JP2014083636A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削荷重の反力でスピンドルの傾きに変化が生じないようにスピンドルの研削送りを制御できるようにすることを目的とする。
【解決手段】研削装置１Ａは、チャックテーブル４に保持された板状ワークＷに研削を施すスピンドル１０と、スピンドル１０を挟んで基台２から平行に立設する第１のコラム５と第２のコラム６と、第１のガイドレール２１と第１のボールネジ２２と第１のモータ２３とを備える第１の研削送り手段２０Ａと、第２のガイドレール３１と第２のボールネジ３２と第２のモータ３３とを備える第２の研削送り手段３０Ａと、第１のモータ２３及び第２のモータ３３を制御する制御手段４０とを備えているため、板状ワークＷの研削時において、板状ワークＷに加わる研削荷重の反力によってスピンドル１０が傾かないように、制御手段４０がスピンドル１０の研削送りを制御しながら板状ワークＷに研削を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピンドルの研削送りを制御しながら板状ワークに研削を施す研削装置に関する。

板状ワークを研削する研削装置は、装置ベースと、装置ベースに立設されたコラムと、板状ワークを保持する保持テーブルと、研削砥石が装着されたスピンドルと、スピンドルを保持テーブルに接近及び保持テーブルから離反させる研削送り手段と、を少なくとも備えている。研削送り手段は、コラムに配設された２本のガイドレールと、１本のボールネジと、ボールネジを回転させるモータとにより構成されている。そして、モータにより駆動されてボールネジが回転すると、ボールネジに対して移動可能に接続されるスピンドルが、２つのガイドレールによって方向づけられて移動する構成となっている。

板状ワークの研削時は、研削送り手段がスピンドルを研削送りすると、所定の研削荷重が板状ワークに加わって反力が生じ、研削送り手段により研削送りされるスピンドルの傾きに変化が生じることがある。したがって、このような反力によりスピンドルが傾くことを抑制するために、例えば、下記の特許文献１に示す加工装置が提案されている。特許文献１の図１に示す加工装置は、回転可能なテーブルを備え、このテーブルの開口された中央部に１つのコラムを立設し、テーブルの周縁部に２つのコラムを立設して構成されている。そして、３つのコラムによって形成された三角形の中心位置に重心がくるように研削ホイールの回転軸が配置されている。このようにして、板状ワークに研削加重をかける際に生じる反力を複数のコラムに均等に分配させて、スピンドルの傾きに変化が生じないようにしている。

また、難研削材により形成される板状ワークを研削してもスピンドルの傾きに変化が生じないようにするため、例えば下記の特許文献２に示す研削盤が提案されている。この研削盤は、被研削物を搬送する搬送ユニットと、研削ホイールを備え搬送ユニットをまたぐようにして配設された門型のコラムユニットと、コラムユニットに配設された３つのガイドと、３つのガイドの間に配設されたボールネジと、ボールネジの先端に連結されたモータと、により構成されている。そして、３つのコラムによって形成された三角形の中心位置に重心がくるように研削ホイールを配置している。

特許第２９２８２１８号公報 特開２０１２−０４０６２０号公報

しかし、上記した研削装置や研削盤には、１本のボールネジによってスピンドルを研削送りする構成となっているため、チャックテーブルに保持された板状ワークの円半径部分に研削砥石を接触させて研削するインフィード研削を行う場合は、研削荷重の中心（研削領域面積の中心）に対して、ボールネジの軸心が必ずしも直上に配設されていない。そのため、ボールネジが回転し、スピンドルを研削送りして板状ワークに研削荷重を加えると、研削荷重の反力によってスピンドルの傾きに変化が生じることがある。

本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、スピンドルが研削荷重の反力の作用を受けたとしても、スピンドルの傾きに変化が生じないようにスピンドルの研削送りを制御できるようにすることに発明の解決すべき課題がある。

