JP3262808B2 - 遊星歯車方式平行平面加工盤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ラッピング、ポリッシング等の平面加工を
行なう遊星歯車方式平行平面加工盤に関する。

背景技術 図４は従来の４−ウェイ方式の平行平面加工盤の要部
を示す斜視図、図５は同じく要部の断面図である。図に
おいて、１は図示しない第１の駆動装置により回転駆動
される円環状の下定盤、２は外周面に歯面を有するキャ
リヤ、３は図示しない第２の駆動装置により回転駆動さ
れる内歯歯車、４は図示しない第３の駆動装置により回
転駆動される太陽歯車、５は被加工物、６は支柱、７は
吊り板、８は自在継手、９は円環状の上定盤、10は図示
しない第４の駆動装置により回転駆動される駆動軸、11
は駆動軸10のキー溝10aに装着されて上定盤９と駆動軸1
0とを連結する駆動キーである。

この平行平面加工盤を使用するにあたっては、下定盤
１の上で複数枚のキャリヤ２を内歯歯車３と太陽歯車４
とに噛合せて放射状に配置し、これらキャリヤ２の複数
のワーク保持孔にワークである被加工物５を装着する。
また、支柱６、吊り板７等の部材を介して自在継手８に
より振り子状に吊り下げられている上定盤９を、図示し
ない、例えば、エアーシリンダー等の圧力調整機構によ
り下降させ、キャリヤ２に装着された被加工物５に適切
な荷重を与える。さらに、上定盤９に取り付けられてい
る駆動キー11と駆動軸10とを連結する。駆動軸10のキー
溝10aは上下方向に設けられ、駆動キー11と駆動軸10の
キー溝10aとは回転駆動力を伝達するが、上下方向の移
動は可能である。このため、上定盤９は、連結後も被加
工物５に倣って重力により下方向へ自然下降する。自在
継手８に取り付けられた支軸は、図示しない軸受により
回転自在に構成されており、駆動軸10の回転とともに上
定盤９も回転する。

被加工物５の研磨時には、上定盤９に設けられた砥粒
供給孔（図示せず）から砥粒を供給しつつ、下定盤１と
上定盤９とを互いに反対方向に回転させる。また、内歯
歯車３及び太陽歯車４を回転させることにより下定盤１
と上定盤９とにより挟持される被加工物５が装着された
キャリヤ２が自転しつつ公転し、被加工物５の両面が研
磨される。これら下定盤１、内歯歯車３、太陽歯車４及
び上定盤９は、それぞれ、第１、第２、第３および第４
の駆動装置により回動が制御されており、回動速度を調
節して最適な研磨を行う。なお、ここでいう研磨とは、
研削も含め、ラッピング・ポリッシング等の砥粒加工を
総称する。図４および図５に示した平行平面加工盤は、
下定盤１の回転、上定盤９の回転、キャリヤ２の自転、
キャリヤ２の公転を合わせた４つの運動要素から構成さ
れることで、４−ウェイ方式平行平面加工盤と称されて
いる。

近年の移動体通信業界では、使用周波数が次第に高周
波化する傾向にあり、移動体通信機器の主要部品となる
レゾネーターやフィルターについても高周波化の要望が
高まっている。これらの部品は、水晶、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム等の強誘電体単結晶のほか、ジ
ルコンチタン酸鉛、チタン酸鉛等の誘電体セラミックス
を代表的素材としている。これらの部品をより高周波で
使用可能とするためには、レゾネーターやフィルターを
構成する基板の厚みをさらに薄くすることが必要とな
る。しかしながら従来の４−ウェイ平行平面加工盤を用
いて、基板をさらに薄く加工しようとすると、次のよう
な問題が生じてくる。

（１）図４および図５において、駆動軸10に駆動キー11
を連結して、上定盤９を回転駆動すると、上定盤９の慣
性モーメントによる慣性力に影響されて、連結部の駆動
軸10のキー溝10aと駆動キー11との動的摩擦抵抗が大き
くなって上下方向に移動しなくなる。これにより、上定
盤９が連結部で引掛かってしまい、被加工物５の厚みが
減少しても上定盤９が重力による自然降下をしなくな
る。

（２）上定盤９の支持中心点（自在継手８の中心）と駆
動キー11による３ヶ所の連結部の中心点とのズレによ
り、下定盤１と上定盤９との平行状態が維持されなくな
る。

（３）したがって、被加工物５の上面と下面とを平行に
研磨することができない。また、被加工物５に上下から
加わる力が場所によってアンバランスにより被加工物５
の欠けや割れを発生する。

