(57)【要約】【課題】研磨面積の大きなワークでも、両面研磨装置を大型化させたり、両面研磨装置の製造コストを高めることなく、精度良く安定的に研磨可能にする。【解決手段】回転駆動される平坦な研磨上面２ａを有する下定盤２と、下定盤２に対向して配置され、回転駆動される平坦な研磨下面３ａを有する上定盤３と、下定盤２の研磨上面２ａと上定盤３の研磨下面３ａとの間に挟持されて研磨される板状のワーク１０を保持可能に形成されたワークキャリア８を下定盤２と上定盤３との間に保持しながら、揺動軸２５を揺動中心にして水平方向に揺動し、ワークキャリア８を水平方向に移動させるキャリア揺動部材１９と、キャリア揺動部材１９の水平方向への動きを許容しつつ、キャリア揺動部材１９の重量を支える揺動部材支持手段（転がり装置３５，３６，３７）とを備えたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される平坦な研磨上面を有する下定盤と、
前記下定盤に対向して配置され、回転駆動される平坦な研磨下面を有する上定盤と、
前記下定盤の研磨上面と、前記上定盤の研磨下面との間に挟持されて研磨される板状のワークを保持可能に形成されたワークキャリアを前記下定盤と前記上定盤との間に保持しながら、揺動軸を揺動中心にして水平方向に揺動し、前記ワークキャリアを水平方向に移動させるキャリア揺動部材と、
前記キャリア揺動部材の水平方向への動きを許容しつつ、キャリア揺動部材の重量を支える揺動部材支持手段と、
を備えたことを特徴とする両面研磨装置。
【請求項２】
前記キャリア揺動部材を、平面視で前記ワークキャリアの周囲を囲む環状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の両面研磨装置。
【請求項３】
前記揺動部材支持手段を、平面視で前記キャリア揺動部材の、前記ワークを挟んで前記揺動軸の反対側となる範囲に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の両面研磨装置。
【請求項４】
前記揺動部材支持手段を、平面視で前記キャリア揺動部材の、前記揺動軸から最も遠い位置に設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の両面研磨装置。
【請求項５】
前記揺動部材支持手段は、前記キャリア揺動部材の重量を下方から支持しつつ、前記キャリア揺動部材を水平方向に滑らかに移動可能にする転がり装置であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の両面研磨装置。
【請求項６】
平面視で外形が環状であり、その内周側に前記ワークキャリアを保持するキャリア保持部材と、
前記キャリア保持部材を前記キャリア揺動部材に対して回転自在に支持するとともに、前記キャリア保持部材及び前記ワークキャリアの重量を前記キャリア揺動部材に支持させるキャリア保持部材支持手段と、
前記キャリア保持部材を前記ワークキャリアと共に前記キャリア揺動部材に対して相対回転駆動させるキャリア回転駆動手段と、
を設けたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の両面研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板状のワークの両面を平坦かつ平行にするために研磨を行う両面研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の両面研磨装置として、回転する上定盤と下定盤との間に、ワークよりも板厚がやや薄いワークキャリアを介在させ、このワークキャリアに形成されたワーク保持孔にワークを嵌めこみ、このワークを上定盤と下定盤とで挟むとともに、上定盤と下定盤を互いに逆方向に回転させ、さらにワークキャリアを一対の揺動アームにより保持して水平方向に大きく揺動させながらワークの両面を研磨するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
このように、逆方向に回転する上定盤と下定盤との間に挟んだワークを水平方向に大きく揺動させながら研磨することにより、ワークの両面を上定盤と下定盤の周速度の速い外周部付近の研磨面に効率良く接触させて研磨することができるため、ワークを揺動させない場合や、以前の遊星歯車装置を用いた両面研磨装置（特許文献２参照）等に比べて、ワークの平坦度を飛躍的に高めるとともに、上定盤と下定盤の直径を小さくすることができ、両面研磨装置を格段に小型化することができる。
【０００４】
