(57)【要約】【課題】脆性材料で構成され内側に凹みを有するドーム形状の被加工物を切断する加工方法を提供する。【解決手段】本発明によれば、脆性材料で構成された内側に凹み部１０ｃを有するドーム形状の被加工物１０を切削ブレード３２で切断する加工方法であって、凹み部１０にポリオレフィン系、又はポリエステル系のシート１２を敷設し、シート１２を加熱して圧着するシート熱圧着工程と、熱圧着されたシート１２により形成された凹み部１０ｃに液状樹脂１４を埋設し固化する樹脂埋設工程と、被加工物１０に埋設され固化した液状樹脂１４側をチャックテーブル６に保持し切削ブレード３２で被加工物１０を切断する工程と、シート１２と共に固化した液状樹脂１４を除去する除去工程と、から少なくとも構成される加工方法が提供される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料で構成された内側に凹み部を有するドーム形状の被加工物を切削ブレードで切断する加工方法であって、
該凹み部にポリオレフィン系又はポリエステル系のシートを敷設し、該シートを加熱して圧着するシート熱圧着工程と、
熱圧着された該シートにより形成された凹み部に液状樹脂を埋設し固化する樹脂埋設工程と、
該被加工物に埋設され固化した液状樹脂側をチャックテーブルに保持し切削ブレードで該被加工物を切断する切断工程と、
該シートと共に固化した液状樹脂を除去する除去工程と、
から少なくとも構成される加工方法。
【請求項２】
該シート熱圧着工程において、略二等辺三角形状に切断された該シートを用意し、該略二等辺三角形状の該シートの頂点を該ドーム形状の内側の中心に位置付けてドーム形状の内側全体に傘貼りの如く敷き詰めて配設する請求項１に記載の加工方法。
【請求項３】
該ドーム形状の被加工物を構成する脆性材料はシリコンであり、中央に貫通口が形成されていて、
該切断工程において、切削ブレードの厚みは該貫通口の直径よりも小さく、該貫通口を二等分する請求項１、又は２に記載の加工方法。
【請求項４】
該樹脂埋設工程において、液状樹脂は紫外線の照射によって固化する液状樹脂であり、液状樹脂を、複数回に分けて埋設する請求項１乃至３のいずれかに記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内側に凹み部を有するドーム形状の被加工物を切断する加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器等に用いられ、赤外線を透過して被写体を観察することができる赤外線レンズは、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）等の結晶材料から製造される（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
上記したような赤外線レンズの性能は、素材の結晶構造の状態に影響を受け、また、赤外線レンズとして性能を発揮すべく高精度に加工される必要があることから、赤外線レンズを切削ブレードによって切断し、結晶構造や寸法精度を確認する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０７５２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、赤外線レンズは、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）等の結晶材料からなる、いわゆる脆性材料から構成されることから、赤外線レンズの如く、内側に凹みを有するドーム形状の被加工物を切削ブレードで切断しようとすると、内側の凹みの空洞に起因する微振動が発生し、切断面に意図しない欠けが生じて、寸法精度、又は結晶構造の確認に支障をきたすという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、脆性材料で構成され内側に凹みを有するドーム形状の被加工物を切断する加工方法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、脆性材料で構成された内側に凹み部を有するドーム形状の被加工物を切削ブレードで切断する加工方法であって、該凹み部にポリオレフィン系又はポリエステル系のシートを敷設し、該シートを加熱して圧着するシート熱圧着工程と、熱圧着された該シートにより形成された凹み部に液状樹脂を埋設し固化する樹脂埋設工程と、該被加工物に埋設され固化した液状樹脂側をチャックテーブルに保持し切削ブレードで該被加工物を切断する切断工程と、該シートと共に固化した液状樹脂を除去する除去工程と、から少なくとも構成される加工方法が提供される。
