JP3438144B2 - 冷凍チャック方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は板状体や円筒体等のワー
クの加工時に、ワークとテーブルの隙間に形成された氷
等の媒体の皮膜で、ワークをテーブルの所定位置に把持
する冷凍チャック方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク、磁気ディスク等に使用され
る円盤状の硝子板や感光ドラム等に使用される円筒体の
ワークは形状精度及び表面精度ともに高精度のものが要
求されている。この要求された高精度を満足させるため
に、円盤状の硝子板や円筒体に研削、研磨、切削等の加
工を施す。

【０００３】そして、ワークに研削、研磨、切削等の加
工を施す場合のワークのチャック方法として、真空吸着
チャック、機械的な爪によるチャック、又はマグネット
チャック等が知られている。真空吸着チャックやマグネ
ットチャックは薄板状のワークをチャックする場合に使
用される場合が多く、特に、真空吸着チャックは非磁性
体から成る薄板状のワークをチャックする場合に適して
いる。

【０００４】しかしながら、図２２（Ａ）に示すように
薄板状のワーク１０が湾曲状に形成されている場合、ワ
ーク１０を真空吸着でチャックすると、ワーク１０の湾
曲面がテーブル１２に吸着されて平坦に変形する（図２
２（Ｂ）参照）。この状態でワーク１０の上面を加工し
て平面度を出しても、真空チャックを解除すると加工さ
れたワーク１０′は真空チャック以前の状態にスプリン
グバックする（図２２（Ｃ）、（Ｄ）参照）。

【０００５】従って、平面に加工された薄板状のワーク
１０′の上面が湾曲状に変形するので（図２２（Ｄ）参
照）、高精度の平坦度が得られないという問題がある。
特に、加工前のワーク１０の形状が悪い場合には、殆ど
加工によるメリットが無いという問題がある。一方、真
空チャックの問題を解決する方法として冷凍チャックの
使用が考えられている。冷凍チャックはワークとテーブ
ルの隙間に形成された水の皮膜を凍らせて、凍らされた
氷の皮膜でワークをテーブルに保持する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワーク
が湾曲状に形成されている場合、ワークとテーブル間の
隙間は均一にならないので、隙間内の水の皮膜が薄い部
分は早く凍り、水の皮膜が厚い部分は遅れて凍る。従っ
て、水の皮膜が厚い部分がワークの中央部に存在する場
合、ワークの外周の水の皮膜から凍りはじめるので、水
から氷に変化する際の膨張量はワーク中央部の水の皮膜
に集中する。これにより、ワークの中央部が押し上げら
れて変形するという問題がある。

【０００７】また、ワーク表裏面の温度差による熱変形
又はチャック本体の熱変形によるワークの変形という問
題がある。本発明はこのような事情に鑑みてなされたも
ので、冷凍チャック時のワークの変形を防止することが
できる冷凍チャック方法及び装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
する為に、ワークと該ワークが載置されたテーブル間に
供給された液状媒体を凝固させて前記ワークをテーブル
に固着する冷凍チャック装置において、前記テーブルに
設けた冷却部を冷却して前記液状媒体を凝固させる冷却
手段と、前記テーブルに設けた複数の加熱部を独立して
加熱可能な加熱手段と、前記冷却手段による凝固の際
に、前記加熱部を制御して前記液状媒体の凝固が所定の
方向へ順次進行するように前記テーブル表面の温度を形
成させる制御手段と、を備えたことを特徴とする。ま
た、本発明は、前記目的を達成する為に、ワークと該ワ
ークが載置されたテーブル間に供給された液状媒体を凝
固させて前記ワークをテーブルに固着する冷凍チャック
装置において、前記テーブルには前記液状媒体を凝固さ
せる冷媒が流れる流路が形成されると共に、該流路は前
記液状媒体の凝固が所定方向に順次進行するための温度
勾配を前記テーブル表面に形成可能なように構成されて
いることを特徴とする。 また、本発明は、前記目的を達
成する為に、ワークと該ワークが載置されたテーブル間
に供給された液状媒体を凝固させて前記ワークをテーブ
ルに固着する冷凍チャック方法において、請求項１〜５
の何れか１項の装置を用いて前記ワークを前記テーブル
に固着することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の冷凍チャック装置によれば、冷却手段
による凝固の際に、該液状媒体の凝固が所定の方向へ順
次進行するようにテーブル表面の温度を形成させるよう
にしたので、凝固時の液状媒体の膨張分をワークの変形
に影響しないように逃がすことができる。また、本発明
の冷凍チャック装置によれば、テーブルには液状媒体を
凝固させる冷媒が流れる流路が形成されると共に、該流
路は液状媒体の凝固が所定方向に順次進行するための温
度勾配をテーブル表面に形成可能なように構成されてい
るので、凝固時の液状媒体の膨張分をワークの変形に影
響しないように逃がすことができる。 また、本発明の冷
凍チャック方法によれば、請求項１〜５の何れか１項の
装置を用いてワークを前記テーブルに固着するようにし
たので、凝固時の液状媒体の膨張分をワークの変形に影
響しないように逃がすことができる。

【００１０】その結果、テーブルに載置されたワークの
変形を極力小さくした状態で把持することができる。こ
のため、図３（Ａ）乃至（Ｈ）に示すような加工が可能
になり、非常に高精度な加工が行える。

