(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド上に固定されたコラムに設けられた主軸ヘッドに回転可能に設けられているワーク主軸の先端面に固定された基準板と、
前記基準板の一方の側にあって全方向に微傾斜可能な傾斜板と、
前記基準板の中央部周りの３箇所において各々前記基準板と前記傾斜板とを相互に接続し、前記基準板と前記傾斜板との回転方向のずれ移動を禁止して前記基準板に対する前記傾斜板の傾斜方向に弾性を有する３個の平行板ばね手段と、
前記基準板の中央部周りの３箇所において各々前記基準板と前記傾斜板とに挟まれて前記基準板と前記傾斜板の間隙量を各々個別に増減する高剛性構造の３個の間隙量増減手段とを有し、
前記間隙量増減手段は、前記基準板に移動可能に設けられた楔部材と、前記傾斜板に定位置保持されて前記楔部材と係合する鋼球とにより構成され、前記楔部材は、前記基準板に線形移動可能に設けられ、前記基準板に回転可能に設けられた送りねじ軸と螺合し、前記送りねじ軸の回転により線形移動し、前記ねじ軸は前記基準板の径方向に延在していて、各々の外側端部に歯車を取り付けられており、前記ワーク主軸の分割回転駆動によって前記ねじ軸の前記歯車を噛合位置に位置させることにより、当該歯車が前記コラム側に設けられたサーボモータの回転出力軸の駆動歯車と噛合し、前記サーボモータによって前記送りねじ軸の回転させることを特徴とする三次元微傾斜装置。
【請求項２】
前記平行板ばね部材は各々前記基準板の中心点周りに互いに１２０度の回転角をもって等間隔に配置され、前記間隙量増減手段は各々前記基準板の中心点周りに前記平行板ばね部材とは６０度の回転変位して互いに１２０度の回転角をもって等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１記載の三次元微傾斜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、三次元微傾斜装置に関し、特にラッピンクなどの高精度加工においてワークを保持する三次元微傾斜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
平面ラップ盤においては、ワークを柔構造で保持した状態で、ワークをラップ定盤の盤面に押し付けてその盤面とワークとの間に存在する浮遊砥粒によって平面研磨を行うから、研磨面は加工前の平均的平面に倣って表面平滑度を高められるものの、その研磨仕上がり面の角度姿勢（位置精度）は修正されない。
【０００３】
このため、平面ラップ盤では、例えば磁気ヘッド用ウエハなどのラップ加工において、ウエハの中間位置に生成された複数の基準位置から精度よく平行にラップ加工すること、即ち理想平面を得ることは不可能である。
【０００４】
特殊な例として、錘や空油圧による加圧を基準点に合わせて偏荷重とし、研磨面の研磨仕上げ指定平面に対する傾きを排除することが行われている。
【０００５】
また、これ以外に、切削、研削、ラップ、ポリッシュ加工によってワークの加工面を目標位置平面に仕上げる場合、その加工面を単に加工基準面とせず、目標位置平面を考慮した基準ブロック、ねじ調整機構、二次元傾斜台などを使用して加工面の角度姿勢を目標位置平面に合ったものにすることが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
錘や空油圧による加圧を基準点に合わせて偏荷重として研磨面の研磨仕上げ指定平面に対する傾きを排除する作業は、試行錯誤的作業になり、経験的な勘に頼ることなり、確実性に欠け、作業能率が悪い。
【０００７】
基準ブロック、ねじ調整機構、二次元傾斜台などでは、加工面の角度姿勢を目標位置平面に合ったものにする作業も手動操作に負うところが多く、従来は何れの場合も、再現精度に問題があり、多量生産には不向きであり、またこの調整を自動化することが難しい。また基準ブロック、ねじ調整機構、二次元傾斜台などでは加工面の角度姿勢を目標位置平面に合わせてその加工面を平行移動させて加工面の高さ調整するすることができない。
【０００８】
