JP6510374B2 - ワークの平面研削方法及び平面研削盤 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを平面研削するワークの平面研削方法及び平面研削盤に関するものである。

カップ型の砥石を備えた平面研削盤において、半導体素子の製造に用いるシリコンウェーハ等の硬脆材料のワークを研削する際に、砥石軸駆動モータの負荷電流をモニタリングしながら、砥石軸の先端の砥石を所定の切込速度で切込んで回転テーブル上のワークのインフィード研削を行い、砥石の目詰まりにより砥石軸駆動モータの負荷電流が所定閾値を超えたときに、砥石を退避させて研削を中断した後、砥石を再度切込んでワークに接触させることにより砥石の自生を促すようにしている（特許文献１）。

特開２００６−３５４０６号公報

このような従来の研削法では、砥石を所定の切込速度で切込んで行く一方、研削中の砥石に目詰まりが生じたときに砥石を一旦退避させて研削を中断し、その後に砥石を再度切込んで砥石の自生を促すようにしている。このため砥石の研削効率の高い高負荷状態でワークを研削することができない上に、研削サイクルが長くなり、ワークを短時間で能率良く研削することが困難であった。

また特許文献１の研削法以外の従来の研削法においても、研削時に砥石をワークに対して一定の切込速度で切込んで行く研削法と、砥石の切込送り量に応じて粗研削送り、中仕上げ研削送り、仕上げ研削送りと送り速度を順次減速方向に変速させながら研削する研削法（以下、通常研削法という）とがある。

しかし、前者の研削法では、研削中に砥石の摩耗量とワークの除去量と砥石の切込量とのバランスが崩れて、研削負荷が急激に上昇したり砥石のみが摩耗したりするようなことがあって、砥石の研削効率の良い高負荷状態でワークを能率良く安定的に研削することが困難であった。

また後者の研削法でも、次のような理由から、砥石の研削効率の良い高負荷状態で能率良く安定的にワークを研削することはできなかった。特に硬度が高く脆い硬脆材料のワークを研削する際には、砥石の切込によって過負荷状態にならないように砥石の送り速度を変速しながら研削するため、砥石の切込速度を遅くして長時間をかけて研削する必要がある。

しかし、このような硬脆材料の場合には、研削中に砥石表面の自生（目替わり）が何度か起こり、研削負荷が大きく上下に変化する。これは、自生前は砥石の切れ味が悪いのに対して、一旦砥石の自生が起これば、砥石の切れ刃が増えて切れ味が急に良くなるためである。その結果、砥石とワークとの摩擦係数が変化することとなり、研削負荷が大きく上下に変化するため、研削効率の良い高負荷で短時間に能率良く安定的に研削することはできない。

また自生中は摩擦熱の増加による砥石、ワーク、機械の急激な熱変位により、砥石軸と回転テーブルとの軸方向の距離が小さくなることが多い。これは、砥石の切込速度が上がっているのと同じであり、研削負荷が激しく上昇する要因となる。そして、研削負荷が上昇し過ぎると、異常な研削負荷を検知して機械が加工を終了したり、最悪の場合には砥石、ワークが損傷し、又は機械が損傷する等の惧れがある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、硬脆材料、難削材料、その他のワークを適度な高負荷で能率的に研削できると共に、研削負荷の急激な上昇等によるワークや砥石、更には機械の損傷を防止でき、しかも砥石摩耗を少なくできるワークの平面研削方法及び平面研削盤を提供することを目的とするものである。

本発明に係る平面研削方法は、砥石によりワークを平面研削するに際し、研削負荷を監視しながら、研削負荷が上昇するに伴って砥石の切込速度を減速し、研削負荷が砥石の切込時の最大の負荷閾値よりも高い負荷閾値を越えたときに、この高い負荷閾値に応じた所定の速度で砥石を切込時とは逆方向に相対的に移動させながら研削を継続するものである。

また別の本発明に係る平面研削方法は、砥石によりワークを平面研削するに際し、研削負荷を監視しながら、研削負荷が上昇したときに砥石の切込速度を減速し、研削負荷が低下したときに切込速度を増速し、研削負荷が砥石の切込時の最大の負荷閾値よりも高い負荷閾値を越えたときに、この高い負荷閾値に応じた所定の速度で砥石を切込時とは逆方向に相対的に移動させながら研削を継続するものである。

なお、研削負荷の複数の各負荷閾値に対応して、研削負荷が大になるほど砥石の切込速度が遅くなる各切込速度を設定しておき、所定速度で研削を開始した後、研削負荷が所定の負荷閾値に上昇・低下するたびに砥石を対応する切込速度に減速・増速してもよい。

また研削負荷が砥石の切込時の最大の負荷閾値よりも高い戻し負荷閾値を超えたときに、砥石をその戻し負荷閾値に応じた所定の戻し速度で戻しながら研削してもよい。スパークアウト前に砥石の切込と戻しとを繰り返してもよい。

更に研削負荷が速度制限実行用の負荷閾値を超えたときに、その後に研削負荷が所定の切込速度の負荷閾値に低下しても所定の切込速度よりも遅い制限切込速度で砥石を切込、制限切込速度以上に速くしないようにしてもよい。

