KR101923232B1

KR101923232B1 - 원주상 잉곳의 복합 모따기 가공 장치 그리고 그것을 사용하여 워크에 원통 연삭 가공 및 노치 연삭 가공을 하는 방법

Info

Publication number: KR101923232B1
Application number: KR1020120105807A
Authority: KR
Inventors: 유타카 요시다; 가즈오 고바야시; 사토루 이데; 도미오 구보
Original assignee: 가부시키가이샤 오카모도 코사쿠 기카이 세이사쿠쇼
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2018-11-28
Also published as: TW201343328A; KR20130066497A; TWI524966B; JP2013121632A; JP5785070B2

Abstract

과제
원통상 잉곳 블록의 외주면의 원통 연삭 가공을 짧게 하고자 한다. 그리고, 워크의 결정 방위를 고정밀도로 검출하고자 한다.
해결 수단
1 쌍의 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 로 원주상 워크 (w) 의 원통 연삭을 실시한 후, 이어서, 1 개의 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 을 사용하여 워크의 마무리 연삭을 실시하고, 이어서, XRD 기로 워크의 결정 방위를 측정하고, 워크에 역 V 자상 숫돌차 (12g) 로 노치 가공 또는 상기 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g) 을 사용하여 오리플라 연삭 가공을 실시한다.

Description

원주상 잉곳의 복합 모따기 가공 장치 그리고 그것을 사용하여 워크에 원통 연삭 가공 및 노치 연삭 가공을 하는 방법 {COMPLEX CHAMFERING APPARATUS AND METHOD FOR CYLINDERICLALLY GRINDING AND NOTCH GRINDING A CYLINDERICAL INGOT}

본 발명은, 사파이어, 단결정 실리콘 등의 결정성 화합물의 원주상 잉곳 (워크) 을 원통 연삭 가공 및 V 노치 연삭 가공을 하는 복합 모따기 가공 장치, 및 그것을 사용하여 워크의 원통 외주면을 원통 연삭 가공한 후, 워크의 결정 방위를 X 선 회절 결정 방위 측정 장치 (XRD 기) 로 검출하고, 이어서, 워크의 결정 방위를 심출 (芯出) 한 후에 노치 연삭 가공을 하는 워크의 모따기 가공 방법에 관한 것이다.

LED 기판용 사파이어 기판의 원재료인 원주상 사파이어ㆍ잉곳 블록 (워크) 은, 쵸크랄스키법 (CZ 법) 혹은 베르누이법으로 육성한 잉곳을 적당한 길이 (예를 들어, 250 ㎜, 500 ㎜, 1,000 ㎜) 로 결정 방향으로 절단하여 잉곳 블록을 이루고 있다. 사파이어ㆍ잉곳의 결정 방위는, a 면, r 면, m 면 및 c 면 배향을 갖는다. 원주상 사파이어ㆍ잉곳 블록의 직경은, 2 인치, 4 인치 및 6 인치인 것을, 단결정 실리콘 잉곳 블록의 직경은, 8 인치, 10 인치, 12 인치, 20 인치인 것을 시장에서 입수할 수 있다.

반도체 디바이스용 실리콘 기판이나 LED 기판은, 원주상 잉곳 (워크) 의 외면을 원통 연삭 장치에 의해 모따기 가공한 후, 모따기 가공된 워크를 주축대와 심압대의 1 쌍으로 이루어지는 클램프 기구에 현가시켜, XDR 장치로부터 X 선을 워크에 조사하여 워크의 결정 방위를 측정하여, 노치 가공이나 오리플라 연삭 가공될 워크의 결정 방위에 마킹을 실시하고, 이어서, 이 마킹된 결정 방위를 따라 역 (逆) V 자상 숫돌차에 의한 노치 가공, 혹은, 숫돌차에 의한 오리플라 가공이 이루어진다. 또한, 결정 방위가 마킹된 워크는, 와이어 소에 의해 결정 방위를 따라 절단되어 수많은 두께 750 ∼ 950 ㎛ 의 기판 (웨이퍼) 이 된다.

일본 공개특허공보 2009-298676호 (특허문헌 1) 의 0008 단락은, 「원주상 잉곳 블록은, 그 외주면이 컵휠형 숫돌에 의해 원통 연삭되고, 추가로, 오리엔테이션 플랫 (통칭 「오리플라」라고 한다) 또는 인덱스 플랫 (통칭 「인플라」라고 한다) 이 연삭 또는 절삭된 후, 잉곳 블록의 와이어 컷 소에 의한 두께 200 ∼ 900 ㎛ 의 두께로 슬라이스 가공되어 웨이퍼를 제조하고 있다.」라고 기재한다. 또한, 단락 0020 - 0023 은, 「오리플라란, 원형인 반도체 기판의 외주의 일부를 결정 방위와 평행한 방향으로 노칭하여 결정 방위를 특정하는 것이고, 인플라란 오리플라와 함께 원형인 반도체 기판의 외주에 형성되며, 표리를 판별하기 위한 것이다. 단, 반도체 기판의 표리를 판별하기 위해서는, 오리플라와 인플라가 반도체 기판의 중심에 대해 비대칭으로 되는 위치에 형성될 필요가 있다. 사파이어 기판의 오리플라는, 결정 방위 (11 - 20 방향) 를 특정한다.」라고 기재한다.

또, 일본 공개특허공보 2008-207992호 (특허문헌 2) 는, 단락 0002 내지 0004 에 있어서, 「사파이어는, 육방정의 결정 구조를 갖는 산화알루미늄의 단결정 (융점：약 2050 ℃) 이다. 사파이어 단결정은, 예를 들어, 청색 LED 용 GaN 성막 기판 등의 기판 재료로서 사용된다. 사파이어 단결정은 이방성을 갖는 재료로서, 사파이어 단결정의 잉곳으로부터 GaN 성막용 웨이퍼를 잘라내는 경우, 웨이퍼의 주면 (主面) 이 사파이어 단결정의 c 축 ＜0001＞ 에 수직인 면 (c 면) 이 되도록 잘라내는 것이 일반적이다. 또, 사파이어는 광학적으로 1 축성의 투명 재료라는 점에서 액정 프로젝터용 필름 등의 광학 재료로서도 사용된다. 광학 재료로서 사용하는 경우, 착색이 없고 투명할 것이 요구된다. 또, 사파이어 단결정의 편광 특성 때문에, 상기의 기판 재료의 경우와 마찬가지로, c 축에 수직인 면을 주면으로 하는 c 면 기판이 주로 사용된다.

