JP2002355757A

JP2002355757A - 両面同時平面研磨装置

Info

Publication number: JP2002355757A
Application number: JP2002085330A
Authority: JP
Inventors: Yukimitsu Kijima; 幸光鬼島; Takeshi Uno; 武志宇野; Katsuhei Ito; 勝平伊藤
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2002-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】上定盤が下定盤上のワークになめらかに倣っ
て回転する両面同時平面研磨装置を提供する。【解決手段】上下定盤２、７の加工面中心付近を球面
軸受面の曲率中心Ｃとした球面軸受２７で、上定盤７を
釣支しながら回転し、研磨加工中に、球面軸受面が摺動
することにより、上定盤７がワークに対して横すべり、
部分浮き上がり等の余分な動きをすることなく、下定盤
２に忠実に倣いながらスムーズに回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、平板状ワークの
両面を上定盤と下定盤との相対回転運動により同時に加
工する両面同時加工平面ラップ盤、両面同時加工平面ポ
リッシングマシン等の両面同時平面研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の両面同時平面研磨装置として
は、例えば、図６および図７に示したような平面研磨装
置が知られている。図６および図７において、中空の下
定盤回転軸１に固定された下定盤２が、下定盤回転軸１
に取り付けられた下定盤駆動ギア３により低速で回転駆
動され、この下定盤２上に載置され、複数のワーク装着
用貫通穴４ａ、４ａにワークＷ、Ｗを装着した複数のキ
ャリア４、４の外周のキャリアギア４ｂが、サンギア５
とインナーギア６に噛み合っていて、サンギア５とイン
ナーギア６のそれぞれの回転により、キャリア４、４は
自転しながらサンギア５の回りを公転し、更に、上定盤
７が前記ワークＷ、Ｗを前記下定盤２との間に挟み、下
定盤２と同心で、しかし、別の回転速度で回転する。下
定盤２と上定盤７は、通常、鋳鉄製である。

【０００３】これら下定盤２、キャリア４、４、上定盤
７の回転によって、研磨液をワークＷと上下定盤２、７
との間に送り込んで両面を同時に研磨するようになって
いる。

【０００４】キャリア４とワークＷを着脱する際は、上
定盤７を上方に移動する必要がある。図の例では、上定
盤７にフォーク状の上定盤昇降具８が取り付けられ、こ
の上定盤昇降具８は、ユニバーサルジョイント９を介し
て空圧シリンダ１０のピストンロッド１１に接続されて
いる。そして、空圧シリンダ１０の作動により、上定盤
７は上下に昇降する。

【０００５】上定盤７が降下していくと、上定盤昇降具
８に設けられた爪１２が上定盤回転軸１３に固定された
セレーション１４と係合し、上昇すると、セレーション
１４から離脱する。そして、爪１２とセレーション１４
が係合している間は、上定盤７はセレーション１４とと
もに回転する。

【０００６】前記ユニバーサルジョイント９は、下定盤
２との平行度が構造上保証されていない上定盤７が、下
定盤２と平行になって、下定盤２のワークＷと回転加工
中によくなじみ、全面で均等の圧力で接触するようにす
るためのものである。なお、ユニバーサルジョイント９
と上定盤昇降具８との間には軸受９ａが介在していて、
上定盤７が回転してもユニバーサルジョイント９とその
先のピストンロッド１１は回転しないようになってい
る。

【０００７】加工を開始するときは、下定盤２上にキャ
リア４とワークＷを載置し、空圧シリンダ１０の作動
で、上定盤７をその上に低速下降してワークＷに接触さ
せ、下定盤２との間にワークＷを挟み込み、その後に、
下定盤２、キャリア４、４、上定盤７を回転して、研磨
を開始する。

【０００８】研磨中は、ユニバーサルジョイント９の作
用により上定盤７が下定盤上のワークＷに倣って僅かに
傾斜しながら回転し、常にワークＷの上下面に上下定盤
から加わる圧力が全面均等になるようにしている。

