(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥石と、前記砥石と連結する弾性部材と、を備える研削装置であって、
前記砥石は、台金と、前記台金の頂面から延びる円柱状の砥石軸と、前記台金の底面に配置され複数の砥粒と該砥粒を結合するボンドとが焼き固められて形成され、被研削物と接する研削面を有する砥層と、前記砥層を貫通して前記研削面から前記台金にまで到達する側面視スリット状の複数の空間部と、を有し
前記弾性部材が、前記砥石を前記研削面に対して跳ね返らせ、
前記弾性部材がばねであり、該ばねのばね定数が０．７ＭＰａ以上であり、
前記ばねは、無負荷時に、前記被研削物に向かって一定距離のストロークを有しており、該ストロークは０．０２〜４．０ｍｍの範囲であり、かつ、前記ばねは、モータ又はホルダと前記砥石との間に配置され、底部にフランジ状の端部を有して前記砥石軸の頂面を覆い、前記砥石軸を側面から袋状に締め付けるように配置される、研削装置。
【請求項２】
前記砥石を回転させる駆動装置をさらに備え、
前記弾性部材が、前記砥石と前記駆動装置との間に配置される、請求項１に記載の研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削装置に関し、特に、砥石の自生発刃作用を促す研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
研削装置は、例えば半導体製造装置の部品製造工程において、部品を形状加工し、寸法を規定に合わせるために使用される。
【０００３】
研削装置は、一般に、砥石と、砥石をワーク（被研削材）上で回転させるモータとを含む。モータで砥石を回転させることにより、ワークと接する砥石の研削面がワークを研削する。
【０００４】
砥石は、粉状の砥粒と、砥粒を結合するボンドとを焼き固めることによって形成される。砥粒は、ワークを研削する切れ刃に相当する部分であり、硬脆材料研削用の砥粒としては、ダイヤモンド、ＣＢＮ等が知られている。ワークと接する砥石の研削面に突き出した砥粒が、砥石の回転によってワークを研削する。ボンドは、切れ刃である砥粒を支持し、固着させると共に、研削面に砥粒を突き出し、ワークへのあたりの強さを決める役割を担う。ボンドの材質としては、樹脂をベースにしたレジンボンド、金属系の材料をベースにしたメタルボンド、セラミック質の材料をベースにしたビトリファイドボンド、ゴム系の材料をベースにしたラバーボンド、発泡質のＰＶＡ（ポリビニールアルコール）ボンド等が使用されている。
【０００５】
研削が進むにつれ、摩耗した砥粒は脱落する。これにより、砥粒を固定しているボンドが、脱落した砥粒やワークの切り屑によって少しずつ削られていくとともに、次の砥粒の鋭い面が先端に出てくる。この現象を自生発刃作用という。砥石は、研削面においてこの自生発刃作用を繰り返すことにより、ワークを研削する。
【０００６】
だが、砥石は、使い続けるうちに研削面が目詰まりし、切れ味が低下する場合が多い。これは、自生発刃作用が滞り、摩耗した砥粒がボンドで結合されたまま研削面に残留した状態で、ワークと接触し続けることが原因である。切れ味が低下した場合、砥石を別の砥石と擦り合わせて表層の摩耗した砥粒を削ぎ落とし、切れ味を再生する。この作業を目立て、又はドレスという。目立て作業は、強制的に砥粒とその周辺のボンドとを削ぎ落とすため、摩耗した砥粒のみならず、新しい砥粒までも多量に削ぎ落としてしまう。特に、ダイヤモンド等の砥粒は高価なため、コスト的に大きな損失となる。
【０００７】
砥石の研削面から突き出ている砥粒には、ワークとの接触によって負荷がかかる。そのため、自生発刃作用は、ボンドによる砥粒の支持度合い、すなわちボンドの保持力が大きく影響する。しかし、ボンドの削られる量、速度は、研削するワークの材質、例えば粘性や切り屑の細かさ等によって異なる。そのため、どのようなワークに対しても適切に自生発刃作用が起こるような硬度のボンドを調整することは、現実的には困難である。特に、近年は半導体ウェハの大口径化に伴って装置の大型化、部品の大型化が進んで研削量が増えており、自生発刃作用が適切に生じるようなボンドの調整がますます重要となっている。
【０００８】
そこで、研削面の目詰まりを検知し、自生発刃作用を促す機能を有する研削装置が、従来技術として知られている。この装置は、研削加工中に砥石軸の負荷電流値が基準値を超えた場合、砥石に目詰まりが生じたと判断する。そして、砥石軸に連結した電歪素子又は磁歪素子を起動させ、砥石に高周波振動を加えることにより、強制的に自生発刃作用を起こすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３５４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の装置は、ボンドの電解作用を利用して目詰まりを検知する。つまり、砥石のボンドは、メタルボンドのみに制約される。しかし、実際の加工では、ワークの材質や加工品質上、メタルボンド以外の砥石を選択する場合も多い。また、砥粒及びボンドを削ぎ落とすために、高周波振動を発生させる電歪素子又は磁歪素子を設ける必要があり、装置の構成が複雑化する。
