(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の上砥石を下面に共軸に取り付けた回転可能な上定盤と、該上定盤の下方にこれと共軸に設置され上面に前記上砥石と共軸に環状の下砥石を取り付けた回転可能な下定盤と、前記上砥石と該下砥石の内周側に該上砥石及び該下砥石に共軸に設けられた回転可能なサンギアと、該サンギアと共軸に回転可能な内周歯車と、該サンギアと該内周歯車との間に設けられ該サンギアと該内周歯車と噛合する外歯車を有する複数のワークホルダとを具備する２頭平面仕上げ加工機用クーラント供給装置において、
非回転のクーラントパイプを前記下定盤及び前記サンギアの軸心に貫設し、クーラント供給用のポンプを該クーラントパイプに接続し、該クーラントパイプの上端に、前記サンギアの上面にクーラントを流出させる流出口を設け、前記下定盤の上面に該下定盤と共軸に、該流出口からクーラントを受けるカップ状のポケットを形成して成り、前記サンギアの上面を介してクーラントを前記流出口から前記ワークへ供給するとともに、前記下定盤の回転により生じる遠心力により前記ポケットに受け入れられたクーラントを前記ワークへ供給することを特徴とする２頭平面仕上げ加工機用クーラント供給装置。
【請求項２】
前記上砥石、前記下砥石及び前記下定盤を覆い、前記ワークホルダの外周及び前記ポケットからのクーラントを受けるクーラントガードと、前記下定盤の円周方向に配設されたドレン穴と、前記ポケットの底面に設けられ、前記ドレン穴に連通し、該ドレン穴よりも小さな直径を有し、該ポケット内から前記クーラントガードへのクーラントの流量を制限するための蓋とを具備して成るクーラント回収部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の２頭平面仕上げ加工機用クーラント供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるラップ盤として知られる２頭平面仕上げ加工機用クーラント供給装置に関するもので、特に研削砥石の砥面にクーラントを供給してワークを冷却し、かつ、洗浄しながら研削するクーラント供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、２頭平面仕上げ加工機は、図３に示すように環状円盤となっている上砥石１０１と下砥石１１１をその軸心が一致するように上下に間隔を置いて配置し、上砥石１０１と下砥石１１１を互いに逆方向に回転させ、下砥石１１１上に設置されているワークＷに対して上砥石１０１が矢印Ａのごとく下方に移動して上砥石１０１をワークＷの上面に圧接し、これによってワークＷの両面を上砥石１０１と下砥石１１１で研削加工を行うようになっている。上砥石１０１と下砥石１１１は、それぞれ上定盤１００に取り付けられている上主軸１０２及び下定盤１１０に取り付けられている下主軸１１２がモータ等（図示せず）によって通常は互いに逆方向に回転駆動される。上主軸１０２は上主軸台１０３に回転自在に支持され、下主軸１１２は下主軸台１１３に回転自在に支持されている。１１４はサンギアで、１１５はサンギア軸である。サンギア１１４にはワークホルダ（図示せず）が噛み合い、またワークホルダは内周歯車（図示せず）にも噛み合って、サンギア１１４を回転駆動することによってワークホルダが遊星運動するようになっている。
【０００３】
ところで、半導体ウェーハ等のワークの研削加工においては、研削熱によって該ワークに組織的変形、研削焼け、研削割れまたは残留応力の遺留等が生じる。このため、研削加工中の研削熱を極力除去するために研削面にクーラントを供給する必要がある。
【０００４】
