JP2004216541A - ラッピング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大形な定盤でも均一に研磨材を塗布しながら研磨ができ、高精度の平面加工ができ、安価にラッピング加工が可能なラッピング装置を提供する。
【解決手段】ラッピング装置１は、ラッピング定盤２に沿って移動する研磨材認識センサ手段６ｇから送信されるラッピング定盤上の研磨材の認識情報に基づき、研磨材供給手段５ａによりラッピング定盤上の研磨材過少位置に研磨材を供給するか、あるいは前記研磨除去手段によりラッピング定盤上の研磨材過剰位置の研磨材を除去するものである。
【選択図】 図１
【解決手段】ラッピング装置１は、ラッピング定盤２に沿って移動する研磨材認識センサ手段６ｇから送信されるラッピング定盤上の研磨材の認識情報に基づき、研磨材供給手段５ａによりラッピング定盤上の研磨材過少位置に研磨材を供給するか、あるいは前記研磨除去手段によりラッピング定盤上の研磨材過剰位置の研磨材を除去するものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はラッピング装置に係わり、特にラッピング定盤上の研磨材の状態あるいは研磨状態を良好にするラッピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にラッピング装置では、決められた位置から適量の研磨材をスラリや霧状にして連続または間欠的にラッピング定盤に塗布し、研磨プレート用のアルミナ質成形体のようなワークとラッピング定盤との間に研磨材を介在させて研磨している。このようなラッピング定盤を用いた研磨加工では、ワークとラッピング定盤の間に介在する研磨材の量が、平面形状や平面精度に大きな影響を与える。さらに、ラッピング定盤が大形になると、研磨材を均一に塗布することが困難になるが、従来、大形な定盤に均一に研磨材を塗布するラッピング装置は開発されておらず、従来のラッピング装置に研磨材の散布口を増設するか、供給する研磨材量を増加させることで対処していた。
【０００３】
しかしながら、ダイヤモンド砥粒などの高価な研磨材を用いる場合、研磨材の量を増やすことは、コストアップになり好ましくない。
【０００４】
なお、散布口を増設あるいは研磨材量の増加で対処しており、先行技術文献は特にない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、大形な定盤でも高精度の平面加工ができ、また、均一に研磨材を塗布しながら研磨ができ、高精度の平面加工ができ、安価にラッピング加工が可能なラッピング装置が要望されていた。
【０００６】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、大形な定盤でも高精度の平面加工ができ、また、均一に研磨材を塗布しながら研磨ができて高精度の平面加工ができ、安価にラッピング加工が可能なラッピング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、回転されワークが載置されるラッピング定盤と、このラッピング定盤の上方に配置され水平方向に移動される移動体と、この移動体を水平移動させる移動体移動機構と、前記ラッピング定盤に研磨材を供給する研磨材供給装置の前記移動体に取り付けられた研磨材供給手段と、前記ラッピング定盤上の研磨材を認識する研磨材認識装置の前記移動体に取り付けられた研磨材認識センサ手段と、ラッピング定盤上の研磨材を除去する研磨材除去機構の前記移動体に取り付けられた研磨除去手段とを有し、前記ラッピング定盤に沿って移動する前記研磨材認識センサ手段から送信される前記ラッピング定盤上の研磨材の認識情報に基づき、前記研磨材供給手段により前記ラッピング定盤上の研磨材過少位置に研磨材を供給するか、あるいは前記研磨材除去手段により前記ラッピング定盤上の研磨材過剰位置の研磨材を除去することを特徴とするラッピング装置が提供される。これにより、大形な定盤でも均一に研磨材を塗布しながら研磨ができ、安価にラッピング加工が可能なラッピング装置が実現される。
【０００８】
好適な一例では、上記研磨材認識センサ手段、研磨材供給手段、研磨材除去手段が取り付けられた移動体は、ラッピング定盤の直径に沿って、その半径の範囲で移動される。これにより、大きなラッピング定盤上の研磨材の塗布状況は適確に認識され、これに基づいて、研磨材の異常塗布位置に対して研磨材が供給され、あるいは除去されて、均一な塗布が実現される。
【０００９】
また、本発明の他の態様によれば、ラッピング定盤用モータにより回転されワークが載置されるラッピング定盤と、ワークを回転させるワーク回転機構と、前記ラッピング定盤に研磨材を供給する研磨材供給装置と、前記ラッピング定盤の回転負荷を検知する負荷検知手段とを有し、この負荷検知手段の負荷情報に基づき、前記研磨材供給装置、ラッピング用モータ、ワーク回転機構の全部または一部を制御して、加工条件を変更することを特徴とするラッピング装置が提供される。これにより、直径が大きなラッピング定盤を有するラッピング装置においても、高精度の平面加工が実現される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるラッピング装置の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明に係わるラッピング装置の第１実施形態の概念図である。
【００１２】