本発明は、板状ワークを保持する保持面を有するチャックテーブルと、研削砥石が環状に配置された研削ホイールが回転可能に装着され該研削ホイールの中心を軸に回転する回転軸を有するスピンドルと、該スピンドルを挟んで基台から平行に立設する第１のコラムと第２のコラムと、該第１のコラムに配設され、該スピンドルを該チャックテーブルの保持面に垂直な方向の研削送り方向に研削送りする第１の研削送り手段と、該第２のコラムに配設され、該第１の研削送り手段とともに該スピンドルを研削送り方向に研削送りする第２の研削送り手段と、該スピンドルに装着される研削砥石に応じた研削位置に該チャックテーブルを位置づける位置づけ手段と、から少なくとも構成される研削装置において、該第１の研削送り手段は、第１のガイドレールと第１のボールネジと該第１のボールネジを回転させる第１のモータと、を備え、該第２の研削送り手段は、第２のガイドレールと第２のボールネジと該第２のボールネジを回転させる第２のモータと、を備え、該スピンドルは、該第１のボールネジと該第２のボールネジとに螺合するとともに該第１のガイドレールと該第２のガイドレールとに摺接し、該第１のボールネジと該第２のボールネジとの回転によって研削送り方向にガイドされて研削送り動作が可能となっており、該第１のボールネジを回転させる該第１のモータと、該第２のボールネジを回転させる該第２のモータとを制御する制御手段を備え、該制御手段による制御によって、該スピンドルを研削送りし、該チャックテーブルに保持された板状ワークを研削させる。

上記研削装置では、上記第１のボールネジの軸心と上記第２のボールネジの軸心とを結んだ第１の直線に対して、環状に配置された上記研削砥石と上記チャックテーブルに保持された板状ワークとが接触する円弧状の研削領域の始点と終点とを結んだ弦となる第２の直線が、直角に交差するように配置することが望ましい。

さらに、上記第１のボールネジの軸心と、上記スピンドルの回転中心と、上記第２のボールネジの軸心と、を一直線に配置させるようにすることが望ましい。

上記制御手段は、上記第１のモータを制御する第１の制御部と、上記第２のモータを制御する第２の制御部と、により構成され、該第１の制御部または該第２の制御部のどちらか一方を基準にして、もう一方が、基準となった該第１の制御部または該第２の制御部による制御と同じ制御を行うことが望ましい。

本発明では、１つのスピンドルを２つの研削送り手段によって支持し、制御手段が各研削送り手段をそれぞれ制御する構成とすることにより、板状ワークに加わる研削荷重の反力によってスピンドルが傾かないようにスピンドルの研削送りを制御しながら、スピンドルに板状ワークを研削させることができる。

また、第１のボールネジの軸心と第２のボールネジの軸心とを結んだ第１の直線に対して、環状に配列した研削砥石とチャックテーブルに保持された板状ワークとが接触する円弧状の研削領域の始点と終点とを結んだ弦となる第２の直線が、直角に交差するように第１のボールネジと第２のボールネジとを配置することにより、研削荷重の中心がボールネジの回転中心に位置づけられなくても、上記制御手段が、研削荷重の反力の作用によってスピンドルが傾かないようにスピンドルの研削送りを制御することができる。

さらに、上記研削装置では、上記第１のボールネジの軸心と、上記スピンドルの回転中心と、上記第２のボールネジの軸心と、を一直線に配置させることにより、研削荷重の中心がボールネジの回転中心に位置づけられなくても、板状ワークの研削時において、上記制御手段が研削荷重の反力の作用によってスピンドルが傾かないようにスピンドルの研削送りを制御することができる。

本発明では、上記制御手段が第１のモータを制御する第１の制御部と第２のモータを制御する第２の制御部とから構成され、一方の制御部と他方の制御部とが同様の制御を行うことにより、スピンドルに作用する反力によってスピンドルが傾くことを防ぐことができ、板状ワークの加工精度を向上させることが可能となる。

２つの研削送り手段を備え、２つの研削送り手段の研削送り動作を制御する制御手段を備える研削装置の構成を示す断面図である。 ２つのボールネジの軸心とスピンドルの回転中心との位置関係を示す平面図である。 ２つのボールネジの軸心とスピンドルの回転中心とが一直線状に配置された研削装置の構成を示す平面図である。

図１に示す研削装置１Ａは、スピンドルの研削送りを制御しつつ被加工物である板状ワークＷに研削を施す研削装置である。研削装置１Ａは、基台１ａを有し、基台１ａの上部には、円形のターンテーブル２が配設されている。図２に示すように、ターンテーブル２の上部には、自転可能なチャックテーブル４が少なくとも２つ配設されている。図１に示すように、チャックテーブル４は、多孔質部材４ａを有しており、その多孔質部材４ａの表面が板状ワークＷを保持する保持面４ｂとなっている。

