(57)【要約】【課題】  本発明は、ガラスやシリコン等の硬脆性材料よりなる被加工物の表面を加工する研削装置及びその制御方法に関し、被加工物の加工中に発生する研削抵抗を制御して、加工後の被加工物の表面品質を向上させることを課題とする。【解決手段】  ベース２０と、ベース２０上に設けられた滑りガイド２２と、滑りガイド２２上に配置され、研削加工部３２を支持するサドル２３と、ベース２０に設けられ、サドル２３を滑りガイド２２に沿って移動させる駆動装置２６と、サドル２３の位置を検出する位置センサ２４と、サドル２３の位置を制御してワーク３１を砥石５６により加工する位置制御手段７７と、サドル２３が受ける研削抵抗が予め取得された所定の研削抵抗パターンとなるようにサドル２３の位置指令値を生成する研削抵抗制御手段７８とを設け、研削抵抗制御手段７８から生成された位置指令値を位置制御手段７７に供給する。【選択図】  図２
2007044768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体と、
前記固定体上に設けられた滑りガイドと、該滑りガイド上に移動可能に配置され、被加工物または工具のいずれか一方を支持する支持体とを有する加工装置と、
前記支持体の位置を制御して前記工具により被加工物を加工する位置制御手段と、
前記工具または被加工物に作用する研削抵抗が予め取得された所定の研削抵抗パターンとなる指令値を生成する研削抵抗制御手段とを設けたことを特徴とする研削装置。
【請求項２】
固定体と、
被加工物を加工する第１の工具と、前記固定体上に設けられ、前記第１の工具を支持する支持体とを有する第１の加工装置と、
前記被加工物を加工する第２の工具と、前記固定体上に設けられ、前記第２の工具を支持する支持体とを有する第２の加工装置と、
前記固定体上に設けられると共に、前記第１の加工装置と第２の加工装置との間に配置され、被加工物を保持する被加工物保持器と、
前記第１及び第２の加工装置が有する前記支持体のうち、少なくともいずれか一方と前記固定体との間に設けられた滑りガイドとを備えた研削装置であって、
前記滑りガイドが設けられた少なくとも一方の前記支持体の位置を制御して前記第１及び第２の工具により前記被加工物を加工する位置制御手段と、
前記第１及び第２の工具に作用する研削抵抗が予め取得された所定の研削抵抗パターンとなる指令値を生成する研削抵抗制御手段とを設けたことを特徴とする研削装置。
【請求項３】
前記指令値は、前記滑りガイドが設けられた前記支持体の位置指令値であり、
前記研削抵抗制御手段は、前記位置制御手段に前記支持体の位置指令値を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の研削装置。
【請求項４】
前記研削抵抗制御手段を前記位置制御手段に接続するか否かの切り替えを行なう切り替えスイッチを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の研削装置。
【請求項５】
前記滑りガイドが設けられた前記支持体に作用するスラスト方向の力を受ける静圧軸受を有し、
前記研削抵抗は、前記静圧軸受の圧力に基づいて求められることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の研削装置。
【請求項６】
前記加工装置は、フランジ部を有すると共に、前記被加工物または工具が設けられる研削主軸と、前記フランジ部の両面に設けられた前記静圧軸受と、該静圧軸受の圧力を検出する圧力センサとをさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の研削装置。
【請求項７】
前記第１の加工装置は、第１のフランジ部を有すると共に、前記第１の工具が設けられる研削主軸と、前記第１のフランジ部の両面に設けられた前記静圧軸受とを有し、
前記第２の加工装置は、第２のフランジ部を有すると共に、前記第２の工具が設けられる研削主軸と、前記第２のフランジ部の両面に設けられた前記静圧軸受とを有しており、
前記第１及び第２の加工装置の少なくともいずれか一方に設けられた前記静圧軸受の圧力を検出する圧力センサをさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の研削装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の加工装置が有する前記支持体のうち、少なくとも一方は、前記被加工物保持器に向かって移動可能な構成であることを特徴とする請求項２、３〜５、７のいずれか一項に記載の研削装置。
【請求項９】
固定体と、
前記固定体上に設けられた滑りガイドと、該滑りガイド上に移動可能に配置され、被加工物または工具のいずれか一方を支持する支持体とを有する加工装置を備えた研削装置の制御方法であって、
加工中の前記支持体の位置を検出する位置検出工程と、
前記工具または被加工物に作用する研削抵抗が予め取得された所定の研削抵抗パターンとなる前記支持体の位置指令値を生成する研削抵抗制御工程と、
前記位置検出工程で検出された位置情報と前記支持体の位置指令値とに基づいて、該支持体の位置を制御する研削抵抗位置制御工程とを含むことを特徴とする研削装置の制御方法。
【請求項１０】
前記被加工物は、前記工具により粗加工と仕上げ加工とが行われ、
研削抵抗位置制御工程は、前記仕上げ加工時に行なわれることを特徴とする請求項９に記載の研削装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にガラスやシリコン等の硬脆性材料よりなる被加工物の表面を加工する研削装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の研削装置の概略図である。
【０００３】
