KR20200101836A - 연삭 장치 - Google Patents

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KR20200101836A
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가즈타카 구와나
히데카즈 나카야마
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 피가공물을 연삭하는 장치에 있어서, 생산 효율을 향상시키기 위해 에어 컷의 시간을 단축시킨다.
(해결 수단) 연삭 지석 (314b) 으로 유지 수단 (5) 에 유지된 피가공물 (W) 을 연삭하는 수단 (31) 과, 연삭 수단 (31) 과 유지 수단 (5) 을 상대적으로 접근·이간시키는 연삭 이송 수단 (21) 과, 연삭 수단 (31) 에 배치 형성되고 피가공물에 연삭 지석 (314b) 이 접촉했을 때의 하중을 검지하는 수단 (37B) 과, 제어 수단 (9) 을 구비하고, 연삭 지석 (314b) 의 연삭면과 피가공물의 상면 사이가 근소한 거리 (L3) 가 될 때까지 연삭 수단 (31) 이 피가공물에 접근한 높이 위치를 에어 컷 개시 위치 (Z3) 로 하고, 제어 수단 (9) 은, 에어 컷 개시 위치 (Z3) 로부터 연삭 지석 (314b) 연삭면이 피가공물 상면에 접촉할 때까지의 거리 (L3) 에 있어서의 에어 컷 이송 속도 (V3) 를, 연삭 지석 (314b) 이 피가공물을 연삭할 때의 연삭 가공 이송 속도보다 빠르게 하고, 하중 검지 수단 (37B) 이 하중을 검지하면, 에어 컷 이송 속도 (V3) 를 연삭 가공 이송 속도로 전환하여 연삭하는 장치 (1).

Description

연삭 장치{GRINDING APPARATUS}
본 발명은, 피가공물을 연삭 지석으로 연삭하여 원하는 두께까지 박화 (薄化) 하는 연삭 장치에 관한 것이다.
피가공물을 연삭 지석으로 연삭하는 연삭 장치는, 연삭 지석을 피가공물에 접근시키는 방향으로 연삭 이송하여, 연삭 지석이 피가공물에 접촉할 때에 피가공물 및 연삭 지석에 큰 충격이 가해져 피가공물 및 연삭 지석이 파손되지 않게 하기 위해, 피가공물에 연삭 지석이 접촉하기 직전에 연삭 이송 속도를 느리게 하는 에어 컷으로 불리는 프로세스가 설정되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
에어 컷은, 피가공물의 상면과 연삭 지석의 연삭면 (하단면) 의 근소한 거리와, 그 거리를 이동할 때의 느린 이동 속도가 설정되어 있고, 그 느린 이동 속도는, 피가공물에 연삭 지석이 접촉하여 연삭 가공할 때의 이송 속도와 동일하게 설정되어 있다. 즉, 에어 컷이란, 피가공물의 두께보다 높은 위치로부터, 연삭 가공 이송 속도와 동일한 속도로 연삭 휠을 공전시키면서 하강시키는 것이다.
일본 공개특허공보 2008-246614호 일본 공개특허공보 2008-049445호
예를 들어, 피가공물을 마무리 두께에 이르기 직전까지 거칠게 연삭하는 조 (粗) 연삭 가공에서는, 피가공물의 상면과 연삭 지석의 연삭면 사이가 100 ㎛ 까지 가까워지면, 에어 컷 이송 속도를 연삭 가공 이송 속도와 동일한 6 ㎛/초로 하고 있다. 그 때문에, 피가공물의 상면에 그 연삭면이 접촉할 때까지 약 17 초 걸린다. 또, 조연삭된 피가공물을 마무리 두께까지 연삭하는 마무리 연삭 가공에서는, 피가공물의 상면과 연삭 지석의 연삭면 사이가 20 ㎛ 까지 가까워지면, 연삭 가공 이송 속도를 0.6 ㎛/초로 하고 있다. 그 때문에, 피가공물의 상면에 연삭면이 접촉할 때까지 약 33 초 걸린다.
따라서, 피가공물을 연삭하는 연삭 장치에 있어서는, 생산 효율을 향상시키기 위해서 에어 컷의 시간을 단축시킨다는 과제가 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 연삭 지석을 환상으로 배치 형성한 연삭 휠을 회전 가능하게 장착하고 그 연삭 지석으로 그 유지 수단에 유지된 피가공물을 연삭하는 연삭 수단과, 그 연삭 수단과 그 유지 수단을 상대적으로 접근 또는 이간시키는 방향으로 이동시키는 연삭 이송 수단과, 그 유지 수단과 그 연삭 수단의 적어도 일방에 배치 형성되고 그 유지 수단에 유지된 피가공물에 그 연삭 지석이 접촉했을 때의 하중을 검지하는 하중 검지 수단과, 적어도 그 연삭 이송 수단을 제어하는 제어 수단을 적어도 구비하는 연삭 장치로서, 그 연삭 지석의 연삭면과 그 유지 수단에 유지된 피가공물의 상면 사이가 근소한 거리가 될 때까지 그 연삭 수단이 피가공물에 접근한 높이 위치를 에어 컷 개시 위치로 하고, 그 제어 수단은, 그 에어 컷 개시 위치로부터 그 연삭 지석의 연삭면이 피가공물의 상면에 접촉할 때까지의 거리에 있어서의 에어 컷 이송 속도를, 그 연삭 지석이 피가공물을 연삭할 때의 연삭 가공 이송 속도보다 빠른 속도로 하고, 그 하중 검지 수단이 하중을 검지하면, 그 에어 컷 이송 속도를 그 연삭 가공 이송 속도로 전환하여, 원하는 두께까지 연삭하는 연삭 장치이다.
상기 제어 수단은, 상기 에어 컷 이송 속도로 상기 연삭 수단과 상기 유지 수단을 상대적으로 접근시키는 방향으로 이동시키고, 상기 하중 검지 수단이 하중을 검지하기 전에 그 연삭 수단의 스핀들 모터의 부하 전류값이 미리 설정된 임계값을 초과하면, 그 에어 컷 이송 속도를 상기 연삭 가공 이송 속도로 전환하면 바람직하다.
본 발명에 관련된 연삭 장치는, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 연삭 지석을 환상으로 배치 형성한 연삭 휠을 회전 가능하게 장착하고 연삭 지석으로 유지 수단에 유지된 피가공물을 연삭하는 연삭 수단과, 연삭 수단과 유지 수단을 상대적으로 접근 또는 이간시키는 방향으로 이동시키는 연삭 이송 수단과, 유지 수단과 연삭 수단의 적어도 일방에 배치 형성되고 유지 수단에 유지된 피가공물에 연삭 지석이 접촉했을 때의 하중을 검지하는 하중 검지 수단과, 적어도 연삭 이송 수단을 제어하는 제어 수단을 적어도 구비하는 연삭 장치로서, 연삭 지석의 연삭면과 유지 수단에 유지된 피가공물의 상면 사이가 근소한 거리가 될 때까지 연삭 수단이 피가공물에 접근한 높이 위치를 에어 컷 개시 위치로 하고, 제어 수단은, 에어 컷 개시 위치로부터 연삭 지석의 연삭면이 피가공물의 상면에 접촉할 때까지의 거리에 있어서의 에어 컷 이송 속도를, 연삭 지석이 피가공물을 연삭할 때의 연삭 가공 이송 속도보다 빠른 속도 (예를 들어, 연삭 가공 이송 속도의 3 배의 속도) 로 하고, 하중 검지 수단이 하중을 검지하면, 에어 컷 이송 속도를 연삭 가공 이송 속도로 전환하여, 원하는 두께까지 연삭함으로써, 에어 컷의 시간 단축을 가능하게 하여, 피가공물의 연삭에 있어서의 생산 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
제어 수단은, 에어 컷 이송 속도로 연삭 수단과 유지 수단을 상대적으로 접근시키는 방향으로 이동시키고, 하중 검지 수단이 하중을 검지하기 전에 연삭 수단의 스핀들 모터의 부하 전류값이 미리 설정된 임계값을 초과하면, 에어 컷 이송 속도를 보다 느린 연삭 가공 이송 속도로 전환함으로써, 연삭을 적절히 속행시키는 것을 가능하게 함과 함께, 예를 들어 하중 검지 수단이 고장나 있는 것을 작업자 등에게 통지하는 것이 가능해진다.
