JP3003929B1 - 平面研磨機 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】従来機に比べて小さい機械で、従来機よりも大
きなワークを平面研磨することができる平面研磨機を提
供すること。 【解決手段】ワークＷＫを保持して回転中心Ｏ１を中心
に回転させられるキャリア１と、キャリア１に対向配置
されていてワークＷＫの面に接しつつ回転中心Ｏ２を中
心として回転させられる定盤とを用い、キャリア１，定
盤２Ｕがそれぞれ回転中に、回転中心Ｏ１が回転中心Ｏ
２を中心として半径Δの円運動を行なうようにするた
め、回転中心Ｏ２を中心に回転する回転台４を設け、こ
の回転台４上にキャリア１を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、平面研磨機に関
し、特に大型ワークの平面研磨に適する平面研磨機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高精度の平面研磨が要求されるワ
ークとして、小片状のマイクロチップが対象とされてき
たが、近年になってＩＣパッケージ（ＴＡＢ、リードフ
レーム）、サーマルプリントヘッド、ＦＤＰ、ビルドア
ップ基板（ＭＣＭ、ＢＧＡ）等のフォトマスクの材料、
ＦＤＰではＰＤＰ・ＬＣＤ用のマザーガラス、ＩＴＯ電
極用マスク材料等が対象となりつつあり、特に、大きな
ものとしては例えば、１１００ｍｍ×１５５０ｍｍの大
きさのフォトマスク等、平面研磨の対象となる材料の大
型化が顕著になりつつある。

【０００３】従来の小片を研磨加工するのに適した研磨
機としては、ワークの片面ずつを研磨するオスカー方
式、ラップマスター方式、遊星キャリアテーブルでワー
クを挾んで両面を同時に研磨するホップマン方式等各種
の方式の機械が知られている。

【０００４】一般的な平面研磨機の基本構成は次のよう
なものである。つまり、ワークを保持して回転中心Ｏ１
を中心に回転させられるキャリアと、前記キャリアに対
向配置されていて前記ワークの面に接しつつ回転中心Ｏ
２を中心として回転させられる定盤とを用い、前記キャ
リアおよび前記定盤がそれぞれ回転中に、前記回転中心
Ｏ１が前記回転中心Ｏ２を中心として半径Δの円運動を
行なうようにし、前記ワークの面が前記定盤によってサ
イクロイド曲線で掃引されることにより、ワークを平面
研磨する。

【０００５】．このような方式にかかる平面研磨機と
して、ホップマン方式の一例を従来の研磨機として以下
に例示する。図１４、図１５において、４枚の同一の歯
車からなるキャリア１０１、１０２、１０３、１０４が
中心歯車１０５と内歯歯車１０６とに共通に噛み合わさ
れている。４つのキャリア１０１〜１０４にはそれぞ
れ、この例では矩形板状をしたワークＷＫの外形に合わ
せた穴が開けられいて、この穴にワークＷＫが嵌合させ
られている。

【０００６】キャリア１０１〜１０４の厚さは、ワーク
ＷＫよりも研磨代に余裕を加えた寸法分薄く製作されて
いて、ワークＷＫの上面と下面はそれぞれキャリア１０
１，１０２の上面、下面から露出可能である。４つのワ
ークＷＫの上面に共通に接触するような円盤状の下定盤
１１０Ｄが、内歯歯車１０６の中心と共通の回転中心Ｏ
２を中心にして回転可能に設けられている。キャリア１
０１〜１０４及びワークＷＫは下定盤１１０Ｄ上に自重
で載っている。下定盤１１０Ｄと共通の回転中心Ｏ２を
中心に回転可能な上定盤１１０Ｕが所定の研磨圧力でワ
ークＷＫに接触している。キャリア１０１〜１０４の各
回転中心Ｏ１は、回転中心Ｏ２からΔだけ離れた位置に
ある。

【０００７】かかる構成において、中心歯車１０５を矢
印の向きに回転駆動すると、キャリア１０１〜１０４は
それぞれ中心歯車１０５により自転しつつ、内歯歯車１
０６に沿って公転する。この公転中に上定盤１１０Ｕ，
下定盤１１０Ｄを回転中心Ｏ２を中心に逆転させると、
回転中心Ｏ１が回転中心Ｏ２を中心として半径Δの円運
動を行ない、ワークＷＫの面が上下定盤１１０Ｕ，１１
０Ｄによってサイクロイド曲線で掃引される。

【０００８】図１５において、キャリア１０１上のワー
クＷＫ上の任意の点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を出発点とするサ
イクロイド曲線をそれぞれ符号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で例示
する。

【０００９】かかる状況のもとで、ワークＷＫと上下定
盤１１０Ｕ、１１０Ｄの間に研磨剤を供給することによ
り、ワークＷＫの両面を平行、平坦な面に平面研磨する
ことができる。

