JPH10128656A

JPH10128656A - 研磨装置の加工ヘッド

Info

Publication number: JPH10128656A
Application number: JP29057096A
Authority: JP
Inventors: Hideo Saito; 藤日出夫齊; Fumitaka Itou; 藤史隆伊
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-19

Abstract

(57)【要約】【課題】摺動部分の影響を最小限に抑え、円滑な傾動
動作により研磨面への追従性を高めた研磨装置の加工ヘ
ッドを提供する。【解決手段】研磨装置の主軸に連結される支持プレー
ト１１と、被加工物２を装着面に着脱可能に保持する保
持手段を有する保持プレート１２とを、少なくとも主軸
回転の円周方向に対して剛性が大きく、前記定盤の研磨
面に垂直な方向に弾性変形する弾性連結部材１３により
同心的にかつ平行に連結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置の加工ヘ
ッドに係り、特に、半導体基板、磁気ディスク、ガラス
基板等の薄板形状の被加工物の表面を平面研磨するのに
用いられる研磨装置の加工ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、半導体基板等の研磨加工の原
理を示す図である。２は、薄い円板状の被加工物であ
る。３が研磨装置の加工ヘッドである。この加工ヘッド
３は、主軸４の先端に取り付けられ、被加工物２は、加
工ヘッド３の下面に軟質パッド５等を用いて装着され
る。６は定盤であり、この定盤６の上面には、研磨布７
が設けられている。図１２に示すように、被加工物２
は、主軸４および定盤６を回転させながら加工ヘッド３
により研磨布７に押し付けられた状態で、ノズル８より
研磨液、スラリーが研磨布７に供給されながら研磨さ
れ、これにより被加工物２の表面は平坦に研磨される。

【０００３】この種の研磨の場合、被加工物の平坦性の
精度は、定盤６あるいは研磨布７の表面（本明細書にお
いて、研磨面という。）の精度に依存する部分が多く、
研磨面が理想的な平面であれば、被加工物２の表面も完
全な平面として創成、研磨される。

【０００４】しかし、研磨面が完全な平面であることは
現実にはあり得ず、当初からうねりなどの形状誤差があ
ったり、加工中の熱、加圧力による事後的変形が存在す
る。実際、例えば、市販の研磨布の場合、数１０μｍ程
度の形状誤差があるのが普通である。その場合、研磨を
始める前に、あらかじめ研磨布にドレッシングを施し形
状創成を行った場合であっても、それでもなお、１０μ
ｍ程度のうねりが残存してしまう。

【０００５】このような研磨面の形状誤差や変形による
被加工物２と研磨面との片当りが被加工物２の表面の平
坦性を悪化させてしまう原因となっている。

【０００６】従来、被加工物２と研磨面の片当りを防止
するため対策が講じられており、その一つとして、加工
ヘッド３を傾動可能にする機構を採用し、研磨面に対す
る追従性を向上させる技術が提案されている。この種の
傾動機構を有する加工ヘッドに関する従来技術として
は、例えば、特開昭６１−２５７６７号公報、特開昭６
１−２５７６８号公報に開示されているものを挙げるこ
とができる。

【０００７】この加工ヘッドは、加工ヘッドを上部と下
部に分離し、これらを凸球面、凹球面で摺動自在に係合
させることにより加工ヘッドの傾動を実現したものであ
る。

【０００８】また、特開昭６１−４６６２号公報に開示
されている加工ヘッドは、上部と下部のリンク機構を介
して連結することにより加工ヘッドの傾動を実現してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術の加工ヘッドでは、いずれも摺動する部分が多い
ため、摺動抵抗のために傾動作用が阻害されるおそれが
ある。また、高度の平坦性の要求される研磨では、遠心
力による影響を無視できず、前記従来技術では、いずれ
も傾動可能な部分の重心と、傾動の回転中心とが一致し
ていないために、加工ヘッドの回転時に遠心力の影響に
より自発的に傾きを生じてしまうことになり、研磨面へ
の追従性が失われる虞がある。

【００１０】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、摺動部分の影響を最小限に抑
え、円滑な傾動動作により研磨面への追従性を高めた研
磨装置の加工ヘッドを提供することにある。

【００１１】また、本発明の他の目的は、回転時の遠心
力の作用による自発的な傾きの発生を防止できるように
した研磨装置の加工ヘッドを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明による加工ヘッドは、加工ヘッドに保持し
た被加工物を回転させながら定盤上の研磨布に押し付
け、被加工物の表面を平面研磨する研磨装置の加工ヘッ
ドにおいて、研磨装置の主軸に連結される支持プレート
と、被加工物を装着面に着脱可能に保持する保持手段を
有する保持プレートと、前記支持プレートと保持プレー
トとを同心的にかつ平行に連結し、少なくとも主軸回転
の円周方向に対して剛性が大きく、前記定盤の研磨面に
垂直な方向に弾性変形する弾性連結部材とからなること
を特徴とするものである。

