JP2010188488A - 両面研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持キャリアへの回転力の伝達を、折損する（壊れる）ことなどを減少して常に安定して行える両面研磨装置を提供する。
【解決手段】両研磨盤１９，３９を、同一状線上に位置される回転軸心１０Ａ，２０Ａの周りに回転自在に設け、両研磨盤を回転軸心の周りに各別に回転させる一対の研磨盤駆動手段１４，２５を、各別に駆動制御自在として設けた。保持キャリア８０を、本体フレーム１側に支持案内されて回転軸心に対して変位させた偏心軸心５０Ａの周りに回転可能なリング状の回転体５０に、連結具７０を介して着脱自在に連結するとともに、この回転体を回転させる回転体駆動手段６０を設けた。回転体の偏心軸心の周りでの回転（自転）は、破損など生じることなく剛体化して確実に行え、また保持キャリアへの回転力の伝達は、連結具を介して回転体と一体状として行えて、保持キャリアが折損する（壊れる）ことなどを減少して常に安定して行える。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば液晶用の硝子板、金属板、半導体のシリコン基板、セラミックス基板など各種の被加工物の両面を研磨するのに使用される両面研磨装置に関するものである。

従来、保持キャリアで保持した被加工物の両面を挟む状態で、一対の研磨盤を配置するとともに、これら研磨盤を相対的に接近離間動させる接近離間手段を設けた両面研磨装置であって、保持キャリアを自転（回転）させる形式としては、次のような構成が提供されている。

すなわち、ワークの両面を研磨する一対の回転定盤と、一対の回転定盤間の回転中心部周囲に配置され、それぞれがワークを偏心して保持する複数の歯車型のキャリアと、一対の回転定盤間の回転中心部に配置され、周囲に配置された複数のキャリアに噛み合って複数のキャリアを同期して自転させるセンターギヤと、複数のキャリアの周囲に各キャリアに対応して分散配置され、それぞれが内側のキャリアに噛み合ってそのキャリアをセンターギヤと共同して定位置に保持して自転させる複数の自転手段とを具備している。そして各自転手段は、キャリアに１位置又は２位置以上で噛み合うと共に、歯すじが回転軸に沿った１又は複数の回転歯車でキャリアを自転させる構成となっている（たとえば、特許文献１参照。）。

特開２０００−２３７９５３号公報（第３頁、図１、図２、図４、図７） 特開２０００−２３７９５４号公報 特開２００５−２０５５８５号公報

しかし、上記した従来構成によると、各キャリアは、センターギヤと自転手段とに内外で直接に噛み合う遊星歯車形式によって回転力を伝達する構成であり、したがって、使用経過に伴って歯部が折損する恐れがある。特にキャリアを、ワークを保護するために強度の低い樹脂材製としたときや、薄いワークに対応させて薄く形成したときなどに、歯部が簡単に折損する（壊れる）ことになり、樹脂材製の薄いキャリアは容易に採用し難い。

そこで本発明の請求項１記載の発明は、保持キャリアへの回転力の伝達を、折損する（壊れる）ことなどを減少して常に安定して行える両面研磨装置を提供することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の両面研磨装置は、保持キャリアで保持した被加工物の両面を挟む状態で、一対の研磨盤を配置するとともに、これら研磨盤を相対的に接近離間動させる接近離間手段を設けた両面研磨装置であって、両研磨盤を、同一状線上に位置される回転軸心の周りに回転自在に設けるとともに、両研磨盤を回転軸心の周りに各別に回転させる一対の研磨盤駆動手段を、各別に駆動制御自在として設け、前記保持キャリアを、本体フレーム側に支持案内されて前記回転軸心に対して変位させた偏心軸心の周りに回転可能なリング状の回転体に、連結具を介して着脱自在に連結するとともに、この回転体を回転させる回転体駆動手段を設けたことを特徴としたものである。