【００１１】
そこで、本発明は、汎用的かつ簡易な構成でありながら、砥石の自生発刃作用を促す機構を有する研削装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明は、以下の特徴を有する。本発明の第１の特徴は、砥粒（砥粒２１Ａ）及びボンド（ボンド２１Ｂ）を含む砥石（砥石２０）と、前記砥石と連結する弾性部材（ばね４１）と、を備える研削装置（研削装置１０）であって、前記砥石が、被研削物と接する研削面（ワーク対向面２４）を有し、前記弾性部材が、前記砥石を前記研削面に対して垂直方向に振幅させることを要旨とする。
【００１３】
かかる特徴によれば、砥石が目詰まりを起こすと、弾性部材が砥石を研削面に対して垂直方向に振幅させることにより、砥石の自生発刃作用を促すことができる。つまり、ボンドの組成を大きく変更することなく、強制的に砥粒及びボンドを削ぎ落とすための複雑な機構を設ける必要もなく、砥石の自生発刃作用を促すことができる。
【００１４】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記弾性部材の弾性率が、０．７ＭＰａ以上であることを要旨とする。
【００１５】
本発明の第３の特徴は、本発明の第１又は第２の特徴に係り、前記弾性部材が、ばねであることを要旨とする。
【００１６】
本発明の第４の特徴は、本発明の第１〜第３の特徴のいずれか１つに係り、前記砥石を回転させる駆動装置（モータ３１）をさらに備え、前記弾性部材が、前記砥石と前記駆動装置との間に配置されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る研削装置は、汎用的かつ簡易な構成でありながら、砥石の自生発刃作用を促すという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る研削装置の側面図である。
【図２】図２は、図１に示す研削装置における砥石及び振幅機構の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る研削装置の立面図である。図１に示すように、研削装置１０は、砥石２０と、砥石を回転させる駆動装置３０とを備える。駆動装置３０は、モータ３１と、砥石２０を保持するホルダ３２とを備える。モータ３１によって砥石２０を回転させることにより、ワーク（図示せず）を研削する。なお、駆動装置３０としては、砥石に高速回転を与えることによってワークを研削させる、公知の装置を任意に用いることができる。また、駆動装置３０にホルダ３２を設けず、砥石２０を直接モータ３１と連結してもよい。
【００２１】
図２は、図１に示す研削装置における砥石及び振幅機構の断面図である。砥石２０は、円柱状又は環状の台金２１と、台金２１の底面２１Ａの周縁に沿って配置された砥層２２と、台金２１の頂面２１Ｂから延びる円柱状の砥石軸２３とを有する。砥石軸２３は、底面２３Ａ及び頂面２３Ｂを有し、底面２３Ａで台金の頂面２１Ｂと連結される。砥石軸２３は、頂面２３Ｂにおいて、モータ３１又はホルダ３２に連結され、モータ３１の回転を伝達して砥石２０を回転させる。
【００２２】
砥層２２は、複数の砥粒２２Ａと、砥粒２２Ａを結合するボンド２２Ｂとを焼き固めて形成される。砥粒２２Ａの材料は、例えば、アルミナ、炭化ケイ素、酸化クロム、酸化鉄、酸化セリウム、ジルコニア、シリカ、ダイヤモンド、ＣＢＮ等が挙げられるが、これらに限定されない。炭化ケイ素等の硬脆材料を研削する場合は、ダイヤモンド又はＣＢＮの砥粒が好ましい。ボンド２２Ｂの例としては、メタルボンド、レジンボンド、ビトリファイドボンド、電着等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２３】
砥層２２は、研削加工時にワークと接するワーク対向面２２Ｃを有する。ワーク対向面２２Ｃには、複数の砥粒２２Ａが突き出しており、ボンド２２Ｂが砥粒２２Ａを結合する。モータ３１によって砥石２０が回転すると、ワーク対向面２２Ｃから突き出した砥粒２２Ａがワークを研削し、ワークの切り屑によって、ボンド２２Ｂが削られる。これにより、研削装置１０は、ワーク対向面２２Ｃ全面でワークを研削することができる。なお、図２に示す砥石２０は、いわゆるカップ型砥石であるが、ワークに接触した全面でワークを研削するタイプの砥石であれば、ストレート型、ディッシュ型等の砥石でもよい。
【００２４】
研削装置１０は、図２に示すように、砥石２０をワーク対向面２２Ｃに対して垂直方向に振幅させる、振幅機構４０を有する。図２において、振幅機構４０は、ばね４１として表わされる。ばね４１は、弾性率が０．７ＭＰａ以上の範囲である。また、ばね４１は、無負荷時に下方向、すなわちワークに向かって、一定距離のストロークを有する。ストロークは、０．０２ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲、好ましくは０．４ｍｍ程度である。これにより、ばね４１は、砥石２０をワーク対向面２２Ｃに対して垂直方向に振幅させる。なお振幅機構４０のばね４１は、例えば板ばね、皿ばね等のいずれでもよい。また、ばね以外であっても、上述の弾性率及びストロークを有する任意の弾性部材であれば、振幅機構４０として用いることもできる。