図１を参照するに、研削装置２００は、ベース２０１と、サドル２０２と、研削主軸２０３と、砥石２０４と、ワークテーブル２０５と、ガイド２０７と、サドル用駆動装置（図示せず）とを有する。サドル２０２は、ベース２０１に設けられたガイド２０７上に配置されている。サドル２０２は、サドル用駆動装置によりガイド２０７上を移動させられる。ガイド２０７は、ベース２０１上に設けられている。ガイド２０７は、サドル２０２を所定の方向に案内するためのものである。ガイド２０７としては、制御の観点から摩擦抵抗の小さい転がりガイドや静圧ガイド等が用いられる。
【０００４】
研削主軸２０３は、ベース２０１と接続されていない側のサドル２０２に設けられており、回転可能な構成とされている。研削主軸２０３は、サドル２０２が移動した際、サドル２０２と共に移動する。砥石２０４は、ワークテーブル２０５と対向するように研削主軸２０３に設けられている。砥石２０４は、研削主軸２０３と共に回転移動する。ワークテーブル２０５は、ベース２０１に設けられており、ワーク２０６を支持した状態で回転する。
【０００５】
研削装置２００には、位置制御手段（図示していない）が設けられている。位置制御手段は、サドル２０２の移動速度や位置を制御することにより、ワーク２０６に対して砥石２０４を一定速度で移動させてワーク２０６を加工する。
【０００６】
このような構成とされた研削装置２００では、例えば、砥石２０４の剛性が高く、ワーク２０６の除去量Ａと砥石２０４の磨耗量Ｂの比である研削比Ｃ（＝Ａ／Ｂ）の大きい粗加工を行う場合、砥石２０４の加工特性の変動が小さく、サドル２０２の移動速度とワーク２０６の加工速度とが略等しくなるため、ワーク２０６を安定して加工することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−９８２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、ガラスやシリコン等の硬脆性材料よりなる被加工物の表面を高品質に加工（例えば、仕上げ加工）する場合、急激な加工力の変動を低減するために砥石２０４の剛性が低く、かつ研削比Ｃが小さく、自発発刃を促すような砥石２０４が用いられる。このような砥石２０４を用いた場合、砥石２０４の磨耗量Ｂが大きくなるため、砥石２０４の加工特性に変動が生じやすく、研削加工されたワーク２０６の表面にひび割れやクラック等が発生したり、表面粗さが低下したりして、ワーク２０６の表面品質が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、砥石２０４の剛性が低いことにより、サドル２０２の移動速度とワーク２０６の加工速度とが一致しなくなるため、過小な切り込みによる焼付きが発生して、ワーク２０６が破損してしまうという問題があった。
【０００９】
さらに、従来の研削装置２００では、ガイド２０７として、摩擦抵抗の小さい転がりガイドや静圧ガイドを用いていたため、ワーク２０６を加工する際に発生する研削抵抗（加工力とは反対方向の法線方向に発生する力）に対するサドル用駆動装置及びガイド２０７の位置剛性や振動減衰性が悪いという問題があった。このため、不整形状のワーク２０６を加工時において、研削抵抗の変動を十分に制御することができず、加工後のワーク２０６の表面品質が低下してしまうという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、被加工物の加工の際に発生する研削抵抗を制御して、被加工物の表面品質を向上させることのできる研削装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、固定体と、前記固定体上に設けられた滑りガイドと、該滑りガイド上に移動可能に配置され、被加工物または工具のいずれか一方を支持する支持体とを有する加工装置と、前記支持体の位置を制御して前記工具により被加工物を加工する位置制御手段と、前記工具または被加工物に作用する研削抵抗が予め取得された所定の研削抵抗パターンとなる指令値を生成する研削抵抗制御手段とを設けたことを特徴とする研削装置が提供される。
【００１２】
本発明によれば、支持体が受ける研削抵抗が予め取得された所定の研削抵抗パターンとなる指令値を生成する研削抵抗制御手段を設けることにより、例えば、被加工物の表面品質が良好となる研削抵抗パターンを予め取得した場合、加工後の被加工物の表面品質を向上させることができる。また、摩擦抵抗の大きい滑りガイドを用いることで、支持体の位置剛性及び振動減衰性を向上させて、加工後の被加工物の表面品質を向上させることができる。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、固定体と、被加工物を加工する第１の工具と、前記固定体上に設けられ、前記第１の工具を支持する支持体とを有する第１の加工装置と、前記被加工物を加工する第２の工具と、前記固定体上に設けられ、前記第２の工具を支持する支持体とを有する第２の加工装置と、前記固定体上に設けられると共に、前記第１の加工装置と第２の加工装置との間に配置され、被加工物を保持する被加工物保持器と、前記第１及び第２の加工装置が有する前記支持体のうち、少なくともいずれか一方と前記固定体との間に設けられた滑りガイドとを備えた研削装置であって、前記滑りガイドが設けられた少なくとも一方の前記支持体の位置を制御して前記第１及び第２の工具により前記被加工物を加工する位置制御手段と、前記第１及び第２の工具に作用する研削抵抗が予め取得された所定の研削抵抗パターンとなる指令値を生成する研削抵抗制御手段とを設けたことを特徴とする研削装置が提供される。
【００１４】
本発明によれば、例えば、被加工物の表面品質が良好となる研削抵抗パターンを予め取得した場合、加工後の被加工物の両面の表面品質を向上させることができる。
【００１５】