図１に示すように、本第１実施形態のラッピング装置１は、回転され、例えばアルミナ製の研磨プレートのようなワークＷが載置されるラッピング定盤２と、このラッピング定盤２の上方に配置され水平方向に移動される移動体３と、この移動体３を水平移動させる移動体移動機構４と、ラッピング定盤２に研磨材Ａを供給する研磨材供給装置５の移動体３に取り付けられた研磨材供給手段５ａと、ラッピング定盤２上の研磨材Ａを認識する研磨材認識装置６の移動体３に取り付けられた研磨材認識センサ手段６ｇと、ラッピング定盤２上の余分な研磨材を除去する研磨材除去機構７の移動体３に取り付けられた研磨材除去手段７ａとを有している。さらに、ラッピング装置１はラッピング定盤２上のワークＷを回転させるワーク回転機構８を有している。
【００１３】
上記ラッピング定盤２は、例えば銅板製であり、図２に示す制御系９に示すような定盤回転モータ２ａにより回転される。
【００１４】
移動体３には、研磨材供給手段５ａ、研磨材認識センサ手段６ｇ及び研磨材除去手段７ａが一体的に取り付けられており、移動体移動機構４の作動により、移動体３が、ラッピング定盤の上方を水平方向、例えば直径に沿って、好ましくは半径の範囲で移動され、研磨材供給手段５ａ、研磨材認識センサ手段６ｇ及び研磨材除去手段７ａも同様にラッピング定盤２に沿って半径の範囲で移動される。これにより、大きなラッピング定盤２上の研磨材の塗布状況は適確に認識され、これに基づいて、研磨材の異常塗布位置に対して研磨材が供給され、あるいは除去されて、均一な塗布が実現される。
【００１５】
図３に示すように、移動体移動機構４には、図１に示す門形状の装置支持枠１ａの内側に設けられ同じく門形状の移動機構支持枠４ａと、この移動機構支持枠４ａの支持部材４ａ１上に取り付けられたボールネジ４ｂが設けられており、さらに、このボールネジ４ｂを回転させるように連結されたステッピングモータからなる移動機構モータ４ｃと、移動体３の位置を読取る位置読み取り手段４ｄとしてのロータリエンコーダが設けられており、支持部材４ａ１に支持されボールネジ４ｂに螺合された移動体３を所定の水平位置に移動させるようになっている。位置読み取り手段にロータリエンコーダを用いることにより、移動体移動機構により、移動体の位置は正確に制御される。
【００１６】
図４に示すように、研磨材供給装置５は、研磨材Ａをスラリとして供給する研磨スラリ供給装置であり、図３に示す移動体３に取り付けられた研磨材供給手段５ａとしてのスラリ供給ノズルと、ラッピング装置１の下部に設けられ研磨材供給手段５ａにスラリ供給ポンプ５ｂを介して連通されるスラリタンク５ｃと、スラリ抜き取りタンク５ｄを介してスラリタンク５ｃに連設された分離装置５ｅと、この分離装置５ｅに連設され上記スラリタンク５ｃとに連通するスラリ調合タンク５ｆとで構成されている。なお、分離装置５ｅには廃液タンク５ｇが接続され、スラリ調合タンク５ｆには新研磨材供給ホッパ５ｈ及び新液体供給容器５ｉが接続されている。
【００１７】
図５に示すように、研磨材認識装置６は、図２に示す制御系９の制御装置１０に接続される発光素子ドライバー６ａに制御され、レーザ光を発振する発光素子６ｂと、この発光素子６ｂの光軸上に設けられた投光レンズ６ｃと、上記光軸のラッピング定盤２の研磨材Ａに対する反射光軸上に設けられた結像レンズ６ｄと、反射光軸上のレーザ光を受光する受光センサ６ｅと、この受光センサ６ｅからの研磨材認識信号を処理する信号処理装置６ｆとを有しており、制御装置１０に接続されている。発光素子６ｂ、投光レンズ６ｃ、結像レンズ６ｄ及び受光センサ６ｅは、一体的にケーシングに収納されて研磨材認識センサ手段６ｇが形成されている。なお、研磨材認識装置６は、その全体が移動体３に取り付けられていてもよく、また、そのセンサ部である研磨材認識センサ手段のみが取り付けられていてもよい。また、研磨材認識センサ手段は、レーザ光を用いるものに限らず、２次元ＣＣＤカメラなどを用いたものであってもよい。
【００１８】
図６に示すように、研磨材除去機構７は、研磨材除去用の研磨材除去手段７ａとしてのスクレーパと、研磨材除去手段７ａが取り付けられ昇降される昇降部材７ｂと、この昇降部材７ｂが螺合されるボールネジ７ｃと、このボールネジ７ｃを回転させ、研磨材除去手段７ａを昇降させるステッピングモータである除去手段昇降モータ７ｄで構成されている。本実施形態においては、研磨材除去機構７全体が移動体３に取り付けられているが、昇降部材を昇降させる駆動源として、スクレーパ昇降モータに替えて、エアシリンダあるいは油圧シリンダが用いられる場合には、研磨材除去手段のみが移動体に取り付けられてもよい。
【００１９】
また、図１に示すように、上記ワーク回転機構８は、一対の回転支持部材８ａ、８ａと、この回転支持部材８ａ、８ａを回転させるワーク回転モータ８ｂ、８ｂとからなっており、回転支持部材８ａ、８ａは、ラッピング定盤２の上方にラッピング定盤２とわずかに離間して、配置されており、ワークＷを所定の位置に保持するとともに、ワークＷを回転させるようになっている。なお、ワーク回転機構８をラッピング定盤２の半径方向（図１中矢印方向）に揺動する揺動機構（図示せず）をさらに設けることによって、ラッピング定盤２の全面を満遍なく活用して、平坦度の高いワーク加工を繰返し行うことができる。このような実質的にワークを揺動させるワーク揺動機構を付加するのがより好ましい。
【００２０】
さらに、図２に示すように、制御系９の制御装置１０は、ＣＰＵ１０ａ、メモリ１０ｂを有し、ラッピング装置１全体を制御するものであり、この制御装置１０には、ワークＷが載置されるラッピング定盤２を回転させる定盤回転モータ２ａ及びワークＷを回転支持させるワーク回転モータ８ｂ、移動体３を移動させる移動機構モータ４ｃ及び移動体３に取り付けられた除去手段昇降モータ７ｄ、研磨材Ａを含む研磨スラリを供給するスラリ供給ポンプ５ｂ、移動機構モータ４ｃとボールネジ４ｂの回転より移動体３の位置を読取る位置読み取り手段４ｄ、ラッピング定盤２上の研磨材Ａの状態を認識する研磨材認識装置６、操作パネル１１に設けられた表示手段１１ａ及び入力手段１１ｂがそれぞれ接続されている。なお、ラッピング工程中、制御装置１０による上記各モータ２ａ、４ｃ、７ｄ、８ｂ、スラリ供給ポンプ５ｂ、位置読み取り手段４ｄ及び研磨材認識装置６の制御は、事前に制御装置１０にプログラムされた制御手順に従って行われ、また、必要に応じ入力手段１１ｂからの入力により行われる。
