特開 2022-182419 加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022182419

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】加工装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 7/04 20060101AFI20221201BHJP

   B24B 41/047 20060101ALI20221201BHJP

   F16C 32/04 20060101ALI20221201BHJP

【ＦＩ】

B24B7/04 A

B24B41/047

F16C32/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021089963

(22)【出願日】2021-05-28

(71)【出願人】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】110001014

【氏名又は名称】弁理士法人東京アルパ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤本 政良

【テーマコード（参考）】

3C034

3C043

3J102

【Ｆターム（参考）】

3C034AA08

3C034BB06

3C034BB73

3C043BA03

3C043BA13

3C043CC04

3C043DD02

3C043DD04

3C043DD05

3C043DD06

3J102AA01

3J102BA03

3J102BA18

3J102CA09

3J102CA11

3J102CA16

3J102DA03

3J102DA07

3J102DA12

3J102DA26

3J102FA16

3J102GA07

(57)【要約】

【課題】硬質の被加工物を研削又は研磨する場合においても、スピンドル回転軸を回転可能に支持して良好な加工を可能とする。
【解決手段】加工装置に、被加工物の加工中に回転軸４１に対して保持テーブルから離反する方向にかかるスラスト荷重を軽減する軽減ユニット４８を備えることにより、当該スラスト荷重が打ち消される方向の力が作用し、回転軸４１にかじりが生じるおそれを低減することができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工物を保持する保持テーブルと、
該保持テーブルに保持された被加工物を加工する加工工具と、
該加工工具を該保持テーブルに対して接近させて加工する加工送りユニットと、
該加工工具が先端に固定されるスピンドルユニットと、を備える加工装置であって、
該スピンドルユニットは、
一端において該加工工具を支持する回転軸と、
該回転軸を回転可能に支持するベアリングと、
被加工物の加工中に該回転軸に対して該保持テーブルから離反する方向にかかるスラスト荷重を軽減する軽減ユニットと、
を有することを特徴とする加工装置。

【請求項2】

該軽減ユニットは、
該回転軸に固定された第1の磁石と、
該第1の磁石よりも該保持テーブルから離れた位置に設置され、該第1の磁石と対向し、該第1の磁石と反発する第２の磁石と、を有し、
該第1の磁石と該第２の磁石との反発力によって、被加工物の加工中に、該回転軸に対して該保持テーブルから離反する方向にかかるスラスト荷重を軽減することを特徴とする
加工装置。

【請求項3】

該軽減ユニットは、
該回転軸に固定された吸着部と、
該吸着部よりも該保持テーブル側に設置され、該吸着部と対向し、該吸着部を引きつける第３の磁石と、を有し、
該吸着部が該第３の磁石に引きつけられることで、被加工物の加工中に、該回転軸に対して該保持テーブルから離反する方向にかかるスラスト荷重を軽減することを特徴とする
請求項１に記載の加工装置。

【請求項4】

該吸着部は、磁性体または磁石であることを特徴とする
請求項３に記載の加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被加工物を研削又は研磨する加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スピンドルの先端に研削砥石や研磨ホイールなどの加工工具が装着された加工装置においては、被加工物をチャックテーブルにおいて保持し、被加工物と回転する加工工具とを接近させながら被加工物を加工する。通常、スピンドルの回転軸は、エアベアリングによって非接触状態で支持されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2008-049445号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

被加工物がサファイア、SiC（炭化ケイ素）、LT（リチウムタンタレート）のように硬質の場合は、加工工具を被加工物に対して押圧して加工する必要があるが、押圧力が強くなると、スピンドルの回転軸を支持する軸受に対し、保持テーブルから離反する方向にスラスト荷重がかかる。そして、そのスラスト荷重がエアベアリングによる支持力を上回ってしまうと、研削ホイール等の反対側の端部においてエアによる回転軸の支持ができなくなるおそれがある。

