CN102205516A - 圆板状工件的外周加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由硬质脆性材料构成的圆板状工件的外周加工装置，其尽可能地防止在外周角的倒角面与表背面之间的角产生碎屑。且当砂轮磨损时，能通过调整砂轮与圆板状工件之间的相对位置来维持高精度的加工形状。该装置具备对由工件保持器水平地保持的圆板状工件的上表面侧外周角进行倒角的上倒角砂轮和对下表面侧外周角进行倒角的下倒角砂轮。上倒角砂轮和下倒角砂轮是以外周面滑动摩擦工件的上外周角和下外周角的圆板形砂轮，并与工件的上侧外周角的一个部位和下侧外周角的一个部位接触。上倒角砂轮和下倒角砂轮以滑动摩擦方向为从工件的内侧朝外侧的方向的方式被驱动着旋转。上倒角砂轮和下倒角砂轮装配成能够在工件的直径方向独立地调整位置。

Description

圆板状工件的外周加工装置

技术领域

本发明涉及一种作为HDD(硬盘驱动器)的存储介质的基板被广泛使用的、由玻璃、陶瓷等硬质脆性材料构成的圆板(圆板状工件)的外周加工装置。

背景技术

为了实现高存储密度和稳定的高速旋转，对用作HDD的存储介质的盘的基板的、作为信息存储面的表背面要求较高的面精度，并且对该基板的外周部的加工也要求较高的加工精度。以往，通过两次磨削加工(研磨(lapping))和之后的精加工研磨(抛光(polishing))来加工这种基板的表背面，并通过外周磨削和倒角加工来加工这种基板的外周部。其一般的加工顺序为，在进行表背面的一次磨削后，进行外周磨削和倒角，然后进行表背面的二次磨削和精加工研磨。

以往，如图12所示，基板的外周角(表背面与外周面之间的棱线)的倒角加工采用成型砂轮6进行。即，将要加工的圆板状工件(基板)1水平地保持在铅直方向的旋转工件轴11的上端并绕该旋转工件轴11的轴心旋转，并且使装配于与该工件轴11平行的旋转砂轮轴61上的成形砂轮6旋转，通过将工件1的外周部插入于在砂轮的外周所形成的梯形槽65中，从而对工件1的上外周角和下外周角同时进行倒角。在该情况下，砂轮6在工件1的倒角面16处的滑动摩擦方向如图13中的箭头d所示地，为工件1的圆的切线方向。

在硬质脆性板的磨削中，在磨削面与跟该磨削面相邻的面之间的角部分处会产生微少的裂纹、碎片(碎屑(chipping))。在图12所示的现有的倒角加工中，在倒角面16与作为信息存储面的表背面17之间的角(棱线)18部分处有可能产生50微米左右的碎屑。所述碎屑通过使前述的二次磨削加工的磨削量与研磨量相加得到的加工余量达到60微米左右从而被除去。

专利文献1：日本特开2005-271105号公报

为了能够提高盘的生产性并更为廉价地提供盘，期望缩减盘的加工工序。例如，期望在上述的基板加工中是否可以将磨削加工缩减为一道工序。如果能够省略二次磨削加工而在倒角加工之后马上进行研磨精加工的话，能够大幅地缩减基板的加工工序。

此外，现有的倒角加工用的成型砂轮6是将金刚石磨料电沉积于金属基体上而成的砂轮，当砂轮磨损后，需要进行砂轮6自身的更换。并且，砂轮6是成型砂轮，由于砂轮轴61与工件轴11是平行的，因此存在砂轮与工件的接触线长的问题，并且，由于同时加工基板的表背的外周角，因此也存在着加工负荷大的问题。

发明内容

本发明正是为了解决这些问题而作出的，其第一课题在于通过尽可能地防止在倒角面16与作为信息存储面的表背面17之间的角18处产生碎屑，从而能够省略倒角加工后的二次磨削加工。

此外，本发明的课题为得到一种如下这样的圆板状工件的外周加工装置：加工负荷小，且采用将磨料利用结合材料结合而成的砂轮，即使是在砂轮磨损了的时候也无需更换砂轮，能够通过调整砂轮与圆板状工件的相对位置来维持高精度的加工形状。

