JP2006102842A

JP2006102842A - 縦型ロータリ研削盤

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Publication number: JP2006102842A
Application number: JP2004290592A
Authority: JP
Inventors: Kenji Noda; 賢二野田
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: JP4183672B2; DE102005047114A1; US7413499B2; US20060073765A1

Abstract

【課題】研削加工品質と研削加工能率とが十分に得られるロータリ研削盤を提供する。
【解決手段】一定の切込み速度で研削砥石（回転研削工具）ＧをワークＷに向かって送り込みつつ研削する定速研削工程或いは定速研削手段１３０と、それに続いて、一定の押圧力で研削砥石（回転研削工具）ＧをワークＷに押圧しつつ研削する定圧研削工程或いは定圧研削手段１３２とが設けられていることから、当初の定速研削では研削能率を優先した研削速度で加工され、その後において実行されるの定圧研削では研削加工品質を優先した圧力で加工され得ることにより、研削加工品質と研削加工能率とが十分に得られる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ワークの表面を高精度で平面研削するためのロータリ研削盤に関するものである。

例えば垂直方向の回転軸回りにワークを回転駆動するためのワーク回転駆動装置と、そのワークの一面を研削するためにその垂直方向の回転軸心まわりに研削砥石を回転駆動する砥石回転駆動装置と、その砥石回転駆動装置を該回転軸心と平行な方向に移動可能に支持する支持装置と、前記砥石を前記ワークに向かって前記回転軸心に平行な方向に送り込む砥石送り装置とを備え、上記ワークをサブミクロン或いはナノオーダの送り制御が可能な縦型ロータリ研削盤が知られている。たとえば、特許文献１に記載された工具送り装置を備えた縦型ロータリ研削盤がそれである。

このような従来の縦型ロータリ研削盤では、回転研削工具（研削ホイール）の位置が逐次検出され、検出された研削ホイールの位置は制御用コンピュータに出力され、その制御用コンピュータは、その研削ホイールの位置に基づいて油圧シリンダに操作信号を出力し、研削ホイールの送り量をフィードバック制御し、所要の切込み深さまでワークが研削されるようになっている( 特許文献１の段落００１７、００２８参照) 。
特開平８−２７６３４９号公報

ところで、上記の特許文献１に記載されたように、従来のロータリ研削盤における研削制御では、予め設定された切込み量が得られるまで回転研削工具が送り込まれる所謂定切込量加工或いは定速加工であり、ワークの寸法が制御されるものが一般的である。このような加工方法では、押圧力や駆動電流などで代表される回転研削工具の研削負荷に拘わらず切込みが行われるため、必ずしも研削加工における研削加工品質や研削加工能率が十分に得られなかった。たとえば、上記定切込量加工或いは定速加工では、目詰まり傾向となって研削能率が低下しているにも拘わらず強制的に切れ込みが行われるときがあるため、研削焼けが発生して研削加工品質が得られない場合がある。反対に、そのような研削焼けを回避するように単位時間当たりの切込み量が低く設定されるときには、押圧（加圧）力不足の状態で研削が行われることになって、研削加工能率が十分に得られない場合があった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、研削加工品質と研削加工能率とが十分に得られるロータリ研削盤を提供することにある。

斯かる目的を達成するための請求項１に係る方法発明の要旨とするところは、ワークの一面に該ワークの回転軸心と平行な軸心まわりに回転する回転研削工具を該軸心方向に押圧しつつ該ワークの一面を研磨するロータリ研削方法であって、(a) 一定の切込み速度で前記回転研削工具を前記ワークに向かって送り込みつつ研削する定速研削工程と、(b) 続いて、一定の押圧力で前記回転研削工具を前記ワークに押圧しつつ研削する定圧研削工程とを、含むことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、上記請求項１に係る発明において、(c) 前記定速研削工程における定速研削時の加工負荷を検出する定速研削時加工負荷検出工程と、(d) その定速研削時加工負荷検出工程により検出された定速研削時の加工負荷に基づいて、前記定速研削工程から前記定圧研削工程へ切り換える切換工程とを、さらに含むことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の要旨とするところは、上記請求項２に係る発明において、(e) 前記定圧研削工程における定圧研削時の研削速度を検出する定圧研削時研削速度検出工程と、(f) その定圧研削時研削速度検出工程により検出された定圧研削時の研削速度に基づいて前記定圧研削工程の終了を判定する定圧研削終了判定工程とを、さらに含むことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１に係る方法発明を好適に実施するための装置発明であって、その要旨とするところは、ワークの一面を研磨するために該ワークを一軸心まわりに回転駆動するワーク回転駆動装置と、該ワークの一面を研削するための回転研削工具を該ワークの回転軸心と平行な回転軸心まわりに回転駆動する回転研削工具駆動装置と、該回転研削工具を前記ワークに向かって所定の切込み量で送り込むために、該回転研削工具を該ワークに向かって送り込む回転研削工具送り駆動装置とを備えたロータリ研削盤であって、(a) 一定の切込み速度で前記回転研削工具を前記ワークに向かって送り込みつつ研削させる定速研削を行い、次いで、一定の押圧力で前記回転研削工具を前記ワークに押圧しつつ研削させる定圧研削を行う研削制御装置を、含むことを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の要旨とするところは、請求項４に係る装置発明において、(b) 前記定速研削時の前記回転研削工具の加工負荷を検出する加工負荷検出装置を含み、(c) 前記研削制御装置は、該加工負荷検出装置により検出された定速研削時の加工負荷に基づいて前記定速研削から前記定圧研削へ切り換える切換手段を有するものであることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明の要旨とするところは、請求項５に係る装置発明において、(d) 前記定圧研削時の前記回転研削工具の加工速度を検出する研削速度検出装置をさらに含み、(e) 前記研削制御装置は、該研削速度検出装置により検出された定圧研削時の研削速度に基づいて前記定圧研削の終了を判定する定圧研削終了判定手段をさらに有するものであることを特徴とする。

