JP2007260869A - ラップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被研摩面の仕上げ精度をより一層向上させる。
【解決手段】 複数のワーク２をワークホルダ１０で保持し、ワーク２をラップ盤１に対して摺動させて研摩する。ワークホルダ１０に保持された各ワーク２上に個別にウェイト１３を配置して所定のラッピング圧を被研摩面２ａに付与すると共に、各ウェイト１３とワーク２との間に調心部材１１を配置し、ウェイト１３とワーク２の芯合わせを行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークにラップ加工を行うラップ装置に関する。

従来のラップ装置では、ラップ定盤を主軸を中心として回転させると共に、ホルダに保持された多数のワークを一枚のウェイトで押圧することにより、被研摩面をラップ定盤に所定のラッピング圧で押し付けるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３０１６５号公報

しかしながら、従来のように共通のウェイトで各ワークにラッピング圧を付与する構造では、各ワークにウェイトからの荷重が均等に作用せず、各ワークの仕上げ精度にばらつきを生じるおそれがある。また、各ウェイトとワークとの接触面の精度等によっては、個々のワークに作用する荷重が偏心荷重となり、これにより被研摩面が偏って研摩されるおそれもある。

特にワークが動圧軸受装置に使用される部品で、かつ被研摩面が軸受面を構成する場合、この問題はより一層深刻なものとなる。この種の軸受面は、微小な軸受隙間に面するものであり、被研摩面には数μｍ程度の平面度が求められる。このように動圧軸受装置の軸受面では、極めて高い仕上げ精度が必要とされるため、従来装置で軸受面をラップ加工すると、軸受性能に大きなバラツキを生じるおそれがある。

本発明は、かかる実情に鑑み、被研摩面の仕上げ精度をより一層向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、複数のワークをワークホルダで保持し、ワークをラップ盤に対して摺動させて研摩するラップ装置において、ワークホルダに保持された各ワーク上に個別にウェイトを配置し、各ウェイトとワークとの間に調心部材を配置することにした。

このように本発明では、ホルダに保持された各ワーク上に個別にウェイトを配置しているので、個々のワークには規定の荷重が均一に負荷される。従って、各ワーク間での被研摩面の仕上げ精度のばらつきを抑えることができる。さらに各ウェイトとワークとの間に調心部材を配置しているので、ウェイトとワークの間で芯合わせを行うことができる。従って、ワークに作用する偏荷重を防止でき、被研摩面を均一に研摩することが可能となる。

かかる調心機能は、調心部材と、ワークおよびウェイトの少なくとも何れか一方との間にテーパ状面を介在させることによって得ることができる。

このように本発明では、各ワークの被研摩面が精度よくラッピング可能となるので、被研摩面が動圧軸受装置の軸受面である場合にも、当該軸受面を精度よく仕上げることができ、軸受性能の向上を図ることができる。

このように本発明によれば、各ワークの被研摩面の仕上げ精度のばらつき、さらには被研摩面の偏研摩を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基いて説明する。

図１は、本発明を実施するための形態の一例であって、ラップ装置の平面図である。このラップ装置は、軸心Ｏ１を中心として回転駆動されるラップ盤１と、多数のワーク２を保持ながら、ラップ盤１上で軸心Ｏ２を中心として自転し、かつ軸心Ｏ１を中心として公転するキャリア３とで構成される。図１では、ラップ盤上に３つのキャリア３を設置した場合を例示しているが、キャリア３の数は任意である。

本実施形態では、キャリア３の自転・公転運動は、キャリア３の外周面にギヤ（１０ｂ：図２参照）を設け、これを、静止フレーム５の内周面に形成した外歯車（図示せず）、および軸心Ｏ１上に配置した太陽歯車（図示せず）に噛み合わせた、いわゆる遊星歯車機構を介して行われる。この他、図１の左下のキャリア３で例示するように、ラップ盤１上に載置したキャリア３の回転方向先行側の二箇所をフレーム５に固定したローラ６で支持し、この状態でラップ盤１を回転させてもよい。この場合、回転するラップ盤１上での周速差により、ローラ６で支持されたキャリア３は自然に自転運動を行う（公転運動は行わない）。