【0005】

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、硬質の被加工物を研削又は研磨する場合においても、回転軸を回転可能に支持して良好な加工を可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された被加工物を加工する加工工具と、該加工工具を該保持テーブルに対して接近させて加工する加工送りユニットと、該加工工具が先端に固定されるスピンドルユニットと、を備える加工装置であって、該スピンドルユニットは、一端において該加工工具を支持する回転軸と、該回転軸を回転可能に支持するエアベアリングと、被加工物の加工中に該回転軸に対して該保持テーブルから離反する方向にかかるスラスト荷重を軽減する軽減ユニットと、を有する。
該軽減ユニットは、該回転軸に固定された第1の磁石と、該第1の磁石よりも該保持テーブルから離れた位置に設置され、該第1の磁石と対向し、該第1の磁石と反発する第２の磁石と、を有し、該第1の磁石と該第２の磁石との反発力によって、被加工物の加工中に、該回転軸に対して該保持テーブルから離反する方向にかかるスラスト荷重を軽減するようにしてもよい。
また、該軽減ユニットは、該回転軸に固定された吸着部と、該吸着部よりも該保持テーブル側に設置され、該吸着部と対向し、該吸着部を引きつける第３の磁石と、を有し、該吸着部が該第３の磁石に引きつけられることで、被加工物の加工中に、該回転軸に対して該保持テーブルから離反する方向にかかるスラスト荷重を軽減するようにしてもよい。
該吸着部は、磁性体または磁石である。

【発明の効果】

【0007】

本発明の加工装置は、被加工物の加工中に回転軸に対して保持テーブルから離反する方向にかかるスラスト荷重を軽減する軽減ユニットを備えるため、当該スラスト荷重が打ち消される方向の力が作用することにより、回転軸にかじりが生じるおそれを低減することができる。したがって、硬質の被加工物を研削又は研磨する場合においても、回転軸を回転可能に支持することができ、良好な加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】研削装置の例を示す正面図である。

【図2】研磨装置の例を示す正面図である。

【図3】スピンドルユニットの第１例を示す縦断面図である。

【図4】スピンドルユニットの第２例を示す縦断面図である。

【図5】スピンドルユニットの第３例を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１に示す研削装置１は、被加工物を保持する保持テーブル２と、保持テーブル２に保持された被加工物１００を研削する加工機構３と、加工機構３を被加工物に対して接近及び離反させる加工送りユニット７とを備えている。

【0010】

保持テーブル２は、上面において被加工物１００を吸引保持可能であり、Ｚ軸方向の回転軸２０を軸として回転可能となっている。

【0011】

加工機構３は、スピンドルユニット４の先端に加工工具である研削ホイール５が装着されて構成されている。スピンドルユニット４は、Ｚ軸方向の軸心４０を有するスピンドル４１と、スピンドル４１を回転させるモータ４２と、スピンドル４１の下端に連結されたフランジ４３とを備えている。

【0012】

フランジ４３には、加工工具である研削ホイール５が装着されている。研削ホイール５は、フランジ４３を介してスピンドル４１の一端に支持されており、フランジ４３に取り付けられる基台５１と、基台５１の下面に環状に固着された複数の研削砥石５２とを備えている。

【0013】

このように構成される研削装置１では、被加工物１００を保持した保持テーブル２を回転させるとともに、研削ホイール５を回転させながら加工送りユニット７が加工機構３を下降させることにより、被加工物１００の上面が研削される。

【0014】

図２に示す研磨装置１０は、図１に示した研削ホイール５に代えて研磨ホイール６を装着しており、それ以外の部位は研削装置１と同様に構成されるため、図１と共通の符号を付し、その説明を省略することとする。

【0015】

研磨ホイール６は、フランジ４３に取り付けられる基台６１と、基台６１の下面に固着された円形の研磨パッド６２とを備えている。

【0016】

研磨装置１０では、被加工物１００を保持した保持テーブル２を回転させるとともに、研磨ホイール６を回転させながら加工送りユニット７が加工機構３を下降させることにより、被加工物１００の上面が研削される。

【0017】

以下では、研削装置１及び研磨装置１０に共通する構成について説明する。
図３に示すように、スピンドル４１は、モータ４２によって回転駆動される回転軸４１１と、スピンドル４１の軸方向に離間する第１大径部４１２及び第２大径部４１３と、第１大径部４１２と第２大径部４１３との間に位置する被支持軸４１４とを備えている。スピンドル４１の内部には、軸方向に貫通し研削液を通す研削液流路４１５が形成されている。

