(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに逆方向又は同方向に回転する上定盤及び下定盤を用いる回転型研磨定盤の上下定盤
間に挟まれ、キャリアの穴内に保持された工作物の上下両面を研磨する方法において、
キャリアの穴は工作物が定盤の外周寄りに位置するように少なくとも１個設け、キャリア
の回転により工作物を自転させるための歯車機構を使用しないで、
定盤の表面構造又は定盤表面に貼付したポリシャの表面構造を定盤半径方向にみて、工作
物の中心を境にして定盤の内周側と外周側とで異ならせて、工作物と定盤又は定盤表面に
貼付したポリシャとの定盤半径方向の実際の接触面積の違いによる前記内周側と外周側と
の接触摩擦力の差異を用いて工作物を自転運動させ、上下の研磨定盤と工作物との相対運
動で、工作物を研摩加工することを特徴とする両面研磨法。
【請求項２】
請求項１記載の方法を実施するために用いる装置であって、
上定盤と下定盤のどちらかの一方の表面、又は該表面に貼付したポリシャが、外周側から
定盤の回転中心方向へ一定の距離の位置まで円周状に相手定盤側への突出段差が形成され
、この段差の縁の位置は、工作物の中心より一定距離だけ定盤の回転中心寄りであり、
他の一方の表面、又は該表面に貼付したポリシャは、定盤の回転中心から外周方向へ一定
の距離の位置まで円周状の相手定盤側への突出段差が形成されており、この段差の縁の位
置は、工作物の中心より一定距離だけ定盤の外周側寄りであり、
段差により低くなった領域の工作物表面は定盤表面、又は該表面に貼付したポリシャと接
触せず、上下両定盤が工作物の上下面と重なって接触する定盤半径方向の幅は、工作物の
中心（中心に環状穴を持つ工作物では、穴の壁面）を起点として工作物の直径の１０％以
内としたことを特徴とする両面研摩装置。
【請求項３】
請求項１記載の方法を実施するために用いる装置であって、
上定盤と下定盤の表面に貼付した円形ポリシャは、工作物の中心を境にして、その内周側
又は外周側に溝や穴を持ち、定盤半径方向にみて工作物とポリシャとの実際の接触面積を
異ならせた表面構造としたことを特徴とする両面研摩装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属（鉄鋼・非鉄金属）や非金属（セラミック・ガラス・プラスチック）等の
研磨加工に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遊離砥粒を分散させた研磨剤を介して工作物とラップ(lap)を擦り合わせて研磨するラッ
ピングや金属よりも軟らかいポリシャ(polisher)と呼ばれる工具を用いて研磨するポリシ
ング等の研磨加工は、機械加工の最終仕上げ工程に用いる加工法であり、近年の機器の高
品位化に伴い、重要性を増している加工法である。この加工法では、微小に工作物表面を
除去していくため、加工能率が悪く、加工コストが高くなるため、加工能率の向上が強く
求められている。
【０００３】
研磨加工には、片面、両面、曲面等多くの加工作業があるが、基本的に、図１０に示すよ
うに、研磨定盤(surface plate)１０上（ポリシングの場合は、定盤上に貼付したポリシ
ャ１１上）に、キャリア１３等で保持されてｎの速度で回転するホルダ１４内に収容され
た工作物３を圧力Ｐで押しつけ、研磨定盤１０上（ポリシングの場合はポリシャ１１上）
に遊離砥粒１２を含む研磨液１５を滴下しながら研磨定盤１０をＮの速度で回転し、その
回転と工作物３の回転との相対運動により、工作物３の表面を遊離砥粒１２で除去し、表
面を高平滑にしていく加工法である。ポリシャとしては、不織布やスエ−ドタイプ（sued
e-type）のプラスチックが用いられることが多い。この研磨加工における現状の最高研磨
速度は2m/s程度であると考えられる。
【０００４】
これに対して、近年、本発明者は、磁気ディスク基板の片面ポリシング加工の研究で、現
在、一般に行われている最高ポリシング速度の2m/sよりも数倍以上も高速のポリシングを
