JP2005066773A

JP2005066773A - ラップ加工用キャリアの厚み加工方法

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Publication number: JP2005066773A
Application number: JP2003300731A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Nishida; 憲正西田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: JP4154526B2

Abstract

【課題】薄肉な圧延材料を用いてキャリアラップ加工を行う場合に、圧延しわを発生させずにキャリアを薄肉に仕上げることができるラップ加工用キャリアの厚み加工方法を提供する。
【解決手段】上下の定盤１，２とサンギヤ４とリングギヤ５とを備えたラップ盤を用い、上下の定盤の間に遊星ギヤ形状のキャリア３を配置し、ラップ液を供給しながら、キャリアと噛み合うサンギヤ及びリングギヤの少なくとも一方を回転させて、キャリアと上下の定盤とを摺動させることによりキャリアの厚みを加工する方法であって、キャリア３がほぼ自転しないようにサンギヤ４とリングギヤ５との回転速度を設定し、上下の定盤の一方とキャリア３との相対回転速度を１とした場合に、上下の定盤の他方とキャリア３との相対回転速度を３以上とする。このようにキャリア３を主に片面研磨することで、皺を発生させずに３０μｍ以下の薄さに加工できる。
【選択図】図１

Description

本発明はセラミック板のようなワークをラップ加工する際に使用するラップ加工用キャリアの厚み加工方法に関するものである。

従来、セラミック基板のようなワークを所定厚みに研磨するため、ラップ盤と呼ばれる研磨装置が用いられる。このラップ盤は、上下の定盤の間にキャリアと呼ばれる円盤状の遊星ギヤを配置するとともに、遊星ギヤの保持穴にワークを貫通保持し、遊星ギヤに噛み合うサンギヤまたはリングギヤの少なくとも一方を回転させることにより、遊星ギヤを自転または自転・公転させ、上下の定盤とワークとの摺動によってワークの上下面を同時に研磨するものである。この場合、上下の定盤とワークとの間に研磨材を水またはオイルと混合して液化させたスラリー状砥粒（ラップ液）を供給し、研磨材によってワークから必要量の取り代を取り除き、上下の定盤の持つ平面度をワークに転写している。

近年、発振子やフィルタなどに使用される圧電共振子の高周波化に伴い、所望の共振周波数を得るために、２０〜３０μｍの超薄肉仕上げのラップ加工が求められるようになっている。基板厚みを２０〜３０μｍに仕上げるためには、ラップ加工に使用するキャリアも、仕上げ厚みと同程度の２０〜３０μｍの厚みのものを使用する必要がある。

一般に、φ１００ｍｍ以上の大口径キャリアの場合、キャリア材料となるＳＫ材などの圧延素材の供給厚み限界は４０μｍ程度である。したがって、キャリアのみを事前にラップ加工し、２０〜３０μｍ程度までキャリアの厚みを薄くしておかなければならない。このようなキャリアラップ加工にも、ラップ盤を使用するのが便利である。

従来のラップ盤では、初期厚み４０μｍの圧延材料を用いてキャリアラップ加工を開始すると、キャリアの材質である圧延材の圧延方向に沿って皺状の変形が生じていた。この変形は、キャリアラップ加工を継続しても修正不可能であり、狙いとする厚みまで薄くすることができないという問題があった。このため、２０〜３０μｍの厚みのキャリアを得る場合においても、初期厚みが１００μｍ程度の厚みの材料を用いる必要があり、狙いとする２０〜３０μｍの薄さにキャリアを仕上げるには、莫大な時間を必要としていた。なお、初期厚みが１００μｍ程度の厚みの圧延材料をラップ加工した場合には、皺による変形は発生しない。

特許文献１には、キャリアを、このキャリアの面と平行な面内で自転しない円運動をさせ、保持穴内で上下の定盤の間に保持されたワークを旋回移動させるラップ盤が提案されている。
このラップ盤で使用されるキャリアは、上下の定盤とほぼ同径またはそれ以上の大径な円板であり、大きなワークを加工できる利点がある。しかし、このラップ盤をキャリアラップ加工に利用した場合、キャリアの中心部付近では上下の定盤との間の相対速度差が小さいため、研磨速度が遅い。そのため、キャリアの周辺部に比べて中心部付近の厚みが厚くなり、研磨の偏りが発生するという欠点がある。また、特許文献１に記載のラップ装置は、サンギヤおよびリングギヤを備えていない特殊な構造であるため、コスト上昇となるという欠点がある。
特開２００３−８０４５３号公報