【０００８】
該シート熱圧着工程において、略二等辺三角形状に切断された該シートを用意し、該略二等辺三角形状の該シートの頂点を該ドーム形状の内側の中心に位置付けてドーム形状の内側全体に傘貼りの如く敷き詰めて配設することができる。また、該ドーム形状の被加工物を構成する脆性材料はシリコンであり、中央に貫通口が形成されていて、該切断工程において、切削ブレードの厚みは該貫通口の直径よりも小さく、該貫通口を二等分することができる。さらに、該樹脂埋設工程において、液状樹脂は紫外線の照射によって固化する液状樹脂であり、液状樹脂を、複数回に分けて埋設することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の加工方法は、脆性材料で構成された内側に凹み部を有するドーム形状の被加工物を切削ブレードで切断する加工方法であって、該凹み部にポリオレフィン系又はポリエステル系のシートを敷設し、該シートを加熱して圧着するシート熱圧着工程と、熱圧着された該シートにより形成された凹み部に液状樹脂を埋設し固化する樹脂埋設工程と、該被加工物に埋設され固化した液状樹脂側をチャックテーブルに保持し切削ブレードでドーム形状の被加工物を切断する工程と、該シートと共に固化した液状樹脂を除去する除去工程と、から少なくとも構成されることにより、被加工物を切断する際に、被加工物のドーム形状の凹み部に空洞が存在せず、該空洞に起因する微振動が抑制され、切断面に欠けが生じることが防止され、切断後の寸法精度や結晶構造を良好に確認することが可能になる。また、粘着層を必要としないポリオレフィン系、又はポリエステル系のシートを敷設し、該シートを加熱して圧着して、被加工物の内側の凹み部を被覆するので、被加工物の凹み部に埋設された樹脂を除去する際に、シートの剥離に伴う残渣を被加工物側に残すことがない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態において被加工物とされる赤外線レンズの全体斜視図、及びＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１に示す被加工物に対しシート熱圧着工程を実施する態様を示す斜視図である。
【図３】（ａ）図２に示す被加工物に対して樹脂埋設工程を実施する際の態様を示す斜視図、（ｂ）（ａ）に示す被加工物のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図３に示す被加工物をダイシングテープを介してフレームに保持する態様を示す斜視図である。
【図５】被加工物を二等分するための切削装置の全体斜視図である。
【図６】被加工物を二等分する切削工程を実施する際の態様を示す斜視図である。
【図７】（ａ）二等分された被加工物の一方の切断面を示す端面図、（ｂ）二等分された被加工物から、シート及び樹脂を除去する態様を示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に基づき構成された加工方法に係る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、本実施形態において被加工物となるシリコン（Ｓｉ）からなる赤外線レンズ１０の斜視図、及びＡ−Ａ断面が示されている。図に示されているように、赤外線レンズ１０は、表面１０ａ側に凸形状で、裏面１０ｂ側、すなわち内側に凹み部１０ｄを有するドーム形状をなしており、中央には、貫通口１０ｃが形成されている。本実施形態で用意される赤外線レンズ１０は、直径が６０ｍｍ、肉厚が５ｍｍ、高さが１２ｍｍ、貫通口１０ｃの直径は２．５ｍｍである。
【００１３】
上記した赤外線レンズ１０を用意したならば、まず初めに、赤外線レンズ１０の裏面１０ｂ側の凹み部１０ｄにシートを敷設し、該シートを加熱して圧着するシート熱圧着工程を実施する。以下に、図２を参照しながら、シート熱圧着工程について説明する。
【００１４】
シート熱圧着工程に使用されるシート１２は、ポリオレフィン系又はポリエステル系のシートから選択可能であり、本実施形態では、ポリオレフィン系のシートであるポリエチレンシートが選択される。シート１２は、図２に示すように、赤外線レンズ１０のドーム形状の凹み部１０ｄを形成する裏面１０ｂに隙間なく貼り付けることができるように、底辺１２ａと２本の等辺１２ｂからなる略二等辺三角形状に切断されたシートで用意される。本実施形態では、裏面１０ｂ全体を１０枚のシート１２によって覆うように設定されており、等辺１２ｂによって形成される頂点１２ｃにおける頂角は約３６度となっている。
【００１５】
