JP2020097089A

JP2020097089A - 研削装置

Info

Publication number: JP2020097089A
Application number: JP2018237130A
Authority: JP
Inventors: 聡山中; Satoshi Yamanaka
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: KR20200076590A; TW202023753A; CN111331515A

Abstract

【課題】研削砥石の残量を正確に管理すること。【解決手段】研削装置１に備える研削手段３を研削送り手段４によって降下させて、研削砥石３４０の下面３４０ａが検知され、このときの研削手段３の高さ位置を測定して、測定結果を記憶手段８０に記憶させる。同様に、検知器５によって基台３４１の下面３４１ａが検知されたときの研削手段３の高さ位置を測定して、測定結果を記憶手段８０に記憶させる。両方の高さ位置が記憶手段８０に記憶されると、残量認識手段８１によってそれらの差が研削砥石３４０の残量Ｒとして算出され、研削砥石３４０の残量Ｒを認識することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、被加工物を研削する研削装置に関する。

研削装置による研削加工は、保持手段の保持面で保持された被加工物の上面に、研削手段に備える研削ホイールの基台の下端に環状に固着された研削砥石を回転させながら当接させて行われる。研削加工においては、まず、研削砥石の下面と被加工物の上面とが当接する研削手段の高さ位置まで研削手段を被加工物に向けて高速で下降させ、次いで、研削手段の下降速度を被加工物の研削に適した速度に変えて、再び研削手段を降下させて被加工物を研削することで、加工時間の短縮が図られる。

上記の研削加工の実施のためには、研削砥石の下面と被加工物の上面とが当接するときの研削手段の高さ位置があらかじめ研削装置に認識されている必要がある。そのため、研削加工の実施前に、保持手段の保持面と研削砥石の下面とが当接する研削手段の高さ位置である原点位置を研削装置に記憶させるセットアップ作業が行われ、セットアップにより研削装置に記憶された原点位置から被加工物の厚みの分だけ上昇させた研削手段の高さ位置が、研削砥石の下面と被加工物の上面とが当接する研削手段の高さ位置として認識される。研削砥石が研削加工によって一定の量だけ摩耗すると研削ホイールは交換されることになるが、かかる研削砥石の残量について、従来、研削ホイールの交換直後にノギス等によって測定された交換直後の研削砥石の残量から、研削加工によって摩耗した研削砥石の摩耗量を差し引くことで現在の研削砥石の残量を算出し、算出された現在の研削砥石の残量が既定の値を下回ったときに研削ホイールの交換を行っていた。

特開２０１８−０５８１６０号広報特開２０１３−１５８８７２号公報

研削ホイールの交換直後にオペレータ等がノギス等を用いて測定した研削砥石の残量と、研削砥石の実際の残量との間には誤差が生じ得る。従って、研削ホイールの基台で被加工物を研削するのを防ぐべく、上記の誤差を加味して研削砥石の残量が限界になる前に研削ホイールの交換を行う必要があり、実際に、まだ基台の下方に研削砥石が残っているにも関わらず研削ホイールの交換を行っている。すなわち、研削砥石の残量測定に抱える誤差要因を理由として研削砥石がなくなる限界まで研削砥石を使用することができないという問題がある。本発明が解決しようとする課題は、研削砥石の残量をより正確に管理することにある。

本発明は、被加工物を保持面で保持し回転可能な保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を研削する研削砥石が基台に環状に配列された研削ホイールを備える研削手段と、該研削手段を該保持面に垂直な方向に移動させる研削送り手段と、を備える研削装置であって、該研削送り手段で該研削手段を下降させた際に該研削砥石の下面及び該基台の下面を検知する検知器と、該検知器と該研削手段とを相対的に水平方向に移動させる水平移動手段と、該研削砥石の下面を該検知器が検知したときの該研削手段の高さと該基台の下面を該検知器が検知したときの該研削手段の高さとの差を研削砥石の残量として認識する該残量認識手段と、を備える研削装置である。

本発明では、基台の下面と研削砥石の下面とが検知器によって検知されたときの両者の研削手段の高さ位置の差を研削砥石の残量として算出するため、ノギス等による測定が不要となり、研削砥石の正確な残量を認識することができる。また、ある程度使用した研削砥石の実際の残量と、算出されて認識された研削砥石の残量とに違いがないか確認することができる。