ワークを揺動させないで回転定盤により研磨すると、ワークの中央部付近が定盤研磨面の周速度の遅い中央部分によって研磨され、ワークの端部付近が周速度の速い外周部分によって研磨され、その研磨量に差が生じるため、ワークの断面形状が略凸レンズ状となる懸念がある。このため、ワークの揺動幅は、平面視で、ワークの一部が上定盤と下定盤の外側まではみ出す位に設定しなければならない。
【特許文献１】特開２００７−９８５４２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている両面研磨装置では、ワークが大型化すると、ワーク自体及びワークキャリアの重量が大きくなることに加え、上下の定盤の面圧が高まるためワークと上下の定盤との間の摩擦抵抗が増大し、しかも揺動アーム自体の重量も増すため、ワークキャリア（ワーク）を揺動アームで水平方向に揺動させる際に、上下の定盤に対する揺動アームの動作が円滑に行われ難くなり、揺動アームが上下方向に振動したりして、ワークを精度良く安定的に研磨することが困難であった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、研磨面積の大きなワークでも、装置を大型化させたり、装置の製造コストを高めることなく、精度良く安定的に研磨することのできる両面研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明では、回転駆動される平坦な研磨上面を有する下定盤と、前記下定盤に対向して配置され、回転駆動される平坦な研磨下面を有する上定盤と、前記下定盤の研磨上面と、前記上定盤の研磨下面との間に挟持されて研磨される板状のワークを保持可能に形成されたワークキャリアを前記下定盤と前記上定盤との間に保持しながら、揺動軸を揺動中心にして水平方向に揺動し、前記ワークキャリアを水平方向に移動させるキャリア揺動部材と、前記キャリア揺動部材の水平方向への動きを許容しつつ、キャリア揺動部材の重量を支える揺動部材支持手段とを備えた両面研磨装置としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る両面研磨装置によれば、ワークキャリアとワークを保持する揺動アームが、その重量を揺動部材支持手段によって支持されながら水平方向に揺動するため、水平揺動時の動きが非常に円滑になる。このため、研磨面積の大きなワークでも、装置を大型化させることなく、精度良く安定的に研磨することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る両面研磨装置の実施の形態を示す側面図であり、図２は図１のII-II矢視による両面研磨装置の平面図であり、図３は図２のIII-III-III線に沿って展開した縦断面図である。
【００１１】
この両面研磨装置１は、円板形状を有する下定盤２と上定盤３とを備えている。下定盤２は平坦且つ円形の研磨上面２ａを有し、上定盤３は研磨上面２ａに対向して配置された平坦且つ円形の研磨下面３ａを有する。下定盤２は、装置本体下部４に内蔵された図示しないモータにより回転駆動され、上定盤３は装置本体上部５に内蔵された図示しないモータにより回転駆動される。また、上定盤３は上下動が可能であり、下定盤２側に向かって所定範囲の面圧力を持って押し付けることができる。
【００１２】
図２と図３に示すように、下定盤２の研磨上面２ａと上定盤３の研磨下面３ａとの間には、ポリカーボネート等の樹脂材料や軽金属材料等で形成された平板状のワークキャリア８が介入される。このワークキャリア８は、その対向する２辺が平行であり、残る２辺が円弧形状である。これは、必要な強度を維持しながら、不要な部分を省くことにより軽量化と資材の節約を図るためである。
【００１３】
ワークキャリア８の中央部には、例えば矩形形状を有する板状のワーク１０を保持するための四角形のワーク保持孔８ａが穿設され、その内寸はワーク１０の外寸よりも一回り大きく設定されている。ワークキャリア８の板厚はワーク１０の板厚よりも薄く設定される。
【００１４】
また、図４に拡大して示すように、ワーク保持孔８ａの内周縁部には嵌合溝８ｂが形成され、この嵌合溝８ｂにウレタンゴム等の軟質な弾性部材８ｃが嵌合される。この弾性部材８ｃは、ワーク１０の周囲が直接ワーク保持孔８ａの内周縁部に当接することを防止し、ワーク１０が傷付いたり破損することを回避するものである。
【００１５】
ワーク１０がワーク保持孔８ａに嵌め込まれて、下定盤２と上定盤３との間にワーク１０が挟持されると、ワークキャリア８の板厚がワーク１０の板厚よりも薄いために、下定盤２と上定盤３の面圧がワーク１０の上下面にのみ加わる。
【００１６】
