JP2022125389A - 固定治具を用いた加工方法、及び、固定治具 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物を固定する固定治具を用いることにより、段差のない傾斜面を形成することが可能な新規な加工方法を提供する。【解決手段】凹部５０の深さが収容される被加工物１の厚みよりも浅く且つ該凹部５０の底が該被保持面に対して他端側から一端側に向かって低くなる該所定の勾配で傾斜した該固定治具４を準備する治具準備ステップと、該加工装置の該保持テーブル６２で該固定治具４を保持するとともに、該固定治具４の該凹部５０の底に該被加工物１の該第２面２０が当接するよう被加工物１を固定し、該被加工物１の該第１面１０側を該固定治具４の該凹部５０から突出した状態で該第１面１０を露出させる固定ステップと、加工ユニットで該被加工物１の該第１面１０を加工して該保持テーブル６２の該保持面と平行になるように平坦化することで、一端側から他端側に向かって低くなる所定の勾配で傾斜させる加工ステップと、を備えた、加工方法とする。【選択図】図７

Description

本発明は、表裏関係にある第１面と第２面とを有した被加工物について、第１面を一端から他端に向かって所定の勾配で傾斜させる傾斜面を構成するように加工することで、第１面を第２面に対し傾斜させる加工方法に関する。

従来、例えば各種フィルタに利用される光学ガラスや、医療用の超音波振動子となるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの被加工物について、一方の面を所定の勾配で傾斜する傾斜面に加工したいという要望がある。

特許文献１では、回転する該研削砥石を被加工物の一側面側から反対側の他側面側へ抜けさせる所謂クリープフィード研削が開示されている。このクリープフィード研削を利用し、被加工物を加工送りしながら徐々に切り込み深さを変えて加工することにより、被加工物の被加工面に所定の勾配を形成することも考えられる。

特開２０２０－０９３３１８号公報

しかし、クリープフィード研削による加工では、研削ホイールの回転軌跡に沿って円弧状に階段状の段差が形成されることとなり、段差のない傾斜面を得ることができず、段差のない傾斜面を形成したいという要望には応えられないものとなる。

以上に鑑み、本願発明は、被加工物を固定する固定治具を用いることにより、段差のない傾斜面を形成することが可能な新規な加工方法を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

本発明の一態様によれば、
被加工物を保持する保持面を含む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加工する加工ユニットとを備えた加工装置で、第１面と該第１面の背面の第２面とを有した被加工物を加工して、該第１面を該第２面に対して一端側から他端側に向かって低くなる所定の勾配で傾斜させる、固定治具を用いた加工方法であって、
該加工装置の該保持テーブルで保持される被保持面を含む固定治具であって、該被加工物を収容する凹部が形成されるとともに該凹部の深さが収容される該被加工物の厚みよりも浅く且つ該凹部の底が該被保持面に対して他端側から一端側に向かって低くなる該所定の勾配で傾斜した該固定治具を準備する治具準備ステップと、
該加工装置の該保持テーブルで該固定治具を保持するとともに、該固定治具の該凹部の底に該被加工物の該第２面が当接するよう被加工物を固定し、該被加工物の該第１面側を該固定治具の該凹部から突出した状態で該第１面を露出させる固定ステップと、
該固定ステップを実施した後、該加工ユニットで該被加工物の該第１面を加工して該保持テーブルの該保持面と平行になるように平坦化することで、被加工物の該第１面を該第２面に対して一端側から他端側に向かって低くなる所定の勾配で傾斜させる加工ステップと、を備えた、固定治具を用いた加工方法とする。

また、本発明の一態様によれば、
該加工装置の該保持テーブルの該保持面は該固定治具を吸引保持する吸引保持面からなり、
該固定治具には一端が該凹部の底に開口した吸引口に連通するとともに該被保持面に開口した開口に連通する吸引路が形成され、
該固定ステップでは該保持テーブルで該固定治具を吸引保持するとともに該凹部の底に負圧を作用させることで被加工物を該固定治具に固定する、こととする。

また、本発明の一態様によれば、
固定治具を用いた加工方法に用いられる固定治具であって、
該該加工装置の該保持テーブルで保持される被保持面を含む治具本体を備え、
該治具本体には、被加工物を収容する凹部が形成され、該凹部の深さは収容される被加工物の厚みよりも浅く且つ該凹部の底は該被保持面に対して他端側から一端側に向かって低くなる該所定の勾配で傾斜し、
該治具本体には、該被保持面に開口した開口と、該凹部の底に開口した吸引口と、一端が該開口に連通するとともに他端が該吸引口に連通した吸引路と、が形成された、固定治具とする。

