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技術 定温水供給装置

出願人 株式会社ディスコ
発明者 新井賢斎藤淳
出願日 2018年3月1日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-036406
公開日 2019年9月12日 (7ヶ月経過) 公開番号 2019-150901
状態 未査定
技術分野 工作機械の補助装置
主要キーワード 測定温度情報 送出流量 マウントフランジ 比例電磁制御弁 ポーラス部材 ブレード外周 スピンドル先端 アクチュエータ操作
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

定温水供給装置において、冷却手段の数を減らして装置を小型化する。

解決手段

冷却水循環させ加工装置1のスピンドルユニット61を温調する手段2と、加工水温調手段4とを備える定温水供給装置8であり、ユニット温調手段2は、ユニット61に冷却水を送るポンプ21と、冷却水冷却手段22と、ポンプ21と冷却手段22とを接続する第1配管23と、冷却手段22とユニット61とを接続する第2配管24と、ユニット61とポンプ21とを接続する第3配管25とを備え、加工水温調手段4は、一端を水源に接続し他端側から加工具60に加工水を供給する配管41と、加工水配管41上の熱交換手段42と、熱交換手段42と第2配管24とを接続する第4配管45と、熱交換手段42と第3配管25とを接続し熱交換手段42で使われた冷却水を第3配管25に戻す第5配管46とを備え、冷却手段22で冷却された冷却水で加工水を冷却する定温水供給装置8。

概要

背景

ウェーハ切削する切削装置は、スピンドル高速回転させ、スピンドル先端に装着され共に高速回転する切削ブレード切削水を供給しつつ、保持テーブルが保持したウェーハを該切削ブレードで切削している。

切削装置においては、インデックス送り方向であるY軸方向及び切り込み送り方向であるZ軸方向を装置の熱歪み等によって変化させないようにすることで高精度な切削加工を実施していくことが可能となるため、切削装置の温度を一定に維持する必要がある。その為、スピンドルを回転駆動するモータが発する熱を、冷却水回路冷却水循環させて除熱している。したがって、モータの除熱に用いる冷却水が流れる冷却水回路と、切削屑洗浄・除去及び加工点の冷却のために用いる切削水が流れる切削水回路とを備え、冷却水と切削水とを設定した温度に維持する定温水供給装置(例えば、特許文献1参照)が、切削装置には必要となる。

概要

定温水供給装置において、冷却手段の数を減らして装置を小型化する。冷却水を循環させ加工装置1のスピンドルユニット61を温調する手段2と、加工水温調手段4とを備える定温水供給装置8であり、ユニット温調手段2は、ユニット61に冷却水を送るポンプ21と、冷却水冷却手段22と、ポンプ21と冷却手段22とを接続する第1配管23と、冷却手段22とユニット61とを接続する第2配管24と、ユニット61とポンプ21とを接続する第3配管25とを備え、加工水温調手段4は、一端を水源に接続し他端側から加工具60に加工水を供給する配管41と、加工水配管41上の熱交換手段42と、熱交換手段42と第2配管24とを接続する第4配管45と、熱交換手段42と第3配管25とを接続し熱交換手段42で使われた冷却水を第3配管25に戻す第5配管46とを備え、冷却手段22で冷却された冷却水で加工水を冷却する定温水供給装置8。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

加工具を装着したスピンドル高速回転させるモータを有するスピンドルユニットと、被加工物を保持する保持テーブルと、を備える加工装置において、冷却水循環させ該スピンドルユニットを温調するユニット温調手段と、該加工具に供給する加工水を温調する加工水温調手段とを備える定温水供給装置であって、該ユニット温調手段は、該スピンドルユニットに該冷却水を送水するポンプと、該冷却水を冷却する冷却手段と、該ポンプと該冷却手段とを接続する第1の配管と、該冷却手段と該スピンドルユニットの冷却水流入口とを接続する第2の配管と、該スピンドルユニットの冷却水流出口と該ポンプとを接続する第3の配管と、を備え、該加工水温調手段は、一端を水源に接続し他端側の開口から該加工具に該加工水を供給する加工水配管と、該加工水配管に配設した熱交換手段と、該熱交換手段と該第2の配管とを接続する第4の配管と、該熱交換手段と該第3の配管とを接続し該熱交換手段で使用された該冷却水を該第3の配管に戻す第5の配管と、を備え、該冷却手段で冷却された該冷却水によって該加工水を冷却する定温水供給装置。

請求項2

前記ユニット温調手段は、前記第2の配管と前記第3の配管とを接続するバイパス配管と、該第2の配管に該バイパス配管を接続する接続部と前記冷却水流入口との間の該第2の配管又は該第3の配管に配設され前記スピンドルユニット内を流れる該冷却水の流量を所望の流量に調整する調整弁と、該第2の配管の該接続部と該冷却水流入口との間又は該第3の配管に配設され該冷却水の温度を測定する第1の水温計と、を含み、前記加工水温調手段は、前記熱交換手段と前記加工水配管の開口との間で該加工水配管に流れる該加工水の水温を測定する第2の水温計と、該バイパス配管を流れる該冷却水の流量と前記第4の配管を流れる該冷却水の流量との合算流量は一定で該第4の配管を流れる該冷却水の流量を可変させ該加工水を所望の温度に温調する調整手段と、を備える請求項1記載の定温水供給装置。

請求項3

前記調整手段は、前記第4の配管に配設する第1のバルブと、前記バイパス配管に配設する第2のバルブと、該第4の配管と該バイパス配管とを流れる前記冷却水の合算流量は一定で該第1のバルブを開いたときの該第2のバルブと該第2のバルブを開いたときの該第1のバルブとを制御するバルブ制御部とを備え、該第4の配管を流れる該冷却水の流量を可変させ前記加工水を所望の温度に温調する請求項2記載の定温水供給装置。

