【手続補正書】
【提出日】平成15年10月21日(2003.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】研磨装置及び研磨方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】回転駆動源と、
前記回転駆動源によってその軸心を中心に回転駆動される主軸と、
前記主軸に回転自在に支持されるとともに、該主軸の回転中心と偏芯した位置に回転自在に支持された出力軸と、
前記出力軸に設けられるとともに、前記主軸の回転で生じる前記出力軸の共回りを防止する回り止め機構と、
前記出力軸の端部に設けられ、その表面に研磨具を備えた定盤と、
前記定盤と対向した位置に設けられ、ワークを支持するワークテーブルと、
からなり、前記定盤を前記ワークテーブル上に支持されたワークに圧接させることにより、前記ワークの表面を研磨することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】前記回り止め機構は、ユニバーサルジョイントで構成され、該ユニバーサルジョイントは、一端が前記出力軸に連結され、他端が前記研磨装置本体に固定されることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】前記主軸は、前記回転駆動源に連結されて回転する入力軸とギア連結されるとともに、前記回り止め機構は、前記入力軸に設けられた入力ギアと、前記出力軸に設けられた出力ギアと、ドーナツ状に形成され、その外周に形成された外歯が前記入力ギアと噛合するとともに、その内周に形成された内歯が前記出力ギアと噛合するアイドルギアと、からなる差動歯車機構で構成され、該差動歯車機構は、前記出力ギアの自転角速度がゼロとなるように前記各ギアのピッチ円半径が設定されていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項４】主軸の回転中心と偏芯した位置に出力軸を回転自在に支持するとともに、表面に研磨具を備えた定盤を前記出力軸の端部に設け、前記主軸の回転で生じる前記出力軸の共回りを防止しながら前記主軸を回転させることにより、前記定盤を偏心揺動させ、該偏心揺動する定盤をワークテーブル上に支持されたワークに圧接させることにより、前記ワークの表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研磨装置及び研磨方法に係り、特にガラス板等の板状体を研磨する研磨装置及び研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス等の板状体の研磨は、仕上げ面の均一化を図るために、定盤を偏芯揺動させて研磨する。すなわち、定盤の姿勢を一定に保持した状態で、定盤を偏芯回転させて研磨する。これにより、定盤はどの点をとっても周速が一定になり、研磨の均一化を図ることができる。
【０００３】
そして、従来の研磨装置では、前記定盤を偏芯揺動させるために、平行な２本の出力軸を備え、その平行２軸の出力軸を平行運動動作させることにより、その端部に固定された定盤を偏芯揺動させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、２本の出力軸を用いて定盤を偏芯揺動させる機構は、高い部品精度と組立精度が要求されるため、製作がきわめて困難であるという欠点があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、出力軸を１軸とし、簡易な構成で偏芯揺動研磨を行なうことができる研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の研磨装置は、前記目的を達成するために、回転駆動源と、前記回転駆動源によってその軸心を中心に回転駆動される主軸と、前記主軸に回転自在に支持されるとともに、該主軸の回転中心と偏芯した位置に回転自在に支持された出力軸と、前記出力軸に設けられるとともに、前記主軸の回転で生じる前記出力軸の共回りを防止する回り止め機構と、前記出力軸の端部に設けられ、その表面に研磨具を備えた定盤と、前記定盤と対向した位置に設けられ、ワークを支持するワークテーブルと、からなり、前記定盤を前記ワークテーブル上に支持されたワークに圧接させることにより、前記ワークの表面を研磨することを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、主軸を回転させると、その主軸に設けられた出力軸が偏芯回転する。