(57)【要約】【課題】上下の回転研磨定盤の間に挟持したワークを、回転研磨定盤の外側にはみ出すまで水平方向に大きく揺動させても安定した研磨加工を可能にする。【解決手段】本発明に係る両面研磨装置１は、回転駆動される平坦な研磨上面２ａを有する下定盤２と、下定盤２に対向して配置され、回転駆動される平坦な研磨下面３ａを有する上定盤３と、研磨上面２ａと研磨下面３ａとの間に挟持されて研磨される板状のワーク１０を保持するワーク保持孔８ａを有するワークキャリア８と、ワークキャリア８を下定盤２と上定盤３との間に保持しながら、揺動軸２５を揺動中心にして水平方向に揺動し、ワークキャリア８を水平方向に移動させるキャリア揺動部材１９と、下定盤２の外周側を取り巻くように設けられ、研磨上面２ａと同じ高さでワークキャリア８の揺動方向沿いに遠心方向に延びる延長上面６３ａを有する延長部材６１とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される平坦な研磨上面を有する下定盤と、
前記下定盤に対向して配置され、回転駆動される平坦な研磨下面を有する上定盤と、
前記下定盤の研磨上面と、前記上定盤の研磨下面との間に挟持されて研磨される板状のワークを保持するワーク保持孔を有するワークキャリアと、
前記ワークキャリアを前記下定盤と前記上定盤との間に保持しながら、揺動軸を揺動中心にして水平方向に揺動し、前記ワークキャリアを水平方向に移動させるキャリア揺動部材と、
前記下定盤の外周に設けられ、前記研磨上面と同じ高さ、且つ前記ワークキャリアの揺動方向に沿って遠心方向に延びる延長上面を有する延長部材と、
を備えたことを特徴とする両面研磨装置。
【請求項２】
前記延長部材を、前記研磨上面の外周側を取り巻くように設けたことを特徴とする請求項１に記載の両面研磨装置。
【請求項３】
前記延長部材を前記下定盤と一体に回転するように設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の両面研磨装置。
【請求項４】
前記延長部材の上面に、前記下定盤の研磨上面よりも軟質かつ摩擦係数の小さい材質からなるパッド部材を敷設したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の両面研磨装置。
【請求項５】
前記キャリア揺動部材は、前記ワークが前記下定盤と前記上定盤の外周よりも外側にはみ出すまで水平方向に揺動させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の両面研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板状のワークの両面を平坦かつ平行にするために研磨を行う両面研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の両面研磨装置として、回転する上定盤と下定盤との間に、ワークよりも板厚がやや薄いワークキャリアを介在させ、このワークキャリアに形成されたワーク保持孔にワークを嵌めこみ、このワークを上定盤と下定盤とで挟むとともに、上定盤と下定盤を互いに逆方向に回転させ、さらにワークキャリアを一対の揺動アームにより保持して水平方向に大きく揺動させながらワークの両面を研磨するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
このように、逆方向に回転する上定盤と下定盤との間に挟んだワークを水平方向に大きく揺動させ、好ましくは平面視でワークの一部が上定盤と下定盤の外周よりも外側にはみ出すまで揺動させながら研磨することにより、ワークの両面を上定盤と下定盤の周速度の速い外周部付近の研磨面に効率良く接触させて研磨することができるため、ワークを揺動させない場合や、以前の遊星歯車装置を用いた両面研磨装置（特許文献２参照）等に比べて、ワークの平坦度を飛躍的に高めるとともに、上定盤と下定盤の直径を小さくすることができ、両面研磨装置を格段に小型化することができる。
【０００４】
ワークを揺動させないで回転定盤により研磨すると、ワークの中央部付近が定盤研磨面の周速度の遅い中央部分によって研磨され、ワークの端部付近が周速度の速い外周部分によって研磨され、その研磨量に差が生じるため、ワークの断面形状が略凸レンズ状となる懸念がある。このため、ワークの揺動幅は、平面視で、ワークの一部が上定盤と下定盤の外側にはみ出す位に設定しなければならない。