일본 공개특허공보 평7-308849호 (특허문헌 3) 는, 주축대와 심압대의 1 쌍으로 이루어지는 클램프 기구에 현가시킨 원주상 잉곳 (워크) 의 외면을 원통 연삭 장치에 의해 모따기 가공한 후, XDR 장치로부터 X 선을 워크에 조사하여 워크의 오리플라 가공되는 결정 방위를 측정하여, 워크의 회전을 오리플라 위치에서 멈추고, 이 위치에 숫돌을 대어 오리플라 가공하는 방법을 개시한다.

또한, 일본 공개특허공보 2009-186181호 (특허문헌 4) 는, 도 2 에 원주상 잉곳의 결정 방위를 측정하는 X 선 회절 결정 방위 측정 장치를, 그리고, 도 6 에 있어서 X 선 회절 결정 방위 측정 장치를 구비한 원주상 잉곳의 원통 연삭 장치를 나타내고, 단락 0070 내지 0077 및 단락 0085 내지 0089 의 기재에서 원주상 잉곳의 결정 방위 h 를 측정한 후에, 제 1 반송 로봇으로 잉곳을 도 3 에 나타내는 컷 모따기기로 이동시키고, 거기에서, 축 방향 결정 방위 (h) 에 대해 수직으로 제 1 컷면 (Wa₁) 을 연삭하여 새로운 제 1 컷면 (Wa₃) 으로 하고, 반대 방향의 제 2 컷면 (Wa₂) 을 연삭하여 새로운 제 2 컷면 (Wa₄) 으로 하고, 이어서, 제 1 반송 로봇으로 수직 컷면 (W₃, W₄) 을 갖는 잉곳을 원통 연삭 장치의 클램프 장치로 이송하여, 원주상 숫돌을 사용하여 원주상 잉곳의 외주면을 원통 연삭하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 5 의 도 10 및 단락 0090 의 기재에 있어서, 상기 원통 연삭 가공된 잉곳의 반경 방향 결정 방위 (k) 를 상기 X 선 회절 결정 방위 측정 장치로 측정하여, 상기 원통 연삭 장치로 잉곳의 반경 방향 결정 방위 (k) 를 기준으로 하여 오리플라면을 가공 형성시키는 것을 개시한다.

일본 공개특허공보 2009-233819호 (특허문헌 5) 는, 단결정 잉곳을 유지하여 축 둘레로 회전시키는 클램프 기구와, 상기 단결정 잉곳의 회전축 방향으로 이동 가능한 원통 연삭 휠과, 상기 단결정 잉곳에 오리엔테이션 플랫 및/또는 노치 가공을 실시하는 숫돌을 구비한 단결정 잉곳의 원통 연삭 장치로서, 적어도, 미리 결정선을 기준으로 하여 마크를 부여받은 상기 단결정 잉곳의 측면의 화상을 받아들이는 카메라와, 상기 받아들인 화상을 처리하는 컨트롤러로 이루어지고, 상기 마크의 위치를 인식하여 기억하는 화상 처리 수단과, 상기 단결정 잉곳의 결정 방위를 X 선 회절 측정하기 위한 X 선 회절 장치를 구비하고, 상기 화상 처리 수단에 의해 상기 미리 부여받은 마크의 위치를 기억하고, 상기 클램프에 의해 상기 잉곳을 축 둘레로 회전시키면서 상기 원통 연삭 휠을 상기 잉곳의 회전축 방향으로 이동시켜 상기 잉곳의 측면을 원통 연삭한 후, 상기 X 선 회절 장치에 의해 상기 잉곳의 결정 방위를 X 선 회절 측정하여, 상기 마크의 위치를 기준으로 하여 상기 측정한 회절 피크로부터 소정의 결정 방위의 위치를 특정하고, 상기 특정한 위치를 기준으로 하여 임의의 위치에 상기 숫돌에 의해 오리엔테이션 플랫 및/또는 노치 가공을 실시하는 것인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 원통 연삭 장치를 개시한다.

또한, 일본 공개특허공보 2005-219506호 (특허문헌 6) 는, 단결정 잉곳을 주축 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 지지함과 함께, 그 단결정 잉곳의 외주면에 오리플라 또는 노치 등의 결정면 지표를 형성하기 위한 연삭 기준 위치와, 그 단결정 잉곳의 결정 격자면을 X 선 회절 측정에 의해 측정하기 위한 측정점과, 그 단결정 잉곳에 형성한 결정면 지표를 검출하기 위한 지표 확인점이, 그 단결정 잉곳의 외주면 궤도 상에 미리 설정되어 있는 단결정 잉곳의 위치 결정 가공 방법으로서,

상기 연삭 기준 위치와 상기 지표 확인점 사이의 상기 주축을 중심으로 하는 상대 각도를 검출하는 지표 확인 위치 검출 공정과,

상기 지표 확인점과 상기 측정점 사이의 상기 주축을 중심으로 하는 상대 각도를 검출하는 측정 위치 검출 공정과,

상기 측정점에 X 선을 조사함과 함께, 그 측정점으로부터 반사되어 온 X 선의 강도를 검출함으로써, 상기 단결정 잉곳의 결정 격자면을 검출하는 결정 격자면 검출 공정과,

이 결정 격자면 검출 공정 후, 상기 지표 확인 위치 검출 공정에 있어서 검출한 상대 각도, 및 상기 측정 위치 검출 공정에 있어서 검출한 상대 각도에 기초하여 산출한, 상기 연삭 기준 위치와 상기 측정점 사이의 상기 주축을 중심으로 하는 상대 각도만큼 상기 단결정 잉곳을 회전시킴으로써, 그 단결정 잉곳의 결정 격자면을 상기 연삭 기준 위치로 위치 결정하는 위치 결정 공정과,

상기 연삭 기준 위치를 중심으로 상기 단결정 잉곳의 외주면을 연삭함으로써, 동일 잉곳의 외주면에 결정면 지표를 형성하는 연삭 공정을 포함하고,

상기 측정 위치 검출 공정은, 단결정 잉곳의 위치 결정용 지그를 주축 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하고, 그 위치 결정용 지그의 결정면 지표를 상기 지표 확인점에서 검출했을 때의 회전 각도 위치와, 그 위치 결정용 지그 상의 결정판의 결정 격자면을 상기 측정점에서 검출했을 때의 회전 각도 위치에 기초하여, 상기 지표 확인점과 상기 측정점 사이의 상기 주축을 중심으로 하는 상대 각도를 검출하는 공정인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 위치 결정 가공 방법을 제안한다.