請求項１に係る方法発明によれば、(a) 一定の切込み速度で前記回転研削工具を前記ワークに向かって送り込みつつ研削する定速研削工程と、(b) それに続いて、一定の押圧力で前記回転研削工具を前記ワークに押圧しつつ研削する定圧研削工程とが実行されることから、当初の定速研削工程では研削能率を優先した研削速度で加工され、その後において実行されるの定圧研削工程では研削加工品質を優先した圧力で加工され得ることにより、研削加工品質と研削加工能率とが十分に得られる。

また、請求項２に係る発明によれば、(c) 前記定速研削工程における定速研削時の加工負荷を検出する定速研削時加工負荷検出工程と、(d) その定速研削時加工負荷検出工程により検出された定速研削時の加工負荷に基づいて、前記定速研削工程から前記定圧研削工程へ切り換える切換工程とが、さらに実行されるので、定速研削時の加工負荷に基づき最適なタイミングで前記定速研削工程から前記定圧研削工程へ切り換えられる。

また、請求項３に係る発明によれば、(e) 前記定圧研削工程における定圧研削時の研削速度を検出する定圧研削時研削速度検出工程と、(f) その定圧研削時研削速度検出工程により検出された定圧研削時の研削速度に基づいて前記定圧研削工程の終了を判定する定圧研削終了判定工程とが、さらに実行されるので、定圧研削時の研削速度に基づいて最適なタイミングで定圧研削工程の終了が判定される。

また、請求項４に係る装置発明によれば、一定の切込み速度で前記回転研削工具を前記ワークに向かって送り込みつつ研削させる定速研削を行い、次いで、一定の押圧力で前記回転研削工具を前記ワークに押圧しつつ研削させる定圧研削を行う研削制御装置が備えられているので、当初の定速研削では研削能率を優先した研削速度で加工され、その後において実行される定圧研削では研削加工品質を優先した圧力で加工され得ることにより、研削加工品質と研削加工能率とが十分に得られる。

また、請求項５に係る発明によれば、(b) 前記定速研削時の前記回転研削工具の加工負荷を検出する加工負荷検出装置を含み、(c) 前記研削制御装置は、該加工負荷検出装置により検出された定速研削時の加工負荷に基づいて前記定速研削から前記定圧研削へ切り換える切換手段を有するものであるので、定速研削時の加工負荷に基づき最適なタイミングで前記定速研削から前記定圧研削へ切り換えられる。

また、請求項６に係る発明によれば、(d) 前記定圧研削時の前記回転研削工具の研削速度を検出する研削速度検出装置をさらに含み、(e) 前記研削制御装置は、該研削速度検出装置により検出された定圧研削時の研削速度に基づいて前記定圧研削の終了を判定する定圧研削判定手段をさらに有するものであるので、定圧研削時の研削速度に基づいて最適なタイミングで定圧研削の終了が判定される。

ここで、好適には、前記ワークの回転軸心と回転研削工具の回転軸心とは互いに平行であるが、僅かに微小な角度だけ傾斜した相互に略平行な軸心であってもよく、本発明ではそれを含む意味で用いられている。

また、好適には、前記定速研削工程における一定の切込み速度、或いは前記研削制御装置による定速研削の一定の切込み速度は、予め定められた一段階の切込み速度が用いられてもよいが、予め多段階に定められた切込み速度が順次用いられてもよい。切込状態において一定の速度で切り込まれる定速研削であればよいのである。

また、好適には、前記定速研削時加工負荷検出工程或いは加工負荷検出装置により検出される定速研削時の加工負荷は、ワークに対する前記回転研削工具の押圧力、そのワークに対して押圧されつつ回転駆動される回転研削工具の駆動電力或いは駆動トルクなどにより表される。

また、好適には、前記切換工程或いは切換手段において、前記定速研削から前記定圧研削へ切り換えのために用いられる量は、前記定速研削工程或いは前記研削制御装置による定速研削時の加工負荷（絶対値）のみならず、加工負荷から導き出される加工負荷変化量、たとえば定速研削開始時の値に対する相対的な変化量や一定時間間隔内での加工負荷の変化量であってもよい。それら加工負荷或いはその変化量が予め設定された判定値に到達したことに基づいて切換が判定される。上記加工負荷は定速研削加工の経過時間とともに増加する性質があることから、その経過時間が加工負荷として用いられてもよい。この場合には、経過時間が予め上記判定値に対応ずけされた判定時間に到達すると切換が判定される。

また、好適には、前記定圧研削終了判定工程或いは定圧研削判定手段において、前記定圧研削の終了判定のために用いられる量は、定圧研削時の研削速度（絶対値）のみならず、研削速度から導き出される研削速度変化量、たとえば定圧研削開始時の値に対する相対的な変化量や一定時間間隔内での研削速度の変化量であってもよい。

