JP2012051098A

JP2012051098A - 円板状ワークの外周加工装置

Info

Publication number: JP2012051098A
Application number: JP2010251145A
Authority: JP
Inventors: Takashi Miyamoto; 高志宮本; Takahiro Ueda; 貴大上田
Original assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-03-15
Also published as: KR20110098628A; TW201134609A; CN102205516A

Abstract

【課題】硬質脆性材料からなる円板状ワークの外周加工装置に関し、外周角の面取面と表裏面との間の角に生ずるチッピングの発生を可及的に防止する。また、砥石が摩耗したときに、砥石と円板状ワークとの相対位置の調整によって高い精度の加工形状を維持できるようにする。
【解決手段】ワークホルダで水平に保持された円板状ワークの上面側の外周角と下面側の外周角を面取する上下の面取砥石を備えている。上下の面取砥石は、外周面でワークの上下の外周角を摺擦する円板形の砥石で、ワークの上側の外周角の一箇所と下側の外周角の一箇所に接触している。上下の面取砥石は、ワークの摺擦方向がワークの内側から外側へと向かう方向に回転駆動される。上下の砥石は、ワークの直径方向に個別に位置調整可能に装着されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）の記録媒体の基板として広く用いられているガラスやセラミックスなどの硬質脆性材料からなる円板（円板状ワーク）の外周加工装置に関するものである。

ＨＤＤの記録媒体として用いるディスクの基板は、高い記録密度と安定した高速回転を実現するために、情報の記録面となる表裏面の高い面精度が要求されると共に、その外周部の加工においても、高い加工精度が要求される。従来、この種の基板の表裏面は、２回の研削加工（ラッピング）とその後の仕上げ研磨（ポリシング）とによって加工されており、外周部は、外周研削と面取加工とによって加工されている。その一般的な加工順序は、表裏面の１次研削を行ったあと、外周研削と面取を行い、そのあと表裏面の２次研削を行って研磨仕上げするというものである。

基板の外周角（表裏面と外周面との間の稜線）の面取加工は、従来、図１２に示すように、総形砥石６を用いて行っている。すなわち、加工しようとする円板状ワーク（基板）１を鉛直方向の回転ワーク軸１１の上端に水平に保持してその軸心回りに回転し、当該ワーク軸１１と平行な回転砥石軸６１に装着した総形砥石６を回転させて、砥石の外周に設けた台形溝６５にワーク１の外周部を挿入することにより、上下の外周角を同時に面取するというものである。この場合のワーク１の面取面１６における砥石６の摺擦方向は、図１３に矢印ｄで示すように、ワーク１の円の接線方向である。

硬質脆性板の研削においては、研削面とこれに隣接する面との角の部分に微少な割れや欠け（チッピング）が発生する。図１２に示した従来の面取加工においては、面取面１６と情報の記録面となる表裏面１７との間の角（稜線）１８部分に５０ミクロン程度のチッピングが発生する可能性があった。このチッピングは、前述した２次研削加工の研削代と研磨代とを加えた取り代を６０ミクロン程度とすることで除去していた。

特開２００５−２７１１０５号公報

ディスクの生産性を向上させ、ディスクをより安価に提供できるようにするために、ディスクの加工工程の短縮化が要望されている。例えば、上記の基板の加工において、研削加工を１工程にできないかという要望がある。２次研削加工を省略して面取加工のあと直ちに研磨仕上げを行うことができれば、基板の加工工程を大幅に短縮できる。

また、従来の面取加工用の総形砥石６は、金属ベース上にダイヤモンド砥粒を電着してなる砥石であり、砥石が摩耗したときには、砥石６自体の交換が必要であった。また、総形砥石であり、砥石軸６１とワーク軸１１が平行であるために、砥石とワークの接触線が長く、かつ基板の表裏の外周角を同時に加工するため、加工負荷も大きいという問題があった。

この発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、面取面１６と情報の記録面となる表裏面１７との間の角１８に生ずるチッピングの発生を可及的に防止することにより、面取加工後の２次研削加工を省略できるようにすることを第一の課題としている。