図に示すように、ドーム形状の凹み部１０ｂの中心、すなわち、貫通口１０ｃの中心にシート１２の頂点１２ｃを位置付けて傘貼りの如く隙間なく敷き詰めるようにして配設する。全てのシート１２を隙間なく敷設したならば、図示しない加熱手段によってシート１２全体を加熱し、赤外線レンズ１０の内側の凹み部１０ｄの形状に合わせて形成された図示しない押圧部材によって押圧しシート１２を裏面１０ｂに熱圧着する。この際のシート１２の目標加熱温度は、シート１２を構成するポリエチレンシートの溶融温度１２０〜１４０℃から３０℃程度低い９０℃とされる。ポリオレフィン系のシート、及びポリエステル系のシートは、溶融温度に近い温度まで加熱することにより粘着力が生成されるため、別途の粘着糊、ワックス剤等を塗布することなく、赤外線レンズ１０の裏面１０ｂに熱圧着することができる。以上により、シート熱圧着工程が完了する。
【００１６】
シート熱圧着工程が完了したならば、次いで、樹脂埋設工程を実施する。以下に、図３を参照しながら、樹脂埋設工程について説明する。
【００１７】
図３（ａ）に示すように、裏面１０ｂ側にシート１２が熱圧着された赤外線レンズ１０の上方に、液状樹脂滴下用のノズル６０を位置付ける。ノズル６０から滴下される液状樹脂１４は、例えば、紫外線（ＵＶ）硬化型エポキシ樹脂が選択される。
【００１８】
上記したように、赤外線レンズ１０の裏面１０ｂ側には、凹み部１０ｄが形成されており、ノズル１６からは、凹み部１０ｄに向けて溶融状態の液状樹脂１４が複数回に分けて滴下される。凹み部１０ｄに液状樹脂１４が滴下されると、その都度、滴下された液状樹脂１４に対して図示しない紫外線照射手段により紫外線を照射し、液状樹脂１４を固化する。このような液状樹脂１４の滴下と、紫外線の照射による固化を複数回繰り返すことで、ドーム形状の凹み部１０ｄに液状樹脂１４が埋設される。図３（ｂ）には、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ部の断面が示されており、凹み部１０ｄが固化した液状樹脂１４(以下「樹脂１４」という。）によって満たされた状態が示されている。なお、赤外線レンズ１０のドーム形状の凹み部１０ｄに液状樹脂１４を埋設する方法としては、上記した手順に限定されず、凹み部１０ｄに向けて溶融状態の液状樹脂１４を複数回に分けて滴下し、凹み部１０ｄを溶融状態の液状樹脂１４で満たした後、紫外線を照射して固化することもできる。また、本実施形態では、凹み部１０ｄに埋設する樹脂１４として、紫外線硬化型のエポキシ樹脂を選択したが、本発明はこれに限定されず、その他の液状樹脂、例えば、時間経過とともに硬化する合成ポリマー、天然ポリマー、半合成ポリマー等の中から適宜選択してもよい。以上により樹脂埋設工程が完了する。
【００１９】
樹脂埋設工程が完了したならば、次いで、切断工程を実施する。切断工程を実施するに際し、まず、図４に示すように、赤外線レンズ１０を収容可能な開口を有する環状のフレームＦを用意し、赤外線レンズ１０の表面１０ａを上方に向け、すなわち、固化した樹脂１４側を下方に向けて、環状のフレームＦの開口に収容して、粘着性を有するダイシングテープＴにより、赤外線レンズ１０と、フレームＦの裏面を貼着する。これにより、赤外線レンズ１０はダイシングテープＴを介して環状のフレームＦに保持される。
【００２０】
フレームＦにより赤外線レンズ１０を保持したならば、図５に示す切削装置１に搬送する。図５に示す切削装置１は、赤外線レンズ１０を切削加工するものであり、装置ハウジング４と、矢印Ｘで示すＸ軸方向に移動自在に装置ハウジング４に装着されたチャックテーブル６と、チャックテーブル６をＸ軸方向に加工送りする加工送り手段（図示は省略する。）と、を備える。チャックテーブル６の上端部分には、多孔質のポーラスセラミックスからなりダイシングテープＴを介して赤外線レンズ１０を吸引保持する保持面８が配置されている。
【００２１】
チャックテーブル６の周縁には、赤外線レンズ１０を保持するフレームＦを固定するためのクランプ２０が、周方向に間隔をおいて配置されている。図に示されているとおり、チャックテーブル６の移動経路の上方には、チャックテーブル６に保持された赤外線レンズ１０を撮像して切削すべき領域を検出する撮像手段２２が配設されている。上記した加工送り手段は、例えば、チャックテーブル６に連結されＸ軸方向に延びるボールねじと、このボールねじを回転させるモータとから構成し得る（図示は省略する。）。
【００２２】