【００２１】
次に本第１実施形態のラッピング装置を用いたワークの研磨方法について説明する。
【００２２】
図１に示すように、ワークＷ例えばアルミナ製の研磨プレートを研磨するには、ワークＷをラッピング定盤２に載置し、ワーク回転機構８により、ワークＷを支持して一定の場所に位置させ、制御装置１０により、ワーク回転モータ８ｂを回転させてワークＷを自転させる。しかる後、制御装置１０により、定盤回転モータ２ａを回転させてラッピング定盤２を回転させ、さらに、スラリ供給ポンプ５ｂを作動させて、半径の範囲で移動され、移動体３に取り付けた研磨材供給手段５ａから噴出される研磨スラリにより研磨材Ａが全面に渡って均一に塗布される。この均一に塗布された研磨材Ａにより、ラッピング定盤２に載置された研磨材Ａの載置面は均一に研磨される。
【００２３】
ラッピング工程が開始されると、移動体３に取り付けられた研磨材供給手段５ａから研磨スラリとして研磨材Ａがラッピング定盤２上に塗布され、塗布された研磨材Ａの塗布状態（研磨材量）は研磨材認識装置６により常時把握（計測）される。また、移動体３に取り付けられた研磨材供給手段５ａを、周期的に半径の範囲で移動させることにより、研磨材Ａは周期的にラッピング定盤２に塗布される。
【００２４】
このようなラッピング工程において、研磨材Ａの塗布状態（研磨材量）の把握（計測）は、次のようにして行われ、研磨材Ａが均一に塗布された状態が保たれ、常時ラッピング定盤２の研磨材Ａの塗布量は監視されながらラッピング加工が行われる。
【００２５】
例えば、制御装置１０により、移動体３を周期的に半径の範囲で移動させることにより、研磨材認識センサ６ｇが半径の範囲で周期的に移動され、ラッピング定盤２上の研磨材Ａの塗布状態は認識される。例えば、図７（ａ）に示すように、ラッピング定盤２上の研磨材Ａが均一に塗布された状態では、発光素子６ｂから発光されたレーザ光は、研磨材Ａで反射されて、受光センサ６ｅで受光され、信号処理装置６ｆで信号処理されて、制御装置１０に送信され、処理され、さらに、予めメモリ１０ｂに記憶された均一塗布状態データと比較させ、均一塗布状態が認識される。
【００２６】
さらに、研磨材認識センサ手段６ｇが半径の範囲で周期的に移動されて、図７（ｂ）に示すように、ラッピング定盤２上の研磨材Ａが過少塗布状態の位置に達すると、発光素子６ｂから発光されたレーザ光は、ラッピング定盤２で反射されて、受光センサ６ｅで受光され、信号処理装置６ｆで信号処理されて、制御装置１０に送信され、処理され、さらに、予めメモリ１０ｂに記憶された過少塗布状態データと比較されて、過少塗布状態が認識される。過少塗布状態が認識されると、位置読み取り手段４ｄにより、移動体３の位置を介してラッピング定盤２上の過少塗布位置は検知され、メモリ１０ｂに記憶される。過少塗布状態が入力された制御装置１０は、移動機構モータ４ｃを停止させて、移動体３をその位置に止める。移動体３を止めた状態で、研磨材供給装置５のスラリ供給ポンプ５ｂを作動させ、研磨材供給手段５ａから研磨スラリをラッピング定盤２上の過少塗布部位が均一になるまで研磨材Ａを噴出させて均一に塗布させる。
【００２７】
また、図７（ｃ）に示すように、研磨材認識センサ６ｇが半径の範囲で周期的に移動されて、ラッピング定盤２上の研磨材Ａが過剰に塗布された状態の位置に達すると、発光素子６ｂから発光されたレーザ光は、ラッピング定盤２の過剰研磨材Ａａで反射されて、受光センサ６ｅで受光され、信号処理装置６ｆで信号処理されて、制御装置１０に送信され、処理され、さらに、予めメモリ１０ｂに記憶された塗布過剰状態データと比較されて、塗布過剰状態が認識される。塗布過剰状態が認識されると、位置読み取り手段４ｄにより、移動体３の位置を介してラッピング定盤２上の塗布過剰位置は検知され、メモリ１０ｂに記憶される。塗布過剰状態が入力された制御装置１０は、移動機構モータ４ｃを停止させて、移動体３をその位置に止めさせる。移動体３を止めた状態で、除去手段昇降モータ７ｄを回転させて、ボールネジ７ｃ、昇降部材７ｂを介して研磨材除去手段７ａを降下させ、研磨材Ａが規定塗布値（量）に達するまで研磨材除去手段７ａがラッピング定盤２に押し付けられ、余分な研磨材Ａは除去される。
【００２８】
上記のように、本第１実施形態のラッピング装置は、ラッピング定盤上に研磨材が均一に塗布されているか否かを、認識する研磨材認識センサ及び研磨材が過少な位置に研磨材供給手段を移動させて、研磨材が供給され、研磨材が過剰な位置に研磨材除去手段を移動させ、研磨材が削除される。従って、直径が大きなラッピング定盤を有するラッピング装置においても、研磨材は均一に塗布され、高精度の平面加工が実現される。また、余分な研磨材が供給されることがないので研磨材の使用量は削減される。さらに、意図的にワークの中心や外周部を多めに研磨することもできる。
【００２９】
また、本発明に係わるラッピング装置の第２実施形態について説明する。
【００３０】
上記第１実施形態がラッピング定盤上の研磨材の状態を研磨材認識センサにより検知するのに対して、本第２実施形態はラッピング定盤の回転負荷を検知する負荷検知手段を設けて研磨状態を検知するものである。
【００３１】