また、加工負荷が小さく、かつ砥粒を結合材で結合した砥石を用いて、砥石が摩耗したときにも砥石の交換をすることなく、砥石と円板状ワークとの相対位置の調整によって高い精度の加工形状を維持できる円板状ワークの外周加工装置を得ることを課題としている。

この出願の発明に係る円板状ワークの外周加工装置は、軸心を鉛直方向にして設けられた回転ワーク軸と、当該ワーク軸の上端に設けられて加工しようとする円板状ワーク１を水平に保持するワークホルダ１２と、当該ワークホルダ１２で保持されたワーク１の上面側の外周角を面取する上面取砥石３ａ及び当該砥石を回転駆動する上砥石モータ３２ａと、当該ワーク１の下面側の外周角を面取する下面取砥石３ｂ及び当該砥石を回転駆動する下砥石モータ３２ｂとを備えている。

上下の面取砥石３は、外周でワーク１の上下の外周角を摺擦する円板形の砥石で、ホルダ１２で保持されたワーク１の上側の外周角の一箇所ａと下側の外周角の一箇所ｂで接触する。上砥石３ａ及び下砥石３ｂの回転中心軸は、ワークホルダ１２に保持されたワーク１の上方又は下方かつ当該ワークの外周より外側に偏倚させて水平方向に、又は水平方向から等しい角度だけ斜めにして設けられている。

砥石モータ３２ａ、３２ｂは、砥石３ａ、３ｂとワーク１との接触位置ａ、ｂにおける上下の砥石の摺擦方向ｄが、図３、４に示すように、共にワーク１の内側から外側へと向かう方向となる回転方向に、これらの砥石３ａ、３ｂを回転駆動している。すなわち、上下の面取砥石３ａ、３ｂは、ワーク１の上下の外周角を内側から外側へと摺擦して、当該外周角の面取加工を行う。

一般的な円板状ワークの外周加工装置は、面取用の砥石と共にワーク１の外周面を加工する外周砥石５を備えている。この外周砥石５は、ワーク１と面取砥石３ａ、３ｂとの接触点ａ、ｂを結ぶ直線と直交するワーク１の半径方向の線上でその外周面がワーク１と接触するように配置するのが良い。この構造であれば、装置をコンパクトに構成できると共に、単純な動作で外周加工と面取加工とを同時に又は連続的に行うことができる。

この発明の外周加工装置では、面取砥石３がワーク１の面取面１６を、情報の記録面となる表裏面１７から外周面１５に向う方向に摺擦して、上下の外周角の面取を同時に行う。これにより、面取砥石３の摺擦方向ｄの上流側となる面取面１６と表裏面１７との間の角１８に生ずるチッピングが抑えられる。表裏面側の角１８のチッピングが抑えられることによって、２次研削加工を省略することが可能になり、工程及び全体としての円板状ワークの加工時間を大幅に短縮できる。

また、上下の砥石３がそれぞれワーク１の外周角の一箇所のみを摺擦しており、かつその摺擦方向が摺擦長さの短い面取面の幅方向であるため、ワーク１及び面取砥石３に作用する負荷が小さい。更に砥石３が摩耗したとき、その摩耗量に応じて面取砥石３の位置を調整することにより、要求される加工精度を維持することができる。そのため、砥粒を結合材で結合した一般的な砥石を用いて面取加工を行うことができ、頻繁に砥石を交換する必要もなくなるので、加工コストを低減できる。

この発明の第１形態における円板状ワークと砥石との関係を示す正面図同平面図面取加工されたディスクの外周部の部分断面図同部分平面図第１形態の実施例装置を前上方から見た斜視図図５の装置の正面図図５の装置の平面図面取砥石と外周砥石との図２と異なる位置関係を示す図マルチ砥石を用いた３工程の面取加工の例を示す説明図この発明の第２形態における円板状ワークと砥石との関係を示す平面図同正面図従来の面取加工装置の要部を示す側面図従来装置により面取加工された円板状ワークの外周部の部分拡大平面図

以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。図中、１は加工対象となる円板状ワーク、３（３ａ、３ｂ）は円板状の面取砥石、５は外周砥石（外周面を研削する砥石）である。

