JP2010012539A - 傾斜角調整装置及びワーク装着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】微少角度の調整を高精度で容易にできると共に、調整後の装置全体の剛性を十分に確保することが可能であり、操作性、精度性及び剛性に優れたものとする。
【解決手段】ワーク装着面を有するワーク装着体と、このワーク装着体を回転自在に支持する回転体とを備え、この回転体はその軸心に対して傾斜する傾斜角調整面を有し、ワーク装着体はワーク装着面の反対側にこのワーク装着面に対して傾斜し且つ回転体の傾斜角調整面に面接触する傾斜角調整面を有し、回転体の軸心上の球面中心廻りに両傾斜角調整面に沿ってワーク装着体と回転体とを回転調整可能に結合する球面結合手段を設け、両傾斜角調整面に沿って球面中心廻りに回転体とワーク装着体とを相対回転させてワーク装着面の傾斜角を調整する。
【選択図】図1

Description

本発明は、傾斜角調整装置及びワーク装着装置に関するものである。
縦型平面研削盤は、回転テーブル上のワーク装着面にワークを装着して、回転テーブルを回転させながら、縦軸心廻りに回転する研削砥石によりワークの上面を平面研削する。このような縦型平面研削盤により水晶ウエーハ、サファイアウエーハ等の結晶材料を平面研削する場合には、その結晶方位に合わせて研削する必要がある。
そこで、研削砥石を支持する砥石軸と平行な縦軸心廻りに回転する回転テーブル上に、上面にワーク装着面を有するワーク装着部を水平軸心廻りに角度調整可能に備えたワーク装着装置を用い、回転テーブルに対するワーク装着部の角度を調整してワーク装着面の傾斜角をワークの結晶方位に合わせ、その状態でワークを回転させながら研削する方法を採っている。
この種のワーク装着装置において、そのワーク装着部の傾斜角を調整する傾斜角調整方式には、従来、シーソー方式、ギヤ駆動方式等が提案されている。
シーソー方式は、研削砥石の砥石面と略平行な研削基準面を有する回転テーブルと、上面にワーク装着面を有するワーク装着部との間の径方向の一端側に枢支部を、他端側に高さ調整ねじ機構を夫々配置し、高さ調整ねじ機構を上下方向に操作してワーク装着部の傾斜角を枢支部の水平軸心廻りに調整するようにしている(特許文献1)。
またギヤ駆動方式は、ワーク装着部を径方向の水平軸により回転テーブル上に回動自在に枢支すると共に、このワーク装着部をウオームギヤ機構を介して水平軸廻りに駆動するサーボモータを回転テーブル上に設け、サーボモータの正逆駆動によりワーク装着部の傾斜角を水平軸廻りに調整するようにしている。
特開平10−15795号公報
従来の調整方式は、シーソー方式、ギヤ駆動方式の何れの場合にも、ワーク装着部を水平軸心廻りに直接揺動又は回動させて傾斜角を調整するため、微少角度の調整が困難である。
またシーソー方式の場合には、枢支部、高さ調整ねじ機構を介して回転テーブル上にワーク装着部を支持するため、ワーク装着装置全体の剛性の確保が困難であり、ワークを高精度に研削できないという問題がある。
ギヤ駆動方式の場合にも、水平軸、ウオームギヤ機構を介してワーク装着部を回転テーブルにより支持する上に、ウオームギヤ機構に一定のバックラッシュがあるため、シーソー方式と同様にワーク装着装置全体の剛性の確保が困難であり、しかも縦軸心廻りに回転する回転テーブル上にウオームギヤ機構、サーボモータがあるため、ワーク装着装置全体が大型化するという欠点もある。
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、微少角度の調整を高精度で容易にできると共に、調整後の装置全体の剛性を十分に確保することが可能であり、操作性、精度及び剛性に優れた傾斜角調整装置及びワーク装着装置を提供することを目的とする。
本発明は、支持体と、該支持体に結合された可動体とを備え、前記可動体の前記支持体と反対側の調整対象部の傾斜角を調整可能にした傾斜角調整装置において、前記支持体は斜めに傾斜する傾斜角調整面を有し、前記可動体は前記支持体の前記傾斜角調整面に面接触する傾斜角調整面と、該傾斜角調整面と平行でない前記調整対象部とを有し、前記傾斜角調整面に沿って前記支持体と前記可動体とを回転調整可能に結合する結合手段を備えたものである。
また別の本発明は、ワーク装着面を有するワーク装着体と、該ワーク装着体を回転自在に支持する回転体とを備え、前記ワーク装着面の傾斜角を調整するようにしたワーク装着装置において、前記回転体はその軸心に対して傾斜する傾斜角調整面を有し、前記ワーク装着体は前記ワーク装着面の反対側に該ワーク装着面に対して傾斜し且つ前記回転体の前記傾斜角調整面に面接触する傾斜角調整面を有し、前記回転体の軸心上の球面中心廻りに前記両傾斜角調整面に沿って前記ワーク装着体と前記回転体とを回転調整可能に結合する球面結合手段を設けたものである。
前記ワーク装着体は前記ワーク装着面と前記傾斜角調整面とを有する回転テーブルであってもよい。前記ワーク装着体は前記ワーク装着面を有する回転テーブルと、該回転テーブルと前記回転体との間に相対回転自在に介在された傾斜角調整体とを備え、前記傾斜角調整体に前記傾斜角調整面を設け、前記傾斜角調整体と前記回転テーブルとの対向側に、面接触する位相角調整面を前記ワーク装着面と略平行に設け、前記傾斜角調整体と前記回転テーブルとの何れか一方に、前記位相角調整面に対して他方側へと略垂直に突出して該他方側を相対回転自在に支持する位相角調整軸を設けてもよい。
前記回転体と前記傾斜角調整面の角度と、前記ワーク装着体の前記ワーク装着面と前記傾斜角調整面とのなす角とが略同一であってもよい。前記ワーク装着体を軸受を介して内周側から回転自在に支持する筒状の固定軸と、前記ワーク装着体の略中心側から前記固定軸内に突出する突出軸とを備え、前記突出軸と前記固定軸との間に前記球面結合手段を備えたものでもよい。
前記球面結合手段は前記固定軸と前記突出軸との間に介在され且つ前記突出軸に対して軸心方向に摺動自在に套嵌された球面座金部と、前記突出軸に套嵌され且つ前記ワーク装着体を前記回転体側へと軸心方向に付勢する付勢手段と、前記球面座金部と前記付勢手段との間に介在されたスラスト軸受とを備えたものでもよい。
