(57)【要約】【課題】回転砥石の外周縁検出に用いる光センサの投光面及び受光面に汚れが付着することを従来と比較して確実に防止することの可能な加工機及び砥石外周縁検出方法を提供する。【解決手段】シャッター２６を閉じ、水注入口２０からの水の注入を開始する。発光部１７の投光面２８と受光部１８の受光面２９が水没した状態で回転砥石７による切断、切削、研削等の加工を行う。加工が終了すると回転砥石７のドレスを行う。加工及びドレスが終了すると、シャッター２６を開け、水注入口２０からの水の注入を停止する。発光部１７の投光面２８と受光部１８の受光面２９が水中から露出すると、エア噴出口２５から投光面２８及び受光面２９に向けてエアを噴出する。その後、回転砥石７を容器１６内（投光面２８及び受光面２９の間）に降下させて回転砥石７の先端位置を光学的に検出する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、前記容器内に液体を注入する液体注入手段と、前記容器内から液体を排出する液体排出手段と、前記容器内に投光面及び受光面を有する光センサと、前記投光面及び前記受光面に向けて気体を噴出する気体噴出手段と、前記光センサの光を遮る位置に相対移動可能な回転砥石とを備え、前記光センサでの検出結果に基づいて前記回転砥石の外周縁を検出する、加工機。
【請求項２】
前記投光面及び前記受光面は前記容器内の前記液体中に没した状態となることができ、かつ、前記液体中から露出した前記投光面及び前記受光面に前記気体を噴出することで前記投光面及び前記受光面に付着した液滴を除去可能である、請求項１に記載の加工機。
【請求項３】
前記回転砥石の加工対象となるワークを伴って加工方向に移動するスライダを備え、前記容器が前記スライダに設けられている、請求項１又は２に記載の加工機。
【請求項４】
前記容器は切削液又は研削液の飛散範囲内に存在する請求項１から３のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項５】
前記容器の上部開口を開閉可能なシャッターを備える請求項１から４のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項６】
光センサの投光面及び受光面が内部にある容器に液体を注入して前記投光面及び前記受光面を前記液体中に浸漬した状態で回転砥石による加工あるいは回転砥石のドレスを行い、その後、前記容器から前記液体を排出して前記投光面及び前記受光面を前記液体中から露出させた状態で前記投光面及び前記受光面に向けて気体を噴出し、前記光センサの光を遮るように前記回転砥石を相対移動し、前記光センサでの検出結果に基づいて前記回転砥石の外周縁を検出する、砥石外周縁検出方法。
【請求項７】
液体の注入を継続して前記容器内の液体を入れ替えながら前記加工あるいは前記ドレスを行う請求項６に記載の砥石外周縁検出方法。
【請求項８】
前記加工あるいは前記ドレスを行っているときは前記容器の上部開口をシャッターで閉じておき、前記光センサによる検出を行うときに前記シャッターを開ける、請求項６又は７に記載の砥石外周縁検出方法。
【請求項９】
前記回転砥石の加工対象となるワークを伴って加工方向に移動するスライダに前記容器が設けられている請求項６から８のいずれか一項に記載の砥石外周縁検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転砥石による加工を行う加工機、及び回転砥石の外周縁を光センサで検出する砥石外周縁検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドホイールなどの回転砥石を用いた水溶性研削液湿式切断機（加工機）において、回転砥石が切断、ドレス等により磨耗する。なお、ドレスは、回転砥石の目立て作業であり、加工と加工の間に行われる。切断等の加工を行う際の高さ設定には、回転砥石の磨耗量を検出する必要がある。回転砥石の磨耗量検出を非接触で行う場合、透過型の光電管などを利用して、回転砥石を上下動作させながら回転砥石で遮られる光量を電圧などに変換し電気信号として取り出すことで、回転砥石先端位置（外周縁）を検出する方法が考えられる。しかし、光電管の投光面及び受光面の汚れは透過する光量を変化させるため、回転砥石に遮られる光量を正確に特定するのが困難となる。すなわち、回転砥石先端位置の正確な検出が出来なくなる問題がある。そこで、光電管の投光面及び受光面の汚れを吹き飛ばすエアパージや水洗などの機能を付加することが考えられる。
【０００３】
下記特許文献１は、切削ブレードの状態検出を行う検出手段の発光面及び受光面が加工屑によって汚れるのを抑制するために、発光面及び受光面にそれぞれ流体を供給する噴出口をブレードカバーに設けている。
【０００４】
下記特許文献２は、環状ブレードの状態を検出するブレード検出手段を備えた切削装置において、環状ブレードの高速回転によって切削水が切削屑とともにブレード検出手段の発光体と受光体に飛散することをブラシ状仕切り部材により阻止する。
