JP6004992B2 - 基板表面加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気ディスク等の基板の表面を平滑に加工する基板表面加工装置に関する。

基板表面加工装置として、例えば特許文献１及び２が挙げられる。この種の基板表面加工装置は、研磨テープ又はクリーニングテープ等のテープを巻回した供給リール及びテープを巻き取る巻取りリールと、供給リールと巻取りリール間に配設され、テープを基板の表面に加圧させる加圧ヘッド部と、加圧ヘッドと巻取りリール間に配設され、テープにテンションを付与するテンション制御部（テンション付与手段）とが設けられている。加圧ヘッドは、基板に圧接する方向にばねで付勢されている。そして、基板表面は、加圧ヘッドによってテープが加圧されて平滑に加工される。

特開２００５−１０５８号公報 特開２００７−１３０７３６号公報

上記従来技術は、加圧ヘッドがテープを介して基板に圧接する加圧力は、配設されたばねの一定の付勢力によっている。即ち、加圧力はばねの付勢力で決められた値であり、その時の加工条件に適合するように可変できなかった。また基板に当てる直前及び離れる直前における速度が一定であり、スクラッチが発生して加工品質が低下するという問題があった。

本発明の課題は、加圧ヘッドの加圧力を任意に制御することができ、加工品質の向上が図れる基板表面加工装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の請求項１は、テープを巻回した供給リール及びテープを巻き取る巻取りリールと、供給リールから供給されて巻取りリールに巻き取られるテープの経路に配設され、テープを基板に加圧させる加圧ヘッドとを備えた基板表面加工装置において、前記加圧ヘッドは、加圧ヘッド支持板に固定されており、加圧ヘッド支持板はほぼＵ字形状の駆動板に両端部が固定されたガイド棒に摺動自在に嵌挿され、加圧ヘッド支持板の加圧ヘッドと反対側部には、支持軸が摺動自在に嵌挿されており、支持軸の外側端部には押圧板が固定され、加圧ヘッド支持板と押圧板間の支持軸部には付勢ばねが配設され、駆動板は押圧板が圧接する立上り部を有し、この立上り部には押圧板が圧接する歪ゲージが設けられ、前記駆動板はモータによって駆動され、駆動された前記駆動板は前記加圧ヘッドを駆動し、駆動された前記加圧ヘッドによって前記テープが前記基板を加圧することを特徴とする。

基板への加圧力 (荷重）は付勢ばねの撓み量によって決まり、歪ゲージによって検出される。そこで、予め基板への加圧ヘッドの最適な荷重設定値を設定しておくことにより、常に一定の荷重で加圧ヘッドで加圧できる。即ち、歪ゲージで検出された荷重設定値に対する加圧ヘッドの加圧位置を検出し、その位置情報を制御部からモータにフィードバックし、常に最適な一定の荷重で加圧ヘッドへの加圧ができるように制御する。このように、加圧ヘッドの位置をフィードバックし、位置制御することで加圧ヘッドと基板表面との位置関係が判る。そのため、基板へテープを当てる直前及び離れる直前の位置で加圧ヘッドの速度を任意の速度で動作させることができ、テープを基板に任意の速度で当て、または離すことでスクラッチの軽減になる。

本発明の基板表面加工装置の一実施の形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 （ａ）は図１の左側面図、（ｂ）は（ａ）の加圧ヘッド部の平面図、（ｃ）は加圧ヘッド部の図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は加圧ヘッド部の図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ線断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ、Ｅ−Ｅ，Ｆ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ線断面図、（ｃ）は図３（ｂ）のＧ−Ｇ線断面図である。 テープカセットを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ線断面図である。 装置本体部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は図５（ａ）の正面図である。 テンション検出器の作用を示し、（ａ）は巻取り部の平面拡大説明図、（ｂ）は供給部の平面拡大説明図である。

本発明の基板表面加工装置の一実施の形態を図１乃至図６により説明する。なお、図３はテンション制御部のばね機構部を図示省略した。図１に示すように、基板１は、回転駆動されるスピンドル２にチャックして加工される。本装置は、基板１の両面を同時に加工するようになっているので、基板１の両面（図１（ａ）の平面図の上下）にテープ装置３、４が設けられている。テープ装置３と４は対称で同じ構造よりなるので、テープ装置３と４の部材には同じ符号を付して説明する。本実施の形態は、テープをセットした図４に示すテープカセット１０と、このテープカセット１０を着脱自在に取付けるための図５に示す装置本体部４０とからなっている。

