JP6969523B2 - 切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブレードを用いて対象物を切削する切削装置に関する。

たとえば電子回路が複数形成されたウエハや、複数形成された電子部品などを個片に切り出す技術において、回転砥石などのブレードを用いる切削装置としてのダイサーが知られている。このようなダイサーを用いて高精度な切り出しを行うためには、ブレードの取付状態やブレードの形状が精度よく管理されていることが重要である。

テーブルからブレードのエッジまでの距離を検出可能な切削装置として、ブレードの下方にブレード変位検出装置を配置するものが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、このようなブレード変位検出装置では、ブレードのばたつきについては検出できないという問題を有している。

また、ブレードのばたつきを検出する検出方法としては、ブレードと検出手段までの距離を測定する方法が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、このような方法で高精度な検出を行うためには、非常に高価でデリケートな検出手段を用いる必要があるため、実用上の問題を有している。

特開平８ー１６４５１５号公報 特開２００９−２０６３６３号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、ブレードのばたつきを精度よく容易に検出可能な切削装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る切削装置は、
対象物を設置する設置面を有するテーブルと、
前記対象物を切削するブレードと、前記ブレードを所定の回転軸を中心として回転させる回転駆動部と、を有する切削部と、
前記設置面と前記回転軸との距離を変えるＺ軸方向に、前記テーブル又は前記切削部を移動させるＺ軸移動機構と、
前記設置面と前記回転軸との距離が維持されるＸ軸方向に、前記テーブル又は前記切削部を移動させるＸ軸移動機構と、
光を出射する第１出射部と、前記第１出射部との間に前記ブレードのエッジ部分を挟むように配置され前記第１出射部で出射された光が入射する第１入射部と、を有しており、前記エッジ部分の位置を検出する第１光電検出部と、を有しており、
前記第１出射部と前記第１入射部とを結ぶ第１検出軸は、前記ブレードの回転面に対して斜め方向に交差することを特徴とする。

本発明に係る切削装置は、第１検出軸がブレードの回転面に対して斜めに交差するため、比較的簡易な第１光電検出部を用いた場合であっても、ブレードのばたつきを精度良く検出することが可能である。

また、たとえば、前記第１光電検出部は、前記第１出射部から出射されて前記第１入射部に入射する光量を定量的に検出する第１定量検出部を有してもよい。

このような第１光電検出部は、ブレードのばたつきによるエッジ部分の位置の変化を、精度よく定量的に検出することが可能である。

また、たとえば、光を出射する第２出射部と、前記第２出射部との間に前記ブレードの前記エッジ部分を挟むように配置され前記第２出射部で出射された光が入射する第２入射部と、を有しており前記エッジ部分の位置を検出する第２光電検出部をさらに有していてもよい。
また、たとえば、前記第２出射部と前記第２入射部とを結ぶ第２検出軸は、前記ブレードの前記回転面に対して、前記第１検出軸とは異なる角度で交差してもよい。
また、たとえば、前記第２出射部と前記第２入射部とを結ぶ第２検出軸は、前記回転軸に平行且つ前記第２検出軸と前記回転面との交点で前記ブレードに接する第２外接面に沿っていてもよい。

第１光電検出部と第２光電検出部とを有する切削装置は、Ｚ軸方向のエッジ部分の位置と、ばたつきに関するＹ軸方向のエッジ部分の位置の両方を、精度よく定量的に検出することが可能である。

また、たとえば、前記第２光電検出部は、前記第２出射部から出射されて前記第２入射部に入射する光量を定量的に検出する第２定量検出部を有してもよい。

このような第２光電検出部は、Ｚ軸方向のエッジ部分の位置と、ばたつきに関するＹ軸方向のエッジ部分の位置の両方を、精度よく定量的に検出することが可能である。

また、たとえば、前記第２検出軸は、前記第２外接面に沿っており前記回転軸と平行な基準線に対して、５〜８５度の角（θ４）をなしてもよい。

第２検出軸が基準線に対して所定の範囲の角度をなすようにすることにより、第２光電検出部の検出値がブレードのばたつきの影響を受ける程度を抑制し、第１光電検出部及び第２光電検出部をコンパクトに配置することができる。

また、例えば、前記第２検出軸は、前記回転軸に対してねじれの位置にあってもよい。

このような第２光電検出部は、第１光電検出部と位置が重複しないように、かつ、コンパクトに第２出射部と第２入射部とを配置することができるので、検出誤差を低減することができ、また、装置の小型化に資する。

また、前記第２検出軸は、前記回転軸と平行であってもよい。

このような第２検出軸を有する第２光電検出部は、第２光電検出部の検出値がブレードのばたつきの影響を受けることを防止して、第２光電検出部単独でブレードのＺ軸方向の位置を精度よく検出することができる。

また、例えば、前記第１検出軸が前記ブレードの前記回転面に交差する第１交差位置は、前記第２検出軸が前記ブレードの前記回転面に交差する第２交差位置と、略同一の位置であってもよい。

第１交差位置と第２交差位置とを略一致させることにより、Ｚ軸方向のエッジ部分の位置と、ばたつきに関するＹ軸方向のエッジ部分の位置の両方を、より精度良く検出することが可能である。また、このような切削装置では、第１交差位置と第２交差位置とが離間している場合に比べて、エッジ部分の位置検出に必要な演算量を低減することができる。

また、例えば、前記第１検出軸は、前記回転面に対して、５〜８５度の角（θ１）をなしてもよい。

このような角度とすることにより、ブレードのばたつきに起因するエッジ部分のＹ軸方向への位置変化を、より好適に検出することができる。

また、たとえば、前記第１検出軸は、前記第１検出軸と前記回転面との交点で前記ブレードに接しており前記回転軸に平行な第１外接面に対して、５〜６０度の角（θ３）をなしてもよい。

