(57)【要約】【課題】  高い研削加工能力を有する砥石を提供する。【解決手段】  砥石１０ａは砥粒と結合材からなり外周面が被加工物Ｗに接触する加工面１３となっており、回転軸１２により回転駆動される。砥石１０ａは複数のディスク状の砥石層１４，１５ａ，１５ｂを回転軸１２に沿う方向つまり厚み方向に積層した構造となっており、厚み方向の中央部の砥石層１４の砥石硬度は外側部の砥石層１５ａ，１５ｂの砥石硬度よりも高くなっている。このようにして、加工面１３の砥石硬度は加工面１３の回転方向を横切る方向に相違しており、摩耗方向にほぼ同一となっている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒と結合材からなり被加工物に接触する加工面を有し、回転軸により回転駆動される砥石であって、前記加工面の砥石硬度を前記加工面の回転方向を横切る方向に相違させる一方、砥石硬度を摩耗方向にほぼ同一とすることを特徴とする砥石。
【請求項２】
請求項１記載の砥石において、外周面に前記加工面を設け、相互に砥石硬度が相違する複数のディスク状の砥石層を回転軸に沿う厚み方向に積層することを特徴とする砥石。
【請求項３】
請求項２記載の砥石において、厚み方向の中央部の前記砥石層の砥石硬度を外側部の前記砥石層の砥石硬度よりも高くすることを特徴とする砥石。
【請求項４】
請求項１記載の砥石において、外周面に前記加工面を設け、回転軸に沿う厚み方向に応じて漸次砥石硬度を相違させることを特徴とする砥石。
【請求項５】
請求項４記載の砥石において、厚み方向の中心部の砥石硬度を外側部の砥石硬度よりも高くすることを特徴とする砥石。
【請求項６】
請求項１記載の砥石において、端面に前記加工面を設け、相互に砥石硬度が相違する複数の環状の砥石層を同心円状に積層することを特徴とする砥石。
【請求項７】
請求項６記載の砥石において、径方向中央部の前記砥石層の砥石硬度を径方向外側および内側の前記砥石層の砥石硬度よりも高くすることを特徴とする砥石。
【請求項８】
請求項１記載の砥石において、端面に前記加工面を設け、径方向の位置に応じて漸次砥石硬度を相違させることを特徴とする砥石。
【請求項９】
請求項８記載の砥石において、径方向中央部の砥石硬度を径方向外側および内側の砥石硬度よりも高くすることを特徴とする砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研削加工や研磨加工に用いる砥石に関する。
【背景技術】
【０００２】
砥石は硬質の粒子つまり砥粒を結合材で固めて形成される工具であって、砥石内部には微細な気孔が形成される。このような砥石を用いた加工には、研削加工と研磨加工とがあり、習慣的に荒加工は研削加工と言われ、仕上げ加工は研磨加工と言われている。これらの加工は、砥石を回転させてワークつまり被加工物に砥石の加工面を押し付けて被加工物の被加工面を砥粒により微細な多数の切りくずとして削り取る加工であり、機能的には同義であり、この明細書では両者を含めて研削加工と言う。
【０００３】
ワークの平面を研削加工する砥石には、カップ型とディスク型があり、カップ型は砥石の端面を加工面として研削加工を行う砥石であり、ディスク型は砥石の端面を加工面として研削加工を行う場合と、砥石の外周面を加工面として研削加工を行う場合とがある。ディスク型の砥石は厚みによって厚みの大きいタイプはストレートと言われ、厚みの薄いタイプはスライシングブレードまたはダイシングブレードと言われる。特にダイシングブレードとしては、厚みを１ｍｍ以下、例えば１００μｍ程度としたものがあり、外周面を加工面として、ＬＥＤ素子が多数実装された基板や半導体集積回路素子が多数実装された半導体ウエハに格子状の切溝を形成するために使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような研削加工には、通常、砥粒と結合材とが全体的に均一に分散している砥石が使用されており、研削加工を行うと、被加工物の被加工面から削り取られた切りくずが砥石の加工面に食い込んで加工面が目詰まりした状態となって加工能率が低下することになる。そこで、砥石を定期的にドレッシング加工して砥石の加工面を除去して新しい切り刃を出す作業を行う必要がある。特に、砥石のワークに対する押し付け力を大きくして砥粒に加わる面圧つまり分担荷重を高めると、目詰まりは顕著になり、加工能力が低下する。