したがって請求項１の発明によると、接近離間手段により両研磨盤を相対的に離間させた状態で、保持キャリアに被加工物をセットさせ、この状態で接近離間手段により両研磨盤を相対的に接近させることにより、被加工物の両面に対して各研磨盤を当接し得る。このような当接の前後において、両研磨盤駆動手段を稼働して両研磨盤を回転軸心の周りに回転させるとともに、回転体駆動手段を稼働して回転体を偏心軸心の周りに偏心回転させる。したがって、この状態で接近離間手段により荷重を掛けることにより、研磨盤の回転軸心の周りでの駆動回転と、被加工物の偏心軸心の周りでの駆動回転によって、被加工物の両面に対する研磨加工を行える。その際に、回転速度（駆動）を各別に制御（調整）することによって、上部研磨盤と被加工物との研磨速度と、下部研磨盤と被加工物との研磨速度とを等速状にし得る。そして回転体の偏心軸心の周りでの回転（自転）は、破損など生じることなく剛体化して行え、また保持キャリアへの回転力の伝達は、連結具を介して回転体と一体状として行える。

上記した本発明の請求項１によると、接近離間手段により両研磨盤を相対的に離間させたのち、保持キャリアに被加工物をセットした状態で、接近離間手段により両研磨盤を相対的に接近させることにより、被加工物の両面に対して各研磨盤を当接でき、このような当接の前後において、両研磨盤駆動手段を稼働して両研磨盤を回転軸心の周りに回転できるとともに、回転体駆動手段を稼働して回転体を偏心軸心の周りに偏心回転できる。したがって、この状態で接近離間手段により荷重を掛けることにより、研磨盤の回転軸心の周りでの駆動回転と、被加工物の偏心軸心の周りでの駆動回転によって、被加工物の両面に対する研磨加工を行うことができる。その際に、回転速度（駆動）を各別に制御（調整）することによって、上部研磨盤と被加工物との研磨速度と、下部研磨盤と被加工物との研磨速度とを等速状にでき、これにより研磨盤の当接は、両面全域で均一状にかつ研磨速度を一定状として行うことができ、以て研磨残りの生じない均一な研磨加工を行うことができる。

そして回転体の偏心軸心の周りでの回転（自転）は、破損など生じることなく剛体化して確実に行うことができ、また保持キャリアへの回転力の伝達は、連結具を介して回転体と一体状として行うことができて、保持キャリアが折損する（壊れる）ことなどを減少して常に安定して行うことができる。これにより保持キャリアとしては、被加工物を保護するために強度の低い樹脂材製としたものや、薄い被加工物に対応させて薄く形成したとしても、歯部が簡単に折損する（壊れる）ことがなくなり、以て樹脂材製の薄い保持キャリアを容易に採用できる。

本発明の実施の形態１を示し、両面研磨装置の縦断側面図である。 同両面研磨装置の一部切り欠き正面図である。 同両面研磨装置の平面図である。 同両面研磨装置の横断平面図である。 同両面研磨装置の要部の縦断側面図である。 同両面研磨装置の回転体支持部の縦断側面図である。 本発明の実施の形態２を示し、両面研磨装置の横断平面図である。

［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を、図１〜図６に基づいて説明する。
図１〜図３において、１は本体フレームで、箱枠状の上部フレーム２と、箱枠状の下部フレーム３と、これら上部フレーム２と下部フレーム３との後部間（一側部間）を連結する箱枠状の中間部フレーム４とから構成され、前記下部フレーム３は、その上板３ａの中央部に開口５が形成されている。そして上部フレーム２の前部側に昇降体６が設けられ、この昇降体６は、上部フレーム２の前面に設けられた摺動案内体７に後面に設けた上下方向のレール体８が支持案内されることで、上部フレーム２に対して昇降自在に構成されている。前記本体フレーム１には、縦方向の上部回転軸１０と下部回転軸２０とが設けられ、これら回転軸１０，２０は、同一状（同一またはほぼ同一）線上に位置される回転軸心１０Ａ，２０Ａの周りに回転自在に構成されている。