ワーク１は、鉛直方向のワーク軸の上端に設けたワークホルダ１２に負圧で吸着して保持されている。ワーク軸は、これを軸支している円筒形のホルダベース１０に軸支されており、図には表示されていない。ホルダベース１０は、装置の基台２０に立設して設けられている。ワーク軸は、中空軸で、その中空孔を通してホルダ１２にワーク吸着用の負圧が供給されている。ワーク軸は、図示しない主軸モータで、比較的遅い速度（２〜２００ｒｐｍ）で回転駆動される。ワーク１は、中心に貫通孔を備えており、図示の加工装置は、この中心孔の周面を加工する内周砥石（内周面を研削する砥石）７を備えている。ホルダ１２は、上方から挿入されてくる内周砥石７との干渉を避けるために、ワーク吸着面がドーナツ形になっている。

説明の都合上、実施例装置の機器の配置や移動方向をＸ、Ｙ、Ｚの直角座標系で説明する。Ｚ方向は、ワーク軸の軸方向で、鉛直方向である。Ｘ、Ｙ、Ｚの方向とワークホルダ１２に固定されたワーク１を研削するときの各砥石３ａ、３ｂ、５、７とワーク１との位置関係を図１、２、及び１０、１１に示す。

上下の面取砥石３ａ、３ｂは、図１及び図１１のＲ方向、すなわち砥石３ａ、３ｂの外周がワーク１の外周角をワークの内側から外側、すなわち加工される面取面１６をワークの表裏面１７側から外周面１５側に向けて摺擦する方向に回転している。上面取砥石３ａは、その外周の斜め下向きの位置でワーク１の上面側の外周角を摺擦する位置に配置され、下面取砥石３ｂは、その外周の斜め上向きの位置でワーク１の下面側の外周角を摺擦する位置に配置されている。ワークの表裏面１７に対する面取面１６の角度を４５度とするときは、上記の斜めの角度は４５度である。

図１〜９に示す第１形態の外周加工装置の上下の面取砥石３ａ、３ｂは、ホルダ１２で保持されたワーク１の中心を通るＹ方向の直線（Ｙ方向の直径）Ｘ₀の両端の位置ａ、ｂで、ワーク１の上側の外周角と下側の外周角を研削する。

上砥石３ａ及び下砥石３ｂの砥石軸３１ａ、３１ｂは、ワークホルダ１２に保持されたワーク１の上方及び下方かつ当該ワークの外周より外側に偏倚させて、Ｘ方向に設けられている。面取砥石３ａ、３ｂの切込み送りは、砥石軸３１ａ、３１ｂを軸支している砥石台のワーク中心に向かうＹ方向移動で与えられ、切込み方向と反対の方向に移動することにより退避する。

面取砥石３ａ、３ｂが摩耗すると砥石径が小さくなる。面取砥石３ａ、３ｂの摩耗に起因する加工誤差は、摩耗した砥石のＹ方向の移動により補正することができる。面取砥石の摩耗による加工誤差を当該砥石のＹ方向の移動により補正すると、面取面１６の角度に僅かであるが誤差が発生する。この誤差が許容される場合は、面取砥石３ａ、３ｂをＺ方向に移動する機構を設ける必要はないが、この角度を厳密に維持したいときは、面取砥石３ａ、３ｂを個別にＹ方向及びＺ方向に移動して、砥石の摩耗を補正する。

外周砥石５及び内周砥石７は、ワーク軸と平行な軸回りに回転し、ワーク１に対する砥石の切込み方向は、Ｘ方向である。外周砥石５は、切込み方向と逆のＸ方向移動により、ワーク１から退避する。内周砥石７は、切込み方向と逆のＸ方向に移動したあと、Ｚ方向上方に移動して退避する。

図５〜７は、砥石の摩耗に起因する加工誤差の補正を考慮した機械構造の一例を示した図である。機械の基台２０の上面には、平行な３本のレールからなるＸ方向のガイド４１が設けられており、このＸ方向ガイドの図で左側の２本のレールに案内されて移動位置決め自在に第１送り台２１が装着されている。この第１送り台２１のホルダベース１０側を向く面にＺ方向のガイド４２が設けられており、このＺ方向ガイドに沿って第２送り台２２がＺ方向に移動位置決め自在に設けられている。