일본 공개특허공보 2002-164311호 (특허문헌 7) 는, 원주상으로 연삭 가공된 반도체 단결정의 잉곳을 숫돌로 연삭하여 오리엔테이션 플랫을 가공하는 방법으로서,

상기 잉곳을 주축부에 고정시키는 공정과,

X 선 방위 측정 기구를 사용하여 X 선에 의해 상기 잉곳의 오리플라 가공 위치와 반대측이 되는 110 면의 피크 서치를 실시하는 공정과,

상기 잉곳의 직경을 측정하는 공정과,

상기 주축부를 기준으로 한 위치 좌표의 검출이 가능한 측정자를 주축부에 고정된 상기 잉곳에 맞닿게 하는 공정과,

검출된 상기 위치 좌표에 기초하여 상기 잉곳의 중심축과 상기 주축부의 중심축의 위치 어긋남량을 측정하는 공정과,

측정된 상기 직경 및 상기 위치 어긋남량에 기초하여 상기 주축부를 기준으로 상기 숫돌에 의한 연삭 위치를 조정하는 공정을 갖고,

상기 직경을 측정하는 공정은, 상기 주축부의 중심축을 중심으로 상기 잉곳을 90 도 회전시켜, 상기 오리플라 가공 위치와 상기 피크 서치 위치로부터 90 도 회전한 위치에 있어서 상기 잉곳을 1 쌍의 상기 측정자 사이에 둔 상태에서 검출된 위치 좌표에 기초하여 실시함과 함께,

상기 측정자를 잉곳에 맞닿게 하는 공정과 상기 위치 어긋남량을 측정하는 공정은, 상기 주축부의 중심축을 중심으로 상기 잉곳을 270 도 회전시킨 위치에 있어서, 상기 오리플라 가공 위치와 반대측의 잉곳의 측면에 측정자의 일방의 맞닿음 면을 맞닿게 하여, 상기 측정자의 위치에 있어서의 좌표를 검출하고, 이 위치 좌표에 기초하여 상기 잉곳의 중심축과 상기 주축부의 중심축의 위치 어긋남량을 측정하는 것을 특징으로 하는 잉곳의 오리엔테이션 플랫 가공 방법을 개시한다.

한편, 일본 공개특허공보 2005-255463호 (특허문헌 8) 는, 도 1 에 있어서, 잉곳의 원통 연삭 가공 (101) 후에 잉곳의 오리플라 가공 (102) 을 실시하고, 이어서, 잉곳을 와이어 소로 웨이퍼 슬라이스 가공 (103) 하고, 그 후에 웨이퍼 외주 연삭 가공 (104) 을 실시하는 공정도를 개시한다.

또, 일본 공개특허공보 2011-136382호 (특허문헌 9) 는, 도 3 에서 나타내는, 각주상 잉곳의 4 모서리 R 코너부의 원통 연삭 가공을 1 개의 연삭차 (9g) 로, 각주상 잉곳의 4 측 평면의 모따기를 1 쌍의 조(粗)연삭 숫돌 (10g, 10g) 로 동기 제어 연삭 가공을 실시한 후, 그 모따기면 4 면을 1 쌍의 정밀 마무리 연삭 숫돌 (11g, 11g) 로 동기 제어 연삭 가공하여 모따기를 완성시키는 잉곳의 모따기 가공 장치 (500) 를 개시한다.

또, 일본 공개특허공보 2000-158123호 (특허문헌 10) 는, 잉곳 반송용 로봇 및 잉곳의 반송 방법을 개시한다.

일본 공개특허공보 2009-298676호 일본 공개특허공보 2008-207992호 일본 공개특허공보 평7-308849호 일본 공개특허공보 2009-186181호 일본 공개특허공보 2009-233819호 일본 공개특허공보 2005-219506호 일본 공개특허공보 2002-164311호 일본 공개특허공보 2005-255463호의 도 1 일본 공개특허공보 2011-136382호의 도 3 일본 공개특허공보 2000-158123호

상기 특허문헌 5 에 기재된 원통 연삭 장치는, 상기 특허문헌 4 에 기재된 원통 연삭 장치와 결정 방위 가공 장치를 결합시킨 오리플라 연삭 가공기와 비교하면 장치 전체가 콤팩트하고, 또한, 잉곳의 가공 시간도 짧아도 된다는 이점이 있다.

본원 발명자들은, 특허문헌 9 에 개시된 잉곳의 복합 모따기 가공 장치에 개시된 1 쌍의 컵휠형 연삭 숫돌을 사용하면 원통 연삭 시간이 단축되는 기술을 상기 특허문헌 5 에 기재된 원통 연삭 장치에 부가하면, 상기 특허문헌 4 에 기재된 오리플라 연삭 가공기보다 더욱 원통 연삭 가공 시간을 짧게 할 수 있는 것, 그리고, 숫돌로서 역 V 자상 숫돌차를 노치 가공용 숫돌로서 사용하면, 역 V 자상 숫돌차로 노치 가공을, 상기 컵휠형 연삭 숫돌로 오리플라 가공하는 것도 가능하다는 것을 알아내어, 본 발명에 도달하였다.

본 발명의 청구항 1 은,

심출 기능을 구비한 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 로 이루어지는 클램프 장치 (7) 를 재치 (載置) 하는 이동 테이블 (4) 을 좌우 방향으로 연장된 제 1 안내 레일 (100) 상을 활주시키는 테이블 이송 기구 (200),

상기 클램프 장치 (7) 를 재치하는 이동 테이블 (4) 과 상기 클램프 장치에 현가된 원주상 결정성 잉곳 (워크) 으로 가공 스테이지 (s_w) 를 형성하고,

상기 제 1 안내 레일 (100) 에 정면으로부터 향하고 좌측으로부터 우측을 향하여, 워크의 반출입 기구 (300) 를 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 워크의 반출입 기구 (300) 로 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 를 형성,

상기 가공 스테이지 (s_w) 의 우측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 C 축에 대해 직각 방향으로, 또한, 이 C 축을 사이에 두고 1 쌍의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o, 10_o) 을 전진 후퇴 가능하게, 또한, 승강 가능하게 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 상기 숫돌 축 (10_o, 10_o) 으로 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 를 형성,

상기 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에 워크 치수 측정 기구 (20) 를 상기 워크의 C 축에 대해 직교하도록 형성하고, 이 워크 치수 측정 기구 (20) 와 상기 가공 스테이지 (s_w) 로 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 를 형성하고,

상기 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 후측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 C 축에 대해 직각 방향으로 원통 연삭용 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 을 베어링하는 숫돌 축 (11_o) 을 전진 후퇴 가능하게 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 상기 숫돌 축 (11_o) 으로 마무리 연삭 가공 스테이지 (s_gf) 를 형성,

상기 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 C 축에 대해 직각 방향 상에 위치하고, 역 V 자상 숫돌차 (12g) 를 베어링하는 숫돌 축 (12_o) 을 전진 후퇴 가능하게 그리고 승강 가능하게 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 상기 숫돌 축 (12_o) 으로 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 를 형성,

상기 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 결정 방위를 X 선 방위 위치 측정 기기 (XDR) 로 측정하고, 상기 클램프 장치의 주축대 (7a) 의 지지축 (7a₁) 을 회전시켜 노치 가공 또는 오리플라 가공시키는 결정 방위 위치에 워크를 회전시켜 정지시키는 결정 방위 측정 스테이지 (s_XDR) 를 형성시킨 것을 특징으로 하는, 원주상 워크의 복합 모따기 가공 장치 (1) 를 제공하는 것이다.