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、各部の寸法比等は必ずしも正確には描かれていない。

図１は、本発明の高平面度加工装置の一実施例である縦型ロータリ研削盤１０の正面図であり、図２はその側面図である。これらの図において、縦型ロータリ研削盤１０は、下部フレーム１２と、その下部フレーム１２の上面のうち定盤１４が載置された残りの部分において、水平軸心方向のピン１６まわりの回動が微調節可能に第１傾動装置１８により固設された上部フレーム２０とを備えている。この第１傾動装置１８は、例えば上部フレーム２０の下端部において側方に突設された支持部２２と、その支持部２２を鉛直方向に貫通し或いは螺合して設けられたねじ軸２４と、これを軸心回りに回転させる駆動装置２６等から成り、そのねじ軸２４の一端が下部フレーム１２の上端部において側方に突設された受け部２８にねじ込まれた或いは先端が突き当てられた状態で取り付けられたものである。

上記の駆動装置２６は、例えばインバータ・モータやステッピング・モータ、或いはサーボ・モータ等の高精度で回転を制御できるモータから成るものであって、例えば上記の支持部２２に取り付けられている。上部フレーム２０は、この駆動装置２６でねじ軸２４を軸心回りに回転させることにより、そのねじ軸２４のねじ込み量に応じた角度だけ、図２における紙面に垂直な回動軸( ピン１６) 回りに傾斜させられる。図１および図２においては、傾斜させていない状態を示している。本実施例においては、上記の第１傾動装置１８、ピン１６、および下部フレーム１２等が第２回動支持装置を構成する。

また、上部フレーム２０には、鉛直方向に長手状を成す角柱状の一対の支柱３０と、鉛直方向案内部材として機能するその支柱３０にそれぞれ嵌装されて鉛直方向に案内される一対の鉛直方向静圧気体軸受装置３２とが設けられている。それら一対の鉛直方向静圧気体軸受装置３２は、連結板３４などを介して互いに連結されている。図３は、上記支柱３０の断面を示している。

また、鉛直方向静圧気体軸受装置３２は、たとえば図４にその要部を示すように、支柱３０の４つの案内面を取り囲むハウジング３６と、そのハウジング３６内において上記案内面と対向し且つわずかな隙間を隔てて位置するように設けられた多孔質部材３８と、その多孔質部材３８の上記案内面側とは反対側に圧縮気体たとえば圧縮空気を供給するための気体供給通路４０とを備え、上記支柱３０の案内面との間の隙間に多孔質部材３８から噴出させた高圧流体圧( 静圧) を介在させることにより被接触でハウジング３６が支柱３０に支持或いは拘束されるようにする。

上記鉛直方向静圧気体軸受装置３２には、ガラス板、半導体ウエハなどの被研磨体である板状のワークＷの一面( 上面) を研削するために略鉛直方向( 後述するように方向可変) の回転軸まわりに研削砥石Ｇを回転駆動する砥石駆動装置４２が連結され固定されている。この砥石駆動装置４２は、たとえばカップ砥石のような回転研削工具である研削砥石Ｇを回転駆動するための研磨工具回転駆動装置として機能している。従って、支柱３０およびそれにより案内される鉛直方向静圧気体軸受装置３２は、砥石駆動装置４２を鉛直方向に移動可能に支持するための砥石回転駆動装置の支持装置として機能している。上記砥石駆動装置４２は、鉛直方向静圧気体軸受装置３２により鉛直方向への移動可能に支持されている。砥石駆動装置４２は、軸( 下) 端に研削砥石Ｇが固定された回転軸４４と、その回転軸４４を回転駆動するモータ４６が固定された固定板４８と、そのモータ４６に固定され、上記回転軸４４を静圧気体を介して回転可能に支持する静圧気体回転軸受装置５０とを備えている。この静圧気体回転軸受装置５０は、回転軸４４の外周面に対向する多孔質部材から吹き出させた高圧流体圧( 静圧) を介在させた状態でその回転軸４４を無接触で支持するものである。

また、上記の固定板４８の上端部近傍には、一対の第２傾動装置５２，５２が鉛直方向静圧気体軸受装置３２に固定されることにより設けられている。これら第２傾動装置５２，５２は、何れも、例えばハウジング３６の一面に固定された支持部材５４，５４に螺合されたねじ軸５６，５６と、それらねじ軸５６，５６を水平方向に伸びるその軸心回りにそれぞれ回転させるための駆動装置５８，５８等から成り、それらねじ軸５６，５６が固定板４８の側端面に突き当たられ或いはねじ込まれた状態で取り付けられたものである。この駆動装置５８も、例えばインバータ・モータやステッピング・モータ、或いはサーボ・モータ等の高精度で回転を制御できるモータから成るものであって、例えば支持部材５４，５４に取り付けられており、図示しない制御装置によってそれらの駆動方向が相互に反対と成り且つ駆動量が相互に一致するように制御されている。本実施例においては、上記の第２傾動装置５２，５２、上部フレーム２０、鉛直方向静圧気体軸受装置３２等が第１回動支持装置を構成している。

これら駆動装置５８，５８でねじ軸５６，５６が軸心回りに回転させられると、それらねじ軸５６，５６の一方が固定板４８に向かって接近させられると共に他方が後退させられるので、接近側においては固定板４８の上端部が押圧され、後退側においてはねじ軸５６がねじ込まれている場合には引張られ、突き当てられている場合には押圧力が低下させられる。図５に拡大して示すように、固定板４８にはその裏面側( すなわちハウジング３６側) に開口する有底穴６０が設けられており、ハウジング３６にはその有底穴６０に先端部が挿入させられたピン６２が突設されている。これら有底穴６０およびピン６２は、図１における紙面に垂直な方向が軸心方向となるように相互に略同一の直径に形成されたものであって、軸心回りの相対回転が許容される程度の僅かな隙間を以て嵌め合わされている。そのため、駆動装置５８，５８で回転駆動してねじ軸５６，５６の一方を前進させ他方を後退させると、固定板４８は、それらのねじ込み量の変化に応じた角度だけピン６２回りに回動させられ、鉛直方向に対して傾斜させられる。図１および図２においては、傾斜させていない状態を示している。

