JPH03281138A - 鏡面切削装置およびその加工製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鏡面切削装置およびその加工製品に係り、特
に、例えば磁気ディスク基板等の面を段差を生じること
なく鏡面切削するのに好適な鏡面切削装置、およびそれ
によって製造した鏡面切削加工製品に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来の鏡面切削装置では、例えば特開昭５７−１７８６
３０号公報に記載されているように、コンピュータ用の
ディスク用基板など工作物を真空チャックに吸着して回
転させ、非吸着面側を切削工具で加工しており、工作物
の一側面の加工によって生じた反りにほぼ相合する形状
を有する真空チャックに一側面を吸着させ、他側面を切
削加工していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、工作物の外周部で生じる切削
力変動、特に加工精度に影響を及ぼす切込み方向の力で
ある背分力の変動について配慮がなされておらず、この
背分力変動によって工作物を保持しているチャック面が
弾性回復し、工具の切込み量が変化して工作物に段差が
生じるという問題があった。

第４図は、アルミ合金を鏡面切削した際に生じる段差部
の加工面の図と断面曲線、第５図は、工作物の外周部切
削時の外周段差発生のメカニズムを示す説明図である。

第４図に示す加工面の図は、工作物外周部の段（以下外
周段差という）を微分干渉顕微鏡で拡大した写真に相当
する図であり、断面曲線は、その外周段差の断面形状を
示すものである。

第４図に示すごとく、外周段差は、工作物の最外周から
１．３ｍｍ程度（工具の刃幅に相当）内側で生じた、約
０．２μｍの段であることがわかる。鏡面切削された工
作物、例えば磁気ディスク基板上に、上記のような段差
が存在すると、基板上に磁性膜を塗布した際に膜厚変動
を生じ、磁気ディスクの出力信号変動が生じてしまう。

発明者らは、実験により上記外周段差の生じる原因を明
らかにした。

第５図は、外周段差の発生メカニズムを示し、工作物２
をチャック１２に真空吸着し回転させて、工具１を矢印
に示す工具送り方向に移動させて切削しているときの断
面図である。

工作物２の両面を加工する場合、最初に切削した面に傷
が生じるのを防ぐため、工作物２を保持するチャック１
２は、一般にウレタンゴム等の軟質°　３　′ 材料の弾性体が使われており、チャック１２はチャック
ベース１３に保持されている。

一方、工作物２を切削中の背分力は、発明者らの実験に
より、次の２つに分けられることがわかった。すなわち
、 １）　工作物−回転中の工具の送り量ｆに対応した厚い
切屑１４を排出する工具１の横切刃部で生じる背分力Ｆ
Ｎ　％ ２）切込量が非常に小さい工具前切刃部で生じる背分力
Ｆ９ である。

ＦＮ、ＦＮ’の値は、工具の設定条件、摩耗状態、切削
条件、工作物の材質等により変化するが、発明者らの実
験によれば、通常Ｆ、＝１．ＯＮ。

Ｆ、’＃ＯＮ程度である。したがって、工作物２の最外
周部では、切削力が１．ＯＮからＯＮに急減し、軟質材
で形成されたチャック２が弾性回復し、切込量が所定の
切込量ｄより△だけ大きくなり加工面に外周段差が生じ
ると考えられる。

ここで、弾性体に支持された無限平板上の一点４　・ に集中加重が加わるというモデルを考える。

このとき、荷重点から距離χの点の変位Δ′は１、　　
　　Ｐｉ″ Δ＝−Ｔ３Ｘ　ｋｅｉχ で与えられ、Δ′の最大値Δは、 ＰＩ”　　　　　　Ｐ へ二□＝□ ８Ｄ　　８迎Ｔ ｈｓ Ｄ＝− １２（１−ｖＩｌ） Ｅ′ に＝− となる。

ここで、Ｐ：荷重、　　　Ｅ：板のヤング率、ｈ：板の
厚さ、　シ：板のポアソン比 Ｅ′二弾性体のヤング率、 に弾性体の厚さ である。

したがって、厚さ１．９ｍｍのＡｌ板をゴム硬度が９０
度程度の厚さ５．０Ｍのウレタンゴムで支持して、１、
ＯＮの切削力で切削する場合、Ｐ＝１．ＯＮ、Ｅ＝７．
０００ｋｇ／ｍｍ２．　ｈ＝１．９ｍｍ、　ν＝０．３
５．　　ｌ＝５．０ｍｍ。

