JPS6362673A - 定寸機構付き平面研磨装置 - Google Patents

定寸機構付き平面研磨装置

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JPS6362673A
JPS6362673A JP61205569A JP20556986A JPS6362673A JP S6362673 A JPS6362673 A JP S6362673A JP 61205569 A JP61205569 A JP 61205569A JP 20556986 A JP20556986 A JP 20556986A JP S6362673 A JPS6362673 A JP S6362673A
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JP
Japan
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workpiece
transducer
polishing
thickness
work
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JP61205569A
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English (en)
Inventor
Mizuo Sugiyama
杉山　美寿男
Hatsuyuki Arai
新井　初雪
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SpeedFam Co Ltd
Original Assignee
SpeedFam Co Ltd
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)

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、超音波を利用した定寸機構によってワークの
加工厚を制御するようにした定寸機構付き平面研磨装置
に関するものである。
し従来の技術］ この種の平面研磨装置として、第６図に示すように、上
定盤３におけるワーク４との対向位置に治具２を介して
超音波トランスデユーサ１を取付け、このトランスデユ
ーサ１からワーク４に超音波を投射してそのエコーを受
信するまでの時間からワーク４の厚さを測定し、これを
定寸に利用するようにしたものは公知である。
しかしながら、上記従来の平面研磨装置においては、上
定盤３における複数の研磨剤スラリー供給孔の一つを利
用してトランスデユーサ１を治具２により」二定盤３に
取付けているか、その際、該トランスデユーサ１を上定
盤３のド面より若干後退した位置に数句け、該トランス
デユーサ１とワーク４との間に形成される空間５に入ロ
アから超音波の伝播媒体として研磨剤スラリーを供給充
填するようにしていたため、この研磨剤スラリーに含ま
れる研磨剤粒子により超音波エコーの波形が乱され、厚
さ測定に誤差が発生して高精度の定寸を行うことが不可
能であった。
このような問題を解決するものとして、］−］記研磨剤
スラリー供給とは別の位置に第６図に示す方法でトラン
スデユーサを取付け、超音波エコーの波形が乱されない
ように伝播媒体として研磨粒子を含まない水を入ロアか
ら供給する方法も知られている。この方法は、水浸法と
呼ばれて基本的な超音波エコーの一つとして利用されて
おり、超音波エコーの波形が乱されないために精度のよ
い測定を行うことができる。
しかしながら、これを平面研磨における定寸にそのまま
利用した場合には、局部的な水の供給により研磨剤スラ
リーが稀薄になるｆｆ分が生じるため、部分的にワーク
の研磨雀に差が生じ易く、ワークの加工精度を著しく悪
化させるという問題を生じる。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の課題は、−１−述したように超音波を利用して
ワークの厚さ測定を行う場合に、トランスデユーサとワ
ークとの間の空間に研磨剤スラリーや水を満たすことに
起因する上記問題点を解決し、ワークの均一・な平面研
磨と正確な厚さ測定とを行い得るように構成することに
より、ワークを所望の厚さに仕」二げることができる定
寸機構イ・１き平面研磨装置を提供することにある。
「１７！７題点を解決するための手段］」二記課題を解
決するため、本発明は、ワークを研磨する回転自在の上
下の定盤を備え、上定盤におけるワークとの対向位置に
トランスデユーサを取付けて、該！・ランスデューサか
らワークに超音波を投射することによって該ワークの厚
さを測定すると共に、その測定結果に基づいてワークの
加工厚を制御するようにしたものにおいて、上記トラン
スデユーサとワークとの間に金属、ガラス、プラスチッ