본 발명의 청구항 2 는, 청구항 1 에 기재된 원주상 워크의 복합 모따기 가공 장치 (1) 를 사용하여, 다음 공정을 거쳐 원통 연삭 가공 및 노치 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는, 원주상 워크 (w) 의 복합 모따기 가공 방법을 제공하는 것이다.

1). 워크의 반출입 기구 (300) 를 사용하여, 원주상 워크 (w) 를 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 위치에 있는 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 사이에 현가시킨다.

2). 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 위치에 있는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 1 쌍의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o, 10_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크 (w) 에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 조(粗)모따기 가공을 실시한다.

3). 조모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 워크 치수 측정 기구 (20) 로 원주상 워크 (w) 의 직경 (R_r) 을 측정한다.

4). 원하는 직경이 된 조모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 마무리 연삭 가공 스테이지 (s_gf) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 원통 연삭용 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 을 베어링하는 숫돌 축 (11_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 마무리 모따기 가공을 실시한다.

5). 마무리 모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 가 있는 좌측 방향으로 이동시킴과 함께, 워크 치수 측정 기구 (20) 로 원주상 워크의 직경 (R_f) 을 측정한다.

6). 원하는 직경이 된 마무리 모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 결정 방위 측정 스테이지 (s_XDR) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 클램프 장치 (7) 에 현가되어 있는 원주상 워크의 결정 방위를 X 선 방위 위치 측정 기기 (XDR) 로 측정하고, 상기 클램프 장치의 주축대 (7a) 의 지지축 (7a₁) 을 회전시켜 노치 가공시키는 결정 방위 위치에 원주상 워크 (w) 를 회전시켜 정지시킨다.

7). 결정 방위 위치에 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 가 있는 좌측 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 클램프 장치 (7) 에 현가되어 있는 원주상 워크 (w) 의 결정 방위 위치 상방에 역 V 자상 숫돌차 (12g) 를 베어링하는 숫돌 축 (12_o) 을 전진시킨 후, 하강시켜 원주상 워크 (w) 의 결정 방위 위치에 역 V 자상 숫돌차 (12g) 로 절개선을 넣어 노치 가공을 실시한다.

8). 노치 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 가 있는 좌측 방향으로 이동시키고, 이어서, 워크의 반출입 기구 (300) 를 사용하여 클램프 기구 (7) 로부터 원주상 워크 (w) 를 복합 모따기 가공 장치 (1) 밖으로 반출한다.

본 발명의 청구항 3 은, 청구항 1 에 기재된 원주상 워크의 복합 모따기 가공 장치 (1) 를 사용하여, 다음 공정을 거쳐 원통 연삭 가공 및 오리플라 연삭 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는, 원주상 워크 (w) 의 복합 모따기 가공 방법을 제공하는 것이다.

2). 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 위치에 있는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 1 쌍의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o, 10_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크 (w) 에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 조모따기 가공을 실시한다.

6). 원하는 직경이 된 마무리 모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 결정 방위 측정 스테이지 (s_XDR) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 클램프 장치 (7) 에 현가되어 있는 원주상 워크의 결정 방위를 X 선 방위 위치 측정 기기 (XDR) 로 측정하고, 상기 클램프 장치의 주축대 (7a) 의 지지축 (7a₁) 을 회전시켜 오리플라 연삭 가공시키는 결정 방위 위치에 원주상 워크 (w) 를 회전시켜 정지시킨다.

7). 결정 방위 위치에 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 가 있는 좌측 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 클램프 장치 (7) 에 현가되어 있는 원주상 워크 (w) 의 결정 방위 위치에 일방의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크 (w) 에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 오리플라 연삭 가공을 실시한다.

8). 오리플라 연삭 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 가 있는 좌측 방향으로 이동시키고, 이어서, 워크의 반출입 기구 (300) 를 사용하여 클램프 기구 (7) 로부터 원주상 워크 (w) 를 복합 모따기 가공 장치 (1) 밖으로 반출한다.

본 발명의 청구항 4 는, 청구항 1 에 기재된 클램프 기구 (7) 를 구성하는 심압대 (7b) 가, 가압 샤프트 (7S) 의 워크 지지축 (7b₁) 을 내장하는 하우징의 전방에 형성된 링상 칼라 위에 터치 센서 (7t) 3 개를 숫돌 축 (10_o, 10_o) 심을 포함하는 평면에 대해 평행해지도록 좌우에 2 개 (7t_r, 7t_l), 상부에 1 개 (7t_u) 형성한 것을 특징으로 하는, 청구항 1 에 기재된 원주상 워크의 복합 모따기 가공 장치 (1) 를 제공하는 것이다.

본 발명의 복합 모따기 가공 장치 (1) 는, 컵휠형 조연삭 숫돌의 1 쌍 (10g, 10g) 을 동시에 사용하여 원주상 워크 (w) 의 연삭 여유 0.8 ∼ 2 ㎜ 를 원통 조연삭 가공할 수 있기 때문에, 특허문헌 5 에 기재된 복합 모따기 가공 장치의 원통 연삭 장치와 비교하여 원통 연삭 가공 시간을 1/2 로 단축시킬 수 있다. 마무리 연삭 숫돌 (11g) 에 의한 연삭 여유는, 2 ∼ 20 ㎛ 로 적기 때문에 1 개의 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 로 충분하다. 1 대의 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 로 함으로써, 워크 치수 측정 기구 (20) 및 역 V 자상 숫돌차 (12g) 를 베어링하는 숫돌 축 (12_o) 의 배치가 용이해져, 복합 모따기 가공 장치 (1) 의 풋프린트를 콤팩트하게 설계할 수 있었다.

또, 본 발명의 복합 모따기 가공 장치 (1) 는, 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g) 또는 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 1 개로 오리플라 연삭 가공도 가능하다.

또, 3 개의 터치 센서 (7t) 중, 2 개의 터치 센서 (7t_r, 7t_l) 에 의해 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 의 위치 좌표, 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 의 위치 좌표를 확인할 수 있고, 나머지 1 개의 터치 센서 (7t_u) 에 의해 역 V 자상 숫돌차 (12g) 의 위치 좌표를 확인할 수 있어, 이들 숫돌 (10g, 10g, 11g, 12g) 의 마모량을 계산할 수 있다.