そこで、本発明の目的は、薄肉な圧延材料を用いてキャリアラップ加工を行う場合に、圧延しわを発生させずにキャリアを薄肉に仕上げることができるラップ加工用キャリアの厚み加工方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、上下の定盤とサンギヤとリングギヤとを備えたラップ盤を用い、上下の定盤の間に遊星ギヤ形状のキャリアを配置し、ラップ液を供給しながら、キャリアと噛み合うサンギヤ及びリングギヤの少なくとも一方を回転させて、キャリアと上下の定盤とを摺動させることによりキャリアの厚みを加工する方法であって、上記キャリアがほぼ自転しないように上記サンギヤとリングギヤとの回転速度を設定し、上下の定盤の一方とキャリアとの相対回転速度を１とした場合に、上下の定盤の他方とキャリアとの相対回転速度を３以上とすることを特徴とするラップ加工用キャリアの厚み加工方法を提供する。

本発明では、キャリアをラップ加工するために、キャリアをほぼ自転させないようにし、キャリアの回転速度を小さくしている。そして、上下定盤の一方とキャリアとの相対回転を小さくし、上下定盤の他方とキャリアとの相対回転を大きくしている。つまり、キャリアの片面を主に研磨している。
このようにキャリアを殆ど自転させることなく、かつキャリアの片面研磨を主に実施すれば、キャリアにかかる加工負荷量が小さいため、回転中のキャリアの変形が起こりにくい。その結果、初期厚み４０μｍの圧延材料を用いてキャリアラップ加工を開始しても、圧延しわの発生がなく、目標とする厚みまで薄くすることが可能になった。
キャリアは公転してもよいし、公転しなくてもよい。キャリアを全く自転させずに公転のみを行わせることも可能であるが、これではキャリアに部分的に研磨の偏りが発生するので、例えば複数回転の公転に対して１回転程度の自転を行わせるようにしてもよい。これによりキャリアは均一に研磨される。

本発明では、上下定盤のキャリアに対する回転速度比を少なくとも１：３以上としている。
キャリアの表裏面に対する上下定盤の相対的な回転速度は、例えば上定盤とキャリアとの相対回転速度を１とした時、下定盤とキャリアとの相対回転速度を３以上とすることにより、意図的に上下定盤の回転速度をアンバランスとしている。このようにキャリアの表裏面のラップ量に大きな差を設けることで、キャリアに皺を発生させずに厚み加工できる。

請求項２のように、上下の定盤のキャリアに対する加圧力を、１２０ｇ／ｃｍ² 〜２００ｇ／ｃｍ² とするのがよい。好ましくは、１８０ｇ／ｃｍ² 以上がよい。
キャリアの材質にもよるが、一般のラップ盤における上下定盤の加圧力は５０±１０ｇ／ｃｍ² である。これに対し、上記のように加圧力を３倍程度まで高くし、強い摩擦力でラップ加工することで、硬度の高いキャリア材料であっても、比較的短時間（例えば数分程度）で所望の厚みに加工できる。

請求項３のように、キャリアの直径は１００ｍｍ以上で、修正前の厚みが４０μｍ以上であり、修正後の厚みが３０μｍ以下であるのがよい。
φ１００ｍｍ以上の大口径キャリアの場合、キャリア材料となるＳＫ材などの圧延素材の供給厚み限界が４０μｍ程度であるからである。このような大口径キャリアを３０μｍ以下に加工する場合に、本発明の厚み加工方法が有効である。

