JP3746432B2

JP3746432B2 - 接合面の加工方法及び装置

Info

Publication number: JP3746432B2
Application number: JP2001057266A
Authority: JP
Inventors: 高広戸沢
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: EP1366853A4; US20030126727A1; DE60239597D1; JP2002254278A; EP1366853B1; EP1366853A1; WO2002070196A1; US6761617B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合面を有した容器の接合面の加工方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２つの部材を接合させる際、金属などからなる部材の面同士で又はゴムシールやガスケットをその間に介在させて密着させることを要する場合が存在する。このような場合には、通常、平面研削盤やロータリ研削盤を用いて接合面を研削加工で仕上げていた。
【０００３】
しかしながら、砥石などの研削工具を用いることで、上記接合面には必然的に研削砥粒の移動方向に沿ってカッターマークや砥面マークと呼称されるμｍオーダの細かい条痕が形成されてしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体や液晶の製造装置で使用されるチャンバと呼ばれる真空容器などでは、蓋と本体容器との接合面に対して高い気密性が要求されている。このような高い気密性を要求される接合面には、漏出を防ぐためにゴムシールやガスケットなどのシール部材によりシールが施されることが一般的である。
【０００５】
ところが、従来の研削加工で仕上げた接合面では、シール部材を用いても上記の細かい条痕に起因して漏れが発生することが判明した。上記のような研削砥粒による条痕は通常μｍオーダであるので、条痕をシールによって完全に埋めることは困難である。このため、容器の内側から外側へと連通するような条痕が存在すると、この条痕により漏れが発生していたのである。
【０００６】
すなわち、細かい条痕のうち容器の内部と外部とを連通させるような方向に延びる条痕が存在すると、研削砥粒による条痕は非常に細かくシール部材等では完全に塞がれ得ないことから、条痕を伝って漏れが発生していたのである。
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解決するために、研削砥粒による条痕に起因する漏れを解消し、気密性の高い接合面を提供することができる容器の接合面の加工方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑み、研削砥粒による細かい条痕の方向が容器の接合面の輪郭形状又は外周形状に沿った方向とほぼ一致するように、研削工具を用いて研削を行うようにしたことを特徴とする。
すなわち、本発明は、接合面を有した容器の接合面の加工方法において、前記接合面とほぼ平行な回転軸線まわりに回転する研削工具を加工すべき容器の前記研削工具の砥粒によって前記接合面の内側から外側に連通する条痕が形成されないように、接合面に押し当て、前記研削工具と前記容器との間で前記接合面の輪郭形状にほぼ沿って相対送りを与えると共に、前記研削工具の回転軸線の方向が前記相対送りの方向に対してほぼ直角になるように前記研削工具又は前記容器の向きを制御し、前記容器の接合面を研削加工するようにした接合面の加工方法を提供する。
【０００８】
