JP2013000864A - 円盤状ワークの周面研磨方法、及び両面研磨機用キャリヤ - Google Patents

Abstract

【課題】円盤状ワーク１の外周面を正確かつ高能率に研磨することができる円盤状ワークの周面研磨方法と、同法に使用可能な両面研磨機用キャリヤ４を提供すること。
【解決手段】複数の円盤状ワーク１を積層一体化した積層円柱体３を準備する準備工程と、積層円柱体３をその軸心Ａを水平にして上定盤６と下定盤７との間に挟み、その外周面３１を研磨する研磨工程と、周面研磨した積層円柱体３を複数の円盤状ワーク１に分離する分離工程とを含み、研磨工程において、キャリヤ４により、積層円柱体３をその軸心Ａ方向を下定盤７の回転接線方向Ｔ７に対し斜め（角度α）にした姿勢を保って軸心Ａ回りに回転自在に保持させた。
【選択図】図３

Description

本発明は、円盤状ワークの周面研磨方法と、同法に使用可能な両面研磨機用キャリヤに関する。

近年、電子電気機器の小型化、軽量化が一層進められ、例えば撮像素子用カバーガラス等において更なる薄板化、小径化が求められている。一方、磁気ディスク用基板として、アルミニウム基板に代えて、絶縁性、化学耐久性、強度等に優れたガラス基板や結晶化ガラス基板を使用することが行われている。

従来、ガラス、結晶化ガラス、セラミックス等の脆性材料から成る円盤状ワークの外周面を研磨する周面研磨装置としては、多数枚の円盤状ワークを積層して得た積層円柱体の外周面を、積層円柱体の軸心と平行な軸回りに回転する研磨ブラシで研磨するものが知られている（例えば、下記特許文献１、２）。この周面研磨装置を用いて脆性材料から成る円盤状ワークの外周面を研磨することによって、ワーク外周部の欠け、割れ等を抑制し、さらにこれら欠け等に起因するワーク主面への異物の付着を防いでいる。

特開平１１−２８６４９号公報 特開２００６−２６３８７９号公報

ところが、従来の周面研磨装置は、円盤状ワークを積層して得た積層円柱体の外周面を研磨ブラシで研磨していたため、円盤状ワークが小径になるほど、研磨時に、積層円柱体が軸方向において撓み易くなり、外周面を均等に研磨できず、各円盤状ワークの周面研磨にバラつきが生じる難点があった。したがって、従来では、円盤状ワークの小径化を進めるほど、研磨スピードを落とさざるを得ず、作業能率が大幅に低下する問題があった。

本発明は、従来の周面研磨装置に上記のような問題があったことに鑑みて為されたもので、円盤状ワークの外周面を正確かつ高能率に研磨することができる円盤状ワークの周面研磨方法と、この周面研磨方法に使用可能な両面研磨機用キャリヤを提供することを課題とする。

本発明は、互いの対向面にそれぞれ研磨パッドを貼設した上下一対の上定盤と下定盤との間に、キャリヤで保持したワークを挟み、研磨材を供給しながら該上定盤及び該下定盤を互いに逆回転させて該ワークを研磨する研磨方法であって、
複数の円盤状ワークを積層一体化した積層円柱体を準備する準備工程と、前記積層円柱体を、該積層円柱体の軸心を前記上定盤及び前記下定盤の対向面と平行にして該上定盤と該下定盤との間に挟み、該積層円柱体の外周面を研磨する研磨工程と、前記研磨工程により外周面を研磨した前記積層円柱体を複数の円盤状ワークに分離する分離工程と、を含み、前記研磨工程において、前記キャリヤにより、前記積層円柱体を、該積層円柱体の軸心方向を前記上定盤及び前記下定盤の回転接線方向に対し斜めにした姿勢を保って該軸心回りに回転自在に保持したことを特徴としている。

また、本発明は、前記準備工程が、複数の板材を積層一体化して積層板状体を形成する積層工程と、前記積層板状体を円柱形状に切削加工して前記積層円柱体を形成する切削工程と、を含むことを特徴としている。