このような角度とすることにより、ブレードのばたつきに起因するエッジ部分のＹ軸方向への位置変化を、より精度良く検出することができる。また、ブレードの取付部分との干渉を避けつつ、第１出射部と第１入射部を適切に配置することができる。

また、たとえば、前記第１検出軸は、前記回転軸に対してねじれの位置にあってもよい。

このような第１検出軸を有する第１光電検出部は、ブレードの取付部分との干渉を避けつつ、第１出射部と第１入射部をコンパクトに配置することができる。

また、たとえば、前記第１検出軸と前記回転軸とは、共通の面に沿っていてもよい。

このような第１検出軸を有する第１光電検出部は、ブレードによる遮蔽領域がばたつきによりＺ軸直交方向への変動を生じる現象を防止できるため、位置検出のための演算量を抑制できる。また、エッジ部分の位置検出精度を高めることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る切削装置の正面図と側面図である。 図２は、図１に示す切削装置が有するセンサユニットを示す概略図である。 図３は、図２に示すセンサユニットとブレードとの位置関係を表す部分拡大図である。 図４は、第１及び第２光電検出部とブレードとの位置関係を示す概念図である。 図５は、第１及び第２光電検出部の機能を説明するための概念図である。 図６は、ブレードの位置変化と第１及び第２光電検出部の検出出力との関係を表す概念図である。 図７は、ブレードのＹ軸方向の位置変化と、Ｚ軸方向の位置変化を、第１及び第２光電検出部によって検出する方法を表す概念図である。 図８は、第２実施形態に係る切削装置に含まれるセンサユニットにおける第１光電検出部とブレードとの位置関係を示す概念図である。 図９は、第３実施形態に係る切削装置に含まれるセンサユニットにおける第１及び第２光電検出部とブレードとの位置関係を示す概念図である。 図１０は、第４実施形態に係る切削装置に含まれるセンサユニットにおける第１及び第２光電検出部とブレードとの位置関係を示す概念図である。 図１１は、第５実施形態に係る切削装置に含まれるセンサユニットにおける第１及び第２光電検出部とブレードとの位置関係を示す概念図である。 図１２は、本発明の第６実施形態に係る切削装置の正面図と側面図である。 図１３は、本発明の第７実施形態に係る切削装置の正面図と側面図である。

第１実施形態
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る切削装置１０の概略図である。図１（ａ）は、切削装置１０をブレード３２の回転軸方向であるＹ軸方向から見た図であり、ず１（ｂ）は、切削装置１０をブレード３２の回転軸方向であるＹ軸方向に直交するＸ軸方向から見た図である。

切削装置１０は、テーブル２０と、切削部３０と、固定ベース１２などを有する。また、切削装置１０は、テーブル２０又は切削部３０を移動させるＸ軸移動機構２６、Ｙ軸移動機構３９及びＺ軸移動機構３８と、切削部３０のブレード３２の位置を検出するセンサユニット１８とを有する。なお、切削装置１０の説明では、ブレード３２の回転軸３５の延在方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に直交する上下方向をＺ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＸ軸方向として説明を行う。

図１に示すように、テーブル２０は、固定ベース１２の上に設けられている。切削装置１０のテーブル２０は、切削の対象物であるワーク９０を設置する設置面２３を有するθテーブル２２と、θテーブル２２を下方から支持するＸテーブル２４とを有する。

θテーブル２２の設置面２３は、ブレード３２に対向可能なθテーブル２２の上面で構成され、ＸＹ平面に平行である。θテーブル２２は、Ｚ軸方向に平行なテーブル回転軸（不図示）を中心として回転することができ、ワーク９０の姿勢などを調整することができる。

Ｘテーブル２４は、Ｘ軸移動機構２６によってＸ軸方向に移動される。Ｘテーブル２４がＸ軸方向に移動するのに伴い、Ｘテーブル２４に支持されるθテーブル２２及び設置面２３も、Ｘ軸方向に移動する。このように、Ｘ軸移動機構２６は、設置面２３とブレード３２の回転軸３５との距離が維持されるＸ軸方向にテーブル２０を移動させる。Ｘ軸移動機構２６としては、リニアモータや回転モータとギアとを組み合わせた機構などが挙げられるが、特に限定されない。

図１に示すように、切削部３０は、固定ベース１２の上方に突出する支持壁１４を介して、固定ベース１２に支持されている。これにより、切削部３０のブレード３２が、設置面２３に設置されたワーク９０に対して、上方及び側方から近づくことができるようになっている。

切削部３０は、ワーク９０を切削する加工具としてのブレード３２を有する。本実施形態に係るブレード３２は、円盤状砥石で構成されるが、ブレード３２としてはこれに限定されない。また、切削部３０は、ブレード３２を所定の回転軸３５（図１（ｂ）参照）を中心として回転させる回転駆動部としてのスピンドル３４及びスピンドルモータ３６とを有する。

ブレード３２は、スピンドル３４のＹ軸負方向端部に固定されている。スピンドル３４はＹ軸方向に沿って伸びており、ブレード３２とスピンドルモータ３６とを接続する。スピンドル３４はＹ軸回りに回転可能になっており、固定されたブレード３２を、回転軸３５を中心として回転させることができる。

スピンドルモータ３６は、回転モータで構成され、スピンドル３４及びブレード３２を、所定の回転数で回転させる。スピンドルモータ３６の駆動は、固定ベース１２内部に備えられる制御部７０によって制御される。

