KR20050043661A

KR20050043661A - 연마장치 및 피연재의 두께판정방법

Info

Publication number: KR20050043661A
Application number: KR1020040089170A
Authority: KR
Inventors: 나가타슈헤이
Original assignee: 가부시끼가이샤 나가타 세이사쿠쇼
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2005-05-11
Also published as: TWI275444B; KR100705848B1; JP2005138199A; TW200528231A; CN100366385C; JP4105622B2; CN1613606A

Abstract

고도의 숙련작업을 필요로 하지 않고 피연재의 두께를 고정밀도로 관리할 수 있는 두께판정기술을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

이를 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 연마장치(100)는 제 1연마부재(111)와, 제 1연마부재에 대해 피연재(101)를 통해 대향하는 제 2연마부재(121)와, 제 1연마부재와 제 2연마부재를 상대적으로 회전 혹은 요동시키는 구동수단을 갖는, 피연재를 연마하기 위한 연마장치로서, 피연재의 두께의 변화에 따라 변화하는 장치구조부분의 위치를 측정하고, 피연재의 두께의 설정치 이하의 두께에 대응하는 두께검출치가 얻어지는 지 여부를 검출할 수 있는 검출수단(114)(117)과, 설정치 이하의 두께에 대응하는 두께검출치가 계속적으로 얻어지고 있는 계속시간을 구하는 계시수단을 가지며, 계속시간이 기정의 설정시간을 넘은 경우에 연마동작을 정지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

연마장치 및 피연재의 두께판정방법{POLISHING DEVICE AND METHOD FOR JUDGMENT OF THE THICKNESS OF POLISHED MEMBER}

본 발명은 연마장치 및 피연재의 두께 판정방법에 관하며 특히 렌즈 등의 광학부품을 연마하기 위한 장치 및 방법으로서 적절한 피연재의 두께판정기술에 관한 것이다.

일반적으로 렌즈 등의 광학부품을 연마하는 경우에는 상연마접시와 하연마접시 중 어느 하나에 피연재를 고정하고, 상연마접시와 하연마접시를 상대적으로 회전 및 요동시킴으로써 연마하도록 하고 있다 이와같은 연마방법으로서는 한쪽(상하중 어느 하나)의 연마축을 기정의 요동중심의 둘레로 회동시키면서 다른쪽의 연마축을 회전시키도록 한 구심요동형 연마장치와, 한쪽의 연마축과 연마접시를 각도가 자유롭도록 연결하고, 이 연마축을 요동시키면서 다른쪽의 연마축을 회전시키도록 한 오스카형 연마장치가 알려져 있다.

상기와 같은 각종의 연마장치에서는 피연재의 두께를 관리하기 위해 연마에 의한 피연재의 두께 변화에 따라 이동하는 소정의 장치구조부분의 위치를 검출하도록 하고 있다. 통상 이 장치구조부분이 소정위치에 도달했을 때 연마동작을 종료시킴으로써 피연재의 두께를 목표치에 다가가게 해야한다(예를들어 일본국 특개 2001-252868호 공보참조). 이 경우 소정의 장치구조부분의 위치를 연속적으로 측정하여 1요동당 연마량을 측정하고, 연마시간이나 요동회수를 설정할 경우(일본국 특개 2001-252868호 공보의 도 1 내지 도 3참조)와, 피연재의 두께의 목표치에 도달했는 지 여부만을 검출하는 경우(일본국 특개 2001-252868호 공보 도12 및 도13참조)가 있다.

그러나 상술과 같은 종래의 연마방법에 있어서는 피연재의 두께를 높은 정밀도로 관리할 수 있도록 연구가 행해지고 있지만 아직 피연재의 두께 정밀도가 충분하다고는 할 수 없다. 특히 구심요동형 연마장치나 오스카형 연마장치에서는 그 요동동작의 영향에 의해 피연재 두께의 검출정밀도를 높이는 것이 어려우므로 장치마다 실측데이터 등에 따라 연마시간 등을 미세조정할 필요가 있으며 직인기적인 조정능력이 요구된다는 문제점이 있다.

거기서 본 발명은 상기 문제점을 해결하는 것으로, 그 과제는 고도한 숙련작업을 필요로 하지 않고 피연재의 두께를 고정밀하게 관리할 수 있는 두께판정기술을 제공하는 데에 있다.

본원 발명자는 상술한 사정을 비추어 예의 검토 및 실험을 반복한 결과, 연마장치에는 연마가공시에 있어서 연마작용에 따른 미진동이 발생하고 있으며, 이 미진동이 두께 검출치의 검출정밀도의 향상을 방해하고 있는 것을 발견했다. 이 미진동은 피연재를 사이에 두고 대향하고, 상대적으로 회전 혹은 요동하는 제 1연마부재와 제 2연마부재의 상대이동에 따라 발생하며, 이것이 피연재의 두께측정을 행하는 장치구조부분에 전달되는 것에 의해, 장치구조부분의 이동을 검출함으로써 얻어지는 피연재의 두께검출치를 진동시킨다. 이 진동은 오스카형 연마장치 등의 구동구조에 기인하는 상하이동이 아닌 숫돌입자와 피연재 사이의 연마작용에 기인하는 상기 미진동에 의거하는 것이다. 이 두께검출치의 진동은 진동폭, 진동주기, 회전속도 등 제 1연마부재와 제 2연마부재의 상대이동양태뿐만 아니라 피연재의 연마면의 곡율이나 장치구조의 공진특성 등에도 영향을 주기 때문에 장치마다 다를 뿐만 아니라 연마조건이나 피연재의 형상 등에 의해서도 다른게 된다. 이와같이 두께검출치의 진동양태는 상황에 따라 여러가지이고 또 연마조건, 피연재의 형상, 장치 구조 등의 복잡한 요인이 겹쳐 발생하는 것이기 때문에 종래의 방법에서는 피연재의 두께검출치의 검출정밀도를 두께검출치의 상기 진동의 진폭보다도 작게하는 것이 극히 곤란하였다.