【００１３】本発明の加工ヘッドによれば、弾性連結部
材は主軸回転の円周方向への剛性が大きいため、支持プ
レートから保持プレートへ回転トルクを伝達する機能
と、研磨面に垂直な方向に変形して保持プレートの傾動
を許容し研磨面の形状に円滑に追従させる機能を併せ持
つ。このため、従来の加工ヘッドのように、回転トルク
伝達と傾動を実現する機構には摺動する部分が不可欠で
あったのに対して、本発明の加工ヘッドによれば、摺動
する部分がなくても弾性連結部材によって回転トルク伝
達と傾動を実現できるので、より円滑な傾動動作を達成
できる。

【００１４】前記弾性連結部材には板バネを用いること
ができ、前記板バネの長手方向を前記主軸回転の円周方
向に指向させ、その厚さ方向が研磨面に垂直になるよう
に複数の当該板バネを主軸の回転中心に関して対称的に
等分割された位置に配置し、それぞれの板バネの一端部
を支持プレートに、他端部を保持プレートに接合され
る。

【００１５】また、前記弾性連結部材としては剛体と、
この剛体の両端部にそれぞれ設けられる弾性体からなる
ものであってもよく、複数の前記弾性連結部材を主軸の
回転中心に関して対称的に配置し、それぞれの剛体の一
端部を弾性体を介し支持プレートに、他端部を弾性体を
介し保持プレートに接合される。

【００１６】さらに、前記弾性連結部材としては、リン
グ状の板バネを用い、支持プレートと保持プレートの対
向し合うそれぞれの面に複数の座を設け、前記リング状
の板バネを前記支持プレート側の座と前記保持プレート
側の座の隣り合う座によって所定のスパンをとって接合
するようにしてもよい。

【００１７】また、上記のように構成される本発明の加
圧ヘッドでは、保持プレートに装着した被加工物を定盤
上の研磨布に押し付けるための加圧力は、弾性連結部材
を介して保持プレートに伝達される。大きな加圧力が必
要な研磨では、弾性連結部材の弾性係数を大きく設定す
る必要があるが、大きくすると傾動動作が鈍くなる可能
性がある。その場合には、前記支持プレートと保持プレ
ートとの間に前記支持プレートから加圧力を保持プレー
トに伝達する加圧力中間伝達部材を介装することが好ま
しい。

【００１８】この加圧力中間伝達部材は、弾性体からな
り、前記弾性体は前記支持プレートと保持プレートの間
で、かつ、主軸の回転中心の延長線上に配置される。

【００１９】前記加圧力中間伝達部材は、剛球を用いる
ようにしてもよく、この剛球は前記支持プレートと保持
プレートの間で、かつ、主軸の回転中心の延長線上に配
置される。なお、上記の構成において、前記保持プレー
トの重心が保持プレートの傾動の中心に一致するように
すれば、傾動動作中の遠心力の影響を防止することがで
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による加工ヘッドの
一実施形態について添付の図面を参照して説明する。図
１は、本実施形態による研磨装置の加工ヘッド１０の断
面を示したものである。この加工ヘッド１０は、研磨装
置の主軸４の先端に取り付けられる。加工ヘッド１０
は、その上部の支持プレート１１、下部の保持プレート
１２の二つのプレートが弾性連結部材１３によって連結
された構造を有し、支持プレート１１は主軸４にその軸
方向に垂直にかつ同心的に結合されている。主軸４の回
転トルクは弾性連結部材１３を介して被加工物２を吸着
保持する保持プレート１２に伝達されるとともに、弾性
連結部材１３の変形により保持プレート１２が傾動し、
研磨面の形状誤差、変形に追従できるようになってい
る。

【００２１】この実施形態では、弾性連結部材１３とし
ては、板ばねが用いられている。支持プレート１１の下
面、保持プレート１２の上面には、それぞれ弾性連結部
材１３の弾性変形を妨げないように、それぞれ座１４、
１５が突設されており、これらの座１４、１５に弾性連
結部材１３の両端部が固着されている。

