JP2012166327A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨精度を維持するために定期的に交換が必要な消耗部品点数を削減できる研磨装置を提供する。
【解決手段】ワークの端面を研磨する研磨面２０ａを表面に有する研磨盤２０と、研磨盤２０の裏面２０ｂを所定平面に沿って移動自在に支持する支持機構３０と、研磨盤２０の研磨面にワークの端面が当接するようにワークを保持するワークホルダ５０と、研磨盤２０に円運動をさせつつ往復直線運動をさせる駆動機構７０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨装置に関し、具体的には、光ファイバーの接続端面の研磨に好適な研磨装置に関する。

複数本の光ファイバーを相互に突き合わせて接続し、あるいは、各種光デバイスに対して光ファイバーを接続するために用いられる光コネクタは、通常、光ファイバーが挿通する光ファイバープラグを有する。従来の光ファイバープラグは、ジルコニアセラミックスなどの耐摩耗性に優れた低膨張率の材料を円柱状に加工したものである。この光ファイバープラグの接続端面の中央部には光ファイバーの先端面が露出した状態となっている。接続端面は、２０ｍｍ程度の曲率半径の凸球面に形成される。

このような光ファイバープラグの接続端面を所定曲率の凸球面に加工するための研磨装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された研磨装置は、弾性シートを介して研磨フィルムが表面に貼付され、所定平面内で円運動が可能に支持された研磨盤と、光ファイバープラグが装着されるプラグホルダーが設けられたスライダとを有する。そして、この研磨装置は、光ファイバープラグの接続端面を研磨盤に押し付けた状態で、研磨盤を円運動させつつ、スライダを研磨盤に対して往復移動させることにより、光ファイバープラグの接続端面を研磨する。

特許第３７７３８５１号公報

ところで、上記したような研磨装置においては、研磨盤を円運動可能に支持する支持機構やスライダをガイドするガイドレールが使用とともに摩耗すると、研磨面およびスライダの平行度、寸法が変動し、光ファイバープラグの接続端面の必要な研磨加工精度が得られなくなる可能性がある。また、研磨盤を円運動させる機構の構成部品に摩耗が生じると、当該機構に遊びが発生し、研磨フィルムの研磨性能を十分に発揮させることができず、光ファイバーコネクタの接続端面の外観特性および光学特性を劣化させる可能性がある。光ファイバープラグの接続端面の研磨精度を維持するためには、多数の部品を頻繁に交換する必要があり、部品コストが高くなるとともに、交換作業に多くの工数が必要となる。

本発明の目的の一つは、研磨精度を維持するために定期的に交換が必要な消耗部品点数を削減できる研磨装置を提供することにある。

本発明に係る研磨装置は、ワークの端面を研磨する研磨面を表面に有する研磨盤と、前記研磨盤の裏面を所定平面に沿って移動自在に支持する支持機構と、前記研磨盤の研磨面にワークの端面が当接するようにワークを保持するワークホルダと、前記研磨盤を円運動させつつ往復直線運動させる駆動機構と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、研磨盤を円運動および往復直線運動させることにより、ワークホルダを移動させる必要がなく、研磨精度を担う機構を支持機構に集約させることができる。この結果、ワークの研磨精度を維持するために定期的に交換が必要な消耗部品を削減できる。また、ワークホルダは固定であり、それに取り付けられているワークが往復直線運動をしないので、研磨時のワークの保持も簡略化できる。

