JP2015217444A - 研削装置 - Google Patents

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】研削装置に備える研削液供給手段４０は、被加工物Ｗに対して研削砥石２６が作用する円弧状加工領域１００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Ｗａに向けて研削液を供給する研削液供給口４３と、研削液供給口４３と円弧状加工領域１００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円弧状加工領域１００周辺に研削液供給層５０を形成する上壁部４４とを有する研削液供給部４１を備え、研削液供給部４１は円弧状加工領域１００の弦と平行な軸周りに回動可能に配設されているため、研削液供給層５０を上壁部４４で押圧することにより、研削液の使用量を抑えつつ研削液供給層５０の流速を速くでき円弧状加工領域１００に効率よく研削液を供給できる。【選択図】図３

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、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向き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環状に配設された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円弧状加工領域の該研削砥石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円弧状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円弧状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、を有する研削液供給部を備え、該研削液供給部は、該円弧状加工領域の弦と平行な軸周りに回動可能に配設され、一定圧力で該上壁部が該研削液供給層を被加工物の上面に対して押圧する。

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、上記研削液供給手段は、前記円弧状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円弧状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円弧状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、研削液供給口と円弧状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た研削液供給部を備えているため、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、円弧状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が研削液供給層が遮断するため、円弧状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。
また、研削液供給部が円弧状加工領域の弦と平行な軸周りに回動可能に配設されているため、上壁部が所定の圧力で被加工物の上面に対して研削液供給層を押圧することにより、被加工物の上面と上壁部とにより区画される空間の断面積を最小にすることができ、保持テーブルの回転速度に応じて研削液供給層の流速を最適な速度に設定できる。よって、使用する研削液の使用量を抑えるとともに、研削液を効果的に円弧状加工領域に供給することができる。

研削装置の一例を示す斜視図である。 保持テーブルと研削ホイールとの間に配置された研削液供給手段の構成を示す斜視図である。 研削液供給手段の構成及び動作状態を説明する断面図である。 研削液供給手段で被加工物に研削液を供給しつつ被加工物を研削する状態を説明する平面図である。 研削液供給手段の変形例の構成及び動作状態を説明する断面図である。構成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、被加工物を保持し所定の向きに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、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３４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。

研削装置１は、保持テーブル１０と研削ホイール２６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に示すように、保持テーブル１０に保持される被加工物に対向して配設され、被加工物の上面に向けて研削液を供給する研削液供給部４１と、研削液供給部４１を支持する支持部材４２とを備えている。

研削液供給部４１は、図３に示すように、被加工物に対して研削砥石２６が作用する円弧状加工領域１００における被加工物Ｗの上面に向けて研削液を供給する研削液供給口４３と、研削液供給口４３と円弧状加工領域１００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する空間４４０を形成する上壁部４４とを有している。上壁部４４は、研削液供給部４１の下面である。円弧状加工領域１００とは、図４に示す研削砥石の回転軌跡２００のうち、研削砥石２６が被加工物Ｗの上面Ｗａを押圧して円弧状に研削作用を発揮する領域を指す。図３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１０ａ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１０ａと研削砥石２６の研削面２６０とが円弧状加工領域１００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４に示す円弧状加工領域１００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。

研削液供給口４３は、例えば図４に示すように、複数の噴出孔４３０により構成されており、円弧状加工領域１００に沿って形成されている。研削液供給口４３には、図示しない研削液供給源が接続されている。図３に示す上壁部４４は、研削液供給口４３から被加工物Ｗの上面Ｗａに供給された研削液を保持テーブル１０の回転に伴って円弧状加工領域１００に位置する研削砥石２６に向けて流動させることができる。すなわち、上壁部４４と被加工物Ｗの上面Ｗａとによって区画された空間に沿って研削液が流れることで円弧状加工領域１００の周囲に流動する研削液供給層５０を形成することができる。そして、この研削液供給層５０は、研削砥石２６の回転によって発生する空気層を遮断する機能を有する。

研削液供給部４１は、図３に示すように、支持部材４２の上端に設けられた回転軸４５によって軸支されている。図４に示すように、回転軸４５は、円弧状加工領域１００の弦１０１と平行にのびる軸であり、研削液供給部４１は、回転軸４５の軸周りを回動可能に配設されている。そして、研削液供給部４１を回転軸４５の軸周りに回動させ、被加工物Ｗの上面Ｗａにおいて流動する研削液供給層５０を上壁部４４によって一定圧力で押圧することができる。上壁部４４は、自重により研削液供給層５０を押圧する構成でもよいし、上壁部４４を加圧することにより研削液供給層５０を押圧する構成でもよい。

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、昇降機構によって研削液供給部４１を上下方向に移動させて上壁部４４の高さを被加工物の厚みに応じて調整するようにしてもよい。

図５に示す研削液供給手段４０ａは、上記の研削液供給手段４０の変形例である。研削液供給手段４０ａは、円弧状加工領域１００に位置する研削砥石２６より保持テーブル１０の回転方向前方側に向けて研削液供給口４３から被加工物Ｗの上面Ｗａに供給された研削液が円弧状加工領域１００に到達した後、隣り合う研削砥石２６の間から外側に排出された研削液を吸引する吸引部４６を備えている。吸引部４６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４６０と、一端が吸引口４６０に連通するとともに他端がバルブ４７を介して吸引源４８に接続される吸引路４６１とを備えている。なお、研削液供給手段４０ａにおいて吸引部４６を備えている点以外は、研削液供給手段４０と同様の構成となっているため、同様の構成部分には研削液供給手段４０と共通の符号を付してその説明は省略する。

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２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の伸縮をともないカバー１１がＹ軸方向に移動し、図３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。