【０００５】
下記特許文献３は、回転砥石の磨耗量検出とは関係ないが、回転砥石を用いてワークに加工を行うワーク加工装置（加工機）の構成・動作の詳細を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１１０６３１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６７８００号公報
【特許文献３】特許第４７８０３５６号公報（本出願人提案）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
切削液又は研削液に加工屑が混じってミスト状となった汚れが投光面及び受光面に付着すると、特許文献１のように水洗い洗浄をしても汚れが落ちないことがある。また、特許文献２のようにブラシ状仕切り部材を設けても、ミスト状の汚れの付着を防ぐのは困難である。
【０００８】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、回転砥石の外周縁検出に用いる光センサの投光面及び受光面に汚れが付着することを従来と比較して確実に防止することの可能な加工機及び砥石外周縁検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、加工機である。この加工機は、容器と、前記容器内に液体を注入する液体注入手段と、前記容器内から液体を排出する液体排出手段と、前記容器内に投光面及び受光面を有する光センサと、前記投光面及び前記受光面に向けて気体を噴出する気体噴出手段と、前記光センサの光を遮る位置に相対移動可能な回転砥石とを備え、前記光センサでの検出結果に基づいて前記回転砥石の外周縁を検出する。
【００１０】
前記投光面及び前記受光面は前記容器内の前記液体中に没した状態となることができ、かつ、前記液体中から露出した前記投光面及び前記受光面に前記気体を噴出することで前記投光面及び前記受光面に付着した液滴を除去可能であってもよい。
【００１１】
前記回転砥石の加工対象となるワークを伴って加工方向に移動するスライダを備え、前記容器が前記スライダに設けられていてもよい。
【００１２】
前記容器は切削液又は研削液の飛散範囲内に存在してもよい。
【００１３】
前記容器の上部開口を開閉可能なシャッターを備えてもよい。
【００１４】
本発明のもう１つの態様は、砥石外周縁検出方法である。この方法は、光センサの投光面及び受光面が内部にある容器に液体を注入して前記投光面及び前記受光面を前記液体中に浸漬した状態で回転砥石による加工あるいは回転砥石のドレスを行い、その後、前記容器から前記液体を排出して前記投光面及び前記受光面を前記液体中から露出させた状態で前記投光面及び前記受光面に向けて気体を噴出し、前記光センサの光を遮るように前記回転砥石を相対移動し、前記光センサでの検出結果に基づいて前記回転砥石の外周縁を検出する。
【００１５】
液体の注入を継続して前記容器内の液体を入れ替えながら前記加工あるいは前記ドレスを行ってもよい。
【００１６】
前記加工あるいは前記ドレスを行っているときは前記容器の上部開口をシャッターで閉じておき、前記光センサによる検出を行うときに前記シャッターを開けてもよい。
【００１７】
前記回転砥石の加工対象となるワークを伴って加工方向に移動するスライダに前記容器が設けられていてもよい。
【００１８】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現をシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、回転砥石の外周縁検出に用いる光センサの投光面及び受光面に汚れが付着することを従来と比較して確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る加工機１の概略平面図。
【図２】加工機１の概略正面図。
【図３】図１に示す容器１６の平面図。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】図３のＢ−Ｂ断面図。
【図６】実施の形態における回転砥石７の先端位置検出の動作説明図。
【図７】同フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る加工機１の概略平面図である。図２は、加工機１の概略正面図である。これらの図において相互に直交する３方向であるＸＹＺ方向を定義する。
【００２３】
まず加工機１の全体構成について簡単に説明する。不図示の装置基台にＸ軸スライドガイド２が固定される。Ｘ軸スライドガイド２にはＸスライダ３がＸ方向にスライド可能に支持される。θ軸部４は、Ｘスライダ３と共にＸ方向に移動し、かつ不図示のモータに駆動されてＺ方向と平行な回転軸で回転自在である。θテーブル５はθ軸部４に支持されてθ軸部４と一体に回転する。θテーブル５上には加工対象となるワーク６が載置される。このためワーク６はＸ方向に移動可能かつＺ方向を軸に回転可能である。ワーク６は、特に限定されないが、例えば多数個の素子を一括形成したシリコンウェハや基板である。