また、本発明は、前記積層円柱体の両端部がダミーから成ることを特徴としている。

また、本発明は、互いの対向面にそれぞれ研磨パッドを貼設した上下一対の上定盤と下定盤との間に、キャリヤで保持したワークを挟み、研磨材を供給しながら該上定盤及び該下定盤を互いに逆回転させて該ワークを研磨する両面研磨機に用いるキャリヤであって、
円環板状のキャリア本体と、前記キャリア本体に開設され、複数の円盤状ワークを積層一体化した積層円柱体を、該積層円柱体の軸心を該キャリア本体の板面と平行にして該軸心回りに回転自在に保持可能なワーク保持孔と、前記キャリア本体に設けられ、前記両面研磨機の太陽歯車または該太陽歯車を取り囲む内歯車に固定可能な固定歯部と、を備え、前記ワーク保持孔は、前記積層円柱体の外周面を支える一対の外周面側孔壁部と、該積層円柱体の端面を支える一対の端面側孔壁部とから構成され、該外周面側孔壁部が、前記キャリヤ本体の円周接線方向に対し斜めに形成されていることを特徴とする。

本発明に係る円盤状ワークの周面研磨方法によれば、複数の円盤状ワークを積層一体化した積層円柱体を、その軸心を上定盤及び下定盤の対向面と平行にして上定盤と下定盤との間に挟み、上定盤及び下定盤を互いに逆回転させて積層円柱体の外周面を研磨するので、たとえ円盤状ワークが小径化しても、研磨時に積層円柱体が撓み変形等するようなこともなく、積層円柱体の外周面を均等に研磨でき、各円盤状ワークの周面研磨をバラつきなく高能率に行うことができる。

しかも、キャリヤによって、積層円柱体を、その軸心方向を上定盤及び下定盤の回転接線方向に対し斜めにした姿勢を保って軸心回りに回転自在に保持しながら研磨するので、研磨時に、積層円柱体を軸心回りに連続的に従動回転させることができ、積層円柱体の外周面全体を均等に研磨することができる。

また、積層円柱体の両端部をダミーにより構成すれば、積層円柱体の中程部の各円盤状ワークの周面研磨をより均等に行うことができる。

また、キャリヤのキャリア本体に、両面研磨機の太陽歯車またはこの太陽歯車を取り囲む内歯車に固定可能な固定歯部を設ければ、既存の両面研磨機にキャリヤを装着して円盤状ワークの周面研磨方法を実施することができる。

本実施形態の円盤状ワークの周面研磨方法の準備工程を説明する概略斜視図である。 本実施形態のキャリヤの平面図である。 本実施形態の円盤状ワークの周面研磨方法の研磨工程を説明する概略平面図である。 本実施形態の円盤状ワークの周面研磨方法の研磨工程時に積層円柱体に働く摩擦力を説明する概略平面図である。 本実施形態の円盤状ワークの周面研磨方法の研磨工程時に積層円柱体に働く摩擦力を説明する（ａ）軸心Ａ方向の断面図と、（ｂ）軸心Ａに垂直な方向の断面図である。 本実施形態の円盤状ワークの周面研磨方法の分離工程を説明する概略斜視図である。

本実施形態の円盤状ワークの周面研磨方法は、図１〜図６に示すように、周面研磨すべき複数の円盤状ワーク１・１...を積層一体化した積層円柱体３を準備する準備工程と、この積層円柱体３をキャリヤ４で保持しながら両面研磨機５の上定盤６と下定盤７との間に挟み、積層円柱体３の外周面３１を研磨する研磨工程と、周面研磨した積層円柱体３を複数の円盤状ワーク１・１...に分離する分離工程と、から構成されている。

準備工程は、複数の円盤状ワーク１同士をワックス等の凝固剤を用いて円柱形状に積層した積層円柱体３を形成することにより行う。本実施形態では、円盤状ワーク１と同一材料から成り、厚みのみ異なる円盤状ダミー２が複数の円盤状ワーク１と共に積層一体化されており、積層円柱体３の両端部は、円盤状ダミー２から構成されている。ワックスとしては、ポリ酢酸ビニル等を使用することができる。