本発明の加工方法では、被加工物を収容する凹部が形成されるとともに凹部の深さが収容される被加工物の厚みよりも浅く且つ凹部の底が被保持面に対して他端側から一端側に向かって低くなる所定の勾配で傾斜した固定治具を利用する。そして、凹部に被加工物を固定した状態で、露出した被加工物の上面を保持テーブルと平行に加工するため、被加工物の第１面を第２面に対して一端側から他端側に向かって所定の勾配で傾斜させることができる。このようにして、被加工物について、段差のない傾斜面を形成することが可能となる。

また、本発明の一態様によれば、保持テーブルに生じる負圧により、固定治具と被加工物を同時に吸引保持することができ、装置構成を複雑にすることなく、簡易な構成により実施可能となる。

（Ａ）は被加工物の一例を示す図。（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ線断面図である。（Ｃ）は加工後に傾斜面が形成された様子を示す図である。 固定治具の一実施形態を示す図である。 （Ａ）は図２のＢ－Ｂ線断面図である。（Ｂ）は図２のＣ－Ｃ線断面図である。 固定治具を用いた加工方法のフローチャートである。 固定ステップについて説明する図である。 研削装置の構成例について説明する図である。 （Ａ）は加工ステップについて示す図である。（Ｂ）は加工された被加工物等について示す図。 バイト切削装置の構成例について説明する図である。 （Ａ）は加工ステップについて示す図である。（Ｂ）は加工された被加工物等について示す図。

図１（Ａ）は被加工物１の一例を示すものであり、厚みＴ、幅Ｗ，奥行きＤとする板状の直方体形状をなすものである。
被加工物１としては、例えば、ガラス、樹脂、各種セラミクス、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等であるが、特に限定されるものではない。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ－Ａ線断面図であり、図において上側に配置される被加工物１の表側面は平坦な第１面１０で構成され、図において下側に配置される被加工物１の裏側面は平坦な第２面２０で構成される。

図１（Ｃ）は、本発明による加工方法により加工を行った後の被加工物１の状態を示すものであり、加工後は、第１面１０が第２面２０を基準とし、互いに対向する位置関係にある一端側１０ａから他端側１０ｂに向かって低くなる所定の勾配で傾斜することとなる。本実施例では、加工前において第１面１０と第２面２０が平行な関係であったものが、加工後においては、第１面１０が第２面２０に対して傾斜する傾斜面にて構成される。

図２は、被加工物１を固定する固定治具４の一実施形態を示す図、図３（Ａ）は図２のＢ－Ｂ線断面図、図３（Ｂ）は図２のＣ－Ｃ線断面図である。

図２乃至図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、固定治具４は円板状に構成され、その上面は、被加工物１を収容する凹部５０が複数箇所に形成される収容面４１として構成される。固定治具４の下面は平坦面にて構成され、加工装置の保持テーブル６２の吸引保持面６２ａに吸引保持される被保持面４２として構成される。

凹部５０の開口寸法は、被加工物１の幅Ｗ（図１（Ａ）），奥行きＤ（図１（Ａ））よりもわずかに大きく形成され、各凹部５０に対し被加工物１を挿入した際には、水平面内（Ｘ－Ｙ平面）において被加工物１が規定の角度で収容される。また、凹部５０の開口寸法は、加工後に被加工物１を容易に取り出せるように構成される。

凹部５０の底５２は、所定の勾配で傾斜する傾斜面にて構成される。具体的には、図３（Ａ）に示すように、Ｘ軸方向において、他端側５０ｂから一端側５０ａに向かって低くなる所定の勾配で傾斜する傾斜面にて構成される。凹部５０の底５２の深さ５２ｄは、一端側５０ａが最も深くなり、当該深さ５２ｄは、被加工物１の厚みＴ（図１（Ａ））よりも浅く構成される。

このような構成により、図３（Ａ）に示すように、凹部５０に被加工物１を収容した状態では、底５２の傾斜に伴って被加工物１の第２面２０が載置され、被加工物１の第１面１０が傾いた状態となる。この際、図５に示すように、第１面１０は、固定治具４の収容面４１から突出した状態となり、第１面１０は、一端側１０ａが低く、他端側１０ｂが高くなるように傾斜する。

