JPH05293754A

JPH05293754A - 平面形状研磨方法

Info

Publication number: JPH05293754A
Application number: JP4125682A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kishida; 尚之岸田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】平面形状研磨方法において、修正も必要とせ
ず均一に磨耗する研磨装置にて、高い形状精度のワーク
を研磨する方法。【構成】平面形状のワーク１を、ワーク１の径の２倍
以上大きい径に形成された平面形状の工具２の上面に、
ワーク１を載置させ、ワーク１の回転方向と工具２の回
転方向とを常に同一に回転方向に回転（矢印）させると
共に、その回転数も同一回転数にて研磨するようにした
平面形状研磨方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面形状に加工するワ
ークを、平面形状の工具にて磨り合わせ加工する平面形
状の研磨方法に関する。詳しくは、工具の回転方向と同
一方向で、かつ同一回転数にてワークを回転させて平行
形状精度を得る平面形状研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、平面形状のワークの回転数を制
御することにより形状精度を得るという研磨方法は既に
知られている。上記の方法の文献として例えば、特公昭
６１−５８２７０号公報などがある。この公報に記載さ
れている研磨方法を、図７〜図９に基づいて説明する。
図７，図８，図９は、上記公報に記載されている、第１
図，第２図，第３図である。図７は、ラップ盤の要部の
部分断面図であり、図８は、キャリアが反時計方向の自
転をする説明図であり、図９は、キャリアが時計方向の
自転をする場合の説明である。図に示すように、公報に
記載されている研磨技術は、手面形状のワークを研磨す
る上で一般的に用いられているホップマン方式における
遊星運動を制御する研磨方法とその装置である。

【０００３】上記公報の研磨装置の構成は、図７に示す
ようにそれぞれ同一方向に回転加工な太陽ギア１０１と
インターナルギア１０２との間にあって両者に噛合し自
転すると共に公転するキャリア１０３を有し、このキャ
リア１０３に担持された加工材料とともに回転する上下
のラップ定盤１０４ａ，ｂで圧着してなるラップ盤Ｃを
用い、太陽ギア１０１とインターナルギア１０２の回転
方向を同一方向に保ちつつ太陽ギア１０１とインターナ
ルギア１０２の少なくともその一方の角速度を変更し
て、太陽ギア１０１の角速度をインターナルギア１０２
の角速度より大きくしたラップ工程と、インターナルギ
ア１０２の角速度を太陽ギア１０１の加速度より大きく
して、太陽ギア１０１とキャリア１０３の中心を結んだ
線に対するキャリア１０３の自転方向を逆転させるよう
にしたラップ工程とを交互に行なうことにより、従来の
ラップ作業の間同方向にのみ自転していたキャリアを、
ラップ作業の途中において、その自転方向を自在、かつ
容易に逆転することによって、キャリアの運動軌跡を、
これまでとは逆にし、今まで生じていたラップ盤の磨耗
の傾向を逆転することで、ラップ盤の磨耗を均一するこ
とができるというラップ盤の自己修正方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に示したラッピングの修正方法とその装置において
は、次のような問題点がある。（１）ラップ作業の途中で回転方向を変化させて、磨
耗を均一になるように調整はしているが、加工中におい
ては常に偏磨耗が生じている状態は以前として変わって
いないという問題点がある。（２）偏磨耗を生じてきたワークの軌跡を、ある時点
より逆転させて磨耗量を調整するために、形状の連続性
が失われ、変曲点が生じて、形状のうねりが不連続にな
るという問題点がある。また、形状精度を得るために
は、多くの実験と測定評価を試行錯誤が必要とするなど
の問題点がある。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、加工面上の相対速度を常に一定とするため、ワー
クの偏磨耗を生じることなく高い形状精度を得る平面形
状研磨方法を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の概念
を図１と図２に基づいて説明する。図１は、本発明の平
面形状研磨方法の概念を示した工具とワークの正面より
の断面図である。図２は、図１の上面を示し、ワークと
工具とのすり合わせラッピングしている状態を模式図に
て示したものである。円板形状で金属などの材料により
形成された工具２と、この工具２の上面に、重ね合わせ
載置されたガラス材で、かつ円板形状に形成され、上記
工具２の径より外方に食み出さない径を有するワーク１
よりなり、それぞれ矢印にて示されるように同一方向に
同一回転数にて回転するよう構成されている。

