JP2977807B1 - 研磨方法および研磨装置 - Google Patents
研磨方法および研磨装置Info
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
- Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
Abstract
し付け力を高精度で制御し得るようにする。 【解決手段】 ワークWはワーク支持台11に設けられ
た下側砥石13の上で回転され、研磨ヘッド21の研磨
軸22に設けられた上側砥石24と下側砥石13とによ
りワークWの両面は同時に研磨加工される。第1の空気
圧により作動する一次空気圧シリンダ35のピストンロ
ッド36により研磨軸22を介してワークWには一次荷
重の押し付け力が加えられ、第1の空気圧よりも高い圧
力である第2の空気圧により作動する二次空気圧シリン
ダ45のピストンロッド46によりてこ部材43を介し
て二次荷重の押し付け力が研磨軸22を介してワークW
に加えられる。第2の空気圧を調整することによって、
押し付け力が制御される。
Description
て押し付け力を加えて研磨具によりワークを研磨加工す
る研磨技術に関する。
工物の表面を平面研削加工する場合には、砥石の外周面
をワークに接触させたり、砥石の端面をワークに接触さ
せるようにしており、砥石により加工されるワークは固
定テーブルに取り付けられるようにしたり、回転テーブ
ルに取り付けられることになる。
クとしてこれの両面を同時に研削する場合には、たとえ
ば、特許第2556605 号公報に開示される装置が使用され
ている。この装置は上面にリング状の下側砥石が設けら
れた下定盤と、下面にリング状の上側砥石が下側砥石に
対向するようにして設けられた上定盤とを有しており、
ワークは下側砥石の上に配置される複数のキャリアに形
成された保持孔に装着されるようになっている。それぞ
れのキャリアは、下定盤の回転中心部に回転自在に設け
られた太陽歯車に噛み合うとともに、下定盤の外側に設
けられた内歯歯車に噛み合っている。これにより、キャ
リアに保持されたワークは、太陽歯車を回転させて太陽
歯車の周りにワークを自転させながら公転させた状態の
もとで、上下両定盤を回転させることによって、上下の
砥石により両面が同時に研削される。
削加工にあっては、砥石によりワークに加えられる押し
付け力を所望の値に設定する必要がある。そのために、
砥石に加えられる押し付け力をセンサにより検出し、砥
石に押し付け力を加える空気圧シリンダに供給する空気
圧をセンサによる検出値と基準値との差に基づいて制御
するようにした技術が開発されている(たとえば、特開
昭63-22266号公報参照)。
離反移動するための空気圧シリンダに供給する空気圧を
制御することによって押し付け力を設定するようにした
場合には、押し付け力が目標荷重となるように高精度で
荷重を制御することは困難であった。砥石を用いてワー
クを加工する場合には、砥石からワークに加えられる押
し付け力は、ワークの加工精度に大きな影響を与えるこ
とが判明しており、加工精度を高めるには、押し付け力
を最適な状態に制御することが重要である。
のワークに対する押し付け力を高精度で制御し得るよう
にすることにある。
ークに接触する研磨具を研磨軸により回転駆動し、前記
研磨軸に連結された第1ピストンロッドを有する一次流
体圧シリンダに第1の流体圧を供給して前記研磨軸に一
次荷重を加え、一端部に揺動中心部を有し他端部が前記
第1ピストンロッドに連結されたてこ部材の両端部間に
連結された第2ピストンロッドを有する二次流体圧シリ
ンダに前記第1の流体圧よりも高い第2の流体圧を供給
して前記研磨軸に二次荷重を加え、前記第2の流体圧を
制御して二次荷重を調整し、前記研磨軸に前記一次荷重
と調整された二次荷重とを加えた状態のもとで前記研磨
具により前記ワークを研磨するようにしたことを特徴と
する。
持台と、前記ワークを研磨する研磨具を回転駆動する研
磨軸が設けられ、前記支持台に対向して配置された研磨
ヘッドと、第1の流体圧により作動しかつ前記研磨軸に
連結された第1ピストンロッドを有する一次流体圧シリ
ンダと、一端部が前記研磨ヘッドに揺動自在に取り付け