本申请的发明涉及的圆板状工件的外周加工装置具备：旋转工件轴，该旋转工件轴以轴心处于铅直方向的方式设置；工件保持器12，该工件保持器12设于该工件轴的上端并水平地保持要加工的圆板状工件1；上倒角砂轮3a和用于驱动该上倒角砂轮3a旋转的上砂轮电动机32a，该上倒角砂轮3a对由该工件保持器12保持的工件1的上表面侧的外周角进行倒角；以及下倒角砂轮3b和用于驱动该下倒角砂轮3b旋转的下砂轮电动机32b，该下倒角砂轮3b对该工件1的下表面侧的外周角进行倒角。

上下的倒角砂轮3是用外周滑动摩擦工件1的上外周角和下外周角的圆板形砂轮，所述上下的倒角砂轮3分别与由保持器12保持的工件1的上侧的外周角的一个部位a和下侧的外周角的一个部位b接触。上砂轮3a的旋转中心轴和下砂轮3b的旋转中心轴沿水平方向设置，并且位于由工件保持器12保持的工件1的上方或下方且相对于该工件的外周向外侧偏移。

砂轮电动机32a、32b驱动这些砂轮3a、3b旋转，所述砂轮3a、3b的旋转方向为，使得在砂轮3a、3b与工件1相接触的接触位置a、b，上下砂轮的滑动摩擦方向d，如图3、图4所示那样，都为从工件1的内侧朝向外侧的方向。即，上倒角砂轮3a和下倒角砂轮3b从工件1的内侧向外侧滑动摩擦该工件1的上外周角和下外周角，从而对所述外周角进行倒角加工。

一般的圆板状工件的外周加工装置具备倒角用的砂轮和用于加工工件1外周面的外周砂轮5。该外周砂轮5可以配置于与连结工件1跟倒角砂轮3a、3b接触的接触点a、b的直线正交的、工件1的半径方向的线上，并且使该外周砂轮5的外周面与工件1接触。根据该结构，能够紧凑地构成装置，并且能够以单一的动作同时或者连续地进行外周加工和倒角加工。

在本发明的外周加工装置中，倒角砂轮3沿着从作为信息存储面的表背面17朝向外周面15的方向滑动摩擦工件1的倒角面16，从而同时地对上外周角和下外周角进行倒角。由此，能够抑制在表背面17与位于倒角砂轮3的滑动摩擦方向d的上游侧的倒角面16之间的角18处产生碎屑。通过抑制表背面侧的角18的碎屑，能够省略二次磨削加工，从而能够大幅地缩减工序并大幅地缩短圆板状工件整体的加工时间。

此外，上下的砂轮3分别仅在工件1的外周角的一个部位进行滑动摩擦，且该滑动摩擦方向为倒角面的滑动摩擦长度短的宽度方向，因此作用于工件1和倒角砂轮3的负荷小。进而，当砂轮3磨损时，通过根据其磨损量来调整倒角砂轮3的位置，从而能够维持所要求的加工精度。因此，采用将磨料用结合材料结合而成的一般砂轮就能够进行倒角加工，无需频繁地更换砂轮，因此能够降低加工成本。

附图说明

图1是示出本发明的第一方式中的圆板状工件与砂轮之间的关系的主视图。

图2是示出本发明的第一方式中的圆板状工件与砂轮之间的关系的俯视图。

图3是被倒角加工的盘的外周部的局部剖视图。

图4是上述外周部的局部俯视图。

图5是从前上方观察第一方式的实施例装置的立体图。

图6是图5的装置的主视图。

图7是图5的装置的俯视图。

图8是示出倒角砂轮和外周砂轮之间的、与图2不同的位置关系的图。

图9是示出采用多功能砂轮的三道工序的倒角加工的例子的说明图。

图10是示出本发明的第二方式中的圆板状工件与砂轮之间的关系的俯视图。

图11是示出本发明的第二方式中的圆板状工件与砂轮之间的关系的主视图。

图12是示出现有的倒角加工装置的主要部分的侧视图。

图13是利用现有装置进行倒角加工后的圆板状工件的外周部的局部放大俯视图。

标号说明

1：圆板状工件；3(3a、3b)：圆板状的倒角砂轮；5：外周加工砂轮；12：工件保持器；16：倒角面；17：表背面；18：角；32(32a、32b)：砂轮电动机；a、b：倒角砂轮与工件接触的接触位置；d：倒角砂轮的滑动摩擦方向；R：倒角砂轮的旋转方向。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。图中，符号1是作为加工对象的圆板状工件，符号3(3a、3b)是圆板状的倒角砂轮，符号5是外周砂轮(用于磨削外周面的砂轮)。