すなわち上部回転軸１０は、上部筒体１１に軸受１２を介して回転自在に支持されており、そして上部筒体１１は前記昇降体６の下部に連結されている。前記上部回転軸１０の下端には、連結部材１３を介して上部研磨盤（研磨盤の一例）１９が連動連結されており、そして上部回転軸１０の上端には、上部研磨盤駆動手段（研磨盤駆動手段の一例）１４が連結されている。すなわち上部研磨盤駆動手段１４は、前記昇降体６に配設された回転駆動装置（モータ）１５と、この回転駆動装置１５に一体状の変速装置１６と、この変速装置１６からの出力軸１７と前記上部回転軸１０の上端とを連動連結する連結部材１８などから構成されている。

したがって、回転駆動装置１５の駆動により出力軸１７や前記上部回転軸１０などを介して、上部研磨盤１９を回転軸心１０Ａの周りに回転し得る。その際に上部研磨盤駆動手段１４は上部研磨盤１９を、平面視において時計回転方向を回転方向１９Ｋとして駆動回転すべく設定されており、また上部研磨盤１９の回転速度は、変速装置１６によって調整（制御）するように構成されている。以上の１５〜１８などにより、上部研磨盤駆動手段１４の一例が構成される。

図１〜図６において、前記下部回転軸２０は筒体状であって、その中心部分には液供給管２１が内嵌されて一体回転自在に構成されている。そして下部回転軸２０は下部筒体２２に軸受２３を介して回転自在に支持されるとともに、この下部筒体２２は、前記開口５を挿通されて下部フレーム３の上板３ａに固定されている。前記下部回転軸２０の上端には、連結部材２４を介して下部研磨盤（研磨盤の一例）３９が連結されており、そして下部回転軸２０の下端には、下部研磨盤駆動手段（研磨盤駆動手段の一例）２５が連動連結されている。すなわち下部研磨盤駆動手段２５は、前記下部フレーム３内に配設された回転駆動装置（モータ）２６と、この回転駆動装置２６に無端連動機構２７を介して連動連結された変速装置２８と、この変速装置２８からの出力軸２９に設けられた駆動輪体３０と、前記下部回転軸２０の下端に外嵌固定された受動輪体３１と、両輪体３０，３１間に掛けられた無端回動体（タイミングベルトやチェーンなど）３２などから構成されている。

したがって、回転駆動装置２６の駆動により出力軸２９や前記下部回転軸２０などを介して、下部研磨盤３９を回転軸心２０Ａの周りに回転し得る。その際に下部研磨盤駆動手段２５は下部研磨盤３９を、平面視において反時計回転方向を回転方向３９Ｋとして駆動回転すべく設定されており、また下部研磨盤３９の回転速度は、変速装置２８によって調整（制御）するように構成されている。以上の２６〜３２などにより、下部研磨盤駆動手段２５の一例が構成される。

上記した構成によって、両研磨盤１９，３９を、同一状線上に位置される回転軸心１０Ａ，２０Ａの周りに回転自在に設け得るとともに、両研磨盤１９，３９を回転軸心１０Ａ，２０Ａの周りに各別に回転させる一対の研磨盤駆動手段１４，２５を、各別に駆動制御自在として構成し得る。なお下部研磨盤３９の外側面で適所には、上板３ａの上面に摺接自在な清掃体３３が設けられている。

前記液供給管２１は、その上端が下部研磨盤３９の上面に開放され、そして下端には、液供給装置（図示せず。）がロータリージョイント３５を介して接続されている。また下部研磨盤３９の下面側は、下部フレーム３の上板３ａ上に設けられたスライド受け台９に受け止められている。そしてスライド受け台９には、下部研磨盤３９の下面とスライド受け台９の上面との間に油を供給する油供給路３６が形成されるとともに、油供給路３６に接続する油供給装置３７が下部フレーム３に設けられている。

両研磨盤１９，３９を相対的に接近離間動させる接近離間手段４０が設けられる。この接近離間手段４０は左右一対のシリンダー装置４１からなり、そのシリンダー本体４２が
上部フレーム２に連結されるとともに、下向きのピストンロッド４３が連結部材４４を介して前記昇降体６に連結されることにより、その一例が構成される。したがって、両シリンダー装置４１を同期して伸縮動させ、摺動案内体７を介してガイドレール８を支持案内して昇降体６を昇降動させることで、下部研磨盤３９に対して上部研磨盤１９を接近離間動し得る。