그래서 본원 발명자는 상기 미진동에 의한 두께검출치의 진동에 따른 검출오차를 저감하기 위해 피연재의 두께가 연마작용에 의해 체감해 가는 과정에서 설정치 이하의 두께 검출치가 얻어지는 계속시간을 측정하고, 이 계속시간이 기정의 설정시간을 넘었을 때 상기 설정치에 대응하는 피연재의 두께를 얻을 수 있는 것으로 판정하도록 했다. 특히 상기 설정시간을 상기 미진동에 따른 두께 검출치의 진동주기 이하로 함으로써 시간경과에 기인하는 피연재의 두께의 불균일을 억제할 수 있기 때문에 극히 고정밀도의 두께관리가 가능하게 되었다. 구체적으로는 종래와 같이 두께검출치가 설정치에 도달한 시점에서 연마동작을 종료시키는 방법과 비교하면 피연재의 두께의 불균일을 약 1/3 혹은 그 이하로 저감할 수 있었다.

즉 본 발명의 연마장치는 제 1연마부재와, 상기 제 1연마부재에 대해 피연재를 통해 대향하는 제 2연마부재와, 상기 제 1연마부재와 상기 제 2연마부재를 상대적으로 회전 혹은 요동시키는 구동수단을 갖는 상기 피연재를 연마하기 위한 연마장치로서, 상기 피연재의 두께변화에 따라 변화하는 장치구조부분의 위치를 측정하고, 상기 피연재의 두께설정치 이하의 두께에 대응하는 두께검출치가 얻어지는 지 여부를 검출할 수 있는 검출수단과, 상기 설정치 이하의 두께에 대응하는 상기 두께검출치가 계속적으로 얻어지는 계속시간을 구하는 계시수단을 가지며, 상기 계속시간이 기정의 설정시간을 넘은 경우에 연마동작을 정지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 검출수단으로서는 상기의 두께검출치 그 자체를 측정하는 것에 한정되지 않고 결과적으로 두께검출치가 설정치 이하의 두께에 대응하는 지 여부를 검출할 수 있는 것이면 된다. 따라서 두께검출치는 설정치를 넘는 상태와, 설정치 이하가 되는 상태 중 어디에 있는 지를 알 수 있으면 된다. 예를들어 두께검출치가 설정치 이하가 되었을 때 접점이 변환되도록 구성된 검출스위치 등을 들 수 있다.

특히 상기 설정시간은 상기 두께검출치의 진동주기이하의 시간인 것이 바람직하다. 설정시간이 진동주기를 넘는 시간으로 설정된 경우라도 피연재의 두께의 불균일을 두께검출치의 진동의 진폭이하로 억제하는 것은 가능하지만 본 발명은 두께의 불균일을 저감하기 위해 두께검출치의 진동에 의한 영향을 저감하는 것을 목적으로 하는 것이기 때문에 설정시간이 진동주기를 넘어도 어떤 부가적인 효과를 얻을 수 있는 것은 아니다. 또 설정치 이하로 된 시점에서의 시간이 길어짐으로써 연마속도의 불균일에 기인하여 연마가공후의 피연재의 두께의 불균일은 오히려 확대될 가능성이 높다. 또한 피연재의 두께와 설정치와의 어긋남이 커지기 때문에 피연재와 설정치와의 대응관계에 주위를 기울여야 하므로 관리가 번잡하게 되는 경우도 있다.

본 발명에 있어서 상기 구동수단은 상기 제 1연마부재를 요동시키는 요동구동수단과, 상기 제 2연마부재를 그 축선둘레로 회전시키는 회전구동수단을 갖는 것이 바람직하다. 한쪽의 연마부재가 요동동작을 행하는 연마장치에서는 두께검출치의 진동주기는 그 요동동작에 동기하고 있다고는 한정할 수 없지만 요동동작에 의해 두께검출치가 보다 크게 진동되므로 두께검출치의 검출정밀도의 향상이 극히 곤란하다. 그러나 본 발명에서는 두께검출치가 설정치 이하가 되는 계속시간이 소정의 설정시간을 넘었는지 여부를 보기 때문에 검출오차를 두께검출치의 진폭보다도 작게 억제할 수 있는 것으로부터 피연재의 두께를 고정밀하게 관리할 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 제 1연마부재에 고정된 제 1연마축을 갖고, 상기 요동구동수단은 상기 제 1연마축을 소정의 요동중심의 둘레에 회동시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 이와같이 구성되는 경우(구심요동형 연마장치인 경우)에는 제 1연마축과 요동중심과의 사이의 상대적 위치관계를 측정하는 것으로 그대로 직접적으로 상기 두께검출치를 얻거나 혹은 두께검출치가 설정치 이하가 되었는 지 여부를 검출하거나 할 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 제 1연마부재에 각도가 자유롭도록 연결된 제 1연마축을 갖고, 이 제 1연마축의 요동동작에 의해 상기 제 1연마부재를 상기 피연마부재 혹은 상기 제 2연마부재를 따른 곡면상에서 요동시키도록 구성되며, 상기 검출수단은 상기 제 1연마부재의 상기 곡면상의 접동에 따른 연마방향으로의 왕복동작의 사점위치를 측정함으로써 상기 설정치 이하의 두께에 대응하는 상기 두께검출치가 얻어지는 지 여부를 검출하도록 구성하는 것이 바람직하다. 제 1연마부재에 각도가 자유롭도록 연결된 제 1연마축을 갖고, 그 요동동작에 의해 제 1연마부재를 피연재 혹은 제 2연마부재를 따른 곡면상에서 접동시키도록 구성되는 경우(오스카형 연마장치인 경우)에는 제 1연마부재의 접동에 따라 제 1연마축이 연마방향으로 왕복동작하므로 제 1연마축의 위치를 측정하는 것 만으로는 두께검출치를 얻을 수 없다. 따라서 이 경우에는 이 왕복동작의 사점위치를 측정함으로써 두께검출치가 설정치 이하가 되었는 지 여부를 검출한다. 이 경우에서도 계속시간이 설정시간을 넘었는 지 여부에 의해 연마동작을 제어함으로써 두께검출치의 진동의 진폭이하의 정밀도로 피연재의 두께를 관리할 수 있다.