このように固定板４８が回動させられると、これに固定されたモータ４６の回転軸４４は、図１における紙面に垂直な回動軸回りにその固定板４８の回動角度だけ回動させられ、鉛直軸に対して傾斜させられる。また、前記の第１傾動装置１８によって上部フレーム２０が回動させられた場合には、図２に示される構成から明らかなように固定板４８が共にピン１６回りに回動させられるので、これに取り付けられているモータ４６も同時に図２における紙面に垂直な回動軸回りに回動させられる。そのため、モータ４６の回転軸４４すなわち研削砥石Ｇの回転軸心Ｃｇは、図１における紙面に垂直な回動軸および図２における紙面に垂直な回動軸、すなわち砥石回転軸心Ｃｇに非平行且つ相互に非平行の２つの回動軸回りにそれぞれ回動させられ得るようになっている。

また、固定板４８は、図１および図２に示されるように例えば６本の六角穴付ボルト６４を用いてハウジング３６に固定されている。また、上記の図５に示されるように、ハウジング３６には雌ねじ穴６６が設けられると共に、固定板４８には貫通穴６８が設けられており、６本のボルト６４はそれぞれ座金７０を介してそのハウジング３６に締め付けられることにより、固定板４８をそのハウジング３６に固定している。図６に示されるように、上記の貫通穴６８は、図１における左右方向に伸びる長穴であって、短径方向においてもボルト６４のねじ部直径よりも十分に大径に構成されたものである。そのため、ボルト６４は、固定板４８の長穴６８に比較的大きな遊びを以て嵌め入れられている。

また、上記の座金７０は、ボルト６４を僅かに緩めた状態を図７に示すように、皿バネ座金等から成るものである。そのため、ボルト６４が締め付けられることによって弾性的に変形させられる( すなわち平坦化される) ので、図示の状態においても、座金７０は固定板４８をハウジング３６に向かって押圧している。

図１および図２に戻って、上部フレーム２０には、ワークＷの研磨に際して砥石ＧをワークＷに向かって所定の切込み量で送り込むために、その砥石ＧをワークＷに向かってその回転軸に平行な方向すなわち略鉛直方向へ送り込む砥石送り駆動装置７２が設けられている。砥石送り駆動装置７２は、位置固定の上部フレーム２０に設けられた送りねじ装置７４と、その送りねじ装置７４により送られる可動部材７６と前記鉛直方向静圧気体軸受装置３２に連結された連結板３４との間に設けられ、その鉛直方向静圧気体軸受装置３２をその可動部材７６の移動方向と平行な方向に移動させる圧電アクチュエータ７８とを備えたものである。送りねじ装置７４は、鉛直方向の回転軸まわりに回転可能に上部フレーム２０に設けられた送りねじ８０と、その送りねじ８０に連結されて上部フレーム２０に設けられたモータ８２とを備え、モータ８２により回転駆動される送りねじ８０の回転に伴ってそれに螺合した可動部材７６が鉛直方向に位置決めする。また、上記圧電アクチュエータ７８は、たとえば板状の圧電セラミックスが積層されたものであり、印加されたるされた駆動電圧に応じてその全長がたとえば200(μm)ストローク内で高精度で変化させられ、たとえば6(kN) の出力が得られるものである。

また、上記上部フレーム２０には、鉛直方向静圧気体軸受装置３２により片持ち状に支持された砥石駆動装置４２の荷重に起因して前記支柱３０の案内面における面圧分布の偏在を緩和するための荷重平衡装置８４が設けられている。荷重平衡装置８４は、上記砥石駆動装置４２と略同等の荷重を備えて上部フレーム２０内に上下方向の移動が可能に配置された平衡錘８６と、その平衡錘８６と砥石駆動装置４２との間を連結し、且つローラ８８により逆Ｕ字状に案内されたケーブル９０とを備え、上記砥石駆動装置４２にそれを引上げる方向の推力を付与することによりその荷重をその上下位置に拘わらず軽減する。

また、前記下部フレーム１２上には、ワークＷの上面を研磨するためにそのワークＷを鉛直方向の回転軸心Ｃｗまわりに回転駆動するワーク回転駆動装置９２が、定盤１４、三分力動力計９４、およびワーク回転駆動装置支持装置９６を介して設けられている。ワーク回転駆動装置支持装置９６は、上記ワーク回転駆動装置９２を水平方向に移動可能に支持するためのものであって、その水平方向に延びる水平方向案内部材９８と、上記ワーク回転駆動装置９２が連結され、その水平方向案内部材９８の案内面との間に静圧気体を介在させた状態でその水平方向案内部材９８により一水平方向に案内される水平方向静圧気体軸受装置１００とを備えている。図５に位置関係を示すように、上記ワーク回転駆動装置９２に固定されたワークＷは、前記研削砥石Ｇと鉛直方向において、ワークＷの半径程度重複するように設定されている。

