JP6147587B2 - 研削装置及び研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状ワークを研削する研削装置及び研削方法に関する。

研削装置では、回転する保持テーブルで保持した板状ワークに、研削手段に装着され回転する研削砥石を押し当てることにより、板状ワークを研削している。例えば特許文献１に記載された研削装置では、保持テーブルの傾きを可動支持部によって調整することにより、板状ワークを所望の形状（例えば均一な厚さ）に研削できるようにしている。当該可動支持部による保持テーブルの傾き調整は、研削開始前に行われている。

特開２００８−２３８３４１号公報

しかし、板状ワークに研削砥石を押し当てることにより、保持テーブルに力が加わり、可動支持部によって調整された保持テーブルの傾きが変化する場合がある。特に、研削送り速度を変えると、保持テーブルに加わる押し付け圧力が変化するので、保持テーブルの傾きが変化する。これにより、板状ワークにダメージを与え、あるいは、板状ワークを所望の形状に研削できない可能性がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、可動支持部によって調整された保持テーブルの傾きが変化するのを防ぐことにより、板状ワークがダメージを受けるのを防ぎ、板状ワークを所望の形状に精度よく研削することを目的とする。

本発明に係る研削装置は、板状ワークを保持して回転する保持テーブルと、保持テーブルが保持した板状ワークを研削する研削手段と、保持テーブルの傾きを調整する傾き調整手段と、を少なくとも備えた研削装置であって、保持テーブルと基台との間の距離を測定する少なくとも３つの測定部と、保持テーブルに保持された板状ワークを研削手段によって研削することにより板状ワークが均一な厚さに形成された場合に測定部が測定した距離を記憶する記憶部と、傾き調整手段を制御する制御部と、を備え、傾き調整手段は、保持テーブルと基台との間に配設され、保持テーブルの中心を重心とした正三角形の頂点に配設された３つの支持部を備え、少なくとも１つの支持部は、保持テーブルと該基台との間の距離を変えることが可能であり、制御部は、保持テーブルが保持した板状ワークを研削手段が研削している間、測定部が測定した距離と、記憶部が記憶した距離とが一致するよう、傾き調整手段を制御する。

研削装置は、３つの測定部と３つの支持部とが、交互に均等に配置されていることが望ましい。
また、研削装置は、該測定部と該支持部とが、該保持テーブルの径方向に一直線上に配置されていることが望ましい。

本発明に係る研削方法は、前記研削装置を用いた研削方法であって、該保持テーブルが保持した第１の板状ワークを研削手段により研削して、第１の板状ワークが所定の形状に研削された場合に、保持テーブルと基台との間の距離を測定部により測定した距離を記憶部に記憶する記憶工程と、保持テーブルが保持した第２の板状ワークを研削手段により研削しながら、保持テーブルと基台との間の距離を測定部により測定する測定工程と、測定工程で測定した距離と、記憶工程で記憶した距離とが一致するよう、制御部が傾き調整手段を制御する傾き調整工程と、を備える。

本発明に係る研削装置及び研削方法によれば、保持テーブルが保持した板状ワークを研削手段が研削している間に、測定部が保持テーブルと基台との間の距離を測定し、測定した距離と、記憶部が記憶した距離とが一致するよう、制御部が傾き調整手段を制御するので、保持テーブルの傾きが変化することにより板状ワークがダメージを受けるのを防ぎ、板状ワークを所望の形状に精度よく研削することができる。

研削装置を示す側面視断面図。 研削装置を示す平面図。 研削方法を示すフローチャート。 別の研削装置を示す平面図。

図１及び図２に示す研削装置１０は、基台１１と、板状ワーク２０を保持して回転する保持テーブル１２と、保持テーブル１２を支持する３つの支持部１３ａ〜１３ｃと、保持テーブル１２と基台１１との間の距離を測定する３つの測定部１４ａ〜１４ｃと、保持テーブル１２が保持した板状ワーク２０を研削する研削手段１５と、支持部１３ａ〜１３ｃを制御する制御部１６と、測定部１４ａ〜１４ｃが測定した距離を記憶する記憶部１７とを備えている。

基台１１は、上面がＺ軸に垂直な平面状に形成されている。基台１１は、不動であってもよいし、直線移動する移動台であってもよいし、回転運動するターンテーブルであってもよい。