다음에 본 발명의 피연재의 두께판정방법은 제 1연마부재와, 상기 제 1연마부재에 대해 피연재를 통해 대향하는 제 2연마부재와, 상기 제 1연마부재와 상기 제 2연마부재를 상대적으로 회전 혹은 요동시키는 구동수단을 갖는 상기 피연재를 연마하기 위한 연마장치에서의 상기 피연재의 두께판정방법으로서, 상기 피연재의 두께의 변화에 따라 변화하는 장치구조부분의 위치를 측정하여 상기 피연재의 두께의 설정치 이하의 두께에 대응하는 두께검출치가 얻어지고 있는 지 여부를 검출하고, 상기 설정치 이하의 두께에 대응하는 상기 두께검출치가 계속적으로 얻어지고 있는 계속시간을 구하여 상기 계속시간이 기정의 설정시간을 넘었는 지 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다. 특히 상기 설정시간은 상기 두께검출치의 진동주기 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 설정시간은 상기 진동주기의 절반 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 단 설정시간이 진동주기의 5%미만인 경우에는 외란 등에 기인하는 충격이나 전기노이즈 등을 주을 가능성이 커진다. 연마속도가 진동주기에 있어서 발생하는 연마량이 진동진폭에 대해 충분히 작은 경우에는 설정시간은 두께검출치의 진동주기의 약 절반(50%)인 것이 피연재의 두께와 설정치와의 차를 저감하는 데 바람직하다. 실제로는 설정치에 대한 진동의 위상의 불균일이 있고 또한 진동의 주기내에 발생하는 연마량이 진동진폭에 대해 무시할 수 없는 경우가 많기 때문에 설정시간은 진동주기의 절반 혹은 그 이하인 것이 바람직하며 예를들어 10~65%의 범위내인 것이 바람직하고 25~45%의 범위인 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예를 도시예와 함께 설명한다. 도 1은 본 실시예의 연마장치(100)의 주요부의 구조를 모식적으로 도시하는 개략구성도이다. 도시예의 연마장치(100)는 이른바 상축구심 요동형 연마장치이다. 단 이 연마장치(100)의 상축부와 하축부의 기능, 구조를 역으로 구성하여 하축구심 요동형 연마장치를 구성해도 된다. 이 연마장치(100)는 상축부(110)가 요동중심(Fo) 둘레에 회동하고, 하축부(120)가 축선둘레로 회전하도록 구성되고 있다.

상축부(110)에는 제 1연마부재(연마접시)(111)가 제 1연마축(요동부재)(112)에 고정되고, 이 제 1연마축(112)은 지지부재(113)에 대해 축선방향으로 이동이 자유롭도록 축지지되고 있다. 지지부재(113)는 도시하지 않은 요동구동기구에 의해 요동중심 Fo둘레로 회동하도록 구성되고 있다. 지지부재(113)에는 압압스위치 등으로 구성되는 검출기(114)가 지지고정되고 있다. 또 지지부재(113)에는 도(度)닿음부(115)가 마련되고 있다.

제 1연마축(112)은 지지부재(113)의 위쪽으로 뻗어 고정부재(116)에 접속되고 있다. 이 고정부재(116)에는 마이크로메터 등으로 구성되는 조정부재(117)가 부착되고 있다. 그리고 이 조정부재(117)의 선단(117a)이 상기 검출기(114)의 선단에 닿음으로써 검출기(114)의 출력이 변환되도록 되어있다. 검출기(114)의 선단(114a)은 도시하지 않은 탄성부재에 의해 돌출방향으로 가압된 상태에서 소정 스트로크(S1)로 축선방향으로 신축가능하도록 구성되고, 선단(114a)이 조정부재(117)의 선단(117a)에 닿으면 선단(114a)이 밀려수축되어 상기 검출신호가 변환된다. 상기의 스트로크(S1)로서는 후술과 같이 설정치에 이르러 선단(117a)이 선단(114a)에 닿고나서 연마가 종료할 때 까지 동안의 연마량에 의한 이동을 허용하는 데 충분한 충분스트로크가 확보된다. 또 고정부재(116)에는 규제부재(118)가 부착되고 있다. 이 규제부재(118)는 상기 도닿음부(115)에 닿음으로써 제 1연마축(112)의 이동범위를 규제하도록 되어있다. 규제부재(118)는 볼트 등으로 구성되고 그 선단의 연마방향의 위치를 조정가능하게 된다.