【特許文献１】特開２００７−９８５４２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ワークを揺動させる揺動機構（モータ等）への負荷を低減させるためには、ワーク自体よりも面積が大きいために高重量になりがちなワークキャリアを軽量化するのが効果的であり、そのためにはワークキャリアの材質を軽量な樹脂材料にするとともに、ワークキャリアの板厚を薄くする手法が採られる。
【０００６】
しかしながら、このような樹脂製の薄いワークキャリアでワークを保持しつつ、前述のようにワークの一部が上定盤と下定盤の外周よりも外側にはみ出すまでワークを揺動させながら研磨すると、ワークが定盤の外周からはみ出した際にワークキャリアのワーク保持孔の縁部がその柔軟性により下方に垂れ下がって下定盤の上面高さよりも低くなる場合があり、この状態でワークおよびワークキャリアが再び下定盤の研磨上面の範囲内に戻る際に、ワーク保持孔の縁部が下定盤の上面角部に干渉してしまい、ワークキャリアおよび揺動アームの動きが円滑にならず、ワークの研磨精度および仕上がりが不安定になる虞があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、上下の回転研磨定盤の間に挟持したワークを、回転研磨定盤の外側にはみ出すまで水平方向に大きく揺動させても、安定して研磨加工することのできる両面研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、本発明では、回転駆動される平坦な研磨上面を有する下定盤と、前記下定盤に対向して配置され、回転駆動される平坦な研磨下面を有する上定盤と、前記下定盤の研磨上面と、前記上定盤の研磨下面との間に挟持されて研磨される板状のワークを保持するワーク保持孔を有するワークキャリアと、前記ワークキャリアを前記下定盤と前記上定盤との間に保持しながら、揺動軸を揺動中心にして水平方向に揺動し、前記ワークキャリアを水平方向に移動させるキャリア揺動部材と、前記下定盤の外周に設けられ、前記研磨上面と同じ高さ、且つ前記ワークキャリアの揺動方向に沿って遠心方向に延びる延長上面を有する延長部材とを備えた両面研磨装置としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る両面研磨装置によれば、上下の回転研磨定盤の間に挟持したワークを、キャリア揺動部材によって回転研磨定盤の外側にはみ出すまで水平方向に大きく揺動させても、ワークキャリアに形成されたワーク保持孔の縁部が延長部材の延長上面に当接し、ワーク保持孔の縁部が下定盤の研磨上面よりも下がることがないため、ワークおよびワークキャリアが再び下定盤の上に摺動する際に、ワーク保持孔の縁部が下定盤の上面角部に干渉することを防止し、ワークを安定して研磨加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る両面研磨装置の実施の形態を示す側面図であり、図２は図１のII-II矢視による両面研磨装置の平面図であり、図３は図２のIII-III-III線に沿って展開した縦断面図である。
【００１２】
この両面研磨装置１は、円板形状を有する下定盤２と上定盤３とを備えている。下定盤２は平坦且つ円形の研磨上面２ａを有し、上定盤３は研磨上面２ａに対向して配置された平坦且つ円形の研磨下面３ａを有する。下定盤２は、装置本体下部４に内蔵された図示しないモータにより回転駆動され、上定盤３は装置本体上部５に内蔵された図示しないモータにより回転駆動される。また、上定盤３は上下動が可能であり、下定盤２側に向かって所定範囲の面圧力を持って押し付けることができる。
【００１３】
図２と図３に示すように、下定盤２の研磨上面２ａと上定盤３の研磨下面３ａとの間には、ポリカーボネート等の樹脂材料や軽金属材料等で形成された平板状のワークキャリア８が介入される。このワークキャリア８は、その対向する２辺が平行であり、残る２辺が円弧形状である。これは、必要な強度を維持しながら、不要な部分を省くことにより軽量化と資材の節約を図るためである。
【００１４】
ワークキャリア８の中央部には、例えば矩形形状を有する板状のワーク１０を保持するための四角形のワーク保持孔８ａが穿設され、その内寸はワーク１０の外寸よりも一回り大きく設定されている。ワークキャリア８の板厚はワーク１０の板厚よりも薄く設定される。
【００１５】
また、図４に拡大して示すように、ワーク保持孔８ａの内周縁部には嵌合溝８ｂが形成され、この嵌合溝８ｂにウレタンゴム等の軟質な弾性部材８ｃが嵌合される。この弾性部材８ｃは、ワーク１０の周囲が直接ワーク保持孔８ａの内周縁部に当接することを防止し、ワーク１０が傷付いたり破損することを回避するものである。
