JP7474144B2 - 研削装置および研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、研削装置および研削方法に関する。

研削装置による研削加工では、たとえば特許文献１に開示のように、チャックテーブルによって、複数枚の多角形のワークを保持する。このチャックテーブルを、その中心を軸に回転させる。環状の研削砥石を、チャックテーブルの中心を通るように位置づけて、研削砥石を回転させる。このようにして、複数枚のワークが、同時に、所定の厚みを有するように研削される。

特開２０２０－５５０８０号公報

研削砥石は、チャックテーブルの中心と外周とを結ぶ円弧の半径エリアに接触可能である。この半径エリアにおいて、研削砥石におけるワークに接触する面積（接触面積）に、ばらつきが生じる。ここで、接触面積が大きいときに研削されるワークの部分は、比較的に研削されにくい。一方、接触面積が小さいときに研削されるワークの部分は、比較的に研削されやすい。したがって、チャックテーブルの回転方向に沿って、ワークに、厚い部分と薄い部分とができてしまう。

なお、従来、ワークの厚みは、チャックテーブルの中心から所定の距離だけ外側に位置付けられた、非接触式の上面高さ測定器を用いて測定される。この測定器では、保持面高さとワークの上面高さとの差が算出され、算出された差が厚みとして認識される。

また、チャックテーブルを回転させながら、複数枚のワークの上面高さを測定することによって、チャックテーブルに保持された研削前のワークにおける上面が最も高い位置が認識される。

しかし、従来、研削の際に、チャックテーブルを回転させながら、複数枚のワークの上面高さを測定する一方、研削砥石の接触面積が最も小さいときに研削されるワークの部分の上面高さを測定していない。そのため、研削砥石の接触面積が最も小さいときに研削されるワークの部分の厚みが、所定の厚みより薄くなる。

したがって、本発明の目的は、複数枚のワークを同時に研削する際、ワークが研削されすぎてしまうことを抑制することにある。

本発明の研削装置は、円錐面の上面に配置された複数の保持面によって多角形の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルを、その中心を軸に回転させるテーブル回転手段と、環状の研削砥石を、その中心を軸に回転させ、該研削砥石の下面によって被加工物を研削する研削手段と、該被加工物の厚みを測定する厚み測定手段と、制御部と、を備える研削装置であって、該厚み測定手段は、該保持面の上方に配置され、非接触で、該保持面の高さと、該保持面に保持された被加工物の上面高さとを測定する、非接触高さ測定器と、該保持面の高さと該保持面に保持された被加工物の上面高さとの差を算出する算出部と、該非接触高さ測定器を、該チャックテーブルの上面の径方向に移動させる水平移動機構と、を備え、該制御部は、研削加工開始前に、該保持面に保持された複数の被加工物の全ての上面高さを測定可能な第１の位置に該非接触高さ測定器を位置づける第１制御部と、該研削砥石の下面における被加工物に接触する面積が最も小さくなるときに研削される被加工物の部分の上面高さを測定可能な第２の位置に、該非接触高さ測定器を位置づける第２制御部と、該第２の位置に位置づけられた該非接触高さ測定器によって被加工物の上面高さを測定しながら、被加工物に接近する方向に該研削砥石を移動させることにより、被加工物を研削する第３制御部と、を備える。

本発明の研削方法は、円錐面のチャックテーブルの上面に形成された複数の保持面によって保持された多角形の被加工物の厚みを測定しながら、研削砥石によって複数枚の被加工物を同時に研削する研削方法であって、複数の該保持面に被加工物を保持させる保持工程と、複数の該保持面によって保持された被加工物の上面高さを非接触高さ測定器によって測定して、最も高い被加工物の上面高さを検知する上面高さ検知工程と、該非接触高さ測定器を、該研削砥石の下面における被加工物に接触する面積が最も小さくなるときに研削される被加工物の部分の上面高さを測定可能な位置に位置づける測定器位置づけ工程と、該上面高さ検知工程で検知された最も高い被加工物の上面高さから所定の距離だけ離れた高さにまで、第１の速度で該研削砥石の下面を下げる研削砥石降下工程と、該測定器位置づけ工程において位置づけられた該非接触高さ測定器によって被加工物の上面高さを測定しながら、被加工物に接近する方向に、該第１の速度よりも遅い第２の速度で該研削砥石を移動させることにより、被加工物を研削する研削工程と、を備える。