そして、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方向に回転させるとともに、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、図３に示すように、被加工物Ｗの上面Ｗａを押圧しながら研削する。

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とに供給する。具体的には、研削液供給源が作動し、研削液供給口４３から研削液を保持テーブル１０の回転方向後方側で被加工物Ｗの上面Ｗａに向けて供給する。図４に示すように、研削液供給口４３は、円弧状加工領域１００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４３０から研削液を噴出する。そして、噴出孔４３０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３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４３と円弧状加工領域１００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４３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の回転に伴って円弧状加工領域１００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。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、研削液が円弧状加工領域１００に到達することが阻まれることがない。

上壁部４４は、研削液供給層５０を押圧してその断面積を小さくすることにより、円弧状加工領域１００に向けて流れる研削液の流速を速くする。具体的には、研削液供給部４１を回転軸４５の軸周りを回動させ、上壁部４４を保持テーブル１０に保持された被加工物Ｗの上面Ｗａに接近する方向に移動させて上壁部４４で被加工物Ｗの上面Ｗａにおいて流動する研削液供給層５０を一定圧力で押圧し、被加工物Ｗの上面Ｗａと上壁部４４とで区画される空間４４０の断面積を小さくすることで空間４４０を流れる研削液の流速を速くすることができ、円弧状加工領域１００に研削液を効率よく供給できる。なお、円弧状加工領域１００に供給する研削液の流速は、保持テーブルの回転速度に応じて自動的に設定される。研削液供給部４１は、研削液供給層５０を過度に押圧せず、上壁部４４と被加工物Ｗの上面Ｗａとの間を流れる研削液の流量に応じて研削液供給部４１が回転軸４５の軸周りに回動し押し上げられるような圧力に設定しておくことにより、流量に応じて最速の流速が設定される。

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の高さ位置を調整してもよい。ただし、上壁部４４と被加工物Ｗの上面Ｗａとの間を狭くしすぎた状態で上壁部４４の位置を固定すると、研削液を必要量供給することができないため、上述のように、研削液量に応じて研削液供給部４１が回動し、研削液量に応じた最小間隔に調整されるようにする。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、図４に示すように、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なり、被加工物Ｗの外周側における円弧状加工領域１００では図３に示した研削砥石２６が被加工物Ｗを研削する仕事量が増えることから、研削液供給手段４０は、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。例えば図４に示す保持テーブル１０の外周側に配置される噴出孔４３０の径を、保持テーブル１０の中央側に配置される噴出孔４３０の径よりも大きく形成することにより、保持テーブル１０とともに回転する被加工物Ｗの外周側に研削液を多く供給する。このようにすれば、円弧状加工領域１００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。図４の例では、噴出孔４３０が保持テーブル１０の外周側に近くなるにつれてその径が大きくなるように構成されているとともに、隣り合う噴出孔４３０間の間隔が、保持テーブル１０の外周側に近づくほど小さくなっている。なお、図示していないが、複数の噴出孔４３０により構成される研削液供給口４３は、円弧状加工領域１００に沿った円弧状のスリット状に形成してもよい。その場合は、スリット状に形成された研削液供給口４３のうち、保持テーブル１０の外周側に対面する部分のスリット幅を、保持テーブル１０の中央側に対面する部分のスリット幅よりも広く形成することで、円弧状加工領域１００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。

図５に示す研削液供給手段４０ａによって、研削液を研削砥石２６と被加工物Ｗの上面Ｗａとに供給する場合は、上記した研削液供給手段４０の動作に加えて研削砥石２６の間から外側に流れた研削液を吸引することができる。具体的には、図５に示すように、被加工物Ｗの上面Ｗａに供給された研削液が、研削液供給層５０となって保持テーブル１０の回転方向前方側に向けて流れて円弧状加工領域１００に到達した後、円弧状加工領域１００の研削砥石２６の外側に排出されると、吸引源４８からの吸引力が吸引口４６０において作用し、研削液を吸引口４６０から吸引して装置の外部に廃棄する。

以上のようにして、研削液を円弧状加工領域１００に供給しながら被加工物Ｗを研削することで被加工物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では、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、円弧状加工領域１００に沿って形成される研削液供給口４３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との間をつたって円弧状加工領域１００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４３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。
さらに、研削液供給部４１が円弧状加工領域１００の弦１０１と平行にのびる回転軸４５の軸周りに回動可能に配設されているため、上壁部４４が所定の圧力で被加工物Ｗの上面Ｗａに対して研削液供給層５０を押圧することにより、被加工物Ｗの上面Ｗａと上壁部４４とにより区画される空間の断面積を調整することができ、保持テーブル１０の回転速度に応じて研削液供給層５０の流速を最適な速度に設定できる。したがって、研削液の使用量を抑えつつ、円弧状加工領域１００に効率よく研削液を供給することができる。

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：カバー
２０：研削手段 ２１：スピンドル ２２：スピンドルハウジング 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
４０，４０ａ：研削液供給手段 ４１：研削液供給部 ４２：支持部材
４３：研削液供給口 ４３０：噴出孔 ４４：上壁部 ４５：回転軸
４６：吸引部 ４６０：吸引口 ４６１：吸引路
４７：バルブ ４８：吸引源
５０：研削液供給層
１００：円弧状加工領域 １０１：弦 ２００：回転軌跡

Claims (2)

1. 被加工物を保持し所定の向き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環状に配設された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円弧状加工領域の該研削砥石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円弧状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円弧状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、を有する研削液供給部を備え、
   該研削液供給部は、該円弧状加工領域の弦と平行な軸周りに回動可能に配設され、一定圧力で該上壁部が該研削液供給層を被加工物の上面に対して押圧する研削装置。
2. 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、
   前記研削液供給手段は、前記円弧状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円弧状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。

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