JP2015217443A

JP2015217443A - 研削装置

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Publication number: JP2015217443A
Application number: JP2014100371A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムガドマイケル; William Gadd Michael
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: JP6316652B2; CN105081980A; TW201600226A; CN105081980B; KR102165796B1; KR20150130914A

Abstract

【課題】従来に比べて効果的に研削液を加工領域に供給できる研削装置を提供する。【解決手段】研削装置１は、被加工物Ｗを保持する保持テーブル１０とこれに保持された被加工物Ｗを研削する研削手段２０と被加工物Ｗと研削砥石２６とに研削液を供給する研削液供給手段４０と備え、研削液供給手段４０は、被加工物Ｗに対して研削砥石２６が作用する加工領域Ｐより保持テーブル１０の回転方向後方側で被加工物Ｗの上面に向けて研削液を供給する研削液供給口４２と、研削液供給口４２と加工領域Ｐの研削砥石２６との間で被加工物Ｗの上面Ｗａ側に所定の間隔を有し研削液が保持テーブル１０の回転に伴って流れて加工領域Ｐ周辺に研削液供給層５０を形成する上壁部４４とを備えているため、回転する研削砥石２６の周囲に発生する空気の層を研削液供給層５０で遮断でき、研削液を効果的に加工領域Ｐに供給できる。【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物に対して研削を行う研削装置に関する。

被加工物を研削する研削装置は、被加工物を保持する保持テーブルと、研削砥石が環状に固着された研削ホイールを有する研削手段と、被加工物と研削砥石とに研削液を供給する研削液供給手段とを少なくとも備えており、研削液供給手段によって被加工物の上面に研削液を供給しながら研削砥石で被加工物の上面を押圧して被加工物を研削している。このような研削装置では、研削液供給手段によって被加工物の上面と研削砥石との間に研削液を供給しながら研削を行うため、研削砥石で被加工物を研削する際に発生する研削屑を除去することができる。また、研削液を被加工物の上面と研削砥石の研削面とが当接する加工領域に供給することで研削に伴う発熱を冷却して面焼けの発生を防止するとともに、被加工物の被研削面が粗く仕上がってしまうことも防止することができる。

研削液供給手段としては、研削ホイールの外側に配設されたノズルを有し、該ノズルから研削砥石と被加工物とに研削液を供給するタイプのものがある（例えば下記の特許文献１を参照）。また、研削ホイールの内部に形成された研削液供給路を介して研削砥石と被加工物とに研削液を供給するタイプのものもある（例えば下記の特許文献２を参照）。

特開平０７−２２３１５２号公報実開平０７−０３１２６８号公報

しかし、上記したような研削装置において被加工物を研削する際には、研削砥石の周囲に研削砥石の回転によって空気の層が形成されており、研削液が研削砥石に到達しにくいという問題があり、また、回転する研削砥石に衝突した研削液が周囲に飛散してしまって上記加工領域に効率よく研削液が供給されない上、研削液に含まれる切削屑が被加工物上に飛散し付着してしまうという問題もある。

本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、研削装置において、従来に比べて効果的に加工領域に研削液を供給できるようにすることを目的としている。

本発明は、被加工物を保持し所定の方向に回転可能な保持テーブルと、該保持テーブルで保持された被加工物を研削する研削砥石を含む研削ホイールを有した研削手段と、被加工物と該研削砥石とに研削液を供給する研削液供給手段と、を備えた研削装置であって、該研削液供給手段は、被加工物に対して該研削砥石が作用する加工領域より該保持テーブルの回転方向後方側から被加工物の上面に向けて研削液を供給する研削液供給口と、該研削液供給口と該加工領域の該研削砥石との間で被加工物の上面側に所定の間隔を有し、該研削液供給口から被加工物の上面に供給された研削液が該保持テーブルの回転に伴って該加工領域の該研削砥石に向かって流動する研削液供給層を形成する上壁部と、を備える。