行い、研磨除去速度は格段に向上するが、研磨平滑度はほとんど変わらないという、非常
に有用な結果を見いだしている（非特許文献１）。また、高圧力ポリシングの方が、除去
速度が大きく、高能率に加工が行えることも示している。このような高速化・高圧化は、
他のポリシング作業やラッピング作業等の研磨加工でも有効であると考えられる。
【０００５】
この高速・高圧力研磨加工法は、図１１に例を示すように、上定盤１と下定盤２との間に
太陽ギヤ１６及びインターナルギヤ１７からなる歯車を用いた現在の両面研磨加工法では
、工作物３の回転用キャリア１３が高圧力や高速回転で生じる高負荷力に耐え得ないため
に、適用出来ない。すなわち、現在行われている両面研磨加工の多くは、平行回転定盤（
ポリシングの場合は、定盤上に貼付したポリシャ）間に、工作物３を保持する歯車刃を外
周に持つキャリア１３内に置き、そのキャリア１３を歯車で自転と公転させることにより
、工作物３を研磨している。キャリア１３を回転する歯車は、研磨定盤の中心にある太陽
ギア１６と研磨定盤の外周側にあるインタ−ナルギア１７により行われる。研磨定盤の回
転速度と研磨圧力の最大条件は、そのキャリア１３の強度も加味して決められるが、キャ
リア１３が薄く、強度も高くないため、太陽ギア１６、インタ−ナルギア１７、キャリア
１３等で構成される歯車伝達機構に許容回転速度が生じ、研磨定盤の回転速度には、限界
がある。そして、実用的には、現在行われている2m/s程度が両面研磨速度の限界となって
いる。また、研磨圧力も大きくできなくなっている。
【０００６】
このように、通常の両面研磨加工では、2m/sを研磨速度限界として、その研磨速度範囲内
で研磨圧力もそれほど大きくしないで、加工が行われていると言える。このため、より高
能率研磨加工が出来る高速・高圧両面研磨加工法の開発が期待されている。
【０００７】
【非特許文献１】H.YASUI, T.FUKAMACHI, S.SAKAMOTO, S.TAKAKURA: High Removal Rate Ultra-Smoothness Polishing of NiP Plated Aluminum Magnetic Disk Substrate by Means of High Polishing Speed with High Polishing Pressure，Proc. ASPE 17th Annual Meeting, pp.689-692, Oct. 20-25, 2002, St.   Louis, USA(2002.10)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
既存のキャリアを回転させる歯車を用いた両面研磨盤では、工作物を歯車機構で回転させ
るキャリアの耐負荷力に問題があり、現状で行われている研磨圧力・速度を相当上回る高
速・高圧研磨加工が出来ない。このため、近年、本発明者によって見出された高速・高圧
研磨加工法による研磨加工の高能率化が出来なくなっており、新たな概念の高速両面研磨
加工法とその実施のための研磨装置を製作することが課題になっている。また、研磨装置
の低価格化も大きな解決課題の一つである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、（１）互いに逆方向又は同方向に回転する上定盤及び下定盤を用いる回転型研
磨定盤の上下定盤間に挟まれ、キャリアの穴内に保持された工作物の上下両面を研磨する
方法において、キャリアの穴は工作物が定盤の外周寄りに位置するように少なくとも１個
設け、キャリアの回転により工作物を自転させるための歯車機構を使用しないで、定盤の
表面構造又は定盤表面に貼付したポリシャの表面構造を定盤半径方向にみて、工作物の中
心を境にして定盤の内周側と外周側とで異ならせて、工作物と定盤又は定盤表面に貼付し
たポリシャとの定盤半径方向の実際の接触面積の違いによる前記内周側と外周側との接触
摩擦力の差異を用いて工作物を自転運動させ、上下の研磨定盤と工作物との相対運動で、
工作物を研摩加工することを特徴とする両面研磨法、である。
【００１０】