【００１０】このように、中心歯車のまわりにキャリア
を回転させて、キャリアを自転、公転させる方式では、
研磨機の床面積が、およそ、内歯歯車１０６の大きさで
決まり、内歯歯車１０６の径は、（半径Δ＋キャリア１
０１の半径）×２の大きさで定まる。このため、ワーク
ＷＫの大きさが大きくなると、床面積は飛躍的に大きく
なる傾向を示す。

【００１１】．上記、従来方式の平面研磨機では、定
盤に接しつつ回転されるキャリアの回転方向が常に一定
であるため、当初は平坦に形成されている定盤の表面
が、経時的に図１６（ｂ）に示すように凹面に所謂逆研
磨させられたり、或いは図１６（ｄ）に示すように凸面
に逆研磨させられたりしてしまう。

【００１２】このため、随時、定盤を平坦に修正する必
要が生じ、その都度、定盤を平面研磨機から外して修正
用の治具（修正専用機）に取り付けて、逆研磨させられ
たときのキャリアの回転方向と逆向きに回転する修正用
の回転部材を用いて、修正しなければならない。

【００１３】修正の仕方としては、例えば、図１６
（ａ）又は図１６（ｃ）に示すようにする方法がある。
図１６（ａ）では、下定盤１０１Ｄが時計回りの向きに
回転駆動され、修正用の回転部材１１２も駆動系からの
動力伝達を受けて時計回りの向きに回転駆動されて、修
正が行われる。

【００１４】図１６（ｃ）では、下定盤１０１Ｄが時計
回りの向きに回転駆動され、修正用の回転部材１１２は
反時計回りの向きに逆転させられている。

【００１５】上定盤１０１Ｕの表面状態が凸面になる
か、凹面になるかは、諸条件に左右され、一概にはいえ
ないが、何れかの状態になることははっきりしている。
従って、定盤が凹面状、或いは凸面状になったら、ワー
ク加工時のキャリアの回転方向に対して逆向きに回転す
るように設定された修正用の回転部材１１２を用いて、
図１６（ａ）或いは、図１６（ｂ）の何れかの状態で定
盤の表面の修正を行う。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記については、ワ
ークの大型化に応じて、大規模化する平面研磨機を可能
な限り大型化せずにワークの加工を行いたいという市場
の要求がある。上記については、従来の定盤の修正作
業が煩雑であるので、簡易な修正手段が求められてい
る。

【００１７】本発明はこれらの課題に応え、同一の大き
さのワークを加工対象とするとき、従来の平面研磨機に
比べて、飛躍的に小型の機械で平面研磨を可能となし得
る平面研磨機を提供することを目的とする。また、定盤
の平坦度を修正するのに作業者に負担をかけない平面研
磨機を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】ワークを保持して回転中
心Ｏ１を中心に回転させられるキャリアと、前記キャリ
アに対向配置されていて前記ワークの面に接しつつ回転
中心Ｏ２を中心として回転させられる定盤とを用い、前
記キャリアおよび前記定盤がそれぞれ回転中に、前記回
転中心Ｏ１が前記回転中心Ｏ２を中心として半径Δの円
運動を行なうようにし、前記ワークの面が前記定盤によ
ってサイクロイド曲線で掃引されて平面研磨が行なわれ
る平面研磨機において、前記回転中心Ｏ２を中心に回転
する回転台を設け、この回転台上に前記キャリアを、前
記回転中心Ｏ１が前記回転中心Ｏ２から前記半径Δと等
しい距離をおくように配置し、前記定盤は前記キャリア
を上下方向から挾むようにして対向配置されている上定
盤、下定盤の上下２つの定盤により構成した（請求項
１）。

【００１９】

【００２０】（２）．（１）記載の平面研磨機におい
て、前記キャリアは互いに逆向きに回転させられる２つ
の回転体からなることとした（請求項２）。

【００２１】（３）．（２）記載の平面研磨機におい
て、前記２つの回転体は互いに噛み合う２つの歯車から
なることとした（請求項３）。

【００２２】（４）．（１）、（２）又は（３）記載の
平面研磨機において、前記キャリアは歯車からなり、前
記回転台に支持されて該歯車のピッチ円上の少なくとも
３点で噛み合う歯車により支持されつつ回転可能である
こととした（請求項４）。

【００２３】（５）．（１）、（２）、（３）又は
（４）記載の平面研磨機において、前記下定盤は回転台
に軸支されており、前記上定盤は揺動手段により変位さ
せられて、前記ワークに加圧される研磨態位と、ワーク
の交換が可能な空間をおいて前記下定盤から離間する交
換態位と、をとり得るように切り換え可能であることと
した（請求項５）。

【００２４】（６）．（５）記載の平面研磨機におい
て、前記揺動手段は不動部材に軸支された揺動部材と、
この揺動部材の駆動源と、前記上定盤を回転可能に支持
するジョイントからなることとした（請求項６）。

【００２５】（７）．（６）記載の平面研磨機におい
て、前記ジョイントは少なくとも前記上定盤が前記研磨
態位にあるときに前記上定盤の面に傾きの自由を与える
自在継手であることとした（請求項７）。