本発明に係る平面研削盤は、砥石によりワークをインフィード研削する平面研削盤であって、研削中の砥石の研削負荷を測定する研削負荷測定手段と、複数の負荷閾値に対応して複数の砥石の切込速度が設定された速度設定手段と、研削中の研削負荷と負荷閾値とを比較しながら研削負荷の上昇、低下に伴って砥石の切込速度が減速、増速するように各負荷閾値を基準として各負荷閾値に対応する切込速度で砥石を増減速させ、研削負荷が砥石の切込時の最大の負荷閾値よりも高い負荷閾値を越えたときに、研削を継続しながら前記高い負荷閾値に応じた所定の速度で砥石を切込時とは逆方向に相対的に移動させる速度制御手段とを備えたものである。

本発明によれば、硬脆材料、難削材料、その他のワークを適度な高負荷で能率的に研削できると共に、研削負荷の急激な上昇等によるワークや砥石、更には機械の損傷を防止でき、しかも砥石摩耗を少なくできる利点がある。

本発明の第１の実施形態を示す平面研削盤の正面図である。 同要部の斜視図である。 同制御系のブロック図である。 同速度テーブルである。 同研削動作のフローチャートである。 同研削負荷の変化等を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す制御系のブロック図である。 同研削動作のフローチャートである。 同速度テーブルである。 同研削負荷の変化を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示す制御系のブロック図である。 同第１速度テーブルである。 同第２速度テーブルである。 本発明の第４の実施形態を示す速度テーブルである。 本発明の第５の実施形態を示すブロック図である。 同速度変更の波形図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。

図１〜図６は本願発明の第１の実施形態を例示する。サファイアウェーハ等の硬脆材料のワークＷをカップ型の砥石１によりインフィード研削する際に使用する平面研削盤２は、図１、図２に示すように、上面にワークＷが着脱自在に装着される回転テーブル３と、この回転テーブル３を上下方向の軸心廻りにａ矢印方向に回転駆動するモータ等のワーク駆動手段４と、回転テーブル３上に上下動自在に配置される砥石軸５と、砥石軸５を上下方向の軸心廻りにｂ矢印方向に回転駆動するモータ等の砥石駆動手段６と、砥石軸５の下端に着脱自在に装着され且つｂ矢示方向の回転により回転テーブル３上のワークＷを平面研削する砥石１と、砥石軸５を介して砥石１を上下方向の切込方向ｃ及び戻し方向ｄに送る砥石送り手段７とを備えている。なお、回転テーブル３、砥石１の回転方向は任意である。

図３は平面研削盤２の研削動作を制御する制御系を示す。この制御系は平面研削盤２のインフィード研削に関連する一般的研削動作を制御するＮＣ制御手段９の他に、例えば定寸制御手段１０と砥石切込戻し制御手段１１とを有する。

定寸制御手段１０は研削中のワークＷの寸法を寸法測定手段１２で測定し、所定のスパークアウト時期になったときに砥石送り手段７にスパークアウト指令を出して、スパークアウトによりワークＷを所定寸法精度に仕上げるように制御する。

なお、砥石送り手段７はスパークアウト指令があれば、その位置で砥石１がワークＷの加工を続けるように砥石軸５の送りを停止させる。定寸制御手段１０がない場合には、ワークＷの研削開始から所定の切込量に達したり、所定時間が経過したときにスパークアウト指令を出すようにしても良い。

砥石切込戻し制御手段１１は、ワークＷの研削中の研削負荷を監視しながら、砥石１が研削効率の高い適度な高負荷でワークＷを能率的に研削するように砥石１の切込、戻しを制御するためのもので、研削負荷の上昇に伴って砥石１の切込速度を減速する機能と、研削負荷が上限付近まで上昇したときに砥石１の切込と戻しとを繰り返す機能と、研削負荷の低下に伴って砥石１を増速する機能とを有する。

この砥石切込戻し制御手段１１は、具体的には研削中の砥石１の研削負荷を測定する研削負荷測定手段１３と、負荷閾値毎に砥石１の切込速度、戻し速度を設定する速度設定手段１４と、研削中の実際の研削負荷と負荷閾値とを比較してその研削負荷の増減に応じて速度設定手段１４で設定された切込速度、戻し速度で砥石送り手段７を制御する速度制御手段１５とを有する。

研削負荷測定手段１３は研削中の砥石１の研削負荷を砥石駆動手段６に流れる電流、電力又はトルク等の変化により測定するようになっている。速度設定手段１４は図４に示すような速度テーブルを有する。速度テーブルには高速切込、早切込、中切込、遅切込、遅戻し、中戻し、早戻し、非常戻しの各動作毎に、研削負荷が段階的に増加する負荷閾値Ｌ１〜Ｌ７（Ｎ・ｍ）と、その各負荷閾値Ｌ１〜Ｌ７（Ｎ・ｍ）に対応して段階的に増減速する切込速度Ｖ０〜Ｖ７（ｍｍ／ｍｉｎ）とが設定されている。

