JP2015222090A - 制振機構及び研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】砥石の振動の振動周波数や振動の振幅量に応じて砥石の振動を制振する。【解決手段】振動体の振動を制振する制振機構３０に、錘３２と、錘３２を挟む２枚の側板３１０，３１１と、錘３２と２枚の側板３１０，３１１との間にそれぞれ配設される振動吸収性のある緩衝材３３と、２枚の側板３１０，３１１の間隔を調整する間隔調整部３６ａ，３６ｂとを備え、振動体の振動周波数に応じて間隔調整部３６ａ，３６ｂによって２枚の側板３１０，３１１の間隔を調整して緩衝材３５のつぶれの度合いを調整することにより、錘３２の振動で振動体の振動が打ち消されるように調整することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、被加工物の加工時に発生する振動の制振を行う制振機構と、その制振機構を備え被加工物を研削する研削装置とに関する。

被加工物である板状ワークを研削する研削装置は、板状ワークを保持するチャックテーブルと、砥石を備える研削手段とを少なくとも備えており、板状ワークの上面に回転する砥石を当接させて押圧することにより、板状ワークが所定の厚みに至るまで研削している。

砥石で研削しようとする板状ワークが硬い場合には、単位時間当たりに板状ワークを削り取る量が少なくなるため、板状ワークの被研削面（砥石が接触して研削される面）に対して砥石が滑走しているような状態となり、研削できていない状態となることがある。このような状態が続くと、板状ワークの厚みは減少しない。研削手段は所定の研削送り速度で研削送りされ板状ワークに砥石を押し当てているが、板状ワークの厚みが減少しない症状が発生すると、研削手段が振動してしまい、その振動を砥石が受けて急激に砥粒が脱落を起こしたりして砥石の異常磨耗が発生する場合が有る。また、砥石が振動すると、振動の影響によって板状ワークの被研削面に砥石が一定圧力で当たらなくなるため、板状ワークの被研削面に縞模様を形成してしまい、板状ワークの厚み精度の均一性に悪影響を及ぼすという問題も生じる。

振動による弊害が生じるのを回避するために、例えば下記の特許文献１及び２には、砥石の振動が板状ワークに伝達されないようにするために、砥石とホイールマウントとの間に緩衝剤を介在させて板状ワークを研削する方法が提案されている。また、下記の特許文献３には、ゴム製の制振パッドを砥石頭の上に置き、その上に砥石頭の振動を受けて自発的に振動を減衰できる小型の制振装置を載せた構成を有する研削装置が提案されている。

特開２００５−３３５０１４号公報 特開２００９−０９５９４７号公報 特開２００７−１５２４６０号公報

しかし、上記したような研削方法や研削装置では、板状ワークの研削中に発生する砥石の振動の振動周波数や振幅量に応じた調整を行うことができず、また、適切なタイミングで砥石の振動を減衰させることができないという問題がある。

本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、砥石の振動の振動周波数や振動の振幅量に応じて、砥石の振動の制振を可能とすることを目的としている。

第一の発明は、振動体の振動を制振する制振機構であって、錘と、該錘を挟む２枚の側板と、該錘と該２枚の側板との間にそれぞれ配設される振動吸収性のある緩衝材と、該２枚の側板の間隔を調整する間隔調整部と、を備え、該間隔調整部によって該２枚の側板の間隔を調整し、振動を減衰させることを特徴とする。

この制振機構は、前記錘が、該錘の重さを増減可能とする重量増減部を備え、該重量増減部で該錘の重さを増減させ、振動を減衰させることが望ましい。

第二の発明は、板状ワークを保持する保持手段と、該保持手段が保持した板状ワークに砥石を当接させて加工する加工手段と、該加工手段の振動を制振する上記の制振機構と、を備えた研削装置であって、板状ワークに該砥石を当接させ加工時に該加工手段に発生する振動の振動周波数および振幅量を計測する振動測定手段と、該振動測定手段が計測した計測値に応じて前記間隔調整部を作動させて前記２枚の側板の間隔を調整する制御部と、を備える。

本発明の制振機構は、錘と、錘を挟む２枚の側板と、錘と２枚の側板との間に配設する振動吸収性のある緩衝材と、２枚の側板の間隔を調整する間隔調整部とを備えているため、２枚の側板の間隔を調整することにより、緩衝材のつぶれの度合いを調整して振動体の振動周波数を変化させることができる。したがって、振動体の振動周波数と錘側の振動周波数とを同じにすることができ、振動の振幅を減衰させることができる。