【００１１】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る冷凍チャ
ック方法及び装置の好ましい実施例について説明する。
図１は本発明に係る冷凍チャック装置の第１実施例の概
略図であり、同図に示すように冷凍チャック装置３０は
テーブル３２、冷却手段３４、加熱手段３６、検知手段
３８及びコントローラ４０を備えていて、冷却手段３
４、加熱手段３６及びコントローラ４０は制御手段４３
を構成している。テーブル３２の表面３２Ｂにはワーク
４１が載置されていて、ワーク４１とテーブル３２との
隙間には冷凍チャック用の水５２が供給されている。

【００１２】テーブル３２には流路３２Ａが形成されて
いて、流路３２Ａの両端部にはそれぞれ冷却手段３４の
流路３４Ａ、３４Ｂが連通されている。流路３４Ａはク
ーラ部４２を介して流路３４Ｂに連通されていて、これ
らの流路内には冷媒が充填されている。クーラ部４２は
流路内の冷媒を冷却してテーブル３２の流路３２Ａに供
給する。これにより、テーブル３２は常時冷却状態に維
持される。この場合、流路３２Ａはテーブル３２の表面
３２Ｂが一定温度に冷却されるように形成されている。

【００１３】加熱手段３６は複数のヒータ部材４４を有
していて、複数のヒータ部材４４はテーブル３２の全域
に所定間隔をおいて埋設されている。それぞれのヒータ
部材４４はドライバ４６に独立して電気的に連結されて
いる。ドライバ４６は後述するコントローラ４０からの
信号に基づいて、それぞれのヒータ部材４４に電圧を印
加する。これにより、常時冷却状態に維持されているテ
ーブル３２の表面３２Ｂを所定温度に設定する。

【００１４】検知手段３８は複数の温度センサー４８を
有していて、複数の温度センサー４８はヒータ部材４４
間に所定間隔をおいて埋設されている。これらの温度セ
ンサー４８は各々の温度センサー４８が埋設されている
位置のテーブル３２の温度を検知する。温度センサー４
８が検知したテーブル３２の温度は温度・電圧変換器５
０で電圧に変換されて、後述するコントローラ４０に入
力される。温度・電圧変換器５０は入力された検知温度
に比例した電圧を出力する。

【００１５】前述したコントローラ４０は予め入力され
ている冷凍チャック用の水５２の凝固パターンに基づい
てドライバ４６に信号を出力する。また、コントローラ
４０は水５２の凝固パターンと温度・電圧変換器５０か
ら入力された検知温度に比例した電圧に基づいてドライ
バ４６に信号を出力する。これにより、常時冷却状態に
維持されているテーブル３２の表面３２Ｂが設定温度に
加熱されて、冷凍チャック用の水５２が予め入力されて
いる凝固パターンで凝固する。

【００１６】この場合、冷凍チャック用の水５２の凝固
パターンは水５２の凝固方向で設定される場合、又は水
５２の凝固速度で設定される場合があり、さらに冷凍チ
ャック用の水５２の凝固パターンは水５２の凝固方向と
凝固速度の両方の要素で設定される場合がある。そし
て、凝固パターンに従って水５２が凝固すると、水５２
の凝固が所定の方向へ順次進行して、凝固時の水５２の
膨張量分をワーク４１の外部に逃がすことができる。従
って、ワーク４１の形状変化を極力小さくすることがで
きる。

【００１７】図２（Ａ）、（Ｂ）に凝固パターンの好ま
しい例を示す。図２（Ａ）の凝固パターンはワーク４１
の右端部から水５２が凝固を開始して、その凝固が順次
左方向に移動するように設定されている。従って、凝固
時の水５２の膨張量分をワーク４１の右側の外部に逃が
すことができる。また、図２（Ｂ）に凝固パターンはワ
ーク４１の中央部から水５２が凝固を開始して、その凝
固が順次ワーク４１の外周方向に移動するように設定さ
れている。従って、凝固時の水５２の膨張量分をワーク
４１の外周から外部に逃がすことができる。

【００１８】前記の如く構成された本発明に係る冷凍チ
ャック装置の第１実施例の作用について説明する。先
ず、コントローラ４０に冷凍チャック用の水５２の凝固
パターンを予め入力する。次に、冷却手段３４のクーラ
部４２を作動してテーブル３２の流路３２Ａに冷却され
た冷媒を供給して、テーブル３２の表面３２Ｂを一定温
度に冷却する。次いで、コントローラ４０から水５２の
凝固パターンに基づいた加熱信号がドライバ４６に出力
される。

【００１９】ドライバ４６はコントローラ４０からの加
熱信号に基づいて、それぞれのヒータ部材４４に電圧を
印加する。従って、それぞれのヒータ部材４４が加熱し
て、一定温度に冷却されているテーブル３２の表面３２
Ｂの温度は水５２を凝固パターンで凝固するように設定
される。この場合、検知手段３８は複数の温度センサー
４８は各々の温度センサー４８が埋設されている位置の
テーブル３２の温度を検知する。そして、温度センサー
４８が検知したテーブル３２の温度は温度・電圧変換器
５０で電圧に変換されて、コントローラ４０にフィード
バックされる。

【００２０】従って、コントローラ４０は予め入力され
ている水５２の凝固パターン温度と温度・電圧変換器５
０からフィードバックされた検知温度とを比較して、凝
固パターン温度と検知温度が一致していない場合には、
凝固パターン温度が検知温度に一致するような信号をド
ライバ４６に出力する。これにより、常時冷却状態に維
持されているテーブル３２の表面３２Ｂの温度は冷凍チ
ャック用の水５２が凝固パターンで凝固するように確実
に設定される。

