平面研削装置
【課題】静圧水軸受で砥石軸を支持する基板の研削装置の提供。
【解決手段】フレームＦ上に設けられたツールテーブル用セラミック製スライドＳａをリニアモータ駆動により左右方向に直動駆動する静圧水軸受セラミック製スライドウエイＳａ上に、砥石軸４を静圧水軸受で回転可能に支持するとともに、直動／回転複合アクチュエータにより砥石軸を直動および回転可能にした砥石軸頭１００を搭載し、ワークを保持するセラミック製ロータリーテーブルホルダーＨを静圧水軸受で支持される主軸に軸承するワークステージＷｓを前記ツールテーブルＴｔに対してＬ字型に配置したワークテーブルＴｗ上に搭載した基板の平面研削装置１。
【解決手段】フレームＦ上に設けられたツールテーブル用セラミック製スライドＳａをリニアモータ駆動により左右方向に直動駆動する静圧水軸受セラミック製スライドウエイＳａ上に、砥石軸４を静圧水軸受で回転可能に支持するとともに、直動／回転複合アクチュエータにより砥石軸を直動および回転可能にした砥石軸頭１００を搭載し、ワークを保持するセラミック製ロータリーテーブルホルダーＨを静圧水軸受で支持される主軸に軸承するワークステージＷｓを前記ツールテーブルＴｔに対してＬ字型に配置したワークテーブルＴｗ上に搭載した基板の平面研削装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静圧水軸受により支持されるセラミック製スライドウエイ（キャリッジともいう）および回転／直動主軸を利用した平面研削装置に関する。この平面研削装置は、シリコンベアウエハ、半導体基板、セラミック基板、ＧａＡｓ基板、ＡｌＴｉＣ基板、サファイア基板等のワークの平面研削加工に使用され、環境に易しく、ワークの研削速度を向上させる。
【背景技術】
【０００２】
静圧流体軸受直動スライドシステムの静圧流体軸受としては、一般に空気を利用した静圧気体軸受、潤滑油を使用する静圧油軸受、水を利用する静圧水軸受が提案され、工作機械分野では静圧油軸受が主流で、静圧水軸受直動スライドシステムとして成功した実例としては１９９４年に米国Oregon州Hillsboro市所在のCoorsTec社がMITのAlexander Slocum教授と共同で開発したオール・セラミック製研削装置があるのみである（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
静圧水軸受直動スライドシステムは、静圧油軸受直動スライドシステムと比較して環境に易しいこと、およびスライドウェイとガイドウエイ間のギャップが静圧油軸受のそれと比較して約半分（７〜１０μｍ）で済む故に水を送るポンプの馬力が静圧油軸受で使用されるポンプの馬力より小さくて済む利点があることが指摘されている（非特許文献２参照。）。
【０００４】
環境に優しい静圧水軸受を利用する研削装置として、ビルトインモータ駆動の砥石軸（例えば特許文献１および特許文献２参照。）、ウエハ研削主軸（例えば特許文献３参照。）およびロータリーテーブル主軸（例えば特許文献４参照。）が提案されている。
【０００５】
一方、研削装置への利用を開示するものではないが、主軸をボールベアリングで支持して回転および直動させる複合アクチュエータとして、チップマウンタ用回転／直動アクチュエータ（例えば特許文献５参照）、多関節型ロボットアーム用回転／直動アクチュエータ（例えば特許文献６参照）および用途を具体的に開示していない回転／直動アクチュエータ（例えば、特許文献７参照。）が提案されている。
【０００６】
【非特許文献１】Alexander Slocum、Get a preload of this”、〔online〕、Mastercam.〔平成１７年１０月１３日検索〕、インターネット<URL:http://www.americanmachinist.com/304/Technologies/Grinding/Article/False/8279>
【非特許文献２】Alexander H. Slocum et al著、”Design of self-compensated, water-hydrostatic bearings”, 雑誌「Precision Engineering 17」,173-185頁,1995年発行
【特許文献１】特開平１１−２３５６４３号公報
【特許文献２】米国特許第６，４１９，３９６号明細書
【特許文献３】特開２０００−２１８５２８号公報
【特許文献４】特開２０００−２４０６５２号公報
【特許文献５】特開２００６−２２０１９６号公報
【特許文献６】特開２００４−３６４３４８号公報
【特許文献７】特開２００６−２２０１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者等は、研削砥石による基板（ワークピース）の研削取り代量が１００〜１，０００μｍと小さいことから平面研削砥石を回転自在に支持する主軸（スピンドル）の駆動源として主軸を静圧水軸受で支持して回転および直動させる複合アクチュエータを採用し、研削砥石の基板への接近移動および基板から待機位置への後退についてはリニアモータ駆動によるセラミック製ツールテーブルの駆動を利用することにより従来のボールネジ駆動による移動速度を短縮（加工時間を短く向上）することが可能で、静圧水軸受を利用することにより研削加工された基板の寸法精度をより向上できる平面研削装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、機械フレーム、前記機械フレーム上に設けたベースと、このベース上に設けられた第一セラミック製ガイドウエイ（Ｇａ）上を第一セラミック製スライドウエイ（Ｓａ）がリニアモータ駆動により左右（Ｘ軸）方向に直動する静圧水軸受直動ツールテーブル前記静圧水軸受直動ツールテーブル上に設けた砥石台に、静圧水軸受で支持され直動／回転複合アクチュエータにより回転および直動される砥石軸に平面研削砥石を回転自在に軸承させた砥石軸頭、前記機械フレーム上に設けたベースと、このベース上に前記第一セラミック製ガイドウエイ（Ｇａ）に対してＬ字形状に設けられた第二セラミック製ガイドウエイ（Ｇｂ）上を第二セラミック製スライドウエイ（Ｓｂ）がリニアモータ駆動により前後（Ｚ軸）方向に直動する静圧水軸受直動ワークテーブル、および、前記静圧水軸受直動ワークテーブル上に設けたワーク主軸台に、静圧水軸受で水平方向に支持されアクチュエータにより回転駆動される主軸先端にワーク保持チャックテーブル（Ｈ）を軸承させたワーク保持チャック、を備える平面研削装置を提供するものである。
【０００９】
請求項２の発明は、前記静圧水軸受直動ツールテーブルの第一ガイドウエイ（Ｇａ）が一対のセラミック製長尺状直方体レールの上面高さを同一水平面にしてセラミック製長尺状直方体レールベース上面に平行離間して設け、これらの長尺状直方体レール間に永久磁石または電磁石を前記長尺状直方体レールベース上面に対向し
て設けたガイドウエイ（Ｇａ）であり、第一スライドウエイ（Ｓａ）はセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベースの底面に二対のセラミック製静圧パッドを平行離間して前記長尺状直方体レール上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイルをその底面が前記永久磁石または電磁石の上面に平行となるよう設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベースの一方の長手方向側面には内側下部に一対のセラミック製静圧パッドを離間して前記長尺状直方体レール側面に対向する位置に設けたキーパーを設け、これらのセラミック製パッドに水を供給する噴出孔を設けた第一スライドウエイ（Ｓａ）である静圧水軸受直動ツールテーブルであり、前記静圧水軸受直動ワークテーブルの第二ガイドウエイ（Ｇｂ）は一対のセラミック製長尺状直方体レールの上面高さを同一水平面にしてセラミック製長尺状直方体レールベース上面に平行離間して設け、これらの長尺状直方体レール間に永久磁石または電磁石を前記長尺状直方体レールベース上面に対向して設けた第二ガイドウエイ（Ｇｂ）であり、第二スライドウエイ（Ｓａ）はセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベースの底面に二対のセラミック製静圧パッドを平行離間して前記長尺状直方体レール上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイルをその底面が前記永久磁石または電磁石の上面に平行となるよう設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベースの一方の長手方向側面には内側下部に一対のセラミック製静圧パッドを離間して前記長尺状直方体レール側面に対向する位置に設けたキーパーを設け、これらのセラミック製パッドに水を供給する噴出孔を設けた第二スライドウエイ（Ｓａ）である静圧水軸受直動ワークテーブルであることを特徴とする、請求項１に記載の平面研削装置を提供するものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載の砥石軸頭が、先端に平面研削砥石を軸承する砥石軸の両側端近傍で静圧水軸受により水平方向に支持され、この静圧水軸受内側部主軸に設けた直動／回転複合アクチュエータにより砥石軸が回転および直動可能であり、前記直動／回転複合アクチュエータは、円筒形電機子と、この円筒形電機子の内部に回転自在に設けられた中空の円筒形回転界磁部とからなる回転モータと、前記円筒形回転界磁部の内周に固定されたリニアモータ電機子と、このリニアモータ電機子の内部に直動自在に設けられた円筒形リニアモータ界磁部とからなるリニアモータとにより構成され、前記円筒形リニアモータ界磁部の内部に、前記リニアモータ電機子と一体に回転するとともに前記リニアモータ電機子の軸心方向に摺動自在に砥石軸を設けたものであり、前記回転モータの前記円筒形回転界磁部の反負荷端に回転モータ制御用検出器を設け、前記砥石軸の反負荷端に前記砥石軸の長手方向に沿って等ピッチで同砥石軸のストローク以上の長さに配置固定した複数の異方性磁石と、前記磁石から生じる磁界を検出する９０°位相に配置した磁気センサとにより構成したリニアモータ制御用検出器を設けたことを特徴とする、請求項１記載の平面研削装置を提供するものである。
【００１１】
請求項４の発明は、前記ワーク保持チャックが、内周壁が山型断面の中央部中空のリング状固定子の左側に中央部中空の台形円筒状第一可動子を右側に中央部中空の台形円筒状第二可動子を配置し、これら両可動子間の空間部に円筒状スペーサおよび拘束リングを挟持させ、前記リング状固定子の中央外筒側から内筒側に向けて水供給通路を設け供給された水が第一可動子の台形斜面および第二可動子の台形斜面と固定子の山型斜面間の水流路に供給され、この水流路を経由して来た水が前記リング状固定子の内筒中央部側から外筒側に向けて設けられたドレン抜き流路を経てリング状固定子より外側へ排出される構造の静圧水軸受を設け、前記第一可動子、拘束リングおよび第二可動子の内筒面で形成された中央空間部に主軸を設け、この主軸の先端にワーク保持チャックテーブルを軸承させた構造を採ることを特徴とする請求項１に記載の平面研削装置を提供するものである。
【００１２】
請求項５の発明は、砥石軸を静圧水軸受で回転可能に支持し、直動／回転複合アクチュエータで前記砥石軸を直動および回転可能とする砥石軸頭を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
ツールテーブルのスライドウエイ、ワークテーブルのスライドウエイ、ワーク保持チャックテーブルおよび砥石軸（ツールスピンドル）の軸受に静圧水軸受を使用するので、環境に優しい研削装置である。
【００１４】
複合アクチュエータにより回転および直動される砥石軸に平面研削砥石を回転自在に軸承させた砥石軸頭構造としたことにより、基板の研削加工時は砥石軸頭の進退直動移動による基板表面への切込み、あるいは基板表面からの後退をさせ、砥石軸頭の待機位置への移動にはリニアモータ駆動されるツールテーブル移動を用いるので研削加工時間が短くなる。
【００１５】
セラミック製パッドのポケット面に設けた噴出孔に供給される水の圧力バランスによりガイドウエイとスライドウエイ間のギャップを７〜１０μｍに保つことができる。このセラミック製スライドウエイはハニカム構造を成しており、このハニカム空洞にセラミック製静圧パッドに設けられた噴出孔に水を供給する供給管が配設できる。セラミックの比重は２．２〜２．８であり、鉄の比重７．９と比較すると小さく、さらにスライドウエイはハニカム構造を採用したことにより嵩密度が更に小さく軽いものとなるので、リニアモータの馬力も少なくて済む。スライドウエイのサイズが小さいときは、リニアモータの永久磁石または電磁石を２５〜３３度傾斜して設けることによりキーパーとの荷重バランスを良くし、スライドウエイの横揺れを防ぐ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。 図１は静圧水軸受を利用した本発明の研削装置の斜視図、図２はツールテーブルを上方から見た斜視図、図３はツールテーブルを底面側から見た斜視図、図４はスライドウエイ底面部に設けられたセラミック製パッドの配置を示す図、図５は砥石軸頭の断面図、図６は砥石軸に備えたリニアモータ制御用検出器の配置図、図７はロータリーテーブルホルダーの組立図、および、図８はワークホルダーステージの断面図である
【００１７】
