JP7083579B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじを回転させてスライダを移動させる直動機構を備えた加工装置に関する。

半導体等の材料から形成されるウェーハの表面に複数のデバイスを形成し、該ウェーハをデバイス毎に分割すると電子機器に搭載される個々のデバイスチップを形成できる。近年、デバイスチップの省スペース化のために薄型のデバイスチップが求められており、ウェーハは分割される前に裏面側から研削され、所定の仕上がり厚さにまで薄化される。

ウェーハに分割や薄化等の加工を実施する際には、ウェーハ等の被加工物を保持するためのチャックテーブルや、被加工物を加工するための加工ユニットを備える加工装置が使用される。この加工装置では、ボールねじ式の直動機構によってチャックテーブルと、加工ユニットと、を相対的に移動させている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

直動機構は、サーボモータによって回転するボールねじと、ボールねじに螺合するナットと、ナットが固定されたスライダと、で構成されており、サーボモータでボールねじを回転させることによって、スライダを直線的に移動させることができる。なお、このスライダには、チャックテーブルや加工ユニット等が取り付けられている。

特開２００７－９６３号公報 特開２０１１－２２２８６７号公報

サーボモータは、例えば、スライダ（ナット）の位置や速度に基づいてフィードバック制御される。すなわち、ある時間において予定されたスライダの位置や速度と、実際のスライダの位置や速度と、に差が生じると、この差を小さくするようにサーボモータの回転速度等が調整される。

スライダを所定の速度で移動させる際の、又は所定の位置に位置付ける際のサーボモータの回転速度は、所定の応答速度（頻度）で制御される。応答速度をより大きくするとスライダの指定位置や指定速度に対する追従性が向上するが、大きすぎると該指定位置や該指定速度を過ぎてスライダが変動するオーバーシュートが生じるため、該応答速度は適切な大きさに設定される。

ところで、ボールねじと、ナットと、の間に加工屑等の異物が侵入すると、この異物によって摩耗が促進され、ボールねじと、ナットと、の隙間や、ナット内の溝と、ボールと、の隙間等が拡大し易くなる。直動機構の劣化が進行してこの隙間が拡大すると、スライダが移動しやすくなるため、オーバーシュートが生じてスライダ（ナット）が発振（振動）してしまう。

このように、スライダ（ナット）に発振（振動）が生じスライダの位置や速度を精度良く制御できない状況で被加工物を加工すると、加工の精度も大幅に低下する。そこで、該隙間が無視できない程度に拡大しスライダが発振する前に、直動機構をメンテナンスしたいとの要望がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スライドが発振する程に直動機構の劣化が進行する前に直動機構のメンテナンスを実施するタイミングを判定できる加工装置を提供することである。

本発明の一態様によると、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工ユニットと、サーボモータで回転するボールねじと、該ボールねじに螺合するナットと、該ナットが固定されたスライダと、を含む直動機構と、該直動機構の劣化を検出する劣化検出ユニットと、該劣化検出ユニットが該直動機構の劣化を検出したこと報知する判定報知部と、を備え、該劣化検出ユニットは、該スライダを所定の速度で移動させる際の、又は所定の位置に位置付ける際の該サーボモータの回転速度の制御量である該サーボモータの応答速度を該加工ユニットによる被加工物の加工時において設定される応答速度より高い検査用応答速度に設定する機能を有する応答速度設定部と、該サーボモータを作動させることにより移動する該スライダのオーバーシュート量を測定する測定部と、該オーバーシュート量に閾値を設定する閾値設定部と、応答速度設定部により該サーボモータの応答速度を該検査用応答速度に設定し、該検査用応答速度で該サーボモータを制御した際に、該スライダの該オーバーシュート量が該閾値設定部により設定された該閾値を超えた場合に該直動機構に劣化が生じていると判定する判定部と、を備えることを特徴とする加工装置が提供される。

好ましくは、該測定部は、該サーボモータを作動させることにより該スライダを所定の速度で移動させる際の、又は所定の位置に位置付ける際の該スライダの該オーバーシュート量を測定する。

また、好ましくは、該測定部は、該サーボモータのトルクの変化又は該スライダの位置を検出する読み取りユニットの読み取り値によって該オーバーシュート量を測定する。

また、本発明の他の一態様によると、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工ユニットと、サーボモータで回転するボールねじと、該ボールねじに螺合するナットと、該ナットが固定されたスライダと、を含む直動機構と、該直動機構の劣化を検出する劣化検出ユニットと、該劣化検出ユニットが該直動機構の劣化を検出したこと報知する判定報知部と、を備え、該劣化検出ユニットは、該スライダを所定の速度で移動させる際の、又は所定の位置に位置付ける際の該サーボモータの回転速度の制御量である該サーボモータの応答速度を該加工ユニットによる被加工物の加工時において設定される応答速度より高い検査用応答速度に設定する機能を有する応答速度設定部と、該サーボモータが出力するトルクを測定するトルク測定部と、該トルクに閾値を設定するトルク閾値設定部と、応答速度設定部により該サーボモータの応答速度を該検査用応答速度に設定し、該検査用応答速度で該サーボモータを制御した際に、該トルク測定部で測定した該トルクが該トルク閾値設定部で設定した該閾値によって規定される範囲を外れた場合に、該直動機構に劣化が生じていると判定する判定部と、を備えることを特徴とする加工装置が提供される。

