JP7534947B2

JP7534947B2 - 研削装置

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Publication number: JP7534947B2
Application number: JP2020206680A
Authority: JP
Inventors: 豊廣居
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2024-08-15
Anticipated expiration: 2040-12-14
Also published as: JP2022093942A

Description

本発明は、研削装置に関する。

特許文献１、２に開示のように被加工物の回転中心を通過可能な回転する環状の研削砥石を被加工物の半径エリアに接触させて研削する研削装置は、ノズルから研削砥石が被加工物に接触する半径エリアに研削水を供給している。回転する研削砥石の側面付近には、研削砥石の回転によって周囲の空気が連れ回され研削砥石の側面に平行な連れ回りエア層が形成されている。

そのため、ノズルから供給される研削水の着水点が連れ回りエア層によって移動し研削砥石が被加工物に接触する該半径エリアに行き渡らないことがある。その対策として、供給する研削水の水量を多くすることで該半径エリアに研削水を行き渡らせることが可能であるが、研削水量を多くすることは不経済であり好ましくない。
また、別の対策として、ノズルから噴射する研削水の方向を変更することによって着水点を該半径エリアになるようにすることが可能になるが、噴射方向の調整は、装置を一時停止させ、作業者が行わなければならない。そのため、時間がかかる。
そして、連れ回りエアの速度は、研削砥石の回転速度に比例して変化するし、研削砥石の砥粒径によって変化する研削砥石の側面の凹凸の大きさに比例して変化する。

特開２００８－１１９７８５号公報特開２０１１－０２５３８０号公報

したがって、環状の研削砥石の内側に研削水を供給しながら被加工物を研削する研削装置は、研削砥石の側面側に連れ回りエア層が形成されていても、研削水の量や噴射方向を変えずに研削エリアに研削水を供給するという課題がある。

本発明は、保持面に被加工物を保持するチャックテーブルと、スピンドルの先端に装着した回転可能な環状の研削砥石の下面を該保持面に保持された被加工物の中心を通り外周から中心に至る円弧の研削エリアに接触させ該被加工物を研削する研削手段と、該環状の研削砥石の内側に配置された噴射口から該研削エリアに研削水を供給するノズルと、を備える研削装置であって、該研削砥石の内側には、該チャックテーブルの外周より外側にはみ出すはみ出し部を備え、該はみ出し部に配置され、該研削砥石の回転に伴って該研削砥石の内側面に沿って形成された連れ回りエア層を破壊するエア層破壊板を備える研削装置である。
上記の研削装置は、該エア層破壊板を、該研削砥石の磨耗状態に応じて該保持面に垂直な方向に移動させる昇降手段を備えていることが望ましい。

研削砥石の回転に伴って形成された連れ周りエア層がエア層破壊板によって破壊されるため、ノズルから研削水を研削エリアに適切に供給することができる。
また、昇降手段を用いてエア層破壊板を昇降させることにより、エア層破壊板を適宜の高さ位置に位置づけることができ、これによりエア層破壊板を用いて連れ回りエア層を確実に破壊できる。

研削装置の斜視図である。被加工物を研削加工する際の研削装置の断面図である。チャックテーブル、研削手段及びエア層破壊板を示す平面図である。エア層破壊板の別の例を示す平面図である。

１研削装置の構成
図１に示す研削装置１は、研削手段３を用いて被加工物１７を研削加工する研削装置である。図１の例における被加工物１７の下面には保護テープ１７２が貼着されているが、保護テープ１７２が貼着されない場合もある。以下、研削装置１の構成について説明する。

研削装置１は、図１に示すようにＹ軸方向に延設されたベース１０とベース１０の＋Ｙ方向側に立設されたコラム１１とを備えている。

コラム１１の－Ｙ方向側の側面には、研削手段３を昇降可能に支持する研削送り手段４が配設されている。研削送り手段４は、Ｚ軸方向の回転軸４５を有するボールネジ４０と、ボールネジ４０に対して平行に配設された一対のガイドレール４１と、回転軸４５を軸にしてボールネジ４０を回転させるＺ軸モータ４２と、Ｚ軸モータ４２の回転動作の制御等に用いられるエンコーダ４２０と、内部のナットがボールネジ４０に螺合して側部がガイドレール４１に摺接する昇降板４３と、昇降板４３に連結され研削手段３を支持するホルダ４４とを備えている。