切削装置１の装置ハウジング４には、フレームＦに保持された赤外線レンズを収容したカセット４６が昇降自在なカセット載置台４８に載置されている。このカセット載置台４８は、図示しない昇降手段によって昇降される。また、切削装置１は、カセット４６から切削前の赤外線レンズ１０を引き出し、仮置きテーブル５０まで搬出すると共に、仮置きテーブル５０に位置付けられた切削済みの赤外線レンズ１０をカセット４６に搬入する搬出入手段５２と、カセット４６から仮置きテーブル５０に搬出された切削前の赤外線レンズ１０をチャックテーブル６に搬送する第一の搬送手段５４と、切削済みの赤外線レンズ１０を洗浄する洗浄手段５６と、切削済みの赤外線レンズ１０をチャックテーブル６から洗浄手段５６に搬送する第二の搬送手段５８とを備えている。
【００２３】
切削装置１には、スピンドルハウジング２６に収容され先端部に切削ブレード３２が回転可能に支持されたスピンドル３０を備えた切削手段２４が配設され、切削ブレード３２によりチャックテーブル６に保持された赤外線レンズ１０を切削する。切削手段２４は、保持面８に平行でＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動自在かつ保持面８に垂直なＺ軸方向に移動（昇降）自在に構成されており、切削手段２４をＹ軸方向に割り出し送りする割り出し送り手段（図示は省略する。）と、切削手段２４をＺ軸方向で切り込み送りする切り込み送り手段（図示は省略する。）と、を備えている。割り出し送り手段、及び切り込み送り手段は、上記した加工送り手段と同様に、切削手段２４に連結されるＹ軸方向に延びるボールねじ、及び切削手段２４に連結されるＺ軸方向に延びるボールねじと、各ボールねじを回転させるモータとから構成されている（図示は省略する。）。切削ブレード３２は、直径７８ｍｍ、刃先出し量１３ｍｍ、厚みは０．２ｍｍに設定されている。なお、上記したように、被加工物の頂部に上記したような貫通口１０ｃが形成されている場合は、切削ブレード３２の厚みを貫通口１０ｃの直径よりも小さく設定することが好ましい。このように設定することで、貫通口１０ｃを綺麗に二等分することができる。
【００２４】
図５、図６を参照しながら、切削手段２４によって赤外線レンズ１０を切断する態様について、より具体的に説明する。
【００２５】
ダイシングテープＴを介してフレームＦに保持された赤外線レンズ１０を切削装置１のチャックテーブル６に搬送し、ダイシングテープＴ側を下に、すなわち、固化した樹脂１４側を下にして赤外線レンズ１０を載置したならば、クランプ２０によってフレームＦを固定し、吸引手段を作動して吸引保持する。
【００２６】
チャックテーブル６に赤外線レンズ１０を保持し、図示しない加工送り手段を作動して、チャックテーブル６を撮像手段２２の直下に位置付けたならば、撮像手段２２によって赤外線レンズ１０を撮像する。本実施形態では、図６に示すように、赤外線レンズ１０の中心を通るラインＬを切断線とするため、撮像手段２２によって撮像した赤外線レンズ１０の画像に基づいて、赤外線レンズ１０の中心点Ｏを特定する。赤外線レンズ１０の中心点Ｏは、赤外線レンズ１０の外周縁の少なくとも異なる３点の座標を特定し、該３点を結ぶ３つの直線の垂直二等分線の交点から演算することができるが、赤外線レンズ１０の中心に形成された貫通口１０ｃの中心でもあることから、貫通口１０ｃを検出し、貫通口１０ｃの中心点として検出することもできる。
【００２７】
赤外線レンズ１０の中心点Ｏを特定したならば、中心点Ｏを通る切削すべき切断線Ｌを特定する。次いで、加工送り手段、及び割り出し送り手段により、チャックテーブル６を移動させ、切断線Ｌの加工開始位置である赤外線レンズ１０の中心点Ｏを切削ブレード３２の直下に位置付ける。スピンドル３０を図示しないモータによって回転駆動して、切削ブレード３２を図６に矢印で示す方向に７０００ｒｐｍの回転速度で回転させる。そして、図示しない切り込み送り手段により切削手段２４を下降させて、赤外線レンズ１０の頂部、すなわち貫通口１０ｃの中心点Ｏの位置から切削ブレード３２の刃先を０．４ｍｍだけ切り込ませ、これと共に、加工送り手段を作動して、切削手段２４に対してチャックテーブル６を矢印Ｘで示すＸ方向において、５ｍｍ／秒の速度で加工送りを実施し、赤外線レンズ１０を切断線Ｌに沿って切削する。
【００２８】
一回の移動により赤外線レンズ１０を０．４ｍｍの深さだけ切断したならば、切削ブレード３２、及びチャックテーブル６を元の位置に戻し、先の切り込み送り量に加えて０．４ｍｍ切削ブレード３２を下降させて切り込み送りし、チャックテーブル６をＸ方向において移動させる加工送りを実施する。このような切削を繰り返すことにより、０．４ｍｍずつ切り込み送り量を増やしながら切断線Ｌに沿って赤外線レンズ１０を徐々に切断する。上記した切り込み送りを繰り返しながら、切削ブレード３２が樹脂１４と共に赤外線レンズ１０を切断し、ダイシングテープＴに達することで、赤外線レンズ１０が切断線Ｌに沿って完全に切断され、二分割されて、切削工程が完了する。このように、少しずつ複数回に分けて徐々に切り込み送りを実施することで、脆性材料で構成された赤外線レンズ１０を良好に切断することができる。なお、本発明は、必ずしも複数回に分けて徐々に切り込み送りを実施することに限定されず、赤外線レンズ１０を構成する素材や、切削ブレードの性能に応じて、又は、加工送りの速度を緩やかにする等して、１回の加工送りで切断することも可能である。