従来は、図３から分かるように、上主軸台１０３の上方に固定されたノズル１０６からクーラント（冷却液）１０８をトヨ１０５に供給し、更にパイプ１０７を介してクーラント１０８をワークＷの研削面に供給している。ノズル１０６は上主軸台１０３に固定されているので回転しないが、トヨ１０５は上定盤１００のブラケット１０４に取り付けられているため、トヨ１０５及びパイプ１０７は上定盤１００と一緒に回転するようになっている。また、パイプ１０７は上定盤１００及び上砥石１０１に埋め込まれ、クーラント１０８は、上定盤１００の回転による遠心力の影響がなければ、上砥石１０１から落下してワークＷ上に供給される。そして、研削面に供給されたクーラント１０８はワークＷを冷却した後、下定盤１１０に明けられた複数のドレン穴１１６からクーラント回収桶１１７に回収される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のクーラント供給装置には以下のような欠点があった。
１．上定盤１００と一緒に回転するリング状のトヨ１０５からのクーラント１０８をパイプ１０７を介して上定盤１００側より自重により加工箇所である研削面に供給しているため、上定盤１００の回転数を高めていくと遠心力の影響によりパイプ１０７内をクーラント１０８が下方へ流れにくくなって、ワークＷに十分なクーラント１０８が供給されなくなる。したがって、ワークＷに研削熱が蓄積され、ワークＷの組織的変形、研削焼け、研削割れ又は残留応力の遺留等が生じ、また砥石の早期目詰まりの原因ともなり、ワークＷの寸法精度がバラツク等様々なトラブルの原因となっている。
２．クーラント１０８がパイプ１０７内を下方へ流れたとしても、クーラント１０８は遠心力により半径方向外側へ飛び散り、研削面には効果的に供給されない。
３．クーラント１０８の供給圧力を高めたり、大量のクーラント１０８を研削面に供給するための装置を上定盤１００側に組み込むのは困難である他、仮に組み込みが可能であったとしてもこれら装置を組み込むためには高価な装置を用意したり、構造が複雑になる等の問題がある。
【０００６】
この発明の課題は、以上の点に鑑み、定盤の回転数を高めてもクーラントの供給に何等影響を与えることなく、むしろ回転数を高めることによって生じる遠心力を利用して積極的にクーラントを研削面に供給するようにした、２頭平面仕上げ加工機用クーラント供給装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を達するため本発明にかかるクーラント供給装置は、環状の上砥石を下面に共軸に取り付けた回転可能な上定盤と、該上定盤の下方にこれと共軸に設置され上面に前記上砥石と共軸に環状の下砥石を取り付けた回転可能な下定盤と、前記上砥石と該下砥石の内周側に該上砥石及び該下砥石に共軸に設けられた回転可能なサンギアと、該サンギアと共軸に回転可能な内周歯車と、該サンギアと該内周歯車との間に設けられ該サンギアと該内周歯車と噛合する外歯車を有する複数のワークホルダとを具備する２頭平面仕上げ加工機用クーラント供給装置において、非回転のクーラントパイプを前記下定盤及び前記サンギアの軸心に貫設し、クーラント供給用のポンプを該クーラントパイプに接続し、該クーラントパイプの上端に、前記サンギアの上面にクーラントを流出させる流出口を設け、前記下定盤の上面に該下定盤と共軸に、該流出口からクーラントを受けるカップ状のポケットを形成して成り、前記サンギアの上面を介してクーラントを前記流出口から前記ワークへ供給するとともに、前記下定盤の回転により生じる遠心力により前記ポケットに受け入れられたクーラントを前記ワークへ供給することを特徴としている。
【０００８】
また、前記上砥石、前記下砥石及び前記下定盤を覆い、前記ワークホルダの外周及び前記ポケットからのクーラントを受けるクーラントガードと、前記下定盤の円周方向に配設されたドレン穴と、前記ポケットの底面に設けられ、前記ドレン穴に連通し、該ドレン穴よりも小さな直径を有し、該ポケット内から前記クーラントガードへのクーラントの流量を制限するための蓋とを具備して成るクーラント回収部を更に含むことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、この発明のクーラント供給装置を組み込んだ２頭平面仕上げ加工機の概略正面図で、主要部を断面で示したものである。図２はクーラントの吐出部と回収部を示す縦断面図である。
【００１０】