そこで上記課題を解決するために、本発明では、先
ず、上定盤の回転駆動によって生じる慣性モーメントに
よる影響を排除するため、下定盤を回転させる一方で上
定盤を回転させない機構を採り、連結部の駆動軸10のキ
ー溝10aと駆動キー11との動的摩擦抵抗が大きくなる事
態を回避し、上定盤の重力による自然降下を容易にする
ことを目的とする。

あわせて、上定盤をワイヤーロープで吊り下げること
により、被加工物面に対する上定盤の追従性を高め、上
定盤が常に下定盤に対し平行を保つようにした３−ウェ
イ方式の遊星歯車方式平行平面加工盤を提供することを
目的とする。

発明の開示 すなわち、本発明の遊星歯車方式平行平面加工盤は、
外周に歯面が形成され、かつ、回転方向に複数個のワー
ク保持孔が穿設されたキャリヤを下定盤の上に配置する
とともに、このキャリアを、水平面内に配置された太陽
歯車と内歯歯車との間に複数個噛合わせて遊星歯車列を
形成する。そして、キャリヤのワーク保持孔にワークを
挿入した後で上定盤を下降させ、キャリヤの両面を上定
盤と下定盤との間に挟み込んだ状態にし、太陽歯車と内
歯歯車とを回転させる。これにより、キャリヤを遊星運
動させ、同時に下定盤および上定盤をキャリヤに対して
相対的に回転させてワークをラッピングまたはポリッシ
ングする。

その構造上の特徴としては、上定盤の上面外周寄り位
置に突設した１以上の回り止めピンと、盤本体側に支持
されて前記回り止めピンの側面に当接して上定盤の回転
を止めるストッパーと、上定盤に固定される支持部材
と、この支持部材の側面から突出する複数の回転軸に軸
支される第１のプーリー群と、上下方向へ移動する吊り
板と、この吊り板の側面から突出する複数の回転軸に軸
支される第２のプーリー群と、上定盤の垂直方向の荷重
を均等に支持するように第１のプーリー群を構成するプ
ーリと前記第２のプーリー群を構成するプーリーとの間
に張架されるエンドレス状のワイヤーロープとを備える
ものである。

また、本発明の遊星歯車方式平行平面加工盤は、上定
盤を停止させた状態で、キャリヤの上・下面に当接する
上定盤および下定盤のキャリヤに対する相対速度がほぼ
同一となるように、太陽歯車、内歯歯車および下定盤の
回転速度を制御する回転制御装置を含むものである。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施形態の要部を示す斜視図であ
る。

図２は、本発明の実施形態の要部の断面図である。

図３は、本発明の実施形態の上定盤、下定盤およびキ
ャリヤの速度制御を説明する説明図である。

図４は、従来例を示す斜視図である。

図５は、従来例の断面図である。

発明を実施するための最良の形態 以下、本発明をより明確にするために、添付した図面
に沿って本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明に係る遊星歯車方式平行平面加工盤の実
施形態の要部を示す斜視図であり、図２は同じく要部の
断面図である。１は図示しない第１の駆動装置により回
転する下定盤、２は下定盤１の上に放射状に配置された
複数のキャリヤ、３はキャリヤ２の外周の歯面と噛合
い、かつ、図示しない第２の駆動装置により回転する内
歯歯車、４はキャリヤ２の外周の歯と噛合い、かつ、図
示しない第３の駆動装置により回転する太陽歯車、５は
キャリヤ２に穿設されたワーク保持孔に装着されてラッ
ピングまたはポリッシングされるワークである複数の被
加工物、９は上定盤、12は第１のプーリー群を構成する
プーリー、13は本発明の支持部材の一例であって円環状
に構成されたリング、14は第２のプーリー群を構成する
プーリー、15は五角形状の吊り板、16は吊り板15の中心
に配置された軸受、17はプーリー12,14間に掛け渡され
たワイヤーロープ、18は上定盤９に立設されたピン、19
はストッパー、20は軸受16に支軸されるエアーシリンダ
ーのロッド先端部、21はブラケットである。

