JP2019150901A - 定温水供給装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】定温水供給装置において、冷却手段の数を減らして装置を小型化する。【解決手段】冷却水を循環させ加工装置１のスピンドルユニット６１を温調する手段２と、加工水温調手段４とを備える定温水供給装置８であり、ユニット温調手段２は、ユニット６１に冷却水を送るポンプ２１と、冷却水冷却手段２２と、ポンプ２１と冷却手段２２とを接続する第１配管２３と、冷却手段２２とユニット６１とを接続する第２配管２４と、ユニット６１とポンプ２１とを接続する第３配管２５とを備え、加工水温調手段４は、一端を水源に接続し他端側から加工具６０に加工水を供給する配管４１と、加工水配管４１上の熱交換手段４２と、熱交換手段４２と第２配管２４とを接続する第４配管４５と、熱交換手段４２と第３配管２５とを接続し熱交換手段４２で使われた冷却水を第３配管２５に戻す第５配管４６とを備え、冷却手段２２で冷却された冷却水で加工水を冷却する定温水供給装置８。【選択図】図１
Description
本発明は、水供給源から送出される水を定温に調整して加工装置に供給する定温水供給装置に関する。
ウェーハを切削する切削装置は、スピンドルを高速回転させ、スピンドル先端に装着され共に高速回転する切削ブレードに切削水を供給しつつ、保持テーブルが保持したウェーハを該切削ブレードで切削している。
切削装置においては、インデックス送り方向であるＹ軸方向及び切り込み送り方向であるＺ軸方向を装置の熱歪み等によって変化させないようにすることで高精度な切削加工を実施していくことが可能となるため、切削装置の温度を一定に維持する必要がある。その為、スピンドルを回転駆動するモータが発する熱を、冷却水回路に冷却水を循環させて除熱している。したがって、モータの除熱に用いる冷却水が流れる冷却水回路と、切削屑の洗浄・除去及び加工点の冷却のために用いる切削水が流れる切削水回路とを備え、冷却水と切削水とを設定した温度に維持する定温水供給装置（例えば、特許文献１参照）が、切削装置には必要となる。
冷却水回路は、モータを囲む冷却ジャケットに流されモータの熱で水温が高くなった冷却水を冷却する第１の冷却手段と、冷却水を貯水する第１のタンクと、装置が停止され冷却水の温度が下がり過ぎた場合に冷却水を所望の温度にするための第１の加温手段（ヒータ）とを備える。
切削水回路では、工場設備等から供給される水を第２のタンクに貯水し、第２のタンクの水をポンプで切削装置に送水させ、ポンプから送られた切削水が切削装置に到達するまでの間に第２の冷却手段で冷却又は第２の加温手段で加温し所望の水温に調節している。
このように、冷却水回路と切削水回路とは、それぞれ別の冷却手段と別の加温手段とを備えているため、定温水供給装置が大型化するという問題がある。
このように、冷却水回路と切削水回路とは、それぞれ別の冷却手段と別の加温手段とを備えているため、定温水供給装置が大型化するという問題がある。
よって、定温水供給装置においては、冷却手段及び加熱手段の数を少なくして、装置構成を小型化するという課題がある。
上記課題を解決するための本発明は、加工具を装着したスピンドルを高速回転させるモータを有するスピンドルユニットと、被加工物を保持する保持テーブルと、を備える加工装置において、冷却水を循環させ該スピンドルユニットを温調するユニット温調手段と、該加工具に供給する加工水を温調する加工水温調手段とを備える定温水供給装置であって、該ユニット温調手段は、該スピンドルユニットに該冷却水を送水するポンプと、該冷却水を冷却する冷却手段と、該ポンプと該冷却手段とを接続する第１の配管と、該冷却手段と該スピンドルユニットの冷却水流入口とを接続する第２の配管と、該スピンドルユニットの冷却水流出口と該ポンプとを接続する第３の配管と、を備え、該加工水温調手段は、一端を水源に接続し他端側の開口から該加工具に該加工水を供給する加工水配管と、該加工水配管に配設した熱交換手段と、該熱交換手段と該第２の配管とを接続する第４の配管と、該熱交換手段と該第３の配管とを接続し該熱交換手段で使用された該冷却水を該第３の配管に戻す第５の配管と、を備え、該冷却手段で冷却された該冷却水によって該加工水を冷却する定温水供給装置である。
前記ユニット温調手段は、前記第２の配管と前記第３の配管とを接続するバイパス配管と、該第２の配管に該バイパス配管を接続する接続部と前記冷却水流入口との間の該第２の配管又は該第３の配管に配設され前記スピンドルユニット内を流れる該冷却水の流量を所望の流量に調整する調整弁と、該第２の配管の該接続部と該冷却水流入口との間又は該第３の配管に配設され該冷却水の温度を測定する第１の水温計と、を含み、前記加工水温調手段は、前記熱交換手段と前記加工水配管の開口との間で該加工水配管に流れる該加工水の水温を測定する第２の水温計と、該バイパス配管を流れる該冷却水の流量と前記第４の配管を流れる該冷却水の流量との合算流量は一定で該第４の配管を流れる該冷却水の流量を可変させ該加工水を所望の温度に温調する調整手段と、を備えると好ましい。
前記調整手段は、前記第４の配管に配設する第１のバルブと、前記バイパス配管に配設する第２のバルブと、該第４の配管と該バイパス配管とを流れる前記冷却水の合算流量は一定で該第１のバルブを開いたときの該第２のバルブと該第２のバルブを開いたときの該第１のバルブとを制御するバルブ制御部とを備え、該第４の配管を流れる該冷却水の流量を可変させ前記加工水を所望の温度に温調すると好ましい。
前記調整手段の前記第２のバルブに代えて前記バイパス配管内の圧力が所定の圧力以上になったら開くリリーフ弁を備え、前記第４の配管を流れる前記冷却水の流量を可変させ前記加工水を所望の温度に温調するものとしてもよい。