図１に示すように、切削部３０は、Ｚ軸移動機構３８及びＹ軸移動機構３９を介して、支持壁１４に設けられている。Ｚ軸移動機構３８は、切削部３０を移動可能に支持している。Ｚ軸移動機構３８は、テーブル２０の設置面２３と回転軸３５との距離を変えるＺ軸方向に、切削部３０を移動させることができる。

また、Ｙ軸移動機構３９は、Ｚ軸移動機構３８及びこれに移動可能に設けられる切削部３０を、Ｙ軸方向に移動可能に支持している。Ｚ軸移動機構３８及びＹ軸移動機構３９としては、Ｘ軸移動機構２６と同様にリニアモータや回転モータとギアとを組み合わせた機構などが挙げられるが、特に限定されない。

図１（ａ）に示すように、切削装置１０は、設置面２３に設置されたワーク９０を撮影する撮像装置１６を有する。撮像装置１６は、切削部３０に設けられており、切削装置１０の制御部７０は、撮像装置１６が取得する画像データから、ワーク９０の姿勢や形状などを認識することができる。

図１（ｂ）に示すように、切削装置１０は、ブレード３２の回転軸３５に対する固定状態、より具体的には、ブレード３２のエッジ部分３２ａ（図３参照）の回転軸３５に対する位置を検出するセンサユニット１８を有する。センサユニット１８は、テーブル２０におけるＸテーブル２４の上に、θテーブル２２に隣接して設けられている。ただし、センサユニット１８の設置位置としてはこれに限定されず、Ｘ軸移動機構２６、Ｙ軸移動機構３９及びＺ軸移動機構３８などにより、ブレード３２をセンサユニット１８の測定位置に配置可能であれば、センサユニット１８はどのような場所に設置してもよい。

図２は、センサユニット１８の拡大図である。センサユニット１８は、第１光電検出部４０と、第２光電検出部５０と、第１及び第２光電検出部４０、５０を設置するためのセンサ台１９とを有する。図２に示すように、第１光電検出部４０は、光を出射する第１出射部４２と、第１出射部４２で出射された光が入射する第１入射部４４とを有する。また、第２光電検出部５０は、第１光電検出部４０と同様に、光を出射する第２出射部５２と、第２出射部５２で出射された光が入射する第２入射部５４とを有する。

図３は、ブレード３２がセンサユニット１８の測定位置に移動した状態を表す拡大図である。図３に示すように、ブレード３２が測定位置にある状態では、第１入射部４４は、第１出射部４２との間にブレード３２のエッジ部分３２ａを挟むように配置される。これにより、第１出射部４２と第１入射部４４とを結ぶ第１検出軸４６は、ブレード３２のエッジ部分３２ａを通過し、第１光電検出部４０は、エッジ部分３２ａの位置を検出することができる。

また、図３に示すように、第２光電検出部５０の第２出射部５２及び第２入射部５４も、第１光電検出部４０の第１出射部４２及び第１入射部４４と同様である。すなわち、ブレード３２が測定位置にある状態では、第２入射部５４は、第２出射部５２との間にブレード３２のエッジ部分３２ａを挟むように配置される。これにより、第２出射部５２と第２入射部５４とを結ぶ第２検出軸５６は、ブレード３２のエッジ部分３２ａを通過し、第２光電検出部５０は、エッジ部分３２ａの位置を検出することができる。

図５は、第２光電検出部５０による位置検出を説明した概念図である。第２光電検出部５０は、第２出射部５２及び第２入射部５４の他に、第２発光部５７と、第２定量検出部としての第２光電変換素子５８とを有する。第２発光部５７は、ＬＥＤなどの光源により構成される。第２発光部５７で生じた光は、光ファイバなどで第２出射部５２へ伝えられ、第２出射部５２から第２検出軸５６に沿って出射される。

第２出射部５２から出射した光の一部は、第２入射部５４へ入射し、光ファイバなどを介して第２光電変換素子５８へ伝えられる。第２出射部５２及び第２入射部５４は、プリズム等で構成されるが、特に限定されない。また、第２光電変換素子５８は、たとえば固体撮像素子などの光電変換素子で構成され、第２出射部５２から出射されて前記第２入射部５４に入射する光量を、定量的に検出する。第２光電変換素子５８は、第２光電変換素子５８へ伝えられる光の量に応じた電気信号を出力し、制御部７０へ伝える。

図６は、図５に示す第２光電検出部５０によって、ブレード３２のエッジ部分３２ａの位置を検出する方法を説明した概念図である。図６の左側部分は、ブレード３２のエッジ部分３２ａが相対的に上方に位置する状態を表しており、図６の右側部分は、ブレード３２のエッジ部分３２ａが相対的に下方に位置する状態を表している。

図６に示すように、第２検出軸５６はブレード３２のエッジ部分３２ａを通るため、第２出射部５２（図５参照）から出射された光の光束領域６０は、ブレード３２によって遮蔽される遮蔽領域６１ａと、ブレード３２によって遮蔽されない検出領域６１ｂに分けられる。遮蔽領域６１ａの光は、第２入射部５４には入射しない。これに対して、ブレード３２によって遮蔽されない検出領域６１ｂの光は、図５に示す第２入射部５４に入射して第２光電変換素子５８で検出される。

図６の左側部分と右側部分との比較から理解できるように、ブレード３２が移動すると、検出領域６１ｂの面積が変化し、これに伴い、第２光電変換素子５８で検出される光量も変化する。このようにして、第２光電検出部５０は、ブレード３２のエッジ部分３２ａの位置を、定量的に計測することができる。