以下、具体的に説明する。

上定盤９の上面の内周寄りの位置に同心状のリング13
が上定盤９と一体となるように固定されており、このリ
ング13の外周面には、５個のプーリー12が水平な回転軸
に等間隔に取り付けられている。リング13の上方には、
五角形の吊り板15が軸受16を介してロッド先端部20に回
転自在に支持されている。この吊り板15の外周面には各
辺につき２個ずつ計10個のプーリー14が水平な回転軸に
取り付けられている。リング13のプーリー12と、吊り板
15のプーリー14との間には、両端を連結してエンドレス
状態としたワイヤーロープ17が張架されており、このワ
イヤーロープ17によってリング13及び上定盤９が吊り板
15から均等な力で支持されている。

また、上定盤９の上面の外周寄りの位置であって互い
に対向する位置に、２個のピン18が立設されている。さ
らに、盤本体（図示せず）に一体的に取り付けられてい
るブラケット21に、上下方向の揺動を自在にしてストッ
パー19が軸支されている。このストッパー19の先端を上
定盤９上に下降させることで、ピン18の側面にストッパ
ー19が当接する。

このようにして、上定盤９がワイヤーロープ17により
回転方向に等間隔で複数箇所で吊り下げられることによ
り、水平面と平行となる位置で上定盤９が安定する。被
加工物５の研磨が進行して被加工物５の上面レベルが低
下した場合にも、上定盤９が重力によって自然降下し、
上定盤９の下面が被加工物５の上面によく追従して密着
する。本実施形態では上定盤９を回転させないため、遠
心力などを考慮しなくてよく、このように上定盤９を吊
り下げる形態にできる。

なお、リング13と吊り板15とをワイヤーロープ17で支
持するのに加え、上定盤９を上下方向にのみ移動するよ
うに動作を拘束し、上下方向に移動しても上定盤９が下
定盤１に対して確実に平行を維持するような形態として
も良い。

円環状の下定盤１の上面には、複数枚のキャリヤ２が
内歯歯車３と太陽歯車４とに噛合わせられて等分割に配
置されており、そのキャリヤ２に穿設されたワーク保持
孔には、ワークである被加工物５が複数枚装着されてい
る。エアーシリンダーを操作して被加工物５の上に上定
盤９を下降させ、吊り板15の上下位置を調整すること
で、被加工物５に対する上定盤９の荷重条件を加工に最
適な状態に保持する。ここで、第１、第２および第３の
駆動装置（何れも図示せず。）を駆動させて上定盤９を
除いた内歯歯車３、太陽歯車４、下定盤１の３軸をそれ
ぞれ所定の回転速度で回転駆動することで、キャリヤ２
が遊星運動をするとともに、被加工物５の上下面を押圧
する上定盤９と下定盤１とが被加工物５に対して相対的
に回転して摺動することで、被加工物５の上下面の研磨
が開始される。

なお、キャリヤ２の公転に伴い、被加工物５から上定
盤９に力が加わって上定盤９を同方向に回転させようと
するが、ピン18がストッパー19に当接しているので回転
が阻止され、上定盤９は停止状態に保持される。

実際の研磨では、上定盤９に設けられた砥粒供給孔
（図示せず）から、砥粒を供給しつつ、上定盤９を回転
させることなく下定盤１のみを回転させ、同時に、内歯
歯車３と太陽歯車４とを異なる角速度で回転させること
により、キャリヤ２を自転および公転させる。

本発明では、被加工物５が装着されたキャリヤ２が、
下定盤１と上定盤９との間で挟圧されながら遊星運動す
ることで、被加工物５の両面が研磨される。すなわち、
この実施形態では、下定盤１の回転、キャリヤ２の自
転、同じくキャリヤ２の公転を合わせた３つの運動要素
の組み合わせで被加工物５が加工されるため、３−ウェ
イ方式平行平面加工盤と称する。

本実施形態では、ピン18およびストッパー19の当接に
より上定盤９の回転を停止させるため上定盤９の回転速
度が０となるが、下定盤１の回転速度、およびキャリヤ
２の公転速度を調節することで従来の４−ウェイ方式平
行平面加工盤と同等の加工を実現することができる。こ
のような速度調節について説明する。図３は、下定盤
１、上定盤９およびキャリヤ２の速度制御を説明する説
明図である。なお、キャリヤ２の自転については考慮せ
ず説明を簡略化する。例えば、キャリヤ２の公転速度と
下定盤１の回転速度との相対速度、および、キャリヤ２
の公転速度と上定盤９の回転速度との相対速度を等しく
するとき、従来の４−ウェイ方式平行平面加工盤なら
ば、例えば図３（ａ）で示すようになる。