図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、固定治具４には、一端が凹部５０の底５２に開口した吸引口５４ａに連通するとともに、固定治具４の下面を構成する被保持面４２に開口した開口５４ｂに連通する吸引路５４が形成される。本実施例では、各凹部５０について３箇所に吸引路５４が形成される。

図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、加工装置の保持テーブル６２の保持面は、固定治具４を吸引保持する吸引保持面６２ａにて構成される。吸引保持面６２ａは、吸引源６３に通じており、吸引保持面６２ａに負圧が生じるように構成される。

そして、固定治具４を吸引保持面６２ａに載置し、吸引保持面６２ａに負圧を生じさせることで、固定治具４の被保持面４２が保持テーブル６２に吸引保持される。

吸引保持面６２ａの負圧は、吸引路５４を通じて凹部５０の底５２に作用し、凹部５０において被加工物１の第２面２０が吸引保持される。

このようにして、保持テーブル６２に生じる負圧により、固定治具４と被加工物１を同時に吸引保持することができ、装置構成を複雑にすることなく、簡易な構成により実施可能となる。

固定治具４は以上に説明した構成に限定されるものではなく、例えば、円板状とする他、角板状とすることも可能である。また、凹部５０の数についても複数とする他、一つとするものであってもよく、吸引路５４の数についても特に限定するものではない。

次に、固定治具４を用いた加工方法について、図４に示す検査方法のフローチャートの順に説明する。

＜治具準備ステップ＞
図２に示す固定治具４を準備するステップである。
図２乃至図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、固定治具４は、加工装置の保持テーブル６２で保持される被保持面４２を含み、被加工物１を収容する凹部５０が形成される。凹部５０の深さが収容される被加工物１の厚みＴよりも浅く且つ凹部５０の底５２が被保持面４２に対して他端側５０ｂから一端側５０ａに向かって低くなる所定の勾配で傾斜するものである。

＜固定ステップ＞
図５に示すように、加工装置の保持テーブル６２で固定治具４を保持するとともに、固定治具４の凹部５０の底５２に被加工物１の第２面２０が当接するよう被加工物１を固定し、被加工物１の第１面１０側を固定治具４の凹部５０から突出した状態で第１面１０を露出させるステップである。

より具体的には、固定治具４の各凹部５０に被加工物１を収容し、各被加工物１の第１面１０が凹部５０から突出した状態とする。この状態の固定治具４を保持テーブル６２の吸引保持面６２ａに載置するとともに、吸引保持面６２ａに負圧を生じさせると、吸引路５４を通じて凹部５０内に負圧が生じ、各被加工物１が凹部５０の底５２に吸引保持される。この際、固定治具４も吸引保持面６２ａに吸引保持される。

なお、固定治具４を保持テーブル６２の吸引保持面６２ａに載置する前に、各凹部５０に被加工物１を収容することとする他、固定治具４を保持テーブル６２の吸引保持面６２ａに載置した後に、各凹部５０に被加工物１を収容することとしてもよい。

＜加工ステップ＞
図６及び図７（Ａ）に示すように、固定ステップを実施した後、加工ユニット７０で被加工物１の第１面１０を加工して保持テーブル６２の保持面（吸引保持面６２ａ）と平行となるように平坦化することで、被加工物１の第１面１０を第２面２０に対して一端側１０ａから他端側１０ｂに向かって低くなる所定の勾配で傾斜させるステップである。

図６及び図７（Ａ）は、加工装置として研削装置７を用いる実施形態について示すものである。加工ユニット７０は、研削砥石７４ａを備える研削ホイール７４を回転させることで、被加工物１の第１面１０を研削するように構成される。この実施形態は、特に、被加工物１が延性材料である場合に好適な実施形態となる。

図６及び図７（Ａ）に示すように、研削装置７の保持テーブル６２は、上面に吸引保持面６２ａを構成する多孔質プレート６２ｂを有し、Ｙ軸方向に加工送りされるとともに、保持テーブルの中心を通りＺ軸方向に伸長した回転軸を有し、Ｚ軸方向中心に回転可能に構成される。多孔質プレート６２ｂは吸引源６３に接続されており、吸引保持面６２ａに負圧を生じさせることで固定治具４を吸引保持するとともに、固定治具４に収容された被加工物１を吸引保持するように構成される。