制振機構を構成する錘に、錘の重さを増減可能とする重量増減部を備えれば、錘の重さを調整することにより振幅量を調整することができる。

本発明の加工装置は、板状ワークに砥石を当接させ加工時に加工手段に発生する振動の振動周波数および振幅量を計測し、その計測値に応じて制御部が２枚の側板の間隔を調整するため、適切なタイミングで砥石の振動を減衰させることができる。したがって、砥石に異常磨耗が発生するのを防止し、板状ワークの厚み精度を良好にして均一な状態で仕上げることが可能となる。

研削装置の構成を示す斜視図である。 制振機構の第１例を示す断面図である。 錘の構成を示す斜視図である。 制振機構において緩衝材がつぶれた状態を示す断面図である。 制振機構の第２例を示す断面図である。 制振機構の第２例において緩衝材がつぶれた状態を示す断面図である。 制振機構の第３例を示す断面図である。 制振機構の第３例において緩衝材がつぶれた状態を示す断面図である。

図１に示す研削装置１は、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、Ｙ軸方向に移動可能でかつ回転可能な保持テーブル４が配設されている。保持テーブル４の周囲は、カバー３によって覆われている。保持テーブル４は、板状ワークを下方から吸引保持する保持面４ａを有している。保持テーブル４は、蛇腹５の伸縮をともなってＹ軸方向に移動することができる。

装置ベース２のＹ軸方向後部（＋Ｙ方向側）には、Ｚ軸方向にのびるコラム６が立設されている。コラム６の側方側においては、板状ワークに研削加工を施す加工手段である研削手段１０と、保持テーブル４に保持される板状ワークに対して接近及び離反する方向（Ｚ軸方向）に研削手段１０を昇降させる昇降手段２０とが配設されている。

研削手段１０は、Ｚ軸方向の軸心を有するスピンドルユニット１１と、スピンドルユニット１１を支持するホルダ１２と、スピンドルユニット１１の一端に接続されたモータ１３と、スピンドルユニット１１の下端にマウント１４を介して装着された研削ホイール１５とを少なくとも備えている。研削ホイール１５の下部には、砥石１６が円環状に固着されている。研削手段１０では、モータ１３による駆動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。

昇降手段２０は、Ｚ軸方向にのびるボールネジ２１と、ボールネジ２１の一端に接続されたモータ２２と、ボールネジ２１と平行にのびる一対のガイドレール２３と、内部に備えたナットがボールネジ２１に螺合するとともに側部がガイドレール２３に摺接する昇降板２４とを備えている。昇降手段２０では、モータ２２によって駆動されてボールネジ２１が回動することにより、一対のガイドレール２３に沿って昇降板２４がＺ軸方向に移動するとともに、昇降板２４に連結された研削手段１０をＺ軸方向に昇降させることができる。

研削装置１には、研削手段１０によって板状ワークを研削する際に研削手段１０に発生する振動を制振する制振機構３０を備えている。図示の例では２つの制振機構３０を備えている。制振機構３０は、ケーシング３１を有しており、スピンドルユニット１１の上面１１ａ上に配設されている。図２に示すように、制振機構３０は、ケーシング３１の内部に配設された錘３２と、２枚の側板３１０，３１１と、錘３２と側板３１０，３１１との間にそれぞれ配設された振動吸収性のある緩衝材３３と、側板３１０と側板３１１との間隔を調整する間隔調整部３６ａ，３６ｂとを備えている。なお、図２においては図１に示したケーシング３１の図示を省略している。

緩衝材３３は、変形可能な材料によって形成され、錘３２と側板３１０との間及び錘３２と側板３１１との間に２つずつ配設されている。緩衝材３３の材料は、例えばウレタンやソルボセインである。

間隔調整部３６ａは、錘３２の上方側に配設されている。間隔調整部３６ａは、Ｘ軸方向にのびる一対の対向する調整ネジ３６０と、それぞれの調整ネジ３６０の先端の雄ねじに螺合する雌ねじを有する上板３６１とを少なくとも備えている。間隔調整部３６ｂは、錘３２の下方側に配設されている。間隔調整部３６ｂについても間隔調整部３６ａと同様の構成となっており、Ｘ軸方向にのびる一対の対向する調整ネジ３６０と、それぞれの調整ネジ３６０の先端の雄ねじに螺合する雌ねじを有する底板３６２とを少なくとも備えている。このように構成される間隔調整部３６ａ，３６ｂでは、例えば作業者が各調整ネジ３６０を回すことにより、各調整ネジ３６０が上板３６１及び底板３６２に対して前進又は後退し、これにより側板３１０と側板３１１とをＸ軸方向に移動させて互いに接近又は離反させ、側板３１０と側板３１１との間隔を調整することができる。