また、本発明は、接合面を有した容器の接合面を加工する装置において、研削工具又は工具ホルダーが脱着可能に取り付けられる主軸と、前記容器が取り付けられるテーブルと、前記主軸と前記テーブルとの間でＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向の相対移動を行わせる直線送り軸と、前記主軸又は前記テーブルに前記Ｚ軸まわりの回転運動であるＣ軸方向の移動を行わせる回転送り軸と、前記主軸に取り付けられ、前記容器の接合面とほぼ平行な回転軸線まわりに回転する研削工具と、前記研削工具の砥粒によって前記接合面の内側から外側に連通する条痕が形成されないように、前記研削工具と前記容器の接合面との間で前記接合面の輪郭形状にほぼ沿ってＸ、Ｙ軸に関する相対送りを与えると共に、前記研削工具の回転軸線の方向が前記相対送りに対してほぼ直角になるように前記Ｃ軸の回転送り制御を行うことができる数値制御装置とを具備するようにした接合面の加工装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、前記研削工具がベルト研削工具である接合面の加工装置を提供する。
前記研削工具の砥粒によって前記接合面の内側から外側に連通する条痕が形成されないように、研削工具と容器の接合面との間で接合面の輪郭形状に沿って相対送りを与え、接合面とほぼ平行な研削工具の回転軸線の方向が研削工具の相対送り方向に対してほぼ直角となるように研削工具を容器の接合面に対して相対移動させることにより、研削工具（詳細には、その砥粒）による条痕は常に接合面の輪郭形状すなわち外周形状に沿って形成される。したがって、容器の内部と外部とを連通させるような条痕は形成されず、気密性の高い容器の接合面が提供される。
【００１１】
なお、本願における「研削」とは、砥粒を利用した加工を総称するものであり、砥石など砥粒を備えた工具を用いた加工のみならず、砥粒を含んだ液体などを用いた研磨を含むものとする。また、「接合面」とは、シール性を必要とする合わせ面を意味するものとする。さらに、「回転する研削工具」には、ベルト研削工具のように研削ベルトが円、楕円又は長円形状の軌道に沿って移動するような工具を含むものとし、かかるベルト研削工具の「回転軸線の方向」とは研削ベルトの軌道又は砥粒の軌跡がなす円、楕円又は長円形の平面に対して垂直な方向を意味するものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による接合面の加工方法及び装置の実施態様を説明する。
図１は本発明による接合面の加工方法を実施するための加工装置の一実施態様の部分斜視図、図２は気密性を要する接合面を有する容器の一例の斜視図、図３は図２に示されている容器の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂに沿った断面図、図４は接合面の拡大図、図５は図１に示されている加工装置の概略全体図、図６は図１に示されている加工装置の主軸先端に取り付けられた工具の拡大断面図、図７は図６に示されている工具の側面図である。
【００１３】
図２は半導体や液晶の製造で必要とされる真空容器の一例を示している。かかるワークすなわち真空容器１３は、蓋部分１３ａと本体部分１３ｂとに分割されており、対向する接合面１５ａ、１５ｂを有している。使用する際には、蓋部分１３ａ及び本体部分１３ｂのそれぞれの接合面１５ａ、１５ｂを合わせ、ボルト（不図示）などの締結具を用いて締結して使用する。図２に示されている真空容器では、蓋部分１３ａの外周部分に沿って複数の貫通孔１７が設けられていると共に、本体部分１３ｂにも貫通孔１７に対応する位置に複数のネジ孔１９が設けられており、蓋部分１３ａの貫通孔１７にボルトを通して本体部分１３ｂのネジ孔１９に係合させることにより蓋部分１３ａと本体部分１３ｂとを締結させるようにしている。
【００１４】
かかる接合面１５ａ、１５ｂは、通常、気密性を高めるために、研削砥粒を備えた研削工具を回転させて研削を行う研削加工を施される。しかしながら、研削加工では、接合面１５ａ、１５ｂに、図４において矢印２１、２３によって示されているようなμｍオーダのサイズの細かい条痕が形成されてしまう。このような条痕には真空容器の内部と外部とを連通させるものが含まれている。
【００１５】