また、前記研削抵抗制御手段を前記位置制御手段に接続するか否かの切り替えを行なう切り替えスイッチを設けてもよい。このような切り替えスイッチを設けることにより、研削抵抗制御手段を位置制御手段に接続するか否かの切り替えを容易に行なうことができる。
【００１６】
本発明のその他の観点によれば、固定体と、前記固定体上に設けられた滑りガイドと、該滑りガイド上に移動可能に配置され、被加工物または工具のいずれか一方を支持する支持体とを有する加工装置を備えた研削装置の制御方法であって、加工中の前記支持体の位置を検出する位置検出工程と、前記工具または被加工物に作用する研削抵抗が予め取得された所定の研削抵抗パターンとなる前記支持体の位置指令値を生成する研削抵抗制御工程と、前記位置検出工程で検出された位置情報と前記支持体の位置指令値とに基づいて、該支持体の位置を制御する研削抵抗位置制御工程とを含むことを特徴とする研削装置の制御方法が提供される。
【００１７】
本発明によれば、位置制御手段により位置検出手段が検出する加工中の支持体の位置と研削抵抗制御手段が生成する支持体の位置指令値とに基づいて、支持体の位置を制御することにより、例えば、被加工物の表面品質が良好となる研削抵抗パターンを予め取得した場合、加工後の被加工物の表面品質を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、被加工物の加工中に発生する研削抵抗を制御して、加工後の被加工物の表面品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態による研削装置の概略構成図である。図２において、Ｘ，Ｘ方向はサドル２３の移動方向（法線方向）、Ｙ，Ｙ方向はサドル２３の移動方向と直交する研削主軸４５の回転方向（ラジアル方向）、ｒは砥石５６がワーク３１を加工する際に発生する研削抵抗（以下、「研削抵抗ｒ」とする）をそれぞれ示している。
【００２１】
図２を参照するに、研削装置１０は、研削装置本体１１と、静圧媒体供給用ポンプ１２と、位置計測アンプ１３と、圧力計測アンプ１４と、制御手段１５と、サーボバルブアンプ１６とを有した構成とされている。
【００２２】
研削装置本体１１は、ベース２０と、加工装置２１と、ワーク回転保持部２９とを有する。固定体であるベース２０は、加工装置２１及びワーク回転保持部２９を支持する。
【００２３】
加工装置２１は、滑りガイド２２と、サドル２３と、位置センサ２４と、駆動装置２６と、管路２７Ａ，２７Ｂと、サーボバルブ２８と、研削加工部３２とを有する。
【００２４】
図３は、図２に示した研削装置のＤ−Ｄ線方向の断面図である。
【００２５】
図３を参照するに、滑りガイド２２は、ベース２０上に設けられており、Ｖ字形状のガイド面２２Ａを有する。ガイド面２２Ａは、サドル２３の突出部２３Ａと接触される。滑りガイド２２は、ガイド面２２Ａによりサドル２３をＸ，Ｘ方向に移動可能な状態で支持する。また、サドル２３が移動した際には、滑りガイド２２とサドル２３との間に摩擦抵抗が発生する。この摩擦抵抗は、研削抵抗ｒや研削抵抗ｒの変動値の数倍〜数百倍大きい値である。研削抵抗ｒとは、被加工物であるワーク３１が研削加工部３２（具体的には砥石５６）が接触した際に砥石５６又はワーク３１に作用する力のことであり、より具体的には、研削抵抗のうちサドル２３の進行方向とは逆の法線方向に発生する分力のことである。また、砥石５６又はワーク３１に作用する研削抵抗ｒを直接測定することは、困難であるので、本実施の形態では、研削抵抗ｒとしてスラスト用静圧軸受６１，６２から得られる研削主軸４５（図４参照）が受ける抵抗を代用した場合を例に挙げて以下の説明をする。
【００２６】
このように、摩擦抵抗の大きい滑りガイド２２を用いることにより、研削抵抗ｒや研削抵抗ｒの変動によるサドル２３の振動を減衰させることが可能となるため、不整形状のワーク３１を加工した場合でも加工後のワーク３１の表面品質を向上させることができる。
【００２７】
図２及び図３を参照するに、支持体であるサドル２３は、滑りガイド２２上にＸ，Ｘ方向に移動可能な状態で配置されている。サドル２３は、一対の突出部２３Ａを有しており、この一対の突出部２３Ａが滑りガイド２２のガイド面２２Ａと接触される。また、サドル２３の一方の端部には、研削加工部３２が設けられており、他方の端部には駆動装置２６が接続されている。サドル２３は、駆動装置２６によりＸ，Ｘ方向に移動される。
【００２８】
図２を参照するに、位置検出手段である位置センサ２４は、滑りガイド２２に設けられており、位置計測アンプ１３と接続されている。位置センサ２４は、サドル２３の位置を検出した際、その検出結果を位置計測アンプ１３に送信する。
【００２９】
駆動装置２６は、サドル２３をＸ，Ｘ方向に移動させるためのものであり、シリンダ３３と、フランジ部３４Ａを備えたピストン３４とを有する。シリンダ３３はサドル２３の内部に収容されており、サドル２３に対して固定されている。ピストン３４は、シリンダ３３を貫通するように配設されており、シリンダ３３内の空間はピストン３４のフランジ部３４Ａにより２の流体室３３Ａ，３３Ｂに分割されている。流体室３３Ａ，３３Ｂには、流体として、例えば、水や油等が充填されている。流体としては、純水が好ましい。また、シリンダ３３から突出したピストン３４の一方の端部は、ベース２０に固定されている。
【００３０】
管路２７Ａは、第１の流体室３３Ａに流体を供給可能な状態で、ピストン３４のフランジ部３４Ａとサーボバルブ２８との間を接続するように設けられている。管路２７Ａは、第１の流体室３３Ａに流体を供給するための管路である。
【００３１】
管路２７Ｂは、第２の流体室３３Ｂに流体を供給可能な状態で、ピストン３４のフランジ部３４Ａとサーボバルブ２８との間を接続するように設けられている。管路２７Ｂは、第２の流体室３３Ｂに流体を供給するための管路である。これら流体室３３Ａ，３３Ｂに供給する流体の圧力を調整することで、サドル２３をシリンダ３３と共にＸ，Ｘ方向に移動させる。
【００３２】