前記回転体と前記ワーク装着体との結合を流体圧により解除する解除手段と、前記ワーク装着体に係脱自在に結合して該ワーク装着体の回転を規制する規制手段と、前記回転体を回転駆動する回転駆動手段とを備えたものでもよい。前記回転体と前記傾斜角調整体との結合を流体圧により解除する第1解除手段と、前記傾斜角調整体と前記回転テーブルとの結合を流体圧により解除する第2解除手段と、前記傾斜角調整体に係脱自在に結合して該傾斜角調整体の回転を規制する第1規制手段と、前記回転テーブルに係脱自在に結合して該回転テーブルの回転を規制する第2規制手段と、前記回転体を回転駆動する回転駆動手段とを備えたものでもよい。
前記回転体は前記回転テーブルの前記ワーク装着面に装着されたワークを平面研削する研削砥石の砥石軸と略平行な軸心廻りに回転し、該回転体と前記傾斜角調整体との対向面に形成された前記各傾斜角調整面は前記軸心に対して傾斜し、前記回転テーブルと前記傾斜角調整体との対向面に形成された前記各位相角調整面は前記ワーク装着面と略平行であってもよい。前記回転体上に該回転体を上側から覆う前記ワーク装着体が設けられ、前記軸受の下側で前記回転体と前記固定軸との間を封止する封止体が設けられることもある。
本発明によれば、微少角度の調整を高精度で容易にできると共に、調整後の装置全体の剛性を十分に確保することが可能であり、操作性、精度及び剛性に優れるという利点がある。
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて詳述する。図1〜図11は水晶ウエーハ等の結晶材料を結晶方位修正加工する際に使用する縦型平面研削盤、取り分けその傾斜角調整式のワーク装着装置に適用した本発明の第1の実施例を例示する。
この縦型平面研削盤は、図1〜図3に示すように砥石軸1の下端に装着された研削砥石2と、研削砥石2の下側に配置され且つ研削砥石2の径方向である左右方向に往復移動可能なワーク装着装置3とを備え、ワーク装着装置3のワーク装着面4上に装着されたワーク(結晶材料)Wを、その結晶方位に合わせた傾斜角で研削砥石2により平面研削(インフィード研削)するようになっている。
研削砥石2は下端側に略水平な研削砥石面2aを有し、図外の昇降用駆動手段、回転用駆動手段の駆動により砥石軸1を介してその縦軸心方向に昇降し、また縦軸心廻りに回転するようになっている。ワーク装着装置3はワークWの結晶方位に合わせてワーク装着面4の傾斜角とその傾斜方向の位相角とを調整可能であり、また図外の移動用駆動手段の駆動により研削砥石2の下側の研削位置と研削砥石2の外側のワーク着脱位置との間で往復移動するようになっている。
ワーク装着装置3は、図1〜図3に示すように、研削位置とワーク着脱位置との間で移動可能な可動台5と、可動台5上に砥石軸1と略平行に立設された縦方向の固定軸6と、この固定軸6の外周に縦軸心廻りに回転自在に套嵌された回転体(支持体)7と、この回転体7上に傾斜角調整面8,9を介して相対回転自在に配置された傾斜角調整体10と、この傾斜角調整体10上に位相角調整面11,12を介して相対回転自在に配置された回転テーブル13と、回転体7と傾斜角調整体10、傾斜角調整体10と回転テーブル13を回転体7の軸心上の球面中心38廻りに傾斜角調整面8,9、位相角調整面11,12に沿って夫々回転調整可能に結合する球面結合手段14と、回転体7と傾斜角調整体10との結合を流体圧により解除する傾斜角調整用の第1解除手段15と、傾斜角調整体10と回転テーブル13との結合を流体圧により解除する位相角調整用の第2解除手段16と、回転体7を固定軸6廻りに回転駆動する回転駆動手段17と、回転体7の原点位置を検出する第1検出手段18と、傾斜角調整体10の原点位置を検出する第2検出手段19と、回転テーブル13の原点位置を検出する第3検出手段20と、傾斜角調整体10に係脱自在に係合して傾斜角調整体10の回転を規制する傾斜角調整用の第1規制手段21と、回転テーブル13に係脱自在に係合して回転テーブル13の回転を規制する位相角調整用の第2規制手段22とを備えている。なお、この実施例では、傾斜角調整体10と回転テーブル13とにより、ワーク装着面4を有するワーク装着体(可動体)24が構成されている。
固定軸6は円筒状であって、回転体7内に略同心状に配置され、その下端側のフランジ部23が可動台5上にボルト等により固定されている。この固定軸6の外周には下部側の段部25と上端側の固定ナット26との間に軸受27が套嵌され、この軸受27を介して回転体7が固定軸6により内周側から回転自在に支持されている。なお、軸受27は1個又は複数個、例えば上下方向に2個配置され、アンギュラ玉軸受等が用いられている。
回転体7は環状又は筒状であって、その上面側に傾斜角調整面8が略同心状に設けられ、また下端に軸受押え兼用の環状の封止体29がボルト等により略同心状に固定されている。傾斜角調整面8は図1、図4に示すように固定軸6(即ち回転体7)の軸心Xと略垂直な水平面Hに対して角度α(軸心Xに対しては角度90−α)で斜めに傾斜している。封止体29は固定軸6の外周に周方向に摺動自在に套嵌され、軸受27の下側で回転体7と固定軸6との間を封じている。なお、封止体29は固定軸6の外周に固定して、回転体7の内周に摺動自在に内嵌してもよい。
回転体7はその側方で可動台5上に固定された回転駆動手段17により伝動機構31を介して正逆転可能に駆動される。回転駆動手段17はサーボモータ等の駆動モータ30により構成され、その駆動モータ30は取り付け台32を介して可動台5上に固定されている。伝動機構31は駆動モータ30側の駆動プーリ33と、回転体7の外周に略同心状に固定された従動プーリ34と、これらのプーリ33,34間に巻き掛けられたタイミングベルト等の伝動ベルト35とを含む巻き掛け伝動機構により構成されている。なお、伝動機構31はギヤ伝動機構、その他の巻き掛け伝動機構以外のものを用いてもよい。