られ、かつ他端部が前記第1ピストンロッドに連結され
たてこ部材と、前記第1の流体圧よりも高い第2の流体
圧により作動しかつ前記てこ部材の両端部の間に連結さ
れた第2ピストンロッドを有する二次流体圧シリンダ
と、前記二次流体圧シリンダに供給される第2の流体圧
を制御する流体圧調整手段とを有し、前記一次流体圧シ
リンダによる一次荷重を前記研磨軸に加えるとともに、
前記二次流体圧シリンダによる二次荷重を前記てこ部材
を介して前記研磨軸に加えるようにしたことを特徴とす
る。前記二次流体圧シリンダの受圧面積を前記一次流体
圧シリンダの受圧面積よりも小さくしても良い。
供給される流体圧よりも高い圧力の流体圧を二次流体圧
シリンダに供給するようにし、研磨軸に加えられる押し
付け力を二次流体圧シリンダに加えられる流体圧を制御
することにより調整するようにしたので、押し付け力を
高い精度で制御することが可能となる。二次流体圧シリ
ンダの受圧面積を一次流体圧シリンダの受圧面積よりも
小さく設定すると、第2の流体圧を第1流体圧よりもよ
り高い値に設定することができる。
に基づいて詳細に説明する。
置を示す断面図であり、この研磨装置はワークWを支持
するワーク支持台11と、このワーク支持台11に対向
してこれの上方に配置された研磨ヘッド21とを有して
いる。
のアルミニウム基板であり、ワーク支持台11を示すと
図2の通りである。ワーク支持台11は、図2において
矢印で示す方向に回転自在となった回転テーブル式の下
定盤12を有し、この下定盤12の上面には、環状の下
側砥石13が取り付けられている。下定盤12の回転中
心部には外径が下側砥石13の内径よりも小径となった
太陽歯車14が矢印で示すように下定盤12と同一の方
向に回転自在に設けられており、下側砥石13の外径よ
りも大径となった環状の内歯歯車15が下定盤12を囲
むように台座16に固定されている。
図示する場合には、10個のキャリア17が配置されて
おり、それぞれのキャリア17の外周部には太陽歯車1
4と内歯歯車15とに噛み合う外歯歯車が形成されてい
る。それぞれのキャリア17には、ワークWを収容する
ための円形の保持孔18が5つずつ形成されており、キ
ャリア17の厚みはワークWの厚みよりも薄く形成され
ている。
内歯歯車15とに噛み合わせた状態で太陽歯車14を回
転させると、内歯歯車15は固定されているので、それ
ぞれのキャリア17は自転しながら太陽歯車14の周り
を公転することになり、ワークWはキャリア17により
水平面内において下側砥石13に接触しながら、サイク
メイド曲線ないしトロコイド曲線を描いて水平方向に移
動することになる。
って上下方向および水平方向に移動自在となっており、
回転自在に研磨ヘッド21に設けられた研磨軸22の下
端部には上定盤23が取り付けられ、この上定盤23に
は下側砥石13に対応して環状となった上側砥石24が
固定されている。
動スリーブ25には、研磨軸22がこれに設けられた直
動案内部26の部分で上下動自在に嵌合されており、研
磨軸22は駆動スリーブ25に対して軸方向に所定のス
トロークで移動し得るとともに、駆動スリーブ25と一
体に回転するようになっている。研磨軸22を回転駆動
するために、駆動スリーブ25に固定されたプーリ27
と、研磨軸回転モータ28のシャフト29に固定された
プーリ31とには、タイミングベルト32が掛け渡され
ている。
るとともに、研磨軸22に一次荷重を加えるために、一
次空気圧シリンダ35が研磨ヘッド21に取り付けられ
ており、この空気圧シリンダ35により前進後退移動す
る第1ピストンロッド36は、スラスト軸受37を介し
て研磨軸22に連結されている。研磨軸22に加えられ
る押し付け力を検出するために、第1ピストンロッド3
6には荷重センサ38が設けられている。
1には、ピン42によりてこ部材43がその一端部で上
下方向に揺動自在に取り付けられており、このこて部材
43の他端部は第1ピストンロッド36に固定されたピ
ン44を介して第1ピストンロッド36に連結されてい
る。研磨ヘッド21には二次空気圧シリンダ45が取り
付けられており、この空気圧シリンダ45により前進後
退移動する第2ピストンロッド46は、てこ部材43に