この発明は、上述の如き問題点に着目してなされたものであり、切削、研削、ラップ、ポリッシュ加工において必要とする仕上げ平面位置を得るために、ワークの取付面に微細傾斜、平行移動を与えてワークの姿勢、高さ位置を簡単、かつ確実に再現性よく調整でき、しかも自動化が可能な三次元微傾斜装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明の請求項１による三次元微傾斜装置は、ベッド上に固定されたコラムに設けられた主軸ヘッドに回転可能に設けられているワーク主軸の先端面に固定された基準板と、前記基準板の一方の側にあって全方向に微傾斜可能な傾斜板と、前記基準板の中央部周りの３箇所において各々前記基準板と前記傾斜板とを相互に接続し、前記基準板と前記傾斜板との回転方向のずれ移動を禁止して前記基準板に対する前記傾斜板の傾斜方向に弾性を有する３個の平行板ばね手段と、前記基準板の中央部周りの３箇所において各々前記基準板と前記傾斜板とに挟まれて前記基準板と前記傾斜板の間隙量を各々個別に増減する高剛性構造の３個の間隙量増減手段とを有し、前記間隙量増減手段は、前記基準板に移動可能に設けられた楔部材と、前記傾斜板に定位置保持されて前記楔部材と係合する鋼球とにより構成され、前記楔部材は、前記基準板に線形移動可能に設けられ、前記基準板に回転可能に設けられた送りねじ軸と螺合し、前記送りねじ軸の回転により線形移動し、前記ねじ軸は前記基準板の径方向に延在していて、各々の外側端部に歯車を取り付けられており、前記ワーク主軸の分割回転駆動によって前記ねじ軸の前記歯車を噛合位置に位置させることにより、当該歯車が前記コラム側に設けられたサーボモータの回転出力軸の駆動歯車と噛合し、前記サーボモータによって前記送りねじ軸の回転させることを特徴としている。
【００１０】
また上述の目的を達成するために、この発明の請求項２による三次元微傾斜装置は、請求項１記載の三次元微傾斜装置において、前記平行板ばね部材は各々前記基準板の中心点周りに互いに１２０度の回転角をもって等間隔に配置され、前記間隙量増減手段は各々前記基準板の中心点周りに前記平行板ばね部材とは６０度の回転変位して互いに１２０度の回転角をもって等間隔に配置されていることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１はこの発明による三次元微傾斜装置が使用されて好適な研磨装置の一つの実施の形態を示している。
【００１３】
研磨装置は高剛性基台としてベッド１を有し、ベッド１上に高剛性構造体によるコラム３が固定されている。
【００１４】
ベッド１上には垂直（鉛直）軸線周りに回転可能な回転テーブル５を有するラップ定盤用回転テーブル装置７が取り付けられている。ベッド１の側部にはテーブル駆動モータ９が取り付けられており、テーブル駆動モータ９はベルト式伝動機構１１によって回転テーブル５を自身の中心軸線周りに回転駆動する。
【００１５】
回転テーブル５上にはラップ定盤１３が固定装着されている。ラップ定盤１３は上面部に円環状の盤面１５を有し、この盤面１５上に浮遊砥粒を与えられる。
【００１６】
ラップ定盤用回転テーブル装置７の下底部にはラップ定盤１３に冷却液を供給されるためのラップ定盤冷却液用回転継手１７が接続されている。
【００１７】
コラム３には上下方向のリニアガイド部１９が形成されており、リニアガイド部１９に高剛性構造体による主軸支持スライダ２１が上下方向、即ちラップ定盤１３との対向面方向に移動可能に剛性接続されている。主軸支持スライダ２１には上下方向に主軸ヘッド２３が取り付けられており、主軸ヘッド２３にはラップ定盤１３の盤面１５に垂直な軸線廻り、即ち鉛直軸線周りに回転可能なワーク主軸２５とワーク主軸２５を回転駆動する主軸モータ２７とが設けられている。
【００１８】
コラム３には上下方向に延在する送りねじ軸２９が回転可能に設けられており、送りねじ軸２９には主軸支持スライダ２１に固定された送りナット３１が螺合している。送りねじ軸２９は、所要の剛性を備え、コラム３に取り付けられた切り込み加圧サーボモータ３３によって回転駆動され、主軸支持スライダ２１をラップ定盤１３との対向面方向に剛固に駆動加圧する。
【００１９】
主軸支持スライダ２１に対する主軸ヘッド２３の取付部には加工圧検出器３５が設けられている。加工圧検出器３５は、圧電素子によるロードセル等により構成され、ワーク主軸２５に作用する軸線方向の加工圧を定量的に検出し、加工圧検出信号を切り込み加圧サーボモータ３３のサーボ制御装置３７に入力する。
【００２０】
サーボ制御装置３７は、加工圧検出器３５により検出される加工圧をフィードバック補償値として加圧サーボモータ３３による主軸支持スライダ２１の加圧量が制御目標値に保たれるように定値制御を行い、定圧加圧制御手段をなす。
【００２１】
ワーク主軸２５の先端部にはワーク取付治具として三次元微傾斜装置３９が取り付けられている。
【００２２】
三次元微傾斜装置３９は、図２、図３に示されているように、ボルト４１によってワーク主軸２５の先端面に固定された円盤状の基準板４３と、基準板４３の下方部にあって基準板４３の中心部に設けられた中心軸部４５に嵌合して嵌合遊びにより全方向に微傾斜可能な傾斜板４７とを有している。傾斜板４７の最大傾斜可能角度は、研磨装置での使用では、数１００秒〜１度程度であってよい。