【０００９】しかし、上定盤７のワークＷに倣った僅か
な傾斜は、上定盤７から離れて配置されているユニバー
サルジョイント９を中心とした揺動により生じるのであ
るから、倣いのためには不必要な横すべりを伴い、場合
によっては、下定盤２に追随しきれずに部分的に浮き上
がり気味になり、ワークに対して局部的に押圧して応力
集中を生じ、割れ、欠け等を発生させて不良品とするこ
とがあるという問題があった。

【００１０】また、図面による説明は省略するが、ユニ
バーサルジョイントの代わりにワイヤーで上定盤を釣支
する型も知られている。このワイヤー釣支型も、ワイヤ
ーの上の方が揺動中心となるので、図６の型の平面研磨
装置と同様に、上定盤の横すべり、部分的浮き上がりが
起こり、ワークに割れ、欠け等の不良品発生の元となる
という問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上述の問
題点を解決し、上定盤が下定盤に対して横すべりした
り、浮き上がったりすることなく、下定盤上のワークに
なめらかに倣って回転する両面同時平面研磨装置を提供
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、この発明は、上定盤と下定盤との間に複数配置さ
れた平板状のワークの両面を、前記上定盤と前記下定盤
との相対回転運動により同時に研磨する両面同時平面研
磨装置であって、前記上定盤を昇降駆動する昇降手段
と、前記上定盤と昇降手段とを連結するとともに、前記
上定盤の加工面、ワークが挟まっているスペース、ある
いは、下定盤の加工面の付近に曲率中心が位置する球面
軸受面により前記上定盤を釣支する球面釣支手段とを有
するようにしたものである。

【００１３】また、この発明は、上定盤と下定盤との間
に複数配置された平板状のワークの両面を、前記上定盤
と前記下定盤との相対回転運動により同時に研磨する両
面同時平面研磨装置であって、装置脚部側に設けられた
上定盤昇降駆動用の昇降手段と、前記上定盤と前記昇降
手段とを連結するとともに、前記上定盤を釣支する釣支
手段と、前記上定盤を貫通して前記釣支手段と昇降手段
とを連結する昇降ロッドとを有するようにしたものであ
る。

【００１４】また、この両面同時平面研磨装置であっ
て、前記釣支手段は、前記上定盤の加工面、ワークが挟
まっているスペース、あるいは、下定盤の加工面の付近
に曲率中心が位置する球面軸受面により前記上定盤を釣
支する球面釣支手段であるようにしてもよい。

【００１５】また、これらの両面同時平面研磨装置であ
って、前記球面軸受面の球面半径が上定盤の半径とほぼ
等しくする。このようにすると、上定盤の倣い動作がよ
りスムーズになる。

【００１６】また、これらの両面同時平面研磨装置であ
って、前記球面軸受面には、潤滑油保油用の凹みを設け
ると、球面軸受の摺動が一層なめらかになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下、
図１〜図５を参照して説明する。

【００１８】［第１の実施の形態］図１は、この発明の
第１の実施の形態を示す縦断面図、図２は、図１の球面
軸受部分の拡大断面図、図３は、図２の上軸受ブロック
と球面フランジを取り外した平面図である。図１におい
て、図６と同一の部分については、同一の符号を付し
て、その説明を省略する。

【００１９】下定盤回転軸１の下端には、下定盤駆動ギ
ア３が固定され、下定盤駆動ギア３がこれと噛み合う図
示省略の下定盤用伝動ギアにより回転駆動されると、下
定盤２は、定盤軸線を中心に回転するようになってい
る。

【００２０】前記下定盤２上に載置される複数のキャリ
ア４、４の各外周にはキャリアギア４ｂ、４ｂ（図７参
照）が備えられていて、各キャリアギア４ｂは、サンギ
ア５と互いに外周で噛み合い、かつ、インナーギア６の
内歯６ａと噛み合っている。