Ｅ　’　＝４．０ｋｇ／ｍｍ２　となって、荷重点の変
位△ハ、△＝　０．２０７μｍとなる。

これは、第４図に示した外周段差の実測値とよく一致す
る。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、工作物の鏡面切削中に切削力、特に背分力
が変動しても工作物を保持しているチャックの弾性回復
を変動させ、工作物に段差を生じさせることなく切削加
工できる鏡面切削装置、およびそれによって製造した鏡
面切削加工製品を提供することを、その目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る鏡面切削装置
の構成は、工作物を保持する弾性体のチャックを取付け
た主軸と、この主軸を回転駆動するモータと、切削工具
を保持する工具ホルダと、この工具ホルダを前記主軸の
軸心方向および直角方向へ移動させる手段とを備えた鏡
面切削装置において、切削中の切削力の変動に対応して
、工作物に段差が生じることなく切削しうるように、前
記チャックに弾性回復量の変動部を形成したものである
。

より詳しくは、チャックの弾性回復量の変動部は、ひと
つには、工作物を保持する当該チャックが、少なくとも
切削力が急減する部分で厚さが薄くなるように形成され
たものであり、他のひとつには、工作物を保持する当該
チャックが、少なくとも切削力が急減する範囲で、その
ヤング率が他の範囲より大きいものである。

〔作用〕

上記技術的手段によれば、切削力が急減する部分のチャ
ックは、厚さが薄くなっており、この部分の切削中に切
削力が急減しても、チャックの弾性回復量を小さくする
ことができる。

この弾性回復量を鏡面切削で得られる切削面粗さ以下に
すれば、切削中に切込み量が変動しても切削面粗さ以下
であり、工作物に段差が生じることはない。

また、切削力が急減する部分のチャックにヤング率の大
きい材質を使用しておけば、この部分の切削において切
削力が急減しても、チャックの弾性回復量を小さくする
ことができる。

・　７　・ これによって、切削中に切込み量が変動しても切削面粗
さ以下となり、工作物に段差が生じることはない。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る鏡面切削装置の工作
物保持状態を示す詳細断面図、第２図は、本発明の一実
施例に係る鏡面切削装置の斜視図である。

まず、鏡面切削装置の構成を説明する。

第２図に示す鏡面切削装置は、工作物２を吸着保持する
真空チャック１２をチャックベース１３を介して取付け
た主軸装置（以下単に主軸という）３と、主軸３によっ
て工作物２を回転駆動する主軸モータ４とが、ベツド９
上に固定されている。さらに、主軸３の回転軸心と直角
方向（工具送り方向）にのみ摺動可能なテーブル６が装
備されている。このテーブル６の駆動は、送りモータ８
の回転を送りねじを介してテーブル６のスライダの直・
　８　・ 線運動に変えるものである。テーブル６上には、主軸３
の回転軸心と平行方向（切込み方向）に摺動可能な工具
ホルダに係る刃物台５が装備されている。この刃物台５
の駆動は、送りモータ７の回転を送りねじを介して刃物
台５のスライダの直線運動に変えるものである。刃物台
５上には、工具１が固定されている。また、刃物台５上
には、切削液や空気等の圧力流体を供給するノズル１ｏ
が設けられている。このノズル１０に向いあう位置に切
屑吸引ダクト１１が具備されている。

真空チャック１２は、その詳細を第１図に示す。

第１図に示すように、真空チャック１２は、内周側の厚
さがＬ１外周側の厚さが１と、工具１の横切刃部で切屑
が排出されなくなり切削力、特に背分力が急減する外周
側が薄くなっており、チャックベース１３に接着保持さ
れている。このチャックベース１３は、取付ボルト１８
により主軸３に固定される。

前記真空チャック１２は、そのチャック面１５に工作物
２を真空吸着するための同心円状のチャック溝１６が穿
設され、かつ、これらチャック溝１６へ連通する真空吸
引路１７がチャックベース１３に穿設されている。この
真空吸引路１７は、主軸３の軸心を貫通して真空吸引ポ
ンプ（図示せず）に連通している。