ワークキャリア８は、平面視で外形が真円状（リング形状）のキャリア保持部材１４の内周側に保持される。図６にも拡大して示すように、キャリア保持部材１４はＬ字形の縦断面形状を有し、そのリング形状の内周側に張り出するフランジ部１４ａを備えている。そして、ワークキャリア８の円弧形状を有する両端部がフランジ部１４ａの上面に載置され、フランジ部１４ａに垂設された複数の位置決めピン１６がワークキャリア８を貫通することにより、ワークキャリア８がキャリア保持部材１４に対し一体回転するように設けられる。
【００１７】
上述のようにワークキャリア８が固定されたキャリア保持部材１４は、キャリア揺動部材１９により下定盤２と上定盤３との間に保持される。キャリア揺動部材１９は、両面研磨装置１の前方側（手前側）が開放された略C字形状の揺動アーム２０と、この揺動アーム２０の前部開放端の間を連結するアーム連結部材２１とを備えており、平面視でワークキャリア８の周囲を囲む略環状に形成されている。
【００１８】
キャリア揺動部材１９の周方向の一箇所、例えば両面研磨装置１の正面から向かってアーム連結部材２１の最も奥側となる位置に、鉛直な揺動軸２５が設けられている。この揺動軸２５は図示しない揺動機構によって時計廻り及び反時計廻りに繰り返し揺回運動する。このためキャリア揺動部材１９全体が揺動軸２５を揺動中心にして水平方向に揺動し、キャリア保持部材１４とワークキャリア８とワーク１０を水平方向に移動させる。
【００１９】
図２、図３に示すように、キャリア揺動部材１９の揺動アーム２０には、例えば１２０°間隔で３箇所にローラードライブ装置２８が設けられている。このローラードライブ装置２８は、揺動アーム２０の内周面に設けられた水平支軸周りに回転する支持ローラー３０と、揺動アーム２０の外周面に固定されたモーターブラケット３１と、このモーターブラケット３１の上面に縦置きに設置された駆動モーター３２と、この駆動モーター３２の垂直な主軸に設けられた駆動ローラー３３とを備えて構成される。
【００２０】
支持ローラー３０はキャリア保持部材支持手段となるものである。キャリア保持部材１４は支持ローラー３０の上に載置されるため、キャリア保持部材１４自身の重量及びキャリア保持部材１４に加わるワークキャリア８の重量が支持ローラー３０を経てキャリア揺動部材１９に支持される。支持ローラー３０は回転自在であるため、キャリア保持部材１４はキャリア揺動部材１９（揺動アーム２０）に対して自由に回転できる。
【００２１】
また、駆動モーター３２と駆動ローラー３３はキャリア回転駆動手段となるものである。駆動ローラー３３は図示しない付勢手段によりワークキャリア８の外周面に圧接される。３基の駆動モーター３２は、同時に各々の駆動ローラー３３を同じ方向に等速で回転させ、これによりキャリア保持部材１４がワークキャリア８及びワーク１０と共にキャリア揺動部材１９に対して所定の回転方向に相対回転駆動される。
【００２２】
さらに、図２、図３、図５、図６に示すように、キャリア揺動部材１９には、例えば３箇所に揺動部材支持手段としての転がり装置３５，３６，３７が設けられている。これらの転がり装置３５，３６，３７は、キャリア揺動部材１９の重量を下方から支持しつつ、キャリア揺動部材１９を水平方向に滑らかに移動可能にするためのものであり、平面視（図２参照）でキャリア揺動部材１９の、ワーク１０を挟んで揺動軸２５の反対側となる範囲Ｌに配置されている。
【００２３】
具体的には、３つの転がり装置３５，３６，３７のうち、２つの転がり装置３５，３６が、揺動軸２５を通る中心線Ｃを挟んで対称な位置となるように、例えば揺動アーム２０の両側のアーム先端部にそれぞれ設けられている。また、残る１つの転がり装置３７は、平面視で揺動軸２５から最も遠い位置であるアーム連結部材２１の中間部、かつ中心線Ｃ上に設けられている。
【００２４】
転がり装置３５，３６は、揺動アーム２０の最先端部外周面にローラーブラケット４１が固定され、このローラーブラケット４１に設けられた水平支軸に幅広な支持ローラー４４が回転自在に軸支され、この支持ローラー４４が装置本体下部４の上面４ａに固定された走行レール４６の上面に当接した構成である。
【００２５】
揺動アーム２０に対する支持ローラー４４の角度は、平面視（図２参照）で支持ローラー４４の軸心延長線４４ａが揺動軸２５に交わる角度に設定されている。また、走行レール４６の角度は軸心延長線４４ａに直交する角度とされている。支持ローラー４４の幅は走行レール４６の幅よりも格段に大きくされ、揺動アーム２０が如何に揺動しても支持ローラー４４が走行レール４６から外れないようになっている。なお、揺動アーム２０の揺動時における支持ローラー４４の走行軌跡曲線に合わせて走行レール４６を湾曲させ、その分支持ローラー４４の幅を狭める等しても良い。