本発明によれば、キャリアをラップ加工するために、キャリアをほぼ自転させないようにし、かつ上下定盤の内の一方とキャリアとの相対回転速度を小さくし、他方の定盤とキャリアとの相対回転速度を大きくすることで、キャリアを殆ど自転させることなく、かつキャリアの片面を主に研磨しているため、キャリアにかかる加工負荷量が小さく、回転中のキャリアの変形が起こりにくい。その結果、初期厚み４０μｍ程度の圧延材料を用いてキャリアラップ加工を開始しても、圧延しわの発生がなく、目標とする厚みまで薄くすることが可能になる。
また、初期キャリア厚みを１００μｍとする必要がなく、４０μｍからの開始でよいため、狙いとする厚みに到達する時間を大幅に短縮でき、コスト削減が可能になる。
さらに、既存のラップ盤におけるサンギヤ、リングギヤ、および上下の定盤の回転速度を設定するだけで、キャリアラップ加工を行うことができるので、特殊な加工装置を必要とせず、安価に実施できるという利点がある。

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１，図２は本発明にかかるラップ盤の一例を示す。
このラップ盤は、公知の４ウエイ駆動方式のラップ盤であり、上下の定盤１，２と、その間に回転自在に配置された複数のキャリア３と、定盤１，２の中心部に配置されたサンギヤ４と、定盤１，２の外周部に配置されたリングギヤ５とを備えている。キャリア３はサンギヤ４とリングギヤ５とに噛み合っている。キャリア３は、φ１００ｍｍ以上の外径を有しており、ワークを保持するための複数の保持穴３ａが貫通形成されている。キャリア３は、例えばＳＫ材などの圧延材を後述する方法によって２０μｍ〜３０μｍの厚みにラップ加工したものである。

上定盤１は伝動軸６を介して第１駆動装置７と連結され、サンギヤ４は伝動軸６の外側に挿通された伝動軸８を介して第２駆動装置９と連結されている。下定盤２は伝動軸８の外側に挿通された伝動軸１０を介して第３駆動装置１１と連結され、さらにリングギヤ５は伝動軸１０の外側に挿通された伝動軸１２を介して第２駆動装置９と連結されている。上記のように、第２駆動装置９はサンギヤ４とリングギヤ５を同期駆動するものであり、この例では両ギヤ４，５の回転速度を僅かに異ならせた状態で同一方向に駆動するため、伝動軸８，１２に設けられたギヤ８ａ，１２ａの歯数を少しだけ異ならせてある。そのため、キャリア３は、僅かに自転しながら公転する。キャリア３を僅かに自転させるのは、公転中におけるキャリア３の姿勢を僅かに変化させ、キャリア３の研磨の偏りを解消するためである。

上下の定盤１，２の一方とキャリア３との相対回転速度（回転速度差つまり摺動速度）を１とした場合に、上下の定盤１，２の他方とキャリア３との相対回転速度（回転速度差つまり摺動速度）を３以上としてある。
上定盤１の上方には加圧手段（図示せず）が設けられ、上定盤１を１２０ｇ／ｃｍ² 〜２００ｇ／ｃｍ² 、好ましくは１８０ｇ／ｃｍ² 以上の圧力で加圧している。

図３は、上記構成のラップ盤において、上定盤１、キャリア３および下定盤２のそれぞれの回転速度および回転方向の幾つかの例を示したものである。図３において、矢印は回転方向を示し、数値は相対速度を示す。
（１）は上定盤１が停止しており、キャリア３が左回り方向に相対速度１で回転（公転）し、下定盤３が右回り方向に２以上の相対速度で回転する例である。この場合には上下定盤とキャリアの回転エネルギーを同等とすれば、相対速度の合計が最小の３以上となるので、回転エネルギーが最小となる。
（２）は上定盤１が左回り方向に相対速度２で回転し、キャリア３が同方向に相対速度１で回転（公転）し、下定盤３が右回り方向に２以上の相対速度で回転する例である。
（３）は上定盤１が左回り方向に相対速度２で回転し、キャリア３が同方向に相対速度１で回転（公転）し、さらに下定盤３も左回り方向に４以上の相対速度で回転する例である。
（４）は上定盤１が左回り方向に相対速度１で回転し、キャリア３が同方向に相対速度２で回転（公転）し、さらに下定盤３も同方向に５以上の相対速度で回転する例である。
（５）は上定盤１が右回り方向に相対速度０．５で回転し、キャリア３が左回り方向に相対速度０．５で回転（公転）し、下定盤３が右回り方向に２．５以上の相対速度で回転する例である。
（６）は上定盤が右回り方向に相対速度１で回転し、キャリア３が停止し、さらに下定盤３が左回り方向に３以上の相対速度で回転する例である。
いずれの場合も、上下の定盤１，２の一方とキャリア３との相対回転速度（回転速度差）を１とした場合に、上下の定盤１，２の他方とキャリア３との相対回転速度（回転速度差）を３以上としてある。
なお、図３は上定盤１、キャリア３および下定盤２の回転速度および回転方向のほんの数例を示すに過ぎず、上記以外の例も考えうる。例えば、（４）では下定盤３を左回り方向に回転させたが、右回り方向に１以上の相対速度で回転させてもよい。また、（６）では下定盤３を左回り方向に回転させたが、右回り方向に３以上の相対速度で回転させてもよい。さらに、上定盤と下定盤の動きを逆にしてもよい。