請求項4

請求項3記載の前記調整手段の前記第2のバルブに代えて前記バイパス配管内の圧力が所定の圧力以上になったら開くリリーフ弁を備え、前記第4の配管を流れる前記冷却水の流量を可変させ前記加工水を所望の温度に温調する請求項3記載の定温水供給装置。

技術分野

0001

本発明は、水供給源から送出される水を定温に調整して加工装置に供給する定温水供給装置に関する。

背景技術

0002

ウェーハ切削する切削装置は、スピンドル高速回転させ、スピンドル先端に装着され共に高速回転する切削ブレード切削水を供給しつつ、保持テーブルが保持したウェーハを該切削ブレードで切削している。

0003

切削装置においては、インデックス送り方向であるY軸方向及び切り込み送り方向であるZ軸方向を装置の熱歪み等によって変化させないようにすることで高精度な切削加工を実施していくことが可能となるため、切削装置の温度を一定に維持する必要がある。その為、スピンドルを回転駆動するモータが発する熱を、冷却水回路冷却水循環させて除熱している。したがって、モータの除熱に用いる冷却水が流れる冷却水回路と、切削屑洗浄・除去及び加工点の冷却のために用いる切削水が流れる切削水回路とを備え、冷却水と切削水とを設定した温度に維持する定温水供給装置(例えば、特許文献1参照)が、切削装置には必要となる。

先行技術

0004

特開2007−127343号公報

発明が解決しようとする課題

0005

冷却水回路は、モータを囲む冷却ジャケットに流されモータの熱で水温が高くなった冷却水を冷却する第1の冷却手段と、冷却水を貯水する第1のタンクと、装置が停止され冷却水の温度が下がり過ぎた場合に冷却水を所望の温度にするための第1の加温手段(ヒータ)とを備える。

0006

切削水回路では、工場設備等から供給される水を第2のタンクに貯水し、第2のタンクの水をポンプで切削装置に送水させ、ポンプから送られた切削水が切削装置に到達するまでの間に第2の冷却手段で冷却又は第2の加温手段で加温し所望の水温に調節している。
このように、冷却水回路と切削水回路とは、それぞれ別の冷却手段と別の加温手段とを備えているため、定温水供給装置が大型化するという問題がある。

0007

よって、定温水供給装置においては、冷却手段及び加熱手段の数を少なくして、装置構成を小型化するという課題がある。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決するための本発明は、加工具を装着したスピンドルを高速回転させるモータを有するスピンドルユニットと、被加工物を保持する保持テーブルと、を備える加工装置において、冷却水を循環させ該スピンドルユニットを温調するユニット温調手段と、該加工具に供給する加工水を温調する加工水温調手段とを備える定温水供給装置であって、該ユニット温調手段は、該スピンドルユニットに該冷却水を送水するポンプと、該冷却水を冷却する冷却手段と、該ポンプと該冷却手段とを接続する第1の配管と、該冷却手段と該スピンドルユニットの冷却水流入口とを接続する第2の配管と、該スピンドルユニットの冷却水流出口と該ポンプとを接続する第3の配管と、を備え、該加工水温調手段は、一端を水源に接続し他端側の開口から該加工具に該加工水を供給する加工水配管と、該加工水配管に配設した熱交換手段と、該熱交換手段と該第2の配管とを接続する第4の配管と、該熱交換手段と該第3の配管とを接続し該熱交換手段で使用された該冷却水を該第3の配管に戻す第5の配管と、を備え、該冷却手段で冷却された該冷却水によって該加工水を冷却する定温水供給装置である。

0009

前記ユニット温調手段は、前記第2の配管と前記第3の配管とを接続するバイパス配管と、該第2の配管に該バイパス配管を接続する接続部と前記冷却水流入口との間の該第2の配管又は該第3の配管に配設され前記スピンドルユニット内を流れる該冷却水の流量を所望の流量に調整する調整弁と、該第2の配管の該接続部と該冷却水流入口との間又は該第3の配管に配設され該冷却水の温度を測定する第1の水温計と、を含み、前記加工水温調手段は、前記熱交換手段と前記加工水配管の開口との間で該加工水配管に流れる該加工水の水温を測定する第2の水温計と、該バイパス配管を流れる該冷却水の流量と前記第4の配管を流れる該冷却水の流量との合算流量は一定で該第4の配管を流れる該冷却水の流量を可変させ該加工水を所望の温度に温調する調整手段と、を備えると好ましい。

0010

前記調整手段は、前記第4の配管に配設する第1のバルブと、前記バイパス配管に配設する第2のバルブと、該第4の配管と該バイパス配管とを流れる前記冷却水の合算流量は一定で該第1のバルブを開いたときの該第2のバルブと該第2のバルブを開いたときの該第1のバルブとを制御するバルブ制御部とを備え、該第4の配管を流れる該冷却水の流量を可変させ前記加工水を所望の温度に温調すると好ましい。

0011

前記調整手段の前記第2のバルブに代えて前記バイパス配管内の圧力が所定の圧力以上になったら開くリリーフ弁を備え、前記第4の配管を流れる前記冷却水の流量を可変させ前記加工水を所望の温度に温調するものとしてもよい。

