JP7636141B2

JP7636141B2 - 研削装置

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Publication number: JP7636141B2
Application number: JP2020099979A
Authority: JP
Inventors: 大輔山本
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2025-02-26
Anticipated expiration: 2040-06-09
Also published as: TW202146164A; TWI862839B; CN113770861A; KR20210152941A; JP2021194708A

Description

本発明は、研削装置に関する。

特許文献１に開示のように、被加工物を研削する研削装置に装着する研削ホイールは、基台と、基台に隙間をあけて環状に配列された複数のセグメント砥石とを備えている。
被加工物の研削加工時には、研削ホイールを回転させるとともに、被加工物が保持されているチャックテーブルを回転させて、セグメント砥石を被加工物の外周から中心に向かって進入させている。
セグメント砥石が被加工物の外周から進入する際、セグメント砥石に受ける衝撃などによって、セグメント砥石が基台から脱落することがある。

研削ホイールにセグメント砥石が脱落した部分があると、被研削面に研削されていない部分の円弧の模様ができ、その模様の部分に厚み差が生じるという問題がある。
そのため、特許文献２に開示のように、セグメント砥石の脱落を検知するという発明がある。

特開２００３－０８９０６５号公報特開２０１７－１２７９３６号公報

しかし、セグメント砥石の脱落の検知を可能にするには、研削ホイールを１０ｒｐｍ程度の低速で回転させる必要がある。研削ホイールを低速で回転させるには、回転軸の回転角度を検知するエンコーダと、エンコーダによって検知した回転角度をフィードバックしながら回転させるサーボモータと、サーボモータを所定の回転角度で回転させる制御部とが必要となり高価である。
したがって、研削装置には、高価なモータユニットを備えずに、研削ホイールを低速回転させてセグメント砥石の脱落を検知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保持手段と、基台に複数のセグメント砥石が隙間が設けられた状態で環状に基台に配置され回転可能な研削ホイールを有し、該保持手段に保持された被加工物を該セグメント砥石を用いて研削する研削手段と、該保持面に垂直な方向に該研削手段を移動させる研削送り手段と、該セグメント砥石が存在するか否かを検知する先端検知手段とを備える研削装置であって、該先端検知手段が該セグメント砥石の先端を検知可能に位置づけられた該研削ホイールにエアを噴射し該先端検知手段が検知可能な速度で該研削ホイールを回転させるエアノズルと、該エアノズルから噴射したエアによって回転する該研削ホイールの該先端検知手段によって検知された該セグメント砥石の数または該隙間の数をカウントするカウンタと、該カウンタの値によって該セグメント砥石の脱落を判断する判断部と、を備える研削装置である。
上記の研削装置に備える該先端検知手段は、測定光を投光する投光部と、該投光部との間に該セグメント砥石を進入可能に該投光部に対向配置し該投光部から投光された該測定光を受光する受光部と、該投光部と該受光部との間に該セグメント砥石が進入した事による該受光部の受光量の変化で該セグメント砥石または該隙間を検知する検知部と、を備え、該エアノズルは、該投光部にエアを吹き付ける投光部エア噴射部と、該受光部にエアを噴射する受光部エア噴射部とを備え、該投光部エア噴射部及び該受光部エア噴射部は、それぞれから噴出されるエアの方向と、そのエアが当たる位置における該セグメント砥石の回転軌道の接線方向とが平行にも垂直にもならないように配設され、該研削ホイールを回転させる機能と、該投光部と該受光部との間に付着している水滴を除去する機能とを併有することが望ましい。

本発明によれば、研削ホイールを低速で回転させる特殊なモータ等を備えることなく、エアを吹き付けることによって研削ホイールの低速回転が可能となる。したがって、セグメント砥石の脱落を検知できる安価な研削装置を構成することができ、経済的である。

研削装置の全体を表す斜視図である。第１研削ホイールの底面図である。投光部から投光された光が隙間を通る状態を示す正面図である。研削ホイールが投光部からの測定光を断続的に遮光する際の電圧の変化を表すグラフ図である。

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１４を研削加工する研削装置である。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の上における＋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を支持する研削送り手段４が配設されている。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の下面に装着された研削ホイール３６とを備えている。研削ホイール３６はマウント３３に対して着脱可能であり、マウント３３には、研削ホイール３６に代えて他の種類の研削ホイールを取り付けることもできる。