【００２１】前記サンギア５は、前記下定盤回転軸１の
中空穴に回転自在に挿通されたサンギア回転軸２０と一
体に形成されていて、前記サンギア回転軸２０の下端に
固定されたサンギア駆動ギア２１が、これと噛み合う図
示省略のサンギア用伝動ギアにより回転駆動されると、
サンギア５は、定盤軸線を中心に回転するようになって
いる。

【００２２】また、前記インナーギア６は、その下面で
インナーギア回転軸２２の上向きカップ状の取付部２２
ａ上面に固定され、前記インナーギア回転軸２２は、下
定盤回転軸１を回転自在に保持する固定円筒フレーム２
３の外周に回転自在に保持されていて、図示省略のイン
ナーギア用伝動ギアによりインナーギア回転軸２２が回
転駆動される。これにより、インナーギア６は、定盤軸
線を中心に回転するようになっている。

【００２３】従って、前記のようにして、サンギア５と
インナーギア６がそれぞれ回転したり、インナーギア６
が停止したままでサンギア５が回転したりすると、複数
のキャリア４、４は、それぞれ自転しながらサンギア５
の回りを公転する、つまり、遊星運動をするようになっ
ている。

【００２４】セレーション１４は、前記サンギア５の上
側に配置され、前記サンギア回転軸２０の中空穴に回転
自在に挿通された上定盤回転軸１３に固定され、この上
定盤回転軸１３の下端に固定された上定盤駆動ギア２４
が、これと噛み合う図示省略の上定盤用伝動ギアにより
回転駆動されると、セレーション１４は、定盤軸線を中
心に回転するようになっている。セレーション１４の外
周には、スプライン状の歯１４ａが形成されている。

【００２５】上定盤昇降具２５は、その複数のフォーク
２５ａの先に取付円環２５ｂが固定されていて、この取
付円環２５ｂはその下面で上定盤７と固定されている。
上定盤７は、これにより下定盤２に対向した状態になっ
ている。

【００２６】上定盤昇降具の取付円環２５ｂには、爪１
２が設けられている。この爪１２は、取付円環２５ｂに
ピン２６により取り付けられ、このピン２６を支軸とし
て揺動可能となっている。また、爪１２は、前記セレー
ションの歯１４ａと係合する向きに、図示省略のバネに
より、付勢されていて、セレーションの歯１４ａと歯１
４ａの間に嵌まり込んで係合し、歯１４ａとぶつかった
ときは、前記バネを変形させて揺動して退き、歯１４ａ
との干渉を避ける。

【００２７】前記上定盤昇降具２５の中央部ロッド２５
ｃの上端には、図２に示すように、球面軸受２７の球面
フランジ２７ａが形成されている。この球面フランジ２
７ａは、フランジの両面が上定盤７の加工面の中心、下
定盤２の加工面の中心、あるいはその中間のワークＷが
挟まっているスペースの中心付近を曲率中心Ｃとした球
面軸受面２７ａ１、２７ａ２となっている。これらの球
面軸受面２７ａ１、２７ａ２の球面半径は、この実施形
態では、上定盤７の半径とほぼ等しくしてある。

【００２８】前記球面軸受２７には、前記球面フランジ
２７ａに加えて、更に、上軸受ブロック２７ｂ、下軸受
ブロック２７ｃおよび軸受ケース２７ｄが備えられてい
る。

【００２９】前記上軸受ブロック２７ｂには、球面フラ
ンジ２７ａの上面球面軸受面２７ａ１と摺動可能な球面
軸受面２７ｂ１が備えられ、下軸受ブロック２７ｃに
は、球面フランジ２７ａの下面球面軸受面２７ａ２と摺
動可能な球面軸受面２７ｃ２が備えられ、中央穴に前記
上定盤昇降具のロッド２５ｃを摺動および回転自在に貫
挿している。軸受ケース２７ｄは、上下軸受ブロック２
７ｂ、２７ｃを相互に固定して、球面フランジ２７ａの
上下面に適度の軸受隙間を形成している。