図５及び図６では、第２光電検出部５０による位置検出を説明したが、第１光電検出部４０についても、第２光電検出部５０と同様の機構により、ブレード３２のエッジ部分３２ａの位置を検出する。すなわち、第１光電検出部４０は、第２発光部５７と同様の第１発光部と、第２光電変換素子５８と同様に第１出射部４２から出射されて第１入射部４４に入射する光量を定量的に検出する第１定量検出部としての第１光電変換素子とを有する。また、第１光電変換素子による検出結果は、図５に示す第２光電変換素子５８と同様に、制御部７０へ伝えられる。なお、第１出射部４２から第１入射部４４までの距離は、第２出射部５２から第２入射部５４までの距離と同一であってもよく、異なっていてもよい。両方の距離を同一とすることにより、制御部７０での演算量を減らすことができる。

図２に示すように、切削装置１０が有するセンサユニット１８は、第１光電検出部４０と第２光電検出部５０の２つの検出部を有している。このうち一方の検出部である第１光電検出部４０の第１検出軸４６は、図４（ａ）に示すように、ブレード３２の回転面３２ｂに対して斜め方向に交差する。

図４（ａ）は、切削部３０のブレード３２と、第１光電検出部４０及び第２光電検出部５０との位置関係を表す概念図である。図４（ａ）に示すように、第１光電検出部４０の第１検出軸４６は、ブレード３２の回転面３２ｂに対して垂直ではなく、斜め方向に交差している。このように、第１検出軸４６がブレード３２の回転面３２ｂに対して斜め方向に交差していることにより、第１光電検出部４０は、ブレード３２のばたつき（Ｙ方向変位）を検出することができる。

図７（ａ）は、第１光電検出部４０によってブレード３２のばたつきを検出する方法を示す概念図である。図７（ａ）に示すように、ブレード３２のばたつきは、ブレード３２のエッジ部分３２ａのＹ軸方向の変位ｂとして現れる。第１光電検出部４０の第１検出軸４６は、回転面３２ｂに対して所定の角度である角θ１で交差しているため、第１光電検出部４０で検出される変位ｃと、ブレード３２のエッジ部分３２ａのＹ軸方向の変位ｂとは、以下の関係式（１）で表される。

ｃ＝ｂ・ｃоｓθ１・・・（１）

したがって、切削部３０の制御部７０は、第１光電検出部４０で検出される変位ｃと上述の関係式を用いることにより、エッジ部分３２ａのＹ軸方向の位置を検出し、ブレード３２のばたつきを検出することができる。なお、ブレード３２の回転面３２ｂは、ブレードの回転軸３５に直交する平面であって、ブレードの重心位置を含む面として、定義することができる。

また、図４（ａ）に示すように、第１実施形態に係る第２光電検出部５０の第２検出軸５６は、回転軸３５に平行であり、第２光電検出部５０は単独で、ブレード３２の偏心を測定する。このような切削装置１０は、第１光電検出部４０と第２光電検出部５０の両方の検出値を用いて、ブレード３２のばたつき及びブレード３２の偏芯の両方を、定量的に検出することができる。

図７（ｂ）は、第１光電検出部４０と第２光電検出部５０の両方の出力によって、ブレード３２のばたつき及びブレード３２の偏芯を検出する方法を示す概念図である。ブレード３２の偏芯は、ブレード３２のエッジ部分３２ａのＺ軸方向の変位ａとして現れる。第１検出軸４６が回転面３２ｂに対して交差する角度をθ１とすると、第１光電検出部４０で検出される変位ｃ１と、ブレード３２のエッジ部分３２ａのＹ軸方向の変位ｂ及びブレード３２のエッジ部分３２ａのＺ軸方向の変位ａとは、以下の関係式（２）で表される。

ｃ１＝ａ・ｓｉｎθ１＋ｂ・ｃоｓθ１・・・（２）

第２光電検出部５０で検出される変位ｃ２は、図４に示すように第２検出軸５６と回転面３２ｂとの交差角度（θ２）が９０度である場合、ブレード３２のエッジ部分３２ａのＺ軸方向の変位ａと一致する（関係式（３））。

ｃ２＝ａ・・・（３）

第２光電検出部５０から検出されるＺ軸方向の変位ｃ２を、第１光電検出部４０で検出される変位ｃ１の関係式（２）における変位ａに代入することにより、ブレード３２のエッジ部分３２ａのＹ軸方向の変位ｂを算出することができる（関係式（４））。

ｂ＝（ｃ１ーｃ２・ｓｉｎθ１）／ｃоｓθ１・・・（４）

このようにして、切削装置１０は、第１光電検出部４０と第２光電検出部５０の両方の検出値を用いて、ブレード３２のばたつき及びブレード３２の偏芯の両方を、定量的に検出することができる。

なお、第１実施形態では、第２検出軸５６が回転面３２ｂに交差する角θ２は、９０度のみに限定されず、第１検出軸５６が回転面３２ｂに交差する角θ１とは異なる任意の角度とすることができる。この場合、切削装置１０の制御部７０は、第１及び第２光電検出部４０、５０で検出される変位と下記の関係式（４）、（５）を用いることにより、エッジ部分３２ａのＹ軸方向及びＺ軸方向の位置を検出し、ブレード３２のばたつきと偏芯を検出することができる。