傾斜角調整体10は偏平な環状である。この傾斜角調整体10の下面には傾斜角調整面9が略同心状に設けられ、また上面には位相角調整面11と、この位相角調整面11の内周側から上側に突出する筒状の位相角調整軸37とが略同心状に設けられている。傾斜角調整面9は回転体7の傾斜角調整面8上に周方向に摺動自在に面接触している。位相角調整面11は図4に示すようにワーク装着面4と略平行であり、この位相角調整面11(即ちワーク装着面4)と傾斜角調整面9とのなす角は、回転体7の傾斜角調整面8の傾斜角度αと略同一である。位相角調整軸37は図4に示すように位相角調整面11に対して略垂直に回転テーブル13側へと突出している。
なお、傾斜角調整体10の上端は固定軸6の上端よりも若干高い程度であるが、固定軸6の上端と略同程度、又は若干低い程度でもよい。また回転体7の上端内周側には、傾斜角の調整時に傾斜角調整体10が傾斜角調整面8,9に沿って球面結合手段14の球面中心38廻りに回転体7に対して回転運動するため、傾斜角調整体10の内周との間に所定の遊隙をおいて嵌合壁36が設けられている。
各傾斜角調整面8,9の傾斜角と、位相角調整面11と傾斜角調整面9とのなす角は、例えば回転テーブル13上のワーク装着面4の傾斜角θを水平(傾斜角度0度)から最大傾斜角度(例えば傾斜角度0.6度)の範囲で無段階に調整する場合には、その最大傾斜角度の1/2(例えば0.3度)又は最大傾斜角度の1/2以上とすればよい。なお、最大傾斜角度の1/2以上とする場合には、1/2に近い程分解能がよくなる。
回転テーブル13は傾斜角調整体10及びその内周側の固定軸6等を含む内部機構を上側から覆う程度の円板状である。この回転テーブル13の下面には内周孔13aと、この内周孔13aの外側に配置された位相角調整面12と、内周孔13aの内側の中心部に配置された突出軸42とが略同心状に設けられている。
内周孔13aは図4に示すように位相角調整軸37と略平行であり、この内周孔13aに位相角調整軸37が摺動自在に嵌合されている。位相角調整面12は図4に示すようにワーク装着面4と略平行で位相角調整軸37に対して略垂直であり、傾斜角調整体10の位相角調整面11に摺動自在に面接触している。従って、回転テーブル13は位相角調整面12が傾斜角調整体10の位相角調整面11に面接触し、その位相角調整面11,12に沿って位相角調整軸37廻りに相対回転自在である。
突出軸42は図4に示すように位相角調整軸37と略平行であり、回転テーブル13の軸心上で固定軸6内へと軸心方向に沿って下方に突出している。なお、位相角調整軸37は回転テーブル13の下面に、内周孔13aは傾斜角調整体10に夫々設けてもよい。
回転テーブル13上にはワーク装着部39が略同心状に設けられている。ワーク装着部39はその上面に位相角調整面11,12と平行なワーク装着面4を有し、このワーク装着面4にワークWを着脱自在に装着できるようになっている。ワーク装着部39はワーク装着面4上のワークWを吸着する吸着式であって、セラミックス材料等の耐摩耗性を有する多孔質材により構成されると共に、外周の保持環41を介して回転テーブル13上に着脱自在に固定され、図外の真空ポンプ等の負圧源の真空引きによりワークWを吸着するようになっている。
ワーク装着部39はワーク装着面4側に位置決め部40を有し、この位置決め部40にワークWの基準部W1を合わせてワーク装着面4上にワークWを装着するようになっている。ワーク装着面4は傾斜角調整体10の傾斜角調整面9と反対側にある調整対象部を構成するもので、回転体7、傾斜角調整体10の傾斜角調整面8,9に対して平行にはなっていない。なお、ワーク装着面4は少なくとも回転体7の傾斜角調整面8に対して平行でなければよい。またワーク装着部39は加工対象とするワークWに応じて適宜変更可能であり、吸着式以外のものでもよい。
突出軸42は固定軸6の下部側に達する長さを有し、この突出軸42と固定軸6との間に球面結合手段14が設けられ、また球面結合手段14の下側外周に回転継ぎ手43が相対回転自在に套嵌されている。なお、突出軸42は必ずしもワーク装着面4、位相角調整面12に対して垂直である必要はなく、若干傾斜状に設けてもよい。
球面結合手段14は固定軸6と突出軸42との間に介在され且つ突出軸42に摺動自在に套嵌された球面座金部45と、突出軸42に套嵌され且つ回転体7、傾斜角調整体10及び回転テーブル13相互をその傾斜角調整面8,9、位相角調整面11,12の摩擦力により回転不能に結合すべく回転テーブル13を回転体7側へと軸心方向に付勢する付勢手段46と、球面座金部45と付勢手段46との間に介在されたスラスト軸受47とを備えている。
スラスト軸受47は突出軸42を固定軸6に対して回転自在に支持するもので、軌道輪48,49とを上下に備えたスラスト玉軸受等からなり、このスラスト軸受47の上側に球面座金部45が、下側に付勢手段46が夫々配置され、これらが固定軸6の上部内周の段部50と、突出軸42の下部外周に螺合された調整ナット51との間に介在されている。
球面座金部45は固定軸6(即ち回転体7)の軸心と位相角調整軸37(即ち突出軸42)の軸心との交点に球面中心38を有し、傾斜角の調整時に傾斜角調整面8,9に沿って回転体7と傾斜角調整体10とを、位相角の調整時に位相角調整面11,12に沿って回転体7を含む傾斜角調整体10側と回転テーブル13とを夫々球面中心38廻りに相対回転可能に支持すると共に、ワークWの研削時に回転体7に一体的に結合された傾斜角調整体10及び回転テーブル13を固定軸6の軸心廻りに回転可能に支持するようになっている。
球面座金部45はスラスト軸受47の軌道輪48の上面に一体に形成された球面座金52と、球面座金52の上側に配置された球面受け座53とを備え、球面受け座53が固定軸6の内周で段部50により保持されている。なお、スラスト軸受47と球面座金部45は別々に設けてもよい。
付勢手段46は皿バネ46aにより構成され、その付勢力は調整ナット51により調整可能である。なお、付勢手段46は皿バネ46a以外の弾性体、例えばコイルバネ等を用いてもよいし、また空気シリンダ等を用いてもよい。