第２送り台２２には、その上部からホルダベース１０側に延びる腕２７が設けられ、この腕２７の先端に外周砥石５を駆動する外周砥石モータ５２が装着されている。外周砥石モータ５２は、ビルトイン型のモータで、その回転子軸が砥石軸となり、当該砥石軸の先端に外周砥石５が固定されている。

第２送り台２２のホルダベース１０を向く面には、Ｙ方向のガイド４３が設けられており、このＹ方向ガイドに沿って個別に移動位置決め自在に２個の第３送り台２３ａ、２３ｂが装着されている。そして、各第３送り台２３ａ、２３ｂのホルダベース１０側を向く面にＺ方向の第２のガイド４４ａ、４４ｂが設けられ、この第２Ｚ方向ガイドに沿って移動位置決め自在に砥石台２４ａ、２４ｂが装着されている。

２個の砥石台の一方２４ａには、上面取砥石３ａを回転駆動する上面取砥石モータ３２ａがその回転子軸をＸ方向にして装着されており、砥石台の他方２４ｂには、下面取砥石３ｂを回転駆動する下面取砥石モータ３２ｂがその回転子軸をＸ方向にして装着されている。面取砥石モータ３２ａ、３２ｂは、回転数が５０００〜１５０００ｒｐｍのビルトイン型のモータで、その回転子軸が砥石軸となり、その砥石軸の先端に面取砥石３ａ、３ｂが固定されている。

基台２０上のＸ方向ガイド４１には、当該ガイドの図で右側の２本のレールに案内されて第５送り台２５が移動位置決め自在に装着されている。この第５送り台のホルダベース１０側を向く面に第３のＺ方向のガイド４６が設けられ、この第３Ｚ方向ガイドに沿って第６送り台２６が移動位置決め自在に装着されている。第６送り台２６の上方からホルダベース１０の上方へと腕２８が延びており、この腕の先端に内周砥石７を回転駆動する内周砥石モータ７２がその回転子軸をＺ方向下向きにして装着されている。内周砥石モータ７２は、ビルトイン型のモータで、その回転子軸が内周砥石軸となっており、その下端に内周砥石７が固定されている。

それぞれのガイドに沿う各送り台２１〜２３及び砥石台２４の移動位置決め機構としては、それぞれのガイドと平行に設けた送りねじに各送り台を螺合連結し、その送りねじを制御器で回転角を制御されたサーボモータで駆動する機構を用いるのが、精度及び信頼性の点で好ましい。この種の移動位置決め機構は、工作機械等で広く用いられており、周知であるので、図示及び説明を省略する。

次に、上記のように構成された機械の動作を説明する。加工しようとするワーク１は、第１送り台２１の反対側からＸ方向にワークホルダ１２上に搬入され、ワークホルダ１２に負圧を供給することによってワークホルダ１２上に吸着保持される。ワークの搬入・搬出時には、内周砥石７は第６送り台２６の上方移動により上方に退避し、面取砥石３ａ、３ｂは第３送り台２３の互いに離隔する方向のＹ方向移動により退避し、外周砥石５は第１送り台２１のホルダベース１０から離れる方向のＸ方向移動により退避している。

ワークの研削加工は、ワーク軸を回転しながら行われる。ワークが回転している状態で、第１送り台２１のＸ方向移動により、外周砥石５がワーク１の外周面１５を研削加工する。同時に、第６送り台２６の下降及び第５送り台２５のＸ方向移動により、内周砥石７の周面がワーク１の中心孔の周面を研削加工する。

面取砥石３ａ、３ｂは、第１送り台２１のＸ方向移動により、ワークの中心と対向する位置に移動し、第３送り台２３ａ、２３ｂのワーク中心に向かうＹ方向移動により、ワークの上下の外周角を同時に面取加工する。

面取砥石が摩耗して径が小さくなると、面取面１６の加工精度に誤差が生ずる。この誤差は、第３送り台２３ａ、２３ｂの切り込み量（Ｙ方向の移動量）の調整により補正することができる。補正を第３送り台２３ａ、２３ｂのＹ方向の移動量の調整のみで行うと、面取角度に僅かな誤差が生ずる。この面取角度の誤差も補正したいときは、第３送り台２３のＹ方向の移動と砥石台２４のＺ方向の移動により加工誤差を補正する。上下の面取砥石３ａ、３ｂは、第３送り台２３ａ、２３ｂ及び砥石台２４ａ、２４ｂに個別に装着されているので、上下の面取砥石３ａ、３ｂの摩耗をそれぞれ個別に補正できる。