【０００７】上記構成による平面形状の工具２とワーク
１とのすり合わせ加工するラッピング加工の基本的考え
方とそれによる加工方法を図２に基づいて説明する。図
２に示すように、ワーク１と工具２の加工面上の任意の
１点をＰとする。このＰ点におけるワーク１と工具２の
相対速度が、Ｐ点の位置に関係なく常に一定の値を示せ
ば、加工中における両者の相対速度は常に一定となり、
相対速度による偏磨耗が生じることはない。

【０００８】Ｐ点における相対速度をΔＶ、工具の速度
をＶｔ、ワークの速度をＶ１とする。この時、工具２の
回転軸をＯｔ、ワーク１の回転軸をＯ１とし、Ｐ点にお
ける回転軸Ｏｔ，Ｏ１から距離をそれぞれｒｔ，ｒ１と
する。更に、回転軸Ｏｔ，Ｏ１を結ぶ線を基準線Ｌと
し、この基準線Ｌとｒｔ，ｒ１の成す角度そそれぞれ
φ，θとする。また、ワーク１，工具２の回転数をＮ
１，Ｎｔ、ワーク１の加工径をＤ１、回転軸Ｏｔとワー
ク１の加工径までの距離ｈとする。

【０００９】Ｐ点でのワーク１と工具２の相対速度を両
者のＰ点速度Ｖｔ，Ｖ１で示すと、数１のようになる。

【００１０】

【数１】

【００１１】ここでＶｔ，Ｖ１は速度であるから回転軸
からの距離と回転数で示すと、Ｖｔ＝２πｒｔＮｔＶｔ＝２πｒｔＮｔとなり、これを数１に代入すると数２のようになる。

【００１２】

【数２】

【００１３】ここで、ｒｔ，φをｒ１，θで示すと、ｒｔｓｉｎφ＝ｓｉｎθ ｒｔｃｏｓφ＝ｈ＋Ｄ１／２＋ｒ１ｃｏｓθ ｒｔ²＝ｒ１²＋（ｈ＋Ｄ１／２）²＋ｒ１Ｄ１ｃｏｓθ となり、これを数２に代入してｒｔ，φを除くと数３の
ようになる。

【００１４】また、数３に示した加工面上の任意のＰ点
における相対速度が、加工面上の位置を示す変数（ｒ
１，θ）に関係なく一定の値を示せば、相対速度は常に
一定となり、偏磨耗を生じることがなくなる。

【００１５】

【数３】

【００１６】すなわち、ΔＶ＝一定値となればよい。ま
た、ここで、工具２の回転軸Ｏｔとワーク１の加工径ま
での距離ｈは、加工の際にワーク１を揺動運動を行なわ
ないため一定値となる。ワーク１の加工径Ｄ１および工
具の回転数Ｎｔも加工中は一定値を採るため、Ｎｔ²（ｈ＋Ｄ１／２）²＝一定値となる。よって数３において、ΔＶ＝一定値を成立させ
るには、数４が成立すればよい。

【００１７】

【数４】

【００１８】また上記よりｈおよびＤ１は一定値である
ので、数５を数４に置き換えると数６と表される。

【００１９】

【数５】

【００２０】

【数６】

【００２１】ここで数６がいかなるｒ１，θにおいても
一定値を示すためには、ｒ１，θを含まない項である
（Ｎｔ−Ｎ１）においてＮｔ−Ｎ１＝０となる。

【００２２】よってＮｔ＝Ｎ１により、工具回転数とワ
ーク回転数を同一にすることで両者の加工面上のいかな
る点Ｐにおいても常に相対速度が一定値となる。また、
ここでＮｔ＝Ｎ１を数３に代入すると、ΔＶ＝Ｎ１＝２
・π・Ｎ・（ｈ＋Ｄ１／２）となり（ここでＮ＝Ｎｔ＝
Ｎ１）、一定値はΔＶ＝２・π・Ｎ・（ｈ＋Ｄ１／２）
となる。