【００２１】これにより、ワーク４１はテーブル３２の
表面３２Ｂに固着され（図３（Ａ）、（Ｂ）参照）、ワ
ーク４１の表面を研摩パッド４１Ａで加工することがで
きる（図３（Ｃ）、（Ｄ）参照）。ワーク４１の加工完
了後、テーブル３２の表面３２Ｂで凝固した氷が解凍さ
れて水５２に戻るまで、ヒータ部材４４を十分に加熱す
る。従って、ワーク４１はテーブル３２の表面３２Ｂか
ら開放される。この場合、ワーク４１の上面の凹凸は完
全に除去されて加工面は平坦になる（図３（Ｅ）参
照）。次に、ワーク４１を反転してテーブル３２の表面
３２Ｂの水にのせてワーク４１を無変形チャッキングす
る（図３（Ｆ）参照）。この状態で、研摩パッド４１Ａ
でワーク４１の他の表面を加工する。これにより、ワー
ク４１の両面の凹凸は完全に除去されえる（図３（Ｇ）
参照）。このように、ワーク４１の両面の凹凸が完全に
除去されたワーク４１はテーブル３２から開放されても
変形しない（図３（Ｈ）参照）。

【００２２】また、前記第１実施例ではコントローラ４
０から出力される加熱信号を所定のパターンで制御して
水５２の凝固パターンを調整したが、これに限らず、図
４（Ａ）に示すように左端部から右端部に傾斜する傾斜
線に沿ってヒータ部材４４、４４…を順次配設すること
により、全てのヒータ部材４４、４４…に一定電圧を印
加しても図２（Ａ）と同様の凝固パターンを得ることが
できる。

【００２３】すなわち、ヒータ部材４４、４４…を図４
（Ａ）に示すように配設した状態で、全てのヒータ部材
４４、４４…に一定電圧を印加すると、ヒータ部材４
４、４４…の熱はテーブル３２の左端部側で表面に伝達
されやすく、テーブル３２の右端部側で表面に伝達され
にくくなる。従って、全てのヒータ部材４４、４４…に
一定電圧を印加しても、テーブル３２の表面３２Ｂは温
度勾配をもつ（図４（Ｂ）参照）。従って、ヒータ部材
４４、４４…の配置を予め適当な温度勾配を持つように
設定しておけば、コントローラ４０で印加電圧を制御せ
ずに水５２の凝固を図２（Ａ）に示すように進行させる
ことができる。尚、図４上でＴ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ 及びＴ₄
は温度を示し、Ｔ₁ ＞Ｔ₂ ＞Ｔ₃ ＞Ｔ₄ の関係が成立し
ている。

【００２４】さらに、図５（Ａ）に示すようにヒータ部
材４４、４４…を山形に配設することにより、ヒータ部
材４４、４４…の熱はテーブル３２の中央部で表面に伝
達されやすく、テーブル３２の端部側で表面に伝達され
にくくなる。従って、全てのヒータ部材４４、４４…に
一定電圧を印加しても、テーブル３２の表面３２Ｂは温
度勾配をもつ（図５（Ｂ）参照）。従って、ヒータ部材
４４、４４…の配置を予め適当な温度勾配を持つように
設定しておけば、コントローラ４０で印加電圧を制御せ
ずに水５２の凝固を図２（Ｂ）に示すように進行させる
ことができる。

【００２５】また、テーブル３２の表面３２Ｂの温度勾
配は冷媒の流路３２Ａを、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すよ
うに形成しても、コントローラ４０で印加電圧を制御せ
ずに水５２の凝固パターンを得ることができる。すなわ
ち、冷媒の流路３２Ａを図６（Ａ）に示すように形成す
ると、冷媒がテーブル３２の右側から左側に流れるに従
って熱を吸収して温度が上昇する。これにより、テーブ
ル３２の表面３２Ｂは右側から左側への温度勾配をもつ
ので、水５２の凝固を図２（Ａ）に示すように進行させ
ることができる。一方、冷媒の流路３２Ａを図６（Ｂ）
に示すように形成すると、冷媒がテーブル３２の中央部
から端部に流れるに従って熱を吸収して温度が上昇す
る。これにより、テーブル３２の表面３２Ｂは中央部か
ら端部への温度勾配をもつので、水５２の凝固を図２
（Ｂ）に示すように進行させることができる。

【００２６】前記第１実施例では冷却手段３４の冷媒
と、加熱手段３６のヒータ部材４４とを使用してテーブ
ル３２の表面３２Ｂを凝固パターン温度になるように調
整したが、これに限らず、図７に示す第２実施例のよう
に冷媒とヒータ部材４４に代えてペルチェ素子等の熱電
素子を使用してもよい。以下、図７に基づいてペルチェ
素子を使用した冷凍チャック装置の第２実施例について
詳説する。尚、第１実施例と同一類似部材については同
一符号を付し説明を省略する。

【００２７】冷凍チャック装置６０はテーブル６２、冷
熱手段６４、検知手段３８及びコントローラ６６を備え
ていて、冷熱手段６４及びコントローラ６６は制御手段
７３を構成している。テーブル６２には流路６２Ａが形
成されていて、流路３２Ａには矢印方向に冷却水が流れ
ている。この冷却水は後述するペルチェ素子から発生し
た熱を吸収する。