ク等の固体材料からなる伝播媒体を介在させたことを特
徴とするものである。
Ｅ作　用コ ワークの研磨は、回転する上下の定盤により行われる。
一方、トランスデユーサからワークに対して超音波が投
射され、そのワークからの反射波が該トランスデユーサ
で受信されることにより、この受信信号に基づいてワー
クの厚さが測定され、この測定結果に基づいてワークの
加工厚が制御される。このとき、超音波は金属、ガラス
、プラスチック等の固体材料からなる伝播媒体を介して
伝播するため、その伝播が安定的に行われ、伝播媒体に
研磨剤スラリーを使用する場合のようなＭ音による波形
の乱れや、水を使用する場合のような加工精度の低下等
が生じない。
［実施例］ 以ｒ、本発明の実施例を図面を参照しながら詳述する。
第１図に示す平面研磨装置は、回転自在に配設された上
下の定盤１１，１２　、太陽歯車１３、及び内歯歯車１
４を備え、両歯車１３．１４で遊星歯車状に駆動される
キャリヤ１５に保持させたワーク１６を上下の定ｉｌｌ
、１２で研磨するように構成したものであって、各定盤
１１．１２及び歯車１３．１４の駆動は、同軸状に配設
された駆動軸１７〜２０を介して図示しない駆動源によ
り行われるようになっており、−上定盤】１の場合は、
機枠１０に取付けられたシリンダ２４に昇降自在に吊設
され、それが下降したときに取付板２１に設けた爪２２
が駆動軸Ｉ７上端のドライバ２３に係合し、その状態で
該ドライバ２３により駆動されるようになっている。
上記１−二定盤１１には、制御装置２６と共に定寸機構
を構成する超音波送受信用のトランスデユーサ２５が取
付けられている。このトランスデユーサ２５は、第２図
に具体的に示すように、−Ｅ定盤１１におけるワーク１
６との対向位置に、円筒形の治具２７を介して該上定盤
１１のＦ面から若干後退した状態に取付けられており、
このトランスデユーサ２５とｈ定盤１１の下面、即ちワ
ーク１６との間に形成される空間部分には、金属、ガラ
ス、プラスチック等の固体非晶質材料からなる伝播媒体
２８が介在せしめられている。
また、制御装置２６は、第１図に示すように、ブラシと
スリップリングとからなるロータリジョイン］・２９を
介してＬ記トランスデユーサ２５に電気的に接続されて
おり、該トランスデユーサ２５を介して超音波の送受信
を行う機能と、ワーク１６で反射された超音波の反射信
号に基づいてワークの厚さを求める機能と、実測された
ワーク１６の厚さと予め入力された仕上げ寸法の設定値
とを比較し、その比較結果を表示すると共に、その比較
結果に基づいて平面研磨装置の駆動を制御する機能とを
有するものである。
第３図は、上記制御装置２６の具体例を示すもので、そ
の構成を動作と共に説明すると次の通りである。即ち、
この制御装置２６は、トランスデユーサ２５を介して超
音波の送受信を行う送信部及び受信部を備えており、パ
ルス発生器からのパルス信号により送信部が作動し、ト
ランスデユーサ２５を介して超音波パルスがワーク１６
に投射されると、この超音波は、ワーク１６の表面及び
底面においてそれぞれ反射され、その反射波が受信部に
おいて受信される。このときの受信信号は、第４図（ａ
）に示すように、ワークの表面からの反射による表面エ
コーパルスＰ１と、底面からの反射による底面エコーパ
ルスＰ２とを含んでおり、この受信信号がゲートを通じ
て計数部に入力される。
」ユ記ゲートは、パルス発生器からのゲートパルス（第
４図（ｂ））により一定時間Ｔだけ開放し、その間」二
記受信信号を計数部に伝達するものである。
上記旧教部においては、上記受信信号における表面エコ
ーパルスＰ１と底面エコーパルスＰ２との到達時間差ｔ
が、クロック発振器から一定の時間間隔で連続的に出力
されるクロックパルス（第４図（Ｃ））をカウントする
ことにより求められ、その時間差ｔが比較演算部に入力
される。
この比較演算部では、上記時間差ｔから、■＝ワーク中
での超音波の音速 なる演算式に基づいてワークの厚さｈが求められ、これ
が予め入力されている仕上げ寸法の設定値ｈｏと比較さ
れる。そして、ワーク１６の厚さｈと設定値ｈｏとが等
しくなったときに停止信号が制御部に出力され、平面研
磨装置が停止される。一方、上記比較結果は表示部に表
示される。
なお、に記表面エコーと底面エコーの代りに、ワークの
底面で最初に反射された第１底面エコーと、再びワーク
の中を１往復して底面で反則された第２底面エコーとを
用いてワークの厚さを測定することもできる。
上記構成を有する平面研磨装置において、キャリヤ１５
に保持されたワーク１６の研磨は、上下の定盤１１，１
２により公知の平面研磨機と同様にして行われる。この
とき、定寸機構における制御装置２６には、ワーク１６
の什」二げ寸法が予め入力されている。
研磨の進行と共にワーク１６の厚さは減少していくが、
その厚さは、上述したようにトランスデユーサ２５かも