【0018】

スピンドルユニット４は、スピンドル４１を回転可能に支持するエアベアリング４４と、エアベアリング４４を支持するハウジング４５とを備えている。

【0019】

エアベアリング４４は、ハウジング４５の内部に形成されたエア流路４５１に連通している。エア流路４５１は、エア流入部４５２及びエア排出部４５３において開口している。エアベアリング４４は、第１大径部４１２に向けて上向きにエアを噴出することにより第１大径部４１２をスラスト方向に支持する第１スラストベアリング４４１と、第２大径部４１３に向けて下向きにエアを噴出することにより第２大径部４１３をスラスト方向に支持する第２スラストベアリング４４２と、被支持軸４１４に向けてエアを噴出することによりスピンドル４１をラジアル方向に支持するラジアルベアリング４４３とを備えている。エア流入部４５２から流入したエアは、エア流路４５１を通り、第１スラストベアリング４４１、第２スラストベアリング４４２及びラジアルベアリング４４３おいて噴出されてスピンドル４１を非接触にて支持する。

【0020】

第１スラストベアリング４４１の上部には、圧力センサ４４４が配設されている。圧力センサ４４４は、第１スラストベアリング４４１と第１大径部４１２との間の圧力を計測する。

【0021】

モータ４２は、回転軸４１１に連結されたロータ４２１と、ロータ４２１の外周側に配設されたステータコイル４２２とを備えている。ステータコイル４２２の外周側は、ウォータージャケット４６によって覆われ、ロータ４２１及びステータコイル４２２の上方は、エンドカバー４７によって覆われている。

【0022】

回転軸４１１の上端よりも保持テーブル２に若干近い側の外周側には、第１の磁石４８１が設けられている。一方、エンドカバー４７の内周側には、第２の磁石４８２が設けられている。第１の磁石４８１と第２の磁石４８２とは、Ｚ軸方向、すなわちスピンドル４１の軸方向に対向した位置関係となっており、第１の磁石４８１は、第２の磁石４８２よりも保持テーブル２に近い側に位置している。第１の磁石４８１と第２の磁石４８２とは、互いが反発し合う関係となっている。
なお、第２の磁石４８２の位置は、第１の磁石４８１との間で反発力が生じる位置であればよく、エンドカバー４７の内周側には限られない。

【0023】

第１の磁石４８１には、例えば永久磁石が用いられる。一方、第２の磁石４８２には、例えば電磁石が用いられる。第２の磁石４８２を永久磁石としてもよいが、電磁石とすると、電流の強弱によって反発力を制御することができる。

【0024】

第２の磁石４８２は、イモネジ４８３によってエンドカバー４７に対して可動式にて取り付けられる。すなわち、第２の磁石４８２は、イモネジ４８３によって緩みを防止しつつ、調整された位置において第２の磁石４８２を固定することができる。
また、第２の磁石４８２と回転軸４１１との間には隙間４８４があるため、この隙間４８４に指が入らないようにするためのカバー４８５が架設されている。

【0025】

図１に示した研削装置１及び図２に示した研磨装置１０において、加工工具である研削ホイール５又は研磨ホイール６を回転させながら下降させて被加工物１００に接触させると、スピンドル４１にはスラスト方向上方に向く荷重がかかる。しかしながら、第１の磁石４８１と第２の磁石４８２とが反発しあうため、保持テーブル２から離反する方向のスラスト荷重が磁力によって低減される。したがって、被加工物１００が硬質である場合も、スピンドル４１とエアベアリング４４との間でかじりが生じるおそれを低減することができる。
このように、第１の磁石４８１と第２の磁石４８２とは、スピンドル４１が保持テーブル２から離反する方向のスラスト荷重を軽減する軽減ユニット４８として機能する。

【0026】

スピンドル４１が保持テーブル２から離反する方向に上昇すると、圧力センサ４４４の測定値が上昇するが、第２の磁石として電磁石を用いた場合は、圧力センサ４４４の測定値に応じて第２の磁石４８２に供給する電流を調整することにより、圧力センサ４４４の測定値が許容値の範囲内となるように制御し、これによりスピンドル４１のＺ軸方向の位置を安定させてかじりが生じるおそれを低減することができる。

【0027】

なお、第１の磁石４８１として電磁石を用いることも可能ではあるが、その場合は電磁石への給電用の配線が回転しないようにするための機構を備える必要があるため、第２の磁石４８２を電磁石とすることが望ましい。

【0028】

第１の磁石４８１及び第２の磁石４８２の双方に永久磁石を用いることもできる。ただし、スピンドル４１に装着される加工工具と被加工物との組み合わせによってスピンドル４１に作用するスラスト荷重が異なり、圧力センサ４４４の測定値も異なるため、加工工具と被加工物との組み合わせごとに、保持テーブル２から離反する方向に発生するスラスト荷重を測定しておき、スラスト荷重を軽減させるのに必要な反発力を算出し、加工開始前に、軽減ユニット４８において生ずる反発力が算出した反発力になるように、第２の磁石４８２の位置を調整する。これにより、加工工具と被加工物との組み合わせに対応して軽減ユニット４８における反発力を調整することができる。