サーボバルブ２８は、ピストン３４が固定された側のベース２０上に設けられている。サーボバルブ２８は、サーボバルブアンプ１６及び管路２７Ａ，２７Ｂと接続されている。サーボバルブ２８は、サーボバルブアンプ１６からのサドル２３の動作指令（現在のサドル２３の位置から左右どちら側にどれだけの移動量で移動させるかという指令）に基づいて、管路２７Ａ，２７Ｂに供給する流体を調整する。
【００３３】
ワーク回転保持部２９は、サーボバルブ２８が設けられた側とは反対側のベース２０に設けられている。ワーク回転保持部２９は、回転軸３６と、ワーク保持部３７とを有する。回転軸３６は、回転可能な状態でベース２０に支持されている。ワーク保持部３７は、ワーク３１を保持するためのものであり、回転軸３６と一体的に構成されている。ワーク保持部３７は、回転軸３６が回転した際、回転軸３６と共に回転する。
【００３４】
図４は、図２に示した研削加工部の断面図である。図４において、図２に示した研削装置１０と同一構成部分には同一符号を付す。
【００３５】
図４を参照するに、研削加工部３２は、研削主軸４５と、ハウジング４８と、モータ４９と、砥石用フランジ５４と、砥石台５５と、砥石５６と、ラジアル用静圧軸受５８，５９と、スラスト用静圧軸受６１，６２と、管路６５，６５Ａ〜６５Ｄと、絞り６６〜６９と、圧力計測用管路７１，７２と、圧力センサ７４，７５とを有する。
【００３６】
研削主軸４５は、回転軸４６と、フランジ部４７とを有する。回転軸４６は、円形状とされたフランジ部４７をＸ，Ｘ方向に貫通するように設けられている。ハウジング４８は、研削主軸４５との間に隙間を介在させた状態で、研削主軸４５を覆うように設けられている。
【００３７】
モータ４９は、研削主軸４５を回転させるためのものであり、ロータ５１と、ステータ５２とを有する。ロータ５１は、回転軸４６に設けられており、ステータ５２は、ロータ５１と対向するハウジング４８に設けられている。
【００３８】
砥石用フランジ５４は、回転軸４６の一方の端部（図４の左側）に設けられている。砥石台５５は、砥石５６を取り付けるための台座であり、砥石用フランジ５４の面５４Ａを覆うように設けられている。
【００３９】
工具である砥石５６は、リング形状とされており、砥石台５５に設けられている。砥石５６は、研削動作面５６Ａを有しており、この研削動作面５６Ａがワーク３１と接触することで、ワーク３１の表面が加工される。一般的にワーク３１の加工は、大きく分けて粗加工と、仕上げ加工とがある。仕上げ加工は、粗加工の後に行われる加工であり、加工後のワーク３１の表面の品質が重要となる加工である。この仕上げ加工では、ワーク３１の表面品質を向上させることが望まれる。
【００４０】
本実施の形態では、ワーク３１の粗加工及び仕上げ加工を研削装置１０で連続して行う場合を例に挙げて以下の説明を行なう。
【００４１】
ラジアル用静圧軸受５８，５９は、回転軸４６と対向するハウジング４８に設けられている。ラジアル用静圧軸受５８，５９は、ラジアル方向（Ｙ，Ｙ方向）から回転軸４６を回転可能に支持（この場合は２点支持）している。ラジアル用静圧軸受５８は、管路６５Ａと接続されており、ラジアル用静圧軸受５９は、管路６５Ｂと接続されている。管路６５Ａ，６５Ｂは、静圧媒体供給用ポンプ１２と接続された管路６５が分岐されたものである。静圧媒体供給用ポンプ１２から供給された静圧媒体は、管路６５Ａ，６５Ｂを介して、ラジアル用静圧軸受５８，５９に供給される。
【００４２】
スラスト用静圧軸受６１は、フランジ部４７の面４７Ａと対向するハウジング４８に設けられており、管路６５Ｃと接続されている。スラスト用静圧軸受６２は、フランジ部４７の面４７Ｂと対向するハウジング４８に設けられており、管路６５Ｄと接続されている。スラスト用静圧軸受６１，６２は、フランジ部４７を支持する静圧軸受である。スラスト用静圧軸受６１，６２は、略等しい形状とされており、それぞれ複数設けられている。また、管路６５Ｃ，６５Ｄは、静圧媒体供給用ポンプ１２と接続された管路６５が分岐されたものであり、静圧媒体供給用ポンプ１２から供給された静圧媒体は、管路６５Ｃ，６５Ｄを介して、スラスト用静圧軸受６１，６２に供給される。
【００４３】
管路６５は、静圧媒体供給用ポンプ１２と接続されている。管路６５は、管路６５Ａ〜６５Ｄと接続されている。管路６５は、静圧媒体供給用ポンプ１２からの静圧媒体を管路６５Ａ〜６５Ｄに供給するためのものである。
【００４４】
絞り６６は、ラジアル用静圧軸受５８の近傍に位置する管路６５Ａに設けられており、絞り６７は、ラジアル用静圧軸受５９の近傍に位置する管路６５Ｂに設けられている。絞り６８は、スラスト用静圧軸受６１の近傍に位置する管路６５Ｃに設けられており、絞り６９は、スラスト用静圧軸受６２の近傍に位置する管路６５Ｄに設けられている。
【００４５】
圧力計測用管路７１は、絞り６８とスラスト用静圧軸受６１との間に位置する管路６５Ｃと圧力センサ７４とを接続するように設けられている。圧力計測用管路７２は、絞り６９とスラスト用静圧軸受６２との間に位置する管路６５Ｄと圧力センサ７５とを接続するように設けられている。
【００４６】
圧力センサ７４は、ハウジング４８に設けられており、圧力計測アンプ１４及び圧力計測用管路７１と接続されている。圧力センサ７４は、圧力計測用管路７１を介して、スラスト用静圧軸受６１が受ける圧力を検出し、その検出結果を圧力計測アンプ１４に送信する。
【００４７】
圧力センサ７５は、ハウジング４８に設けられており、圧力計測アンプ１４及び圧力計測用管路７２と接続されている。圧力センサ７５は、圧力計測用管路７２を介して、スラスト用静圧軸受６２が受ける圧力を検出し、その検出結果を圧力計測アンプ１４に送信する。圧力センサ７４，７５としては、例えば、歪ゲージを用いることができる。
【００４８】