【００２２】保持プレート１２の下面に被加工物２を保
持する手段としては、真空チャックが用いられている。
この場合、保持プレート１２の下面の吸着面１７に開口
する複数の孔１６に接続されるように、継手１８を介し
て被加工物２を脱着するためのエア配管部材１９が主軸
４の内部に同軸的に設けられており、このエア配管部材
１９は、保持プレート１２の内部の通気通路２０を介し
て孔１６に連通している。したがって、エア配管部材１
９を通じて真空引きすることで被加工物２が保持プレー
ト１２の下面に吸着され、また、加圧したエアを送るこ
とで被加工物２が取り外せるようになっている。

【００２３】なお、エア配管部材１９には、加工ヘッド
１０の傾動動作を円滑にするために、可撓性のチューブ
が用いられる。また、保持プレート１２の下面には、被
加工物２の取り付け位置を定めるためのガイド２１を設
け、このガイド２１により被加工物２の外周部を規制し
て、被加工物２を吸着した状態では芯が合っているよう
にすることが好ましい。

【００２４】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面
を上からみた図である。弾性連結部材１３は、この実施
形態では、４つ一組として、その長手方向が主軸４の回
転方向（円周方向）に向くように回転中心に関して対称
的な位置に配置される。また、弾性連結部材１３は、円
周方向の一端部が支持プレート１１側の座１４に接続さ
れ、他端部が保持プレート１２側の座１５に接続され
る。このようにして弾性連結部材１３によって、支持プ
レート１１と、保持プレート１２が連結されて負荷の作
用していない中立姿勢の状態では、支持プレート１１
と、保持プレート１２、弾性連結部材１３は同心的にか
つ互いに平行姿勢に保たれるようになっている。なお、
図２では、弾性連結部材１３を４箇所配置した例を示し
たが、その設置数は２以上であれば任意である。ただ
し、保持プレート１２の取付姿勢や弾性連結部材１３の
取付スペースなどを考慮すると、設置数は３ヵ所乃至８
ヵ所とすることが望ましい。

【００２５】図３は、弾性連結部材１３の作用を説明す
る図で、図２のIII −III における矢印Ｃの方向からみ
た断面を示す。弾性連結部材１３は、板バネの長手方向
（支持プレート１１および保持プレート１２の回転する
平面上に平行な方向）への剛性が大きいため、全体とし
て支持プレート１１と保持プレート１２の間での回転ト
ルクを伝達する機能を有する。また、弾性連結部材１３
は、板バネの板厚方向、すなわち研磨面に対して垂直な
方向には柔軟に変形するため、保持プレート１２を研磨
面形状に追従して滑らかに傾動させる機能を発揮する。
例えば、図３において、研磨面が理想的な平面である場
合の弾性連結部材１３と保持プレート１２との相対的な
位置が１３ａであるとする。研磨面が理想平面よりも凸
であった場合には、保持プレート１２は上方に押し上げ
られるので、このとき弾性連結部材１３は、弾性変形し
その相対的位置は１３ｂへ移動する。同様に、研磨面が
理想平面より凹で合った場合には、弾性変形により弾性
連結部材１３の相対的位置は１３ｃに移動する。このよ
うに研磨面の形状に応じて弾性連結部材１３が変形し、
保持プレート１２全体としては傾動しながら、被加工物
２を研磨面の形状に追従させていく。

【００２６】以上のような傾動動作を実現するのに弾性
連結部材１３の変形を利用し、摺動部分は存在しないた
め、保持プレート１２の傾動は円滑に行なわれる。しか
も、傾動は、弾性変形を利用しているために、従来の加
工ヘッドのように、傾動動作が摺動部分の抵抗を受ける
ことがなく、優れた傾動機能を実現できる。

【００２７】他方、弾性連結部材１３は、加工ヘッドの
回転方向には剛性を有するので、傾動動作時において、
支持プレート１１から保持プレート１２へのトルク伝達
が損われることがない。

【００２８】このように弾性連結部材１３を用いて支持
プレート１１と保持プレート１２とを連結することで、
回転トルク伝達機能と傾動機能とを１部品によって実現
することができるため、従来の加工ヘッドの傾動機構に
較べて構造を簡素化することができ、加工性、組立性、
コスト、軽量化の点で、従来の加工ヘッドよりも有利と
なる。

【００２９】次に、本発明による加工ヘッドの他の実施
形態について、図４を参照して説明する。図４は、弾性
連結部材１３の取付位置が図１の実施形態とは異なる例
で、弾性連結部材１３を、支持プレート１１の上面側に
取り付けた変形例である。図４（ａ）は、図２における
III −III 断面に相当する面での断面を示し、図４
（ｂ）は弾性連結部材１３を破断して示した平面図であ
る。

