JP7069822B2 - 研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、研磨装置に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２００３－０４８１５６号公報がある。この公報に記載された研磨装置では、研磨工具を取り付けたスピンドルの上方に回転モータを配置し、回転モータから供給される動力によって研磨工具を回転させつつ、研磨工具を研磨対象物に当接させる。これにより研磨装置では、研磨対象物の研磨を実行できる。

特開２００３－０４８１５６号公報

しかしながら、図３に示す関連する研磨装置のように、スピンドル５１の上方に回転モータ５２を配置すると、重量物である回転モータ５２の自重によりスピンドル５１に傾きが生じやすい。具体的には、図３において、回転モータ５２がスピンドル５１の上方に配置することでスピンドル５１にかかる重量と、この重量によりガイド部５３にかかるモーメントを矢印で示しており、このモーメントによりスピンドル５１に傾きが生じる場合がある。

また、図４に示す関連する研磨装置のように、回転モータ６２をスピンドル６１の上方向ではなく、ＸＹ方向にずれるように配置しておき、回転モータ６２に連結された駆動プーリー６３と、スピンドル６１に連結された従動プーリー６４とをベルト６５で繋ぎ、スピンドル６１を回転させることが考えられる。このように、ベルト６５を介して回転モータ６２をスピンドル６１に接触させる場合には、図４において矢印で示すように、回転モータ６２の重量によりガイド部６６にモーメントがかかる他に、点線矢印で示すように、ベルト６５のテンションにより軸受６７にかかる力が発生し、スピンドル６１の傾きが生じることがある。

そのため、図３及び図４に示すような研磨装置を用いる場合であっても、研磨対象物を平坦に研磨する際に、スピンドルの傾きのために研磨工具に傾きが生じていることで、研磨対象物を精度良く平坦に研磨できないおそれがあった。
本発明は、研磨対象物を精度良く平坦に研磨することができる研磨装置を提供するものである。

本発明にかかる研磨装置は、下部に研磨工具が連結するスピンドルと、前記スピンドルの外周面上と、前記スピンドルの一部を内径側で囲むように配置されたプーリーの内周面上と、に設けられたマグネットカップリングと、前記スピンドルに対して非接触となるように、前記スピンドルから離間して配置された回転モータと、を備え、前記回転モータは、前記プーリーに駆動力を伝達することにより、前記スピンドルに前記マグネットカップリングを介して駆動力を伝達し、前記スピンドルを回転させる。
これにより、回転モータの自重に起因するスピンドルの傾きの発生を抑制することができる。

これにより、研磨対象物を精度良く平坦に研磨することができる。

研磨装置の構成を示す図である。 研磨部が下方に移動した状態の研磨装置を示す図である。 関連する回転モータがスピンドルの上部に当接するように配置された研磨装置の図である。 関連する回転モータがベルトを介してスピンドルに接触するように配置された研磨装置の図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、研磨装置１は、基部１１と、研磨部１２と、回転モータ１３と、第１のプーリー（従動プーリー）１４と、第２のプーリー（駆動プーリー）１５と、送りモータ１６と、ボールネジ部１７と、を備える。なお以下では、研磨部１２に設けられているスピンドル３１は、上下（Ｚ方向）に延びる回転中心軸まわりに回転するように配置されているものとして説明する。

基部１１は、ＸＹ方向に延在する天板２１と、天板２１を下方から支える脚部２２と、を有する。天板２１には、Ｚ方向に貫通する孔２３が設けられている。孔２３を形成している壁面には、第１のプーリー１４が軸受２４を介して連結されている。なお、孔２３に連結された第１のプーリー１４のさらに内径側には、後述する研磨部１２のスピンドル３１が貫通している。

また、上下方向に延びる脚部２２には、直動ガイド２５が設けられている。例えば、脚部２２に設けられた直動ガイド２５はＺ方向に長く形成されており、上面視した場合に凹形状である。直動ガイド２５は、後述する研磨部１２のハウジング３２が配置される方向に対して凹形状の凹みを向けるように配置され、ハウジング３２に設けられたガイド部３２ｄが噛み合った状態となる。これにより直動ガイド２５は、ハウジング３２がＺ方向にのみ移動可能となるようにガイドする。