研削装置全体を表す斜視図である。研削砥石の下面を検知するときの研削装置を表す断面図であり、（ａ）は検知器を研削砥石の下方に位置付けた状態を表し、（ｂ）は研削砥石の下面と検知器のテーブルの接触面とを接触させた状態を表している。基台の下面を検知するときの研削装置を表す断面図であり、（ａ）は検知器を基台の下方に位置付けた状態を表し、（ｂ）は基台の下面と検知器のテーブルの接触面とを接触させた状態を表している。研削砥石の下面及び基台の高さ位置が検知されたときの研削手段の高さ位置を比較した断面図であり、（ａ）は研削砥石の下面が検知された状態を表し、（ｂ）は基台の下面が検知された状態を表している。検知器の他の例を表す断面図であり、（ａ）はＡＥセンサを用いた例を表し、（ｂ）はバネによりテーブルを上方に付勢した例を表している。

１研削装置の構成
図１に示す研削装置１は、保持手段２０によって保持された被加工物Ｗを研削手段３によって研削する研削装置である。研削装置１のベース１０の上には、保持手段２０と、保持手段２０を囲繞するカバー２２と、カバー２２に接続された蛇腹カバー２３とが配設されている。保持手段２０は、多孔質部材によって形成された吸引部２００と、吸引部２００を支持する枠体２０１とを備えている。保持手段２０の下方には吸引手段２７が接続されており、吸引手段２７によって生み出される吸引力によって、保持面２００ａに載置された被加工物Ｗを下方から吸引保持することができる。また、保持手段２０は、有底筒状のケーシング２４によって支持されており、ケーシング２４の内部に配設された回転手段２５によって回転軸２６のまわりに回転可能となっている。

研削装置１のベース１０の内部に配設された内部ベース１００の上には、水平移動手段６が備えられている。水平移動手段６は、Ｙ軸方向の回転軸６５を有するボールネジ６０と、ボールネジ６０に平行に配設された一対のガイドレール６１と、ボールネジ６０に連結されボールネジ４０を回転軸６５のまわりに回動させるモータ６２と、内部のナットがボールネジ６０に螺合し底部がガイドレール６１に摺接する可動板６３とを備えている。モータ６２がボールネジ６０を回転軸６５のまわりに回転させると、可動板６３がガイドレール６１に案内されて水平方向（Ｙ軸方向）に相対的に移動させられ、これに伴い、可動板６３にケーシング２４を介して支持された保持手段２０が、カバー２２とともにＹ軸方向に往復移動させられる構成となっている。また、カバー２２がＹ軸方向に移動すると、蛇腹カバー２３が伸縮する。

研削装置１のベース１０の上の後方側（＋Ｙ方向側）にはコラム１１が立設されており、コラム１１の−Ｙ軸側の側面には研削手段３及び研削手段３をＺ軸方向に昇降移動させる研削送り手段４が配設されている。研削手段３は、Ｚ軸方向の軸心を有する回転軸３０と、回転軸３０を回転可能に支持するハウジング３１と、回転軸３０を回転駆動するモータ３２と、回転軸３０の下端に接続された円環状のマウント３３と、マウント３３の下面に着脱可能に連結された研削ホイール３４とを備える。研削ホイール３４は、基台３４１と、基台３４１の下面３４１ａに環状に配列された略直方体形状の複数の研削砥石３４０とを備える。研削砥石３４０は、例えば、レジンボンドやメタルボンド等で固着されたダイヤモンド砥粒等によって形成されており、その下面３４０ａが、被加工物Ｗを研削する研削面となっている。

研削送り手段４は、Ｚ軸方向の回転軸４５を有するボールネジ４０と、ボールネジ４０に平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールネジ４０の上端に連結されボールネジ４０を回動させるモータ４２と、内部のナットがボールネジ４０に螺合し側部がガイドレール４１に摺接する昇降板４３と、昇降板４３に連結され研削手段３を保持するホルダ４４とを備えており、モータ４２がボールネジ４０を回動させると、これに伴い昇降板４３がガイドレール４１に案内されてＺ軸方向に昇降移動し、ホルダ４４に保持された研削手段３が保持面２００ａに対して垂直なＺ軸方向に研削送りされる構成となっている。

