큰 치수의 것이 사용된다. 이 지지대 (31) 의 상면에는, 가공물 유지용 고무 시트 (32) 가 부착된다. 연마할 때에는, 고무 시트 (32) 의 상면에 가공물 (1) 을 탑재하여 고정된다.

Y 축 구동부 (33) 는, 1쌍의 Y 축용 지지대 (34) 와, 이들 Y 축용 지지대 (34) 에 각각 설치된 1쌍의 가이드 레일 (35, 36) 과, 각각의 Y 축용 지지대 (34) 에 설치된 Y 축 구동 모터 (37) 와, 이 Y 축 구동 모터 (37) 에 각각 구동되는 볼 나사 (38) 등으로 구성되어 있다.

X 축 구동부 (40) 는, 이동용 지지대 (41) 와, 이 이동용 지지대 (41) 에 X 축 방향을 따라서 설치된 1쌍의 가이드 레일 (42, 43) 과, 이동용 지지대 (41) 의 일방의 단부 측에 설치된 X 축 구동 모터 (44) 와, 이 X 축 구동 모터 (44) 에 구 동되는 볼 나사 (45) 와, 이 볼 나사 (45) 의 구동과 함께 X 축 방향으로 이동하는 베이스판 (46) 등으로 구성되어 있다.

Z 축 구동부 (50) 는, 베이스판 (46) 의 제 1 Z 축 방향으로 설치되는, 제 1 Z 축 구동부 (51) 및 제 2 Z 축 구동부 (52) 로 구성되어 있다. 제 1 Z 축 구동부 (51) 는, 하우징 (53) 과, 에어 실린더 (54) 와, 회전 구동 모터 (55) 와, 구동력을 전달하는 풀리 (56, 57) 와, 풀리 (56, 57) 사이에 걸려 있는 타이밍 벨트 (58) 등으로 구성되고, 에어 실린더 (54) 에 의하여 가압력이 가해짐과 함께, 회전 구동 모터 (55) 에 의하여 회전력이 가해지는 구동축 (18) 이, 하우징 (53) 내에 있어서 베어링 기구에 의하여 지지되고, 그 하단부 측에 연마 정반 (11) 이 장착되어 있다. 제 2 Z 축 구동부 (52) 는, 하우징 (59) 과, 에어 실린더 (60) 와, 회전 구동 모터 (61) 와, 구동력을 전달하는 풀리 (62, 63) 와, 풀리 (62, 63) 사이에 걸려 있는 타이밍 벨트 (64) 등으로 구성되고, 에어 실린더 (60) 에 의하여 가압력이 가해짐과 함께, 회전 구동 모터 (61) 에 의하여 회전력이 가해지는 구동축 (28) 이, 하우징 (59) 내에서 베어링 기구에 의하여 지지되고, 그 하단부 측에 연마 정반 (20) 이 장착되어 있다.

베이스판 (46) 의 하우징 (53) 근방에는, 레이저 측장기 (65) 가 브래킷 (66) 을 통하여 장착되어 있다. 이 레이저 측장기 (65) 는, 가공물 (1) 이 지지대 (31) 에 고정된 후, 레이저 측장기 (65) 로부터 가공물 (1) 표면까지의 거리를 미크론 단위로 측정하는 것이다. 이 거리 변화는, 가공물 (1) 표면의 기복으로서 최종적으로 산출된다.

이 레이저 측장기 (65) 는, 정밀 기기이기 때문에 연마 가공을 하고 있는 바로 옆에 고정 장착되면 세륨 연마액 등이 부착되어, 그 성능이 열화되기 때문에, 여기에는 도시하지 않은 보호 커버에 의하여 연마 작업 중에는 보호되게 된다. 통상적으로는, 연마 작업 종료 후, 가공물 (1) 의 표면을 청소하여 청정하게 하고, 다시 레이저 측장기 (65) 로 측정함으로써 표면 기복 상태를 알 수 있다. 이 기복을 비교함으로써 소정의 연마가 달성되었는지 여부를 정확하게 파악할 수 있다.