研削ホイール３６は、基台３６１と、基台３６１の下面に環状に配列された略直方体形状を有する複数のセグメント砥石３６０とを備えている。

図２に示すように、隣り合う２つのセグメント砥石３６０は、隙間３６３を空けて配設されており、すべてのセグメント砥石３６０は、全体として環状に配列されている。各セグメント砥石３６０は、その円周方向の長さとしてのセグメント長さ３６４を有している。セグメント砥石３６０の下面３６２は被加工物１４を研削する研削面となっている。

図１に示したモータ３２を用いて、回転軸３５を軸にしてスピンドル３０を回転させることにより、スピンドル３０に接続されているマウント３３及びマウント３３に装着されている研削ホイール３６が、基台３６１の中心を通るＺ軸方向の回転軸３５を軸にして回転することとなる。

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、ボールネジ４０の上端に連結され回転軸４５を軸にしてボールネジ４０を回動させるＺ軸モータ４２と、内部のナットがボールネジ４０に螺合し側部がガイドレール４１に摺接する昇降板４３と、昇降板４３に連結されスピンドル３０を保持するホルダ４４とを備えている。
Ｚ軸モータ４２を用いてボールネジ４０を駆動することにより、ボールネジ４０が回転軸４５を軸にして回転すると、昇降板４３がガイドレール４１に案内されながらＺ軸方向に昇降移動し、これに伴って、ホルダ４４に保持されている研削手段３が、保持面２００に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に移動する構成となっている。

ベース１０の上には、保持手段２が配設されている。保持手段２は、円板状の吸引部２０と吸引部２０を支持する環状の枠体２１とを備えている。吸引部２０は、多数の細孔を有するポーラス部材であり、吸引部２０の上面は被加工物１４が吸引保持される保持面２００となっている。枠体２１の上面２１０は、保持面２００に面一に形成されている。

保持手段２の保持面２００には、図示しない吸引源が接続されている。例えば、保持面２００に被加工物１４が載置された状態で、該吸引源を作動させることにより、保持面２００に被加工物１４を吸引保持することができる。

また、保持手段２には、図示しない回転機構が配設されている。該回転機構を用いることにより、保持手段２を回転させることができる。

保持手段２の周囲にはカバー２８が配設されており、カバー２８は蛇腹２７に伸縮可能に連結されている。
保持手段２がＹ軸方向に移動すると、カバー２８が保持手段２と一体的にＹ軸方向に移動して、蛇腹２７が伸縮することとなる。

保持手段２の＋Ｙ方向側には、先端検知手段５が配設されている。先端検知手段５は、例えばカバー２８に固定され、保持手段２とともに±Ｙ方向に移動可能となっている。先端検知手段５は、基台５３と基台５３の上に配設された投受光素子５４と備えている。投受光素子５４は、測定光を投光する投光部５０と、投光部５０から投光された測定光を受光する受光部５１とを備えている。受光部５１は投光部５０に対向配置されている。投光部５０と受光部５１との間には、Ｘ軸方向に貫通する凹部５４０が形成されている。凹部５４０には、セグメント砥石３６０が進入可能となっている。

また、先端検知手段５は、セグメント砥石３６０または隙間３６３を検知する検知部５５を備えている。検知部５５は、投光部５０と受光部５１との間にセグメント砥石３６０が進入することにより変化する受光部５１の受光量を、電圧の値に換算して測定し、その電圧の変化に基づいてセグメント砥石３６０または隙間３６３を検知する機能を有している。

研削装置１は、図２及び図３に示すように、先端検知手段５がセグメント砥石３６０の先端を検知することができる位置に位置づけられた研削ホイール３６にエアを噴射するエアノズル７を備えている。エアノズル７は、投光部５０にエアを吹き付ける投光部エア噴射部７０と、受光部５１にエアを噴射する受光部エア噴射部７１とを備えている。投光部エア噴射部７０及び受光部エア噴射部７１は、エア源７２に接続されている。
図２に示すように、投光部エア噴射部７０及び受光部エア噴射部７１は、それぞれから噴出されるエアの方向と、そのエアが当たる位置におけるセグメント砥石３６０の回転軌道の接線方向とが平行にも垂直にもならないように配設されている。また、エアがセグメント砥石３６０に当たる位置においては、投光部エア噴射部７０から噴出されるエアの方向とセグメント砥石３６０の回転軌道の接線方向とがなす角度は、受光部エア噴射部７１から噴出されるエアの方向とセグメント砥石３６０の回転軌道の接線方向とがなす角度とほぼ等しい。また、図３に示すように、投光部エア噴射部７０及び受光部エア噴射部７１は、それぞれから噴出されるエアの方向とセグメント砥石３６０の下面３６２とが平行にも垂直にもならないように配設されている。
なお、図示の例におけるエアノズル７は、先端検知手段５と一体となっているが、両者を別体とした構成としてもよい。