【００２４】
Ｘスライダ３には支持脚１４が立設固定され、支持脚１４の上端部には支持台１５が固定され、支持台１５上には金属製もしくは樹脂製の容器１６が固定される。このため容器１６はＸスライダ３と共にＸ方向に移動する。容器１６内には光センサを成す発光部１７及び受光部１８が配置される。容器１６内の詳細は図３〜図５で後述する。
【００２５】
Ｙ軸スライドガイド１２は不図示の装置基台に固定される。Ｙスライダ１１はＹ軸スライドガイド１２に支持されてＹ方向にスライド可能である。Ｚスライダ１０はＹスライダ１１に支持されてＺ方向にスライド可能である。スピンドル軸９は、Ｙ方向と平行な回転軸であり、Ｚスライダ１０と共にＺ方向に移動し、かつ不図示のモータにより回転駆動される。回転砥石７は、フランジ８によってスピンドル軸９に取り付けられ、スピンドル軸９の回転に伴って回転する。このため回転砥石７はＹ方向及びＺ方向に移動可能である。切削液供給ノズル３０は、回転砥石７と一体にＹ方向及びＺ方向に移動可能であり、加工時に切削液（あるいは研削液）を回転砥石７とワーク６に供給する。加工室２７は、不図示の装置基台に固定されて回転砥石７の周囲を囲み、加工屑や切削液の周囲への飛散を防止する。制御部１９は、プロセッサやメモリ、プログラムその他、加工機１全体の動作制御及び各種演算に必要な要素を包含する。カメラ１３は、ワーク６のアライメント用であり、例えばＹスライダ１１に固定される。
【００２６】
なお、加工機１において、回転砥石７の先端位置検出に係る構成以外は本出願人提案の特許文献３と同様でよいため、更なる詳細な説明は省略する。
【００２７】
図３は、図１に示す容器１６の平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ断面図である。これらの図の例では容器１６は上面が開口した直方体形状である。容器１６の底面には発光側ホルダ２３及び受光側ホルダ２４が固定され、発光側ホルダ２３及び受光側ホルダ２４には光センサの発光部１７及び受光部１８がそれぞれ支持され、発光部１７の投光面２８と受光部１８の受光面２９とが相互に対向する。発光部１７は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザーダイオード）等の発光素子を含み、投光面２８から光を受光部１８の受光面２９に向けて照射する。受光部１８は、受光面２９を通して受光した光を、フォトトランジスタやフォトダイオード等の半導体受光素子あるいは光電管により受光して電気信号に変換する。発光部１７及び受光部１８は防水対策を施したものを使用する。容器１６の底面からはエア噴出管２２がＬ字状に延び、エア噴出口２５（エア噴出管２２の先端開口）は投光面２８と受光面２９との中間位置側方にあって投光面２８及び受光面２９にエアを噴出可能である。エア噴出口２５からのエア噴出は例えば制御部１９により不図示の電磁弁（開閉手段）を開閉することで制御される。容器１６の底面には水注入口２０と水排出口２１が開口する。水注入口２０は水排出口２１より大径である。水注入口２０の開口位置は好ましくは平面視で投光面２８及び受光面２９の中間位置とする。水注入口２０からの水の注入は例えば制御部１９により不図示の電磁弁を開閉することで制御される。注入する水はスピンドルの冷却液などを流用することができる。水排出口２１側には電磁弁等の開閉手段を設ける必要はない。シャッター２６は、金属製もしくは樹脂製であり、容器１６の上部開口を開閉可能に設けられる。シャッター２６の開閉は例えば制御部１９により不図示のエアシリンダ等を駆動することで制御される。シャッター２６を閉じることで投光面２８及び受光面２９に切削液が直接かかることが防止される。
【００２８】
図６は、本実施の形態における回転砥石７の先端位置検出（すなわち磨耗量検出）の動作説明図であり、図７はそのフローチャートである。制御部１９は、まず、図６（Ａ）に示すようにシャッター２６を閉じ（Ｓ１）、不図示の電磁弁を開いて水注入口２０からの水の注入を開始する（Ｓ２）。シャッター２６の閉鎖と水の注入開始はいずれを先に行ってもよく、並行して行ってもよい。水注入口２０からの水の注入と水排出口２１からの水の排出は並行して行われるが、単位時間あたりの水の注入量が水の排出量よりも多いため、トータルで見れば時間の経過と共に水の注入が進み、図６（Ｂ）に示すように容器１６内の水位が上昇して発光部１７の投光面２８と受光部１８の受光面２９が水没する（水中に浸漬される）。この状態で回転砥石７による切断、切削、研削、研磨等の加工を行う（Ｓ３）。加工が終了すると回転砥石７のドレスを行う（Ｓ４）。加工及びドレスの動作は周知なのでここでは説明を省略する。加工及びドレスはいずれか一方を省略してもよい。