本発明では、研削砥石の下面における被加工物に接触する面積が最も小さくなるときに研削される被加工物の部分の上面高さを測定可能な位置に、非接触高さ測定器を位置づけた状態で、研削工程が実施される。ここで、上記の面積が最も小さくなるときに研削される被加工物の部分は、他の部分よりも研削されやすい。すなわち、本発明では、被加工物における深く研削されやすい部分（薄くなりやすい部分）の高さを測定しながら研削加工を実施するため、被加工物を研削しすぎてしまうことを抑制することができる。

研削装置の構成を示す斜視図である。 研削砥石の研削可能領域を示す説明図である。 研削砥石の研削領域が最も小さくなる状態を示す説明図である。 研削砥石の研削領域が比較的に大きくなる状態を示す説明図である。 研削砥石の研削領域が比較的に大きくなる状態を示す説明図である。

図１に示すように、本実施形態にかかる研削装置１は、被加工物としてのワーク２を研削するための装置であり、直方体状の基台１０、上方に延びるコラム１１、および、研削装置１の各部材を制御する制御部１５を備えている。ワーク２は、多角形の被加工物であり、たとえば、四角形の板状ワークである。

基台１０の上面側には、開口部１３が設けられている。そして、開口部１３内には、保持手段３０が配置されている。保持手段３０は、ワーク２を保持する保持面３２を備えたチャックテーブル３１、チャックテーブル３１を支持する支持部材３３、および、チャックテーブル３１および支持部材３３を回転させるテーブル回転手段３４を含んでいる。

チャックテーブル３１は、円錐面の上面を有している。チャックテーブル３１は、この上面に配置された複数の保持面３２によって、ワーク２を保持する。本実施形態では、チャックテーブル３１は、４つの保持面３２を有している。各保持面３２は、チャックテーブル３１の上面よりもわずかに高くなるように形成されている。保持面３２は、ポーラス材からなり、吸引源（図示せず）に連通されることにより、ワーク２を吸引保持する。

また、チャックテーブル３１の上面には、保持面３２と同じ高さを有する測定台３５が設けられている。

テーブル回転手段３４は、チャックテーブル３１を、その中心を軸に回転させる。すなわち、チャックテーブル３１は、下方に設けられたテーブル回転手段３４により、保持面３２によってワーク２を保持した状態で、チャックテーブル３１の中心を通る回転軸を中心として、支持部材３３とともに回転可能である。

チャックテーブル３１の周囲には、カバー板３９が設けられている。また、カバー板３９には、Ｙ軸方向に伸縮する蛇腹カバー１２が連結されている。そして、保持手段３０の下方には、Ｙ軸方向移動手段４０が配設されている。

Ｙ軸方向移動手段４０は、保持手段３０と研削手段７０とを、相対的に、保持面３２に平行なＹ軸方向に移動させる。本実施形態では、Ｙ軸方向移動手段４０は、研削手段７０に対して、保持手段３０をＹ軸方向に移動させるように構成されている。

Ｙ軸方向移動手段４０は、Ｙ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール４２、このＹ軸ガイドレール４２上をスライドするＹ軸移動テーブル４５、Ｙ軸ガイドレール４２と平行なＹ軸ボールネジ４３、および、Ｙ軸ボールネジ４３に接続されているＹ軸モータ４４、および、これらを保持する保持台４１を備えている。

Ｙ軸移動テーブル４５は、Ｙ軸ガイドレール４２にスライド可能に設置されている。Ｙ軸移動テーブル４５の下面には、ナット部（図示せず）が固定されている。このナット部には、Ｙ軸ボールネジ４３が螺合されている。Ｙ軸モータ４４は、Ｙ軸ボールネジ４３の一端部に連結されている。