先端検知手段５がセグメント砥石３６０の先端を検知することができる位置に研削ホイール３６が位置づけられている状態で、エアノズル７の投光部エア噴射部７０及び受光部エア噴射部７１から、研削ホイール３６の内側面３６５及び外側面３６６並びに下面３６２に向けてエアを噴射することによって、研削ホイール３６を回転させることができる。
なお、エアノズル７においては、エア源７２から供給されるエアの流量を調節することによって、研削ホイール３６の回転速度を調節することが可能となっている。

また、エアノズル７は、エアノズル７の投光部エア噴射部７０及び受光部エア噴射部７１からエアを噴射して、投光部５０と受光部５１との間に付着している水滴等を除去するという機能を有している。すなわち、図示の例では、投光部エア噴射部７０及び受光部エア噴射部７１が、研削ホイール３６を回転させる機能と、水滴等を除去する機能とを併有している。なお、投光部エア噴射部７０及び受光部エア噴射部７１のほかに別のノズルを設け、研削ホイール３６を回転させる機能と水滴等を除去する機能とを別々のノズルによって実現してもよい。

先端検知手段５には、研削ホイール３６の回転中にセグメント砥石３６０の数または隙間３６３の数をカウントするカウンタ６０が接続されている。また、カウンタ６０には、カウンタ６０の値によってセグメント砥石３６０の脱落を判断する判断部６１が接続されている。

カウンタ６０は、検知部５５がセグメント砥石３６０を検知する度にその数をカウントアップする機能を有している。また、カウンタ６０は、検知部５５が隙間３６３を検知する度にその数をカウントアップする機能を有している。例えば、先端検知手段５がセグメント砥石３６０及び隙間３６３を検知することができる速度である１０ｒｐｍで研削ホイール３６が回転しているときに、検知部５５がセグメント砥石３６０を検知すると、カウンタ６０のカウント値が上昇する。カウンタ６０は、例えば、研削ホイール３６が一回転する間に検知部５５が検知するセグメント砥石３６０の数をカウントすることができる。

また、判断部６１には、予めセグメント砥石３６０の数を記憶させておくことができる。カウンタ６０によってカウントされた研削ホイール３６の一回転あたりのセグメント砥石３６０の数と、判断部６１に記憶されたセグメント砥石３６０の数とを比較することによってセグメント砥石３６０が脱落しているかどうかを判断することできる。

２研削装置の動作
（研削加工）
上記の研削装置１を用いて被加工物１４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１４を研削加工する際には、まず、図１に示した被加工物１４を保持手段２の保持面２００に載置する。そして、保持手段２に接続されている図示しない吸引源を作動させて、生み出された吸引力を保持面２００に伝達する。これにより、被加工物１４が保持面２００に吸引保持される。

被加工物１４が保持面２００に吸引保持されている状態で、図示しないＹ軸移動手段等を用いて保持手段２を＋Ｙ方向に移動させて、研削手段３の下方に位置付ける。
次いで、図示しない回転機構を用いて保持手段２を回転させて、保持面２００に保持されている被加工物１４を回転させるとともに、モータ３２を用いて回転軸３５を軸にしてセグメント砥石３６０を回転させる。

被加工物１４が回転軸２５を軸にして回転しており、かつ、セグメント砥石３６０が回転軸３５を軸にして回転している状態で、研削送り手段４を用いて研削手段３を－Ｚ方向に下降させる。セグメント砥石３６０を－Ｚ方向に下降させることにより、セグメント砥石３６０の下面３６２が被加工物１４の上面１４０に接触する。
下面３６２が被加工物１４の上面１４０に接触している状態で、さらにセグメント砥石３６０を－Ｚ方向に下降させていくことによって被加工物１４が研削される。
被加工物１４の研削加工が終了したら、研削送り手段４を用いて研削手段３を＋Ｚ方向に移動させてセグメント砥石３６０を被加工物１４の上面１４０から離間させた後、被加工物１４を保持手段２の保持面２００から搬出する。