図３に示すように、錘３２には、複数の収容穴３２０が形成されている。この収容穴３２０には、その形状に対応する錘部材３９を収容可能である。図１に示した研削手段１０の振動の振幅量に応じて、複数の収容穴３２０に対して錘部材３９を収容したり収容穴３２０から錘部材３９を抜き取ったりすることにより、錘３２の重さを調整することができる。すなわち、錘部材３９は、錘３２の重量を増減させる重量増減部として機能する。なお、図３の例における錘部材３９はバー状に形成されているが、この形状には限定されない。

図１に示す研削装置１は、板状ワークに砥石１６を当接させて研削する時に発生する研削手段１０の振動の振動周波数および振幅量を計測する振動測定手段４０と、振動測定手段４０が計測した計測値に応じて図２に示した制振機構３０の間隔調整部３６ａ，３６ｂを作動させ２枚の側板３１０，３１１の間隔を調整する制御部５０とを備えている。

振動測定手段４０は、スピンドルユニット１１の上面１１ａに配設されている。この振動測定手段４０は、制御部５０に接続されており、砥石１６が板状ワークを研削する際に生じる研削手段１０の振動の振動周波数および振幅量を計測してそのデータを制御部５０に送ることができる。制御部５０は、ＣＰＵ及びメモリを少なくとも備えており、各制振機構３０に接続されている。制御部５０は、振動測定手段４０から送られてきた振動周波数に応じて図２に示した間隔調整部３６ａ，３６ｂを作動させ、側板３１０と側板３１１との間隔を調整することができる。

次に、研削装置１において板状ワークＷを研削する際の研削装置１の動作及び制振機構３０を用いて研削手段１０の振動を制振する動作について説明する。板状ワークＷは、被加工物の一例であって、その表面Ｗａには、格子状の分割予定ラインＳによってそれぞれ区画された各領域にデバイスＤがそれぞれ形成されている。板状ワークＷの表面Ｗａと反対側の面である裏面Ｗｂは、砥石１６によって研削される被研削面となっている。

板状ワークＷの表面Ｗａに保護テープを貼着し、保持テーブル４は、吸引源の作動により板状ワークＷの表面Ｗａ側を保持面４ａで吸引保持した後、＋Ｙ方向に移動し、保持テーブル４を研削手段１０の下方に移動させる。

次いで、モータ１３が砥石１６を回転させるとともに、モータ２２がボールネジ２１を駆動して研削手段１０を−Ｚ方向に下降させ、回転する砥石１６を板状ワークＷの裏面Ｗｂに押圧して所望の厚みに達するまで研削する。

砥石１６を板状ワークＷの裏面Ｗｂに当接させて研削する際には、研削抵抗に起因して研削手段１０に例えばＸ軸方向やＺ軸方向の振動が発生する。研削手段１０の振動の振幅が大きいと、砥石１６を構成する砥粒が脱落を起こしたりして砥石１６に異常磨耗が発生する。また、振動の影響によって板状ワークＷの裏面Ｗｂに砥石１６が一定圧力で当たらなくなり板状ワークＷの厚み精度の均一性に悪影響を及ぼすという問題も生じる。そこで、制振機構３０が研削手段１０の振動を制振する。

振動測定手段４０は、研削手段１０に発生している振動の振動周波数および振幅量を計測し、その値を制御部５０に送る。制御部５０は、研削手段１０に発生している振動周波数に応じて、間隔調整部３６ａ，３６ｂを作動させ、２枚の側板３１０，３１１の間隔を調整する。

図４に示すように、間隔調整部３６ａ，３６ｂによって、側板３１０，３１１を例えば両者が近づく方向に移動させ、側板３１０，３１１で緩衝材３３を錘３２に向けて押しつぶして側板３１０と側板３１１との間隔を狭くする。緩衝材３３を押しつぶす度合いを調整することで、錘３２の振動周波数を調整することができる。このようにして錘３２の振動周波数を調整し、振動測定手段４０が計測した研削手段１０の振動周波数と錘３２の振動周波数とが概ね一致し、研削手段１０の振動を打ち消すように錘３２を振動させると、研削手段１０の振動の振幅を減衰させることができる。