上記のカバー２２の上でかつ、保持手段２０の側方には、研削砥石３４０の下面３４０ａ及び基台３４１の下面３４１ａのそれぞれに接触させて研削砥石３４０の下面３４０ａ及び基台３４１の下面３４１ａを検知するための検知器５が配設されており、カバー２２が上記の水平移動手段６によって駆動されて移動するのに伴って、検知器５と研削手段３とが相対的に水平方向（Ｙ軸方向）に移動する。検知器５は、シリンダ５１と、下部がシリンダ５１に収容され上部がシリンダ５１から上方に突出したテーブル５０と、シリンダ５１の内部に配設されたセンサ５２とを備えている。テーブル５０は、研削手段３が下降した際に研削砥石３４０及び基台３４１と接触しうるように、カバー２２の上に配設されている。図２〜図４に示すセンサ５２は、例えば、透過型の光電センサであり、発光部５２ａと受光部５２ｂとを備えている。研削装置１の運転時、発光部５２ａから放たれ続ける光が、検出ライン５２ｃに沿って直進し、受光部５２ｂに受光されている。センサ５２には信号発信部５６が接続されており、信号発信部５６は、受光部５２ｂにおける受光の遮断が検出されると、その旨を、保持手段２０、研削手段３、研削送り手段４、水平移動手段６等の動作を制御する制御手段８に通知する。

検知器５のシリンダ５１は、リリーフバルブ５３及びバルブ５４を介してエア源５５に接続されている。テーブル５０は、エア源５５により生み出される空気が送り込まれて加圧されたシリンダ５１によって＋Ｚ方向に付勢されており、上方から押圧力が加えられない状態では上限位置に位置している。上方からテーブル５０が押し込まれると、シリンダ５１内の空気が加圧され、所定の圧力以上になるとリリーフバルブ５３が適宜開放され、エア源５５からシリンダ５１の内部に供給される空気が図示しないシリンダ５１の外部の空間に排気されて、シリンダ５１の内部にかかる圧力が一定に保たれるという構成になっている。

昇降板４３には、研削手段３のＺ軸方向の高さ位置を測定する高さ測定部９０が備えられており、また、ガイドレール４１には、高さ測定部９０によって読み取られるスケール９１が備えられている。制御手段８が検知信号を受信すると、研削送り手段４による駆動によって降下していた研削手段３が停止し、スケール９１に位置付けられた高さ測定部９０の高さ位置が研削手段３の高さ位置として読み取られる。なお、モータ４２にエンコーダ９２を備え、エンコーダ９２の出力によって研削手段３の高さ位置が測定されるという構成でもよい。

研削装置１に備える制御手段８には、記憶手段８０と残量認識手段８１とが備えられている。記憶手段８０は、高さ測定部９０によって読み取られたスケール９１の値を記憶する。また、残量認識手段８１は、記憶手段８０に記憶された値に基づき、研削砥石３４１の残量を算出する。

２研削装置の動作
図１に示した研削装置１においては、保持手段２０の保持面２００に被加工物Ｗが載置され、吸引手段２７による吸引によって保持面２００において被加工物Ｗが吸引保持される。そして、水平移動手段６が保持手段２０を＋Ｙ方向に移動させ、被加工物Ｗが研削手段３の下方に位置させる。

次に、回転手段２５が保持手段２０を回転させるとともに、モータ３２が研削ホイール３４を回転させ、さらに研削送り手段４が研削手段３を下降させていき、回転する研削砥石３４０の下面３４０ａを被加工物Ｗの上面Ｗａに接触させ、当該上面Ｗａを研削する。そして、被加工物Ｗが所定の厚さに形成されると、研削送り手段４が研削手段３を上昇させ、研削を終了する。

このような研削により、研削砥石３４０の下面３４０ａは磨耗していくため、基台３４１の下面３４１ａからの研削砥石３４０の突出量（残量）が小さくなりすぎる前に、研削ホイール３４を新しいものに交換する必要がある。そこで、研削装置１では、適宜のタイミングにて、研削砥石３４０の残量を認識する処理を行う。なお、かかる処理は、研削ホイール３４を新しいものに交換した際にも行われる。
以下では、上記の構成の研削装置１により、研削砥石３４０の残量を認識する際の研削装置１の動作について説明する。

図１に示した水平移動手段６に備えるモータ６２の駆動力によりボールネジ６０を回転軸６５のまわりに回転駆動させ、ガイドレール６１に沿って可動板６３をＹ軸方向に移動させることで、図２（ａ）に示すように、カバー２２に配設された検知器５のテーブル５０の接触面５０ａを研削砥石３４０の下面３４０ａの下方に位置付ける。

次いで、図２（ｂ）に示すように、研削ホイール３４を回転させずに、研削送り手段４によって研削手段３を−Ｚ方向に降下させ、研削砥石３４０の下面３４０ａとテーブル５０の接触面５０ａとを接触させる。