Ｙ軸方向移動手段４０では、Ｙ軸モータ４４がＹ軸ボールネジ４３を回転させることにより、Ｙ軸移動テーブル４５が、Ｙ軸ガイドレール４２に沿って、Ｙ軸方向に移動する。Ｙ軸移動テーブル４５には、保持手段３０が載置されている。したがって、Ｙ軸移動テーブル４５のＹ軸方向への移動に伴って、チャックテーブル３１を含む保持手段３０が、Ｙ軸方向に移動する。

本実施形態では、保持手段３０は、大まかにいえば、保持面３２にワーク２を載置するための前方（－Ｙ方向側）のワーク載置位置と、ワーク２が研削される後方（＋Ｙ方向側）のワーク研削位置との間を、Ｙ軸方向移動手段４０によって、Ｙ軸方向に沿って移動される。

また、図１に示すように、基台１０上の後方（＋Ｙ方向側）には、コラム１１が立設されている。コラム１１の前面には、ワーク２を研削する研削手段７０、および、研削送り手段５０が設けられている。

研削送り手段５０は、保持手段３０と研削手段７０とを、相対的に、保持面３２に垂直なＺ軸方向（研削送り方向）に移動させる。本実施形態では、研削送り手段５０は、保持手段３０に対して、研削手段７０をＺ軸方向に移動させるように構成されている。

研削送り手段５０は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール５１、このＺ軸ガイドレール５１上をスライドするＺ軸移動テーブル５３、Ｚ軸ガイドレール５１と平行なＺ軸ボールネジ５２、Ｚ軸モータ５４、および、Ｚ軸移動テーブル５３の前面（表面）に取り付けられたホルダ５６を備えている。ホルダ５６は、研削手段７０を保持している。

Ｚ軸移動テーブル５３は、Ｚ軸ガイドレール５１にスライド可能に設置されている。Ｚ軸移動テーブル５３の後面側（裏面側）には、ナット部（図示せず）が固定されている。このナット部には、Ｚ軸ボールネジ５２が螺合されている。Ｚ軸モータ５４は、Ｚ軸ボールネジ５２の一端部に連結されている。

研削送り手段５０では、Ｚ軸モータ５４がＺ軸ボールネジ５２を回転させることにより、Ｚ軸移動テーブル５３が、Ｚ軸ガイドレール５１に沿って、Ｚ軸方向に移動する。これにより、Ｚ軸移動テーブル５３に取り付けられたホルダ５６、および、ホルダ５６に保持された研削手段７０も、Ｚ軸移動テーブル５３とともにＺ軸方向に移動する。

研削手段７０は、ホルダ５６に固定されたスピンドルハウジング７１、スピンドルハウジング７１に回転可能に保持されたスピンドル７２、スピンドル７２を回転駆動する回転モータ７３、スピンドル７２の下端に取り付けられたホイールマウント７４、および、ホイールマウント７４に支持された研削ホイール８０を備えている。

スピンドルハウジング７１は、Ｚ軸方向に延びるように、ホルダ５６に保持されている。スピンドル７２は、チャックテーブル３１の上面と直交するようにＺ軸方向に延び、スピンドルハウジング７１に回転可能に支持されている。

回転モータ７３は、スピンドル７２の上端側に連結されている。この回転モータ７３により、スピンドル７２は、Ｚ軸方向に延びる回転軸を中心として回転する。

ホイールマウント７４は、円板状に形成されており、スピンドル７２の下端（先端）に固定されている。ホイールマウント７４は、研削ホイール８０を支持している。

研削ホイール８０は、ホイールマウント７４と略同径を有するように形成されている。研削ホイール８０は、環状に配置された複数のセグメント砥石である研削砥石９０を有している。

研削ホイール８０は、環状の研削砥石９０の中心を軸に、スピンドル７２およびホイールマウント７４を介して回転モータ７３によって回転される。これにより、ワーク研削位置に配置されているチャックテーブル３１に保持されたワーク２の上面が、研削砥石９０によって研削される。
このように、研削手段７０は、環状の研削砥石９０を、その中心を軸に回転させ、研削砥石９０の下面によってワーク２を研削するように構成されている。

また、基台１０における開口部１３の側部には、厚み測定手段６０が配設されている。厚み測定手段６０は、保持面３２に保持されたワーク２の上面高さおよび厚みを、非接触式にて測定することができる。