本発明の一態様に係る加工装置は、直動機構の劣化を検出する劣化検出ユニットを備える。劣化の有無を検出する際には、劣化検出ユニットは、被加工物を実際に加工する際の応答速度よりも高い検査用応答速度を応答速度設定部により設定する。サーボモータの応答速度が高くなるとオーバーシュートが生じやすくなり、スライダ（ナット）が発振（振動）しやすくなる。

直動機構の劣化が十分小さく、加工装置の稼働をしばらく継続してもスライダが発振しにくい場合、応答速度を該検査用応答速度に引き上げても該スライダのオーバーシュート量は閾値設定部で設定される閾値を下回る。その一方で、直動機構の劣化がある程度進行しており、加工装置の稼働を継続すると近い将来にスライダが発振するおそれがある場合、応答速度を該検査用応答速度に引き上げると、スライダの発振が観測される。このとき該スライダのオーバーシュート量は該閾値を上回る。

すなわち、被加工物を加工する際にスライダが発振しない場合においても、直動機構の劣化がある程度進行している場合、応答速度を該検査用応答速度に引き上げることでスライダが発振するようになる。そのため、該劣化検出ユニットは、被加工物の加工時にスライダが発振する程度に直動機構が劣化する前に、スライダに発振が生じる予兆を検出して該直動機構の劣化を検出できる。

このように、スライダが発振する予兆が検出される程度に劣化が進行した直動機構に対してメンテナンスを実施し、該直動機構を構成する部材の交換や清掃等を実施することにより、被加工物の加工時におけるスライダの発振を予防できる。

したがって、本発明の一態様によると、スライドが発振する程に直動機構の劣化が進行する前に直動機構のメンテナンスを実施するタイミングを判定できる加工装置が提供される。

切削装置（加工装置）の構成例を模式的に示す斜視図である。 直動機構の構成例を模式的に示す側面図である。 図３（Ａ）は、スライダを停止させる際に発振が生じる様子を模式的に示す上面図であり、図３（Ｂ）は、スライダの移動中に発振が生じる様子を模式的に示す上面図である。 直動機構の劣化の検出方法の各ステップの流れを模式的に示すフローチャートである。 図５（Ａ）は、スライダが発振する予兆のない直動機構のサーボモータのトルクの時間変化の例を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、応答速度が検査用応答速度に引き上げられた該直動機構のサーボモータのトルクの時間変化の例を示すグラフである。 図６（Ａ）は、スライダが発振する予兆のある直動機構のサーボモータのトルクの時間変化の例を示すグラフであり、図６（Ｂ）は、応答速度が検査用応答速度に引き上げられた該直動機構のサーボモータのトルクの時間変化の例を示すグラフである。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係る加工装置は、直動機構を備える加工装置である。以下、本実施形態では、板状の被加工物を切削する切削装置を例に挙げて説明するが、本発明の加工装置は、直動機構を備える研削装置やレーザ加工装置等でも良い。図１は、本実施形態に係る切削装置（加工装置）の構成例を模式的に示す斜視図である。

図１に示すように、切削装置（加工装置）２は、各構成要素を収容するための筐体４を備えている。説明の便宜のために、図１では、筐体４の輪郭を破線で示し、筐体４の内部の構造物を実線で示す。筐体４の内部には、基台６が収容されている。基台６の上面には、Ｘ軸移動機構（直動機構）８が設けられている。Ｘ軸移動機構８は、Ｘ軸方向（加工送り方向、前後方向）に平行な一対のＸ軸ガイドレール１０を備えており、Ｘ軸ガイドレール１０には、Ｘ軸移動テーブル（スライダ）１２がスライド可能に取り付けられている。

Ｘ軸移動テーブル１２の下面（裏面）側には、ナット（不図示）が設けられており、このナットには、Ｘ軸ガイドレール１０に平行なＸ軸ボールねじ（ボールねじ）１４が螺合されている。Ｘ軸ボールねじ１４の一端部には、Ｘ軸パルスモータ（サーボモータ）１６が連結されている。Ｘ軸パルスモータ１６でＸ軸ボールねじ１４を回転させることで、Ｘ軸移動テーブル１２は、Ｘ軸ガイドレール１０に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル１２の上面側（表面側）には、テーブルベース１８が設けられている。テーブルベース１８の上部には、被加工物を保持するためのチャックテーブル２０が配置されている。チャックテーブル２０の周囲には、被加工物を支持する環状のフレームを四方から固定する４個のクランプ２０ａが設置されている。

被加工物１（図２参照）は、例えば、シリコン等の半導体でなる円形のウェーハであり、その上面（表面）側は、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられている。デバイス領域は、格子状に配列された分割予定ライン（ストリート）でさらに複数の領域に区画されており、各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されている。

被加工物１の下面（裏面）側には、被加工物１より径の大きいテープ（不図示）が貼り付けられている。テープの外周部分は、環状のフレーム（不図示）に固定されている。すなわち、被加工物１は、テープを介してフレームに支持されている。なお、被加工物１の材質、形状等に制限はない。例えば、セラミックス、樹脂、金属等の材料でなる任意の形状の基板を被加工物１として用いることもできる。