【００３０】前記上軸受ブロックの球面軸受面２７ｂ１
および下軸受ブロックの球面軸受面２７ｃ２は、それぞ
れ対向する球面フランジの球面軸受面２７ａ１、２７ａ
２と共通の曲率中心を有し、図３に示すような潤滑油保
油用の凹み２８を備えている。

【００３１】前記上軸受ブロック２７ｂは、前記空圧シ
リンダ（昇降手段）１０のピストンロッド１１に接続さ
れている。

【００３２】従って、上定盤７は、球面軸受（球面釣支
手段）２７により釣支さられた状態で、昇降具１０によ
り昇降され、下定盤２上に降下したときは、セレーショ
ン１４と上定盤昇降具の爪１２とが係合してセレーショ
ン１４が上定盤７を回転し、球面軸受面２７ａ１、２７
ａ２が摺動して、上定盤７が下定盤２に倣いながら回転
する。

【００３３】上述のように構成された第１の実施形態の
動作を以下に説明する。

【００３４】下定盤２、上定盤７をそれぞれの回転速度
で回転し、これらの間に挟み込まれたキャリア４、４を
サンギア５とインナーギア６により遊星回転させて、キ
ャリア４、４に装着されたワークＷ、Ｗの表裏両面を研
磨する。研磨中は、上定盤７、下定盤２とワークＷ、Ｗ
の間には研磨液を供給する。

【００３５】研磨中、球面軸受２７に釣支された上定盤
７は、球面軸受面に沿って曲率中心Ｃを中心に微小角度
揺動し、上定盤７が下定盤２にスムーズに倣って回転す
る。上定盤７が横すべりしたり、浮き上がり気味になっ
たりすることはない。それ故、ワークＷは高精度に研磨
される。

【００３６】球面軸受２７の球面軸受面は、上定盤７の
加工面、ワークが挟まっているスペース、あるいは、下
定盤の加工面の中心付近を曲率中心Ｃとした球面であれ
ばよく、球面半径を大きくして、より高い位置で上定盤
７を吊り下げたり、逆に、球面半径を小さくして、より
低い位置で上定盤７を釣支したりすることができるが、
球面半径をあまり大きくすると、揺動方向の慣性モーメ
ントが大きくなり、揺動の際の球面軸受の摺動ストロー
クが大きくなって揺動に対する抵抗も大きくなり、ま
た、研磨装置の高さが高くなって、剛性が悪くなる。そ
れ故、球面半径があまり大きいことは好ましくない。逆
に、球面半径をあまり小さくすると、球面半径と球面軸
受の上定盤加工面からの高さとの相対誤差が大きくなり
やすく、倣い動作がスムーズでなくなって好ましくな
い。この実施形態のように、球面半径を上定盤７の半径
にほぼ等しくすると、研磨装置の剛性、安定がよくて、
倣い動作がスムーズになる。

【００３７】なお、球面軸受２７は微小振幅の不規則な
揺動を行い、しかも、摩擦抵抗を極力小さくする必要が
あるから、その軸受面には、予め潤滑油を充填しておい
たり、外部から潤滑油を常時供給したり、循環させた
り、小径ボールを挟む等の摩擦低減策を施して、摺動抵
抗を低減し、軸受の耐久性を上げることが好ましい。

【００３８】また、第１の実施形態において、上定盤昇
降具の中央部ロッド２５ｃと上定盤昇降具２５の本体２
５との間に軸受を設けて、中央部ロッド２５ｃが回転し
ないようにし、球面軸受２７では、中央部ロッド２５ｃ
とピストンロッド１１が相対回転せず、倣い運動のため
の揺動のみするようにしてもよい。

【００３９】［第２の実施の形態］図４は、この発明の
第２の実施の形態を示す縦断面図である。図４におい
て、図１と同一の部分については、同一の符号を付し
て、その説明を省略する。