【００２３】
基準板４３と傾斜板４７との間には中心軸線周りの３箇所において各々、一端をボルト４９によって基準板４３に固定され、他端をボルト５１によって傾斜板４７に固定された平行板ばね部材５３、５５、５７が設けられている。
【００２４】
平行板ばね部材５３、５５、５７は、周方向に互いに隣接するもの同士で基準板４３の中心軸線周りに互いに１２０度の回転角をもって等間隔に配置されて各々基準板４３の径方向に延在しており、所定幅寸法ｔを有していることにより、傾斜板４７が基準板４３に対して相対回転変位、即ち捩れること（ずれ移動）を禁止し、中間部に上下方向の薄肉部５９を有していることにより略上下方向の曲げに対して所要のばね性を示し、換言すれば基準板４３に対する傾斜板４７の傾斜方向に所要のばね性を示し、互いに共働して傾斜板４７を基準板４３に対してフローティング状態でほぼ平行姿勢に保持している。
【００２５】
基準板４３の中心軸線周りの３箇所で平行板ばね部材５３、５５、５７とは各々６０度回転変位した位置には各々ブラケット６０によって傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５が各々回転可能に設けられている。傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５は基準板４３の中心軸線周りに互いに１２０度の回転角をもって等間隔に配置され、各々中心軸部４５を隔てて平行板ばね部材５３、５５、５７と一直線上に径方向に延在しており、この傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の各々には楔ブロック６７、６９、７１が螺合している。
【００２６】
楔ブロック６７、６９、７１は各々傾斜板４７との対向面側に傾斜面７３を有し、傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の回転によって径方向に直線移動する。各楔ブロック６７、６９、７１の傾斜面７３には傾斜板４７の中心軸線周りの３箇所に形成された円錐形ポケット７５の各々に係合している鋼球７７、７９、８１が係合している。楔ブロック６７、６９、７１と傾斜板４７と鋼球７７、７９、８１とは各々、平行板ばね部材５３、５５、５７のばね力により互いに押し付けられ、所要の予荷重を与えられている。鋼球７７、７９、８１は円錐形ポケット７５に係合していることによって傾斜板４７に定位置保持され、楔ブロック６７と鋼球７７、楔ブロック６９と鋼球７９、楔ブロック７１と鋼球８１が各々間隙増減手段をなしている。
【００２７】
傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の外側端部には各々歯車８３が取り付けられている。コラム３には水平方向のリニアガイド部８６を有するマウント部材８５が固定されており、リニアガイド部８６にはスライダ８７が水平方向に移動可能に設けられている。スライダ８７には傾斜調整サーボモータ８９が取り付けられており、傾斜調整サーボモータ８９の回転出力軸９１に駆動歯車９３が取り付けられている。
【００２８】
マウント部材８５には、主軸支持スライダ２１が最上昇位置に位置している状態で、駆動歯車９３が傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の一つの歯車８３と噛合する噛合位置と、これより後退して歯車８３と噛合より離間する離間位置との間にスライダ８７を往復動する流体圧シリンダ装置９５が設けられている。
【００２９】
三次元微傾斜装置３９の傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の歯車８３は各々、主軸モータ２７によってワーク主軸２５が分割回転駆動されることにより、駆動歯車９３との噛合位置に選択的に位置することができ、主軸支持スライダ２１が最上昇位置に位置している状態で、スライダ８７が流体圧シリンダ装置９５によって噛合位置に移動することにより、あるいはスライダ８７が噛合位置に位置している状態で、主軸支持スライダ２１が最上昇位置に移動することにより、駆動歯車９３が傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の何れか一つの歯車８３と噛合する。
【００３０】
三次元微傾斜装置３９の下底面部（ワーク取付面）９７には真空チャック用吸引ポート９９が開口している。真空チャック用吸引ポート９９は、三次元微傾斜装置４７、基準板４３に形成された負圧通路１０１、１０３によりワーク主軸２５の負圧通路１０５と連通し、図示されていない真空ポンプより負圧を与えられ、下底面部９７にワークＷ（図１参照）を吸着保持する。