チャックテーブル２０は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向、高さ方向）に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、上述したＸ軸移動機構８でＸ軸移動テーブル１２をＸ軸方向に移動させれば、チャックテーブル２０はＸ軸方向に加工送りされる。

チャックテーブル２０の上面は、被加工物１を保持する保持面２０ｂとなっている。この保持面２０ｂは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して概ね平行に形成されており、チャックテーブル２０やテーブルベース１８の内部に形成された流路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。なお、この吸引源の負圧は、テーブルベース１８に対してチャックテーブル２０を固定する際にも利用される。

チャックテーブル２０に近接する位置には、被加工物１をチャックテーブル２０へと搬送する搬送機構（不図示）が設けられている。また、Ｘ軸移動テーブル１２の近傍には、切削時（加工時）に使用された純水等の切削液（加工液）の廃液を一時的に貯留するウォーターケース２２が設けられている。ウォーターケース２２内に貯留された廃液は、ドレーン（不図示）等を通じて切削装置２の外部に排出される。

基台６の上面には、Ｘ軸移動機構８を跨ぐ門型の支持構造２４が配置されている。支持構造２４の前面上部には、２組の切削ユニット移動機構（直動機構）２６が設けられている。各切削ユニット移動機構２６は、支持構造２４の前面に配置されＹ軸方向（割り出し送り方向、左右方向）に概ね平行な一対のＹ軸ガイドレール２８を共通に備えている。Ｙ軸ガイドレール２８には、各切削ユニット移動機構２６を構成するＹ軸移動プレート（スライダ）３０がスライド可能に取り付けられている。

各Ｙ軸移動プレート３０の裏面側には、ナット（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール２８に平行なＹ軸ボールねじ（ボールねじ）３２がそれぞれ螺合されている。各Ｙ軸ボールねじ３２の一端部には、Ｙ軸パルスモータ（サーボモータ）３４が連結されている。Ｙ軸パルスモータ３４でＹ軸ボールねじ３２を回転させれば、Ｙ軸移動プレート３０は、Ｙ軸ガイドレール２８に沿ってＹ軸方向に移動する。

各Ｙ軸移動プレート３０の前面（表面）には、Ｚ軸方向に概ね平行な一対のＺ軸ガイドレール３６が設けられている。Ｚ軸ガイドレール３６には、Ｚ軸移動プレート（スライダ）３８がスライド可能に取り付けられている。

各Ｚ軸移動プレート３８の裏面側には、ナット（不図示）が設けられており、このナットには、Ｚ軸ガイドレール３６に平行なＺ軸ボールねじ（ボールねじ）４０がそれぞれ螺合されている。各Ｚ軸ボールねじ４０の一端部には、Ｚ軸パルスモータ（サーボモータ）４２が連結されている。Ｚ軸パルスモータ４２でＺ軸ボールねじ４０を回転させれば、Ｚ軸移動プレート３８は、Ｚ軸ガイドレール３６に沿ってＺ軸方向に移動する。

各Ｚ軸移動プレート３８の下部には、被加工物１を切削（加工）するための切削ユニット（加工ユニット）４４が設けられている。また、切削ユニット４４に隣接する位置には、被加工物１を撮像するためのカメラ（撮像ユニット）４６が設置されている。各切削ユニット移動機構２６で、Ｙ軸移動プレート３０をＹ軸方向に移動させれば、切削ユニット４４及びカメラ４６は割り出し送りされ、Ｚ軸移動プレート３８をＺ軸方向に移動させれば、切削ユニット４４及びカメラ４６は昇降する。

切削ユニット４４は、Ｙ軸方向に概ね平行な回転軸を構成するスピンドル（不図示）の一端側に装着された円環状の切削ブレード４８（図２参照）を備えている。スピンドルの他端側にはモータ等の回転駆動源（不図示）が連結されており、切削ブレード４８は、スピンドルを介して伝達される回転駆動源の回転力によって回転する。

図２は、Ｘ軸移動機構（直動機構）８と、切削ユニット（加工ユニット）４４と、チャックテーブル２０に保持された被加工物１と、を模式的に示す側面図である。図２に示す通り、被加工物１を切削する際は、切削ユニット４４を所定の高さ位置に位置づけ、切削ユニット４４が備える円環状の切削ブレード４８を回転させる。そして、Ｘ軸移動機構８を作動させてチャックテーブル２０をＸ軸方向に移動させ、回転する切削ブレード４８を被加工物１に接触させる。

基台６上には、Ｘ軸移動機構８のＸ軸ガイドレール１０と、Ｘ軸ボールねじ（ボールねじ）１４と、に沿ったスケール５０が設けられている。また、Ｘ軸移動テーブル（スライダ）１２の下面の該スケール５０と対面する位置には、該スケール５０を読み取る読み取りユニット５２が固定されている。Ｘ軸移動テーブル（スライダ）１２を移動または停止させる際、読み取りユニット５２によりスケール５０を読み取ることで、Ｘ軸移動テーブル（スライダ）１２の位置に関する情報が得られる。