도 1 은, 연삭 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 에어 컷 개시 위치로부터 조연삭 지석의 연삭면이 피가공물의 상면에 접촉할 때까지의 거리에 있어서의 에어 컷 이송 속도를, 조연삭 지석이 피가공물을 연삭할 때의 조연삭 가공 이송 속도보다 빠른 속도로 하는 경우를 설명하는 단면도이다.
도 3 은, 하중 검지 수단이 하중을 검지하면, 에어 컷 이송 속도를 조연삭 가공 이송 속도로 전환하여, 피가공물을 원하는 두께까지 조연삭하는 경우를 설명하는 단면도이다.
도 4 는, 에어 컷 개시 위치로부터 마무리 연삭 지석의 연삭면이 피가공물의 상면에 접촉할 때까지의 거리에 있어서의 에어 컷 이송 속도를, 마무리 연삭 지석이 피가공물을 연삭할 때의 마무리 연삭 가공 이송 속도보다 빠른 속도로 하는 경우를 설명하는 단면도이다.
도 5 는, 하중 검지 수단이 하중을 검지하면, 에어 컷 이송 속도를 마무리 연삭 가공 이송 속도로 전환하여, 피가공물을 원하는 두께까지 마무리 연삭하는 경우를 설명하는 단면도이다.
도 6 은, 마무리 연삭에 있어서의 에어 컷 개시 위치까지의 하강에서 상승 퇴피까지의 시간과 마무리 연삭 지석의 높이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 종래의 마무리 연삭에 있어서의 에어 컷 개시 위치까지의 하강에서 상승 퇴피까지의 시간과 마무리 연삭 지석의 높이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1 에 나타내는 연삭 장치 (1) 는, 조연삭 수단 (30) 및 마무리 연삭 수단 (31) 을 구비하고, 어느 유지 수단 (5) 상에 유지된 피가공물 (W) 을 조연삭 수단 (30) 또는 마무리 연삭 수단 (31) 에 의해 연삭하는 장치이다.
연삭 장치 (1) 는, 예를 들어, 제 1 장치 베이스 (10) 의 후방 (＋Y 방향측) 에 제 2 장치 베이스 (11) 를 연결하여 구성되어 있다. 제 1 장치 베이스 (10) 상은, 피가공물 (W) 의 반출입 등이 실시되는 반출입 영역 (A) 이 되고 있다. 제 2 장치 베이스 (11) 상은, 조연삭 수단 (30) 또는 마무리 연삭 수단 (31) 에 의해 유지 수단 (5) 으로 유지된 피가공물 (W) 이 연삭 가공되는 연삭 가공 영역 (B) 이 되고 있다.
피가공물 (W) 은, 예를 들어, 실리콘 모재 등으로 이루어지는 원형의 반도체 웨이퍼이고, 도 1 에 있어서 하방을 향하고 있는 피가공물 (W) 의 표면 (Wa) 은, 복수의 디바이스가 형성되어 있고, 보호 테이프 (T) 가 첩착되어 보호되어 있다. 피가공물 (W) 의 이면 (Wb) 은, 연삭 가공이 실시되는 피가공면인 상면 (Wb) 이 된다. 또한, 피가공물 (W) 은 실리콘 이외에 갈륨비소, 사파이어, 질화갈륨, 세라믹스, 수지, 또는 실리콘 카바이드 등으로 구성되어 있어도 되고, 패키지 기판등이어도 된다.
제 1 장치 베이스 (10) 의 정면측 (-Y 방향측) 에는, 제 1 카세트 재치 (載置) 부 (150) 및 제 2 카세트 재치부 (151) 가 형성되어 있고, 제 1 카세트 재치부 (150) 에는 가공 전의 피가공물 (W) 이 수용되는 제 1 카세트 (150a) 가 재치되고, 제 2 카세트 재치부 (151) 에는 가공 후의 피가공물 (W) 이 수용되는 제 2 카세트 (151a) 가 재치된다.
제 1 카세트 (150a) 의 개구의 후방에는, 제 1 카세트 (150a) 로부터 가공 전의 피가공물 (W) 을 반출함과 함께 가공 후의 피가공물 (W) 을 제 2 카세트 (151a) 에 반입하는 로봇 (155) 이 배치 형성되어 있다. 로봇 (155) 에 인접하는 위치에는, 임시 재치 영역 (152) 이 형성되어 있고, 임시 재치 영역 (152) 에는 위치 맞춤 수단 (153) 이 배치 형성되어 있다. 위치 맞춤 수단 (153) 은, 제 1 카세트 (150a) 로부터 반출되어 임시 재치 영역 (152) 에 재치된 피가공물 (W) 을, 축경되는 위치 맞춤 핀으로 소정의 위치에 위치 맞춤 (센터링) 한다.
위치 맞춤 수단 (153) 과 인접하는 위치에는, 피가공물 (W) 을 유지한 상태로 선회하는 로딩 아암 (154a) 이 배치되어 있다. 로딩 아암 (154a) 은, 위치 맞춤 수단 (153) 에 있어서 위치 맞춤된 피가공물 (W) 을 유지하여, 연삭 가공 영역 (B) 내에 배치 형성되어 있는 어느 유지 수단 (5) 에 반송한다. 로딩 아암 (154a) 의 옆에는, 가공 후의 피가공물 (W) 을 유지한 상태로 선회하는 언로딩 아암 (154b) 이 형성되어 있다. 언로딩 아암 (154b) 과 근접하는 위치에는, 언로딩 아암 (154b) 에 의해 반송된 가공 후의 피가공물 (W) 을 세정하는 매엽식의 세정 수단 (156) 이 배치되어 있다. 세정 수단 (156) 에 의해 세정된 피가공물 (W) 은, 로봇 (155) 에 의해 제 2 카세트 (151a) 에 반입된다.
제 2 장치 베이스 (11) 상의 후방 (＋Y 방향측) 에는 제 1 칼럼 (12) 이 세워져 설치되어 있고, 제 1 칼럼 (12) 의 전면에는, 조연삭 수단 (30) 과 유지 수단 (5) 을 상대적으로 접근 또는 이간시키는 Z 축 방향 (연직 방향) 으로 이동시키는 조연삭 이송 수단 (20) 이 배치 형성되어 있다. 조연삭 이송 수단 (20) 은, 연직 방향 (Z 축 방향) 의 축심을 갖는 볼 나사 (200) 와, 볼 나사 (200) 와 평행하게 배치 형성된 1 쌍의 가이드 레일 (201) 과, 볼 나사 (200) 에 연결되어 볼 나사 (200) 를 회동 (回動) 시키는 모터 (202) 와, 내부의 너트가 볼 나사 (200) 에 나사 결합되어 측부가 가이드 레일 (201) 에 슬라이딩 접촉하는 승강판 (203) 으로 구성되고, 모터 (202) 가 볼 나사 (200) 를 회동시키면, 이것에 수반하여 승강판 (203) 이 가이드 레일 (201) 에 가이드되어 Z 축 방향으로 왕복 이동하고, 승강판 (203) 에 장착된 조연삭 수단 (30) 도 Z 축 방향으로 왕복 이동한다.