研磨部１２は、回転体であるスピンドル３１と、スピンドル３１を軸受３２ｂ，３２ｃを介して保持する送りハウジング３２と、スピンドル３１の外周面上に設けられたマグネットカップリング３３のインナー側３３ａと、スピンドル３１の上部に連結された切削液供給部３４と、スピンドル３１の下部に連結する研磨工具３５と、を備える。

スピンドル３１は、下側に配置される大径の円柱状である大径部３１ａと、上側に配置される小径の円柱状である小径部３１ｂと、により構成されている。大径部３１ａと小径部３１ｂの中心軸が一致した状態で、大径部３１ａの上面に小径部３１ｂの下面が連結されている。

大径部３１ａの外周面は、軸受３２ｂ，３２ｃを介してハウジング３２に保持されている。より具体的には、軸受３２ｂは、大径部３１ａの下部近傍の外周面に当接するように配置されており、軸受３２ｃは、大径部３１ａの上部近傍の外周面に当接するように配置されている。これにより、スピンドル３１はハウジング３２に接続された状態で、Ｚ軸周りの回動を実行することができる。

小径部３１ｂの外周面上には、マグネットカップリング３３のインナー側３３ａが配置されている。なお、インナー側３３ａの外周面は、後述するマグネットカップリング３３のアウター側３３ｂに対向している。ここで、インナー側３３ａは、小径部３１ｂの外周面において、Ｚ方向に長く設けられている。これにより、研磨部１２が上下動した場合であっても、インナー側３３ａの一部は、常にアウター側３３ｂに対向した状態を維持することができる。

ハウジング３２のハウジング本体３２ａの内側には、軸受３２ｂ，３２ｃを介してスピンドル３１が保持されている。また、ハウジング本体３２ａの外側には、基部１１に設けられた直動ガイド２５と組み合わせて用いられる凹形状のガイド部３２ｄと、ボールネジ部１７のナット１７ｂが連結された突起部３２ｅと、を備える。

ガイド部３２ｄは、ハウジング本体３２ａの外側から、直動ガイド２５に向けて突出するように設けられている。なお、凹形状のガイド部３２ｄと凸形状である直動ガイド２５が噛み合った状態となっていることにより、ハウジング３２がＺ方向に移動する際に、ハウジング３２がＸＹ方向にずれないようにガイドする。

突起部３２ｅは、ハウジング本体３２ａの外側から、ボールネジ部１７のボールネジ１７ａに向けて突出するように設けられている。突起部３２ｅの先端に連結されたナット１７ｂをボールネジ１７ａが貫通している状態であり、送りモータ１６によりボールネジ１７ａが回転すると、ハウジング３２にはナット１７ｂを介してＺ方向に移動する力が与えられる。

切削液供給部３４は、スピンドル３１の小径部３１ｂの上端部に連結されている。研磨を実行する際に、切削液供給部３４に切削液が供給されることで、ハウジング３２に設けられている経路（図示せず）を介して、研磨工具３５に切削液が供給される。

研磨工具３５は、スピンドル３１の大径部３１ａの下端部に連結されている円盤であり、下面が平板状である。研磨工具３５は、回転モータ１３の動力によりスピンドル３１が回転することによって、Ｚ軸周りで回転する。また研磨工具３５は、送りモータ１６の動力により、ハウジング３２が上下動することによるスピンドル３１の上下動に伴い、高さが調節される。

回転モータ１３は、研磨部１２に対して離れた位置であって、非接触となるように配置されている。言い換えると、回転モータ１３は、スピンドル３１に対して、スピンドル３１の径方向に離間するように配置されているとともに、スピンドル３１と当接しないように配置されている。例えば、回転モータ１３は、研磨部１２が基部１１に囲まれた内側に配置されている場合に、ＸＹ方向における基部１１の外側に配置されている。また、回転モータ１３の回転軸には、第２のプーリー１５が連結されている。回転モータ１３が駆動することにより、第２のプーリー１５が回転する。