図１に示すように、ターンテーブル２の下端には、ターンテーブル２を回転させるモータ２ａが接続されている。図２に示すように、ターンテーブル２の中央部から半径方向外側にかけて仕切り板３が延設されている。研削装置１は、仕切り板３によって、研削前の板状ワークＷをターンテーブル２に搬入するとともに研削後の板状ワークＷをターンテーブル２から外部へ搬出する搬送エリアＰ１と、板状ワークＷに研削を施す研削エリアＰ２とに仕切られている。ターンテーブル２は、板状ワークＷを保持するチャックテーブル４を搬送エリアＰ１と研削エリアＰ２とに位置づける位置づけ手段として機能する。なお、チャックテーブル４の位置づけ手段としては、ターンテーブル２に限定されるものではない。例えば、チャックテーブル４を水平方向に移動させる機構を備えるテーブルを使用してもよい。

図１に示すように、基台１ａには、第１のコラム５と第２のコラム６とが、板状ワークＷに研削を施すスピンドル１０を挟むようにして平行に立設されている。スピンドル１０は、中心軸１２を軸に回転する回転軸１１と、回転軸１１を回転可能に支持するハウジング１３と、回転軸１１の下端にマウント１４を介して取外し可能に装着された研削ホイール１５と、研削ホイール１５の下部にリング状に固着された研削砥石１６と、を備えている。研削砥石１６の下面は、板状ワークＷに接触する研削面１７となっている。そして、回転軸１１の回転により、研削ホイール１５を所定の回転速度で回転させることができる。

図１及び図２に示すように、第１のコラム５には、スピンドル１０をチャックテーブル４の保持面４ｂに対して垂直な研削送り方向に研削送りする第１の研削送り手段２０Ａが配設されている。第１の研削送り手段２０Ａは、第１のガイドレール２１と、軸心２２ａを有する第１のボールネジ２２と、第１のボールネジ２２の一端に接続される第１のモータ２３と、により構成されている。第２のコラム６には、第１の研削送り手段２０Ａと同様の構成となっている第２の研削送り手段３０Ａが配設されている。すなわち、第２の研削送り手段３０Ａは、第２のガイドレール３１と、軸心３２ａを有する第２のボールネジ３２と、第２のボールネジ３２の一端に接続される第２のモータ３３と、により構成されている。

図１及び図２に示すように、スピンドル１０には、ハウジング１３の側部から外側にむけて突出する第１の連結部８が形成されているとともに、中心軸１２を基準として第１の連結部８が形成された部分と対称な位置に、ハウジング１３の側部から第１の連結部８とは逆の方向に突出する第２の連結部９が形成されている。図２に示すように、第１の連結部８には、一方の面側に凹部が形成された昇降部７ａが配設されており、この昇降部７ａの凹部に第１のガイドレール２１が摺接し係合している。図１に示す第１の連結部８の先端側には、第１のボールネジ２２が貫通する孔が形成され、この孔は雌ねじ構造となっており、この雌ねじ構造に第１のボールネジ２２が螺合している。図２に示すように、第２の連結部９にも昇降部７ｂが形成され、昇降部７ｂの凹部に第２のガイドレール３１が摺接し係合している。さらに、第２の連結部９の先端側には、第２のボールネジ３２が貫通する雌ねじ構造の孔が形成され、この雌ねじ構造に第２のボールネジ３２が螺合している。

第１のモータ２３及び第２のモータ３３によって駆動されて第１のボールネジ２２と第２のボールネジ３２とが回動すると、図２に示した昇降部７ａが第１のガイドレール２１に沿ってＺ軸方向にガイドされるとともに、昇降部７ｂが第２のガイドレール３１に沿ってＺ軸方向にガイドされる。これにより、スピンドル１０をチャックテーブル４に接近する方向及びチャックテーブル４から離反する方向に研削送りすることができる。

図１に示す研削装置１Ａは、第１の研削送り手段２０Ａ及び第２の研削送り手段３０Ａを制御する制御手段４０を備えている。制御手段４０は、第１のモータ２３の回転を制御する第１の制御部４１と、第２のモータ３３の回転を制御する第２の制御部４２と、により構成されており、メモリ及びＣＰＵを少なくとも備えている。第１のモータ及び第２のモータ３３は、例えばサーボモータにより構成される。

第１の制御部４１は、第１のモータ２３に接続されている。第１の制御部４１は、例えば、第１のモータ２３をトルク制御するために、第１のモータ２３に流す電流値を調整することができる。一方、第２の制御部４２は、第２のモータ３３に接続されており、例えば、第１の制御部４１によるトルク制御を基準にして、第１の制御部４１と同様のトルク制御を行うことが可能となっている。