本発明の一実施形態に係る研磨装置の斜視図。 図１の研磨装置からコネクタホルダを取り外した状態を示す斜視図。 図２の研磨装置から研磨盤を取り外した状態を示す斜視図。 図１の研磨装置の研磨盤を円運動させる駆動機構を示す上面図。 図１の研磨装置の研磨盤を円運動および往復直線運動させる駆動機構を示す斜視図。 往復直線運動させる駆動機構の動力伝達系を示す斜視図。 図１の研磨装置に用いられるガイド部材および剛球を示す斜視図。 （Ａ）はガイド部材の上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線方向の断面図。 研磨盤と駆動機構の関係を示す図。 光コネクタの一例を示す図。 研磨盤に対する光コネクタの光ファイバーフェルールの移動軌跡を模式的に示す概念図。 ガイド部材の他の例を示す斜視図。 ガイド部材のさらに他の例を示す斜視図。 ガイド部材のさらに他の例を示す斜視図。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態に係る研磨装置の外観を図１に示す。本実施形態に係る研磨装置は、図１０に示すような、光コネクタ３００に収納された光ファイバーフェルール３０１の接続端面３０１ａの研磨に用いられる。この研磨装置は、ベース１０、光ファイバーフェルール３０１の接続端面３０１ａを研磨する研磨面を有する研磨盤２０、研磨盤２０を支持する支持機構３０、研磨盤２０を円運動および往復直線運動させる駆動機構７０、および、複数の光コネクタ３００を保持するワークホルダ５０を有する。なお、ここで、円運動とは、研磨盤２０の全ての点の移動軌跡が所定半径の円を描くように、研磨盤２０を運動させることをいう。

ベース１０は、防振ゴムなどを組み込んだペデスタル１を介して作業床面上に載置されている。ベース１０は、例えば長辺および短辺が３００ｍｍ×２５０ｍｍの平坦な取り付け面（基準面）１０ａを有する板状部材である。ベース１０には、耐摩耗性および耐蝕性に優れ、かつ鋳鋼やアルミニウム合金などの一般的な金属よりも熱変形の少ない石定盤を採用できる。また、ベース１０の取り付け面１０ａの平面度は、同時に研磨される光コネクタ３００の数およびその配列間隔の長さによるが、一般的にはＪＩＳ２級以上の精度であればよい。ベース１１を構成する材料の線膨張係数が１．１×１０^−５／℃以下であれば、鋳鉄やＳＵＳ４３０，５０％ニッケル鋼，普通鋼などの金属をベース１１として採用することも可能である。なお、ペデスタル１には、ベース１０に隣接して後述するモータやモータの動力伝達系を覆うカバー２００が設けられ、このカバー２００の上部に、各種ボタン、表示灯等からなる操作部２１０および緊急停止スイッチ２２０が設けられている

ワークホルダ５０は、複数の光コネクタ装着孔５１が形成された取り付け板５２、取り付け板５２の両端部に設けられた案内支柱５８、案内支柱５８により上下方向にガイドされる昇降ブロック５６、および、昇降ブロック５６に固定された複数の押え部材５４を有する。

取り付け板５２は、長手方向の両端部がベース１に互いに離隔して設置された２つの支持台１１０の上面に載置され、当該両端部の上面を２つの支持台１１０上にそれぞれ設けられたトグルクランプ１２０によりクランプすることにより、支持台１１０に固定される。なお、トグルクランプ１２０は、レバー１２１を操作することにより、取り付け板５２をクランプ／アンクランプするように構成されている。複数の光コネクタ装着孔５１は、取り付け板５２の長手方向に沿って所定間隔で前後２列（１２個ずつ）に配列されている。図示しない後方の列の光コネクタ装着孔５１は、前方の列の光コネクタ装着孔５１に対して、配列ピッチの半分だけずらして配列されている。複数の押さえ部材５４は、複数の光コネクタ装着孔５１にそれぞれ対応して設けられている。

昇降ブロック５６は、案内支柱５８により上下方向に移動可能になっているとともに、光コネクタ３００を押さえ部材５４が押圧する所定位置で図示しないクランプ機構によりクランプされる。昇降ブロック５６を上昇させて、複数の光コネクタ装着孔５１にそれぞれ光コネクタ３００を装着し、その後、昇降ブロック５６を下降させてクランプすると、光コネクタ３００は押さえ部材５４により下方に向けて押圧されつつワークホルダ５０に装着される。これにより、光ファイバーフェルール３０１の接続端面３０１ａは、研磨盤２０の研磨面に押し当てられる。