조연삭 수단 (30) 은, 축 방향이 연직 방향 (Z 축 방향) 인 스핀들 (300) 과, 스핀들 (300) 을 회전 가능하게 지지하는 하우징 (301) 과, 스핀들 (300) 을 회전 구동시키는 스핀들 모터 (302) 와, 스핀들 (300) 의 하단에 접속된 원 형상의 마운트 (303) 와, 마운트 (303) 의 하면에 착탈 가능하게 접속된 연삭 휠 (304) 과, 승강판 (203) 에 연결되어 종단면이 대략 오목상이고 하우징 (301) 을 유지하는 홀더 (306) 를 구비한다. 그리고, 연삭 휠 (304) 은, 휠 기대 (304a) 와, 휠 기대 (304a) 의 바닥면에 환상으로 배치 형성된 대략 직방체 형상의 복수의 조연삭 지석 (304b) 을 구비한다. 조연삭 지석 (304b) 은, 예를 들어, 지석 중에 함유되는 지립이 비교적 큰 지석이다.
예를 들어, 스핀들 (300) 의 내부에는, Z 축 방향으로 연장되는 연삭수 유로가 형성되어 있고, 이 연삭수 유로에 도시되지 않은 연삭수 공급 수단이 연통되어 있다. 연삭수 공급 수단으로부터 스핀들 (300) 에 대해 공급되는 연삭수는, 연삭수 유로의 하단의 개구로부터 조연삭 지석 (304b) 을 향하여 하방으로 분출되어, 조연삭 지석 (304b) 과 피가공물 (W) 의 접촉 부위에 도달한다.
또, 제 2 장치 베이스 (11) 상의 후방에는, 제 2 칼럼 (13) 이 제 1 칼럼 (12) 에 X 축 방향으로 나란히 세워져 설치되어 있고, 제 2 칼럼 (13) 의 전면에는 마무리 연삭 이송 수단 (21) 이 배치 형성되어 있다. 마무리 연삭 이송 수단 (21) 은, 연직 방향 (Z 축 방향) 의 축심을 갖는 볼 나사 (210) 와, 볼 나사 (210) 와 평행하게 배치 형성된 1 쌍의 가이드 레일 (211) 과, 볼 나사 (210) 에 연결되어 볼 나사 (210) 를 회동시키는 모터 (212) 와, 내부의 너트가 볼 나사 (210) 에 나사 결합되어 측부가 가이드 레일 (211) 에 슬라이딩 접촉하는 승강판 (213) 으로 구성되고, 모터 (212) 가 볼 나사 (210) 를 회동시키면, 이것에 수반하여 승강판 (213) 이 가이드 레일 (211) 에 가이드되어 Z 축 방향으로 왕복 이동하고, 승강판 (213) 에 장착된 마무리 연삭 수단 (31) 도 Z 축 방향으로 왕복 이동한다.
마무리 연삭 수단 (31) 은, 축 방향이 연직 방향 (Z 축 방향) 인 스핀들 (310) 과, 스핀들 (310) 을 회전 가능하게 지지하는 하우징 (311) 과, 스핀들 (310) 을 회전 구동시키는 스핀들 모터 (312) 와, 스핀들 (310) 의 하단에 접속된 원 형상의 마운트 (313) 와, 마운트 (313) 의 하면에 착탈 가능하게 접속된 연삭 휠 (314) 과, 승강판 (213) 에 연결되어 종단면 대략 오목상이고 하우징 (311) 을 유지하는 홀더 (316) 로 구성된다. 그리고, 연삭 휠 (314) 은, 휠 기대 (314a) 와, 휠 기대 (314a) 의 바닥면에 환상으로 배치 형성된 대략 직방체 형상의 복수의 마무리 연삭 지석 (314b) 을 구비한다. 마무리 연삭 지석 (314b) 은, 예를 들어, 지석 중에 함유되는 지립이 비교적 작은 지석이다.
예를 들어, 스핀들 (310) 의 내부에는, Z 축 방향으로 연장되는 연삭수 유로가 형성되어 있고, 이 연삭수 유로에 도시되지 않은 연삭수 공급 수단이 연통되어 있다. 연삭수 공급 수단으로부터 스핀들 (310) 에 대해 공급되는 연삭수는, 연삭수 유로의 하단의 개구로부터 마무리 연삭 지석 (314b) 을 향하여 하방으로 분출되어, 마무리 연삭 지석 (314b) 과 피가공물 (W) 의 접촉 부위에 도달한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 2 장치 베이스 (11) 상에는, 턴 테이블 (6) 이 배치 형성되고, 턴 테이블 (6) 의 상면에는, 예를 들어 유지 수단 (5) 이 둘레 방향으로 등간격을 두고 3 개 배치 형성되어 있다. 턴 테이블 (6) 의 하방에는, 턴 테이블 (6) 을 자전시키기 위한 회전 수단 (66) 이 배치 형성되어 있고, 회전 수단 (66) 은 턴 테이블 (6) 을 Z 축 방향의 축심 둘레로 자전시킬 수 있다. 턴 테이블 (6) 이 자전함으로써, 3 개의 유지 수단 (5) 을 공전시켜, 임시 재치 영역 (152) 의 근방으로부터, 조연삭 수단 (30) 의 하방, 마무리 연삭 수단 (31) 의 하방으로 유지 수단 (5) 을 순차적으로 위치시킬 수 있다.
유지 수단 (5) 은, 예를 들어, 그 외형이 원 형상이고, 피가공물 (W) 을 흡착하는 포러스 부재 등으로 이루어지는 흡착부 (50) 와, 흡착부 (50) 를 지지하는 프레임체 (51) 를 구비한다. 흡착부 (50) 는 진공 발생 장치 등의 도시되지 않은 흡인원에 연통되어, 흡인원이 흡인함으로써 생성된 흡인력이, 흡착부 (50) 의 노출면인 유지면 (50a) 에 전달됨으로써, 유지 수단 (5) 은 유지면 (50a) 상에서 피가공물 (W) 을 흡인 유지한다. 유지 수단 (5) 은, 예를 들어, 평면에서 볼 때 원 형상의 테이블 기대 (55) 상에 고정되어 있고, 턴 테이블 (6) 상에서 Z 축 방향의 축심 둘레로 회전 가능하게 되어 있다.
조연삭 수단 (30) 또는 마무리 연삭 수단 (31) 의 하방에 위치된 유지 수단 (5) 에 인접하는 위치, 즉, 본 실시형태에 있어서는, 턴 테이블 (6) 의 중앙에 배치 형성된 지지대 (60) 상에는, 예를 들어, 피가공물 (W) 의 두께를 접촉식으로 측정하는 제 1 두께 측정 수단 (38A) 과 제 2 두께 측정 수단 (38B) 이 각각 배치 형성되어 있다. 제 1 두께 측정 수단 (38A) 과 제 2 두께 측정 수단 (38B) 은, 동일한 구조를 구비하고 있기 때문에, 이하에 제 1 두께 측정 수단 (38A) 에 대해서만 설명한다. 제 1 두께 측정 수단 (38A) 은, 예를 들어, 1 쌍의 두께 측정기 (하이트 게이지), 즉, 유지 수단 (5) 의 유지면 (50a) 의 높이 위치 측정용의 제 1 두께 측정기 (381) 와, 유지 수단 (5) 으로 유지된 피가공물 (W) 의 피연삭면인 상면 (Wb) 의 높이 위치 측정용의 제 2 두께 측정기 (382) 를 구비하고 있다.
제 1 두께 측정기 (381) 및 제 2 두께 측정기 (382) 는, 그 각 선단에, 상하 방향으로 승강하여 각 측정면에 접촉하는 콘택트를 구비하고 있다. 제 1 두께 측정기 (381) (제 2 두께 측정기 (382)) 는 상하동 가능하게 지지되어 있음과 함께, 각 측정면에 대해 적절한 힘으로 가압 가능하게 되어 있다. 제 1 두께 측정 수단 (38A) 은, 제 1 두께 측정기 (381) 에 의해, 기준면이 되는 프레임체 (51) 의 상면의 높이 위치를 검출하고, 제 2 두께 측정기 (382) 에 의해, 연삭되는 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 의 높이 위치를 검출하고, 양자의 검출값의 차를 산출함으로써, 피가공물 (W) 의 두께를 연삭 중에 축차적으로 측정할 수 있다.