【００２４】以上の通り、Ｐ点における相対速度ΔＶ
は、 ΔＶ＝Ｎ１＝２・π・Ｎ・（ｈ＋Ｄ１／２）となるように、Ｐ点の位置を示す変数を含まない形とな
る。すなわち、工具２とワーク１の回転数を同じにする
と、その回転数Ｎと、ワーク１の加工径Ｄ１と、工具２
の回転軸Ｏｔとワーク１の加工径までの距離ｈにより決
まる。よって、工具２とワーク１の回転数Ｎを同じに
し、かつワーク１の位置を一定（ｈ＝ｃｏｎｓｔａｎ
ｔ）にすれば、加工面上の相対速度は常に一定となる。

【００２５】上記したように、加工面上の相対速度が常
に一定になるために、ワーク１の偏磨耗を生じることな
く高い形状精度を得ることができる。

【００２６】

【実施例１】本発明の平面形状研磨方法の具体例を図面
に基づいて説明する。図３は、本発明の平面形状の研磨
方法の実施例１に係わる平面形状研磨装置の要部を示
し、その主要部の一部を断面にて示す側面図である。図
中において、被加工面を下方向に向けて配設した円板形
状の部材は、ワーク（レンズ）１である。ワーク１はそ
の上面に下端面を皿形状の凹部を形成した円形状の保持
具であるホルダ３に保持されている。ホルダ３の上面中
央位置には、カンザシ４が挿入支持して回転軸０１を中
心に回動自在となる凹部が突出形成されている。また、
カンザシ４の上端部には、ピン５が径方向に貫通装着さ
れており、ホルダ３の上記凹部先端面の径方向に橋渡し
構成されるように溝部（すり割り部）６にその軸部が挿
入脱可能に嵌合構成されている。

【００２７】更に、上記カンザシ４の上部（基端）に
は、駆動源と接続したプーリ１４とスピンドル８とを連
設し、スピンドル８の上端部に研磨荷重を付加するシリ
ンダー１０が垂直方向に連設構成されている。また、上
記シリンダー１０は、図示されていないが上下動する駆
動手段にその基端部を装着した上軸１１の端部に固定装
着されている。上記上軸１１には、研磨加工の開始およ
び終了時にワーク１を着脱するために、上下方向に移動
可能に構成されている。

【００２８】上記ワーク１の下端面は、ワーク１の径よ
り大径に形成された円板形状の台皿１２と一体的に接合
構成された同形状に形成された研磨用工具２が、図に示
すようにその中心０ｔの回りに回転するように、その中
心にスピンドル２１を配設して、回転自在に装着されて
いる。また、スピンドル２１は、図示されていない固定
部材に固設されている。

【００２９】上記スピンドル２１の下端部には、プーリ
１６を配設し、その側方向位置に配設したモータ９の回
転軸１８に配設した同径形状のプーリ１７との間に、ベ
ルト２０を介して回動するよう構成されている。また、
モーターと接続した回転軸１８の先端部にも、上記プー
リ１４と同径形状のプーリ１５を配設し、上記したカン
ザシ４の上方に配設した同径形状のプーリ１４間に平行
ベルト７を介して回動するよう構成されている。即ち、
モーター９の回転をワーク１を保持したホルダ３と、工
具２を保持した台皿１２とそれぞれ同一方向に、同一回
転数にて回動するよう構成されている。

【００３０】上記工具２とワーク１の側方位置には、工
具２の表面に研磨液１３を供給するノズル１９が配設し
ている。また、図示されていないがシリンダー１０をワ
ーク１の変換時などの際に、上下動に伴う回転軸１８の
伸縮手段は、一般公知のスライド式軸の伸縮と同一構成
となっている。