【０００５】
ワーク表面から削り取られた切りくずが砥石の加工面に食い込み難くするために、加工面に切溝、つまりスリットを形成する試みもなされているが、砥石にスリットを形成すると、砥石強度が低下することから加工面が磨耗し易くなって、頻繁に砥石を交換する必要があり、スリットを多数形成することはできないという問題点がある。
【０００６】
そこで、砥石の研削加工能率を向上させるとともに加工面の目詰まり発生を防止すべく種々の実験を行った。その結果、たとえば、外周面を加工面としたディスク型の砥石においては、砥石強度が全体的にほぼ均一となるようにしているので、加工時には外周面全体が被加工物に接触することになる。このため、加工面全体がほぼ均一に摩耗することになるが、砥石の厚み方向つまり加工面の回転方向を横切る方向に砥石硬度を相違させると、研削加工能率を高めることができるだけでなく、加工面の目詰まり発生を防止できることが判明した。この現象は、カップ型の砥石のように端面が加工面となる砥石において、加工面の径方向つまり加工面の回転方向を横切る方向に砥石硬度を相違させると、同様に加工能率を向上させることができるとともに加工面の目詰まり発生を防止できることが判明した。
【０００７】
本発明の目的は、高い研削加工能力を有する砥石を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、ドレッシング作業を行うことなく、連続的に研削加工を行うことができる砥石を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の砥石は、砥粒と結合材からなり被加工物に接触する加工面を有し、回転軸により回転駆動される砥石であって、前記加工面の砥石硬度を前記加工面の回転方向を横切る方向に相違させる一方、砥石硬度を摩耗方向にほぼ同一とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明の砥石は、外周面に前記加工面を設け、相互に砥石硬度が相違する複数のディスク状の砥石層を回転軸に沿う厚み方向に積層することを特徴とし、厚み方向の中央部の前記砥石層の砥石硬度を外側部の前記砥石層の砥石硬度よりも高くすることを特徴とする。
【００１１】
本発明の砥石は、外周面に前記加工面を設け、回転軸に沿う厚み方向に応じて漸次砥石硬度を相違させることを特徴とし、厚み方向の中心部の砥石硬度を外側部の砥石硬度よりも高くすることを特徴とする。
【００１２】
本発明の砥石は、端面に前記加工面を設け、相互に砥石硬度が相違する複数の環状の砥石層を同心円状に積層することを特徴とし、径方向中央部の前記砥石層の砥石硬度を径方向外側および内側の前記砥石層の砥石硬度よりも高くすることを特徴とする。
【００１３】
本発明の砥石は、端面に前記加工面を設け、径方向の位置に応じて漸次砥石硬度を相違させることを特徴とし、径方向中央部の砥石硬度を径方向外側および内側の砥石硬度よりも高くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にあっては、砥石の加工面の砥石硬度を加工面の回転方向を横切る方向に相違させ、摩耗方向にほぼ同一にしたので、砥石の加工面を被加工物の被加工面に接触させて研削加工を行うと、加工面の摩耗の進行が加工面の位置に応じて相違することになり、砥石硬度が高い部分は低い部分よりも突出することになる。これにより、突出した部分で鋭利に加工が行われて加工能率が向上するとともに、加工面が傾斜した状態となることから、被加工物の切削くずが加工面に食い込むことが防止されて、加工面の目詰まりが防止され、砥石加工面のドレッシングを頻繁に行うことなく、連続的に研削加工を行うことができる。
【００１５】
砥石硬度を相違させるには、外周面を加工面とするディスク型の砥石においてはディスク状の砥石層を複数層積層することにより形成され、端面を加工面とするカップ型の砥石においては環状ないし円筒状の砥石層を同心円状に積層することにより形成される。さらに、砥石の加工面の砥石硬度を加工面の回転方向を横切る方向に漸次つまり無端階に相違させるようにすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（Ａ）は本発明の一実施の形態である砥石１０ａを示す斜視図であり、図１（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＩ−Ｉ線に沿う方向の断面図であり、図１（Ｃ）は被加工物加工時の砥石の一部を示す拡大断面図である。