厚み測定手段６０は、距離測定器である非接触高さ測定器６１、非接触高さ測定器６１の測定結果に基づいて演算を実施する算出部６３、および、非接触高さ測定器６１をチャックテーブル３１の上面の径方向（水平方向）に移動させる水平移動機構６２と、を備えている。

水平移動機構６２は、基台１０における開口部１３の側部からＺ軸方向に延びる回転支柱６６、および、回転支柱６６の上端から水平方向に延びるアーム部６５を含んでいる。アーム部６５の先端には、非接触高さ測定器６１が取り付けられている。水平移動機構６２は、回転支柱６６がＺ軸方向に延びる回転軸を中心として回転することにより、アーム部６５の先端に取り付けられた非接触高さ測定器６１を、水平方向に移動するように構成されている。

非接触高さ測定器６１は、チャックテーブル３１の保持面３２の上方に配置され、非接触で、保持面３２の高さと、保持面３２に保持されたワーク２の被加工物の上面高さとを測定する。

非接触高さ測定器６１は、たとえばレーザー式の距離測定器である。非接触高さ測定器６１は、たとえば、レーザー光線をワーク２に照射し、ワーク２の上面からの反射光を受光する。非接触高さ測定器６１は、ワーク２の上面からの反射光に基づいて、保持面３２に保持されたワーク２の上面高さを測定することができる。

また、非接触高さ測定器６１は、レーザー光線を測定台３５に照射し、測定台３５の上面からの反射光を受光する。非接触高さ測定器６１は、測定台３５の上面からの反射光に基づいて、測定台３５の高さ、すなわち、保持面３２の高さを測定することができる。

また、算出部６３は、保持面３２の高さと保持面３２に保持されたワーク２の上面高さとの差を算出することにより、ワーク２の厚みを算出することができる。

また、制御部１５は、第１制御部１６、第２制御部１７および第３制御部１８を備えている。以下に、制御部１５の機能とともに、研削装置１におけるワーク２の研削方法について説明する。

本実施形態にかかる研削方法は、円錐面のチャックテーブル３１の上面に形成された複数の保持面３２によって保持されたワーク２の厚みを測定しながら、研削砥石９０によって複数枚のワーク２を同時に研削する研削方法である。

［保持工程］
本実施形態では、まず、制御部１５あるいは作業者が、ワーク載置位置にある保持手段３０のチャックテーブル３１における複数の保持面３２のそれぞれに、ワーク２を保持させる。その後、制御部１５が、チャックテーブル３１を含む保持手段３０を、ワーク研削位置に移動させる。

［上面高さ検知工程］
この工程では、制御部１５の第１制御部１６が、研削加工開始前に、保持面３２に保持された複数のワーク２の全ての上面高さを測定可能な第１の位置に、非接触高さ測定器６１を位置づける。

すなわち、図２に示すように、第１制御部１６は、厚み測定手段６０の水平移動機構６２（図１参照）を制御して、非接触高さ測定器６１を、保持面３２に平行な水平方向に移動させ、第１の位置１００に位置づける。この第１の位置１００は、非接触高さ測定器６１が、矢印３０１によって示す方向に回転するチャックテーブル３１の４つの保持面３２に保持された４つワーク２の上面高さを検知できる位置、すなわち、非接触高さ測定器６１が４つのワーク２の上方を通過するような位置である。第１制御部１６は、この第１の位置１００を、あらかじめ認識している。

なお、この図２では、第１の位置１００に位置づけられている非接触高さ測定器６１によって測定される部位を、回転するチャックテーブル３１に対して相対的に回転移動する非接触高さ測定器６１の軌跡である測定軌跡６１１として示している。

また、図２には、ワーク研削位置にあるチャックテーブル３１の上方に位置している研削砥石９０、および、研削砥石９０の下面の一部である研削可能領域９１を示している。研削砥石９０の研削可能領域９１は、保持面３２に保持されているワーク２を研削可能な、研削砥石９０の領域（部位）である。矢印３０２によって示す方向に回転する研削砥石９０における研削可能領域９１のいずれかの部位が、ワーク２の上面に接触して、これを研削することになる。