上記研削ホイールは、基台の自由端に複数の研削砥石が互いに所定の間隔を有して環状に配設されて構成され、上記研削液供給手段は、上記加工領域より前記保持テーブルの回転方向前方側に配設され、上記研削液供給口から被加工物の上面に供給され該加工領域に到達した後に該研削砥石の外側に排出された研削液を吸引する吸引口を有する吸引部を備える。

本発明の研削装置に備える研削液供給手段は、被加工物に対して研削砥石が作用する加工領域より該保持テーブルの回転方向後方側で被加工物の上面に向けて研削液を供給する研削液供給口と、研削液供給口と加工領域の研削砥石との間で被加工物の上面側に所定の間隔を有する上壁部とを備えているため、被加工物の研削中は、被加工物の上面に供給された研削液が保持テーブルの回転に伴って上壁部と被加工物の上面との間を流れていき、加工領域の研削砥石の周辺において流動する研削液供給層を形成する。これにより、回転する研削砥石の周囲に発生する空気の層を研削液供給層が遮断するため、研削液の流れが空気の層によって阻まれることがなく、加工領域に十分に研削液を到達させることができる。
また、研削液供給手段では、研削液供給口から被加工物の上面に向けて研削液を供給することから、研削砥石の側壁に研削液が衝突して周囲に飛散するおそれも低減する。よって、従来に比べて使用する研削液の使用量を抑えるとともに、研削液を効果的に加工領域に供給することができる。更に、研削屑を含んだ研削液が飛散し被加工物上に研削屑が付着することも防止できる。

研削装置の一例を示す斜視図である。研削液供給手段の構成を示す斜視図である。研削ホイールと保持テーブルとの間に配置された研削液供給手段の構成を示す断面図である。研削液を被加工物と研削砥石とに供給しつつ被加工物を研削する状態を示す断面図である。研削液供給口から加工領域に研削液を供給する状態の説明図である。研削液供給口の変形例から加工領域に研削液を供給する状態の説明図である。研削砥石が磨耗した状態で研削液を被加工物と研削砥石とに供給しつつ被加工物を研削する状態を示す断面図である。

図１に示す研削装置１は、被加工物を研削加工する研削装置の一例であり、Ｙ軸方向にのびる装置ベース２を有している。装置ベース２の上面２ａには、研削前の被加工物を収容するカセット４ａ及び研削後の被加工物を収容するカセット４ｂが配設されている。カセット４ａとカセット４ｂとの間には、研削前の被加工物をカセット４ａから搬出するとともに研削後の被加工物をカセット４ｂへ搬入する搬送手段５が配設されている。搬送手段５の可動領域には、被加工物が仮置きされる仮置き手段６と、研削後の被加工物を洗浄する洗浄手段７とが配設されている。

装置ベース２には、被加工物を保持し回転可能な保持テーブル１０が配設されている。保持テーブル１０の周囲は、保持テーブルカバー１１によってカバーされており、Ｙ軸方向にのびる蛇腹９の伸縮をともなって保持テーブルカバー１１とともに保持テーブル１０がＹ軸方向に往復移動可能となっている。仮置き手段６の近傍には、研削前の被加工物を仮置き手段６から保持テーブル１０に搬送する第１の搬送手段８ａが配設されている。また、第１の搬送手段８ａに隣接して研削後の被加工物を保持テーブル１０から洗浄手段７に搬送する第２の搬送手段８ｂが配設されている。

装置ベース２のＹ軸方向後部には、Ｚ軸方向にのびるコラム３が立設されており、コラム３の側方において昇降手段３０を介して被加工物に対して研削を行う研削手段２０が配設されている。研削手段２０は、Ｚ軸方向の軸心を有するスピンドル２１（図２（ａ）において図示する）と、スピンドル２１を回転可能に囲繞するスピンドルハウジング２２と、スピンドルハウジング２２を支持する支持部２７と、スピンドル２１の一端に接続されたモータ２３と、スピンドル２１の下端においてマウント２４を介して装着された研削ホイール２５と、研削ホイール２５の自由端（下部）において互いに所定の間隔を有して環状に固着された複数の研削砥石２６とを備えている。研削手段２０は、モータ２３による駆動により研削ホイール２５を所定の回転速度で回転させることができる。