また、本発明は、（２）上記（１）の方法を実施するために用いる装置であって、
上定盤と下定盤のどちらかの一方の表面、又は該表面に貼付したポリシャが、外周側から
定盤の回転中心方向へ一定の距離の位置まで円周状に相手定盤側への突出段差が形成され
、この段差の縁の位置は、工作物の中心より一定距離だけ定盤の回転中心寄りであり、他
の一方の表面、又は該表面に貼付したポリシャは、定盤の回転中心から外周方向へ一定の
距離の位置まで円周状の相手定盤側への突出段差が形成されており、この段差の縁の位置
は、工作物の中心より一定距離だけ定盤の外周側寄りであり、段差により低くなった領域
の工作物表面は定盤表面、又は該表面に貼付したポリシャと接触せず、上下両定盤が工作
物の上下面と重なって接触する定盤半径方向の幅は、工作物の中心（中心に環状穴を持つ
工作物では、穴の壁面）を起点として工作物の直径の１０％以内としたことを特徴とする
両面研摩装置、である。
【００１１】
また、本発明は、（３）上記（１）の方法を実施するために用いる装置であって、上定盤
と下定盤の表面に貼付した円形ポリシャは、工作物の中心を境にして、その内周側又は外
周側に溝や穴を持ち、定盤半径方向にみて工作物とポリシャとの実接触面積を異ならせた
表面構造としたことを特徴とする両面研摩装置、である。
【発明の効果】
【００１２】
以上、本発明の方法では、従来の歯車で回転させるキャリアを使用した研磨法では実現困
難であった、高速・高能率両面研磨が可能であり、従来の方法に対して、次のような効果
がある。
（１）本発明の研磨装置での両面研磨速度は、従来の歯車機構で回転させるキャリアを使
用した両面研磨加工機における常用最高研磨速度の２m/sに比較して、理論的には、１０
倍以上の高速化が可能である。
（２）高速・高圧両面研磨にすると、研磨除去速度は、現在の常用速度の研磨加工の場合
に比較して、格段の高能率研磨加工が可能である。
（３）研磨速度は、平滑度には大きな影響を及ぼさないため、本研磨法によって高除去速
度で形成される平滑度は、従来の両面研磨加工機によって形成される平滑度と大きな変化
がない。
（４）本発明の研磨方法では、キャリアを駆動せず、キャリアの駆動のための歯車を使用
しないため、低価格で装置を製作することが出来る
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、キャリアを回転させるための歯車機構を使用しない本発明の両面研磨法の概念斜
視図である。図２は、本発明の回転型両面研磨装置の上下両定盤の部分断面図及び上下両
定盤と工作物の接触状態を示す一部拡大図である。本発明の方法では、図１に示すように
、キャリアの駆動のための歯車を使用せず、上定盤１と下定盤２の平行回転型両面研磨定
盤を回転させるだけで、工作物３を両面研磨する。
【００１４】
互いに逆方向又は同方向に回転する上定盤１及び下定盤２の間にキャリア１３の穴内に保
持された工作物３を挟む。図１及び図２において、工作物３は中心部に環状穴をもつ円盤
状基板である。キャリア１３の穴は工作物３が定盤の外周寄りに位置するように少なくと
も１個設ける。キャリア１３の回転は行わない。工作物３と上下の定盤１、２（ポリシン
グの場合はポリシャ）との接触摩擦力の生じる接触領域を工作物３の全面としないで、該
接触領域を、定盤の半径方向にみて工作物の中心を境にして、上定盤１では内周側、下定
盤２では外周側になるように異ならせることにより工作物の中心を境にして接触摩擦力の
差異を創出し、かつ該接触摩擦力によって工作物の上下面に同一方向の回転力を生じさせ
て工作物３を自転運動させる。そして、上下の研磨定盤１、２と自転する工作物３との相
対運動で、工作物３の上下面を研摩加工する。なお、図２に示すように、砥粒を含む研磨
液１５は、上定盤１に設けた穴を介して、研磨面に供給される。研磨液は下定盤２又は上
下両定盤に設けた穴を介して、研磨面に供給してもよい。
【００１５】
図３に、接触摩擦力の生じる接触領域を異ならせる具体例を模式的に示す。図３（Ａ）は
、上下両定盤表面を加工して円周状に段差を設けた例を示す。また、図３（Ｂ）は、環状