연삭 장치 (1) 는, 적어도 조연삭 이송 수단 (20) 및 마무리 연삭 이송 수단 (21) 을 제어 가능한 제어 수단 (9) 을 구비하고 있다. CPU 및 메모리 등의 기억부 (90) 등으로 구성되는 제어 수단 (9) 은, 예를 들어, 조연삭 이송 수단 (20), 마무리 연삭 이송 수단 (21), 조연삭 수단 (30), 및 회전 수단 (66) 등에 전기적으로 접속되어 있고, 제어 수단 (9) 의 제어 하에서, 조연삭 이송 수단 (20) 에 의한 조연삭 수단 (30) 의 조연삭 가공 이송 동작, 마무리 연삭 이송 수단 (21) 에 의한 마무리 연삭 수단 (31) 의 마무리 연삭 가공 이송 동작, 조연삭 수단 (30) 에 있어서의 조연삭 지석 (304b) 의 회전 동작, 및 회전 수단 (66) 에 의한 턴 테이블 (6) 의 회전 동작 등이 제어된다.
예를 들어, 조연삭 이송 수단 (20) 의 모터 (202) 및 마무리 연삭 이송 수단 (21) 의 모터 (212) 는, 도시되지 않은 펄스 발진기로부터 드라이버를 통하여 공급되는 구동 펄스에 의해 동작하는 펄스 모터이다. 그리고, 제어 수단 (9) 은, 조연삭 이송 수단 (20) 의 모터 (202) 또는 마무리 연삭 이송 수단 (21) 의 모터 (212) 에 공급되는 구동 펄스수를 카운트함으로써, 조연삭 수단 (30) 또는 마무리 연삭 수단 (31) 의 연삭 이송 속도를 제어하고, 또, 연삭 이송 위치를 축차적으로 인식하는 것이 가능해진다.
예를 들어, 조연삭 이송 수단 (20) 의 모터 (202) 및 마무리 연삭 이송 수단 (21) 의 모터 (212) 를 펄스 모터가 아니라 서보 모터로 하고, 서보 모터에 로터리 인코더가 접속된 구성으로 해도 된다. 이 경우, 로터리 인코더는, 서보 앰프로서의 기능도 갖는 제어 수단 (9) 에 접속되어 있고, 제어 수단 (9) 의 출력 인터페이스로부터 서보 모터에 대해 동작 신호가 공급된 후, 인코더 신호 (서보 모터의 회전수) 를 제어 수단 (9) 의 입력 인터페이스에 대해 출력한다. 그리고, 인코더 신호를 받은 제어 수단 (9) 에 의해, 조연삭 수단 (30) 또는 마무리 연삭 수단 (31) 의 연삭 이송 속도가 원하는 속도가 되도록 피드백 제어되면서, 연삭 이송 위치가 축차적으로 인식된다.
연삭 장치 (1) 는, 예를 들어, 조연삭 수단 (30) (마무리 연삭 수단 (31)) 에 배치 형성되어 유지 수단 (5) 에 유지된 피가공물에 조연삭 지석 (304b) (마무리 연삭 지석 (314b)) 이 접촉했을 때의 하중을 검지하는 조연삭 하중 검지 수단 (37A) (마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B)) 을 구비하고 있다. 조연삭 하중 검지 수단 (37A) 과 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 은, 동일한 구조를 구비하고 있기 때문에, 이하에 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 에 대해서만 설명한다.
마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 은, 예를 들어, 압전 소자를 사용한 키슬러사 제조의 동력계로 이루어져 있다. 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 은, 예를 들어, 홀더 (316) 의 오목부 바닥면과 하우징 (311) 의 피지지면 사이에 상하 방향으로부터 끼워져 마무리 연삭 수단 (31) 의 중량을 지지하는 형태로 배치 형성되어 있다. 즉, 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 은, 마무리 연삭 수단 (31) 으로부터의 하중이 작용하는 작용점부가 되도록 배치 형성되어 있다. 그리고, 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 은, 검지한 하중에 대응하는 전압 신호를 무선 또는 유선의 통신 경로를 통하여 제어 수단 (9) 에 출력한다.
또한, 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 은, 홀더 (316) 의 오목부 바닥면의 둘레 방향으로 일정한 간격을 두고 복수, 예를 들어, 정삼각형의 정점이 되는 위치에 각각, 합계 3 개 배치 형성하면 바람직하다. 또는, 원환상으로 형성된 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 을 홀더 (316) 의 오목부 바닥면에 맞추어 1 개 배치 형성하는 것으로 해도 된다.
또는, 본 실시형태와 같이, 도 4 에 나타내는 홀더 (316) 의 바닥판 (316b) 과, Z 축 방향으로 연장되는 측판 (316c) 이 분리되는 구조로 하고, 바닥판 (316b) 과 측판 (316c) 사이에 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 을 합계 3 개 배치 형성해도 된다. 이 경우에도, 정삼각형의 정점이 되는 위치에 배치 형성하면 바람직하다.
요컨대, 먼저 설명한 형태와 같이, 홀더 (316) 의 오목부 바닥면과 하우징 (311) 의 피지지면 사이에 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 을 배치 형성한 경우에는, 피가공물 (W) 에 마무리 연삭 지석 (314b) 이 접촉하여 하중이 하우징 (311) 의 중력을 초과했을 때에 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 이 하중을 검지한다. 이에 반해, 본 실시형태와 같이, 홀더 (316) 의 바닥판 (316b) 과 측판 (316c) 이 분리되는 구조이고, 홀더 (316) 의 바닥판 (316b) 과 측판 (316c) 사이에 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 을 배치 형성한 경우에는, 피가공물 (W) 에 마무리 연삭 지석 (314b) 이 접촉한 순간의 하중을 검지하는 것이 가능해진다.
또한, 피가공물 (W) 에 조연삭 지석 (304b) 또는 마무리 연삭 지석 (314b) 이 접촉했을 때의 하중을 검지하는 하중 검지 수단은, 유지 수단 (5) 에 배치 형성되어 있어도 된다. 즉, 예를 들어, 유지 수단 (5) 의 프레임체 (51) 와 테이블 기대 (55) 사이에, 3 개의 하중 검지 수단이 정삼각형의 정점에 각각 위치하도록 상하 방향으로부터 끼워져 있어도 된다.
조연삭 하중 검지 수단 (37A) 이나 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 은, 본 실시형태에 나타내는 바와 같은 압전 소자로 구성되는 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 마무리 연삭 수단 (31) 의 하우징 (311) 이 에어 베어링에 의해 스핀들 (310) 을 비접촉으로 지지하는 경우에는, 하우징 (311) 과 스핀들 (310) 사이의 간극 (갭) 에 고압의 에어가 공급되고 있다. 또한, 하우징 (311) 은, 갭에 공급된 에어를 배기하기 위한 에어 배기로를 구비하고 있다. 이 에어 배기로를 통과하는 에어의 압력을 검출하는 에어 압력 센서를, 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 으로 한다. 그리고, 에어 압력 센서로 이루어지는 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 에 의한 측정값 (갭의 에어 압력) 에 소정의 계수를 곱하여 부하값 (하중값) 으로 하고, 피가공물 (W) 에 마무리 연삭 지석 (314b) 이 접촉했을 때의 하중을 검지하는 것으로 해도 된다 (상세하게는, 특허문헌 2 인 일본 공개특허공보 2008-049445호 참조).
이하에, 상기 도 1 에 나타내는 연삭 장치 (1) 를 사용하여 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 을 연삭하는 경우의, 연삭 장치 (1) 의 동작에 대해 설명한다.