同様に、切削装置（加工装置）２は、切削ユニット移動機構２６のＹ軸ボールねじ３２に沿ったスケールを備えてもよく、Ｙ軸移動プレート３０の裏面の該スケールと対面する位置には、該スケールを読み取る読み取りユニットが固定されてもよい。さらに、切削装置（加工装置）２は、切削ユニット移動機構２６のＺ軸ボールねじ４０に沿ったスケールを備えてもよく、Ｚ軸移動プレート３８の裏面の該スケールと対面する位置には、該スケールを読み取る読み取りユニットが固定されてもよい。

筐体４の上面には、切削装置（加工装置）２の異常の有無をランプで報知する警報ランプ５４を備える。該警報ランプ５４は、例えば、赤色ランプと、緑色ランプと、を有し、切削装置２に異常がない場合に該緑色ランプが点灯し、切削装置２に何らかの異常が生じた際に該赤色ランプが点灯する。

また、筐体４の前面には、表示部５６が設けられる。表示部５６は、例えば、タッチパネル式のディスプレイパネルであり、切削装置（加工装置）２の操作者は該表示部５６により切削装置２に指令を入力できる。また、表示部５６は、切削装置２の異常の有無を表示できる。警報ランプ５４と、表示部５６は、後述の劣化検出ユニットが備える判定部による判定結果を報知する判定報知部として機能できる。

切削装置（加工装置）２が備えるＸ軸移動機構８、チャックテーブル２０、搬送機構、切削ユニット移動機構２６、切削ユニット４４、カメラ４６、読み取りユニット５２等の構成要素は、それぞれ、制御ユニット５８に接続されている。この制御ユニット５８は、被加工物１の加工条件等に合わせて上述した各構成要素を制御して被加工物１の加工を実施する。

Ｘ軸移動機構８及び切削ユニット移動機構２６等の直動機構が備えるサーボモータは、スライダの位置や速度に基づいてフィードバック制御される。すなわち、ある時間において予定されたスライダの位置や速度と、実際のスライダの位置や速度と、に差が生じると、この差を小さくするようにサーボモータの回転速度等が調整される。例えば、スライダを所定の速度で移動させる際の、又は所定の位置に位置付ける際のサーボモータの回転速度は、所定の応答速度（頻度）で制御される。

応答速度をより大きくするとスライダの指定位置や指定速度に対する追従性が向上するが、大きすぎると該指定位置や該指定速度を過ぎてスライダが移動するオーバーシュートが生じる。そのため、例えば、切削ユニット（加工ユニット）４４による被加工物１の加工時には、該応答速度はオーバーシュートが生じにくい適度な大きさに設定される。

ところで、ボールねじと、ナットと、の間に加工屑等の異物が侵入すると、この異物によって摩耗が進行し、ボールねじと、ナットと、の隙間や、ナット内の溝と、ボールと、の隙間等が拡大し易くなる。この隙間が拡大するとオーバーシュートが生じやすくなり、スライダ（ナット）が発振（振動）してしまう。

図３（Ａ）は、Ｘ軸移動機構（直動機構）８によりＸ軸移動テーブル（スライダ）１２のナット６２を初期位置６２ａから指定位置６２ｂに移動させる際、指定位置６２ｂに到達するナット６２がオーバーシュートし、発振する場合が示されている。図３（Ｂ）には、Ｘ軸移動テーブル（スライダ）１２のナット６２を初期位置６２ａから指定位置６２ｂに移動させる際、移動の途中の位置６２ｃでナット６２が発振する場合が示されている。

Ｘ軸移動テーブル１２、Ｙ軸移動プレート３０及びＺ軸移動プレート３８等のスライダが発振する程に直動機構の劣化が進行していると、切削ユニット（加工ユニット）４４によるウェーハ等の被加工物１の切削（加工）を適切に実施できない。そこで、本実施形態に係る加工装置は、Ｘ軸移動機構８や切削ユニット移動機構２６等の直動機構の劣化を検出するための劣化検出ユニット６０を制御ユニット５８に備える。

劣化検出ユニット６０は、該スライダが発振する程に直動機構の劣化が進行する前に、直動機構の発振の予兆を検出して直動機構の劣化を検出する。直動機構の発振の予兆を検出した段階で直動機構をメンテナンスすることにより、直動機構の発振を予防できる。次に、劣化検出ユニット６０の構成について詳述する。劣化検出ユニット６０は、測定部６０ａと、閾値設定部６０ｂと、応答速度設定部６０ｃと、判定部６０ｄと、を備える。

応答速度設定部６０ｃは、該スライダを所定の速度で移動させる際の、又は所定の位置に位置付ける際のＸ軸パルスモータ１６、Ｙ軸パルスモータ３４、又はＺ軸パルスモータ４２等のサーボモータの回転速度の制御量である応答速度を設定する。また、劣化検出ユニット６０により直動機構の劣化を検出する際には、応答速度設定部６０ｃは、切削ユニット（加工ユニット）４４による被加工物１の加工時において設定される通常の応答速度より高い検査用応答速度を応答速度として設定する。

該直動機構の劣化が十分に小さく、サーボモータをしばらく稼働させてもスライダが発振しない場合、応答速度を検査用応答速度としてもスライダはやはり発振しない。その一方で、該直動機構がある程度劣化している場合、通常の応答速度ではスライダの発振が生じないものの、検査用応答速度では所定の量のオーバーシュートが生じてスライダが発振するようになる。そのため、被加工物１の加工時にスライダが発振する程度に直動機構が劣化する前に、スライダに発振が生じる予兆を検出して該直動機構の劣化を検出できる。