そして、第１制御部１６は、第１の位置１００に位置づけられている非接触高さ測定器６１によって、複数の保持面３２に保持された研削前のワーク２の上面高さを測定して、最も高いワーク２の上面高さを検知（認識）する。

また、この工程では、第１制御部１６は、非接触高さ測定器６１によって、測定台３５の高さも検知する。

［測定器位置づけ工程］
この工程では、制御部１５の第２制御部１７が、研削砥石９０の下面におけるワーク２に接触する面積が最も小さくなるときに研削されるワーク２の部分の上面高さを測定可能な第２の位置に、非接触高さ測定器６１を位置づける。

すなわち、４つの保持面３２に保持されている４つのワーク２を研削砥石９０によって研削する際、研削砥石９０の下面におけるワーク２に接触する面積は、チャックテーブル３１の回転状態（回転角度）によって異なる。

たとえば、図３に示すチャックテーブル３１の回転状態では、研削砥石９０の研削領域９２が最も小さくなる。この状態では、研削砥石９０の研削可能領域９１には、１つのワーク２の一部分だけが位置づけられる。この場合には、研削砥石９０の研削領域９２は、この１つのワーク２の一部分だけに接する領域となり、研削領域９２の面積、すなわち、研削砥石９０の下面におけるワーク２に接触する面積が、最も小さくなる。ここで、研削領域９２は、研削可能領域９１に含まれる領域であり、研削砥石９０の下面におけるワーク２に接触してワーク２を研削する領域である。

一方、図４および図５に示すチャックテーブル３１の回転状態では、研削領域９２の面積が、比較的に大きくなる。この状態では、研削砥石９０の研削可能領域９１には、２つのワーク２が位置づけられる。この場合には、研削砥石９０の研削領域９２は、２つのワーク２にまたがる比較的に広い領域となる。

そして、測定器位置づけ工程では、図３に示すような、研削砥石９０の下面におけるワーク２に接触する面積（研削領域９２の面積）が最も小さくなるときに研削されるワーク２の部分の上面高さを測定可能な第２の位置１０１に、非接触高さ測定器６１を位置づける。第２制御部１７は、この第２の位置１０１を、あらかじめ認識している。

［研削砥石降下工程］
この工程では、制御部１５が、研削送り手段５０（図１参照）を制御して、上面高さ検知工程で検知された最も高いワーク２の上面高さから所定の距離だけ離れた高さにまで、第１の速度で研削砥石９０の下面を下げる。この第１の速度は、研削砥石９０によってワーク２を研削する際の研削砥石９０の速度である第２の速度よりも速い速度である。

［研削工程］
この工程では、制御部１５の第３制御部１８（図１参照）が、図３に示すように、第２の位置１０１に位置づけられた非接触高さ測定器６１によってワーク２の上面高さを測定しながら、研削送り手段５０（図１参照）を制御して、ワーク２に接近する方向に研削砥石９０を移動させる。この際、制御部１５は、研削砥石降下工程における研削砥石９０の移動の速度である第１の速度よりも遅い第２の速度で、研削砥石９０を移動させる。このようにして、第３制御部１８は、ワーク２を研削する。

この際、厚み測定手段６０の算出部６３が、非接触高さ測定器６１の測定結果に基づいて、ワーク２の厚みを算出する。第３制御部１８は、たとえば、算出部６３によって算出されたワーク２の厚みが所定厚みに達した場合、ワーク２の研削が完了したと判断し、研削送り手段５０を制御して、研削砥石９０を上方に移動させることによりワーク２から離間させて、研削工程を終了する。

以上のように、本実施形態では、研削砥石９０の研削領域９２が最も小さくなるときに研削されるワーク２の部分の上面高さを測定可能な第２の位置１０１に、非接触高さ測定器６１を位置づけた状態で、研削工程が実施される。