第１のプーリー１４は、スピンドル３１の小径部３１ｂが貫通する孔を有している。第１のプーリー１４は、外径側にベルト４１がかけられるプーリー歯先円１４ａと、孔を形成している内径側の壁面であって、回転軸方向に突出している突出部１４ｂを有する。ここで、突出部１４ｂの外周面は、軸受２４を介して基部１１の天板２１に連結されている。また、突出部１４ｂの内周面上には、マグネットカップリング３３のアウター側３３ｂが配置されている。

ここで、第１のプーリー１４は、第２のプーリー１５の回転により動作するベルト４１により力を受けて、Ｚ軸周りの回転を行う。このとき、第１のプーリー１４に配されたマグネットカップリング３３のアウター側３３ｂが、第１のプーリー１４の回転に伴って回転運動することで、アウター側３３ｂに対向するインナー側３３ａにも回転する力が伝わる。

第２のプーリー１５は、回転モータ１３の回転軸に連結されているとともに、第１のプーリーの高さと略同一の高さに配置されている。第２のプーリー１５は、回転モータ１３が駆動することで、Ｚ軸周りの回転を行う。第２のプーリー１５のプーリー歯先円にはベルト４１がかけられており、第２のプーリー１５が回転することによりベルト４１が動作する。ベルト４１は、第１のプーリー１４と第２のプーリー１５にかかっているため、第２のプーリー１５の回転動作によりベルト４１が動作すると、第１のプーリー１４が回転する。

送りモータ１６は、ボールネジ部１７のボールネジ１７ａを回転させる動力を発生させる。送りモータ１６は、天板２１上に配置されている。ここでは、送りモータ１６の下部に、ボールネジ１７ａの上部が連結されている。

ボールネジ部１７は、ボールネジ１７ａと、ナット１７ｂとを有する。ボールネジ１７ａは天板２１を貫通するように、Ｚ軸方向に延在するように配置されている。なお、ボールネジ１７ａは、天板２１より下方向に長く延びるように配置されているとともに、ボールネジ１７ａに貫通されたナット１７ｂに対して、ハウジング３２の突起部３２ｅが連結可能であるような位置に配置されている。また、ボールネジ１７ａの上部は送りモータ１６に連結されており、送りモータ１６からの動力によって、Ｚ軸周りの回転を行う。ナット１７ｂには、ボールネジ１７ａの回転動作により、Ｚ方向に動作する力が発生する。

ここで、研磨装置１の動作について図２を用いて説明する。なお、図２は、図１に示した研磨装置１の研磨部１２を下方に移動させた状態を示している。最初に、研磨部１２を上下動させる動作について説明する。

送りモータ１６を駆動することにより、ボールネジ１７ａが回転する。これにより、ボールネジ１７ａが貫通しているナット１７ｂには、上下動する力が発生する。

ハウジング本体３２ａは、突起部３２ｅを介してナット１７ｂに連結されている。したがって、ナット１７ｂに上下動する力が加わることで、ハウジング３２に上下動の力が加わる。

ここで、ハウジング３２のガイド部３２ｄと直動ガイド２５が噛み合っていることにより、ハウジング３２は、ＸＹ方向にずれることなくＺ軸方向に動作する。またハウジング３２に対して、スピンドル３１は軸受３２ｂ，３２ｃを介して保持されているため、ハウジング３２の上下動にあわせて、スピンドル３１が上下動する。すなわち、研磨部１２全体が上下動を行う。

次に、スピンドル３１を回転させることで、研磨工具３５を回転させる手順について説明する。

回転モータ１３を駆動させることにより、第２のプーリー１５が回転する。これにより、第２のプーリー１５にかかるベルト４１を介して、第１のプーリー１４が回転する。

このとき、第１のプーリー１４には、ベルト４１によるテンションが発生する。すなわち、第１のプーリー１４には、第２のプーリー１５側への力が発生している。ここで、第１のプーリー１４は、軸受２４を介して基部１１に連結されており、ベルト４１によって引っ張られる力が相殺される。

第１のプーリー１４の回転により、第１のプーリー１４の突出部１４ｂの内径側の壁面に配されているマグネットカップリング３３のアウター側３３ｂも同時に回転する。

スピンドル３１の小径部３１ｂの外周面に配されているマグネットカップリング３３のインナー側３３ａは、アウター側３３ｂの回転動作により、回転するように力を受ける。したがって、インナー側３３ａが連結されたスピンドル３１の小径部３１ｂには回転する力が発生し、スピンドル３１はＺ軸周りの回転動作を行う。これにより、スピンドル３１の下部に連結された研磨工具３５は回転動作を行う。