前記下部研磨盤３９に外嵌されてリング状の回転体５０が設けられ、この回転体５０は、本体フレーム１側に支持案内されて前記回転軸心１０Ａ，２０Ａに対して変位させた偏心軸心５０Ａの周りに回転可能に構成されている。すなわち回転体５０は筒リング状であって、その外面側には外向き鍔部５０ａが一体形成されるとともに、内面側には内向き鍔部５０ｂが一体形成されている。そして回転体５０の外側で周方向の複数箇所には、回転支持部５１が設けられている。これら回転支持部５１は、下部フレーム３の上板３ａ上に設けられた支持体５２と、この支持体５２側に横軸５３を介して遊転自在に設けられて前記外向き鍔部５０ａを下方から支持自在な受けローラ５４と、前記支持体５２側に縦軸５５を介して遊転自在に設けられて前記外向き鍔部５０ａに外方から当接自在な案内ローラ５６と、この案内ローラ５６の当接位置を調整自在な調整部５７などにより一例が構成される。

前記回転体５０を偏心軸心５０Ａの周りに回転させる回転体駆動手段６０が設けられている。すなわち、回転体５０に外嵌されて外向き鍔部５０ａ上に載置されたのち、この外向き鍔部５０ａ側に連結される環状の受動歯車６１が設けられている。そして、下部フレーム３の上板３ａ上に回転駆動装置（モータ）６２が設けられ、この回転駆動装置６２に一体状の変速装置６３からの上向きの出力軸６４に、前記受動歯車６１に常時噛合する駆動歯車６５が設けられている。

したがって、回転駆動装置６２により駆動歯車６５を駆動回転することで、受動歯車６１を介して回転体５０を偏心軸心５０Ａの周りに回転（自転）し得、そして回転は、受けローラ５４や案内ローラ５６からなる回転支持部５１群の支持案内によって、常に安定して行える。その際に回転体５０の回転方向５０Ｋは、下部研磨盤３９の回転方向３９Ｋと同方向で、平面視において反時計回転方向に設定されており、また回転体５０の回転速度は、変速装置６３によって調整（制御）するように構成されている。以上の６１〜６５などにより、回転体駆動手段６０の一例が構成される。

このように、本体フレーム１側に支持案内されて前記回転軸心１０Ａ，２０Ａに対して変位させた偏心軸心５０Ａの周りに回転可能な回転体５０に、被加工物（被研磨物）８５を貫装自在な保持キャリア８０が連結具７０を介して着脱自在に連結されている。すなわち、回転体５０の内向き鍔部５０ｂで周方向の複数箇所には、連結用孔５０ｃが形成されている。前記連結具７０は、各連結用孔５０ｃに対応してそれぞれ設けられるもので、連結用孔５０ｃに上方から差し込まれる位置決めピン７１と、この位置決めピン７１の下位螺子部に螺合して内向き鍔部５０ｂに固定させるナット体７２と、前記位置決めピン７１の上位ピン部に外嵌して内向き鍔部５０ｂ上に位置されるスペーサ７３と、前記位置決めピン７１の上位ピン部に外嵌してスペーサ７３に対向される押さえ体７４と、この押さえ体７４に上方から差し込まれて位置決めピン７１の上位螺子孔部に螺合自在な押さえボルト体７５とにより構成されている。

前記保持キャリア８０は円盤状であって、その中央部分（設定箇所）には矩形状の嵌合孔８１が形成され、この嵌合孔８１に矩形板状の被加工物８５を貫装自在としている。そして保持キャリア８０は、周縁部分で周方向の複数箇所に前記連結具７０に対応した連結用孔８２が形成される状態で、樹脂材により一体成形されている。したがって保持キャリア８０は、押さえボルト体７５の離脱により押さえ体７４を外した状態で、位置決めピン７１群の上位ピン部に連結用孔８２群を介して外嵌させたのち、上位ピン部に押さえ体７４を外嵌させて押さえボルト体７５を締め付け螺合することによって、連結具７０群を介して回転体５０で保持し得る。これにより、保持キャリア８０で保持した被加工物８５の両面を挟む状態で、一対の研磨盤１９，３９を配置し得る。以上の７１〜７５などにより、連結具７０の一例が構成される。なお上板３ａの周縁部には、回転支持部５１群の側方や上方を覆うカバー体５８が設けられている。