［テープカセット１０］の構造（図１、図３、図４、特に図４参照）
カセット支持板１１には、後記する加圧ヘッド６０より離れた側よりテープ１２が巻回された供給リール１３及びテープ１２を巻き取る巻取りリール１４が配設されている。供給リール１３、巻取りリール１４は、カセット支持板１１に回転自在に支承された中空の回転軸１５、１６にセットされ、上押え部材１７、１８で回転軸１５、１６に固定されている。回転軸１５、１６及び回転軸１５、１６の下端に固定された下押え部材１９、２０の下端部には溝１５ａ、１６ａ及び１９ａ、２０ａが形成されている。

後記する加圧ヘッド６０部が配設される部分の両側には、加圧ヘッド部側のガイドローラ２５、２６が配設されており、ガイドローラ２５、２６はカセット支持板１１上に固定されたローラ軸に回転自在に支承されている。供給リール１３よりガイドローラ２５、２６にテープ１２を導くように、カセット支持板１１上にはガイドローラ２７〜３０が回転自在に支承されたローラ軸が固定されている。ガイドローラ２５、２６より巻取りリール１４にテープ１２を導くように、カセット支持板１１上にはガイドローラ３１〜３４が回転自在に支承されたローラ軸が固定されている。

カセット支持板１１には、加圧ヘッド６０が臨む穴１１ａ、加圧ヘッド６０の駆動部が臨む穴１１ｂ、テンション制御部４５及びテープ送り部４３が臨む穴１１ｃ、テンション制御部４４が臨む穴１１ｄが形成されている。

［装置本体部４０］の構造（図１、図２、図３、図５、特に図２、図５参照）
装置本体部４０は、テープカセット１０の下方に配設されており、主として、テープ駆動部４１と、加圧ヘッド部４２と、テープ送り部４３と、テンション制御部４４、４５とからなっている。これらの部材は、本体部支持板４６に設けられており、本体部支持板４６の四隅は支柱４７を介して移動板４８に固定されている。

まず、テープ駆動部４１の構造を図３及び図５により説明する。本体部支持板４６には、図３及び図４に示す供給リール１３、巻取りリール１４の回転軸１５、１６に挿入される駆動伝達軸５０、５１が回転自在に支承されている。駆動伝達軸５０、５１はモータ５２、５３の出力軸に連結され、モータ５２、５３はモータ支持板５４、５５を介して本体部支持板４６に固定されている。駆動伝達軸５０、５１には、回転軸１５、１６及び下押え部材１９、２０の溝１５ａ、１６ａ及び１９ａ、２０ａに嵌合するピン５６、５７が設けられている。

次に加圧ヘッド部４２の構造を図２により説明する。加圧ヘッド部４２は、ガイドローラ２５、２６間に配設される加圧ヘッド６０を有しており、加圧ヘッド６０の基板１側の面には、ゴムやスポンジ等の弾性体が貼付けられている。加圧ヘッド６０は、加圧ヘッド支持板６１に固定されており、加圧ヘッド支持板６１はほぼＵ字形状の駆動板６２に両端部が固定されたガイド棒６３に摺動自在に嵌挿されている。加圧ヘッド支持板６１の加圧ヘッド６０と反対側部には、支持軸６４が摺動自在に嵌挿されており、支持軸６４の外側端部には押圧板６５が固定されている。加圧ヘッド支持板６１と押圧板６５間の支持軸６４部には付勢ばね６６が配設されている。支持軸６４の押圧板６５と反対側の端部にはストッパ６７が固定されている。駆動板６２は押圧板６５が圧接する立上り部６２ａを有し、この立上り部６２ａには押圧板６５が圧接する歪ゲージ６８が設けられている。本体部支持板４６上には、基板１に直交する方向に伸びたガイド６９が固定されており、ガイド６９にはスライダ７０が摺動自在に嵌挿されている。スライダ７０は、駆動板６２に固定されている。

本体部支持板４６の下方には、駆動板６２と平行に駆動軸７５が配設されており、駆動軸７５は本体部支持板４６の下面に固定された軸受７６、７６に回転自在に支承されている。駆動軸７５の軸受７６、７６間は雄ねじ部７５ａが形成され、雄ねじ部７５ａには雌ねじ部７８が螺合している。本体部支持板４６には駆動軸７５と平行に長穴４６ａが形成されており、雌ねじ部７８が固定されたホルダ７９は長穴４６ａを通して駆動板６２に固定されている。駆動軸７５の外側部にはプーリ８０が固定されている。軸受７６には固定板８１を介してモータ８２が固定されており、モータ８２の出力軸にはプーリ８０に対応してプーリ８３が固定されている。そして、プーリ８０と８３にはタイミングベルト８４が掛け渡されている。