本発明に係る定温水供給装置では、冷却水を循環させスピンドルユニットを温調するユニット温調手段は、スピンドルユニットに冷却水を送水するポンプと、冷却水を冷却する冷却手段と、ポンプと冷却手段とを接続する第１の配管と、冷却手段とスピンドルユニットの冷却水流入口とを接続する第２の配管と、スピンドルユニットの冷却水流出口とポンプとを接続する第３の配管と、を備え、加工水温調手段は、一端を水源に接続し他端側の開口から加工具に加工水を供給する加工水配管と、加工水配管に配設した熱交換手段と、熱交換手段と第２の配管とを接続する第４の配管と、熱交換手段と第３の配管とを接続し熱交換手段で使用された冷却水を第３の配管に戻す第５の配管と、を備えるため、ユニット温調手段のみが冷却手段を備える構成となっている。そして、該冷却手段で冷却された冷却水によって熱交換手段を介して加工水を冷却することができるため、従来のような加工水温調手段にも加工水を冷却する冷却手段を備える定温水供給装置に比べて、装置構成を小型化することが可能となる。
また、ユニット温調手段は、第２の配管と第３の配管とを接続するバイパス配管と、第２の配管にバイパス配管を接続する接続部と冷却水流入口との間の第２の配管又は第３の配管に配設されスピンドルユニット内を流れる冷却水の流量を所望の流量に調整する調整弁と、第２の配管の接続部と冷却水流入口との間又は第３の配管に配設され冷却水の温度を測定する第１の水温計と、を含み、加工水温調手段は、熱交換手段と加工水配管の開口との間で加工水配管に流れる加工水の水温を測定する第２の水温計と、バイパス配管を流れる冷却水の流量と第４の配管を流れる冷却水の流量との合算流量は一定で第４の配管を流れる冷却水の流量を可変させ加工水を所望の温度に温調する調整手段と、を備えている。そして、例えば、加工水温調手段に対して工場設備から供給される加工水の温度が、加工具と被加工物との接触部位に供給する際の設定温度以下に既になっており、熱交換手段を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合がある。この場合には、冷却水を第４の配管に流通させる必要が無く、調整手段によって、バイパス配管を流れる冷却水の流量と第４の配管を流れる冷却水の流量との合算流量は一定で第４の配管を流れる冷却水の流量を可変させる、即ち、バイパス配管に冷却水を流れるようにし、第４の配管に冷却水を流れなくする又は第４の配管を流れる冷却水の流量を減らして加工水を所望の温度に温調することができる。
調整手段は、第４の配管に配設する第１のバルブと、バイパス配管に配設する第２のバルブと、第４の配管とバイパス配管とを流れる冷却水の合算流量は一定で第１のバルブを開いたときの第２のバルブと第２のバルブを開いたときの第１のバルブとを制御するバルブ制御部とを備えることで、例えば、熱交換手段を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合に、第４の配管を流れる冷却水の流量を可変させ加工水を所望の温度に温調することができる。
調整手段は、前記第２のバルブに代えてバイパス配管内の圧力が所定の圧力以上になったら開くリリーフ弁を備え、例えば、熱交換手段を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合に、第４の配管を流れる冷却水の流量を可変させ加工水を所望の温度に温調することができる。
本発明に係る定温水供給装置８を必要とする加工装置１は、本実施形態においては、保持テーブル３０に吸引保持された被加工物Ｗに加工手段６の加工具（切削ブレード）６０で切削加工を施す切削装置であるが、この例に限定されず、定温水供給装置８から供給された冷却水及び加工水を使用する構成であればよく、例えば、スピンドルの先端部分にマウント等を介して研削ホイールが固定された研削装置等であってもよい。
加工手段６は、例えば、回転駆動されるスピンドル６１１を備えるスピンドルユニット６１と、スピンドル６１１の先端に装着され被加工物Ｗを切削する加工具６０と、加工具６０と被加工物Ｗとの接触部位（加工点）に対して加工水を噴射する一対の加工水ノズル６２とを少なくとも備えている。そして、加工手段６は、Ｙ軸方向へインデックス送り可能となっており、また、Ｚ軸方向に切り込み送り可能となっている。
図１に示すように、スピンドルユニット６１はＹ軸方向に水平に延びるスピンドルハウジング６１０を備えており、スピンドルハウジング６１０中には、Ｙ軸方向の軸心を備えるスピンドル６１１が回転可能に収容されている。スピンドル６１１の先端部は、スピンドルハウジング６１０から−Ｙ方向側に突出しており加工具６０を固定可能となっている。
例えば、スピンドルハウジング６１０内のスピンドル６１１の後端側には、スピンドル６１１を回転駆動するモータ６１２が連結されている。モータ６１２は、例えば、スピンドル６１１に装着されたローターと、ローターの外周側に配設されたステータコイルとを備え、ステータコイルに電圧が印加されることでローターが回転し、ローターが装着されたスピンドル６１１を回転させる。そして、モータ６１２のステータコイルの外周側には、例えばモータ６１２全体を囲繞するように冷却ジャケット６１３が取り付けられている。冷却ジャケット６１３で、冷却水流入口６１３ａから流入した冷却水が、その内部に形成された流路を通りつつモータ６１２を冷却し、冷却水流出口６１３ｂから流出する。なお、モータ６１２及び冷却ジャケット６１３の構成は本実施形態に限定されるものではない。
加工具６０は、例えば、ダイヤモンド砥粒等をレジンやセラミック等の適宜のバインダーで固定し環状に成型したワッシャー型の切削ブレードであり、図示しないマウントフランジ等によってスピンドル６１１の先端部分に固定されている。なお、加工具６０は、円盤状に形成された金属製の基台と、基台の外周部に固定した切り刃とを備えるハブブレードであってもよい。
一対の加工水ノズル６２は、加工具６０の下部を加工具６０を挟むようにしてＸ軸方向に互いに平行に延びている。一対の加工水ノズル６２の加工具６０の側面下部に対向する位置には、加工水を噴射する噴射口６２０が複数Ｘ軸方向に整列して設けられており、複数の噴射口６２０によってＹ軸方向両側から加工水が加工具６０と被加工物Ｗとの接触部位に向けて噴射されて、該接触部位の冷却及び洗浄が行われる。