以下に、上記した実施の形態１における作用を説明する。
図１の実線や図２に示すように、接近離間動手段４０におけるシリンダー装置４１の収縮動で昇降体６を上昇させ、下部研磨盤３９に対して上部研磨盤１９を上昇離間させた状態で、保持キャリア８０の嵌合孔８１に対して矩形の被加工物８５を嵌め込みによりセットし得る。このとき被加工物８５は下部研磨盤３９に、その下面を介して当接される。なお嵌め込み前に、前工程で研磨した製品（被加工物８５）は取り出される。

この状態でシリンダー装置４１を伸展動させ、昇降体６を介して上部研磨盤１９を下降させることにより、図１の仮想線に示すように、被加工物８５の上面に対して上部研磨盤１９を軽く当接し得る。このような当接の前後において、両研磨盤駆動手段１４，２５の回転駆動装置１５，２６を稼働して両研磨盤１９，３９を回転軸心１０Ａ，２０Ａの周りに回転させるとともに、回転体駆動手段６０の回転駆動装置６２を稼働して回転体５０を偏心軸心５０Ａの周りに偏心回転させて、所期の研磨を行う。

すなわち、上部研磨盤駆動手段１４における回転駆動装置１５の回転を、変速装置１６や出力軸１７を介して上部回転軸１０に伝達し得、そして上部回転軸１０の回転により、上部研磨盤１９を回転軸心１０Ａの周りに駆動回転し得る。また下部研磨盤駆動手段２５における回転駆動装置２６の回転を、無端連動機構２７を介して変速装置２８に伝達し得、さらに出力軸２９の回転を、無端回動体３２などを介して下部回転軸２０に伝達し得、そして下部回転軸２０の回転により、下部研磨盤３９を回転軸心２０Ａの周りに駆動回転し得る。また回転体駆動手段６０における回転駆動装置６２の回転を、変速装置６３を介して駆動歯車６５に伝達し得、さらに受動歯車６１を介して回転体５０に伝達し得、そして回転体５０の回転により、保持キャリア８０（被加工物８５）を偏心軸心５０Ａの周りに駆動回転し得る。

したがって、この状態でシリンダー装置４１の伸展により荷重を掛けることにより、研磨盤１９，３９の回転軸心１０Ａ，２０Ａの周りでの駆動回転と、被加工物８５の偏心軸心５０Ａの周りでの駆動回転によって、被加工物８５の両面に対する研磨加工を行える。その際に、上部研磨盤１９の回転方向１９Ｋと下部研磨盤３９の回転方向３９Ｋが反対方向（逆方向）であることから、被加工物８５の両面研磨における摩擦力を相殺し得る。

また、変速装置１６，２８，６３により出力軸１７，２９，６４の回転速度（駆動）を各別に制御（調整）することによって、反対方向（逆方向）である上部研磨盤１９の回転方向１９Ｋと保持キャリア８０の回転方向５０Ｋによる上部研磨盤１９と被加工物８５との研磨速度と、同方向である下部研磨盤３９の回転方向３９Ｋと保持キャリア８０の回転方向５０Ｋによる下部研磨盤３９と被加工物８５との研磨速度とを等速状とし得、これにより研磨盤１９，３９の当接は、両面全域で均一状にかつ研磨速度を一定状として行え、以て研磨残りの生じない均一な研磨加工を行える。さらに、被加工物８５の両面を同時に研磨するので、板状物の研磨の場合、歪んだ板状物を平面に研磨加工できる。

そして回転体５０の偏心軸心５０Ａの周りでの回転（自転）は、回転駆動装置６２により駆動歯車６５を駆動回転することで、破損など生じることなく剛体化した受動歯車６１を介して確実に行うことができ、さらに回転は、受けローラ５４や案内ローラ５６からなる回転支持部５１群の支持案内によって、常に安定して行うことができる。また保持キャリア８０への回転力の伝達は、連結具７０を介して回転体５０と一体状として行うことができて、保持キャリア８０が折損する（壊れる）ことなどを減少して常に安定して行うことができる。これにより保持キャリア８０としては、被加工物８５を保護するために強度の低い樹脂材製としたものや、薄い被加工物８５に対応させて薄く形成したとしても、歯部が簡単に折損する（壊れる）ことがなくなり、以て樹脂材製の薄い保持キャリア８０を容易に採用できる。