상기 구성의 평면 연마 장치 (10) 는, 지지대 (31) 상에 고무 시트 (32) 를 깔고 직사각형상으로 형성된 하나의 대형 가공물 (1) 이 배치되고, 그 가공물 (1) 의 상부에서, 상이한 2개의 Z 축을 따라서 각각 설치된 제 1 대형 연마 정반 (11) 또는 제 2 소형 연마 정반 (20) 이, 각각 제 1 Z 축 구동부 (51) 또는 제 2 Z 축 구동부 (52) 에 의하여, 각각 가압력 및 회전력이 가해지고, 그 상태에서 Y 축 구동부 (33) 및 X 축 구동부 (40) 에 의하여, 가공물 (1) 의 상면을 Y 축 및 X 축을 따라서 이동되도록 되어 있다. 따라서, 본 실시형태의 평면 연마 장치 (10) 에 의하여, 지지대 (31) 상면에 깐 고무 시트 (32) 상에 설치된 직사각형 대형 가공물 (1) 의 상면을, 그 직사각형 대형 가공물 (1) 에 대해서, 제 1 대형 연마 정반 (11) 또는 제 2 소형 연마 정반 (20) 중 어느 것을 사용함으로써, 연마하고자 하는 영역만의 연마도 가능해지고, 또 전체 영역의 연마도 가능해진다.

상기의 평면 연마 장치 (10) 는, 제 1 대형 연마 정반 (11) 및 제 2 소형 연마 정반 (20) 을 구비하고 있음으로써, 이하에 설명하는 이점이 있다.

즉, 대형 가공물 (1) 에 대하여, 연마 정반이 어떠한 일정한 크기 하나만으로 구성 되어 있는 경우, 그 연마량을 일정하게 하기가 매우 어렵다는 것을 쉽게 알 수 있다. 왜냐하면, 가공물 (1) 중앙부는 모든 방향에서의 연마가 가능하지만, 직사각형의 변 주변부를 고려하면, 연마를 하기 위한 어프로치 방향은 180° 가 되고, 코너부는 더욱 좁아 90° 가 되기 때문이다. 이것은 직사각형 가공물 (1) 의 외측으로부터의 연마가 불가능하므로, 반드시 가공물 (1) 면 상에 연마 정반이 탑재되어야 하는 필요성에서 기인하는 것이다. 따라서, 오버행 양을 연마 정반의 절반, 최대로 하였을 경우에 실제는 오버행 양을 정반 직경의 1/3 이하 정도로 해야 하기 때문에, 더욱 좁은 영역에서의 연마가 된다.

따라서, 직사각형 가공물 (1) 을 가공물 치수보다 작은 소형 연마 정반에서 연마하는 경우에는, 필연적으로 가공물 (1) 중앙부와 비교하여 외주부의 연마량은 떨어지고, 또한, 그 네 모서리는 더욱 나빠지는 것이 보통이다. 이 문제를 해결하기 위해서는, 연마 정반을 가공물 (1) 이상으로 크게 하거나, 연마 정반을 작게 하여 문제 범위를 작게 하는 것이 고려된다. 대형 가공물 (1) 이상으로 큰 대형 연마 정반을 사용하는 것은, 기계의 대형화라는 문제점이 발생하기 때문에, 소형 연마 정반이 사용되게 된다. 그러나, 소형 연마 정반에서 가공물 (1) 전체 면을 연마하는 것은 불합리하므로, 연마 정반을 모서리나 변 근방에서는 소형 연마 정반을 선택하는 것이 고려된다. 본 실시형태의 평면 연마 장치 (10) 에서는, 대형 가공물 (1) 의 편면을, 상이한 2개의 Z 축을 따라서 각각 설치된 제 1 대형 연마 정반 (11) 및 제 2 소형 연마 정반 (20) 을 선택적으로 사용하여 평면 연마함으로써, 상기 문제를 해결할 수 있다.

또한, 미리 가공물에 흠집 등이 발생하였고 이미 알고 있는 경우에는, 흠집부를 무시하고, 전체 면을 연마해야 하는 것 또한 불합리하다. 따라서, 이러한 경우, 본 실시형태의 평면 연마 장치 (10) 에서, 상부는 소형 연마 정반 (20) 으로 주로 연마하고, 연마 흠집을 완화시킬 요령으로 대형 연마 정반 (11) 을 사용할 수 있게 된다.

도 4 ∼ 도 7 은 본 발명 2 실시형태의 평면 연마 장치를 설명하는 도면으로서, 도 4 는 평면 연마 장치의 평면도, 도 5 는 평면 연마 장치의 정면도, 도 6 은 연마 정반을 설명하는 확대 단면도, 도 7 은 A-A 선 단면도이다. 또한, 제 1 실시형태에 대응하는 부분 및 부재는 동일한 부호를 기재하고 상세한 설명을 생략한다.