以下では、研削装置１Ａの動作について説明する。なお、図１に示す板状ワークＷは、被加工物の一例であって特に限定されるものではない。板状ワークＷは、スピンドル１０により研削される面が表面Ｗａとなっており、この表面Ｗａと反対側にある面がチャックテーブル４によって保持される裏面Ｗｂとなっている。

研削装置１Ａにおいて、図２に示す第１のボールネジ２２の軸心２２ａと第２のボールネジ３２の軸心３２ａとを結んだ線を第１の直線Ｌ１とし、チャックテーブル４に保持された板状ワークＷに図１に示す研削砥石１６の研削面１７が接触する円弧状の領域を研削領域Ｌとし、研削領域Ｌの始点Ｓと終点Ｆとを直線で結んだ弦を第２の直線Ｌ２とすると、第１の直線Ｌ１と第２の直線Ｌ２とが直交する関係となっている。

まず、図２に示す搬送エリアＰ１に位置するチャックテーブル４において、図１に示した保持テーブル４の保持面４ｂに板状ワークＷの裏面Ｗｂ側を載置して、表面Ｗａを上向きに露出させる。

次に、図２に示すターンテーブル２は、例えば矢印Ｂ方向に回転し、チャックテーブル４を搬送エリアＰ１から研削エリアＰ２に配設されるスピンドル１０の下方に位置づける。その後、チャックテーブル４が、例えば矢印Ａ方向に回転するとともに、中心軸１２を軸として、回転軸１１を例えば矢印Ａ方向に回転させる。

図１に示すように、第１の研削送り手段２０Ａ及び第２の研削送り手段３０Ａは、スピンドル１０を所定の研削送り速度でＺ１方向に下降させる。次いで、板状ワークＷの表面Ｗａに研削砥石１６の研削面１７が接触したら、研削ホイール１５の回転にともなって回転する研削砥石１６が板状ワークＷの表面Ｗａを押圧しながら研削する。第１のボールネジ２２の軸心２２ａと第２のボールネジ３２の軸心３２ａとを結んだ線である第１の直線Ｌ１と、研削領域Ｌの始点Ｓと終点Ｆとを直線で結んだ弦である第２の直線Ｌ２とが直交する関係となっているため、研削領域Ｌにおいて板状ワークＷからの反力が生じても、スピンドル１０が傾きにくい。

板状ワークＷの研削中、板状ワークＷからの反力によって研削負荷が大きくなると、図１に示す第１の制御部４１が、第１のモータ２３に供給する駆動電流の電流値を上げてトルク制御を行う。これにより、第１のモータ２３に接続された第１のボールネジ２２がさらに回転し、第１の連結部８をＺ１方向に移動させる。

このとき、第２の制御部４２は、トルク制御を行った第１の制御部４１を基準として、第１の制御部４１によるトルク制御と同様の制御を行う。すなわち、第２のモータ３３に供給する駆動電流の電流値を上げてトルク制御を行い、第２のモータ３３に接続された第２のボールネジ３２の回転数を第１のボールネジ２２の回転数と一致させ、第２の連結部９をＺ１方向に移動させる。このように、第１の制御部４１と第２の制御部４２とで第１の研削送り手段２０Ａ及び第２の研削送り手段３０Ａによる研削送りのバランスをとることで、研削荷重の反力によってスピンドル１０に傾きの変化を生じさせることなく、スピンドル１０をＺ１方向にさらに研削送りすることができる。そして、研削砥石１６によって板状ワークＷを所定の厚みに研削する。

板状ワークＷが所定の厚みに研削されたら、図１に示す第１の研削送り手段２０Ａ及び第２の研削送り手段３０Ａは、スピンドル１０をＺ２方向に上昇させ研削砥石１６を板状ワークＷから離間させる。そして、図２に示すターンテーブル２が矢印Ｂ方向に回転し、研削エリアＰ２に位置するチャックテーブル４を搬送エリアＰ１に位置づける。このようにして、板状ワークＷの研削が終了する。

図３に示す研削装置１Ｂは、図２に示す研削装置１Ａと略同様の構成となっているが、第１のボールネジ２２の軸心２２ａと、スピンドル１０の中心軸１２と、第２のボールネジ３２の軸心３２ａとが第１の直線Ｌ３上に配置されている。また、研削領域Ｌの始点Ｓと終点Ｆとを直線で結んだ弦である第２の直線Ｌ４は、第１の直線Ｌ３と直角に交差している。このように、第１のボールネジ２２の軸心２２ａとスピンドル１０の中心軸１２と第２のボールネジ３２の軸心３２ａとが一直線上に位置するように配置され、その第１の直線Ｌ３に対して、第２の直線Ｌ４が直交する関係にあるため、研削領域Ｌにおいて板状ワークＷからの反力が生じても、スピンドル１０が傾きにくい。また、第１のボールネジ２２及び第２のボールネジ３２に対して同様のトルク制御を行うことにより、スピンドル１０が傾くのをより確実に防ぐことができる。