のポリシャを上下両定盤表面上に貼り付けて段差を設けた例を示す。上下両定盤表面に円
周状に段差を設ける場合は、図３（Ａ）に示すように、下定盤２は、外周側から定盤の回
転中心方向へ一定の距離の位置まで円周状に相手定盤側への突出段差が形成されている。
この円周状に形成した段差の縁の位置は、工作物３の中心より一定距離（Ｘ１）だけ下定
盤２の回転中心寄りとする。この一定距離（Ｘ１）は、工作物３の直径の１０％程度以下
が好ましい。ただし、図３に示すように、中心に環状穴を持つ工作物３では、この一定距
離は、工作物３の直径の１０％程度以下、工作物の穴の壁面より下定盤２の回転中心寄り
（図中Ｘ２で示す幅）とする。段差により低くなった領域の工作物表面は定盤表面又は定
盤表面に貼付したポリシャと接触しないことになる。
【００１６】
上定盤１は、下定盤２とは逆に、上定盤１の回転中心から外周方向へ一定の距離の位置ま
で円周状に相手定盤側への突出段差が形成されている。この段差の縁の位置は、工作物の
中心より一定距離（Ｘ１）だけ上定盤の外周側寄りである。上定盤１の円周状に形成した
段差は、工作物３の中心を挟んで下定盤２の場合と対称的な位置にある。
【００１７】
このような形状を持つ上定盤１と下定盤２とを、両定盤１、２間に配置されたキャリア１
３で保持された工作物３に押し付ける。すなわち、工作物３の中心を境にして、定盤の外
周側寄りに円周状に段差をつけた上定盤１と、回転中心寄りに円周状に段差をつけた下定
盤２を、逆方向に回転させながら、両定盤１、２を工作物３に押し付けることになる。こ
れにより、工作物と定盤との間、又は工作物と定盤表面に貼付したポリシャとの間で定盤
半径方向にみて接触摩擦力が生じる接触領域と生じない接触領域との差異が創出される。
【００１８】
そして、上定盤１と下定盤２を、互いに逆方向に回転すると、上定盤１と工作物３の摩擦
力の方向と下定盤２と工作物３の摩擦力の方向とが工作物３の中心を挟んで逆方向になる
ため、工作物３に偶力が生じ、工作物の上下面に同一方向の回転力が生じるので工作物３
が容易に自転運動するようになる。この工作物３の自転運動とモーターにより回転する上
定盤１と下定盤２との相対運動で研磨加工を行う。
【００１９】
この場合、図示のように、工作物３の下面は、工作物３の中心を起点として、工作物３の
直径の１０％程度以下、下定盤２の回転中心寄りの部分まで下定盤２の表面に接触する。
また、工作物３の上面は、工作物３の中心を起点として、工作物３の直径の１０％程度以
下、上定盤２の外周側寄りの部分まで上定盤２の表面に接触する。工作物３の中心から一
定の幅が上下両定盤により重なるように支持されるために、両定盤の工作物３への押し付
けによる、工作物３の垂直方向曲げ変形が生じず、工作物３の平面度が保たれる。
【００２０】
なお、上下両定盤が工作物の上下面が重なって接触（「重複接触」という）する領域の定
盤半径幅（重複接触半径幅）は、重複接触していない領域の摩擦力による工作物の自転を
許容する幅であればよいが、工作物３の中心（中心に環状穴を持つ工作物では、穴の壁面
）を起点として工作物３の直径の１０％程度以内が好ましい。その理由は、上下定盤の重
複接触している面積では、反対側定盤の回転摩擦力と逆方向の摩擦力が工作物の中心を挟
んで働き、工作物の回転が妨げられるので、重複半径幅を出来るだけ小さくし、その影響
を無くすためである。
【００２１】
なお、本研磨装置は、モ−タ回転数を変えることにより高速化できるが、汎用の3600rpm
のモ−タを使用することにより、定盤直径３００ｍｍの場合で、通常のポリシング速度の
１０倍の約２０ｍ／ｓのポリシング速度が理論的には可能となる。
【００２２】
ポリシングの場合は、図３（Ａ）に示す定盤の段差の代わりに、図３（Ｂ）に示すように
、ポリシャ１１を工作物３と重複接触するように上下両定盤表面上に貼付する。これによ
り、上記の図３（Ａ）に示す定盤形状を用いた場合と同様に工作物３を自転させて研磨で
きる。また、図３（Ａ）に示す定盤形状の全面にポリシャを貼付して定盤の段差をポリシ