次にテープ送り部４３の構造を図１、図５により説明する。テープ送り部４３の構造は公知であるので簡単に説明する。巻取りリール１４側のガイドローラ３３の近傍の本体部支持板４６上にはキャプスタンローラ８５が回転自在に支承されたローラ軸が固定されている。キャプスタンローラ８５に対応して本体部支持板４６にはピンチローラ８６が設けられている。ピンチローラ８６はキャプスタンローラ８５より離れた状態にあり、テープ１２を送る時はキャプスタンローラ８５に圧接するようになっている。

最後にテンション制御部４４、４５の構造を図１、図５、図６により説明する（特に図５参照）。供給リール１３側のテンション制御部４４と巻取りリール１４側のテンション制御部４５は、同じ構造よりなるので同じ符号を付して説明する。テンション制御部４４、４５の回転軸９０は、本体部支持板４６に固定された軸受９１に回転自在に支承されている。回転軸９０の下端にはテンションメータ９２の入力軸が固定されており、テンションメータ９２は支持板９３を介して本体部支持板４６に固定されている。回転軸９０の上端には、円板９４が固定されており、円板９４には該円板９４を貫通して２個の支持軸９５Ａ、９５Ｂが固定されている。２個の支持軸９５Ａ、９５Ｂの上方にはそれぞれテンションローラ９６Ａ、９６Ｂが回転自在に支承されている。支持軸９５Ａ、９５Ｂの下端部分には、ワイヤ９７Ａ、９７Ｂの一端が固定されており、ワイヤ９７Ａ、９７Ｂの他端は対応する駆動伝達軸５０、５１側に伸びて配設されている。

ワイヤ９７Ａは、ガイドローラ１００により９０度変換され、更にガイドローラ１０１により９０度変換されている。そして、ワイヤ９７Ａの他端にはばね１０２の一端が固定され、ばね１０２の他端は本体部支持板４６に固定されたばね掛け具１０３に取付けられている。ワイヤ９７Ｂは、ガイドローラ１１０により９０度変換され、更にガイドローラ１１１により下方に変換されている。ワイヤ９７Ｂの他端にはばね１１２の一端が固定され、ばね１１２の他端にはワイヤ１１３の一端が固定されている。ワイヤ１１３の他端は移動板４８に回転自在に支承されたガイドローラ１１４により水平方向に９０度変換され、移動板４８に固定されたシリンダ１１５の作動ロッドに取付けられている。

本実施の形態は、テープカセット１０が装置本体部４０に着脱自在に設けられている。このため、テープカセット１０を装置本体部４０にセットする時、図４に示すテープカセット１０のガイドローラ２７と２８間及びガイドローラ３３と３４間のテープ１２部分がテンションローラ９６Ａ、９６Ｂ間にスムーズに配設される必要がある。そこで、テープカセット１０の装置本体部４０へのセット時には、テンションローラ９６Ａ、９６Ｂは、図６に実線で示すようにテープ１２に作用しない位置となっている。この状態は、シリンダ１１５の作動ロッドロットが作動しないでテンションローラ９６Ａ、９６Ｂにはばね１０２、１１２の付勢力が作用し、テンションローラ９６Ａ、９６Ｂは図６に実線で示す状態になる。これにより、テープカセット１０を装置本体部４０にセットすると、ガイドローラ２７と２８間及びガイドローラ３３と３４間のテープ１２部分がテンションローラ９６Ａ、９６Ｂ間にスムーズに配設される。

シリンダ１１５が作動して作動ロッドが突出すると、ばね１１２の付勢力はテンションローラ９６Ｂに作用しなく、テンションローラ９６Ａにばね１０２の付勢力が作用する。これにより、円板９４は図６に示すように矢印Ｊ方向に回転し、テンションローラ９６Ａが２点鎖線のように回転してテープ１２にテンションが掛かる状態となる。テープ１２のテンションは、供給側のモータ５２のバックトルク（テープ１２の供給方向と逆方向のトルク）と、巻取り側のモータ５３の巻取り方向のトルクによって生じる。即ち、テープ１２のテンション力は、回転軸９０の回転角度によって決まる。この回転軸９０の回転角度はテンションメータ９２によって検出され、モータ５２、５３のトルクをコントロールすることで回転軸９０の回転角度が変化するので、モータ５２、５３のトルクをコントロールすることにより任意のテンションに設定できる。そこで、予めテープ１２のテンションとモータ５２，５３のトルクとの関係を調べておき、常に一定のテンションを保つようにすることができる。