본 실시형태의 평면 연마 장치 (100) 는, 하나의 대형 직사각형 유리판으로 이루어지는 가공물 (1) 의 편면을, 동일한 Z 축을 따라서 각각 설치된 제 1 대형 연마 정반 (70) 및 제 2 소형 연마 정반 (80) 에 의하여 평면 연마하는 장치이다. 가공물 (1) 을 수평으로 유지하는 지지대 (31), 제 1 대형 연마 정반 (70) 및 제 2 소형 연마 정반 (80) 을 구동시키는 Y 축 구동부 (33) 및 X 축 구동부 (40) 는, 제 1 실시형태와 동일하다. 따라서, 제 1 대형 연마 정반 (70) 및 제 2 소형 연마 정반 (80) 과, Z 축 구동부의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.

제 1 대형 연마 정반 (70) 은, Z 축에 설치되는 파이프상으로 형성된 구동축 (69) 의 하단부에 장착되는 것으로, 정반 본체 (71) 와, 이 정반 본체 (71) 의 하 면에 부착된 연마 패드 (72) 와, 정반 본체 (71) 의 상부에 설치된 링 (73), 핀 (74), 링 (75), 핀 (76) 의 링크 연결에 의하여 실현되는 플로팅 기구와, 고정 지그 (77) 등으로 구성되어 있다.

정반 본체 (71) 는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 직경 (D) 이 평탄한 원반상으로 형성되고, 외주부는, 가공물 (1) 로부터 받는 압력에 의하여 릴리프가 발생되도록 박육부 (71a) 에 형성되고, 중심부에는 구멍 (71b) 이 형성되어 있다. 링 (73) 은, 정반 본체 (71) 의 중앙 상부에 장착되어 있다. 이 링 (73) 은, 2개의 핀 (74) 를 통하여 다른 링 (75) 에 회동 가능하게 연결되고, 게다가, 이 링 (75) 이 다른 2개의 핀 (76) 에 의하여 구동축 (69) 에 회동 가능하게 연결되어 가요성 조인트 기구에 의하여 플로팅 기구가 구성되어 있다. 고정 지그 (77) 는, 플로팅 기구의 상부 측의 구동축 (69) 에 상하 위치가 이동 가능하도록 장착되어 있다. 즉, 고정 지그 (77) 를 하방으로 이동시켜 플로팅 기구의 링 (73) 상부에 맞닿게 함으로써, 정반 본체 (71) 를 수평으로 고정시키고, 고정 지그 (77) 를 상부로 이동시켜 링 (73) 의 상부로부터 이간시킴으로써, 정반 본체 (71) 를 가공물 (1) 표면에 맞추어 회동할 수 있도록 되어 있다.

제 2 소형 연마 정반 (80) 은, 제 1 대형 연마 정반 (70) 과 동일한 Z 축 방향의 중심축을 갖는 파이프상으로 형성된 구동축 (69) 내에 설치된 구동축 (78) 의 하단부에 장착되는 것으로서, 제 1 연마 정반 (70) 의 구멍 (71b) 에 들어가는 크기로 형성된 하면에 연마 패드를 부착시킨 정반 본체 (81) 와, 플로팅 기구 (82) 와, 구동 핀 (83) 과, 고정 지그 (84) 등을 구비하는 점에서는, 제 1 실시형태의 제 2 소형 연마 정반 (20) 과 동일하다.

먼저, Z 축 구동부는, 볼 나사 (45) 의 구동과 함께 X 축 방향으로 이동하는 베이스판 (67) 에 설치된, 제 1 대형 연마 정반 (70) 을 구동시키는 제 1 Z 축 구동부 (85), 및 제 2 소형 연마 정반 (80) 을 구동시키는 제 2 Z 축 구동부 (92) 등으로 구성되어 있다.

제 1 Z 축 구동부 (85) 는, 회전 구동 모터 (86) 와, 이 구동력을 전달하는 풀리 (87, 88) 와, 풀리 (87, 88) 사이에 걸려 있는 타이밍 벨트 (89) 와, 에어 실린더 (90) 와, 이 에어 실린더 (90) 의 가압력을 구동축 (69) 에 전달하는 구동부 (91) 등으로 구성되어 있다. 이 에어 실린더 (90) 의 가압력 및 회전 구동 모터 (86) 의 회전력이, 베이스판 (67) 에 설치된 하우징 (68) 의 베어링 기구를 통하여, 구동축 (69) 으로부터 제 1 대형 연마 정반 (70) 에 전달되도록 되어 있다.