ここで、上記ラップ盤を用いたキャリアラップ加工について説明する。
まず、予め４０μｍ程度の厚みに圧延されたキャリア３を、上下の定盤１，２の間にセットし、サンギヤ４およびリングギヤ５とかみ合わせる。
次に、上下の定盤１，２の間に砥粒が混合されたラップ液を供給し、上定盤１を１８０ｇ／ｃｍ² 以上の圧力で加圧しながら、第１〜第３駆動装置７，９，１１を所定の方向に所定の速度で駆動する。すなわち、上下の定盤１，２の一方とキャリア３との相対回転速度を１とした場合に、上下の定盤１，２の他方とキャリア３との相対回転速度が３以上となるように駆動する。これによって、図２に矢印で示すようにキャリア３は殆ど自転せずに公転し、キャリア３の一面と上下の定盤１，２の一方とは殆ど相対回転せず、キャリア３の他面と上下の定盤１，２の他方とが相対回転し、キャリア３の片面が主に研磨される。
なお、キャリア３の片面について１〜３分の研磨を実施した後、キャリア３の裏返しを行い、狙いとする２０〜３０μｍｍの厚みまで加工を継続する。
上記のような方法でキャリアラップ加工を行うと、従来の加工で発生していたしわ状のキャリア変形がなく、狙いとする２０〜３０μｍｍの薄さまで仕上げることができた。

上記実施例では、サンギヤ４とリングギヤ５とを同一の駆動装置９で駆動する例について説明したが、両ギヤ４，５を別の駆動装置で駆動してもよい。この場合には、両ギヤ４，５の回転速度を自由に設定できる。
また、上記実施例では上定盤１とサンギヤ４とリングギヤ５とがほぼ同一速度で同一方向に回転するため、上定盤１を駆動する駆動装置７を省略し、第２駆動装置９で上定盤１も駆動してもよい。
さらに、回転要素である上定盤１、下定盤２、サンギヤ４およびリングギヤ５のすべてを１台の駆動装置で駆動することも可能である。

本発明にかかるラップ盤の一例の断面図である。図１に示すラップ盤の上定盤を取り外した状態の平面図である。図１における上定盤、キャリアおよび下定盤のそれぞれの回転速度および回転方向の関係を示す図である。

符号の説明

１上定盤
２下定盤
３キャリア
３ａ保持穴
４サンギヤ
５リングギヤ
７第１駆動装置
９第２駆動装置
１１第３駆動装置

Claims

上下の定盤とサンギヤとリングギヤとを備えたラップ盤を用い、上下の定盤の間に遊星ギヤ形状のキャリアを配置し、ラップ液を供給しながら、キャリアと噛み合うサンギヤ及びリングギヤの少なくとも一方を回転させて、キャリアと上下の定盤とを摺動させることによりキャリアの厚みを加工する方法であって、
上記キャリアがほぼ自転しないように上記サンギヤとリングギヤとの回転速度を設定し、
上下の定盤の一方とキャリアとの相対回転速度を１とした場合に、上下の定盤の他方とキャリアとの相対回転速度を３以上とすることを特徴とするラップ加工用キャリアの厚み加工方法。
上下の定盤のキャリアに対する加圧力を、１２０ｇ／ｃｍ² 〜２００ｇ／ｃｍ² としたことを特徴とする請求項１に記載のラップ加工用キャリアの厚み加工方法。
上記キャリアの直径は１００ｍｍ以上で、修正前の厚みが４０μｍ以上であり、修正後の厚みが３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のラップ加工用キャリアの厚み加工方法。