【００２８】冷熱手段６４は複数のペルチェ素子６８を
有していて、複数のペルチェ素子６８はテーブル６２の
全域に所定間隔をおいて埋設されている。それぞれのペ
ルチェ素子６８はドライバ７０に独立して電気的に連結
されている。ドライバ７０は後述するコントローラ６６
からの信号に基づいて、それぞれのペルチェ素子６８に
正負の電圧を印加する。ペルチェ素子６８は正の電圧を
受けたときテーブル６２の表面６２Ａを冷却し、負の電
圧を受けたときテーブル６２の表面６２Ａを加熱するよ
うにテーブル６２に所定間隔をおいて埋設されている。
これにより、常時冷却状態に維持されているテーブル６
２の表面６２Ｂを所定温度に設定する。

【００２９】これにより、ワーク４１はテーブル６２の
表面６２Ｂに固着され、ワーク４１の加工を行うことが
できる。ワーク４１の加工完了後、コントローラ４０か
らの加熱信号に基づいてドライバ７０はそれぞれのペル
チェ素子６８に負の電圧を印加する。これにより、テー
ブル６２の表面６２Ｂが加熱されて凝固した氷が解凍さ
れて水５２に戻る。従って、ワーク４１はテーブル６２
の表面６２Ｂから開放される。

【００３０】前述したコントローラ６６は予め入力され
ている冷凍チャック用の水５２の凝固パターンに基づい
てドライバ７０に信号を出力する。また、コントローラ
６６は予め入力されている水５２の凝固パターンと温度
・電圧変換器５０から入力された検知温度に比例した電
圧に基づいてドライバ７０に信号を出力する。これによ
り、ペルチェ素子６８のテーブル６２の表面６２Ｂに対
向する面が冷却・加熱されて、テーブル６２の表面６２
Ｂの温度が冷凍チャック用の水５２が凝固パターンで凝
固するように設定される。

【００３１】前記の如く構成された本発明に係る冷凍チ
ャック装置の第２実施例の作用について説明する。先
ず、コントローラ６６に冷凍チャック用の水５２の凝固
パターンを予め入力する。次に、コントローラ６６から
水５２の凝固パターンに基づいた冷却信号がドライバ７
０に出力される。ドライバ７０はコントローラ４０から
の冷却信号に基づいて、それぞれのペルチェ素子６８に
正の電圧を印加する。

【００３２】これにより、テーブル６２の表面６２Ｂの
温度が水５２を凝固パターンで凝固するように冷却され
る。この場合、検知手段３８の複数の温度センサー４８
は各々の温度センサー４８が埋設されている位置のテー
ブル６２の温度を検知する。そして、温度センサー４８
が検知したテーブル６２の温度は温度・電圧変換器５０
で電圧に変換されて、コントローラ６６にフィードバッ
クされる。

【００３３】従って、コントローラ６６は予め入力され
ている水５２の凝固パターン温度と温度・電圧変換器５
０からフィードバックされた検知温度とを比較して、凝
固パターン温度と検知温度が一致していない場合には、
凝固パターン温度が検知温度に一致するような信号をド
ライバ７０に出力する。これにより、テーブル６２の表
面６２Ｂの凝固パターンで温度は冷凍チャック用の水５
２が凝固パターンで凝固するように確実に設定される。

【００３４】これにより、ワーク４１はテーブル６２の
表面６２Ｂに固着され、ワーク４１の加工を行うことが
できる。ワーク４１の加工完了後、コントローラ４０か
らの加熱信号に基づいてドライバ７０はそれぞれのペル
チェ素子６８に負の電圧を印加する。これにより、テー
ブル６２の表面６２Ｂが加熱されて凝固した氷が解凍さ
れて水５２に戻る。従って、ワーク４１はテーブル６２
の表面６２Ｂから開放される。

【００３５】第２実施例では前記第１実施例ではコント
ローラ４０から出力される冷却信号を所定のパターンで
制御して水５２の凝固パターンを調整したが、これに限
らず、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すようにペルチェ素子６
８、６８…を配列して、全てのペルチェ素子６８、６８
…に一定電圧を印加しても図２（Ａ）、（Ｂ）と同様の
凝固パターンを得ることができる。

【００３６】前記第１、第２実施例ではテーブル３２、
６２が非回転式の場合について説明したが、これに限ら
ず、図９、図１０の第３、第４実施例のように回転式の
テーブルに適用することも可能である。以下、図９、図
１０に基づいて冷凍チャック装置の第３、第４実施例に
ついて詳説する。尚、第１、第２実施例と同一類似部材
については同一符号を付し説明を省略する。

【００３７】第３実施例の冷凍チャック装置７４は回転
テーブル７６を備えていて、回転テーブル７６の左側部
には回転テーブル７６の回転中心と同軸上に筒体７８が
固着されている。筒体７８の外周にはベアリング８０、
８０が設けられている。また、筒体７８の内部には筒体
７８と同軸上にヒートパイプ等の熱伝導軸８２が配置さ
れ、熱伝導軸８２の右端部は回転テーブル７６に固着さ
れている。

【００３８】熱伝導軸８２の左端部は熱交換チャンバー
８４内に配置されていて、熱交換チャンバー８４内に配
置されている熱伝導軸８２の左端部にはフィン８６、８
６…が所定間隔をおいて設けられている。熱交換チャン
バー８４は装置本体等に固定されていて、外周には断熱
材８４Ａが設けられている。熱交換チャンバー８４内に
は冷媒等が充填されていて、これにより、熱伝導軸８２
が冷却される。熱伝導軸８２が冷却されると回転テーブ
ル７６が冷却状態に維持される。