제 2 Z 축 구동부 (92) 는, 회전 구동 모터 (93) 와, 이 구동력을 전달하는 풀리 (94, 95) 와, 풀리 (94, 95) 사이에 걸려 있는 타이밍 벨트 (96) 와, 에어 실린더 (97) 등으로 구성되어 있다. 이 에어 실린더 (97) 의 가압력 및 회전 구동 모터 (93) 의 회전력이, 베이스판 (67) 에 설치된 하우징 (68) 의 베어링 기구를 통하여, 구동축 (78) 으로부터 제 2 소형 연마 정반 (80) 에 전달되도록 되어 있다.

상기 구성의 평면 연마 장치 (100) 는, 제 1 실시형태의 평면 연마 장치 (10) 와 마찬가지로, 제 1 대형 연마 정반 (70) 및 제 2 소형 연마 정반 (80) 을 구비하고 있음으로써, 대형 가공물 (1) 의 편면을, 각각 설치된 제 1 대형 연마 정 반 (70) 및 제 2 소형 연마 정반 (80) 을 선택적으로 사용하여 평면 연마함으로써, 제 1 실시형태의 평면 연마 장치 (10) 와 동일한 문제를 해결할 수 있다. 게다가, 이 본 실시형태에 있어서는, 동일 축에 대형 및 소형의 연마 정반 (70 및 80) 을 설치한 구성을 갖기 때문에, 제 1 실시형태와 같은, 상이한 2개의 Z 축을 따라서 각각 제 1 대형 연마 정반 (11) 및 제 2 소형 연마 정반 (20) 이 설치되는 구조보다 소형화가 용이해져, 적은 공간에 설치할 수 있다.

다음으로, 상기한 바와 같은 평면 연마 장치 (10, 100) 를 사용한 대형 가공물 (1) 의 연마 방법에 대하여 설명한다. 도 8 및 도 9 는 연마 패턴에 따른 연마량을 설명하는 도면이다.

먼저, 연마 개시 전의 대형 가공물 (1) 에 대해서는, 일반적으로 표면 기복이 발생되어 있기 때문에, 레이저 측장기 (65) 에서 표면 기복 상태를 사전에 측정하고, 그 요철에 따라 연마량을 산정하고, 다음으로 가공물 (1) 각 부의 연마량에 적합한 연마 패턴의 조합을 실시함으로써 연마를 실행한다.

먼저, 평면 연마 장치에 의한 연마 패턴의 조합 선정에 있어서, 대형 가공물 (1) 상면에서, 임의의 동작이 가능하지만, 어느 종류의 연마 패턴이 좋은지는 불명확하다. 따라서, 미리 복수 종류의 상이한 연마 패턴 1, 2, 3,···n 에 있어서, 가공물 (1) 각 부에서의 연마량은 얼마인지를 알아 둘 필요가 있다.

다음으로, 연마 패턴에 따라 가공물 (1) 각 부의 연마량의 차이를 알 수 있으면, 그리고 목적으로 하는 각 부의 연마량이 추정되면, 각 연마 패턴의 연마량과 목적으로 하는 연마량의 상관관계를 취했을 때, 상관관계가 높은 연마 패턴의 조 합, 예를 들어, 연마 패턴 1, 3, 6, 8 등에 의하여 사용 연마 패턴이 선택된다.

다음으로, 상관관계에 따라 연마 패턴의 조합이 결정되면, 각 패턴의 반복 횟수를 결정할 필요가 있지만, 이 결정에는 중회귀를 사용하면 계수로서 용이하게 결정할 수 있다.

연마 패턴에 따른 연마량의 차이에 대하여 구체예를 나타낸다. 연마 조건으로서, 연마 정반은, 외경 300㎜, 내경 100㎜ 이 정반에 연마 패드로서 경질 패드를 부착시키고, 연마재로서 세륨을 사용하였다. 연마 정반의 회전수를 250rpm, 연마압 200g/㎠ 로 하였다. 가공물 사이즈는, 520×800×5t 이었다.

먼저, 연마 패턴 예로서, x, y 평면, 즉 가공물 (1) 면 상에서 「の 자」 를 연속적으로 이어 반복하는 패턴을 연마 패턴 1 로 하고, 이 경우의 연마량을 도 8 에 나타낸다. 평균 연마량은 0.0085㎜ 이고 최대 연마량은 0.0164㎜, 최소 연마량은 0.0019㎜ 가 되었다. 이 연마 패턴의 특징은 가공물 종방향의 중앙부의 연마량이 큰 것을 나타내고 있다.

다음으로, 연마 패턴 2 로서, 외주부를 중점적으로 연마하는 패턴 예를 도 9 에 나타낸다. 평균 연마량은 0.0073㎜, 최대 연마량은 0.0134㎜, 최소 연마량은 0.0008㎜ 이고, 종방향 네 모서리부의 연마량이 큰 것을 나타내고 있다.