図１に示すように、本発明の基板表面研削装置１は、機械フレームＦ上に据え付けられたベースＢ上に設けた第一セラミック製ガイドウエイＧａ上をリニアモータ駆動により左右方向（Ｘ軸方向）に直動駆動する断面Ｌ字状の静圧水軸受第一セラミック製スライドウエイＳａとからなる第一ツールテーブルＴｔ、基板の平面平坦化工具である砥石Ｔを左右方向に直動および軸鉛直方向に回転移動可能に静圧水軸受で砥石軸に支持する砥石軸頭１００よりなるツールステージＴｓ、前記フレームＦ上に据え付けられたベースＢ上に設けたツールテーブルＴｔに対しＬ字型に配置された第二セラミック製ガイドウエイＧｂ上をリニアモータ駆動により前後方向に直動駆動する第二静圧水軸受セラミック製スライドウエイＳｂとからなるワークホルダーテーブルＴｗ、ならびに、ロータリーテーブルホルダーＨを静圧水軸受で軸承する主軸、および、この主軸を回転させるリニアモータ駆動機構を前記ワークホルダーテーブルＴｗ上にチャックテーブルＨを前記主軸で軸承したワーク保持チャックＷｓ、とを備える。図１中、Ｐは純水供給ポンプ、１０２は貯水槽、１０３，１０４は分配器で、図示していないがそれぞれ圧力調整コントローラを備える。１０５はドレン抜き管、１０６はフィルタ、１０７は廃液貯槽、１０８は高さ調整キャスタである。
【００１８】
前記ロータリーテーブルホルダーＨは、基板の種類により異なり、バキュームチャック、基板を貼り付けるテンプレートまたは防水性を施した磁気チャックなどが挙げられる。
【００１９】
前記フレームＦの素材は、大理石、セラミック、黒御影石（グラナイト）、レジンコンクリートが好ましい。前記ツールテーブル（Ｔｔ）およびワークホルダーテーブルＴｗは、図２および図３に示すように、ガイドウエイ（Ｇａ，Ｇｂ）２と断面Ｌ字状のスライドウエイ（Ｓａ，Ｓｂ）３を有する。ガイドウエイ２は、一対のセラミック製ハニカム構造２３ｂの長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂの上面２２ａ，２２ｂの高さを同一水平面としてセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体レールベース２３の上面２３ａに平行離間して設け、これらの長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂ間に永久磁石または電磁石２４を前記長尺状直方体レールベース上面２３ａに対して２５〜３３度傾斜して上面傾斜支持台２５を介して設けたガイドウエイである。長尺状直方体レールベース２３への長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂの固定は、ボルト締めもしくはエポキシ樹脂接着剤を用いて行われる。また、ツールテーブル（Ｔｔ）のガイドウエイ２は、図１に示す研削装置１の鋳鉄製あるいは花崗岩製ベースＢ（９）上に搭載される。このガイドウエイの長尺状直方体レールベース２３および長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂは、ハニカム構造であっても空洞のない忠実セラミックス製長尺状直方体であってもよい。
【００２０】
スライドウエイ３は、図４に示すようにセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベース３１の底面３１ａに二対のセラミック製静圧パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを平行離間して前記長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂ上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイル３４をその底面が前記永久磁石または電磁石２４の上面に平行となるよう支持台３６を介して傾斜して設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベースの一方の長手方向側面３１ｂには内側下部に一対のセラミック製静圧パッド３３ｅ，３３ｆを離間して前記長尺状直方体レール側面２１ｃに対向する位置に設けたキーパー３２を設け、これらのセラミック製静圧パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆに純水を供給する噴出孔３５を設けた構造である。
【００２１】
セラミック製静圧パッドは種々の形状のものが市販されており、スライドウエイの形状、寸法、ク−ラント水供給システムにより選択される。図３および図４に示すセラミック製静圧パッドは、パッド中央部のポケット部４１ｂに噴出孔３５を設け、この噴出孔３５を中心に左右対称に中央ランド部を２個有し、この中央ランド部４２ａ，４２ｂを囲綾するよう水受け入れポケット部（溝）４１ａを有し、更にこのポケット部（溝）４１ａ，４１ｂを囲繞するように外側ランド４３を有する。セラミック製パッドの寸法を縦Ｌとすると、横幅は１．５Ｌ〜１．８Ｌ、好ましくは１．６１８Ｌが良い。中央ランド部４２の縦方向の長さは０．４Ｌ〜０．６Ｌ、外側ランド４３の幅はそれぞれ０．２Ｌ〜０．４Ｌ、ポケット部４１ａの幅は０．１Ｌが好ましい。噴出孔３５の径は５〜１０ｍｍでよい。
【００２２】
図４に示すように、水供給ポケット４１ａに設けられた噴出孔３５は、水供給配管８１に接続され、水供給配管８１の先はポンプ８３に接続されている。図３において８４は圧力計、８５はレリーフ弁、８６は抗圧弁、Ｍはモータである。セラミック製パッドに接続する水供給配管８１の内径は、５〜８ｍｍ程度である。水供給配管８１は、スライドウエイ３のハニカム空洞内に配管され、噴出孔３５に接続される。水供給配管８１のスライドウエイ３のハニカム壁への固定は、非磁性体である強化樹脂製またはセラミックス製固定バンド、ボルトを使用して行われる。塞板３７は、スライドウエイ３のハニカム開放口２３ｂを塞ぐと共に、分岐した水供
給配管８１，８１を固定する。
【００２３】
セラミック製ガイドウエイ２、セラミック製スライドウエイ３、セラミック製静圧パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆのセラミック素材としては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックス、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）セラミックス、窒化炭素（ＳｉＣ）セラミックス、ジルコニアセラミックス、サーメット、サイアロン等が挙げられる。アルミナセラミックスは安価であり、ガイドウエイ２、スライドウエイ３、パッドの素材として適している。窒化炭素セラミックス、ジルコニアセラミックスは耐久性に富むので、パッド素材としてアルミナより優れる。
【００２４】
ガイドウエイ２、スライドウエイ３は、ノンポーラスセラミック製品が好ましく、パッドは、窒化炭素セラミックス、ジルコニアセラミックスを素材とするときは気孔率が３％以下のノンポーラスセラミック製品が、アルミナセラミックスを素材とするときは気孔率が８〜３０％のポ−ラスセラミックスが好ましい。
【００２５】
セラミックス製品２，３の製造方法について説明する。最初に、ハウジングとなるハニカム構造のセラミック部材２１ａ，２１ｂ，２３，３１、キーパー（側板）３２および支持台２４，３６を作製する。例えば、アルミナ等のセラミックス粉末に所定量のバインダを加えて造粒処理し、これを一軸プレス成形し、さらにＣＩＰ成形して角板状または支持台用の傾斜構造のプレス成形体を作製する。次いで、角板状プレス成形体をハニカム状に加工して、その底面に所定パターンのパッド用溝部を形成し、さらにこの溝部に開口する噴出孔３５を形成する。必要により、ガイドウエイ構成用部材のレール部材とベール部材を接合しておいてもよい。得られた加工体を必要に応じて脱脂処理した後、所定の雰囲気、温度、時間で焼成することによりハウジングとなるハニカム構造セラミック部材や支持台が得られる。なお、プレス成形体を８００〜９５０℃で仮焼し、得られた仮焼体に溝部等を形成する加工を施し、その後に１，０００〜１，２５０℃で焼成処理を行ってもよい。バインダとしては、メチルメタクリレート／ｎ−ブチルメタクリレート／アクリル酸共重合体、メチルメタクリレート／イソプロピルメタクリレ−ト／メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート／ｔ−ブチルメタクリレート／メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート／エチルメタクリレート／メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート／エチルメタクリレート／イタコン酸共重合体等が焼成時の黒煙の発現がなく、強度の高いセラミック製品が得られる。
【００２６】
次ぎに、スライドウエイ３のパッド用溝に市販のセラミック製静圧パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆをエポキシ樹脂接着剤で固定する。または、パッド形成セラミックススラリーを溝部に塗布し、焼成してセラミック製静圧パッドを形成させる。
【００２７】
セラミック製静圧パッドを形成する素材のセラミックススラリーの調製は、セラミックス粉末（例えば、アルミナ粉末や窒化珪素、炭化珪素粉末など、必要によりガラス粉末を添加）に、水またはアルコール等の溶剤を加えて、ボールミル、ミキサー等の公知の方法により混合することにより調製することができる。なお、水またはアルコール等の添加量は特に限定されるものではないが、セラミックス粉末の粒度を考慮して、所望の流動性が得られるように調節する。
【００２８】
なお、開気孔の平均気孔径が１０〜１５０μｍ、気孔率が３０％以下であるアルミナ製多孔質パッドを最終的に形成するためには、セラミックス粉末としては、その平均粒径が３０μｍ〜５００μｍのものを使用することが好ましい。
【００２９】
また、多孔質セラミック製静圧パッドの添加成分としてガラス粉末を使用する場合は、その熱膨張係数が、多孔質パッドのもう一方の構成成分であるセラミックスの熱膨張係数より小さいものを用いることが好ましい。これにより、後の焼成段階でハニカム構造ハウジング、キーパーの界面と実質的に連続している組織を有する多孔質パッドを形成することができる。また、多孔質パッドにおいて結合材としての役割を有するガラスに圧縮応力が加わった状態を作り出すことができる。ガラスは一般的に引張強度に弱いために、ガラスに圧縮応力が加わった状態とすることにより多孔質パッドの強度が高められ、研削加工時の脱粒や欠け等の発生も抑制される。
【００３０】
多孔質セラミック製静圧パッドを形成するための原料であるガラス粉末の平均粒子径は、多孔質パッドのもう一方の原料であるセラミックス粉末の平均粒子径よりも小さいことが好ましい。これは、ガラス粉末の平均粒径がセラミックス粉末よりも大きいと、セラミックス粉末の充填が阻害されて、後のガラス軟化点（約８００〜８５０℃）以上での焼成時に焼成収縮を起こしてしまうからであり、この場合には、ハニカム構造セラミック部材と焼成により形成された多孔質パッドとの境界に隙間が生じてしまうこととなる。ガラス粉末の平均粒径は、セラミックス粉末の平均粒径の１／３以下であることが好ましく、１／５以下であることがより好ましい。
【００３１】
セラミックス粉末に対して添加するガラス粉末の量は、使用するセラミックス粉末の粒度（粒度分布）や焼成温度におけるガラスの粘性等を考慮して調整されるが、多過ぎるとセラミックス粉末の充填が阻害されて焼成収縮が生じ、逆に少な過ぎるとセラミックス粉末の結合強度が低下し、脱粒や欠け等が生ずる。このため、ガラス粉末の量は、所望の結合強度、気孔率が得られる範囲においてできるだけ少ないことが好ましく、具体的には、概ね、セラミックス粉末１００質量部に対して、５〜３０質量部とすることが好ましい。
【００３２】
次に、前記で作製したハニカム構造のハウジング３１、キーパー３２（焼成後のセラミック部材）に形成されているパッド用溝部と噴出孔３５に樹脂等の焼失材料を充填する。次いで、前記の調製したセラミックススラリーをハウジングの溝に充填して、後の焼成により多孔質セラミック製静圧パッドとなる部分を成形する。その際に必要に応じて、スラリー中の残留気泡を除去するための真空脱泡処理や充填率を高めるための振動を加えるとよい。
【００３３】
このようにしてスラリーが充填されたハウジング３１，キーパー３２を十分に乾燥させた後、多孔質パッド形成材を９００℃以上の温度で焼成し、多孔質セラミック製静圧パッドを形成する。この焼成時に、溝部と噴出孔３５に充填された樹脂等は消失し、ポケット部（空洞）４１ａが形成される。
【００３４】
続いて、得られた焼成体の表面全体を研削し、必要に応じて研磨処理することにより、静圧軸受装置が得られる。パッドのランド面、セラミック製ハニカム構造の長尺状直方体レール、スライドウエイのセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベース表面は、１．０μｍ以下の表面粗さＲａに研削・研磨加工しておくのが好ましい。
【００３５】
ハニカム構造長尺状直方体レールベース２３と長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂの一体化は、前記焼成時に接合し、一緒に焼成してもよいが、後工程の研削・研磨加工作業を容易とするため、後述する制振パッド接着剤２７を用いて研削・研磨加工後に接着してもよい。
【００３６】
