JPS63300858A - 空気軸受式ワ−クホルダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フロートラップ装置に関し、特に面精度の高
いワークを研磨するフロートポリッシング用の空気軸受
式ワークホルダに関する。

〔従来の技術〕

半導体関連の分野においては、需要の拡大と高付加価値
製品の生産及び組み立ての合理化が図られ１部品の最終
仕上げ工程である研磨加工の高能率化、高精度化に対す
る要求は−ｍ強まっており。

特に鏡面加工技術の研究や開発は盛んに進められている
。

フロートポリッシングは、高精度の平面に加工したワー
クテーブル（以下、面板という）の面の振れが全く生じ
ない条件で回転させ、それに研磨液の液膜を張るように
して加工物（以下、ワークという）を押し付ける研磨法
である０面板に渦状の溝があって１面板とワークを高速
回転させると研磨液の動圧流体潤滑状態によって、両者
を非接触で研磨できる。この場合、ワークをあらかじめ
鏡面に仕上げておけば、非接触状態が維持でき仕上研磨
として面板の平面をワークに転写することができる。研
磨の状態は、面板とワークの関係で決まり（ａ）直接接
触状態の研磨（ｂ）準接触状態の研磨（ｃ）非接触状態
の研磨に大別され、多くの研磨はこれらのうちの何れか
に属している。

空気軸受式ワークホルダは、これらの研磨状態を単純に
維持するのではなく選択的に変えていくことを前提とす
る研磨装置であって、機械的な作用、化学的または物理
化学的作用としての加工を行うものである０例えば、研
磨の初期には、ワークを面板に擦りつける機械的作用に
よって平滑な鏡面を得て、研磨の後半に両者を非接触状
態にして、研磨液のエツチング効果で加工欠陥のない無
擾乱面を確保するといった工程をとることができる。こ
のとき、ワークと面板の接触状態を徐々に変化させたり
、また、交互に変えるなど加工精度、加工能率を高める
ことが必要であり、このために面仮に押付けるワークを
効率良く加圧調整することが要求されている。

以下、従来技術の一方式例を図面により説明する。第４
図は従来のワークホルダの断面図を示す。

ワーク５０が固定しているワーク軸３２に長穴３３をあ
け、その中にピン３４を通し、ピン３４とワーク軸ホル
ダ３５が固定されている。また、ワーク軸ホルダ３５は
ワーク軸３２を２個の直線運動軸受３６を介して保持し
ている０以上の構造によって、回転駆動軸２からワーク
軸３２への回転力の伝達が行われると同時に、面板２８
に対するワーク５０の上下移動も可能である。ワーク５
０の上部には、ワーク５０への面圧を増加させるため、
おもり３７を取付けられるように構成されている。なお
、この一方式例は、日本学術振興会から合同研究会資料
として発行されている「ポリッシング機構Ｊ（Ｐ５２．
図１２）に挙げられているものを示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は回転駆動軸と面板の回転中心ずれ、角度
ずれに対する配慮が十分でないため人級の高い平面精度
を要求される平面の研磨には不適当である。また稼動を
停止させなくてはおもりの交換ができず、ワークの加圧
を徐々に変化させたり、交互に変えるときなど、多くの
時間と人手を必要とするなどの問題点があった。

本発明の目的は上記の問題点を解決し、ワークを高い面
精度に効率良く研磨することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、空気軸受で支持されるように構成したワ
ークガイドと回転駆動軸とをベローズ継手で結合し、要
すれば空気圧によってワークを押圧固定することによっ
て達成される。すなわち、ベローズ継手若しくはエアシ
リンダをワーク押圧部に直結するものである。

〔作用〕

ベローズ継手は、回転駆動軸の回転力をワークガイドに
伝達させるが、上下方向にも容易に伸縮動作する。それ
によって、ワークガイドは傾きを変えながらの回転が可
能となるので、ワーク面が面板の３面にならって回転す
る。

また、空気排出流量の調節によって、ベローズ継手若し
くはエアシリンダの空気圧を調整し、これによってワー
クガイドの押圧力を加減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

（実施例１） 第１図は本発明に係る空気軸受式ワークホルダの一実施
例の断面を示す図である。

本機構は、空気圧導入ユニット１、回転駆動軸２、基準
ガイドリング３、ワークガイド４などから構成される。

空気圧恋人ユニット１と回転駆動軸２、基準ガイドリン
グ３とワークガイド４との間には、空気軸受を構成する
エアーポケット部５゜６．７．８　（クリアランス０．
０２ｍｍ）をつくり１回転駆動軸２と基準ガイドリング
３とはベローズ継手９で接合している。