【００３０】支持プレート１１の一部には、切欠き２４
が設けられ、この切欠き２４から保持プレート１２の上
面に突設される座２３を突出すようにして設けている。
この座２３の座面と、支持プレートの上面に突設される
座２２の座面とは同一面上にあって、それぞれ弾性連結
部材１３の両端部が固着される。

【００３１】このような取付構造とすることによって、
弾性連結部材１３を支持プレートの上面から容易に取り
付けられる。また、支持プレート１１と保持プレート１
２との間の間隙Ｇを最小限にすることが可能となるた
め、加工ヘッド１０全体として全高を低くすることが可
能となる。

【００３２】なお、この図４の変形例では、支持プレー
ト１１と弾性連結部材１３との連結構造をわかりやすく
するために、座２２の座面を支持プレート１１の上面よ
りも高くした例を示したが、実用上は、座２２の座面と
支持プレート１１上面との間に段差を設けないようにす
るか、あるいは、座２２の座面を支持プレート１１の上
面から落ち込んだ構造とすることが望ましい。

【００３３】次に、図１の実施形態においては、弾性連
結部材１３に板バネを用い、トルク伝達部と弾性変形部
とを一体とした構造であるが、図５に示す実施形態は、
弾性連結部材２５を、剛体からなる連結板２６を用いた
トルク伝達部と、ゴム等の弾性体２７を用いた弾性変形
部とで構成した例を示している。

【００３４】支持プレート１１の座１４には、連結板２
６の一端部が上下に弾性体２７、２７を介して、さらに
押え板２８を載せて、これらを貫通するピン３０により
固定され、これにより座１４において、連結板２６の一
端部が弾性体２７、２７によって挟持されている。同様
に、保持プレート１２の座１５には、連結板２６の他端
部が上下に弾性体２７、２７を介して、さらに押え板２
９を載せて、これらを貫通するピン３１により固定され
ている。なお、このように構成される弾性連結部材２５
の配置数、配置方向については、図２と同様である。

【００３５】この実施形態のように、トルク伝達部を剛
体からなる別構造とした場合、大きな回転トルクが必要
な場合に好適である。すなわち、回転トルクは、剛体で
ある連結板２６によって支持プレート１１から保持プレ
ート１２に伝達されるため、図１の板バネを用いた弾性
連結部材１３よりも大きな負荷をかけることが可能とな
る。他方、傾動動作は弾性体２７の弾性変形によって実
現できる。

【００３６】なお、連結板２６の両端部のピン３０、３
１が貫通する透孔３２は、傾動動作の妨げにならない程
度の間隔を設けるか、または、十分な間隙を設けて透孔
３２に弾性部材（図示せず）を埋め込むようにすること
が好ましい。

【００３７】以上の実施形態では、弾性連結部材１３、
２５を複数、回転中心に関して対称的に設けるようにし
ていたが、図６に示す例は、単一の部材として構成した
実施形態である。

【００３８】このうち、図６（ａ）に示す弾性連結部材
４０は、リング状の板バネを用いたもので、円弧状の切
欠き４２ａ乃至４２ｄが円周方向に形成され、これによ
り外周側には９０゜づつ中心に関して対称的に弾性変形
部に相当する円周方向に延びる腕状部４３ａ乃至４３ｄ
が形成されている。他方、内周側には回転トルク伝達部
として機能する円環部４４が形成されている。この場
合、腕状部４３ａ乃至４３ｄは板厚方向に弾性変形可能
であり、これに対して円環部４４は円周方向に剛性を有
している。

【００３９】このような弾性連結部材４０においては、
図２と同じようにして、腕状部４３ａ乃至４３ｄのそれ
ぞれについて、４６ａで示す部分を支持プレート１１の
座１４に固着し、４６ｂで示す部分を保持プレート１２
の座１５に固着し、これらの座１４、１５の間の部分で
所定のスパンをとることで、第１実施形態による弾性連
結部材１３と同じようにして取り付け、また、同様の機
能を実現することができる。

【００４０】特に、この弾性連結部材４０の場合、単一
の部材であることから、組立性が一層向上する利点があ
る。なお、腕状部４３ａ乃至４３ｄ、円環部４４に対応
させて、支持プレート１１の座１４、保持プレート１２
の座１５にインロー部を設けておくことが好ましく、こ
れにより、支持プレート１１の座１４、保持プレート１
２に対する心合せが容易になる。