スライドウエイ３のセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベース３１およびキーパー３２に設けるセラミック製パッドの個数および位置関係は、スライドウエイ３のサイズ、剛性による。但し、少なくともセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベース３１の底面に二対のセラミック製静圧パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを平行離間してガイドウエイ２の長尺状直方体レール上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイル３４をその底面が前記永久磁石または電磁石２４の上面に平行となるよう傾斜して設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベース３１の一方の長手方向側面に内側下部に一対のセラミック製静圧パッド３３ｅ，３３ｆを離間して前記ガイドウエイ２の長尺状直方体レール側面に対向する位置に設けたキーパー３２内側に設ける。
【００３７】
スライドウエイ３の長尺方向（進行方向）の長さをＫとし、図３または図４で示されるセラミック製パッドの長尺方向（横方向）の長さをｋ、縦方向の長さをｋ／１．６１８とすると、長手方向一列に設けられるセラミック製静圧パッドのピッチ間隔の目安は、左右両端のセラミック製パッドの端部はスライドウエイの端部より２ｋ／１６．１８離れた距離より設置されるとすると、次式で求められる値が好ましい。 （Ｋ−４ｋ／１６．１８）／３ｋ よって、長手方向一列に設けられるセラミック製静圧パッドの必要個数は、次式で算出される。 〔Ｋ／（Ｋ−４ｋ／１６．１８）／３ｋ〕＋１ 本発明では長手方向三列にパッドは設置されるので、パッド総数は、前式の３倍となる。
【００３８】
ツールテーブルＴｔ，ワークテーブルＴｗのガイドウエイ２を支持するフレーム素材９は、セラミックでも、花崗岩でも鋳鉄でもよい。鋳鉄は安価であり、製造も容易である。花崗岩はセラミックと比較して防黴性に優れる。ベースへのガイドウエイ２の固定は、ボルトナットを用いてもよいが、制振パッド接着剤２７を用いるのが好ましい。
【００３９】
制振パッド接着剤２７の素材としては、カルボキシル基や水酸基等の官能基を有するネオプレンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム等の液状ラバーに、アクリル系ビニル単量体、硬化剤を配合した液状接着剤組成物が使用される。この組成物は、更に、ポリエ−テルポリオール・ポリイソシアネートウレタンエラストマー、エチレン・プロピレン・ブタジエン共重合体ゴム、エチレン・プロピレン・エチリデンノルボルネン共重合体ゴム、水添スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体ゴム、水添スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、低密度ポリエチレン等の軟質樹脂またはエラストマー、炭酸カルシウム、酸化チタン、クレイ、アスファルト等の充填材、酸化防止剤などを含有していてもよい。
【００４０】
例えば、（Ａ）酸無水物基を有する液状イソプレン １００質量部と、（Ｂ）アミン系潜在性硬化剤 １〜４質量部と、（Ｃ）酸化防止剤 ０．５〜５質量部と、（Ｄ）アクリル化合物 ０．５〜５質量部と、を含有する制振接着剤組成物を開示する。また、特開２００５−４１９４３号公報は、極性基を有するユニットを１質量％以上含有するビニル重合体、ポリエステル樹脂、ゴム状弾性体樹脂の三成分を少なくとも含有する樹脂組成物であって、極性基を有するユニットを１質量％以上含有するビニル重合体のマトリックス中に、ポリエステル樹脂相及びゴム状弾性体樹脂相がそれぞれ独立して分散してなる制振材料用樹脂組成物である。
【００４１】
制振パッドは、積層構造であってもよい。例えば、予め芯材となる高減衰ゴムの層を半加硫し、この高減衰ゴムの表裏面に制振接着剤組成物を塗布した後、フレームＦ上に置き、この上にガイドウエイ２を載せることにより型押しし、ついで、硬化させることにより高減衰ゴムの層とゴムの層とが一体化された制振パッドとすることができる。制振パッドの厚みは、１〜５ｍｍで充分である。
【００４２】
スライドウエイ３の駆動手段としては、コイル３４と電磁磁石または永久磁石２４とを用いるリニアモータが使用される。これらは、ファナック株式会社、独国ジーメンス社、米国アーノルド社等より市販されている。スライドウエイ３のサイズが小さいときは、図３に示すようにハニカム構造の長尺状直方体レールベース２３の上面に対し２２〜３５度傾斜するようにしてコイル３４および磁石２４を設けるのが好ましい。スライドウエイ３のサイズが大きいときは、コイル３４および磁石２４は２２〜３５度傾
斜させても、傾斜させなくてもよい。
【００４３】
スライドウエイ３の左右方向のストローク幅は、６００〜１，０００ｍｍで、リニアモータ駆動移動速度は０〜３０ｍ／分が好ましい。スライドウエイ３は、リニアモータ２４，３４を駆動することにより左右方向に駆動され、スライドウエイ３に搭載された砥石軸頭はワークホルダＨ側へ近づいたり遠ざかったりする。このスライドウエイ３の左右移動の際、ガイドウエイ２とスライドウエイ３間の摺動面のセラミック製静圧パッドに貯水槽１０２内の静圧水はポンプ８３により供給され、水供給ポケットより供給され、ガイドウエイ２とスライドウエイ３間の隙間を５〜１０μｍ程度に保つ。
【００４４】
図１に示すように、この静圧水軸受直動ツールテーブルＴｔ上にトンネル状砥石軸固定ガイド１０９を固定し、この砥石ハウジング１０９の中空部に砥石軸（ｘ座標）がツールテーブルＴｔの直動軸（Ｘ軸）と平行になるように砥石軸頭１００（Ｔｓ）を取り付ける。
【００４５】
図５に示すように、砥石軸頭１００の砥石軸４は、平面研削砥石Ｔを左端で軸承する砥石軸の両側端近傍で静圧水軸受５，５により水平方向に支持され、この静圧水軸受された砥石軸４に設けた直動／回転複合アクチュエータにより砥石軸４が回転および直動可能である。
【００４６】
前記複合アクチュエータは、回転モータ５０とリニアモータ６０とから構成され、前記回転モータ５０は、円筒形電機子５３と、この円筒形電機子の内部に回転自在に設けられた中空の円筒形回転界磁部ＲＭ２とからなり、前記円筒形回転界磁部ＲＭ２の内周に固定されたリニアモータ電機子ＬＭ１と、このリニアモータ電機子の直動自在に設けられた円筒形リニアモータ界磁部ＬＭ２とからなるリニアモータ６０とにより構成され、前記円筒形リニアモータ界磁部ＬＭ２の内部に、前記リニアモータ電機子ＬＭ１と一体に回転するとともに前記リニアモータ電機子の軸心方向に摺動自在に出力軸１０１を設けたものである。
【００４７】
前記回転モータ５０の前記円筒形回転界磁部５１の反負荷端には回転モータ制御用検出器５５を設け、前記出力軸１０１の反負荷端に前記出力軸の長手方向に沿って等ピッチで同主軸のストローク以上の長さに配置固定した複数の異方性磁石と、前記磁石から生じる磁界を検出する９０°位相に配置した磁気センサとにより構成したリニアモータ制御用検出器６４を設ける。
【００４８】
図５おいて、５０は回転モータであり、円筒形電機子ＲＭ１と円筒形回転界磁部ＲＭ２とから構成されている。円筒形電機子ＲＭ１は、回転モータ電機子コア５２と、その回転モータ電機子コア５２に巻装された電機子巻線５３で構成されている。この円筒形電機子ＲＭ１の内側には、中空の円筒形回転界磁部ＲＭ２が設けられている。円筒形回転界磁部ＲＭ２は、円筒形の回転モータ界磁ヨーク５７の表面に、偶数個で、等ピッチの界磁磁石５１が配置固定されており、これは、アクチュエータフレーム７０の両端に固定されているＬブラケット７１、反Ｌブラケット７２と、静圧水軸受５８とで回動自在に支持されている。また、回転モータ制御用検出器５５は、アクチュエータ反Ｌブラケット７２後端に配置固定されている。回転モータ制御用検出器５５で検出された信号は、回転モータ用検出器端子５６から図示しないコントローラ（制御装置）に取り出される。回転モータ電機子巻線５３への給電は、回転モータ端子５４により行われる。
【００４９】
図中、６０は直線運動を行う円筒形のリニアモータであり、リニアモータ電機子ＬＭ１とリニアモータ界磁部ＬＭ２で構成されている。リニアモータ電機子ＬＭ１は、円筒形回転界磁部ＲＭ２の内側に固定された円筒形のリニアモータ電機子フレーム６２と、リニアモータ電機子フレーム６２に固着されたリニアモータ電機子巻線６１で構成されている。またリニアモータ界磁部ＬＭ２は、リニアモータ電機子巻線６１にギャップを介して対向配置されたリニアモータ界磁ヨーク６６と、このリニアモータ界磁ヨーク６６上に多極に着磁された界磁磁石６７で構成されている。そしてそのリニアモータ界磁部ＬＭ２は、出力軸１０１（４）に固定されており、これよりリニアモータから生じる直動動作は、リニアモータの前後端に配置固定されているボールスプライン６３により、スラスト方向に支持されている。
【００５０】
図６に示すように、リニアモータ制御用検出器６４は、出力軸１０１の反負荷端に構成されており、出力軸１０１の長手方向に沿って複数のリング状の異方性磁石からなり、多極磁化された界磁部７０を配置し、この界磁部７０が生じる磁束を９０°位相で配置された２つのホール素子７１（Ａ相），ホール素子（Ｂ相）７２等の磁気センサで検出するものである。リニアモータ制御用検出器６４の出力は、シリアル変換器７４により２ｎ分割され、かつ、シリアル信号変換され、サーボドライバ７３に入り、リニアモータの制御信号として用いられる。
【００５１】
次に直動／回転複合アクチュエータの動作について説明する。回転モータ端子５４から回転モータ電機子巻き線５３に駆動電力を供給すると、回転モータ電機子コア５２に出力軸１０１回りの回転磁界が生じ、その回転磁界と回転モータ界磁磁石１１の磁極との磁気作用である吸引、反発により回転モータ界磁ヨーク５７が静圧水軸受５８を支持として回転する。その回転力は、ボールスプライン６３により砥石軸４に伝達され、その砥石軸に取り付けられているアーム部９０を回転駆動する。
【００５２】
一方、回転モータ５７に固定されたリニアモータ電機子フレーム６２に設けられたリニアモータ電機子巻線６１にスリップリング（図示せず）を介してコントローラから駆動電力を供給すると、リニアモータ電機子巻線６１に発生する移動磁界との相互作用により、直動用円筒形リニアモータ６０が出力軸１０１の軸方向に駆動力を受ける。直動用円筒形リニアモータ６０はリニアモータ界磁ヨーク６６を介して出力軸１０１に固定されているので、その駆動力は出力軸１０１を軸方向に駆動する力として伝達される。
【００５３】
砥石軸４は、円筒状軸受ハウジング６内で複数の水静圧軸受５８で回転自在に支持される。この円筒状軸受ハウジング６はアウターハウジング５内周面にボルトで固定される。砥石軸４の左端部および右端部の外周は、静圧水軸受５８によって支持されるとともに、フランジ５８ａが静圧水軸受よりなる一対のスラスト軸受５８ｂ，５８ｂにより支持される。
【００５４】
図５に示すように、砥石軸４（出力軸１０１）を支持するラジアル軸受５８ｃ，５８ｃおよびスラスト軸受５８ｂ，５８ｂ一対は、砥石軸４のフランジ５８ａを中心に対称に配置される。アウターハウジング５および軸受ハウジング６の当接面に環状の分配室５８ｄが形成され、ラジアル軸受５８ｃは砥石軸４の外周を囲むように６個の静圧ポケット部を備え、分配室５８ｄと前記静圧ポケットとがそれぞれ絞りを介して連通している。給水ポート５８ｅから分配室５８ｄに供給された加圧水は絞りを経由して６個の静圧ポケットに供給され、砥石軸４をフローティング状態で支持する。水は、ドレン流路５８ｆを経てアウターハウジング５の外へ排出される。前記絞りの半径方向外側には圧力調整器を備える。
【００５５】
砥石軸４の素材は、窒下珪素、窒化炭素、酸化珪素、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックが好ましいが、従来のステンレスあるいはクロムメッキ鋼製スピンドル表面をセラミック化学蒸着で１００〜５００μｍ厚コーティングしたものでもよい。
【００５６】
砥石軸４の回転速度は、５００〜３，０００ｒｐｍで十分である。砥石軸４の直動は、基板表面の取り代量が粗研削加工のときは１，０００μｍ以下、仕上研削加工のときは０．５〜１０μｍの取り代量に過ぎないことから第一スライダＳａを使用せずに複合アクチュエータの砥石軸４用リニアモータ機構ＬＭ１，ＬＭ２を利用してかかる取り代量に相当する量の切込みを基板にかけるのが好ましい。
【００５７】
平面研削砥石Ｔとしては、図５に示すカップホイール型ダイヤモンド砥石や、セリア、シリカ、ダイヤモンド砥粒をフェルトやウレタン樹脂に分散させた平砥石、オイルストーン砥石、ピッチポリッシャなどが使用できる。
【００５８】
次に、図７および図８を用いてワーク保持チャックＷｓについて説明する。ワーク保持チャックＷｓは、そのワーク保持チャックテーブルＨ上に基板がその直径方向を鉛直面として載置され、研削砥石Ｔにより基板表面を研削するワークステージＷｓを構成する。
【００５９】
前記ワーク保持チャックＷｓのロータリーテーブルホルダー２００は、内周壁が山型断面の中央部中空のセラミック製リング状固定子（ステータ）２０４の左側に中央部中空のセラミック製台形円筒状第一可動子（ロータ）２０２を右側に中央部中空のセラミック製台形円筒状第二可動子（ロータ）２０３を配置し、これら両可動子間の空間部にセラミック製円筒状スペーサ２０５とセラミック製拘束リング２０６を挟持させ、前記リング状固定子２０４の中央外筒側から内筒側に向けて水供給通路２０７を設けここに供給された水が第一可動子２０２の台形斜面および第二可動子２０３の台形斜面と固定子の山型斜面間の水流路に供給され、この水流路を経由して来た水が前記リング状固定子２０４の内筒中央部側から外筒側に向けて設けられたドレン抜き流路２０８を経てリング状固定子２０４外側へ排出される構造の静圧水軸受を設け、前記第一可動子２０２、拘束リング２０６および第二可動子２０３の内筒面で形成されたロータリーテーブルホルダー中央空間部に主軸２１６を内装して設け、この主軸２１６の右面先端にワーク保持チャックテーブルＨを軸承させた構造を採る。