両端部の間の部分でピン47により連結されている。
ダ35,45との連結状態を示す概略図であり、ピン4
2の位置を支点とし、ピン44の位置を作用点とする
と、これらの間の寸法がL1 となっており、ピン47の
位置を荷重点とすると、支点と荷重点との間の寸法がL
2 となっている。図示する場合には、L1 とL2 の比
は、約5:1に設定されている。一次空気圧シリンダ3
5のピストン36aの受圧面積をA1 とし、二次空気圧
シリンダ45のピストン46aの受圧面積をA2 とする
と、A1 :A2 の比は、約5:1に設定されている。ま
た、第1ピストンロッド36を押し下げて上側砥石24
に押し付け力を加える際に、一次空気圧シリンダ35内
に供給ポート35aから供給される空気圧をP1 とし、
二次空気圧シリンダ45内に供給ポート45aから供給
される空気圧をP2 とすると、P1 :P2 の比は、約
1:25に設定されている。
って研磨軸22に加えられる一次荷重の押し付け力と、
二次側空気圧シリンダ45によって作用点から研磨軸2
2に加えられる二次荷重の押し付け力との差は小さくな
り、研磨軸22に加えられる押し付け力を、一次荷重を
基準としてこれに付加して目標押し付け力を設定するこ
とができる範囲に二次荷重を制御することができるので
あれば、前述した空気圧値、受圧面積値、荷重点の長さ
比は任意の値に設定することができる。
比から、ピン44の作用点の位置から研磨軸22に加え
られる二次荷重の5倍の荷重をピン47の荷重点に二次
空気圧シリンダ45に加えることができ、このシリンダ
45に加えられる高い圧力の空気圧を制御することによ
って、押し付け力が制御される。
aからは予め設定された一定の第1の圧力P1 の空気を
供給することによって、第1ピストンロッド36により
研磨軸22に加えられる一次荷重の押し付け力は一定と
なるように設定される。これに対して、二次空気圧シリ
ンダ45の給排ポート45aから供給される第2の圧力
P2 は制御されるようになっており、この圧力を制御す
ることにより、調整された二次荷重の押し付け力が研磨
軸22に加えられるようになっている。
とし第2の圧力P2 を3.304kg/cm2とし、研磨軸22を
介して上側砥石24に加えられる目標の押し付け力を約
10kgf とした場合には、この目標押し付け力の許容範
囲を5%以内に制御するには、P1 の圧力のみによって
押し付け力を制御するには、P1 の圧力許容値は±0.00
21kg/cm2以内にする必要がある。これに対して、本発明
のように、第1の圧力P1 を一定とし、この圧力よりも
高いP2 の圧力を制御するようにした場合には、P2 の
圧力を±0.0551kg/cm2以内の範囲で制御すれば、十分に
目標押し付け力の許容範囲を5%以内に設定することが
できる。
圧シリンダ35によって一次荷重の押し付け力を直接研
磨軸22に加えるとともに、一次空気圧シリンダ35に
供給される第1の空気圧P1 よりも高い第2の空気圧P
2 が供給される二次空気圧シリンダ45によって発生す
る押し付け力を、てこ部材43を介して小さな二次荷重
に変換してこれを研磨軸22に間接的に加えるようにし
ている。この結果、大きな荷重を発生させる二次空気圧
シリンダ35に加えられる第2の圧力を制御することに
よって、二次荷重を制御することが可能となり、研磨軸
22を介してワークWに加えられる押し付け力を高い精
度で調整することができる。第1の圧力よりも高い圧力
である第2の圧力を制御して目標荷重を調整するように
すると、大きな圧力範囲で制御することができるので、
相対的に二次荷重をきめ細かい制御、つまり高精度での
制御を行うことができ、研磨軸22に加えられる押し付
け力を高精度で制御することができる。
を一次空気圧シリンダ35の受圧面積よりも前述のよう
に小さく設定すると、第2の圧力を第1の圧力よりもか
なり大きい値とすることができるので、制御目標荷重の
誤差を小さくすることができる。
縮空気を供給するために、空気圧ポンプ51に接続され
たタンク52には空気圧配管53a,53b,54が接
続されている。空気圧配管53aは一次空気圧シリンダ
35の給排ポート35aに接続され、この空気圧配管5
3aには研磨軸22に対して一次荷重を加えるための第