静圧媒体供給用ポンプ１２は、管路６５と接続されている。静圧媒体供給用ポンプ１２は、ラジアル用静圧軸受５８，５９及びスラスト用静圧軸受６１，６２に静圧媒体を供給するためのポンプである。静圧媒体としては、例えば、水や油等を用いることができる。静圧媒体としては、純水が好ましい。
【００４９】
図２に示すように、位置計測アンプ１３は、位置センサ２４及び制御手段１５と接続されている。位置計測アンプ１３は、位置センサ２４から送信されたサドル２３の位置に関する検出結果を制御手段１５が使用できる状態に変換し、その変換したサドル２３の位置に関するデータを制御手段１５に送信する。
【００５０】
圧力計測アンプ１４は、圧力センサ７４，７５及び制御手段１５と接続されている。圧力計測アンプ１４は、圧力センサ７４，７５から送信されたスラスト用静圧軸受６１，６２が受ける圧力に関する検出結果を制御手段１５が使用できる状態に変換し、その変換し圧力に関するデータを制御手段１５に送信する。
【００５１】
制御手段１５は、位置制御手段７７と、研削抵抗制御手段７８とを有しており、位置計測アンプ１３、圧力計測アンプ１４、及びサーボバルブアンプ１６と接続されている。
【００５２】
図５は、制御手段の内部構成を示すブロック図である。
【００５３】
位置制御手段７７は、従来の研削装置２００に設けられた位置制御手段と同様な構成とされている。位置制御手段７７は、サドル２３の移動速度及び位置を制御する。図５に示すように、研削抵抗制御手段７８が位置制御手段７７と接続されていない場合、位置制御手段７７は、入力端子８５から入力されたサドル２３を移動させたい目標位置ａとサドル２３の現在位置ｍとの差に応じた動作指令ｃをサーボバルブ２８に出力する。
【００５４】
また、研削抵抗制御手段７８が位置制御手段７７と接続されている場合、位置制御手段７７は、研削抵抗制御手段７８から生成されるサドル２３の位置指令値ｂと目標位置ａとが加算された位置指令値ｈと、サドル２３の現在位置ｍの差に応じた動作指令ｃをサーボバルブ２８に出力する。
【００５５】
サドル２３の位置指令値ｂは、研削抵抗ｒを所定の研削抵抗パターンに合うように制御するためのサドル２３の位置に関する指令値である。位置制御手段７７は、ワーク３１の粗加工と仕上げ加工との両方の加工に使用される。
【００５６】
図５に示すように、研削抵抗制御手段７８は、位置指令値ｂを出力するものであり、位置制御手段７７に対してカスケード接続されている。また、カスケード接続された研削抵抗制御手段７８の両端には切り替え用のスイッチ８１，８２が設けられている。
【００５７】
このように、研削抵抗制御手段７８は、位置指令値ｂを出力するため、従来から研削装置１０に備えられていた位置制御手段７７と研削抵抗制御手段７８とを容易にカスケード接続することが可能となる。このように、位置制御手段７７と研削抵抗制御手段７８とをカスケード接続することにより、位置制御手段７７と研削抵抗制御手段７８とを別々のラインに設けた場合と比較して、研削抵抗制御手段７８の制御性を向上させることができる。
【００５８】
さらに、位置制御手段７７とカスケード接続された研研削抵抗制御手段７８の両端に切り替え用のスイッチ８１，８２を設けることにより、研削抵抗制御手段７８を位置制御手段７７に接続するか否かの切り替えを容易に行なうことができる。
【００５９】
研削抵抗制御手段７８は、第１〜第３の演算部８６〜８８を有する。研削抵抗制御手段７８には、加工中の研削抵抗ｒと予め取得した研削抵抗パターンＫとの研削抵抗の差ｄが入力される。
【００６０】
第１の演算部８６では、入力された研削抵抗の差ｄに対応する一定の第１の位置指令値ｅが出力される。
【００６１】
第２の演算部８７では、入力された研削抵抗の差ｄを１階積分することにより、研削抵抗の差ｄに比例したサドル２３の移動速度を有した位置指令値を算出し、さらにその位置指令値に定数Ｐ１を掛けることにより第２の位置指令値ｆを出力する。
【００６２】
このように、入力された研削抵抗の差ｄを一階積分した位置指令値に定数Ｐ１を掛け算することにより、例えば、研削抵抗の差ｄが小さい場合でも十分なサドル２３の移動速度を有した第２の位置指令値ｆを出力することができる。但し、第２の演算部８７では、研削抵抗の差ｄが発生しないとサドル２３の移動速度を出力しないので、定常的にｄ＝０の状態を維持することができない。
【００６３】
第３の演算部８８では、入力された研削抵抗の差ｄを２階積分することにより、研削抵抗の差ｄに比例したサドル２３の加速度を有した位置指令値を算出し、さらにこの位置指令値に定数Ｐ２を掛けることにより第３の位置指令値ｇを出力する。第３の演算部８８では、研削抵抗の差ｄが０になるまで第３の位置指令値ｇが出力される。これにより、定常的にｄ＝０の状態を維持することが可能となる。また、研削抵抗の差ｄを２階積分した位置指令値に定数Ｐ２を掛けることにより、例えば、研削抵抗の差ｄが小さい場合でも十分なサドル２３の加速度を有し、ｄ＝０となるような位置に素早くサドル２３を移動させる第３の位置指令値ｇを出力することができる。
【００６４】
研削抵抗制御手段７８は、第１〜第３の位置指令値ｅ〜ｇの和を位置指令値ｂとして出力する。このように第１〜第３の位置指令値ｅ〜ｇの和を用いることにより、研削抵抗ｒと比例するサドル２３の移動速度を有すると共に、研削抵抗ｒが研削抵抗パターンＫとなるサドル２３の位置指令値ｂを求めることができる。
【００６５】
研削抵抗制御手段７８は、加工中の研削抵抗ｒと予め取得した研削抵抗パターンＫとの研削抵抗の差ｄに基づいて、研削抵抗ｒが予め取得した研削抵抗パターンＫとなるサドル２３の位置（位置指令値ｂ）を出力するためのものである。研削抵抗制御手段７８は、加工後のワーク３１の表面品質が重要となる仕上げ加工やスパークアウト時に使用される。
【００６６】
ここで、予め取得した研削抵抗パターンＫについて説明する。
【００６７】
予め取得した研削抵抗パターンＫとは、所望のサドル２３の移動速度で、必要とするワーク３１の表面品質を得ることのできる研削抵抗の時間に対する推移を示したものである。
