JPH0637075A - 砥石を用いる加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 砥石摩耗を減少させるとともに、冷却水の使
用量を抑え、効率よく高精度で高品質な切断加工を行う
ことができるようにする砥石を用いる加工方法を提供す
ること。 【構成】 円板状の砥石を用いて、セラミック基板やウ
ェハ等の板状ワークを切断または溝入れ加工を行う方法
において、前記砥石の外径の摩耗量を検出し、冷却水
を、前記検出した摩耗量に応じた、圧力，量，距離，角
度等の条件で噴射するよう制御し、加工することを特徴
とする砥石を用いる加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円板状の砥石(以下、
単に「砥石」という)を用いる加工方法に関し、特に砥石
を用いる研削または切断加工時における冷却水噴射ノズ
ルの制御方法を改良した砥石を用いる加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来の技術を、セラミック等の硬
い工作物(以下、「ワーク」という)を切断する切断機を例
として説明する。一般に、セラミック等を切断する砥石
は、60〜90m/secという周速で 高速回転する。この中
で、砥石中のダイヤモンド粒が切れ刃となり、セラミッ
クを粉砕しながら切断を行うわけである。このとき、砥
石とセラミックの間は局部的に極めて高温となるため、
これを冷却して、ワークの加工表面の熱による変質防
止，切り屑の除去，砥石の焼失や摩耗の防止等を行わな
ければならない。切断作業では、一般に、冷却性のよい
水を大量に使用するため、水の濾過装置も複雑なものに
なる。また、冷却水や研削液等(以下、「冷却水」という)
の噴射ノズル(以下、単に「ノズル」という)は、加工対象
物によって種々の形状のものがあり、例えば、水道の蛇
口のように単純なもので冷却水をかけ続けるものや、円
筒状のノズルに溝切りして、砥石を挟むようにして冷却
水をかけ続けるものなどがあり、効率よく冷却効果が得
られるように工夫されている。また、この他にも、砥石
内部に冷却水を通して、砥石の表面(特に切断部の先端
部分)から霧状に冷却水を吹き出させながら切断を行う
方法が実用化されている。なお、これに関しては、例え
ば、竹中規雄著「改定機械製作法」(２)(コロナ社,昭和61
年刊)118〜169頁の記載が参考になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、切削加工
において、冷却水は加工時のワークや砥石の冷却および
切り屑除去等のために、効率よく使用することが重要で
ある。特に、切断部をミクロ的に見た場合、砥石中の砥
粒と加工物が衝突するときにワークを粉砕しながら加工
を行うので、局部的に大きな摩擦熱が発生する。ここ
で、冷却水がうまく作用しないと、ワークは熱によって
変質し、砥石中の砥粒は焼失したり、摩耗したりしてし
まう。従来用いられていた、砥石の外部からのノズルで
は、砥石の摩耗による外径変化に対しての配慮がなされ
ておらず、加工作業中での最適なノズルの位置や、冷却
水の噴射角度およびノズルと砥石間の距離を一定にする
という配慮はなされていなかった。従って、冷却水の到
達目標はズレを生じ、加工開始から加工終了までに砥石
が摩耗して外径が小さくなることによって、加工終了間
際ではいっそう砥石の摩耗が加速してしまうという問題
があった。また、従来用いられていた、砥石内部から冷
却水を供給する方式は、加工寸法が精密化して、砥石の
厚さが薄くなった場合、構造面や強度面から非常に難し
くなるという問題があり、更に、冷却水の量が足りなく
なる可能性もある。本発明は上記事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、従来の技術における
上述の如き問題を解消し、砥石の摩耗量に応じて、ノズ
ルを最適な条件に制御することにより、砥石摩耗を減少
させるとともに、冷却水の使用量を抑え、効率よく高精
度で高品質な切断加工を行うことができるようにする砥
石を用いる加工方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の上述の目的は、
砥石を用いて、セラミック基板やウェハ等の板状ワーク
を切断または溝入れ加工を行う方法において、前記砥石
の外径の摩耗量を検出し、冷却水を、前記検出した摩耗
量に応じた、圧力，量，距離，角度等の条件で噴射する
よう制御し、加工することを特徴とする砥石を用いる加
工方法によって達成される。