発明の効果

0012

本発明に係る定温水供給装置では、冷却水を循環させスピンドルユニットを温調するユニット温調手段は、スピンドルユニットに冷却水を送水するポンプと、冷却水を冷却する冷却手段と、ポンプと冷却手段とを接続する第1の配管と、冷却手段とスピンドルユニットの冷却水流入口とを接続する第2の配管と、スピンドルユニットの冷却水流出口とポンプとを接続する第3の配管と、を備え、加工水温調手段は、一端を水源に接続し他端側の開口から加工具に加工水を供給する加工水配管と、加工水配管に配設した熱交換手段と、熱交換手段と第2の配管とを接続する第4の配管と、熱交換手段と第3の配管とを接続し熱交換手段で使用された冷却水を第3の配管に戻す第5の配管と、を備えるため、ユニット温調手段のみが冷却手段を備える構成となっている。そして、該冷却手段で冷却された冷却水によって熱交換手段を介して加工水を冷却することができるため、従来のような加工水温調手段にも加工水を冷却する冷却手段を備える定温水供給装置に比べて、装置構成を小型化することが可能となる。

0013

また、ユニット温調手段は、第2の配管と第3の配管とを接続するバイパス配管と、第2の配管にバイパス配管を接続する接続部と冷却水流入口との間の第2の配管又は第3の配管に配設されスピンドルユニット内を流れる冷却水の流量を所望の流量に調整する調整弁と、第2の配管の接続部と冷却水流入口との間又は第3の配管に配設され冷却水の温度を測定する第1の水温計と、を含み、加工水温調手段は、熱交換手段と加工水配管の開口との間で加工水配管に流れる加工水の水温を測定する第2の水温計と、バイパス配管を流れる冷却水の流量と第4の配管を流れる冷却水の流量との合算流量は一定で第4の配管を流れる冷却水の流量を可変させ加工水を所望の温度に温調する調整手段と、を備えている。そして、例えば、加工水温調手段に対して工場設備から供給される加工水の温度が、加工具と被加工物との接触部位に供給する際の設定温度以下に既になっており、熱交換手段を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合がある。この場合には、冷却水を第4の配管に流通させる必要が無く、調整手段によって、バイパス配管を流れる冷却水の流量と第4の配管を流れる冷却水の流量との合算流量は一定で第4の配管を流れる冷却水の流量を可変させる、即ち、バイパス配管に冷却水を流れるようにし、第4の配管に冷却水を流れなくする又は第4の配管を流れる冷却水の流量を減らして加工水を所望の温度に温調することができる。

0014

調整手段は、第4の配管に配設する第1のバルブと、バイパス配管に配設する第2のバルブと、第4の配管とバイパス配管とを流れる冷却水の合算流量は一定で第1のバルブを開いたときの第2のバルブと第2のバルブを開いたときの第1のバルブとを制御するバルブ制御部とを備えることで、例えば、熱交換手段を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合に、第4の配管を流れる冷却水の流量を可変させ加工水を所望の温度に温調することができる。

0015

調整手段は、前記第2のバルブに代えてバイパス配管内の圧力が所定の圧力以上になったら開くリリーフ弁を備え、例えば、熱交換手段を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合に、第4の配管を流れる冷却水の流量を可変させ加工水を所望の温度に温調することができる。

図面の簡単な説明

0016

加工装置及び本発明に係る定温水供給装置の一例を示す模式図である。
水源の加工水の温度が26℃である場合の熱交換手段の状態を示す模式図である。
水源の加工水の温度が18℃である場合の熱交換手段の状態を示す模式図である。
加工装置及び本発明に係る定温水供給装置の別例を示す模式図である。
加工装置及び調整手段が第2のバルブに代えてリリーフ弁を備える定温水供給装置の別例を示す模式図である。

実施例

0017

本発明に係る定温水供給装置8を必要とする加工装置1は、本実施形態においては、保持テーブル30に吸引保持された被加工物Wに加工手段6の加工具(切削ブレード)60で切削加工を施す切削装置であるが、この例に限定されず、定温水供給装置8から供給された冷却水及び加工水を使用する構成であればよく、例えば、スピンドルの先端部分にマウント等を介して研削ホイールが固定された研削装置等であってもよい。

0018

加工手段6は、例えば、回転駆動されるスピンドル611を備えるスピンドルユニット61と、スピンドル611の先端に装着され被加工物Wを切削する加工具60と、加工具60と被加工物Wとの接触部位(加工点)に対して加工水を噴射する一対の加工水ノズル62とを少なくとも備えている。そして、加工手段6は、Y軸方向へインデックス送り可能となっており、また、Z軸方向に切り込み送り可能となっている。

0019

図1に示すように、スピンドルユニット61はY軸方向に水平に延びるスピンドルハウジング610を備えており、スピンドルハウジング610中には、Y軸方向の軸心を備えるスピンドル611が回転可能に収容されている。スピンドル611の先端部は、スピンドルハウジング610から−Y方向側に突出しており加工具60を固定可能となっている。

0020

例えば、スピンドルハウジング610内のスピンドル611の後端側には、スピンドル611を回転駆動するモータ612が連結されている。モータ612は、例えば、スピンドル611に装着されたローターと、ローターの外周側に配設されたステータコイルとを備え、ステータコイルに電圧印加されることでローターが回転し、ローターが装着されたスピンドル611を回転させる。そして、モータ612のステータコイルの外周側には、例えばモータ612全体を囲繞するように冷却ジャケット613が取り付けられている。冷却ジャケット613で、冷却水流入口613aから流入した冷却水が、その内部に形成された流路を通りつつモータ612を冷却し、冷却水流出口613bから流出する。なお、モータ612及び冷却ジャケット613の構成は本実施形態に限定されるものではない。