【００６０】
図７ａにおいて、２００はロータリーテーブルホルダー、２０６は拘束リング、２０９はボルト孔である。前記第一ロータ２０２右傾斜面および第二ロータ２０３の左傾斜面には、ポケット（２０２ａ，２０３ａ）、ベアリングランド（２０２ｂ，２０３ｂ）およびリークランド（２０２ｃ，２０３ｃ）が交互に配置されている。
【００６１】
図８から理解されるように、前記第二ロータ２０３右表面にポーラスセラミックチャックテーブル２０１が載置され、その底部にバキューム機構の減圧室２１５が前記中央中空部に設けられる。第一ロータ２０３左表面側に設けられたワーク主軸台４００の中央中空部２１０には、ロータリージョイント２３０が主軸２１６に接続され、その先は蛇腹補強線入り樹脂管（減圧管）３００に接続され、さらに図示されていない真空ポンプに接続されている。
【００６２】
ワークステージＷｓは、既述したセラミック製ガイドウエイＧｂ上をリニアモータ駆動により前後方向に直動駆動する静圧水軸受セラミック製スライドウエイＳｂ上にワーク主軸台４００を固定し、このワーク主軸台にワーク保持チャックＷｓを主軸２１６が左右水平方向となるよう搭載したものである。前記静圧水軸受セラミック製スライドウエイＳｂは、これに搭載されるワーク主軸台４００を前後方向に５０〜２００ｍｍ幅揺動させて加工基板に砥石条痕が付くのを防止する。また、ツールステージとワーク保持チャックＷｓの位置合わせを行うのに使用、および、ワーク保持チャックＷｓを図示されていない基板収納カセット側へ５０〜５００ｍｍ幅前後移動させるために使用される。
【００６３】
図８に示すように、ワークステージＷｓは、制振パッド２１１を介して前記ワーク主軸台４００の前面に搭載される。ロータリーテーブルホルダー２００の第二ロータ２０３右面外周縁よりポーラスセラミック製チャック板２０１を支持する固定リング２１２が起立され、不通気性外周縁２１３を有するポーラスセラミッ
ク製チャック板２０１が当て嵌められている。また、第二ロータ２０３右面中央部に仕切板２１４を設け、この仕切板と、前記固定リング２１２とポーラスセラミック製チャック板２０１とで減圧室２１５を形成している。仕切板２１４中央部には孔があり、中空スピンドル（主軸）２１６が水平方向に挿入されている。その中空スピンドル２１６の右端は前記減圧室に連通し、左端はロータリージョイント２３０に接続し、さらに減圧管３００を介して図示されていない真空ポンプに接続されている。
【００６４】
前記中空スピンドル２１６の左側には、磁性材から形成された下部の歯形部２１８を備え、その下面にエンコーダ２２５を備え、これに対向してセンサ２２５ａがスライドウエイＳｂに設けられ、スライドウエイＳｂに対するポーラスセラミック製チャック板２０１の回転角度を分解能１秒角以下で測定できるようになっている。エンコーダ２２５とセンサ２２５ａとで測定手段を構成する。
【００６５】
前記歯形部２１８は、外周に複数の歯が形成され、一歯ずつ磁化されることによりＮ極とＳ極が交互に配列される。この歯形部２１８に対向してスライドウエイＳｂの上突起部の上面であってステータ２０４の左面に当たる位置には制振パッド２１１を介してコイル２２０が配置されている。コイル２２０の歯数は、歯形部２１８の歯数より１個だけ多い。歯形部２１８とコイル２２０とでＡＣサーボモータを構成する。このサーボモータは、中空スピンドル２１６の回転駆動力となる。
【００６６】
リング状固定子２０４の外周縁には純水供給孔２０７が設けられ、貯水槽１０２からポンプＰで汲み上げられた水が図示されていない圧力調整器で流量を調節されて純水供給孔２０７に給水され、その先の絞りで絞られて拘束リング２０６内周面とロータ間の隙間を経し、第二ロータ２０３左斜面および第一ロータ２０２右斜面に設けられたポケット２０３ａに供給され、ポーラスセラミック製チャック板２０１を搭載する第一および第二ロータ２０３，２０２外周面をリング状固定子２０４内周面からフローティングさせる。拘束リング２０６はボルト２０９ａにより第二ロータ２０３と第一ロータ２０２を締結している。
【００６７】
第一，第二ロータ２０２，２０３斜面ポケット部に供給された純水は、廃液孔２０８を経由してロータリーテーブルホルダー２００外部へ排出される。図８の円内拡大図に示されるように、第二ロータ２０３外周縁斜面とリング状固定子２０４内周壁が対向する位置にある廃液通路２０８ａは、リング状固定子２０４内周壁に接着２１９されたゴム舌２１８がロータ斜面を被い、水漏れを防いでいる。
【００６８】
ポーラスセラミック製チャック板２０１は、ロータ２０２，２０３と伴に鉛直方向に回転する。また、減圧室２１５を真空ポンプで減圧することにより平坦加工される基板裏面を吸着する。
【００６９】
なお、図示されていないが、スライドウエイＳａ，スライドウエイＳｂ、ツールステージＴｓの砥石軸４の位置座標（Ｘｉ，Ｙｉ）が送信されるようにガイドウエイＧａにはＸ軸レーザスケール、ガイドウエイＧｂにはＹ軸レーザスケール、ツールステージＴｓにはｘｉ軸レーザスケールが取り付けられており、また、ワーク保持チャックＷｓには、ロータリースケール２２５，２２５ａが取り付けられ、砥石軸４とワーク主軸２１６の同期制御を可能にしている。
【００７０】
図１に示す基板の研削装置１を用いて基板を平坦化研削加工する手順を以下に説明する。先ず、基板をポーラスセラミック製チャック板２０１上へ載置し、真空ポンプを稼動させて減圧室２１５を減圧し、基板をポーラスセラミック製チャック板２０１上に固定する。ついで、主軸２１６、第一，第二ロータ２０２，２０３を回転させることにより基板を主軸２１６に対し直角方向に回転させる。
【００７１】
スライドウエイＳｂを後退、スライドウエイＳａを左方向へ移動させ、砥石軸４とポーラスセラミック製チャック板２０１の加工開始点位置合わせを行う。
【００７２】
砥石軸４を回転させながら下降させてダイヤモンドカップホイール型砥石Ｔにより回転している基板面への研削切り込みを開始する。
【００７３】
ワークテーブルスライドウエイＳｂの前後移動、砥石軸４の直動／回転、およびツールテーブルスライドウエイＳａの左右揺動を同期制御することにより、ダイヤモンドカップホイール型砥石Ｔは基板に切り込みをかけ研削加工する。
【００７４】
研削中は、図示されていない加工液供給ノズルより基板表面に、もしくは、基板と砥石刃が接触する加工作用点に加工液を供給する。
【００７５】
基板の研削加工終了後は、砥石軸４を右側へ後退させ、回転を止め、スライドウエイＳａを右方向へ移動させて砥石Ｔを待機位置へと戻す。
【００７６】
ポーラスセラミック製チャック板２０１を支持するロータの回転を止め、ワークテーブルスライドウエイＳｂを前進させ、待機位置（例えば洗浄ステージ）へと移動させる。その位置で、真空ポンプの稼動を停止し、減圧室２１５の減圧を開放する。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の基板の研削装置１は、静圧水軸受支持のセラミック製ツールテーブル、セラミック製ワークテーブル、静圧水軸受支持の直動／回転可能な砥石軸を利用するので、環境に優しい。また、セラミック製テーブルを用いるので軽量化でき、搬送が容易である。さらに、静圧水軸受支持の直動／回転砥石軸を利用するので、砥石軸頭をコンパクトに設計できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の静圧水軸受を利用した研削装置の斜視図である。
【図２】ツールテーブルを上方から見た斜視図である。
【図３】ツールテーブルを底面側から見た斜視図である。
【図４】スライドウエイ底面部に設けられたセラミック製パッドの配置を示す図である。
【図５】砥石軸頭の断面図である
【図６】砥石軸に備えたリニアモータ制御用検出器の配置図である。
【図７】ロータリーテーブルホルダーの組立図である。
【図８】ワークステージの断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 平面研削装置 ４ 砥石軸１００ 砥石軸頭１０１ 出力軸２００ ロータリーテーブルホルダー２１６ 中空スピンドル４００ ワーク主軸台 Ｆ 機械フレーム Ｈ ワーク保持チャックテーブルＳａ スライドウエイＳｂ スライドウエイ Ｔ カップホイール型ダイヤモンド砥石 Ｔｓ ツールステージＴｔ ツールテーブルＴｗ ワークテーブルＷｓ ワーク保持チャック（ワークステージ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静圧水軸受により支持されるセラミック製スライドウエイ（キャリッジともいう）および回転／直動主軸を利用した平面研削装置に関する。この平面研削装置は、シリコンベアウエハ、半導体基板、セラミック基板、ＧａＡｓ基板、ＡｌＴｉＣ基板、サファイア基板等のワークの平面研削加工に使用され、環境に易しく、ワークの研削速度を向上させる。
【背景技術】
【０００２】
静圧流体軸受直動スライドシステムの静圧流体軸受としては、一般に空気を利用した静圧気体軸受、潤滑油を使用する静圧油軸受、水を利用する静圧水軸受が提案され、工作機械分野では静圧油軸受が主流で、静圧水軸受直動スライドシステムとして成功した実例としては１９９４年に米国Oregon州Hillsboro市所在のCoorsTec社がMITのAlexander Slocum教授と共同で開発したオール・セラミック製研削装置があるのみである（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
静圧水軸受直動スライドシステムは、静圧油軸受直動スライドシステムと比較して環境に易しいこと、およびスライドウェイとガイドウエイ間のギャップが静圧油軸受のそれと比較して約半分（７〜１０μｍ）で済む故に水を送るポンプの馬力が静圧油軸受で使用されるポンプの馬力より小さくて済む利点があることが指摘されている（非特許文献２参照。）。
【０００４】
環境に優しい静圧水軸受を利用する研削装置として、ビルトインモータ駆動の砥石軸（例えば特許文献１および特許文献２参照。）、ウエハ研削主軸（例えば特許文献３参照。）およびロータリーテーブル主軸（例えば特許文献４参照。）が提案されている。
【０００５】
一方、研削装置への利用を開示するものではないが、主軸をボールベアリングで支持して回転および直動させる複合アクチュエータとして、チップマウンタ用回転／直動アクチュエータ（例えば特許文献５参照）、多関節型ロボットアーム用回転／直動アクチュエータ（例えば特許文献６参照）および用途を具体的に開示していない回転／直動アクチュエータ（例えば、特許文献７参照。）が提案されている。
【０００６】
【非特許文献１】Alexander Slocum、Get a preload of this”、〔online〕、Mastercam.〔平成１７年１０月１３日検索〕、インターネット<URL:http://www.americanmachinist.com/304/Technologies/Grinding/Article/False/8279>
【非特許文献２】Alexander H. Slocum et al著、”Design of self-compensated, water-hydrostatic bearings”, 雑誌「Precision Engineering 17」,173-185頁,1995年発行
【特許文献１】特開平１１−２３５６４３号公報
【特許文献２】米国特許第６，４１９，３９６号明細書
【特許文献３】特開２０００−２１８５２８号公報
【特許文献４】特開２０００−２４０６５２号公報
【特許文献５】特開２００６−２２０１９６号公報
【特許文献６】特開２００４−３６４３４８号公報
【特許文献７】特開２００６−２２０１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者等は、研削砥石による基板（ワークピース）の研削取り代量が１００〜１，０００μｍと小さいことから平面研削砥石を回転自在に支持する主軸（スピンドル）の駆動源として主軸を静圧水軸受で支持して回転および直動させる複合アクチュエータを採用し、研削砥石の基板への接近移動および基板から待機位置への後退についてはリニアモータ駆動によるセラミック製ツールテーブルの駆動を利用することにより従来のボールネジ駆動による移動速度を短縮（加工時間を短く向上）することが可能で、静圧水軸受を利用することにより研削加工された基板の寸法精度をより向上できる平面研削装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、機械フレーム、前記機械フレーム上に設けたベースと、このベース上に設けられた第一セラミック製ガイドウエイ（Ｇａ）上を第一セラミック製スライドウエイ（Ｓａ）がリニアモータ駆動により左右（Ｘ軸）方向に直動する静圧水軸受直動ツールテーブル前記静圧水軸受直動ツールテーブル上に設けた砥石台に、静圧水軸受で支持され直動／回転複合アクチュエータにより回転および直動される砥石軸に平面研削砥石を回転自在に軸承させた砥石軸頭、前記機械フレーム上に設けたベースと、このベース上に前記第一セラミック製ガイドウエイ（Ｇａ）に対してＬ字形状に設けられた第二セラミック製ガイドウエイ（Ｇｂ）上を第二セラミック製スライドウエイ（Ｓｂ）がリニアモータ駆動により前後（Ｚ軸）方向に直動する静圧水軸受直動ワークテーブル、および、前記静圧水軸受直動ワークテーブル上に設けたワーク主軸台に、静圧水軸受で水平方向に支持されアクチュエータにより回転駆動される主軸先端にワーク保持チャックテーブル（Ｈ）を軸承させたワーク保持チャック、を備える平面研削装置を提供するものである。
【０００９】