空気圧導入ユニット１には、空気圧導入口１０、中継口
１１と加圧コントロールロ１２を設けている。

空気導入口ＩＯにチューブ１６と継手１３を取付け、空
気供給源１５から送られてきた空気が、チューブ１６と
継手１３を介して、空気圧導入口１０に封入される。

封入された空気は、エアーポケット５を介して矢印経路
ａ、ｂ、Ｑを通って機端外に排出される。

加圧コントロールロ１２には、継手１９、チューブ１７
、圧力ゲージ３８、スピードコントローラ４２が順次配
設されており、矢印経路ｄに分岐された空気はこれらを
経て外部に排出される。

また、ワークガイド４の下部には研磨するワーク５０を
複数個接着固定し、ワークガイド４と基準ガイドリング
３には、回転力伝達用及び位置決め用を目的としてピン
２５を取付けている。なおピン２５には、金属同士の接
触で回転時にこじらせないように０リング２６を取付け
ておく、従って、基準ガイドリング３とワークガイド４
は同時に回転し、ワークガイド４は、空気軸受ガイドと
なっているので、基準ガイドリング３に沿って上下方向
の移動が容易にできる。

回転駆動軸２の上部には、ここでは特に構造の説明をし
ないが、回転駆動部２７を設け１回転駆動部２７と回転
駆動軸２を完全に結合している。従って回転駆動部２７
から伝達された回転力で回転駆動軸２が回転する。

回転動作する前に空気圧導入口１０に空気を封入するの
で、先に述べたように、空気圧導入ユニット１と回転駆
動軸２は非接触状態となるため、空気圧導入ユニット１
には、回転力は伝達されない。

従って空気圧導入ユニット１はチューブ１６で回転力が
抑制され回転しない０回転駆動軸２から伝達された回転
力は、ベローズ継手９を介してワークガイド４に伝わり
、ピン２５を介して基準ガイドリング３にも回転力が伝
達される。すなわち、空気圧導入ユニット１のみ固定状
態で、その他の部材全ては、回転している面板２８上で
回転することになる。ここでは、面板２８も回転してい
るので、回転駆動部２７の固定部材の一部から先端に玉
軸受２９を２個保持したアーム３０を設置し、玉軸受２
９を２個基準ガイドリング３の外周にころがり接触させ
、本発明の空気軸受式ワークホルダが面板２８の回転力
によって振りまわされないようにしている。しかし、こ
のときアーム３０に取付けた２個の玉軸受２９と基準ガ
イドリング３の外径から規制される基準ガイドリング３
の回転中心と、回転駆動軸２中心との心ずれ、及び面板
２８の回転軸と回転駆動軸２との回転中心角度ずれが発
生するが、ベローズ継手９が伸縮性を有するために、面
板２８上の面にワーク２４がなじんで円滑に回転する。

次にワーク５０の加圧調整について説明すると次のよう
になる。空気圧導入口１に空気が封入されるとエアーポ
ケット部５，６，７．８の全てに対するクリアランスを
同等にしているので、空気の流量がほぼ等しく圧力の変
動もない、加圧コントロールロ１２にも同程度の圧力を
有する空気が流れるが、加圧コントロールロ１２に連結
した圧力ゲージ３８を見ながら、スピードコントローラ
４２で流量調整作業を行うことができるので、加圧コン
トロールロ１２すなわち、ベローズ継手９内の圧力を調
圧することが可能である。なお、入口の圧カＰ工。

体積Ｖ１．出口の圧力Ｐ２９体積ｖ２とすると、ボイル
の法則ｐ、ｖ、＝ｐ、ｖ、により加圧コントロールロ１
２を解放状態にした時、加圧コントロールロ１２と空気
軸受のエアーポケット部５，６，７．８の断面積比の違
いから、ベローズ継手９内の圧力がＯｋｇ／ａｍ”に近
い値となるが、加圧コントロールロ１２への空気の矢印
経路ｄ、継手１９、チューブ１７、圧力ゲージ３８等に
管内抵抗があるため、ベローズ継手９内の圧力が少し高
くなることを考慮しておく必要がある。すなわち、エア
ーポケット部５．６，７．８内はそのまま高圧を維持し
、ベローズ継手９内の圧力をＯｋｇ／ａｍ”にしたい場
合、管内抵抗によって上昇した圧力を低下させるため、
あらかじめワークガイド４に微小のリーク穴３１を設け
ておき、一定流量の空気を逃がしておく必要がある６例
をとると、空気圧導入口１ｏの圧力を６ｋｇ／ｃａｔ”
、リーク穴３１ニよる圧力損失０．５ｋｇ／ａｍ”。

さらに、ベローズ継手９内の底面積を５０　ａｍ”と仮
定すると、ベローズ継手９内圧力をＯ〜５．５ｋｇ７０
１”に′ｒｉＲ整できるので、ワークガイド４の押付力
をＯ〜２７５ｋｇ　（５，５ｋｇ　／　Ｃ！ＩＩ”　Ｘ
　５０ａｎ”　）に調整できることになる。