次に作用について説明する。始動前は、図１に示すように、装置本体部４０にテープカセット１０がセットされた状態、また本体部支持板４６が右方向に移動して加圧ヘッド６０がスピンドル２より離れた状態、更に対向した加圧ヘッド６０、６０間が開いた状態にある。またテンション制御部４４、４５のテンションローラ９６Ａ、９６Ｂによりテープ１２に一定のテンションが掛けられた状態にある。このテンションローラ９６Ａ、９６Ｂによるテンション付与については後記する。この状態で基板１をスピンドル２にチャックさせて回転させる。

次に本体部支持板４６が上方方向に移動して図１の状態となり、加圧ヘッド６０がテープ１２を基板１に圧接するようにモータ８２が回転する。モータ８２が回転すると、プーリ８３、タイミングベルト８４、プーリ８０を介して駆動軸７５が回転し、ホルダ７９、駆動板６２が内側（基板１側）に移動する。駆動板６２が内側に移動すると、駆動板６２の立上り部６２ａが押圧板６５を介して支持軸６４が内側に移動し、付勢ばね６６の付勢力で加圧ヘッド支持板６１を移動させ、加圧ヘッド６０によってテープ１２が基板１を加圧する。この状態で本体部支持板４６を上下方向に複数回移動させると、基板１の両面はテープ１２によって研磨されて平滑される。

テープ１２のテンションは、回転軸９０及び円板９４の回転角度によるテンションメータ９２の信号をモータ５２、５３にフィードバックし、モータ５２，５３のトルクをコントロールして常に最適な一定のテンションに制御される。ところで、基板１の加工中及びクリーニング中は、加圧ヘッド６０で基板 1に押し当てられたテープ１２は、加圧ヘッド６０部で供給側と巻取り側で分断され、全体を一定に保たれたテンションが分断される。本実施の形態は、供給リール１３側及び巻取りリール１４側にそれぞれテンション制御部４４，４５が設けられている。そこで、加圧ヘッド６０を境に分断された供給側及び巻取り側のテープ１２のテンションをそれぞれテンション制御部４４、４５で検出し、その情報を供給リール１３のモータ５２及び巻取りリール１４のモータ５３にフィードバックしてモータトルクをコントロールすることで、供給側及び巻取り側のテープ１２を最適なテンションに保つことができる。

基板１への加圧力 (荷重）は付勢ばね６６の撓み量によって決まり、歪ゲージ６８によって検出される。そこで、予め基板１への加圧ヘッド６０の最適な荷重設定値を設定しておくことにより、常に一定の荷重で加圧ヘッド６０で加圧できる。即ち、歪ゲージ６８で検出された荷重設定値に対する加圧ヘッド６０の加圧位置を検出し、その位置情報を図示しない制御部からモータ８２にフィードバックし、常に最適な一定の荷重で加圧ヘッド６０への加圧ができるように制御する。このように、加圧ヘッド６０の位置をフィードバックし、位置制御することで加圧ヘッド６０と基板１との位置関係が判る。そのため、基板１へテープ１２を当てる直前及び離れる直前の位置で加圧ヘッド６０の速度を任意の速度で動作させることができ、テープ１２を基板１に任意の速度で当て、または離すことでスクラッチの軽減になる。

研磨終了後、加圧ヘッド６０が前記と逆方向（基板１より離れる方向) に移動するようにモータ８２が回転させられる。加圧ヘッド６０が外側に移動させられると、加圧ヘッド６０及びテープ１２は基板１より離れる。また本体部支持板４６が下方に移動して基板１の外側に位置する。

研磨が終了するとほぼ同時に巻取りリール１４及びキャプスタンローラ８５がテープ１２を巻き取る方向に巻取りリール用のモータ５３が駆動される。これにより、駆動伝達軸５１を介して回転軸１６が回転させられ、巻取りリール１４が矢印Ｈ方向に回転する。またピンチローラ８６がテープ１２をキャプスタンローラ８５に圧接するように移動させられると共に、キャプスタンローラ８５が図示しない駆動モータで矢印Ｉ方向に回転させられ、テープ１２は巻取りリール１４に巻き取られる。これにより、加圧ヘッド６０にテープ１２の新しい部分が送り込まれ１サイクルが終了する。以後、前記動作を繰り返して加圧を順次行う。