（セグメント砥石の脱落の判断）
研削装置１においては、被加工物１４の研削加工前等にセグメント砥石３６０が脱落しているかどうかが判断される。以下、セグメント砥石３６０が脱落しているかどうかを判断する際の研削装置１の動作について説明する。
セグメント砥石３６０が脱落しているかどうかを判断する際には、図１に示した先端検知手段５を作動させて、投光部５０から受光部５１に向けて測定光を投光するとともに、凹部５４０の上方にセグメント砥石３６０の回転軌道が位置するように先端検知手段５を移動させる。

そして、研削送り手段４を用いて研削ホイール３６を－Ｚ方向に適宜の距離だけ下降させる。すると、セグメント砥石３６０が投受光素子５４の凹部５４０に進入して、セグメント砥石３６０の下面３６２が投光部５０と受光部５１とを直線で結んだ投受光ライン５２（図２参照）の高さ位置よりも下に位置づけられる。

次に、例えば、図２に示したエア源７２を作動させて投光部エア噴射部７０及び受光部エア噴射部７１にエアを供給する。これにより、投光部エア噴射部７０及び受光部エア噴射部７１から研削ホイール３６の両側面３６５、３６６及び下面３６２に向けて所定の流量のエアが噴射されて、研削ホイール３６がエアの押力を受けて回転する。研削ホイール３６の回転速度は、例えば１０ｒｐｍとする。
つまり、エア噴射部７１は、セグメント砥石３６０の下方に配置し、斜め上に向かってエアを噴射しているので、エアの噴射方向に沿って研削ホイール３６を回転させる事ができる。

ここで、セグメント砥石３６０の下面３６２が投光部５０と受光部５１とを直線で結んだ投受光ライン５２の高さ位置よりも下に位置づけられている状態で研削ホイール３６が回転すると、投受光ライン５２にセグメント砥石３６０が重なって遮光されている状態と、投受光ライン５２にセグメント砥石３６０が重なっておらず遮光されていない状態とが交互に繰り返される。

図４には、回転するセグメント砥石３６０によって投光部５０から投光された測定光が遮光されている状態と遮光されていない状態とが繰り返されたときに検知部５５に検知される電圧の変化が測定されたグラフが示されている。

検知部５５には、予め、セグメントしきい値８０と隙間しきい値８１とが設定されている。例えば、測定された受光電圧が隙間しきい値８１よりも大きいときには、投光部５０から投光された測定光が遮光されていないものとして隙間３６３が検知される。また、測定された受光電圧がセグメントしきい値８０よりも小さいときには、投光部５０から投光された測定光がセグメント砥石３６０によって遮光されているものとしてセグメント砥石３６０が検知される。

回転するセグメント砥石３６０によって投光部５０から投光された測定光が遮光されている状態と遮光されていない状態とが繰り返されると、図４に示すように、例えば、第１受光電圧８２と第２受光電圧８３との２つの値が交互に測定される。
測定された受光電圧が第１受光電圧８２であるときには、第１受光電圧８２がセグメントしきい値８０よりも小さいためセグメント砥石３６０が検知部５５に検知される。また、測定された受光電圧が第２受光電圧８３であるときには、第２受光電圧８３が隙間しきい値８１よりも大きいため隙間３６３が検知部５５に検知される。
したがって、検知部５５によってセグメント砥石３６０と隙間３６３とが交互に検知される。

研削ホイール３６の回転開始とともに、カウンタ６０によるセグメント砥石３６０の数のカウントを開始する。すると、検知部５５がセグメント砥石３６０を検知する度に、カウンタ６０のカウント値が上昇する。そして、研削ホイール３６が一回転する間に検知部５５が検知したセグメント砥石３６０の数をカウンタ６０によってカウントした後、カウンタ６０の動作を停止するとともに、エアノズル７からのエアの噴射を停止して、研削ホイール３６の回転動作を停止させる。