도 1 은 복합 모따기 가공 장치의 평면도이다.
도 2 는 조연삭 가공 스테이지의 측면도이다.
도 3 은 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 의 측면도이다.
도 4 는 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 의 측면도이다.
도 5 는 심압대의 평면도이다.
도 6 은 워크 외주면을 모따기 가공하고 있는 작업도로서, 워크의 단면 (端面) 방향으로부터 본 도면이다. 도 6a 는 원통 조연삭 가공 작업을, 도 6b 는 원통 마무리 연삭 가공 작업을, 도 6c 는 오리플라 연삭 가공 작업을 나타낸다.

도 1 에 나타내는 본 발명의 복합 모따기 가공 장치 (1) 는, 가공 스테이지 (s_w), 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁), 조연삭 가공 스테이지 (s_gr), 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m), 마무리 연삭 가공 스테이지 (s_gf), 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 및 결정 방위 측정 스테이지 (s_XDR) 를 갖는다. 상기 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 는 워크의 오리플라 연삭 가공 스테이지로서 이용할 수도 있다.

상기 가공 스테이지 (s_w) 는, 심출 기능을 구비한 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 로 이루어지는 클램프 장치 (7) 를 재치하는 이동 테이블 (4) 을 좌우 방향으로 연장된 제 1 안내 레일 (100) 상을 활주시키는, 상기 이동 테이블 (4) 의 바닥면에 형성된 볼나사 고정구(具) (4f) (도 2 참조), 볼나사 (4b), 볼나사의 구동용 액추에이터 (4m) 로 이루어지는 테이블 이송 기구 (200) 를 구비하고, 상기 클램프 장치 (7) 를 재치하는 상기 이동 테이블 (4) 과 상기 클램프 장치 (7) 에 현가된 원주상 결정성 잉곳 (w) 으로 가공 스테이지 (s_w) 가 형성된다. 가공 스테이지 (s_w) 는, 본체 커버 장치 (400), 인출 도어 (400a) 로 덮여 있다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 상기 심압대 (7b) 는, 가압 샤프트 (7S) 의 워크 지지축 (7b₁) 을 내장하는 하우징의 전방에 형성된 링상 칼라 (7r) 상에 터치 센서 (7t) 가 3 개, 숫돌 축 (10_o, 10_o) 심을 포함하는 평면에 대해 평행해지도록 좌우에 2 개 (7t_r, 7t_l), 상부에 1 개 (7t_u) 형성되어 있다. 상기 2 개의 터치 센서 (7t_r, 7t_l) 에 의해 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 의 위치 좌표, 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 의 위치 좌표를 확인할 수 있고, 나머지 1 개의 터치 센서 (7t_u) 에 의해 역 V 자상 숫돌차 (12g) 의 위치 좌표를 확인할 수 있으며, 이들 위치 좌표의 디지털 수치를 수치 제어 장치의 기록부가 수신하여, 이들 숫돌 (10g, 10g, 11g, 12g) 의 마모량을 연산부에서 계산할 수 있다. 또, 이들 위치 좌표의 디지털 수치로부터 연삭 개시시의 숫돌의 위치 좌표를 보정할 수 있다.

상기 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 는, 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 정면을 향하여 좌측으로서, 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에 형성된 워크의 반출입 기구 (300) 와 상기 가공 스테이지 (s_w) 로 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 가 형성된다. 워크의 반출입 기구 (300) 는, 워크 스토커 (14, 14, 14) 의 환자 (丸字) 선반단에 보관되어 있는 워크 (w) 1 개의 중앙부를 1 쌍의 손톱으로 협지하고, 양 손톱을 상승시킴으로써 워크를 매달아 올리고, 이어서, 후퇴, 우측 방향으로의 이동, 하강하여 로드 포트 (8) 앞에 위치시키고, 추가로 후퇴시킴으로써 이 로드 포트 (8) 로부터 워크를 클램프 장치 (7) 의 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 사이로 반송한다. 워크의 일단 (一端) 을 주축대 (7a) 의 센터 지지축 (7a₁) 에 맞닿게 한 후, 심압대 (7b) 를 공기 실린더로 우측 방향으로 이동시켜 센터 지지축 (7b₁) 에 타단 (他端) 을 맞닿게 하여 워크를 공중에 매달린 상태로 떠받친다. 이어서, 상기 1 쌍의 손톱을 이간시켜 워크의 파지를 개방하고, 이어서, 상기 1 쌍의 양 손톱을 지지하는 고정대 (13f) 를 상승시켜, 좌측 방향으로 이동시키고, 추가로, 전측 방향으로 후퇴시켜 양 손톱을 대기 위치로 되돌린다.

조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 는, 상기 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 의 우측에, 상기 클램프 장치 (7) 의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 C 축에 대해 직각 방향으로, 또한, 이 C 축을 사이에 두고 1 쌍의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o, 10_o) 을 전진 후퇴 가능하게, 또한 승강 가능하게 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 상기 숫돌 축 (10_o, 10_o) 으로 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 가 형성된다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 의 숫돌 축 (10_o) 은, 제 1 서보 모터 (10m₁, 10m₁) 에 의해 회전되고, 제 2 서보 모터 (10m₂, 10m₂) 의 구동에 의해 승강 가능하게 되어 있다. 또, 숫돌대 테이블 (10t, 10t) 상의 상기 숫돌 축 (10_o, 10_o) 은, 제 3 서보 모터 (10m₃, 10m₃) 의 구동에 의해 볼나사 (10s, 10s) 를 회전 구동시켜, 워크 (w) 에 대해 전진 후퇴 가능하게 되어 있다.

워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 는, 상기 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에 워크 치수 측정 기구 (20) 를 상기 워크의 C 축에 대해 직교하도록 형성하고, 이 워크 치수 측정 기구 (20) 와 상기 가공 스테이지 (s_w) 로 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 는 형성된다. 워크 치수 측정 기구 (20) 로는, 레이저 광변위 센서를 이용한 워크 치수 측정 기구, CCD 카메라를 구비한 촬상 장치를 이용할 수 있고, 워크의 C 축에서부터 워크의 외주까지의 반경 거리 (r) 를 연산하여, 표시판에 그 수치 r 을 표시할 수 있는 것이 사용된다.

마무리 연삭 가공 스테이지 (s_gf) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상기 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 후측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 C 축에 대해 직각 방향으로 원통 연삭용 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 을 베어링하는 숫돌 축 (11_o) 을 전진 후퇴 가능하게 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 상기 숫돌 축 (11_o) 으로 마무리 연삭 가공 스테이지 (s_gf) 가 형성된다.