ワーク１６に超音波を投射することによって常時測定さ
れており、測定されたワーク１６の厚さが仕上げ寸法の
設定値と一致したところで制御装置２６から平面研磨機
の停止１−信号が出力されて研磨は終了する。
ここで、上記トランスデユーサ２５からワーク１６に超
音波を投射する場合、このａ音波は、固体材料からなる
伝播媒体２８を通して伝播するため、その伝播が安定的
に行われ、雑音による波形の乱れなどが発生しにくい。
上記伝播媒体２８としては、各種材質のものを使用する
ことができるが、第５図に示すように、それとトランス
デユーサ２５の振動子２５ａ及びワーク１６との間の音
響インピータンスの比、伝播媒体２８内での超音波の減
衰状況、上記振動子２５ａの発振周波数、音圧往復通過
率等との関係を総合的に考慮した場合、その音響インピ
ーダンスＺ１（×１０６に４／ｍ２ｓ）が１＜Ｚ＋＜２
０の範囲にあるものが最も測定に適していることが実験
により明らかになっている。
また、伝播媒体２８の厚さｈｌは、上記ワーク１６の厚
さ測定が通常表面エコーから第４底面エコーまでを使用
して行われるので、伝播媒体中でのＢ　”Ｒ波の音速を
ｖｌ、ワーク中での超音波の音速をＶ、ワークの厚さを
ｈとしたとき、 １−ｎＶｌ Ｘ４　　Ｖ ｎ：上定盤１１に切設された溝の深さ を満足するような大きさに決めておくのが望ましく、一
方、伝播媒体２日の直径ｄｌについては、該伝播媒体内
での超音波の減衰状況や、測定の障害となる横波の消去
等を考慮にいれ、上記振動子２５ａの直径をｄ、振動子
の発振周波数をｆ、指向角を０とした場合、公知の関係 ｄ１＝　２　ｈ１４ａｎθ を満足するように設定するのが望ましい。
なお、上記実施例では、トランスデユーサ２５と制御装
置２６との接続を、ブラシとスリップリングとからなる
ロータリジヨイント２９を介して行っているが、該上定
盤１１と−・体重に回転する吊板３１などの部材上に太
陽電池を教化け、この太陽電池からトランスデユーサ２
５へ給電すると共に、トランスデユーサ２５と制御装置
２６との間の信号の授受は無線を利用して行うようにす
ることにより、トランスデユーサ２５と制御装置２６と
を非接触で接続することもできる。
［発明の効果］ このように本発明によれば、トランスデユーサとワーク
との間の空間部に金属、ガラス、プラスチック等の固体
材料からなる伝播媒体を介在させたので、超音波の伝播
を非常に安定的に行うことができ、伝播媒体に研磨剤ス
ラリーを使用する場合のような雑音による波形の乱れや
、水を使用する場合のような研磨量のばらつき等をなく
し、研磨精度を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
その要部拡大図、第３図は制御装置の構成例を示すブロ
ック図、第４図（ａ）〜（ｃ）は信号波形の説明図、第
５図は第２図における要部の構成図、第６図は従来例の
部分断面図である。 １１ψ・上定盤、　　１２・中下定盤、１６１１ｅワー
ク、　　　２５・・トランスデユーサ、２８Φ拳伝播媒
体。 特許出願人　　スピードファム株式会社第１図 第２０ 籐８図 ｊ 纂３図 ２．６ 蒐 蕗　４Ｉｌ （。）７ｏ７ワ７９７．え−■曲朋１皿冊冊拙捕聞■朋
朋和制御皿皿１旧−へ９７− 第　５　区

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ワークを研磨する回転自在の上下の定盤を備え、上
    定盤におけるワークとの対向位置にトランスデューサを
    取付けて、該トランスデューサからワークに超音波を投
    射することによって該ワークの厚さを測定すると共に、
    その測定結果に基づいてワークの加工厚を制御するよう
    にしたものにおいて、上記トランスデューサとワークと
    の間に金属、ガラス、プラスチック等の固体材料からな
    る伝播媒体を介在させたことを特徴とする定寸機構付き
    平面研磨装置。 ２、上記伝播媒体における音響インピーダンスＺ＿１（
    ×１０＾６ｋｇ／ｍ＾２ｓ）が、１＜Ｚ＿１＜２０の範
    囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    定寸機構付き平面研磨装置。
JP61205569A 1986-09-01 1986-09-01 定寸機構付き平面研磨装置 Pending JPS6362673A (ja)

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US07/091,438 US5099614A (en) 1986-09-01 1987-08-31 Flat lapping machine with sizing mechanism

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