測定部６０ａは、該サーボモータを作動させることにより移動する該スライダのオーバーシュート量を測定する。測定部６０ａは、例えば、それぞれの該スライダに固定された読み取りユニット５２等を用いて該スケール５０等を読み取り、該スライダの位置を検出する。そして、例えば、スライダを所定の位置に移動させる際に、該スライダが該所定の位置を過ぎて移動した量をオーバーシュート量として該読み取りユニット５２を用いて測定する。

または、測定部６０ａは、読み取りユニット５２等を用いて該スケール５０等を読み取り、該スライダの位置から該スライダの速度を測定する。そして、例えば、スライダを所定の速度で移動させる際に、該スライダが該所定の速度を過ぎて変化した量をオーバーシュート量として該読み取りユニット５２を用いて測定する。

閾値設定部６０ｂは、測定部６０ａで測定されるオーバーシュート量に閾値を設定する。閾値設定部６０ｂが設定する閾値は、サーボモータの応答速度を検査用応答速度に上げてスライダを移動させる際に、オーバーシュート量が該閾値を超えた値となる場合に直動機構に劣化が生じていると判定できる値である。

そして、判定部６０ｄは、該直動機構に劣化が生じているか否かを判定する。判定時には、応答速度設定部６０ｃによりサーボモータの応答速度を検査用応答速度に設定し、該検査用応答速度で該サーボモータを制御する。この際に、測定部６０ａで測定される該スライダのオーバーシュート量が該閾値設定部６０ｂにより設定された該閾値を超えた場合に、判定部６０ｄは該直動機構に劣化が生じていると判定する。

なお、劣化検出ユニット６０は、直動機構の劣化をサーボモータが出力するトルクから判定してもよい。直動機構が劣化してボールねじと、ナットと、の隙間や、ナット内の溝と、ボールと、の隙間等が拡大している場合、ボールねじを回転させる際のボールねじと、ナットと、の摩擦が小さくなる。そのため、直動機構が劣化していない場合と比較してサーボモータの負荷も小さくなり、該サーボモータが出力するトルクも小さくなる。

すなわち、直動機構が劣化してスライダのオーバーシュート量が許容される範囲を超える場合、サーボモータが出力するトルクは通常時に予定される範囲よりも小さくなる傾向にある。そのため、スライダを所定の速度で移動させる際の、又は所定の位置に位置付ける際のサーボモータが出力したトルクを基にしてスライダのオーバーシュート量を評価できる。

この場合、閾値設定部６０ｂは、オーバーシュート量の閾値として、サーボモータが出力するトルクに相当する値を使用する。測定部６０ａは、スライダのオーバーシュート量を表す値として、該サーボモータが出力するトルクを測定する。そして、判定部６０ｄは、測定部６０ａが測定する該サーボモータのトルクが閾値設定部６０ｂで設定された該値よりも小さくなり、スライダのオーバーシュート量が閾値を超えると判断できる状況において、直動機構に劣化が生じていると判定する。

換言すると、測定部６０ａは、該サーボモータが出力するトルクを測定するトルク測定部として機能してもよく、閾値設定部６０ｂは、該トルクに閾値を設定するトルク閾値設定部として機能してもよい。この場合においても、直動機構の劣化を検出する際には、判定部６０ｄは、応答速度設定部６０ｃにより該サーボモータの応答得度を検査用応答速度に設定する。

そして、判定部６０ｄは、該トルク測定部として機能する測定部６０ａで測定したトルクが該トルク閾値設定部として機能する閾値設定部６０ｂで設定した該閾値によって規定される範囲を外れた場合に、該直動機構に劣化が生じていると判定する。

判定部６０ｄにより劣化が生じていると判定される程に劣化の進んだ該直動機構を使用して被加工物１の加工を継続すると、近い将来に直動機構の劣化がさらに進行したときに、サーボモータの応答速度が通常の応答速度であってもスライダが発振するようになる。本実施形態に係る加工装置では、サーボモータの応答速度を通常の応答速度よりも高い検査用応答速度にすることによりスライダの発振が生じる予兆を観測する。

劣化検出ユニット６０の判定部６０ｄにより直動機構の劣化が検出された場合、警報ランプ５４や表示部５６等の判定報知部により該劣化が検出されたことを報知する。判定報知部により直動機構の劣化が検出されたことを知った切削装置（加工装置）２の使用者は、直動機構のメンテナンス等を実施することにより被加工物１の通常の加工時におけるスライダの発振を未然に防止できる。

なお、メンテナンス等は、直動機構の劣化が検出された後に直ちに実施する必要はない。判定部６０ｄにより直動機構の劣化が検出された場合においても、被加工物１の通常の加工時における応答速度でサーボモータを制御する際にスライダの発振が生じない場合、スライダの発振が生じるまでにメンテナンスが実施されればよい。例えば、加工装置の他の機構に対してメンテナンスを実施するタイミングに該直動機構のメンテナンスを同時に実施すると、加工装置の稼働を停止させる時間が少なくなり効率がよい。