또한 상기 조정부재(117)는 제 1연마축(112)에 고정되고, 상기 검출기(114)는 지지부재(113)에 고정되고 있지만 그 역으로 조정부재(117)가 지지부재(113)에 고정되고 검출기기(114)가 제 1연마축(112)에 고정되어도 된다. 또 조정부재(117)에 검출기능을 마련하여 검출기(114) 대신에 단순한 접촉부를 구성해도 된다.

한쪽 상기 도닿음부(115)가 지지부재(113)에 고정되고 상기 규제부재(118)가 제 1연마축(112)에 고정되고 있지만 도닿음부(115)가 제 1연마축(112)에 고정되고 규제부재(118)가 지지부재(113)에 고정되어도 된다. 또한 이 규제부재(118) 및 도닿음부(115)는 규제수단을 구성한다. 이 규제수단은 검출기(114)의 선단부(114a)를 파괴하지 않도록 하기 위해 마련되고 있다.

한편 하축부(120)에는 제 2연마부재(연마접시)(121)와, 이 제 2연마부재(121)에 접속고정된 제 2연마축(회전축)(122)이 마련되고 있다. 제 2연마축(122)은 도시하지 않는 회전구동기구에 의해 축선둘레로 회전구동되도록 되고 있다.

제 1연마부재(111)와 제 2연마부재(121) 사이에는 렌즈 그 외의 광학부품 등의 피연재(101)가 배치된다. 피연재(101)는 도시예에서는 핏치 등의 적절한 고정수단에 의해 제 1연마부재(111)에 고정되고 있지만 제 2연마부재(121)에 고정되어도 된다. 제 1연마부재(111)는 상기 제 1연마축(112)이 요동중심(Fo) 둘레로 회동하면 제 2연마부재(121)의 표면(피연재(101)가 제 1연마부재(111)에 고정되는 경우) 혹은 피연재(101)의 표면(피연재(101)가 제 2연마부재(121)에 고정되는 경우)위를 접동하도록 구성되고 있다. 어떻든 제 1연마축(112)은 곡면상을 접동하도록 구성되고 있다.

상기 연마장치(100)에 있어서는 피연재(101)와 제 2연마부재(121)(피연재(101)가 제 1연마부재(111)에 고정되는 경우) 혹은 제 1연마부재(111)(피연재(101)가 제 2연마부재(121)에 고정되는 경우) 사이에 숫돌입자를 포함하는 슬러리액을 공급한 상태에서 제 1연마부재(111)를 요동중심 Fo둘레로 요동시키면서 제 2연마부재(121)를 제 2연마축(122)의 축선둘레로 회전시킴으로써 연마가공을 행한다.

도 2 내지 도 5는 상기 연마장치(100)를 이용하여 피연재(101)를 연마했을 때의 피연재(101)의 두께검출치를 나타내는 그래프이다. 또한 각 그래프의 데이터에 도시되는 세세한 상하이동은 검출기의 노이즈나 플롯수단의 진동에 따른 것으로 이하의 의론에 있어서는 무시한다. 이 두께검출치는 상기 연마장치(100)에서는 검출할 수 없기 때문에 상기 연마장치(100)의 제 1연마축(112) 혹은 이에 고정된 부재와, 하축부(120) 혹은 지지부재(113) 혹은 이들에 고정된 부재와의 사이의 연마방향(도시하는 상하방향)의 상대적 이동량을 검출센서 등으로 검출하는 검출계를 별도 부착하여 측정한 것이다. 여기서 도 2는 제 1연마축(112)에서 제 1연마부재에 미치는 가압력을 0.3MPa로 했을 때의 것, 도 3은 동 0.4MPa, 도 4는 동 0.5MPa, 도 5는 동 0.6MPa이다. 또 각 도면의 데이터에 있어서 제 1연마축(112)의 요동주기는 2.4초, 제 2연마축(122)의 회전속도는 2000rpm으로 공통된다. 단 일반적으로는 요동주기는 1~6초, 회전속도는 1000~3000rpm의 범위에서 적절히 설정된다.

도 2 내지 도 5와 같이 피연재(101)의 두께검출치는 시간의 경과와 함께 개략으로서는 거의 직선적으로 저하해 가지만 실제로는 약간 진동이 중첩하고 있다. 도 6은 각 도면의 두께검출치의 데이터를 확대하여 나타내는 것이다. 도 6과 같이 이 두께검출치(d)의 진동의 진폭(전 진폭)(A)은 도시예의 경우 10~15㎛, 진동의 주기(T)는 0.9~1.2초이다. 이 진동의 진폭(A)이나 주기(T)는 연마장치의 구조, 치수, 구성소재 등에 영향을 받음과 동시에 연마조건이나 피연재의 형상에도 영향을 받기 때문에 간단히 구할 수는 없다.