【００６８】
図６は、予め取得した研削抵抗パターンの一例を示した図である。図６において、時刻Ｔ3はワーク３１と砥石５６が接触した時刻、時刻Ｔ3〜Ｔ4は粗加工を行う時間帯、時刻Ｔ4は仕上げ加工を開始する時刻、時刻Ｔ4〜Ｔ5は仕上げ加工を行う時間帯、時刻Ｔ5〜Ｔ6はスパークアウトを行う時間帯をそれぞれ示している。
【００６９】
研削抵抗パターンＫとしては、例えば、図６に示すような研削抵抗がステップ状に変化する研削抵抗パターンＫ１を用いることができる。
【００７０】
また、研削抵抗パターンＫとしては、図６に示した研削抵抗パターンＫ１以外に、例えば、研削抵抗の減少度を一定（研削抵抗の１階微分を一定）にした研削抵抗パターンＫ２、研削抵抗の減少の加減速度を一定（研削抵抗の２階微分を一定）にした研削抵抗パターンＫ３、研削抵抗の減少の加減速度の増減度（ジャーク）を（研削抵抗の３階微分を一定）にした研削抵抗パターンＫ４、研削抵抗パターンＫ１をローパスフィルタ処理した研削抵抗パターンＫ５等を用いてもよい。このように、研削抵抗パターンＫ１〜Ｋ５の形状を緩やかに変化させることにより、オーバーシュート等の急峻な研削抵抗の変動を低減して、ワーク３１の加工精度や加工面の品質を向上することができる。
【００７１】
本実施の形態の研削装置によれば、位置制御手段７７に研削抵抗制御手段７８をカスケード接続し、研削抵抗制御手段７８から生成される研削抵抗ｒが予め取得された所定の研削抵抗パターンＫとなるサドル２３の位置指令値ｂを位置制御手段７７に出力し、位置制御手段７７により加工中の研削抵抗ｒが予め取得した研削抵抗パターンＫとなるようにサドル２３の位置を制御することにより、加工後のワーク３１の表面品質を向上させることができる。
【００７２】
さらに、研削抵抗制御手段７８の両端に切り替え用のスイッチ８１，８２を設けることで、研削抵抗制御手段７８を使用するか否かの切り替えを容易に行うことができる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、第１〜第３の演算手段８６〜８８を備えた研削抵抗制御手段７８を例に挙げて説明したが、研削抵抗制御手段７８は、第２の演算手段８７のみ、第３の演算手段８８のみ、第２及び第３の演算手段８７，８８、第１及び第２の演算手段８６，８７、第１及び第３の演算手段８６，８８のいずれかの組み合わせにより構成してもよい。また、研削装置１０に設けられたワーク３１と砥石５６の配設位置を入れ替えた研削装置（ワーク３１が固定された砥石５６に向かって移動する研削装置）においても、本実施の形態の研削装置と同様な効果を得ることができる。
【００７４】
ここで、制御手段１５に設けられたスイッチ８３について説明する（図５参照）。スイッチ８３は、サドル２３の現在位置ｍと位置指令値ｈとの差が比較される直前のラインと入力端子８５との間に設けられたスイッチである。スイッチ８３は、位置制御手段７７及び研削抵抗制御手段７８による制御から、位置制御手段７７のみの制御に切り換える際に一時的にＯＮされるスイッチである。このようなスイッチ８３を設けることにより、位置制御手段７７及び研削抵抗制御手段７８による制御時のサドル２３の最終位置を位置指令値ｈに継承することができる。
【００７５】
次に、図５を参照して、位置制御手段７７のみの制御でワーク３１を粗加工した後に、位置制御手段７７及び研削抵抗制御手段７８の制御でワーク３１を仕上げ加工する場合を例に挙げて、制御手段１５の制御方法について説明する。
【００７６】
位置制御手段７７のみの制御でワーク３１を加工する場合、スイッチ８１〜８３は全てＯＦＦされている。
【００７７】
始めに、第１の入力端子８５に入力されたサドル２３の目標位置ａと、サドル位置検出９３から出力されたサドル２３の現在位置ｍとの差に関する位置指令値ｈが位置制御手段７７に入力される。サドル２３の現在位置ｍは、位置センサ２４が検出した検出結果を位置計測アンプ１３が位置制御手段７７で使用可能なデータに変換したものである。
【００７８】
位置制御手段７７は、入力された位置指令値ｈに基づいて、サーボバルブ２８に動作指令ｃを出力する。次いで、サドル移動９２では、動作指令ｃに基づいて、サーボバルブ２８が駆動され、サドル２３が所定の移動速度で所望の位置に移動される。次いで、研削加工９４では、ワーク３１が砥石５６により研削加工される。粗加工終了後、スイッチ８２，８３をＯＮして、位置制御手段７７に研削抵抗制御手段７８を接続する。
【００７９】
次いで、研削抵抗検出９６では加工中の研削抵抗ｒが出力される。
【００８０】
ここで、研削抵抗ｒの具体的な算出方法について説明する。
【００８１】
研削抵抗ｒは、スラスト用静圧軸受６２が受ける圧力の総和（以下、「ΣＰｍ」とする）からスラスト用静圧軸受６１が受ける圧力の総和（以下、「ΣＰｇ」とする）を引き算し、引き算した値（ΣＰｍ−ΣＰｇ）にスラスト用静圧軸受６１，６２の有効作用面積（以下、「有効作用面積Ｓ」とする）を掛け算したものであり、下記（１）式により求めることができる。
【００８２】
（数１）
ｒ＝Ｓ×（ΣＰｍ−ΣＰｇ）・・・（１）
次いで、第２の入力端子９８から入力された予め取得された研削抵抗パターンＫと加工中の研削抵抗ｒとの研削抵抗の差ｄが算出され、研削抵抗の差ｄが研削抵抗制御手段７８に入力される。研削抵抗制御手段７８では、加工中の研削抵抗ｒが予め取得した研削抵抗パターンＫとなるサドル２３の位置指令値ｂを出力する。次いで、位置制御手段７７は、サドル２３の目標値ａと位置指令値ｂとが加算された位置指令値ｈとサドル２３の現在位置ｍとの差に基づいて、サーボバルブ２８の動作指令ｃを生成し、動作指令ｃをサーボバルブ２８に出力する。次いで、サドル移動９２では、動作指令ｃに基づいて、サドル２３が移動され、研削加工９４では、加工中の研削抵抗ｒが研削抵抗パターンＫとなるようにワーク３１が仕上げ加工される。
【００８３】