この砥石１０ａはディスク型であり、両面にはフランジ１１が固定され、フランジ１１の部分で回転軸１２に取り付けられるようになっている。この砥石は１０ａは外周面が加工面１３となっており、半導体ウエハや基板などをワークとしてこれに格子状の切溝を形成するために使用される。この砥石１０ａは厚みが例えば１ｍｍ以下に設定されており、スライシングブレード、ダイシングブレードまたはダイシングソーとも言われ、加工面１３が摩耗すると、外径が小さくなる方向に摩耗することになる。
【００１７】
砥石１０ａは３層のディスク状の砥石層１４，１５ａ，１５ｂが積層された構造となっている。これら３層の積層方向は、砥石１０ａが回転軸１２の中心Ｏを中心に回転するので、回転方向Ｔを横切る方向（つまり回転軸１２の中心Ｏに沿う方向）である厚み方向Ｄとなっており、この方向に複数の砥石層１４，１５ａ，１５ｂが積層されている。厚み方向Ｄの中央部の砥石層１４は、これに対して厚み方向の外側部の砥石層１５ａ，１５ｂよりも砥石硬度が高く設定されている。したがって、砥石１０ａの加工面１３の砥石硬度は加工面１３の回転方向を横切る方向に相違する一方、摩耗方向である径方向にはほぼ同一の硬度となっている。
【００１８】
砥石１０ａは砥粒と砥粒相互を連結するバインダつまり結合材とからなり、内部には微細な気孔が形成された多孔質となっている。砥粒としては、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素(CBN)、炭化ケイ素SiC（ＧC）、ムライト(3Al2O3-2SiO2)、および溶融アルミナAl2O3（WA）などを使用することができ、これらを単体で使用するようにしても良く、これらのうちの２種以上の混合物を使用するようにしても良い。一方、結合材としては、ビトリファイドボンド、レジノイドボンド、メタルボンド、および電着ボンドなどを用いることができる。砥石硬度は砥粒の硬度や平均粒径、気孔率および結合材の結合強度などによって相違することになり、これらの条件を調整することによって砥石硬度を変化させることができる。
【００１９】
図１に示す砥石１０ａは、３層の砥石層１４，１５ａ，１５ｂからなる積層構造となっており、中央部の砥石層１４の砥粒としてはダイヤモンド砥粒が用いられているのに対して、外側部の砥石層１５ａ，１５ｂの砥粒としてはＷＡが用いられ、それぞれの砥石層１４，１５ａ，１５ｂの結合材としてはビトリファイボンドが使用されている。このように、それぞれの砥石層１４，１５ａ，１５ｂの砥粒の材質を相違させると、ダイヤモンド砥粒は溶融アルミナ（ＷＡ）よりも硬度が高いので、中央部の砥石層１４は外側部の砥石層１５ａ，１５ｂよりも砥石硬度が高く設定される。ただし、中央部の砥石層１４の砥粒としては、ダイヤモンドに代えて、上述したCBNを使用するようにしても良く、ダイヤモンドとCBNとの混合物を使用するようにしても良い。また、外側部の砥石層１５ａ，１５ｂの砥粒としては、ＷＡ以外に、上述したＧC、ムライトなどを単体あるいはこれらとＷＡとを２種以上含む混合体を使用することができる。さらに、結合材としては、ビトリファイボンド以外に、上述したレジノイドボンド、メタルボンド、および電着ボンドなどを用いることができる。一方、中央部の砥石層１４と外側の砥石層１５ａ，１５ｂの砥粒として同種の材質のものを使用しても、平均粒径を大きくすると、砥石硬度が高くなるので、中央部の砥石層１４の平均粒径を外側の砥石層１５ａ，１５ｂの平均粒径よりも大きくすれば、同種の砥粒と結合材を使用しても砥石硬度を相違させることができる。
【００２０】
このように、砥石硬度が相違する複数のディスク状の砥石層１４，１５ａ，１５ｂを積層して形成された砥石１０ａを用いて、被加工物Ｗを研削加工すると、図１（Ｃ）に示すように、硬度が低い外側の砥石層１５ａ，１５ｂの加工面１３は硬度が高い中央部の砥石層１４の加工面１３よりも先に摩耗することになる。砥石層１５ａ，１５ｂの加工面が先に摩耗すると、砥石層１４の加工面１３が突出した状態となり、砥石層１４の厚み方向両側エッジ部分の砥粒が欠落して砥石層１４の加工面の目詰まりの発生が防止される。一方、砥石層１５ａ，１５ｂの加工面は砥石層１４との境界部から厚み方向両側面に向けて傾斜して摩耗することになり、目詰まりの発生が防止される。