保持テーブル１２は、上面１２１に板状ワーク２０を載置し、吸引源（不図示）で吸引することにより、板状ワーク２０を保持する。保持テーブル１２は、モータ（不図示）により、回転軸１２３を中心として回転する。保持テーブル１２の回転軸１２３は、必ずしも±Ｚ方向と平行ではなく、向きを変えることができる。保持テーブル１２の上面１２１は、回転軸１２３を軸とする円錐状の曲面である。保持テーブル１２の下面１２２は、回転軸１２３に対して垂直な円状の平面である。

支持部１３ａ〜１３ｃは、保持テーブル１２と基台１１との間に配設されている。支持部１３ａ〜１３ｃのうち、少なくとも１つ（本実施形態では２つ）は、保持テーブル１２と基台１１との間の距離を変えることができる。３つの支持部１３ａ〜１３ｃのうち、支持部１３ａは、基台１１に固定された下部１３１と、長さが均一の軸部１３２と、保持テーブル１２の下面１２２に固定された上部１３３とを備える固定支持部である。軸部１３２の一方の端は下部１３１に固定され、もう一方の端は上部１３３に固定されている。これにより、保持テーブル１２を支持し、保持テーブル１２と基台１１との間の距離を均一に保っている。

一方、支持部１３ｂ及び支持部１３ｃは、基台１１に固定された下部１３４と、先端に雄ねじが切られた軸部１３５と、保持テーブル１２に固定された上部１３６と、軸部１３５を回転させるモータ１３７とを備える可動支持部である。上部１３６には、軸部１３５の雄ねじと螺合する雌ねじが切られている。モータ１３７が軸部１３５を回転させることにより、保持テーブル１２と基台１１との間の距離を変化させることができる。

３つの測定部１４ａ〜１４ｃは、例えば、基台１１に配置された発光部と受光部とを有する光センサであり、発光部が＋Ｚ方向に放射した光が保持テーブル１２の下面１２２に当たって反射した反射光を受光部が受光することにより、保持テーブル１２と基台１１との間の距離を測定することができる。図２の例では、３つの測定部１４ａ〜１４ｃと、３つの支持部１３ａ〜１３ｃとが、交互に均等に配置されている。

研削手段１５は、±Ｚ方向に移動可能であり、先端に装着された研削砥石１５５を、回転軸１５３を中心として回転させながら、−Ｚ方向に移動することにより、保持テーブル１２が保持した板状ワーク２０に研削砥石１５５を押し当てて、板状ワーク２０を研削する。

記憶部１７は、測定部１４ａ〜１４ｃが測定した距離を記憶する。制御部１６は、測定部１４ａ〜１４ｃが測定した距離や記憶部１７が記憶した距離に基づいて、モータ１３７を制御することにより、支持部１３ｂ，１３ｃにおける保持テーブル１２と基台１１との間の距離を調整する。

図２に示すように、支持部１３ａ〜１３ｃは、保持テーブル１２の中心（回転軸１２３）から等距離の位置に配置され、正三角形をなしている。したがって、支持部１３ａ〜１３ｃがなす正三角形の重心は、保持テーブル１２の中心と一致する。このように、３つの支持部１３ａ〜１３ｃが三角形をなす位置に配置され、そのうちの２つの支持部１３ｂ，１３ｃが、保持テーブル１２と基台１１との間の距離を変えられるので、保持テーブル１２の傾きを自由に変えることができる。すなわち、３つの支持部１３ａ〜１３ｃは、保持テーブル１２の傾きを調整する傾き調整手段を構成している。

測定部１４ａ〜１４ｃも同様に、保持テーブル１２の中心（回転軸１２３）から等距離の位置に配置され、正三角形をなしている。したがって、測定部１４ａ〜１４ｃがなす正三角形の重心は、保持テーブル１２の中心と一致する。このように、３つの測定部１４ａ〜測定部１４ｃが三角形をなす位置に配置されているので、３つの測定部１４ａ〜１４ｃが測定した距離により、保持テーブル１２の傾きが表される。なお、保持テーブル１２の中心から測定部１４ａ〜１４ｃまでの距離は、保持テーブル１２の中心から支持部１３ａ〜１３ｃまでの距離と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、支持部１３ａと測定部１４ａとを通る直線１４３ａ、支持部１３ｂと測定部１４ｂとを通る直線１４３ｂ、及び、支持部１３ｃと測定部１４ｃとを通る直線１４３ｃは、すべて、保持テーブル１２の中心を通り、回転軸１２３と交わる。