0021

加工具60は、例えば、ダイヤモンド砥粒等をレジンセラミック等の適宜のバインダーで固定し環状に成型したワッシャー型の切削ブレードであり、図示しないマウントフランジ等によってスピンドル611の先端部分に固定されている。なお、加工具60は、円盤状に形成された金属製の基台と、基台の外周部に固定した切り刃とを備えるハブブレードであってもよい。

0022

一対の加工水ノズル62は、加工具60の下部を加工具60を挟むようにしてX軸方向に互いに平行に延びている。一対の加工水ノズル62の加工具60の側面下部に対向する位置には、加工水を噴射する噴射口620が複数X軸方向に整列して設けられており、複数の噴射口620によってY軸方向両側から加工水が加工具60と被加工物Wとの接触部位に向けて噴射されて、該接触部位の冷却及び洗浄が行われる。
加工具60に対して加工水を供給するノズルは、上記一対の加工水ノズル62に限定されず、加工具60のブレード外周方向から加工具60に向かって加工水を供給する加工水ノズルがさらに配設されていてもよい。

0023

例えば、外形円形の保持テーブル30は、ポーラス部材等からなり被加工物Wを吸引保持する保持面30aを備えている。保持面30aには真空発生装置等の図示しない吸引源が連通し、吸引源が作動し生み出された吸引力が、被加工物Wが載置された保持面30aに伝達されることで、保持テーブル30は保持面30a上で被加工物Wを吸引保持できる。そして、保持テーブル30は、その下方に配設された回転手段34によりZ軸方向の軸心周りに回転可能となっていると共に、X軸方向に切削送り可能となっている。

0024

加工装置1は、切削加工時において加工具60に供給される加工水及び発生する切削屑の装置外部への飛散を防ぐための加工室12を備えており、保持テーブル30の全体、及び加工手段6の一部が該加工室12内に収容された状態になっている。定温水供給装置8は、加工室12の外部に位置している。なお、加工手段6は、その全体が加工室12内に収容されていてもよい。

0025

本発明に係る定温水供給装置8は、冷却水を循環させスピンドルユニット61を温調するユニット温調手段2と、加工具60に供給する加工水を温調する加工水温調手段4とを備える。

0026

ユニット温調手段2は、例えば、冷却水が貯水される第1のタンク20と、スピンドルユニット61に冷却水を送水する第1のポンプ21と、冷却水を冷却するチラーユニット等の冷却手段22と、第1のポンプ21と冷却手段22とを接続する第1の配管23と、冷却手段22とスピンドルユニット61の冷却ジャケット613の冷却水流入口613aとを接続する第2の配管24と、スピンドルユニット61の冷却ジャケット613の冷却水流出口613bと第1のポンプ21とを接続する第3の配管25と、を備える。

0027

図1に示す工場設備の水源40には、金属配管や可撓性を有するチューブ等からなる加工水配管41の一端41aが接続されている。加工水配管41の他端41b側の開口は、一対の加工水ノズル62に連通している。例えば、加工水配管41上には、水源40から下流側となる一対の加工水ノズル62に向かって順に、熱交換手段42、第2のヒータ43、及び第2の水温計44が配設されている。

0028

水源40から加工水配管41に供給された加工水は、温度調整が行われた後に一対の加工水ノズル62から噴射され、加工具60と被加工物Wとの接触部位の冷却及び洗浄を行った後、例えば、保持テーブル30上から流下して図示しないウォータケース及び排水管等を介して加工室12外部に排水される。

0029

第2の水温計44は、熱交換手段42と加工水配管41の他端41b側の開口との間で加工水配管41に流れる加工水、即ち、加工具60と被加工物Wとの接触部位を冷却・洗浄する直前の加工水の水温が所望の設定温度(例えば、22℃)となっているかを測定する。第2のヒータ43は、熱交換手段42を通過した加工水の温度が設定温度未満となっている場合に、加工水を加温して加工水の温度を設定温度まで上昇させる。

0030

例えば、熱交換手段42は部分的に螺旋状に形成した加工水配管41と螺旋状の伝熱管420とが互いに沿うよう配設され、伝熱管420を加工水配管41に接近又は離間させるアクチュエータ423を備える。伝熱管420は後述する第4の配管45及び第5の配管46に接続されている。

0031

例えば、本実施形態におけるユニット温調手段2においては、第2の配管24上に、スピンドルユニット61内を流れる冷却水の流量を所望の流量(例えば、3L/分)に調整する調整弁(可変絞り弁)28が配設されている。なお、調整弁28は、第3の配管25上に配設されていてもよい。

0032

本実施形態におけるユニット温調手段2では、第2の配管24と冷却ジャケット613の冷却水流入口613aとの間には、第1のヒータ24aと、スピンドルユニット61を冷却する直前の冷却水の温度を測定する第1の水温計271aとが配設されている。また、例えば、第3の配管25上には、冷却水の温度を測定する第1の水温計271bが配設されている。第1の水温計271bは、例えば、第1のタンク20に戻る直前の冷却水の温度を測定する。なお、本実施形態においては、第2の配管24と冷却水流入口613aとの間及び第3の配管25の両方に冷却水の温度を測定する第1の水温計271a、271bを配設しているが、どちらか片方のみであってもよい。

0033

加工水温調手段4は、熱交換手段42と第2の配管24とを接続する第4の配管45と、熱交換手段42と第3の配管25とを接続し熱交換手段42で使用され加工水を冷却した冷却水を第3の配管25に戻す第5の配管46と、を備えている。