【００２１】
被加工物Ｗに、図１（Ｃ）に示すように、砥石１０ａを用いて溝Ｇを加工する場合には、溝Ｇの底面Ｂは平坦な面とはならないが、外側の砥石層１５ａ，１５ｂを中央部の砥石層１４よりも平均粒径が小さい砥粒を使用すると、被加工物Ｗに加工される溝の内側面Ｓを微細粒子により鏡面仕上げすることができるとともに、粗粒の砥石層１４により被加工物Ｗの溝中央部の粗加工を行って研削能率を高めることができる。
【００２２】
図２（Ａ）は本発明の他の実施の形態である砥石１０ｂを示す斜視図であり、図２（Ｂ）は同図（Ａ）におけるII−II線に沿う方向の断面図であり、図２（Ｃ）は被加工物加工時の砥石の一部を示す拡大断面図である。
【００２３】
図２に示す砥石１０ｂは砥石１０ａと同様にディスク型であり、外周面が加工面１３となっているが、砥石１０ａの厚みが図１に示された砥石１０ａよりも大きく、例えば数mmから数１０mmに設定されている。図示する場合には、砥石１０ｂは中央部の砥石層１６の厚みＤ方向両側にそれぞれ３層ずつ砥石層１７ａ〜１９ａ，１７ｂ〜１９ｂが積層されており、合計７層の砥石層が積層されて構成されている。それぞれの砥石層は中央部の砥石層１６から外側に向かうに従って砥石硬度が低くなるように砥粒の種類や平均粒径等が設定されており、研削加工を行うと、図２（Ｃ）に示すように、被加工物Ｗには中央部分が最も深く加工されてほぼＶ字形状となった溝が加工される。この砥石１０ｂにおいても、図１に示した砥石１０ａと同様に加工面１３に目詰まりを発生させることなく、高い加工能率で研削加工を行うことができる。
【００２４】
図３（Ａ）は本発明の他の実施の形態である砥石１０ｃを示す斜視図であり、図３（Ｂ）は同図（Ａ）におけるIII−III線に沿う方向の断面図であり、図３（Ｃ）は被加工物加工時の砥石の一部を示す拡大断面図である。
【００２５】
図３に示す砥石１０ｃはカップ型であり、端面が加工面１３となっており、ホルダー２０により回転軸１２に取り付けられるようになっている。この砥石１０ｃは砥石硬度が相違する複数の円筒状の砥石層２１，２２ａ〜２４ａ，２２ｂ〜２４ｂを回転軸１２の中心Ｏに対して同心円状に積層した構造となっている。このように円筒状の砥石層を同心円状に積層すると、砥石１０ｃが回転軸１２の中心Ｏを中心に回転するので、回転方向Ｔを横切る方向である径方向Ｒとなっており、この方向Ｒに複数の砥石層２１，２２ａ〜２４ａ，２２ｂ〜２４ｂが積層されている。径方向中央部の砥石層２１は、これに対して径方向外側部の砥石層２２ａ，２２ｂよりも砥石硬度が高く設定されており、砥石層２２ａ，２２ｂはそれぞれの両側の砥石層２３ａ，２３ｂよりも砥石硬度が高く設定されており、砥石層２３ａ，２３ｂはそれぞれの両側の砥石層２４ａ，２４ｂよりも砥石硬度が高く設定されている。したがって、砥石１０ｃの加工面１３の砥石硬度は加工面１３の回転方向を横切る方向に相違する一方、摩耗方向である回転軸１２の中心Ｏに沿う方向にはほぼ同一の硬度となっている。それぞれの砥石層の砥石硬度は砥粒の種類や平均粒径等を設定することによって設定することができる。
【００２６】
このように、端面を加工面１３とするカップ型の砥石１０ｃにおいても、上述した砥石１０ａ，１０ｂと同様に、加工面１３に目詰まりを発生させることなく高い加工能率で研削加工を行うことができる。なお、ディスク型の砥石１０ａ，１０ｂにおいても、回転中心Ｏに対して同心円状に砥石層を積層した構造とすることにより、端面を加工面１３とすることができる。
【００２７】
図１においては砥石層を３層とし、図２および図３においては砥石層を７層としているが、砥石層の数は複数であれば任意の数に設定することができ、積層された砥石層の中央部の硬度を外側部よりも高くすることなく、外側部の硬度を高く設定するようにしても良い。
【００２８】
図４（Ａ）は本発明の他の実施の形態である砥石１０ｄの一部を拡大して示す断面図であり、図４（Ｂ）は被加工物加工時の砥石の一部を示す拡大断面図である。図４は図２に示すように外周面を加工面１３とするディスク型の砥石であり、図４（Ａ）は図２（Ｂ）に示す部分と同様の部分を示し、図４（Ｂ）は図２（Ｃ）と同様の部分を示す。この砥石１０ｄは、外周面が加工面１３となっており、上述した砥石１０ａ〜１０ｃが砥石硬度の相違する複数の砥石層を積層した構造であるのに対して、厚み方向つまり回転中心Ｏに沿う方向に漸次砥石硬度が変化しており、径方向には同一の砥石硬度となっている。砥石硬度は厚み方向中央部の砥石硬度が外側部の砥石硬度よりも高くなっており、この砥石１０ｄを用いて被加工物Ｗを加工すると、加工面１３の砥石硬度が厚み方向に徐々に変化しているので、図４（Ｂ）に示すように、加工面１３は断面山形に摩耗し、被加工物ＷにはほぼＶ字形状の溝が加工される。このように加工面１３が山形となって摩耗することから、加工面１３の目詰まり発生が防止されるとともに、加工能率を高めることができる。