次に、本実施形態に係る加工装置において直動機構の劣化を検出する方法について詳述する。ここでは、図１等に示す切削装置（加工装置）２においてＸ軸移動機構８のＸ軸ボールねじ１４又は該Ｘ軸ボールねじ１４に螺合されたＸ軸移動テーブル（スライダ）１２のナットの劣化を検出する場合を例に該方法について説明する。図４は、該方法の各ステップの流れを説明するフローチャートである。

該方法では、まず、スライダを初期位置に移動させる準備ステップＳ１を実施する。該準備ステップＳ１では、例えば、該直動機構の劣化を検出する際にスライダの移動が開始される初期位置６２ａ（例えば、図３（Ａ）参照）に該スライダのナット６２（図３（Ａ）参照）を移動させる。該初期位置６２ａを定めておくと、該直動機構の劣化を安定的に検出できる。

次に、サーボモータの回転速度の制御量である応答速度を切削ユニット（加工ユニット）４４による被加工物１の加工時において設定される応答速度より高い検査用応答速度に設定する応答速度設定ステップＳ２を実施する。該検査用応答速度は、被加工物１の加工時に発振が生じる程には劣化していないものの、そのままスライダの移動を繰り返すと近い将来に発振が生じる程に劣化している直動機構の劣化を検出できる応答速度である。検出したい直動機構の劣化の程度に応じて適切な値が設定される。

次に、スライダのオーバーシュート量に閾値を設定する閾値設定ステップＳ３を実施する。該閾値は、サーボモータの応答速度を検査用応答速度に上げてスライダを移動させる際に、オーバーシュート量が該閾値を超えた値となる場合に直動機構に劣化が生じていると判定できる値である。後述する判定ステップＳ７では、この閾値が参照されて該直動機構の劣化の有無が判定される。

該準備ステップＳ１、該応答速度設定ステップＳ２及び該閾値設定ステップＳ３は、順番が入れ替わって実施されてもよく、このうち２つが、又はすべてが同時に実施されてもよい。本実施形態に係る加工装置において直動機構の劣化を検出する方法では、該準備ステップＳ１、該応答速度設定ステップＳ２及び該閾値設定ステップＳ３の後に、該スライダを所定の速度で移動させる移動ステップＳ４と、該移動ステップＳ４の後、該スライダを指定位置に停止させる停止ステップＳ５と、を実施する。

該移動ステップＳ４では、まず、初期位置６２ａ（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）に位置するスライダを所定の速度になるまで加速させる。また、該停止ステップＳ５では、所定の速度のスライダを減速し、指定位置６２ｂ（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）に停止させる。

このとき、サーボモータは該検査用応答速度でフィードバック制御される。すなわち、ある時間において予定されたスライダ（ナット）の速度又は位置と、実際のスライダ（ナット）の速度又は位置と、の間に差がある場合、該差を小さくするようにサーボモータを制御する。

そして、本実施形態に係る加工装置において直動機構の劣化を検出する方法では、該移動ステップＳ４または停止ステップＳ５において、スライダのオーバーシュート量を検出する検出ステップＳ６を実施する。次に、該検出ステップＳ６で検出されたオーバーシュート量が閾値設定ステップＳ３で設定した閾値を超えた場合に、該直動機構に劣化が生じていると判定する判定ステップＳ７を実施する。

また、直動機構の劣化の有無は、サーボモータのトルクの変化を観測することにより判定できる。サーボモータのトルクの変化を観測して直動機構の劣化の有無を判定する場合、閾値設定ステップＳ３では、スライダのオーバーシュート量に代えて、サーボモータが出力するトルクの値に閾値を設定する。そして、検出ステップＳ６では、サーボモータが出力するトルクを検出する。

そして、判定ステップＳ７では、該検出ステップＳ６で検出された該サーボモータのトルクが該閾値設定ステップＳ３で設定した該閾値によって規定される範囲を外れた場合に、該直動機構に劣化が生じていると判定する。以下、サーボモータのトルクを検出して直動機構の劣化の有無を判定する方法の例を説明する。

図５（Ａ）は、スライダが発振する予兆のない直動機構のサーボモータのトルク（トルク比）の時間変化の例を示すグラフである。図５（Ａ）は、被加工物１の加工を実施する際に設定される応答速度でサーボモータを駆動する場合におけるトルクの時間変化の例が示されている。図５（Ｂ）は、応答速度が検査用応答速度に引き上げられた該直動機構のサーボモータのトルク（トルク比）の時間変化の例を示すグラフである。

また、図６（Ａ）は、スライダが発振する予兆のある直動機構のサーボモータのトルク（トルク比）の時間変化の例を示すグラフである。図６（Ａ）は、被加工物１の加工を実施する際に設定される応答速度でサーボモータを駆動する場合におけるトルクの時間変化の例が示されている。図６（Ｂ）は、応答速度が検査用応答速度に引き上げられた該直動機構のサーボモータのトルク（トルク比）の時間変化の例を示すグラフである。

検出ステップＳ６では、例えば、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すグラフが劣化検出ユニット６０の測定部６０ａにより得られる。それぞれのグラフにおいて横軸は時間の経過を示し、縦軸はサーボモータのトルク比（測定されたサーボモータのトルクを、該サーボモータの定格トルクで割った値）を示す。