そこで、蓋部分１３ａと本体部分１３ｂとの間には気密性を確保するために、Ｏリングなどのゴムシール又はガスケットを介在させることが一般的である。図２に示されている真空容器１３では、図３（Ａ）に示されているように、蓋部分１３ａの接合面１５ａの輪郭形状すなわち外周に沿って溝２５が設けられており、その溝２５にＯリングなどのシール部材２７が配置されている。このような溝２５は、例えば、特開昭６０−１５５３１０号公報に記載されているような総形ヘールバイトを用いたヘール加工により形成される。一方、対面する本体部分１３ｂの接合面１５ｂは図３（Ｂ）に示されているように平坦な平面として形成されている。蓋部分１３ａの溝２５に配置されたシール部材２７が、この平面（接合面１５ｂ）に当接してボルトによる締結力で変形して、真空容器１３の内部と外部との間を遮断する。
【００１６】
しかしながら、Ｏリングなどのシール部材２７が当接する本体部分１３ｂの接合面１５ｂに形成された条痕２１、２３は、μｍオーダのサイズであるため、シール部材２７の変形によって完全に閉塞させることが困難であり、真空容器１３の内部と外部とが連通してしまい僅かに漏れが発生してしまう。
本出願人は、上記の漏れは、研削工具１１の研削砥粒による接合面上の細かい条痕が接合面の輪郭形状すなわち外周形状に沿った方向に形成されていないことが根本の原因であることを突きとめた。本発明による接合面の加工方法では、砥粒による条痕が図４の矢印２９によって示されている条痕のように真空容器１３などのワークの接合面１５ａ、１５ｂの輪郭形状にほぼ沿って形成されるように研削加工を行うようにする。
【００１７】
詳細には、回転する研削工具１１を加工すべきワーク３１（例えば、真空容器１３）の接合面１５ａ、１５ｂに押し当てたときに、砥粒が少なくとも接合面１５ａ、１５ｂ上では円運動を行わず概略直線的な１方向のみに沿った運動を行うような研削装置を用いる。これにより、研削工具１１の砥粒による条痕は必ず概略直線的で１方向に揃ったものとなる。
【００１８】
さらに、かかる研削装置の研削工具１１とワーク３１との間で接合面１５の輪郭形状にほぼ沿った方向の相対送りを与え、研削工具１１の回転軸線３３、３５の方向が相対送りの方向に対してほぼ直角となるように制御する。これにより、研削工具１１とワーク３１との接触部分においては、研削工具１１の砥粒の速度ベクトルの方向が常に研削工具１１とワーク３１との間の相対送りの方向と一致するようになり、相対移動の方向とほぼ一致する条痕２９のみがワーク３１の接合面１５に形成される。すなわち、ワーク３１の接合面１５の輪郭形状にほぼ沿った条痕２９のみが形成されるようになる。
【００１９】
この結果、接合面１５を横断して延び、ワーク３１によって隔てられる２つの空間を連通させるような条痕２１、２３は形成されなくなり、接合面１５の気密性は格段に向上する。したがって、シール部材２７を用いず、ワーク３１の接合面１５同士を直接接触させてもシール性を確保することが可能となる。
次に、図５〜図７を参照して、本発明の接合面の加工方法を実施するための装置の実施態様を説明する。
【００２０】
ワーク３１と研削工具１１との間で接合面の輪郭形状に沿った相対移動を与えるために、図５に示されているような工作機械３７が使用される。図５に示されている工作機械３７は、コラム３９と、コラム３９の上部に支持されている主軸頭４１と、主軸頭４１に回転可能に支持されている加工工具が脱着可能に取り付けられる主軸４３と、コラム３９の下部に設けられておりワーク３１が取り付けられるテーブル４５と、主軸４３とテーブル４５との間で相対移動を行わせる直線送り機構と、主軸４３にＣ軸方向の移動を行わせる回転送り機構と、主軸に加工工具として取り付けられる研削工具１１と、直線送り機構及び回転送り機構４７の作動を制御する数値制御装置４９とを備えている。ここで、Ｃ軸方向の移動とはＺ軸まわりの回転運動を意味する。すなわち、図５においては、主軸４３がＣ軸方向に回転することになる。図５においては、簡単化のために加工工具を簡略化して示してある。
【００２１】
直線送り機構は、テーブル４５の下部に設けられ、主軸４３とテーブル４５との間に水平面内で直交するＸ、Ｙ軸方向の相対移動を行わせるＸ軸送り機構５１及びＹ軸送り機構５３と、コラム３９の上部に設けられ、主軸４３とテーブル４５との間に上記Ｘ及びＹ軸に直交するＺ軸方向の相対移動を行わせるＺ軸送り機構５５とからなり、それぞれの作動が数値制御装置４９によって独立に制御されている。もちろん、主軸４３又はテーブル４５がＸ、Ｙ、Ｚ軸の直交３軸の移動を全て行うように構成されていてもよい。
【００２２】