本実施例によれば次の効果がある。

（ａ）２重の空気軸受にすることによって、空気圧導入
口ＩＯに取付けた継手１４、チューブ１６が回転しない
ため、チューブ１６が回転駆動軸２に巻きつく問題を解
決できる（チューブ巻きつき防止という点からみれば、
２重管の空気軸受の内側の空気軸受部を磁性流体シール
２個を使って、非接触機構から直接接触機構に変えて空
気をシールする方法も考えられるが１本考案は巻きつき
防止の面では一方式例である）。

（ｂ）２重構造空気軸受にすることによって、内側の空
気軸受部にベローズ継手９を取付けることができ、空気
軸受のラジアル方向及びスラスト方向の剛性を低下させ
ることなく、ベローズ継手９内の空気圧を容易に調整で
きる。

（Ｃ）ベローズ継手９の伸縮性により、ワークガイド４
と回転駆動軸２の心ずれ、回転駆動軸２と面板２８の回
転中心の角度ずれを吸収させ、ワーク５０が面板２８の
上面になじんで精度の良い研磨ができる。

（実施例２） 本発明の他の実施例を第２図により説明する。

本機構は、空気圧導入ユニット１回転転暉動軸２、基準
ガイドリング３、ワーク軸４およびベローズ継手９など
から構成される。空気圧導入ユニット１−と回転駆動軸
２．基準ガイドリング３とワーク軸４との間には、空気
軸受を構成するエアポケット５，６，７．８　（クリア
ランス０．０２ｍｍ）を設け、回転駆動軸２と基準ガイ
ドリング３とはベローズ継手９で接合されている。

下部にワーク５０を接着固定しているワーク軸４は、最
上端につばを設はピストンを構成している。

空気圧尊大ユニット１には、空気圧導入口１０と加圧コ
ントロールロ１２を設けている。空気圧導入口ｌＯに継
手１３、チューブ１６を取付け、空気供給源１５から送
られた空気が封入される。

封入された空気は、エアポケット５，６．７を通って機
構外に排出されるものと、矢印経路ａ、継手１４、チュ
ーブ１８を通って、基準ガイドリング３の中継口１１の
２路に分岐される。中継口１１に封入された空気はここ
でもまた矢印経路すとＣに分かれる。経路すを流れる空
気はワーク軸４の空気軸受ガイドとして機能し、リーク
穴３１と矢印ｄを通って外部に排出される。矢印経路Ｃ
を流れる空気は、エアジャケット２４、送り出し口３９
、継手２１゜チューブ２３、経路ｅ、継手１９、チュー
ブ１７、ダイヤルレギュレータ３８を経て外部に排出さ
れる。

すなわち、稼動時ダイヤルレギュレータ３８で圧力を見
ながら空気の排気流量を調節することによって、容易に
エアジャケットの圧力を調整できる（流量を絞れば圧力
が高くなる）。

ワーク軸４には、まわり止めとしてピン２５を取付けて
いる。ピン２５には金属同士の接触でこじらないように
０リング２６を設けている。

なお、本機構の回転駆動については、回転駆動部２７の
回転力が、回転駆動軸２、ベローズ継手９゜基準ガイド
リング３、ピン２５に伝達されてワーク軸４を回転させ
るものであって、空気圧導入ユニット１のみが固定状態
で、その他の部材全ては。

高速回転している面板２８の上で回転することになる。

本実施例によれば次の効果がある。

（ａ）空気の排気流量の調整でワークの押し付は荷重を
調整できる。

（ｂ）ベローズ継手の上下方向の伸縮性を利用して、基
準ガイドリングと面板の回転中心の角度ずれを吸収させ
、面板の上面にワークがなじんで精度の良い研磨ができ
る。

（実施例３） 本発明のさらに他の実施例を第３図により説明する。

本機構は、空気圧導入ユニット１、回転駆動軸２、ワー
クガイド４、基準ガイドリング３、おもり３７、ベロー
ズ継手９などから構成される。

空気圧導入ユニット１と回転駆動軸２、ワークガイド４
とおもり３７との間には、空気軸受を構成するエアポケ
ット部５，６，７．８　（クリアランス０．０２ｍ＋ｎ
）をつくり、回転駆動軸２とワークガイド４はベローズ
継手９とアーム３９で結合している。

空気圧導入ユニット１には、空気導入口１０を設けてい
る。また、空気導入口１０には継手１３とチューブ１６
を取付け、空気供給源１５から送られてきた空気はチュ
ーブ１６、継手１３内を経て封入されており、封入され
た空気はエアポケット５，６．７と矢印経路ａとに分か
れる。矢印経路ａを経た空気は、継手１４、チューブ１
８を介してワークガイド中継口１１に封入される。