연삭 장치 (1) 가 연삭을 실제로 실시하는 데에 있어서, 유지 수단 (5) 의 유지면 (50a) 으로부터 예를 들어 조연삭 지석 (304b) 의 연삭면 (하면) 까지의 Z 축 방향에 있어서의 상대 거리를 고정밀도로 파악하는 셋업이 이루어진다. 셋업의 일례로는, 조연삭 수단 (30) 을 하강시켜, 조연삭 지석 (304b) 의 연삭면을 유지 수단 (5) 의 유지면 (50a) 에 접촉시키고, 이 접촉되었을 때의 연삭 이송 위치로부터 제어 수단 (9) 이 그 상대 거리를 파악하여 기억부 (90) 에 기억시킨다.
또, 기억부 (90) 에는, 보호 테이프 (T) 가 표면 (Wa) 에 첩착된 피가공물 (W) 의 전체 두께에 대한 데이터가 미리 기억되어 있고, 그 데이터와 셋업에 의해 파악된 유지면 (50a) 으로부터 조연삭 지석 (304b) 의 연삭면까지의 Z 축 방향에 있어서의 상대 거리에 대한 데이터로부터, 조연삭 지석 (304b) 의 연삭면과 유지 수단 (5) 에 유지된 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 사이가 근소한 거리 (L1) (에어 컷 거리 (L1) 이고, 도 2 참조) 가 될 때까지 조연삭 수단 (30) 이 피가공물 (W) 에 접근했을 때의 높이 위치 (Z1) (에어 컷 개시 위치 (Z1) 이고, 도 2 참조) 가, 제어 수단 (9) 에 의해 파악되어 기억부 (90) 에 기억된다.
연삭 가공에 있어서는, 먼저, 도 1 에 나타내는 턴 테이블 (6) 이 자전함으로써, 피가공물 (W) 이 재치되어 있지 않은 상태의 유지 수단 (5) 이 공전하여, 유지 수단 (5) 이 로딩 아암 (154a) 의 근방까지 이동한다. 로봇 (155) 이 제 1 카세트 (150a) 로부터 한 장의 피가공물 (W) 을 인출하여, 피가공물 (W) 을 임시 재치 영역 (152) 으로 이동시킨다. 이어서, 위치 맞춤 수단 (153) 에 의해 피가공물 (W) 이 센터링된 후, 로딩 아암 (154a) 이, 센터링된 피가공물 (W) 을 유지 수단 (5) 상으로 이동시킨다. 그리고, 유지 수단 (5) 의 중심과 피가공물 (W) 의 중심이 대략 합치하도록, 피가공물 (W) 이 상면 (Wb) 을 위로 향하게 한 상태로 유지면 (50a) 상에 재치된다. 이 상태에서, 도시되지 않은 흡인원이 작동하여 생성된 흡인력이 유지면 (50a) 에 전달됨으로써, 유지 수단 (5) 이 유지면 (50a) 상에서 피가공물 (W) 을 상면 (Wb) 이 위를 향한 상태로 흡인 유지한다.
다음으로, 도 1 에 나타내는 턴 테이블 (6) 이 ＋Z 방향에서 보아 시계 방향으로 자전함으로써, 피가공물 (W) 을 흡인 유지한 상태의 유지 수단 (5) 이 공전하여, 조연삭 수단 (30) 의 조연삭 지석 (304b) 과 유지 수단 (5) 에 유지된 피가공물 (W) 의 위치 맞춤이 이루어진다. 위치 맞춤은, 예를 들어, 연삭 휠 (304) 의 회전 중심이 피가공물 (W) 의 회전 중심에 대해 소정의 거리만큼 수평 방향으로 어긋나, 조연삭 지석 (304b) 의 회전 궤적이 피가공물 (W) 의 회전 중심을 통과하도록 실시된다. 또, 스핀들 모터 (302) 가 스핀들 (300) 을 회전시키는 것에 수반하여, 연삭 휠 (304) 이 소정의 회전 속도로 회전한다.
예를 들어, 조연삭 수단 (30) 의 스핀들 모터 (302) 에는, 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값을 계측하는 도시되지 않은 전류계가 접속되어 있고, 연삭 휠 (304) 이 회전하기 시작하면, 도시되지 않은 전류계가, 스핀들 (300) 을 회전 구동시키는 스핀들 모터 (302) 에 흐르는 부하 전류값을 계측하기 시작한다. 그리고, 전류계가, 계측된 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값에 대한 정보를, 도 1 에 나타내는 제어 수단 (9) 의 전류값 감시부 (91) 에 순차적으로 보내어, 전류값 감시부 (91) 가 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값의 감시를 개시한다.
예를 들어, 제어 수단 (9) 의 기억부 (90) 에는, 미리, 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값에 대한 소정의 임계값이 기억되어 있다. 이 임계값은, 실험적, 경험적, 또는 이론적으로 선택된 값으로, 에어 컷 (공 (空) 절삭) 되어 있었던 조연삭 지석 (304b) 이 피가공물 (W) 에 접촉했을 때의 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값의 변화 (증가) 를 제어 수단 (9) 의 전류값 감시부 (91) 가 인식하기 위해서 기억되는 전류값이다. 즉, 제어 수단 (9) 의 전류값 감시부 (91) 에 의한 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값의 감시에 있어서는, 도시되지 않은 전류계가 계측하는 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값의 값과 상기 소정의 임계값이 순차적으로 계속해서 비교되고 있다.
또한, 상기 도시되지 않은 전류계에 의한 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값의 계측, 및 전류값 감시부 (91) 에 의한 임계값과 계측된 부하 전류값의 비교가 이루어지지 않아도 된다.
제어 수단 (9) 에 의한 제어 하에서 조연삭 이송 수단 (20) 이, 예를 들어 원점 높이 위치에 위치하고 있는 조연삭 수단 (30) 을 소정의 속도로 하강시켜 간다. 또, 원점 높이 위치로부터 하강하기 시작한 조연삭 수단 (30) 의 높이 위치는, 제어 수단 (9) 에 의해 항상 파악되고 있다.
그리고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 조연삭 수단 (30) 의 조연삭 지석 (304b) 의 연삭면 (하면) 이 에어 컷 개시 위치 (Z1) 에 도달한다. 즉, 예를 들어, 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 과 조연삭 지석 (304b) 의 연삭면 사이가 미리 설정된 에어 컷 거리 (L1) 인 100 ㎛ 까지 가까워진 상태가 된다.
또한, 도 2 에 있어서는, 조연삭 수단 (30), 및 조연삭 이송 수단 (20) 등의 구성을 간략화하여 나타내고 있다.
조연삭 지석 (304b) 의 연삭면 (하면) 이 에어 컷 개시 위치 (Z1) 에 도달하면, 조연삭 이송 수단 (20) 이, 에어 컷 개시 위치 (Z1) 로부터 조연삭 수단 (30) 의 연삭면이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 접촉할 때까지의 에어 컷 거리 (L1) 에 있어서의 에어 컷 이송 속도 (V1) 를, 연삭 가공에 사용하는 조연삭 가공 이송 속도 (V2) (도 3 참조) 보다 빠른 속도로 이동시키도록, 제어 수단 (9) 에 의한 장치 제어가 이루어진다.
즉, 제어 수단 (9) 에 의한 제어 하에서, 조연삭 이송 수단 (20) 의 모터 (202) 에 공급되는 펄스수가 감소되어, 조연삭 수단 (30) 의 하강 속도가 에어 컷 이송 속도 (V1) 로 감속된다. 에어 컷 이송 속도 (V1) 는, 예를 들어, 종래의 에어 컷 이송 속도인 조연삭 가공 이송 속도 (V2) (V2 ＝ 6 ㎛/초) 의 3 배의 속도인 18 ㎛/초이다. 따라서, 종래에 비해 에어 컷의 시간 단축 (종래 약 17 초인 것이 약 5.7 초) 이 가능해진다. 또한, 에어 컷 이송 속도 (V1) 는, 조연삭 가공 이송 속도 (V2) 보다 빠른 속도이지만, 그 상한은, 피가공물 (W) 의 상면에 조연삭 지석 (304b) 이 접촉했을 때에 피가공물 (W) 및 조연삭 지석 (304b) 이 파손되지 않는 속도에 들어간다.