第1解除手段15はノズル55から傾斜角調整面8,9間に圧縮空気(圧力流体)を噴出して付勢手段46の付勢力に抗して回転体7と傾斜角調整体10との結合を解除するようになっている。またノズル55は回転体7の傾斜角調整面8側に周方向に略等間隔を置いて複数個設けられており、回転体7、封止体29、固定軸6、フランジ部23に跨がって形成された通路56を介して図外の圧縮空気供給源(圧力流体供給源)に接続されている。
第2解除手段16も第1解除手段15と同様にノズル57から位相角調整面11,12間に圧縮空気(圧力流体)を噴出して付勢手段46に抗して傾斜角調整体10と回転テーブル13との結合を解除するようになっている。またノズル57は回転テーブル13の位相角調整面12側に周方向に略等間隔を置いて複数個設けられており、回転テーブル13、突出軸42に形成された通路58、突出軸42の下端部の回転継ぎ手43、及び管路59等を介して図外の圧縮空気供給源(圧力流体供給源)に接続されている。
なお、各ノズル55,57の開口端側には、微少深さを有する四角形又は円形状のポケット55a,57aが形成されており、このポケット55a,57a内にノズル55,57が開口している。このように各ノズル55,57毎にポケット55a,57aを設けることにより負荷容量が大きくなり、圧縮空気を供給する際の空気圧を低くできる。またポケット55a,57aを設ける場合には、その深さをできる限り浅くすることにより微少振動を防止することが可能である。勿論、ポケット55a,57aは省いてもよい。
回転継ぎ手43は突出軸42の外周で周方向に相対摺動自在であり、フランジ部23側から突出する1個又は複数個の廻り止め突起60により廻り止めされている。廻り止め突起60は回転継ぎ手43に対して下側から係合しており、両者は回転体7の回転時及び傾斜角の調整時に回転継ぎ手43が突出軸42に追従できるように弾性材等を介して相対遊動可能になっている。
回転テーブル13、突出軸42にはワーク装着部39の下面側に連通する通路62が形成され、この通路62は突出軸42の下端に相対回転可能に接続された管路63等を介して図外の負圧源に接続されている。なお、管路59,63はフランジ部23の下面等に形成された切り欠き部を経て内周側から外部へと引き出されている。
第1検出手段18、第2検出手段19、第3検出手段20、第1規制手段21、第2規制手段22は、回転体7、傾斜角調整体10、回転テーブル13等の外周側に周方向に所定の間隔を置いて放射状に配置されている。各検出手段18〜20は回転体7、傾斜角調整体10、回転テーブル13の外周に固定された被検出体65〜67と、この被検出体65〜67を検出する検出スイッチ68〜70とを備え、検出スイッチ68〜70は支持部材71〜73を介して可動台5上に取り付けられている。なお、検出スイッチ68〜70は非接触式の近接スイッチ等が用いられているが、接触式でもよい。また駆動モータ30にサーボモータを使用した場合には、その制御装置側に回転体7、傾斜角調整体10、回転テーブル13の座標位置を記憶させることができるため、検出手段18〜20は省略することもできる。
各規制手段21,22は傾斜角調整体10、回転テーブル13の外周に固定された係合部75,76と、この係合部75,76に係脱自在に係合する係合具77,78と、この係合具77,78を係合部75,76に対して係脱方向に出退駆動する係合駆動手段79,80とを備え、係合駆動手段79,80は支持部材81,82を介して可動台5に固定されている。
係合部75,76は径方向の外方に突出し、その先端が球面状に形成されている。係合駆動手段79,80は空気シリンダ等により構成され、そのロッドが支持部材81,82を貫通して径方向に出退自在に設けられている。係合具77,78は係合部75,76に対応して先端側が平面視V字状に形成されており、係合駆動手段79,80のロッドの先端に設けられている。
この縦型平面研削盤により水晶ウエーハ等のワークWの結晶方位修正加工を行う場合には、次のようにする。例えば、ワーク装着装置3の回転体7と傾斜角調整体10との傾斜角調整面8,9の傾斜角度を0.3°とした場合、図5に示すように傾斜角調整体10を傾斜角調整面8,9に沿って回転体7に対して球面中心38廻りに0〜180°の範囲で相対的に回転させて、そのひねり角δを変えることによりワーク装着面4の傾斜角θを0〜0.6°の範囲で任意に調整することができる。
そこで、図6(A)(B)に示すように、例えば結晶方位が基準部W1と直角な方向に対して傾斜角0.5°で傾斜するワークWを対象に、その結晶方位修正加工を行う場合には、ワーク装着面4を傾斜角θ=0.5°に調整する。そして、ワーク装着面4の傾斜角θ=0.5°の傾斜方向を回転テーブル13の原点位置に合わせて位相を調整する。なお、この実施例では、説明の都合上、ワーク装着面4の位置決め部40を回転テーブル13の原点位置に対応させている。
次に図7(A)(B)〜図11(A)(B)を参照しながらその調整方法を説明する。なお、図7(A)〜図11(A)はワーク装着装置3の概略平面図、図7(B)〜図11(B)は図7(A)〜図11(A)のa−a線断面図である。
ワーク装着装置3は、回転体7、傾斜角調整体10、回転テーブル13が共に原点位置にあれば、図7に示すように夫々の軸心が縦方向の同一軸心に一致しており、回転テーブル13上のワーク装着面4は傾斜角0°の水平状態である。このとき回転体7と傾斜角調整体10は傾斜角調整面8,9同士が、傾斜角調整体10と回転テーブル13は位相角調整面11,12同士が夫々面接触して、付勢手段46の皿バネ46aの付勢による摩擦力によって回転しないように結合された状態にある。またワーク装着面4は研削砥石2の研削砥石面2aと平行であり、位置決め部40は回転テーブル13の原点位置に対応している。
ワーク装着面4の傾斜角の調整に際しては、先ず傾斜角調整用の第1解除手段15のノズル55から傾斜角調整面8,9間に圧縮空気を噴出し、その静圧により皿バネ46aに抗して傾斜角調整体10をc矢示方向に浮上させて、図8に示すように回転体7と傾斜角調整体10との結合を解除する。このようにすれば、通常は皿バネ46aの付勢力が突出軸42、回転テーブル13を介して傾斜角調整体10に加わっているにも拘わらず、第1解除手段15により回転体7と傾斜角調整体10との結合を容易に解除することができる。