【０００５】

【作用】本発明に係る砥石を用いる加工方法において
は、砥石の摩耗量に応じて、最適なノズルの位置，最適
な冷却水噴射角度，最適なノズル〜砥石間の距離となる
ようにノズルを可変制御させることにより、常に、最適
条件で冷却水を噴射させ、砥石摩耗を減少させるととも
に、冷却水の使用量を抑え、効率よく高精度で高品質な
切断加工を行うことができるようにするものである。具
体的には、砥石外径検出センサ，周速検出センサを設け
て砥石の外径変化を管理し、また、ワークの形状変化セ
ンサを設けて、ワークの形状変化に対応できるようにす
る。更に、圧力センサで冷却水の圧力を検出して、制御
弁を制御することにより冷却水が一定の圧力と流量を保
つようにするとともに、上記センサで検出されたデータ
を基に、パルスモータやサーボモータを用いて、ノズル
の冷却水噴射角制御等を行う。その他の詳細な実施の態
様については、以下、実施例の説明中に示す。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明の一実施例に係る切断機の
概要を示す斜視図である。本実施例に係る切断機は、主
軸１，テーブル２，砥石６等から成る加工機能部と、砥
石外径検出センサ７，可変冷却水噴射ノズル(以下、単
に「ノズル」という)５，冷却水噴射角度調整用モータ(以
下、単に「モータ」という)９等から成る冷却水供給部で
構成されている。また、図２は、ノズル５の水平方向移
動量調整用Ｘテーブル(以下、単に「Ｘテーブル」という)
２１と、同垂直方向移動量調整用Ｙテーブル(以下、単
に「Ｙテーブル」という)２２を有する冷却水噴射距離調
整機構と、後述する固定式冷却水供給ノズル２３，２４
を示すものである。図３は、ノズル５の回転機構を示す
ものである。上述の如く構成された本実施例の切断機の
動作を、以下、説明する。

【０００７】通常の加工時には、図１に示される如く、
フランジ８によって主軸１に固定された砥石６が高速に
回転し、テーブル２が往復することによってワーク３が
加工される。このとき、冷却水は圧力制御弁１４を通
り、一定の圧力，一定の量となって冷却水供給ホース１
０を介して、ノズル５から噴射される。冷却水の噴射さ
れる場所は、ワーク３の材質や形状，砥石６の外径寸法
等によって異なり、例えば、ワーク３がシリコンウェハ
の場合には、表面に付着する異物除去が重視されるの
で、ワーク３よりにノズル５を向けて冷却水を噴射する
のがよいとされ、また、ワーク３が厚板でワーク３を切
断する場合には、砥石６の寿命を伸ばすために砥石６の
冷却に重点を置き、砥石６に冷却水がまわり込むように
冷却水を噴射させるのがよいとされる。この、冷却水噴
射角度(以下、「噴射角」という)と、冷却水噴射距離(以
下、「噴射距離」という)の調整機構について、順次、説
明する。

【０００８】図１に示される如く、ノズル５をモータ９
に接続して噴射角を自動で調整する場合、砥石６の回転
中心とノズル５の回転中心間距離は、砥石６の摩耗によ
る外径変化に関係なく常に一定であるため、噴射角は砥
石６の摩耗量とは全く関係なく変わることになる。従っ
て、この方式では、ワーク検出センサ１３によって噴射
角を調整して冷却水を噴射すればよい。砥石６の摩耗に
よる外径変化は、砥石外径検出センサ７を用いて測定す
る。また、ノズル５の噴射角調整は、直接モータ９とノ
ズル５を接続して行っても、噴射角調整用ベルト１２を
介して行ってもどちらでも構わない。次に、図２に示さ
れる如く、Ｘテーブル２１とＹテーブル２２上に、ノズ
ル５やモータ９を取り付けた場合のノズル５の動きにつ
いて説明する。 (１)Ｘテーブル２１とモータ９が動作可能で、Ｙテーブ
ル２２は固定された状態の場合(水平方向のノズル５の
動きと噴射角が調整可能な場合)：この場合は、ノズル
５の噴射角は常に一定にできるが、噴射距離は砥石６の
摩耗量に同期せず、無条件で変化する。

【０００９】この場合には、噴射距離が常に一定ではな
いため、冷却水噴射速度が砥石６の摩耗によって変化し
てしまうが、噴射角は常に一定に維持できるので、冷却
効率のよい状態でワーク３の加工が行える。 (２)Ｘテーブル２１とＹテーブル２２が動作可能で、モ
ータ９は動かない場合(ノズルの噴射距離を調整できる
場合)：この場合は、噴射角と噴射距離がともに常に一
定の状態となるようなノズル５の動きができる。従っ
て、同一形状のワーク３の連続加工を行う場合等はこれ
で充分である。 (３)Ｘテーブル２１とＹテーブル２２，モータ９がすべ
て単独に動作可能な場合：この場合は、ノズル５の動き
は噴射角，噴射距離ともにアクティブに変化させること
ができる。この場合は、ワーク３が順次異なる形状の場
合でも、また、砥石６の外径が変化しても、常に最適な
噴射角，噴射距離へ冷却水を供給できる。