【００２６】（８）．（１）、（２）、（３）、
（４）、（５）、（６）又は（７）記載の平面研磨機に
おいて、前記上定盤と前記下定盤の回転方向は互いに逆
とし、前記上定盤の回転速度よりも前記下定盤の回転速
度を速く（大きく）した（請求項８）。

【００２７】（９）．（５）、（６）、（７）又は
（８）記載の平面研磨機において、前記回転台は基台に
回転可能に嵌合されたうえで底部を回転輪で支持されて
いて該回転台を駆動する回転台駆動手段を付帯し、前記
回転台は前記下定盤を駆動する下定盤駆動手段及び前記
キャリアを駆動するキャリア駆動手段を搭載し、前記揺
動手段は前記上定盤を駆動する上定盤駆動手段を搭載し
ていることとした（請求項９）。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明の原理を図１により説明する。図１におい
て、符号１はワークを保持して回転中心Ｏ１を中心に回
転させられるキャリアを示す。このキャリア１がワーク
を保持する態様は、図１４で説明した内容に準ずる。

【００２９】このキャリア１の下に対向させて、つまり
キャリア１およびワークを載置する態様でワークの面の
両者に接しつつ回転中心Ｏ２を中心として回転させられ
るように下定盤２Ｄが設けられている。なお、キャリア
１に保持されるワークは図の煩雑さを避けるため図示を
省略している。

【００３０】キャリア１および下定盤２Ｄがそれぞれ回
転中に、回転中心Ｏ１が回転中心Ｏ２を中心として半径
Δの円３上を円運動するようにさせるために、回転中心
Ｏ２を中心として半径Δの円３上を円運動するようにさ
せるために、回転中心Ｏ２を中心に回転する回転台４を
設け、この回転台４上にキャリア１を図１に示すように
回転中心Ｏ２と回転中心Ｏ１との距離がΔとなるように
配置している。

【００３１】かかる構成により、下定盤２Ｄとキャリア
１との間で適度の速度差をもたせることで、ワークの面
が下定盤２Ｄによってサイクロイド曲線で掃引されて平
面研磨が行なわれる。なお、図１に付したハッチングは
部材間の境を明確にするための便宜上のものであり、断
面を示すものではない。

【００３２】図１に示した例では、定盤として、下定盤
２Ｄのみを示したが、上定盤のみとすることもできる
し、或いは、上下２つの定盤でキャリア１を挾む形態と
することもできる。

【００３３】図２において、キャリア１上のワークを符
号ＷＫで示し、ワークＷＫ上の任意の点Ｓ４、Ｓ５、Ｓ
６を出発点とするサイクロイド曲線をそれぞれ符号Ｃ
４、Ｃ５、Ｃ６で示す。これらのサイクロイド曲線は前
記したように、下定盤２Ｄとキャリア１との相対速度に
より異なる形の曲線となる。ここで、下定盤２Ｄの大き
さは、定盤の偏った摩耗を防止するため、サイクロイド
曲線との関係で、曲線の一部が定盤の外に出るような大
きさで設定する。

【００３４】次に図３〜図８により、本発明による平面
研磨機の具体的な構成例を説明する。 図３において、
符号２Ｕは上定盤を示し、図示省略の上定盤駆動手段に
より回転中心Ｏ２を中心にして矢印の向きに回転駆動さ
れるようになっている。

【００３５】上定盤２Ｕに対向している下定盤２Ｄも図
示省略の下定盤駆動手段により回転中心Ｏ２を中心にし
て上定盤２Ｕとは逆向きの矢印の向きに回転駆動される
ようになっている。

【００３６】下定盤２Ｄの下方には、回転中心Ｏ２を中
心にして図示省略の回転台駆動手段により回転駆動され
る回転台４が位置している。上定盤２Ｕ、下定盤２Ｄ、
回転台４は回転中心を共通とするが、これらを支持する
軸部はそれぞれ駆動手段と共に独立していて、回転速度
および向きは必ずしも同一ではない。

【００３７】対向配置されたこれらの上定盤２Ｕと下定
盤２Ｄとの間には、円盤状のキャリア１が位置し、該キ
ャリア１は下定盤２Ｄ上に自重で載せられている。キャ
リア１は外周に歯が形成された歯車からなり、図４に示
すように、ワークＷＫの外形に合わせたワーク支持穴１
ｈが形成されていて、このワーク支持穴１ｈにはワーク
ＷＫが嵌合支持される。

【００３８】前記したように、キャリア１の厚さは、ワ
ークＷＫの厚さよりも研磨代に余裕を加えた分だけ薄い
関係にあり、図５に示すように研磨時にはワークＷＫの
上面に上定盤２Ｕ，ワークＷＫの下面に下定盤２Ｄがそ
れぞれ接するようになる。特に、上定盤２Ｕは回転中心
Ｏ２に沿って下向きに適度な加工圧力で加圧されるよう
になっている。