そして、回転体7と傾斜角調整体10との結合の解除と同時に又はこれに続いて第1規制手段21の係合具77をd矢示方向に前進させて傾斜角調整体10の係合部75に係合し、この傾斜角調整体10の回転を規制する。この場合、係合具77の先端がV字状で、係合部75が球面状であるため、係合駆動手段79により係合具77を傾斜角調整体10側へと前進させて行けば、係合具77を係合部75に容易且つ確実に係合させることができる。
傾斜角調整体10の回転を規制した状態で駆動モータ30により駆動プーリ33、伝動ベルト35、従動プーリ34を介して回転体7をその軸心廻りに駆動し、この回転体7を固定軸6廻りにe矢示方向に傾斜角度分の113°回転させる(図5参照)。すると傾斜角調整体10は第1規制手段21により規制されているため、回転体7と傾斜角調整体10とが傾斜角調整面8,9に沿って球面中心38廻りに相対的に回転し、それに伴って回転テーブル13上のワーク装着面4が傾斜角0°から次第に傾斜して行く。
また回転体7と傾斜角調整体10は傾斜角調整面8,9に沿って相対回転するが、両傾斜角調整面8,9間にはノズル55から噴出された圧縮空気による空気層があり、その空気層を介して傾斜角調整体10が浮いているため、傾斜角調整面8,9を介して傾斜角調整体10を皿バネ46aの付勢力に抗して押し上げながら回転させるにも拘わらず、回転体7を軽く円滑に回転させることができる。
また回転体7の回転に対して傾斜角調整体10が球面中心38廻りに相対回転するときに、傾斜角調整体10の外周部分が上下動するが、係合部75が球面状で、係合具77の先端が平面視V字状であるため、第1規制手段21が傾斜角調整体10の動きに支障を来すようなこともない。
回転体7の回転角(ひねり角δ)は駆動モータ30の回転量をパルス演算することにより求める。そして、回転体7が113°回転すれば、図5に示すように回転テーブル13のワーク装着面4の傾斜角θが0.5°に傾斜することになるので、回転体7の回転を停止させる。
そして、第1解除手段15のノズル55からの圧縮空気の噴出を止めれば、図9に示すように皿バネ46aの付勢力により傾斜角調整体10がf矢示方向に下降して、傾斜角調整面8,9を介して回転体7と傾斜角調整体10とが面接触する。このため傾斜角調整面8,9相互の摩擦力により、回転体7と傾斜角調整体10とを容易に結合することができる。また係合具77を係合部75から離脱させて、第1規制手段21による傾斜角調整体10の規制を解除する。これによってワーク装着面4の傾斜角が0.5°となる。
しかし、この状態では図9に示すようにひねり角δ=113°の傾斜方向64にワーク装着面4の傾斜トップ83と傾斜ボトム84があり、回転テーブル13はひねり角δ=113°の方向に傾斜しているので、次に傾斜角θ=0.5°の傾斜方向64の位相を回転テーブル13の原点位置に合わせる必要がある。
この位相合わせに際しては、先ず第2解除手段16のノズル57から位相角調整面11,12間に静圧の圧縮空気を噴出し、その静圧により皿バネ46aに抗して回転テーブル13を図10に示すようにg矢示方向に浮上させて、傾斜角調整体10と回転テーブル13との結合を解除する。これと同時に又はこれに続いて第2規制手段22の係合具78をh矢示方向に前進させて回転テーブル13の係合部76に係合し、この回転テーブル13の回転を規制する。
この場合にも第2解除手段16が圧縮空気噴出式であるため、傾斜角調整体10と回転テーブル13との結合の解除も容易にでき、また第2規制手段22が球面状の係合部76とV字状の係合具78を備えているため、両者の係合も容易且つ確実である。
その後、駆動モータ30により駆動プーリ33、伝動ベルト35、従動プーリ34を介して回転体7を固定軸6廻りにi矢示方向に逆回転させる。すると傾斜角調整体10が位相角調整面11,12間の圧縮空気の静圧により押圧されて回転体7と結合した状態にあり、また第2規制手段22により回転テーブル13が規制されているため、回転体7と傾斜角調整体10とが球面中心38を通る固定軸6の軸心廻りに一体回転し、その傾斜角調整体10と回転テーブル13とが位相角調整面11,12に沿って位相角調整軸37、突出軸42の軸心廻りに相対的に回転する。そして、傾斜角調整体10の回転に伴って傾斜角調整体10の傾斜ボトム84が原点位置における回転テーブル13上のワーク装着部39の位置決め部40側へと移動する。
この場合にも傾斜角調整体10と回転テーブル13との位相角調整面11,12間には、前述の傾斜角の調整時と同様にノズル57から噴出された圧縮空気の空気層があり、その空気層を介して回転テーブル13が浮いているため、傾斜角調整体10と回転テーブル13とを軽く円滑に回転させることができる。
回転体7、傾斜角調整体10の回転角は駆動モータ30の回転量をパルス演算することにより求める。そして、傾斜角調整体10がi矢示方向に回転してその傾斜方向64がワーク装着部39の位置決め部40側に一致すれば、図11に示すように回転体7を停止させると共に、第2解除手段16のノズル57からの圧縮空気の噴出を止めて、皿バネ46aの付勢力により回転テーブル13をj矢示方向に下降させて傾斜角調整体10と結合し、また第2規制手段22による回転テーブル13の規制を解除する。これによってワーク装着面4の傾斜角θ=0.5°の位相を回転テーブル13の原点位置の方向に合わせることができる。
このようにしてワーク装着面4の傾斜角を調整し、その傾斜方向64の位相を合わせた後、位置決め部40に合わせてワーク装着部39上のワーク装着面4にワークWを供給して、駆動モータ30により回転体7、傾斜角調整体10、回転テーブル13を球面中心38を通る固定軸6の軸心廻りに一体的に回転させながら、研削砥石2によりワークWをインフィード研削する。そして、ワークWの上下両面を研削することにより、ワークWの結晶方位が上下両面に略平行になるように結晶方位修正加工することができる。