また、砥石１６に発生する振動の振動測定手段４０が計測した振幅量に応じて、図３に示した重量増減部３９を用いて錘３２の重さを調整する。例えば、硬質の板状ワークを研削することにより振幅が大きくなると、複数の収容穴３２０に収容する重量増減部３９の個数を増やして錘３２の重量を大きくする。一方、振幅が小さければ、収容穴３２０に収容されている重量増減部３９を収容穴３２０から抜き出して錘３２の重量を小さくする。このように、研削する板状ワークＷの種類や、研削している板状ワークＷの状態によって研削手段１０の振動の振幅が異なったとしても、錘３２は、その重さによって研削手段１０の振動の振幅を調整することができる。

また、研削手段１０の固有振動数は、錘３２の重量によって調整することができる。したがって、収容穴３２０に収容する重量増減部３９の個数を調整して研削手段１０の固有振動数を調整することにより、研削手段１０の振動を打ち消して研削手段１０の振動の振幅を減衰させることができる。

以上のように、研削装置１では、錘３２の重さを変化させることにより、研削手段１０の振動の振幅を調整することができるとともに、固有振動数を調整することができる。また、緩衝材３３がつぶれる度合いを調整し振動の周波数を調整して研削手段１０の振動を打ち消すように錘３２を振動させることにより、研削手段１０の振動の振幅を減衰させることができる。したがって、研削手段１０の振動の振動周波数や振幅に応じて、研削手段１０の振動の制振が可能となる。なお、緩衝材３３の個数や材質は、特に限定されるものではないが、緩衝材３３としてソルボセインを使用すると、研削手段１０の振動をより効果的に抑制することが可能となる。

図５に示す制振機構３０ａは、制振機構の第２例である。制振機構３０ａは、側板３１０と側板３１１との間隔を調整する間隔調整部３６ａ，３６ｂと、錘３２と間隔調整部３６ｂの底板３６３との間に配設された振動吸収性のある緩衝材３５とを備え、底板３６３は上面１１ａに載置された構成となっており、それ以外の構成は、制振機構３０と同様となっている。緩衝材３５は、錘３２と底板３６３との間に少なくとも１つ配設されている。なお、緩衝材３５の個数や材質は、特に限定されるものではない。

制振機構３０ａを用いて図１に示した研削手段１０の振動の制振を行う場合は、板状ワークＷの研削時において、図１に示した制御部５０が間隔調整部３６ａ，３６ｂを作動させ、図６に示すように、側板３１０，３１１をＸ軸方向に互いが近づく方向に移動させ、側板３１０及び側板３１１で緩衝材３３を錘３２に向けて押しつぶしていく。また、緩衝材３５がＺ軸方向の振動を吸収し、Ｚ軸方向の振動の振幅量を小さくする。このように、制振機構３０ａでは、錘３２と底板３６３との間に緩衝材３５を介在させた構成としたため、Ｚ軸方向の振動も減衰させることができる。

図７に示す制振機構３０ｂは、制振機構の第３例である。制振機構３０ｂは、ケーシング３７を有しており、ケーシング３７の内部に配設された錘３２と、ケーシング３７を構成する側板３７０，側板３７１と、錘３２と側板３７０，３７１との間に配設された振動吸収性のある緩衝材３３と、側板３７０と側板３７１との間隔を調整する一対の間隔調整部３８とを備えている。側板３７０，側板３７１は、断面Ｌ字形に形成されており、それぞれの間隔調整部３８によって下方から支持されている。

間隔調整部３８は、Ｘ軸方向にのびる調整ネジ３８０と、調整ネジ３８０の一端に接続されたモータ３８１と、側板３７０，側板３７１をそれぞれ下方から支持する支持台３８２と、調整ネジ３８０と平行に配設されたガイドレール３８３とを少なくとも備えている。側板３７０，側板３７１の下部には、脚部３７２と２つの脚部３７３とがそれぞれ連結されており、脚部３７２の中央に形成されたナットが調整ネジ３８０に螺合している。そして、モータ３８１が駆動されて調整ネジ３８０が回動することにより、図８に示すように、側板３７０，３７１をガイドレール３８３に沿ってＸ軸方向に移動させて両者の間隔を狭め、緩衝材３３を押しつぶすことができる。