図２の断面図に示すように、本実施形態のワークは２は、両端を開口した円筒状をなし、その一方の端面が被研摩面２ａとなっている。各キャリア３は、ワーク２を保持するワークホルダ１０と、調心部材１１を保持する調心部材ホルダ１２と、ウェイト１３を保持するウェイトホルダ１４とを積層して構成される。ワークホルダ１０、調心部材ホルダ１２、およびウェイトホルダ１４には、それぞれ円周方向に等配した複数箇所（例えば１２箇所）にそれぞれ収容孔１０ａ、１２ａ、１４ａが形成される。

ワークホルダ１０の収容孔１０ａには、ワーク２が被研摩面２ａを下にして上下移動可能となる程度の嵌め合いで収容される。ワークホルダ１０の外周面には、上記フレーム５の外歯車と噛み合うギヤ１０ｂが形成されており、キャリア３は、このギヤ１０ｂに伝達された駆動力で軸心Ｏ２を中心として回転する。調心部材ホルダ１２の収容孔１２ａに調心部材１１が収容され、ウェイトホルダ１４の収容孔１４ａに、ウェイト１３が上下移動可能となる程度の嵌め合いで収容される。

調心部材１１は、図示のように例えば球形に形成される。調心部材１１の収容孔１２ａは、その下側が縮径しており、下端の最小径ｄ１は、調心部材１１の外径寸法Ｄよりも小さい（Ｄ＞ｄ１）。ウェイト収容孔１４ａは均一径であり、その内径寸法ｄ２は調心部材１１の外径寸法Ｄよりも小さい（Ｄ＞ｄ２）。以上の寸法関係から、調心部材１１の収容孔１２ａに調心部材１１を収容した状態で、調心部材ホルダ１２とウェイトホルダ１４とを固定し、アセンブリとすると、調心部材１１は、調心部材１１の収容孔１２、さらにはウェイト１３の収容孔１４ａの何れからも抜け落ちることはなく、アセンブリ内に保持される。また、このアセンブリ状態では、収容孔１２ａに収容した調心部材１１は、任意の方向に遊びを持った状態にある。

ウェイト１３は、例えば中実の円筒状に形成され、調心部材１１との接触面がテーパ状の面１３ａ、例えば陥没した円錐面になっている。テーパ状面１３ａは、図示のように軸方向断面の輪郭が直線状であるものの他、曲線状であるものでもよい。テーパ状面１３ａの最大内径寸法ｄ３は調心部材１１の外径寸法Ｄよりも小さい（Ｄ＞ｄ３）。また、ワーク２の内径寸法ｄ４も調心部材１１の外径寸法Ｄよりも小さい（Ｄ＞ｄ４）。

ラップ盤１は、定盤１６と定盤１６の上面を被覆するラップフィルム１７とで構成される。定盤１６の複数箇所には上下方向に多数の吸気孔１８が貫通形成され、各吸気孔１８は定盤１６の下方に形成されたチャンバ１９に連通している。チャンバ１９内のエアを真空ポンプ等で吸気することにより、ラップフィルム１７は定盤１６の上面に吸着される。その一方、吸気を停止し、チャンバ１９内を大気圧に戻すことで、ラップフィルム１７を定盤１６から容易に剥がすことが可能となる。

図３に拡大して示すように、定盤１６の上面には微小な凹凸が形成されている。この際、ラップフィルム１７を吸着すれば、ラップフィルム１７が定盤１６の表面凹凸に倣って吸着されるので、ラップ盤１の表面に凹部１ａと凸部１ｂを形成することができる。この場合、凹部１ａと凸部１ｂのそれぞれに吸気孔１８ａ、１８ｂを開口させるのが望ましいが、少なくとも凸部１ｂに吸気孔１８ａを開口させていれば、ある程度ラップフィルム１７を凹凸に倣わせて、ラップフィルム１７に凹部１ａと凸部１ｂを形成することができる。

凸部１ｂはワーク２の被研摩面２ａを研摩する一方、凹部１ａは研摩屑等の異物をトラップするので、凸部１ｂへの異物の付着によるコンタミの発生や被研摩面の傷付きを防止することができる。凹部１ａは孔状であっても溝状であってもよい。ワークとして、後述のように動圧軸受装置のハウジング（外径寸法１ｍｍ〜１５ｍｍ）を使用する場合、吸着によってできた凹部１ａの幅Ｗがワーク２の外径寸法Ａに比べて小さすぎるとトラップ機能が得られず、大きすぎるとラップ加工中のワーク２の姿勢が不安定化するので、両者の比Ｗ／Ａは、０．０２≦Ｗ／Ａ≦０．１の範囲が望ましい。また、隣接する凹部１ａ間の平均ピッチＰが小さすぎると同様にワークの姿勢が不安定化し、大きすぎると十分なトラップ機能が得られないので、両者の比Ｐ／Ｗは、０．１≦Ｐ／Ｗ≦５の範囲が望ましい。さらに凹部１ａの深さは、これが浅すぎるとトラップ機能が不十分となるので１０μｍ以上にするのが望ましい。