【００２９】
このように、砥石硬度を摩耗方向にほぼ同一とし加工面の回転方向を横切る方向に相違させるには、複数の砥石層を積層する構造としても良く、漸次砥石硬度を変化させる構造としても良い。漸次砥石硬度を変化させる構造は、図４に示すように、外周面を加工面１３とする場合のみならず、図３に示すカップ型の砥石１０ｃのように端面を加工面１３とする砥石にも適用することができる。
【００３０】
図１および図２に示すように、ディスク状の砥石層を複数積層した構造の砥石１０ａ，１０ｂを製造するには、砥粒と結合材とを液体に混合させたスラリーを用いてこれを層状に積層し、乾燥後に焼成炉において一体に焼結させる。これにより、図示する積層構造の砥石を製造することができる。図１に示す砥石１０ａを製造するには、砥粒の硬度や平均粒径が相違する２種類のスラリーが使用され、図２に示す砥石１０ｂを製造するには、同様に砥粒の硬度などが相違する４種類のスラリーが使用される。
【００３１】
図３に示すように、環状ないし円筒状の砥石層を複数積層した構造の砥石１０ｃを製造するには、径方向内側部分からスラリーを重ねるように付着したり、同心円状に異種のスラリーを塗布して同種のスラリーを軸方向に重ねることにより積層構造を形成し、乾燥後に焼成炉において一体に焼結させることになる。
【００３２】
図４に示すように、漸次砥石硬度を変化させるようにした砥石１０ｄを製造する場合には、１層分のスラリーの厚みを可及的に薄くすることにより、無段階つまり徐々に砥石硬度が変化した砥石を形成することができる。
【００３３】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示する砥石は半導体ウエハ、サファイヤ、シリコンカーバイトなどの硬脆性の素材からなるワークを研削加工するためのものであるが、金属製のワークを研削加工する場合にも、本発明の砥石を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施の形態である砥石を示す斜視図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＩ−Ｉ線に沿う方向の断面図であり、（Ｃ）は被加工物加工時の砥石の一部を示す拡大断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の他の実施の形態である砥石を示す斜視図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるII−II線に沿う方向の断面図であり、（Ｃ）は被加工物加工時の砥石の一部を示す拡大断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の他の実施の形態である砥石を示す斜視図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるIII−III線に沿う方向の断面図であり、（Ｃ）は被加工物加工時の砥石の一部を示す拡大断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の他の実施の形態である砥石の一部を拡大して示す断面図であり、（Ｂ）は被加工物加工時の砥石の一部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０ａ〜１０ｄ  砥石
１１      フランジ
１２      回転軸
１３      加工面
１４，１５ａ，１５ｂ  砥石層
１６，１７ａ〜１９ａ，１７ｂ〜１９ｂ  砥石層
２０      ホルダー
Ｗ        被加工物
【図１】
2006205330.tif 000003
【図２】
2006205330.tif 000004
【図３】
2006205330.tif 000005
【図４】
2006205330.tif 000006