上述したように保持テーブル１２の上面１２１が円錐状に形成されているため、保持テーブル１２に保持された板状ワーク２０は、上面１２１に沿った形に保持される。これを研削手段１５で研削すると、ハッチングで示した領域１５７で研削がなされる。

例えば、支持部１３ｂにおける保持テーブル１２と基台１１との間の距離Ｃｂを大きくし、支持部１３ｃにおける保持テーブル１２と基台１１との間の距離Ｃｃを距離Ｃｂと同じように大きくすると、保持テーブル１２が傾いて、＋Ｘ方向の側が研削手段１５に近づく。これにより、板状ワーク２０の中心に近い部分が、外周に近い部分よりも薄く研削される。逆に、距離Ｃｂ及び距離Ｃｃを同じように小さくすると、保持テーブル１２が傾いて、＋Ｘ方向の側が研削手段１５から遠ざかる。これにより、板状ワーク２０の外周に近い部分が、中心に近い部分よりも薄く研削される。
また、距離Ｃｂを大きくし、距離Ｃｃを小さくすると、保持テーブル１２が傾いて、−Ｙ方向の側が研削手段１５に近づき、＋Ｙ方向の側が研削手段１５から遠ざかる。これにより、領域１５７の中央に近い部分が、領域１５７の両端に近い部分よりも薄く研削される。逆に、距離Ｃｂを小さくし、距離Ｃｃを大きくすると、保持テーブル１２が傾いて、−Ｙ方向の側が研削手段１５から遠ざかり、＋Ｙ方向の側が研削手段１５に近づく。これにより、領域１５７の両端に近い部分が、領域１５７の中央に近い部分よりも薄く研削される。
このように、保持テーブル１２の傾きを変えることにより、板状ワーク２０の径方向において、より薄く研削される位置を変えることができる。これにより、板状ワーク２０が研削される形状を変えることができる。

図３に示す研削方法３０は、図１及び図２に示した研削装置１０を用いて板状ワーク２０を研削する方法であり、第１の板状ワーク２０を研削し、板状ワーク２０が所定の形状に研削された場合に保持テーブル１２と基台１１との間の距離を測定部１４ａ〜１４ｃにより測定した距離を記憶する記憶工程３１と、第２の板状ワーク２０を研削しながら保持テーブル１２と基台１１との間の距離を測定部１４ａ〜１４ｃにより測定する測定工程３２と、測定工程３３で測定した距離と記憶工程３１で記憶した距離とが一致するように支持部１３ａ〜１３ｃ（傾き調整手段）を制御する傾き調整工程３３とを備える。

記憶３１においては、図１に示したように保持テーブル１２の上面１２１に板状ワーク２０を載置し、保持テーブル１２が板状ワーク２０を保持する。制御部１６が支持部１３ｂ及び支持部１３ｃにおける保持テーブル１２と基台１１との間の距離を調整して、保持テーブル１２の傾きを、板状ワーク２０が均一の厚さに研削されると期待される傾きにする。すなわち、図２に示した領域１５７において、保持テーブル１２の上面１２１と研削砥石１５５の下面とが平行になるように調整する。保持テーブル１２を回転させるとともに、研削砥石１５５を回転させながら研削手段１５を下降させて、研削手段１５が板状ワーク２０を研削し、３つの測定部１４ａ〜１４ｃが保持テーブル１２と基台１１との間の距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ（図２参照）を測定する。記憶部１７は、３つの測定部１４ａ〜１４ｃがそれぞれ測定した３つの距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを一時的に記憶する。

板状ワーク２０の研削が終わったら、研削された板状ワーク２０の径方向における厚さの分布を測定し、均一の厚さに研削されたか否かを判定する。板状ワーク２０が均一の厚さに研削されなかった場合は、板状ワーク２０が均一の厚さになるよう、制御部１６が支持部１３ｂ及び支持部１３ｃにおける保持テーブル１２と基台１１との間の距離を変え、研削をやり直す。これを、板状ワーク２０が均一の厚さに研削されるまで繰り返す。
なお、第１の測定工程３１で研削する板状ワーク２０は、テスト用のダミーワークであってもよい。また、研削をやり直す際、同じ板状ワーク２０を繰り返し使用してもよいし、そのたびに新しい板状ワーク２０を使用してもよい。

板状ワーク２０が均一の厚さに研削されたら、記憶部１７は、一時的に記憶していた３つの測定距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを、それぞれの測定部１４ａ〜１４ｃについての目標距離Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃとして記憶する。