【0029】

図４に示すスピンドルユニット４は、図３に示した軽減ユニット４８に代えて、軽減ユニット４９を備えている。また、図４においては、図３の研削装置１に備えた圧力センサ４４４に相当するものを図示していないが、これに相当するものを備えてもよい。

【0030】

軽減ユニット４９は、回転軸４１１の上端部外周側に配設された吸着部４９１と、吸着部４９１を磁力によって引き付ける第３の磁石４９２とを備えている。吸着部４９１は、磁石又は磁性体のリングプレートで構成され、エンドカバー４７よりも上端側に突出した位置に配設されている。

【0031】

第３の磁石４９２は、回転軸４１１の軸方向において吸着部４９１と対向し、吸着部４９１よりも保持テーブル２に近い側であり、電磁石で構成され、コイル４９３及びヨーク４９４、４９５に固定されており、ヨーク４９４はエンドカバー４７にネジ止めされている。吸着部４９１と第３の磁石４９２とは、Ｚ軸方向、すなわち回転軸４１１の軸方向に、ヨーク４９５を介して対面した状態となっている。コイル４９３に電流を流すことにより吸着部４９１が第３の磁石４９２に引きつけられ、これにより、被加工物１００の加工中に、回転軸４１１に対して保持テーブル２から離反する方向にかかるスラスト荷重を軽減することができる。スピンドルユニット４が圧力センサを備える場合は、圧力センサの測定値に応じて第３の磁石４９２に供給する電流を調整することにより、圧力センサの測定値が許容値の範囲内となるように制御し、これによりスピンドル４１のＺ軸方向の位置を安定させることができる。

【0032】

なお、吸着部４９１を電磁石とすることも可能ではあるが、その場合は給電用の配線が回転しないようにするための機構を備える必要があるため、第３の磁石４９２を電磁石とすることが望ましい。また、吸着部４９１だけでなく、第３の磁石を永久磁石とすることもできる。

【0033】

また、第３の磁石４９２の位置は、吸着部４９１との間で吸引力が生じる位置であればよいため、吸着部４９１よりも保持テーブル２に近い位置であればよく、エンドカバー４７の内周側には限られない。

【0034】

図５に示すスピンドルユニット４は、図４に示すスピンドルユニット４と同様に構成されるが、スピンドルユニット４のハウジング４５の下部と、スピンドルユニット４を下から支持する支持部材７０との間に圧力センサ７１を備えている。この場合も、圧力センサ７１の測定値に応じて第３の磁石の磁力を制御することにより、スピンドル４１の位置を安定させることができる。

【0035】

なお、軽減ユニットを構成する２つの磁石の配設位置は、片方がスピンドル４１側、他方がハウジング４５、ウォータージャケット４６又はエンドカバー４７側のいずれかであればよく、図３～図５に示した位置には限定されない。
また本実施形態は、エアベアリングを用いて説明したが、ベアリングの種類はエアに限定されない。

【符号の説明】

【0036】

１：研削装置 １０：研磨装置
２：保持テーブル ２０：回転軸
３：加工機構
４：スピンドルユニット
４０：軸心
４１：スピンドル ４１１：回転軸 ４１２：第１大径部 ４１３：第２大径部
４１４：被支持軸 ４１５：研削液流路
４２：モータ ４２１：ロータ ４２２：ステータコイル
４３：フランジ
４４：エアベアリング ４４１：第１スラストベアリング
４４２：第２スラストベアリング ４４３：ラジアルベアリング ４４４：圧力センサ
４５：ハウジング ４５１：エア流路 ４５２：エア流入部 ４５３：エア排出部
４６：ウォータージャケット ４７：エンドカバー
４８：軽減ユニット ４８１：第１の磁石 ４８２：第２の磁石
４８３：イモネジ ４８４：隙間 ４８５：カバー
４９：軽減ユニット ４９１：吸着部 ４９２：第３の磁石 ４９３：コイル
４９４、４９５：ヨーク
５：研削ホイール ５１：基台 ５２：研削砥石
６：研磨ホイール ６１：基台 ６２：研磨パッド
７：加工送りユニット ７０：支持部材 ７１：圧力センサ
１００：被加工物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】