JPH0372442B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はセラミツク等の硬質材料を高精度に研
削切断する高精度研削切断装置に関する。

〔従来技術〕

薄膜ヘツド基板をはじめ最近の電子部品材は高
硬度セラミツクを使用するものが多い。この切断
のためダイヤモンド砥石等が使用されるが摩耗が
早く、かつ研削抵抗も高く砥石が屈曲し高精度加
工ができない欠点があつた。

すなわち、従来の硬質材料の切断手段として
は、ワイヤソー、マルチブレードソー、内周スラ
イサ、外周スライサ、ダイサ等が採用されてい
る。ワイヤソー、マルチブレードソーは、切断工
具として砥石を直接使用せず、遊離砥粒を切断工
具に供給しながら研削切断を行うものであるた
め、切断効率が極めて悪く、また切断面にテー
パ、うねり等が生じ易い。従つて、高精度切断が
できない欠点があつた。又、内周スライサはドー
ナツ状薄板ブレードの内周に電着されたダイヤモ
ンド等の砥石で研削切断するものでセラミツク等
に対して切断抵抗が極めて大となる欠点を有して
いる。又、外周スライサおよびダイサは、砥石の
外周側で研削切断するものであるが、予め一定量
の切込み量を決め、そのまま砥石送りして切断す
るクリープフイード研削を行うものである。従つ
て、砥石の側面部に大きな抵抗が生じ、砥石が曲
げられる。このため高精度の切断ができない欠点
があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の欠点を解決すべく創案された
ものであり、その目的は高精度の研削切断ができ
ると共に、生産コストを低減し得る高精度研削切
断装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記の目的を達成するために、砥石
を切断切込み方向に微少切込みする微少切込み装
置と、砥石の軸部に係合し、砥石を軸線方向に微
少変位させる例えば圧電素子等から構成される第
１の変位手段と、上記砥石をその切断切込み送り
方向に微少傾斜させる例えば圧電素子等から構成
される第２の変位手段と、上記砥石の研削抵抗と
その研削位置とを検出する検出手段と、該検出手
段と上記第１および第２の変位手段に係合し、検
出手段の信号により第１および第２の変位手段を
動作すると共に、上記第１および第２の変位手段
の変位量を制御する制御手段とを備え、上記砥石
を軸方向に変位させると共に切断切込み方向に傾
斜させながら切断し、研削抵抗を減少せしめ、切
断面のうねりを減少させて高精度切断を可能とす
る高精度研削切断装置を特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図に基づき説明す
る。

まず、実施例の概要を第１図により説明する。

砥石７を支持する軸部１は、第１の変位手段２
および第２の変位手段３を介して砥石軸本体１３
に支承される。砥石軸本体１３はベツド１８に支
承される微少切込み装置４に係合し、砥石７を切
断切込み方向に微少移動される。第１の変位手段
２は軸部１の外周側に係合する４個の圧電素子２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから構成され、これ等の圧
電素子２ａ等は、電圧変化により軸部１の軸線方
向に変位するように設けられ、軸部１およびこれ
に枢着される砥石７を軸線方向に微少変位させ
る。第２の変位手段３は、同じく軸部１の外周側
に係合する４個の圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３
ｄから構成され、これ等の圧電素子３ａ等は、電
圧変化により軸部１をその軸線と直交する方向に
微少変位させる。従つて、例えば、圧電素子３ａ
等に異つた電圧を負荷することにより、軸部１お
よび砥石７を傾斜させることができる。

検出手段１２は、研削抵抗を検出する研削抵抗
センサ８と、研削位置を検出するテーブル位置セ
ンサ９とから構成される。

制御手段１１は、検出手段１２と第１および第
２の変位手段とに接続し、検知手段１２からの信
号により、上記の圧電素子２ａ等および３ａ等の
負荷電圧を調節し、砥石７を変位および傾斜せし
めると共に、検知手段１２とは関係なく、圧電素
子２ａ等および３ａ等の変位を制御し、研削抵抗
を減少させ、切断面のうねりを減少するように切
断条件を調整制御する。

以上により、切断面のうねりを減少せしめ、切
断代を少なくして生産コストを減少させることが
できる。

次に、本実施例を更に詳しく説明する。

極薄（例えば0.2ｍ／ｍ厚）の砥石７は、砥石
軸１５の一端側に取付けられる。砥石軸１５は軸
部１内に枢着され、その他端側にはプーリ１６が
取付けられている。軸部１の外周側には、後に説
明する第１および第２の変位手段２および３が係
合し、軸部１はこれ等の変位手段２および３を介
して砥石軸本体１３に支承される。砥石軸本体１
３には砥石軸駆動モータ１４が設けられ、砥石軸
駆動モータ１４の回転はベルト１７を介しプーリ
１６に伝えられ、これにより砥石軸１５および砥
石７は回転される。