例えば、図８及び図９に示すように、本第２実施形態のラッピング装置１Ａは、ラッピング定盤用モータ２Ａａにより回転されワークＷが載置されるラッピング定盤２Ａと、ワークＷを回転させるワーク回転機構８Ａと、ラッピング定盤２Ａに研磨材Ａを供給し能力可変ポンプ５Ａｂを具備する研磨材供給装置５Ａと、ラッピング定盤２Ａの回転負荷を検知する負荷検知手段２１Ａとを有している。さらに、ワーク回転機構８Ａをラッピング定盤２Ａの半径方向（図８中矢印方向）に揺動する揺動機構（図示せず）が設けられており、ラッピング定盤２Ａの全面を満遍なく活用して、平坦度の高いワーク加工を繰返し行うことができるようになっている。また、ラッピング装置１Ａは回路系９Ａを有し、負荷検知手段２１Ａはラッピング定盤用モータ２Ａａの定盤モータ電流検知センサ２Ａａ１が制御装置１０Ａに接続されてなっており、さらに、ワーク回転機構８Ａのワーク回転モータ８Ａｂにはワークモータ電流検知センサ８Ａｂ１が制御装置１０Ａに接続されてワークの回転負荷を常時検知可能になっており、また、ワーク回転モータ８Ａｃにはワーク揺動モータ電流検知センサ８Ａｃ１が制御装置１０Ａに接続されてワークの揺動を常時検知可能になっている。なお、負荷検知手段はモータ電流検知センサに限らず回転トルク検知センサ等であってもよく、また、ワーク回転モータのモータ電流検知センサも回転トルク検知センサ等であってもよい。他の構成は図１及び図２に示すラッピング装置及び回路系と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。
【００３２】
従って、本第２実施形態のラッピング装置１Ａを用いたラップ加工が始まると研磨材供給装置５ＡからスラリＡがラッピング定盤２Ａ上に塗布され、ラップ加工が行われる。この加工中はラップ定盤２Ａやワーク回転の負荷は、常時定盤モータ電流検知センサ２Ａａ１、ワークモータ電流検知センサ８Ａｂ１によって検知され、予め設定された設定値以上に負荷が上昇すると、能力可変ポンプ５Ａａを制御して研磨材供給装置５Ａから供給されるスラリＡを増加させるか、ラッピング定盤用モータ２Ａａの回転を制御してラッピング定盤２Ａの回転を制御するか、あるいはワーク回転モータ８Ａｂの回転を制御してワークＷの回転を遅くする等の制御を行う。このような制御を行なっても、さらに回転負荷が上昇する場合は安全に運転が停止される。なお、研磨材供給装置５ＡからスラリＡのラッピング定盤２Ａ上への塗布は、研磨材供給手段５ａと高さが予め設定された研磨材除去手段７ａを周期的にラッピング定盤２Ａの半径方向に移動させ、常時スラリＡを均一に供給するが、研磨材供給手段を適宜複数固定的に配置しスラリＡを均一に供給するようにしてもよい。
【００３３】
本第２実施形態によれば、研磨加工中は常時ラッピング定盤の回転負荷を監視しながら最適な加工状態で研磨加工を行うことができ、ワークとラッピング定盤の摩擦の増大に起因する傷や加工痕を低減でき、ワークとラッピング定盤の密着に起因するモータの過負荷による故障、ワークとラッピング定盤との密着によって生じる移動制約に起因する不均一研磨を防止でき、直径が大きなラッピング定盤を有するラッピング装置においても、高精度の平面加工が実現される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係わるラッピング装置によれば、大形な定盤でも高精度の平面加工ができ、また、均一に研磨材を塗布しながら研磨ができて高精度の平面加工ができ、安価にラッピング加工が可能なラッピング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のラッピング装置の概念図。
【図２】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる回路系の概念図。
【図３】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる移動体移動手段の概念図。
【図４】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる研磨材供給手段の概念図。
【図５】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる研磨材認識手段の概念図。
【図６】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる研磨材除去手段の概念図。
【図７】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる研磨材認識手段の認識状態を示す説明図。
【図８】本発明の第２実施形態のラッピング装置の概念図。
【図９】本発明の第２実施形態のラッピング装置に用いられる回路系の概念図。
【符号の説明】
１ ラッピング装置
１ａ 装置支持枠
２ ラッピング定盤
２ａ 定盤回転モータ
３ 移動体
４ 移動体移動機構
４ａ 移動機構支持枠
４ａ１ 支持部材
４ｂ ボールネジ
４ｃ 移動機構モータ
４ｄ 位置読み取り手段
５ 研磨材供給装置
５ａ 研磨材供給手段
５ｂ スラリ供給ポンプ
５ｃ スラリタンク
５ｄ ラリ抜き取りタンク
５ｅ 遠心分離装置
５ｆ スラリ調合タンク
５ｇ 廃液タンク
５ｈ 新研磨材供給ホッパ
５ｉ 新液体供給容器
６ 研磨材認識装置
６ａ 発光素子ドライバー
６ｂ 発光素子
６ｃ 投光レンズ
６ｄ 結像レンズ
６ｅ 受光センサ
６ｆ 信号処理装置
６ｇ 研磨材認識センサ
７ 研磨材除去機構
７ａ 研磨材除去手段
７ｂ 昇降部材
７ｃ ボールネジ
７ｄ 除去手段昇降モータ
８ ワーク回転機構
８ａ 回転支持部材
８ｂ ワーク回転モータ
９ 制御系
１０ 制御装置
１１ 操作パネル
１１ａ 表示手段
１１ｂ 入力手段
Ａ 研磨材
Ｗ ワーク
【発明の属する技術分野】