제어 수단 (9) 에 의한 제어 하에서, 조연삭 이송 수단 (20) 이, 에어 컷 거리 (L1) 에 있어서 에어 컷 이송 속도 (V1) 로 조연삭 수단 (30) 을 하강시켜 가, 에어 컷의 시간이 종래보다 단축되면서, 도 3 에 나타내는 바와 같이 조연삭 지석 (304b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 맞닿음으로써 피가공물 (W) 의 조연삭이 개시된다.
또, 조연삭 수단 (30) 은, 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 으로부터 작용하는 ＋Z 방향의 항력에 의해 ＋Z 방향으로 가압된다. 그 때문에, 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 홀더 (306) 의 바닥판 (306b) 과 측판 (306c) 사이에 끼워지도록 배치 형성된 조연삭 하중 검지 수단 (37A) 을 구성하는 압전 소자가 가해진 하중에 의해 근소하게 변형되어, 압전 소자에는 하중에 따른 전위차가 발생한다. 압전 소자에 전위차가 발생함으로써, 조연삭 하중 검지 수단 (37A) 으로부터 하중 검지 신호가 제어 수단 (9) 에 보내진다.
하중 검지 신호를 받은 제어 수단 (9) 은, 에어 컷 이송 속도 (V1) 를 조연삭 가공 이송 속도 (V2) 로 전환하는 제어를 실시한다. 즉, 제어 수단 (9) 에 의한 제어 하에서, 조연삭 이송 수단 (20) 의 모터 (202) 에 공급되는 펄스수가 감소되어, 조연삭 수단 (30) 이 조연삭 가공 이송 속도 (V2) (V2 ＝ 6 ㎛/초) 까지 감속한다.
본 실시형태에 있어서는, 제어 수단 (9) 은, 에어 컷 이송 속도 (V1) 로 조연삭 수단 (30) 과 유지 수단 (5) 을 상대적으로 접근시키는 Z 축 방향으로 이동시키고, 예를 들어 조연삭 하중 검지 수단 (37A) 이 하중을 검지하기 전에 조연삭 수단 (30) 의 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값이 미리 설정된 임계값을 초과하면, 에어 컷 이송 속도 (V1) 를 조연삭 가공 이송 속도 (V2) 로 전환하는 제어를 실시해도 된다. 이하에, 본 제어의 이점에 대해 설명한다.
조연삭 지석 (304b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 접촉하여 절입됨으로써, 조연삭 지석 (304b) 에 가해지는 부하가 커진다. 여기서, 조연삭 지석 (304b) 이 한창 회전하고 있는 중에 있어서는, 도시되지 않은 전원으로부터 스핀들 모터 (302) 에 전력이 계속해서 공급되고 있어, 조연삭 지석 (304b) 에 작용하는 부하가 커졌을 경우에도 연삭 휠 (304) 을 일정한 회전수로 회전시키도록 스핀들 모터 (302) 는 피드백 제어되고 있다. 그 때문에, 조연삭 지석 (304b) 이 에어 컷되어 있었던 상태로부터 피가공물 (W) 을 연삭하기 시작하면, 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값이 상승해 가 기억부 (90) 에 기억되어 있는 임계값을 초과한다. 그 결과, 임계값과 계측된 부하 전류값을 비교하고 있는 제어 수단 (9) 의 전류값 감시부 (91) 는, 조연삭 지석 (304b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 접촉한 것으로 판단한다.
조연삭 지석 (304b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 맞닿음으로써 조연삭 하중 검지 수단 (37A) 이 하중을 검지하는 시점과, 상기 조연삭 지석 (304b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 접촉하고 나서 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값이 임계값을 초과한 것을 전류값 감시부 (91) 가 인식할 수 있는 시점은, 약간의 타임 래그가 있어, 일반적으로 후자 쪽이 늦은 시점이 된다. 따라서, 조연삭 하중 검지 수단 (37A) 이 하중을 검지하기 전에 조연삭 수단 (30) 의 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값이 미리 설정된 임계값을 초과한 것으로 인식된 경우에는, 조연삭 하중 검지 수단 (37A) 또는 조연삭 하중 검지 수단 (37A) 으로부터 제어 수단 (9) 으로 연결되는 통신 경로에 고장이 있는 것으로 생각된다.
따라서, 스핀들 모터 (302) 의 부하 전류값이 임계값을 초과한 것을 전류값 감시부 (91) 가 인식한 후, 제어 수단 (9) 에 의한 제어 하에서, 조연삭 이송 수단 (20) 의 모터 (202) 에 공급되는 펄스수가 감소되어, 조연삭 수단 (30) 의 하강 속도가 에어 컷 이송 속도 (V1) 보다 느린 조연삭 가공 이송 속도 (V2) (V2 ＝ 6 ㎛/초) 로 전환됨으로써, 조연삭 불량을 발생시키지 않고 조연삭을 적절히 속행시키는 것이 가능해진다. 그리고, 제어 수단 (9) 은, 예를 들어, 조연삭 하중 검지 수단 (37A) 등이 고장나 있는 것을, 경고음의 발보나 경고의 화면 표시 등에 의해 작업자 등에게 통지하는 것이 가능해진다.
조연삭 가공 이송 속도 (V2) 로 하강하는 조연삭 수단 (30) 의 조연삭 지석 (304b) 에 의해, 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 이 연삭되어 간다. 또, 유지 수단 (5) 이 소정의 회전 속도로 회전하는 것에 수반하여 유지면 (50a) 상에 유지된 피가공물 (W) 도 회전하므로, 조연삭 지석 (304b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 전체면의 조연삭 가공을 실시한다. 조연삭 가공 중에는, 연삭수가 조연삭 지석 (304b) 과 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 의 접촉 부위에 공급되어, 접촉 부위가 냉각·세정된다.
도 1 에 나타내는 제 1 두께 측정 수단 (38A) 에 의한 피가공물 (W) 의 두께 측정이 실시되면서, 마무리 두께의 직전까지 피가공물 (W) 이 조연삭된 후, 조연삭 이송 수단 (20) 이 조연삭 수단 (30) 을 상승시켜 피가공물 (W) 로부터 이간시킨다. 그리고, 도 1 에 나타내는 턴 테이블 (6) 이 ＋Z 방향에서 보아 시계 방향으로 회전하여, 피가공물 (W) 을 흡인 유지하는 유지 수단 (5) 이 마무리 연삭 수단 (31) 의 하방까지 이동하고, 연삭 휠 (314) 의 회전 중심이 피가공물 (W) 의 회전 중심에 대해 소정의 거리만큼 수평 방향으로 어긋나, 마무리 연삭 지석 (314b) 의 회전 궤적이 피가공물 (W) 의 회전 중심을 통과하도록 위치된다. 또, 스핀들 모터 (312) 가 스핀들 (310) 을 회전시키는 것에 수반하여, 연삭 휠 (314) 이 소정의 회전 속도로 회전한다.
조연삭 후의 피가공물 (W) 의 두께 정보는, 제 1 두께 측정 수단 (38A) 으로부터 제어 수단 (9) 에 송신된다. 제어 수단 (9) 은, 그 두께 정보와 셋업에 의해 이미 얻어져 있는 유지 수단 (5) 의 유지면 (50a) 으로부터 마무리 연삭 지석 (314b) 의 연삭면까지의 Z 축 방향에 있어서의 상대 거리에 대한 정보로부터, 마무리 연삭 지석 (314b) 의 연삭면과 유지 수단 (5) 에 유지된 조연삭 후의 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 사이가 근소한 거리 (L3) (에어 컷 거리 (L3)) 가 될 때까지 마무리 연삭 수단 (31) 이 피가공물 (W) 에 접근했을 때의 높이 위치 (Z3) (에어 컷 개시 위치 (Z3) 이고, 도 4 참조) 를 파악한다.