また、本実施形態の準備工程は、図１に示すように、複数の矩形板材１０と複数の矩形ダミー板材２０を積層一体化して積層板状体３０を形成する積層工程と、この積層板状体３０を円柱形状に切削加工して積層円柱体３を形成する切削工程とから構成されている。本実施形態では、厚み０．０５ｍｍのガラス薄板材から成る計２０枚の矩形板材１０と、厚み５．０ｍｍのガラス板材から成る計２枚の矩形ダミー板材２０とを凝固剤で積層一体化することにより、厚み約１１ｍｍの積層板状体３０を形成し、次いで、コアリングカッター４０を用いて直径７．１ｍｍ（研磨しろ０．１ｍｍ）の積層円柱体３をくり抜き加工している。このことで、複数の積層円柱体３を効率的に得ることができる。なお、円盤状ワーク１を一枚ずつ形成し、その後、複数枚の円盤状ワーク１を積層一体化して積層円柱体３を得ることもできる。円盤状ワーク１の厚み、積層枚数、円盤状ダミー２の厚み等については種々の設計変更が可能である。

研磨工程は、図２〜図５に示すように、キャリヤ４により、積層円柱体３をその軸心Ａを両面研磨機５の上定盤６及び下定盤７の対向面と平行にした水平姿勢で保持し、この積層円柱体３の外周面３１を上定盤６と下定盤７とで挟むことにより行う。

両面研磨機５は、互いの対向面にそれぞれ研磨パッドを貼設した上下一対の上定盤６と下定盤７との間にワークを挟み、スラリー状の研磨材を供給しながら上定盤６及び下定盤７を互いに逆回転させることによりワークを両面研磨するものであり、本実施形態では、従来公知の両面研磨機を使用している。この両面研磨機５は、下定盤７の内側に、下定盤７とは独立に回転運動する太陽歯車５２が配設され、下定盤７の外側には、太陽歯車５２を取り囲むように、下定盤７とは独立に回転運動する内歯車５１が配設されている。

キャリヤ４は、図２及び図３に示すように、中央に円孔４１を有する円環板状のキャリア本体４２と、このキャリア本体４２に開設され、積層円柱体３を、その軸心Ａをキャリア本体４２の板面４２１と平行にして軸心Ａ周りに回転自在に保持する複数のワーク保持孔４３と、キャリア本体４２の外周全体に亘って設けられた固定歯部４４と、から構成されている。

キャリア本体４２は、塩化ビニル樹脂製の厚み５ｍｍの円環板材から形成されており、キャリア本体４２の外周寄りに、計１２個の矩形のワーク保持孔４３が互いに等間隔に、キャリア本体４２の上下面を真直ぐ貫通して開設されている。

各ワーク保持孔４３は、積層円柱体３の外周面３１を支えるための一対の外周面側孔壁部４３１と、積層円柱体３の端面３２を支えるための一対の端面側孔壁部４３２と、から構成されており、外周面側孔壁部４３１同士及び端面側孔壁部４３２同士は互いに平行に対向し、外周面側孔壁部４３１と端面側孔壁部４３２とは直交している。そして、外周面側孔壁部４３１は、キャリヤ本体４２の円周接線方向Ｔ４に対し斜め（角度α）に形成されている。本実施形態では、角度αを３０度としている。

本実施形態の研磨工程は、具体的に次の手順により行う。

まず、両面研磨機５の上定盤６を下定盤７に対して上昇させた状態で、図３に示すように、キャリヤ４の固定歯部４４を両面研磨機５の内歯車５１の全周に噛合させることによって、キャリヤ４を両面研磨機５の内歯車５１に固定する。このとき、キャリヤ４の内周部（円孔４１の孔縁部）と両面研磨機５の太陽歯車５２との間に隙間があり、キャリヤ４は太陽歯車５２には固定されない。

次いで、キャリヤ４の各ワーク保持孔４３内に積層円柱体３を収容する。このことで、積層円柱体３を、その軸心Ａを下定盤７の対向面と平行に、かつ、下定盤７の回転接線方向Ｔ７に対し斜め（角度α；３０度）にした姿勢で保持する。ワーク保持孔４３内において、積層円柱体３とワーク保持孔４３の外周面側孔壁部４３１及び端面側孔壁部４３２との間には若干の隙間があり、積層円柱体３は、ワーク保持孔４３によりその軸心Ａ回りに回転自在に保持される。

なお、本実施形態では、一つのワーク保持孔４３内に二つの積層円柱体３を縦列させて収容しているが、例えば、一つのワーク保持孔４３内に一つの積層円柱体３を収容してもよい。ワーク保持孔４３のサイズ等は、周面研磨すべき円盤状ワーク１及び積層円柱体３の直径、厚み、配列等を考慮して種々の設計変更が可能である。