なお、送りモータ１６の駆動によって研磨部１２が上下にストロークした場合であっても、マグネットカップリング３３のインナー側３３ａが小径部３１ｂの外周面において、Ｚ方向に長く設けられているため、インナー側３３ａとアウター側３３ｂが対向した状態が維持される。そのため、研磨部１２を下方へ移動させた際の送り量に関わらず、研磨工具３５を回転動作させることができる。なお、オフセット伝達であるため、ロータリージョイント等の配置も可能となる。

これにより、スピンドル３１が傾くことを抑制することで、研磨工具３５の傾きを抑制し、研磨対象物を精度良く平坦に研磨することができる。

具体的には、重量物である回転モータ１３を、研磨部１２から離れた位置に配置させることができる。これにより、回転モータ１３の重量によって研磨部１２がＸＹ方向に傾く力が発生しないため、ガイド部３２ｄや直動ガイド２５へのモーメントがかからず、エネルギーロスが低減される。さらに、スピンドル３１の回転のためにケーブルを用いる必要がないため、ケーブル断線リスクも低減される。

また、ベルト４１によるテンションは軸受２４で受けられており、回転力はマグネットカップリング３３によって、非接触で回転モータ１３からスピンドル３１に伝達される。したがって、スピンドル３１をハウジング３２に接続する軸受３２ｂ，３２ｃには、テンションが加わることがなく、モーメントフリーの状態となる。

これにより、回転モータ１３は、スピンドル３１に対して非接触となるように離間して配置された状態で、プーリー１４，１５に駆動力を伝達して、スピンドル３１にマグネットカップリング３３を介して駆動力を与え、スピンドル３１を回転させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ハウジング３２のＺ方向の移動をガイドするために、凹形状のガイド部３２ｄと凸形状である直動ガイド２５を用いるものとして説明したが、これらのガイドは、Ｚ方向の移動をガイドするものであれば形状は問わない。

また、マグネットカップリング３３のアウター側３３ｂは、第１のプーリーの突出部１４ｂの内周面上に配置されているものとして説明したが、第１のプーリーの突出部１４ｂだけでなく、孔を形成している突出部１４ｂを含んだ壁面のうち、いずれの位置に設けられていてもよい。

１ 研磨装置
１１ 基部
１２ 研磨部
１３ 回転モータ
１４ 第１のプーリー
１４ａ プーリー歯先円
１４ｂ 突出部
１５ 第２のプーリー
１６ 送りモータ
１７ ボールネジ部
１７ａ ボールネジ
１７ｂ ナット
２１ 天板
２２ 脚部
２３ 孔
２４ 軸受
２５ 直動ガイド
３１ スピンドル
３１ａ 大径部
３１ｂ 小径部
３２ ハウジング
３２ａ ハウジング本体
３２ｂ，３２ｃ 軸受
３２ｄ ガイド部
３２ｅ 突起部
３３ マグネットカップリング
３３ａ インナー側
３３ｂ アウター側
３４ 切削液供給部
３５ 研磨工具
４１ ベルト

Claims (1)

1. 円柱状の小径部と、前記小径部の下方に設けられた円柱状の大径部と、を有し、前記大径部の下部に研磨工具が連結するスピンドルと、
   内周側において前記スピンドルの小径部を囲むように配されるプーリーと、
   前記スピンドルの小径部の外周面上において軸方向に長く設けられたインナー側と、前記プーリーの内周面上に設けられたアウター側と、を有するマグネットカップリングと、
   前記スピンドルに対して非接触となるように、前記スピンドルから離間して配置された回転モータと、を備え、
   前記マグネットカップリングは、前記インナー側が設けられた前記スピンドルが軸方向に動作した場合であっても、前記インナー側と前記アウター側とが対向した状態を維持することができ、
   前記回転モータが前記プーリーに駆動力を伝達し、前記マグネットカップリングの前記アウター側を回転させることで、前記アウター側に対向しているインナー側が回転力を受け、前記スピンドルを回転させる
   研磨装置。

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