예를 들어, 마무리 연삭 수단 (31) 의 스핀들 모터 (312) 의 부하 전류값은, 도시되지 않은 전류계에 의해 측정되고, 측정값이 제어 수단 (9) 에 송신된다. 그리고, 제어 수단 (9) 의 전류값 감시부 (91) 가, 도시되지 않은 전류계가 계측하는 스핀들 모터 (312) 의 부하 전류값의 값과 미리 기억부 (90) 에 기억되어 있는 소정의 임계값을 순차적으로 비교해 간다. 또한, 상기 도시되지 않은 전류계에 의한 스핀들 모터 (312) 의 부하 전류값의 계측, 및 전류값 감시부 (91) 에 의한 임계값과 계측된 부하 전류값의 비교가 이루어지지 않아도 된다.
제어 수단 (9) 에 의한 제어 하에서 마무리 연삭 이송 수단 (21) 이, 예를 들어 원점 높이 위치에 위치하고 있는 마무리 연삭 수단 (31) 을 소정의 속도로 하강시켜 간다. 또, 원점 높이 위치로부터 하강하기 시작한 마무리 연삭 수단 (31) 의 높이 위치는, 제어 수단 (9) 에 의해 항상 파악되고 있다. 그리고, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 마무리 연삭 수단 (31) 의 마무리 연삭 지석 (314b) 의 연삭면 (하면) 이 에어 컷 개시 위치 (Z3) 에 도달한다. 즉, 예를 들어, 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 과 마무리 연삭 지석 (314b) 의 연삭면 사이가 에어 컷 거리 (L3) 인 20 ㎛ 까지 가까워진 상태가 된다. 또한, 도 4 에 있어서는, 마무리 연삭 수단 (31), 및 마무리 연삭 이송 수단 (21) 등의 구성을 간략화하여 나타내고 있다.
마무리 연삭 지석 (314b) 의 연삭면이 에어 컷 개시 위치 (Z3) 에 도달하면, 제어 수단 (9) 에 의한 제어 하에서, 마무리 연삭 이송 수단 (21) 의 모터 (212) 에 공급되는 펄스수가 감소되어, 마무리 연삭 수단 (31) 의 하강 속도가 에어 컷 이송 속도 (V3) 가 된다. 에어 컷 이송 속도 (V3) 는, 예를 들어, 종래의 에어 컷 이송 속도인 도 5 에 나타내는 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) (V4 ＝ 0.6 ㎛/초) 의 3 배의 속도인 1.8 ㎛/초이다. 따라서, 종래보다 에어 컷의 시간 단축 (종래 약 33 초인 것이 약 11 초) 이 가능해진다. 또한, 에어 컷 이송 속도 (V3) 는, 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) 보다 빠른 속도이지만, 그 상한은, 피가공물 (W) 의 상면에 마무리 연삭 지석 (314b) 이 접촉했을 때에 피가공물 (W) 및 마무리 연삭 지석 (314b) 이 파손되지 않는 속도에 들어간다.
에어 컷의 시간이 종래보다 단축되면서, 도 5 에 나타내는 바와 같이 마무리 연삭 지석 (314b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 맞닿음으로써 피가공물 (W) 의 마무리 연삭이 개시된다.
또, 마무리 연삭 수단 (31) 은, 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 으로부터 작용하는 ＋Z 방향의 항력에 의해 ＋Z 방향으로 가압된다. 그 때문에, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 홀더 (316) 의 바닥판 (316b) 과 측판 (316c) 사이에 끼워지도록 배치 형성된 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 을 구성하는 압전 소자가 하중에 의해 근소하게 변형되어, 압전 소자에는 하중에 따른 전위차가 발생함으로써, 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 으로부터 하중 검지 신호가 제어 수단 (9) 에 보내진다.
하중 검지 신호를 받은 제어 수단 (9) 에 의한 제어 하에서, 마무리 연삭 이송 수단 (21) 의 모터 (212) 에 공급되는 펄스수가 감소되어, 마무리 연삭 수단 (31) 의 하강 속도가 보다 느린 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) (V4 ＝ 0.6 ㎛/초) 로 전환된다.
본 실시형태에 있어서는, 제어 수단 (9) 은, 에어 컷 이송 속도 (V3) 로 마무리 연삭 수단 (31) 과 유지 수단 (5) 을 상대적으로 접근시키는 Z 축 방향으로 이동시키고, 예를 들어 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 이 하중을 검지하기 전에 마무리 연삭 수단 (31) 의 스핀들 모터 (312) 의 부하 전류값이 미리 설정된 임계값을 초과하면, 에어 컷 이송 속도 (V3) 를 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) 로 전환하는 제어를 실시해도 된다.
마무리 연삭 지석 (314b) 이 한창 회전하고 있는 중에 있어서는, 도시되지 않은 전원으로부터 스핀들 모터 (312) 에 전력이 계속해서 공급되고 있어, 마무리 연삭 지석 (314b) 에 작용하는 부하가 커진 경우에도 연삭 휠 (314) 을 일정한 회전수로 회전시키도록 스핀들 모터 (312) 는 피드백 제어되고 있다. 따라서, 마무리 연삭 지석 (314b) 이 에어 컷되어 있었던 상태로부터 피가공물 (W) 을 연삭하기 시작하면, 스핀들 모터 (312) 의 부하 전류값이 상승해 가 미리 설정된 임계값을 초과한다. 그 결과, 임계값과 계측된 부하 전류값을 순차적으로 비교하고 있는 전류값 감시부 (91) 는, 마무리 연삭 지석 (314b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 접촉한 것으로 판단한다.
마무리 연삭 지석 (314b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 맞닿음으로써, 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 이 하중을 검지하는 시점은, 상기 마무리 연삭 지석 (314b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 접촉하고 나서 스핀들 모터 (312) 의 부하 전류값이 임계값을 초과한 것을 전류값 감시부 (91) 가 인식할 수 있는 시점보다 일반적으로 앞의 시점이다. 따라서, 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 이 하중을 검지하기 전에 마무리 연삭 수단 (31) 의 스핀들 모터 (312) 의 부하 전류값이 미리 설정된 임계값을 초과한 것으로 인식된 경우에는, 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 등에 고장이 있는 것으로 생각된다.
따라서, 스핀들 모터 (312) 의 부하 전류값이 임계값을 초과한 것을 전류값 감시부 (91) 가 인식한 후, 제어 수단 (9) 에 의한 제어 하에서, 마무리 연삭 이송 수단 (21) 의 모터 (212) 에 공급되는 펄스수가 감소되어, 마무리 연삭 수단 (31) 의 하강 속도가 에어 컷 이송 속도 (V3) 보다 느린 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) 로 전환됨으로써, 연삭 불량을 발생시키지 않고 마무리 연삭을 적절히 속행시킬 수 있다. 그리고, 제어 수단 (9) 은, 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 이 고장나 있는 것을, 경고음의 발보나 경고의 화면 표시 등에 의해 작업자 등에게 통지하는 것이 가능해진다.
마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) 로 하강하는 마무리 연삭 지석 (314b) 에 의해, 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 이 연삭되어 간다. 또, 유지 수단 (5) 이 소정의 회전 속도로 회전하는 것에 수반하여 유지면 (50a) 상에 유지된 피가공물 (W) 도 회전되므로, 마무리 연삭 지석 (314b) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 전체면의 마무리 연삭 가공을 실시한다. 마무리 연삭 가공 중에 있어서, 연삭수가 마무리 연삭 지석 (314b) 과 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 의 접촉 부위에 공급되어, 접촉 부위가 냉각·세정된다.