【００２９】
上記した切断工程を実施することにより等しく二分割された赤外線レンズ１０の一方を、切断面側から見た端面図を図７（ａ）に示す。切断工程を終えた赤外線レンズ１０は、図７（ａ）に示すように、凹み部１０ｄに樹脂１４が埋設されているため、ダイシングテープＴから赤外線レンズ１０を剥離し、さらに樹脂１４を除去する除去工程を実施する。樹脂１４は、赤外線レンズ１０の裏面１０ｂに直接ではなく、熱圧着されたシート１２を介して埋設されているが、シート１２と赤外線レンズ１０とは、粘着糊等の粘着剤を介さずに圧着されている。シート１２は、シート１２を構成する材料の溶融温度近くまで加熱して軟化させることにより、又は冷却して粘着力を低下させることにより剥離しやすくなる。そこで、本実施形態における除去工程では、シート１２及び樹脂１４を含む赤外線レンズ１０全体を加熱、又は冷却しながら、図７（ｂ）に示すように、シート１２及び樹脂１４を赤外線レンズ１０の凹み部１０ｄから除去する。
【００３０】
本実施形態の加工方法によれば、上記したように、赤外線レンズ１０の裏面１０ｂ側に形成される凹み部１０ｄに樹脂１４が埋設されていることから、切断工程時に空洞が存在せず、空洞が存在することによって生じる微振動が抑制され、切断面に欠けが生じることを抑制できる。また、粘着層等を必要としない熱圧着可能なシート１２で赤外線レンズ１０のドーム形状の凹み部１０ｄを形成する裏面１０ｂを被覆して樹脂１４を埋設するので、赤外線レンズ１０側に粘着剤等の残渣を残すことなく、シート１２及び樹脂１４を、二分割された赤外線レンズ１０から除去することができ、寸法精度や結晶構造を良好な状態で確認することができる。
【００３１】
本発明によれば、上記した実施形態に限定されず、種々の変形例が提供される。上記した実施形態では、脆性材料で構成された内側に凹み部を有するドーム形状の被加工物として、赤外線レンズを提示したが、被加工物は、これに限定されず、ドーム形状の被加工物（例えば、眼鏡用のレンズ等）であれば、他の用途に用いられるものであってもよい。また、上記した実施形態では、頂部に貫通口１０ｃを備えた赤外線レンズ１０を被加工物とした例を提示したが、本発明はこれに限定されず、貫通口１０ｃを備えない赤外線レンズにも適用可能である。
【００３２】
さらに、上記した実施形態では、シート１２として、ポリエチレンシートを選択したが、これに限定されず、ポリオレフィン系のシート、又はポリエステル系のシートから適宜選択することができる。ポリオレフィン系のシートから選択する場合は、上記したポリエチレンシートの他に、例えば、ポリプロピレンシート、ポリスチレンシートを選択することができる。また、ポリエステル系のシートから選択する場合は、例えば、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリエチレンナフタレートシートから選択することができる。熱圧着に用いるシート１２として、ポリエチレンシート以外のシートを選択する場合は、シート１２に粘着力が生成される温度がシートの材質に応じて異なることから、シート熱圧着工程においてシート１２を加熱する際の目標加熱温度を、選択するシートの溶融温度に応じて適宜調整する。その際の目標加熱温度は、溶融温度から３０〜５０℃程度低い温度域から選択することが好ましく、例えば、ポリプロピレンシートの溶融温度は１６０〜１８０℃であることから１３０℃程度、ポリスチレンシートの溶融温度は２２０〜２４０℃であることから１９０℃程度、ポリエチレンテレフタレートの溶融温度は、２５０〜２７０℃であることから２００℃程度、ポリエチレンナフタレートの溶融温度は、１６０〜１８０℃であることから１３０℃程度で設定することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１：切削装置
４：ハウジング
６：チャックテーブル
８：保持面
１０：赤外線レンズ
１２：シート
１４：液状樹脂（樹脂）
２０：クランプ
２４：切削手段
２６：スピンドルハウジング
３０：スピンドル
３２：切削ブレード
６０：ノズル
Ｆ：フレーム
Ｔ：ダイシングテープ
【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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