0034

定温水供給装置8は、例えば、CPUやメモリ等の記憶素子等から構成され定温水供給装置8の各部を統括制御する制御手段89を備えている。制御手段89には、加工水温度制御部478(アクチュエータ制御部478)が組み込まれている。加工水温度制御部478は、無線又は有線の第1の通信経路479aを介してアクチュエータ423に制御信号送出可能となっている。

0035

以下に、本発明に係る定温水供給装置8を使用しつつ、図1に示す加工装置1を用いて被加工物Wを切削する場合について説明する。
保持テーブル30に保持されている被加工物Wは、例えば、外形が円形板状である半導体ウェーハであり、上側を向いている被加工物Wの表面Waは、分割予定ラインによって区画された格子状の領域に複数のデバイスが形成されている。被加工物Wの裏面Wbは図示しないダイシングテープが貼着されて保護されている。なお、被加工物Wは本実施形態に示す例に限定されるものではない。

0036

保持テーブル30に保持された被加工物Wが−X方向(紙面奥側)に送られるとともに、加工具60を切り込ませる分割予定ラインの位置が検出される。その後、加工手段6がY軸方向に移動し、分割予定ラインと加工具60とのY軸方向における位置合わせがされる。

0037

加工手段6が、例えば被加工物Wをフルカットする所定の高さ位置まで降下する。また、モータ612がスピンドル611を高速回転させ、スピンドル611に固定された加工具60がスピンドル611の回転に伴い高速回転する。そして、保持テーブル30が所定の切削送り速度で−X方向にさらに送り出されることで、加工具60が被加工物Wに切り込み、分割予定ラインに沿って被加工物Wを切削していく。

0038

モータ612がスピンドル611を回転駆動することで発生する熱をスピンドルユニット61から除去するために、ユニット温調手段2において冷却水が循環する。即ち、第1のタンク20から第1のポンプ21によって冷却水が所定の流量で送水される。冷却水は、冷却手段22で冷却水の設定温度20℃(冷却ジャケット613に通水させる際の温度)より僅かに低い所定の温度(例えば、19℃)に冷却される。そして、冷却手段22で19℃まで冷却され第2の配管24を流れ込む冷却水の一部は、水源40における加工水の温度によっては加工水を冷却する場合がある。また、冷却水の内加工水を冷却せずにスピンドルユニット61に供給される冷却水は、スピンドルユニット61に供給される前に、流量が調節され第1のヒータ24aで設定温度20℃まで加温される。
なお、冷却手段22で冷却させる冷却水の温度を冷却水の設定温度(20℃)より低い温度(19℃)にしているのは、加工水の設定温度(22℃)より高い温度(例えば、26℃)で水源40から供給される加工水を、熱交換手段42で効率よく冷却させるためであり、加工水を冷却水で冷却する必要が無い場合等(例えば、水源40の加工水が18℃である場合)においては、冷却手段22で冷却水を設定温度(20℃)に冷却しても良い。

0039

切削加工中においては、噴射口620から加工具60と被加工物Wとの接触部位である加工点に加工水を噴射して冷却・洗浄を行うべく、水源40から加工水(例えば、温度26℃となっている場合又は温度18℃となっている場合があるとする)が加工水配管41に所定の流量で送出される。

0040

第4の配管45内へ流れ込んだ温度19℃の冷却水は、熱交換手段42の伝熱管420を通過し第5の配管46へと流れ込む。例えば、本実施形態においては、加工水温度制御部478によって、熱交換手段42を通過後第2の水温計44が測定した加工水の水温が設定温度(例えば、22℃)になるようにアクチュエータ423を制御させ、伝熱管420と加工水配管41との接触面積を可変させ、熱交換率を制御する。即ち、例えば、図2に示すように、水源40から供給される加工水の温度が設定温度22℃より高い26℃のときは、伝熱管420と加工水配管41との接触面積を大きくして熱交換が十分に行われるように加工水温度制御部478によりアクチュエータ423が操作される。また、図3に示すように、水源40から供給される加工水の温度が設定温度22℃より低い18℃であれば加工水温度制御部478によりアクチュエータ423が操作され、伝熱管420と加工水配管41とを離間させ熱交換を行わないようにする。

0041

なお、熱交換手段42を通過した加工水が冷やされすぎて設定温度以下になったら、図1に示す第2のヒータ43で加工水を上記設定温度まで加温する。例えば、第2の水温計44は、無線又は有線の第2の通信経路892によって制御手段89に電気的に接続されており、熱交換手段42を通過した加工水は、第2の水温計44によりその温度が測定され、設定温度22℃とのずれがある場合には、第2の水温計44から測定温度情報が制御手段89にフィードバックされる。そして、加工水温度制御部478により該温度のずれを補正する調整が、アクチュエータ操作に反映されるようにしてもよい。

0042

図1に示す第2の水温計44によって一対の加工水ノズル62へ供給される直前の冷却後の加工水の温度が測定されつつ、加工水が一対の加工水ノズル62の噴射口620から加工具60と被加工物Wとの加工点(接触部位)に噴射され、加工点の冷却・洗浄を行う。

0043

伝熱管420を通過した冷却水は、第5の配管46及び第3の配管25を通過して、後述するスピンドルユニット61を冷却した冷却水と共に第1のタンク20に戻される。

0044

一方、スピンドルユニット61に向かって第2の配管24を流れる温度19℃の冷却水は、調整弁28に至る。調整弁28は、スピンドルユニット61内を流れる冷却水の流量を定めるボトルネックとして働き、スピンドルユニット61内を流れる冷却水の流量が所望の流量(例えば、流量3L/分)に調整される。そして、第1のヒータ24aによる加温を経て第1の水温計271aによってスピンドルユニット61冷却前の温度が最終的に測定されつつ、設定温度20℃の冷却水が流量3L/分で冷却ジャケット613を通過して、スピンドルユニット61が冷却ジャケット613により冷却される。冷却ジャケット613を通過した後の冷却水は、モータ612の熱を吸収して温まっており、第3の配管25を通じて第1のタンク20に戻される。