1の圧力を設定する調圧弁55aが設けられている。空
気圧配管53bは一次空気圧シリンダ35の給排ポート
35bに接続され、この空気圧配管53bには上定盤2
3や上側砥石24などとともに研磨軸22を上昇移動さ
せるために、第1の圧力よりも高い圧力を設定する調圧
弁55bが設けられている。
ンダ45内に供給される圧縮空気の圧力を調整するため
の圧力調整器56が設けられている。この圧力調整器5
6としては電空レギュレータなどが使用され、制御回路
から供給される電気信号によって二次空気圧シリンダ4
5に供給される空気圧が制御される。
a,35bを介してこのシリンダ内に対する空気の給排
を切り換えるために、空気圧配管53aには切換弁57
aが設けられ、空気圧配管53bには切換弁57bが設
けられ、さらに、二次空気圧シリンダ45の給排ポート
45a,45bを介してシリンダ内に対する空気の給排
を行うために、空気圧配管54には切換弁58が設けら
れている。それぞれの切換弁57a,57b,58とし
ては電磁弁が使用され、電気信号によって切換動作が行
われる。なお、調圧弁55aに代えて電空レギュレータ
を用い、第1の空気圧P1 を変化させるようにしても良
い。
御回路を示すブロック図であり、CPU(演算処理装
置)などを有する制御部61には、装置の起動を指令す
る入力キーや押し付け力を入力するキーなどが設けられ
た操作パネル62と、荷重センサ38からの信号とが入
力されるようになっている。研磨ヘッド21を上下動さ
せるヘッド上下動モータ63と、下定盤12を回転駆動
する下定盤回転モータ64と、太陽歯車14を回転駆動
する太陽歯車回転モータ65と、研磨軸22を回転駆動
する研磨軸回転モータ28とにはそれぞれ制御部61か
ら作動信号が送られ、さらに、この制御部61からは圧
力調整器56、切換弁57a,57b,58にそれぞれ
作動信号が送られるようになっている。
のアナログ信号を増幅するアンプやデジタル信号に変換
するA/D変換器や圧力調整器56に出力されるデジタ
ル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器などが設
けられている。また、制御部61にはROM66、RA
M67が接続されており、荷重センサ38からの信号に
応じて圧力調整器56に出力される電圧値との対応関係
の演算式やマップデータがROM66に格納されてお
り、研磨軸22に加えられる押し付け力などは表示部6
8に表示されるようになっている。
を研削する手順について説明すると、キャリア17の保
持孔18にワークWが装着された状態のもとで、まず、
研磨ヘッド21がヘッド上下動モータ63によって下降
移動されて、上側砥石24が下側砥石13にワークWを
介して対向する位置となる。この状態で切換弁57aを
作動させることにより、給排ポート35aから所定の圧
力の圧縮空気を一次空気圧シリンダ35内に供給する。
これにより、上側砥石24がワークWの表面に接触す
る。
押し付け力は、荷重センサ38により検出され、予め設
定された押し付け力との偏差が存在する場合には、その
偏差に対応した信号が圧力調整器56に出力されるとと
もに、切換弁58に作動信号が送られて、てこ部材43
を介して押し付け力が補正される。
1 が供給される一次空気圧シリンダ35による一次荷重
と、第2の空気圧P2 が供給される二次空気圧シリンダ
45による二次荷重とが重ね合わされて加えられること
になり、高い圧力が供給される二次空気圧シリンダ45
による二次荷重を制御することにより、高精度で押し付
け力が制御される。
定した場合には、ピストンロッド46によりピン47の
荷重点の部分に加えられる荷重は、ピン44による作用
点の位置に加えられる二次荷重の5倍の大きさとなる荷
重を制御することになるので、大きな荷重制御を行うこ
とから、研磨軸22に加えられる押し付け力を高い精度
で制御することができる。
で、上側砥石24と下側砥石13とを回転駆動させるこ
とにより、ワークWの両面は同時に加工される。加工が
終了した後には、切換弁57aの通電を解いて切換弁5
7bに通電することによって研磨軸22は所定のストロ
ークだけ上昇移動し、研磨ヘッド21をヘッド上下動モ