【００２５】
ばね４１は、モータ３１又はホルダ３２と砥石２０との間に配置され、好ましくは、砥石軸２３の頂面２３Ｂを覆い、砥石軸２３を側面から袋状に締め付けるように配置される。ばね４１は、例えば底部にフランジ状の端部を有し、ホルダ３２と係合することにより、研磨加工中、砥石２０のワーク対向面２２Ｃをワークに対して押下し続ける。
【００２６】
砥石２０の自生発刃作用が滞ると、摩耗した砥粒２２Ａ及びそれらを結合するボンド３３Ｂが脱落せずにワーク対向面２２Ｃに残留し、切れ味が低下する。そのため、砥粒２２Ａがワークから受ける負荷が増大する。
【００２７】
砥石２０は、ばね４１から下向きの力を受けているため、ワークから受ける負荷が増大しても、ワーク対向面２２Ｃはワークと接触し続ける。しかし、砥粒２２Ａがワークから受ける負荷がさらに増大し、砥石２０がばね４１から受ける下向きの力を上回ると、砥石２０が上向きに跳ね上げられる。
【００２８】
砥石２０が跳ね上がり、ワーク対向面２２Ｃがワークとの接触から解放されると、砥粒２２Ａがワークから受けていた負荷もゼロとなる。砥石２０が跳ね上がることによって上向きに収縮したばね４１は、再び下向きに伸長し、砥石２０に下向きの力を加える。砥石２０が押し下げられ、ワーク対向面２２Ｃが再びワークと衝突すると、その衝撃によって、残留していた砥粒２２Ａ及びボンド２２Ｂが削ぎ落とされる。
【００２９】
従って、本発明に係る研削装置１０は、砥石２０が目詰まりした場合に、振幅機構４０によって強制的な自生発刃作用を促すことができる。摩耗した砥粒２２Ａ及びボンド２２Ｂが削ぎ落とされ、切れ味が再生された砥石２０は、ワークから受ける負荷も小さくなる。ワーク対向面２２Ｃは、振幅機構４０による強制的な自生発刃作用が起きた後は、ばね４１に押下されてワークと接触し、ワークの研削を継続する。そのため、本発明に係る研削装置１０によれば、目立て作業又は砥石の交換のために研削加工を中断する必要がなく、加工時間及び砥石のコストを削減することができる。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明の効果を更に明確にするために、実施例及び従来例に係る研削装置を用いて、比較評価を実施した。各研削装置の諸条件を表１に示す。なお、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。
【００３１】
【表１】
0005940857.tif 000002
【００３２】
各研削装置をホルダ（株式会社日研工作所製）に装着し、モータで高速回転させてワークの研削加工を行った。実施例及び従来例に係る研削装置の、研削加工の所要時間及び砥石のコストについて、評価を実施した。評価結果を表２に示す。なお、加工時間及び砥石のコストは、被研削材３０，０００ｍｍ３を研削した場合のデータであり、従来例の評価結果を１００とした指数で表示した。数値が低いほど加工時間が短く、低コストであることを意味する。
【００３３】
【表２】
0005940857.tif 000003
【００３４】
表２からわかるように、実施例に係る研削装置は、従来例に係る研削装置と比べて、加工時間及び砥石のコストを、いずれも大幅に削減することができた。実施例に係る研削装置は、目立て作業又は砥石交換の必要がないため、加工時間が大幅に短縮された。また、目立て作業による高価なダイヤモンド砥粒の損失も解消されたため、砥石の寿命が延び、大幅なコスト削減が実現された。
【００３５】
以上のように、本発明に係る研削装置は、ボンドの組成を大きく変更することなく、また、複雑な機構を設けることなく、砥石の自生発刃作用を促すことができる。そのため、目立て作業を頻繁に必要とする炭化ケイ素などの硬脆材料の研削加工に、特に有効である。ただし、本発明に係る研削装置は、ダイヤモンド又はビトリファイドボンド砥石に限定されるものではなく、アルミナ、炭化ケイ素、酸化クロム、酸化鉄、酸化セリウム、ジルコニア、シリカ等の砥粒や、メタルボンド、レジンボンド、ビトリファイドボンド、電着等のボンドを任意に選択することができる。また、被研削材も、炭化ケイ素に限定されるものではなく、ガラス、石等の任意の材料とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明は、汎用的かつ簡易な構成でありながら、砥石の自生発刃作用を促す研削装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０    研削装置
２０    砥石
２１    台金
２２    砥層
２２Ａ  砥粒
２２Ｂ  ボンド
２２Ｃ  ワーク対向面
２３    砥石軸
３０    駆動装置
３１    モータ
３２    ホルダ
４０    振幅機構
４１    ばね
【図１】
0005940857.tif 000004
【図２】
0005940857.tif 000005