【００３９】一方、回転テーブル７６には第１実施例と
同様に、複数のヒータ部材４４及び複数の温度センサー
４８が埋設されていて、複数のヒータ部材４４及び複数
の温度センサー４８はそれぞれ図１に示す加熱手段３６
及び検知手段３８を構成する。回転テーブル７６のチャ
ック面には凹部７６Ａが形成されていて、凹部７６Ａ内
には冷凍チャック用の水５２を介してワーク４１が配置
されている。

【００４０】尚、図９上で８８は断熱材、９０はシール
である。図１０に示す第４実施例の冷凍チャック装置９
２は回転テーブル９４を備えている。回転テーブル９４
の左側部には第３実施例と同様に筒体７８が固着されて
いて、筒体７８の外周にはベアリング８０、８０が設け
られている。また、筒体７８の内部には筒体７８と同軸
上に外管９６が配置され、外管９６の右端部は回転テー
ブル９４のチャンバー９４Ａに連通されている。

【００４１】また、外管９６の内部には外管９６と同軸
上に内管９８が配置され、内管９８の右端部はチャンバ
ー９４Ａに配置されている。内管９８の右端には仕切板
１００が固着されていて、仕切板１００はチャンバー９
４Ａの略中央に配置されている。内管９８の左端部から
は冷却水が供給され、供給された冷却水はチャンバー９
４Ａを介して外管９６に導かれる。

【００４２】これにより、回転テーブル９４に埋設され
ているペルチェ素子６８から発生した熱を吸収する。ペ
ルチェ素子６８間には温度センサー４８が埋設されてい
て、ペルチェ素子６８及び温度センサー４８はそれぞれ
図２に示す冷熱手段６４及び検知手段３８を構成する。
一方、第３実施例と同様に回転テーブル９４のチャック
面には凹部９４Ｂが形成されていて、凹部９４Ｂ内には
冷凍チャック用の水５２を介してワーク４１が配置され
ている。凹部９４Ｂは水が回転テーブル９４の外側に洩
れるのを防ぐと共にワーク４１の保持の役割を果たす。
特に加工中に、ワーク４１が破壊した場合もしくはチャ
ッキングが外れた場合にワーク４１が飛散することを防
止する。

【００４３】図１０に示す第４実施例の冷凍チャック装
置９２においては、ペルチェ素子６８を回転テーブル９
４に配設した場合について説明したが、これに限らず、
図１１に示すように回転テーブル９４に複数のヒータ部
材４４を配設してもよい。この場合、内管９８の左端部
からは冷却水に代えて冷媒が供給され、供給された冷媒
はチャンバー９４Ａを介して外管９６に導かれる。

【００４４】前記第１乃至第４実施例においては、ワー
ク４１のチャック面のみが冷却されるので、ワーク４１
のチャック面と反対側の面との熱変形量が異なる。すな
わち、ワーク４１のチャック面は冷却されるで、チャッ
ク面の熱変形量が少ない。従って、ワーク４１は冷凍チ
ャック時に湾曲状に変形する。そして、ワーク４１の変
形を防止する冷凍チャック装置の第５、第６実施例を図
１２、図１３に示す。以下、図１２、図１３に基づいて
第５、第６実施例を詳説する。尚、第１乃至第４実施例
と同一類似部材については同一符号を付し説明を省略す
る。

【００４５】第５実施例の冷凍チャック装置１０４は、
第１実施例の冷凍チャック装置３０と熱変形抑制装置１
０６から成り、熱変形抑制装置１０６はカバー１０８を
有していて、カバー１０８はテーブル３２と略同様に構
成されている。すなわち、カバー１０８には流路１０８
Ａが形成されていて、流路１０８Ａには冷媒が供給され
ている。これにより、カバー１０８は常時冷却状態に維
持される。

【００４６】また、カバー１０８には所定間隔をおいて
複数のヒータ部材４４が埋設されていて、これらのヒー
タ部材４４の加熱パターンをテーブル３２に埋設された
ヒータ部材４４の加熱パターンと同一に設定する。ま
た、カバー１０８とワーク４１との間には空間１１０を
形成する。空間１１０はテーブル３２の冷凍チャック用
の水５２と略同一にヒータ部材４４の熱をワーク４１に
伝達する。さらに、空間１１０には不凍液を供給しても
よい。

【００４７】これにより、ワーク４１の冷凍チャック時
に、ワーク４１の両面を同一温度に維持することができ
るので、ワーク４１の熱変形を防止することができる。
尚、図１２上で１０８Ｂはフックであり、フック１０８
Ｂはワーク４１を把持することができる。第６実施例の
冷凍チャック装置１１２は、第２実施例の冷凍チャック
装置６０と熱変形抑制装置１１４から成り、熱変形抑制
装置１１４はカバー１１６を有していて、カバー１１６
はテーブル６２と略同様に構成されている。すなわち、
カバー１１６には流路１１６Ａが形成されていて、流路
１１６Ａには冷却水が供給されている。

【００４８】また、カバー１１６には所定間隔をおいて
複数のペルチェ素子６８が埋設されていて、これらのペ
ルチェ素子６８の冷却・加熱パターンをテーブル６２に
埋設されたペルチェ素子６８の冷却・加熱パターンと同
一に設定する。また、第５実施例の冷凍チャック装置１
０４と同様にカバー１１６とワーク４１との間には空間
１１０を形成する。空間１１０はテーブル６２の冷凍チ
ャック用の水５２と略同一にペルチェ素子６８の熱をワ
ーク４１に伝達する。さらに、空間１１０には不凍液を
供給してもよい。