上記ワーク回転駆動装置９２は、前記ワークＷが着脱可能に取り付けられる吸着盤１０２が固定された図示しない回転軸と、その回転軸を回転駆動するモータ１０４と、そのモータ１０４に固定され、その回転軸を静圧気体を介して支持する静圧気体回転軸受装置１０６とを備えたものである。この静圧気体回転軸受装置１０６は、上記図示しない回転軸の外周面に対向する多孔質部材から吹き出させた高圧流体圧( 静圧) を介在させた状態でその回転軸を無接触で支持するものである。また、上記水平方向静圧気体軸受装置１００は、前記鉛直方向静圧気体軸受装置３２と同様に、水平方向案内部材９８の案内面を取り囲むハウジング１０８と、そのハウジング１０８内において上記案内面と対向し且つわずかな隙間を隔てて位置するように設けられた図示しない多孔質部材と、その多孔質部材の上記案内面側とは反対側に圧縮気体たとえば圧縮空気を供給するための気体通路とを備え、上記水平方向案内部材９８の案内面との間の隙間に多孔質部材から噴出させた高圧流体圧( 静圧) を介在させることにより被接触でハウジング１０８が水平方向案内部材９８の案内方向以外の移動が拘束されるようにする。ハウジング１０８は、たとえばリニヤモータのような水平方向駆動装置１１０或いは手動操作によって水平方向すなわち図１における左右方向に往復移動させられる。

以上のように構成された縦型ロータリ研削盤１０でシリコン・ウェハ等のワークＷの表面を研削するに際しては、先ず、第１傾動装置１８および第２傾動装置５２を駆動して、上部フレーム２０をピン１６回りに回動させると共に、固定板４８をピン６２回りに回動させることにより、砥石回転軸心Ｃｇを鉛直方向に対して予め定められた角度だけ傾斜させる。傾斜角度は、例えば、図１における右回り方向に0.03°程度、図２における左回り方向に0.03°程度である。この結果、研削砥石Ｇは、図８( ａ) に示されるように、正面視において上面が僅かに手前側を向き且つ全体として左端側が低くなるように傾斜させられた状態になっている。また、図８( ｂ) に平面視における位置関係を示すように、研削砥石Ｇは、その外周縁がワークＷの回転軸心Ｃｗ上を通り且つその下面( すなわち研削面) の最下点ＰがワークＷの回転中心と外周縁との間の位置、例えばその回転中心から半径の１／２の長さだけ離隔した位置にある。本実施例においては、このような傾斜状態を実現する目的で互いに直交する２平面内でそれぞれ砥石回転軸心Ｃｇを傾斜させるための第１傾動装置１８および第２傾動装置５２が備えられている。なお、研削砥石Ｇの下面において、この最下点Ｐと図示しない最上点との高さの差は、例えば20( μm)程度である。また、研削砥石Ｇは、例えば円筒状の下端面にその周方向に沿って多数の砥石部材が固着されたものであるが、図においては全体を円板状に簡略化して描いている。

上記のようにピン１６，６２回りに回動させるに際して、前者においては、上部フレーム２０およびこれに直接或いは間接的に取り付けられた各部材の重量の総和である大荷重が回動角度を小さくする方向( すなわち図２における右回り方向) に作用するので、その回動角度は、第１傾動装置１８のねじ軸２４のねじ込み量の設定値に応じた値で安定し、外乱による変動が生じ難い。これに対して後者では、砥石駆動装置４２、静圧気体回転軸受装置５０、および研削砥石Ｇが取り付けられている固定板４８は、回動角度を小さくする方向に作用する荷重が比較的小さいので、研削砥石ＧにワークＷから作用する負荷で回動角度の変動が生じ易くなる。すなわち、ねじ軸５６のねじ込み量の設定値に応じた回動角度で安定し難い。

そこで、本実施例では、第２傾動装置５２で固定板４８を設定角度だけ傾動させた後、その傾動状態を維持するためにボルト６４を締め付けてハウジング３６に固定板４８を固定する必要がある。このとき、固定板４８の傾動動作は、前記の図７に示されるように、ボルト６４が完全には締め付けられていないが、座金７０が弾性的に変形させられた状態、すなわち固定板４８が復元しようとする座金７０から作用する押圧力でハウジング３６に押し付けられた状態( すなわち半固定状態) で行われる。そのため、ボルト６４を締め付けた際に固定板４８がその締め付けトルクの作用でピン６２回りに回動することが、その座金７０の押圧力によって好適に抑制される。これにより、高精度で固定板４８を回動させる駆動装置５８の制御精度が回動角度に好適に反映されるので、何れの方向においても所望の回動角度を実現することができ、砥石回転軸心Ｃｇを所望の傾斜角度に設定することができる。したがって、本実施例においては、ボルト６４が締結部材に、座金７０が介挿部材にそれぞれ相当し、ボルト６４および座金７０によって抵抗付与装置が構成されている。

なお、上記のように第２傾動装置５２による傾動は座金７０による押圧力が作用した状態で行われるため、駆動装置５８の駆動能力は、その押圧力に基づいて固定板４８とハウジング３６との間に生ずる回動抵抗よりも十分に大きいことが必要になる。本実施例においては、上記駆動能力が例えば上記半固定状態における負荷の２０倍程度に設定されており、上記押圧力に拘わらず固定板４８を回動させることが可能となっている。

また、固定板４８に設けられている前記の長穴６８は、予め設定された回動角度だけ固定板４８の回動を許容し得るようにその形状が定められたものである。前述したように、ボルト６４と長穴６８との間に遊びが設けられていることから、ボルト６４が上記のように半固定状態まで締め付けられていても固定板４８を傾動させる際の妨げとなることは無く、また、その長穴６８の水平方向の長さに応じた角度だけ固定板４８の傾動が可能となっている。