【００２６】
一方、転がり装置３７は、図２及び図５、図６に示すように、装置本体下部４の上面４ａに２つのローラーブラケット４８が固定され、これらのローラーブラケット４８に設けられた前後方向に延びる２本の水平支軸に支持ローラー５１が回転自在に軸支された構成であり、支持ローラー５１の上にアーム連結部材２１が載置される。
【００２７】
さらに、アーム連結部材２１の上面２１ａにはローラーブラケット５３が固定され、このローラーブラケット５３が有する水平支軸に１個の支持ローラー５５が回転自在に軸支され、この支持ローラー５５の上にキャリア保持部材１４が載置される。支持ローラー５５は、例えば図７に示すように装置本体下部４の上面４ａに直接ローラーブラケット５６を設けてアーム連結部材２１を介さずに軸支してもよい。
【００２８】
なお、図３に示すように、下定盤２の研磨上面２ａの外周側を取り巻くように設けられた延長部材６１が、下定盤２と一体に回転するように固定されている。この延長部材６１は、下定盤２の研磨上面２ａと同じ高さの延長上面６３を備えている。
【００２９】
以上のように構成された両面研磨装置１において、ワーク１０の研磨を行なう場合には、図示しない昇降手段を駆動させて上定盤３を上昇させ、キャリア保持部材１４に保持されているワークキャリア８のワーク保持孔８ａにワーク１０を配置した後、昇降手段を駆動させて上定盤３を下降させ、下定盤２の研磨上面２ａと上定盤３の研磨下面３ａとによりワーク１０を挟持する。そして、図示しない研磨剤供給装置により、研磨剤を研磨上面２ａと研磨下面３ａに供給しながら、下定盤２及び上定盤３を逆方向に回転駆動して、研磨上面２ａと研磨下面３ａにより、ワーク１０の両面を同時に研磨する。
【００３０】
その際、キャリア揺動部材１９（揺動アーム２０、アーム連結部材２１）が水平方向に大きく揺動するとともに、ローラードライブ装置２８によりキャリア保持部材１４とワークキャリア８とワーク１０とがキャリア揺動部材１９に対し相対回転駆動されるため、下定盤２の研磨上面２ａ及び上定盤３の研磨下面３ａの外周近くの領域、即ち周速度の速い位置にワーク１０の表裏面を満遍なく擦り合わせてワーク１０を効率良く研磨し、ワーク１０の表面及び裏面の平坦度を飛躍的に高めることができる。
【００３１】
また、転がり装置３５，３６，３７により、キャリア揺動部材１９の水平方向への動きが円滑に許容されつつ、キャリア揺動部材１９の重量が装置本体下部４の上面４ａにより均等に支えられるため、例えばワーク１０が大型化してワークキャリア８と共に重量が大きくなり、同時に上下の定盤２，３の面圧が高まってワーク１０との間の摩擦抵抗が増大しても、ワークキャリア８（ワーク１０）を揺動させるキャリア揺動部材１９の動作が円滑に行われなくなってキャリア揺動部材１９が上下方向に振動するといった現象の発生を抑制することができる。よって、研磨面積が大きいワーク１０でも、両面研磨装置１を大型化させることなく、精度良く安定的に研磨することができる。
【００３２】
さらに、支持ローラー５５により、キャリア揺動部材１９の、揺動軸２５から最も離れた場所でキャリア保持部材１４が下方から支持されているため、キャリア保持部材１４の動き、ひいてはキャリア揺動部材１９の動きをさらに円滑にすることができる。
【００３３】
キャリア揺動部材１９は、略C字形状の揺動アーム２０の前部開放端の間をアーム連結部材２１で連結することにより平面視でワークキャリア８の周囲を囲む略環状に形成したため、キャリア揺動部材１９全体の剛性を高めることができ、揺動時における揺動アーム２０の歪み、曲がり、捻れといった変形を防止してワーク１０を安定して研磨することができる。
【００３４】
また、平面視でワーク１０を挟んで揺動軸２５の反対側となる範囲Ｌに転がり装置３５，３６が配置されているため、湾曲したキャリア揺動部材１９（揺動アーム２０）の、揺動軸２５から離れた部位を確実に支持することができ、防振的効果を高めることができる。
【００３５】
しかも、揺動軸２５から最も遠い位置となるアーム連結部材２１の中間部は、キャリア揺動部材１９全体の自由端となる部分であり、上下方向への動きが最も大きくなる場所であるが、この位置にも転がり装置３７を配置してキャリア揺動部材１９の自由端に加わる重量を効果的に支持したため、この点でもキャリア揺動部材１９の防振的効果を高めることができる。
【００３６】
揺動部材支持手段としての転がり装置３５，３６，３７は、その構造が非常に簡素かつコンパクトであるため、両面研磨装置１を大型化させたり、両面研磨装置１の製造コストを高めることがない。
【００３７】