【００３１】
次に三次元微傾斜装置３９によるワークＷの取付姿勢の調整手順について説明する。ワークＷの取付姿勢の調整に際しては、まず主軸支持スライダ２１を最上昇位置に位置させ、主軸モータ２７によってワーク主軸２５を分割回転駆動し、傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の何れか一つの歯車８３を噛合位置に位置させる。次に流体圧シリンダ装置９５によってスライダ８７を前進移動させて噛合位置に位置させることにより、駆動歯車９３が傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の何れか一つの歯車８３に噛合する。
【００３２】
この状態で、傾斜調整サーボモータ８９を回転駆動することにより、駆動歯車９３によって噛合状態にある歯車８３、例えば傾斜調整ねじ軸６１の歯車８３を回転駆動する。これにより傾斜調整ねじ軸６１が回転し、楔ブロック６７が基準板４３の径方向へ線形移動する。楔ブロック６７の線形移動が図２にて右方であるとすると、楔ブロック６７の傾斜面７３と鋼球７７との係合関係により傾斜面７３の傾斜勾配に従って傾斜板４７が平行板ばね部材５３のばね力に抗して図２にて左下がりに微傾斜する。
【００３３】
例えば、楔ブロック６７の傾斜面７３の傾斜角が１／１００、傾斜調整ねじ軸６１のねじピッチが０．２５ｍｍ、鋼球７７の配置半径が４０ｍｍとする、傾斜調整ねじ軸６１の１回転による楔ブロック６７の移動量は０．２５ｍｍで、鋼球７７の上下方向の変位量は０．０２５ｍｍとなる。他の二つの楔ブロック６９、７１が固定されていると、この場合の傾斜角はａｒｃｔａｎ  ０．０２５／６０＝略８３秒と、極めて微少な傾斜角調整が行われることになる。
【００３４】
このことは、他の二つの楔ブロック６９、７１においても同じであり、傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の各々によって楔ブロック６７、６９、７１の配置位置が調整されることにより、傾斜板４７は全ての方向について極めて微少な傾斜角調整を行われ、この傾斜角調整により三次元微傾斜装置３９の下底面部９７は任意の傾斜方向、傾斜角による傾斜面を呈する。従って傾斜板４７の傾斜姿勢は傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の各々回転量およびその組み合わせにより再現性よく正確に決まる。
【００３５】
また、傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５が全て同一量だけ回転されると、微傾斜ヘッド３９の下底面部９７は、任意の傾斜方向、傾斜角による傾斜面を呈した状態で上下方向に平行移動し、高さ位置を微調整される。この高さ位置は微傾斜ヘッド３９の下底面部９７を水平面にした状態でも有効である。
【００３５】
傾斜板４７の下底面９７には真空チャック用吸引ポート９９の負圧によってワークＷが吸着保持される。
【００３６】
この傾斜板４７の微傾斜姿勢は、中心軸線周りの３箇所にて基準板４３との間に剛体である楔ブロック６７、６９、７１と傾斜板４７と鋼球７７、７９、８１が挟まれ、これらが平行板ばね部材５３、５５、５７のばね力によって相互に押し付けられていることにより、全くがた付きを生じることなく高剛性をもって剛固に維持される。
【００３７】
従って、傾斜板４７の下底面９７に吸着保持されているワークＷは傾斜板４７の微傾斜に従った傾斜姿勢および高さ位置をもってワーク主軸２５より剛固に保持されることになる。
【００３８】
上述の３個の楔ブロック６７、６９、７１の移動のための傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の回転量は、ＮＣ装置によるＮＣプログラムの実行によって各傾斜調整ねじ軸６１、６３、６５の回転量の指令値が傾斜調整サーボモータ８９の図示されていないサーボ制御装置に与えられることにより決めることができ、この制御により傾斜板４７の傾斜調整、高さ位置調整を自動化することができる。
【００３９】
ワークＷの研磨に際しては、上述のように傾斜調整された傾斜板４７にワークＷを吸着保持させ、ラップ定盤用回転テーブル装置７の回転テーブル５をテーブル駆動モータ９によって高速回転駆動し、主軸モータ２７によってワーク主軸２５を回転させた状態で、切り込み加圧サーボモータ３３によって送りねじ２９を回転させて主軸支持スライダ２１を降下させる。
【００４０】