加工具６０に対して加工水を供給するノズルは、上記一対の加工水ノズル６２に限定されず、加工具６０のブレード外周方向から加工具６０に向かって加工水を供給する加工水ノズルがさらに配設されていてもよい。
加工具６０に対して加工水を供給するノズルは、上記一対の加工水ノズル６２に限定されず、加工具６０のブレード外周方向から加工具６０に向かって加工水を供給する加工水ノズルがさらに配設されていてもよい。
例えば、外形が円形の保持テーブル３０は、ポーラス部材等からなり被加工物Ｗを吸引保持する保持面３０ａを備えている。保持面３０ａには真空発生装置等の図示しない吸引源が連通し、吸引源が作動し生み出された吸引力が、被加工物Ｗが載置された保持面３０ａに伝達されることで、保持テーブル３０は保持面３０ａ上で被加工物Ｗを吸引保持できる。そして、保持テーブル３０は、その下方に配設された回転手段３４によりＺ軸方向の軸心周りに回転可能となっていると共に、Ｘ軸方向に切削送り可能となっている。
加工装置１は、切削加工時において加工具６０に供給される加工水及び発生する切削屑の装置外部への飛散を防ぐための加工室１２を備えており、保持テーブル３０の全体、及び加工手段６の一部が該加工室１２内に収容された状態になっている。定温水供給装置８は、加工室１２の外部に位置している。なお、加工手段６は、その全体が加工室１２内に収容されていてもよい。
本発明に係る定温水供給装置８は、冷却水を循環させスピンドルユニット６１を温調するユニット温調手段２と、加工具６０に供給する加工水を温調する加工水温調手段４とを備える。
ユニット温調手段２は、例えば、冷却水が貯水される第１のタンク２０と、スピンドルユニット６１に冷却水を送水する第１のポンプ２１と、冷却水を冷却するチラーユニット等の冷却手段２２と、第１のポンプ２１と冷却手段２２とを接続する第１の配管２３と、冷却手段２２とスピンドルユニット６１の冷却ジャケット６１３の冷却水流入口６１３ａとを接続する第２の配管２４と、スピンドルユニット６１の冷却ジャケット６１３の冷却水流出口６１３ｂと第１のポンプ２１とを接続する第３の配管２５と、を備える。
図１に示す工場設備の水源４０には、金属配管や可撓性を有するチューブ等からなる加工水配管４１の一端４１ａが接続されている。加工水配管４１の他端４１ｂ側の開口は、一対の加工水ノズル６２に連通している。例えば、加工水配管４１上には、水源４０から下流側となる一対の加工水ノズル６２に向かって順に、熱交換手段４２、第２のヒータ４３、及び第２の水温計４４が配設されている。
水源４０から加工水配管４１に供給された加工水は、温度調整が行われた後に一対の加工水ノズル６２から噴射され、加工具６０と被加工物Ｗとの接触部位の冷却及び洗浄を行った後、例えば、保持テーブル３０上から流下して図示しないウォータケース及び排水管等を介して加工室１２外部に排水される。
第２の水温計４４は、熱交換手段４２と加工水配管４１の他端４１ｂ側の開口との間で加工水配管４１に流れる加工水、即ち、加工具６０と被加工物Ｗとの接触部位を冷却・洗浄する直前の加工水の水温が所望の設定温度（例えば、２２℃）となっているかを測定する。第２のヒータ４３は、熱交換手段４２を通過した加工水の温度が設定温度未満となっている場合に、加工水を加温して加工水の温度を設定温度まで上昇させる。
例えば、熱交換手段４２は部分的に螺旋状に形成した加工水配管４１と螺旋状の伝熱管４２０とが互いに沿うよう配設され、伝熱管４２０を加工水配管４１に接近又は離間させるアクチュエータ４２３を備える。伝熱管４２０は後述する第４の配管４５及び第５の配管４６に接続されている。
例えば、本実施形態におけるユニット温調手段２においては、第２の配管２４上に、スピンドルユニット６１内を流れる冷却水の流量を所望の流量（例えば、３Ｌ／分）に調整する調整弁（可変絞り弁）２８が配設されている。なお、調整弁２８は、第３の配管２５上に配設されていてもよい。
本実施形態におけるユニット温調手段２では、第２の配管２４と冷却ジャケット６１３の冷却水流入口６１３ａとの間には、第１のヒータ２４ａと、スピンドルユニット６１を冷却する直前の冷却水の温度を測定する第１の水温計２７１ａとが配設されている。また、例えば、第３の配管２５上には、冷却水の温度を測定する第１の水温計２７１ｂが配設されている。第１の水温計２７１ｂは、例えば、第１のタンク２０に戻る直前の冷却水の温度を測定する。なお、本実施形態においては、第２の配管２４と冷却水流入口６１３ａとの間及び第３の配管２５の両方に冷却水の温度を測定する第１の水温計２７１ａ、２７１ｂを配設しているが、どちらか片方のみであってもよい。
加工水温調手段４は、熱交換手段４２と第２の配管２４とを接続する第４の配管４５と、熱交換手段４２と第３の配管２５とを接続し熱交換手段４２で使用され加工水を冷却した冷却水を第３の配管２５に戻す第５の配管４６と、を備えている。
定温水供給装置８は、例えば、ＣＰＵやメモリ等の記憶素子等から構成され定温水供給装置８の各部を統括制御する制御手段８９を備えている。制御手段８９には、加工水温度制御部４７８（アクチュエータ制御部４７８）が組み込まれている。加工水温度制御部４７８は、無線又は有線の第１の通信経路４７９ａを介してアクチュエータ４２３に制御信号を送出可能となっている。
以下に、本発明に係る定温水供給装置８を使用しつつ、図１に示す加工装置１を用いて被加工物Ｗを切削する場合について説明する。
保持テーブル３０に保持されている被加工物Ｗは、例えば、外形が円形板状である半導体ウェーハであり、上側を向いている被加工物Ｗの表面Ｗａは、分割予定ラインによって区画された格子状の領域に複数のデバイスが形成されている。被加工物Ｗの裏面Ｗｂは図示しないダイシングテープが貼着されて保護されている。なお、被加工物Ｗは本実施形態に示す例に限定されるものではない。
保持テーブル３０に保持されている被加工物Ｗは、例えば、外形が円形板状である半導体ウェーハであり、上側を向いている被加工物Ｗの表面Ｗａは、分割予定ラインによって区画された格子状の領域に複数のデバイスが形成されている。被加工物Ｗの裏面Ｗｂは図示しないダイシングテープが貼着されて保護されている。なお、被加工物Ｗは本実施形態に示す例に限定されるものではない。