ホルダ４４は、図２に示すように例えば側板４４０、底板４４１及び留め具４４２から構成される。留め具４４２は例えばボルトであり、側板４４０と底板４４１とは留め具４４２によって連結されている。また、側板４４０と底板４４１との間には研削砥石３４０にかかる荷重を測定する荷重センサ９が配設されている。

Ｚ軸モータ４２によってボールネジ４０が駆動されてボールネジ４０が回転軸４５を軸にして回転すると、これに伴って昇降板４３がガイドレール４１に案内されながらＺ軸方向に昇降移動するとともに、研削手段３がＺ軸方向に昇降移動する構成となっている。

図１に戻って研削手段３の構成について説明する。研削手段３は、Ｚ軸方向の回転軸３５を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転可能に支持するハウジング３１と、回転軸３５を軸にしてスピンドル３０を回転駆動するスピンドルモータ３２と、スピンドル３０の下端に接続されたマウント３３と、マウント３３の下面に着脱可能に装着された研削ホイール３４とを備えている。研削ホイール３４は、ホイール基台３４１とホイール基台３４１の下面に環状に配列された略直方体状の複数の研削砥石３４０とを備えている。研削砥石３４０の下面３４２は被加工物１７の上面１７０に接触する研削面である。

スピンドルモータ３２を用いてスピンドル３０を回転させることにより、スピンドル３０に接続されたマウント３３及びマウント３３の下面に装着された研削ホイール３４が一体的に回転することとなる。

ベース１０には被加工物１７を保持するチャックテーブル２が配設されている。チャックテーブル２は吸引部２０と吸引部２０を支持する枠体２１とを備えている。吸引部２０の上面は被加工物１７を保持する保持面２００であり、枠体２１の上面２１０は保持面２００に面一に形成されている。

吸引部２０には図示しない吸引源が接続されている。該吸引源を作動させることにより、生み出された吸引力が保持面２００に伝達されることとなる。例えば保持面２００に被加工物１７が載置されている状態で該吸引源を作動させることにより保持面２００に被加工物１７を吸引保持することができる。

また、チャックテーブル２の周囲にはカバー２７が配設されており、カバー２７は蛇腹２８に伸縮可能に連結されている。チャックテーブル２がＹ軸方向に水平移動すると、カバー２７がチャックテーブル２と一体的にＹ軸方向に移動して蛇腹２８が伸縮する構成となっている。

ベース１０の内部には内部ベース１２が配設されている。内部ベース１２の上には、チャックテーブル２をＹ軸方向に水平移動させる水平移動手段５が配設されている。水平移動手段５は、Ｙ軸方向の回転軸５５を有するボールネジ５０と、回転軸５５を軸にしてボールネジ５０を回転させるＹ軸モータ５２と、ボールネジ５０に対して平行に配設された一対のガイドレール５１と、底部のナット５４（図１に図示せず、図２参照）がボールネジ５０に螺合しガイドレール５１に沿ってＹ軸方向に移動するスライド板５３とを備えている。Ｙ軸モータ５２を用いてボールネジ５０が回転することにより、スライド板５３がガイドレール５１に案内されてＹ軸方向に水平に移動する構成となっている。

図２に示すように、チャックテーブル２の枠体２１の下には枠体２１を支持する基台２２が配設されている。基台２２は３つの連結部材２４（図２においては２つが示されている）によってスライド板５３に連結されている。３つの連結部材２４の各々は例えばボルトであり、例えばそのうちの１つまたは２つがＺ軸方向の高さの調整を行うことができる。そして、例えば該ボルトの高さを調整することによりチャックテーブル２の保持面２００の傾きを変更することが可能となっている。
水平移動手段５を用いてスライド板５３をＹ軸方向に水平移動させることによってチャックテーブル２をＹ軸方向に移動させることができる。
なお、水平移動手段は、チャックテーブル２を複数配設したターンテーブルであってもよい。
基台２２には図１に示すケーシング２３が連結されている。ケーシング２３の内部には、チャックテーブル２を回転させる図示しない回転手段等が配設されている。該回転手段を用いることによりチャックテーブル２を回転させることができる。