回転送り機構４７は少なくとも±１８０度の範囲で運動が可能になっていればよく、通常の工作機械のように主軸４３に高速の連続回転を与えるように構成されている必要はない。
数値制御装置４９は、研削工具１１とワーク３１の接合面１５との間にＺ軸方向の切り込みと接合面１５の輪郭形状にほぼ沿った方向のＸ、Ｙ軸に関する相対送りを与える。さらに、数値制御装置４９は回転送り機構４７による主軸４３のＣ軸方向の作動を制御して、研削工具１１の回転軸線３３、３５の方向がこの相対送りの方向に対してほぼ直角となるようにする。
【００２３】
このような制御を行うことにより、周知の工作機械を用いて本発明による接合面の加工方法の特徴であるワーク３１の接合面１５の輪郭形状にほぼ沿った条痕２９のみを形成させ得るようになる。
図６及び図７は、図５に示されている加工工具すなわち研削工具１１の詳細を示している。図６及び図７を参照すると、研削工具１１は工具ホルダ５７を介して主軸４３に取り付けられている。
【００２４】
工具ホルダ５７は、その一方の端部に主軸４３と結合させるためのテーパシャンク５９を備えており、伝動キー６１を介して主軸４３のテーパ穴６３と結合されている。工具ホルダ５７の他方の端部にはブラケット部６５が設けられている。ブラケット部６５には中央部分に底面が平坦になっている凹部６７が設けられており、この凹部６７は図面の下側の端部の壁が除去されて開放した状態になっている。凹部６７の底面には図面上の上下方向に長い細長い楕円形状の２つの貫通長孔６９が上下方向に離間して形成されている。また、開放している端部からはさらに下側すなわちワーク３１側へタブ状部分７１が延びている。
【００２５】
凹部６７とは反対側に位置するブラケット部６５の面もまた平坦になっており、ここに研削工具１１の駆動装置であるエアモータ７３が取り付けられる。エアモータ７３は、フランジ７４を備えており、このフランジ７４及びブラケット部６５の貫通長孔６９に取付ボルト７５を貫通させた後、取付ボルト７５をナット７７と係合させることによって、エアモータ７３を工具ホルダ５７のブラケット部６５に締結している。したがって、この貫通長孔６９に沿った方向に、ブラケット部６５におけるエアモータ７３の取付位置を調節することが可能である。
【００２６】
凹部６７内にはエアモータ７３と対応する位置にドライブプーリ７９が配置されている。ドライブプーリ７９の直径が凹部６７の水平方向の幅よりも小さくなっていることはいうまでもない。このドライブプーリ７９はブラケット部分６５をはさんで反対側に配置されているエアモータ７３にカップリング８１を介して結合されており、エアモータ７３によって駆動力を付与されるようになっている。ドライブプーリ７９は、その回転軸線３３がワーク３１に対して平行となるようにブラケット部６５に支持されている。ブラケット部６５には、さらに、このドライブプーリ７９に対して主軸４３から離れる側に離間して従動プーリ８３がベアリングなどを介して回転可能に取り付けられている。従動プーリ８３は、その回転軸線３５がドライブプーリ７９の回転軸線３３と平行となるように配置されている。
【００２７】
上記２つのプーリ７９、８３の間には研削ベルト８５がループ状に掛けられている。したがって、研削ベルト８５は、ドライブプーリ７９を介してエアモータ７３により回転駆動され、ドライブプーリ７９及び従動プーリ８３を経て周回運動している。なお、エアモータ７３又はドライブプーリ７９の位置は、上述したように、貫通長孔６９により固定の従動プーリ８３に対して上下方向に調整可能になっているので、研削ベルト８５の張力を調整することが可能であり、研削ベルト８５の交換も容易になっている。ドライブプーリ７９を固定にして従動プーリ８３の上下方向位置を調整可能にしてもよいことはもちろんである。
【００２８】
本願において、研削工具１１としてこのような研削ベルト８５を使用する場合、研削ベルト８５の回転軸線とは、ドライブプーリ７９及び従動プーリ８３の回転軸線３３、３５を指すものとする。すなわち、研削ベルト８５上の砥粒が移動する方向に対して垂直な方向を指すものとする。