컵휠형 원통 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 및 컵휠형 원통 마무리 연삭 숫돌 (11g) 의 컵휠형 숫돌 직경은, 워크가 2 ∼ 6 인치의 사파이어 기판용 원주상 잉곳 블록일 때에는, 100 ∼ 240 ㎜ 이다. 또, 워크가 8 ∼ 12 인치 직경의 단결정 실리콘 잉곳인 경우에는, 워크 직경의 1.15 ∼ 1.45 배의 직경이다. 컵 숫돌편의 폭은 3 ∼ 10 ㎜, 링상 숫돌 폭은 5 ∼ 15 ㎜ 인 것이 워크의 연삭 번 (burn) 방지의 관점에서 바람직하다.

컵휠형 원통 연삭 숫돌 (10g, 11g) 의 연마 입자는, 다이아몬드 연마 입자, CBN 연마 입자가 바람직하고, 결합제 (본드) 는 메탈 본드, 비트리파이드 본드, 에폭시 레진 본드가 좋다. 예를 들어, 컵휠형 원통 연삭 숫돌은 일본 공개특허공보 평9-38866호, 일본 공개특허공보 2000-94342호나 일본 공개특허공보 2004-167617호 등에 개시된 유저 (有底) 통상 숫돌 베이스 메탈의 하부 고리형 고리에 숫돌날의 다수를 연삭액이 산일되는 간극 간격으로 고리형으로 배치한 컵휠형 숫돌이고, 베이스 메탈의 내측에 공급된 연삭액이 상기 간극으로부터 산일되는 구조인 것이 바람직하다. 이 컵휠형 원통 연삭 숫돌의 고리형 숫돌날의 직경은, 워크 직경의 1.2 ∼ 1.5 배의 직경인 것이 바람직하다. 상기 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g) 의 고리형 숫돌날은, 숫돌 번호 100 ∼ 280 번의 다이아몬드 레진 본드 숫돌, 또는 다이아몬드 비트리파이드 본드 숫돌이 바람직하다. 또, 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 의 고리형 숫돌날은, 숫돌 번호 300 ∼ 1,200 번의 다이아몬드 레진 본드 숫돌, 다이아몬드 비트리파이드 본드 숫돌, 또는 다이아몬드 메탈 본드 숫돌이 바람직하다.

연삭액으로는, 순수, 콜로이달 실리카 수분산액, 산화세륨 수분산액, SC-1 액, SC-2 액, 혹은, 이들 수분산액에 유기 인 화합물을 배합한 수분산액을 이용하는 것이 바람직하다.

1 쌍의 컵휠형 숫돌 (10g, 10g) 에 의한 워크의 원통 조연삭 가공은, 워크를 공중에 매달리게 떠받친 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 좌우 방향으로 1 ∼ 15 ㎜/분 속도로 이동시키면서, 또한, 주축대의 센터 지지축 (7a₁) 을 10 ∼ 300 rpm 의 회전 속도로 회전시키면서 800 ∼ 3,000 rpm 의 회전 속도로 회전하고 있는 컵휠형 숫돌의 1 쌍 (10g, 10g) 의 숫돌 축을 클램프 장치 (7) 의 C 축심측으로 전진시켜 컵휠형 숫돌 (10g, 10g) 의 날끝 위치가 클램프 장치 (7) 의 C 축심에서부터 (R/2-t_g) 의 거리 (연삭 개시점 위치) 까지 인피드하여 연삭 가공을 개시하고, 연삭액을 5 ∼ 100 cc/분의 양 연삭 작업점에 공급시키면서 상기 컵휠형 숫돌의 1 쌍 (10g, 10g) 에 의해 이동하는 잉곳 블록 외주면의 두께를 t_g ㎜ 의 여유량 제거하는 인피드 원통 연삭 가공이다.

전술한 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 는, 상기 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 의 우측으로서, 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 C 축에 대해 직각 방향 상에 위치하고, 역 V 자상 숫돌차 (12g) 를 베어링하는 숫돌 축 (12_o) 을 전진 후퇴 가능하게, 또한, 승강 가능하게 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 상기 숫돌 축 (12_o) 으로 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 는 형성된다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 의 숫돌 축 (12_o) 은, 숫돌대 (12t) 상에 탑재되고, 서보 모터 (12m₁) 의 구동에 의해 회전 가능하게 되어 있고, 또, 서보 모터 (12m₁) 의 구동에 의해 승강 가능하게 되어 있다. 또한, 서보 모터 (12m₁) 의 구동에 의해 숫돌대 (12t) 를 워크 (w) 에 대해 전진 후퇴시킴으로써 역 V 자상 숫돌차 (12g) 를 베어링하는 숫돌 축 (12_o) 을 워크 (w) 에 대해 전진 후퇴 가능하게 하게 있다. 도 4 에 있어서, 상기 역 V 자상 숫돌차 (12g) 는 실선으로 숫돌 대기 위치에서 표시되고, 가상선으로 워크 노치 연삭 가공 개시 위치에 표시되어 있다.

결정 방위 측정 스테이지 (s_XDR) 는, 도 1 에서 가상선에 의해 표시되는 상기 가공 스테이지 (s_w) 와, 상기 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크에 X 선을 조사하고, 그 반사광을 받아들여 워크의 결정 방위를 측정하여, 결정 방위를 기억시키는 X 선 방위 위치 측정 기기 (XDR) 로 형성되고, 측정한 워크의 결정 방위 위치에 상기 클램프 장치의 주축대 (7a) 의 지지축 (7a₁) 을 회전시켜 노치 가공 또는 오리플라 가공시키는 결정 방위 위치에 워크를 회전시켜 정지시키는 기능을 갖는다.

워크 (w) 가 단결정 실리콘 잉곳인 경우, 결정 방위가 ＜111＞, ＜511＞, ＜100＞ 4°OFF 를 오리플라 연삭 결정 방위라고 정한다. 오리플라 연삭 가공, 혹은, V 노치 가공하는 워크의 결정 방위는, 이 3 개의 결정 방위 중 어느 1 개이면 된다 (특허문헌 5 참조). 또, 클램프 기구 (7) 에 현가된 워크의 결정 방위의 위치 결정 방법은, 특허문헌 6, 특허문헌 3 에 기재되어 있다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 상기 결정 방위 측정 스테이지 (s_XDR) 를 구성하는 X 선 회절 결정 방위 측정기 부착 레이저 장치 (X-ray diffraction) (XDR) 는, X 선 조사기 (9a), X 선 회절기 (9b), CCD 카메라 (9d), 워크대, 시간 회로를 갖는 컨트롤러 등을 구비한다. 워크의 촬상, 워크의 결정 방위 측정, 워크로의 레이저 마킹, 워크의 C 축에서부터 워크의 외주까지의 반경의 산출 등이 가능하다. 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크 (w) 에 X 선을 X 선 조사기 (9a) 로부터 조사하고, 그 반사광을 X 선 회절기 (9b) 가 받아들여 워크의 결정 방위를 측정한다. 도 1 에서 나타내는 9c 는, 각도 조정 손잡이이다.