高速切込は砥石１がワークＷに接触して研削を開始する際の切込であり、その高速切込速度Ｖ０は０．５（ｍｍ／ｍｉｎ）に設定されている。早切込は負荷閾値Ｌ１に対して早切込速度Ｖ１＝０．３（ｍｍ／ｍｉｎ）に、中切込は負荷閾値Ｌ２に対して中切込速度Ｖ２＝０．１（ｍｍ／ｍｉｎ）に、遅切込は負荷閾値Ｌ３に対して遅切込速度Ｖ３＝０．０５（ｍｍ／ｍｉｎ）に夫々設定されている。

また遅戻しは負荷閾値Ｌ４に対して遅戻し速度Ｖ４＝−０．０５（ｍｍ／ｍｉｎ）に、中戻しは負荷閾値Ｌ５に対して中戻し速度Ｖ５＝−０．１（ｍｍ／ｍｉｎ）に、早戻しは負荷閾値Ｌ６に対して早戻し速度Ｖ６＝−０．３（ｍｍ／ｍｉｎ）に夫々設定されている。非常戻しは負荷閾値Ｌ７に対して戻し速度Ｖ７（全速）に設定されている。

なお、戻しは切込に対して逆方向となるため、その遅戻し速度Ｖ４等の記載上、数値に−を付して逆方向に進む旨を示している。

各負荷閾値Ｌ１〜Ｌ７は、図６に負荷閾値Ｌ１〜Ｌ４について例示するように、負荷閾値Ｌ１から負荷閾値Ｌ７へと順次高くなる関係にある。研削負荷の各負荷閾値Ｌ１〜Ｌ７に対応する砥石１の切込速度Ｖ０〜Ｖ３、戻し速度Ｖ４〜Ｖ７は、ワークＷの材質や大きさ、砥石１、平面研削盤２等の組み合わせを考慮して、砥石１が研削効率の高い適度な高負荷状態でワークＷを能率的に研削できるように予め実験等により決められている。

従って、高速切込、早切込、中切込、遅切込は、研削負荷が負荷閾値Ｌ１〜Ｌ３へと段階的に増加するに従って切込速度Ｖ１〜Ｖ３へと段階的に切込方向に減速するようになっている。また遅戻し、中戻し、早戻し、非常戻しは、研削負荷が負荷閾値Ｌ４〜Ｌ７へと段階的に増加するに従って戻し速度Ｖ４〜Ｖ７へと段階的に戻し方向に増速するようになっている。砥石１の戻し速度Ｖ４〜Ｖ７は、砥石１が切込方向とは逆方向に移動するため、砥石１が切込方向を基準にすれば、遅戻しから非常戻しへと段階的に減速すると云える。

なお、標準的なワークＷに対応した標準的速度テーブルがある場合には、ワークＷの材質等の違いに応じてその標準的速度テーブルの数値を読み出して、それに補正を加えながら制御するようにしても良い。

遅切込時の負荷閾値Ｌ３と遅戻し時の負荷閾値Ｌ４は、遅戻し時の負荷閾値Ｌ４の方が高くなっているが、負荷閾値Ｌ３を超えた後のスパークアウト前に遅切込と遅戻しとを複数回繰り返す場合には、例えば研削負荷が負荷閾値Ｌ３以上で負荷閾値Ｌ４未満のときに砥石１の遅切込を行い、負荷閾値Ｌ４以上のときに砥石１の遅戻しを行うように、負荷閾値Ｌ４を基準に砥石１の遅切込と遅戻しとを切替える。

次に図５のフローチャートを参照しながらワークＷの研削方法を説明する。平面研削盤２によるワークＷのインフィード研削はＮＣ制御手段９の制御により行う。平面研削盤２がインフィード研削の研削動作を開始すると（Ｓ１）、先ず砥石１がワークＷに接触する直前までは、砥石送り手段７が高速切込速度Ｖ０よりも速い高速送り速度で砥石軸５を切込方向に送る。一方、寸法測定手段１２によりワークＷの寸法を測定し（Ｓ２）、研削負荷測定手段１３により研削負荷を測定し（Ｓ３）、定寸制御手段１０がスパークアウト時期か否かを判断する（Ｓ４）。

研削動作の開始直後は、未だスパークアウト時期ではないので（Ｓ４）、研削負荷が早切込の負荷閾値Ｌ１未満か否かを判定し（Ｓ５）、砥石軸５の送り速度を高速送り速度から高速切込速度Ｖ０に減速して、その高速切込速度Ｖ０で砥石１がワークＷを研削し始める（Ｓ６）。

砥石１がワークＷに接触するまでは高速切込速度Ｖ０よりも速い高速送り速度で砥石軸５を送り、砥石１がワークＷに接触する直前に高速切込速度Ｖ０に減速することにより、エアーカット時間を短くして能率的にワークＷの研削に移行することができる。

砥石１がワークＷに接触して研削を開始すると、砥石軸５にかかる研削負荷が上昇するが、研削負荷が負荷閾値Ｌ１未満の間は高速切込速度Ｖ０で砥石１を切込む（Ｓ６）。そして、高速切込速度Ｖ０での高速切込により研削負荷が上昇して負荷閾値Ｌ１以上で負荷閾値Ｌ２未満になれば（Ｓ５、Ｓ７）、砥石１の切込速度を高速切込速度Ｖ０から早切込速度Ｖ１に減速し（Ｓ８）、その早切込速度Ｖ１で砥石１を切込ながらワークＷの研削を継続する。