ｃ１＝ａ・ｓｉｎθ１＋ｂ・ｃоｓθ１・・・（４）
ｃ２＝ａ・ｓｉｎθ２＋ｂ・ｃоｓθ２ （ただし、θ１≠θ２）・・・（５）

なお、図４（ａ）に示す実施形態では、第２検出軸５６が回転面３２ｂに交差する角θ２が９０度となっていることにより、第２光電検出部５０で検出される変位は、ブレード３２のばたつき（Ｙ軸方向の変位）の影響を受けなくなる。このため、このような切削装置１０は、制御部７０による演算量を削減することができる。なお、本明細書において、角θ１、角θ２、角θ３、角θ４のように、検出軸と平面又は直線との間に形成される角は、検出軸と平面又は直線との間に形成される角のうち狭いほうで規定され、検出軸と平面又は直線とがなす角は、０〜９０度の範囲で規定される。

図４（ｂ）は、第１光電検出部４０の第１検出軸４６とブレード３２の回転面３２ｂとが交差する第１交差位置３２ｃを示す概念図である。なお、図４（ｂ）では、第２光電検出部５０については、第２検出軸５６と回転面３２ｂとが交差する第２交差位置３２ｄのみを表示している。また、図４（ｂ）では、ブレード３２を透視して表示してある。

図４（ｂ）に示すように、第１検出軸４６がブレード３２の回転面３２ｂに交差する第１交差位置３２ｃは、第２検出軸５６がブレード３２の回転面３２ｂに交差する第２交差位置３２ｄと、略同一の位置となっている。これにより、第１光電検出部４０と第２光電検出部５０とで、特定のエッジ部分３２ａを略同時に計測することができるため、検出結果の精度を高めることができる。また、第１光電検出部４０と第２光電検出部５０との検出タイミングのずれを補正するための演算を減少させることができるため、制御部７０の演算量も削減できる。

なお、図４（ｂ）に示すように、第１交差位置３２ｃと第２交差位置３２ｄとは、完全に一致していてもよいが、わずかにずらして配置されていてもよい。たとえば、第１交差位置３２ｃと第２交差位置３２ｄとの位置ずれは、１ｍｍ以下の範囲となるようにして、両者の位置を略一致させることが、検出精度を高める観点で好ましい。

また、図３及び図４に示すように、第１光電検出部４０の第１検出軸４６は、単に回転面３２ｂに対して斜めに交差するだけでなく、ブレード３２の回転軸３５（Ｙ軸方向）に対してねじれの位置にある。図４に示すように、ブレード３２はブレード固定部３３によってスピンドル３４に固定されているが、第１検出軸４６を回転軸３５に対してねじれの位置とすることにより、第１出射部４２及び第１入射部４４とブレード固定部３３とが干渉しないように、かつコンパクトに第１光電検出部４０を配置することができる。なお、ねじれの位置とは、空間中にある２つの直線が平行でなく、かつ、交差していない時の位置関係をいう。

このように、図１〜図７を用いて説明した切削装置１０は、第１検出軸４６がブレード３２の回転面３２ｂに対して斜めに交差するため、比較的簡易な第１光電検出部４０を用いて、ブレード３２のばたつきを精度良く検出することができる。図４に示す第１検出軸４６が、回転面３２ｂに対してなす角θ１は、数式（１）によりブレード３２のばたつきを検出できる角度であれば特に限定されないが、たとえば、５〜８５度とすることが、ブレードのばたつきを特に高精度に検出する観点から好ましく、４５〜７５度とすることがさらに好ましい。

第２実施形態
また、図３及び図４に示す第１及び第２光電検出部４０、５０とブレード３２との位置関係は一例であり、様々な異なる構成のセンサユニットを有する切削装置が、本発明の技術的範囲に含まれる。図８は、本発明の第２実施形態に係る切削装置に含まれるセンサユニットにおける第１光電検出部１４０とブレード３２との位置関係を示す概念図である。

図８に示すように、第１光電検出部１４０は、図４に示す第１光電検出部４０と同様に、第１出射部１４２と第１入射部１４４とを有している。ただし、第１光電検出部１４０は、第１出射部１４２及び第１入射部１４４の配置が図４に示す第１光電検出部４０とは異なっており、第１出射部１４２と第１入射部１４４とを結ぶ第１検出軸１４６が、回転軸（Ｙ軸方向）に対してねじれの位置にない。

すなわち、第１光電検出部１４０の第１検出軸１４６と回転軸（Ｙ軸方向）とは、共通の面（ＹＺ平面）に沿っている。このような第１検出軸１４６を有する第１光電検出部１４０は、ブレード３２による遮蔽領域（図６参照）が、ばたつきによりＺ軸直交方向への変位を生じる現象を防止できるため、位置検出のための演算量を抑制できる。

また、図８に示すように、第１検出軸１４６は、第１検出軸１４６と回転面３２ｂとの交点でブレード３２に接しており回転軸（Ｙ軸方向）に平行な第１外接面６４に対して所定の角θ３をなし、角θ３は、好ましくは５〜６０度、さらに好ましくは１５〜４５度である。角θ３をこのような範囲とすることにより、ブレード３２の位置を精度よく検出できるとともに、第１出射部１４２及び第１入射部１４４を、ブレード固定部３３に接触しない位置に適切に配置できる。

図８に示すように、センサユニットは第１光電検出部１４０のみを有してもよく、第２光電検出部を有していなくてもよい。ただし、このような場合、切削装置は、ブレード３２の偏芯を検出できる他の検出手段を有することが好ましい。

第３実施形態
図９は、本発明の第３実施形態に係る切削装置に含まれるセンサユニットにおける第１光電検出部２４０及び第２光電検出部５０とブレード３２との位置関係を示す概念図である。図９（ａ）は、Ｘ軸正方向側からブレード３２を見た状態を表しており、図９（ｂ）は、Ｚ軸正方向側からブレード３２を見た状態を表している。