図２には、被加工物１７が保持されたチャックテーブル２がＹ軸方向に移動して、チャックテーブル２が研削砥石３４０の下方に位置づけられている様子が示されている。このとき、被加工物１７と研削砥石３４０との水平位置関係は研削砥石３４０の下面３４２が被加工物１７の中心１７００を通るような水平位置関係となっている。
研削砥石３４０の下面３４２が被加工物１７の中心１７００を通るように位置づけられている状態では、図３に示すように、研削砥石３４０の回転軌道の内周側の一部はチャックテーブル２の外周から＋Ｙ方向にはみ出したはみ出し部３４４を備えている。なお、はみだし部３４４がはみ出す方向は、チャックテーブル２と研削手段３との位置関係に応じて定まるものであり、＋Ｙ方向には限られない。

図２に示すように、はみ出し部３４４には、エア層破壊板６とエア層破壊板６を保持面２００に垂直な方向に移動させる昇降手段６０とが配置されている。エア層破壊板６は、Ｚ軸方向に起立し研削砥石３４０の回転軌道の半径方向に延設された板状に形成されており、エア層破壊板６の＋Ｙ方向側の部分はホイール基台３４１及び研削砥石３４０に沿うような階段状に形成されている。図２の例では、研削ホイール３４のホイール基台３４１の内周に傾斜面が形成されているのに対応してエア層破壊板６にもその傾斜面に対面するテーパー面６０１が形成されている。また、エア層破壊板６には、テーパー面６０１の下端から下方に向けて、研削砥石３４０の内周に対面する垂下面６０２が形成されている。さらに、エア層破壊板６には、垂下面６０２の下端から研削砥石３４０の外周側に向けて、研削砥石３４０の下面３４２に対面する水平突出面６０３が形成されている。水平突出面６０３の水平方向の先端は、研削砥石３４０の外周よりも外側に位置している。
また、エア層破壊板６の－Ｙ方向側の部分には、＋Ｚ方向に向けて突出してホイール基台３４１の下面に接触する凸状部分６００が形成されている。凸状部分６００は、図３に示すように、研削ホイール３４の回転時に回転しない部分であるホイール基台３４１の下面の中心３４１５に接触している。研削送り手段４に駆動されて研削ホイール３４が－Ｚ方向に下降する際には、ホイール基台３４１の下面によってエア層破壊板６が保持面２００に垂直な方向である－Ｚ方向に押し下げられることとなる。凸状部分６００とホイール基台３４１の下面とが接触する部分を除き、エア層破壊板６とホイール基台３４１及び研削砥石３４０との間には隙間６０４が形成されている。
なお、図１～図３に示した例におけるエア層破壊板６は、長手方向がＹ軸方向に平行となるように配設されているが、研削砥石３４０の回転軌道の半径方向に向いていれば、図示の例には限られない。図４に示すように、エア層破壊板６は、エアが研削砥石３４０の外に排出しやすいようにチャックテーブル２の外周に沿って円弧に形成されていてもよい。

図２に示すように昇降手段６０は、スライド板５３の側面に連結された支持板６１と、支持板６１の上に配設されたシリンダ６２と、シリンダ６２に収容されたピストンロッド６３とを備えており、ピストンロッド６３はエア層破壊板６を昇降可能に支持している。
なお、昇降手段６０は、ボールネジを回転させる機構を備え、ボールネジを回転させエア層破壊板６を昇降可能にしてもよい。

シリンダ６２には図示しないエア供給手段が接続されている。該エア供給手段を用いてシリンダ６２の内部にエアを供給することによりピストンロッド６３が＋Ｚ方向に押し上げられてシリンダ６２から突出し、またシリンダ６２へのエアの供給を停止することによってピストンロッド６３が－Ｚ方向に下降することとなる。該エア供給手段を用いてピストンロッド６３をＺ軸方向に昇降させることにより、ピストンロッド６３に支持されたエア層破壊板６を保持面２００に垂直な方向に移動させることができる。
例えば、研削送り手段４に駆動されて研削ホイール３４が－Ｚ方向に下降し、ホイール基台３４１の下面によってエア層破壊板６が保持面２００に垂直な方向である－Ｚ方向に押し下げられると、これに伴ってピストンロッド６３が－Ｚ方向に下降することとなる。
なお、該エア供給手段は、ピストンロッド６３を＋Ｚ方向に上昇させる力が研削ホイール３４を－Ｚ方向に下降させる力より小さくなるようシリンダ６２に供給するエアの供給圧力を調整する電空レギュレータを備えていてもよい。