早切込速度Ｖ１での早切込により研削負荷が上昇して負荷閾値Ｌ２以上で負荷閾値Ｌ３未満になれば（Ｓ７、Ｓ９）、砥石１の切込速度を早切込速度Ｖ１から中切込の中切込速度Ｖ２に減速し（Ｓ１０）、その中切込速度Ｖ２で砥石１を切込む。

また切込速度Ｖ２での中切込により研削負荷が上昇して負荷閾値Ｌ３以上で負荷閾値Ｌ４未満になれば（Ｓ９、Ｓ１１）、砥石１の切込速度を中切込速度Ｖ２から遅切込の遅切込速度Ｖ３に減速し（Ｓ１２）、その遅切込速度Ｖ３で砥石１を切込ながらワークＷの研削を継続する。

このように速い高速切込速度Ｖ０で研削を開始し、その後に研削負荷が負荷閾値Ｌ１から負荷閾値Ｌ２を経て負荷閾値Ｌ３以上まで上昇して行く間に、各負荷閾値Ｌ１〜Ｌ３毎に、砥石１を切込速度Ｖ１〜Ｖ３へと段階的に減速しながら切込んで行く。

なお、砥石１の遅切込中に負荷閾値Ｌ３未満になったときに（Ｓ９）、砥石１の切込速度を遅切込速度Ｖ３から中切込速度Ｖ２へと増速する（Ｓ１０）等、研削負荷が低下すれば、その研削負荷の低下に伴って砥石１の切込速度を増速する。

遅切込速度Ｖ３での研削中に研削負荷が上昇して負荷閾値Ｌ４以上で負荷閾値Ｌ５未満になれば（Ｓ１１、Ｓ１３）、遅切込速度Ｖ３での遅切込から遅戻し速度Ｖ４での遅戻しに切替えて砥石１を戻しながらワークＷの研削を継続する（Ｓ１４）。また遅戻しでの研削中に研削負荷が負荷閾値Ｌ４未満になれば（Ｓ１１）、遅戻し速度Ｖ４での遅戻しから遅切込速度Ｖ３での遅切込に切り替えて砥石１を遅切込する（Ｓ１２）。

従って、砥石１の研削負荷が負荷閾値Ｌ４付近の高負荷域になるまでワークＷの研削が進めば、その後は負荷閾値Ｌ３、Ｌ４の上下で砥石１が遅切込と遅戻しとを１回又は複数回繰り返しながら、ワークＷの終盤の研削を継続する。

この間にも定寸制御手段１０がワークＷの寸法を読み込んでおり、所定の仕上精度寸法に近いスパークアウト時期になれば（Ｓ４）、定寸制御手段１０からのスパークアウトの指令に基づいて砥石送り手段７が砥石１の移動を停止させて、砥石１が停止位置でワークＷを研削するスパークアウトを行う（Ｓ２１）。そして、スパークアウトによりワークＷが仕上げ寸法になれば研削を終了する（Ｓ２２）。

なお、遅戻しでの研削中に研削負荷が負荷閾値Ｌ５以上で負荷閾値Ｌ６未満になれば（Ｓ１３、Ｓ１５）、中戻し速度Ｖ５で砥石１を戻しながら研削を継続し（Ｓ１６）、更にその中戻し中に研削負荷が負荷閾値Ｌ６以上で負荷閾値Ｌ７未満になれば（Ｓ１５、Ｓ１７）、早戻し速度Ｖ６で砥石１を戻しながら研削を継続する（Ｓ１８）。

また研削負荷が負荷閾値Ｌ７以上になれば（Ｓ１７）、非常戻し速度Ｖ７（全速）で非常戻しを行い（Ｓ１９）、研削を中止する（Ｓ２０）。そして、研削の中止後に、砥石１のドレッシング等を行って砥石１の切れ味を復活させる等の適宜措置を行う。

このように高速切込速度Ｖ０で砥石１の高速切込を開始した後、砥石１の研削負荷の変動を監視しながら、その研削負荷が負荷閾値Ｌ１から負荷閾値Ｌ２を経て負荷閾値Ｌ３へと順次上昇するに伴って砥石１の切込速度を高速切込から早切込へ、早切込から中切込へ、中切込から遅切込へと順次減速する。

従って、このような研削法を採用することにより、砥石１の切込速度とワークＷが砥石１により研削されて行く速度とが略一致するように、砥石１によりワークＷを研削することが可能であり、研削効率の高い適度な高負荷を砥石１に加えた状態でワークＷを能率的に研削することができる。

特に砥石１を高速で切込んで行くと、研削が進むに従ってワークＷが砥石１により研削されて行く速度と砥石１の切込速度とが一致しなくなって、ワークＷ側に研削残りが生じ砥石１の研削負荷が異常に上昇する。その結果、高速切込状態のままで研削を続けると、ワークＷに加わる負荷が過大となってワークＷが割れる等の問題が生じる。しかし、研削負荷を監視しながら、研削負荷が上昇するに伴って砥石１の切込速度を減速するため、ワークＷに過大な負荷が加わるようなことを防止できる。