なお、各グラフでは、トルク比がマイナスで記載されている。これは、指定位置６２ｂから初期位置６２ａに向かう方向にスライダを移動させる際のサーボモータの回転方向が正方向とされたためである。そして、各グラフでは、縦軸の上方となるほどトルクの絶対値が小さくサーボモータの出力が小さくなることを意味し、縦軸の下方となるほどトルクの絶対値が大きくサーボモータの出力が大きくなることを意味する。

それぞれのグラフにおいて、スライダの加速を開始した時間は約０．２ｓであり、その後スライダを所定の速度まで増速し等速直線運動をさせた。そして、スライダを減速してスライダを停止させた時間は約１.３ｓである。各グラフにおいて、主に等速直線運動をしている間のサーボモータのトルクを測定し、スライダの発振の予兆が観測される程に直動機構が劣化しているか否かを評価する。

閾値設定ステップＳ３では、例えば、トルク比－１０％が閾値として設定される。そして、判定ステップＳ７では、各グラフにおいサーボモータのトルク（トルク比）が該閾値により規定される－１０％よりも下方の範囲内であれば、サーボモータにかかる負荷が適正であるため、直動機構に劣化が生じていないと判定できる。

その一方で、各グラフにおいサーボモータのトルク（トルク比）が該閾値により規定される－１０％よりも下方の該範囲を外れて上方となる場合、スライダが発振する予兆があり、直動機構に劣化が生じていると判定する。直動機構に劣化が生じていると、ボールねじ及びナットの間の隙間が拡大され摩擦が小さくなる。そのため、サーボモータにかかる負荷が小さくなりサーボモータの出力が予定された範囲を外れて小さくなるためである。この場合、スライダの発振が観測される。

劣化が十分に小さくスライダが発振する予兆のない直動機構では、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す通り、通常の応答速度でサーボモータを駆動する場合だけでなく検査用応答速度でサーボモータを駆動する場合においても、トルク（トルク比）は該閾値で規定される範囲を外れない。そのため、判定ステップＳ７では、該直動機構に劣化が生じていないと判定される。

一方、劣化がある程度進行しており近い将来にスライダに発振が生じる直動機構においても、図６（Ａ）に示す通り、通常の応答読度ではサーボモータが出力するトルク（トルク比）が該閾値で規定される範囲を外れないため、直動機構の劣化を検出できない。これに対して、応答速度を検査用応答速度に引き上げた場合、図６（Ｂ）に示す通り、サーボモータが出力するトルク（トルク比）が該閾値で規定される範囲から外れる。そのため、判定ステップＳ７では、該直動機構の劣化が生じていると判定される。

このように、サーボモータの応答速度を被加工物１の加工時よりも高い検査用応答速度にすることにより、直動機構を作動させた際に発振の予兆を検出できる。そして、該判定ステップＳ７において該直動機構に劣化が生じていると判定された場合に該判定ステップＳ７の判定結果を報知する報知ステップＳ８を実施する。

報知ステップＳ８では、例えば、警報ランプ５４や表示部５６等の判定報知部により該劣化が検出されたことを報知する。判定報知部により直動機構の劣化が検出されたことを知った切削装置（加工装置）２の使用者は、直動機構のメンテナンス等を実施することにより被加工物１の通常の加工時におけるスライダの発振を予防できる。

サーボモータは、一般的にスライダの発振を防止するために、発振が生じにくい応答速度が設定され制御される。これに対して、本実施形態に係る加工装置では、あえて応答速度を上昇させた状態でサーボモータを作動させることにより、スライダが発振する予兆を検出できる。そのため、通常の応答速度ではスライダが発振しない直動機構において、スライダが発振する程に劣化が進行する前に該直動機構の劣化を検出でき、メンテナンスが必要であると判定できる。

なお、上記実施形態では、サーボモータが出力するトルク（トルク比）に特定の閾値を設定し、該トルク（トルク比）が該閾値で規定される範囲から外れたときに直動機構の劣化を検出する場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。

例えば、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を比較すると理解される通り、サーボモータの応答速度を検査用応答速度に上げるとスライダに発振傾向が観測される直動機構では、サーボモータが出力するトルク（トルク比）の変動が比較的激しくなる。そこで、判定部６０ｄは、該トルクの変動の大きさから直動機構の劣化の有無を判定してもよい。

この場合、例えば、閾値設定部６０ｂで設定される閾値は、プラス（正方向）のトルクを測定対象とする場合、検出対象期間のトルク（トルク比）の平均値（算術平均値）ａから、当該期間のトルク（トルク比）の標準偏差σを引いた値ａ－σを閾値に設定する。また、マイナス（負方向）のトルクを測定対象とする場合、検出対象期間のトルク（トルク比）の平均値（算術平均値）ａに、当該期間のトルク（トルク比）の標準偏差σを加えた値ａ＋σを閾値に設定する。

または、サーボモータの応答速度を検査用応答速度に上げてスライダを移動させる際に、検出津体調期間のトルク（トルク比）の標準偏差そのものを評価してもよい。この場合、閾値設定部６０ｂは該標準偏差に対して閾値を設定し、判定部６０ｄは該標準偏差が該閾値を超えた場合に直動機構に劣化が生じていると判定する。