保持テーブル３０に保持された被加工物Ｗが−Ｘ方向（紙面奥側）に送られるとともに、加工具６０を切り込ませる分割予定ラインの位置が検出される。その後、加工手段６がＹ軸方向に移動し、分割予定ラインと加工具６０とのＹ軸方向における位置合わせがされる。
加工手段６が、例えば被加工物Ｗをフルカットする所定の高さ位置まで降下する。また、モータ６１２がスピンドル６１１を高速回転させ、スピンドル６１１に固定された加工具６０がスピンドル６１１の回転に伴い高速回転する。そして、保持テーブル３０が所定の切削送り速度で−Ｘ方向にさらに送り出されることで、加工具６０が被加工物Ｗに切り込み、分割予定ラインに沿って被加工物Ｗを切削していく。
モータ６１２がスピンドル６１１を回転駆動することで発生する熱をスピンドルユニット６１から除去するために、ユニット温調手段２において冷却水が循環する。即ち、第１のタンク２０から第１のポンプ２１によって冷却水が所定の流量で送水される。冷却水は、冷却手段２２で冷却水の設定温度２０℃（冷却ジャケット６１３に通水させる際の温度）より僅かに低い所定の温度（例えば、１９℃）に冷却される。そして、冷却手段２２で１９℃まで冷却され第２の配管２４を流れ込む冷却水の一部は、水源４０における加工水の温度によっては加工水を冷却する場合がある。また、冷却水の内加工水を冷却せずにスピンドルユニット６１に供給される冷却水は、スピンドルユニット６１に供給される前に、流量が調節され第１のヒータ２４ａで設定温度２０℃まで加温される。
なお、冷却手段２２で冷却させる冷却水の温度を冷却水の設定温度（２０℃）より低い温度（１９℃）にしているのは、加工水の設定温度（２２℃）より高い温度（例えば、２６℃）で水源４０から供給される加工水を、熱交換手段４２で効率よく冷却させるためであり、加工水を冷却水で冷却する必要が無い場合等（例えば、水源４０の加工水が１８℃である場合）においては、冷却手段２２で冷却水を設定温度（２０℃）に冷却しても良い。
なお、冷却手段２２で冷却させる冷却水の温度を冷却水の設定温度（２０℃）より低い温度（１９℃）にしているのは、加工水の設定温度（２２℃）より高い温度（例えば、２６℃）で水源４０から供給される加工水を、熱交換手段４２で効率よく冷却させるためであり、加工水を冷却水で冷却する必要が無い場合等（例えば、水源４０の加工水が１８℃である場合）においては、冷却手段２２で冷却水を設定温度（２０℃）に冷却しても良い。
切削加工中においては、噴射口６２０から加工具６０と被加工物Ｗとの接触部位である加工点に加工水を噴射して冷却・洗浄を行うべく、水源４０から加工水（例えば、温度２６℃となっている場合又は温度１８℃となっている場合があるとする）が加工水配管４１に所定の流量で送出される。
第４の配管４５内へ流れ込んだ温度１９℃の冷却水は、熱交換手段４２の伝熱管４２０を通過し第５の配管４６へと流れ込む。例えば、本実施形態においては、加工水温度制御部４７８によって、熱交換手段４２を通過後第２の水温計４４が測定した加工水の水温が設定温度（例えば、２２℃）になるようにアクチュエータ４２３を制御させ、伝熱管４２０と加工水配管４１との接触面積を可変させ、熱交換率を制御する。即ち、例えば、図２に示すように、水源４０から供給される加工水の温度が設定温度２２℃より高い２６℃のときは、伝熱管４２０と加工水配管４１との接触面積を大きくして熱交換が十分に行われるように加工水温度制御部４７８によりアクチュエータ４２３が操作される。また、図３に示すように、水源４０から供給される加工水の温度が設定温度２２℃より低い１８℃であれば加工水温度制御部４７８によりアクチュエータ４２３が操作され、伝熱管４２０と加工水配管４１とを離間させ熱交換を行わないようにする。
なお、熱交換手段４２を通過した加工水が冷やされすぎて設定温度以下になったら、図１に示す第２のヒータ４３で加工水を上記設定温度まで加温する。例えば、第２の水温計４４は、無線又は有線の第２の通信経路８９２によって制御手段８９に電気的に接続されており、熱交換手段４２を通過した加工水は、第２の水温計４４によりその温度が測定され、設定温度２２℃とのずれがある場合には、第２の水温計４４から測定温度情報が制御手段８９にフィードバックされる。そして、加工水温度制御部４７８により該温度のずれを補正する調整が、アクチュエータ操作に反映されるようにしてもよい。
図１に示す第２の水温計４４によって一対の加工水ノズル６２へ供給される直前の冷却後の加工水の温度が測定されつつ、加工水が一対の加工水ノズル６２の噴射口６２０から加工具６０と被加工物Ｗとの加工点（接触部位）に噴射され、加工点の冷却・洗浄を行う。
伝熱管４２０を通過した冷却水は、第５の配管４６及び第３の配管２５を通過して、後述するスピンドルユニット６１を冷却した冷却水と共に第１のタンク２０に戻される。
一方、スピンドルユニット６１に向かって第２の配管２４を流れる温度１９℃の冷却水は、調整弁２８に至る。調整弁２８は、スピンドルユニット６１内を流れる冷却水の流量を定めるボトルネックとして働き、スピンドルユニット６１内を流れる冷却水の流量が所望の流量（例えば、流量３Ｌ／分）に調整される。そして、第１のヒータ２４ａによる加温を経て第１の水温計２７１ａによってスピンドルユニット６１冷却前の温度が最終的に測定されつつ、設定温度２０℃の冷却水が流量３Ｌ／分で冷却ジャケット６１３を通過して、スピンドルユニット６１が冷却ジャケット６１３により冷却される。冷却ジャケット６１３を通過した後の冷却水は、モータ６１２の熱を吸収して温まっており、第３の配管２５を通じて第１のタンク２０に戻される。
例えば、熱交換手段４２を通過した冷却水とスピンドルユニット６１を冷却した冷却水とは、混ざった後に第１の水温計２７１ｂによりその温度が計測される。そして、第１のタンク２０に戻された後に、第１のポンプ２１によって冷却手段２２側に送出され、冷却手段２２で例えば１９℃に冷却されることで、再び加工水冷却用及びスピンドルユニット６１の冷却用の冷却水として再利用されている。第１の水温計２７１ｂにより測定された温度についての情報は、例えば、ユニット温調手段２を冷却水が循環し始め、加工水を冷却し温められた冷却水とスピンドルユニット６１を冷却し温められた冷却水とを、冷却手段２２が再び１９℃まで冷却させる際の冷却手段２２の出力調整等に用いられる。