またワークＷの研削の終盤では、研削負荷が負荷閾値Ｌ３以上に上昇して遅切込での研削中に、研削負荷がＬ４に上昇すれば砥石１を遅戻しに切り替えるため、遅切込と遅戻しを繰り返しながら高負荷状態でワークＷを研削する。そのため砥石１の研削負荷が上昇し続けてワークＷに過大な負荷が加わるようなことがなく、研削効率の高い適度な高負荷で研削を継続することができる。

図６は実際にワークＷを研削したときのワークＷの研削負荷と寸法の変化を示す。Ａは本発明の場合の研削開始からスパークアウト終了までの研削負荷の変化を示す研削負荷曲線であり、Ｂはその場合のワークＷの寸法の変化を示す寸法曲線である。Ａ１は従来の通常研削の場合の研削負荷曲線であり、Ｂ１はその場合のワークＷの寸法の変化を示す寸法曲線である。

従来の通常研削では、過負荷にならないように砥石１の切込送り量によって粗研削送り、中仕上げ研削送り、仕上げ研削送りと砥石１の切込速度を制御しながら研削するため、図６の研削負荷曲線Ａ１に示すように遅い切込速度で研削せざるを得ず、研削の進行と共に砥石１の研削負荷は上昇するものの、その勾配が緩やかである。従って、従来は砥石１の目詰まりが発生し易く研削効率を十分に発揮できない低負荷状態でワークＷを研削するため、ワークＷの研削サイクルが長くなって研削能率が悪い上に、研削温度が上昇する等の問題があった。

一方、本発明では、図６の研削負荷曲線Ａに示すように、砥石１の研削負荷を基準にその研削負荷が所定の負荷閾値になる毎に高速切込、早切込、中切込、遅切込の順で砥石１を順次減速しながら切込、遅切込と遅戻しとを数回繰り返してスパークアウトに移行する。

そのため砥石１の研削負荷の上昇により砥粒の自生作用を促進できるので、高い研削効率でワークＷを短時に研削することが可能であり、従来の通常研削よりも短い研削サイクルで能率的に研削できる。その結果、本発明での研削時間は従来の通常研削の場合に比較して約２／３程度に短縮でき、能率的な研削が可能であることが判った。また本発明では、研削効率の高い高負荷で能率的に研削するため、低い研削負荷で研削する通常研削の場合に比較して研削温度の上昇を防止できる。

図７〜図１０は本発明の第２の実施形態を例示する。この実施形態の砥石切込戻し制御手段１１は速度制限実行機能を有し、図７に示すように、第１の実施形態と同様の研削負荷測定手段１３、速度設定手段１４、速度制御手段１５の他に速度制限実行手段１４Ａを備えている。

この速度制限実行手段１４Ａは砥石１の研削負荷が速度制限実行の負荷閾値ＬＡを越えたときには、その後に研削負荷が遅切込の負荷閾値Ｌ３未満に低下しても、砥石１の切込速度を遅切込速度Ｖ３（＝０．０５ｍｍ／ｍｉｎ）よりも遅い制限切込速度Ｖα（＝０．０３ｍｍ／ｍｉｎ）に制限する速度制限を実行する機能を有する。

速度テーブルは図９に示すように構成されており、研削負荷が負荷閾値Ｌ１〜Ｌ３へと段階的に高くなるに従って砥石１の切込速度Ｖ１〜Ｖ３へと段階的に減速し、研削負荷が遅戻し時の負荷閾値Ｌ４まで上昇したときに砥石１を遅戻し速度Ｖ４（＝−０．０５ｍｍ／ｍｉｎ）で戻し、速度制限実行時の負荷閾値ＬＡまで上昇したときに制限切込速度Ｖα（＝０．０３ｍｍ／ｍｉｎ）に制限し、研削中止時の負荷閾値ＬＸまで上昇したときに研削を中止させるようになっている。

ワークＷのインフィード研削に際しては、図８に示すように、研削負荷が研削中止時の負荷閾値ＬＸ以上か否かを判定し（Ｓ２３）、負荷閾値ＬＸ以上であれば研削を中止する（Ｓ２４）。また研削負荷が負荷閾値ＬＸ未満のときには、それまでに研削負荷が速度制限実行時の負荷閾値ＬＡ以上になったことがあるか否かを確認し（Ｓ２５）、一度でもあれば研削負荷が負荷閾値Ｌ４未満でも（Ｓ２６）、砥石１を制限切込速度Ｖα（＝０．０３ｍｍ／ｍｉｎ）に制限する（Ｓ２７）。負荷閾値ＬＡ以上になったことがなければ、その研削負荷を負荷閾値Ｌ１と比較して（Ｓ２８）、負荷閾値Ｌ１未満であれば高速切込の切込速度Ｖ０とする（Ｓ２９）。そして、研削負荷が負荷閾値Ｌ１以上のときには、負荷閾値Ｌ２と比較して負荷閾値Ｌ２未満のときには（Ｓ３０）、早切込の切込速度Ｖ１とする（Ｓ３１）。