また、上記実施形態では、加工装置が切削装置２である場合を例に説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。本発明の一態様に係る加工装置は、被加工物を研削する研削装置や、被加工物を研磨する研磨装置、被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置等でもよい。すなわち、本発明の一態様に係る加工装置は、直動機構を備える様々な加工装置である。

また、本発明の一態様に係る加工装置では、劣化検出ユニット６０は、所定のタイミングで自動的に直動機構の劣化の有無が検出されてもよい。例えば、加工装置の起動時の立ち上げ動作の一環として劣化検出ユニット６０が直動機構の検査を実施してもよく、また、所定の量の加工を実施する毎に直動機構の検査を実施してもよい。また、加工装置のオペレータが任意のタイミングで該加工装置を操作し劣化検出ユニット６０に直動機構の検査をさせてもよい。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１ 被加工物
２ 切削装置（加工装置）
４ 筐体
６ 基台
８ Ｘ軸移動機構（直動機構）
１０ Ｘ軸ガイドレール
１２ Ｘ軸移動テーブル（スライダ）
１４ Ｘ軸ボールねじ（ボールねじ）
１６ Ｘ軸パルスモータ（サーボモータ）
１８ テーブルベース
２０ チャックテーブル
２０ａ クランプ
２０ｂ 保持面
２２ ウォーターケース
２４ 支持構造
２６ 切削ユニット移動機構（直動機構）
２８ Ｙ軸ガイドレール
３０ Ｙ軸移動プレート（スライダ）
３２ Ｙ軸ボールねじ（ボールねじ）
３４ Ｙ軸パルスモータ（サーボモータ）
３６ Ｚ軸ガイドレール
３８ Ｚ軸移動プレート（スライダ）
４０ Ｚ軸ボールねじ（ボールねじ）
４２ Ｚ軸パルスモータ（サーボモータ）
４４ 切削ユニット（加工ユニット）
４６ カメラ（撮像ユニット）
４８ 切削ブレード
５０ スケール
５２ 読み取りユニット
５４ 警報ランプ
５６ 表示部
５８ 制御ユニット
６０ 劣化検出ユニット
６０ａ 測定部
６０ｂ 閾値設定部
６０ｃ 応答速度設定部
６０ｄ 判定部
６２ ナット
６２ａ 初期位置
６２ｂ 指定位置
６２ｃ 移動の途中の位置

Claims (4)

1. 被加工物を保持するチャックテーブルと、
   該チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工ユニットと、
   サーボモータで回転するボールねじと、該ボールねじに螺合するナットと、該ナットが固定されたスライダと、を含む直動機構と、
   該直動機構の劣化を検出する劣化検出ユニットと、
   該劣化検出ユニットが該直動機構の劣化を検出したこと報知する判定報知部と、を備え、
   該劣化検出ユニットは、
   該スライダを所定の速度で移動させる際の、又は所定の位置に位置付ける際の該サーボモータの回転速度の制御量である該サーボモータの応答速度を該加工ユニットによる被加工物の加工時において設定される応答速度より高い検査用応答速度に設定する機能を有する応答速度設定部と、
   該サーボモータを作動させることにより移動する該スライダのオーバーシュート量を測定する測定部と、
   該オーバーシュート量に閾値を設定する閾値設定部と、
   応答速度設定部により該サーボモータの応答速度を該検査用応答速度に設定し、該検査用応答速度で該サーボモータを制御した際に、該スライダの該オーバーシュート量が該閾値設定部により設定された該閾値を超えた場合に該直動機構に劣化が生じていると判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする加工装置。
2. 該測定部は、該サーボモータを作動させることにより該スライダを所定の速度で移動させる際の、又は所定の位置に位置付ける際の該スライダの該オーバーシュート量を測定することを特徴とする請求項１記載の加工装置。
3. 該測定部は、該サーボモータのトルクの変化又は該スライダの位置を検出する読み取りユニットの読み取り値によって該オーバーシュート量を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加工装置。
4. 被加工物を保持するチャックテーブルと、
   該チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工ユニットと、
   サーボモータで回転するボールねじと、該ボールねじに螺合するナットと、該ナットが固定されたスライダと、を含む直動機構と、
   該直動機構の劣化を検出する劣化検出ユニットと、
   該劣化検出ユニットが該直動機構の劣化を検出したこと報知する判定報知部と、を備え、
   該劣化検出ユニットは、
   該スライダを所定の速度で移動させる際の、又は所定の位置に位置付ける際の該サーボモータの回転速度の制御量である該サーボモータの応答速度を該加工ユニットによる被加工物の加工時において設定される応答速度より高い検査用応答速度に設定する機能を有する応答速度設定部と、
   該サーボモータが出力するトルクを測定するトルク測定部と、
   該トルクに閾値を設定するトルク閾値設定部と、
   応答速度設定部により該サーボモータの応答速度を該検査用応答速度に設定し、該検査用応答速度で該サーボモータを制御した際に、該トルク測定部で測定した該トルクが該トルク閾値設定部で設定した該閾値によって規定される範囲を外れた場合に、該直動機構に劣化が生じていると判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする加工装置。

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