【００３９】また、上定盤２Ｕは、ワークＷＫやキャリ
ア１の交換に便利なように、下定盤２Ｄから離間動作が
可能な構成とされている。さらに、図３に示すように、
キャリア１の回転中心Ｏ１は回転中心Ｏ２からΔ離れた
位置に維持されつつ回転中心Ｏ２のまわりを回転しか
つ、キャリア１自体も矢印の向きに回転されるようにな
っている。

【００４０】このようなキャリア１の運動を行わせるた
めに、本例では、キャリア１の外周に形成した歯車のピ
ッチ円上の３点で噛み合うように３つの歯車Ｇ１、Ｇ
２、Ｇ３を設けた。これら３点を結ぶ三角形の頂点に相
当する位置にある歯車Ｇ３についても、ピッチ円上の３
点で噛み合う歯車Ｇ４，Ｇ５で支持されている。つま
り、キャリア１と歯車Ｇ４、Ｇ５の３つの歯車で支持さ
れる。

【００４１】これらの歯車のうち、歯車Ｇ１、Ｇ２、Ｇ
４、Ｇ５は回転台４に植設した軸に軸支されていて、こ
れらの歯車の少なくとも１つは、キャリア駆動手段によ
り駆動力を与えられて、キャリア１を矢印の向きに回転
駆動する。歯車Ｇ３はセンタレスであるので、ワークの
サイズや形状に応じて取替えられるキャリア１と共に、
簡単に交換できるようにし、支持軸を設ける必要がない
ので、その分、構成が簡単になっている。

【００４２】このような構成により、キャリア１は回転
中心Ｏ２のまわりを、回転中心Ｏ１を中心に自転しなが
ら公転し、ワークＷＫの上面、下面が定盤によりサイク
ロイド曲線で掃引されて同時に研磨され、平行、平坦面
に加工される。

【００４３】次に、図６、図７により、平面研磨機全体
の構成例を説明する。これらの図で、図３で説明した部
材と共通のものについては、同じ符号を付してある。こ
の平面研磨機の主要部は、基台５上に組に立てられてい
る。基台５の上面の一部には、円形の嵌合穴６が形成さ
れている。一方、回転台４の底部に相当する部位には、
円柱状の軸部４ａが形成されていて、この軸部４ａが嵌
合穴６に回転可能に嵌合している。

【００４４】軸部４ａの底面は、４つの回転輪７によ
り、回転可能に支持されている。軸部４ａおよび嵌合穴
６の中心は回転中心Ｏ２と合致しており、回転台４は回
転中心Ｏ２を中心として回転可能である。図示の例では
回転輪７を４個設けているが、これは一例であり、回転
台４の重量に応じて適宜、適正な数の回転輪を設けるも
のとする。

【００４５】軸部４ａの外周面には歯が形成されてい
る。基台５上にはモータＭ１が固定されていて、このモ
ータＭ１の軸には歯が形成されたプーリＰ１が設けられ
ている。これら軸部４ａとプーリＰ１とには、上記した
各歯に噛み合う歯が形成されたベルト８が掛けまわされ
ている。

【００４６】これらモータＭ１、ベルト８、軸部４ａ，
プーリＰ１等は回転台駆動手段の主要部材である。モー
タＭ１を駆動することにより、回転台４は回転中心Ｏ２
を中心として回転させられる。

【００４７】回転台４の上部には軸９が、上下の２箇所
で軸受１０、１１により支持されて回転中心０２を中心
に回転可能に設けられている。軸９の上端部には下定盤
２Ｄが、支持部材を介して固定されている。軸９上、軸
受１０と軸受１１との間の位置には、当該軸９と一体的
にプーリＰ２が設けられている。

【００４８】回転台４上にはモータＭ２が固定されてい
て、このモータＭ２の軸にはプーリＰ３が一体的に設け
られている。これらプーリＰ２とプーリＰ３とには、ベ
ルト１２が掛けまわされている。これらモータＭ２、プ
ーリＰ２、Ｐ３等は下定盤駆動手段の主要部材である。
モータＭ２を駆動することにより、下定盤２Ｄは回転中
心Ｏ２を中心として回転させられる。

【００４９】回転台４上には、モータＭ３が固定されて
いて、このモータＭ３の軸にはプーリＰ４が一体的に設
けられている。回転台４上には、間隔をおいて２本の軸
１３、１４が軸支されている。軸１３にはプーリＰ５
が、軸１４にはプーリＰ６が、それぞれ固定されてい
る。プーリＰ４とプーリＰ５との間にはベルト１５が掛
けまわされ、プーリ４とプーリＰ６との間にはベルト１
６がそれぞれ掛けまわされている。