上記のように、本発明に係る定温水供給装置８は、ユニット温調手段２のみが冷却手段２２を備える構成となっている。そして、該冷却手段２２で冷却された冷却水によって熱交換手段４２を介して加工水を冷却することができるため、従来のような加工水温調手段にも加工水を冷却する冷却手段を備える定温水供給装置に比べて、装置構成を小型化することが可能となる。
図４に示す定温水供給装置８Ａは、図１に示す定温水供給装置８の構成の一部を変更したものである。定温水供給装置８Ａにおいて、例えば、熱交換手段４２はシェル（筒）を備え、該シェルの中には加工水配管４１と複数又は単数の伝熱管４２０とが互いに沿うように入っており、伝熱管４２０は後述する第４の配管４５及び第５の配管４６に接続されている。
また、例えば、本実施形態におけるユニット温調手段２Ａにおいては、第２の配管２４上にＴ字管等の接続部２４１が配設されており、該接続部２４１に接続されたバイパス配管２９によって第２の配管２４と第３の配管２５とは接続されている。そして、第２の配管２４の接続部２４１と冷却ジャケット６１３の冷却水流入口６１３ａとの間には、先に説明した調整弁２８が配設されている。なお、調整弁２８は、第３の配管２５上に配設されていてもよい。
本実施形態における加工水温調手段４Ａは、バイパス配管２９を流れる冷却水の流量と第４の配管４５を流れる冷却水の流量との合算流量は一定で第４の配管４５を流れる冷却水の流量を可変させ加工水を所望の温度に温調する調整手段４７を備えている。また、例えば、加工水配管４１上の水源４０よりも下流側に第２のタンク４８及び第２のポンプ４９を備えている。第２のタンク４８には水源４０から供給された加工水が貯留されており、第２のタンク４８内の加工水は、第２のポンプ４９によって第２のタンク４８から一対の加工水ノズル６２に向けて送水されている。なお、水源４０から供給される加工水の水量が、加工装置１が使用する加工水の水量より常に多く確保されている場合（即ち、水源４０からの水圧が加工水配管４１側に常時かかっており、弁を開けば、ポンプが生み出す圧力により加工水配管４１に加工水を送出しなくても、加工水配管４１に加工水が自動的に流れ込む場合）は、第２のタンク４８および第２のポンプ４９を備えなくても良い。
調整手段４７は、第４の配管４５に配設する第１のバルブ４７１と、バイパス配管２９に配設する第２のバルブ４７２と、第１のバルブ４７１と第２のバルブ４７２とを制御するバルブ制御部４７９とを備えている。第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２は、例えば、比例電磁制御弁であるが、これに限定されるものではない。
制御手段８９に上記バルブ制御部４７９は組み込まれている。バルブ制御部４７９は、無線又は有線の第１の通信経路４７９ａを介して第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２に制御信号を送出可能となっており、第４の配管４５とバイパス配管２９とを流れる冷却水の合算流量は一定で第１のバルブ４７１を開いたときの第２のバルブ４７２の開閉と第２のバルブ４７２を開いたときの第１のバルブ４７１の開閉とを制御する。即ち、バルブ制御部４７９は、第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２への制御信号を変化させることで、第４の配管４５を流れる冷却水の流量及びバイパス配管２９を流れる冷却水の流量を、それぞれ０％〜１００％の範囲で連続的に制御する。
なお、バルブ制御部４７９による第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２の制御は、第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２を全閉させて流体を止める、又は全開させて流体を流すＯＮ／ＯＦＦ制御であってもよい。
なお、バルブ制御部４７９による第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２の制御は、第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２を全閉させて流体を止める、又は全開させて流体を流すＯＮ／ＯＦＦ制御であってもよい。
調整手段４７は、バルブ制御部４７９による制御の下で開閉する第２のバルブ４７２に代えて、バイパス配管２９内の圧力が流れ込んだ冷却水によって所定の圧力以上になったら自動的に開く図５に示すリリーフ弁４７６を備えてもよい。
以下に、加工装置１が被加工物Ｗを切削している際における図４に示す定温水供給装置８Ａの動作について説明する。
モータ６１２がスピンドル６１１を回転駆動することで発生する熱をスピンドルユニット６１から除去するために、ユニット温調手段２Ａにおいて冷却水が循環する。即ち、第１のタンク２０から第１のポンプ２１によって冷却水が所定の流量ＶＬ／分で送水される。冷却水は、冷却手段２２で冷却水の設定温度２０℃より僅かに低い所定の温度（例えば、１９℃）に冷却される。そして、冷却手段２２で１９℃まで冷却され第２の配管２４を流れ込む冷却水の一部は、後述する加工水を冷却する。また、冷却水の内加工水を冷却せずにスピンドルユニット６１に供給される冷却水は、スピンドルユニット６１に供給される前に、第１のヒータ２４ａで設定温度２０℃まで加温される。
モータ６１２がスピンドル６１１を回転駆動することで発生する熱をスピンドルユニット６１から除去するために、ユニット温調手段２Ａにおいて冷却水が循環する。即ち、第１のタンク２０から第１のポンプ２１によって冷却水が所定の流量ＶＬ／分で送水される。冷却水は、冷却手段２２で冷却水の設定温度２０℃より僅かに低い所定の温度（例えば、１９℃）に冷却される。そして、冷却手段２２で１９℃まで冷却され第２の配管２４を流れ込む冷却水の一部は、後述する加工水を冷却する。また、冷却水の内加工水を冷却せずにスピンドルユニット６１に供給される冷却水は、スピンドルユニット６１に供給される前に、第１のヒータ２４ａで設定温度２０℃まで加温される。