【００１６】
ワーク１０がワーク保持孔８ａに嵌め込まれて、下定盤２と上定盤３との間にワーク１０が挟持されると、ワークキャリア８の板厚がワーク１０の板厚よりも薄いために、下定盤２と上定盤３の面圧がワーク１０の上下面にのみ加わる。
【００１７】
ワークキャリア８は、平面視で外形が真円状（リング形状）のキャリア保持部材１４の内周側に保持される。図６にも拡大して示すように、キャリア保持部材１４はＬ字形の縦断面形状を有し、そのリング形状の内周側に張り出するフランジ部１４ａを備えている。そして、ワークキャリア８の円弧形状を有する両端部がフランジ部１４ａの上面に載置され、フランジ部１４ａに垂設された複数の位置決めピン１６がワークキャリア８を貫通することにより、ワークキャリア８がキャリア保持部材１４に対し一体回転するように設けられる。
【００１８】
上述のようにワークキャリア８が固定されたキャリア保持部材１４は、キャリア揺動部材１９により下定盤２と上定盤３との間に保持される。キャリア揺動部材１９は、両面研磨装置１の前方側（手前側）が開放された略C字形状の揺動アーム２０と、この揺動アーム２０の前部開放端の間を連結するアーム連結部材２１とを備えており、平面視でワークキャリア８の周囲を囲む略環状に形成されている。
【００１９】
キャリア揺動部材１９の周方向の一箇所、例えば両面研磨装置１の正面から向かってアーム連結部材２１の最も奥側となる位置に、鉛直な揺動軸２５が設けられている。この揺動軸２５は図示しない揺動機構によって時計廻り及び反時計廻りに繰り返し揺回運動する。このためキャリア揺動部材１９全体が揺動軸２５を揺動中心にして水平方向に揺動し、キャリア保持部材１４とワークキャリア８とワーク１０を水平方向に移動させる。
【００２０】
図２、図３に示すように、キャリア揺動部材１９の揺動アーム２０には、例えば１２０°間隔で３箇所にローラードライブ装置２８が設けられている。このローラードライブ装置２８は、揺動アーム２０の内周面に設けられた水平支軸周りに回転する支持ローラー３０と、揺動アーム２０の外周面に固定されたモーターブラケット３１と、このモーターブラケット３１の上面に縦置きに設置された駆動モーター３２と、この駆動モーター３２の垂直な主軸に設けられた駆動ローラー３３とを備えて構成される。
【００２１】
キャリア保持部材１４は支持ローラー３０の上に載置されるため、キャリア保持部材１４自身の重量及びキャリア保持部材１４に加わるワークキャリア８の重量が支持ローラー３０を経てキャリア揺動部材１９に支持される。支持ローラー３０は回転自在であるため、キャリア保持部材１４はキャリア揺動部材１９（揺動アーム２０）に対して自由に回転できる。
【００２２】
また、駆動ローラー３３は図示しない付勢手段によりワークキャリア８の外周面に圧接される。３基の駆動モーター３２は、同時に各々の駆動ローラー３３を同じ方向に等速で回転させ、これによりキャリア保持部材１４がワークキャリア８及びワーク１０と共にキャリア揺動部材１９に対して所定の回転方向に相対回転駆動される。
【００２３】
さらに、図２、図３、図５、図６に示すように、キャリア揺動部材１９には、例えば３箇所に転がり装置３５，３６，３７が設けられている。これらの転がり装置３５，３６，３７は、キャリア揺動部材１９の重量を下方から支持しつつ、キャリア揺動部材１９を水平方向に滑らかに移動可能にするためのものであり、平面視（図２参照）でキャリア揺動部材１９の、ワーク１０を挟んで揺動軸２５の反対側となる範囲Ｌに配置されている。
【００２４】
具体的には、３つの転がり装置３５，３６，３７のうち、２つの転がり装置３５，３６が、揺動軸２５を通る中心線Ｃを挟んで対称な位置となるように、例えば揺動アーム２０の両側のアーム先端部にそれぞれ設けられている。また、残る１つの転がり装置３７は、平面視で揺動軸２５から最も遠い位置であるアーム連結部材２１の中間部、かつ中心線Ｃ上に設けられている。
【００２５】
転がり装置３５，３６は、揺動アーム２０の最先端部外周面にローラーブラケット４１が固定され、このローラーブラケット４１に設けられた水平支軸に幅広な支持ローラー４４が回転自在に軸支され、この支持ローラー４４が装置本体下部４の上面４ａに固定された走行レール４６の上面に当接した構成である。
【００２６】