上記のようにして砥石回転軸心Ｃｇを傾斜させた後、ワークＷが吸着盤１０２に固定されると、研削砥石ＧおよびワークＷが各々の回転軸心Ｃｇ、Ｃｗ回りの所定の方向に回転駆動されるとともに図示しない研削液が供給されつつ、その研削砥石ＧがワークＷに接触する直前まで送りねじ装置７４により下降させられる。すなわち、研削砥石Ｇは、その回転軸心Ｃｇがワーク回転軸心Ｃｗに対して傾斜させられた状態で回転させられる。前記の図８( ａ) は、この段階における位置関係を表している。次いで、圧電アクチュエータ７８により研削砥石ＧがワークＷに切り込まれることにより、ワークＷの上面の全面に研削加工が行われる。このとき、研削砥石Ｇは、上述したように傾斜させられ且つ最下点ＰがワークＷの半径の中央に位置させられていることから、実際に研削に寄与するのは図８( ｂ) において太線で表された範囲のみとなる。すなわち、研削砥石ＧはワークＷの半径部分のみに接触させられる。しかしながら、ワークＷはその回転軸心Ｃｗ回りに回転させられ、研削砥石Ｇもその回転軸心Ｃｇ回りに回転させられるので、ワークＷの全面が研削砥石Ｇの全周を用いて研削されることになる。

上記のようにして予め定められた厚さ寸法まで研削した後、研削砥石ＧおよびワークＷを継続的に回転させつつ、例えば定盤１４をワークＷの回転軸心Ｃｗ回りの左回り方向に予め定められた角度θだけ回動させる。すなわち、水平方向静圧気体軸受装置１００によるワークＷの移動方向を傾斜させる。この後、水平方向駆動装置１１０によってハウジング１０８が水平方向案内部材９８上で前後に往復移動させられると、最下点Ｐが回転軸心ＣｗとワークＷの外周縁とを通る範囲で、その回転軸心Ｃｗに垂直な水平方向に移動させられる。これにより、水平方向の相対位置が固定されていた段階では研削量が小さくされていたワークＷの回転中心近傍と外周縁近傍とが最下点Ｐで研削され、ワークＷの被研削面が平坦化される。この往復移動を適当な回数例えば１回行った後、研削砥石ＧがワークＷから上方に向かって離隔させられ、更に、定盤１４が初期の位置に復帰させられると共に、ワークＷが吸着盤１０２から取り外されることにより、１枚のワークＷの研削加工が終了する。このようにして研削されたワークＷの表面は、例えば1(μm)程度以下の高い平面度になる。

図９は、以上のようにして構成された縦型ロータリ研削盤１０の制御系統を概略説明するブロック図である。図９において、切込位置検出装置１２０は、研削砥石ＧのワークＷに対する砥石回転軸心Ｃｇ方向の移動位置すなわち切れ込み位置を検出するものであり、たとえば固定板４８に対するモータ４６の砥石回転軸心Ｃｇ方向の移動位置を検出する光学式リニヤスケールにより構成される。研削負荷検出装置１２２は、研削砥石ＧからワークＷに対して加えられる研削負荷を検出するためのものであり、たとえばモータ４６の出力トルク或いはそれに密接して変化するモータ４６の駆動電流を検出する電流検知コイルにより構成される。上記切込位置検出装置１２０により検出された研削砥石ＧのワークＷに対する切れ込み位置を表す信号、研削負荷検出装置１２２により検出された研削砥石ＧからワークＷに対して加えられる研削負荷をを表す信号は、電子制御装置１２６に供給される。

上記電子制御装置１２６は、ＣＰＵ１２８、ＲＯＭ１３０、ＲＡＭ１３２、図示しないインターフェース等から構成された所謂マイクロコンピュータであり、ＣＰＵ１２８はＲＡＭ１３２の記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭ１３０に記憶されたプログラムにしたがって入力信号を処理し、砥石駆動装置（回転研削工具駆動装置）４２、砥石送り駆動装置（回転研削工具送り駆動装置）７２、ワーク回転駆動装置９２を制御し、研削の進行状態を制御する。

図１０は、上記電子制御装置１２６による平面研削制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図１０において、定速研削手段１３０は、一定の切込み速度たとえば５μｍ／ｍｉｎで研削砥石（回転研削工具）ＧをワークＷに向かって砥石回転軸心Ｃｇ方向に送り込みつつ研削する定速研削を実行する。この送り制御は、切込位置検出装置１２０により検出された実際の研削砥石（回転研削工具）Ｇの位置が５μｍ／ｍｉｎで移動する値を用いて砥石送り駆動装置７２を駆動するオープンループ制御であってもよいし、切込位置検出装置１２０により検出された研削砥石Ｇの位置の変化速度が目標値に一致するようにクローズドループ制御であってもよい。定圧研削手段１３２は、上記定速研削に続いて、一定の押圧力たとえば１００ｇ／ｃｍ²で研削砥石（回転研削工具）Ｇを砥石回転軸心Ｃｇ方向にワークＷに押圧しつつ研削する定圧研削を実行する。この押圧制御も、研削負荷検出装置１２２により検出された実際の砥石駆動装置４２の駆動電流が１００ｇ／ｃｍ²の押圧力に対応する値を用いて砥石送り駆動装置７２を駆動するオープンループ制御であってもよいし、砥石駆動装置４２の駆動電流が１００ｇ／ｃｍ²の押圧力に対応する目標値となるようにクローズドループ制御であってもよい。