切削加工中においては、噴射口６２０から加工具６０と被加工物Ｗとの接触部位である加工点に加工水を噴射して冷却・洗浄を行うべく、第２のタンク４８から第２のポンプ４９によって例えば温度２６℃の加工水が加工水配管４１に所定の流量で送出される。
加工水配管４１上の第２のポンプ４９の下流側では、温度２６℃の加工水が設定温度（例えば、２２℃）になるように熱交換手段４２において冷却水で冷却される。即ち、調整手段４７のバルブ制御部４７９から第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２に制御信号が送出され、第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２の開度が調節される。第１のバルブ４７１が開かれて、第４の配管４５を流れる冷却水の流量がＶ１Ｌ／分となり、バイパス配管２９を流れる冷却水の流量がＶ２Ｌ／分（本実施形態においては、第２のバルブ４７２が完全に閉じられ０Ｌ／分とする）となる。
第４の配管４５を流れる冷却水の流量Ｖ１Ｌ／分は、熱交換手段４２を流れる加工水の流量、その温度（本実施形態においては２６℃）、及び加工水の設定温度（例えば、２２℃）、並びにスピンドルユニット６１内に流したい冷却水の流量（第２の配管２４の接続部２４１よりも下流側における流量であり、少なくとも３Ｌ／分以上の流量）等を考慮して定められる。例えば、熱交換手段４２を流れる加工水の流量がより小さく、また、その温度が例えば２４℃と設定温度２２℃より高いが本実施形態（２６℃）より低い場合には、バイパス配管２９を流れる冷却水の流量Ｖ２Ｌ／分をより大きくし、相対的に第４の配管４５を流れる冷却水の流量Ｖ１Ｌを小さくする。
バイパス配管２９を流れる冷却水の流量Ｖ２Ｌ／分と第４の配管４５を流れる冷却水の流量Ｖ１Ｌ／分との合算流量（第１のポンプ２１の送出流量ＶＬ／分からスピンドルユニット６１内に流したい冷却水の流量を引いた残りの流量）は一定である。
バイパス配管２９を流れる冷却水の流量Ｖ２Ｌ／分と第４の配管４５を流れる冷却水の流量Ｖ１Ｌ／分との合算流量（第１のポンプ２１の送出流量ＶＬ／分からスピンドルユニット６１内に流したい冷却水の流量を引いた残りの流量）は一定である。
第４の配管４５を流量Ｖ１Ｌ／分で流れる温度１９℃の冷却水は、熱交換手段４２の伝熱管４２０を通過し第５の配管４６へと流れ込む。並行して温度２６℃の加工水が熱交換手段４２を通過することで、加工水と冷却水との間で熱交換が行われて、加工水が所定の温度（例えば、設定温度である２２℃または設定温度以下である２１℃）まで冷却され、逆に冷却水は温められる。
なお、熱交換手段４２を通過した加工水が冷やされすぎて設定温度以下になったら、第２のヒータ４３で加工水を上記設定温度まで加温する。
なお、熱交換手段４２を通過した加工水が冷やされすぎて設定温度以下になったら、第２のヒータ４３で加工水を上記設定温度まで加温する。
第２の水温計４４によって一対の加工水ノズル６２へ供給される直前の冷却後の加工水の温度が測定されつつ、加工水が一対の加工水ノズル６２の噴射口６２０から加工具６０と被加工物Ｗとの加工点（接触部位）に噴射され、加工点の冷却・洗浄を行う。
熱交換手段４２を通過した加工水は、第２の水温計４４によりその温度が測定され、設定温度２２℃とのずれがある場合には、第２の水温計４４から測定温度情報が制御手段８９にフィードバックされる。そして、バルブ制御部４７９により該温度のずれを補正する調整が、第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２の開度調整をもってなされるようにしてもよい。
熱交換手段４２を通過した加工水は、第２の水温計４４によりその温度が測定され、設定温度２２℃とのずれがある場合には、第２の水温計４４から測定温度情報が制御手段８９にフィードバックされる。そして、バルブ制御部４７９により該温度のずれを補正する調整が、第１のバルブ４７１及び第２のバルブ４７２の開度調整をもってなされるようにしてもよい。
加工水を冷却した冷却水は、第５の配管４６及び第３の配管２５を通過して、後述するスピンドルユニット６１を冷却した冷却水と共に第１のタンク２０に戻される。
一方、スピンドルユニット６１に向かって第２の配管２４を流れる温度１９℃の冷却水は、流量（例えば、流量３Ｌ／分）に調整される。そして、第１のヒータ２４ａによる加温を経て第１の水温計２７１ａによってスピンドルユニット６１冷却前の温度が最終的に測定されつつ、設定温度２０℃の冷却水が流量３Ｌ／分で冷却ジャケット６１３を通過して、スピンドルユニット６１が冷却ジャケット６１３により冷却される。冷却ジャケット６１３を通過した後の冷却水は、モータ６１２の熱を吸収して温まっており、第３の配管２５を通じて第１のタンク２０に戻される。
例えば、加工水を冷却した冷却水とスピンドルユニット６１を冷却した冷却水とは、混ざった後に第１の水温計２７１ｂによりその温度が計測される。そして、第１のタンク２０に戻された後に、第１のポンプ２１によって冷却手段２２側に送出され、冷却手段２２で例えば１９℃に冷却されることで、再び加工水冷却用及びスピンドルユニット６１の冷却用の冷却水として再利用されている。
例えば、加工水を冷却した冷却水とスピンドルユニット６１を冷却した冷却水とは、混ざった後に第１の水温計２７１ｂによりその温度が計測される。そして、第１のタンク２０に戻された後に、第１のポンプ２１によって冷却手段２２側に送出され、冷却手段２２で例えば１９℃に冷却されることで、再び加工水冷却用及びスピンドルユニット６１の冷却用の冷却水として再利用されている。