支持板６１の上にはノズル８が配設されている。ノズル８は－Ｙ方向に向けられて形成された噴射口８０を備えている。ノズル８には図示しない研削水供給源が接続されており、該研削水供給源からノズル８に水を供給することによってノズル８の噴射口８０から－Ｙ方向に研削水を噴射することができる。

研削装置１は厚み測定手段７を備えている。厚み測定手段７は被加工物１７の上面１７０の高さを測定する上面ハイトゲージ７０と保持面２００の高さを測定する保持面ハイトゲージ７１とを備えている。
上面ハイトゲージ７０は、例えば被加工物１７の上面１７０にレーザー光線を投光して被加工物１７の上面１７０において反射した反射光を受光することによって被加工物１７の上面１７０の高さを測定する非接触式のハイトゲージである。また、保持面ハイトゲージ７１は、枠体２１の上面２１０にレーザー光線を投光して枠体２１の上面２１０において反射した反射光を受光することによって枠体２１の上面２１０に面一な保持面２００の高さを測定する非接触式のハイトゲージである。
厚み測定手段７は厚み算出手段７２を備えている。上面ハイトゲージ７０によって測定された被加工物１７の上面１７０の高さの情報と保持面ハイトゲージ７１によって測定された保持面２００の高さの情報とは厚み算出手段７２に伝達され、厚み算出手段７２において被加工物１７の上面１７０の高さから保持面２００の高さが差し引かれることによって被加工物１７の厚みが算出される構成となっている。

２研削装置の動作
研削装置１を用いて被加工物１７を研削加工する際の研削装置１の動作について説明する。研削装置１を用いて被加工物１７を研削加工する際には、まず図１に示した被加工物１７をチャックテーブル２の保持面２００に保持してから、水平移動手段５を用いてチャックテーブル２を＋Ｙ方向に水平移動させ、チャックテーブル２に保持された被加工物１７を研削手段３の下方に位置づける。
このとき、図２及び図３に示すように研削砥石３４０の下面３４２が被加工物１７の中心１７００を通るように被加工物１７の水平位置を調整する。

また、チャックテーブル２に接続された図示しない回転手段を用いてチャックテーブル２を回転させるとともに、スピンドルモータ３２を用いて回転軸３５を軸にして研削砥石３４０を回転させておく。

チャックテーブル２及び研削砥石３４０が回転している状態で、研削送り手段４を用いて研削砥石３４０の－Ｚ方向に下降させる。これにより、研削砥石３４０の下面３４２が被加工物１７の上面１７０に接触する。このとき、研削砥石３４０の下面３４２は被加工物１７の中心１７００を通り被加工物１７の外周１７０１から中心１７００に至る円弧状の研削エリア１７０２に接触する。
被加工物１７の上面１７０に研削砥石３４０の下面３４２が接触している状態で、研削送り手段４を用いてさらに研削砥石３４０を－Ｚ方向に下降させていくことにより、被加工物１７が研削加工される。

被加工物１７の研削加工中には厚み測定手段７を用いた被加工物１７の厚みの測定が行われる。被加工物１７が所望の厚みに研削されたら被加工物１７の研削加工を終了する。

また、被加工物１７の研削加工中には研削砥石３４０と被加工物１７とが接触する部分を冷却したり、研削加工によって生じる加工屑を洗い流したりするために、ノズル８の噴射口８０から研削エリア１７０２に向かって研削水を供給する。ここで、研削砥石３４０が回転すると研削砥石３４０の回転に伴って研削砥石３４０の内側面に沿って連れ回りエア層が形成されるが、形成された連れ回りエア層は、はみ出し部３４４に配置されたエア層破壊板６によって破壊される。これによって、ノズル８の噴射口８０から研削エリア１７０２に適切に研削水を供給することができる。

