JPH11320355A - 面加工装置及び面加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 面形状の制御を簡単にかつ確実に行うことが
でき、小型かつ低コストであるにもかかわらず大型製品
の面加工に好適な面加工装置を提供すること。 【解決手段】 この面加工装置１は、被加工物Ｗ1 の特
定面と接触する複数の研削用ペレット３を定盤２の加工
面２ａに保持させたものであって、揺動機構１１を備え
ている。揺動機構１１は、特定面を加工面２ａに対して
接触させた状態で、その特定面と水平な方向に被加工物
Ｗ1 を揺動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面加工装置及び面
加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、大型の円盤状の被加工物Ｗ1 （例
えばラップ盤やポリッシュ盤等の定盤等）を製造する
際、その特定の面を所望形状の面（例えば図３(a) のよ
うな平坦面や、図３(b),(c) のような中凹状や中凸状の
アール面）に仕上げたい場合がある。この場合、被加工
物Ｗ1 の特定面に対して研削加工を行う必要がある。

【０００３】かかる面加工を達成する手法の１つとして
は、平面加工装置の一種であるロータリ方式の平面研削
盤を用いた研削加工がある。その際、回転するロータリ
テーブル上に被加工物Ｗ1 をあらかじめ固定しておく。
このような状態で、回転する砥石の一部をその被加工物
Ｗ1 の上面に対して接触させる。その結果、当該面の研
削加工が行われるようになっている。

【０００４】また、それと別の手法としては、加工面に
ダイヤモンドペレットが貼着された定盤を備える固定砥
粒方式の平面加工装置を用いた研削加工がある。その
際、定盤の加工面にあらかじめ凹部または凸部を形成し
ておく。この状態で定盤を回転させるともに、その回転
する定盤の加工面に対して被加工物Ｗ1 の特定面をプッ
シャプレートにより圧接させる。その結果、当該面の研
削加工が行われるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記２つの
従来技術には以下のような問題がある。ロータリ方式の
平面研削盤では、加工時に砥石を微妙に上下動させる必
要があるので、被加工物Ｗ1 の特定面をミクロン単位で
正確に仕上げることが殆ど不可能である。従って、ロー
タリ方式の平面研削盤を単純に用いたとしても、高精度
のアール面を得ることができなかった。

【０００６】なお、ロータリ方式の平面研削盤を用いて
転写加工（定盤の加工面の形状を凹状または凸状にして
おきそれを被加工物Ｗ1 に転写する加工法）を行えば、
ある程度はアール面仕上げを達成することができる。し
かしながら、この加工方法ですら、被加工物Ｗ1 の面形
状を制御できるまでには至っていなかったので、高精度
のアール面を得るためには依然として高度の技能が必要
とされていた。

【０００７】同様に固定砥粒方式の平面加工装置を用い
た加工においても、被加工物Ｗ1 の面形状を制御できる
までには至っていなかったので、やはり高精度のアール
面を得ることは困難であった。

【０００８】また、上記従来の平面加工装置を用いて大
型製品を面加工しようとすると、それに応じて大きな定
盤や砥石を用いる必要があり、これが装置全体を大型化
したり製造しにくくさせる原因となっていた。勿論、装
置全体の大型化等は高コスト化にもつながる。

【０００９】さらに、以上のような既存かつ汎用の装置
を用いることなく、多軸ロボット等のような専用の平面
加工装置を用いてアール面仕上げを行えばよいとも考え
られる。ところが、この場合には高価な装置が要ること
から設備投資額が増大するため、やはり高コスト化が避
けられない。

【００１０】本発明は上記の課題を解決するためなされ
たものであり、その目的は、面形状の制御を簡単にかつ
確実に行うことができ、小型かつ低コストであるにもか
かわらず大型製品の面加工に好適な面加工装置を提供す
ることにある。

【００１１】また、本発明の別の目的は、大型製品の面
加工に好適な面加工方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、被加工物の特定面と接
触する複数の研削用ペレットを定盤の加工面に保持させ
た面加工装置であって、前記特定面を前記加工面に対し
て接触させた状態でその特定面と水平な方向に前記被加
工物を揺動させる揺動機構を備えたことを特徴とする面
加工装置をその要旨とする。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記揺動機構は、揺動軸を有する駆動手段と、前記
揺動軸からその径方向に向かって延びるように突設され
た揺動アームと、前記揺動アームの自由端に設けられる
とともに前記被加工物を前記加工面に対向させた状態で
保持する被加工物保持治具とを備えるとした。