【００４１】図６（ｂ）は、リング状の弾性体薄板をそ
のまま弾性連結部材４８として用いる例を示す。この例
の場合、４９ａで示す部分を支持プレート１１の座１４
に固着し、４９ｂで示す部分を保持プレート１２の座１
５に固着することにより、支持プレート１１と保持プレ
ート１２とが連結される。これらの座に対する接続部４
９ａと４９ｂの間が弾性変形部に相当する部分５０ａ乃
至５０ｄである。この弾性変形部相当部５０ａ乃至５０
ｄでは面方向の変形が必要なため、スパンをできるだけ
長くとることで傾動量を大きく設定することができるの
で、接続部４９ａと４９ｂの間の間隔をあまり小さくす
ることは望ましくない。なお、この弾性連結部材４８の
場合、円周方向に剛性のあるリング状の部分全体で回転
トルク伝達部としての機能を営むようになっている。

【００４２】この図６（ｂ）の弾性連結部材４８の場
合、図６（ａ）の弾性連結部材４０に較べて、加工が容
易であるが、回転トルクが小さく、かつ、傾動範囲が小
さい場合に好適である。

【００４３】以上、図４乃至図６に基づき、図１の実施
形態を基本とした弾性連結部材の変形例について説明し
たが、次に、これらの実施の形態による加工ヘッドの場
合、研磨加工時に被加工物２を研磨面へ押し付けるため
の加圧力は、支持プレート１１から保持プレート１２に
弾性連結部材１３によって伝達される。したがって、加
工条件によっては大きな加圧力が要求されることがあ
り、その場合、弾性連結部材１３に用いる板バネの耐荷
重を大きくする必要がある。

【００４４】一般に、板バネのような弾性体の耐荷重を
大きくするためには、弾性係数を大きくする必要があ
り、結果的に変形に際し大きな外力を必要とする。この
ことは、加圧力を大きくできる反面、傾動動作を鈍くす
ることにつながるため、あまり弾性係数を大きくするこ
とは好ましくない。

【００４５】そこで、図７および図８は、大きな加圧力
のもとで研磨する場合に、加圧力の一部を弾性連結部材
１３とは別の部材を用いて伝達するように構成し、弾性
連結部材１３の弾性系数をできるだけ小さくして容易か
つ円滑な傾動動作を確保するようにした実施形態を示
す。なお、図７および図８において、図１と同一の参照
符号は同一の構成要素を示している。

【００４６】このうち、図７に示した加工ヘッド６０で
は、加圧力伝達のための加圧力中間伝達部材として弾性
体６２を支持プレート１１と保持プレート１２との間に
介装した例である。

【００４７】この弾性体６２は、例えばゴムを材質とす
る短円柱状の部材であり、支持プレート１１と保持プレ
ート１２との間で、かつ、均等な加圧力を伝達するため
主軸４の回転中心軸の延長線Ｉ−Ｉ上に配置される。

【００４８】このような加圧力中間伝達部材としての弾
性体６２を組み込んだ場合、被加工物２の吸着を行なう
ためのエア配管を主軸４と同心的に組み込めないので、
主軸４の空圧通路６３の出口部を主軸４の外周面に引き
出し、継手６４、６５を介して配管６６により迂回させ
て保持プレート１２内部の通路６７と接続するようにす
ればよい。

【００４９】なお、弾性連結部材１３の板厚方向の耐荷
重が保持プレート１２の重量よりも小さい場合には、研
磨加工前後で加工ヘッド６０が定盤よりも上昇したとき
に保持プレート１２の重量によって弾性連結部材１３が
弾性限界以上に変形し、弾性が損われる虞がある。これ
を防止するために、断面Ｌ字型の吊り部材６８を保持プ
レート１２に取り付け、この吊り部材６８の水平な支持
部６８ａが、保持プレート１２の重量によってある程度
弾性連結部材１３が撓んだときに支持プレート１１の上
面に当接するようにして、吊り部材６８により吊持する
ようにすれば、弾性連結部材１３の弾性限界以上の変形
を防止することができる。

【００５０】このような加工ヘッド６０では、被加工物
２を研磨布に押し付けるために必要な加圧力を主として
弾性体６２により伝達できるため、弾性連結部材１３
は、本来の機能である回転トルク伝達と傾動を主体に弾
性特性を設定することが可能になる。また、弾性体６２
は、傾動動作時に傾き方向に変形するので、加圧力を維
持しながらの傾動が可能である。