ところで、アーム連結部材２１は揺動アーム２０よりも上下方向の厚みが薄く、アーム連結部材２１の下面の高さが揺動アーム２０の下面の高さに一致するように揺動アーム２０に取り付けられている。これにより、両面研磨装置１の前方から作業者または作業機によりワーク１０、ワークキャリア８、キャリア保持部材１４等を着脱する際において揺動アーム２０との干渉を防止することができ、極めて作業性が良い。なお、本実施形態ではアーム連結部材２１が揺動アーム２０に対し着脱可能となっているが、場合によっては揺動アーム２０とアーム連結部材２１とを一体化してキャリア揺動部材１９を構成してもよい。この場合も、キャリア揺動部材１９の手前側の高さが低くなるように形成すれば同様な効果が得られる。
【００３８】
また、下定盤２の外周に延長部材６１を設けたことにより、ワーク１０の水平方向への揺動量を大きくしてワーク１０を下定盤２及び上定盤３からはみ出すまで揺動させ、ワーク１０を周速度の速い研磨上面２ａ及び研磨下面３ａに積極的に当てて平坦精度良く研磨することができる。
【００３９】
即ち、ワーク１０が下定盤２及び上定盤３からはみ出した際に、ワークキャリア８の素材自体が持つ柔軟性によってワーク保持孔８ａの縁部が下方に垂れ下がっても、この縁部が延長部材６１の延長上面６３に軽く当接し、それ以上下方に垂れ下がらないため、ワーク１０が研磨上面２ａの範囲内に戻る際にワーク保持孔８ａの縁部が下定盤２の上面角部に干渉してしまう虞が無い。よって、ワークキャリア８及び揺動アーム２０の動きを円滑に保ち、非常に安定した研磨加工を行うとともに、ワーク１０の研磨精度及び仕上がりを良好なものにすることができる。
【００４０】
なお、上記実施形態では、転がり装置３５，３６，３７が支持ローラー４４，５１と走行レール４６等を用いたローラー形式のものとなっているが、例えば図８に示すようにキャリア揺動部材１９に固定式又は回動式のキャスターホイール６０を設け、このキャスターホイール６０を装置本体下部４の上面４ａに直接当接させて転がり装置としたり、あるいはリニアベアリングのような、他の転がり手段を用いた転がり装置とする等しても良い。
【００４１】
また、上記実施形態では、ローラードライブ装置２８が、保持部材支持手段となる支持ローラー３０と、キャリア回転駆動手段となる駆動モーター３２及び駆動ローラー３３とを備えた構成となっているが、この構成のみには限定されず、例えば支持ローラー３０を駆動モーターで直接駆動したり、他の駆動手段、支持手段によりキャリア保持部材１４をワークキャリア８及びワーク１０と共にキャリア揺動部材１９に対して相対回転駆動するようにしても良い。
【００４２】
さらに、下定盤２及び上定盤３の回転方向並びに回転速度や、ローラードライブ装置２８によるキャリア保持部材１４の回転駆動方向並びに回転速度、さらに下定盤２及び上定盤３の面圧力等は、ワーク１０の研磨条件に応じて全て任意に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施の形態の両面研磨装置を示す側面図である。
【図２】図１のII-II矢視による両面研磨装置の平面図である。
【図３】図２のIII-III-III線に沿って展開した縦断面図である。
【図４】図３のIV部拡大図である。
【図５】図２のV矢視図である。
【図６】図５のVI-VI線に沿う縦断面図である。
【図７】支持ローラーの変形例を示す縦断面図である。
【図８】転がり装置の変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  両面研磨装置
２  下定盤
２ａ  研磨上面
３  上定盤
３ａ  研磨下面
８  ワークキャリア
８ａ  ワーク保持孔
１０  ワーク
１４  キャリア保持部材
１９  キャリア揺動部材
２０  揺動アーム
２１  アーム連結部材
２５  揺動軸
２８  ローラードライブ装置
３０  キャリア保持部材支持手段である支持ローラー
３２  キャリア回転駆動手段である駆動モーター
３３  キャリア回転駆動手段である駆動ローラー
３５，３６，３７  揺動部材支持手段である転がり装置
４４  支持ローラー
４６  走行レール
５１  支持ローラー
Ｌ  キャリア揺動部材の、ワークを挟んで揺動軸の反対側となる範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009154269.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009154269.tif 000007
【図６】
2009154269.tif 000008
【図７】
2009154269.tif 000009
【図８】
2009154269.tif 000010