【００４９】これにより、ワーク４１の冷凍チャック時
に、ワーク４１の両面を同一温度に維持することができ
るので、ワーク４１の熱変形を防止することができる。
尚、カバー１１６には第５実施例のカバー１０８と同様
に、ワーク４１を把持可能なフック１１６Ｂが設けられ
ている。第５、第６実施例の場合はワーク４１の両面を
同一条件で冷却して、ワーク４１の熱変形を防止した。
しかしながら、冷凍チャック装置のテーブルでワーク４
１を冷凍チャックする場合、テーブルの表面をのみを冷
却するのでテーブルの表面と裏面とに温度差が生じる。
これにより、テーブルが熱変形するのでテーブル表面の
平面度が悪くなり、テーブルに冷凍チャックされたワー
ク４１が変形するという問題がある。

【００５０】従って、テーブル表面の平面度が要求され
る場合には、冷凍チャック時のテーブルの熱変形を防止
する必要があり、その方法を図１４、図１５の第７、第
８実施例に基づいて説明する。尚、第１乃至６実施例と
同一類似部材については同一符号を付し説明を省略す
る。第７実施例の冷凍チャック装置１２０は、図１の第
１実施例に類似している。これらの相違点は、第７実施
例のテーブル１２２の裏面側に加熱手段３６の複数のヒ
ータ部材４４を埋設した点である。これにより、テーブ
ル１２２の表面側と、テーブル１２２の裏面側とが同一
温度に設定されるので、冷凍チャック時のテーブルの熱
変形が防止される。

【００５１】また、第８実施例の冷凍チャック装置１２
６は、図７の第２実施例に類似している。これらの相違
点は、第８実施例のテーブル１２８の裏面側に冷熱手段
６４の複数のペルチェ素子６８を埋設した点である。こ
れにより、テーブル１２８の表面側と、テーブル１２８
の裏面側とが同一温度に設定されるので、冷凍チャック
時のテーブルの熱変形が防止される。

【００５２】前記第１乃至第８実施例の場合、冷凍チャ
ック装置に設けられている冷凍用のヒータ部材４４やペ
ルチェ素子６８を使用して冷凍チャック用の氷５２を解
凍し、ワーク４１の冷凍チャック状態を解除していた。
しかしながら、この方法では冷凍チャック状態の解除に
時間がかかるので、迅速に冷凍チャック状態を解除する
方法として図１６、図１７にそれぞれ第９、第１１実施
例を示す。以下、第９、第１１実施例について説明する
が、前記第１乃至第８実施例と同一類似部材については
同一符号を付し説明を省略する。

【００５３】第９実施例は解凍装置１３０を備えてい
る。解凍装置１３０は冷凍チャック装置のテーブル１３
２の上方から、ワーク４１と冷凍チャック用の水５２が
凝固された氷とに温水をシャワー状にかけることができ
る。また、温水に代えて蒸気や温風等をかけても同様の
効果を奏することができる。これにより、冷凍チャック
状態を迅速に解除して、生産性の向上等を図ることがで
きる。

【００５４】また、第１０実施例の解凍装置１３６はワ
ーク４１に対向する面に複数のヒータ部材１３８が埋設
されている。そして、複数のヒータ部材１３８を加熱す
ると、複数のヒータ部材１３８の輻射熱が透明なワーク
４１を経て冷凍チャック用の水５２が凝固された氷を迅
速に解凍することができる。これにより、冷凍チャック
状態を迅速に解除して、生産性の向上等を図ることがで
きる。尚、第１０実施例の解凍装置１３６は輻射熱を利
用するので、ワーク４１が透明なガラス等の場合に使用
される。

【００５５】また、第９実施例は解凍装置１３０や第１
０実施例の解凍装置１３６と共に、冷凍用のヒータ部材
４４やペルチェ素子６８を併用してもよい。前記第１乃
至第１０実施例の場合、ワークが平板の場合について説
明したが、本発明に係る冷凍チャック装置はその他の形
状のワークについても使用することができる。以下、図
１８、図１９に基づいてワークが円筒形の場合に適用す
ることができる冷凍チャック装置の第１１、第１２実施
例について説明する。尚、第１乃至第１０実施例と同一
類似部材については同一符号を付し説明を省略する。

【００５６】第１１実施例の冷凍チャック装置１４０は
支持部材１４２を有していて、支持部材１４２は中空の
円筒状に形成されている。支持部材１４２の中空部１４
２Ａには冷媒が供給されている。従って、支持部材１４
２は一定温度に冷却される。また、支持部材１４２には
環状のヒータ部材１４４が複数個所定間隔をおいて埋設
されていて、これらのヒータ部材１４４は図１の第１実
施例のヒータ部材４４と同様にコントローラからの指示
で加熱される。

【００５７】この場合、コントローラは予め入力されて
いる水５２の凝固パターンに基づいて信号を出力するの
で、一定温度に冷却されている支持部材１４２の外周温
度は冷凍チャック用の水５２が凝固パターンで凝固する
ように確実に設定される。これにより、円筒形のワーク
１４６は支持部材１４２に冷凍チャックされる。この支
持部材１４２は旋盤等に設けられていて、円筒形のワー
ク１４６は旋盤等は旋盤等で回転加工される。

