(57)【要約】      （修正有）【課題】効率よく超音波振動させることができる平研削ホイールを提供する。【解決手段】中心部に取り付け穴を備えた円盤状のホイール基台６１と、該ホイール基台の外周面に装着された研削砥石６２とを具備する平研削ホイールにおいて、該ホイール基台における取り付け穴と外周との間に、交流電力を印加することによって超音波振動を発生する超音波振動手段６３が配設されている、ことを特徴とする平研削ホイール。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に取り付け穴を備えた円盤状のホイール基台と、該ホイール基台の外周面に装着された研削砥石とを具備する平研削ホイールにおいて、
該ホイール基台における取り付け穴と外周との間に、交流電力を印加することによって超音波振動を発生する超音波振動手段が配設されている、ことを特徴とする平研削ホイール。
【請求項２】
該ホイール基台には、該取り付け穴と該超音波振動手段との間に複数の円弧状のスリットが周方向に形成されている、請求項１記載の平研削ホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材やセラミックス部材等の表面を平面に研削するための平研削装置に装備される平研削ホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材やセラミックス部材等の表面を平面に研削するための平研削装置は、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物を研削する平研削手段と、被加工物保持手段と平研削手段とを相対的に研削送りする研削送り手段とを具備している。上記平研削手段は、ハウジングと、該ハウジングに回転可能に支持された回転軸と、該回転軸の先端に装着された平研削ホイールとを具備ており、該平研削ホイールは中心部に取り付け穴を備えた円盤状のホイール基台と、該ホイール基台の外周面に装着された研削砥石とからなっている。
【０００３】
上述した平研削装置において、研削抵抗を低減して研削効率を向上させるために平研削ホイールが装着された回転軸に超音波振動を付与する技術が下記特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７００５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
而して、上記特許文献に開示された技術は、平研削ホイールが装着された回転軸に超音波振動手段を配設し、該超音波振動手段によって発生された超音波振動を回転軸を介して平研削ホイールに伝達させる構成であるため、平研削ホイールへの超音波振動の伝達効率が悪いという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、効率よく超音波振動させることができる平研削ホイールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、中心部に取り付け穴を備えた円盤状のホイール基台と、該ホイール基台の外周面に装着された研削砥石とを具備する平研削ホイールにおいて、
該ホイール基台における取り付け穴と外周との間に、交流電力を印加することによって超音波振動を発生する超音波振動手段が配設されている、ことを特徴とする平研削ホイールが提供される。
【０００８】
上記ホイール基台には、取り付け穴と超音波振動手段との間に複数の円弧状のスリットが周方向に形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による平研削ホイールは、ホイール基台における取り付け穴と外周との間に交流電力を印加することによって超音波振動を発生する超音波振動手段が配設されているので、超音波振動手段によって発生された超音波振動をホイール基台の外周面に装着された研削砥石に効率よく伝達することができる。また、ホイール基台における取り付け穴と超音波振動手段との間に複数の円弧状のスリットを周方向に形成することにより、ホイール基台における径方向の剛性が減少するため、超音波振動による振幅が大きくなる。従って、ホイール基台の外周面に装着された研削砥石には、径方向に大きな振幅をもった超音波振動が作用せしめられる。このため、研削抵抗が低減して効率よく被加工物を研削することができる。即ち、ホイール基台の外周面に装着された研削砥石が超音波振動することにより、研削砥石を形成する砥粒が被加工物に食い込みやすく、研削時に砥粒が微細破壊され目つぶれや目詰まりが生じにくくなり、研削抵抗が低減され研削砥石の消耗が少ない。また、研削抵抗が低減するため被加工物の被加工面の加工変質が生じにくく、脆性材料の表面を研削すると高能率研削が可能で表面品質のよい研削加工ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によって構成された平研削ホイールを装備した平研削装置の斜視図。
【図２】本発明によって構成された平研削ホイールの斜視図。
【図３】図２に示す平研削ホイールの要部を拡大して示す断面図。
【図４】図２に示す平研削ホイールを図１に示す平研削装置に装着した状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明によって構成された平研削ホイールの好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１２】