１は上定盤で、その下側端面に環状の上砥石２を取り付けている。上定盤１には、上砥石２の反対側の上面中心部に上主軸３が該上定盤１に共軸に取り付けられ、この上主軸３は上主軸台４に回転可能に軸支されている。図示していないが、従来と同様に上主軸３は、上主軸台４に設けられたモータ等によって回転駆動される。これによって、上主軸３と共に上定盤１と上砥石２とが回転駆動される。６は下定盤で、上定盤１の下方にこれと同軸で、かつこれに向き合うように配置されている。下定盤６の上面には上砥石２と実質的に同じ内径を有する環状の下砥石７が該下定盤６に共軸に取り付けられ、上砥石２と下砥石７は同軸で、かつ、所定の間隔を置いて向き合うように配置されている。下定盤６に、この中心を貫通して下主軸８が取り付けられ、この下主軸８は下主軸台９に回転可能に軸支されている。図示していないが、下主軸８もモータ等によって上主軸３と反対方向に回転駆動されるようになっている。これによって下定盤６とともに下砥石７が回転駆動される。従って、上砥石２と下砥石７は互いに逆方向に回転するようになっており、例えば、上砥石２が時計方向に回転する場合は、下砥石７は反時計方向に回転する。
【００１１】
１０はサンギアで、１１はサンギア軸である。サンギア軸１１は下主軸８を貫通し、ベアリング１２によって下主軸８に回転自在に支持されている。サンギア軸１１の下端部に取り付けた歯車１４がモータ１６の歯車１５と噛み合うことによってサンギア軸１１が回転駆動される。
【００１２】
サンギア１０は、従来と同様に上砥石２及び下砥石７の内周部に配置されワークホルダ１７の外周に形成された外歯車３８と噛み合い、またワークホルダ１７の外歯車３８は内周歯車１８（図示していないが加工機本体に取り付けられている。）とも噛み合っており、サンギア１０が回転したり、サンギア１０と内周歯車１８が同時に回転したりすることによってワークホルダ１７はサンギア１０の周りを所定の回転速度で遊星運動を行うようになっている。各ワークホルダ１７に保持されているワークＷもワークホルダ１７とともに遊星運動を行いながら、それらの上下面が上砥石２の下面と下砥石７の上面に圧接されてワークＷの両面が上砥石２及び下砥石７によって研削される。
【００１３】
また、サンギア軸１１は同心の円筒形の中空部１３を有し、ここにクーラントパイプ２０が挿通され、ベアリング２５（図２参照）を介してサンギア１０に保持されている。ベアリング２５が設けられているので、サンギア１０が回転駆動してもクーラントパイプ２０は回転することはない。
【００１４】
クーラントパイプ２０は、下端にポンプ２１が設けられ、ポンプ２１を駆動することによってクーラントタンク２２内のクーラント１９が吸い上げられ、クーラントパイプ２０内を上昇する。クーラントパイプ２０の上端はクーラント１９の吐出部２３となっている。この吐出部２３は図２に示すようにクーラントパイプ２０の上端の開放口２４と、サンギア１０の上面中央部に固定された逆カップ状のカバー部材２６と、このカバー部材２６の側面に円周方向に明けられた複数個の流出口２７から成る。このため、図１及び図２を参照して、ポンプ２１を駆動すると、クーラント１９はクーラントパイプ２０内を吐出部２３に向かって上昇し、開放口２４からカバー部材２６内の空間に満たされ、更に複数の流出口２７から矢印Ｄで示すごとくサンギア１０の外周に向けて流出する。
【００１５】
３０は下定盤６の上面の中央部を凹ませて構成したポケットで、クーラント１９の収容部となっている。下定盤６には、ポケット３０の底から斜め下方に向けてドレン穴３４が複数の箇所にあけられている。３５はクーラント回収桶で、ドレン穴３４から流れ出てくるクーラント１９を回収するようにドレン穴３４の出口の下方において、下主軸台９に取り付けられている。また、クーラント回収桶３５の上方にはクーラントガード３６が形成されており、上砥石２と下砥石７の間から流れ出てくるクーラント１９を受け、このクーラントガード３６の内壁に沿ってクーラント１９をクーラント回収桶３５に回収するようになっている。
【００１６】