このような鏡面切削装置の一般的な動作は次のとおりで
ある。

すなわち、主軸モータ４により回転せしめた、あらかじ
めセルフターンされた真空チャック１２に保持された工
作物２の内周側で刃物台５を移動させ、工具１を所定量
だけ工作物２に切込み、その後、テーブル６を工作物２
の外周に向かって移動させ、工作物２の端面を切削する
ものである。

上記加工動作に関連して、前記真空チャック１２の外周
部での厚さ１は、工作物２の外周部で切削力が急減する
ことに起因する真空チャック１２の弾性回復量が、所要
加工精度以下となるように設定すればよい。

チャック１２の外周部での厚さ１を決定するために、弾
性体に支持された無限平板上に一点集中荷重（切削力） このとき、 Δ′＝ で与えられ、 弾性回復量） が加わるモデルを考える。

荷重点さら距離χの点の変位Δ Ｐ１″ Ｔ了Ｘ　ｋｅｉχ は、 △ の最大値Δ （真空チャック１２の は、 Ｐｌ２　　　　　Ｐ Δ＝□＝□ ８Ｄ　　　ｓ、／’ｆ５Ｔ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ｈ３ Ｄ−１２（１−ν′） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
２）Ｅ′ に＝− ・・・・・・・・・・・・・　・・・・・・・・・・・
・（３）となる。

ここで、Ｐ： Ｅ： ｈニ ジ　： Ｅ： １： 荷重（切削力）、 板（工作物）のヤング率、 板（工作物）の厚さ、 板（工作物）のポアソン比、 弾性体（チャック）のヤング率、 弾性体くチャック）の厚さ である。

（１）、　（２）、　（３）式より、真空チャックの厚
さ１は、６４Δ”ＤＥ １−Ｐ２　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（４）となる。そこで、（４）式を用
いて、八が所要加工“　１１　。

精度以下になるように１を設定すればよい。

−例として、厚さ１．９ｍｍのＡ１板をゴム硬度９０程
度度（ヤング率４．０ｋｇ／ｍｍ２）のウレタンゴムで
チャックして鏡面切削する場合を考える。このときの切
削力は、加工条件、工具形状、工具設定条件等により変
化するが、発明者らの実験によれば、平均して１．ＯＮ
程度であり、　また得られる切削面粗さは、０．０４μ
ｍ　Ｒｍａｘである。したがって、Ｐｌ、ＯＮ、　Ｅ＝
７．０００ｋｇ／ｍｍ２．　　ｈ＝１．９ｍｍ、　　ν
＝０．３５゜Ｅ　’　＝＝４．０ｋｇ／ｍｍ２．Δ＝　
４　Ｘｌ、０−５ｍｍｘすると、真空チャックの厚さ１
は、 １＝６４刈４　Ｘｌ０−’）’Ｘ４５５９Ｘ４　＝ｏ、
ｔ９工０．１” となり、１５０．１．９ｍｍとすれば、工作物２の外端
部で切削力が１．ＯＮからＯＮに急減しても真空チャッ
ク１２の弾性回復量は、切削面粗さ以下であり、加工面
に段差を生じることなく工作物２を鏡面切削することが
できる。

また、１５０．１９ｍｍとする範囲は、工作物２の切削
中の切削力が急減する部分とすればよく、本実施例では
、内周から外周に向かって切削している’１２’ ので、少なくとも工作物の外端から工具１の刃幅だけ内
側を薄い厚さ１とすればよい。

したがって、外周から内周に向かって切削する場合には
、この逆となり、少なくとも工作物の内端から工具１の
刃幅だけ外側を薄い厚さ１とすればよい。

また、本実施例では、切削力が急減する部分の真空チャ
ック１２のみを薄くしているので、真空チャック１２の
セルフターンによって真空チャック１２が寿命となった
場合、真空チャック全体を替える必要はなく、薄い部分
のみ貼りかえればよい。

次に、零発”明の第２の実施例を第２図および第３図を
参照して説明する。

第３図は、本発明の他の実施例に係る鏡面切削装置の工
作物保持状態を示す詳細断面図である。

図中、第１図と同一符号のものは先の実施例と同等部分
であるから、その説明を省略する。

第２の実施例の鏡面切削装置の全体的な構造は第２図に
示したものと同等で真空チャック１２Ａの構成のみが先
の第１の実施例と異なる。

第３図に示す真空チャック１２Ａは、切削力、特に背分
力が急減する外周部に、内周部のチャック１９よりヤン
グ率の大きい材質で形成したチャック２０を固着したも
のである。