図９（ａ）及び図９（ｂ）から理解できるように、第３実施形態では、第１検出軸２４６が回転面３２ｂに交差する第１交差位置２３２ｃ（図９（ｂ））と、第２検出軸５６が回転面３２ｂに交差する第２交差位置３２ｄとが大きく離れている。図９に示すように、第１交差位置２３２ｃと第２交差位置３２ｄとが大きく離れていても（図９では、９０度異なる位置に配置されている）、ブレード３２の回転速度などに基づき、第１光電検出部２４０と第２光電検出部５０との検出タイミングのずれを補正することにより、第３実施形態に係るセンサユニットも、第１実施形態に係るセンサユニット１８と同様に、ブレード３２のエッジ部分３２ａの位置を検出することができる。

なお、図９に示す第１光電検出部２４０は、ブレード３２に対する第１出射部２４２及び第１入射部２４４の配置が異なることを除いて、図８に示す第１光電検出部１４０と同様である。また、図９に示す第２光電検出部５０は、図４に示す第２光電検出部５０と同様である。第３実施形態に係る切削装置も、第１実施形態に係る切削装置１０と同様の効果を奏する。

第４実施形態
図１０は、本発明の第４実施形態に係る切削装置に含まれるセンサユニットにおける第１光電検出部１４０及び第２光電検出部５０とブレード３２との位置関係を示す概念図である。図１０に示すセンサユニットでは、第１光電検出部１４０において第１出射部１４２と第１入射部１４４とを結ぶ第１検出軸１４６がＹＺ平面に平行に配置されており、第２光電検出部５０において第２出射部５２と第２入射部５４とを結ぶ第２検出軸５６も、ＹＺ平面に平行に配置されている。

図１０に示す第１光電検出部１４０は、図８に示す第１光電検出部１４０と同様であり、図１０に示す第２光電検出部５０は、図４に示す第２光電検出部５０と同様である。第４実施形態に係る切削装置も、第１実施形態に係る切削装置１０と同様の効果を奏する。

第５実施形態
図１１は、本発明の第５実施形態に係る切削装置に含まれるセンサユニットにおける第１光電検出部１４０及び第２光電検出部３５０と、ブレード３２との位置関係を示す概念図である。図１１（ａ）は、Ｘ軸正方向側からブレード３２を見た状態を表しており、図１１（ｂ）は、Ｚ軸正方向側から第２光電検出部３５０を見た状態を表している。なお、図１１（ｂ）では、ブレード固定部３３の表示を省略し、ブレード３２のみを破線で表示している。

図１１（ａ）に示すように、第２光電検出部３５０において第２出射部３５２と第２入射部３５４とを結ぶ第２検出軸３５６は、図４に示す第２検出軸５６とは異なり、回転軸（Ｙ軸方向）に対してねじれの位置にある。すなわち、第２検出軸３５６は、回転軸（Ｙ軸方向）に平行であって第２検出軸３５６と回転面３２ｂとの交点でブレード３２に接する第２外接面６６に沿っているものの、回転軸（Ｙ軸方向）と平行ではない。

図１１（ｂ）に示すように、第２検出軸３５６は、第２外接面６６（図１１（ａ）参照）に沿っており回転軸（Ｙ軸方向）と平行な基準線６８に対して、０度ではない所定の角θ４をなしている。角θ４としては、特に限定されないが、たとえば５〜８５度とすることが好ましく、３０〜６０度とすることが好ましい。角θ４を好ましい範囲とすることにより、第１光電検出部１４０と第２光電検出部３５０との干渉を容易に回避できるため、このようなセンサユニットは小型化の観点で有利である。

なお、図１１に示す第１光電検出部１４０は、図８に示す第１光電検出部１４０と同様であり、図１１に示す第２光電検出部３５０は、第２検出軸３５６などの配置が異なることを除き、図４に示す第２光電検出部５０と同様である。第５実施形態に係る切削装置も、第１実施形態に係る切削装置１０と同様の効果を奏する。

図４及び図８〜図１１に示すように、第１光電検出部４０、１４０及び第２光電検出部５０、３５０は、ブレード３２に対して様々な角度で配置することが可能である。また、各実施形態における第１出射部４２、１４２と第１入射部４４、１４４の位置は入れ換えることができ、第２出射部５２、３５２と第２入射部５４、３５４の位置も入れ換えることができる。

第６実施形態
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第６実施形態に係る切削装置４１０の外観図である。切削装置４１０は、センサユニット４１８の配置が第１実施形態に係る切削装置１０とは異なることを除き、切削装置１０と同様である。

切削装置４１０のセンサユニット４１８は、設置面２３を有するθテーブル２２に対してＸ軸方向に隣接して配置されている。このような切削装置４１０では、たとえばブレード３２をセンサユニット４１８の検出位置まで移動させてブレード３２の偏芯及びばたつきを検出した直後に、そのままＸテーブル２４を移動させることによりブレード３２がワーク９０を切削可能である。また、これとは反対に、ブレード３２がワーク９０を切削したあと、そのままＸテーブル２４を移動させることにより、ブレード３２をセンサユニット４１８の検出位置まで移動させてブレード３２の偏芯及びばたつきを検出することが可能である。その他、切削装置４１０は、切削装置１０と同様の効果を奏する。

第７実施形態
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第７実施形態に係る切削装置５１０の外観図である。切削装置５１０は、センサユニット５１８の配置が第１実施形態に係る切削装置１０とは異なることを除き、切削装置１０と同様である。