請求項２の発明は、前記静圧水軸受直動ツールテーブルの第一ガイドウエイ（Ｇａ）が一対のセラミック製長尺状直方体レールの上面高さを同一水平面にしてセラミック製長尺状直方体レールベース上面に平行離間して設け、これらの長尺状直方体レール間に永久磁石または電磁石を前記長尺状直方体レールベース上面に対向し
て設けたガイドウエイ（Ｇａ）であり、第一スライドウエイ（Ｓａ）はセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベースの底面に二対のセラミック製静圧パッドを平行離間して前記長尺状直方体レール上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイルをその底面が前記永久磁石または電磁石の上面に平行となるよう設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベースの一方の長手方向側面には内側下部に一対のセラミック製静圧パッドを離間して前記長尺状直方体レール側面に対向する位置に設けたキーパーを設け、これらのセラミック製パッドに水を供給する噴出孔を設けた第一スライドウエイ（Ｓａ）である静圧水軸受直動ツールテーブルであり、前記静圧水軸受直動ワークテーブルの第二ガイドウエイ（Ｇｂ）は一対のセラミック製長尺状直方体レールの上面高さを同一水平面にしてセラミック製長尺状直方体レールベース上面に平行離間して設け、これらの長尺状直方体レール間に永久磁石または電磁石を前記長尺状直方体レールベース上面に対向して設けた第二ガイドウエイ（Ｇｂ）であり、第二スライドウエイ（Ｓａ）はセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベースの底面に二対のセラミック製静圧パッドを平行離間して前記長尺状直方体レール上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイルをその底面が前記永久磁石または電磁石の上面に平行となるよう設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベースの一方の長手方向側面には内側下部に一対のセラミック製静圧パッドを離間して前記長尺状直方体レール側面に対向する位置に設けたキーパーを設け、これらのセラミック製パッドに水を供給する噴出孔を設けた第二スライドウエイ（Ｓａ）である静圧水軸受直動ワークテーブルであることを特徴とする、請求項１に記載の平面研削装置を提供するものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載の砥石軸頭が、先端に平面研削砥石を軸承する砥石軸の両側端近傍で静圧水軸受により水平方向に支持され、この静圧水軸受内側部主軸に設けた直動／回転複合アクチュエータにより砥石軸が回転および直動可能であり、前記直動／回転複合アクチュエータは、円筒形電機子と、この円筒形電機子の内部に回転自在に設けられた中空の円筒形回転界磁部とからなる回転モータと、前記円筒形回転界磁部の内周に固定されたリニアモータ電機子と、このリニアモータ電機子の内部に直動自在に設けられた円筒形リニアモータ界磁部とからなるリニアモータとにより構成され、前記円筒形リニアモータ界磁部の内部に、前記リニアモータ電機子と一体に回転するとともに前記リニアモータ電機子の軸心方向に摺動自在に砥石軸を設けたものであり、前記回転モータの前記円筒形回転界磁部の反負荷端に回転モータ制御用検出器を設け、前記砥石軸の反負荷端に前記砥石軸の長手方向に沿って等ピッチで同砥石軸のストローク以上の長さに配置固定した複数の異方性磁石と、前記磁石から生じる磁界を検出する９０°位相に配置した磁気センサとにより構成したリニアモータ制御用検出器を設けたことを特徴とする、請求項１記載の平面研削装置を提供するものである。
【００１１】
請求項４の発明は、前記ワーク保持チャックが、内周壁が山型断面の中央部中空のリング状固定子の左側に中央部中空の台形円筒状第一可動子を右側に中央部中空の台形円筒状第二可動子を配置し、これら両可動子間の空間部に円筒状スペーサおよび拘束リングを挟持させ、前記リング状固定子の中央外筒側から内筒側に向けて水供給通路を設け供給された水が第一可動子の台形斜面および第二可動子の台形斜面と固定子の山型斜面間の水流路に供給され、この水流路を経由して来た水が前記リング状固定子の内筒中央部側から外筒側に向けて設けられたドレン抜き流路を経てリング状固定子より外側へ排出される構造の静圧水軸受を設け、前記第一可動子、拘束リングおよび第二可動子の内筒面で形成された中央空間部に主軸を設け、この主軸の先端にワーク保持チャックテーブルを軸承させた構造を採ることを特徴とする請求項１に記載の平面研削装置を提供するものである。
【００１２】
請求項５の発明は、砥石軸を静圧水軸受で回転可能に支持し、直動／回転複合アクチュエータで前記砥石軸を直動および回転可能とする砥石軸頭を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
ツールテーブルのスライドウエイ、ワークテーブルのスライドウエイ、ワーク保持チャックテーブルおよび砥石軸（ツールスピンドル）の軸受に静圧水軸受を使用するので、環境に優しい研削装置である。
【００１４】
複合アクチュエータにより回転および直動される砥石軸に平面研削砥石を回転自在に軸承させた砥石軸頭構造としたことにより、基板の研削加工時は砥石軸頭の進退直動移動による基板表面への切込み、あるいは基板表面からの後退をさせ、砥石軸頭の待機位置への移動にはリニアモータ駆動されるツールテーブル移動を用いるので研削加工時間が短くなる。
【００１５】
セラミック製パッドのポケット面に設けた噴出孔に供給される水の圧力バランスによりガイドウエイとスライドウエイ間のギャップを７〜１０μｍに保つことができる。このセラミック製スライドウエイはハニカム構造を成しており、このハニカム空洞にセラミック製静圧パッドに設けられた噴出孔に水を供給する供給管が配設できる。セラミックの比重は２．２〜２．８であり、鉄の比重７．９と比較すると小さく、さらにスライドウエイはハニカム構造を採用したことにより嵩密度が更に小さく軽いものとなるので、リニアモータの馬力も少なくて済む。スライドウエイのサイズが小さいときは、リニアモータの永久磁石または電磁石を２５〜３３度傾斜して設けることによりキーパーとの荷重バランスを良くし、スライドウエイの横揺れを防ぐ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。 図１は静圧水軸受を利用した本発明の研削装置の斜視図、図２はツールテーブルを上方から見た斜視図、図３はツールテーブルを底面側から見た斜視図、図４はスライドウエイ底面部に設けられたセラミック製パッドの配置を示す図、図５は砥石軸頭の断面図、図６は砥石軸に備えたリニアモータ制御用検出器の配置図、図７はロータリーテーブルホルダーの組立図、および、図８はワークホルダーステージの断面図である
【００１７】
図１に示すように、本発明の基板表面研削装置１は、機械フレームＦ上に据え付けられたベースＢ上に設けた第一セラミック製ガイドウエイＧａ上をリニアモータ駆動により左右方向（Ｘ軸方向）に直動駆動する断面Ｌ字状の静圧水軸受第一セラミック製スライドウエイＳａとからなる第一ツールテーブルＴｔ、基板の平面平坦化工具である砥石Ｔを左右方向に直動および軸鉛直方向に回転移動可能に静圧水軸受で砥石軸に支持する砥石軸頭１００よりなるツールステージＴｓ、前記フレームＦ上に据え付けられたベースＢ上に設けたツールテーブルＴｔに対しＬ字型に配置された第二セラミック製ガイドウエイＧｂ上をリニアモータ駆動により前後方向に直動駆動する第二静圧水軸受セラミック製スライドウエイＳｂとからなるワークホルダーテーブルＴｗ、ならびに、ロータリーテーブルホルダーＨを静圧水軸受で軸承する主軸、および、この主軸を回転させるリニアモータ駆動機構を前記ワークホルダーテーブルＴｗ上にチャックテーブルＨを前記主軸で軸承したワーク保持チャックＷｓ、とを備える。図１中、Ｐは純水供給ポンプ、１０２は貯水槽、１０３，１０４は分配器で、図示していないがそれぞれ圧力調整コントローラを備える。１０５はドレン抜き管、１０６はフィルタ、１０７は廃液貯槽、１０８は高さ調整キャスタである。
【００１８】
前記ロータリーテーブルホルダーＨは、基板の種類により異なり、バキュームチャック、基板を貼り付けるテンプレートまたは防水性を施した磁気チャックなどが挙げられる。
【００１９】
前記フレームＦの素材は、大理石、セラミック、黒御影石（グラナイト）、レジンコンクリートが好ましい。前記ツールテーブル（Ｔｔ）およびワークホルダーテーブルＴｗは、図２および図３に示すように、ガイドウエイ（Ｇａ，Ｇｂ）２と断面Ｌ字状のスライドウエイ（Ｓａ，Ｓｂ）３を有する。ガイドウエイ２は、一対のセラミック製ハニカム構造２３ｂの長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂの上面２２ａ，２２ｂの高さを同一水平面としてセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体レールベース２３の上面２３ａに平行離間して設け、これらの長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂ間に永久磁石または電磁石２４を前記長尺状直方体レールベース上面２３ａに対して２５〜３３度傾斜して上面傾斜支持台２５を介して設けたガイドウエイである。長尺状直方体レールベース２３への長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂの固定は、ボルト締めもしくはエポキシ樹脂接着剤を用いて行われる。また、ツールテーブル（Ｔｔ）のガイドウエイ２は、図１に示す研削装置１の鋳鉄製あるいは花崗岩製ベースＢ（９）上に搭載される。このガイドウエイの長尺状直方体レールベース２３および長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂは、ハニカム構造であっても空洞のない忠実セラミックス製長尺状直方体であってもよい。
【００２０】
スライドウエイ３は、図４に示すようにセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベース３１の底面３１ａに二対のセラミック製静圧パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを平行離間して前記長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂ上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイル３４をその底面が前記永久磁石または電磁石２４の上面に平行となるよう支持台３６を介して傾斜して設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベースの一方の長手方向側面３１ｂには内側下部に一対のセラミック製静圧パッド３３ｅ，３３ｆを離間して前記長尺状直方体レール側面２１ｃに対向する位置に設けたキーパー３２を設け、これらのセラミック製静圧パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆに純水を供給する噴出孔３５を設けた構造である。
【００２１】
セラミック製静圧パッドは種々の形状のものが市販されており、スライドウエイの形状、寸法、ク−ラント水供給システムにより選択される。図３および図４に示すセラミック製静圧パッドは、パッド中央部のポケット部４１ｂに噴出孔３５を設け、この噴出孔３５を中心に左右対称に中央ランド部を２個有し、この中央ランド部４２ａ，４２ｂを囲綾するよう水受け入れポケット部（溝）４１ａを有し、更にこのポケット部（溝）４１ａ，４１ｂを囲繞するように外側ランド４３を有する。セラミック製パッドの寸法を縦Ｌとすると、横幅は１．５Ｌ〜１．８Ｌ、好ましくは１．６１８Ｌが良い。中央ランド部４２の縦方向の長さは０．４Ｌ〜０．６Ｌ、外側ランド４３の幅はそれぞれ０．２Ｌ〜０．４Ｌ、ポケット部４１ａの幅は０．１Ｌが好ましい。噴出孔３５の径は５〜１０ｍｍでよい。
【００２２】
図４に示すように、水供給ポケット４１ａに設けられた噴出孔３５は、水供給配管８１に接続され、水供給配管８１の先はポンプ８３に接続されている。図３において８４は圧力計、８５はレリーフ弁、８６は抗圧弁、Ｍはモータである。セラミック製パッドに接続する水供給配管８１の内径は、５〜８ｍｍ程度である。水供給配管８１は、スライドウエイ３のハニカム空洞内に配管され、噴出孔３５に接続される。水供給配管８１のスライドウエイ３のハニカム壁への固定は、非磁性体である強化樹脂製またはセラミックス製固定バンド、ボルトを使用して行われる。塞板３７は、スライドウエイ３のハニカム開放口２３ｂを塞ぐと共に、分岐した水供
給配管８１，８１を固定する。
【００２３】
セラミック製ガイドウエイ２、セラミック製スライドウエイ３、セラミック製静圧パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆのセラミック素材としては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックス、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）セラミックス、窒化炭素（ＳｉＣ）セラミックス、ジルコニアセラミックス、サーメット、サイアロン等が挙げられる。アルミナセラミックスは安価であり、ガイドウエイ２、スライドウエイ３、パッドの素材として適している。窒化炭素セラミックス、ジルコニアセラミックスは耐久性に富むので、パッド素材としてアルミナより優れる。