次いで、両面研磨機５の上定盤６を下定盤７に対して下降させることにより、図４及び図５に示すように、ワーク保持孔４３内の積層円柱体３の外周面３１を、上定盤６及び下定盤７とで挟む。そして、研磨材を供給しながら上定盤６及び下定盤７を互いに逆回転させることにより積層円柱体３の外周面３１を研磨する。

このとき、各積層円柱体３には、図４に示すように、下定盤７の回転移動Ｒ７によって、下定盤７の回転接線方向Ｔ７に摩擦力Ｆ７が働き、積層円柱体３の軸心Ａ方向及び周方向にそれぞれ、その分力Ｆ７ａ及び分力Ｆ７ｈが働くことになり、同時に、上定盤６の回転移動Ｒ６によって、上定盤６の回転接線方向Ｔ６に摩擦力Ｆ６が働き、積層円柱体３の軸心Ａ方向及び周方向にそれぞれ、その分力Ｆ６ａ及び分力Ｆ６ｈが働くことになる。このことで、図５（ａ）に示すように、積層円柱体３の外周面３１が、分力Ｆ７ａ及び分力Ｆ６ａにより下定盤７及び上定盤６との線接触部で研磨されると同時に、図５（ｂ）に示すように、積層円柱体３自体が、分力Ｆ７ｈ及びＦ６ｈによりその軸心Ａ回りに従動回転することになり、積層円柱体３の外周面３１全体が均等に研磨される。

また、本実施形態では、研磨工程時に、図３に示すように、両面研磨機５の内歯車５１を下定盤７の回転移動Ｒ７と同方向に、下定盤７より小さい速度で回転させてキャリヤ４を回転させる。このキャリヤ４の回転移動Ｒ４によって、各積層円柱体３自体を移動させることができ、より均等な研磨が可能となる。なお、必要に応じて、キャリヤ４を回転させなくてもよい。

分離工程は、図６に示すように、積層円柱体３を一体化しているワックス等の凝固剤を液状化させることにより行う。本実施形態では、周面研磨した積層円柱体３を、凝固剤が液状化する温度に保った雰囲気に入れることによって、複数の円盤状ワーク１に分離している。そして、分離した各円盤状ワーク１を洗浄、乾燥処理する。こうして、周面が研磨された複数の円盤状ワーク１を得ることができる。

このように本実施形態の円盤状ワークの周面研磨方法によれば、複数の円盤状ワーク１を積層一体化した積層円柱体３を、その軸心Ａを上定盤６及び下定盤７の対向面と平行にして上定盤６と下定盤７との間に挟み、上定盤６及び下定盤７を互いに逆回転させて積層円柱体３の外周面３１を研磨するので、たとえ円盤状ワーク１が小径化しても、研磨時に積層円柱体３が撓み変形等するようなこともなく、積層円柱体３の外周面を均等に研磨でき、各円盤状ワーク１の周面研磨をバラつきなく高能率に行うことができる。

しかも、キャリヤ４によって、積層円柱体３を、その軸心Ａ方向を上定盤６及び下定盤７の回転接線方向（Ｔ６、Ｔ７）に対し斜めにした姿勢を保って軸心Ａ回りに回転自在に保持しながら研磨するので、研磨時に、積層円柱体３を軸心Ａ回りに連続的に従動回転させることができ、積層円柱体３の外周面３１全体を均等に研磨することができる。

また、本実施形態の円盤状ワークの周面研磨方法によれば、積層円柱体３の両端部を円盤状ダミー２により構成しているので、積層円柱体３の中程部の各円盤状ワーク１の周面研磨をより均等に行うことができる。また、円盤状ダミー２によって、ワーク保持孔４３内での積層円柱体３の姿勢の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態のキャリヤ４は、円環板状のキャリア本体４２の外周に、両面研磨機５の内歯車５１に固定可能な固定歯部４４を設けているので、既存の両面研磨機５にキャリヤ４を装着して円盤状ワークの周面研磨方法を実施することができる。

以上、本実施形態の円盤状ワークの周面研磨方法について説明したが、本発明は他の実施形態でも実施することができる。

例えば、上記実施形態では、積層円柱体３の両端部を円盤状ダミー２により構成しているが、複数枚の円盤状ワーク１だけを積層一体化して積層円柱体３を形成してもよい。

また、上記実施形態では、キャリヤ４のワーク保持孔４３の外周面側孔壁部４３１を、キャリヤ本体４２の円周接線方向Ｔ４に対し角度α（３０度）で斜めに形成しているが、この傾斜角度αは、例えば研磨時に働く積層円柱体３の軸心Ａ方向及び周方向の摩擦分力を考慮して種々の設計変更が可能である。