【００５８】尚、複数のヒータ部材１４４間には第１実
施例と同様に検知手段が設けられていて、検知手段は支
持部材１４２の温度を検知してコントローラにフィード
バックする。ここで、ワーク１４６が円筒形の場合の好
まし凝固パターンを図２０に基づいて説明する。図２０
に示す凝固パターンはワーク１４６の左端部から水５２
が凝固を開始して、その凝固が順次右方向に移動するよ
うに設定されている。従って、凝固時の水５２の膨張量
分をワーク１４６の右側の外部に逃がすことができる。
尚図示しないが、凝固パターンをワークの中央部から開
始して、水の凝固が順次ワークの外周方向に移動するよ
うに設定してもよい。この場合も、凝固時の水の膨張量
分をワークの両側の外部に逃がすことができる。

【００５９】また、第１２実施例の冷凍チャック装置１
５０は第１１実施例と同様に支持部材１４２を有してい
て、支持部材１４２は中空の円筒状に形成されている。
支持部材１４２の中空部１４２Ａには冷却水が供給され
ていて、冷却水は後述するペルチェ素子１５２から発生
する熱を吸収する。また、複数のペルチェ素子１５２で
環状のペルチェ素子環が形成され、このペルチェ素子環
が複数個所定間隔をおいて支持部材１４２に埋設されて
いる。これらのペルチェ素子環は図７の第２実施例のペ
ルチェ素子６８と同様にコントローラからの指示で冷却
・加熱される。

【００６０】この場合、コントローラは予め入力されて
いる水５２の凝固パターンに基づいて信号を出力するの
で、支持部材１４２の外周温度は冷凍チャック用の水５
２が凝固パターンで凝固するように確実に設定される。
尚、複数のペルチェ素子環間には第１２実施例と同様に
検知手段が設けられていて、検知手段は支持部材１４２
の温度を検知してコントローラにフィードバックする。

【００６１】前記第１乃至第１２実施例の場合、冷凍チ
ャック用の水５２を介してテーブルにワークを直接チャ
キングしたが、例えば、平板状のワークを旋盤で加工す
る場合、ワークを垂直状態にチャキングする必要があ
る。しかしながら、回転テーブルは垂直状態に維持され
ているので、ワークと回転テーブル間に充填されている
冷凍チャック用の水５２が、ワークと回転テーブル間か
ら流出する。従って、ワークを回転テーブルにチャッキ
ングすることが困難になる。

【００６２】この問題を解決する方法を図２１に基づい
て説明する。尚、第１乃至第１２実施例と同一類似部材
については同一符号を付し説明を省略する。図２１に示
すように、冷凍チャック装置１５６は冷却用テーブル１
５８を有していて、冷却用テーブル１５８にはプレート
１６０が載置されている。プレート１６０には冷凍チャ
ック用の水５２を介してワーク１６２が載置されてい
る。冷却用テーブル１５８には第１実施例、又は第２実
施例と同様に冷凍チャック用の水５２を所望の凝固パタ
ーンで凝固する手段が設けられている。従って、この凝
固手段が作動すると、ワーク１６２が冷凍チャック用の
水５２を介してプレート１６０にチャックされる。

【００６３】プレート１６０にワーク１６２をチャック
完了後、プレート１６０を回転プレート１６４の爪１６
４Ａでチャックする。回転プレート１６４は旋盤のシャ
フト１６６に同軸上に固着されている。回転プレート１
６４はワーク１６２をチャックしている氷が解凍しない
ように一定温度で冷却されている。このように、ワーク
１６２と冷却用テーブル１５８間にプレート１６０を使
用して加工工程と冷却工程とを分けることにより、冷凍
チャックされたワーク１６２を所望の姿勢に設定（チャ
ッキング）することができる。また、ワーク１６２を旋
盤等で加工中に新たなワーク１６２をプレート１６０に
冷凍チャックすることができるので、ワーク１６２の加
工完了と同時に、新たなワーク１６２を旋盤の回転プレ
ート１６４にチャッキングすることができる。従って、
タクト短縮を図ることができる。

【００６４】さらに、ワーク１６２を旋盤等で加工中
に、新たなワーク１６２の冷凍チャックを時間をかけて
行うことができるので、精度の向上を図ることができ
る。尚、前記実施例において説明したワークの形状は板
状、円盤状及び円筒状等が考えられ、また、ワークの材
質としてはセラミック、シリコン、ガラス、プラスチッ
ク、アルミ、及び木材等、ほとんどの材質が適用可能で
ある。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る冷凍
チャック装置によれば、冷却手段による凝固の際に、該
液状媒体の凝固が所定の方向へ順次進行するようにテー
ブル表面の温度を形成させるようにしたので、凝固時の
液状媒体の膨張量分をワークの外縁の外側に逃がすこと
ができる。また、本発明に係る冷凍チャック装置によれ
ば、テーブルには液状媒体を凝固させる冷媒が流れる流
路が形成されると共に、該流路は液状媒体の凝固が所定
方向に順次進行するための温度勾配をテーブル表面に形
成可能なように構成されているので、凝固時の液状媒体
の膨張量分をワークの外縁の外側に逃がすことができ
る。 また、本発明に係る冷凍チャック方法によれば、請
求項１〜５の何れか１項の装置を用いてワークをテーブ
ルに固着するようにしたので、凝固時の液状媒体の膨張
量分をワークの外縁の外側に逃がすことができる。

【００６６】従って、冷凍チャック時のワークの変形を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷凍チャック装置の第１実施例の
全体図