【００４０】図４の第２の実施の形態では、上定盤７の
昇降手段が空圧シリンダでなく、装置の脚部に納められ
たネジとナットで構成されている。この平面研磨装置で
は、セレーション１４に固定させている上定盤回転軸１
５が中空軸となっていて、この中に昇降ロッド１６が摺
動自在に貫挿されている。昇降ロッド１６は図示省略の
回り止めにより回転不能となっている。

【００４１】昇降ロッド１６の上端には、球面軸受３０
の球面フランジ３０ａが形成されている。球面軸受３０
の構成は、第１の実施形態の球面軸受２７と同様で、曲
率中心Ｃを中心に揺動するようになっているが、球面フ
ランジ３０ａが昇降手段側に形成され、球面フランジ３
０ａを囲む上下軸受ブロック、軸受ケースが上定盤昇降
具３１に固定されていている点が異なっている。

【００４２】昇降ロッド１６の下部はネジ１６ａとなっ
ていて、このネジ１６ａはウォームホイール１７の中心
穴のネジと螺合している。ウォームホイール１７は、脚
部下段フレーム１８に回転自在に保持され、ウォーム１
９と噛み合っていて、図示省略の回転モータに駆動され
るウォーム１９の回転により回転し、昇降ロッド１６を
上下に昇降するようになっている。

【００４３】すなわち、昇降ロッド１６は、球面軸受
（釣支手段）と昇降手段とを連結している。

【００４４】なお、図４においては、昇降手段として、
図示省略の回転モータ、ウォーム１９、ウォームホイー
ル１７、ネジ１６ａを用いているが、勿論、第１の実施
形態のように空圧シリンダあるいは油圧シリンダ、ボー
ルネジ等を適宜選択して使用することができる。

【００４５】研磨加工中の倣い動作も、第１の実施形態
と同様で、球面軸受３０に釣支された上定盤７は、球面
軸受面に沿って曲率中心Ｃを中心に微小角度揺動し、上
定盤７が下定盤２にスムーズに倣って回転する。上定盤
７が横すべりしたり、浮き上がり気味になったりするこ
とがなく、ワークＷは高精度に研磨される。

【００４６】この第２の実施形態では、上定盤昇降駆動
用の昇降手段が研磨装置の脚内に納まるから、上定盤の
上側が空いており、コンパクトである。しかも、昇降ロ
ッド１６が、球面軸受３０との連結部のやや下で上定盤
回転軸１５に保持されてその半径方向移動を拘束されて
いるから、剛性が高く、球面軸受３０が運転中に横すべ
りすることがない。したがって、上定盤７が下定盤２に
追随しきれずに部分的に浮き上がり気味になり、ワーク
Ｗに対して局部的に押圧して応力集中によって割れ、欠
け等を発生させて不良品を作るおそれがない。

【００４７】［第３の実施の形態］図５は、この発明の
第３の実施の形態を示す縦断面図である。この実施の形
態は、第２の実施の形態の球面軸受の球面釣支手段３０
に代えて、ユニバーサルジョイント（釣支手段）９を用
いたものである。図５において、図４と同一の部分につ
いては、同一の符号を付して、その説明を省略する。

【００４８】昇降ロッド１６の上端はユニバーサルジョ
イント９に連結され、このユニバーサルジョイント９の
他側には上定盤昇降具８が連結されていて、昇降ロッド
１６の上下動することで上定盤昇降具８、上定盤７が上
下され、上定盤７は、ユニバーサルジョイント９を中心
にして揺動可能となっている。なお、ユニバーサルジョ
イント９と上定盤昇降具８との間には、軸受９ａが介在
していて、上定盤７が回転してもユニバーサルジョイン
ト９は回転しないようになっている。

【００４９】この第３の実施の形態では、昇降ロッド１
６が、ユニバーサルジョイント９との連結部のやや下で
上定盤回転軸１５に保持されてその半径方向移動を拘束
されているから、ユニバーサルジョイント９が運転中に
横すべりすることがない。したがって、上定盤７が下定
盤２に追随しきれずに部分的に浮き上がり気味になり、
ワークＷに対して局部的に押圧して応力集中によって割
れ、欠け等を発生させて不良品を作るおそれがない。