同様に研削負荷が負荷閾値Ｌ２以上のときには、負荷閾値Ｌ３と比較して負荷閾値Ｌ３未満であれば（Ｓ３２）、中切込の切込速度Ｖ２とする（Ｓ３３）。また研削負荷が負荷閾値Ｌ３以上のときには、負荷閾値Ｌ４と比較して負荷閾値Ｌ４未満であれば（Ｓ３４）、遅切込の遅切込速度Ｖ３とする（Ｓ３５）。遅切込での研削中の研削負荷が負荷閾値Ｌ４以上となったときには、砥石１を遅戻し速度Ｖ４で戻し（Ｓ３６）、砥石１の遅戻しにより研削負荷の低下を図る。

遅戻しでの研削中も、砥石１の研削負荷を速度制限実行時の負荷閾値ＬＡと比較しており（Ｓ３７）、負荷閾値ＬＡ未満であればステップＳ２に戻る。しかし、遅戻しでの研削中に研削負荷が低下せず何等かの原因により、研削負荷が一次的に速度制限実行時の負荷閾値ＬＡ以上に上昇すれば（Ｓ３７）、研削負荷が負荷閾値ＬＡを超えたことを記憶し（Ｓ３８）、速度制限実行手段１４Ａの切込速度制限機能が働く。

その後に一時的な研削負荷の上昇原因が解消すれば、砥石１の遅戻し速度Ｖ４での遅戻しによって研削負荷が急激に低下する。しかし、研削負荷が一旦負荷閾値ＬＸを超えているので（Ｓ２５）、仮に砥石１の研削負荷が遅切込時の負荷閾値Ｌ４未満となっても（Ｓ２６）、速度制御手段１４Ａの切込速度制限機能が働いて、本来の遅切込速度Ｖ３（＝０．０５ｍｍ／ｍｉｎ）とはせずに、以後の砥石１の切込を最も遅い制限切込速度Ｖα（＝０．０３ｍｍ／ｍｉｎ）に制限する（Ｓ２７）。

従って、砥石１とワークＷとが接触と離反とを繰り返すようなことがない。何故なら速度制限実行機能がなければ、遅戻しでのワークＷの研削中に研削負荷が負荷閾値Ｌ３未満に低下したときに（Ｓ３４）、遅戻しから遅切込に切り替えて遅切込速度Ｖ３（＝０．０５ｍｍ／ｍｉｎ）で砥石１を切り込む。そのため研削負荷の上昇、低下に応じて砥石１の切込速度を制御すれば、砥石１が速い切込速度と速い戻し速度とで激しく行き来し、砥石１とワークＷとが接触と離反とを繰り返して、ワークＷの研削が進まなくなることがある。

しかし、砥石１の遅戻しによって研削負荷が負荷閾値Ｌ３未満に低下しても、直ちに砥石１を切込速度Ｖ３（＝０．０５ｍｍ／ｍｉｎ）の早い速度で切込まずに、制限切込速度Ｖα（＝０．０３ｍｍ／ｍｉｎ）の遅い速度でゆっくりと切込むことになり、遅戻しから遅切込への切り替えによって砥石１の研削負荷の急激な上昇を防止でき、砥石１が戻しと切込とを激しく繰り返すようなことはない。そのため図１０に研削負荷曲線を示すように、その後の研削負荷の変化が安定したものとなり、ワークＷを能率的に研削することができる。

なお、この実施形態では、速度制限実行時の負荷閾値ＬＡを超えた後は、研削負荷が低下しても制限切込速度Ｖαよりも早い速度で砥石１を切込まないように制御しているが、砥石１を戻す場合にも、制限戻し速度Ｖβを設定して、研削負荷がある負荷閾値ＬＢを超えた後に、その後に研削負荷が負荷閾値Ｌ４の上側近くまで下がるようなことがあっても、制限戻し速度Ｖβよりも早い戻し速度で戻さないようにしても良い。

図１１〜図１３は本発明の第３の実施形態を例示する。この実施形態の砥石切込戻し制御手段１１は、図１１に示すように、速度設定手段１４が記憶する速度テーブルを適宜選択可能なテーブル選択手段１６を有し、このテーブル選択手段１６により選択されたテーブルに従って速度制御手段１５が砥石送り手段７を制御するように構成されている。

速度設定手段１４が記憶するテーブルには、例えば図１２に示す第１速度テーブルＴ１と、図１３に示す第２速度テーブルＴ２とがある。テーブル選択手段１６は第１速度テーブルＴ１と第２速度テーブルＴ２とを個別に選択可能である他、両速度テーブルＴ１，Ｔ２の一部を結合した結合テーブルを選択可能である。

結合テーブルは第１速度テーブルＴ１と第２速度テーブルＴ２との前後を選択すると共に、その一方の速度テーブルＴ１又は速度テーブルＴ２から他方の速度テーブルＴ２又は速度テーブルＴ１に変更するときの速度テーブル変更負荷を適宜負荷閾値に設定して、その速度テーブル変更負荷で両速度テーブルＴ１，Ｔ２の前後を変更し結合して、その一方の速度テーブルＴ１又は速度テーブルＴ２から他方の速度テーブルＴ２又は速度テーブルＴ１に切り替わるように構成される一つの速度テーブルである。