また解除手段15,16、規制手段21,22を順次操作し、1個の駆動モータ30で回転体7を駆動することにより、回転体7と傾斜角調整体10、傾斜角調整体10と回転テーブル13とを夫々回転させながら傾斜角及び位相を調整することができるので、ワーク装着面4の傾斜角及び位相の調整時の操作が容易であり、その自動化を容易に促進することが可能である。しかも研削時に回転体7を回転駆動する駆動モータ30をそのまま利用できるため、構造的にも簡単にできる利点がある。
更に傾斜角調整面8,9で互いに面接触する回転体7と傾斜角調整体10との相対回転により傾斜角を調整しており、傾斜角の調整代に対する回転体7と傾斜角調整体10との相対回転角度を大きく取ることが可能であり、このため分解能が著しく向上し微少角度での誤差のない高精度な傾斜角の調整が可能である。
しかも回転体7と傾斜角調整体10は傾斜角調整面8,9で、傾斜角調整体10と回転テーブル13は位相角調整面11,12で夫々面接触しており、回転体7、傾斜角調整体10及び回転テーブル13の相互の結合部分の摩擦力による剛性を高くできるため、高剛性を容易に確保することができる。
また回転体7、傾斜角調整体10、回転テーブル13が外側にあって、その内部に固定軸6、球面結合手段14、軸受27、突出軸42等を収容しているため、耐水性、耐油性にも優れており、研削液、冷却油等を使用する条件下でも十分な耐久性を確保することができる。
回転テーブル13に突出軸42を設け、この突出軸42と固定軸6との間に球面座金部45、付勢手段46、スラスト軸受47を介在して、付勢手段46により突出軸42を介して回転テーブル13を回転体7側に付勢しているので、1個の付勢手段46で回転体7と傾斜角調整体10との結合、傾斜角調整体10と回転テーブル13との結合が可能であり、装置全体の構造を簡素化することができる。
球面結合手段14は球面座金部45と付勢手段46との間にスラスト軸受47を介しているので、付勢手段46の付勢力を十分に確保して回転体7と傾斜角調整体10、傾斜角調整体10と回転テーブル13との相互間の摩擦力を大にしても、傾斜角調整体10の球面中心38廻りの回転を円滑にすることができる。
しかも回転体6と傾斜角調整体10とが球面結合手段14の球面中心38廻りに相対的に回転し、傾斜角調整体10と回転テーブル13とが球面中心38を通る位相角調整軸37、突出軸42の軸心廻りに相対的に回転するため、球面結合手段14の球面中心38を回転体6の軸心上で任意の位置に選択することができ、装置全体の組み立てを考慮して球面結合手段14を設計することが可能である。
ワーク装着部39には多孔質材を使用しており、ワーク装着面4に供給されたワークWを真空引きで吸着して固定するため、ワークWの着脱も容易に行うことができる。
なお、この実施例では、ワーク装着部39の位置決め部40をワーク装着面4の傾斜方向と一致させる場合について説明したが、結晶方位の傾斜方向の位相が基準部W1に対して周方向に異なる場合には、ワーク着脱位置において、ワークWの結晶方位の方向とワーク装着面4の傾斜方向が一致するように位相を調整すればよい。
またワーク装着部39に位置決め部40がなく、ローダによりワークWを常に一定の角度でワーク装着部39に対して供給するような場合には、例えば所定の傾斜角に調整した後、回転体7、傾斜角調整体10と一体に回転テーブル13を回転させて、供給される結晶方位とワーク装着面4の傾斜方向が一致するように停止させておけばよい。
図12は本発明の第2の実施例を例示する。この実施例では、回転体6の上面には傾斜角調整面8があるが、第1の実施例の嵌合壁36に相当する部分が省略されている。傾斜角の調整時には、回転体6と傾斜角調整体10は球面中心38廻りに相対的に回転するため、第1の実施例の嵌合壁36はなくてもよい。付勢手段46はコイルバネ46bでもよい。
図13、図14は本発明の第3の実施例を例示する。この実施例のワーク装着装置3では、傾斜角調整体10を兼用する回転テーブル13によりワーク装着体24が構成され、その回転テーブル13の下面に突出軸42の他に傾斜角調整面9が設けられている。回転テーブル13は傾斜角調整面8に摺動自在に面接触する傾斜角調整面9を有する。なお、第2解除手段16、第2規制手段22、第3検出手段20、及びこれらに付随する構成部分を除き、他の構成は第1の実施例と同じである。
このような構成のワーク装着装置3でも、回転体7と回転テーブル13とを回転角度を調整することにより、ワーク装着面4の傾斜角を任意に調整することができる。但し、この場合には、第1の実施例と異なって回転テーブル13による位相角の調整はできない。従って、位相角の調整を必要とするときは傾斜角の調整後に回転体7と回転テーブル13とを一体に回転させて、供給されるワークWの結晶方位とワーク装着面4の傾斜方向とが一致するように停止させておけばよい。
図15は本発明の第4の実施例を、図16は本発明の第5の実施例を夫々例示する。第1の実施例では、傾斜角調整体10の中心線に対して傾斜角調整面9が傾斜する場合を例示し、第3の実施例では回転テーブル13の軸心Zに対して傾斜角調整面9が傾斜する場合を例示している。しかし、図15では傾斜角調整体10の傾斜角調整面9は、その中心線Yに対して略垂直であり、図16では回転テーブル13の傾斜角調整面9は、その中心線Zに対して略垂直である。
このように傾斜角調整面9はワーク装着面4と平行でなく、ワーク装着面4に対して斜めに傾斜しておればよい。また位相角調整面11,12はワーク装着面4と略平行であればよく、傾斜角調整体10、回転テーブル13の中心線Zに対して略垂直である必要はない。
図17、図18は本発明の第6の実施例を例示する。この実施例は傾斜角調整装置付き可搬式の傾斜台座装置85に適用したものである。この傾斜台座装置85は重量物等を1個又は複数個で下側から支持するためのもので、下側に設置部を有する台座(支持体)86と、上面に受け面(調整対象部)87を有し且つ台座86上に配置された受け台(可動体)88と、台座86と受け台88との間に回転可能に介在された傾斜角調整体10とを備え、これらの台座86、受け台88及び傾斜角調整体10が球面結合手段14の球面中心38廻りに相互に回転調整可能に結合されている。