【００２４】
ガイドウエイ２、スライドウエイ３は、ノンポーラスセラミック製品が好ましく、パッドは、窒化炭素セラミックス、ジルコニアセラミックスを素材とするときは気孔率が３％以下のノンポーラスセラミック製品が、アルミナセラミックスを素材とするときは気孔率が８〜３０％のポ−ラスセラミックスが好ましい。
【００２５】
セラミックス製品２，３の製造方法について説明する。最初に、ハウジングとなるハニカム構造のセラミック部材２１ａ，２１ｂ，２３，３１、キーパー（側板）３２および支持台２４，３６を作製する。例えば、アルミナ等のセラミックス粉末に所定量のバインダを加えて造粒処理し、これを一軸プレス成形し、さらにＣＩＰ成形して角板状または支持台用の傾斜構造のプレス成形体を作製する。次いで、角板状プレス成形体をハニカム状に加工して、その底面に所定パターンのパッド用溝部を形成し、さらにこの溝部に開口する噴出孔３５を形成する。必要により、ガイドウエイ構成用部材のレール部材とベール部材を接合しておいてもよい。得られた加工体を必要に応じて脱脂処理した後、所定の雰囲気、温度、時間で焼成することによりハウジングとなるハニカム構造セラミック部材や支持台が得られる。なお、プレス成形体を８００〜９５０℃で仮焼し、得られた仮焼体に溝部等を形成する加工を施し、その後に１，０００〜１，２５０℃で焼成処理を行ってもよい。バインダとしては、メチルメタクリレート／ｎ−ブチルメタクリレート／アクリル酸共重合体、メチルメタクリレート／イソプロピルメタクリレ−ト／メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート／ｔ−ブチルメタクリレート／メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート／エチルメタクリレート／メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート／エチルメタクリレート／イタコン酸共重合体等が焼成時の黒煙の発現がなく、強度の高いセラミック製品が得られる。
【００２６】
次ぎに、スライドウエイ３のパッド用溝に市販のセラミック製静圧パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆをエポキシ樹脂接着剤で固定する。または、パッド形成セラミックススラリーを溝部に塗布し、焼成してセラミック製静圧パッドを形成させる。
【００２７】
セラミック製静圧パッドを形成する素材のセラミックススラリーの調製は、セラミックス粉末（例えば、アルミナ粉末や窒化珪素、炭化珪素粉末など、必要によりガラス粉末を添加）に、水またはアルコール等の溶剤を加えて、ボールミル、ミキサー等の公知の方法により混合することにより調製することができる。なお、水またはアルコール等の添加量は特に限定されるものではないが、セラミックス粉末の粒度を考慮して、所望の流動性が得られるように調節する。
【００２８】
なお、開気孔の平均気孔径が１０〜１５０μｍ、気孔率が３０％以下であるアルミナ製多孔質パッドを最終的に形成するためには、セラミックス粉末としては、その平均粒径が３０μｍ〜５００μｍのものを使用することが好ましい。
【００２９】
また、多孔質セラミック製静圧パッドの添加成分としてガラス粉末を使用する場合は、その熱膨張係数が、多孔質パッドのもう一方の構成成分であるセラミックスの熱膨張係数より小さいものを用いることが好ましい。これにより、後の焼成段階でハニカム構造ハウジング、キーパーの界面と実質的に連続している組織を有する多孔質パッドを形成することができる。また、多孔質パッドにおいて結合材としての役割を有するガラスに圧縮応力が加わった状態を作り出すことができる。ガラスは一般的に引張強度に弱いために、ガラスに圧縮応力が加わった状態とすることにより多孔質パッドの強度が高められ、研削加工時の脱粒や欠け等の発生も抑制される。
【００３０】
多孔質セラミック製静圧パッドを形成するための原料であるガラス粉末の平均粒子径は、多孔質パッドのもう一方の原料であるセラミックス粉末の平均粒子径よりも小さいことが好ましい。これは、ガラス粉末の平均粒径がセラミックス粉末よりも大きいと、セラミックス粉末の充填が阻害されて、後のガラス軟化点（約８００〜８５０℃）以上での焼成時に焼成収縮を起こしてしまうからであり、この場合には、ハニカム構造セラミック部材と焼成により形成された多孔質パッドとの境界に隙間が生じてしまうこととなる。ガラス粉末の平均粒径は、セラミックス粉末の平均粒径の１／３以下であることが好ましく、１／５以下であることがより好ましい。
【００３１】
セラミックス粉末に対して添加するガラス粉末の量は、使用するセラミックス粉末の粒度（粒度分布）や焼成温度におけるガラスの粘性等を考慮して調整されるが、多過ぎるとセラミックス粉末の充填が阻害されて焼成収縮が生じ、逆に少な過ぎるとセラミックス粉末の結合強度が低下し、脱粒や欠け等が生ずる。このため、ガラス粉末の量は、所望の結合強度、気孔率が得られる範囲においてできるだけ少ないことが好ましく、具体的には、概ね、セラミックス粉末１００質量部に対して、５〜３０質量部とすることが好ましい。
【００３２】
次に、前記で作製したハニカム構造のハウジング３１、キーパー３２（焼成後のセラミック部材）に形成されているパッド用溝部と噴出孔３５に樹脂等の焼失材料を充填する。次いで、前記の調製したセラミックススラリーをハウジングの溝に充填して、後の焼成により多孔質セラミック製静圧パッドとなる部分を成形する。その際に必要に応じて、スラリー中の残留気泡を除去するための真空脱泡処理や充填率を高めるための振動を加えるとよい。
【００３３】
このようにしてスラリーが充填されたハウジング３１，キーパー３２を十分に乾燥させた後、多孔質パッド形成材を９００℃以上の温度で焼成し、多孔質セラミック製静圧パッドを形成する。この焼成時に、溝部と噴出孔３５に充填された樹脂等は消失し、ポケット部（空洞）４１ａが形成される。
【００３４】
続いて、得られた焼成体の表面全体を研削し、必要に応じて研磨処理することにより、静圧軸受装置が得られる。パッドのランド面、セラミック製ハニカム構造の長尺状直方体レール、スライドウエイのセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベース表面は、１．０μｍ以下の表面粗さＲａに研削・研磨加工しておくのが好ましい。
【００３５】
ハニカム構造長尺状直方体レールベース２３と長尺状直方体レール２１ａ，２１ｂの一体化は、前記焼成時に接合し、一緒に焼成してもよいが、後工程の研削・研磨加工作業を容易とするため、後述する制振パッド接着剤２７を用いて研削・研磨加工後に接着してもよい。
【００３６】
スライドウエイ３のセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベース３１およびキーパー３２に設けるセラミック製パッドの個数および位置関係は、スライドウエイ３のサイズ、剛性による。但し、少なくともセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベース３１の底面に二対のセラミック製静圧パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを平行離間してガイドウエイ２の長尺状直方体レール上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイル３４をその底面が前記永久磁石または電磁石２４の上面に平行となるよう傾斜して設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベース３１の一方の長手方向側面に内側下部に一対のセラミック製静圧パッド３３ｅ，３３ｆを離間して前記ガイドウエイ２の長尺状直方体レール側面に対向する位置に設けたキーパー３２内側に設ける。
【００３７】
スライドウエイ３の長尺方向（進行方向）の長さをＫとし、図３または図４で示されるセラミック製パッドの長尺方向（横方向）の長さをｋ、縦方向の長さをｋ／１．６１８とすると、長手方向一列に設けられるセラミック製静圧パッドのピッチ間隔の目安は、左右両端のセラミック製パッドの端部はスライドウエイの端部より２ｋ／１６．１８離れた距離より設置されるとすると、次式で求められる値が好ましい。 （Ｋ−４ｋ／１６．１８）／３ｋ よって、長手方向一列に設けられるセラミック製静圧パッドの必要個数は、次式で算出される。 〔Ｋ／（Ｋ−４ｋ／１６．１８）／３ｋ〕＋１ 本発明では長手方向三列にパッドは設置されるので、パッド総数は、前式の３倍となる。
【００３８】
ツールテーブルＴｔ，ワークテーブルＴｗのガイドウエイ２を支持するフレーム素材９は、セラミックでも、花崗岩でも鋳鉄でもよい。鋳鉄は安価であり、製造も容易である。花崗岩はセラミックと比較して防黴性に優れる。ベースへのガイドウエイ２の固定は、ボルトナットを用いてもよいが、制振パッド接着剤２７を用いるのが好ましい。
【００３９】
制振パッド接着剤２７の素材としては、カルボキシル基や水酸基等の官能基を有するネオプレンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム等の液状ラバーに、アクリル系ビニル単量体、硬化剤を配合した液状接着剤組成物が使用される。この組成物は、更に、ポリエ−テルポリオール・ポリイソシアネートウレタンエラストマー、エチレン・プロピレン・ブタジエン共重合体ゴム、エチレン・プロピレン・エチリデンノルボルネン共重合体ゴム、水添スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体ゴム、水添スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、低密度ポリエチレン等の軟質樹脂またはエラストマー、炭酸カルシウム、酸化チタン、クレイ、アスファルト等の充填材、酸化防止剤などを含有していてもよい。
【００４０】
例えば、（Ａ）酸無水物基を有する液状イソプレン １００質量部と、（Ｂ）アミン系潜在性硬化剤 １〜４質量部と、（Ｃ）酸化防止剤 ０．５〜５質量部と、（Ｄ）アクリル化合物 ０．５〜５質量部と、を含有する制振接着剤組成物を開示する。また、特開２００５−４１９４３号公報は、極性基を有するユニットを１質量％以上含有するビニル重合体、ポリエステル樹脂、ゴム状弾性体樹脂の三成分を少なくとも含有する樹脂組成物であって、極性基を有するユニットを１質量％以上含有するビニル重合体のマトリックス中に、ポリエステル樹脂相及びゴム状弾性体樹脂相がそれぞれ独立して分散してなる制振材料用樹脂組成物である。
【００４１】
制振パッドは、積層構造であってもよい。例えば、予め芯材となる高減衰ゴムの層を半加硫し、この高減衰ゴムの表裏面に制振接着剤組成物を塗布した後、フレームＦ上に置き、この上にガイドウエイ２を載せることにより型押しし、ついで、硬化させることにより高減衰ゴムの層とゴムの層とが一体化された制振パッドとすることができる。制振パッドの厚みは、１〜５ｍｍで充分である。
【００４２】
スライドウエイ３の駆動手段としては、コイル３４と電磁磁石または永久磁石２４とを用いるリニアモータが使用される。これらは、ファナック株式会社、独国ジーメンス社、米国アーノルド社等より市販されている。スライドウエイ３のサイズが小さいときは、図３に示すようにハニカム構造の長尺状直方体レールベース２３の上面に対し２２〜３５度傾斜するようにしてコイル３４および磁石２４を設けるのが好ましい。スライドウエイ３のサイズが大きいときは、コイル３４および磁石２４は２２〜３５度傾
斜させても、傾斜させなくてもよい。
【００４３】
スライドウエイ３の左右方向のストローク幅は、６００〜１，０００ｍｍで、リニアモータ駆動移動速度は０〜３０ｍ／分が好ましい。スライドウエイ３は、リニアモータ２４，３４を駆動することにより左右方向に駆動され、スライドウエイ３に搭載された砥石軸頭はワークホルダＨ側へ近づいたり遠ざかったりする。このスライドウエイ３の左右移動の際、ガイドウエイ２とスライドウエイ３間の摺動面のセラミック製静圧パッドに貯水槽１０２内の静圧水はポンプ８３により供給され、水供給ポケットより供給され、ガイドウエイ２とスライドウエイ３間の隙間を５〜１０μｍ程度に保つ。
【００４４】
図１に示すように、この静圧水軸受直動ツールテーブルＴｔ上にトンネル状砥石軸固定ガイド１０９を固定し、この砥石ハウジング１０９の中空部に砥石軸（ｘ座標）がツールテーブルＴｔの直動軸（Ｘ軸）と平行になるように砥石軸頭１００（Ｔｓ）を取り付ける。
【００４５】
図５に示すように、砥石軸頭１００の砥石軸４は、平面研削砥石Ｔを左端で軸承する砥石軸の両側端近傍で静圧水軸受５，５により水平方向に支持され、この静圧水軸受された砥石軸４に設けた直動／回転複合アクチュエータにより砥石軸４が回転および直動可能である。
【００４６】
前記複合アクチュエータは、回転モータ５０とリニアモータ６０とから構成され、前記回転モータ５０は、円筒形電機子５３と、この円筒形電機子の内部に回転自在に設けられた中空の円筒形回転界磁部ＲＭ２とからなり、前記円筒形回転界磁部ＲＭ２の内周に固定されたリニアモータ電機子ＬＭ１と、このリニアモータ電機子の直動自在に設けられた円筒形リニアモータ界磁部ＬＭ２とからなるリニアモータ６０とにより構成され、前記円筒形リニアモータ界磁部ＬＭ２の内部に、前記リニアモータ電機子ＬＭ１と一体に回転するとともに前記リニアモータ電機子の軸心方向に摺動自在に出力軸１０１を設けたものである。
【００４７】
前記回転モータ５０の前記円筒形回転界磁部５１の反負荷端には回転モータ制御用検出器５５を設け、前記出力軸１０１の反負荷端に前記出力軸の長手方向に沿って等ピッチで同主軸のストローク以上の長さに配置固定した複数の異方性磁石と、前記磁石から生じる磁界を検出する９０°位相に配置した磁気センサとにより構成したリニアモータ制御用検出器６４を設ける。