【００５１】次に、図８は、加圧力中間伝達部材として
図７の弾性体６２に代替して、球７２を用いた実施の形
態を示す。この球７２としては、例えば鋼球が用いら
れ、支持プレート１１と保持プレート１２との間で、か
つ、均等な加圧力を伝達するため主軸４の回転中心軸の
延長線Ｉ−Ｉ上に配置されるのは図７の場合と同様であ
る。球７２の摺動部分には、支持プレート１１と保持プ
レート１２ともに凹曲面を形成し、グリース等の潤滑材
を塗付しておくことが望ましい。

【００５２】球７２は、加圧力の一部または全部を保持
プレート１２に伝達することができるので、弾性連結部
材１３について、本来の機能である回転トルク伝達と傾
動を主体に弾性特性を設定することが可能になるのは、
図７の加工ヘッドの場合と同様である。

【００５３】他方、加圧力中間伝達部材として球７２を
用いた場合、支持プレート１１と保持プレート１２との
接触部に摺動が生じるが、球７２の位置が主軸４の回転
中心軸の延長線Ｉ−Ｉ上にあり、実質的に傾動の中心に
近接した部分で摺動するため、摺動距離や摺動によるモ
ーメント作用が小さいので、球７２の摺動が傾動動作に
与える影響を最小限に押えることができる。

【００５４】なお、この図８の加工ヘッド７０の場合、
保持プレート１２の下面に被加工物２を着脱可能に保持
するための手段として、真空チャックに代替して、保持
プレート１２の下面に軟質パッド７４を取り付け、この
軟質パッド７４に被加工物２を装着するようにしている
が、必要に応じて図７に示したような空圧配管を設け、
真空チャック方式としてもよいことはもちろんである。

【００５５】上述した図７と図８の実施形態のように、
加圧力中間伝達部材として弾性体６２と球７２とを用い
た場合とで、同じ条件で研磨した場合に、単位時間あた
りの研磨量（研磨効率）に差が生じ、弾性体６２を用い
た方が、球７２を用いたのに較べて、２割程度研磨効率
が低下することがわかった。

【００５６】これは、弾性体６２では、研磨抵抗に対し
て過渡的な変形が生じる結果、研磨作用が弱められてし
まうためであると考えられる。したがって、加圧力中間
伝達部材として弾性体６２を用いる場合には、加圧力を
できるだけ大きくとり、研磨効率を補償することが望ま
しい。

【００５７】ところで、最近の研磨加工では、主軸４お
よび定盤の回転数を大きくすることによって、研磨効率
の向上を図っている。回転数を高くするのにともなっ
て、加工ヘッドの傾動する部分、すなわち、本発明の加
工ヘッドでは保持プレート１２に加わる遠心力の影響も
大きくなり、この遠心力の影響に対する対策を講じる必
要がある。

【００５８】以下、図９および図１０を参照しながら、
遠心力の影響について説明する。図９は、球面接触し合
う支持部８０と保持プレート８１により傾動動作をする
従来の加工ヘッドについて、回転による遠心力の影響を
示した模式図である。支持部８０は、主軸８２に結合さ
れて回転し、この支持部８０には、保持プレート８１と
一体の摺動部８１ａが半径ｒなる球面にて接触するよう
になっている。この種の加工ヘッドでは、通常、摺動部
８１ａの球面中心は、主軸８２の回転中心軸II−IIと研
磨面の交点Ｏに設定される場合が多い。

【００５９】図９（ａ）のように、中立姿勢での保持プ
レート８２の重心Ｇは、点Ｏの鉛直上方に位置すること
になる。図９（ｂ）は、この加工ヘッドが回転し、その
際、傾動動作によりθだけ傾いた場合について遠心力Ｆ
の作用を示す。保持プレート８２が傾くと、重心Ｇは回
転中心軸II−IIよりもＯＧsin θだけ離れた位置に移動
するため、遠心力Ｆは水平方向に働くことになる。

【００６０】この遠心力Ｆは、傾動の傾きθをさらに大
きくするような向きのモーメントとして作用し、このモ
ーメントにより傾きが増すと、重心Ｇと回転中心軸II−
IIとの距離はさらに大きくなり、かつ、遠心力Ｆは傾動
中心Ｏと重心Ｇとの距離に比例して大きくなるので、傾
きθはさらに大きくなるというように、遠心力Ｆは相乗
的に傾きを大きくさせるように働く。一旦、研磨加工中
に傾きが生じると、傾きが次第に増大し、研磨面への追
従性が損われる。

【００６１】図１０は、本発明による研磨ヘッドについ
て、傾動動作に及ぼす遠心力の影響についての模式図で
あり、ここでは、傾動の中心が明確な図８の実施形態を
モデル化して説明する。なお、図８と同一の符号は同一
の構成要素を示す。