ワークホルダ５０を取り外した状態の研磨装置を図２に示す。研磨盤２０は、図２に示すように、略正方形状の外形を有する板状部材である。研磨盤２０の表面２０ａおよび裏面２０ｂは、平坦面で構成され、表面２０ａには、弾性変形可能な弾性シートを介して研磨フィルムが貼着され、この研磨フィルムが研磨面を構成する。研磨盤２０は、耐摩耗性に優れた硬質材料で形成され、特に、後述するように、支持機構３０の剛球４５により支持される裏面２０ｂは、剛球４５よりも硬度が高くなるように形成される。

図２の研磨装置から、研磨盤２０をさらに取り外した状態を図３に示す。
支持機構３０は、上記した２つの支持台１１０の間に配置され、かつ、ベース１０の取り付け面１０ａに並列して設置された２つの支持部材３１と、複数の剛球４５と、剛球４５をガイドする各支持部材３１の上面にそれぞれ設置された２つのガイド部材４０と、を有する。

支持部材３１は、ベース１０の両側面に平行になるように設置され、その上面は、研磨盤２０を支持する平坦な支持面３１ａとなっている。支持面３１ａは、ベース１０の取り付け面１０ａは平行な平面である。支持部材３１は、研磨盤２０と同様に、耐摩耗性に優れた硬質材料で形成され、特に、後述するように、剛球４５を支持する支持面３１ａは剛球４５よりも硬度が高くなるように形成される。

複数の剛球４５は、支持部材３１の支持面３１ａと研磨盤２０の裏面２０ｂとの間に介在し、後述する研磨盤２０の支持面３１ａに対する円運動および往復直線運動を受容する複数のベアリング要素として機能する。

ここで、ガイド部材４０の構造を図７および図８に示す。ガイド部材４０は、長細い平板状部材であり、各剛球４５を案内する複数のガイド孔４１、および、平板部分の短手方向の両端部に形成された下方に向けて突出する突出部４３を有する。ガイド部材４０の平板部分の厚さは、図８（Ｂ）に示すように、剛球４５の直径よりも若干短い。これにより、研磨盤２０の裏面２０ｂは、複数の剛球４５と接触し、ガイド部材４０とは接触せず、また、研磨盤２０は、複数の剛球４５に接する所定平面に沿って移動自在に支持される。ガイド孔４１は、ガイド部材４０の長手方向に直交する方向（短手方向）に延びる長孔からなり、ガイド部材４０の長手方向に沿って配列されている。それぞれ複数（４つ）のガイド孔４１からなる４つのガイド孔列が、長手方向および短手方向においてそれぞれ対称な位置に形成されている。このガイド孔４１は、後述する研磨盤２０の円運動および往復直線運動により、支持部材３１の支持面３１ａと研磨盤２０の裏面２０ｂに対して転動又は摺動する剛球４５の可動範囲を規定している。剛球４５の可動範囲を規定することにより、剛球４５は、支持部材３１の支持面３１ａから落下しない。また、ガイド孔４１の底部は、その上部よりも若干幅が狭く形成され、剛球４５がガイド孔４１の底部を通じて落下しないようになっている。両側の突出部４３は、支持部材３１の両側面とそれぞれ対向することにより、ガイド部材４０を支持部材３１の長手方向に案内する。なお、ガイド部材４０は支持部材３１の長手方向に移動自在に支持されているが、支持部材３１から脱落しないように、支持部材３１の長手方向の所定範囲でのみ可動となっている。

図３の研磨装置における駆動機構７０のカバーを取り外した状態を図４および図５に示す。また、図５においてカバー２００および駆動機構７０の一部を取り外した状態を図６に示す。駆動機構７０は、ベース１０に設置された直動ガイド８０により、支持部材３１の長手方向、すなわち、往復直線運動方向に移動自在に案内されたスライダ７１と、このスライダ７１に互いに離隔して配置されかつ回転自在に支持された複数（２つ）の回転部材７２とを有する。駆動機構７０は、回転部材７２を回転運動させるとともにスライダ７１を往復直線運動させることにより、研磨盤２０に円運動および往復直線運動させる。