本発明はラッピング装置に係わり、特にラッピング定盤上の研磨材の状態あるいは研磨状態を良好にするラッピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にラッピング装置では、決められた位置から適量の研磨材をスラリや霧状にして連続または間欠的にラッピング定盤に塗布し、研磨プレート用のアルミナ質成形体のようなワークとラッピング定盤との間に研磨材を介在させて研磨している。このようなラッピング定盤を用いた研磨加工では、ワークとラッピング定盤の間に介在する研磨材の量が、平面形状や平面精度に大きな影響を与える。さらに、ラッピング定盤が大形になると、研磨材を均一に塗布することが困難になるが、従来、大形な定盤に均一に研磨材を塗布するラッピング装置は開発されておらず、従来のラッピング装置に研磨材の散布口を増設するか、供給する研磨材量を増加させることで対処していた。
【０００３】
しかしながら、ダイヤモンド砥粒などの高価な研磨材を用いる場合、研磨材の量を増やすことは、コストアップになり好ましくない。
【０００４】
なお、散布口を増設あるいは研磨材量の増加で対処しており、先行技術文献は特にない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、大形な定盤でも高精度の平面加工ができ、また、均一に研磨材を塗布しながら研磨ができ、高精度の平面加工ができ、安価にラッピング加工が可能なラッピング装置が要望されていた。
【０００６】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、大形な定盤でも高精度の平面加工ができ、また、均一に研磨材を塗布しながら研磨ができて高精度の平面加工ができ、安価にラッピング加工が可能なラッピング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、回転されワークが載置されるラッピング定盤と、このラッピング定盤の上方に配置され水平方向に移動される移動体と、この移動体を水平移動させる移動体移動機構と、前記ラッピング定盤に研磨材を供給する研磨材供給装置の前記移動体に取り付けられた研磨材供給手段と、前記ラッピング定盤上の研磨材を認識する研磨材認識装置の前記移動体に取り付けられた研磨材認識センサ手段と、ラッピング定盤上の研磨材を除去する研磨材除去機構の前記移動体に取り付けられた研磨除去手段とを有し、前記ラッピング定盤に沿って移動する前記研磨材認識センサ手段から送信される前記ラッピング定盤上の研磨材の認識情報に基づき、前記研磨材供給手段により前記ラッピング定盤上の研磨材過少位置に研磨材を供給するか、あるいは前記研磨材除去手段により前記ラッピング定盤上の研磨材過剰位置の研磨材を除去することを特徴とするラッピング装置が提供される。これにより、大形な定盤でも均一に研磨材を塗布しながら研磨ができ、安価にラッピング加工が可能なラッピング装置が実現される。
【０００８】
好適な一例では、上記研磨材認識センサ手段、研磨材供給手段、研磨材除去手段が取り付けられた移動体は、ラッピング定盤の直径に沿って、その半径の範囲で移動される。これにより、大きなラッピング定盤上の研磨材の塗布状況は適確に認識され、これに基づいて、研磨材の異常塗布位置に対して研磨材が供給され、あるいは除去されて、均一な塗布が実現される。
【０００９】
また、本発明の他の態様によれば、ラッピング定盤用モータにより回転されワークが載置されるラッピング定盤と、ワークを回転させるワーク回転機構と、前記ラッピング定盤に研磨材を供給する研磨材供給装置と、前記ラッピング定盤の回転負荷を検知する負荷検知手段とを有し、この負荷検知手段の負荷情報に基づき、前記研磨材供給装置、ラッピング用モータ、ワーク回転機構の全部または一部を制御して、加工条件を変更することを特徴とするラッピング装置が提供される。これにより、直径が大きなラッピング定盤を有するラッピング装置においても、高精度の平面加工が実現される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるラッピング装置の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明に係わるラッピング装置の第１実施形態の概念図である。
【００１２】
図１に示すように、本第１実施形態のラッピング装置１は、回転され、例えばアルミナ製の研磨プレートのようなワークＷが載置されるラッピング定盤２と、このラッピング定盤２の上方に配置され水平方向に移動される移動体３と、この移動体３を水平移動させる移動体移動機構４と、ラッピング定盤２に研磨材Ａを供給する研磨材供給装置５の移動体３に取り付けられた研磨材供給手段５ａと、ラッピング定盤２上の研磨材Ａを認識する研磨材認識装置６の移動体３に取り付けられた研磨材認識センサ手段６ｇと、ラッピング定盤２上の余分な研磨材を除去する研磨材除去機構７の移動体３に取り付けられた研磨材除去手段７ａとを有している。さらに、ラッピング装置１はラッピング定盤２上のワークＷを回転させるワーク回転機構８を有している。
【００１３】
上記ラッピング定盤２は、例えば銅板製であり、図２に示す制御系９に示すような定盤回転モータ２ａにより回転される。
【００１４】
移動体３には、研磨材供給手段５ａ、研磨材認識センサ手段６ｇ及び研磨材除去手段７ａが一体的に取り付けられており、移動体移動機構４の作動により、移動体３が、ラッピング定盤の上方を水平方向、例えば直径に沿って、好ましくは半径の範囲で移動され、研磨材供給手段５ａ、研磨材認識センサ手段６ｇ及び研磨材除去手段７ａも同様にラッピング定盤２に沿って半径の範囲で移動される。これにより、大きなラッピング定盤２上の研磨材の塗布状況は適確に認識され、これに基づいて、研磨材の異常塗布位置に対して研磨材が供給され、あるいは除去されて、均一な塗布が実現される。
【００１５】