揺動アーム２０に対する支持ローラー４４の角度は、平面視（図２参照）で支持ローラー４４の軸心延長線４４ａが揺動軸２５に交わる角度に設定されている。また、走行レール４６の角度は軸心延長線４４ａに直交する角度とされている。支持ローラー４４の幅は走行レール４６の幅よりも格段に大きくされ、揺動アーム２０が如何に揺動しても支持ローラー４４が走行レール４６から外れないようになっている。なお、揺動アーム２０の揺動時における支持ローラー４４の走行軌跡曲線に合わせて走行レール４６を湾曲させ、その分支持ローラー４４の幅を狭める等しても良い。
【００２７】
一方、転がり装置３７は、図２及び図５、図６に示すように、装置本体下部４の上面４ａに２つのローラーブラケット４８が固定され、これらのローラーブラケット４８に設けられた前後方向に延びる２本の水平支軸に支持ローラー５１が回転自在に軸支された構成であり、支持ローラー５１の上にアーム連結部材２１が載置される。
【００２８】
さらに、アーム連結部材２１の上面２１ａにはローラーブラケット５３が固定され、このローラーブラケット５３が有する水平支軸に１個の支持ローラー５５が回転自在に軸支され、この支持ローラー５５の上にキャリア保持部材１４が載置される。この支持ローラー５５は、例えば装置本体下部４の上面４ａに直接ローラーブラケット（非図示）を設けてアーム連結部材２１を介さずに軸支してもよい。
【００２９】
そして、図２、図３、及び図７に示すように、下定盤２の研磨上面２ａの外周側を一周連続して取り巻く環状の延長部材６１が設けられている。この延長部材６１は、下定盤２の外周面に固定される短円筒状の固定面６２と、この固定面６２の上縁に繋がる鍔状のフランジ部６３とを備えており、固定面６２がボルト６４等の固定部材で下定盤２の外周面に固定されることにより、延長部材６１が下定盤２と一体に回転するように設けられる。固定面６２の固定高さは、フランジ部６３の上面により形成される延長上面６３ａが、下定盤２の研磨上面２ａと同じ高さとなり、且つワークキャリア８の揺動方向に沿って遠心方向に延びるように設定される。
【００３０】
図８および図９に示すように、下定盤２および上定盤３の回転中心軸線Ｏを中心とする延長上面６３ａの最大外径をＤとし、ワーク１０が水平方向に大きく揺動して下定盤２の研磨上面２ａから最も大きくはみ出した際における回転中心軸線Ｏからワーク１０の最外端辺の中間点Ｐ１までの距離をＬ１とすると、ＤとＬ１との関係がＤ＞Ｌ１となるようにＤの値が設定される。下定盤２および上定盤３に対するワーク１０の研磨面積及びその縦横寸法比等にもよるが、回転中心軸線Ｏからワーク１０の最外端点Ｐ２までの距離をＬ２とした場合に、Ｄ＞Ｌ２となるようにＤの値を設定するのが好ましい。
【００３１】
また、図７に示すように、延長上面６３の上面には、下定盤２の研磨上面２ａよりも軟質かつ摩擦係数の小さい材質からなるパッド部材６５が敷設されている。このパッド部材６５は、ワーク１０の最終仕上げ研磨工程時に研磨上面２ａおよび研磨下面３ａに貼着される研磨布６６と同等か、あるいはそれ以上に柔軟で滑りの良い素材により形成するのが好ましい。ただし、このパッド部材６５は必要不可欠なものではなく、場合によっては省略することもできる。
【００３２】
以上のように構成された両面研磨装置１において、ワーク１０の研磨を行なう場合には、図示しない昇降手段を駆動させて上定盤３を上昇させ、キャリア保持部材１４に保持されているワークキャリア８のワーク保持孔８ａにワーク１０を配置した後、昇降手段を駆動させて上定盤３を下降させ、下定盤２の研磨上面２ａと上定盤３の研磨下面３ａとによりワーク１０を挟持する。そして、図示しない研磨剤供給装置により、研磨剤を研磨上面２ａと研磨下面３ａに供給しながら、下定盤２及び上定盤３を逆方向に回転駆動して、研磨上面２ａと研磨下面３ａにより、ワーク１０の両面を同時に研磨する。
【００３３】
その際、キャリア揺動部材１９（揺動アーム２０、アーム連結部材２１）が水平方向に大きく揺動するとともに、ローラードライブ装置２８によりキャリア保持部材１４とワークキャリア８とワーク１０とがキャリア揺動部材１９に対し相対回転駆動されるため、下定盤２の研磨上面２ａと上定盤３の研磨下面３ａの外周近くの領域、即ち周速度の速い位置にワーク１０の表裏面を満遍なく擦り合わせてワーク１０を効率良く研磨し、ワーク１０の表面及び裏面の平坦度を飛躍的に高めることができる。
【００３４】
キャリア揺動部材１９によってワーク１０を水平方向に揺動させる際には、ワーク１０が下定盤２と上定盤３の外周よりも外側にはみ出すまで大きく揺動させて研磨することにより、ワーク１０の両面を研磨面２ａ，３ａの周速度の速い外周部付近に最も効率良く接触させて研磨し、ワーク１０の平坦度を高めるとともに、下定盤２と上定盤３の直径を小さくすることができ、両面研磨装置１を小型化することができる。