【００１４】請求項３に記載の発明は、被加工物の特定
面と接触する複数の研削用ペレットを定盤の加工面に保
持させた面加工装置を用いる面加工方法であって、前記
特定面を前記加工面に対して接触させた状態でその特定
面と水平な方向に前記被加工物を揺動させることによ
り、前記特定面の加工を行うことを特徴とする面加工方
法をその要旨とする。

【００１５】以下、本発明の「作用」を説明する。請求
項１に記載の発明によると、回転する定盤の加工面に対
して特定面を接触させた状態で被加工物が所定方向に揺
動する結果、その特定面が各研削用ペレットによって削
り取られる。被加工物の揺動を行うこの面加工装置の場
合、揺動を行わないものに比べて、加工面の広範囲の領
域を有効に利用することができる。従って、あえて定盤
を大きくしなくても大型製品の面加工を行うことが可能
となり、装置の小型化かつ低コスト化が図られる。ま
た、被加工物を揺動させてその位置を変更すれば、外周
部と中心部とで研削速度に差を設けることができるた
め、それにより面形状の制御を比較的簡単にかつ確実に
行うことができる。さらに、上記のような揺動機構であ
れば、既存かつ汎用の装置に付加するだけで足りるの
で、専用の平面加工装置を購入する必要がなく、低コス
ト化に有利となる。また、転写加工のような高度な技能
を要する作業を行わなくても面形状を制御できるので、
高精度のアール面であっても比較的簡単にかつ確実に得
ることができる。

【００１６】請求項２に記載の発明によると、駆動手段
によって揺動アームを所定角度範囲で駆動した場合、そ
の自由端に設けられた被加工物保持治具が揺動運動を開
始する。従って、そのような被加工物保持治具に被加工
物を保持させておけば、加工面に対して特定面を接触さ
せた状態で被加工物を揺動させ、これをもって被加工物
の位置を容易に変更することができる。また、このよう
な揺動機構であれば、小型かつ簡単な構造で実現するこ
とが充分可能である。

【００１７】請求項３に記載の発明によると、被加工物
の揺動を行わないものに比べて、加工面の広範囲の領域
を有効に利用することができるため、あえて定盤を大き
くしなくても大型製品の面加工を行うことが可能とな
る。また、被加工物を揺動させてその位置を変更すれ
ば、外周部と中心部とで研削速度に差を設けることがで
きるため、それにより面形状の制御を比較的簡単にかつ
確実に行うことができる。また、転写加工のような高度
な技能を要する作業を行わなくても面形状を制御できる
ので、高精度のアール面であっても比較的簡単にかつ確
実に得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態の平面研削装置１を図１，図２に基づき詳細に説明
する。

【００１９】図１に示されるように、本実施形態の平面
研削装置１はいわゆる固定砥粒方式の平面研削装置１で
ある。平面研削装置１を構成する図示しない回転駆動装
置は、上方に向かって垂直に延びる回転軸４を備えてい
る。この回転軸４の上端面には、例えば図示しないボル
ト等によって、定盤２が水平にかつ一体回転可能に固定
されている。

【００２０】図１（ａ）に示されるように、定盤２は円
盤状を呈した金属製部材であって、その上面が加工面２
ａとなっている。加工面２ａの中央には取付用凹部５が
設けられており、この取付用凹部５を除く領域が加工領
域となっている。加工領域の幅は、ここでは円盤状をし
た被加工物Ｗ1 の直径にほぼ等しくなるように設計され
ている。なお、本装置１により研削される被加工物Ｗ1
としては、例えば１）工作機械のロータリテーブル、
２）ラップ盤、ポリッシュ盤、ウェハ研磨装置の定盤ま
たはプッシャプレート、３）大型レンズなど、即ち各種
の大型製品が挙げられる。

【００２１】定盤２の加工面２ａにおける加工領域に
は、多数の研削用ペレット３が取り付けられている。研
削用ペレット３としては、例えばダイヤモンド等の硬質
材料からなる固定砥粒を金属製のマトリクス中に均一に
分散した成形体を焼結してなるもの（ダイヤモンドペレ
ット）が用いられる。本実施形態の研削用ペレット３は
円形状を呈したものとなっている。本実施形態では、加
工領域において研削用ペレット３が粗密なくほぼ均一に
配置されている。

【００２２】この装置１は揺動機構１１を具備してい
る。図１（ａ），図１（ｂ）において前記揺動機構１１
は、揺動軸１２を有する駆動手段１３と、揺動アーム１
４と、被加工物保持治具１５とを備えたものとして構成
されている。

【００２３】駆動手段１３は、定盤２を支持している回
転軸４の脇に近接して配設されている。このような駆動
手段１３としては、所定角度θの範囲内で回動運動を行
うモータ等が使用される。揺動軸１２は、駆動手段１３
の上端面から上方に向かって垂直に延びている。