これにより、定盤も偏芯回転するが、前記出力軸は、前記主軸に回転自在に支持されているので、前記主軸が回転すると、前記出力軸は共回り（自転）を生じる。しかしながら、前記出力軸は、回り止め機構によって、その回転が防止されているので、その共回りは生じない。したがって、定盤は、常に一定の姿勢を維持したまま偏芯回転、すなわち、偏芯揺動を行なうことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る研磨装置及び研磨方法の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は、本発明に係る研磨装置の第１の実施の形態の構成を示す側面断面図である。
【０００８】
同図に示すように、前記研磨装置１０は、板状のワーク１２を保持するワーク保持部１４と、そのワーク保持部１４に保持されたワーク１２を研磨するワーク研磨部１６とから構成されている。
前記ワーク保持部１４は、前記ワーク１２を保持するワークテーブル１８を有しており、該ワークテーブル１８はベース２０上に固定されている。
【０００９】
前記ワーク研磨部１６は、前記ワーク保持部１４の上方に設けられ、前記ワークテーブル１８と直交する主軸２２を有している。この主軸２２は、ベアリング２４、２４、…を介して本体ケーシング２６に回転自在に支持されており、該本体ケーシング２６は図示しないコラムに昇降自在に支持されている。
前記主軸２２には、主軸２２の軸心ＯM と偏芯した位置に挿通孔２２Ａが穿孔されている。挿通孔２２Ａには出力軸２８が挿通されており、該出力軸２８は、ベアリング３０、３０、…を介して回転自在に支持されている。したがって、前記主軸２２を回転させると、前記出力軸２８は、主軸２２の軸心ＯM を中心とした偏芯回転を行なう。
【００１０】
前記出力軸２８の先端部には、正方形状に形成された定盤３２が連結されている。この定盤３２は、図示しない昇降加圧機構を備えており、前記ワークテーブル１８に対して平行に配置されており、その表面には研磨布３４が貼付されている。
一方、前記出力軸２８の基端部は、ユニバーサルジョイント３６を介して前記本体ケーシング２６に一体固定されたハウジング４０に固定されている。
【００１１】
この結果、前記出力軸２８は、主軸２２を回転させると、その主軸２２の軸心ＯM を中心とした偏芯回転を行なうが、その自転、すなわち、出力軸２８の軸心ＯO を中心とした回転は規制される。したがって、この出力軸２８に連結された定盤３２も同様の動き、すなわち、その姿勢を一定に保持した状態で偏芯回転を行なう。
【００１２】
このように、前記定盤３２は、前記主軸２２を回転させることにより、偏芯揺動する。そして、この主軸２２を回転させる駆動機構は、次のように構成されている。
前記主軸２２の基端部には、メインギアＡが主軸２２に一体形成されている。このメインギアＡには第１入力ギアＢが噛合しており、該第１入力ギアＢは入力軸４６の先端に一体固着されている。
【００１３】
前記入力軸４６は、前記本体ケーシング２６にベアリング４８、４８を介して回転自在に支持されており、その基端部には、駆動ギア５０が一体固着されている。駆動ギア５０は、タイミングベルト５２を介して伝達ギア５４に連結されており、該伝達ギア５４は、モータ５６のスピンドルに一体固着されている。
以上のように構成された駆動機構において、前記モータ５６を駆動することにより、その回転が入力軸４６に伝達され、さらに、その回転が主軸２２に伝達されて、主軸２２が回転する。
【００１４】
前記のごとく構成された本発明に係る研磨装置の第１の実施の形態の作用は次の通りである。
まず、ワークテーブル１８上にワーク１２をセットする。そして、ワーク１２のセッティングが終了したのち、モータ５６を駆動する。
モータ５６を駆動すると、その回転が入力軸４６に伝達され、更にその入力軸４６の回転が主軸２２に伝達されて、主軸２２が回転する。
【００１５】
前記主軸２２が回転すると、その主軸２２の偏芯した位置に設けられた出力軸２８が、主軸２２の軸心ＯM を中心として偏芯回転し、これにより、定盤３２も偏芯回転する。
ここで、前記出力軸２８は、回転自在に支持されているため、前記主軸２２が回転すると、その主軸２２の回転に伴い共回り、すなわち、自転しようとするが、前記出力軸２８は、ユニバーサルジョイント３６を介してハウジング４０に固定されているため、その自転が規制される。