상기의 두께검출치(d)의 진동은 연마가공후의 피연재의 두께에 대한 허용오차가 진동의 진폭(A)보다도 충분히 큰 경우에는 그다지 문제가 되지 않지만 정밀도 요구가 높아지고 허용오차가 상기 진폭(A)에 가까와지면 문제가 발생하여 연마가공후의 피연재의 두께의 불균일을 초래함과 동시에 허용오차가 상기 진폭(A)보다 작은 경우에는 이동평균, 최소2승법 등의 각종의 연산처리 그 외의 노이즈 제거처리를 행하지 않으면 대응할 수 없다. 이와같은 노이즈 제거처리는 고가인 검출기나 연산처리수단 등을 필요로 하여 연마장치의 고가격화를 초래한다.

본 실시예에서는 피연재(101)의 두께의 목표치에 대응하는 설정치do를, 상기 조정부재(117)를 조정함으로써 적절히 설정할 수 있도록 구성되고 있다. 예를들어 연마개시전에 피연재(101)를 장착한 상태에서 조정부재(117)의 선단(117a)을 검출기(114)의 선단(114a)에 닿게 하여 검출기(114)의 검출신호가 변환되는(예를들어 반전한다) 것을 확인하며, 그 변환위치를 기준으로 하여 필요한 연마량만큼 조정부재(117)의 선단(117a)을 검출기(114)로부터 이간시키도록 설정한다. 이에 따라 상기의 필요한 연마량만큼 피연재(101)의 두께가 감소하고, 피연재(101)의 두께가 설정치do가 된 시점에서 조정부재(117)의 선단(117a)이 검출기(114)의 선단(114a)에 닿아 검출기(114)의 검출신호가 변환되도록 설정가능하다.

상기와 같이 설정치do의 설정이 행해진 상태에서 연마를 개시하면 도 1 내지 도 5와 같이 피연재(101)의 두께는 점점 감소해 가지만 머지않아 도 6에 도시하는 것과 같이 피연재(101)의 두께검출치(d)가 설정치do에 이르면 조정부재(117)의 선단(117a)은 검출기(114)의 선단(114a)에 닿고, 검출기(114)의 검출신호는 변환된다. 그러나 이 검출신호의 변환상태는 두께검출치(d)의 진동에 의해 당초는 단시간 중 종료하고, 검출신호는 변환전의 상태로 복귀하게 된다. 본 실시예에서는 이 검출신호가 변환상태에 있을 때의 계속시간△t를 측정하도록 하고 있다. 이 계속시간 △t의 측정은 검출기(114)의 검출신호의 변환시에 스타트하고, 검출신호의 복귀시에 정지함과 동시에 리셋되는 카운트회로를 이용하는 등에 의해 간단히 행할 수 있다.

본 실시예에서는 설정시간 to을 미리 설정해 두고 상기 계속시간 △t와 비교한다. 계속시간 △t가 설정시간 to이하에서는 그대로 연마가 계속되고 계속시간 △t가 설정시간 to를 넘으면 연마장치(100)가 정지된다. 실제로는 연마장치(100)의 동작부분을 순시로 정지하는 것은 곤란하므로 진동구동기구나 회전구동기구의 구동력을 차단하거나 구동력을 차단한 후에 브레이크를 걸거나 혹은 구동정지에 앞서 가압력을 해제 혹은 저감하는 등의 여러가지 방법으로 연마동작이 종료된다. 상기의 계속시간 △t와 설정시간 to의 판정은 공지의 비교회로 등에서 간단히 행할 수 있다.

여기서 상기의 설정시간 to는 도 6과 같이 두께검출치(d)의 진동의 주기(T)이하인 것이 바람직하다. 상기의 계속시간 △t가 진동의 주기(T)를 넘은 경우에는 설정치do와 피연재(101)의 두께의 차가 두께검출치의 진동의 진폭(A)의 절반이상인 것을 의미하므로 그 이상 대기하는 것에 의미는 없으며 또한 시간의 경과와 함께 피연재(101)의 두께가 설정치do보다도 작아져 갈 뿐이므로 설정치do에 대한 피연재(101)의 두께의 차가 커져 이 차의 불균일도 커질 가능성이 있다.

일예로서는 도 6과 같이 예를들어 두께검출치(d)가 설정치do에 최초로 도달했을 때의 계속시간 △t는 0.35T이고, 다음에 설정치do에 도달했을 때의 계속시간 △t가 0.65T이며, 또한 그 다음에 도달한 후에는 설정치do를 넘는 경우는 없어진다. 이 경우 설정시간 to를 0.5T로 설정하고 있다고 하면 2회째에 설정치do에 도달했을 때 연마가 종료하면 연마종료시의 피연재(101)의 두께는 도시 P점의 값이 된다.

일반적으로 진동주기(T)는 연마되는 연마량이 충분히 작은 경우에는 계속시간 △t가 0.5T가 되었을 때의 피연재(101)의 두께는 설정치do와 거의 일치한다. 단 계속시간 △t는 설정치do에 대한 상기 진동의 위상에 의해 0.5T에 일치한다고는 한정하지 않으므로 계속시간 △T가 될 수 있으면 0.5T에 가까와 지는 시점에서 판정이 행해지도록 설정시간 to을 적절히 설정하는 것이 바람직하다. 또 실제로는 진동주기(T)에 연마되는 연마량은 무시할 수 없기 때문에 시간의 경과와 함께 피연재의 두께는 설정치do보다 점차 작아져 간다. 따라서 이들을 고려하면 설정시간 to을 0.5T 근방 및 이보다 약간 짧은 시간으로 하는 것이 바람직하다. 단 주기(T)의 5%이하에서는 외란이나 노이즈 등에 의한 영향을 받기 쉬워진다. 따라서 예를들어 0.10~0.65T인 것이 바람직하고 특히 0.25~0.5T인 것이 바람직하다.