【００２４】揺動アーム１４は、揺動軸１２からその径
方向に向かって延びるように突設されている。揺動アー
ム１４の基端部は、揺動軸１２の上端部に対して固定さ
れている。従って、駆動手段１３を作動させると、回動
軸１２とともに揺動アーム１４が駆動され、揺動アーム
１４が水平方向に回動運動を行う。本実施形態において
使用される揺動アーム１４は、定盤２の直径よりも長
く、加工面２ａの上方において定盤２の回転中心を跨ぐ
ようして配設されている。

【００２５】被加工物保持治具１５は、揺動アーム１４
の自由端に１つ設けられている。この治具１５は、先端
部にローラベアリング１６を備える３本の爪部１７と、
それらの爪部１７を水平に支持する支持体１８とからな
る。支持体１８自身は揺動アーム１４に対して回転可能
に軸支されている。そして、３つのローラベアリング１
６間には、１枚の被加工物Ｗ1 が特定面を加工面２ａに
対向させた状態で把持される。なお、各ローラベアリン
グ１６によって把持された被加工物Ｗ1 は、定盤２との
摺接により追従して回転可能（連れ回り可能）になって
いる。

【００２６】従って、駆動手段１３を作動させた場合、
加工面２ａに対して特定面を接触させた状態で被加工物
Ｗ1 が前記特定面と水平な方向に揺動される結果、これ
をもって加工面内２ａでの被加工物Ｗ1 の位置変更を図
ることができる。

【００２７】次に、このような揺動機構１１を備える平
面研削装置１を用いた面加工の方法について述べる。加
工面２ａに対して被加工物Ｗ1 を接触させるべく、被加
工物保持治具１５により被加工物Ｗ1 を所定圧で定盤２
に押し付ける。その際、揺動アーム１４を図１（ａ）に
示される基準位置に固定して、揺動を行わないものとす
る。この状態で定盤２を矢印ａ1 の方向に所定回転数で
回転させる。なお、本実施形態では前記回転数を１００
ｒｐｍに設定している。すると、被加工物Ｗ1 の特定面
が各研削用ペレット３によって切り込まれることで一様
に削り取られ、特定面が高精度な平坦面に仕上げられ
る。

【００２８】なお、この場合には特定面に加わる摺接力
の作用によって、被加工物Ｗ1 が矢印ａ2 の方向に連れ
回りを起こす。このような現象が起こるのは、定盤２の
外周部付近の周速のほうが中心部のそれに比べて速いこ
とに起因する。

【００２９】一方、被加工物保持治具１５により被加工
物Ｗ1 を所定圧で定盤２に押し付けるとともに、揺動ア
ーム１４を所定周期で揺動させた場合には、次のように
なる。ここでは、揺動アーム１４が両方の揺動終端位置
に達したときに、図２にて斜線で示されるような領域
（オーバーハング領域）ができるような揺動の仕方を採
用している。もっとも、前記オーバーハング領域は被加
工物Ｗ1 の外周部に対応し、中心部を含まないように設
定されている。また、本実施形態では前記揺動周期を１
０回／分に設定している。

【００３０】このような状態で研削加工を行うと、被加
工物Ｗ1 が回動軸１２を中心とする円弧に沿って水平方
向に揺動運動を開始する。その結果、被加工物Ｗ1 の特
定面が各研削用ペレット３によって切り込まれて削り取
られる。しかしながら、被加工物Ｗ1 の特定面における
中心部は常に定盤２に摺接しているのに対し、外周部に
ついては定盤２に常に摺接しているわけではない。従っ
て、被加工物Ｗ1 における外周部と中心部とでは、単位
時間あたりの切り込み量におのずと差が生じる。上記の
場合においては、外周部における切り込み量のほうが相
対的に少なくなるので、被加工物Ｗ1 の特定面は中凹状
のアール面に仕上げられる。なお、このような研削方法
によると、平坦度が１μｍ〜１０μｍ程度のアール面を
得ることが可能である。

【００３１】従って、本実施形態によれば以下のような
効果を得ることができる。 （１）本実施形態の平面研削装置１及びそれによる面加
工方法によると、被加工物Ｗ1 を揺動させてその位置を
変更することにより、外周部と中心部とで研削速度に差
を設けることができる。このため、面形状の制御を比較
的簡単にかつ確実に行うことができる。さらに、本実施
形態のような揺動機構１１であれば、既存かつ汎用の平
面研削装置に付加するだけで足りる。ゆえに、専用の平
面加工装置を購入する必要がなく、低コスト化に有利と
なる。また、転写加工のような高度な技能を要する作業
を行わなくても面形状を制御できるので、高精度のアー
ル面であっても比較的簡単にかつ確実に得ることができ
る。