【００５０】軸１３の上端部にはキャリア駆動用の歯車
Ｇ２が、軸１４の上端部にはキャリア駆動用の歯車Ｇ１
が、それぞれ軸と一体的に設けられている。これら軸１
３、１４と対向するようにして回転台４上には軸１７、
１８が植設されていて、これらの軸１７の上端部には歯
車Ｇ５が、軸１８の上端部には歯車Ｇ６がそれぞれ軸支
されている。

【００５１】これらの歯車Ｇ１、Ｇ２、Ｇ４、Ｇ５の位
置は図３で説明した通りであり、これらの歯車を支持す
る軸は、これら各歯車の位置に合わせてあるものとす
る。モータＭ３、プーリＰ４、Ｐ５、Ｐ６、ベルト１
５、１６等はキャリア１を駆動するキャリア駆動手段の
主要部材を構成する。

【００５２】不動部材としての基台５上には、支柱２０
が直立しており、この支柱の上部には、揺動部材２１が
軸２２を支点として揺動可能に支持されている。支柱２
０には、これと一体的に取付台２３が設けられている。
揺動部材２１の一端側と取り付け台２３との間には、エ
アシリンダ２３の本体とこれに組み合わされたピストン
とがそれぞれ軸支されている。

【００５３】エアシリンダ２３の上記本体に対するエア
の供給制御により、ピストンを突出させたり、後退させ
たりすることができる。何れの動作もバルブの切り換え
により迅速に行うことができる。上記ピストンを突出さ
せるときのエアシリンダの状態をエアシリンダ・オン、
また、ピストンを後退させるときのエアシリンダの状態
をエアシンダ・オフと、それぞれ称するとすれば、エア
シリンダ・オンとエアシリンダ・オフとの切り換えによ
り、揺動部材は揺動させられ、かつ、揺動後の位置を維
持させることができる。エアシリンダ２４は、揺動部材
２１を揺動させる駆動源である。

【００５４】軸２２による支持部を間にして、該揺動部
材２１の他端側には、軸端側にジョイント２７を介して
上定盤２Ｕが設けられている軸２５が軸支されている。
軸２５の上端部にはプーリＰ８が固定されている。

【００５５】揺動部材２１上には、モータＭ４が固定さ
れていて、このモータＭ４の軸にはプーリＰ７が一体的
に設けられている。プーリＰ８とプーリＰ７との間には
ベルト２６が掛けまわされている。モータＭ４を駆動す
ることにより、上定盤２Ｕは回転駆動させられる。モー
タＭ４、プーリＰ８、Ｐ７は上定盤駆動手段の主要部を
構成する。

【００５６】エアシリンダ・オフからエアシリンダ・オ
ンにされると、揺動部材２１が揺動させられて上定盤２
Ｕが下定盤２Ｄに近づくように変位する。上定盤２Ｕが
ワークＷＫの上面に接して研磨態位にあるとき、上定盤
２Ｕの回転中心、つまり、軸２５の中心が回転中心Ｏ２
と合致するのが理想である。

【００５７】しかし、揺動部材２１が揺動する構成であ
るため、揺動の度合いにより厳密には軸２５の中心は回
転軸Ｏ２に対して角度をもってしまう。そこで、軸２５
と上定盤２Ｕとをジョイント２７で連結している。ジョ
イント２７は少なくとも上定盤２Ｕが研磨態位にあると
きに上定盤２Ｕの面に傾きの自由を与えつつ駆動力を伝
達し得る自在継手で構成されている。

【００５８】エアシリンダ・オンの状態のもとで、上定
盤２ＵがワークＷＫ（或いはキャリア１）に加圧接触さ
せられており、このとき、軸２５の中心線が回転中心Ｏ
２とが合致するように、揺動部材２１に対する軸２５の
配置および軸２５上の上定盤２Ｕの位置を定めておけ
ば、研磨の過程で揺動部材の傾きが多少変化しても、上
定盤２Ｕには無理なく駆動力が伝達され、研磨を行うこ
とができる。エアシリンダ・オフの状態のもとでは、上
定盤２Ｕは図６に２点鎖線で示すように、下定盤２Ｄ、
キャリア１、ワークＷＫ等から大きく離間して上方に位
置する。

【００５９】揺動部材２１、エアシリンダ２４、ジョイ
ント２７等は、揺動手段を構成し、該揺動手段は、上定
盤２ＵがワークＷＫに加圧接触させられる研磨態位と、
上定盤２Ｕがワークやキャリア等の交換が可能な所要の
空間をおいて下定盤２Ｄから離間させられた交換態位と
をとり得るように上定盤２Ｕの位置および姿勢を切り換
える。

【００６０】ジョイント２７の構成例を図８（ａ），
（ｂ）により説明する。これらの図において、ジョイン
ト２７は、軸２５側については、軸端側に形成したスプ
ライン軸部２７ａと、軸端に形成した球面部２７ｂとか
らなり、上定盤２Ｕ側については、該上定盤２Ｕに固定
された連結部材２８とからなる。なお、球面部２７ｂの
上部には段部２７ｃが形成されている。