工件1受到负压而被吸附并保持在工件保持器12上，该工件保持器12设于铅直方向的工件轴的上端。工件轴被轴支撑于圆筒形的保持器底座10，该保持器底座10用于轴支撑工件轴，这在图中未示出。保持器底座10立起设置于装置的基座20。工件轴为中空轴，并且通过其中空孔向保持器12供给吸附工件用的负压。工件轴由未图示的主轴电动机驱动从而以比较慢的速度(2～200rpm)旋转。工件1在中心具备贯通孔，图示的加工装置具备对该中心孔的周面进行加工的内周砂轮(用于磨削内周面的砂轮)7。保持器12的工件吸附面形成为环形以避免与从上方插入的内周砂轮7相干涉。

为了说明方便，以X、Y、Z直角坐标系对实施例装置的机械的配置和移动方向进行说明。Z方向为工件轴的轴向，即铅直方向。在图1、图2、图10和图11中示出了X、Y、Z方向、以及对被固定于工件保持器12上的工件1进行磨削时的各砂轮3a、3b、5、7与工件1之间的位置关系。

上倒角砂轮3a和下倒角砂轮3b向图1和图11的R方向旋转，该R方向、即砂轮3a、3b的外周从工件的内侧向外侧滑动摩擦工件1的外周角的方向，亦即砂轮3a、3b的外周从工件的表背面17侧朝向外周面15侧滑动摩擦被加工的倒角面16的方向。上倒角砂轮3a配置于这样的位置：在该位置处，上倒角砂轮3a利用其外周的倾斜朝下的部位滑动摩擦工件1的上表面侧的外周角，下倒角砂轮3b配置于这样的位置：在该位置处下倒角砂轮3b利用其外周的倾斜朝上的部位滑动摩擦工件1的下表面侧的外周角。当工件的倒角面16相对于表背面17的角度为45度时，上述的倾斜的角度为45度。

图1～图9所示的第一方式的外周加工装置的上倒角砂轮3a和下倒角砂轮3b在Y方向的直线(Y方向的直径)X₀的两端位置a、b磨削工件1的上侧外周角和下侧外周角，所述Y方向的直线X₀穿过由保持器12保持的工件1的中心。

上砂轮3a的砂轮轴31a和下砂轮3b的砂轮轴31b沿X方向设置，并且位于由工件保持器12保持的工件1的上方和下方且相对于该工件的外周向外侧偏移。通过使轴支撑砂轮轴31a、31b的砂轮座沿Y方向朝向工件中心移动来实施倒角砂轮3a、3b的切深进给，通过使轴支撑砂轮轴31a、31b的砂轮座向与切深方向相反的方向移动从而使倒角砂轮3a、3b的切深进给退回(退避)。

当倒角砂轮3a、3b磨损时砂轮直径减小。由倒角砂轮3a、3b的磨损引起的加工误差能够通过磨损了的砂轮的Y方向移动来修正。当通过倒角砂轮的Y方向移动来修正由该倒角砂轮的磨损引起的加工误差时，倒角面16的角度会产生微小误差。在该误差被容许的情况下，无需设置使倒角砂轮3a、3b沿Z方向移动的机构，而在要严格维持该角度的时候，使倒角砂轮3a、3b独立地沿Y方向及Z方向移动以修正砂轮的磨损。

外周砂轮5和内周砂轮7绕与工件轴平行的轴旋转，砂轮对工件1的切深方向为X方向。外周砂轮5通过向与外周砂轮5的切深方向相反的X方向移动而从工件1退开。内周砂轮7在向与该内周砂轮7的切深方向相反的X方向移动后，沿Z方向向上方移动从而退开。

