JP2007260870A - ラップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 研摩パッドの脱着を容易に行えるようにする。
【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。定盤１６にラップフィルム１７をエア吸着してラップ盤１を構成し、エアの吸引・停止によりラップフィルムの脱着を行う。
【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押し板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）。ラップ盤としては、定盤の表面に、高分子シートからなる研摩パッドを、両面粘着テープを介して貼着したものが多い（例えば特許文献２）。
特開２００１−３０１６５号公報 特開平１０−６２１１号公報の段落００１８

しかしながら、従来のように研摩パッドを、両面粘着テープを用いて定盤に固定する構造では、例えば劣化した研摩パッドを交換する際に、その脱着に多大な手間を要し、これが加工効率の低下を招く要因となる。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、研摩パッドの脱着を容易に行えるようにす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、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、定盤に研摩パッドをエア吸着してラップ盤を構成した。

このように本発明では、研摩パッドをエア吸着しているので、その脱着はエアの吸引を停止し、さらに再吸引するだけで行える。この作業はバルブを操作するだけで行えるので、従来のように粘着テープを使用する場合に比べ、研摩パッドの脱着作業が極めて容易なものとなる。

本発明装置は、例えば動圧軸受装置の軸受面を被研摩面とする場合に適合するものである。

このように本発明によれば、研摩パッドの脱着が簡単に行える。従って、研摩パッドの交換作業をより一層簡単に行うことができ、これにより加工効率の向上を図ることができる。

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の上面を被覆する研摩パッド１７とで構成される。研摩パッド１７は、例えば砥粒を分散保持した樹脂材料で形成され、全体が可撓性を有するフィルム状に形成される（この研摩パッドを以下では「ラップフィルム」と称する）。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の上面にエア吸着される。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できる。従って、本発明によれば、バルブを操作するだけでラップフィルムの交換を容易に行うことが可能となる。

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をエア吸着すれば、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が開口していれば、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２として、後述のように動圧軸受装置のハウジング２０（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。

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、研摩パッド１７としてフィルム状のものを使用する場合を例示したが、研摩パッドの形態はフィルム状に限らず、シート状や布状のものを使用することもできる。研摩パッドの材質も樹脂材料には限らない。また、研摩パッドに砥粒を含有させず、スラリー状のラップ剤に砥粒を含有させて、このラップ剤を研摩パッド上に逐次供給しながら研摩するようにしてもよい。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。

さらに、キャリア３として、ワーク２とウェイト１３との間に調心部材１１を配置したものを例示しているが、調心部材１１を省略して、各ウェイトを直接ワーク２の上に載置することもできる。また、ウェイトを使用することなく、特許文献１に記載のように、各ワーク上に一枚の押し板を押し当ててラッピング圧を得るようにすることもできる。また、以上の説明では、片面ラップを例示したが、本発明は両面ラップを行うラップ装置にも同様に適用することができる。

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 研摩パッド（ラップフィルム）
１８ 吸気孔
１９ チャンバ

Claims (2)

1. 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、定盤に研摩パッドをエア吸着してラップ盤を構成したことを特徴とするラップ装置。
2. 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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