【００１６】
したがって、前記出力軸２８は、前記主軸２２が回転することにより、前記主軸２２の軸心ＯM を中心として偏芯回転するが、その姿勢は一定に保たれる。この結果、この出力軸２８に連結された定盤３２も、その姿勢を一定に保持した状態で偏芯回転を行なう。すなわち、偏芯揺動を行なう。
図２は、前記主軸２２を反時計回りに９０°回転させたときの定盤３２の軌跡を示している。同図に示すように、前記定盤３２は、その姿勢を一定に保持した状態で、前記主軸２２の軸心ＯM を中心に偏芯回転する。そして、このように偏芯揺動する定盤３２は、定盤３２上のどの点も同一の周速となり、ワーク１２を均一に研磨することができる。
【００１７】
上述したように、定盤３２を偏芯回転させた状態で定盤３２の昇降加圧機構により所定量下降させ、前記定盤３２を前記ワークテーブル１８上に固定されたワーク１２に所定圧で圧接する。そして、その接触面に図示しないスラリ供給手段から、スラリ（加工液）を供給することにより、前記ワーク１２の表面を研磨する。
【００１８】
このように、本実施の形態の研磨装置によれば、定盤３２を１軸で偏芯揺動させる機構を採用しているため、従来の平行２軸を用いて定盤３２を偏芯揺動させる研磨装置に比べ、製作に際して、高い部品精度や組立精度は要求されない。したがって、従来機に比べ、製作がきわめて容易になり、同時にコストダウンも図ることができる。
【００１９】
また、１軸で偏芯揺動させることにより、平行２軸の平行運動動作を適用した従来機に比べ、各ベアリングにかかる負荷を低減させることができ、装置寿命を延ばすことができる。
なお、本実施の形態では、出力軸２８の自転を防止する機構として、出力軸２８の基端部をユニバーサルジョイント３６を介してハウジング４０に固定したが、ユニバーサルジョイント３６に代えて、自在継手又はオルダム軸継手等を使用しても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
図３は、本発明に係る研磨装置の第２の実施の形態の構成を示す側面断面図である。
同図に示すように、第２の実施の形態の研磨装置６０は、前記第１の実施の形態の研磨装置１０に対して、出力軸２８の自転防止機構のみが異なる。したがって、前記第１の実施の形態の研磨装置１０と同一の又は類似する部材には、同一符号を付してその説明は省略する。
【００２１】
第２の実施の形態の研磨装置６０は、出力軸２８の自転を差動歯車機構を用いて防止している。
図３に示すように、主軸２２の軸心ＯM と偏芯した位置に回転自在に支持された出力軸２８には、その基端部に出力ギアＣが一体形成されている。
また、前記主軸２２に回転力を伝達する入力軸４６には、その中央部近傍に第２入力ギアＤが一体形成されている。
【００２２】
この出力ギアＣと第２入力ギアＤは、ドーナツ状に形成されたアイドルギアＥを介して互いにギア結合されており、前記出力ギアＣは、前記アイドルギアＥの内周部に形成された内歯ＥINに噛合している。また、前記第２入力ギアＤは、前記アイドルギアＥの外周に形成された外歯ＥOUT に噛合している。
前記出力ギアＣと第２入力ギアＤとの間に介在するアイドルギアＥは、支軸６４の先端部に一体形成されている。この支軸６４は、前記主軸２２と同軸上に配設されており、ベアリング６６、６６を介して本体ケーシング２６に回転自在に支持されている。
【００２３】
以上の構成により、入力軸４６が回転すると、その入力軸４６の回転が主軸２２に伝達されて主軸２２が回転し、出力軸２８が主軸２２の軸心ＯM を中心とした偏芯回転を行なう。
ここで、前記出力軸２８が偏芯回転すると、その基端部に一体形成された出力ギアＣは、前記アイドルギアＥの内周に沿って公転する。
【００２４】
一方、前記アイドルギアＥは、その外周に形成された外歯ＥOUT に前記入力軸４６に一体形成された第２入力ギアＤが噛合しているため、前記入力軸４６が回転することにより、その入力軸４６の回転が伝達されて回転する。したがって、このアイドルギアＥの内周に沿って公転する出力ギアＣも、前記アイドルギアＥが回転することにより、その回転が伝達されて回転する（自転する）。
【００２５】
ところで、本実施の形態の研磨装置では、定盤３２を偏芯揺動、すなわち、その姿勢を一定に保持した状態で偏芯回転を行なわせる必要がある。このため、出力軸２８の自転を防止して、出力軸２８に偏芯回転のみを与える必要がある。
そこで、前記構成の差動歯車機構において、次の設定を行なうことにより、偏芯回転する出力軸２８の自転を防止する。