なお上述した研磨盤１９，３９による研磨は、液供給装置からロータリージョイント３５や液供給管２１を介して下部研磨盤３９の上面（同様にして上部研磨盤１９の下面）に研磨材（水や油の研磨液など）を供給しながら（かけながら）行われる。また、下部研磨盤３９の回転は、油供給装置３７から油供給路３６を介して下部研磨盤３９の下面とスライド受け台９の上面との間に供給される油によって、静圧スラスト軸受形式により安定して支持できる。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２を、図７に基づいて説明する。

すなわち、円板状の保持キャリア８０には、周方向の２箇所（複数箇所）に矩形状の嵌合孔８１が形成され、それぞれに小さな被加工物８５群を貫装している。これによると、被加工物８５群の両面を、均一に研磨する要素をより確実として、同時に研磨し得る。なお、同時に研磨される被加工物８５の数や大小の形状は任意に設定されるものである。

上記した実施の形態１では、回転体５０の回転支持部５１として、受けローラ５４と案内ローラ５６とからなるローラ形式が示されているが、これはベアリング形式などであってもよい。

上記した実施の形態１では、連結具７０として押さえ体７４を介しての押し付けクランプ形式が示されているが、これはねじ体のみによる締め付け形式などであってもよい。
上記した実施の形態１では、回転体５０を回転させる回転体駆動手段６０として歯車伝動形式が示されているが、これはチェーン伝動形式やベルト伝動形式などであってもよい。

上記した実施の形態１，２では、矩形板状の被加工物８５の研磨を行っているが、これは丸形板状など種々な形状の被加工物を取り扱えるものであり、それに応じて嵌合孔８１の形状が決定される。

上記した実施の形態１，２において、両面研磨装置を複数台設置して、共通（１台）のロボットにより、被加工物８５の供給や取出しなど、各種の作業を行う形式であってもよい。

１ 本体フレーム
６ 昇降体
９ スライド受け台
１０ 上部回転軸
１０Ａ 回転軸心
１４ 上部研磨盤駆動手段（研磨盤駆動手段）
１５ 回転駆動装置
１６ 変速装置
１９ 上部研磨盤（研磨盤）
１９Ｋ 回転方向
２０ 下部回転軸
２０Ａ 回転軸心
２５ 下部研磨盤駆動手段（研磨盤駆動手段）
２６ 回転駆動装置
２８ 変速装置
３９ 下部研磨盤（研磨盤）
３９Ｋ 回転方向
４０ 接近離間手段
５０ 回転体
５０ａ 外向き鍔部
５０ｂ 内向き鍔部
５０ｃ 連結用孔
５０Ａ 偏心軸心
５０Ｋ 回転方向
５１ 回転支持部
６０ 回転体駆動手段
６２ 回転駆動装置
６３ 変速装置
７０ 連結具
７１ 位置決めピン
７４ 押さえ体
７５ 押さえボルト体
８０ 保持キャリア
８１ 嵌合孔
８２ 連結用孔
８５ 被加工物（被研磨物）

Claims (1)

1. 保持キャリアで保持した被加工物の両面を挟む状態で、一対の研磨盤を配置するとともに、これら研磨盤を相対的に接近離間動させる接近離間手段を設けた両面研磨装置であって、両研磨盤を、同一状線上に位置される回転軸心の周りに回転自在に設けるとともに、両研磨盤を回転軸心の周りに各別に回転させる一対の研磨盤駆動手段を、各別に駆動制御自在として設け、前記保持キャリアを、本体フレーム側に支持案内されて前記回転軸心に対して変位させた偏心軸心の周りに回転可能なリング状の回転体に、連結具を介して着脱自在に連結するとともに、この回転体を回転させる回転体駆動手段を設けたことを特徴とする両面研磨装置。

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