图5～图7是示出考虑了由砂轮的磨损所引起的加工误差的修正的机械结构的一个例子的图。在机械的基座20的上表面设有由平行的三根轨道构成的X方向引导件41，第一进给座21装配成被该X方向引导件的图中左侧的两根轨道引导而自由地移动和定位。在该第一进给座21的朝向保持器底座10侧的面上设置有Z方向引导件42，沿所述Z方向引导件设置有第二进给座22，并且该第二进给座22沿Z方向自由地移动和定位。

在第二进给座22上设置有从该第二进给座22的上部向保持器底座10侧延伸的臂27，在该臂27的末端装配有用于驱动外周砂轮5的外周砂轮电动机52。外周砂轮电动机52是装入(built-in)式电动机，其转子轴成为砂轮轴，在该砂轮轴的末端固定有外周砂轮5。

在第二进给座22的朝向保持器底座10的面上设置有Y方向引导件43，沿所述Y方向引导件装配有两个第三进给座23a、23b，且这两个第三进给座23a、23b分别单独地沿所述Y方向引导件自由地移动和定位。并且，在各第三进给座23a、23b的朝向保持器底座10侧的面上设置有Z方向第二引导件44a、44b，沿所述Z方向第二引导件以自由地移动和定位的方式装配有砂轮座24a、24b。

在两个砂轮座中的一个砂轮座24a上，以转子轴朝向X方向的方式装配有用于驱动上倒角砂轮3a旋转的上倒角砂轮电动机32a，而在砂轮座中的另一砂轮座24b上以转子轴朝向X方向的方式装配有用于驱动下倒角砂轮3b旋转的下倒角砂轮电动机32b。倒角砂轮电动机32a、32b是转速为5000～15000rpm的装入式电动机，其转子轴成为砂轮轴，并在所述砂轮轴的末端固定有倒角砂轮3a、3b。

在基座20上的X方向引导件41装配有第五进给座25，该第五进给座25被该X方向引导件41的图中右侧的两根轨道引导而自由地移动和定位。在该第五进给座25的朝向保持器底座10侧的面上设置有Z方向第三引导件46，沿该Z方向第三引导件以自由地移动和定位的方式装配有第六进给座26。臂28从第六进给座26的上方向保持器底座10的上方延伸，在该臂的末端以转子轴沿Z方向朝下的方式装配有用于驱动内周砂轮7旋转的内周砂轮电动机72。内周砂轮电动机72是装入式电动机，其转子轴成为内周砂轮轴，在该内周砂轮轴的下端固定有内周砂轮7。

沿着各个引导件的各进给座21～23及砂轮座24的移动定位机构采用的是在精度和可靠性方面优选的如下机构：将各进给座螺合连接于与各个引导件平行地设置的进给丝杠，并利用伺服电动机驱动所述进给丝杠，该伺服电动机的旋转角由控制器进行控制。这种移动定位机构被广泛应用于工作机械等中，这是公知的，因此省略图示和说明。

接下来，对如上所述地构成的机械的动作进行说明。将要加工的工件1从第一进给座21的相反侧沿X方向搬入到工件保持器12上，通过向工件保持器12供给负压而将该工件1吸附保持于工件保持器12上。在搬入和搬出工件时，通过使第六进给座26向上方移动而使内周砂轮7向上方退开，通过使第三进给座23在Y方向上向相互远离的方向移动而使倒角砂轮3a、3b退开，通过使第一进给座21在X方向上向离开保持器基座10的方向移动而使外周砂轮5退开。

工件的磨削加工在使工件轴旋转的同时进行。在工件旋转的状态下，通过第一进给座21的X方向移动，外周砂轮5对工件1的外周面15进行磨削加工。同时，通过第六进给座26的下降和第五进给座25的X方向移动，内周砂轮7的周面对工件1的中心孔的周面进行磨削加工。

通过第一进给座21的X方向移动，倒角砂轮3a、3b移动至与工件的中心对置的位置，通过使第三进给座23a、23b沿Y方向朝向工件中心移动，同时对工件的上外周角和下外周角进行倒角加工。

当倒角砂轮磨损而使得直径减小时，倒角面16的加工精度产生误差。该误差能够通过调整第三进给座23a、23b的进刀量(Y方向的移动量)来修正。如果仅通过调整第三进给座23a、23b的Y方向移动量来进行修正的话，倒角角度还是会产生少许误差的。对该倒角角度的误差也要进行修正时，通过第三进给座23的Y方向移动和砂轮座24的Z方向移动来对加工误差进行修正。由于上下倒角砂轮3a、3b独立地装配于第三进给座23a、23b和砂轮座24a、24b上，因此能够分别独立地修正上下倒角砂轮3a、3b的磨损。