図１には、本発明に従って構成された平研削ホイールを装備した平研削装置の斜視図が示されている。
図１に示された平研削装置は、静止基台２と、該静止基台２に加工送り方向(X軸方向)である矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設され被加工物を保持する被加工物保持機構３と、静止基台２に加工送り方向(X軸方向)と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)である矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された平研削ユニット支持機構４と、該平研削装置ユニット支持機構４に配設され後述するチャックテーブルの被加工物保持面に対して垂直な矢印Ｚで示す方向（Z軸方向)に移動可能に配設された平研削ユニット５を具備している。
【００１３】
上記被加工物保持機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向(X軸方向)に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該一対の案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設されたチャックテーブル支持基台３２と、該チャックテーブル支持基台３２上に配設された円筒部材３３と、円筒部材３３の上端に支持されたカバーテーブル３４と、該カバーテーブル３４上に配設された被加工物保持手段としての矩形状にチャックテーブル３５とを具備している。チャックテーブル３５は、上面である被加工物保持面に開口する複数の吸引スリット３５１を備えており、この複数の吸引スリット３５１が図示しない吸引手段に連通されている。従って、チャックテーブル３５は、上面である被加工物保持面上に被加工物を載置し、図示しない吸引手段を作動することにより、被加工物を吸引保持することができる。
【００１４】
図示の実施形態における被加工物保持機構３は、チャックテーブル３５を矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめる加工送り手段３６を具備している。加工送り手段３６は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３６１と、該雄ネジロッド３６１を回転駆動するためのサーボモータ３６２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３６１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３６３に回転自在に支持されており、その他端が上記サーボモータ３６２の出力軸に連結されている。なお、雄ネジロッド３６１は、チャックテーブル支持基台３２の中央部に形成された雌ネジ３２２に螺合されている。従って、サーボモータ３６２によって雄ネジロッド３６１を正転および逆転駆動することにより、チャックテーブル支持基台３２は案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動せしめられる。
【００１５】
上記平研削ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該一対の案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、一対の案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。移動支持部４２１の下面には上記一対の案内レール４１、４１と嵌合する一対の被案内溝４２１a、４２１aが形成されており、この一対の被案内溝４２１a、４２１aを一対の案内レール４１、４１に嵌合することにより、可動支持基台４２は一対の案内レール４１、４１に沿って移動可能に構成される。また、装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示すチャックテーブル３５の被加工物保持面に対して垂直な押圧方向（Z軸方向）に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態における平研削ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動させるための割り出し送り手段４３を具備している。割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ネジロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
【００１６】
図示の実施形態における平研削ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたスピンドルハウジング５２と、該スピンドルハウジング５２に回転可能に支持された回転スピンドル５３を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、押圧方向（Z軸方向）に移動可能に支持される。上記回転スピンドル５３はスピンドルハウジング５２の先端から突出して配設されており、図示しないサーボモータ等の駆動源によって回転駆動せしめられる。この回転スピンドル５３の先端部に平研削ホイール６が装着されている。この平研削ホイール６については後で詳細に説明する。