２つの回転部材７２は、その回転中心から所定距離だけ偏心し、研磨盤２０の裏面２０ｂに形成されたピン孔２１（図９参照）に挿入される偏心ピン７３をそれぞれ有する。各回転部材７２は、プーリ７７と同心に連結されている。各プーリ７７は、無端の歯付きベルト７５と噛み合っており、歯付きベルト７５は、モータ７９の出力軸に噛み合っている。また、歯付きベルト７５は、スライダ７１に設けられたテンショナ７７によりテンションが調整されている。２つの回転部材７２は、共通の歯付きベルト７５によりモータ７９の回転が伝達され、互いに同期して回転する。

スライダ７１は、その一側部に無端のベルト８２の一部が固定部材８３により固定されている。ベルト８２は、ベース１９に回転自在に設けられたプーリ８４に巻回されているとともに、ペデスタル１に回転自在に設けられたプーリ８６に巻回されている。プーリ８６は、直径が異なるプーリ８８と同心に連結され、このプーリ８８とモータ９２の出力軸とにベルト９０が巻回されている。これにより、モータ９２の回転がベルト９０を介してベルト８２の直線運動に変換されてスライダ７１に伝達される。モータ９２の出力軸を往復回転させることにより、スライダ７１を往復直線運動させることができる。

駆動動機構７０による研磨盤２０の円運動および往復直線運動について図９を参して説明する。モータ７９を所定方向に回転させると、２つの回転部材２０が中心軸線Ｏを中心にＲ１方向に同期して回転し、研磨盤２０は、中心軸線Ｏと偏心ピン７３との距離により規定される半径Ｒ１の円運動をする。このとき、２つの偏心ピン７３が研磨盤２０の２つのピン孔２１にそれぞれ係合しているので、研磨盤２０が回転することはない。また、モータ９２を一方向に一定量回転させ、逆方向に一定量回転させる動作を繰り返すと、スライダ７１は、Ｌ１およびＬ２方向に同じ距離だけ交互に移動する。これにより、研磨盤２０は、往復直線運動する。

ここで、２４本の光コネクタ３００の接続端面３０１ａを研磨した場合の、研磨盤２０に対する接続端面３０１ａの移動軌跡を図１１に模式的に示す。研磨盤２０を円運動させながら往復直線運動させることにより、接続端面３０１ａの移動軌跡を完全に重なり合わないようにすることができる。

本実施形態に係る研磨装置においては、転動や摺動により摩耗を生じる部品のうち、光コネクタ３００の接続端面３０１ａの研磨精度に影響を与え、定期的に交換する必要がある消耗部品は、複数の剛球４５のみである。すなわち、接続端面３０１ａの研磨精度を管理するための消耗部品は、複数の剛球４５に集約されている。したがって、比較的短い周期で交換すべき消耗部品は、剛球４５のみであり、剛球４５の精度を管理すれば、接続端面３０１ａの研磨精度を常に高く維持することができる。例えば、駆動機構７０の偏心ピン７３や直動ガイド８０は摩耗するが、これらが摩耗したとしても、接続端面３０１ａの研磨精度に影響を与えることがない。このため、剛球４５以外の消耗部品については、交換周期を大幅に延ばすことができる。

また、本実施形態の研磨装置は、研磨中に光コネクタ３００の接続端面３０１ａと研磨盤２０との間に作用する力が、剛球４５に集中し、駆動機構７０にほとんど及ばない構造を有するため、駆動機構７０における摩耗を生じる部品の寿命をさらに延ばすことができる。

また、本実施形態の研磨装置は、ガイド部材４０を支持部材３１に移動可能に設けることにより、ガイド部材４０が剛球４５の転動を妨げるのをできるだけ抑制している。すなわち、ガイド部材４０のガイド孔４１の形成方向以外に剛球４５を移動させる力が剛球４５に作用した場合に、ガイド部材４０を往復直線運動方向に移動可能にすることにより、ガイド部材４０が剛球４５の転動を妨げるのを極力抑制している。これにより、剛球４５の摩耗の進行を遅らせることができる。