ータ63により上昇移動させ、ワークWは研磨装置から
取り出される。
盤12とにそれぞれ研磨具として砥石を取り付けてワー
クを削る処理つまり研削加工を行う場合について説明し
たが、磨き加工を行う場合にも図示する研磨装置を適用
することができる。研削加工と磨き加工とを総称して研
磨加工と言われ、磨き加工には、ワークの寸法誤差を調
整したり、表面仕上げ状態を改善するために行うラッピ
ングや、ワークの表面に高度の鏡面を形成するためのポ
リッシングがあり、それぞれバフなどの磨き工具が研磨
具として用いられるとともに、ラッピングに際しては、
アルミナ粉末、炭化ケイ素粉末、ガラス粉末、あるいは
ダイヤモンド粉末などがラッピング砥粒として使用さ
れ、ポリッシングにはラッピング砥粒よりもさらに細か
い粒子の砥粒が使用される。
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。
の両面を同時に研磨する場合について説明したが、ワー
クの片面のみを研磨する場合にも本発明を適用すること
ができる。その場合にはワークを下側砥石13の上に配
置することなく、回転テーブルや固定テーブルの上に直
接配置する。また、ワークを複数枚同時に加工する場合
のみならず、1枚ずつ処理する場合にも本発明を適用す
ることができる。また、図示する場合には空気圧シリン
ダ35,45を使用したが、油圧シリンダなど流体を作
動媒体としたシリンダであれば、いずれの流体をも使用
することができる。ワークとしてはアルミニウム基板の
みならず、ガラス基板をも研磨することができる。
れる一次流体圧シリンダにより研磨軸に直接一次荷重の
押し付け力を加え、これよりも高い第2の圧力が供給さ
れる二次流体圧シリンダの作動をてこ部材を介して間接
的に研磨軸に二次荷重の押し付け力を加えるようにした
ので、二次荷重を高い精度で制御することができ、研磨
軸に加える押し付け力を高い精度で制御することができ
る。これにより、研磨軸を介してワークの研磨面には誤
差が少ない押し付け力が加えられることになり、ワーク
を高精度で研磨加工することが可能となる。
面図である。
る。
を示す概略図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 ワークに接触する研磨具を研磨軸により
回転駆動し、 前記研磨軸に連結された第1ピストンロッドを有する一
次流体圧シリンダに第1の流体圧を供給して前記研磨軸
に一次荷重を加え、 一端部に揺動中心部を有し他端部が前記第1ピストンロ
ッドに連結されたてこ部材の両端部間に連結された第2
ピストンロッドを有する二次流体圧シリンダに前記第1
の流体圧よりも高い第2の流体圧を供給して前記研磨軸
に二次荷重を加え、 前記第2の流体圧を制御して二次荷重を調整し、前記研
磨軸に前記一次荷重と調整された二次荷重とを加えた状
態のもとで前記研磨具により前記ワークを研磨するよう
にしたことを特徴とする研磨方法。 - 【請求項2】 ワークを支持する支持台と、 前記ワークを研磨する研磨具を回転駆動する研磨軸が設
けられ、前記支持台に対向して配置された研磨ヘッド
と、 第1の流体圧により作動しかつ前記研磨軸に連結された
第1ピストンロッドを有する一次流体圧シリンダと、 一端部が前記研磨ヘッドに揺動自在に取り付けられ、か
つ他端部が前記第1ピストンロッドに連結されたてこ部
材と、 前記第1の流体圧よりも高い第2の流体圧により作動し
かつ前記てこ部材の両端部の間に連結された第2ピスト
ンロッドを有する二次流体圧シリンダと、 前記二次流体圧シリンダに供給される第2の流体圧を制
御する流体圧調整手段とを有し、 前記一次流体圧シリンダによる一次荷重を前記研磨軸に
加えるとともに、前記二次流体圧シリンダによる二次荷
重を前記てこ部材を介して前記研磨軸に加えるようにし
たことを特徴とする研磨装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の研磨装置において、前記
二次流体圧シリンダの受圧面積を前記一次流体圧シリン
ダの受圧面積よりも小さくしたことを特徴とする研磨装
置。
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