【００６２】図１０（ａ）は、加工ヘッド７０が中立姿
勢にあるときの、主軸４の回転中心軸II−II、傾動の中
心点Ｏ、保持プレート１２の重心Ｇの位置関係を示す図
である。この中立姿勢では、それぞれ弾性連結部材１３
は同一の変形を生じているため、全体としてみれば、弾
性連結部材１３の弾性により保持プレート１２に作用す
る力は相殺されている。

【００６３】これに対して、図１０（ｂ）は、回転する
加工ヘッド７０が傾動動作により水平面に対して角度θ
だけ傾いた場合に保持プレート１２に作用する遠心力Ｆ
および弾性連結部材１３から保持プレート１２に作用す
る復元力Ｆ1 、Ｆ2 を示す。傾動した場合、傾動の中心
点Ｏと保持プレート１２の重心Ｇは一致しないため水平
方向に遠心力Ｆが働く。一方、傾動により、弾性連結部
材１３からの作用力の力の均衡が破れ、中立姿勢への復
元力が現れる。図１０（ｂ）では、この復元力をＦ1 、
Ｆ2 としてばねの作用として模式的に示している。すな
わち、復元力として、保持プレート１２には、傾動によ
り支持プレート１１と保持プレート１２の間隔が狭くな
った側では、鉛直下向きの力Ｆ1 が作用し、間隔が大き
くなった側では、鉛直上向きの力Ｆ2 が作用する。

【００６４】一方、遠心力Ｆは、保持プレート１２に対
しては、傾きを増すモーメントとして作用するものの、
弾性連結部材１３による作用力Ｆ1 、Ｆ2 は、中立姿勢
に復元させるモーメント、つまり遠心力Ｆによるモーメ
ントを打ち消す方向に作用するので、全体としてみれ
ば、遠心力Ｆの作用の影響は相対的に小さくなる。した
がって、遠心力Ｆの大きさよりも復元力Ｆ1 、Ｆ2 の大
きさの方が大きくなるように、弾性連結部材１３の弾性
係数を大きく設定すれば、みかけ上、遠心力Ｆの影響は
現れないことになる。但し、前述したように弾性係数を
あまり大きくすると、傾動動作の円滑性が阻害される。

【００６５】図１０（ｂ）から了解されるように、傾動
したときの遠心力Ｆの影響は、傾動の中心点Ｏと保持プ
レート１２の重心Ｇが一致しないことによって生じる。
言い換えれば、傾動の中心点Ｏと保持プレート１２の重
心Ｇとを一致させれば、遠心力Ｆの影響を回避すること
ができる。

【００６６】前述した図８の実施形態を改良して、傾動
中心点Ｏを保持プレート１２の重心と一致させることが
できるようにした例が図１１に示す加工ヘッドである。

【００６７】この加工ヘッド８０の場合、支持プレート
１１と保持プレート１２の間で主軸４の回転中心軸の延
長上に介装された球７２の中心が傾動中心点Ｏである。

【００６８】他方、保持プレート１２の外周部からは一
体に円筒部８２が立ち上がっており、この円筒部８２の
端面を利用してバランスプレート８４を取り付けること
ができるようになっている。バランスプレート８４の形
状および重量を変えることで、バランスプレート８４を
含む保持プレート１２の重心位置を変えることができる
ので、その重心が傾動中心点Ｏと一致するようにバラン
スプレート８４の形状および重量を定めればよい。こう
することで、保持プレート１２が傾動しても、重心が傾
動中心Ｏから離れることがなくなるため、遠心力の影響
でしだいに傾きが大きくなっていく、自発的な傾き作用
を未然に防止することができる。

【００６９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、支持プレートと保持プレートとを同心的にか
つ平行に連結し、少なくとも主軸回転の円周方向に対し
て剛性が大きく、前記定盤の研磨面に垂直な方向に弾性
変形する弾性連結部材により、支持プレートと保持プレ
ートとを同心的にかつ平行に連結するようにしたから、
傾動機構の摺動部分の影響を最小限に抑え、弾性連結部
材により回転トルクを伝達しながらも弾性変形による円
滑な傾動動作により研磨面への追従性が向上し、被加工
物の平面研磨の精度を高めることができる。

【００７０】また、本発明によれば、支持プレートと保
持プレートとの間に前記支持プレートから加圧力を保持
プレートに伝達する加圧力中間伝達部材を介装するよう
にすることにより、大きな加圧力が必要な研磨でも、弾
性連結部材の弾性係数を大きく設定する必要なく、円滑
な傾動動作を確保するとともに大きな加圧力を被加工物
に加えることができる。