도 1 에 나타내는 복합 모따기 가공 장치 (1) 를 사용하여, 원주상 워크 (w) 의 원통 연삭 가공, 노치 연삭 가공 또는 오리플라 연삭 가공을 실시하는 공정은, 다음의 순서로 행해진다.

1). 워크의 반출입 기구 (300) 를 사용하여, 원주상 워크 (w) 를 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 위치에 있는 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 의 지지축 (7a₁) 과 심압대 (7b) 의 지지축 (7b₁) 사이에 현가시킨다.

2). 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 위치에 있는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 1 쌍의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o, 10_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크 (w) 에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 조모따기 가공을 실시한다. 1 쌍의 숫돌 축 (10o, 10o) 의 축심 높이는 도 1 및 도 6a 에 나타내는 바와 같이 5 ∼ 75 ㎜ 떨어지도록 하여 연삭하는 것이 바람직하다.

4). 원하는 직경이 된 조모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 마무리 연삭 가공 스테이지 (s_gf) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 원통 연삭용 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 을 베어링하는 숫돌 축 (11_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 마무리 모따기 가공을 실시한다 (도 6b 참조).

7). 결정 방위 위치에 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 가 있는 좌측 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 클램프 장치 (7) 에 현가되어 있는 원주상 워크 (w) 의 결정 방위 위치 상방에 역 V 자상 숫돌차 (12g) 를 베어링하는 숫돌 축 (12_o) 을 전진시킨 후, 하강시켜 원주상 워크 (w) 의 결정 방위 위치에 역 V 자상 숫돌차 (12g) 로 절개선을 넣어 원통형 워크에 노치 가공을 실시한다.

상기 서술한 노치 가공이 아니라, 오리플라 연삭 가공할 (도 6c 참조) 때에는, 상기 7) 공정 대신에 다음의 7') 오리플라 연삭 가공을 취한다.

7'). 결정 방위 위치에 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 가 있는 좌측 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 클램프 장치 (7) 에 현가되어 있는 원주상 워크 (w) 의 결정 방위 위치에 일방의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크 (w) 에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 오리플라 연삭 가공을 실시한다.

8). 노치 연삭 가공 또는 오리플라 연삭 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 가 있는 좌측 방향으로 이동시키고, 이어서, 워크의 반출입 기구 (300) 를 사용하여 클램프 기구 (7) 로부터 원주상 워크 (w) 를 복합 모따기 가공 장치 (1) 밖으로 반출하여, 워크 스토커 (14) 의 환자 선반단에 보관한다.

워크의 연삭 가공시에는, 숫돌의 마모량이 연삭 가공 시간 (숫돌 수명) 에 큰 영향을 미치기 때문에, 상기의 연삭 가공 중, 연삭 가공 전 혹은 연삭 가공 후에 숫돌을 터치 센서 (7t) 에 접촉시켜 숫돌의 위치 좌표를 측정하여, 숫돌의 마모량을 산출한다.

산업상 이용가능성

본 발명의 복합 모따기 가공 장치 (1) 는, 결정성 화합물 잉곳의 원통 연삭 가공 시간을 종래의 원통 연삭 장치 및 노치 연삭 장치의 복합 모따기 가공 장치와 비교하여, 원통 연삭 가공 시간을 약 1/2 로 단축시킬 수 있다. 또, 심압대 (7b) 에 터치 센서 (7t) 를 부속시켰기 때문에, 숫돌의 교환 시기를 판단하는 데에 도움이 된다.

1 : 복합 모따기 가공 장치
w : 원주상 워크
s_w : 가공 스테이지
s₁ : 워크의 로딩/언로딩 스테이지
s_gr : 조연삭 가공 스테이지
s_m : 워크 직경의 측정 스테이지
s_gf : 마무리 연삭 가공 스테이지
s_gn : 노치 연삭 가공 스테이지
s_XDR : 결정 방위 측정 스테이지
XDR : X 선 방위 위치 측정 기기
4 : 워크 테이블
6 : 제 2 안내 레일
7 : 클램프 기구
7a : 주축대
7b : 심압대
7t : 터치 센서
8 : 로드 포트
10g : 컵휠형 조연삭 숫돌
11g : 컵휠형 마무리 연삭 숫돌
12g : 역 V 자상 숫돌차
13 : 오토 로더 기기
14 : 워크 스토커
20 : 워크 치수 측정 기구
100 : 제 1 안내 레일
200 : 테이블 이송 기구
300 : 워크의 반출입 기구