その後、研削ホイール３６が一回転する間にカウンタ６０によってカウントされたカウント値と、予め判断部６１に記憶されたセグメント砥石３６０の数とが判断部６１によって比較される。
このとき、研削ホイール３６が一回転する間にカウンタ６０にカウントされたカウント値が、予め判断部６１に記憶されたセグメント砥石３６０の数と一致しているときには、セグメント砥石３６０が脱落していないと判断される。一方、研削ホイール３６が一回転する間にカウンタ６０にカウントされたカウント値が、予め判断部６１に記憶されたセグメント砥石３６０の数より少ない場合には、セグメント砥石３６０が脱落していると判断される。

なお、上記のように、セグメント砥石３６０の数を比較してセグメント砥石３６０の脱落を判断する代わりに、隙間３６３の数を比較してセグメント砥石３６０の脱落を判断することも可能である。
具体的には、予め、判断部６１に研削ホイール３６に備える隙間３６３の数を記憶させておき、セグメント砥石３６０を適宜の高さ位置に位置づけて凹部５４０に進入させる。そして、投光部５０から測定光を投光しながらエアノズル７の投光部エア噴射部７０からエアを噴射して研削ホイール３６を回転させ、検知部５５が隙間３６３を検知する度にカウンタ６０によって隙間３６３の数をカウントする。研削ホイール３６が一回転する間に検知部５５に検知される隙間３６３の数をカウントして、判断部６１に記憶されている隙間３６３の数と、カウントされた隙間３６３の数とを比較することによってセグメント砥石３６０が脱落しているかどうかを判断することができる。

研削装置１においては、セグメント砥石３６０の脱落を判断する際に、エアノズル７を用いてエアを吹き付けて研削ホイール３６を１０ｒｐｍ程度の低速で回転させているため、研削ホイール３６を低速で回転させるためのモータや、回転を制御する制御部が不要であり、経済的である。

１：研削装置１０：ベース１１：コラム１４：被加工物１４０：上面
２：保持手段２０：吸引部２００：保持面
２１：枠体２１０：枠体の上面２７：蛇腹２８：カバー
３：研削手段３０：スピンドル３１：ハウジング３２：モータ
３３：マウント３５：回転軸３６：研削ホイール３６０：セグメント砥石
３６１：基台３６２：下面３６３：隙間３６４：セグメント長さ
３６５：内側面３６６：外側面
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４３：昇降板４４：ホルダ４５：回転軸
５：先端検知手段５０：投光部５１：受光部５２：投受光ライン５３：基台
５４：投受光素子５４０：凹部５５：検知部
６０：カウンタ６１：判断部
７：エアノズル７０：投光部エア噴射部７１：受光部エア噴射部
７２：エア源８０：セグメントしきい値８１：隙間しきい値
８２：第１受光電圧８３：第２受光電圧

Claims

保持面に被加工物を保持する保持手段と、
基台に複数のセグメント砥石が隙間が設けられた状態で環状に配置され回転可能な研削ホイールを有し、該保持手段に保持された被加工物を該セグメント砥石を用いて研削する研削手段と、
該保持面に垂直な方向に該研削手段を移動させる研削送り手段と、
該セグメント砥石の先端が存在するか否かを検知する先端検知手段と、を備える研削装置であって、
該先端検知手段が該セグメント砥石の先端を検知可能な位置に位置づけられた該研削ホイールにエアを噴射し該先端検知手段が検知可能な速度で該研削ホイールを回転させるエアノズルと、
該エアノズルから噴射したエアによって回転する該研削ホイールの該先端検知手段によって検知された該セグメント砥石の数または該隙間の数をカウントするカウンタと、
該カウンタの値によって該セグメント砥石の脱落を判断する判断部と、を備える研削装置。
該先端検知手段は、測定光を投光する投光部と、該投光部との間に該セグメント砥石を進入可能に該投光部に対向配置され該投光部から投光された該測定光を受光する受光部と、該投光部と該受光部との間に該セグメント砥石が進入する事による該受光部の受光量の変化で該セグメント砥石または該隙間を検知する検知部と、を備え、
該エアノズルは、該投光部にエアを吹き付ける投光部エア噴射部と、該受光部にエアを噴射する受光部エア噴射部とを備え、
該投光部エア噴射部及び該受光部エア噴射部は、それぞれから噴出されるエアの方向と、そのエアが当たる位置における該セグメント砥石の回転軌道の接線方向とが平行にも垂直にもならないように配設され、該研削ホイールを回転させる機能と、該投光部と該受光部との間に付着している水滴を除去する機能とを併有する、
請求項１記載の研削装置。