【００７１】さらに、本発明によれば、保持プレートの
重心を保持プレートの傾動の中心に一致させることによ
り、回転時の遠心力の作用により一旦傾き出すとそれが
大きくなる自発的な傾きの発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加工ヘッドの一実施形態を示す断
面図。

【図２】図１におけるII−II線水平断面図。

【図３】図２におけるIII −III 線部分をＣ方向からみ
た矢視断面図。

【図４】加工ヘッドの弾性連結部材の他の実施形態を示
す図２のIII −III 線部分に相当する部分の縦断面図。

【図５】加工ヘッドの弾性連結部材のさらに他の実施形
態を示す図２のIII −III 線部分に相当する部分の縦断
面図。

【図６】弾性連結部材にリング状の板バネを用いた他の
実施形態の平面図。

【図７】加工ヘッドに弾性体からなる加圧力中間伝達部
材を設けた他の実施形態を示す縦断面図。

【図８】加工ヘッドに剛球からなる加圧力中間伝達部材
を設けたさらに他の実施形態を示す縦断面図。

【図９】従来の加工ヘッドにおいて、傾動部における遠
心力の影響を示す概念図。

【図１０】本発明の加工ヘッドの傾動部における遠心力
の影響を示す概念図。

【図１１】本発明の加工ヘッドの保持プレートの重心を
傾動の中心に一致させた加工ヘッドの実施形態を示す縦
断面図。

【図１２】研磨加工の原理を説明する図。

【符号の説明】

２被加工物４主軸１０加工ヘッド１１支持プレート１２保持プレート１３弾性連結部材１４座１５座２５弾性連結部材２６連結板（剛体）２７弾性体４０弾性連結部材４８弾性連結部材６２弾性体７２剛球

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工ヘッドに保持した被加工物を回転させ
ながら定盤上の研磨布に押し付け、被加工物の表面を平
面研磨する研磨装置の加工ヘッドにおいて、研磨装置の主軸に連結される支持プレートと、被加工物を装着面に着脱可能に保持する保持手段を有す
る保持プレートと、前記支持プレートと保持プレートとを同心的にかつ平行
に連結し、少なくとも主軸回転の円周方向に対して剛性
が大きく、前記定盤の研磨面に垂直な方向に弾性変形す
る弾性連結部材とからなることを特徴とする研磨装置の
加工ヘッド。
【請求項２】前記弾性連結部材は板バネからなり、前記
板バネの長手方向を前記主軸回転の円周方向に指向さ
せ、その厚さ方向が研磨面に垂直になるように複数の当
該板バネを主軸の回転中心に関して対称的に等分割され
た位置に配置し、それぞれの板バネの一端部を支持プレ
ートに、他端部を保持プレートに接合したことを特徴と
する請求項１に記載の研磨装置の加工ヘッド。
【請求項３】前記弾性連結部材は剛体と、この剛体の両
端部にそれぞれ設けられる弾性体からなり、複数の前記
弾性連結部材を主軸の回転中心に関して対称的に配置
し、それぞれの剛体の一端部を弾性体を介し支持プレー
トに、他端部を弾性体を介し保持プレートに接合したこ
とを特徴とする請求項１に記載の研磨装置の加工ヘッ
ド。
【請求項４】前記弾性連結部材は、リング状の板バネか
らなり、支持プレートと保持プレートの対向し合うそれ
ぞれの面に複数の座を設け、前記リング状の板バネを前
記支持プレート側の座と前記保持プレート側の座の隣り
合う座によつて所定のスパンをとって接合するようにし
たことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置の加工ヘ
ッド。
【請求項５】前記支持プレートと保持プレートとの間に
前記支持プレートから加圧力を保持プレートに伝達する
加圧力中間伝達部材を介装したことを特徴とする請求項
１乃至４のいずれかの項に記載の研磨装置の加工ヘッ
ド。
【請求項６】前記加圧力中間伝達部材は、弾性体からな
り、前記弾性体を前記支持プレートと保持プレートの間
で、かつ、主軸の回転中心の延長線上に配置したことを
特徴とする請求項５に記載の研磨装置の加工ヘッド。
【請求項７】前記加圧力中間伝達部材は、剛球からな
り、前記剛球を前記支持プレートと保持プレートの間
で、かつ、主軸の回転中心の延長線上に配置したことを
特徴とする請求項５に記載の研磨装置の加工ヘッド。
【請求項８】前記保持プレートの重心が保持プレートの
傾動の中心に一致するようにしたことを特徴とする請求
項５に記載の研磨装置の加工ヘッド。