【００３２】（２）本実施形態によると、揺動を行わな
いものに比べて、加工面２ａの広範囲の領域を有効に利
用することができる。従って、あえて定盤２を大きくし
なくても大型製品の面加工を行うことが可能となり、装
置１の小型化かつ低コスト化を図ることができる。な
お、この装置１及び方法によれば、図１に示されたもの
よりさらに大径の被加工物Ｗ1 を面加工することもでき
る。

【００３３】（３）本実施形態では、駆動手段１３、揺
動アーム１４、被加工物保持治具１５等を備える揺動機
構１１となっている。従って、比較的小型かつ簡単な構
造の揺動機構１１とすることができる。

【００３４】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 研削用ペレット３は、必ずしも加工面２ａの加工領
域の全域に配設されていなくてもよく、加工領域にて部
分的に配置されていてもよい。

【００３５】・ また、疎密の殆どない状態で研削用ペ
レット３を配置した前記実施形態に代え、研削用ペレッ
ト３を疎密のある状態で配置しても構わない。例えば、
回転中心領域に近くなるほど研削用ペレット３を密に配
置したり、逆に回転中心領域に近くなるほど前記研削用
ペレットを疎に配置することとしてもよい。

【００３６】・ 被加工物Ｗ1 を１つのみ保持するよう
な前記実施形態の治具１５に限定されることはなく、例
えば被加工物Ｗ1 を同時に複数個保持できる治具を用い
ても勿論よい。

【００３７】・ 前記実施形態と異なる構造を採用する
ことによって揺動機構を構成することも許容される。 ・ なお、本発明は大型製品の面加工のみならず、小型
製品の面加工に適用されても勿論構わない。

【００３８】次に、特許請求の範囲に記載された技術的
思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技
術的思想をその効果とともに以下に列挙する。 （１） 請求項２において、前記被加工物保持治具は前
記被加工物を回転可能に保持すること。従って、この技
術的思想１に記載の発明によれば、周速の差によって起
こる被加工物の連れ回りを阻害することがない。

【００３９】（２） 請求項２において、前記被加工物
保持治具は前記被加工物を１つのみ保持すること。従っ
て、この技術的思想２に記載の発明によれば、揺動に要
する駆動力が小さくて済む。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１，２に記
載の発明によれば、面形状の制御を簡単にかつ確実に行
うことができ、小型かつ低コストであるにもかかわらず
大型製品の面加工に好適な面加工装置を提供することが
できる。

【００４１】請求項３に記載の発明によれば、大型製品
の面加工に好適な面加工方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明を具体化した一実施形態におけ
る平面研削装置の概略平面図、（ｂ）はその部分概略断
面図。

【図２】実施形態の平面研削装置における揺動機構の動
作範囲を説明するための概略平面図。

【図３】（ａ）は特定面が平坦状に仕上げられた被加工
物の断面図、（ｂ）は特定面が中凸状にアール仕上げさ
れた被加工物の断面図、（ｃ）は特定面が中凹状にアー
ル仕上げされた被加工物の断面図。

【符号の説明】

１…面加工装置としての平面研削装置、２…定盤、２ａ
…加工面、３…研削用ペレット、１１…揺動機構、１２
…揺動軸、１３…駆動手段、１４…揺動アーム、１５…
被加工物保持治具、Ｗ1 …被加工物。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物の特定面と接触する複数の研削用
   ペレットを定盤の加工面に保持させた面加工装置であっ
   て、前記特定面を前記加工面に対して接触させた状態で
   その特定面と水平な方向に前記被加工物を揺動させる揺
   動機構を備えたことを特徴とする面加工装置。
2. 【請求項２】前記揺動機構は、揺動軸を有する駆動手段
   と、前記揺動軸からその径方向に向かって延びるように
   突設された揺動アームと、前記揺動アームの自由端に設
   けられるとともに前記被加工物を前記加工面に対向させ
   た状態で保持する被加工物保持治具とを備えることを特
   徴とする請求項１に記載の面加工装置。
3. 【請求項３】被加工物の特定面と接触する複数の研削用
   ペレットを定盤の加工面に保持させた面加工装置を用い
   る面加工方法であって、前記特定面を前記加工面に対し
   て接触させた状態でその特定面と水平な方向に前記被加
   工物を揺動させることにより、前記特定面の加工を行う
   ことを特徴とする面加工方法。