0045

例えば、熱交換手段42を通過した冷却水とスピンドルユニット61を冷却した冷却水とは、混ざった後に第1の水温計271bによりその温度が計測される。そして、第1のタンク20に戻された後に、第1のポンプ21によって冷却手段22側に送出され、冷却手段22で例えば19℃に冷却されることで、再び加工水冷却用及びスピンドルユニット61の冷却用の冷却水として再利用されている。第1の水温計271bにより測定された温度についての情報は、例えば、ユニット温調手段2を冷却水が循環し始め、加工水を冷却し温められた冷却水とスピンドルユニット61を冷却し温められた冷却水とを、冷却手段22が再び19℃まで冷却させる際の冷却手段22の出力調整等に用いられる。

0046

上記のように、本発明に係る定温水供給装置8は、ユニット温調手段2のみが冷却手段22を備える構成となっている。そして、該冷却手段22で冷却された冷却水によって熱交換手段42を介して加工水を冷却することができるため、従来のような加工水温調手段にも加工水を冷却する冷却手段を備える定温水供給装置に比べて、装置構成を小型化することが可能となる。

0047

図4に示す定温水供給装置8Aは、図1に示す定温水供給装置8の構成の一部を変更したものである。定温水供給装置8Aにおいて、例えば、熱交換手段42はシェル(筒)を備え、該シェルの中には加工水配管41と複数又は単数の伝熱管420とが互いに沿うように入っており、伝熱管420は後述する第4の配管45及び第5の配管46に接続されている。

0048

また、例えば、本実施形態におけるユニット温調手段2Aにおいては、第2の配管24上にT字管等の接続部241が配設されており、該接続部241に接続されたバイパス配管29によって第2の配管24と第3の配管25とは接続されている。そして、第2の配管24の接続部241と冷却ジャケット613の冷却水流入口613aとの間には、先に説明した調整弁28が配設されている。なお、調整弁28は、第3の配管25上に配設されていてもよい。

0049

本実施形態における加工水温調手段4Aは、バイパス配管29を流れる冷却水の流量と第4の配管45を流れる冷却水の流量との合算流量は一定で第4の配管45を流れる冷却水の流量を可変させ加工水を所望の温度に温調する調整手段47を備えている。また、例えば、加工水配管41上の水源40よりも下流側に第2のタンク48及び第2のポンプ49を備えている。第2のタンク48には水源40から供給された加工水が貯留されており、第2のタンク48内の加工水は、第2のポンプ49によって第2のタンク48から一対の加工水ノズル62に向けて送水されている。なお、水源40から供給される加工水の水量が、加工装置1が使用する加工水の水量より常に多く確保されている場合(即ち、水源40からの水圧が加工水配管41側に常時かかっており、弁を開けば、ポンプが生み出す圧力により加工水配管41に加工水を送出しなくても、加工水配管41に加工水が自動的に流れ込む場合)は、第2のタンク48および第2のポンプ49を備えなくても良い。

0050

調整手段47は、第4の配管45に配設する第1のバルブ471と、バイパス配管29に配設する第2のバルブ472と、第1のバルブ471と第2のバルブ472とを制御するバルブ制御部479とを備えている。第1のバルブ471及び第2のバルブ472は、例えば、比例電磁制御弁であるが、これに限定されるものではない。

0051

制御手段89に上記バルブ制御部479は組み込まれている。バルブ制御部479は、無線又は有線の第1の通信経路479aを介して第1のバルブ471及び第2のバルブ472に制御信号を送出可能となっており、第4の配管45とバイパス配管29とを流れる冷却水の合算流量は一定で第1のバルブ471を開いたときの第2のバルブ472の開閉と第2のバルブ472を開いたときの第1のバルブ471の開閉とを制御する。即ち、バルブ制御部479は、第1のバルブ471及び第2のバルブ472への制御信号を変化させることで、第4の配管45を流れる冷却水の流量及びバイパス配管29を流れる冷却水の流量を、それぞれ0%〜100%の範囲で連続的に制御する。
なお、バルブ制御部479による第1のバルブ471及び第2のバルブ472の制御は、第1のバルブ471及び第2のバルブ472を全閉させて流体を止める、又は全開させて流体を流すON/OFF制御であってもよい。

0052

調整手段47は、バルブ制御部479による制御の下で開閉する第2のバルブ472に代えて、バイパス配管29内の圧力が流れ込んだ冷却水によって所定の圧力以上になったら自動的に開く図5に示すリリーフ弁476を備えてもよい。

0053

以下に、加工装置1が被加工物Wを切削している際における図4に示す定温水供給装置8Aの動作について説明する。
モータ612がスピンドル611を回転駆動することで発生する熱をスピンドルユニット61から除去するために、ユニット温調手段2Aにおいて冷却水が循環する。即ち、第1のタンク20から第1のポンプ21によって冷却水が所定の流量VL/分で送水される。冷却水は、冷却手段22で冷却水の設定温度20℃より僅かに低い所定の温度(例えば、19℃)に冷却される。そして、冷却手段22で19℃まで冷却され第2の配管24を流れ込む冷却水の一部は、後述する加工水を冷却する。また、冷却水の内加工水を冷却せずにスピンドルユニット61に供給される冷却水は、スピンドルユニット61に供給される前に、第1のヒータ24aで設定温度20℃まで加温される。