ポケット３０の底からドレン穴３４に接続する箇所は、クーラント１９を該ポッケト３０から適切な速度で流出させる直径を有する小径となっており、ポケット３０に溜まっているクーラント１９が急速にドレン穴３４から流れ出ることがないようにしている。この発明では、図２から分かるようにポケット３０の底面に、ドレン穴３４に対応する箇所に上記の小直径を有する穴３２が明けられた環状の蓋３１を取り付けている。ここで各穴３２の径はドレン穴３４の径の１／４程度とする。２頭平面仕上げ加工機が運転されて下定盤６が高速回転すると、ポケット３０内のクーラント１９が遠心力を受けて、図１に示すように、ポケット３０の内壁に寄せられ、穴３２からドレン穴３４に流出するのが制限される。ここで蓋３１、小径穴３２、ドレン穴３４、クーラント回収桶３５、クーラントガード３６はクーラント回収部３３を構成する。
【００１７】
以上のように構成された本発明の作用を次に述べる。
【００１８】
ワークＷをワークホルダ１７にセットし、このワークホルダ１７を下砥石７の上に載せて外歯車３８をサンギア１０及び内周歯車１８に噛み合わせる。次いで下主軸８が所定速度で回転駆動されると、下定盤６と下砥石７が回転する。同時に、サンギア１０がモータ１６によって回転駆動されると、ワークホルダ１７はサンギア１０の周りを遊星運動する。更に、上主軸３を下主軸８と逆方向に所定速度で回転駆動し、上定盤１と上砥石２を回転させながら、上主軸台４を下降させ、上砥石２をワークＷ上面に所定圧力で接触させる。この結果、ワークＷは上砥石２と下砥石７によって研削加工される。
【００１９】
研削加工中、ワークＷの研削熱を除去するために本発明によるクーラント供給装置が作動する。  即ち、ポンプ２１が駆動してクーラントタンク２２からクーラント１９を吸い上げ、クーラントパイプ２０中を上昇させ、吐出部２３からサンギア１０の上面へ流出させる。ここで、クーラントパイプ２０はサンギア軸１１の中空部１３に設置されて静止しているため、下定盤６及びサンギア１０が高速に回転しても何等回転の影響（例えば、遠心力の影響）を受けることなく、クーラント１９は容易に吸い上げられ、吐出部２３から流出することになる。
【００２０】
吐出部２３から流出したクーラント１９は、サンギア１０の回転で生じる遠心力により回転するサンギア１０の上面を半径方向外側へ流れ、その大部分はワークホルダ１７及びワークＷに供給され、ワークＷの被研削面を冷却する。他方、クーラント１９の一部は、ポケット３０内に落下する。このようにポケット３０内に落下したクーラント１９は、蓋３１の小径穴３２からドレン穴３４に流出することなく、図１に示すように、遠心力によってクーラント液面が上昇して、ワークホルダ１７及びワークＷに供給され、ワークＷの被研削面を冷却する。
【００２１】
すでに述べたように、従来では、回転する上定盤の下面の外周部からクーラントが供給されるために上定盤の回転により生じる遠心力でクーラントが上定盤の半径方向外側へ飛散し、上定盤の真下にあってワークホルダに保持されたワークにクーラントが十分に供給されなかった。そして、上定盤の回転速度が増加すればするほどクーラントがより強く半径方向外側へ飛散され、ワークへの供給量が益々少なくなるものであった。
【００２２】
これに対して、この発明の場合は、遠心力を積極的に利用してクーラントをワークへ確実かつ十分に供給するものである。即ち、非回転のクーラントパイプ２０をサンギア１０及び下定盤６の中心に貫設し、該クーラントパイプ２０の下端部にクーラント供給用のポンプ２１を接続し、該クーラントパイプ２０の上端に流出口２７を形成している。そして、クーラントは、流出口２７からサンギア１０の上面に供給され、ついで、ワークホルダ１７に設置されたワークＷと下定盤６のポケット３０内部へ供給される。サンギア１０の回転速度が増加するにつれて、その上面のクーラント１９はより大きな遠心力が作用されてより多くの量がワークＷに達する。また、下定盤６の回転が増加すれば、ポケット３０内のクーラント１９は遠心力によって更に多くポケット３０の内壁を押し上げられていき、更に多くのクーラント１９がワークＷに供給されることになる。これは本発明の著しい利点である。また、本発明は、小径穴３２から流出する量よりも大量のクーラント１９を供給することによって、クーラント１９がポケット３０からワークＷの方へ溢れ出るようにし、高速加工が難しい特に薄物のワークの加工時にそのワークの冷却が有効となる。