【００１０】従って、図１に示す如きワーク検出センサ
１３を設けることにより、異なる形状や材質のワーク３
の加工を行う際にも、切断機を連続で無人運転すること
が可能となり、汎用性拡がる。ワーク３の形状，加工数
等に応じて、上述の方式を用いるか、すなわち、噴射
角，噴射距離をどのように調整するかを決定すればよ
い。次に、ノズル５の可動構造について、図３を用いて
更に詳細に説明する。Ｘテーブル２１上にモータ９を固
定して、モータ回転子３２を可動ノズル管３１に直結す
る。可動ノズル管３１は中空になっており、片側に冷却
水供給ホース１０が接続され、もう一方にノズル５が接
続されてる。ノズルカバー４は、可動ノズル管３１を覆
い、可動ノズル管３１がノズルカバー４の中で回転でき
るように構成されている。また、ノズルカバー４は、可
動ノズル管３１と一緒に回転しないように、ノズルカバ
ーホルダー３３によってＸテーブル２１またはモータ９
に固定されている。

【００１１】本実施例に係る切断機においては、図１，
図２に示される如く、砥石外径検出センサ７や、ワーク
検出センサ１３を用いて、砥石６への最適な噴射角や噴
射距離へ冷却水を噴射する構造としている。また、それ
らのセンサへ加工中に発生する切り屑などの異物が付着
し、その機能を充分発揮できなくなってしまう事態に対
し、ワーク３を常に清浄な状態で加工するために、図２
に示すような固定式冷却水供給ノズル２３，２４を設け
て対応している。次に、可変冷却水噴射構造について説
明する。砥石６が初期外径Ａの場合、噴射角Ｂの角度で
冷却水を噴射すると最適だと仮定する。実際の加工中
は、砥石６が摩耗を起こし、外径が逐次、小さくなる。
このままでは、ノズル５の噴射角がＢのままであり、砥
石６に対する噴射角はズレを生じる。場合によっては、
砥石６へ冷却水噴射が行えずに、砥石６の焼失・破損が
生じてしまう。

【００１２】そこで、砥石外径検出センサ７により砥石
６の外径を読み取り、また、ワーク検出センサ１３によ
りワークの形状を判別し、Ｘテーブル２１，Ｙテーブル
２２およびモータ９へ信号を送り、随時、最適な噴射角
・噴射距離になるよう、ノズル５を制御する。一方、圧
力制御弁１４により、一定の圧力，一定の量となった冷
却水を、冷却水供給ホース１０を流れて、可動ノズル管
３１内部を伝わり、ノズル５から噴射させる。上記実施
例によれば、砥石の摩耗量を検出するセンサを設けるこ
とによって、砥石に一定の条件で冷却水を噴射させるよ
うに、ノズルを駆動できるようになるので、砥石摩耗を
減少させるとともに、冷却水の使用量を抑え、効率よく
高精度で高品質な切断加工を行うことができるなるとい
う効果が得られる。なお、上記実施例は本発明の一例を
示したものであり、本発明はこれに限定されるべきもの
ではないことは言うまでもないことである。

【００１３】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明によ
れば、砥石摩耗を減少させるとともに、冷却水の使用量
を抑え、効率よく高精度で高品質な切断加工を行うこと
ができるようにする砥石を用いる加工方法を実現できる
という顕著な効果を奏するものである。より詳細には、
下記の如き効果が得られる。 (１)適正な冷却水の噴射が行えるので、砥石の摩耗が加
工開始から加工終了まで一様になり、砥石の焼失を防止
し、砥石の寿命を伸ばすことができる。 (２)適正な冷却水の噴射が行えるので、ワークの熱によ
る変質を防止することができ、加工されたワークの品質
が向上する。 (３)固定式冷却水噴射ノズルが加工中に発生する異物を
流し去るため、ワークを常に清浄な状態で加工を行うこ
とができる。 (４)砥石の摩耗量をリアルタイムに判断できるので、ノ
ズルの制御をきめ細かく行うことができる。 (５)砥石の外径を感知することにより砥石の異常を発見
できるため、加工時の不良を最小に抑えることができ
る。 (６)工作物の形状を自動的に判断できるので、種々のワ
ークを連続無人で加工することが可能になる。

【００１４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る切断機の概要を示す斜
視図である。

【図２】実施例の、ノズルの水平，垂直方向移動量制御
機構を示す斜視図である。

【図３】実施例の、ノズルの回転機構を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１：主軸、２：テーブル、３：ワーク、４：ノズルカバ
ー、５：可変冷却水噴射ノズル、６：砥石、７：砥石外
径検出センサ、９：モータ、１３：ワーク検出センサ、
１４：圧力制御弁、２１：Ｘテーブル、２２：Ｙテーブ
ル、２３：固定式冷却水噴射ノズル、２４：固定式冷却
水噴射ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板状の砥石を用いて、セラミック基板
   やウェハ等の板状ワークを切断または溝入れ加工を行う
   方法において、前記砥石の外径の摩耗量を検出し、冷却
   水を、前記検出した摩耗量に応じた、圧力，量，距離，
   角度等の条件で噴射するよう制御し、加工することを特
   徴とする砥石を用いる加工方法。