例えば、第１速度テーブルＴ１を前とし、第２速度テーブルＴ２を後とする選択を行い、負荷閾値Ｌ３を速度テーブル変更負荷として設定した場合には、負荷閾値Ｌ３までの第１速度テーブルＴ１の前半と、負荷閾値Ｌ３から以後の第２速度テーブルＴ２の後半とを結合した一つの速度テーブルを構成することができる。

従って、インフィード研削に際して、砥石切込戻し制御手段１１は研削負荷の変化を監視しながら、その速度制御手段１５により、結合テーブルに従って砥石１の切込速度を夫々制御する。例えば、研削の前半は第１速度テーブルＴ１に従って制御を行い、研削負荷が負荷閾値Ｌ３未満の場合には第１速度テーブルＴ１の遅切込速度Ｖ３（＝０．０５ｍｍ／ｍｉｎ）で砥石１の遅切込を行う。そして、負荷閾値Ｌ３以上になれば、第１速度テーブルＴ１から第２速度テーブルＴ２に変更して、この第２速度テーブルＴ２に従って遅戻し速度Ｖ３（＝−０．０５ｍｍ／ｍｉｎ）で砥石１の遅戻しを行う。なお、他の構成、制御等は各実施形態と同様である。

このようにすれば、第１速度テーブルＴ１と第２速度テーブルＴ２との一部を選択的に組み合わせて結合テーブルを構成することができ、少ない数の速度テーブルＴ１，Ｔ２を基準にしながらもワークＷの材質、その他に最適な条件で研削することが可能である。

なお、速度テーブルは３種類以上あってもよいし、速度テーブル変更負荷は複数種類あってもよい。また速度テーブル変更負荷によりテーブルを変更する他、切込時間、切込量、定寸装置等から読み取った除去量を基準に、複数の速度テーブルを変更するようにしても良い。

図１４は本発明の第４の実施形態を例示する。砥石１によりワークＷをインフィード研削する場合、研削中の研削負荷はそのときの条件に応じて上昇、低下することがある。従って、図１４に速度テーブルを例示するように、速度テーブル中に研削負荷の上昇局面と低下局面との何れの負荷閾値を使用するか否かを選択可能（ＯＮは選択、ＯＦＦは非選択）にしておき、研削条件に応じて適宜必要な条件を選択するようにしても良い。

図１４の速度テーブルの場合には、高速切込、早切込、中切込、遅切込、遅戻し、中戻し、早戻し、非常戻しの制御要素があり、その各制御要素を上昇局面、低下局面に応じて適宜選択できるようになっている。例えば、研削負荷の上昇局面では、中切込、遅戻し、中戻しは選択されておらず、低下局面では遅切込は選択されていない。

実際のインフィード研削において、その時点での研削が上昇局面、低下局面の何れにあるかは、過去数秒間程度の判定時間を決めておき、その判定時間中における研削負荷の移動平均等を求めることにより判断しても良い。

図１５、図１６は本発明の第５の実施形態を例示する。この砥石切込戻し制御手段１１は、図１５に示すように、研削中の砥石１の研削負荷を測定する研削負荷測定手段１３と、負荷閾値毎に砥石１の切込速度、戻し速度を設定する速度設定手段１４と、切込速度の変更時、切込と戻しとの切替え時に加減速時間を設定する時間設定手段１７と、研削中の研削負荷と負荷閾値とを比較してその研削負荷の増減に応じて速度設定手段１４で設定された切込速度、戻し速度に、砥石送り手段７を切込制御、戻し制御すると共に、その切込速度の変更時、切込と戻しとの切替え時に時間設定手段１７で設定された加減速時間Ｔで速度を一方向に緩やかに変化させる速度制御手段１５とを有する。

このような構成の砥石切込戻し制御手段１１では、時間設定手段１７で予め加減速時間Ｔを設定しておけば、切込速度の変更時、切込と戻しとの切替え時の何れの場合にも、速度の急激な変化を防止できるため、研削負荷が一時的に低下する等の問題がなく、高研削負荷で能率良くワークＷを研削することができる。

例えば切込速度Ｖ０の高速切込から切込速度Ｖ１の早切込に減速する場合には、図１６（Ｉ）に実線で示すように加減速時間Ｔで切込速度Ｖ０から切込速度Ｖ１へと徐々に減速するため、点線で示すように直ちに切り替えるときに比べて、急激な速度変化を抑えて研削負荷の変化を抑えることができる。

また切込速度Ｖ３での遅切込から戻し速度Ｖ４での遅戻しに切替える場合にも、図１６（ＩＩ）に実線で示すように加減速時間Ｔで切込速度Ｖ３から戻し速度Ｖ４へと徐々に切替えるため、点線で示すように直ちに切り替えるときに比べて、逆方向への急激な速度変化を抑えて研削負荷の変化を抑えることができる。

なお、加減速時間ＴはワークＷの材質等に応じて適宜設定することも可能である。また加減速時間Ｔを可変的に設定可能にする他、切込速度の変更時、切込と戻しとの切替え時に速度制御手段１５が所定の加減速特性に従って徐々に又は段階的に加減速をするようにしても良い。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、研削負荷の負荷閾値の数は多いことが望ましい。従って、負荷閾値の数を無数に増やすことも可能であり、負荷閾値の数を無数に増やすことにより、研削負荷の増加に伴って砥石１の切込速度を無段階に減速する無段変速も可能である。