砥石軸本体１３は、その下方側に設けられた微
少切込み装置４により、砥石切断切込み方向に微
動自在に支持される。微少切込み装置４は、ヘツ
ド１８に取付けられ明示していないが、例えば、
砥石軸本体１３をボールねじを介して支承し該ボ
ールねじにパルスモータ等を連結し、該パルスモ
ータを後に説明する制御手段１１に接続し制御手
段１１の指示により、上記パルスモータを微少回
転し、砥石軸本体１３を微少移動せしめるように
構成される。微少切込み量としては切断材料や砥
石７の性質等によつて異なるが2μｍないし200μ
ｍの範囲が設定される。

第１の変位手段２は、４個の圧電素子２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄから構成される。圧電素子２ａお
よび２ｃは軸部１の軸線方向の同一位置に、軸部
１の外周側に相対向して設けられている。又、圧
電素子２ｂ，２ｄは軸部１の圧電素子２ａ，２ｃ
から離れた軸線方向の同一位置に相対向して設け
られている。又、圧電素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄはいづれも電圧変化に応じて軸部１の軸線方向
に変位するように取付けられている。従つて、圧
電素子２ａ等の変位により、軸部１が軸線方向に
変位し、従つてこれに枢着される砥石軸１５およ
び砥石７が軸線方向に微少変位する。

第２の変位手段３は、４個の圧電素子3a，3b，
3c，3dから構成される。これ等の圧電素子３ａ
等は、対応する第１の変位手段２の圧電素子２ａ
等の外方側に係合すると共に、砥石軸本体１３の
内周側に挿設され、第１の変位手段２の圧電素子
２ａ等を介在して軸部１を支承するように形成さ
れている。従つて、圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，
３ｄのすべてに一定の初期電圧を負荷した後、圧
電素子３ａおよび３ｄをそのままにし、圧電素子
３ｂおよび３ｃの初期電圧を増加又は減少させる
ことにより、軸部１を傾斜せしめることができ
る。軸部１が傾斜すると、砥石７をその切断切込
み方向に対し傾斜させることができる。この傾斜
は０ないし0.005radの範囲で適宜に調節すること
ができる。

セラミツク等の硬質材料からなる切断試料６は
テーブル５上に設けられ、テーブル５は割り出し
テーブル１０上に載置され、テーブル５は割り出
しテーブル１０に沿つて切断方向に摺動すると共
に、砥石の軸線方向に割り出し位置決めされる。

検出手段１２は、上記の如く研削抵抗センサ８
とテーブル位置センサ９とから構成される。研削
抵抗センサ８は切断試料６とテーブル５間に設け
られ、研削抵抗力を、例えばストレーンゲージ等
によつて検出するごときものから形成される。
又、テーブル位置センサ８は、テーブル５と割り
出しテーブル１０間に設けられ、テーブル５の移
動位置を例えばマグネスケール等によつて検出す
るもので、特に、砥石７の切断始めおよび切断終
りの出入口位置を検出するものである。

制御装置１１は、検出手段１２の研削抵抗セン
サ８とテーブル位置センサ９に接続すると共に、
第１の変位手段２の圧電素子２ａ等と第２の変位
手段３の圧電素子３ａ等とにそれぞれ接続してい
る。そして、検出手段１２による研削抵抗および
研削位置の検出信号により、各圧電素子２ａ等、
３ａを動作し、最適な研削切断条件を設定しうる
演算手段等（図示せず）が設けられている。又検
出手段１２と無関係に、各圧電素子２ａ等、３ａ
等の電圧を制御し、最適な研削切断条件を設定し
得るマイコン等（図示せず）も設けられている。

次に、本実施例の作用を説明する。

割り出しテーブル１０およびテーブル５により
切断試料６の位置決めをし、微少切込み装置４に
より例えば10μｍ程の切込み量を与えて切断切込
み送りする。従来技術では、前記した如くクリー
プフイード切断をするため、大きな研削抵抗が生
じるが、上記の如き微少切込みより、砥石７の側
面に加わる研削抵抗を小さくすることができる。
勿論、クリープフイード切断と同一の切断能率を
上げるため、テーブル５の送り速度は早くなるが
研削抵抗は上記の如く減少し切断面のうねりが減
少する。

しかしながら、微少切込み切断でも、砥石７の
先端切味分布の非対称性により、砥石７に曲げ力
が作用する。これを減少するため、第２図に示す
如く、第１の変位手段２の圧電素子２ａ等の電圧
を調節し、砥石７を軸線方向に微小量変位させな
がら微少送りする。すなわち、砥石７を位置か
ら，，の如く移動させながら研削切断をす
る。これにより、上記のうねりを小さくし得る
が、切断切込み量が深くなるに従つて、砥石７の
片側面の抵抗が大きくなり、砥石７が曲る。これ
を防止するため、第３図に示す如く、第２の変位
手段３により砥石７を傾斜させ、この傾斜方向を
図の位置，，，の如く交叉に変化させな
がら研削切断送りをする。以上により切断面のう
ねりを大幅に低減することができる。以上の第１
の変位手段２および第２の変位手段３による変位
量は、研削切断条件、切断試料６の材質、砥石７
の形状、材質切込み量、切込み深さ等により、適
宜最適のものを制御手段１１により設定すること
ができる。