ャに反映させてもよい。
【００２３】
具体的な実施方法の他の例として、図４に示すように、定盤に貼付する円形ポリシャの内
周側又は外周側に溝や孔等を持たせたポリシャを使用し、定盤半径方向にみて工作物３の
中心を境にして、工作物とポリシャとの実際の接触面積（「実接触面積」という）に差を
設けるために、定盤半径方向の表面構造の違いを創出し、上述の定盤形状を変えた場合と
同様に、定盤半径方向にみて工作物３の中心を境にして、工作物とポリシャとの接触摩擦
力の大きさを変え、かつ該接触摩擦力によって工作物の上下面に同一方向の回転力を生じ
させて工作物の回転力を増加する方法も採用できる。
【００２４】
図４の（Ａ）に示す例は、上定盤のポリシャ１１であり、定盤外周部側に丸孔２１が環状
に多数空けられており、一方、定盤内周部側は丸孔は空けられていない。丸孔２１の面積
分はポリシャは基板と接触しないことになる。このため、定盤の回転中心から半径方向の
線上で一定の幅について見た場合、内周部側の方が、基板３とポリシャ１１との実接触面
積が大きくなる。一方、図４の（Ｂ）に示す下定盤側に貼付するポリシャの表面構造は、
上定盤とは、逆になっており、内周部側の方が、基板とポリシャとの実接触面積が小さく
なる。
【００２５】
図５は、本発明の回転型両面研磨装置の定盤に貼付するポリシャ表面構造を定盤半径方向
に変化させた場合のポリシャと工作物の接触状態を示す模式図である。図５に示すように
、工作物とポリシャとは実接触面積が定盤半径方向にみて異なることになり、また、上下
定盤のポリシャの表面構造は、定盤半径方向にみて逆になっているので、上定盤１と下定
盤２を、互いに逆方向に回転すると工作物３に偶力が生じ、工作物の上下面に同一方向の
回転力が生じるので工作物３が容易に自転運動するようになる。
【００２６】
この定盤に貼付する円形ポリシャの表面構造を変えて、内周側又は外周側に溝や丸孔等を
持たせたポリシャを使用する方法は、上述の定盤形状を定盤半径位置によって変え、接触
面積を変える場合よりも容易である。ポリシャを使用する方法の利点は、上述で示した定
盤形状で段差を付ける方法では、高精度機械加工が必要で、各種のポリシング作業に対応
して、定盤を加工するのは、多大の時間と労力を要するが、ポリシャの表面構造を変える
ことは、ポリシャが柔らかく、刃物などによる加工が容易である。また、ポリシャが決ま
った構造の場合は、型によって、大量に生産することが出来る。
【００２７】
以上の方法では、上定盤と下定盤は逆回転する方法の例であるが、上下定盤と工作物との
接触摩擦力を、共に外周側を大きくするような定盤やポリシャの表面構造にすることによ
り、上定盤と下定盤を同方向に回転させても両面研磨することが可能である。
【実施例１】
【００２８】
本発明の方法及び実施例を、図を参照して以下に示す。図６に示すように、キャリア１３
の穴内に収容した工作物（磁気ディスク基板）３の穴の壁面より下定盤２の回転中心寄り
5mm程度先の段差の縁の位置まで円周状に上定盤側へ突き出た段差形状をもつ下定盤２と
工作物３の穴の壁面より上定盤１の外周側寄り5mm程度先の段差の縁の位置までが円周状
に下定盤側へ突き出た段差形状をもつ上定盤１とを、工作物３に押し付ける型の両面研磨
装置を用いて、ポリシャ１１，１１に挟んだ磁気ディスク基板３のポリシング加工を行っ
た。 
【００２９】
図７は、従来使用されている最大ポリシング圧力約10kPaの約２倍強の24kPaで、従来の使
用最高ポリシング速度1.5m/sの約４倍以上の６m/sまでのポリシング条件で、磁気ディス
ク基板をポリシングした場合のポリシング時間と基板除去厚さの関係を示すものである。
本ポリシング加工法により、ポリシングを行うことが出来ることがわかる。
【００３０】
なお、従来の最大ポリシング圧力付近の12kPaと従来の最高ポリシング速度付近の1.5m/s
の実験条件において同じ実験を行ったところ、ポリッシング時間１０分で得られる除去厚
さは、約０．５μｍであったので、実験で使用したポリシング圧力24kPaと最高ポリシン