図３に示すように、移動体移動機構４には、図１に示す門形状の装置支持枠１ａの内側に設けられ同じく門形状の移動機構支持枠４ａと、この移動機構支持枠４ａの支持部材４ａ１上に取り付けられたボールネジ４ｂが設けられており、さらに、このボールネジ４ｂを回転させるように連結されたステッピングモータからなる移動機構モータ４ｃと、移動体３の位置を読取る位置読み取り手段４ｄとしてのロータリエンコーダが設けられており、支持部材４ａ１に支持されボールネジ４ｂに螺合された移動体３を所定の水平位置に移動させるようになっている。位置読み取り手段にロータリエンコーダを用いることにより、移動体移動機構により、移動体の位置は正確に制御される。
【００１６】
図４に示すように、研磨材供給装置５は、研磨材Ａをスラリとして供給する研磨スラリ供給装置であり、図３に示す移動体３に取り付けられた研磨材供給手段５ａとしてのスラリ供給ノズルと、ラッピング装置１の下部に設けられ研磨材供給手段５ａにスラリ供給ポンプ５ｂを介して連通されるスラリタンク５ｃと、スラリ抜き取りタンク５ｄを介してスラリタンク５ｃに連設された分離装置５ｅと、この分離装置５ｅに連設され上記スラリタンク５ｃとに連通するスラリ調合タンク５ｆとで構成されている。なお、分離装置５ｅには廃液タンク５ｇが接続され、スラリ調合タンク５ｆには新研磨材供給ホッパ５ｈ及び新液体供給容器５ｉが接続されている。
【００１７】
図５に示すように、研磨材認識装置６は、図２に示す制御系９の制御装置１０に接続される発光素子ドライバー６ａに制御され、レーザ光を発振する発光素子６ｂと、この発光素子６ｂの光軸上に設けられた投光レンズ６ｃと、上記光軸のラッピング定盤２の研磨材Ａに対する反射光軸上に設けられた結像レンズ６ｄと、反射光軸上のレーザ光を受光する受光センサ６ｅと、この受光センサ６ｅからの研磨材認識信号を処理する信号処理装置６ｆとを有しており、制御装置１０に接続されている。発光素子６ｂ、投光レンズ６ｃ、結像レンズ６ｄ及び受光センサ６ｅは、一体的にケーシングに収納されて研磨材認識センサ手段６ｇが形成されている。なお、研磨材認識装置６は、その全体が移動体３に取り付けられていてもよく、また、そのセンサ部である研磨材認識センサ手段のみが取り付けられていてもよい。また、研磨材認識センサ手段は、レーザ光を用いるものに限らず、２次元ＣＣＤカメラなどを用いたものであってもよい。
【００１８】
図６に示すように、研磨材除去機構７は、研磨材除去用の研磨材除去手段７ａとしてのスクレーパと、研磨材除去手段７ａが取り付けられ昇降される昇降部材７ｂと、この昇降部材７ｂが螺合されるボールネジ７ｃと、このボールネジ７ｃを回転させ、研磨材除去手段７ａを昇降させるステッピングモータである除去手段昇降モータ７ｄで構成されている。本実施形態においては、研磨材除去機構７全体が移動体３に取り付けられているが、昇降部材を昇降させる駆動源として、スクレーパ昇降モータに替えて、エアシリンダあるいは油圧シリンダが用いられる場合には、研磨材除去手段のみが移動体に取り付けられてもよい。
【００１９】
また、図１に示すように、上記ワーク回転機構８は、一対の回転支持部材８ａ、８ａと、この回転支持部材８ａ、８ａを回転させるワーク回転モータ８ｂ、８ｂとからなっており、回転支持部材８ａ、８ａは、ラッピング定盤２の上方にラッピング定盤２とわずかに離間して、配置されており、ワークＷを所定の位置に保持するとともに、ワークＷを回転させるようになっている。なお、ワーク回転機構８をラッピング定盤２の半径方向（図１中矢印方向）に揺動する揺動機構（図示せず）をさらに設けることによって、ラッピング定盤２の全面を満遍なく活用して、平坦度の高いワーク加工を繰返し行うことができる。このような実質的にワークを揺動させるワーク揺動機構を付加するのがより好ましい。
【００２０】
さらに、図２に示すように、制御系９の制御装置１０は、ＣＰＵ１０ａ、メモリ１０ｂを有し、ラッピング装置１全体を制御するものであり、この制御装置１０には、ワークＷが載置されるラッピング定盤２を回転させる定盤回転モータ２ａ及びワークＷを回転支持させるワーク回転モータ８ｂ、移動体３を移動させる移動機構モータ４ｃ及び移動体３に取り付けられた除去手段昇降モータ７ｄ、研磨材Ａを含む研磨スラリを供給するスラリ供給ポンプ５ｂ、移動機構モータ４ｃとボールネジ４ｂの回転より移動体３の位置を読取る位置読み取り手段４ｄ、ラッピング定盤２上の研磨材Ａの状態を認識する研磨材認識装置６、操作パネル１１に設けられた表示手段１１ａ及び入力手段１１ｂがそれぞれ接続されている。なお、ラッピング工程中、制御装置１０による上記各モータ２ａ、４ｃ、７ｄ、８ｂ、スラリ供給ポンプ５ｂ、位置読み取り手段４ｄ及び研磨材認識装置６の制御は、事前に制御装置１０にプログラムされた制御手順に従って行われ、また、必要に応じ入力手段１１ｂからの入力により行われる。
【００２１】
次に本第１実施形態のラッピング装置を用いたワークの研磨方法について説明する。
【００２２】
図１に示すように、ワークＷ例えばアルミナ製の研磨プレートを研磨するには、ワークＷをラッピング定盤２に載置し、ワーク回転機構８により、ワークＷを支持して一定の場所に位置させ、制御装置１０により、ワーク回転モータ８ｂを回転させてワークＷを自転させる。しかる後、制御装置１０により、定盤回転モータ２ａを回転させてラッピング定盤２を回転させ、さらに、スラリ供給ポンプ５ｂを作動させて、半径の範囲で移動され、移動体３に取り付けた研磨材供給手段５ａから噴出される研磨スラリにより研磨材Ａが全面に渡って均一に塗布される。この均一に塗布された研磨材Ａにより、ラッピング定盤２に載置された研磨材Ａの載置面は均一に研磨される。
【００２３】