昇降手段３０は、Ｚ軸方向にのびるボールネジ３１と、ボールネジ３１の一端に接続されたモータ３２と、ボールネジ３１と平行にのびる一対のガイドレール３３と、一方の面がスピンドルハウジング２２を支持する支持部２７に連結された昇降板３４とを備えている。昇降板３４の他方の面には一対のガイドレール３３が摺接し、昇降板３４の中央部に形成されたナットにはボールネジ３１が螺合している。そして、モータ３２によって駆動されてボールネジ３１が回動すると、一対のガイドレール３３に沿って昇降板３２をＺ軸方向に昇降させて研削手段２０をＺ軸方向に昇降させることができる。

図１に示すように、研削装置１は、研削手段２０と保持テーブル１０との間において、保持テーブル１０が保持する被加工物と研削手段２０の研削砥石２６とに研削液を供給する研削液供給手段４０を備えている。研削液供給手段４０は、図２（ａ）に示すように、ほぼ円板状に形成されたプレート部４１と、両端が保持テーブル１０の外周側から下方に折り曲げられたカバー部４５とを備えている。カバー部４５は、基台２ａなどに固設され移動しない構成となっているが、保持テーブルカバー１１に配設されていてもよい。

図２（ｂ）に示すように、プレート部４１の外周部４１０とカバー部４５の内周壁４５０との間には、リング状の開口部４１１が形成されている。図１に示した研削手段２０がＺ軸方向に下降することにより、研削ホイール２５の自由端に固着された研削砥石２６が、図２（ｃ）に示すように開口部４１１に挿通される構成となっている。開口部４１１は、環状に配設された研削砥石２６のうち、少なくとも保持テーブル１０に保持された被加工物に接触して加工を行う部分が下方に突出するように形成されている。したがって、図３に示すように、開口部４１１は、研削砥石２６が被加工物Ｗの上面Ｗａを押圧して研削作用を発揮する領域である加工領域Ｐにおいて上下に貫通している。一方、研削ホイール２５の回転中心をはさんで加工領域Ｐの反対側においては、研削砥石２６をプレート部４１に接触させないための円弧状の逃げ溝４１２が形成されている。逃げ溝４１２の溝底４１３と研削砥石２６の研削面２６０との間には所定の間隔が形成されている。また、プレート部４１とカバー部４５とは、一体的に形成されていてもよいし、別体に形成されていてもよい。なお、図２（ｃ）においては、カバー部４５の下部を切り出して示しているが、カバー部４５は、図１及び図３に示したように、下方に伸長している構造となっている。

研削液供給手段４０は、図３に示すように、プレート部４１に形成され保持テーブル１０に保持された被加工物Ｗの上面Ｗａ側との間に空間４４０を形成する上壁部４４とを備えている。上壁部４４は、プレート部４１の下面である。

研削液供給口４２は、例えば図２（ｃ）に示す複数の噴出孔４２０により構成されており、図３に示した研削砥石２６の加工領域Ｐ（研削砥石２６が被加工物Ｗの上面Ｗａを押圧して研削作用を発揮する領域）に沿って円弧状に形成されている。図３に示すように、プレート部４１の内部には、一端が研削液供給口４２に連通するとともに他端が研削液供給源４６に接続される研削液供給路４３が形成されている。

上壁部４４は、保持テーブル１０に保持された被加工物Ｗの上面Ｗａとの間に空間４４０を形成し、被加工物Ｗの上面Ｗａに供給された研削液を、この空間４４０内において、保持テーブル１０の回転に伴って加工領域Ｐの研削砥石２６に向けて流動させることができる。

なお、図示していないが、研削液供給手段４０に昇降機構を備えるようにしてもよい。その場合は、昇降機構によって、プレート部４１を上下方向に移動させて上壁部４４の高さを調整することができる。