도 7은 본 실시예를 이용했을 때의 피연재(101)의 연마가공후의 두께의 측정결과를 도시하는 것이다. 실시예 1은 설정시간 to=0.4T로 했을 때 실시예 2는 설정시간 to = 0.5T로 했을 때의 데이터이며, 각각 연속 50회 연마했을 때의 50회의 피연재의 두께를 도시하고 있다. 종축의 1눈금은 10㎛이다. 한편 도 8은 종래와 같이 설정치do에 최초로 도달했을 때 연마를 종료하는 방법으로 연마를 행한 것이며, 비교예 1 내지 4로서 다른 조건으로 각각 50회씩 연속하여 연마를 행한 결과를 나타내는 것이다. 종축의 1눈금은 10㎛이다.

상기와 같이 종래방법에서는 연마가공후의 연마재의 두께의 불균일은 30~50㎛의 폭인 데 대하여 본 실시예를 이용했을 때의 연마재의 두께의 불균일은 20㎛이하이고, 설정시간을 최적화함으로써 10㎛이하로 할 수 있다. 일반적으로는 상기 설정시간 to은 0.5T보다도 작은 것이 연마가공후의 피연재의 두께의 불균일폭을 저감하는 데 바람직하다.

또 상기 실시예와는 달리 계속시간 △t의 적산치가 설정시간 to을 넘는 지 여부를 판정하도록 해도 된다. 즉 상기 도 6에 도시한 예에서는 최초의 계속시간 △t=0.35T이므로 설정시간 to=0.5T를 넘지않지만 다음에 설정치do이하로 된 시점에서 0.15T 경과하면 계속 시간 △t의 적산치가 설정시간 to를 넘게 된다. 따라서 2회째의 계속시간 △t=0.65T의 최초의 0.15T 경과후에 연마가 종료한다. 이와 같이 하면 설정치do에 최초로 도달했을 때의 진동의 위상에 크게 영향을 주지 않고 늘 설정치do에 가까운 피연재(101)의 두께를 얻을 수 있다.

도 9는 별도의 연마장치(200)의 주요부의 구조를 모식적으로 도시하는 개략구성도이다. 이 연마장치(200)는 상축부(210)가 요동하고, 하축부(220)가 회전하도록 구성되고 있지만 이른바 오스카형의 연마장치로서 상축부(210)의 제 1연마부재(연마접시)(211)와 제 1연마축(요동부재)(212)이 각도가 자유롭게 연결되고 있으며, 제 1연마축(212)이 요동함으로써 제 1연마부재(211)가 피연재(201) 혹은 제 2연마부재(221)의 표면(곡면)상을 접동하도록 구성되고 있다. 한편 제 2연마부재(221)는 제 2연마축(222)이 도시하지 않은 회전구동기구에 의해 축선둘레로 회전구동됨으로써 회전하도록 되어있다.

제 1연마축(212)은 요동암(213)에 접속되고 이 요동암(213)은 요동운동(도시 좌우방향의 왕복운동)을 행하는 구동부재(214)에 회동가능하도록 연결되고 있다. 또 요동암(213)은 에어실린더등으로 구성되는 가압기구(215)에 의해 연마방향(도시한 아래쪽)으로 가압력을 받도록 구성되고 있다. 요동암(213)에는 연장암(216)이 접속고정되고, 이 연장암(215)에는 조정부재(217)가 부착되고 있다. 이 조정부재(217)는 그 선단의 위치를 이동방향으로 바꿀 수 있음과 동시에 검출신호를 출력하고, 그 선단이 후술하는 접촉부(219)에 닿을 때 검출신호가 변환되도록 구성되고 있다.

또 구동부재(214)에는 지지암(218)이 접속고정되고, 이 지지암(218)에는 접촉부(219)가 부착되고 있다. 또한 도시예에서는 조정부재(217)가 요동암(213)에 고정되고 접촉부(219)가 구동부재(214)에 고정되고 있지만 접촉부(219)를 요동암(213)에 고정하고, 조정부재(217)를 구동부재(214)에 고정해도 된다. 또한 본 실싱에 연마장치(100)와 마찬가지의 조정부재 및 검출기를 마련해도 된다. 역으로 이 연마장치(200)의 상기 조정부재 및 접촉부를 연마장치(100)에 이용해도 된다.

접촉부(219)는 지지암(218)에 대해 조정부재(217)가 접촉하는 방향으로 슬라이드 가능하도록 부착됨과 동시에 조정부재(217)측으로 상기 가압되고 있으며, 조정부재(217)가 접촉부(219)에 접촉하지 않은 상태에서는 조정부재(217)측의 규제위치에 닿은 상태로 보지되고 있다. 또한 이와같은 슬라이드구조는 접촉부(219)가 아닌 조정부재(217)에 마련해도 된다. 이 슬라이드구조의 스트로크량(S2)은 후술하는 제 1연마축(212)의 상하이동(왕복이동)의 진폭보다도 크게 확보된다.