図１１は、上記定速研削の特性を説明する図であって、一定の切込速度すなわち加工速度での研削時間の経過に伴って、研削砥石（回転研削工具）ＧのワークＷに対する加工圧力（押圧力）すなわち研削負荷が略直線的に増加した後、その増加率が減少して飽和する。研削砥石（回転研削工具）ＧのワークＷに対する接触（研削）面積が増加して研削抵抗が増大するとともに切れ味（切削能率）が低下し、最終的に飽和する。図１２の(a) 乃至(b) は、この定速研削期間のワークＷの表面状態の変化を模式的に示している。これに対し、図１３は、上記定圧研削を説明する図であって、一定の加工圧力（押圧力）Ｐすなわち一定の研削負荷での研削時間の経過に伴って、研削砥石（回転研削工具）ＧのワークＷに対する加工速度すなわち切込速度が直線的に加工した後、その増加率が減少して飽和する。研削抵抗が一定である条件下で研削砥石（回転研削工具）ＧのワークＷに対する接触（研削）面積が更に増加することにより、加工速度（切削能率）が順次低下して最終的に飽和する。図１２の(b) 乃至(d) は、この定圧研削期間のワークＷの表面状態の変化を模式的に示している。

研削負荷判定手段１３４は、定速研削下において、研削負荷検出装置１２２により検出された実際の砥石駆動装置４２の駆動電流で表される加工圧力Ｐ（押圧力すなわち研削負荷）が予め設定された切換判定値Ｐ１を超えたか否か、或いは加工圧力Ｐの単位時間当たりの変化量ΔＰ／Δｔが予め設定された切換判定値ΔＰ１を超えたか否かを判定する。切換手段１３６は、上記研削負荷判定手段１３４によって研削負荷が予め設定された切換判定値Ｔ１を超えたと判定されると、前記定速研削手段１３０による定速研削に代えて、前記定圧研削手段１３２による定圧研削を実行させるように自動的に切り換える。上記切換判定値Ｐ１或いはΔＰ１は、たとえば図１１の位置Ａに示すように、定速研削において加工圧力Ｐが飽和する所定値前であって、目詰まりによる研削焼けを発生する直前の状態を検出するために設定される。

定圧研削終了判定手段１３８は、定圧研削下において、切込位置検出装置１２０により検出された実際の研削砥石Ｇの位置の移動速度Ｖが予めその飽和値付近の値に設定された判定値Ｖ１を下まわったか否か、或いは移動速度Ｖの単位時間当たりの変化量ΔＶ／Δｔが予め設定された判定値ΔＶ１を下回ったか否かに基づいて、定圧研削手段１３２による定圧研削の終了を判定する。定圧研削終了手段１４０は、上記定圧研削終了判定手段１３８により定圧研削手段１３２による定圧研削の終了が判定されると、定圧研削手段１３２による定圧研削を自動的に終了させる。上記判定値Ｖ１或いはΔＶ１は、定圧研削下において加工速度すなわち研削砥石Ｇの位置の移動速度Ｖが飽和してワークＷの平面が創出されたことが自動的に判定されるように、たとえば飽和値と同等の値に設定される。

図１４は、前記電子制御装置１２６の研削制御作動の要部を説明するフローチャートである。図１４において、ステップ（以下、ステップを省略する）Ｓ１では、縦型ロータリ研削盤１０による自動研削を開始させる操作が、図示しないスタート釦がオン操作されたか否かに基づいて判断される。このＳ１の判断が否定されるうちはそのＳ１が繰り返し実行されることにより待機させられる。しかし、そのＳ１の判断が肯定される。定速研削工程および前記定速研削手段１３０に対応するＳ２において前記定速研削が実行される。次いで、切換工程および前記研削負荷判定手段１３４および切換手段１３６に対応するＳ３において、たとえば加工圧力Ｐ（押圧力すなわち研削負荷）が予め設定された切換判定値Ｐ１を超えたこと、或いは加工圧力Ｐの単位時間当たりの変化量ΔＰ／Δｔが予め設定された切換判定値ΔＰ１を超えたことという切換条件が成立したか否かが判断される。このＳ３の判断が否定されるうちはそのＳ２乃至Ｓ３が繰り返し実行されることにより定圧研削が継続させられる。しかし、上記Ｓ３の判断が肯定されると、定圧研削および前記定圧研削手段１３２に対応するＳ４において、前記定圧研削が実行される。続いて、前記定圧研削終了判定手段１３８に対応するＳ５において、たとえば研削砥石Ｇの位置の移動速度Ｖが予めその飽和値付近の値に設定された判定値Ｖ１を下まわったこと、或いは移動速度Ｖの単位時間当たりの変化量ΔＶ／Δｔが予め設定された判定値ΔＶ１を下回ったことという終了条件が成立したか否かが判断される。このＳ５の判断が否定されるうちは、上記Ｓ４乃至Ｓ５が繰り返し実行されることにより定圧研削が継続させられる。しかし、上記Ｓ５の判断が肯定されると、前記定圧研削終了手段１４０に対応するＳ６において上記定圧研削すなわち縦型ロータリ研削盤１０による平面研削が自動的に終了させられる。

上述のように、本実施例によれば、一定の切込み速度で研削砥石（回転研削工具）ＧをワークＷに向かって送り込みつつ研削する定速研削工程或いは定速研削手段１３０と、それに続いて、一定の押圧力で研削砥石（回転研削工具）ＧをワークＷに押圧しつつ研削する定圧研削工程或いは定圧研削手段１３２とが設けられていることから、当初の定速研削では研削能率を優先した研削速度で加工され、その後において実行されるの定圧研削では研削加工品質を優先した圧力で加工され得ることにより、研削加工品質と研削加工能率とが十分に得られる。