【００６１】連結部材２８は、スプライン軸部２７ａに
係合するスプライン穴部２８ａと、球面部２７ｂに当接
し得る球面座２８ｂと、段部２７ｃと当接し得るストッ
パ部２８ｃとからなる。球面座２８ｃのセンタ部に形成
された凹部２８ｄは、球面部２７ｂと球面材２８ｃとの
球面同士の接触を良好にするためのものである。

【００６２】エアシリンダ・オフでは、図８（ｂ）に示
すようにストッパ部２８ｃに段部２７ｃが当接した状態
となり、上定盤２Ｕは軸２５により吊りあげられたよう
な状態となる。

【００６３】エアシリンダ・オンでは、図８（ａ）に示
すようにエアシリンダ２４の加圧力により、球面部２７
ｂは球面座２８ｂに加圧当接させられており、球面同士
の摺動により揺動の自由を有する。尤も、この状態で
は、スプライン軸２７ａとスプライン穴２８ａとの嵌合
部において揺動を自由を妨げられるが、嵌合の緩みの分
の揺動は可能である。この機械が対象としている研磨代
はわずかであり、上記嵌合の緩みの量で十分な揺動の量
を得ることができる。なお、図６において、符号Ｗは研
磨剤を受け集めると共に、飛散防止をするガード部材を
示す。

【００６４】このような構成の研磨機において、上定盤
２Ｕおよび下定盤の直径を１５０ｃｍ、キャリア１の直
径を１３２ｃｍ、上定盤２Ｕの回転速度を１０ｒｐｍ、
下定盤２Ｄの回転速度を３０ｒｐｍ、キャリア１の回転
速度を３ｒｐｍ、加工圧を５〜１００ｇ／ｃｍ²にする
ことができる。

【００６５】この場合、経験上、上定盤２Ｕと下定盤２
Ｄの各回転方向は互いに逆とし、上定盤２Ｕの回転速度
よりも下定盤２Ｄの回転速度を速くすることが、良好な
両面研磨を行う上で必要な条件となるので、この条件を
満たすように条件設定するのがよい。研磨剤の供給は公
知例に準じて行う。

【００６６】このような構成の研磨機では、キャリアが
１つであるので、一回に研磨できるワークの個数は１つ
であるが、定盤の回転中心のまわりをキャリアが自転し
つつ公転する構成であるので、キャリアの移動領域同士
の単純比較でもわかるように、研磨機の大きさは従来の
ホップマン方式の研磨機に比べて飛躍的に小型にするこ
とができる。

【００６７】以上に説明した例では、キャリアが１つで
あり、このキャリアは常に定盤に対して一定方向に自転
しつつ公転する構成であり、このため、図１６で説明し
たように、当初は平坦に形成されている定盤の表面が、
経時的に凹面或いは凸面に逆研磨させられたりしてしま
う傾向がある。

【００６８】このように逆研磨させられた定盤を自動修
正する手段として、図９に示すように、キャリア３１、
３２を互いに逆向きに回転するように２つの回転体で構
成した。符号３０は定盤を示し、これらキャリア３１，
３２を間にして上下から挾むように上定盤、下定盤を設
ける構成としてもよいし、上定盤、下定盤の何れか一方
だけを設ける構成としてもよい。

【００６９】キャリア３１、３２は外周に歯を有する一
種の歯車で構成されていて、定盤３０の回転中心Ｏ２の
位置で互いに噛み合わされている。さらに、キャリア３
１は歯車Ｇ１０、Ｇ１１とも噛み合うことにより３点で
の噛み合い支持とし、かつ、中心に軸を設けなくても回
転可能なセンタレス支持としている。キャリア３２につ
いても同様に、歯車Ｇ１２，Ｇ１３、キャリア３１によ
り３点でセンタセス支持とされている。

【００７０】キャリア３１、歯車Ｇ１０、Ｇ１１およ
び、キャリア３２、歯車Ｇ１２、Ｇ１３等は回転中心Ｏ
２を中心に回転する回転台に支持されており、回転中心
Ｏ２と各キャリア３１、３２の回転中心Ｏ１との距離は
Δに設定されている。これらのキャリア３１，３２及び
定盤３０、回転台等の駆動の方式は前記した例に準ず
る。

【００７１】図９に示した例では、キャリア３１、３２
が歯車で構成されていて、互いに逆向きに回転する構成
としているので、定盤３０の面がキャリア３１およびワ
ークにより凹面或いは凸面となるなど、ある傾向にキャ
リアやワークによって逆研磨されても、一方のキャリ
ア、例えばキャリア３１と逆向きに回転する他方のキャ
リア、例えばキャリア３２により自動修正される。従っ
て、従来のように、逆研磨された定盤を平面研磨機から
取り外して、専用の軸に取り付け、修正を行う等の煩雑
な作業を要しない点で有利である。