さらに、本実施形態の研磨装置は、ワークホルダは固定であり、それに取り付けられているワークが往復直線運動をしない。このため、研磨時に光コネクタに接続された光ケーブルが座屈せず光ケーブルに負荷がかかることがないので、研磨時のワーク（光コネクタ）の保持も簡略化できる。

上記実施形態では、ガイド部材４０のガイド孔４１の形成方向を往復直線運動方向に直交する方向としたが、これに限定されない。例えば、図１２に示すように、往復直線運動方向に対して互いに逆向きに傾斜したガイド孔４１Ａ＿１および４１Ａ＿２を有するガイド部材４０Ａ、あるいは、図１３に示すように、往復直線運動方向に対して全て同じ向きに傾斜したガイド孔４１Ｂを有するガイド部材４０Ｂを採用することができる。また、上記実施形態では、一のベアリング要素として、単一の剛球を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１４に示すように、環状のリテーナ４７に保持された複数の剛球４８を一のベアリング要素としてもよい。この場合に、リテーナ４７が往復直線運動方向に直交する方向に形成されたガイド孔４１Ｃによって移動可能にガイドされる。

上記実施形態では、ベアリング要素として、転動する剛球を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、研磨盤と支持面との間の摩擦係数が低い摺動部材を剛球の代わりにベアリング要素として採用することも可能である。

１…ペデスタル
１０…ベース
２０…研磨盤
２１…ピン孔
３０…支持機構
３１…支持部材
３１ａ…支持面
４０…ガイド部材
４１…ガイド孔
４５…剛球
５０…ワークホルダ
７０…駆動機構
７１…スライダ
７２…回転部材
７３…偏心ピン
８０…直動ガイド

Claims (10)

1. ワークの端面を研磨する研磨面を表面に有する研磨盤と、
   前記研磨盤の裏面を所定平面に沿って移動自在に支持する支持機構と、
   前記研磨盤の研磨面にワークの端面が当接するようにワークを保持するワークホルダと、
   前記研磨盤を円運動させつつ往復直線運動させる駆動機構と、
   を有することを特徴とする研磨装置。
2. 前記支持機構は、支持面を有する支持部材と、前記支持面と前記研磨盤の裏面との間に介在して前記支持面に対する前記研磨盤の円運動および往復直線運動を受容する複数のベアリング要素とを有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記支持機構は、前記往復直線運動の方向に移動自在に前記支持部材に支持され、前記複数のベアリング要素の各々の可動範囲を規定するガイド部材をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記ガイド部材は、前記複数のベアリング要素の各々の可動範囲を規定する複数のガイド孔を有し、
   前記複数のガイド孔の各々は、前記往復直線運動の方向とは異なる方向に延在していることを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
5. 前記ベアリング要素は、球体を含むことを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
6. 前記支持部材は、並列され、かつ、前記往復直線運動の方向に延在する複数の支持部材を含み、
   前記複数のベアリング要素およびガイド部材は、前記複数の支持部材の支持面の各々に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
7. 前記駆動機構は、前記往復直線運動の方向に移動自在に案内されたスライダと、
   前記スライダに回転自在に支持され、かつ、その回転中心から所定距離だけ偏心した位置で前記研磨盤に係合する回転部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
8. 前記回転部材は、互いに離隔して配置された第１および第２の回転部材を含み、
   前記駆動機構は、前記第１および第２の回転部材を互いに同期して回転させるための歯付きベルトと、当該歯付きベルトのテンションを調整するテンショナとを含むことを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
9. 基準面を有するベースをさらに有し、
   前記支持機構およびワークホルダは、前記ベースの基準面に共通に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
10. 前記ワークの端面は、光ファイバーフェルールの接続端面を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。

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