すなわち、上定盤９を角速度−0.5ωで反時計方向に
回転させ、かつ、キャリヤ２を角速度0.5ωで時計方向
に公転させるようにすれば、被加工物５を基準とする
と、被加工物５の上面は上定盤９に角速度ωで接触し、
同様に、下定盤１を角速度1.5ωで時計方向に回転さ
せ、かつ、キャリヤ２を角速度0.5ωで時計方向に公転
させるようにすれば、被加工物５を基準とすると、被加
工物５の下面は下定盤１に角速度−ωで接触する。

本実施形態の３−ウェイ方式平行平面加工盤を用い
て、この４−ウェイ方式平行平面加工盤と同様の加工を
実現するために、例えば、図３（ｂ）で示すように、回
転しない上定盤９に対しキャリヤ２を角速度ωで時計方
向に公転させるようにすれば、被加工物５を基準とする
と、被加工物５の上面は上定盤９に角速度ωで接触し、
同様に、下定盤１を角速度２ωで時計方向に回転させ、
かつ、キャリヤ２を角速度ωで時計方向に公転させるよ
うにすれば、被加工物５を基準とすると、被加工物５の
下面は下定盤１に角速度−ωで接触する。

このように上定盤９、下定盤１に対する被加工物５の
相対速度に関して、従来の４−ウェイ方式平行平面加工
盤と同様の効果を本実施形態の３ウェイ方式平行平面加
工盤でも下定盤１、内歯歯車３、および、太陽歯車４の
回転速度を調節することで得ることができる。

以上述べたように本発明によれば、上定盤の回転駆動
によって生じる慣性モーメントによる影響を排除するた
め、下定盤１を回転させる一方で上定盤９を回転させな
い機構を採り、図４、図５に示した連結部の駆動軸10の
キー溝10aと駆動キー11との動的摩擦抵抗が大きくなる
事態を回避し、上定盤の重力による自然降下を容易にす
ることができる。

あわせて、上定盤９をワイヤーロープ17で吊り下げる
ことにより、被加工物５の表面に対する上定盤９の追従
性を高め、上定盤９が常に下定盤１に対し平行になるよ
うにした３−ウェイ方式の平行平面加工盤を提供するこ
とができる。

このため、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチ
ウムのほか、ジルコンチタン酸鉛、チタン酸鉛等々の硬
くて脆い材料から成る極薄製品の超高精度の平行平面研
磨が可能になる。

産業上の利用可能性 以上のように、本発明に係る遊星歯車方式平面加工盤
は、ラッピング、ポリッシング等の平面加工を行なうの
に適している。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 37/04 H01L 21/304 B24B 7/17

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周に歯面を形成するとともに回転方向に
   複数個のワーク保持孔を穿設したキャリヤを水平面内に
   配置された太陽歯車と内歯歯車との間に複数個噛合わせ
   ておき、このワーク保持孔にワークを挿入するとともに
   キャリヤの表裏両面を下定盤と上下動可能な上定盤との
   間に挟み込んだ状態にして、太陽歯車と内歯歯車とを回
   転させることでキャリヤを遊星運動させ、同時に下定盤
   および上定盤をキャリヤに対して相対的に回転させてワ
   ークをラッピングまたはポリッシングする遊星歯車方式
   平行平面加工盤において、 上定盤の上面外周寄り位置に突設した１以上の回り止め
   ピンと、 盤本体側に支持されて前記回り止めピンの側面に当接し
   て上定盤の回転を止めるストッパーと、 上定盤に固定される支持部材と、 前記支持部材の側面から突出する複数の回転軸に軸支さ
   れる第１のプーリー群と、 上下方向へ移動する吊り板と、 前記吊り板の側面から突出する複数の回転軸に軸支され
   る第２のプーリー群と、 上定盤の垂直方向の荷重を均等に支持するように前記第
   １のプーリー群を構成するプーリと前記第２のプーリー
   群を構成するプーリとの間に張架されるエンドレス状の
   ワイヤーロープと、 を備えたことを特徴とする遊星歯車方式平行平面加工
   盤。
2. 【請求項２】請求項１記載の遊星歯車方式平行平面加工
   盤において、 上定盤を停止させた状態で、キャリヤの上・下面に当接
   する上定盤および下定盤のキャリヤに対する相対速度が
   ほぼ同一となるように、 太陽歯車、内歯歯車および下定盤の回転速度を制御する
   回転制御装置を備えたことを特徴とする遊星歯車方式平
   行平面加工盤。