【００４８】
図５おいて、５０は回転モータであり、円筒形電機子ＲＭ１と円筒形回転界磁部ＲＭ２とから構成されている。円筒形電機子ＲＭ１は、回転モータ電機子コア５２と、その回転モータ電機子コア５２に巻装された電機子巻線５３で構成されている。この円筒形電機子ＲＭ１の内側には、中空の円筒形回転界磁部ＲＭ２が設けられている。円筒形回転界磁部ＲＭ２は、円筒形の回転モータ界磁ヨーク５７の表面に、偶数個で、等ピッチの界磁磁石５１が配置固定されており、これは、アクチュエータフレーム７０の両端に固定されているＬブラケット７１、反Ｌブラケット７２と、静圧水軸受５８とで回動自在に支持されている。また、回転モータ制御用検出器５５は、アクチュエータ反Ｌブラケット７２後端に配置固定されている。回転モータ制御用検出器５５で検出された信号は、回転モータ用検出器端子５６から図示しないコントローラ（制御装置）に取り出される。回転モータ電機子巻線５３への給電は、回転モータ端子５４により行われる。
【００４９】
図中、６０は直線運動を行う円筒形のリニアモータであり、リニアモータ電機子ＬＭ１とリニアモータ界磁部ＬＭ２で構成されている。リニアモータ電機子ＬＭ１は、円筒形回転界磁部ＲＭ２の内側に固定された円筒形のリニアモータ電機子フレーム６２と、リニアモータ電機子フレーム６２に固着されたリニアモータ電機子巻線６１で構成されている。またリニアモータ界磁部ＬＭ２は、リニアモータ電機子巻線６１にギャップを介して対向配置されたリニアモータ界磁ヨーク６６と、このリニアモータ界磁ヨーク６６上に多極に着磁された界磁磁石６７で構成されている。そしてそのリニアモータ界磁部ＬＭ２は、出力軸１０１（４）に固定されており、これよりリニアモータから生じる直動動作は、リニアモータの前後端に配置固定されているボールスプライン６３により、スラスト方向に支持されている。
【００５０】
図６に示すように、リニアモータ制御用検出器６４は、出力軸１０１の反負荷端に構成されており、出力軸１０１の長手方向に沿って複数のリング状の異方性磁石からなり、多極磁化された界磁部７０を配置し、この界磁部７０が生じる磁束を９０°位相で配置された２つのホール素子７１（Ａ相），ホール素子（Ｂ相）７２等の磁気センサで検出するものである。リニアモータ制御用検出器６４の出力は、シリアル変換器７４により２ｎ分割され、かつ、シリアル信号変換され、サーボドライバ７３に入り、リニアモータの制御信号として用いられる。
【００５１】
次に直動／回転複合アクチュエータの動作について説明する。回転モータ端子５４から回転モータ電機子巻き線５３に駆動電力を供給すると、回転モータ電機子コア５２に出力軸１０１回りの回転磁界が生じ、その回転磁界と回転モータ界磁磁石１１の磁極との磁気作用である吸引、反発により回転モータ界磁ヨーク５７が静圧水軸受５８を支持として回転する。その回転力は、ボールスプライン６３により砥石軸４に伝達され、その砥石軸に取り付けられているアーム部９０を回転駆動する。
【００５２】
一方、回転モータ５７に固定されたリニアモータ電機子フレーム６２に設けられたリニアモータ電機子巻線６１にスリップリング（図示せず）を介してコントローラから駆動電力を供給すると、リニアモータ電機子巻線６１に発生する移動磁界との相互作用により、直動用円筒形リニアモータ６０が出力軸１０１の軸方向に駆動力を受ける。直動用円筒形リニアモータ６０はリニアモータ界磁ヨーク６６を介して出力軸１０１に固定されているので、その駆動力は出力軸１０１を軸方向に駆動する力として伝達される。
【００５３】
砥石軸４は、円筒状軸受ハウジング６内で複数の水静圧軸受５８で回転自在に支持される。この円筒状軸受ハウジング６はアウターハウジング５内周面にボルトで固定される。砥石軸４の左端部および右端部の外周は、静圧水軸受５８によって支持されるとともに、フランジ５８ａが静圧水軸受よりなる一対のスラスト軸受５８ｂ，５８ｂにより支持される。
【００５４】
図５に示すように、砥石軸４（出力軸１０１）を支持するラジアル軸受５８ｃ，５８ｃおよびスラスト軸受５８ｂ，５８ｂ一対は、砥石軸４のフランジ５８ａを中心に対称に配置される。アウターハウジング５および軸受ハウジング６の当接面に環状の分配室５８ｄが形成され、ラジアル軸受５８ｃは砥石軸４の外周を囲むように６個の静圧ポケット部を備え、分配室５８ｄと前記静圧ポケットとがそれぞれ絞りを介して連通している。給水ポート５８ｅから分配室５８ｄに供給された加圧水は絞りを経由して６個の静圧ポケットに供給され、砥石軸４をフローティング状態で支持する。水は、ドレン流路５８ｆを経てアウターハウジング５の外へ排出される。前記絞りの半径方向外側には圧力調整器を備える。
【００５５】
砥石軸４の素材は、窒下珪素、窒化炭素、酸化珪素、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックが好ましいが、従来のステンレスあるいはクロムメッキ鋼製スピンドル表面をセラミック化学蒸着で１００〜５００μｍ厚コーティングしたものでもよい。
【００５６】
砥石軸４の回転速度は、５００〜３，０００ｒｐｍで十分である。砥石軸４の直動は、基板表面の取り代量が粗研削加工のときは１，０００μｍ以下、仕上研削加工のときは０．５〜１０μｍの取り代量に過ぎないことから第一スライダＳａを使用せずに複合アクチュエータの砥石軸４用リニアモータ機構ＬＭ１，ＬＭ２を利用してかかる取り代量に相当する量の切込みを基板にかけるのが好ましい。
【００５７】
平面研削砥石Ｔとしては、図５に示すカップホイール型ダイヤモンド砥石や、セリア、シリカ、ダイヤモンド砥粒をフェルトやウレタン樹脂に分散させた平砥石、オイルストーン砥石、ピッチポリッシャなどが使用できる。
【００５８】
次に、図７および図８を用いてワーク保持チャックＷｓについて説明する。ワーク保持チャックＷｓは、そのワーク保持チャックテーブルＨ上に基板がその直径方向を鉛直面として載置され、研削砥石Ｔにより基板表面を研削するワークステージＷｓを構成する。
【００５９】
前記ワーク保持チャックＷｓのロータリーテーブルホルダー２００は、内周壁が山型断面の中央部中空のセラミック製リング状固定子（ステータ）２０４の左側に中央部中空のセラミック製台形円筒状第一可動子（ロータ）２０２を右側に中央部中空のセラミック製台形円筒状第二可動子（ロータ）２０３を配置し、これら両可動子間の空間部にセラミック製円筒状スペーサ２０５とセラミック製拘束リング２０６を挟持させ、前記リング状固定子２０４の中央外筒側から内筒側に向けて水供給通路２０７を設けここに供給された水が第一可動子２０２の台形斜面および第二可動子２０３の台形斜面と固定子の山型斜面間の水流路に供給され、この水流路を経由して来た水が前記リング状固定子２０４の内筒中央部側から外筒側に向けて設けられたドレン抜き流路２０８を経てリング状固定子２０４外側へ排出される構造の静圧水軸受を設け、前記第一可動子２０２、拘束リング２０６および第二可動子２０３の内筒面で形成されたロータリーテーブルホルダー中央空間部に主軸２１６を内装して設け、この主軸２１６の右面先端にワーク保持チャックテーブルＨを軸承させた構造を採る。
【００６０】
図７ａにおいて、２００はロータリーテーブルホルダー、２０６は拘束リング、２０９はボルト孔である。前記第一ロータ２０２右傾斜面および第二ロータ２０３の左傾斜面には、ポケット（２０２ａ，２０３ａ）、ベアリングランド（２０２ｂ，２０３ｂ）およびリークランド（２０２ｃ，２０３ｃ）が交互に配置されている。
【００６１】
図８から理解されるように、前記第二ロータ２０３右表面にポーラスセラミックチャックテーブル２０１が載置され、その底部にバキューム機構の減圧室２１５が前記中央中空部に設けられる。第一ロータ２０３左表面側に設けられたワーク主軸台４００の中央中空部２１０には、ロータリージョイント２３０が主軸２１６に接続され、その先は蛇腹補強線入り樹脂管（減圧管）３００に接続され、さらに図示されていない真空ポンプに接続されている。
【００６２】
ワークステージＷｓは、既述したセラミック製ガイドウエイＧｂ上をリニアモータ駆動により前後方向に直動駆動する静圧水軸受セラミック製スライドウエイＳｂ上にワーク主軸台４００を固定し、このワーク主軸台にワーク保持チャックＷｓを主軸２１６が左右水平方向となるよう搭載したものである。前記静圧水軸受セラミック製スライドウエイＳｂは、これに搭載されるワーク主軸台４００を前後方向に５０〜２００ｍｍ幅揺動させて加工基板に砥石条痕が付くのを防止する。また、ツールステージとワーク保持チャックＷｓの位置合わせを行うのに使用、および、ワーク保持チャックＷｓを図示されていない基板収納カセット側へ５０〜５００ｍｍ幅前後移動させるために使用される。
【００６３】
図８に示すように、ワークステージＷｓは、制振パッド２１１を介して前記ワーク主軸台４００の前面に搭載される。ロータリーテーブルホルダー２００の第二ロータ２０３右面外周縁よりポーラスセラミック製チャック板２０１を支持する固定リング２１２が起立され、不通気性外周縁２１３を有するポーラスセラミッ
ク製チャック板２０１が当て嵌められている。また、第二ロータ２０３右面中央部に仕切板２１４を設け、この仕切板と、前記固定リング２１２とポーラスセラミック製チャック板２０１とで減圧室２１５を形成している。仕切板２１４中央部には孔があり、中空スピンドル（主軸）２１６が水平方向に挿入されている。その中空スピンドル２１６の右端は前記減圧室に連通し、左端はロータリージョイント２３０に接続し、さらに減圧管３００を介して図示されていない真空ポンプに接続されている。
【００６４】
前記中空スピンドル２１６の左側には、磁性材から形成された下部の歯形部２１８を備え、その下面にエンコーダ２２５を備え、これに対向してセンサ２２５ａがスライドウエイＳｂに設けられ、スライドウエイＳｂに対するポーラスセラミック製チャック板２０１の回転角度を分解能１秒角以下で測定できるようになっている。エンコーダ２２５とセンサ２２５ａとで測定手段を構成する。
【００６５】
前記歯形部２１８は、外周に複数の歯が形成され、一歯ずつ磁化されることによりＮ極とＳ極が交互に配列される。この歯形部２１８に対向してスライドウエイＳｂの上突起部の上面であってステータ２０４の左面に当たる位置には制振パッド２１１を介してコイル２２０が配置されている。コイル２２０の歯数は、歯形部２１８の歯数より１個だけ多い。歯形部２１８とコイル２２０とでＡＣサーボモータを構成する。このサーボモータは、中空スピンドル２１６の回転駆動力となる。
【００６６】
リング状固定子２０４の外周縁には純水供給孔２０７が設けられ、貯水槽１０２からポンプＰで汲み上げられた水が図示されていない圧力調整器で流量を調節されて純水供給孔２０７に給水され、その先の絞りで絞られて拘束リング２０６内周面とロータ間の隙間を経し、第二ロータ２０３左斜面および第一ロータ２０２右斜面に設けられたポケット２０３ａに供給され、ポーラスセラミック製チャック板２０１を搭載する第一および第二ロータ２０３，２０２外周面をリング状固定子２０４内周面からフローティングさせる。拘束リング２０６はボルト２０９ａにより第二ロータ２０３と第一ロータ２０２を締結している。
【００６７】
第一，第二ロータ２０２，２０３斜面ポケット部に供給された純水は、廃液孔２０８を経由してロータリーテーブルホルダー２００外部へ排出される。図８の円内拡大図に示されるように、第二ロータ２０３外周縁斜面とリング状固定子２０４内周壁が対向する位置にある廃液通路２０８ａは、リング状固定子２０４内周壁に接着２１９されたゴム舌２１８がロータ斜面を被い、水漏れを防いでいる。
【００６８】
ポーラスセラミック製チャック板２０１は、ロータ２０２，２０３と伴に鉛直方向に回転する。また、減圧室２１５を真空ポンプで減圧することにより平坦加工される基板裏面を吸着する。
【００６９】
なお、図示されていないが、スライドウエイＳａ，スライドウエイＳｂ、ツールステージＴｓの砥石軸４の位置座標（Ｘｉ，Ｙｉ）が送信されるようにガイドウエイＧａにはＸ軸レーザスケール、ガイドウエイＧｂにはＹ軸レーザスケール、ツールステージＴｓにはｘｉ軸レーザスケールが取り付けられており、また、ワーク保持チャックＷｓには、ロータリースケール２２５，２２５ａが取り付けられ、砥石軸４とワーク主軸２１６の同期制御を可能にしている。
【００７０】
図１に示す基板の研削装置１を用いて基板を平坦化研削加工する手順を以下に説明する。先ず、基板をポーラスセラミック製チャック板２０１上へ載置し、真空ポンプを稼動させて減圧室２１５を減圧し、基板をポーラスセラミック製チャック板２０１上に固定する。ついで、主軸２１６、第一，第二ロータ２０２，２０３を回転させることにより基板を主軸２１６に対し直角方向に回転させる。
【００７１】
スライドウエイＳｂを後退、スライドウエイＳａを左方向へ移動させ、砥石軸４とポーラスセラミック製チャック板２０１の加工開始点位置合わせを行う。
【００７２】
砥石軸４を回転させながら下降させてダイヤモンドカップホイール型砥石Ｔにより回転している基板面への研削切り込みを開始する。
【００７３】
ワークテーブルスライドウエイＳｂの前後移動、砥石軸４の直動／回転、およびツールテーブルスライドウエイＳａの左右揺動を同期制御することにより、ダイヤモンドカップホイール型砥石Ｔは基板に切り込みをかけ研削加工する。
【００７４】
研削中は、図示されていない加工液供給ノズルより基板表面に、もしくは、基板と砥石刃が接触する加工作用点に加工液を供給する。
【００７５】
基板の研削加工終了後は、砥石軸４を右側へ後退させ、回転を止め、スライドウエイＳａを右方向へ移動させて砥石Ｔを待機位置へと戻す。
【００７６】