도 1 에 나타내는 제 2 두께 측정 수단 (38B) 에 의한 피가공물 (W) 의 두께 측정이 실시되면서, 피가공물 (W) 의 두께가 마무리 두께에 가까워지면, 예를 들어, 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) 가 더욱 느린 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V5) 로 감속된다. 예를 들어, 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) 로 실시하는 마무리 연삭을 제 1 마무리 연삭 가공으로 하고, 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V5) 로 실시하는 마무리 연삭을 제 2 마무리 연삭 가공으로 한다. 이 제 2 마무리 연삭 가공에서는, 제 1 마무리 연삭 가공에 있어서, 피가공물 (W) 의 피연삭면인 상면 (Wb) 에 마무리 연삭 수단 (31) 의 가압에 의한 데미지층이 형성되므로, 마무리 연삭 수단 (31) 을 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V5) 까지 감속시킴으로써 데미지층에 대한 마무리 연삭 수단 (31) 의 가압을 약간 약하게 하여 연삭이 실시되어 간다.
피가공물 (W) 이 마무리 두께까지 연삭된 후, 예를 들어, 소위 스파크 아웃으로 불리는 가공이 실시된다. 스파크 아웃에서는, 마무리 연삭 이송 수단 (21) 에 의한 마무리 연삭 수단 (31) 의 하강이 정지되어, 소정 시간 마무리 연삭 수단 (31) 의 높이 위치가 유지된 상태에서, 회전되는 마무리 연삭 지석 (314b) 에 의해 회전되는 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 의 연삭 잔여물이 제거되어, 상면 (Wb) 이 정돈된다.
그 후, 마무리 연삭 이송 수단 (21) 에 의해 마무리 연삭 수단 (31) 이 이스케이프 컷된다. 이스케이프 컷에 있어서는, 마무리 연삭 수단 (31) 이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 대한 악영향을 억제하기 위해서 천천히 상승한다. 그리고, 이스케이프 컷의 종료 후에는, 마무리 연삭 수단 (31) 을 원점 높이 위치로 되돌리기 위해서 상승시키는 상승 퇴피 단계가 된다.
상기와 같이, 본 발명에 관련된 연삭 장치 (1) 는, 제어 수단 (9) 은, 에어 컷 개시 위치 (Z3) 로부터 마무리 연삭 지석 (314b) 의 연삭면이 피가공물 (W) 의 상면 (Wb) 에 접촉할 때까지의 거리 (L3) (에어 컷 거리 (L3)) 에 있어서의 에어 컷 이송 속도 (V3) 를, 마무리 연삭 지석 (314b) 이 피가공물 (W) 을 연삭할 때의 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) 보다 빠른 속도 (예를 들어, 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) 의 3 배의 속도) 로 하고, 마무리 연삭 하중 검지 수단 (37B) 이 하중을 검지하면, 에어 컷 이송 속도 (V3) 를 마무리 연삭 가공 이송 속도 (V4) 로 전환하여, 원하는 마무리 두께까지 연삭함으로써, 도 7 의 그래프 G2 를 사용하여 나타내는 종래의 에어 컷의 시간에 비해, 도 6 의 그래프 G1 을 사용하여 나타내는 바와 같이, 에어 컷 시간을 단축시켜, 피가공물 (W) 의 연삭에 있어서의 생산 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
이어서, 도 1 에 나타내는 턴 테이블 (6) 이 회전함으로써, 피가공물 (W) 을 흡인 유지한 유지 수단 (5) 이 언로딩 아암 (154b) 의 근방으로 이동한다. 그리고, 도 1 에 나타내는 언로딩 아암 (154b) 이, 유지 수단 (5) 상의 피가공물 (W) 을 세정 수단 (156) 에 반송한다. 세정 수단 (156) 이 피가공물 (W) 을 세정한 후, 로봇 (155) 이 피가공물 (W) 을 제 2 카세트 (151a) 에 반입한다.
본 발명에 관련된 연삭 장치 (1) 는 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 여러 가지 상이한 형태로 실시되어도 되는 것은 말할 필요도 없다. 또, 첨부 도면에 도시되어 있는 연삭 장치 (1) 의 구성의 외형 등에 대해서도, 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 효과를 발휘할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경 가능하다.
W : 피가공물
Wa : 피가공물의 표면
Wb : 피가공물의 이면 (상면)
1 : 연삭 장치
10 : 제 1 장치 베이스
A : 반출입 영역
150 : 제 1 카세트 재치부
150a : 제 1 카세트
151 : 제 2 카세트 재치부
151a : 제 2 카세트
152 : 임시 재치 영역
153 : 위치 맞춤 수단
154a : 로딩 아암
154b : 언로딩 아암
155 : 로봇
156 : 세정 수단
11 : 제 2 장치 베이스
B : 연삭 가공 영역
12 : 제 1 칼럼
20 : 조연삭 이송 수단
200 : 볼 나사
202 : 모터
30 : 조연삭 수단
301 : 하우징
302 : 스핀들 모터
304b : 조연삭 지석
306 : 홀더
37A : 조연삭 하중 검지 수단
13 : 제 2 칼럼
21 : 마무리 연삭 이송 수단
210 : 볼 나사
212 : 모터
31 : 마무리 연삭 수단
311 : 하우징
312 : 스핀들 모터
316 : 홀더
316b : 홀더의 바닥판
316c : 홀더의 측판
314b : 마무리 연삭 지석
37B : 마무리 연삭 하중 검지 수단
38A : 제 1 두께 측정 수단
38B : 제 2 두께 측정 수단
6 : 턴 테이블
66 : 회전 수단
5 : 유지 수단
50a : 유지면
9 : 제어 수단
90 : 기억부
91 : 전류값 감시부

Claims (2)

  1. 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 연삭 지석을 환상으로 배치 형성한 연삭 휠을 회전 가능하게 장착하고 그 연삭 지석으로 그 유지 수단에 유지된 피가공물을 연삭하는 연삭 수단과, 그 연삭 수단과 그 유지 수단을 상대적으로 접근 또는 이간시키는 방향으로 이동시키는 연삭 이송 수단과, 그 유지 수단과 그 연삭 수단의 적어도 일방에 배치 형성되고 그 유지 수단에 유지된 피가공물에 그 연삭 지석이 접촉했을 때의 하중을 검지하는 하중 검지 수단과, 적어도 그 연삭 이송 수단을 제어하는 제어 수단을 적어도 구비하는 연삭 장치로서,
    그 연삭 지석의 연삭면과 그 유지 수단에 유지된 피가공물의 상면 사이가 근소한 거리가 될 때까지 그 연삭 수단이 피가공물에 접근한 높이 위치를 에어 컷 개시 위치로 하고,
    그 제어 수단은, 그 에어 컷 개시 위치로부터 그 연삭 지석의 연삭면이 피가공물의 상면에 접촉할 때까지의 거리에 있어서의 에어 컷 이송 속도를, 그 연삭 지석이 피가공물을 연삭할 때의 연삭 가공 이송 속도보다 빠른 속도로 하고, 그 하중 검지 수단이 하중을 검지하면, 그 에어 컷 이송 속도를 그 연삭 가공 이송 속도로 전환하여, 원하는 두께까지 연삭하는, 연삭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 에어 컷 이송 속도로 상기 연삭 수단과 상기 유지 수단을 상대적으로 접근시키는 방향으로 이동시키고, 상기 하중 검지 수단이 하중을 검지하기 전에 그 연삭 수단의 스핀들 모터의 부하 전류값이 미리 설정된 임계값을 초과하면, 그 에어 컷 이송 속도를 상기 연삭 가공 이송 속도로 전환하는, 연삭 장치.
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