切削装置５１０のセンサユニット５１８は、設置面２３を有するθテーブル２２の上に配置されている。このようなセンサユニット５１８を有する切削装置５１０も、切削装置１０と同様にブレード３２の位置を検出することができ、切削装置１０と同様の効果を奏する。

図１、図１２及び図１３に示すように、第１光電検出部４０、１４０及び第２光電検出部５０、３５０を有するセンサユニット１８、４１８、５１８は、切削装置１０における様々な位置に配置することが可能である。また、図１、図１２及び図１３に示すＺ軸移動機構３８は、切削部３０をＺ軸方向に移動させるが、これとは異なり、Ｚ軸移動機構は、テーブル２０をＺ軸方向に移動させるものであってもよい。また、図１、図１２及び図１３に示すＸ軸移動機構２６は、テーブル２０をＸ軸方向に移動させるが、これとは異なり、Ｘ軸移動機構は、切削部３０をＸ軸方向に移動させるものであってもよい。

なお、切削装置１０は、センサユニット１８、４１８、５１８で検出したブレード３２のばたつき及び偏芯に関する情報に基づき、ブレード３２の偏芯を補正する動作や、ブレード３２のばたつきを抑制する動作を行ってもよい。また、切削装置１０は、センサユニット１８、４１８、５１８で検出したブレード３２のばたつき及び偏芯に関する情報を記憶してもよく、また、ブレード３２のばたつき及び偏芯が所定の閾値を超えた場合は、所定の警告動作等を行ってもよい。

１０、４１０、５１０…切削装置
１２…固定ベース
１４…支持壁
１６…撮像装置
１８、４１８、５１８…センサユニット
１９…センサ台
２０…テーブル
２２…θテーブル
２３…設置面
２４…Ｘテーブル
２６…Ｘ軸移動機構
３０…切削部
３２…ブレード
３２ａ…エッジ部分
３２ｂ…回転面
３２ｃ、２３２ｃ…第１交差位置
３２ｄ…第２交差位置
３３…ブレード固定部
３４…スピンドル
３５…回転軸
３６…スピンドルモータ
３８…Ｚ軸移動機構
３９…Ｙ軸移動機構
４０、１４０、２４０…第１光電検出部
４２、１４２、２４２…第１出射部
４４、１４４、２４４…第１入射部
４６、１４６、２４６…第１検出軸
５０…第２光電検出部
５２…第２出射部
５４…第２入射部
５６…第２検出軸
５７…発光部
５８…第２光電変換素子
６０…光束領域
６１ａ…遮蔽領域
６１ｂ…検出領域
６４…第１外接面
６６…第２外接面
６８…基準線
７０…制御部
９０…ワーク
θ１、θ２、θ３、θ４…角

Claims (29)