グ速度の6m/sの実験条件でで得られる除去厚さを、ポリシング時間１０分で比較すると、
除去速度は、約５倍となっており、本発明加工法の有用性がわかる。このことから、さら
に、ポリシング速度を高速化すれば、片面ポリシングの場合と同様、さらに、高除去速度
が得られよう。
【００３１】
図８は、従来使用されている最大ポリシング圧力約10kPaの約２倍強の24kPaで、従来の使
用最高ポリシング速度1.5m/sの約４倍以上の６m/sまでのポリシング条件で、磁気ディス
ク基板をポリシングした場合のポリシング時間と基板平滑度の関係を示すものである。基
板平滑度は、ポリシング時間とともに、平滑化されていく。そして、いずれのポリシング
条件の場合とも、表面粗さHraは、最終的に0.3nmに近づきつつある。これは、従来片面ポ
リシングで得られていた表面粗さと同じ程度になっており、ポリシング圧力と速度を増加
したことは、大きな影響を示さないことがわかる。
【００３２】
図９は、図８の結果を示す一例で、従来の使用最高ポリシング速度1.5m/sの約４倍以上の
６m/sで、10分間ポリシングした場合の基板表面粗さの測定例である。図９（ａ）のポリ
シング圧力6kPaと図９ (ｂ）の24kPaの場合とも２次元的に測定した基板表面粗さHraは約
0.25nmで、超平滑面になっており、本加工法は、従来の方法と平滑度は同じあることを示
す。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の方法及び装置は、キャリアの回転を行わないので、キャリアの回転のための歯車
が必要ではないので、摩擦力により工作物が自転し得る速度及び圧力範囲まで、定盤を高
圧で高速回転することが出来、高速・高圧研磨が可能となる。また、キャリアを回転させ
る歯車を使用しないので、研磨装置を低価格で製作することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】キャリアを回転させるための歯車機構を使用しない本発明の両面研磨法の概念斜視図である。
【図２】本発明の回転型両面研磨装置の上下両定盤の部分断面図及び上下両定盤と工作物の接触状態を示す一部拡大図である。
【図３】本発明の回転型両面研磨装置の定盤の形状（Ａ）及びポリシャの形状（Ｂ）を示す模式図である。
【図４】本発明の回転型両面研磨装置の上定盤に貼付したポリシャ表面構造例（Ａ）と下定盤に貼付したポリシャ表面構造例（Ｂ）を示す模式図である。
【図５】本発明の回転型両面研磨装置の定盤に貼付するポリシャ表面構造を定盤半径方向に変化させた場合のポリシャと工作物の接触状態を示す模式図である。
【図６】実施例で用いた、両面研磨装置の定盤及びポリシャの形状を示す模式図である。
【図７】実施例で得られた、24kPaの高圧ポリシングで、ポリシング速度6m/sまでのポリシング条件でポリシングした場合のポリシング時間とポリシング除去厚さの関係を示すグラフである。
【図８】実施例で得られた、24kPaの高圧ポリシングで、ポリシング速度6m/sまでのポリシング条件でポリシングした場合のポリシング時間と工作物表面粗さの関係を示すグラフである。
【図９】実施例で得られた、6m/sの高速ポリシングを用い、ポリシング圧力6kPaと24kPaの条件で、10分間ポリシングした場合の工作物表面粗さHraを光干渉式高精度表面測定器（WYKO）で測定した結果を示す図面代用写真である。
【図１０】通常の研磨加工の原理を示す（ポリシング加工の例）模式図である
【図１１】従来の歯車機構を用いた両面研磨法の例を示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004198693.tif 000008
【図８】
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【図９】
0004198693.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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