이상의 연마량은, 각각 동일한 패턴을 20회, 40회 반복한 결과의 연마량이기 때문에 1패턴 1회의 연마량은, 20분의 1, 40분의 1 이 된다. 이 2패턴의 조합에 의해서도 각각의 횟수, 패턴 1 을 5회, 패턴 2 를 10회의 조합과, 패턴 1 을 10회, 패턴 2 를 5회로 동일한 전체 연마량이어도, 연마량의 차이가 있는 것을 용이 하게 판단할 수 있다.

패턴 수가 많아져 목적으로 하는 연마량을 달성하기 위한 조합이 많아지면, 그 최적화는 매우 어려워진다. 여기서, 목적으로 하는 연마량에 대하여 각각의 패턴과의 상관관계를 취하고, 상관관계가 높은 패턴의 조합을 추가로 중회귀시켜, 연마 패턴을 선택하는 것이 합리적으로 선택된다.

이 선택을 용이하게 더욱 최적화하기 위해서는, 연마 패턴, 즉 연마량이 상이한 패턴을 가능한 한 많이 가질 필요가 있다. 그러기 위해서는, 실제 연마량에 큰 영향을 주는 연마 정반 치수도 다양하게 갖는 것이 유리해진다. 그러나 연마 정반을 단체(單體)로 갖는 연마 장치에서는, 패턴의 변경마다 연마 정반을 교체할 필요가 발생한다.

또한, 이 경우, 연마량 이외에 연마 표면을 고려하면, 동일한 연마 패턴을 계속 실시하면, 면 조도에 문제가 발생하는 것은 용이하게 예상된다. 따라서 동일한 연마 패턴을 2회 실시한다고 해도 그 사이에 상이한 연마 패턴을 삽입하는 것이 바람직하다.

이와 같이 되면, 연마 정반을 패턴 변경과 함께 끊임없이 교체할 필요가 발생하여, 생산성을 저해하게 된다.

이들 2개의 문제의 해결책으로서, 동일 기계 내에 대소 치수가 상이한 연마 정반을 미리 구비한 연마 장치가 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 연마 방법에서는, 연마 개시 전의 대형 가공물 (1) 에 대해서는, 레이저 측장기 (65) 등에 의하여 표면 기복 상태를 사전 에 측정하고, 그 요철에 따라 연마량을 산정하고, 다음으로 가공물 (1) 각 부의 연마량에 적합한 연마 패턴을 조합함으로써, 대형 가공물 (1) 표면의 전체 영역을 양호한 정밀도로 평면 연마할 수 있다.

직사각형 유리판으로 이루어지는 가공물의 편면을 양호한 정밀도로 연마하는 평면 연마 장치 및 연마 방법에 사용할 수 있다.

Claims

지지대의 표면에 수평으로 유지된 가공물 표면을, 하면에 연마 패드가 부착된 연마 정반에 의하여 평면 연마하는 평면 연마 장치에 있어서,

상기 연마 정반은, 회전력 및 가압력이 가해지면서 이동하는 구동축의 단부에, 플로팅 기구를 통하여 장착되고, 또한 상기 플로팅 기구 근방의 구동축에는, 상기 연마 정반의 연마면이 상기 지지대의 표면에 수평으로 고정되도록 상기 플로팅 기구를 고정시킴과 함께, 그 플로팅 기구의 고정을 해제하여 상기 연마 정반의 연마면이 상기 가공물 표면을 따라서 움직이는 것을 가능하게 하는 고정 지그를 설치한 것을 특징으로 하는 평면 연마 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연마 정반은, 상이한 2개의 Z 축을 따라서 각각 설치된 제 1 대형 연마 정반 및 제 2 소형 연마 정반을 갖는 것을 특징으로 하는 평면 연마 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연마 정반은, 동일한 Z 축을 따라서 각각 설치된 제 1 대형 연마 정반 및 제 2 소형 연마 정반을 갖는 것을 특징으로 하는 평면 연마 장치.
지지대의 표면에 수평으로 유지된 가공물 표면을, 하면에 연마 패드가 부착 된 연마 정반에 의하여 평면 연마하는 연마 방법에 있어서,

상기 연마 정반에 의하여 연마 개시 전에 상기 가공물 표면의 기복을 사전에 측정하고, 그 측정한 기복에 기초하여 연마량을 산정하고, 다음으로 상기 가공물 각 부의 연마량에 적합한 복수의 연마 패턴을 조합하여 평면 연마하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.