연마장치(200)에서는 연마장치(100)의 경우와 마찬가지로 연마개시전에 조정부재(217)에 의해 적절히 설정치의 설정이 행해진다. 또한 제 2연마축(222)을 회전시키면서 구동부재(214)를 왕복동작하도록 하는 것에 의해 제 1연마축(212)을 요동시킴으로써 제 1연마부재(211)가 회전하는 피연재(201) 혹은 제 2연마부재(221)의 표면상을 접동함으로써 피연재(201)의 연마가 행해진다.

이 연마장치(200)에서는 피연재(201)의 피연마면이 곡면일 때 제 1연마축(212)이 요동하면 제 1연마축(212)이 요동암(213)과 함께 상하로 왕복동작하므로 조정부재(217)의 위치도 또한 도10과 같이 상하로 왕복동작한다 따라서 이 연마장치(200)에 있어서는 피연재(201)의 두께검출치(d)는 조정부재(217)의 선단위치에 대응하고 있지 않다. 피연재(201)의 두께검출치(d)는 도10에 도시하는 조정부재(217)의 선단위치 등의 장치구조부분의 이동곡선에서 그 요동동작에 따른 왕복이동성분을 뺀 것이다. 즉 두께검출치(d)는 상기 이동곡선의 사점위치(상사점 또는 하사점)의 포락선(d1) 또는 (d2)에 대응한 것이 된다. 이 때문에 연마장치(200)에서는 상기 이동곡선의 사점위치를 검출함으로써 상기 두께검출치(d)가 설정치do이하가 되었는 지 여부를 판정하도록 하고 있다.

도10에는 상기의 이동곡선의 일부(3개소)를 확대한 확대도를 병기하고 있다. 이들의 확대도에서 알 수 있는 것과 같이 상기의 이동곡선에는 상술한 미진동에 기인하는 진동이 중첩하고 있다. 이 때문에 이동곡선에서 요동동작에 따른 왕복이동성분을 뺀 두께검출치(d)도 또한 도 2내지 도 5와 마찬가지로 진동이 중첩한 것이 된다. 여기서 도10안에 도시하는 일점쇄선(d1)은 상사점 사이를 묶는 포락선이고 일점쇄선(d2)은 하사점사이를 묶는 포락선이며, 파선(d0)은 설정치를 도시하는 직선(수평선)이다.

연마장치(200)에 있어서 계속시간△t는 사점위치에 있어서 측정된다. 도시한 예에서는 장치구조 부분의 이동곡선의 하사점의 위치에 대해 계속시간 △t가 측정된다. 이 경우에는 설정치do의 설정작업은 도 9에 파선으로 도시하는 것과 같이 제 1연마부재(211)를 하사점에 배치한 상태에서 행해진다. 그리고 도10의 확대도에 도시하는 것과 같이 이동곡선의 하사점이 설정치do이하가 될 때의 계속시간 △t가 설정시간 to을 넘었는 지 여부를 판정하는 점은 연마장치(100)와 동일하다. 이 경우 진동의 위상뿐만 아니라 이동곡선의 하사점의 위치에 의해서도 설정치do와의 관계가 다르게 되지만 검출상황은 연마장치(100)의 경우와 실질적으로 상관없다.

도10에 도시하는 예에서는 이동곡선을 기준으로 했을 때 설정치do가 더욱 낮을 때에는 예를들어 최초의 계속시간 △t가 0.25T, 다음이 0.35T가 되고, 설정치do가 그보다 약간 클 때에는 예를들어 최초의 계속시간 △t가 0.44T, 다음이 0.63T가 된다. 이와같이 연마장치(200)의 경우, 계속시간 △t의 변동폭은 연마장치(100)에 비해 작으며 또한 이 하사점을 넘으면 그 후의 계속시간 △t는 다음의 하사점까지 나타나지 않게 되므로 설정시간 △t는 연마장치(100)의 경우보다도 작게 하는 것이 바람직하다.

이 연마장치(200)에 있어서 주위해야 할 점은 상기 계속시간 △t의 측정이나 계속시간 △t와 설정시간 to와의 비교판정은 이동범위의 왕복이동(상하이동)에 대해 행해지는 것이 아닌 어디까지나 이동곡선에 중첩한 진동에 대해 행해진다는 점이다. 즉 피연재의 두께검출치(d)는 이동곡선으로부터 요동동작에 따른 왕복이동성분을 제거한 것으로 이 두께검출치(d)에 대해 계속시간 △t의 측정이나 계속시간 △t와 설정시간 to와의 비교판정을 행해야 하기 때문이다.

또한 상기와는 달리 장치구조부분의 상사점의 위치에 대해 계속시간 △t를 측정해도 된다. 이 경우에는 설정치do의 설정작업은 도 9에 실선으로 도시하는 것과 같이 제 1연마부재(211)를 상사점에 배치한 상태에서 행한다. 또 이 경우에는 피연재(201)의 두께가 설정치do 이하가 된 것을 검출하는 데에는 상기와는 역으로 상사점에 있어서 조정부재(217)의 선단이 검출기(219)의 선단에서 이반하지 않게 된 것을 검출해야 한다. 이 때문에 연마장치(100)와 마찬가지로 계속시간△t를 검출하지만 상기 이동곡선과 동기하여 발생하는 긴 계속시간 △t, 즉 인접하는 상사점 사이에서 존재하는 계속시간 △t를 무시하고 상사점 근방의 짧은 계속시간 △t만을 이용하여 판정하는 방법, 혹은 연마장치(100)와는 역으로 조정부재(217)의 선단이 접촉부(219)의 선단에 닿지 않은 반계속시간을 측정하여, 소정의 기준시간에서 반계속시간을 뺀 시간을 계속시간 △t로 하는 방법 등을 이용한다. 예를들어 후자의 경우에는 설정시간 to이 진동주기(T)미만이면 상기 기준시간을 진동주기(T)로 한다. 이와같이 하면 당초는 계속시간 △t가 부(負)이지만 반계속시간이 진동주기(T)이하가 되면 계속시간 △t가 정(正)이 되고 이것이 설정시간 to을 넘었을 때 판정이나 연마종료동작이 행해진다.