又、上記の砥石７の切断出入口では研削抵抗が
減少するため、他の位置と同一条件で研削切断を
すると、うねりが生ずる。これを防止するため、
研削抵抗センサ８又はテーブル位置センサ９によ
り、その状態を検知し、この信号を制御手段１１
に入力し、砥石７の曲り等を演算し、最適の位置
に砥石７を変位すべく調節する。勿論切断出入口
以外の所でも、研削抵抗の変化に応じて、砥石７
の変位調節ができ、最適な研削切断が補償され
る。

次に、実験例を説明する。

厚さ約４ｍ／ｍのセラミツクからなる切断試料
を切断能率150mm²／minで厚み0.2ｍ／ｍの砥石で
切断した場合うねり状態を第４図に示す。図にお
いて、横軸は切断切込み量fμｍを示し縦軸はうね
りδμｍを示す。点Ｂは従来技術のクリープフイ
ードで切断した場合を示し、約40μｍ以上のうね
りδが生じている。これに対し、切断切込み量ｆ
が10μｍの本実施例では、点Ａで示す如く、うね
りδは10μｍと大幅に減少している。但し、上記
の如く、切断切込み量ｆが深くなつてくると、上
記の如く砥石７が曲り、かえつてうねりδが大き
くなる。この場合でも、第５図に示す如く、砥石
を傾斜させることにより、うねりδを減少するこ
とができる。すなわち、図において、横軸に傾斜
θradをとり、縦軸にうねりδμｍをとると傾斜
θradが零のとき40μｍ以上のうねりδμｍのものが
傾斜θが0.005radになると点Ｃに示す如く6μｍと
大幅に減少する。

更に、上記の砥石７の出入口における研削抵抗
の変化による砥石７の曲り等を制御手段１１によ
り調節することにより、点Ｄに示す如く、うねり
δを3μｍ以下に減少させることができる。

以上の如く、うねりδが減少すると、切断に必
要な切断代を減少することができる。切断代の減
少により、切断によつて廃却される切断試料が減
少し、従つて生産コストを10ないし20％程度向上
することができる。

本実施例において、第１および第２の変位手段
２，３として、圧電素子を用いたが、これに限定
するものではない。又、圧電素子２ａ等、３ａ等
を各４個使用したが勿論これに限定するものでな
い。又、圧電素子３ａ等を圧電素子２ａ等の外方
に設けたが逆でもよく、又、異つた位置に設ける
ものであつてもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明によつて明らかな如く、本発明によ
れば、高精度の研削切断が可能となると共に生産
コストを低減し得る効果が上げられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の構成図、第２図は砥
石を軸線方向に変位させながら切断する状態を示
す説明図、第３図は砥石を切断切込み方向に傾斜
させながら切断する状態を示す説明図、第４図は
切断切込み量とうねりとの関係を示す線図、第５
図は傾斜とうねりとの関係を示す線図である。 １……軸部、２……第１の変位手段、３……第
２の変位手段、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄ……圧電素子、４……微少切込
み装置、５……テーブル、６……切断試料、７…
…砥石、８……研削抵抗センサ、９……テーブル
位置センサ、１０……割り出しテーブル、１１…
…制御手段、１２……検知手段、１３……砥石軸
本体、１４……砥石軸駆動モータ、１５……砥石
軸、１６……プーリ、１７……ベルト、１８……
ベツド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 砥石をその切断切込み方向に微少切込みする
   微少切込み装置と、上記砥石の軸部に係合し、該
   軸部を軸線方向に微少変位する第１の変位手段
   と、同じく、上記砥石の軸部に係合し、該軸部を
   上記軸線に直交する向きに微少変位して、上記砥
   石をその切断切込み方向に傾斜せしめる第２の変
   位手段と、上記砥石の研削抵抗およびその研削位
   置を検出する検出手段と、該検出手段と第１およ
   び第２の変位手段に係合し、上記検出手段の信号
   により、上記第１および第２の変位手段を動作す
   ると共に、上記第１および第２の変位手段の変位
   量を制御する制御手段とを備えることを特徴とす
   る高精度研削切断装置。 ２ 上記微少切込み装置の切込み量が2μｍない
   し200μｍであると共に、第２の変位手段による
   上記傾斜が0radないし0.05radであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の高精度研削切
   断装置。 ３ 第１の変位手段が、電圧変化により、上記砥
   石の軸部の軸線方向に変位する圧電素子であると
   共に、第２の変位手段が、同じく電圧変化によ
   り、上記軸部の軸線に直交する向きに変位する圧
   電素子であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の高精度研削切断装置。