0054

切削加工中においては、噴射口620から加工具60と被加工物Wとの接触部位である加工点に加工水を噴射して冷却・洗浄を行うべく、第2のタンク48から第2のポンプ49によって例えば温度26℃の加工水が加工水配管41に所定の流量で送出される。

0055

加工水配管41上の第2のポンプ49の下流側では、温度26℃の加工水が設定温度(例えば、22℃)になるように熱交換手段42において冷却水で冷却される。即ち、調整手段47のバルブ制御部479から第1のバルブ471及び第2のバルブ472に制御信号が送出され、第1のバルブ471及び第2のバルブ472の開度が調節される。第1のバルブ471が開かれて、第4の配管45を流れる冷却水の流量がV1L/分となり、バイパス配管29を流れる冷却水の流量がV2L/分(本実施形態においては、第2のバルブ472が完全に閉じられ0L/分とする)となる。

0056

第4の配管45を流れる冷却水の流量V1L/分は、熱交換手段42を流れる加工水の流量、その温度(本実施形態においては26℃)、及び加工水の設定温度(例えば、22℃)、並びにスピンドルユニット61内に流したい冷却水の流量(第2の配管24の接続部241よりも下流側における流量であり、少なくとも3L/分以上の流量)等を考慮して定められる。例えば、熱交換手段42を流れる加工水の流量がより小さく、また、その温度が例えば24℃と設定温度22℃より高いが本実施形態(26℃)より低い場合には、バイパス配管29を流れる冷却水の流量V2L/分をより大きくし、相対的に第4の配管45を流れる冷却水の流量V1Lを小さくする。
バイパス配管29を流れる冷却水の流量V2L/分と第4の配管45を流れる冷却水の流量V1L/分との合算流量(第1のポンプ21の送出流量VL/分からスピンドルユニット61内に流したい冷却水の流量を引いた残りの流量)は一定である。

0057

第4の配管45を流量V1L/分で流れる温度19℃の冷却水は、熱交換手段42の伝熱管420を通過し第5の配管46へと流れ込む。並行して温度26℃の加工水が熱交換手段42を通過することで、加工水と冷却水との間で熱交換が行われて、加工水が所定の温度(例えば、設定温度である22℃または設定温度以下である21℃)まで冷却され、逆に冷却水は温められる。
なお、熱交換手段42を通過した加工水が冷やされすぎて設定温度以下になったら、第2のヒータ43で加工水を上記設定温度まで加温する。

0058

第2の水温計44によって一対の加工水ノズル62へ供給される直前の冷却後の加工水の温度が測定されつつ、加工水が一対の加工水ノズル62の噴射口620から加工具60と被加工物Wとの加工点(接触部位)に噴射され、加工点の冷却・洗浄を行う。
熱交換手段42を通過した加工水は、第2の水温計44によりその温度が測定され、設定温度22℃とのずれがある場合には、第2の水温計44から測定温度情報が制御手段89にフィードバックされる。そして、バルブ制御部479により該温度のずれを補正する調整が、第1のバルブ471及び第2のバルブ472の開度調整をもってなされるようにしてもよい。

0059

加工水を冷却した冷却水は、第5の配管46及び第3の配管25を通過して、後述するスピンドルユニット61を冷却した冷却水と共に第1のタンク20に戻される。

0060

一方、スピンドルユニット61に向かって第2の配管24を流れる温度19℃の冷却水は、流量(例えば、流量3L/分)に調整される。そして、第1のヒータ24aによる加温を経て第1の水温計271aによってスピンドルユニット61冷却前の温度が最終的に測定されつつ、設定温度20℃の冷却水が流量3L/分で冷却ジャケット613を通過して、スピンドルユニット61が冷却ジャケット613により冷却される。冷却ジャケット613を通過した後の冷却水は、モータ612の熱を吸収して温まっており、第3の配管25を通じて第1のタンク20に戻される。
例えば、加工水を冷却した冷却水とスピンドルユニット61を冷却した冷却水とは、混ざった後に第1の水温計271bによりその温度が計測される。そして、第1のタンク20に戻された後に、第1のポンプ21によって冷却手段22側に送出され、冷却手段22で例えば19℃に冷却されることで、再び加工水冷却用及びスピンドルユニット61の冷却用の冷却水として再利用されている。

0061

上記のように、本発明に係る定温水供給装置8Aは、ユニット温調手段2Aのみが冷却手段22を備える構成となっている。そして、該冷却手段22で冷却された冷却水によって熱交換手段42を介して加工水を冷却することができるため、従来のような加工水温調手段にも加工水を冷却する冷却手段を備える定温水供給装置に比べて、装置構成を小型化することが可能となる。

0062

例えば、図5に示すように、工場設備の水源40から供給される加工水の温度が、加工具60と被加工物Wとの加工点に噴射する際の設定温度(例えば、22℃)以下となっている場合(例えば、18℃となっている場合)には、加工水は冷却水で冷却する必要が無い。この場合における定温水供給装置8Aの動作は以下の通りとなる。

0063

本実施形態においては、例えば、図4に示す調整手段47の第2のバルブ472に代えて図5に示すリリーフ弁476がバイパス配管29に配設されている。なお、リリーフ弁476ではなく第2のバルブ472が配設されていてもよい。

0064

スピンドルユニット61から熱を除去するために、第1のタンク20から第1のポンプ21によって冷却水が所定の流量VL/分でされる。冷却水は、冷却手段22で所定の温度(例えば、19℃)に冷却される。
切削加工中において加工点の冷却・洗浄を行うべく、第2のタンク48から第2のポンプ49によって温度18℃の加工水が加工水配管41に所定の流量で送出される。