ここで、研削砥石９０の研削領域９２が最も小さくなるときに研削されるワーク２の部分は、他の部分よりも研削されやすい。すなわち、本実施形態では、ワーク２における深く研削されやすい部分（薄くなりやすい部分）の高さを測定しながら研削加工を実施するため、ワーク２を研削しすぎてしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態では、研削砥石降下工程において、制御部１５が、最も高いワーク２の上面高さから所定の距離だけ離れた高さにまで、比較的に速い第１の速度で研削砥石９０の下面を下げる。したがって、チャックテーブル３１の上方に位置している研削砥石９０を、チャックテーブル３１の保持面３２に保持されているワーク２に接触しない範囲で、ワーク２の近くにまで素早く降下させることができる。これにより、研削加工にかかる時間を短縮することができる。

また、研削砥石降下工程では、最も高いワーク２の上面高さから所定の距離だけ離れた位置に研削砥石９０を停止させるため、研削砥石９０をワーク２に高速で接触させることを回避することができる。なお、上述の所定の距離は、この工程の時間短縮と、研削砥石９０のワーク２への接触回避とを考慮して、適宜に決定されることが好ましい。

１：研削装置、２：ワーク、１０：基台、１１：コラム、
１２：蛇腹カバー、１３：開口部、
１５：制御部、１６：第１制御部、１７：第２制御部、１８：第３制御部、
３０：保持手段、３１：チャックテーブル、３２：保持面、
３３：支持部材、３４：テーブル回転手段、３５：測定台、３９：カバー板、
４０：Ｙ軸方向移動手段、５０：研削送り手段、
６０：厚み測定手段、６１：非接触高さ測定器、６３：算出部、
６２：水平移動機構、６５：アーム部、６６：回転支柱、
１００：第１の位置、１０１：第２の位置、６１１：測定軌跡、
７０：研削手段、７２：スピンドル、７３：回転モータ、
８０：研削ホイール、９０：研削砥石、
９１：研削可能領域、９２：研削領域

Claims (2)

1. 円錐面の上面に配置された複数の保持面によって多角形の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルを、その中心を軸に回転させるテーブル回転手段と、環状の研削砥石を、その中心を軸に回転させ、該研削砥石の下面によって被加工物を研削する研削手段と、該被加工物の厚みを測定する厚み測定手段と、制御部と、を備える研削装置であって、
   該厚み測定手段は、
   該保持面の上方に配置され、非接触で、該保持面の高さと、該保持面に保持された被加工物の上面高さとを測定する、非接触高さ測定器と、
   該保持面の高さと該保持面に保持された被加工物の上面高さとの差を算出する算出部と、
   該非接触高さ測定器を、該チャックテーブルの上面の径方向に移動させる水平移動機構と、を備え、
   該制御部は、
   研削加工開始前に、該保持面に保持された複数の被加工物の全ての上面高さを測定可能な第１の位置に該非接触高さ測定器を位置づける第１制御部と、
   該研削砥石の下面における被加工物に接触する面積が最も小さくなるときに研削される被加工物の部分の上面高さを測定可能な第２の位置に、該非接触高さ測定器を位置づける第２制御部と、
   該第２の位置に位置づけられた該非接触高さ測定器によって被加工物の上面高さを測定しながら、被加工物に接近する方向に該研削砥石を移動させることにより、被加工物を研削する第３制御部と、
   を備える、
   研削装置。
2. 円錐面のチャックテーブルの上面に形成された複数の保持面によって保持された多角形の被加工物の厚みを測定しながら、研削砥石によって複数枚の被加工物を同時に研削する研削方法であって、
   複数の該保持面に被加工物を保持させる保持工程と、
   複数の該保持面によって保持された被加工物の上面高さを非接触高さ測定器によって測定して、最も高い被加工物の上面高さを検知する上面高さ検知工程と、
   該非接触高さ測定器を、該研削砥石の下面における被加工物に接触する面積が最も小さくなるときに研削される被加工物の部分の上面高さを測定可能な位置に位置づける測定器位置づけ工程と、
   該上面高さ検知工程で検知された最も高い被加工物の上面高さから所定の距離だけ離れた高さにまで、第１の速度で該研削砥石の下面を下げる研削砥石降下工程と、
   該測定器位置づけ工程において位置づけられた該非接触高さ測定器によって被加工物の上面高さを測定しながら、被加工物に接近する方向に、該第１の速度よりも遅い第２の速度で該研削砥石を移動させることにより、被加工物を研削する研削工程と、
   を備える研削方法。

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