【００５０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
おいては、上定盤の加工面、ワークが挟まっているスペ
ース、あるいは、下定盤の加工面の付近に曲率中心が位
置する球面軸受面で上定盤を釣支して昇降駆動したり、
上定盤昇降駆動用の昇降手段を装置脚部側に設けて、上
定盤を貫通する昇降ロッドにより昇降手段と釣支手段と
を連結したりしたから、上定盤が下定盤上のワークに対
して横すべりしたり、浮き上がったりする無駄な運動が
なく、スムーズに倣って回転し、加工品質が良好で、歩
留りが向上する。

【００５１】球面軸受の球面半径を上定盤の半径にほぼ
等しくすると、上定盤の下定盤に対する倣い運動が非常
にスムーズになる。

【００５２】また、球面軸受の球面軸受面に、潤滑油保
油用の凹みを設ければ、上定盤の倣い動作に伴う球面軸
受の揺動が微小振幅であるにも係わらず、すみやかに応
動して揺動運動が一層なめらかになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示す縦断面図。

【図２】図１の要部拡大断面図。

【図３】図２の上軸受ブロックと球面フランジを取り外
した平面図。

【図４】この発明の他の実施の形態を示す縦断面図。

【図５】この発明の他の実施の形態を示す縦断面図。

【図６】従来の両面同時平面研磨装置を示す縦断面図。

【図７】図６の下定盤、キャリアを示す平面図。

【符号の説明】

２下定盤４キャリア４ａワーク装着用貫通穴４ｂキャリアギア５サンギア６インナーギア７上定盤９ユニバーサルジョイント１０昇降手段１２爪１３上定盤回転軸１４セレーション１５上定盤回転軸１６昇降ロッド２４上定盤駆動ギア２５上定盤昇降具２７球面軸受３０球面軸受３１上定盤昇降具Ｃ曲率中心Ｗワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤勝平千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内Ｆターム(参考） 3C034 AA07 BB37 CB08 DD10 3C058 AA07 AA14 CB01 DA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上定盤と下定盤との間に複数配置された
平板状のワークの両面を、前記上定盤と前記下定盤との
相対回転運動により同時に研磨する両面同時平面研磨装
置であって、前記上定盤を昇降駆動する昇降手段と、前記上定盤と昇降手段とを連結するとともに、前記上定
盤の加工面、ワークが挟まっているスペース、あるい
は、下定盤の加工面の付近に曲率中心が位置する球面軸
受面により前記上定盤を釣支する球面釣支手段とを有す
ることを特徴とする両面同時平面研磨装置。
【請求項２】上定盤と下定盤との間に複数配置された
平板状のワークの両面を、前記上定盤と前記下定盤との
相対回転運動により同時に研磨する両面同時平面研磨装
置であって、装置脚部側に設けられた上定盤昇降駆動用の昇降手段
と、前記上定盤と前記昇降手段とを連結するとともに、前記
上定盤を釣支する釣支手段と、前記上定盤を貫通して前記釣支手段と昇降手段とを連結
する昇降ロッドとを有することを特徴とする両面同時平
面研磨装置。
【請求項３】請求項２記載の両面同時平面研磨装置で
あって、前記釣支手段は、前記上定盤の加工面、ワークが挟まっ
ているスペース、あるいは、下定盤の加工面の付近に曲
率中心が位置する球面軸受面により前記上定盤を釣支す
る球面釣支手段であることを特徴とする両面同時平面研
磨装置。
【請求項４】請求項１または３記載の両面同時平面研
磨装置であって、前記球面軸受面の球面半径が上定盤の半径とほぼ等しい
ことを特徴とする両面同時平面研磨装置。
【請求項５】請求項１または３記載の両面同時平面研
磨装置であって、前記球面軸受面には、潤滑油保油用の凹みが設けられて
いることを特徴とする両面同時平面研磨装置。