図２に示したように、エア層破壊板６は、研削砥石３４０に近い側が研削ホイール３４１及び研削砥石３４０の形状に沿って階段状に形成されるとともに、研削ホイール３４１及び研削砥石３４０との間に隙間６０４が形成され、さらに水平突出面６０３を備えているため、エアを研削砥石３４０の回転軌道の外周側に円滑に排出することができる。

また、被加工物１７の研削加工によって研削砥石３４０は磨耗する。そして研削砥石３４０が磨耗するとそれに応じて研削ホイール３４が－Ｚ方向に下降していき、凸状部分６００がホイール基台３４１によって押されることによってエア層破壊板６が－Ｚ方向に押し下げられるとともに、エア層破壊板６を支持するピストンロッド６３が－Ｚ方向に移動する。このようにして、研削砥石３４０の磨耗状態に応じてエア層破壊板６をＺ軸方向に昇降移動させることができる。なお、凸状部分６００は、研削ホイール３４が回転しても回転しないホイール基台３４１の下面の中心３４１５に接触しているため、エア層破壊板６に対して回転力が加わるのを防ぐことができる。

例えば、被加工物１７の研削加工中には荷重センサ９によって研削砥石３４０にかかる荷重が測定され、研削砥石３４０にかかる荷重に応じてエア供給手段からシリンダ６２の内部に供給するエアの供給圧力が調整され、エア層破壊板６を下降させる構成であってもよい。
具体的には、研削ホイール３４を－Ｚ方向に下降させてホイール基台３４１の下面でエア層破壊板６を－Ｚ方向に押し下げるときには、そのときに研削砥石３４０にかかる荷重が荷重センサ９によって測定される。そして、測定された研削砥石３４０にかかる荷重の大きさに応じて該エア供給手段からシリンダ６２の内部に供給するエアの供給圧力を減少させることにより、ピストンロッド６３がエア層破壊板６を＋Ｚ方向に付勢する力を小さくする。これにより、エア層破壊板６を容易に下降させることが可能になり好適である。

１：研削装置１０：ベース１１：コラム１２：内部ベース１７：被加工物
１７０：上面１７００：中心１７０１：外周１７０２：研削エリア
１７２：保護テープ
２：チャックテーブル２０：吸引部２００：保持面
２１：枠体２１０：上面２２：基台２３：ケーシング２４：連結部材
３：研削手段３０：スピンドル３１：ハウジング３２：スピンドルモータ
３３：マウント３４：研削ホイール３４０：研削砥石３４１：ホイール基台
３４２：下面３４４：はみ出し部３５：回転軸
４：研削送り手段４０：ボールネジ４１：ガイドレール４２：Ｚ軸モータ
４２０：エンコーダ４３：昇降板
４４：ホルダ４４０：側板４４１：底板４４２：留め具４５：回転軸
５：水平移動手段５０：ボールネジ５１：ガイドレール５２：Ｙ軸モータ
５３：スライド板５４：ナット５５：回転軸
６：エア層破壊板６０：昇降手段６００：凸状部分
６１：支持板６２：シリンダ６３：ピストンロッド
７：厚み測定手段７０：上面ハイトゲージ７１：保持面ハイトゲージ
７２：厚み算出手段
８：ノズル８０：噴射口９：荷重センサ

Claims

保持面に被加工物を保持するチャックテーブルと、スピンドルの先端に装着した回転可能な環状の研削砥石の下面を該保持面に保持された被加工物の中心を通り外周から中心に至る円弧の研削エリアに接触させ該被加工物を研削する研削手段と、該環状の研削砥石の内側に配置された噴射口から該研削エリアに研削水を供給するノズルと、を備える研削装置であって、
該研削砥石の内周側には、該チャックテーブルの外周より外側にはみ出すはみ出し部を備え、
該はみ出し部に配置され、該研削砥石の回転に伴って該研削砥石の内側面に沿って形成された連れ回りエア層を破壊するエア層破壊板を備える研削装置。
該エア層破壊板を、該研削砥石の磨耗状態に応じて該保持面に垂直な方向に移動させる昇降手段を備える請求項１記載の研削装置。