台座86は筒状で下部に接地部89を有し、必要箇所に適宜据え付けられるようになっている。また台座86は上面に斜めに傾斜する傾斜角調整面8を有する。傾斜角調整体10は下面に傾斜角調整面8に面接触する傾斜角調整面9を有し、上面に位相角調整面11とこの位相角調整面11に対して略垂直な位相角調整軸37とを有する。受け台88の下面には、上面の受け面87と略平行で且つ傾斜角調整体10の位相角調整面11に面接触する位相角調整面12と、位相角調整軸37が嵌合する内周孔88aと、位相角調整面12に対して略垂直に突出する突出軸42とを略同心状に備えている。
球面結合手段14は台座86の内周側上端部の段部50と突出軸42の下端部の調整ナット51との間に介在され、図1と同様に球面座金部45と付勢手段46とスラスト軸受47とを備えている。付勢手段46は皿バネ46a等を有し、手動操作又は簡単な工具での操作により、台座86、傾斜角調整体10及び受け台88をその摩擦力に抗して相対的に回転操作できる程度の付勢力に設定されている。
台座86と傾斜角調整体10との外周には、その一方に周方向に傾斜角を示す角度目盛90が、他方に角度指示部91が夫々付されている。角度目盛90は受け面87の水平状態から最大傾斜角度まで略180°の範囲、又は必要調整範囲に設けられている。例えば、角度指示部91を角度目盛90の「0」に合わせたときに受け面87が水平になり、角度目盛90の「θ」に合わせたときに受け面87が傾斜角θになるようにすればよい。
この傾斜台座装置85を使用すれば、重量物その他の物を下側から支持する際に、台座86に対して傾斜角調整体10を傾斜角調整面8,9に沿って球面中心38廻りに回転させて、角度指示部91を角度目盛90の所定の角度に合わすことにより、受け面87の傾斜角を最大調整範囲内で任意に調整することができる。
従って、重量物等を支持する部位に合わせて受け面87側の傾斜角を調整する必要がある場合に便利である。また傾斜方向の位相角を調整する必要がある場合には、傾斜角調整体10を固定して受け台88を球面中心38廻りに回転させて、受け台88の傾斜方向の位相を調整すればよい。
以上、本発明の各実施例について詳述したが、この実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、回転体7はその内周側から軸受27を介して固定軸6により支持されているが、固定軸6により回転体7を外周側から支持することも可能である。また回転体7は回転軸の先端に設け、この回転軸を軸受箱等により支持してもよい。
第1の実施例では回転テーブル13に突出軸42を設け、この突出軸42と固定軸6との間に球面座金部45、付勢手段46、スラスト軸受47を含む球面結合手段14を設けているが、突出軸42を傾斜角調整体10の下側に設け、傾斜角調整体10と回転テーブル13との間に、回転テーブル13を傾斜角調整体10側に付勢する付勢手段46とスラスト軸受47とを別に設けてもよい。つまり回転テーブル13と傾斜角調整体10は球面中心38廻りに回転させる必要はないので、傾斜角調整体10を回転体7側に付勢する付勢手段と、回転テーブル13とを傾斜角調整体10側に付勢する付勢手段は別々に設けることも可能である。
また球面結合手段14を採用することにより全体の構造を簡素化できるが、回転体7と傾斜角調整体10とを第1の結合手段により、傾斜角調整体10と回転テーブル13とを第2の結合手段により夫々解除可能に結合してもよい。従って、結合手段には球面結合手段14以外のものを採用することも可能である。
第1〜5の実施例では、縦型平面研削盤用のワーク装着装置3を例示しているが、このワーク装着装置3は回転体7、回転テーブル13等を横軸廻りに回転自在に配置することにより横型平面研削盤用としても利用可能である。またワークWを回転体7の軸心廻りに回転させながら機械加工を行う機械加工装置にも適用可能である。従って、ワーク装着装置3は平面研削盤用に限定されるものではない。
ワーク装着部39は、ワークWが被吸着面を有するものであれば吸着式が便利であるが、被吸着面のないワークWを対象とする場合には吸着式以外のものを用いてもよい。従って、ワーク装着部39は対象とするワークWに応じて適宜変更すればよい。
ワーク装着面4、受け面87等の調整対象部を回転体7の軸心に対して略垂直な状態と最大角度傾斜した状態との間で調整対象部の傾斜角を調整する場合には、調整対象部と傾斜角調整面9とのなす角は、回転体7の傾斜角調整面8の角度と略同一にする必要がある。しかし、最小傾斜角度と最大傾斜角度との間で調整対象部の傾斜角を調整する場合には、その調整対象部と傾斜角調整面9とのなす角は回転体7の傾斜角調整面8の角度と略同一にする必要はない。
各解除手段15,16は、上下の傾斜角調整面8,9間、位相角調整面11,12間に圧縮空気を噴出して結合を解除するようにすれば、構造的にも非常に簡単であり、またその後の回転体7と傾斜角調整体10、傾斜角調整体10と回転テーブル13との相対回転も円滑にできる利点があるが、互いの相対回動を許容するものであれば、その他の機械的支持を利用して解除するようにしてもよい。
相対向する傾斜角調整面8,9、位相角調整面11,12の両方又は一方に周溝を形成し、ノズル55,57から圧力流体をその周溝に噴出するようにしてもよい。またノズル55,57から噴出する圧力流体は圧縮空気が一般的であるが、他のガス類を利用してもよいし、オイルその他の液体を利用してもよい。
各規制手段21,22は傾斜角調整体10、回転テーブル13に係脱自在に結合してその回転を規制するものであればよく、例えば係合具が下側から上下方向に係脱するように配置してもよい。
また実施例では、傾斜角調整装置としてワーク装着装置3、傾斜台座装置85を例示し、その支持体として回転体7、台座86を、可動体として回転テーブル13、受け台88を、調整対象部としてワーク装着面4、受け面87を夫々示しているが、ワーク装着装置3、傾斜台座装置85に限定されるものではなく、これら以外の各種の機械装置類にも広く適用可能である。
なお、略水平は水平を、略垂直は垂直を、略平行は平行を、略同心は同心、略同一は同一を夫々含む意である。