【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ冷凍チャック用
の水の凝固方向を説明する平面図

【図３】本発明に係る冷凍チャック装置の作用・効果を
説明した図

【図４】図４（Ａ）は本発明に係る冷凍チャック装置の
第１実施例においてヒータ部材の配列で凝固パターンを
調整する場合を説明した図、図４（Ｂ）はその温度勾配
を説明する図

【図５】図５（Ａ）は本発明に係る冷凍チャック装置の
第１実施例においてヒータ部材の配列で凝固パターンを
調整する場合を説明した図、図５（Ｂ）はその温度勾配
を説明する図

【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係る冷凍チャッ
ク装置の第１実施例において冷媒の流路で凝固パターン
の調整を説明した図

【図７】本発明に係る冷凍チャック装置の第２実施例の
全体図

【図８】図８（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係る冷凍チャッ
ク装置の第２実施例においてペルチェ素子の配列で凝固
パターンを調整する場合を説明した図

【図９】本発明に係る冷凍チャック装置の第３実施例の
要部拡大図

【図１０】本発明に係る冷凍チャック装置の第４実施例
の要部拡大図

【図１１】本発明に係る冷凍チャック装置の第４実施例
のペルチェ素子をヒータ部材に置き換えた状態を示す断
面図

【図１２】本発明に係る冷凍チャック装置の第５実施例
の要部拡大図

【図１３】本発明に係る冷凍チャック装置の第６実施例
の要部拡大図

【図１４】本発明に係る冷凍チャック装置の第７実施例
の要部拡大図

【図１５】本発明に係る冷凍チャック装置の第８実施例
の要部拡大図

【図１６】本発明に係る冷凍チャック装置の第９実施例
の要部拡大図

【図１７】本発明に係る冷凍チャック装置の第１０実施
例の要部拡大図

【図１８】本発明に係る冷凍チャック装置の第１１実施
例の要部拡大図

【図１９】本発明に係る冷凍チャック装置の第１２実施
例の要部拡大図

【図２０】本発明に係る冷凍チャック装置の第１１、第
１２実施例の冷凍チャック用の水の凝固方向を説明する
平面図

【図２１】本発明に係る冷凍チャック装置を加工工程と
分けて使用する方法を説明する平面図

【図２２】図２２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は
従来のチャッキング方法を説明した平面図

【符号の説明】

３０、６０、１０４、１１２…冷凍チャック装置 ３２、６２…テーブル ３４…冷却手段 ３６…加熱手段 ４０、６６…コントローラ ４１…ワーク ４３、７３…制御手段 ４４…ヒータ部材 ４６、７０…ドライバ ５２…冷凍チャック水 ６４…冷熱手段 １０６、１１４…熱変形抑制装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−124243（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−17837（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 3/08

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークと該ワークが載置されたテーブル間
   に供給された液状媒体を凝固させて前記ワークをテーブ
   ルに固着する冷凍チャック装置において、前記テーブルに設けた冷却部を冷却して前記液状媒体を
   凝固させる冷却手段と、 前記テーブルに設けた複数の加熱部を独立して加熱可能
   な加熱手段と、 前記冷却手段による凝固の際に、前記加熱部を制御して
   前記液状媒体の凝固が所定の方向へ順次進行するように
   前記テーブル表面の温度を形成させる制御手段と、を備
   えた ことを特徴とする冷凍チャック装置。
2. 【請求項２】前記冷却部及び前記加熱部として、前記テ
   ーブルを冷却・加熱可能な複数の電子冷熱素子を前記テ
   ーブル全域に所定間隔をおいて個々に埋設して、該個々
   に埋設された電子冷熱素子にドライバで正負の電圧を印
   加して前記テーブルを冷却・加熱可能とする冷熱手段を
   設け、 前記制御手段は、予め入力されている前記液状媒体の凝
   固パターンに基づいて前記テーブルを冷却・加熱する信
   号を前記ドライバに出力することにより、前記液状媒体
   の凝固が所定の方向へ順次進行するように前記テーブル
   表面の温度を形成させることを特徴とする請求項１の 冷
   凍チャック装置。
3. 【請求項３】前記凝固される液状媒体が所定の方法へ順
   次凝固させることにより、凝固時の前記液状媒体の膨張
   量分を前記ワークの外側方向に順次逃がして前記ワーク
   の外縁から除去することを特徴とする請求項１又は２の
   冷凍チャック装置。
4. 【請求項４】前記テーブルに固着される側と反対側のワ
   ーク面に、前記制御手段と同様の制御手段を備え、 前記ワークの両面を同一温度に維持して前記ワークの熱
   変形を防止することを特徴とする請求項１〜３の何れか
   １の冷凍チャック装置。
5. 【請求項５】ワークと該ワークが載置されたテーブル間
   に供給された液状媒体を凝固させて前記ワークをテーブ
   ルに固着する冷凍チャック装置において、 前記テーブルには前記液状媒体を凝固させる冷媒が流れ
   る流路が形成されると共に、該流路は前記液状媒体の凝
   固が所定方向に順次進行するための温度勾配を前記テー
   ブル表面に形成可能なように構成されていることを特徴
   とする冷凍チャック装置。
6. 【請求項６】ワークと該ワークが載置されたテーブル間
   に供給された液状媒体を凝固させて前記ワークをテーブ
   ルに固着する冷凍チャック方法において、 請求項１〜５の何れか１項の装置を用いて前記ワークを
   前記テーブルに固着することを特徴とする冷凍チャック
   方法。