また、本実施例によれば、前記定速研削における定速研削時の加工負荷を検出する定速研削時加工負荷検出工程或いは研削負荷検出装置１２２と、その定速研削時加工負荷検出工程或いは研削負荷検出装置１２２により検出された定速研削時の加工負荷に基づいて、定速研削から定圧研削へ切り換える切換工程或いは切換手段１３６とが、さらに設けられているので、定速研削時の加工負荷に基づき最適なタイミングで定速研削から定圧研削へ切り換えられる。

また、本実施例によれば、定圧研削における定圧研削時の研削速度を検出する定圧研削時研削速度検出工程或いは切込位置検出装置１２０と、その定圧研削時研削速度検出工程或いは切込位置検出装置１２０により検出された定圧研削時の研削速度に基づいて定圧研削工程の終了を自動的に判定する定圧研削終了判定工程或いは定圧研削終了判定手段１３８とが、さらに設けられているので、定圧研削時の研削速度に基づいて最適なタイミングで定圧研削工程の終了が判定され、平面研削完了後の余分な研削が防止される。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。

本発明の高平面度加工装置の一実施例である縦型ロータリ研削盤を示す正面図である。図１の縦型ロータリ研削盤の側面図である。図１のIII −III 視断面において支柱の断面を示す図である。図１の縦型ロータリ研削盤に備えられた垂直方向静圧気体軸受け装置の構成の要部を説明する断面図である。図２の一部を拡大して第２傾動装置を示す側面図である。第２傾動装置への固定板の取付構造を説明するための図５におけるIV矢視図である。第２傾動装置の回動抵抗付与構造を説明するための図５の一部を拡大して示す図である。図１の縦型ロータリ研削盤の研削中における研削砥石の傾斜状態を説明するための( ａ) は正面図、( ｂ) は平面図である。図１の縦型ロータリ研削盤に備えられた制御系統の要部を説明するブロック図である。図９の電子制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図１０における定速研削手段による定速研削の特性を説明する図であって、上段は加工速度を、下段は加工圧力をそれぞれ示している。図１０における定速研削および定圧研削とワーク表面の凹凸との関係を説明する図である。図１０における定圧研削手段による定圧研削の特性を説明する図であって、上段は加工速度を、下段は加工圧力をそれぞれ示している。図９の電子制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０：縦型ロータリ研削盤
４２：砥石駆動装置（回転研削工具駆動装置）
７２：砥石送り駆動装置（回転研削工具送り駆動装置）
９２：ワーク回転駆動装置
１２０：切込位置検出装置
１２２：研削負荷検出装置
１３０：定速研削手段
１３２：定圧研削手段
１３６：切換手段
１３８：定圧研削終了判定手段
Ｗ：ワーク
Ｇ：研削砥石（回転研削工具）

Claims

ワークの一面に該ワークの回転軸心と平行な軸心まわりに回転する回転研削工具を該軸心方向に押圧しつつ該ワークの一面を研磨するロータリ研削方法であって、
一定の切込み速度で前記回転研削工具を前記ワークに向かって送り込みつつ研削する定速研削工程と、
続いて、一定の押圧力で前記回転研削工具を前記ワークに押圧しつつ研削する定圧研削工程と、
を、含むことを特徴とするロータリ研削方法。
前記定速研削工程における定速研削時の加工負荷を検出する定速研削時加工負荷検出工程と、
該定速研削時加工負荷検出工程により検出された定速研削時の加工負荷に基づいて、前記定速研削工程から前記定圧研削工程へ切り換える切換工程と
を、さらに含むことを特徴とするロータリ研削方法。
前記定圧研削工程における定圧研削時の研削速度を検出する定圧研削時研削速度検出工程と、
該定圧研削時研削速度検出工程により検出された定圧研削時の研削速度に基づいて前記定圧研削工程の終了を判定する定圧研削終了判定工程とを、さらに含むことを特徴とする請求項２のロータリ研削方法。
ワークの一面を研磨するために該ワークを一軸心まわりに回転駆動するワーク回転駆動装置と、該ワークの一面を研削するための回転研削工具を該ワークの回転軸心と平行な回転軸心まわりに回転駆動する回転研削工具駆動装置と、該回転研削工具を前記ワークに向かって所定の切込み量で送り込むために、該回転研削工具を該ワークに向かって送り込む回転研削工具送り駆動装置とを備えたロータリ研削盤であって、
一定の切込み速度で前記回転研削工具を前記ワークに向かって送り込みつつ研削させる定速研削を行い、次いで、一定の押圧力で前記回転研削工具を前記ワークに押圧しつつ研削させる定圧研削を行う研削制御装置を、含むことを特徴とするロータリ研削盤。
前記定速研削時の前記回転研削工具の加工負荷を検出する加工負荷検出装置を含み、
前記研削制御装置は、該加工負荷検出装置により検出された定速研削時の加工負荷に基づいて前記定速研削から前記定圧研削へ切り換える切換手段を有するものであることを特徴とする請求項４のロータリ研削盤。
前記定圧研削時の前記回転研削工具の研削速度を検出する研削速度検出装置をさらに含み、
前記研削制御装置は、該研削速度検出装置により検出された定圧研削時の研削速度に基づいて前記定圧研削の終了を判定する定圧研削終了判定手段をさらに有するものであることを特徴とする請求項５のロータリ研削盤。