図３に示すように、プレート部４１には、被加工物の厚みを測定する非接触式の厚み測定部１２が埋設されている。厚み測定部１２は、例えば光学式のセンサを備えており、保持テーブル１０に保持される被加工物の上方から被加工物の厚みを測定できる。この厚み測定部１２は、研削液供給口４２から離れた位置に配置されている。厚み測定部１２を研削液供給口４２から離れた位置に配置することで、研削中に研削液が厚み測定部１２と被加工物Ｗの上面Ｗａ間に介在することがないため、非接触型の厚み測定部による測定において研削液の影響を受けることなく高精度に測定が可能となる。

研削液供給手段４０は、研削液供給口４２から被加工物Ｗの上面Ｗａに供給され加工領域Ｐに到達し研削砥石２６の外側に排出された研削液を吸引する吸引部４７を備えている。吸引部４７は、保持テーブル１０に保持された被加工物に対面する吸引口４７０と、一端が吸引口４７０に連通するとともに他端がバルブ４８を介して吸引源４９に接続される吸引路４７１とを備えている。図２（ｃ）に示すように、吸引口４７０は、噴出口４２０の円弧状の列よりも長く形成されており、研削砥石２６の外側に排出された研削液を十分に吸引することができる。

次に、図１に示した研削装置１の動作例について説明する。図３に示す被加工物Ｗは、特に材質等が限定されるものではなく、研削砥石２６によって研削される面が上面Ｗａとなっている。研削前の被加工物Ｗは、カセット４ａに複数収容されている。

まず、搬送手段５は、カセット４ａから研削前の被加工物Ｗを取り出し、仮置き手段６に搬送する。仮置き手段６によって被加工物Ｗの位置合わせをした後、第１の搬送手段８ａは、保持テーブル１０に被加工物Ｗを搬送する。その後、保持テーブル１０において被加工物Ｗを吸引保持するとともに、蛇腹９の伸縮をともない保持テーブルカバー１１がＹ軸方向に移動し、図４に示すように、保持テーブル１０を研削手段２０の下方に移動させる。このとき、図示しない回転手段によって、保持テーブル１０を例えば矢印Ｂ方向に回転させる。

図４に示すように、研削ホイール２５を例えば矢印Ａ方向に回転させながら、図１で示した昇降手段３０によって研削ホイール２５を保持テーブル１０に保持された被加工物Ｗに向けて下降させる。このようにして、回転しながら下降する研削砥石２６が、研削液供給手段４０のリング状の開口部４１１に挿通されるとともに被加工物Ｗの上面Ｗａを押圧しながら研削する。研削中は、研削砥石２６が常に被加工物Ｗの中心を通る。研削砥石２６の回転軌跡の直径は、被加工物Ｗの直径と同等以上である。図３及び図４では明示していないが、保持テーブル１０において被加工物Ｗを保持する保持面１００は、中心を頂点とする勾配の緩やかな円錐面（例えば直径φ２００ｍｍで頂点と横断面底面との高低差が２０μｍ）に形成されており、保持面１００と研削砥石２６の研削面２６０とが加工領域Ｐにおいて平行となるようにスピンドル２１の軸心が保持テーブル１０の回転軸に対して相対的に傾斜しているため、図５に示す加工領域Ｐにおいて研削砥石２６が被加工物Ｗの上面Ｗａに接触して研削が行われる。すなわち、被加工物Ｗの上方に位置する研削砥石２６のうち、その半分が被加工物Ｗの上面Ｗａに作用して研削が行われる。