研削砥石３４０の下面３４０ａとテーブル５０の接触面５０ａとが接触した状態で、さらに研削砥石３４０を研削送り手段４によって−Ｚ方向に降下させていき、テーブル５０を下方に押圧することにより、研削砥石３４０の下面３４０ａがテーブル５０を押し下げていく。そして、図４（ａ）に示すように、テーブル５０の下面５０ｂが検出ライン５２ｃの位置まで押し下げられると、発光部５２ａから放たれた光がテーブル５０によって遮られて受光部５２ｂに受光されなくなる。受光部５２ｂに光が受光されなくなった瞬間に、研削砥石３４０の下面３４０ａが検知された旨を知らせる検知信号が検知器５の信号発信部５６から制御手段８に発信される。このとき、テーブル５０が押し下げられることによって上昇するシリンダ５１の内部にかかる圧力は、リリーフバルブ５３によって排気することで一定圧に維持され、研削砥石３４０の下面３４０ａおよび基台３４１の下面３４１ａにかかる＋Ｚ方向の力が一定に保たれることで正確に測定する事ができる。
また、測定しないときは、シリンダ５１内の空気を排気させテーブル５０を最下位まで降下させ、テーブル５０の上面５０ａを保持面２００ａより下に位置付ける。

研削砥石３４０の下面３４０ａが検知された旨の検知信号が制御手段８において受信されると、制御手段８は、研削送り手段４を制御して研削手段３の下降を停止する。制御手段８は、研削手段３の下降が停止した瞬間に高さ測定部９０が読み取ったスケール９１の値（Ｚ１）を認識し、その値を記憶手段８０に記憶させる。

このようにして、研削砥石３４０の下面３４０ａが検知されたときの研削手段３の高さ位置を測定して、その値を記憶手段８０に記憶した後、研削送り手段４によって研削手段３を上昇させ、研削ホイール３４をテーブル５０から離間させる。その後、水平移動手段６によるＹ軸方向の移動制御によって＋Ｙ方向に可動板６３を移動させることで、図３（ａ）に示すように、テーブル５０を基台３４１の下方に位置付ける。

その後、上述した研削砥石３４０の下面３４０ａの検知の際と同様に、研削ホイール３４を回転させずに、研削送り手段４によって−Ｚ方向に下降させ、図３（ｂ）に示すように、基台３４１の下面３４１ａとテーブル５０の接触面５０ａとを接触させる。基台３４１の下面３４１ａとテーブル５０の接触面５０ａとが接触した状態で、さらに、基台３４１を−Ｚ方向に降下させていき、テーブル５０を下方に押圧して基台３４１の下面３４１ａがテーブル５０を押し下げていく。そして、図４（ｂ）に示すように、テーブル５０の下面５０ｂが検出ライン５２ｃの位置まで押し下げられると、センサ５２により研削砥石３４０の下面３４０ａが検知された旨を知らせる信号が検知器５の信号発信部５６から制御手段８に発信される。検知信号が制御手段８に受信されると研削手段３の下降が停止され、制御手段８は、研削手段３の下降が停止した瞬間に高さ測定部９０が読み取ったスケール９１の値（Ｚ２）を認識し、記憶手段８０に記憶させる。

記憶手段８０に記憶された研削砥石３４０の下面３４０ａが検知されたときにおける研削手段３の高さ位置の値（Ｚ１）と、基台３４１の下面３４１ａが検知されたときにおける研削手段３の高さ位置の値（Ｚ２）との差が、残量認識手段８１において計算されて、研削砥石３４０の残量Ｒ（図４に図示）として認識される。残量Ｒの値を研削装置１に備える図示しないディスプレイに表示することにより、その残量Ｒの値に基づいて、オペレータが、研削ホイール３４を交換すべきか否かを判断することができる。また、残量Ｒが所定の値より小さい場合に、警報音を鳴らす等して、研削ホイール３４を交換すべき旨をオペレータに報知するようにしてもよい。

検知器５については、例えば上述した透過型の光電センサであるセンサ５２に代えて、図５（ａ）に示すように、テーブル５０の先端（上端）に接触子５７を備えたＡＥセンサを用いてもよい。ＡＥセンサを用いた研削砥石３４０の下面３４０ａの検知では、研削砥石３４０の下面３４０ａとＡＥセンサの接触子５７とが接触した瞬間に研削砥石３４０の下面３４０ａが検知される。ＡＥセンサを用いれば、ＡＥセンサの接触子５７と研削砥石３４０の下面３４０ａとが接触した後に、研削砥石３４０を研削送り手段４によって降下させる必要がなく、研削砥石３４０の残量の認識にかかる時間を短縮することができる。