本発明の第1の実施例を示す縦型平面研削盤のワーク装着装置の正面断面図である。 同ワーク装着装置の側面断面図である。 同ワーク装着装置の平面図である。 同ワーク装着装置の概略分解図である。 同ひねり角と傾斜角との関係を示す図である。 (A)は同ワークの平面図、(B)はその正面図である。 同調整時の動作説明図であり、(A)は概略平面図、(B)はそのa−a線断面図である。 同調整時の動作説明図であり、(A)は概略平面図、(B)はそのa−a線断面図である。 同調整時の動作説明図であり、(A)は概略平面図、(B)はそのa−a線断面図である。 同調整時の動作説明図であり、(A)は概略平面図、(B)はそのa−a線断面図である。 同調整時の動作説明図であり、(A)は概略平面図、(B)はそのa−a線断面図である。 本発明の第2の実施例を示すワーク装着装置の側面断面図である。 本発明の第3の実施例を示すワーク装着装置の側面断面図である。 同ワーク装着装置の概略分解図である。 本発明の第4の実施例を示すワーク装着装置の概略正面図である。 本発明の第5の実施例を示すワーク装着装置の概略正面図である。 本発明の第6の実施例を示す傾斜台座装置の正面図である。 同断面図である。
符号の説明
1 砥石軸
2 傾斜砥石
4 ワーク装着面(調整対象部)
3 ワーク装着装置
6 固定軸
7 回転体(支持体)
8,9 傾斜角調整面
10 傾斜角調整体
13 回転テーブル
14 球面結合手段
15 第1解除手段
16 第2解除手段
17 回転駆動手段
21 第1規制手段
22 第2規制手段
24 ワーク装着体(可動体)
29 封止体
37 位相角調整軸
42 突出軸
45 球面座金部
46 付勢手段
47 スラスト軸受

Claims (11)

  1. 支持体と、該支持体に結合された可動体とを備え、前記可動体の前記支持体と反対側の調整対象部の傾斜角を調整可能にした傾斜角調整装置において、前記支持体は斜めに傾斜する傾斜角調整面を有し、前記可動体は前記支持体の前記傾斜角調整面に面接触する傾斜角調整面と、該傾斜角調整面と平行でない前記調整対象部とを有し、前記傾斜角調整面に沿って前記支持体と前記可動体とを回転調整可能に結合する結合手段を備えたことを特徴とする傾斜角調整装置。
  2. ワーク装着面を有するワーク装着体と、該ワーク装着体を回転自在に支持する回転体とを備え、前記ワーク装着面の傾斜角を調整するようにしたワーク装着装置において、前記回転体はその軸心に対して傾斜する傾斜角調整面を有し、前記ワーク装着体は前記ワーク装着面の反対側に該ワーク装着面に対して傾斜し且つ前記回転体の前記傾斜角調整面に面接触する傾斜角調整面を有し、前記回転体の軸心上の球面中心廻りに前記両傾斜角調整面に沿って前記ワーク装着体と前記回転体とを回転調整可能に結合する球面結合手段を設けたことを特徴とするワーク装着装置。
  3. 前記ワーク装着体は前記ワーク装着面と前記傾斜角調整面とを有する回転テーブルであることを特徴とする請求項2に記載のワーク装着装置。
  4. 前記ワーク装着体は前記ワーク装着面を有する回転テーブルと、該回転テーブルと前記回転体との間に相対回転自在に介在された傾斜角調整体とを備え、前記傾斜角調整体に前記傾斜角調整面を設け、前記傾斜角調整体と前記回転テーブルとの対向側に、面接触する位相角調整面を前記ワーク装着面と略平行に設け、前記傾斜角調整体と前記回転テーブルとの何れか一方に、前記位相角調整面に対して他方側へと略垂直に突出して該他方側を相対回転自在に支持する位相角調整軸を設けたことを特徴とする請求項2に記載のワーク装着装置。
  5. 前記回転体と前記傾斜角調整面の角度と、前記ワーク装着体の前記ワーク装着面と前記傾斜角調整面とのなす角とが略同一であることを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載のワーク装着装置。
  6. 前記ワーク装着体を軸受を介して内周側から回転自在に支持する筒状の固定軸と、前記ワーク装着体の略中心側から前記固定軸内に突出する突出軸とを備え、前記突出軸と前記固定軸との間に前記球面結合手段を備えたことを特徴とする請求項2〜5の何れかに記載のワーク装着装置。
  7. 前記球面結合手段は前記固定軸と前記突出軸との間に介在され且つ前記突出軸に対して軸心方向に摺動自在に套嵌された球面座金部と、前記突出軸に套嵌され且つ前記ワーク装着体を前記回転体側へと軸心方向に付勢する付勢手段と、前記球面座金部と前記付勢手段との間に介在されたスラスト軸受とを備えたことを特徴とする請求項6に記載のワーク装着装置。
  8. 前記回転体と前記ワーク装着体との結合を流体圧により解除する解除手段と、前記ワーク装着体に係脱自在に結合して該ワーク装着体の回転を規制する規制手段と、前記回転体を回転駆動する回転駆動手段とを備えたことを特徴とする請求項3に記載のワーク装着装置。
  9. 前記回転体と前記傾斜角調整体との結合を流体圧により解除する第1解除手段と、前記傾斜角調整体と前記回転テーブルとの結合を流体圧により解除する第2解除手段と、前記傾斜角調整体に係脱自在に結合して該傾斜角調整体の回転を規制する第1規制手段と、前記回転テーブルに係脱自在に結合して該回転テーブルの回転を規制する第2規制手段と、前記回転体を回転駆動する回転駆動手段とを備えたことを特徴とする請求項4に記載のワーク装着装置。
  10. 前記回転体は前記回転テーブルの前記ワーク装着面に装着されたワークを平面研削する研削砥石の砥石軸と略平行な軸心廻りに回転し、該回転体と前記傾斜角調整体との対向面に形成された前記各傾斜角調整面は前記軸心に対して傾斜し、前記回転テーブルと前記傾斜角調整体との対向面に形成された前記各位相角調整面は前記ワーク装着面と略平行であることを特徴とする請求項4、9に記載のワーク装着装置。
  11. 前記回転体上に該回転体を上側から覆う前記ワーク装着体が設けられ、前記軸受の下側で前記回転体と前記固定軸との間を封止する封止体が設けられていることを特徴とする請求項6又は7に記載のワーク装着装置。
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