ラッピング工程が開始されると、移動体３に取り付けられた研磨材供給手段５ａから研磨スラリとして研磨材Ａがラッピング定盤２上に塗布され、塗布された研磨材Ａの塗布状態（研磨材量）は研磨材認識装置６により常時把握（計測）される。また、移動体３に取り付けられた研磨材供給手段５ａを、周期的に半径の範囲で移動させることにより、研磨材Ａは周期的にラッピング定盤２に塗布される。
【００２４】
このようなラッピング工程において、研磨材Ａの塗布状態（研磨材量）の把握（計測）は、次のようにして行われ、研磨材Ａが均一に塗布された状態が保たれ、常時ラッピング定盤２の研磨材Ａの塗布量は監視されながらラッピング加工が行われる。
【００２５】
例えば、制御装置１０により、移動体３を周期的に半径の範囲で移動させることにより、研磨材認識センサ６ｇが半径の範囲で周期的に移動され、ラッピング定盤２上の研磨材Ａの塗布状態は認識される。例えば、図７（ａ）に示すように、ラッピング定盤２上の研磨材Ａが均一に塗布された状態では、発光素子６ｂから発光されたレーザ光は、研磨材Ａで反射されて、受光センサ６ｅで受光され、信号処理装置６ｆで信号処理されて、制御装置１０に送信され、処理され、さらに、予めメモリ１０ｂに記憶された均一塗布状態データと比較させ、均一塗布状態が認識される。
【００２６】
さらに、研磨材認識センサ手段６ｇが半径の範囲で周期的に移動されて、図７（ｂ）に示すように、ラッピング定盤２上の研磨材Ａが過少塗布状態の位置に達すると、発光素子６ｂから発光されたレーザ光は、ラッピング定盤２で反射されて、受光センサ６ｅで受光され、信号処理装置６ｆで信号処理されて、制御装置１０に送信され、処理され、さらに、予めメモリ１０ｂに記憶された過少塗布状態データと比較されて、過少塗布状態が認識される。過少塗布状態が認識されると、位置読み取り手段４ｄにより、移動体３の位置を介してラッピング定盤２上の過少塗布位置は検知され、メモリ１０ｂに記憶される。過少塗布状態が入力された制御装置１０は、移動機構モータ４ｃを停止させて、移動体３をその位置に止める。移動体３を止めた状態で、研磨材供給装置５のスラリ供給ポンプ５ｂを作動させ、研磨材供給手段５ａから研磨スラリをラッピング定盤２上の過少塗布部位が均一になるまで研磨材Ａを噴出させて均一に塗布させる。
【００２７】
また、図７（ｃ）に示すように、研磨材認識センサ６ｇが半径の範囲で周期的に移動されて、ラッピング定盤２上の研磨材Ａが過剰に塗布された状態の位置に達すると、発光素子６ｂから発光されたレーザ光は、ラッピング定盤２の過剰研磨材Ａａで反射されて、受光センサ６ｅで受光され、信号処理装置６ｆで信号処理されて、制御装置１０に送信され、処理され、さらに、予めメモリ１０ｂに記憶された塗布過剰状態データと比較されて、塗布過剰状態が認識される。塗布過剰状態が認識されると、位置読み取り手段４ｄにより、移動体３の位置を介してラッピング定盤２上の塗布過剰位置は検知され、メモリ１０ｂに記憶される。塗布過剰状態が入力された制御装置１０は、移動機構モータ４ｃを停止させて、移動体３をその位置に止めさせる。移動体３を止めた状態で、除去手段昇降モータ７ｄを回転させて、ボールネジ７ｃ、昇降部材７ｂを介して研磨材除去手段７ａを降下させ、研磨材Ａが規定塗布値（量）に達するまで研磨材除去手段７ａがラッピング定盤２に押し付けられ、余分な研磨材Ａは除去される。
【００２８】
上記のように、本第１実施形態のラッピング装置は、ラッピング定盤上に研磨材が均一に塗布されているか否かを、認識する研磨材認識センサ及び研磨材が過少な位置に研磨材供給手段を移動させて、研磨材が供給され、研磨材が過剰な位置に研磨材除去手段を移動させ、研磨材が削除される。従って、直径が大きなラッピング定盤を有するラッピング装置においても、研磨材は均一に塗布され、高精度の平面加工が実現される。また、余分な研磨材が供給されることがないので研磨材の使用量は削減される。さらに、意図的にワークの中心や外周部を多めに研磨することもできる。
【００２９】
また、本発明に係わるラッピング装置の第２実施形態について説明する。
【００３０】
上記第１実施形態がラッピング定盤上の研磨材の状態を研磨材認識センサにより検知するのに対して、本第２実施形態はラッピング定盤の回転負荷を検知する負荷検知手段を設けて研磨状態を検知するものである。
【００３１】
例えば、図８及び図９に示すように、本第２実施形態のラッピング装置１Ａは、ラッピング定盤用モータ２Ａａにより回転されワークＷが載置されるラッピング定盤２Ａと、ワークＷを回転させるワーク回転機構８Ａと、ラッピング定盤２Ａに研磨材Ａを供給し能力可変ポンプ５Ａｂを具備する研磨材供給装置５Ａと、ラッピング定盤２Ａの回転負荷を検知する負荷検知手段２１Ａとを有している。さらに、ワーク回転機構８Ａをラッピング定盤２Ａの半径方向（図８中矢印方向）に揺動する揺動機構（図示せず）が設けられており、ラッピング定盤２Ａの全面を満遍なく活用して、平坦度の高いワーク加工を繰返し行うことができるようになっている。また、ラッピング装置１Ａは回路系９Ａを有し、負荷検知手段２１Ａはラッピング定盤用モータ２Ａａの定盤モータ電流検知センサ２Ａａ１が制御装置１０Ａに接続されてなっており、さらに、ワーク回転機構８Ａのワーク回転モータ８Ａｂにはワークモータ電流検知センサ８Ａｂ１が制御装置１０Ａに接続されてワークの回転負荷を常時検知可能になっており、また、ワーク回転モータ８Ａｃにはワーク揺動モータ電流検知センサ８Ａｃ１が制御装置１０Ａに接続されてワークの揺動を常時検知可能になっている。なお、負荷検知手段はモータ電流検知センサに限らず回転トルク検知センサ等であってもよく、また、ワーク回転モータのモータ電流検知センサも回転トルク検知センサ等であってもよい。他の構成は図１及び図２に示すラッピング装置及び回路系と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。
【００３２】