【００１７】
図示の実施形態における平研削装置は、平研削ユニット５を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってＺ軸方向に移動させるための移動手段５０を具備している。移動手段５０は、上記加工送り手段３６および割り出し送り手段４３と同様に案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５０２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５０２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、平研削ユニット５を案内レール４２３、４２３に沿ってＺ軸方向に移動せしめる。
【００１８】
次に、平研削ホイール６およびその取付け構造について、図２乃至図４を参照して説明する。
平研削ホイール６は、図２に示すようにアルミニウム等によって円盤状に形成され中心部に取り付け穴６１１を備えたホイール基台６１と、該ホイール基台６１の外周面に装着された研削砥石６２とからなっている。このように構成された平研削ホイール６のホイール基台６１の側面には、取り付け穴６１１と外周との間に交流電力を印加することによって超音波振動を発生する超音波振動手段６３が配設されている。この超音波振動手段６３は、図３に示すように回転スピンドル５３の軸方向に分極された円環状の超音波振動子６３１と、該超音波振動子６３１の両側分極面に装着された円環状の2枚の電極板６３２、６３３とからなっている。超音波振動子６３１は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって形成されている。2枚の電極板６３２、６３３のうち内側の電極板６３２は絶縁体を介してホイール基台６１の側面に装着されており、内周側が折り曲げられて外側に露出して構成されている。なお、超音波振動手段６３は、ホイール基台６１の両側面に配設してもよい。なお、ホイール基台６１には、取り付け穴６１１と超音波振動手段６３との間に複数の円弧状のスリット６１２が周方向に形成されている。
【００１９】
上述したように構成された平研削ホイール６は、図４に示すように平研削装置のスピンドルハウジング５２に回転自在に支持された回転スピンドル５３に装着されるマウンター６４と、該マウンター６４と対向して配設されるホイール固定ナット６５とによって挟持され固定される。マウンター６４は、円環状のフランジ部６４１と、該フランジ部６４１の中心部から側方に突出して形成された円筒状の装着部６４２とからなっている。装着部６４２には、軸方向に貫通する嵌合穴６４２aが形成されており、先端部の外周面に雄ネジ６４２bが形成されている。なお、嵌合穴６４２aの内周面は、回転スピンドル５３の先端部に形成されたテーパー面５３１と対応するテーパー面に形成されている。このように形成されたマウンター６４の嵌合穴６４２aを回転スピンドル５３の先端部に形成されたテーパー面５３１に嵌合した後、回転スピンドル５３の先端部外周面に形成された雄ネジ５３２にマウンター固定ナット６６を螺合することにより、回転スピンドル５３にマウンター６４を装着する。
【００２０】
次に、平研削ホイール６のホイール基台６１に形成された取り付け穴６１１をマウンター６４の装着部６４２に嵌合する。そして、マウンター６４の装着部６４２に形成された雄ネジ６４２bにホイール固定ナット６５を螺合することにより、マウンター６４の円環状のフランジ部６４１とホイール固定ナット６５との間に平研削ホイール６を挟持して固定する。
【００２１】
図示の実施形態における平研削ユニット５は、上記超音波振動手段６３に交流電力を印加する交流電力印加手段７を具備している。交流電力印加手段７は、マウンター６４のフランジ部６４１に配設された受電手段７１と、該受電手段７１と対向して配設されスピンドルハウジング５２の先端面に装着された給電手段７２を具備している。受電手段７１は、マウンター６４のフランジ部６４１におけるスピンドルハウジング５２と対向する面に形成された嵌合凹部６４１aに嵌合され環状の溝７１１aを備えたローター側コア７１１と、該ローター側コア７１１の環状の溝７１１a内に配設された受電コイル７１２とからなっている。このように構成された受電手段７１の受電コイル７１２の一端は適宜の接続手段を介して上記超音波振動手段６３を構成する一方の電極板６３２に接続され、受電手段７１の受電コイル７１２の他端は適宜の接続手段を介して上記超音波振動手段６３を構成する他方の電極板６３３に接続されるように構成されている。
【００２２】
上記給電手段７２は、受電手段７１と対向する面に環状の溝７２１aを備えたステータ側コア７２１と、該ステータ側コア７２１の環状の溝７２１a内に配設された給電コイル７２２とからなっている。なお、ステータ側コア７２１は、スピンドルハウジング５２の先端面に取付けボルト７２３によって装着される。このように構成された給電手段７２の給電コイル７２２は、電気配線７２４、７２５を介して交流電源７３に接続されている。なお、図示の実施形態における交流電力印加手段７は、交流電源の周波数を変換する周波数変換器７４を備えている。以上のように構成された、受電手段７１と給電手段７２は、ロータリートランスを構成する。