【００３１】次に、上記構成よりなる本実施例の作用を
説明する。モーター９が駆動すると、その回転は回転軸
１８を介してその両端に配設したプーリ１５と１７を回
動すると、一方のプーリ１４と他方のプーリ１６とを同
一形状のベルト７および２０を経てそれぞれ同一方向に
同一回転数にて回動する。この回動により、一方のプー
リ１４は、カンザシ４とほるだ３とを介してワーク１を
回動する。また、他方のプーリ１６は、スピンドル８と
台皿１２とを介して工具２を回動する。上記のワーク１
と工具２のそれぞれの回動は、同一方向に同一回転数に
て回転されて研磨液１３の供給のもとで高い形状精度に
研磨されるよう構成された研磨装置Ａである。上記した
構成による研磨方法による本実施例によれば、ワーク１
と工具２の回転が同一方向で、かつ同一回転数になるこ
とから、加工面上の相対速度がつ常に一定になるため、
ワーク１の偏磨耗が生じることが無いので高い形状精度
の研磨ができるという利点がある。

【００２６】

【実施例２】図４と図５および図６に基づき本発明の平
面形状研磨方法の実施例２を説明する。図４は、本発明
の平面形状研磨方法の実施例２に係わる平面形状研磨装
置の要部を示し、その一部を断面にて示す側面図であ
る。図５は、図４に示す駆動機構の一部を拡大にて示し
た説明様正面図である。図６は、図４に示すクラッチ部
の一部を拡大にて示す正面図である。なお、図中におい
て上記実施例１と同一部材、同一形状、同一構成および
同一作用については、同一符号を付し、その説明は省略
する。本実施例と上記実施例１との相違点は、図に示す
とおり、本実施例は半導体などに見られるように、両平
面形状のワークの両面を同時に研磨する方法である。

【００２７】図に示すように、両加工面とも平面形状を
有するワーク４０が、その両加工面に対向して配設され
たリング形状で両面を平面形状に形成された工具２２，
２３の外周縁よりはみ出すことなく上下方向より挟持さ
れている。工具２２，２３はそれぞれ工具と同形状の台
皿２４，２５に接合装着されている。また、台皿２４，
２５はそれぞれの内径にネジ２６，２７を設けてその内
径内挿入配設するそれぞれの工具軸２８，２９と対応し
た箇所に設けられたそれぞれのネジと螺合接着されてい
る。上記工具軸２８，２９のそれぞれの中間（先端面）
位置には、互いに対向した軸が連結および離脱自在可能
にクラッチ３０を配設している。上記クラッチ３０の形
状は、図６に拡大にて示すように、放射方向に凹凸の歯
が形成されたラチェット式クラッチである。

【００２８】ワーク４０に対してその下方に配設した工
具軸２９の作動は、上記実施例１と同様の作動する。即
ち、工具軸２９を回転自在に支持するスピンドル８およ
び回転を伝達するプーリ１６，ベルト２０，プーリ１７
を介して回転力の駆動源であるモータ９に接続構成され
ている。上記工具軸２９の作動に対し、ワーク４０の上
方に配設した工具軸２８の作動は、スピンドル３１を介
して図示されていない駆動手段により上下動可能な上軸
１１に固定されている。また、モータ９の駆動軸と連設
した回転軸１８の基端部にプーリ１７と共に、その先端
部に駆動ローラ３１を装着されている。更に、駆動ロー
ラ３１の外周面と接触して回転する駆動ローラ３１と同
形状の伝達ローラ３２が図５に示すようにワーク４０の
外周面と接触するように取り付け部材３３上に上記駆動
ローラ３１とワーク４０とが直列に配設するよう構成さ
れている。

【００２９】また、ワーク４０の外周面には、図５に示
すようにワーク４０の回転と従属的にて回転する従属ロ
ーラ３４が、ワーク４０の外周近傍位置に基端（回転
軸）３５を装着したくの字形状で回動自在に構成された
アーム３６を介して挿入脱自在に装着されている。上記
の場合、予めワーク４０と工具２２，２３の回転数が同
一となるように、プーリ１６とプーリ１７の比率とワー
ク４０の径に対する伝達ローラ３２、駆動ローラ３１の
径の比率は設定されている。