ワークの外周面１５の研削と内周面の研削は、並行して同時に行うことができる。面取と外周研削とを並行して同時に行うときは、図２に示すように、外周砥石５によるワークの外周面１５の加工が終了するときの第１移動台の位置で、面取砥石３ａ、３ｂがワーク１の中心と同一のＸ方向の位置となるように、面取砥石３ａ、３ｂを装着する。一方、外周研削が終了してから面取加工を行うのであれば、図８に示すように、外周砥石５がワーク１から離隔したときの第１移動台の位置で、面取砥石３ａ、３ｂがワーク１の中心と同一のＸ方向の位置となるように、面取砥石３ａ、３ｂを装着する。

後者の場合は、面取加工を行うときのワークに対する面取砥石のＸ方向の位置を変化させることができる。たとえば、図９に示すような、外周面が円筒面３５とその両側の円錐面３４、３６からなる浅い台形断面とし、円錐面３４を粗砥石、円筒面３５を中砥石、円錐面３６を仕上げ砥石としたマルチ砥石を用い、第１送り台２１の移動と第３送り台２３の微少移動とにより、面取砥石３ａ、３ｂを図９の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）で示すように、円錐面３４、円筒面３５及び円錐面３６が順にワーク１を摺擦するようにすれば、粗研削、中研削及び仕上げ研削の工程で面取加工を行うことも可能である。

加工が終了したワークは、ワーク軸の回転が停止し、砥石３、５、７が退避した後、ワークホルダ１２によるワークの吸着保持が解除され、図示しない搬送装置により、第１送り台２１の反対側へとＸ方向に搬出される。

図１０及び１１は、この発明の第２形態を示した図で、第１形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号が付してある。面取砥石３ａ、３ｂは、第１形態と同様に砥石モータ３２ａ、３２ｂで回転駆動（５０００〜１５０００ｒｐｍ）される砥石軸３１ａ、３１ｂに装着されているが、砥石軸３１ａ、３１ｂの配置態様は、第１形態と異なる。

第２形態における上下の面取砥石３ａ、３ｂは、ホルダ１２で保持されたワーク１の中心ｏを通るＹ方向の直線Ｘ₀に対して等しい角度ずれた位置ａ、ｂで、ワーク１の上側の外周角と下側の外周角を研削するように設けられている。すなわち、加工する円板状ワーク１と上下の砥石３ａ、３ｂの接触位置ａ、ｂのそれぞれと、ワークの中心ｏとを結ぶ線分ａｏ、ｂｏの頂角αの二等分線が、Ｙ方向となるように、上下の面取砥石３ａ、３ｂが配置されている。頂角αは、小さい角度とするのが好ましいが、砥石モータ３２ａ、３２ｂやこれを支持する砥石台２４の加工の点からは、頂角αを９０度とするのが便利である。

上下の砥石３ａ、３ｂの砥石軸３１ａ、３１ｂは、ワークホルダ１２に保持されたワーク１の上方及び下方かつ当該ワークの外周より外側に偏倚させて、線分ａｏ、ｂｏと直交する水平方向に設けられている。砥石軸３１ａ、３１ｂを回転駆動する上下の砥石モータ３２ａ、３２ｂは、共通の砥石台２４に搭載されている。面取砥石３ａ、３ｂは、その外周でワーク１の上下の外周角を内側から外側へと摺擦するように、図１１に矢印Ｒで示す方向に回転駆動されている。

砥石台２４は、基台２０にＹ方向に移動位置決め自在に装着された横送り台２９にＺ方向に移動位置決め自在に設けられている。横送り台２９のワーク中心に向かうＹ方向の移動により、面取砥石３ａ、３ｂの外周がワーク１の上下の外周角に同時に切り込まれる。

砥石の摩耗による加工誤差は、横送り台２９のＹ方向の送り量を調整することにより補正する。上下の砥石の摩耗量の差による上側と下側の面取量の誤差は、砥石台２４のＺ方向移動により補正できる。