また、制振機構３０ｂでは、図７に示すように、錘３２の下方に振動測定手段４０ａが配設されており、振動測定手段４０ａは制御部５０ａに接続されている。振動測定手段４０ａは、スピンドルユニット１１側の振動の振動周波数および振幅量を計測して制御部５０ａに送ることができる。制御部５０ａは、各制振機構３０ｄに接続されており、振動測定手段４０ａから送られてきた振動周波数に応じて間隔調整部３８が作動し、側板３７０，３７１で緩衝材３３を押しつぶす。

このように、制振機構３０ｂでは、錘３２の重さを変化させることにより研削手段１０の振動の振幅及び固有振動数を調整することができ、緩衝材３３がつぶれる度合いを調整して研削手段１０の振動を打ち消すように錘３２を振動させて研削手段１０の振動の振幅を減衰させることができることに加えて、研削手段１０のＺ軸方向の振動を吸収して振幅を減衰させることができる。さらに、制御部５０ａは、振動測定手段４０ａによる研削手段１０の振動周波数の計測値を読み込み、その値に基づきモータ３８１を制御して側板３７０，３７１を移動させて緩衝材３３のつぶれ度合いを変化させることができるため、振動周波数に応じて自動的に加工手段１０の振動周波数及び振幅量を調整することができる。

なお、上記第１〜３の例では、２つの側板３１０，３１１がＸ軸方向に移動して緩衝材をＸ軸方向につぶす構成としたが、２つの側板３１０，３１１に代えて、又は２つの側板３１０，３１１に加えて、Ｙ軸方向に移動する２つの側板を設け、緩衝材をＹ軸方向につぶす構成とすることもできる。
また、振動体には、研削装置１の加工手段１０に限らず、他の加工装置の加工手段も含まれる。

２つの側板３１０，３１１の間隔を調整して緩衝材３３のつぶれ度合いを変更したり、錘３２の重さを変更したりしても、それだけでは打ち消すことができない振動が発生することもある。その場合には、緩衝材３３の錘３２に接する部分の面積及び厚みを調整する。振幅量が大きい場合は、錘３２を重くするとともに、緩衝材３３の厚みを厚くし、さらに緩衝材３３の錘３２に接触する部分の面積を大きくする。振幅量が小さい場合は、錘３２を軽くするとともに、緩衝材３３の厚みを薄くし、さらに緩衝材３３の錘３２に接触する部分の面積を小さくする。

１：研削装置 ２：装置ベース ２ａ：上面 ３：移動基台 ４：保持テーブル
４ａ：保持面 ５：蛇腹 ６：コラム
１０：研削手段 １１：スピンドルユニット １１ａ 上面
１２：ホルダ １３：モータ １４：マウンタ １５：研削ホイール
１６：砥石
２０：昇降手段 ２１：ボールネジ ２２：モータ ２３：ガイドレール ２４：昇降板
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ：制振機構
３１：ケーシング ３１０，３１１：側板
３２：錘 ３２０：収容穴 ３３，３５：緩衝材
３６ａ，３６ａ，３６ｃ：間隔調整部 ３６０：調整ネジ
３６１：上板 ３６２：底板 ３６３：底板
３７：ケーシング ３７０，３７１：側板 ３７２：脚部 ３７３：脚部
３８：間隔調整部 ３８０：調整ネジ ３８１：モータ ３８２：支持台
３９：錘部材（重量増減部）
４０，４０ａ：振動測定手段 ５０，５０ａ：制御部

Claims (3)

1. 振動体の振動を制振する制振機構であって、
   錘と、該錘を挟む２枚の側板と、該錘と該２枚の側板との間にそれぞれ配設される振動吸収性のある緩衝材と、該２枚の側板の間隔を調整する間隔調整部と、を備え、
   該間隔調整部によって該２枚の側板の間隔を調整し、振動を減衰させることを特徴とする制振機構。
2. 前記錘は、該錘の重さを増減可能とする重量増減部を備え、
   該重量増減部で該錘の重さを増減させ、振動を減衰させることを特徴とする請求項１記載の制振機構。
3. 板状ワークを保持する保持手段と、該保持手段が保持した板状ワークに砥石を当接させて加工する加工手段と、該加工手段の振動を制振する請求項１又は２に記載の制振機構と、を備えた研削装置であって、
   板状ワークに該砥石を当接させ加工時に発生する振動の振動周波数および振幅量を計測する振動測定手段と、
   該振動測定手段が計測した計測値に応じて前記間隔調整部を作動させて前記２枚の側板の間隔を調整する制御部と、を備える研削装置。

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