上記のように、本発明に係る定温水供給装置８Ａは、ユニット温調手段２Ａのみが冷却手段２２を備える構成となっている。そして、該冷却手段２２で冷却された冷却水によって熱交換手段４２を介して加工水を冷却することができるため、従来のような加工水温調手段にも加工水を冷却する冷却手段を備える定温水供給装置に比べて、装置構成を小型化することが可能となる。
例えば、図５に示すように、工場設備の水源４０から供給される加工水の温度が、加工具６０と被加工物Ｗとの加工点に噴射する際の設定温度（例えば、２２℃）以下となっている場合（例えば、１８℃となっている場合）には、加工水は冷却水で冷却する必要が無い。この場合における定温水供給装置８Ａの動作は以下の通りとなる。
本実施形態においては、例えば、図４に示す調整手段４７の第２のバルブ４７２に代えて図５に示すリリーフ弁４７６がバイパス配管２９に配設されている。なお、リリーフ弁４７６ではなく第２のバルブ４７２が配設されていてもよい。
スピンドルユニット６１から熱を除去するために、第１のタンク２０から第１のポンプ２１によって冷却水が所定の流量ＶＬ／分でされる。冷却水は、冷却手段２２で所定の温度（例えば、１９℃）に冷却される。
切削加工中において加工点の冷却・洗浄を行うべく、第２のタンク４８から第２のポンプ４９によって温度１８℃の加工水が加工水配管４１に所定の流量で送出される。
切削加工中において加工点の冷却・洗浄を行うべく、第２のタンク４８から第２のポンプ４９によって温度１８℃の加工水が加工水配管４１に所定の流量で送出される。
調整手段４７のバルブ制御部４７９から第１のバルブ４７１に制御信号が送出され、第１のバルブ４７１が完全に閉じられて第４の配管４５を流れる冷却水の流量が０Ｌ／分となる。したがって、温度１９℃の冷却水は、その一部が第２の配管２４の調整弁２８を通過しスピンドルユニット６１に向かって流れていき、図１に示す場合と同様にスピンドルユニット６１を冷却した後、第１のタンク２０に戻されて再利用される。
また、第４の配管４５を流れる分の冷却水がバイパス配管２９に流れ込む。バイパス配管２９内を第１のタンク２０側に向かって流れる該冷却水により管内部の圧力が所定圧力以上になることで、リリーフ弁４７６のボール弁体４７６ｂが弁座面４７６ａから離れて開弁された状態になり、バイパス配管２９内を冷却水が通過していく。そして、スピンドルユニット６１を冷却した冷却水と共に第１のタンク２０に戻されて、スピンドルユニット６１の冷却用の冷却水として再利用されている。
また、第４の配管４５を流れる分の冷却水がバイパス配管２９に流れ込む。バイパス配管２９内を第１のタンク２０側に向かって流れる該冷却水により管内部の圧力が所定圧力以上になることで、リリーフ弁４７６のボール弁体４７６ｂが弁座面４７６ａから離れて開弁された状態になり、バイパス配管２９内を冷却水が通過していく。そして、スピンドルユニット６１を冷却した冷却水と共に第１のタンク２０に戻されて、スピンドルユニット６１の冷却用の冷却水として再利用されている。
熱交換手段４２を通過した水温１８℃の加工水は、制御手段８９による制御の下で第２のヒータ４３によって加工水の設定温度である２２℃になるまで加温される。第２のヒータ４３通過後の加工水は、第２の水温計４４により温度測定がされ、設定温度２２℃とのずれがある場合には、第２の水温計４４から測定温度情報が制御手段８９にフィードバックされ、制御手段８９により該温度のずれを補正する出力調整が第２のヒータ４３に行われる。そして、設定温度２２℃の加工水が、一対の加工水ノズル６２の噴射口６２０から加工具６０と被加工物Ｗとの加工点に噴射され、加工点の冷却・洗浄を行う。
上記のように、ユニット温調手段２Ａは、第２の配管２４と第３の配管２５とを接続するバイパス配管２９と、第２の配管２４にバイパス配管２９を接続する接続部２４１と冷却水流入口６１３ａとの間の第２の配管２４に配設されスピンドルユニット６１内を流れる冷却水の流量を所望の流量に調整する調整弁２８と、第２の配管２４の接続部２４１と冷却水流入口６１３ａとの間及び第３の配管２５に配設され冷却水の温度を測定する第１の水温計２７１ａ、２７１ｂと、を含み、加工水温調手段４Ａは、熱交換手段４２と加工水配管４１の開口との間で加工水配管４１に流れる加工水の水温を測定する第２の水温計４４と、バイパス配管２９を流れる冷却水の流量と第４の配管４５を流れる冷却水の流量との合算流量は一定で第４の配管４５を流れる冷却水の流量を可変させ加工水を所望の温度に温調する調整手段４７と、を備えている。そして、図４を用いて説明した場合のように、工場設備の水源４０から供給される加工水が設定温度を超えており、熱交換手段４２を介した冷却水による加工水の冷却を行う必要がある場合には、調整手段４７によって、第４の配管４５に冷却水を流して、熱交換手段４２を通過する冷却水により加工水を所望の温度に温調することができる。
一方、図５に示すように、工場設備の水源４０から供給される加工水が設定温度以下に既になっており、熱交換手段４２を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合においては、調整手段４７によって、冷却水を第４の配管４５を通過させずバイパス配管２９に冷却水が流れるようにすることで、加工水を所望の温度に温調することができる。
一方、図５に示すように、工場設備の水源４０から供給される加工水が設定温度以下に既になっており、熱交換手段４２を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合においては、調整手段４７によって、冷却水を第４の配管４５を通過させずバイパス配管２９に冷却水が流れるようにすることで、加工水を所望の温度に温調することができる。
図４に示すように、調整手段４７は、第４の配管４５に配設する第１のバルブ４７１と、バイパス配管２９に配設する第２のバルブ４７２と、第４の配管４５とバイパス配管２９とを流れる冷却水の合算流量は一定で第１のバルブ４７１を開いたときの第２のバルブ４７２と第２のバルブ４７２を開いたときの第１のバルブ４７１とを制御するバルブ制御部４７９とを備えることで、例えば熱交換手段４２を介した冷却水による加工水の冷却を行う必要がある場合に、第４の配管４５に冷却水を流して、加工水を所望の温度に温調することができる。