【００３０】次に上記構成よりなる本実施例による作用
を説明する。予め両加工面ともに平面に形成されたワー
ク４０を下側の工具２３上に載置した状態で、上側の工
具２２を図示されていない上下動する駆動手段を作動し
て下降させて、上記ワーク４０の上面と接触させる。こ
のとき、工具軸２８はクラッチ３０を介して工具２３の
工具軸２９のクラッチと接触し咬合い連結される。上記
の連結した状態において、モータ９を駆動すると回転軸
１８に装着されたプーリ１７はベルト２０を介してプー
リ１６を回動させて矢印方向に工具２３を回転し、更に
工具２２も工具軸２８を介して矢印にて示す方向、即ち
工具２３と同一方向に同一回転数で回転する。

【００３１】上記工具２２と２３の回転と同時に、回転
軸１８の上端部に配設した駆動ローラ３１も回転を生
じ、駆動ローラ３１と接触しワーク４０の外周面と接触
している伝達ローラ３２を介してワーク４０を上記工具
２２と２３の回転と同一方向に回転させる。この場合、
プーリ１６とプーリ１７の径の比率と、ワーク４０の径
に対する駆動ローラ３１と伝達ローラ３２の径の比率は
予め、調整されており、ワーク４０と両工具２２，２３
の回転数は同一に回転する。例えば、駆動ローラ３１と
伝達ローラ３２の外径が等しく、かつその寸法はワーク
４０の径の１／３とし、モータ９の回転数を１０００ｒ
ｐｍとする。すると、モータ９の回転数の１／３でワー
ク４０は回転することになる。つまり、４００ｒｐｍと
なる。そこで工具２２，２３の回転数も４００ｒｐｍに
するために、プーリ１６の径をプーリ１７の３倍にすれ
ば、工具２２，２３も４００ｒｐｍで回転し、ワーク４
０と同一方向で同一回転数となる。

【００３２】上記構成と作用による本実施例の研磨装置
および研磨方法によれば、ワーク１と上下一対の工具の
回転が同一方向で、かつ同一回転数にて加工されること
から加工面上の相対速度が、常に一定となるため、ワー
クの偏磨耗が生じず、両面において、高い形状精度のは
形成品が生産できる。従って上記した従来の技術による
加工修正を行う必要がない。

【００３３】

【発明の効果】上記構成と作用による本発明によれば上
下一対の成形型に保持されたワークの加工面上の相対速
度が常に一定となるため、ワークの偏磨耗を生じること
なく高い形状精度を得ることができると共に、従来のよ
うな加工修正を行うことがないなどの諸効果が奏し得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面形状研磨方法に係わりその概念を
示した工具とワークの正面よりの断面図である。

【図２】図１の上面を示し、ワークと工具とのすり合わ
せラッピングの作動状態を示した模式図である。

【図３】本発明の平面形状研磨方法の実施例１に係わる
平面形状研磨装置の要部を示し、その主要部の一部を断
面にて示す側面図である。

【図４】本発明の平面形状研磨方法の実施例２に係わる
平面形状研磨装置の要部を示し、その一部を断面にて示
す側面図である。

【図５】図４に示す駆動機構の一部を拡大にて示した部
分上面図である。

【図６】図４に示すクラッチ部の一部を拡大にて示す正
面図である。

【図７】従来の平面形状研磨装置の要部を示す正面より
の断面図である。

【図８】図７に示すキャリアが反時計方向の自転する場
合の説明図である。

【図９】図７に示すキャリアが時計方向の自転をする場
合の説明図である。

【符号の説明】

１，４０ワーク（レンズ）２，２２，２３工具３ホルダ４カンザシ５ピン６溝（すり割）７，２０ベルト８，２１，３１スピンドル９モータ１０シリンダ１１上軸１２，２４，２５受皿１３研磨液１４，１５，１６，１７プーリ１８，３５回転軸１９ノズル２６，２７ネジ２８，２９工具軸３０クラッチ３１駆動ローラ３２伝達ローラ３３取り付け部材３４従属ローラ３６アーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークと工具をすり合わせて加工するラ
ッピング加工において、被加工面が平面形状を有するワ
ークと、このワークの加工径の少なくとも２倍以上の径
を有する平面形状の工具を用いて、上記ワークが工具よ
り食み出すことなく工具と対向接触させると共に、ワー
クを工具と同一方向に同一回転数にて回転させて加工す
ることを特徴とする平面形状研磨方法。