工件的外周面15的磨削和内周面的磨削能够并行地同时进行。当倒角和外周磨削并行地同时进行时，如图2所示，将倒角砂轮3a、3b装配成：在外周砂轮5对工件的外周面15的加工结束时第一进给座21所在的位置处，使得倒角砂轮3a、3b位于在X方向上与工件1的中心相同的位置。而如果在外周磨削结束后进行倒角加工的话，如图8所示，将倒角砂轮3a、3b装配成：在外周砂轮5远离工件1时第一进给座21所在的位置处，使得倒角砂轮3a、3b位于在X方向上与工件1的中心相同的位置。

在后者的情况下，能够使进行倒角加工时的倒角砂轮相对于工件的X方向的位置改变。例如，采用图9所示的多功能砂轮，该多功能砂轮的外周面形成为由圆筒面35及该圆筒面35两侧的圆锥面34、36构成的浅梯形截面，并以圆锥面34作为粗磨砂轮，以圆筒面35作为半精磨砂轮，以圆锥面36作为精磨砂轮，通过第一进给座21的移动和第三进给座23的微少移动，如图9的(a)→(b)→(c)所示地使倒角砂轮3a、3b的圆锥面34、圆筒面35和圆锥面36依次滑动摩擦工件1，这样的话，也能够按照粗磨、半精磨和精磨的工序进行倒角加工。

使加工结束后的工件的工件轴停止旋转并使砂轮3、5、7退开后，解除工件保持器12对工件的吸附保持，并通过未图示的搬送装置将工件沿X方向向第一进给座21的相反侧搬出。

图10和图11是示出本发明的第二方式的图，对与第一方式中说明过的部件相同的部件标以相同符号。倒角砂轮3a、3b与第一方式同样地装配于由砂轮电动机32a、32b驱动着旋转(5000～15000rpm)的砂轮轴31a、31b上，不过砂轮轴31a、31b的配置形态与第一方式不同。

第二方式中的上倒角砂轮3a和下倒角砂轮3b设置成在相对于Y方向的直线X₀偏移相等角度的位置a、b处对工件1的上侧的外周角和下侧的外周角进行磨削，该Y方向的直线X₀是穿过由保持器12保持的工件1的中心O的直线。即，上倒角砂轮3a和下倒角砂轮3b配置成：将接触位置a、b分别与工件的中心O连结起来的线段ao、bo所成的顶角α的二等分线处于Y方向，所述接触位置a、b是所加工的圆板状工件1跟上倒角砂轮3a和下倒角砂轮3b相接触的接触位置。优选顶角α为小角度，然而从砂轮电动机32a、32b以及支撑它们的砂轮座24的加工的方面考虑，将顶角α形成为90度比较方便。

上倒角砂轮3a的砂轮轴31a和下倒角砂轮3b的砂轮轴31b位于由工件保持器12保持的工件1的上方和下方且相对于该工件的外周向外侧偏移，并且沿与线段ao、bo正交的水平方向设置。用于驱动砂轮轴31a、31b旋转的上砂轮电动机32a和下砂轮电动机32b搭载于共用的砂轮座24上。倒角砂轮3a、3b以利用其外周从工件1的内侧向外侧滑动摩擦工件1的上外周角和下外周角的方式被驱动着向图11的箭头R所示的方向进行旋转。

砂轮座24以沿Z方向自由地移动和定位的方式设置在横向进给座29上，该横向进给座29以沿Y方向自由地移动和定位的方式装配于基座20上。通过使横向进给座29沿Y方向朝向工件中心移动，使倒角砂轮3a、3b的外周同时切入工件1的上外周角和下外周角。

由砂轮的磨损引起的加工误差通过调整横向进给座29的Y方向的进给量来进行修正。由上下砂轮的磨损量的差所引起的上侧和下侧的倒角量的误差能够通过砂轮座24的Z方向移动来进行修正。