外周砥石５は、面取砥石３のワークを挟んで反対の側に配置されている。外周砥石５は、基台２０にＹ方向に移動位置決めされる第２の横送り台３０に装着されており、ワーク１に対する外周砥石の切込み方向は、Ｙ方向である。この面取砥石３ａ、３ｂと外周砥石５の配置により、ワーク１の外周面の研削と面取加工とを並行して同時に行ったとき、それらの加工反力をバランスさせることができる。

上記の実施形態に示したように、ワークの外周角を砥石で内側から外側へと摺擦して面取を行うと、加工された面取面１６と情報の記録面となるワークの表裏面１７との間の角１８におけるチッピングの発生を抑制することができ、従来行われていた２次研削加工を省略して、１次研削加工、面取及び外周面加工、仕上げ研磨の３工程でワークの研削・研磨を行うことができ、加工工程の大幅な短縮が可能になる。

１円板状ワーク
３（３ａ、３ｂ）円板状の面取砥石
５外周加工砥石
１２ワークホルダ
１６面取面
１７表裏面
１８角
３２（３２ａ、３２ｂ）砥石モータ
ａ、ｂ面取砥石とワークの接触位置
ｄ面取砥石の摺擦方向
Ｒ面取砥石の回転方向

Claims

軸心を鉛直方向にして設けられた回転ワーク軸と、当該ワーク軸の上端に設けられて加工対象となる円板状ワークを水平に保持するワークホルダと、当該ワークホルダに外周が張出した状態で保持された前記円板状ワークの上面側の外周角を摺擦する円板状の上面取砥石と、前記円板状ワークの下面側の外周角を摺擦する円板状の下面取砥石と、これらの砥石を回転駆動する砥石モータとを備え、
前記上面取砥石と下面取砥石とは、その外周面一箇所が前記円板状ワークの上面側外周角と下面側外周角を摺擦する位置関係で、前記ワークホルダに保持された円板状ワークの上方と下方に配置され、
前記砥石モータが、砥石と前記円板状ワークとの接触位置における上下の面取砥石のワーク摺擦方向が共に当該円板状ワークの表裏面から外周面へと向かう方向となる方向にこれらの砥石を回転駆動することを特徴とする、
円板状ワークの外周加工装置。
前記上面取砥石の回転軸と下面取砥石の回転軸とが、前記ワーク軸と直交しかつ互いに平行にして、前記ワーク軸に保持された円板状ワークの上方と下方でかつ当該円板状ワークの外周より外側に配置されている、請求項１記載の円板状ワークの外周加工装置。
前記上面取砥石と下面取砥石とが、円板状ワークの直径方向に個別に移動位置決め自在に装着されている、請求項２記載の円板状ワークの外周加工装置。
前記上面取砥石と下面取砥石とが、円板状ワークの直径方向及びワーク軸の軸線方向に個別に移動位置決め自在に装着されている、請求項２記載の円板状ワークの外周加工装置。
前記ワークホルダに装着された円板状ワークの外周面を加工する外周加工砥石を備え、この外周加工砥石は、上下の面取砥石の回転軸と平行な方向に移動位置決めされる送り台に装着され、前記上下の面取砥石は、その回転軸と直交する水平方向にそれぞれ移動位置決め自在にして前記送り台に設けた砥石台のそれぞれに装着され、前記送り台の前記円板状ワークから離隔する方向の移動により外周加工砥石が当該円板状ワークから離隔したときに上下の面取砥石が円板状ワークの直径の両端となる位置に移動する、請求項２、３又は４記載の円板状ワークの外周加工装置。
前記上面取砥石の回転軸と下面取砥石の回転軸とが、ワークホルダに保持された円板状ワークと上下の砥石との接触位置のそれぞれと当該ワークの中心とを結ぶ線分の頂角が９０度以下となる位置関係で前記円板状ワークの外周より外側に配置され、前記上面取砥石と下面取砥石とが、前記頂角の二等分線と平行な方向及びワーク軸の軸線方向に一体的に移動位置決め自在に装着されている、請求項１記載の円板状ワークの外周加工装置。