【００２６】
前記出力軸２８の自転を防止するためには、入力軸４６の回転角速度と出力軸２８の回転角速度の関係式を求め、出力軸２８の回転角速度がゼロとなる条件を求めればよい。
図４に示すように、前記差動歯車機構では、第２入力ギアＤとアイドルギアＥの外歯ＥOUT が噛み合い（(1)）、メインギアＡと第１入力ギアＢが噛み合い（(2)）、出力ギアＣとアイドルギアＥの内歯ＥIN（(3)）が噛み合っている。
【００２７】
ここで、前記メインギアＡのピッチ円半径をｒA 、第１入力ギアＢのピッチ円半径をｒB 、出力ギアＣのピッチ円半径をｒC 、アイドルギアＥの内歯ＥINのピッチ円半径をｒE(IN) 、外歯ＥOUT のピッチ円半径をｒE(OUT)、第２入力ギアＤのピッチ円半径をｒD とし、入力軸４６の角速度をωIN、出力軸２８の角速度をωOUT 、主軸２２（メインギアＡ）の角速度をωA 、アイドルギアＥの角速度をωE とすると、前記各噛み合いにおいて、速度が等しいので、次の式が成り立つ。
【００２８】
すなわち、前記第２入力ギアＤとアイドルギアＥの外歯ＥOUT との噛み合いにおいて、
【００２９】
【数１】
ｒD ・ωIN＝ｒE(OUT)・ωE   …  (1)
前記メインギアＡと第１入力ギアＢとの噛み合いにおいて、
【００３０】
【数２】
ｒB ・ωIN＝ｒA ・ωA   …  (2)
前記出力ギアＣとアイドルギアＥの内歯ＥINとの噛み合いにおいて、
【００３１】
【数３】
ｒE(IN) ・ωE ＝ｒC ・ωOUT ＋（ｒE(IN) −ｒC ）・ωA   …  (3)
の関係式が成り立つ。
上式(1)〜(3)から、ωE （アイドルギアＥの角速度）とωA （主軸の角速度）を消去すると、
【００３２】
【数４】
1998138127.tif 000001
上式(4)で、入力軸４６の角速度ωINの値にかかわらず、出力軸２８の角速度ωOUT をゼロとするためには、中カッコ｛  ｝内の項がゼロであればよい。すなわち、
【００３３】
【数５】
1998138127.tif 000002
となればよい。
【００３４】
また、図４に示すように、幾何学的な関係、すなわち、入力軸４６と主軸２２の軸間距離が一定という関係から、次式(6)を導くことができる。
【００３５】
【数６】
ｒD ＋ｒE(OUT)＝ｒB ＋ｒA   …(6)
したがって、出力軸２８の自転を防止して、出力軸２８に偏芯回転のみを与えるためには、上式(5)と(6)を満たすように、各ギアＡ〜Ｅのピッチ円半径ｒA 、ｒB 、ｒC 、ｒD 、ｒE(IN) 、ｒE(OUT) を決定すればよい。
【００３６】
以上の構成により、出力軸２８は、自転せずに偏芯回転のみ行ない、この結果、定盤３２は偏芯揺動する。したがって、本第２の実施の形態の研磨装置６０も、前記第１の実施の形態の研磨装置１０と同様に、１軸で定盤３２を偏芯揺動させることができる。
なお、本実施の形態で説明したピッチ円半径の設定方法において、式(5)及び(6)を満たすようなピッチ円半径ｒA 、ｒB 、ｒC 、ｒD 、ｒE(IN) 、ｒE(OUT) の組合せは無数に存在するが、研磨装置６０の仕様等を考慮して決定する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る研磨装置及び研磨方法によれば、駆動軸を１軸とすることにより、高い部品精度と組立精度を要求されない簡易な構成の研磨装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の第１の実施の形態の構成を示す側面断面図
【図２】偏芯揺動する定盤の軌跡を表した図
【図３】本発明に係る研磨装置の第２の実施の形態の構成を示す側面断面図
【図４】差動歯車機構の構成を説明する説明図
【符号の説明】
１０、６０…研磨装置
１２…ワーク
１８…ワークテーブル
２２…主軸
２６…本体ケーシング
２８…出力軸
３６…ユニバーサルジョイント
４６…入力軸
５０…駆動ギア
５６…モータ
Ａ…メインギア
Ｂ…第１入力ギア
Ｃ…出力ギア
Ｄ…第２入力ギア
Ｅ…アイドルギア
ＥIN…アイドルギアの内歯
ＥOUT …アイドルギアの外歯


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
1998138127.tif 000003
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
1998138127.tif 000004