図７は、加工開始から加工終了までのワークの厚さ、砥石の移動速度、及び予め取得された研削抵抗Ｋ１の推移を示した図である。図７において、Ｉ1は加工前のワーク３１の厚さ（以下、「厚さＩ1」とする）、Ｉ2は加工後の所望のワーク３１の厚さ（以下、「厚さＩ2」とする）、Ｊ1は砥石５６の送り速度（以下、「速度Ｊ1」とする）、Ｊ2はワーク３１を加工する際の砥石５６の切り込み速度（以下、「速度Ｊ2」とする）をそれぞれ示している。また、図７において、時刻Ｔ1〜Ｔ2はワーク３１に対して砥石５６を高速（送り速度）で移動させる時間帯、時刻Ｔ2〜Ｔ3はワーク３１に対して砥石５６を切り込み速度で移動させる時間帯、時刻Ｔ3はワーク３１と砥石５６が接触した時刻、時刻Ｔ3〜Ｔ4は粗加工を行う時間帯、時刻Ｔ4は仕上げ加工を開始する時刻、時刻Ｔ4〜Ｔ5は仕上げ加工を行う時間帯、時刻Ｔ5〜Ｔ6はスパークアウトを行う時間帯をそれぞれ示している。
【００８４】
次に、図７を参照して、１枚のワーク３１を粗加工及び仕上げ加工する場合を例に挙げて、加工開始から加工終了までの制御手段１５の制御方法について説明する。
【００８５】
始めに、スイッチ８１，８２をＯＦＦして、位置制御手段７７のみの制御が行なわれる状態にする。時刻Ｔ1〜Ｔ2の時間帯では、ワーク３１に対して砥石５６を速度Ｊ1で移動させる。次いで、時刻Ｔ2〜Ｔ4の時間帯では、ワーク３１に対して砥石５６を速度Ｊ2（Ｊ1＞Ｊ2）で移動させる。時刻Ｔ3のタイミングでワーク３１と砥石５６が接触し、時刻Ｔ3〜Ｔ4の時間帯では粗加工が行われる。
【００８６】
次いで、粗加工から仕上げ加工に切り替えたいタイミングでスイッチ８１，８２をＯＮさせて、位置制御手段７７に研削抵抗制御手段７８をカスケード接続して、位置制御手段７７のみの制御から位置制御手段７７及び研削抵抗制御手段７８の制御に切り替える。
【００８７】
次いで、時刻Ｔ4〜Ｔ5の時間帯では、加工中の研削抵抗ｒが研削抵抗パターンＫ１となるようにワーク３１の仕上げ加工が行われ、ワーク３１の厚さが所望の厚さＩ2となる。次いで、時刻Ｔ5〜Ｔ6の時間帯では、スパークアウトが行なわれる。スパークアウトとは、砥石５６を移動させない状態で、１０秒程度回転させた後に、ワーク３１から離間させる処理である。
【００８８】
スパークアウト後の時刻Ｔ6では、スイッチ８１，８２をＯＦＦして、位置制御手段７７のみの制御への切り替えが行なわれる。その後、砥石５６は待機位置まで移動させられる。
【００８９】
本実施の形態の研削装置の制御方法によれば、位置制御手段７７及び研削抵抗制御手段７８により、加工後のワーク３１の表面品質に大きな影響を及ぼす仕上げ加工及びスパークアウトの時間帯の研削抵抗ｒが所定の研削抵抗パターンＫとなるように制御することで、加工後のワーク３１の表面品質を向上させることができる。
【００９０】
なお、図７では、仕上げ加工及びスパークアウトの時間帯を位置制御手段７７及び研削抵抗制御手段７８により制御する場合を例に挙げて説明したが、位置制御手段７７及び研削抵抗制御手段７８により粗加工の時間帯の研削抵抗ｒが図７の時刻Ｔ3〜Ｔ4の時間帯の研削抵抗パターンと一致するように制御してもよい。また、切り替えを行なわないで、加工開始から加工終了まで、位置制御手段７７及び研削抵抗制御手段７８により制御を行なってもよい。
【００９１】
（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態の両頭研削装置の概略構成図である。図８において、先の第１の実施の形態で説明した研削装置１０と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。また、図８において、右側に位置する第１の加工装置２１−１の構成要素の符号には−１を付し、左側に位置する第２の加工装置２１−２の構成要素の符号には−２を付す。
【００９２】
図８に示すように、両頭研削装置１００は、両頭研削装置本体１０１と、静圧媒体供給用ポンプ１２と、位置計測アンプ１３−１，１３−２、圧力計測アンプ１４と、サーボバルブアンプ１６−１，１６−２と、位置制御手段７７−１，７７−２と、研削抵抗制御手段７８とを有する。
【００９３】
両頭研削装置本体１０１は、ベース１０２と、第１及び第２の加工装置２１−１，２１−２と、被加工物保持器であるワーク保持器１０３とを有する。第１及び第２の加工装置２１−１，２１−２は、研削装置１０に設けられた加工装置２１と同様な構成とされている。第１の加工装置２１−１は、滑りガイド２２−１と、サドル２３−１と、位置センサ２４−１と、駆動装置２６−１と、管路２７Ａ−１，２７Ｂ−１と、サーボバルブ２８−１と、研削加工部３２−１とを有している。加工装置２１−２は、滑りガイド２２−２と、サドル２３−２と、位置センサ２４−２と、駆動装置２６−２と、管路２７Ａ−２，２７Ｂ−２と、サーボバルブ２８−２と、研削加工部３２−２とを有する。研削加工部３２−１，３２−２は、第１の実施の形態で説明した加工装置２１に設けられた研削加工部３２と同様な構成とされている。
【００９４】
第１及び第２の加工装置２１−１，２１−２は、第１の加工装置２１−１に設けられた砥石５６−１（第１の工具）と第２の加工装置２１−２に設けられた砥石５６−２（第２の工具）とが対向するようにベース１０２上に設けられている。ワーク保持器１０３は、ベース１０２上に設けられており、一対の砥石５６−１，５６−２の間に配置されている。ワーク保持器１０３は、ベース１０２に固定されており、Ｘ，Ｘ方向に移動不可能な構成とされている。ワーク保持器１０３は、ワーク３１を保持するためのものである。
【００９５】
静圧媒体供給用ポンプ１２は、研削加工部３２−１，３２−２と接続されている。位置計測アンプ１３−１は、位置センサ２４−１と接続されており、位置計測アンプ１３−２は、位置センサ２４−２と接続されている。
【００９６】
圧力計測アンプ１４は、研削加工部３２−１と接続されている。サーボバルブアンプ１６−１は、サーボバルブ２８−１と接続されており、サーボバルブアンプ１６−２は、サーボバルブ２８−２と接続されている。