1. 対象物を設置する設置面を有するテーブルと、
   前記対象物を切削するブレードと、前記ブレードを所定の回転軸を中心として回転させる回転駆動部と、を有する切削部と、
   前記設置面と前記回転軸との距離を変えるＺ軸方向に、前記テーブル又は前記切削部を移動させるＺ軸移動機構と、
   前記設置面と前記回転軸との距離が維持されるＸ軸方向に、前記テーブル又は前記切削部を移動させるＸ軸移動機構と、
   光を出射する第１出射部と、前記第１出射部との間に前記ブレードのエッジ部分を挟むように配置され前記第１出射部で出射された光が入射する第１入射部と、を含み、前記エッジ部分の位置の変化を検出する第１光電検出部と、を有しており、
   前記第１出射部と前記第１入射部とを結ぶ第１検出軸は、前記ブレードの回転面に対して斜め方向に交差し、
   光を出射する第２出射部と、前記第２出射部との間に前記ブレードの前記エッジ部分を挟むように配置され前記第２出射部で出射された光が入射する第２入射部と、を含み、前記エッジ部分の位置の変化を検出する第２光電検出部をさらに有しており、
   前記第２出射部と前記第２入射部とを結ぶ第２検出軸は、前記ブレードの前記回転面に対して、前記第１検出軸とは異なる角度で交差し、
   前記第１検出軸と前記第２検出軸のうち一方は前記回転軸に平行であり、他方は前記回転軸に対してねじれの関係にあることを特徴とする切削装置。
2. 前記第１光電検出部は、前記第１出射部から出射されて前記第１入射部に入射する光量を定量的に検出する第１定量検出部を有することを特徴とする請求項１に記載の切削装置。
3. 前記第２出射部と前記第２入射部とを結ぶ前記第２検出軸は、前記回転軸に平行且つ前記第２検出軸と前記回転面との交点で前記ブレードに接する第２外接面に沿っていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の切削装置。
4. 前記第２光電検出部は、前記第２出射部から出射されて前記第２入射部に入射する光量を定量的に検出する第２定量検出部を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の切削装置。
5. 前記第２検出軸は、前記回転軸に平行且つ前記第２検出軸と前記回転面との交点で前記ブレードに接する第２外接面に沿っており前記回転軸と平行な基準線に対して、５〜８５度の角をなすことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の切削装置。
6. 前記第２検出軸は、前記回転軸に対してねじれの位置にあることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の切削装置。
7. 前記第２検出軸は、前記回転軸と平行であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の切削装置。
8. 前記第１検出軸が前記ブレードの前記回転面に交差する第１交差位置は、前記第２検出軸が前記ブレードの前記回転面に交差する第２交差位置と、略同一の位置であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載の切削装置。
9. 前記第１検出軸は、前記回転面に対して、５〜８５度の角をなすことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載の切削装置。
10. 前記第１検出軸は、前記第１検出軸と前記回転面との交点で前記ブレードに接しており前記回転軸に平行な第１外接面に対して、５〜６０度の角をなすことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載の切削装置。
11. 前記第１検出軸は、前記回転軸に対してねじれの位置にある請求項１から請求項４までのいずれかに記載の切削装置。
12. 前記第１検出軸と前記回転軸とは、共通の面に沿っている請求項１から請求項６までのいずれかに記載の切削装置。
13. 回転する円盤状のブレードを検出するセンサユニットであって、
    光を出射する第１出射部と、
    前記第１出射部との間に前記ブレードのエッジ部分を挟むように配置され、前記第１出射部で出射された光が入射する第１入射部と、を含み、前記エッジ部分の位置の変化を検出する第１光電検出部と、を有しており、
    前記第１出射部と前記第１入射部とを結ぶ第１検出軸は、前記ブレードの回転面に対して斜め方向に交差し、
    光を出射する第２出射部と、前記第２出射部との間に前記ブレードの前記エッジ部分を挟むように配置され前記第２出射部で出射された光が入射する第２入射部と、を含み、前記エッジ部分の位置の変化を検出する第２光電検出部をさらに有しており、
    前記第２出射部と前記第２入射部とを結ぶ第２検出軸は、前記ブレードの前記回転面に対して、前記第１検出軸とは異なる角度で交差し、
    前記第１検出軸と前記第２検出軸のうち一方は前記ブレードの回転軸に平行であり、他方は前記回転軸に対してねじれの関係にあることを特徴とするセンサユニット。
14. 前記第１光電検出部は、前記第１出射部から出射されて前記第１入射部に入射する光量を定量的に検出する第１定量検出部を有することを特徴とする請求項１３に記載のセンサユニット。
15. 前記第２出射部と前記第２入射部とを結ぶ前記第２検出軸は、前記回転軸に平行且つ前記第２検出軸と前記回転面との交点で前記ブレードに接する第２外接面に沿っていることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のセンサユニット。
16. 前記第２光電検出部は、前記第２出射部から出射されて前記第２入射部に入射する光量を定量的に検出する第２定量検出部を有することを特徴とする請求項１３から請求項１５までのいずれかに記載のセンサユニット。
17. 前記第２検出軸は、前記ブレードの回転軸に平行且つ前記第２検出軸と前記回転面との交点で前記ブレードに接する第２外接面に沿っており前記ブレードの回転軸と平行な基準線に対して、５〜８５度の角をなすことを特徴とする請求項１３から請求項１６までのいずれかに記載のセンサユニット。
18. 前記第２検出軸は、前記ブレードの回転軸に対してねじれの位置にあることを特徴とする請求項１３から請求項１６までのいずれかに記載のセンサユニット。
19. 前記第２検出軸は、前記ブレードの回転軸と平行であることを特徴とする請求項１３から請求項１６までのいずれかに記載のセンサユニット。
20. 前記第１検出軸が前記ブレードの前記回転面に交差する第１交差位置は、前記第２検出軸が前記ブレードの前記回転面に交差する第２交差位置と、略同一の位置であることを特徴とする請求項１３から請求項１９までのいずれかに記載のセンサユニット。
21. 前記第１検出軸は、前記回転面に対して、５〜８５度の角をなすことを特徴とする請求項１３から請求項２０までのいずれかに記載のセンサユニット。
22. 前記第１検出軸は、前記第１検出軸と前記回転面との交点で前記ブレードに接しており前記回転軸に平行な第１外接面に対して、５〜６０度の角をなすことを特徴とする請求項１３から請求項２０までのいずれかに記載のセンサユニット。
23. 前記第１検出軸は、前記ブレードの回転軸に対してねじれの位置にある請求項１３から請求項１６までのいずれかに記載のセンサユニット。
24. 前記第１検出軸と前記ブレードの回転軸とは、共通の面に沿っている請求項１３から請求項１８までのいずれかに記載のセンサユニット。
25. 回転する円盤状のブレードの位置変化を検出する検出方法であって、
    前記ブレードのエッジ部分を挟むように配置された第１出射部と第１入射部とを含む第１光電検出部と、前記ブレードのエッジ部分を挟むように配置された第２出射部と第２入射部とを含む第２光電検出部とを、前記第１光電検出部の第１検出軸と前記第２光電検出部の第２検出軸とが異なる角度で前記ブレードの回転面に交差するように配置し、
    前記第１光電検出部が、前記第１入射部へ入射する光量の前記ブレードの回転に伴う変化を定量的に検出して第１の変位を検出し、
    前記第２光電検出部が、前記第２入射部へ入射する光量の前記ブレードの回転に伴う変化を定量的に検出して第２の変位を検出し、
    前記第１の変位と、前記第２の変位と、前記第１検出軸および前記第２検出軸と前記回転面との角度と、を用いて、前記ブレードの回転軸方向の変位を求めることを特徴とする検出方法。
26. 前記第１検出軸を前記回転面に対して斜め方向に配置することを特徴とする、請求項２５に記載の検出方法。
27. 前記第２検出軸を前記回転面と略垂直に配置することを特徴とする請求項２５または請求項２６に記載の検出方法。
28. 前記第１の変位は、前記ブレードのばたつきと偏心の両方の成分を含むことを特徴とする請求項２５から請求項２７までのいずれかに記載の検出方法。
29. 前記第２の変位は、前記ブレードの偏心成分のみを含むことを特徴とする請求項２７に記載の検出方法。

Images