工具ホルダ５７の中心部には工具ホルダ５７の長手方向にテーパシャンク５９側の端部からブラケット部６５へ向かって延びているエア通路８７が設けられており、エア通路８７はブラケット部６５の近傍で半径方向に曲がって工具ホルダ５７の側面に開口している。エア通路８７はさらにホース８９を介してエアモータ７３に接続されている。このような工具ホルダ５７の構造及びエアモータ７３の使用により、主軸４３の中心部を通って供給される圧縮エアを利用して研削工具１１を駆動することができるようになる。このことは、かかる研削工具１１の交換に対して自動工具交換装置を適用することを可能とさせる利点を有する。
【００２９】
エアモータ７３に代えて他の種類の流体圧モータを使用し、圧縮エアに代えて他の種類の加圧流体を使用しても同様の利点が達成される。
上述したような研削工具１１を用いることにより、上述した加工方法で使用するような、回転する研削工具１１を加工すべきワーク３１（例えば、真空容器１３）の接合面１５に押し当てたときに、砥粒が少なくとも接合面１５上では円運動を行わず概略直線的な１方向のみに沿った運動を行うような研削装置が実現される。水平方向又はワーク３１の接合面１５に対して平行に延びる回転軸線を有する概略円筒形状の砥石車を研削工具として使用しても同様の機能を有する装置が実現され得る。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の接合面の加工方法及び装置によれば、接合面の研削加工の結果形成される砥粒による条痕が接合面の輪郭形状に沿った方向とほぼ一致して形成されるため、真空容器の蓋部分と本体部分などの気密性を要する接合面を接合したときのシール性が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による接合面の加工方法を実施するための加工装置の一実施態様の部分斜視図である。
【図２】気密性を要する接合面を有する容器の一例の斜視図である。
【図３】図２に示されている容器の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図４】接合面の拡大図である。
【図５】図１に示されている加工装置の概略全体図である。
【図６】図１に示されている加工装置の主軸先端に取り付けられた工具の拡大断面図である。
【図７】図６に示されている工具の側面図である。
【符号の説明】
１１…研削工具
１３…真空容器
１５、１５ａ、１５ｂ…接合面
３１…ワーク
３３…回転軸線
３５…回転軸線
３７…工作機械
４３…主軸
４５…テーブル
４７…回転送り機構
４９…数値制御装置
５１…Ｘ軸送り機構
５３…Ｙ軸送り機構
５５…Ｚ軸送り機構
７３…エアモータ
８５…研削ベルト

Claims

接合面を有した容器の接合面の加工方法において、
前記接合面とほぼ平行な回転軸線まわりに回転する研削工具を加工すべき容器の接合面に押し当て、
前記研削工具の砥粒によって前記接合面の内側から外側に連通する条痕が形成されないように、前記研削工具と前記容器との間で前記接合面の輪郭形状にほぼ沿って相対送りを与えると共に、
前記研削工具の回転軸線の方向が前記相対送りの方向に対してほぼ直角になるように前記研削工具又は前記容器の向きを制御し、
前記容器の接合面を研削加工することを特徴とした接合面の加工方法。
接合面を有した容器の接合面を加工する装置において、
研削工具又は工具ホルダーが脱着可能に取り付けられる主軸と、
前記容器が取り付けられるテーブルと、
前記主軸と前記テーブルとの間でＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向の相対移動を行わせる直線送り機構と、
前記主軸又は前記テーブルに前記Ｚ軸まわりの回転運動であるＣ軸方向の移動を行わせる回転送り機構と、
前記主軸に取り付けられ、前記容器の接合面とほぼ平行な回転軸線まわりに回転する研削工具と、
前記研削工具の砥粒によって前記接合面の内側から外側に連通する条痕が形成されないように、前記研削工具と前記容器の接合面との間で前記接合面の輪郭形状にほぼ沿ってＸ、Ｙ軸に関する相対送りを与えると共に、前記研削工具の回転軸線の方向が前記相対送りの方向に対してほぼ直角になるように前記Ｃ軸の回転送り制御を行うことができる数値制御装置と、
を具備することを特徴とした接合面の加工装置。
前記研削工具がベルト研削工具である請求項２に記載の接合面の加工装置。