【００９７】
位置計測手段７７−１，７７−２は、研削装置１０に設けられた位置計測手段７７と同様な構成とされている。位置制御手段７７−１は、位置計測アンプ１３−１及びサーボバルブアンプ１６−１と接続されており、位置制御手段７７−２は、位置計測アンプ１３−２及びサーボバルブアンプ１６−２と接続されている。
【００９８】
研削抵抗制御手段７８は、圧力計測アンプ１４と接続されると共に、位置制御手段７７−１，７７−２とカスケード接続されている。
【００９９】
本実施の形態の両頭研削装置によれば、位置制御手段７７−１に研削抵抗制御手段７８をカスケード接続し、研削抵抗制御手段７８から生成された位置指令値に基づいて、位置制御手段７７−１，７７−２により研削抵抗ｒが予め取得された所定の研削抵抗パターンＫとなるように制御することで、加工後のワーク３１の両面の表面品質を向上させることができる。なお、本実施の形態では、ワーク保持器１０３がベース１０２に固定された場合を例に挙げて説明したが、ワーク保持器１０３をＸ，Ｘ方向に移動可能な構成としてもよい。
【０１００】
また、両頭研削装置１００の場合、研削加工部３２−１，３２−２が受ける研削抵抗は法線方向で略同一となるため、加工中の研削抵抗ｒの計測は片側の研削加工部３２−１についてのみ行えばよい。なお、本実施の形態では、研削加工部３２−１から研削抵抗ｒの計測を行なう場合を例に挙げて説明したが、研削加工部３２−２から研削抵抗ｒの計測をしてもよい。また、研削加工部３２−１と研削加工部３２−２の両方から研削抵抗ｒの測定を行なってもよい。つまり、研削加工部３２−１，３２−２のうち、少なくとも一方が第１の実施の形態で説明した研削加工部３２と同様な構成であればよい。
【０１０１】
さらに、本実施の形態は、研削加工部３２−１，３２−２のうち、一方のみをＸ，Ｘ方向に移動可能に構成し、さらにワーク保持器１０３を移動可能とした両頭研削装置にも適用可能である。
【０１０２】
また、ワーク３１を加工する際の両頭研削装置１００の制御方法は、第１の実施の形態で説明した研削装置１０の制御方法と同様な手法により行なうことができる。
【０１０３】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、被加工物の加工中に発生する研削抵抗を制御して、加工後の被加工物の表面品質を向上させることができる研削装置及びその制御方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】従来の研削装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による研削装置の概略構成図である。
【図３】図２に示した研削装置のＤ−Ｄ線方向の断面図である。
【図４】図２に示した研削加工部の断面図である。
【図５】制御手段の内部構成を示すブロック図である。
【図６】予め取得した研削抵抗パターンの一例を示した図である。
【図７】加工開始から加工終了までのワークの厚さ、砥石の移動速度、及び予め取得された研削抵抗Ｋの推移を示した図である。
【図８】第２の実施の形態の両頭研削装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  研削装置
１１  研削装置本体
１２  静圧媒体供給用ポンプ
１３，１３−１，１３−２  位置計測アンプ
１４  圧力計測アンプ
１５  制御手段
１６，１６−１，１６−２  サーボバルブアンプ
２０，１０２  ベース
２１  加工装置
２１−１  第１の加工装置
２１−２  第２の加工装置
２２，２２−１，２２−２  滑りガイド
２２Ａ  ガイド面
２３，２３−１，２３−２  サドル
２３Ａ，６１Ａ  突出部
２４，２４−１，２４−２  位置センサ
２６，２６−１，２６−２  駆動装置
２７Ａ，２７Ａ−１，２７Ａ−２，２７Ｂ，２７Ｂ−１，２７Ｂ−２，６５，６５Ａ〜６５Ｄ  管路
２８，２８−１，２８−２  サーボバルブ
２９  ワーク回転保持部
３１  ワーク
３２，３２−１，３２−２  研削加工部
３３，３３−１，３３−２  シリンダ
３３Ａ，３３Ｂ  流体室
３４，３４−１，３４−２  ピストン
３４Ａ，３４−１，３４−２  フランジ部
３６，４６  回転軸
３７  ワーク保持部
４５  研削主軸
４７  フランジ部
４７Ａ，４７Ｂ，５４Ａ  面
４８  ハウジング
４９  モータ
５１  ロータ
５２  ステータ
５４  砥石用フランジ
５５  砥石台
５６，５６−１，５６−２  砥石
５６Ａ  研削動作面
５８，５９  ラジアル用静圧軸受
６１，６２  スラスト用静圧軸受
６６〜６９  絞り
７１，７２  圧力測定用管路
７４，７５  圧力センサ
７７，７７−１，７７−２  位置制御手段
７８  研削抵抗制御手段
８１〜８３  スイッチ
８５  第１の入力端子
８６  第１の演算部
８７  第２の演算部
８８  第３の演算部
９２  サドル移動
９３  サドル位置検出
９４  研削加工
９６  研削抵抗検出
９８  第２の入力端子
１００  両頭研削装置
１０１  両頭研削装置本体
１０３  ワーク保持器
ａ  目標値
ｂ，ｈ  位置指令値
ｃ  動作指令
ｄ  研削抵抗の差
ｅ  第１の位置指令値
ｆ  第２の位置指令値
ｇ  第３の位置指令値
Ｉ1，Ｉ2  厚さ
Ｊ1，Ｊ2  速度
Ｋ１  研削抵抗パターン
ｍ  現在位置
Ｔ1〜Ｔ6  時刻
【図１】
2007044768.tif 000003
【図２】
2007044768.tif 000004
【図３】
2007044768.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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