次に、測定工程３２において、保持テーブル１２の上面１２１に別の板状ワーク２０を載置し、保持テーブル１２が板状ワーク２０を保持する。測定部１４ａ〜１４ｃが保持テーブル１２と基台１１との間の距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを測定し、測定部１４ａ〜１４ｃが測定した距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃと、記憶部１７が記憶した目標距離Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃとがそれぞれ一致するよう、制御部１６が支持部１３ｂ及び支持部１３ｃにおける保持テーブル１２と基台１１との間の距離を調整する。例えば、測定部１４ａが測定した距離Ｍａが目標距離Ｔａより小さい場合、制御部１６は、距離Ｃｂ及び距離Ｃｃを大きくする。逆に、測定距離Ｍａが目標距離Ｔａより大きい場合、制御部１６は、距離Ｃｂ及び距離Ｃｃを小さくする。また、測定部１４ｂが測定した距離Ｍｂが目標距離Ｔｂより大きく、測定部１４ｃが測定した距離Ｍｃが目標距離Ｔｃより小さい場合、制御部１６は、距離Ｃｂを大きくし、距離Ｃｃを小さくする。逆に、測定距離Ｍｂが目標距離Ｔｂより小さく、測定距離Ｍｃが目標距離Ｔｃより大きい場合、制御部１６は、距離Ｃｂを小さくし、距離Ｃｃを大きくする。このようにして、制御部１６は、３つの測定距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを３つの目標距離Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃにそれぞれ一致させる。

この状態で、研削砥石１５５が回転しながら研削手段１５が降下し、研削手段１５により板状ワーク２０の研削を開始する。研削中は、研削砥石１５５が板状ワーク２０に押し当てられる圧力により、保持テーブル１２の傾きが変化する可能性があるので、研削手段１５による研削と並行して、第２の測定工程３３を実施し、３つの測定部１４ａ〜１４ｃが距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを測定する。

傾き調整工程３３において、制御部１６は、測定距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃが目標距離Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃから外れないよう監視し、測定距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃと目標距離Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃとが一致しなくなった場合は、支持部１３ｂ，１３ｃを調整し、測定距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃと目標距離Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃとを一致させる。板状ワーク２０の研削が終了するまでこのような制御を続けることにより、研削中は、常に、測定距離Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃと目標距離Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃとが一致した状態を常に保つ。

このように、板状ワーク２０が均一の厚さに研削されたときに測定部１４ａ〜１４ｃが測定した距離を目標距離として記憶しておき、板状ワーク２０の研削中に、測定部１４ａ〜１４ｃが測定した距離と目標距離とが一致するよう、傾き調整手段を制御することにより、保持テーブル１２の傾きが変化して板状ワーク２０がダメージを受けるのを防ぎ、板状ワーク２０を所望の形状に精度よく研削することができる。
また、保持テーブル１２の傾きを＋Ｚ方向から計測するのではなく、測定部１４ａ〜１４ｃが−Ｚ方向から保持テーブル１２と基台１１との間の距離を測定することにより、保持テーブル１２の傾きを計測するので、研削時に板状ワーク２０に向けて噴出される研削水の影響を受けることなく、保持テーブル１２の傾きを計測することができる。
また、支持部１３ａ〜１３ｃと測定部１４ａ〜１４ｃとが保持テーブル１２の中心を挟んだ反対側に配置されているので、保持テーブル１２の傾きによって測定部１４ａ〜１４ｃが測定する測定距離に変位が現れやすい。

図４に示す研削装置１０Ａは、測定部１４ａ〜１４ｃの配置が異なる例である。図１及び図２に示した研削装置１０と同様の構成については、説明を省略する。
図４の例において、３つの支持部１３ａ〜１３ｃが、保持テーブル１２の中心を重心とする正三角形の頂点に配置されている点、３つの測定部１４ａ〜１４ｃも同様に保持テーブル１２の中心を重心とする正三角形の頂点に配置されている点、及び、保持テーブル１２の中心と各支持部１３ａ〜１３ｃとを通る直線１４３ａ〜１４３ｃ上に、各測定部１４ａ〜１４ｃが配置されている点は、上述した研削装置１０と同じである。しかし、上述した研削装置１０では、１本の直線上に配置された支持部１３ａ〜１３ｃと測定部１４ａ〜１４ｃとが保持テーブル１２の中心から見て反対側に配置されているのに対し、この例における研削装置１０Ａでは、１本の直線上に配置された支持部１３ａ〜１３ｃと測定部１４ａ〜１４ｃとが保持テーブル１２の中心から見て同じ側に配置されている。すなわち、支持部１３ａと測定部１４ａとが同一半径上に位置し、支持部１３ｂと測定部１４ｂとが同一半径上に位置し、支持部１３ｃと測定部１４ｃとが同一半径上に位置しており、支持部と測定部とが径方向に一直線上に配置されている。