また、上記実施形態では、キャリヤ４のワーク保持孔４３の外周面側孔壁部４３１を、下定盤７の回転上流側へ向かって下定盤７の内側へ傾斜させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、下定盤７の外側へ傾斜させてもよい。

また、上記実施形態では、キャリヤ４のキャリア本体４２の外周に、両面研磨機５の内歯車５１に固定可能な固定歯部４４を設けているが、キャリア本体４２の内周にのみ、両面研磨機５の太陽歯車５２に固定可能な固定歯部を設けてもよい。

また、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づいて種々の改良、修正、変形を加えた態様で実施し得る。同一の作用又は効果が生じる範囲内でいずれかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良く、また、一体に構成されている発明特定事項を複数の部材から構成したり、複数の部材から構成されている発明特定事項を一体に構成した形態で実施してもよい。

１０ 板材
２０ ダミー板材
３０ 積層板状体
１ 円盤状ワーク
２ ダミー
３ 積層円柱体
３１ 外周面
３２ 端面
４ キャリヤ
４１ 円孔
４２ キャリヤ本体
４３ ワーク保持孔
４３１ 外周面側孔壁部
４３２ 端面側孔壁部
４４ 固定歯部
５ 両面研磨機
５１ 内歯車
５２ 太陽歯車
６ 上定盤
７ 下定盤
Ａ 積層円柱体の軸心
Ｔ４ キャリヤ本体の円周接線方向
Ｔ６ 上定盤の回転接線方向
Ｔ７ 下定盤の回転接線方向

Claims (4)

1. 互いの対向面にそれぞれ研磨パッドを貼設した上下一対の上定盤と下定盤との間に、キャリヤで保持したワークを挟み、研磨材を供給しながら該上定盤及び該下定盤を互いに逆回転させて該ワークを研磨する研磨方法であって、
   複数の円盤状ワークを積層一体化した積層円柱体を準備する準備工程と、
   前記積層円柱体を、該積層円柱体の軸心を前記上定盤及び前記下定盤の対向面と平行にして該上定盤と該下定盤との間に挟み、該積層円柱体の外周面を研磨する研磨工程と、
   前記研磨工程により外周面を研磨した前記積層円柱体を複数の円盤状ワークに分離する分離工程と、を含み、
   前記研磨工程において、
   前記キャリヤにより、前記積層円柱体を、該積層円柱体の軸心方向を前記上定盤及び前記下定盤の回転接線方向に対し斜めにした姿勢を保って該軸心回りに回転自在に保持したことを特徴とする円盤状ワークの周面研磨方法。
2. 前記準備工程が、
   複数の板材を積層一体化して積層板状体を形成する積層工程と、
   前記積層板状体を円柱形状に切削加工して前記積層円柱体を形成する切削工程と、
   を含む請求項１に記載の円盤状ワークの周面研磨方法。
3. 前記積層円柱体の両端部がダミーから成る請求項１または請求項２に記載の円盤状ワークの周面研磨方法。
4. 互いの対向面にそれぞれ研磨パッドを貼設した上下一対の上定盤と下定盤との間に、キャリヤで保持したワークを挟み、研磨材を供給しながら該上定盤及び該下定盤を互いに逆回転させて該ワークを研磨する両面研磨機に用いるキャリヤであって、
   円環板状のキャリア本体と、
   前記キャリア本体に開設され、複数の円盤状ワークを積層一体化した積層円柱体を、該積層円柱体の軸心を該キャリア本体の板面と平行にして該軸心回りに回転自在に保持可能なワーク保持孔と、
   前記キャリア本体に設けられ、前記両面研磨機の太陽歯車または該太陽歯車を取り囲む内歯車に固定可能な固定歯部と、を備え、
   前記ワーク保持孔は、前記積層円柱体の外周面を支える一対の外周面側孔壁部と、該積層円柱体の端面を支える一対の端面側孔壁部とから構成され、該外周面側孔壁部が、前記キャリヤ本体の円周接線方向に対し斜めに形成されていることを特徴とする両面研磨機用キャリヤ。

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