加工及びドレスの際も水の注入は継続されており、排出量を上回る注入分は容器１６とシャッター２６の隙間からあふれて外に出る。加工及びドレスが終了すると、制御部１９は、図６（Ｃ）に示すようにシャッター２６を開け（Ｓ５）、不図示の電磁弁を閉じて水注入口２０からの水の注入を停止する（Ｓ６）。シャッター２６の開放と水の注入停止はいずれを先に行ってもよく、並行して行ってもよい。水の注入を停止すると水排出口２１からの水の排出が進み、図６（Ｃ）に示すように発光部１７の投光面２８と受光部１８の受光面２９が水中から露出する。この状態で、制御部１９は、不図示の電磁弁を開いてエア噴出口２５から投光面２８及び受光面２９に向けてエアを噴出する（Ｓ７）。これにより投光面２８及び受光面２９に付着した水滴（液滴）が除去される。制御部１９の制御により容器１６は図６（Ｄ）に示すように回転砥石７の真下となる位置に移動しており、図６（Ｅ）に示すように回転砥石７を容器１６内（投光面２８及び受光面２９の間）に降下させることで回転砥石７により投光面２８から受光面２９に至る光が遮られ、回転砥石７の先端位置が光学的に検出される。光センサによる回転砥石の先端位置検出自体は周知なのでここでは説明は省略する。
【００２９】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００３０】
(1) 回転砥石７による加工あるいは回転砥石７のドレスの際は発光部１７の投光面２８と受光部１８の受光面２９が水没しているため、切削液又は研削液に加工屑が混じってミスト状となった汚れがシャッター２６を回り込んで容器１６内に入ってきてもミスト状の汚れは水と混ざり合って薄まり、投光面２８及び受光面２９の汚染が防止され、回転砥石７の先端位置検出（径の測定）を正確に実施できる。
【００３１】
(2) 加工とドレスの動作中に容器１６内への水の注入を継続して容器１６内の水を継続的に入れ替えているため、ミスト状の汚れによる容器１６内の水の汚染濃度上昇が抑制される。ここで、水注入口２０が投光面２８及び受光面２９の近傍にあり、投光面２８及び受光面２９には新しい水（汚染されていない水）が継続的に送り込まれるため、投光面２８及び受光面２９の近傍の水は汚染濃度が上昇しにくくて好ましい。また、汚れは容器１６内の水面付近に溜まりやすいため、水の注入を継続して水を容器１６からあふれさせることで、水面付近に溜まった汚れを好適に外部に排出することができる。
【００３２】
(3) 回転砥石７の先端位置検出の前にエア噴出口２５からのエアパージにより投光面２８及び受光面２９の水滴を除去、乾燥するので、水滴の影響を無くして正確な検出を実施できる。
【００３３】
(4) 上記の汚れ対策は、厳重な密閉開閉容器で保護する場合と比較して構造が単純でコスト安である。
【００３４】
(5) 上記のとおり汚れ対策を施しているため、光センサを成す発光部１７及び受光部１８は、環境の悪い（汚染されやすい）加工室２７内に設置可能であり、本実施の形態では発光部１７及び受光部１８を収容した容器１６をＸスライダ３に固定している。固定位置はＸスライダ３のＸ方向一方側であり、通常の切削ストロークの範囲内で回転砥石７の先端位置検出が可能となっている。このため、回転砥石７の先端位置検出のために切削ストロークを超えてストローク範囲を広げる必要が無く、大幅な装置設計の変更が不要で、またワーク６の載置面（θテーブル５の上面）の剛性確保や小型化、コスト低減の観点で好ましい。また、発光部１７及び受光部１８を収容した容器１６を加工室２７外に設置する場合と比較して装置が小型で済みコスト安である。
【００３５】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００３６】
容器１６に注入する液体は水に限定されず、またエア噴出口２５から噴出する気体は空気に限定されない。シャッター２６は省略してもよい。水排出口２１にも電磁弁を設け、水注入時には制御部１９は電磁弁を閉じて水排出口２１からの排水を止めてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  加工機、２  Ｘ軸スライドガイド、３  Ｘスライダ、４  θ軸部、５  θテーブル、６  ワーク、７  回転砥石、８  フランジ、９  スピンドル軸、１０  Ｚスライダ、１１  Ｙスライダ、１２  Ｙ軸スライドガイド、１３  カメラ、１４  支持脚、１５  支持台、１６  容器、１７  発光部、１８  受光部、１９  制御部、２０  水注入口、２１  水排出口、２２  エア噴出管、２３  発光側ホルダ、２４  受光側ホルダ、２５  エア噴出口、２６  シャッター、２７  加工室、２８  投光面、２９  受光面、３０  切削液供給ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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