【００２３】
図示の実施形態における交流電力印加手段７は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。交流電源７３から周波数変換器７４によって所定の周波数に変換された交流電力が給電手段７２の給電コイル７２２に印加されると、回転する受電手段７１の受電コイル７１２および図示しない導線を介して上記超音波振動手段６３の電極板６３２と電極板６３３間に所定周波数の交流電力が印加される。この結果、上記超音波振動手段６３は、径方向に繰り返し変位して超音波振動する。従って、上記超音波振動手段６３を装着した平研削ホイール６のホイール基台６１も径方向に超音波振動し、ホイール基台６１の外周面に装着された研削砥石６２が径方向に超音波振動する。なお、図示の実施形態においては、ホイール基台６１には取り付け穴６１１と超音波振動手段６３との間に複数の円弧状のスリット６１２が周方向に形成されているので、ホイール基台６１がマウンター６４の円環状のフランジ部６４１とホイール固定ナット６５とによって挟持されてもスリット６１２によって固定力が遮断され、超音波振動手段６３によって発生する超音波振動が研削砥石６２に十分伝達される。従って、ホイール基台６１の外周面に装着された研削砥石６２には、径方向に大きな振幅をもった超音波振動が作用せしめられる。なお、超音波振動手段６３の電極板６３２と電極板６３３の間に周波数が５０kHzで１５０Wの交流電力を印加すると、平研削ホイール６は径方向に６μm程度の振幅で超音波振動する。
【００２４】
図示の実施形態における平研削装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
【００２５】
平面研削作業を実施するには、図１に示す平研削装置のチャックテーブル３５の保持面に被加工物を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、被加工物はチャックテーブル３５上に吸引保持される。このようにしてチャックテーブル３５上に被加工物を吸引保持したならば、加工送り手段３６を作動して被加工物を吸引保持したチャックテーブル３５を加工領域に移動する。そして、平研削ホイール６を所定の方向に回転しつつ移動手段５０を作動して平研削ホイール６を構成する研削砥石６２の外周面をチャックテーブル３５上に保持された被加工物の上面（被研削面）より例えば１０μm下方の研削位置に位置付ける。次に、上記加工送り手段３６を作動してチャックテーブル３５を加工送り方向に所定の加工送り速度で移動することにより、チャックテーブル３５上に保持された被加工物の上面（被研削面）は研削砥石６２によって研削される（平面研削工程）。そして、チャックテーブル３５に保持された被加工物が平研削ホイール６を超えた所定位置に達したら、チャックテーブル３５の移動を停止するとともに、割り出し送り手段４３を作動して所定量割り出し送りする（割り出し送り工程）。以後、平面研削工程と割り出し送り工程を交互に繰り返し実行する。
【００２６】
上記平面研削工程においては、上述したように交流電力印加手段７の交流電源７３から周波数変換器７４によって所定の周波数に変換された交流電力が給電手段７２の給電コイル７２２に印加され、回転する受電手段７１の受電コイル７１２および図示しない導線を介して上記超音波振動手段６３の電極板６３２と電極板６３３間に所定周波数の交流電力が印加される。この結果、上記超音波振動手段６３が径方向に繰り返し変位して超音波振動するため、超音波振動手段６３が装着された平研削ホイール６のホイール基台６１も径方向に超音波振動し、ホイール基台６１の外周面に装着された研削砥石６２が径方向に超音波振動する。特に本発明による平研削ホイール６は、ホイール基台６１に超音波振動手段６３が配設されているので、超音波振動手段６３によって発生された超音波振動をホイール基台６１の外周面に装着された研削砥石６２に効率よく伝達することができる。このため、研削抵抗が低減して効率よく被加工物を研削することができる。即ち、ホイール基台６１の外周面に装着された研削砥石６２が超音波振動することにより、研削砥石６２を形成する砥粒が被加工物に食い込みやすく、研削時に砥粒が微細破壊され目つぶれや目詰まりが生じにくくなり、研削抵抗が低減され研削砥石の消耗が少ない。また、研削抵抗が低減するため被加工物の被加工面の加工変質が生じにくく、脆性材料の表面を研削すると高能率研削が可能で表面品質のよい研削加工ができる。
【符号の説明】
【００２７】
２：静止基台
３：被加工物保持機構
３５：チャックテーブル
３６：加工送り手段
４：平研削ユニット支持機構
４２：可動支持基台
４３：割り出し送り手段
５：平研削ユニット
５０：移動手段
５２：スピンドルハウジング
５３：回転スピンドル
６：平研削ホイール
６１：ホイール基台
６２：研削砥石
６３：超音波振動手段
６３１：超音波振動子
６３２、６３３：電極板
６４：マウンター
７：交流電力印加手段
７１：受電手段
７２：給電手段
７３：交流電源
７４：周波数変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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