なお、異物のトラップ機能は、予めラップフィルムの表面に凹凸加工を施し、これを平滑な定盤１６上面に貼着することによっても得られるが、この方法では、ラップフィルム１７への凹凸加工が困難であり、その加工コストが高騰するデメリットがある。

上述のように、エア吸引でラップフィルム１７を定盤１６の表面に吸着させる他、ラップフィルム１７を接着剤の介在下で定盤１６の表面に貼着し、かつ定盤１６の表面凹凸に倣うようにラップフィルム１７を強く擦り付けることにより、ラップフィルム１７表面に凹凸を形成することもできる。

以上の構成のラップ装置を用いたラップ加工は以下の手順で行われる。

先ず、定盤１６にラップフィルム１７を吸着し、その状態で、ラップ盤１上にワークホルダ１０を配置する。次にワークホルダ１０の各ワーク収容孔１０ａにワーク２を供給する。さらに、予めアセンブリ化した調心部材ホルダ１２およびウェイトホルダ１４をワークホルダ１０上に載置して、キャリア３を構成する。この際、調心部材ホルダ１２に固定した位置決めピン７をワークホルダ１０の位置決め穴１０ｃに嵌合し、アセンブリとワークホルダ１０の軸方向および円周方向の位置決めを行う。次いで、ウェイトホルダ１４の各収容孔１４ａにウェイト１３を挿入し、ワークホルダ１０の下面よりも下方に突き出たワーク２の被研摩面２ａに所定のラッピング圧を作用させる。この状態でラップ盤１を回転駆動し、遊星歯車機構でキャリア３を自転・公転させることにより、ワーク２の被研摩面２ａをラップフィルム１７上で摺動させて研磨する。なお、ラッピング圧が作用した状態の調心部材１１は、軸方向ではワークホルダ１０、調心部材ホルダ１２、およびウェイトホルダ１４の何れとも非接触となる。

このように本発明では、片面ラップ加工に際し、ワークホルダ１０に保持された各ワーク２上に個別にウェイト１３を載荷しているので、個々のワーク２には規定の荷重が均一に負荷される。従って、各ワーク２間での被研摩面２ａの仕上げ精度のばらつきを抑えることができる。この場合、個々のワーク２に載荷するウェイト１３の重量を調整すれば、ラップ加工前の被研摩面２ａの表面状態に応じて、個々のワーク毎に適切なラッピング圧を付与することができ、ラップ加工後の被研摩面２ａの仕上げ精度をさらに高めることができる。例えばラップ加工前に各ワーク２の被研摩面の表面精度、例えば表面粗さをそれぞれ測定し、この表面精度に見合った重量のウェイト１３を選択使用するようなフィードバック制御を行うことで、被研摩面２ａの仕上げ精度をより一層高めることができる。

また、上記ラップ装置では、各ウェイト１３とワーク２との間に調心部材１１を配置しており、この調心部材１１をウェイト１３のテーパ状面１３ａに接触させているので、ウェイト１３と調心部材１１との間で調心が行われる。また、調心部材１１は、ワーク２の内周面に部分球面が嵌合して環状に線接触しているため、調心部材１１とワーク２との間での芯ずれを回避することができる。以上から、ウェイト１３とワーク２の間で芯合わせを行うことができ、これにより、ワーク２に作用する偏荷重を防止して、被研摩面２ａを均一に研摩することが可能となる。調心部材１１とウェイト１３との間のみならず、調心部材１１とワーク２との間に同様のテーパ状面を介在させて調心を行ってもよく、これによりウェイト１３とワーク２との間の芯合わせをより精度よく行うことが可能となる。

以上に述べたラップ加工は、例えば動圧軸受装置の軸受部品に設けられる面であって、軸受隙間に対向する面（軸受面）の研摩に適用することができる。

図４は、この種の動圧軸受装置の断面図で、特にＨＤＤ用のスピンドルモータに適合する動圧軸受装置の断面図である。この動圧軸受装置では、ディスクハブ２１の回転が、二つのラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２と二つのスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２とで支持される。

ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２は、ディスクハブ２１に一体形成した軸部２１ａの外周面、もしくはこれに対向する軸受スリーブ２２の内周面の何れか一方に、ヘリングボーン動圧溝等の動圧発生部を形成し、この動圧発生部とこれに対向する面との間の軸受隙間（ラジアル軸受隙間）で潤滑油の動圧作用を発生させて軸部２１ａの回転をラジアル方向で支持するものである。本実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２は、軸方向に離隔した２箇所に設けられている。

スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２も同様に、スラスト軸受隙間で潤滑油の動圧作用を発生させ、これにより軸部２１ａの回転を両スラスト方向で支持するものである。一方のスラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間は、内周に軸受スリーブ２２を固定したハウジング２０の上端面と、これに対向するディスクハブ２１の下端面２１ｂとの間に形成され、これらの面のうち何れか一方の面にヘリングボーン動圧溝等の動圧発生部が形成される。他方のスラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間は、軸部２１ａに固定したフランジ部２３の上端面と、これに対向する軸受スリーブ２２の下端面との間に形成され、これらの面のうち、何れか一方に動圧発生部が形成される。

これらラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間の隙間幅は微小であるので（通常、数μｍ〜数十μｍの幅）、これら軸受隙間に面するラジアル軸受面やスラスト軸受面の平面度も極めて高精度のものが要求される。従って、これら軸受面（動圧発生部を形成しているか否かは問わない）を上記ラップ装置を用いて研摩することにより、高い軸受性能を得ることが可能となる。例えば図２に示すラップ装置におけるワーク２として、軟質金属等の金属材料を鍛造したハウジング２０を使用し、このハウジング２０の上側端面に形成したスラスト軸受面を被研摩面２ａとすることができる。

なお、図４中の符号Ｓは潤滑油の漏れを防止するためのシール空間であり、符号２４はハウジング２０の下側開口部を封孔する蓋部材である。軸受形式によっては、この蓋部材２４に軸受面を形成する場合もあり、この場合、蓋部材２４をワーク２とすることもできる。

図５は、動圧軸受装置の他の構成例を示すものである。この動圧軸受装置は、図４に示す動圧軸受装置とは、スラスト軸受部Ｔ１が一箇所にのみ設けられている点、軸部２６をディスクハブ２１と別材料で形成している点、フランジ部２３および蓋部材２４を省略している点、ハウジング２０が一体に底部２０ａを有する点、ディスクハブ２１の抜け止めとして抜け止め部材２５をディスクハブ２１に固定している点が異なる。

この実施形態についても、有底円筒状のハウジング２０の上側端面２ａを図２に示すラップ装置で研摩することにより、高精度のスラスト軸受面を得ることができる。

なお、以上の説明では、定盤１６にラップフィルム１７を貼着したラップ盤１を例示しているが、ラップ盤１の構造は任意であり、ラップフィルム１７を使用することなく、鋳鉄等からなる定盤１６自体で被研摩面２ａを研摩するようなラップ装置にも本発明を適用することができる。この場合、スラリー状のラップ剤を定盤１６上に供給しながら被研摩面２ａを研摩することもできる。また、ラップ盤１の表面に形成した凹部１ａおよび凸部１ｂは必ずしも必須ではなく、これを省略してラップ盤表面を平滑に形成しても良い。

本発明にかかるラップ装置の平面図である。 ラップ装置のキャリア付近の縦断面図である。 ラップ盤表面の拡大断面図である。 動圧軸受装置の構成例を示す縦断面図である。 動圧軸受装置の他の構成例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ラップ盤
１ａ 凹部
１ｂ 凸部
２ ワーク
３ キャリア
１０ ワークホルダ
１１ 調心部材
１２ 調心部材ホルダ
１３ ウェイト
１３ａ テーパ状面
１４ ウェイトホルダ
１６ 定盤
１７ ラップフィルム
１８ 吸気孔
１９ チャンバ

Claims (3)

1. 複数のワークをワークホルダで保持し、ワークをラップ盤に対して摺動させて研摩するラップ装置において、
   ワークホルダに保持された各ワーク上に個別にウェイトを配置し、各ウェイトとワークとの間に調心部材を配置したことを特徴とするラップ装置。
2. 調心部材と、ワークおよびウェイトの少なくとも何れか一方との間にテーパ状面を介在させた請求項１記載のラップ装置。
3. ワークの被研摩面が、動圧軸受装置の軸受面である請求項１記載のラップ装置。

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