【００３５】
このように、ワーク１０を下定盤２と上定盤３の外周よりも外側にはみ出させて研磨する場合に、延長部材６１が設けられていないと、図１０に示すように、ワークキャリア８の素材自体が持つ柔軟性によりワーク保持孔８ａの縁部が下方に垂れ下がってしまうが、延長部材６１が設けられたことにより、ワーク保持孔８ａの縁部が延長部材６１の延長上面６３ａに軽く当接する（図８の状態）。延長部材６１の延長上面６３ａの高さは、下定盤２の研磨上面２ａと同じ高さであるため、ワーク保持孔８ａの縁部の高さが研磨上面２ａよりも低くなることがない。
【００３６】
このため、図８のようにワーク１０が下定盤２および上定盤３の外周よりも外側にはみ出した状態から、図３のようにワーク１０が研磨上面２ａおよび研磨下面３ａの範囲内に戻る際に、ワーク保持孔８ａの縁部が下定盤２の上面角部に干渉してしまう虞がない。このため、ワークキャリア８および揺動アーム２０の動きを円滑に保ち、非常に安定した研磨加工を行うとともに、ワーク１０の研磨精度および仕上がりを良好なものにすることができる。
【００３７】
また、このようにワーク１０を水平方向に大きく揺動させてもワーク保持孔８ａの縁部が下定盤２の上面角部に干渉しないため、ワークキャリア８が多少柔軟であっても問題がなく、故にワークキャリア８の材質を軽量な樹脂材料にしたり、板厚を薄くする、軽量化孔を開ける等して、高重量になりがちなワークキャリア８を効果的に軽量化し、これによりワーク１０を揺動させる揺動機構（モータ等）への負荷を低減させて研磨加工の安定化に一層貢献することができる。
【００３８】
延長部材６１の延長上面６３ａ上には摩擦係数の小さい材質からなるパッド部材６５が敷設されているため、延長上面６３ａ上に当接したワーク保持孔８ａの縁部が延長上面６３ａに対してスムーズに相対摺動することができ、引っ掛かりや騒音、振動等の発生が皆無となる。なお、図１１に示すように、ワーク保持孔８ａの縁部下辺に若干の面取り８ｃを施すことにより、ワーク保持孔８ａの縁部が下定盤２の上面角部に乗り上がることをよりスムーズにするとともに、ワーク保持孔８ａの縁部によりパッド部材６５や研磨布６６が傷付くことを有効に防止できる。
【００３９】
延長部材６１は下定盤２と一体に回転するのが望ましいが、例えば図１２に変形例を示すように、延長部材６１を装置本体下部４の上面４ａ等にボルト６８等の固定部材により固定し、延長部材６１に設けたフランジ部６３の延長上面６３ａの高さを下定盤２の研磨上面２ａと同じ高さに設定し、さらに延長上面６３ａと下定盤２との間の間隙ｔが最小限となるようにすれば、ほぼ同様な効果が得られる。この構造によれば、定盤修正等の目的で下定盤２を両面研磨装置１から着脱するような時には頗る作業性が良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施の形態の両面研磨装置を示す側面図である。
【図２】図１のII-II矢視による両面研磨装置の平面図である。
【図３】図２のIII-III-III線に沿って展開した縦断面図である。
【図４】図３のIV部拡大図である。
【図５】図２のV矢視図である。
【図６】図５のVI-VI線に沿う縦断面図である。
【図７】図３のVII部拡大図である。
【図８】延長上面の最大外径と、定盤の外周よりも外側に最も大きくはみ出したワークの最外端点までの距離との関係を示す縦断面図である。
【図９】同じく平面図である。
【図１０】延長部材が設けられていない場合におけるワーク保持孔の縁部の状態を示す縦断面図である。
【図１１】ワーク保持孔の縁部下辺に面取りを施した状態を示す縦断面図である。
【図１２】延長部材の変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  両面研磨装置
２  下定盤
２ａ  研磨上面
３  上定盤
３ａ  研磨下面
８  ワークキャリア
８ａ  ワーク保持孔
１０  ワーク
１４  キャリア保持部材
１９  キャリア揺動部材
２０  揺動アーム
２５  揺動軸
６１  延長部材
６３  フランジ部
６３ａ  延長上面
６５  パッド部材
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2009178777.tif 000013
【図１２】
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