調整手段４７は、図５に示すように、図４に示す第２のバルブ４７２に代えてバイパス配管２９内の圧力が所定の圧力以上になったら開くリリーフ弁４７６を備えることで、例えば図５に示す場合のように、例えば熱交換手段４２を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合に、第４の配管４５に冷却水を流さないようにして、加工水を所望の温度に温調することができる。
なお、本発明に係る定温水供給装置８、８Ａは上記実施形態に限定されるものではなく、また、添付図面に図示されている定温水供給装置８、８Ａ及び加工装置１の各構成についても、これに限定されず、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。
１：加工装置 １２：加工室
６：加工手段 ６０：加工具 ６１：スピンドルユニット ６１１：スピンドル
６１２：モータ ６１３：冷却ジャケット ６１３ａ：冷却水流入口 ６１３ｂ：冷却水流出口
６２：一対の加工水ノズル ６２０：噴射口
３０：保持テーブル ３０ａ：保持面 ３４：回転手段
８：定温水供給装置
２：ユニット温調手段 ２０：第１のタンク ２１：第１のポンプ ２２：冷却手段
２３：第１の配管 ２４：第２の配管 ２４ａ：第１のヒータ ２５：第３の配管 ２７１ａ、２７１ｂ：第１の水温計 ２８：調整弁
４：加工水温調手段 ４０：水源 ４１：加工水配管 ４２：熱交換手段 ４２０：伝熱管 ４２３：アクチュエータ
４３：第２のヒータ ４４：第２の水温計 ４５：第４の配管 ４６：第５の配管
４７９ａ：第１の通信経路
８９：制御手段 ４７８：加工水温度制御部 ４７９ａ：第１の通信経路 ８９２：第２の通信経路
８Ａ：定温水供給装置 ４Ａ：加工水温調手段
２Ａ：ユニット温調手段 ２９：バイパス配管
４７：調整手段 ４７１：第１のバルブ ４７２：第２のバルブ ４７９：バルブ制御部
４７９ａ：第１の通信経路 ４７６：リリーフ弁
４８：第２のタンク ４９：第２のポンプ
６：加工手段 ６０：加工具 ６１：スピンドルユニット ６１１：スピンドル
６１２：モータ ６１３：冷却ジャケット ６１３ａ：冷却水流入口 ６１３ｂ：冷却水流出口
６２：一対の加工水ノズル ６２０：噴射口
３０：保持テーブル ３０ａ：保持面 ３４：回転手段
８：定温水供給装置
２：ユニット温調手段 ２０：第１のタンク ２１：第１のポンプ ２２：冷却手段
２３：第１の配管 ２４：第２の配管 ２４ａ：第１のヒータ ２５：第３の配管 ２７１ａ、２７１ｂ：第１の水温計 ２８：調整弁
４：加工水温調手段 ４０：水源 ４１：加工水配管 ４２：熱交換手段 ４２０：伝熱管 ４２３：アクチュエータ
４３：第２のヒータ ４４：第２の水温計 ４５：第４の配管 ４６：第５の配管
４７９ａ：第１の通信経路
８９：制御手段 ４７８：加工水温度制御部 ４７９ａ：第１の通信経路 ８９２：第２の通信経路
８Ａ：定温水供給装置 ４Ａ：加工水温調手段
２Ａ：ユニット温調手段 ２９：バイパス配管
４７：調整手段 ４７１：第１のバルブ ４７２：第２のバルブ ４７９：バルブ制御部
４７９ａ：第１の通信経路 ４７６：リリーフ弁
４８：第２のタンク ４９：第２のポンプ
Claims (4)
- 加工具を装着したスピンドルを高速回転させるモータを有するスピンドルユニットと、被加工物を保持する保持テーブルと、を備える加工装置において、冷却水を循環させ該スピンドルユニットを温調するユニット温調手段と、該加工具に供給する加工水を温調する加工水温調手段とを備える定温水供給装置であって、
該ユニット温調手段は、該スピンドルユニットに該冷却水を送水するポンプと、該冷却水を冷却する冷却手段と、該ポンプと該冷却手段とを接続する第１の配管と、該冷却手段と該スピンドルユニットの冷却水流入口とを接続する第２の配管と、該スピンドルユニットの冷却水流出口と該ポンプとを接続する第３の配管と、を備え、
該加工水温調手段は、一端を水源に接続し他端側の開口から該加工具に該加工水を供給する加工水配管と、該加工水配管に配設した熱交換手段と、該熱交換手段と該第２の配管とを接続する第４の配管と、該熱交換手段と該第３の配管とを接続し該熱交換手段で使用された該冷却水を該第３の配管に戻す第５の配管と、を備え、
該冷却手段で冷却された該冷却水によって該加工水を冷却する定温水供給装置。 - 前記ユニット温調手段は、前記第２の配管と前記第３の配管とを接続するバイパス配管と、該第２の配管に該バイパス配管を接続する接続部と前記冷却水流入口との間の該第２の配管又は該第３の配管に配設され前記スピンドルユニット内を流れる該冷却水の流量を所望の流量に調整する調整弁と、該第２の配管の該接続部と該冷却水流入口との間又は該第３の配管に配設され該冷却水の温度を測定する第１の水温計と、を含み、
前記加工水温調手段は、前記熱交換手段と前記加工水配管の開口との間で該加工水配管に流れる該加工水の水温を測定する第２の水温計と、該バイパス配管を流れる該冷却水の流量と前記第４の配管を流れる該冷却水の流量との合算流量は一定で該第４の配管を流れる該冷却水の流量を可変させ該加工水を所望の温度に温調する調整手段と、を備える請求項１記載の定温水供給装置。 - 前記調整手段は、前記第４の配管に配設する第１のバルブと、前記バイパス配管に配設する第２のバルブと、該第４の配管と該バイパス配管とを流れる前記冷却水の合算流量は一定で該第１のバルブを開いたときの該第２のバルブと該第２のバルブを開いたときの該第１のバルブとを制御するバルブ制御部とを備え、該第４の配管を流れる該冷却水の流量を可変させ前記加工水を所望の温度に温調する請求項２記載の定温水供給装置。
- 請求項３記載の前記調整手段の前記第２のバルブに代えて前記バイパス配管内の圧力が所定の圧力以上になったら開くリリーフ弁を備え、前記第４の配管を流れる前記冷却水の流量を可変させ前記加工水を所望の温度に温調する請求項３記載の定温水供給装置。
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