これにより、ヤング率の小さいチャック１９で工作物２
の大部分を傷つけることなく支持できる。

また、ヤング率の大きいチャック２０で工作物２の外周
部を支持するので外周部での切削力変動によるチャック
２０の弾性回復を小さくでき、工作物２に段差を生じさ
せずに鏡面切削することができる。

チャック２０のヤング率Ｅ′は、チャック２０の弾性回
復量へが所要加工精度以下となるようにすればよい。（
１）、　（２）、　（３）式より１、　　ＩＰ’ Ｅ−８４ＤＡ”・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（５）となる。

厚さ１．９ｍｍのＡＪ板を厚さ３　ｍｍの真空チャック
１２Ａで鏡面切削する場合を考える。（５）式より、Ｅ
７−　３刈”１）”　　　−６４，３ｋｇ／ｍ”６４Ｘ
４５５９Ｘ（４Ｘ１０−’）” となる。そこで、ヤング率Ｅ′≧６４．３ｋｇ／ｍｍ２
の材質、例えばＰＴＦＥ等でチャック２０を形成すれば
、工作物２を、切削面粗さ０．０４μｍ　Ｒｍａｘで鏡
面切削することができる。

また、第２の実施例では、切削力が急減する部分のチャ
ックをヤング率の大きい材質で形成し、他の部分は軟ら
かい材質を使用している。したがって、工作物の両面を
加工する場合でも加工物の表面に傷をつけることなく鏡
面切削することができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、工作物の
鏡面切削中に、切削力、特に背分力が変動しても工作物
を保持しているチャックの弾性回復を変動させて、工作
物に段差を生じさせることなく切削加工できる鏡面切削
装置、およびそれによって製造した鏡面切削加工製品を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にかかる鏡面切削装置の工
作物保持状態を示す詳細断面図、第２図は、本発明の一
実施例に係る鏡面切削装置の斜視”　１５゜ 図、第３図は、本発明の一実施例に係る鏡面切削装置の
工作物保持状態を示す詳細断面図、第４図は、アルミ合
金を鏡面切削した際に生じる段差部の加工面の図と断面
曲線、第５図は、工作物の外周部切削時の外周段差発生
のメカニズムを示す説明図である。 １・・・工具、２・・・工作物、３・・・主軸、４・・
・主軸モータ、５・・刃物台、６・・テーブル、７，８
・・送りモータ、１２，１２．Ａ・・・真空チャック、
１９．２０・・チャック◇ １６゛ 〒１図 特開平３−２８１１３８　（６） 〒ｚ図 〒５図 ＋２Ａ−真免チ↑７７ １３．２０−一−す↑ン７ 児５図 〒４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、工作物を保持する弾性体のチャックを取付けた主軸
   と、この主軸を回転駆動するモータと、切削工具を保持
   する工具ホルダと、この工具ホルダを前記主軸の軸心方
   向および直角方向へ移動させる手段とを備えた鏡面切削
   装置において、切削中の切削力の変動に対応して、工作
   物に段差が生じることなく切削しうるように、前記チャ
   ックに弾性回復量の変動部を形成した ことを特徴とする鏡面切削装置。 ２、チャックの弾性回復量の変動部は、 工作物を保持する当該チャックが、少なくとも切削力が
   急減する部分で厚さが薄くなるように形成されたもので
   ある ことを特徴とする請求項１記載の鏡面切削装置。 ３、チャックの弾性回復量の変動部は、 工作物を保持する当該、チャックが、少なくとも切削力
   が急減する範囲で、そのヤング率が他の範囲より大きい
   ものである ことを特徴とする請求項１記載の鏡面切削装置。 ４、請求項１ないし３記載のいずれかの鏡面切削装置を
   用いて、工作物の表面を鏡面切削して、加工面に段差が
   ないことを特徴とする鏡面切削加工製品。 ５、請求項４記載の鏡面切削加工製品が、ディスク用基
   板であることを特徴とする鏡面切削加工製品。