外周砂轮5隔着工件而配置于与倒角砂轮3相反的一侧。外周砂轮5装配于第二横向进给座30，该第二横向进给座30在基座20上沿Y方向自由地移动和定位，外周砂轮相对于工件1的切深方向为Y方向。通过配置所述倒角砂轮3a、3b和外周砂轮5，能够并行地同时进行工件1的外周面磨削和倒角加工，能够使它们的加工反作用力平衡。

如上述的实施方式所示，利用砂轮从工件内侧向外侧滑动摩擦工件的外周角来进行倒角的话，能够抑制在所加工的倒角面16与工件的作为信息存储面的表背面17之间的角18产生碎屑，并且能够省略以往进行的二次磨削加工，而以一次磨削加工、倒角和外周面加工、精加工研磨(抛光)这三道工序进行工件的磨削和研磨，能够大幅地缩减加工工序。

Claims (6)

1.一种圆板状工件的外周加工装置，其特征在于，

该圆板状工件的外周加工装置具备：

旋转工件轴，该旋转工件轴以轴心处于铅直方向的方式设置；

工件保持器，该工件保持器设于该工件轴的上端并水平地保持作为加工对象的圆板状工件；

圆板状的上倒角砂轮，该上倒角砂轮滑动摩擦以外周伸出的状态被保持于该工件保持器的所述圆板状工件的上表面侧的外周角；

圆板状的下倒角砂轮，该下倒角砂轮滑动摩擦所述圆板状工件的下表面侧的外周角；以及

砂轮电动机，所述砂轮电动机驱动这些砂轮旋转，

所述上倒角砂轮和下倒角砂轮以它们的外周面的一个部位滑动摩擦所述圆板状工件的上表面侧外周角和下表面侧外周角的位置关系，配置于由所述工件保持器保持的圆板状工件的上方和下方，

所述砂轮电动机驱动这些砂轮旋转，所述砂轮的旋转方向为，使得在砂轮与所述圆板状工件相接触的接触位置，上倒角砂轮和下倒角砂轮的滑动摩擦方向都为从该圆板状工件的表面和背面朝向外周面的方向。

2.根据权利要求1所述的圆板状工件的外周加工装置，其中，

所述上倒角砂轮的旋转轴和下倒角砂轮的旋转轴以相互平行且与所述工件轴正交的方式，配置于由所述工件轴所保持的圆板状工件的上方和下方且相对于该圆板状工件的外周靠外侧的位置。

3.根据权利要求2所述的圆板状工件的外周加工装置，其中，

所述上倒角砂轮和下倒角砂轮被装配成在圆板状工件的直径方向独立地自由移动和自由定位。

4.根据权利要求2所述的圆板状工件的外周加工装置，其中，

所述上倒角砂轮和下倒角砂轮被装配成在圆板状工件的直径方向及工件轴的轴线方向独立地自由移动和自由定位。

5.根据权利要求2～4中的任一项所述的圆板状工件的外周加工装置，其中，

该圆板状工件的外周加工装置具备外周加工砂轮，所述外周加工砂轮用于加工被装配于所述工件保持器的圆板状工件的外周面，该外周加工砂轮装配于进给座，该进给座在与上倒角砂轮和下倒角砂轮的旋转轴平行的方向移动和定位，所述上倒角砂轮和下倒角砂轮以在与所述上倒角砂轮和下倒角砂轮的旋转轴正交的水平方向分别自由地移动和定位的方式装配于设置在所述进给座的各砂轮座上，在通过所述进给座向离开所述圆板状工件的方向移动而使外周加工砂轮离开了该圆板状工件时，上倒角砂轮和下倒角砂轮移动到位于圆板状工件的直径两端的位置。

6.根据权利要求1所述的圆板状工件的外周加工装置，其中，

所述上倒角砂轮的旋转轴和下倒角砂轮的旋转轴配置在相对于所述圆板状工件靠外侧的位置，所述上倒角砂轮的旋转轴和下倒角砂轮的旋转轴的位置关系是，保持于工件保持器的圆板状工件跟上倒角砂轮和下倒角砂轮相接触的各接触位置与该工件的中心连结起来的线段所成的顶角为90度以下，所述上倒角砂轮和下倒角砂轮装配成在与所述顶角的二等分线平行的方向以及工件轴的轴线方向一体地自由移动和自由定位。

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