上記した動作を繰り返して加工を順次行った後、供給リール１３より供給するテープ１２が終了すると、新しいテープ１２に交換する必要がある。本装置が基板１より離れた状態において、このテープ交換を行う。テープカセット１０と装置本体部４０は、テープカセット１０の回転軸１５、１６、下押え部材１９、２０の溝１５ａ、１６ａ及び１９ａ、２０ａが装置本体部４０の駆動伝達軸５０、５１のピン５６、５７に係合しているのみである。そこで、テープカセット１０を上方に持ち上げるのみでテープカセット１０を装置本体部４０より取り外すことができ、使用済のテープカセット１０を取り外すと、図５の状態となる。

そこで、新しいテープ１２が取り付けられた図４に示すテープカセット１０を装置本体部４０にセットする。装置本体部４０の駆動伝達軸５０、５１にテープカセット１０の回転軸１５、１６の穴を合せて挿入し、供給リール１３及び巻取りリール１４を押えながら回す。または供給リール１３及び巻取りリール１４を押さえた状態で対応するモータ５２、５３を僅かに回す。これにより、回転軸１５、１６及び下押え部材１９、２０の溝１５ａ、１６ａ及び１９ａ、２０が駆動伝達軸５０、５１のピン５６、５７が係合し、テープカセット１０は装置本体部４０にセットされ、図１の状態となる。

このように、基板１への加圧力 (荷重）は付勢ばね６６の撓み量によって決まり、歪ゲージ６８によって検出される。そこで、予め基板１への加圧ヘッド６０の最適な荷重設定値を設定しておくことにより、常に一定の荷重で加圧ヘッド６０で加圧できる。即ち、歪ゲージ６８で検出された荷重設定値に対する加圧ヘッド６０の加圧位置を検出し、その位置情報を図示しない制御部からモータ８２にフィードバックし、常に最適な一定の荷重で加圧ヘッド６０への加圧ができるように制御する。このように、加圧ヘッド６０の位置をフィードバックし、位置制御することで加圧ヘッド６０と基板１の表面との位置関係が判る。そのため、基板１へテープ１２を当てる直前及び離れる直前の位置で加圧ヘッド６０の速度を任意の速度で動作させることができ、テープ１２を基板１に任意の速度で当て、または離すことでスクラッチの軽減になる。

なお、本実施の形態は、テープカセット１０が装置本体部４０に着脱自在に設けた場合について説明したが、テープカセット１０と装置本体部４０とが一体的な従来構造のものにも適用できる。

１ 基板
２ スピンドル
３、４ テープ装置
１０ テープカセット
１１ カセット支持板
１２ テープ
１３ 供給リール
１４ 巻取りリール
１５、１６ カセット支持板
１５ａ、１６ａ 溝
２５〜３４ ガイドローラ
４０ 装置本体部
４１ テープ駆動部
４２ 加圧ヘッド部
４３ テープ送り部
４４、４５ テンション制御部
４６ 本体部支持板
５０、５１ 駆動伝達軸
５２、５３ モータ
５６，５７ ピン
６０ 加圧ヘッド
６１ 支持板
６２ 駆動板
６４ 支持軸
６５ 押圧板
６６ 付勢ばね
６８ 歪ゲージ
６９ ガイド
７０ スライダ
７５ 駆動軸
７５ａ 雄ねじ部
７８ 雌ねじ部
７９ ホルダ
８２ モータ
８４ タイミングベルト
８５ キャプスタンローラ
８６ ピンチローラ
９０ 回転軸
９２ テンションメータ
９４ 円板
９５Ａ、９５Ｂ 支持軸
９６Ａ、９６Ｂ テンションローラ
９７Ａ、９７Ｂ ワイヤ
１０２、１１２ ばね
１１５ シリンダ

Claims (1)

1. テープを巻回した供給リール及びテープを巻き取る巻取りリールと、
   供給リールから供給されて巻取りリールに巻き取られるテープの経路に配設され、テープを基板に加圧させる加圧ヘッドとを備えた基板表面加工装置において、
   前記加圧ヘッドは、加圧ヘッド支持板に固定されており、
   加圧ヘッド支持板はほぼＵ字形状の駆動板に両端部が固定されたガイド棒に摺動自在に嵌挿され、
   加圧ヘッド支持板の加圧ヘッドと反対側部には、支持軸が摺動自在に嵌挿されており、
   支持軸の外側端部には押圧板が固定され、
   加圧ヘッド支持板と押圧板間の支持軸部には付勢ばねが配設され、
   駆動板は押圧板が圧接する立上り部を有し、
   この立上り部には押圧板が圧接する歪ゲージが設けられ、
   前記駆動板はモータによって駆動され、駆動された前記駆動板は前記加圧ヘッドを駆動し、駆動された前記加圧ヘッドによって前記テープが前記基板を加圧する
   ことを特徴とする基板表面加工装置。