【００７２】この例の場合には、定盤３１上に２つのキ
ャリア３１、３２が位置する関係で、キャリアが１つで
構成される前記した例の場合よりもワークの大きさは小
さくなり、従って、同じ大きさのワークなら、研磨機の
大きさは大きくなるが、その度合いはわずかであり、従
来のホップマン方式による４キャリア遊星歯車式の研磨
機よりも小型にできる点で変わりない。なお、キャリア
３１、３２を上記例のように歯車で構成することなく、
回転台上に軸支して駆動手段により互いに逆回転させる
ように構成することも可能である。

【００７３】本発明にかかる研磨機が小型化できること
をイメージ的に理解するために、ワークＷＫの大きさが
等しい場合における、各種研磨機の主要部材の大きさを
以下に比較する。図１３は従来のホップマン方式による
４キャリア遊星歯車式の研磨機（以下、単に従来機と称
する。）の主要部の構成を示し、図１０は本発明にかか
る１キャリア方式の研磨機の主要部の構成（図１に示し
た構成に準拠）を示し、図１１は本発明にかかる２キャ
リア方式の研磨機の主要部の構成（図９に示した構成に
準拠）を示している。

【００７４】これら図１０、図１１、図１３において、
各ワークＷＫの大きさは同じであり、同じ大きさのワー
クを研磨するならば、図１３に示す構成に比べて、図１
０、図１１に示す本発明の構成の研磨機の方が小型化で
きることがこれらの図の比較からわかる。

【００７５】さらに、図１２は本発明にかかる１キャリ
ア方式の研磨機（図１に示した構成に準拠）において、
図１３に示す従来機における定盤１１０Ｕと同じ大きさ
の定盤２Ｄを使用するときに装着できる最も大きなワー
クＷＫを示したものである。図１３と図１２との比較か
ら、同じ機械の大きさ（床面積）の研磨機なら、従来機
に比べて、本発明にかかる研磨機の方がおよそ４倍の大
きさのワークを研磨することができることが推定され
る。

【００７６】概算で比較すると、縦７２０ｃｍ×横１２
０ｃｍ×厚さ数ｍｍの大きさのワークを研磨する研磨機
の床面積と総重量は、従来機で縦３ｍ×横２．６ｍ×高
さ４．６ｍで３０トンであるのに対し、図６、図７に例
示したような本発明にかかる研磨機では、縦１．８ｍ×
横１．６ｍ×高さ２ｍで３トンとなし得るという試算が
あり、本発明の研磨機がいかに小型化、小重量化が顕著
であるかがわかる。

【００７７】なお、従来機では、４つのワークを同時加
工するので効率的ではあるが、何らかのトラブルにより
１つのワークについてダメージを受けると、互いに連携
している他の３つのワークについても同じようにダメー
ジを受け、４つのワークが連鎖的に不良になるのに対
し、本発明にかかる研磨機では１つで済む利点がある。

【００７８】以上説明した本発明にかかる平面研磨機の
加工対象としては、冒頭で述べた各種大型の基板材料の
ほか、石、セラミックス、硝材、金属、その他の材料を
広く包含する。

【００７９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、研磨機を
従来機に比べて小型化でき、同じ規模の機械ならば、大
きなワークを研磨することができ、大幅な設備投資を行
うことなく、時代の要請である各種マスク材、ハードデ
ィスク材料、その他の研磨を行うことができるととも
に、上下２つの定盤により、平行平坦面を得ることがで
きる。

【００８０】

【００８１】請求項２記載の発明によれば、互いに逆回
転する２つのキャリアにより、定盤面の経時的な凹面或
いは凸面への傾向を自動修正することができる。請求項
３記載の発明によれば、キャリアの逆回転を簡単な構成
で得ることができる。請求項４記載の発明によれば、簡
単な構成でキャリアを回転可能に安定して支持すること
ができる。

【００８２】請求項５記載の発明によれば、揺動手段に
より、上定盤を変位させることにより、上定盤をワーク
の交換可能な交換態位と研磨に適する研磨態位とに簡単
に切り換えることができる。請求項６記載の発明によれ
ば、駆動源としてエアシリンダを用いることで、交換態
位と研磨態位に経時的に保持することが可能であり、切
り換えも迅速に行うことができる。

【００８３】請求項７記載の発明によれば、上定盤を安
定して加圧することができ、上定盤の研磨態位における
位置精度にある程度の許容量をもたせることができる。
請求項８記載の発明によれば、経験的に良好な研磨を実
現できる。請求項９記載の発明によれば、研磨機を具体
的に構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる平面研磨機の主要部の構成を模
視的に説明した平面図である。