Claims

심출 기능을 구비한 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 로 이루어지는 클램프 장치 (7) 를 재치 (載置) 하는 이동 테이블 (4) 을 좌우 방향으로 연장된 제 1 안내 레일 (100) 상을 활주시키는 테이블 이송 기구 (200),
상기 클램프 장치 (7) 를 재치하는 이동 테이블 (4) 과 상기 클램프 장치에 현가된 원주상 결정성 잉곳 (워크) 으로 가공 스테이지 (s_w) 를 형성하고,
상기 제 1 안내 레일 (100) 에 정면으로부터 향하고 좌측으로부터 우측을 향하여, 워크의 반출입 기구 (300) 를 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 워크의 반출입 기구 (300) 로 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 를 형성,
상기 가공 스테이지 (s_w) 의 우측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 C 축에 대해 직각 방향으로, 또한, 이 C 축을 사이에 두고 1 쌍의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o, 10_o) 을 전진 후퇴 가능하게, 또한, 승강 가능하게 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 상기 숫돌 축 (10_o, 10_o) 으로 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 를 형성,
상기 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에 워크 치수 측정 기구 (20) 를 상기 워크의 C 축에 대해 직교하도록 형성하고, 이 워크 치수 측정 기구 (20) 와 상기 가공 스테이지 (s_w) 로 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 를 형성하고,
상기 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 후측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 C 축에 대해 직각 방향으로 원통 연삭용 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 을 베어링하는 숫돌 축 (11_o) 을 전진 후퇴 가능하게 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 상기 숫돌 축 (11_o) 으로 마무리 연삭 가공 스테이지 (s_gf) 를 형성,
상기 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 C 축에 대해 직각 방향 상에 위치하고, 역 V 자상 숫돌차 (12g) 를 베어링하는 숫돌 축 (12_o) 을 전진 후퇴 가능하게 그리고 승강 가능하게 형성하고, 상기 가공 스테이지 (s_w) 와 상기 숫돌 축 (12_o) 으로 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 를 형성,
상기 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 의 우측으로서 상기 제 1 안내 레일 (100) 의 전측에, 상기 클램프 장치의 지지축 (7a₁, 7b₁) 에 현가되는 워크의 결정 방위를 X 선 방위 위치 측정 기기 (XDR) 로 측정하고, 상기 클램프 장치의 주축대 (7a) 의 지지축 (7a₁) 을 회전시켜 노치 가공 또는 오리플라 가공시키는 결정 방위 위치에 워크를 회전시켜 정지시키는 결정 방위 측정 스테이지 (s_XDR) 를 형성시킨 것을 특징으로 하는, 원주상 워크의 복합 모따기 가공 장치 (1).
제 1 항에 기재된 원주상 워크의 복합 모따기 가공 장치 (1) 를 사용하여, 다음 공정을 거쳐 원통 연삭 가공 및 노치 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는, 원주상 워크 (w) 의 복합 모따기 가공 방법.
1). 워크의 반출입 기구 (300) 를 사용하여, 원주상 워크 (w) 를 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 위치에 있는 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 사이에 현가시킨다.
2). 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 위치에 있는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 1 쌍의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o, 10_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크 (w) 에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 조모따기 가공을 실시한다.
3). 조모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 워크 치수 측정 기구 (20) 로 원주상 워크 (w) 의 직경 (R_r) 을 측정한다.
4). 원하는 직경이 된 조모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 마무리 연삭 가공 스테이지 (s_gf) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 원통 연삭용 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 을 베어링하는 숫돌 축 (11_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 마무리 모따기 가공을 실시한다.
5). 마무리 모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 가 있는 좌측 방향으로 이동시킴과 함께, 워크 치수 측정 기구 (20) 로 원주상 워크의 직경 (R_f) 을 측정한다.
6). 원하는 직경이 된 마무리 모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 결정 방위 측정 스테이지 (s_XDR) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 클램프 장치 (7) 에 현가되어 있는 원주상 워크의 결정 방위를 X 선 방위 위치 측정 기기 (XDR) 로 측정하고, 상기 클램프 장치의 주축대 (7a) 의 지지축 (7a₁) 을 회전시켜 노치 가공시키는 결정 방위 위치에 원주상 워크 (w) 를 회전시켜 정지시킨다.
7). 결정 방위 위치에 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 노치 연삭 가공 스테이지 (s_gn) 가 있는 좌측 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 클램프 장치 (7) 에 현가되어 있는 원주상 워크 (w) 의 결정 방위 위치 상방에 역 V 자상 숫돌차 (12g) 를 베어링하는 숫돌 축 (12_o) 을 전진시킨 후, 하강시켜 원주상 워크 (w) 의 결정 방위 위치에 역 V 자상 숫돌차 (12g) 로 절개선을 넣어 노치 가공을 실시한다.
8). 노치 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 가 있는 좌측 방향으로 이동시키고, 이어서, 워크의 반출입 기구 (300) 를 사용하여 클램프 기구 (7) 로부터 원주상 워크 (w) 를 복합 모따기 가공 장치 (1) 밖으로 반출한다.
제 1 항에 기재된 원주상 워크의 복합 모따기 가공 장치 (1) 를 사용하여, 다음 공정을 거쳐 원통 연삭 가공 및 오리플라 연삭 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는, 원주상 워크 (w) 의 복합 모따기 가공 방법.
1). 워크의 반출입 기구 (300) 를 사용하여, 원주상 워크 (w) 를 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 위치에 있는 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 사이에 현가시킨다.
2). 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 위치에 있는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 1 쌍의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g, 10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o, 10_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크 (w) 에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 조모따기 가공을 실시한다.
3). 조모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 워크 치수 측정 기구 (20) 로 원주상 워크 (w) 의 직경 (R_r) 을 측정한다.
4). 원하는 직경이 된 조모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 마무리 연삭 가공 스테이지 (s_gf) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 원통 연삭용 컵휠형 마무리 연삭 숫돌 (11g) 을 베어링하는 숫돌 축 (11_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 마무리 모따기 가공을 실시한다.
5). 마무리 모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크 직경의 측정 스테이지 (s_m) 가 있는 좌측 방향으로 이동시킴과 함께, 워크 치수 측정 기구 (20) 로 원주상 워크의 직경 (R_f) 을 측정한다.
6). 원하는 직경이 된 마무리 모따기 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 결정 방위 측정 스테이지 (s_XDR) 가 있는 우측 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 클램프 장치 (7) 에 현가되어 있는 원주상 워크의 결정 방위를 X 선 방위 위치 측정 기기 (XDR) 로 측정하고, 상기 클램프 장치의 주축대 (7a) 의 지지축 (7a₁) 을 회전시켜 오리플라 연삭 가공시키는 결정 방위 위치에 원주상 워크 (w) 를 회전시켜 정지시킨다.
7). 결정 방위 위치에 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 조연삭 가공 스테이지 (s_gr) 가 있는 좌측 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 클램프 장치 (7) 에 현가되어 있는 원주상 워크 (w) 의 결정 방위 위치에 일방의 원통 연삭용 컵휠형 조연삭 숫돌 (10g) 을 베어링하는 숫돌 축 (10_o) 을 원주상 워크에 대해 전진시킴과 함께 회전시켜 원주상 워크 (w) 에 맞닿게 하면서, 슬라이딩 마찰하여 오리플라 연삭 가공을 실시한다.
8). 오리플라 연삭 가공된 원주상 워크 (w) 를 현가하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 제 1 안내 레일 (100) 상에서 워크의 로딩/언로딩 스테이지 (s₁) 가 있는 좌측 방향으로 이동시키고, 이어서, 워크의 반출입 기구 (300) 를 사용하여 클램프 기구 (7) 로부터 원주상 워크 (w) 를 복합 모따기 가공 장치 (1) 밖으로 반출한다.
제 1 항에 있어서,
제 1 항에 기재된 클램프 기구 (7) 를 구성하는 심압대 (7b) 가, 가압 샤프트 (7S) 의 워크 지지축 (7b₁) 을 내장하는 하우징의 전방에 형성된 링상 칼라 위에 터치 센서 (7t) 3 개를 숫돌 축 (10_o, 10_o) 심을 포함하는 평면에 대해 평행해지도록 좌우에 2 개 (7t_r, 7t_l), 상부에 1 개 (7t_u) 형성한 것을 특징으로 하는 원주상 워크의 복합 모따기 가공 장치 (1).