中継口１１に流れた空気はエアポケット８と円周。

溝４０に分岐される。エアポケット８に流れる空気・は
矢印経路す、ｃを経て機構外に排出される。一方、円周
溝４０に分岐された空気は、各々の別系統の空気軸受の
エアポケット８にリーク穴３１を経由して導入される。

入った空気は同じく矢印経路ｄ、ｅを経て排出される。

なお円周溝４０の上下には空気が洩れないようにＯリン
グ３３を設は空気をシールしている。またワークガイド
４と基準ガイドリング３とはネジ４１で完全に固定され
ている。

回転駆動軸２の上部には２回転駆動部２７を設け。

回転即動軸２と完全に結合１．ている。従って回転駆動
部２７から伝達された回転力は、ベローズ継手９、アー
ム３９．ワークガイド４、ネジ４１を経由して基準ガイ
ドリング３をも回転させることになる。

空気圧導入ユニット１と回転駆動軸２間は、空気軸受の
エアポケット部５，６．７があり非接触状態となるので
、回転力は伝わらない、すなわち、空気圧導入ユニット
１のみがチューブ１Ｇにより回転力が抑制されで静止し
、その他の部材全では高速回転している面板２８上で回
転することになる。

おもり３７は、下部にワーク５０を接着固定し、ワーク
ガイド４とともに公転しながら、空気軸受ガイドに沿っ
て容易に上下方向の移動が可能となる。

また各々のおもり３７のまわり止めとしてアーム３９に
ピン２５を取付けている。ピン２５には金属同士の接触
でこじらせないように０リング２６を取付番プている。

以上、本実施例によれば次の効果がある。

（ａ）ベローズ継手９の伸縮性を利用して、回転駆動軸
２と面板２８の回転中心の角度ずれを吸収させ、ワーク
５０が面板２８の上面になじんで精度の良い研磨できる
。

（ｂ）ワーク５０が取付いているおもり３７が、基準ガ
イドリング３とともに回転しながら、上下方向へ容易に
移動が可能である。

〔発明の効果〕

本発明の実施により、次の効果が得られた。

（ａ）ベローズ継手内の空気圧を容易に調整できること
から、面仮に対するワークの加圧を自由にかつ短時間で
変えられ、広範囲にわたる仕上面の特徴をもつワークの
研磨が効率良く行うことができる。

（ｂ）ワークが面板になじんで研磨されるので、回転中
心ずれ、角度ずれなどの原因で、ワークの中心に向かっ
て徐々に高くなる全型面研磨を防ぐことができる。この
ことから、不良品の発生がなくなり、高い平面精度を要
するワークの研磨が可能となる。

（Ｑ）厚さの違う複数のワークの研磨も可能となり、従
来、研削加工でそれぞれのワークの厚さを調整していた
作業が不必要になり、時間と人手を大幅に省くことがで
きる。

（ｄ）ワークホルダが単独構造であるので、Ｓｉ。

ＡＱ、０３など研磨能の違う異種材料を同時に研磨する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る空気軸受式ワークホルダの一実施
例を示す断面図、第２図は本発明の他の実施例の断面図
、第３図は本発明のさらに他の実施例の断面図、第４図
は従来技術のワークホルダの断面図である。 １・・・空気圧導入ユニット ２・・・回転駆動軸 ３・・・基準ガイドリング ４・・・ワークガイド ５．６，７．８・・・エアポケット ９・・・ベローズ継手 １０・・・空気導入口 １１・・・中継口 １２・・・加圧コントローラロ １３、１４．１９．２０．２１．２２・・・継手１５・
・・空気供給源 １６、１７．１８．２３・・・チューブ２４・・・エア
ジャケット ２５・・・ピン ２６、３３・・・○リング ２７・・・回転駆動部 ２８・・・面板 ３０、３９・・・アーム ３７・・・おもり ３８・・・圧力ゲージ ４０・・・円周溝 ４１・・・ねじ ４２・・・スピードコントローラ ５０・・・ワーク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加工物と面板との間に研磨液を介在させて高速研磨
   を行う空気軸受式ワークホルダにおいて、回転駆動軸と
   、回転する面板上に載置した加工物を押圧保持するワー
   クガイドとをベローズ継手で結合し、空気を媒体とする
   軸受で支持するように構成したことを特徴とする空気軸
   受式ワークホルダ。 ２、前記ベローズ継手内に前記空気の一部を封入して前
   記加工物への加圧調整を行うように構成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気軸受式ワ
   ークホルダ。 ３、加工物を保持するワークガイド若しくはワーク軸に
   、前記空気の一部を導入するエアシリンダを設けて前記
   加工物への加圧調整を行うように構成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気軸受式ワー
   クホルダ。 ４、前記ワークガイドは、前記空気の導入により異なる
   加工高さを有する複数の加工物を調圧加工するように構
   成していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の空気軸受式ワークホルダ。