また実施形態では、硬脆材料のワークＷについて例示しているが、硬脆材料に限定されるものではなく、各種材料のワークＷの平面研削の全般についても同様に実施可能である。

研削負荷として砥石軸５の回転負荷トルクを例示しているが、砥石駆動手段６の電流、電力の変化、又は砥石駆動手段６に加わる荷重の変化で研削負荷を判断しても良いし、ワーク駆動手段４のトルク、電流、電力、荷重の変化で研削負荷を判断しても良い。またワーク駆動機構のない平面研削盤２の場合には、ワークＷにかかる荷重から研削負荷を判断しても良い。更に砥石駆動手段６の電流、電力又は荷重の変化と、ワーク駆動手段４の電流、電力又は荷重の変化とを組み合わせる等、研削負荷の変化に関連する二つ以上の関連要素を組み合わせて判断するようにしても良い。

第１及び第２の実施形態では、切込中に研削負荷が上昇する場合について詳述しているが、切込中に研削負荷が所定の負荷閾値よりも低下すれば、切込速度を増速させるように制御しても良いことは云うまでもない。その場合にも、所定の時間をかけて切込速度を加速するようにしても良い。

また研削負荷が所定の負荷閾値を基準に切込速度を加減速し、又は切込と戻しとの間で切替える場合、所定の負荷閾値を基準に砥石１の切込、戻し等が可能であれば十分であり、負荷閾値未満、負荷閾値以上の何れで判断することも可能である。

高速切込、早切込、中切込、遅切込、遅戻し、中戻し、早戻し等は単なる例示に過ぎず、これら以上に細かく分けても良いし、少ない数で大まかに分けても良い。また各負荷閾値、切込速度、戻し速度の値も単なる例示に過ぎず、これらに限定されるものではない。

１ 砥石
２ 平面研削盤
３ 回転テーブル
４ ワーク駆動手段
５ 砥石軸
７ 砥石送り手段
１０ 定寸制御手段
１１ 砥石切込戻し制御手段
１２ 寸法測定手段
１３ 研削負荷測定手段
１４ 速度設定手段
１４Ａ 速度制限実行手段
１５ 速度制御手段
１６ テーブル選択手段
１７ 時間設定手段

Claims (7)

1. 砥石によりワークを平面研削するに際し、
   研削負荷を監視しながら、
   研削負荷が上昇するに伴って砥石の切込速度を減速し、
   研削負荷が砥石の切込時の最大の負荷閾値よりも高い負荷閾値を越えたときに、この高い負荷閾値に応じた所定の速度で砥石を切込時とは逆方向に相対的に移動させながら研削を継続する
   ことを特徴とするワークの平面研削方法。
2. 砥石によりワークを平面研削するに際し、
   研削負荷を監視しながら、
   研削負荷が上昇したときに砥石の切込速度を減速し、
   研削負荷が低下したときに切込速度を増速し、
   研削負荷が砥石の切込時の最大の負荷閾値よりも高い負荷閾値を越えたときに、この高い負荷閾値に応じた所定の速度で砥石を切込時とは逆方向に相対的に移動させながら研削を継続する
   ことを特徴とするワークの平面研削方法。
3. 研削負荷の複数の各負荷閾値に対応して、研削負荷が大になるほど砥石の切込速度が遅くなる各切込速度を設定しておき、
   所定速度で研削を開始した後、研削負荷が所定の負荷閾値に上昇・低下するたびに砥石を対応する切込速度に減速・増速する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のワークの平面研削方法。
4. 研削負荷が砥石の切込時の最大の負荷閾値よりも高い戻し負荷閾値を超えたときに、砥石をその戻し負荷閾値に応じた所定の戻し速度で戻しながら研削する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のワークの平面研削方法。
5. スパークアウト前に砥石の切込と戻しとを繰り返すことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のワークの平面研削方法。
6. 研削負荷が速度制限実行用の負荷閾値を超えたときに、その後に研削負荷が所定の切込速度の負荷閾値に低下しても所定の切込速度よりも遅い制限切込速度で砥石を切込、制限切込速度以上に速くしないことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のワークの平面研削方法。
7. 砥石によりワークをインフィード研削する平面研削盤であって、
   研削中の砥石の研削負荷を測定する研削負荷測定手段と、
   複数の負荷閾値に対応して複数の砥石の切込速度が設定された速度設定手段と、
   研削中の研削負荷と負荷閾値とを比較しながら研削負荷の上昇、低下に伴って砥石の切込速度が減速、増速するように各負荷閾値を基準として各負荷閾値に対応する切込速度で砥石を増減速させ、研削負荷が砥石の切込時の最大の負荷閾値よりも高い負荷閾値を越えたときに、研削を継続しながら前記高い負荷閾値に応じた所定の速度で砥石を切込時とは逆方向に相対的に移動させる速度制御手段とを備えた
   ことを特徴とする平面研削盤。

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