被加工物Ｗの研削中は、研削液供給手段４０によって研削液を研削砥石２６と被加工物Ｗの上面Ｗａとの間に供給する。具体的には、研削液供給源４６が作動し、研削液供給路４３を介して研削液供給口４２から研削液を保持テーブル１０に保持された被加工物Ｗの上面Ｗａに向けて供給する。図５に示すように、研削液供給口４２は、加工領域Ｐよりも保持テーブル１０の回転方向後方側（上流側）に位置しており、この位置において噴出孔４２０から研削液を噴出する。そして、噴出孔４２０から噴出され被加工物Ｗの上面Ｗａに供給された研削液は、図４に示した上壁部４４と被加工物Ｗの上面Ｗａとの間の空間４４０のうち、研削液供給口４２と加工領域Ｐの研削砥石２６との間の所定の間隔を保持テーブル１０の回転方向前方側（下流側）に流れる。すなわち、研削液供給口４２から被加工物Ｗの上面Ｗａに供給された研削液は、保持テーブル１０の回転に伴って加工領域Ｐの研削砥石２６に向かって流動する研削液供給層５０を形成する。図４に示すように、この研削液供給層５０は、回転する研削砥石２６の周辺に発生している空気層を遮断するため、研削液が加工領域Ｐに到達するのを阻まれることがない。また、研削中は、厚み測定部１２が被加工物Ｗの厚みを測定するが、厚み測定部１２は、研削液供給口４２から離れた位置であって、研削液が流れる方向とは逆の方向（研削液供給層５０が形成されない位置）に配設されているため、研削液の影響を受けることなく厚みの測定を行うことができる。

吸引部４７は、加工領域Ｐよりも保持テーブル１０の回転方向前方側に配設されているため、被加工物Ｗの上面Ｗａに供給された研削液が保持テーブル１０の回転方向前方側に向けて流れて加工領域Ｐに到達した後、加工領域Ｐの研削砥石２６の外側に排出されると、吸引部４７によってその研削液が吸引される。具体的には、吸引源４９からの吸引力が吸引口４７０において作用し、研削液を吸引口４７０から吸引して装置の外部に廃棄する。研削に供された研削液を吸引部４７によって吸引することにより、研削液供給口４２から加工領域Ｐの研削砥石２６に向けた研削液の流れを効果的につくりだすことができる。

ここで、研削液を加工領域Ｐに供給する際、加工領域Ｐで発生する研削屑をより効果的に除去したり、加工領域Ｐにおける発熱を十分に冷却したりするためには、加工領域Ｐに到達する研削液の流速が速い程好ましい。本実施形態の研削液供給手段４０では、保持テーブル１０の回転に伴う遠心力によって十分に速い流速で加工領域Ｐに研削液を供給することが可能となる。また、図示していない昇降機構によって、被加工物Ｗの厚みに合わせて上壁部４４の高さ位置を調製して上壁部４４と被加工物Ｗの上面Ｗａとの間の間隔を狭くすることで研削液の流速を速くすることもできる。なお、上壁部４４の高さ位置の調整は、被加工物Ｗの研削前に行う。

また、回転する保持テーブル１０の外周側の方が中央側よりも周速が速く被加工物Ｗを研削する研削砥石２６の仕事量が増えることから、研削液供給手段４０は、被加工物Ｗを研削する研削砥石２６の仕事量に比例させて研削液の量を増加させることが望ましい。例えば、回転する保持テーブル１０に保持された被加工物Ｗの外周側に対面する位置において、図５に示すように、噴出孔４２０の個数を増やすとともに、被加工物Ｗの外周側に配置された隣り合う噴出孔４２０間の間隔を狭くする。このようにすれば、加工領域Ｐの全域に多量の研削液を効率よく供給することができる。

また、研削液供給手段４２には、上記の噴出孔４２０に代えて、図６に示す加工領域Ｐに沿ったスリット状のスリット状研削液供給口４２ａを設けてもよい。スリット状研削液供給口４２ａは、被加工物Ｗの外周側にいくほど幅広となるように形成されており、図５に示した研削液供給口４２と同様に加工領域Ｐの全域に多量の研削液を効率よく供給することが可能となっている。

図７に示すように、プレート部４１は、研削砥石２６が使用可能な最短の長さに磨耗し、それにともない研削中に研削ホイール２５が下降しても、研削ホイール２５とプレート部４１とが干渉しない厚みに設定する。これにより、研削砥石２６で複数の被加工物Ｗを継続して研削しても、研削ホイール２５がプレート部４１に接触することはなく、装置が破損するのを防止できる。