0065

調整手段47のバルブ制御部479から第1のバルブ471に制御信号が送出され、第1のバルブ471が完全に閉じられて第4の配管45を流れる冷却水の流量が0L/分となる。したがって、温度19℃の冷却水は、その一部が第2の配管24の調整弁28を通過しスピンドルユニット61に向かって流れていき、図1に示す場合と同様にスピンドルユニット61を冷却した後、第1のタンク20に戻されて再利用される。
また、第4の配管45を流れる分の冷却水がバイパス配管29に流れ込む。バイパス配管29内を第1のタンク20側に向かって流れる該冷却水により管内部の圧力が所定圧力以上になることで、リリーフ弁476のボール弁体476bが弁座面476aから離れて開弁された状態になり、バイパス配管29内を冷却水が通過していく。そして、スピンドルユニット61を冷却した冷却水と共に第1のタンク20に戻されて、スピンドルユニット61の冷却用の冷却水として再利用されている。

0066

熱交換手段42を通過した水温18℃の加工水は、制御手段89による制御の下で第2のヒータ43によって加工水の設定温度である22℃になるまで加温される。第2のヒータ43通過後の加工水は、第2の水温計44により温度測定がされ、設定温度22℃とのずれがある場合には、第2の水温計44から測定温度情報が制御手段89にフィードバックされ、制御手段89により該温度のずれを補正する出力調整が第2のヒータ43に行われる。そして、設定温度22℃の加工水が、一対の加工水ノズル62の噴射口620から加工具60と被加工物Wとの加工点に噴射され、加工点の冷却・洗浄を行う。

0067

上記のように、ユニット温調手段2Aは、第2の配管24と第3の配管25とを接続するバイパス配管29と、第2の配管24にバイパス配管29を接続する接続部241と冷却水流入口613aとの間の第2の配管24に配設されスピンドルユニット61内を流れる冷却水の流量を所望の流量に調整する調整弁28と、第2の配管24の接続部241と冷却水流入口613aとの間及び第3の配管25に配設され冷却水の温度を測定する第1の水温計271a、271bと、を含み、加工水温調手段4Aは、熱交換手段42と加工水配管41の開口との間で加工水配管41に流れる加工水の水温を測定する第2の水温計44と、バイパス配管29を流れる冷却水の流量と第4の配管45を流れる冷却水の流量との合算流量は一定で第4の配管45を流れる冷却水の流量を可変させ加工水を所望の温度に温調する調整手段47と、を備えている。そして、図4を用いて説明した場合のように、工場設備の水源40から供給される加工水が設定温度を超えており、熱交換手段42を介した冷却水による加工水の冷却を行う必要がある場合には、調整手段47によって、第4の配管45に冷却水を流して、熱交換手段42を通過する冷却水により加工水を所望の温度に温調することができる。
一方、図5に示すように、工場設備の水源40から供給される加工水が設定温度以下に既になっており、熱交換手段42を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合においては、調整手段47によって、冷却水を第4の配管45を通過させずバイパス配管29に冷却水が流れるようにすることで、加工水を所望の温度に温調することができる。

0068

図4に示すように、調整手段47は、第4の配管45に配設する第1のバルブ471と、バイパス配管29に配設する第2のバルブ472と、第4の配管45とバイパス配管29とを流れる冷却水の合算流量は一定で第1のバルブ471を開いたときの第2のバルブ472と第2のバルブ472を開いたときの第1のバルブ471とを制御するバルブ制御部479とを備えることで、例えば熱交換手段42を介した冷却水による加工水の冷却を行う必要がある場合に、第4の配管45に冷却水を流して、加工水を所望の温度に温調することができる。

0069

調整手段47は、図5に示すように、図4に示す第2のバルブ472に代えてバイパス配管29内の圧力が所定の圧力以上になったら開くリリーフ弁476を備えることで、例えば図5に示す場合のように、例えば熱交換手段42を介した冷却水による加工水の冷却を行わなくてもよい場合に、第4の配管45に冷却水を流さないようにして、加工水を所望の温度に温調することができる。

0070

なお、本発明に係る定温水供給装置8、8Aは上記実施形態に限定されるものではなく、また、添付図面に図示されている定温水供給装置8、8A及び加工装置1の各構成についても、これに限定されず、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。

0071

1:加工装置12:加工室
6:加工手段 60:加工具61:スピンドルユニット611:スピンドル
612:モータ613:冷却ジャケット613a:冷却水流入口613b:冷却水流出口
62:一対の加工水ノズル620:噴射口
30:保持テーブル30a:保持面 34:回転手段
8:定温水供給装置
2:ユニット温調手段 20:第1のタンク21:第1のポンプ22:冷却手段
23:第1の配管24:第2の配管 24a:第1のヒータ25:第3の配管 271a、271b:第1の水温計28:調整弁
4:加工水温調手段 40:水源41:加工水配管 42:熱交換手段 420:伝熱管423:アクチュエータ
43:第2のヒータ 44:第2の水温計 45:第4の配管 46:第5の配管
479a:第1の通信経路
89:制御手段 478:加工水温度制御部 479a:第1の通信経路 892:第2の通信経路
8A:定温水供給装置 4A:加工水温調手段
2A:ユニット温調手段 29:バイパス配管
47:調整手段 471:第1のバルブ472:第2のバルブ 479:バルブ制御部
479a:第1の通信経路 476:リリーフ弁
48:第2のタンク 49:第2のポンプ

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