【図２】本発明にかかる平面研磨機によりワークが描く
サイクロイド曲線を例示した図である。

【図３】本発明にかかる平面研磨機の主要部の構成を説
明した斜視図である。

【図４】キャリアに対するワークの装着態様を説明した
斜視図である。

【図５】研磨時におけるキャリアおよびワークの状態を
説明した部分正面図である。

【図６】本発明にかかる平面研磨機の一例を説明した全
体正面図である。

【図７】図６における主要部材の位置関係を説明した部
分平面図である。

【図８】図８（ａ）研磨態位におけるジョイントの部分
断面図、図８（ｂ）は交換態位におけるジョイントの部
分断面図である。

【図９】本発明にかかる平面研磨機であって、２つのキ
ャリアを用いた場合の構成例を説明した図である。

【図１０】一定の大きさのワークを用いたときの１キャ
リアの本発明にかかる研磨機の主要構成の大きさを従来
機との比較のため示した図である。

【図１１】一定の大きさのワークを用いたときの２キャ
リアの本発明にかかる研磨機の主要構成の大きさを従来
機との比較のため示した図である。

【図１２】一定の大きさの定盤を用いたときワークの大
きさを従来機との比較のため示した図である。

【図１３】一定の大きさのワークを用いたときの従来機
にかかる研磨機の主要構成の大きさを本発明にかかる機
械との比較のため示した図である。

【図１４】従来の研磨機の主要部の構成を説明した分解
斜視図である。

【図１５】従来の平面研磨機によりワークが描くサイク
ロイド曲線を例示した図である。

【図１６】図１６（ａ）は定盤修正用の回転部材を矢視
の向きに回転させる方式を説明した図、図１６（ｂ）は
定盤の面が凹面になっているときの断面図、図１６
（ｃ）は定盤修正用の回転部材を矢視の向きに回転させ
る方式を説明した図、図１６（ｄ）は定盤の面が凸面に
なっているときの断面図である。

【符号の説明】

１ キャリア ２Ｄ 下定盤 ２Ｕ 上定盤 ４ 回転台

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークを保持して回転中心Ｏ１を中心に回
   転させられるキャリアと、前記キャリアに対向配置され
   ていて前記ワークの面に接しつつ回転中心Ｏ２を中心と
   して回転させられる定盤とを用い、前記キャリアおよび
   前記定盤がそれぞれ回転中に、前記回転中心Ｏ１が前記
   回転中心Ｏ２を中心として半径Δの円運動を行なうよう
   にし、前記ワークの面が前記定盤によってサイクロイド
   曲線で掃引されて平面研磨が行なわれる平面研磨機にお
   いて、 前記回転中心Ｏ２を中心に回転する回転台を設け、この
   回転台上に前記キャリアを、前記回転中心Ｏ１が前記回
   転中心Ｏ２から前記半径Δと等しい距離をおくように配
   置し、前記定盤は前記キャリアを上下方向から挾むよう
   にして対向配置されている上定盤、下定盤の上下２つの
   定盤により構成したことを特徴とする平面研磨機。
2. 【請求項２】請求項１記載の平面研磨機において、前記
   キャリアは互いに逆向きに回転させられる２つの回転体
   からなることを特徴とする平面研磨機。
3. 【請求項３】請求項２記載の平面研磨機において、前記
   ２つの回転体は互いに噛み合う２つの歯車からなること
   を特徴とする平面研磨機。
4. 【請求項４】請求項１、２又は３記載の平面研磨機にお
   いて、前記キャリアは歯車からなり、前記回転台に支持
   されて該歯車のピッチ円上の少なくとも３点で噛み合う
   歯車により支持されつつ回転可能であることを特徴とす
   る平面研磨機。
5. 【請求項５】請求項１、２、３又は４記載の平面研磨機
   において、前記下定盤は回転台に軸支されており、前記
   上定盤は揺動手段により変位させられて、前記ワークに
   加圧される研磨態位と、ワークの交換が可能な空間をお
   いて前記下定盤から離間する交換態位と、をとり得るよ
   うに切り換え可能であることを特徴とする平面研磨機。
6. 【請求項６】請求項５記載の平面研磨機において、前記
   揺動手段は不動部材に軸支された揺動部材と、この揺動
   部材の駆動源と、前記上定盤を回転可能に支持するジョ
   イントからなることを特徴とする平面研磨機。
7. 【請求項７】請求項６記載の平面研磨機において、前記
   ジョイントは少なくとも前記上定盤が前記研磨態位にあ
   るときに前記上定盤の面に傾きの自由を与える自在継手
   であることを特徴とする平面研磨機。
8. 【請求項８】請求項１、２、３、４、５、６又は７記載
   の平面研磨機において、前記上定盤と前記下定盤の回転
   方向は互いに逆とし、前記上定盤の回転速度よりも前記
   下定盤の回転速度を速くしたことを特徴とする平面研磨
   機。
9. 【請求項９】請求項５、６、７又は８記載の平面研磨機
   において、前記回転台は基台に回転可能に嵌合されたう
   えで底部を回転輪で支持されていて該回転台を駆動する
   回転台駆動手段を付帯し、 前記回転台は前記下定盤を駆動する下定盤駆動手段及び
   前記キャリアを駆動するキャリア駆動手段を搭載し、 前記揺動手段は前記上定盤を駆動する上定盤駆動手段を
   搭載していることを特徴とする平面研磨機。