ポーラスセラミック製チャック板２０１を支持するロータの回転を止め、ワークテーブルスライドウエイＳｂを前進させ、待機位置（例えば洗浄ステージ）へと移動させる。その位置で、真空ポンプの稼動を停止し、減圧室２１５の減圧を開放する。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の基板の研削装置１は、静圧水軸受支持のセラミック製ツールテーブル、セラミック製ワークテーブル、静圧水軸受支持の直動／回転可能な砥石軸を利用するので、環境に優しい。また、セラミック製テーブルを用いるので軽量化でき、搬送が容易である。さらに、静圧水軸受支持の直動／回転砥石軸を利用するので、砥石軸頭をコンパクトに設計できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の静圧水軸受を利用した研削装置の斜視図である。
【図２】ツールテーブルを上方から見た斜視図である。
【図３】ツールテーブルを底面側から見た斜視図である。
【図４】スライドウエイ底面部に設けられたセラミック製パッドの配置を示す図である。
【図５】砥石軸頭の断面図である
【図６】砥石軸に備えたリニアモータ制御用検出器の配置図である。
【図７】ロータリーテーブルホルダーの組立図である。
【図８】ワークステージの断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 平面研削装置 ４ 砥石軸１００ 砥石軸頭１０１ 出力軸２００ ロータリーテーブルホルダー２１６ 中空スピンドル４００ ワーク主軸台 Ｆ 機械フレーム Ｈ ワーク保持チャックテーブルＳａ スライドウエイＳｂ スライドウエイ Ｔ カップホイール型ダイヤモンド砥石 Ｔｓ ツールステージＴｔ ツールテーブルＴｗ ワークテーブルＷｓ ワーク保持チャック（ワークステージ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械フレーム、前記機械フレーム上に設けたベースと、このベース上に設けられた第一セラミック製ガイドウエイ上を第一セラミック製スライドウエイがリニアモータ駆動により左右方向に直動する静圧水軸受直動ツールテーブル、前記静圧水軸受直動ツールテーブル上に設けた砥石台に、静圧水軸受で支持され複合アクチュエータにより回転および直動される砥石軸に平面研削砥石を回転自在に軸承させた砥石軸頭、前記機械フレーム上に設けたベースと、このベース上に前記第一セラミック製ガイドウエイに対してＬ字形状に設けられた第二セラミック製ガイドウエイ上を第二セラミック製スライドウエイがリニアモータ駆動により前後方向に直動する静圧水軸受直動ワークテーブル、および、前記静圧水軸受直動ワークテーブル上に設けたワーク主軸台に、静圧水軸受で水平方向に支持されアクチュエータにより回転駆動される主軸先端にワーク保持チャックテーブルを軸承させたワーク保持チャック、を備える平面研削装置。
【請求項２】
静圧水軸受直動ツールテーブルの第一ガイドウエイが、一対のセラミック製長尺状直方体レールの上面高さを同一水平面にしてセラミック製長尺状直方体レールベース上面に平行離間して設け、これらの長尺状直方体レール間に永久磁石または電磁石を前記長尺状直方体レールベース上面に対向して設けたガイドウエイであり、第一スライドウエイはセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベースの底面に二対のセラミック製静圧パッドを平行離間して前記長尺状直方体レール上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイルをその底面が前記永久磁石または電磁石の上面に平行となるよう設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベースの一方の長手方向側面には内側下部に一対のセラミック製静圧パッドを離間して前記長尺状直方体レール側面に対向する位置に設けたキーパーを設け、これらのセラミック製パッドに水を供給する噴出孔を設けた第一スライドウエイである静圧水軸受直動ツールテーブルであり、前記静圧水軸受直動ワークテーブルの第二ガイドウエイは一対のセラミック製長尺状直方体レールの上面高さを同一水平面にしてセラミック製長尺状直方体レールベース上面に平行離間して設け、これらの長尺状直方体レール間に永久磁石または電磁石を前記長尺状直方体レールベース上面に対向して設けた第二ガイドウエイであり、第二スライドウエイはセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベースの底面に二対のセラミック製静圧パッドを平行離間して前記長尺状直方体レール上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイルをその底面が前記永久磁石または電磁石の上面に平行となるよう設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベースの一方の長手方向側面には内側下部に一対のセラミック製静圧パッドを離間して前記長尺状直方体レール側面に対向する位置に設けたキーパーを設け、これらのセラミック製パッドに水を供給する噴出孔を設けた第二スライドウエイである静圧水軸受直動ワークテーブル、であることを特徴とする、請求項１に記載の平面研削装置。
【請求項３】
砥石軸頭が、先端に平面研削砥石を軸承する砥石軸の両側端近傍で静圧水軸受により水平方向に支持され、この静圧水軸受内側部主軸に設けた複合アクチュエータにより主軸が回転および直動可能であり、前記複合アクチュエータは、円筒形電機子と、この円筒形電機子の内部に回転自在に設けられた中空の円筒形回転界磁部とからなる回転モータと、前記円筒形回転界磁部の内周に固定されたリニアモータ電機子と、このリニアモータ電機子の内部に直動自在に設けられた円筒形リニアモータ界磁部とからなるリニアモータとにより構成され、前記円筒形リニアモータ界磁部の内部に、前記リニアモータ電機子と一体に回転するとともに前記リニアモータ電機子の軸心方向に摺動自在に砥石軸を設けたものであり、前記回転モータの前記円筒形回転界磁部の反負荷端に回転モータ制御用検出器を設け、前記砥石軸の反負荷端に前記砥石軸の長手方向に沿って等ピッチで同砥石軸のストローク以上の長さに配置固定した複数の異方性磁石と、前記磁石から生じる磁界を検出する９０°位相に配置した磁気センサとにより構成したリニアモータ制御用検出器を設けたことを特徴とする、請求項１記載の平面研削装置。
【請求項４】
ワーク保持チャックが、内周壁が山型断面の中央部中空のリング状固定子の左側に中央部中空の台形円筒状第一可動子を右側に中央部中空の台形円筒状第二可動子を配置し、これら両可動子間の空間部に円筒状スペーサおよび拘束リングを挟持させ、前記リング状固定子の中央外筒側から内筒側に向けて水供給通路を設け供給された水が第一可動子の台形斜面および第二可動子の台形斜面と固定子の山型斜面間の水流路に供給され、この水流路を経由して来た水が前記リング状固定子の内筒中央部側から外筒側に向けて設けられたドレン抜き流路を経てリング状固定子より外側へ排出される構造の静圧水軸受を設け、前記第一可動子、拘束リングおよび第二可動子の内筒面で形成された中央空間部に主軸を設け、この主軸の先端にワーク保持チャックテーブルを軸承させた構造を採ることを特徴とする請求項１に記載の平面研削装置。
【請求項５】
砥石軸を静圧水軸受で回転可能に支持し、直動／回転複合アクチュエータで前記砥石軸を直動および回転可能とする砥石軸頭。
【請求項１】
機械フレーム、前記機械フレーム上に設けたベースと、このベース上に設けられた第一セラミック製ガイドウエイ上を第一セラミック製スライドウエイがリニアモータ駆動により左右方向に直動する静圧水軸受直動ツールテーブル、前記静圧水軸受直動ツールテーブル上に設けた砥石台に、静圧水軸受で支持され複合アクチュエータにより回転および直動される砥石軸に平面研削砥石を回転自在に軸承させた砥石軸頭、前記機械フレーム上に設けたベースと、このベース上に前記第一セラミック製ガイドウエイに対してＬ字形状に設けられた第二セラミック製ガイドウエイ上を第二セラミック製スライドウエイがリニアモータ駆動により前後方向に直動する静圧水軸受直動ワークテーブル、および、前記静圧水軸受直動ワークテーブル上に設けたワーク主軸台に、静圧水軸受で水平方向に支持されアクチュエータにより回転駆動される主軸先端にワーク保持チャックテーブルを軸承させたワーク保持チャック、を備える平面研削装置。
【請求項２】
静圧水軸受直動ツールテーブルの第一ガイドウエイが、一対のセラミック製長尺状直方体レールの上面高さを同一水平面にしてセラミック製長尺状直方体レールベース上面に平行離間して設け、これらの長尺状直方体レール間に永久磁石または電磁石を前記長尺状直方体レールベース上面に対向して設けたガイドウエイであり、第一スライドウエイはセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベースの底面に二対のセラミック製静圧パッドを平行離間して前記長尺状直方体レール上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイルをその底面が前記永久磁石または電磁石の上面に平行となるよう設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベースの一方の長手方向側面には内側下部に一対のセラミック製静圧パッドを離間して前記長尺状直方体レール側面に対向する位置に設けたキーパーを設け、これらのセラミック製パッドに水を供給する噴出孔を設けた第一スライドウエイである静圧水軸受直動ツールテーブルであり、前記静圧水軸受直動ワークテーブルの第二ガイドウエイは一対のセラミック製長尺状直方体レールの上面高さを同一水平面にしてセラミック製長尺状直方体レールベース上面に平行離間して設け、これらの長尺状直方体レール間に永久磁石または電磁石を前記長尺状直方体レールベース上面に対向して設けた第二ガイドウエイであり、第二スライドウエイはセラミック製ハニカム構造の長尺状直方体キャリッジベースの底面に二対のセラミック製静圧パッドを平行離間して前記長尺状直方体レール上方に位置するよう設けるとともに、その底面中央位置であって前記二対のセラミック製静圧パッド間にモーターコイルをその底面が前記永久磁石または電磁石の上面に平行となるよう設けるとともに、その長尺状直方体キャリッジベースの一方の長手方向側面には内側下部に一対のセラミック製静圧パッドを離間して前記長尺状直方体レール側面に対向する位置に設けたキーパーを設け、これらのセラミック製パッドに水を供給する噴出孔を設けた第二スライドウエイである静圧水軸受直動ワークテーブル、であることを特徴とする、請求項１に記載の平面研削装置。
【請求項３】
砥石軸頭が、先端に平面研削砥石を軸承する砥石軸の両側端近傍で静圧水軸受により水平方向に支持され、この静圧水軸受内側部主軸に設けた複合アクチュエータにより主軸が回転および直動可能であり、前記複合アクチュエータは、円筒形電機子と、この円筒形電機子の内部に回転自在に設けられた中空の円筒形回転界磁部とからなる回転モータと、前記円筒形回転界磁部の内周に固定されたリニアモータ電機子と、このリニアモータ電機子の内部に直動自在に設けられた円筒形リニアモータ界磁部とからなるリニアモータとにより構成され、前記円筒形リニアモータ界磁部の内部に、前記リニアモータ電機子と一体に回転するとともに前記リニアモータ電機子の軸心方向に摺動自在に砥石軸を設けたものであり、前記回転モータの前記円筒形回転界磁部の反負荷端に回転モータ制御用検出器を設け、前記砥石軸の反負荷端に前記砥石軸の長手方向に沿って等ピッチで同砥石軸のストローク以上の長さに配置固定した複数の異方性磁石と、前記磁石から生じる磁界を検出する９０°位相に配置した磁気センサとにより構成したリニアモータ制御用検出器を設けたことを特徴とする、請求項１記載の平面研削装置。
【請求項４】
ワーク保持チャックが、内周壁が山型断面の中央部中空のリング状固定子の左側に中央部中空の台形円筒状第一可動子を右側に中央部中空の台形円筒状第二可動子を配置し、これら両可動子間の空間部に円筒状スペーサおよび拘束リングを挟持させ、前記リング状固定子の中央外筒側から内筒側に向けて水供給通路を設け供給された水が第一可動子の台形斜面および第二可動子の台形斜面と固定子の山型斜面間の水流路に供給され、この水流路を経由して来た水が前記リング状固定子の内筒中央部側から外筒側に向けて設けられたドレン抜き流路を経てリング状固定子より外側へ排出される構造の静圧水軸受を設け、前記第一可動子、拘束リングおよび第二可動子の内筒面で形成された中央空間部に主軸を設け、この主軸の先端にワーク保持チャックテーブルを軸承させた構造を採ることを特徴とする請求項１に記載の平面研削装置。
【請求項５】
砥石軸を静圧水軸受で回転可能に支持し、直動／回転複合アクチュエータで前記砥石軸を直動および回転可能とする砥石軸頭。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１４９４３４（Ｐ２００８−１４９４３４Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４２１２６（Ｐ２００６−３４２１２６）
【出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（３９１０１１１０２）株式会社岡本工作機械製作所 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（３９１０１１１０２）株式会社岡本工作機械製作所 (161)
【Ｆターム（参考）】
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