図６に示すように、加工ユニット７０は、Ｚ軸方向に延びるスピンドルハウジング７１と、スピンドルハウジング７１によって回転可能に支持されたスピンドル７２と、スピンドル７２の上端が連結されるサーボモータ７３と、スピンドル７２の下端が連結される研削ホイール７４と、スピンドルハウジング７１を昇降基台８４に固定する連結部材７５と、を有して構成される。

加工ユニット７０は、立設基台９１の側部において研削送り機構８０を介して支持されている。研削送り機構８０は、Ｚ軸方向に延びるボールネジ８１と、ボールネジ８１と平行に配設された一対のガイドレール８２と、ボールネジ８１の一端に接続されたサーボモータ８３と、研削ホイール７４の高さ位置を制御するための昇降基台８４と、を備える。昇降基台８４の一方の面には、一対のガイドレール８２が摺接し、中央部分に図示しないナット構造が形成されており、当該ナット構造にボールネジ８１が螺合している。そして、サーボモータ８３によって回転駆動されたボールネジ８１が回動することにより、昇降基台８４がガイドレール８２にガイドされてＺ軸方向に移動し、併せて加工ユニット７０がＺ軸方向に昇降する。

以上の構成において、図７（Ａ）に示すように、保持テーブル６２を待機位置Ａから研削ホイール７４の下方の加工位置Ｂに移動させ、保持テーブル６２を回転させながら研削ホイール７４を回転させつつ下方に研削送りをすることで、研削砥石７４ａによって被加工物１の第１面１０を研削する。

図７（Ａ）に示すように、固定治具４に保持された被加工物１の第１面１０は、凹部５０の底５２の傾斜により、傾いた傾斜面を構成しており、他端側１０ｂが高く、一端側１０ａが低い状態となっている。これにより、研削が開始されると、まずは他端側１０ｂから先に研削がされ、最終的には一端側１０ａに至るまで研削が継続される。

そして、図７（Ｂ）に示すように、研削が終了した時点で、固定治具４に保持された被加工物１の第１面１０は、保持テーブルの保持面（吸引保持面６２ａ）と平行となるように平坦化される。このようにして、第２面２０を水平にした場合には、第１面１０は傾斜面を構成することになる。

以上の加工方法により、図７（Ｂ）に示すように、固定治具４から取り外された被加工物１の第１面１０は、第２面２０に対して一端側１０ａから他端側１０ｂに向かって低くなる所定の勾配で傾斜する。このようにして、第１面１０を段差のない傾斜面に加工することができる。

以上のように、図６及び図７（Ａ）に示す研削装置により加工をする他、図８及び図９（Ａ）に示すように、加工装置としてバイト切削装置１０７を用いることとしてもよい。

この構成では、バイト切削装置１０７の加工ユニット１７０は、単結晶ダイヤモンド等からなる切削バイト１７４ａを備える切削ホイール１７４を回転させることで、被加工物１の第１面１０を切削するように構成される。この実施形態は、特に、被加工物１が延性材料である場合に好適な実施形態となる。なお、切削ホイール１７４は、切削バイト１７４ａの回転軌跡が被加工物１の直径よりも大きくなるように構成される。

図８及び図９（Ａ）に示すように、バイト切削装置１０７の保持テーブル１６２は、複数のピンの上端で吸引保持面１６２ａを構成するピンチャックテーブル１６２ｂにて構成され、Ｙ軸方向に加工送りされるように構成される。

ピンチャックテーブル１６２ｂは吸引源１６３に接続されており、吸引保持面１６２ａに負圧を生じさせることで固定治具４を吸引保持するとともに、固定治具４に収容された被加工物１を吸引保持するように構成される。他の構成は、図６に示す構成と同一であるため説明を省略する。

以上の構成において、図９（Ａ）に示すように、切削バイト１７４ａを所定の第一高さに位置づけて回転させるとともに、切削ホイール１７４を回転させつつ保持テーブル１６２を待機位置Ａから加工位置Ｂに向けて水平方向に加工送りさせることで、第一高さにある切削バイト１７４ａによって被加工物１の第１面１０を切削する。保持テーブル１６２をもとの待機位置Ａに戻した後、切削バイト１７４ａをより低い第二高さに位置づけた後、上記と同様にして切削を行う。以降同様にして、切削バイト１７４ａが最終的な高さに設定されるまで段階的に低くし、切削加工が複数回行われる。