【００２３】
ワークＷを冷却したクーラント１９は、ワークホルダ１７の外周からクーラントガード３６へ流出し、クーラント回収桶３５に回収される。加工が終了すると定盤の回転が停止するので、ポケット３０内のクーラント１９は蓋３１の小径穴３２とドレン穴３４を介してクーラント回収桶３５に回収される。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明の２頭平面仕上げ加工機用クーラント供給装置は、次のような効果がある。
（１）クーラントは、サンギアの上面で、かつその中心部において非回転となっているクーラントパイプ上端から流出し、更に回転しているサンギアの上面を通ってワークホルダとこれに装着されたワークに、上下定盤の回転速度に関わりなく確実に供給される。そして、サンギアの回転速度を高めるにつれて、サンギアの上面のクーラントがより多くワークホルダ及びその中のワークに供給されるから、ワークを十分に冷却することができる。
（２）下定盤の上面中央部にカップ状のポケットを設け、ここに収容されたクーラントの液面を下定盤の回転速度に応じてポケットの内周面に沿って上昇させるようになっているから、下定盤の回転速度の増加に応じてより多くのクーラントをワークホルダ内のワークに供給し、該ワークを確実にかつ十分に冷却することができる。
（３）クーラント吐出量及びクーラント圧力を上下定盤の回転に伴う遠心力に関わりなくクーラントパイプに接続されたポンプのみによって設定できるので、回転数を上げられない薄物ワークの場合でも大量のクーラントを供給することによって、クーラントがポケットから溢れて該ワークを十分に冷却することができる。
（４）クーラントが必要量、確実に供給できるので、研削熱が蓄積されることがなく、したがって、ワークの組織的変形、研削焼け、研削割れあるいは残留応力の遺留等が生じることがなく、更に砥石の早期目詰まりの原因となることもなく、従来のトラブルを全て解消し、ワークを高精度に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクーラント供給装置を組み込んだ２頭平面仕上げ加工機の概略図である。
【図２】クーラントの吐出部と回収部を示す縦断面図である。
【図３】従来のクーラント供給装置を組み込んだ２頭平面仕上げ加工機の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１          上定盤
２          上砥石
３          上主軸
４          上主軸台
６          下定盤
７          下砥石
８          下主軸
９          下主軸台
１０          サンギア
１１          サンギア軸
１２          ベアリング
１３          中空部
１４，１５    歯車
１６          モータ
１７          ワークホルダ
１８          内周歯車
１９          クーラント
２０          クーラントパイプ
２１          ポンプ
２２          クーラントタンク
２３          吐出部
２４          開放口
２６          カバー部材
２７          流出口
３０          ポケット
３１          蓋
３２          小径穴
３３          クーラント回収部
３４          ドレン穴
３５          クーラント回収桶
３６          クーラントガード
３８          外歯車
Ｗ            ワーク
【図１】
0003860901.tif 000002
【図２】
0003860901.tif 000003
【図３】
0003860901.tif 000004