この主軸支持スライダ２１の降下より、ワーク主軸２５、三次元微傾斜装置２９と共に降下し、ワークＷの下底面、即ち研磨面がラップ定盤１３の盤面１５に剛固に押し付けられ、ラッピングによる研磨が行われる。
【００４１】
このラッピングでは、ワークＷが剛構造で保持されて剛固に加工圧を与えるから、三次元微傾斜装置２９によるワーク主軸２５に対するワークＷの取付姿勢  （傾斜姿勢）に応じて研磨仕上がり面の角度姿勢が修正され、基準点から指定された平面が精度よく得られる。
【００４２】
なお、三次元微傾斜装置２９の傾斜板４７におけるワークＷの保持は真空吸着による以外に面状の磁気チャックにより行われてもよい。
【００４３】
またこの発明による三次元微傾斜装置は、上述のように、ワーク主軸２５に取り付けて使用する以外に、図２に示されている状態とは上下反転させてワークを段取り保持するワークパレットなどとしても使用することが可能である。
【００４４】
以上に於ては、この発明を特定の実施の形態について詳細に説明したが、この発明は、これに限定されるものではなく、この発明の範囲内にて種々の実施の形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による三次元微傾斜装置では、３個の平行板ばね手段により基準板と傾斜板とが全方向に傾斜可能に接続され、３個の間隙量増減手段により基準板の中央部周りの３箇所において各々基準板と傾斜板の間隙量が増減されることにより、詳細には、楔部材が基準板に対して移動可能することにより、傾斜板に定位置保持されている鋼球との係合関係によって楔部材の移動量に応じて基準板と傾斜板の間隙量が微細増減されることにより、ワークの姿勢、高さ位置を極く微細に調整でき傾斜板が基準板に対して微傾斜、あるいは平行移動するから、傾斜板、即ちワークの取付面に微細傾斜を与えて、またその高さ位置を微調整して、ワークの姿勢、高さ位置を簡単、かつ確実に再現性よく調整できる。そして、送りねじ軸の回転により楔部材が基準板に対して線形移動することにより、送りねじ軸の回転量に応じて基準板と傾斜板の間隙量が定量的に微細増減できるから、ワークの姿勢を極く微細に三次元的に調整できると共に、ＮＣ装置、サーボ制御装置による送りねじ軸の回転量制御により微傾斜調整、高さ位置調整を自動化することが簡単に可能になる。
【００４６】
また、この発明による三次元微傾斜装置では、基準板の中心軸線周りに等間隔をおいて配置された３個の平行板ばね手段により基準板と傾斜板とが全方向に傾斜可能に接続され、互いに隣接する二つの平行板ばね手段間の中間部で、基準板の中心点に等間隔をおいて配置された３個の間隙量増減手段により基準板の中心点の３箇所において各々基準板と傾斜板の間隙量が増減されることにより傾斜板が基準板に対して微傾斜あるいは平行移動するから、傾斜板、即ちワークの取付面に微細傾斜を与えてワークの姿勢、高さ位置を簡単、かつ確実に再現性よく、しかも安定状態で調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による三次元微傾斜装置を使用した研磨装置の一つの実施の形態を示す側面図である。
【図２】  この発明による三次元微傾斜装置の一つの実施の形態を示す縦断面図である。
【図３】  図２の矢印III −III による矢視図（平面図）である。
【符号の説明】
１  ベッド
３  コラム
５  回転テーブル
７  ラップ定盤用回転テーブル装置
９  テーブル駆動モータ
１１  ベルト式伝動機構
１３  ラップ定盤
１５  盤面
１７  ラップ定盤冷却液用回転継手
１９  リニアガイド部
２１  主軸支持スライダ
２３  主軸ヘッド
２５  ワーク主軸
２７  主軸モータ
２９  送りねじ軸
３１  送りナット
３３  切り込み加圧サーボモータ
３５  加工圧検出器
３７  サーボ制御装置
３９  三次元微傾斜装置
４１  ボルト
４３  基準板
４５  中心軸部
４７  傾斜板
４９、５１  ボルト
５３、５５、５７  平行板ばね部材
５９  薄肉部
６０  ブラケット
６１、６３、６５  傾斜調整ねじ軸
６７、６９、７１  楔ブロック
７３  傾斜面
７５  円錐形ポケット
７７、７９、８１  鋼球
８３  歯車
８５  マウント部材
８６  リニアガイド部
８７  スライダ
８９  傾斜調整サーボモータ
９１  回転出力軸
９３  駆動歯車
９５  流体圧シリンダ装置
９７  下底面部
９９  真空チャック用吸引ポート
１０１、１０３、１０５  負圧通路
【図１】
0003753770.tif 000002
【図２】
0003753770.tif 000003
【図３】
0003753770.tif 000004