図９（Ａ）に示すように、固定治具４に保持された被加工物１の第１面１０は、凹部５０の底５２の傾斜により、傾いた傾斜面を構成しており、他端側１０ｂが高く、一端側１０ａが低い状態となっている。切削が開始されると、まずは他端側１０ｂから先に切削がされ、最終的には一端側１０ａに至るまで切削が継続される。図９（Ｂ）に示すように、切削が終了した時点では、固定治具４に保持された被加工物１の第１面１０は、保持テーブル１６２の保持面（吸引保持面１６２ａ）と平行となるように平坦化される。そして、第２面２０を水平にした場合には、第１面１０は傾斜面を構成することになる。

以上に説明した本発明の加工方法では、図２及び図７（Ａ）（Ｂ）の例に示すように、被加工物１を収容する凹部５０が形成されるとともに凹部５０の深さが収容される被加工物１の厚みよりも浅く且つ凹部５０の底５２が被保持面４２に対して他端側５０ｂから一端側５０ａに向かって低くなる所定の勾配で傾斜した固定治具４を利用する。

そして、凹部５０に被加工物１を固定した状態で、露出した被加工物１の上面である第１面１０を保持テーブル６２と平行に加工するため、被加工物１の第１面１０を第２面２０に対して一端側１０ａから他端側１０ｂに向かって所定の勾配で低くなる傾斜させることができる。このようにして、被加工物１について、段差のない傾斜面を形成することが可能となる。

１ 被加工物
４ 固定治具
７ 研削装置
１０ 第１面
１０ａ 一端側
１０ｂ 他端側
２０ 第２面
４１ 収容面
４２ 被保持面
５０ 凹部
５０ａ 一端側
５０ｂ 他端側
５２ 底
５４ 吸引路
５４ａ 吸引口
５４ｂ 開口
６２ 保持テーブル
６２ａ 吸引保持面
６２ｂ 多孔質プレート
６３ 吸引源
７０ 加工ユニット
７１ スピンドルハウジング
７２ スピンドル
７３ サーボモータ
７４ 研削ホイール
７４ａ 研削砥石
８０ 研削送り機構
８１ ボールネジ
８２ ガイドレール
８３ サーボモータ
８４ 昇降基台

Claims (3)

1. 被加工物を保持する保持面を含む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加工する加工ユニットとを備えた加工装置で、第１面と該第１面の背面の第２面とを有した被加工物を加工して、該第１面を該第２面に対して一端側から他端側に向かって低くなる所定の勾配で傾斜させる、固定治具を用いた加工方法であって、
   該加工装置の該保持テーブルで保持される被保持面を含む固定治具であって、該被加工物を収容する凹部が形成されるとともに該凹部の深さが収容される該被加工物の厚みよりも浅く且つ該凹部の底が該被保持面に対して他端側から一端側に向かって低くなる該所定の勾配で傾斜した該固定治具を準備する治具準備ステップと、
   該加工装置の該保持テーブルで該固定治具を保持するとともに、該固定治具の該凹部の底に該被加工物の該第２面が当接するよう被加工物を固定し、該被加工物の該第１面側を該固定治具の該凹部から突出した状態で該第１面を露出させる固定ステップと、
   該固定ステップを実施した後、該加工ユニットで該被加工物の該第１面を加工して該保持テーブルの該保持面と平行になるように平坦化することで、被加工物の該第１面を該第２面に対して一端側から他端側に向かって低くなる所定の勾配で傾斜させる加工ステップと、を備えた、固定治具を用いた加工方法。
2. 該加工装置の該保持テーブルの該保持面は該固定治具を吸引保持する吸引保持面からなり、
   該固定治具には一端が該凹部の底に開口した吸引口に連通するとともに該被保持面に開口した開口に連通する吸引路が形成され、
   該固定ステップでは該保持テーブルで該固定治具を吸引保持するとともに該凹部の底に負圧を作用させることで被加工物を該固定治具に固定する、ことを特徴とする請求項１に記載の固定治具を用いた加工方法。
3. 請求項２に記載の固定治具を用いた加工方法に用いられる固定治具であって、
   該該加工装置の該保持テーブルで保持される被保持面を含む治具本体を備え、
   該治具本体には、被加工物を収容する凹部が形成され、該凹部の深さは収容される被加工物の厚みよりも浅く且つ該凹部の底は該被保持面に対して他端側から一端側に向かって低くなる該所定の勾配で傾斜し、
   該治具本体には、該被保持面に開口した開口と、該凹部の底に開口した吸引口と、一端が該開口に連通するとともに他端が該吸引口に連通した吸引路と、が形成された、固定治具。
   
   

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