このように、各測定部１４ａ〜１４ｃを各支持部１３ａ〜１４ｃと同一半径上に配置することにより、制御部１６が、距離Ｃｂ及び距離Ｃｃを調整する条件を簡略化することができる。これにより、保持テーブル１２の傾きが変化して板状ワーク２０がダメージを受けるのを防ぎ、板状ワーク２０を所望の形状に精度よく研削することができる。研削装置１０Ａは、測定部１４ａを配設しないで測定部１４ｂ，１４ｃだけで距離Ｍｂ，Ｍｃを測定し支持部を制御し距離Ｍｂ，Ｍｃを目標距離Ｔｂ，Ｔｃに一致させる。

なお、可変支持部である支持部１３ｂ及び支持部１３ｃの構成は、ねじ式に限らず、油圧式や梃子式など他の構成であってもよい。
また、研削装置１０Ａでは、支持部１３ａ〜１３ｃの外周側に測定部１４ａ〜１４ｃを配置しているが、測定部１４ａ〜１４ｃの外周側に支持部１３ａ〜１３ｃを配置してもよい。
測定部１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、保持テーブルの中心を中心として均等間隔に配置されることが望ましいが、必ずしも間隔は均等でなくてもよい。測定部１４ａ，１４ｂ，１４ｃの配置によって、測定距離と目標距離とを一致させるために制御部１６が傾き調整手段１３ｂ，１３ｃをどのように制御すればよいかが変わる。

１０ 研削装置、１１ 基台、１２ 保持テーブル、１２１ 上面、１２２ 下面、
１２３，１５３ 回転軸、
１３ａ〜１３ｃ 支持部（傾き調整手段）、
１３１，１３４ 下部、１３２，１３５ 軸部、１３３，１３６ 上部、
１３７ モータ、
１４ａ〜１４ｃ 測定部、１４３ａ〜１４３ｃ 直線、
１５ 研削手段、１５５ 研削砥石、１５７ 領域、
１６ 制御部、１７ 記憶部、
２０ 板状ワーク、
３０ 研削方法、
３１ 第１の測定工程、３２ 記憶工程、３３ 第２の測定工程、３４ 傾き調整工程

Claims (4)

1. 板状ワークを保持して回転する保持テーブルと、
   該保持テーブルが保持した板状ワークを研削する研削手段と、
   該保持テーブルの傾きを調整する傾き調整手段と、を少なくとも備えた研削装置であって、
   該保持テーブルと基台との間の距離を測定する少なくとも３つの測定部と、
   該保持テーブルに保持された板状ワークを該研削手段によって研削することにより板状ワークが均一な厚さに形成された場合に該測定部が測定した距離を記憶する記憶部と、
   該傾き調整手段を制御する制御部と、
   を備え、
   該傾き調整手段は、該保持テーブルと該基台との間に配設され、該保持テーブルの中心を重心とした正三角形の頂点に配設された３つの支持部を備え、
   少なくとも１つの支持部は、該保持テーブルと該基台との間の距離を変えることが可能であり、
   該制御部は、該保持テーブルが保持した板状ワークを該研削手段が研削している間、該測定部が測定した距離と、該記憶部が記憶した距離とが一致するよう、該傾き調整手段を制御する、
   研削装置。
2. 前記３つの測定部と前記３つの支持部とが、交互に均等に配置されている、請求項１記載の研削装置。
3. 前記測定部と前記支持部とが、前記保持テーブルの径方向に一直線上に配置されている、請求項１記載の研削装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか記載の研削装置を用いた研削方法であって、
   前記保持テーブルが保持した第１の板状ワークを前記研削手段により研削して、第１の板状ワークが所定の形状に研削された場合に、該保持テーブルと前記基台との間の距離を前記測定部により測定した距離を前記記憶部に記憶する記憶工程と、
   該保持テーブルが保持した第２の板状ワークを該研削手段により研削しながら、該保持テーブルと該基台との間の距離を該測定部により測定する測定工程と、
   該測定工程で測定した距離と、該記憶工程で記憶した距離とが一致するよう、前記制御部が前記傾き調整手段を制御する傾き調整工程と、
   を備える、研削方法。

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