従って、本第２実施形態のラッピング装置１Ａを用いたラップ加工が始まると研磨材供給装置５ＡからスラリＡがラッピング定盤２Ａ上に塗布され、ラップ加工が行われる。この加工中はラップ定盤２Ａやワーク回転の負荷は、常時定盤モータ電流検知センサ２Ａａ１、ワークモータ電流検知センサ８Ａｂ１によって検知され、予め設定された設定値以上に負荷が上昇すると、能力可変ポンプ５Ａａを制御して研磨材供給装置５Ａから供給されるスラリＡを増加させるか、ラッピング定盤用モータ２Ａａの回転を制御してラッピング定盤２Ａの回転を制御するか、あるいはワーク回転モータ８Ａｂの回転を制御してワークＷの回転を遅くする等の制御を行う。このような制御を行なっても、さらに回転負荷が上昇する場合は安全に運転が停止される。なお、研磨材供給装置５ＡからスラリＡのラッピング定盤２Ａ上への塗布は、研磨材供給手段５ａと高さが予め設定された研磨材除去手段７ａを周期的にラッピング定盤２Ａの半径方向に移動させ、常時スラリＡを均一に供給するが、研磨材供給手段を適宜複数固定的に配置しスラリＡを均一に供給するようにしてもよい。
【００３３】
本第２実施形態によれば、研磨加工中は常時ラッピング定盤の回転負荷を監視しながら最適な加工状態で研磨加工を行うことができ、ワークとラッピング定盤の摩擦の増大に起因する傷や加工痕を低減でき、ワークとラッピング定盤の密着に起因するモータの過負荷による故障、ワークとラッピング定盤との密着によって生じる移動制約に起因する不均一研磨を防止でき、直径が大きなラッピング定盤を有するラッピング装置においても、高精度の平面加工が実現される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係わるラッピング装置によれば、大形な定盤でも高精度の平面加工ができ、また、均一に研磨材を塗布しながら研磨ができて高精度の平面加工ができ、安価にラッピング加工が可能なラッピング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のラッピング装置の概念図。
【図２】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる回路系の概念図。
【図３】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる移動体移動手段の概念図。
【図４】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる研磨材供給手段の概念図。
【図５】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる研磨材認識手段の概念図。
【図６】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる研磨材除去手段の概念図。
【図７】本発明の第１実施形態のラッピング装置に用いられる研磨材認識手段の認識状態を示す説明図。
【図８】本発明の第２実施形態のラッピング装置の概念図。
【図９】本発明の第２実施形態のラッピング装置に用いられる回路系の概念図。
【符号の説明】
１ ラッピング装置
１ａ 装置支持枠
２ ラッピング定盤
２ａ 定盤回転モータ
３ 移動体
４ 移動体移動機構
４ａ 移動機構支持枠
４ａ１ 支持部材
４ｂ ボールネジ
４ｃ 移動機構モータ
４ｄ 位置読み取り手段
５ 研磨材供給装置
５ａ 研磨材供給手段
５ｂ スラリ供給ポンプ
５ｃ スラリタンク
５ｄ ラリ抜き取りタンク
５ｅ 遠心分離装置
５ｆ スラリ調合タンク
５ｇ 廃液タンク
５ｈ 新研磨材供給ホッパ
５ｉ 新液体供給容器
６ 研磨材認識装置
６ａ 発光素子ドライバー
６ｂ 発光素子
６ｃ 投光レンズ
６ｄ 結像レンズ
６ｅ 受光センサ
６ｆ 信号処理装置
６ｇ 研磨材認識センサ
７ 研磨材除去機構
７ａ 研磨材除去手段
７ｂ 昇降部材
７ｃ ボールネジ
７ｄ 除去手段昇降モータ
８ ワーク回転機構
８ａ 回転支持部材
８ｂ ワーク回転モータ
９ 制御系
１０ 制御装置
１１ 操作パネル
１１ａ 表示手段
１１ｂ 入力手段
Ａ 研磨材
Ｗ ワーク
Claims (3)
- 回転されワークが載置されるラッピング定盤と、このラッピング定盤の上方に配置され水平方向に移動される移動体と、この移動体を水平移動させる移動体移動機構と、前記ラッピング定盤に研磨材を供給する研磨材供給装置の前記移動体に取り付けられた研磨材供給手段と、前記ラッピング定盤上の研磨材を認識する研磨材認識装置の前記移動体に取り付けられた研磨材認識センサ手段と、ラッピング定盤上の研磨材を除去する研磨材除去機構の前記移動体に取り付けられた研磨材除去手段とを有し、前記ラッピング定盤に沿って移動する前記研磨材認識センサ手段から送信される前記ラッピング定盤上の研磨材の認識情報に基づき、前記研磨材供給手段により前記ラッピング定盤上の研磨材過少位置に研磨材を供給するか、あるいは前記研磨除去手段により前記ラッピング定盤上の研磨材過剰位置の研磨材を除去することを特徴とするラッピング装置。
- 上記移動体は、ラッピング定盤の直径に沿って、その半径の範囲で移動されることを特徴とする請求項１に記載のラッピング装置。
- ラッピング定盤用モータにより回転されワークが載置されるラッピング定盤と、ワークを回転させるワーク回転機構と、前記ラッピング定盤に研磨材を供給する研磨材供給装置と、前記ラッピング定盤の回転負荷を検知する負荷検知手段とを有し、この負荷検知手段の負荷情報に基づき、前記研磨材供給装置、ラッピング用モータ、ワーク回転機構の全部または一部を制御して、加工条件を変更することを特徴とするラッピング装置。
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