또한 본 발명의 연마장치 및 피연재의 두께판정방법은 상술한 도시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에 있어서 여러가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다. 예를들어 상기 각 실시예에서는 제 1연마축의 위치를 검출함으로써 피연재의 두께가 설정치 이하가 된 것을 검출하고 있지만 위치검출의 대상이 되는 장치구조부분은 상기 제 1연마축에 한정되지 않으며 피연재의 두께가 변화를 기초로 변화하는 부위이면 어떠한 장소라도 상관없다. 구체적으로는 하축구심요동형 연마장치이면 요동동작하는 하축부의 구심위치를 고정하고 상축부의 위치를 검출하도록 해도 된다.

도 1은 연마장치(100)의 주요부의 구조를 도시하는 개략구성도.

도 2는 연마장치(100)를 이용한 연마에 의한 피연재의 두께검출치를 도시하는 그래프.

도 3은 연마장치(100)를 이용한 연마에 의한 피연재의 두께검출치를 도시하는 그래프.

도 4는 연마장치(100)를 이용한 연마에 의한 피연재의 두께검출치를 도시하는 그래프.

도 5는 연마장치(100)를 이용한 연마에 의한 피연재의 두께검출치를 도시하는 그래드.

도 6은 두께검출치의 그래프의 확대도와 함께 판정방법을 도시하는 설명도.

도 7은 실시예 1 및 2에 의해 연마된 피연재 두께의 불균일을 도시하는 그래프.

도 8은 비교예 1 - 4에 의해 연마된 피연재의 두께의 불균일을 도시하는 그래드.

도 9는 연마장치(200)의 주요부의 구조를 도시하는 개략구성도.

도10은 장치구조부분의 이동곡선을 도시하는 그래프 및 이동곡선의 일부를 확대하여 도시하는 확대도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

100,200: 연마장치 110,210: 상축부

111,211: 제1연마부재 112,212: 제 1연마축

120,220: 하축부 121,221: 제1연마부재

122,222: 제 2연마축

Claims

제 1연마부재와, 상기 제 1연마부재에 대해 피연재를 통해 대향하는 제 2연마부재와, 상기 제 1연마부재와 상기 제 2연마부재를 상대적으로 회전 혹은 요동시키는 구동수단을 갖는 상기 피연재를 연마하기 위한 연마장치로서,

상기 피연재의 두께변화에 따라 변화하는 장치구조부분의 위치를 측정하고, 상기 피연재의 두께설정치 이하의 두께에 대응하는 두께검출치가 얻어지는 지 여부를 검출할 수 있는 검출수단과, 상기 설정치 이하의 두께에 대응하는 상기 두께검출치가 계속적으로 얻어지는 계속시간을 구하는 계시수단을 가지며, 상기 계속시간이 기정의 설정시간을 넘은 경우에 연마동작을 정지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 1항에 있어서,

상기 설정시간은 상기 두께검출치의 진동주기이하의 시간인 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 구동수단은 상기 제 1연마부재를 요동시키는 요동구동수단과, 상기 제 2연마부재를 그 축선둘레로 회전시키는 회전구동수단을 갖는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 3항에 있어서,

상기 제 1연마부재에 고정된 제 1연마축을 갖고, 상기 요동구동수단은 상기 제 1연마축을 소정의 요동중심의 둘레에 회동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 3항에 있어서,

상기 제 1연마부재에 각도가 자유롭도록 연결된 제 1연마축을 갖고, 이 제 1연마축의 요동동작에 의해 상기 제 1연마부재를 상기 피연재 혹은 상기 제 2연마부재를 따른 곡면상에서 요동시키도록 구성되며,

상기 검출수단은 상기 제 1연마부재의 상기 곡면상의 접동에 따른 연마방향으로의 왕복동작의 사점위치를 측정함으로써 상기 설정치 이하의 두께에 대응하는 상기 두께검출치가 얻어지는 지 여부를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 1연마부재와, 상기 제 1연마부재에 대해 피연재를 통해 대향하는 제 2연마부재와, 상기 제 1연마부재와 상기 제 2연마부재를 상대적으로 회전 혹은 요동시키는 구동수단을 갖는 상기 피연재를 연마하기 위한 연마장치에서의 상기 피연재의 두께판정방법으로서,

상기 피연재의 두께의 변화에 따라 변화하는 장치구조부분의 위치를 측정하여 상기 피연재의 두께의 설정치 이하의 두께에 대응하는 두께검출치가 얻어지고 있는 지 여부를 검출하고, 상기 설정치 이하의 두께에 대응하는 상기 두께검출치가 계속적으로 얻어지고 있는 계속시간을 구하여 상기 계속시간이 기정의 설정시간을 넘었는 지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 피연재의 두께판정방법.
제 6항에 있어서,

상기 설정시간은 상기 두께검출치의 진동주기이하인 것을 특징으로 하는 피연재의 두께판정방법.