以上のように、研削装置１Ａ及び研削装置１Ｂでは、第１のボールネジ２２及び第２のボールネジ３２の２つで１つのスピンドル１０を支持しているため、スピンドル１０によって板状ワークＷに研削荷重をかけながら研削するときに、板状ワークＷにかかる研削荷重の反力によってスピンドル１０が傾くことを防ぐことができ、板状ワークＷの加工精度を向上させることが可能となる。

なお、研削装置１Ａ及び研削装置１Ｂでは、第１のコラム５と第２のコラム６とによりスピンドル１０を挟むようにして基台１ａに立設されているが、この装置構成に限定されるものではない。例えば、２つのコラムの上部を連結させて門型に構成するようにしてもよい。

１Ａ，１Ｂ：研削装置 １ａ：基台
２：ターンテーブル ２ａ：モータ
３：仕切り板
４：チャックテーブル ４ａ：多孔質部材 ４ｂ：保持面
５：第１のコラム
６：第２のコラム
７ａ，７ｂ：昇降部
８：第１の連結部
９：第２の連結部
１０：スピンドル １１：回転軸 １２：中心軸 １３：ハウジング
１４：マウント １５：研削ホイール １６：研削砥石 １７：研削面
２０Ａ，２０Ｂ：第１の研削送り手段 ２１：第１のガイドレール
２２：第１のボールネジ ２２ａ：軸心 ２３：第１のモータ
３０Ａ，３０Ｂ：第２の研削送り手段 ３１：第２のガイドレール
３２：第２のボールネジ ３２ａ：軸心 ３３：第２のモータ
４０：制御手段 ４１：第１の制御部 ４２：第２の制御部
Ｗ：板状ワーク Ｗａ：表面 Ｗｂ：裏面

Claims (4)

1. 板状ワークを保持する保持面を有するチャックテーブルと、
   研削砥石が環状に配置された研削ホイールが回転可能に装着され該研削ホイールの中心を軸に回転する回転軸を有するスピンドルと、
   該スピンドルを挟んで基台から平行に立設する第１のコラムと第２のコラムと、
   該第１のコラムに配設され、該スピンドルを該チャックテーブルの保持面に垂直な方向の研削送り方向に研削送りする第１の研削送り手段と、
   該第２のコラムに配設され、該第１の研削送り手段とともに該スピンドルを研削送り方向に研削送りする第２の研削送り手段と、
   該スピンドルに装着される研削砥石に応じた研削位置に該チャックテーブルを位置づける位置づけ手段と、から少なくとも構成される研削装置において、
   該第１の研削送り手段は、第１のガイドレールと第１のボールネジと該第１のボールネジを回転させる第１のモータと、を備え、
   該第２の研削送り手段は、第２のガイドレールと第２のボールネジと該第２のボールネジを回転させる第２のモータと、を備え、
   該スピンドルは、該第１のボールネジと該第２のボールネジとに螺合するとともに該第１のガイドレールと該第２のガイドレールとに係合し、該第１のボールネジと該第２のボールネジとの回転によって研削送り方向にガイドされて研削送り動作が可能となっており、
   該第１のボールネジを回転させる該第１のモータと、該第２のボールネジを回転させる該第２のモータとを制御する制御手段を備え、
   該制御手段による制御によって、該スピンドルを研削送りし、該チャックテーブルに保持された板状ワークを研削させる研削装置。
2. 前記第１のボールネジの軸心と前記第２のボールネジの軸心とを結んだ第１の直線に対して、環状に配置された前記研削砥石と前記チャックテーブルに保持された板状ワークとが接触する円弧状の研削領域の始点と終点とを結んだ弦となる第２の直線が、直角に交差する請求項１記載の研削装置。
3. 前記第１のボールネジの軸心と、前記スピンドルの回転中心と、前記第２のボールネジの軸心と、を一直線に配置させた請求項１記載の研削装置。
4. 前記制御手段は、前記第１のモータを制御する第１の制御部と、前記第２のモータを制御する第２の制御部と、により構成され、
   該第１の制御部または該第２の制御部のどちらか一方を基準にして、もう一方が、基準となった該第１の制御部または該第２の制御部による制御と同じ制御を行う請求項１記載の研削装置。

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