同じく図５（ｂ）に示すように、例えば、シリンダ５１に接続するエア源５５、リリーフバルブ５３及びバルブ５４に替えて、テーブル５０を収容する上部が開口された有底筒５８と、有底筒５８に囲繞され一端がテーブル５０の下面５０ｂに接続され且つ他端が有底筒５８の内側の底部に固定されたバネ５９を備えていてもよい。バネ５９を用いることで、エア源５５等の圧力発生機構を研削装置１に配設することなく、テーブル５０を上方に付勢することができるため、研削装置１全体の大きさを小さくすることができ、また圧力を発生させるためのコストを削減することができる。
また、図５（ｂ）に示すセンサ５２ａは、降下したテーブル５０の下面５０ｂを検知する近接センサでもよい。
また、図５（ｂ）に示すように、バネ５９を用いる場合は、研削加工しているときに研削砥石３４０がテーブル５０に接触しない位置に水平方向にずらして検知器５を配設させる。たとえば、図１に示す検知器５を−Ｙ方向にずらして配設させる。
また、上記の実施例では、検知器５をカバー２２に配設しているが、これに限定するものではなく、可動板６３に配設してカバー２２からシリンダ５１とテーブル５０とを突出させる構成としてもよい。

また、前述したエンコーダ９２の出力によって研削手段３の高さ位置の測定が行われる場合には、例えば、エンコーダ９２から出力された研削手段３の高さ位置の信号を記憶手段８０が受信すると、それに基づき残量認識手段８１において高さの差が計算され、研削砥石３４０の残量として認識される。

なお、図２−５に示した基台３４１は、下面３４１ａが全体に平面状に形成されているが、下面が平面状に形成されていない部分がある基台を用いることもできる。この場合は、わずかでも平面状に形成されている部分にテーブル５０の上面５０ａを接触させるようにすればよい。

上記研削装置１における研削時の研削砥石３４０の原点を設定するいわゆるセットアップでは、研削送り手段４が研削手段３を下降させることにより、研削砥石３４０が保持手段２０の保持面２００に接触した時の研削手段３の高さ位置を認識する。したがって、セットアップも、研削砥石３４０の残量の認識も、研削送り手段４による制御の下で行われるため、例えば研削ホイール３４を交換した場合には、セットアップと研削砥石３４０の残量の認識とを一連の動作として実施することができる。

さらに、研削砥石３４０のドレッシングを行う場合も、研削送り手段４が研削手段３を下降させることにより、保持手段２０や図示しないサブテーブルに保持されたドレッシングボードに研削砥石３４０の下面３４０ａを接触させる。したがって、研削砥石３４０のドレッシングと研削砥石３４０の残量の認識とを一連の動作として実施することもできる。

１：研削装置１０：ベース１１：コラム１００：内部ベース
２０：保持手段２００：吸引部２００ａ：保持面
２０１：枠体２２：カバー２３：蛇腹カバー２４：ケーシング
２５：回転手段２６：回転軸２７：吸引手段
３：研削手段３０：回転軸３１：ハウジング３２：モータ３３：マウント
３４：研削ホイール３４０：研削砥石３４０ａ：研削砥石の下面３４１：基台
３４１ａ：基台の下面４：研削送り手段４０：ボールネジ
４１：ガイドレール４２：モータ４３：昇降板４４：ホルダ４５：回転軸
５：検知器５０：テーブル５０ａ：接触面５０ｂ：テーブルの下面
５１：シリンダ５２：センサ５２ａ：発光部５２ｂ：受光部
５２ｃ：検出ライン５３：リリーフバルブ
５４：バルブ５５：エア源５６：信号発信部
６：水平移動手段６０：ボールネジ６１：ガイドレール６２：モータ
６３：可動板６５：回転軸
８：制御手段８０：記憶手段８１：残量認識手段
９：移動量測定手段９０：高さ測定部９１：スケール９２：エンコーダ
Ｗ：被加工物Ｗａ：上面
Ｚ１：研削砥石の下面が検知されたときの研削手段の高さ
Ｚ２：基台の下面が検知されたときの研削手段の高さＲ：研削砥石の残量

Claims

被加工物を保持面で保持し回転可能な保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を研削する研削砥石が基台に環状に配列された研削ホイールを備える研削手段と、該研削手段を該保持面に垂直な方向に移動させる研削送り手段と、を備える研削装置であって、
該研削送り手段で該研削手段を下降させた際に該研削砥石の下面及び該基台の下面を検知する検知器と、
該検知器と該研削手段とを相対的に水平方向に移動させる水平移動手段と、
該研削砥石の下面を該検知器が検知したときの該研削手段の高さと該基台の下面を該検知器が検知したときの該研削手段の高さとの差を該研削砥石の残量として認識する残量認識手段と、を備える研削装置。