以上のようにして、研削液を加工領域Ｐに供給しながら被加工物Ｗを研削し、厚み測定部１２が被加工物Ｗの厚みを測定して被加工物Ｗが所望の厚みに達したら、図１に示した昇降手段３０によって研削手段２０を上昇させ研削を終了する。研削終了後、保持テーブル１０を第２の搬送手段８ｂの可動範囲に移動させる。第２の搬送手段８ｂが研削後の被加工物Ｗを保持テーブル１０から洗浄手段７に搬送して洗浄手段７において洗浄後、搬送手段５によって洗浄後の被加工物Ｗをカセット４ｂに収容する。

本発明にかかる研削装置１は、保持テーブル１０の回転方向後方側で被加工物Ｗの上面Ｗａに向けて研削液を供給する研削液供給手段４０を備え、被加工物Ｗの研削中は、加工領域Ｐに沿って形成される研削液供給口４２から被加工物Ｗの上面Ｗａに向けて研削液を供給することにより、研削液が保持テーブル１０の回転に伴って上壁部４４と被加工物Ｗの上面Ｗａとの間をつたって加工領域Ｐに向けて流れていくため、研削砥石２６の周辺に研削液供給層５０を形成することができる。つまり、研削液を研削砥石２６へと導く研削液導出路の一部として被加工物Ｗの上面Ｗａを利用するとともに、上壁部４４と被加工物Ｗの上面Ｗａとで画成された研削液導出路を研削砥石２６の周囲に形成される空気の層の遮断手段として利用する。これにより、回転する研削砥石２６の周囲に発生する空気層を研削液供給層５０が遮断するため、加工領域Ｐに十分に研削液を到達させることができる。
また、研削液供給手段４０は、被加工物Ｗの上方側に配置された研削液供給口４２から被加工物Ｗの上面Ｗａに向けて研削液を供給するため、研削砥石２６の側壁に研削液が衝突して飛散するおそれも低減する。これにより、従来のように過度に多量の研削液を被加工物Ｗに供給する必要がなくなる。

１：研削装置２：装置ベース２ａ：上面３：コラム
４ａ，４ｂ：カセット５：搬送手段６：仮置き手段７：洗浄手段
８ａ：第１の搬送手段８ｂ：第２の搬送手段９：蛇腹
１０：保持テーブル１１：保持テーブルカバー１２：非接触厚み計
２０：研削手段２１：スピンドル２２：ハウジング２３：モータ
２４：マウント２５：研削ホイール２６：研削砥石２７：支持部
３０：昇降手段３１：ボールネジ３２：モータ３３：ガイドレール
３４：昇降板
４０：研削液供給手段４１：プレート部４１０：外周部４１１：開口部
４２：研削液供給口４２０：噴出孔４２ａ：スリット状研削液供給口
４３：研削液供給路４４：上壁部４５：カバー部４６：研削液供給源
４７：吸引部４７０：吸引口４８：バルブ４９：吸引源
５０：研削液供給層

Claims

被加工物を保持し所定の方向に回転可能な保持テーブルと、該保持テーブルで保持された被加工物を研削する研削砥石を含む研削ホイールを有した研削手段と、被加工物と該研削砥石とに研削液を供給する研削液供給手段と、を備えた研削装置であって、
該研削液供給手段は、被加工物に対して該研削砥石が作用する加工領域より該保持テーブルの回転方向後方側から被加工物の上面に向けて研削液を供給する研削液供給口と、
該研削液供給口と該加工領域の該研削砥石との間で被加工物の上面側に所定の間隔を有し、該研削液供給口から被加工物の上面に供給された研削液が該保持テーブルの回転に伴って該加工領域の該研削砥石に向かって流動する研削液供給層を形成する上壁部と、を備える研削装置。
前記研削ホイールは、基台の自由端に複数の研削砥石が互いに所定の間隔を有して環状に配設されて構成され、
前記研削液供給手段は、前記加工領域より前記保持テーブルの回転方向前方側に配設され、前記研削液供給口から被加工物の上面に供給され該加工領域に到達した後に該研削砥石の外側に排出された研削液を吸引する吸引口を有する吸引部を備える請求項１に記載の研削装置。