(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを支持するワークテーブルをワーク送り装置によりワークの研削面と平行な方向に移動させながら、円板状ワークをワークの径よりも大きい径を有する砥石によって、ワーク送り方向に平行に研削する研削方法において、ワークの研削面の面圧が一定になるようにワーク送り装置のアクチュエータを電流制御して研削するものとし、ワークの送り方向位置ｘに対する研削接触長ｌ(ｘ)を予め求めておき、ワークがダメージを受ける面圧をＰｏ、切り込み量をΔとし、ワークテーブルに作用する送り方向の力ＵがＵ＜Ｐｏ・Δ・ｌ(ｘ)となるようにワーク送り装置の制御電流を制御するとともに、ワーク送り装置の制御電流は、ワークがダメージを受けることがない許容最大面圧をＰｍとし、切り込み量Δに対する単位接触長当たりの許容負荷をＵｍとし、Ｕｍ＝Ｐｍ・Δに対し、ワークテーブルに作用する送り方向の力ＵがＵ＝Ｕｍ・ｌ(ｘ)となるように制御されることを特徴とする研削方法。
【請求項２】
ワーク送り装置のアクチュエータの電流制御は、送り方向の力に基づいて制御推力の指示値を算出し、この推力指示値をアクチュエータに出力することで行うことを特徴とする請求項１の研削方法。
【請求項３】
張力のプロファイルが正常状態のｌ(ｘ)から研削による抵抗が作り出すｘ方向の力Ｆｘへ形状を変えていくことによって研削プロセスの異常を予知することを特徴とする請求項２の研削方法。
【請求項４】
砥石からワークの研削面に作用する力がワーク送り方向と逆向きの成分を有するように、ワークのセンターを砥石のセンターに対してオフセットさせることを特徴とする請求項１から３までのいずれかの研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、研削方法、さらに詳しくは、シリコン、サファイアなどの硬脆材料セラミックスなどの表面をサブミクロン以下の単位の精度を確保して研削するのに好適な研削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系を利用した白色発光ダイオード(白色ＬＥＤ)に用いるサファイアウエハ等の半導体基板には、研削工程、ラップ工程およびポリッシング工程を経て所要の鏡面仕上げが施されている。ワークテーブルを定速で送るようになされた従来の研削方法を使用した場合、サファイアウエハには研削およびラップ終了時に数μｍ程度のダメージ層が生じ、最終のポリッシング工程でこのダメージ層を除去するに際し、１μｍ当たり約１時間を要することから、ポリッシング工程がＬＥＤ生産のネックとなっている。
【０００３】
そこで、特許文献１には、図１０に示すように、砥石送り手段(図示略)によって所定位置に保持されてワーク(W)を研削する回転砥石(72)と、ワーク(W)を支持するワークテーブル(73)と、ワークテーブル(73)をワーク(W)の研削面と平行な方向に移動させるワークテーブル送り手段(74)とを備え、砥石送り手段は、研削ヘッドをヘッド送りモータによって上下方向に移動させ、回転砥石を位置制御してワークに接近させる定寸送り手段とされ、ワークテーブル送り手段(74)は、ワークテーブル(73)を移動させる油圧シリンダ(75)、空気圧を油圧に変換する油空圧変換器(図示略)、および油空圧変換器の空気圧室に供給される空気圧を設定することによりワークの送り推力を一定に保持する電空レギュレータ(図示略)からなる定推力送り手段とされている研削装置(71)を使用した研削方法が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−３１７８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の研削方法によると、ワークテーブルに作用する送り方向の力が一定であるので、ワークが円板状である場合、研削中に砥石とワークとの接触長が変化するのに伴い、接触長が短いワークの先端側部分と後端側部分とでは、相対的に速い速度でワークが送られ、接触長が長い中央部分では、相対的に遅い速度でワークが送られ、この結果、ワークの先端側部分と後端側部分とでダメージを受けやすいという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、サファイアなどの硬脆材料を研削するのに際し、ワークのダメージを減少することができ、したがって、その表面をサブミクロン以下の単位の精度を確保して研削することが可能な研削方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による研削方法は、ワークを支持するワークテーブルをワーク送り装置によりワークの研削面と平行な方向に移動させながら、円板状ワークをワークの径よりも大きい径を有する砥石によって、ワーク送り方向に平行に研削する研削方法において、ワークの研削面の面圧が一定になるようにワーク送り装置のアクチュエータを電流制御して研削するものとし、ワークの送り方向位置ｘに対する研削接触長ｌ(ｘ)を予め求めておき、ワークがダメージを受ける面圧をＰｏ、切り込み量をΔとし、ワークテーブルに作用する送り方向の力ＵがＵ＜Ｐｏ・Δ・ｌ(ｘ)となるようにワーク送り装置の制御電流を制御するとともに、ワーク送り装置の制御電流は、ワークがダメージを受けることがない許容最大面圧をＰｍとし、切り込み量Δに対する単位接触長当たりの許容負荷をＵｍとし、Ｕｍ＝Ｐｍ・Δに対し、ワークテーブルに作用する送り方向の力ＵがＵ＝Ｕｍ・ｌ(ｘ)となるように制御されることを特徴とするものである。
【０００７】
この研削方法で研削されるワークとしては、白色ＬＥＤなどに用いられるサファイアウエハ、ハードディスクに用いられる結晶化ガラス、シリコンウエハ、アルミナ焼結体などの硬くて脆い材料が適している。
【０００８】
面圧は、ワークに対しワーク送り方向に作用する力をワークの研削面の面積(研削接触長×切り込み量)で割ることにより得られる。
【０００９】
ワーク送り装置は、例えば、アクチュエータとしてのリニアモータと、リニアモータとワークテーブルとを連結してリニアモータの発生推力をワークテーブルに伝達するワイヤと、ワイヤの張力を検知する張力検出手段と、リニアモータの送り速度を検出する送り速度検出手段と、張力検出手段から得られた張力値および送り速度検出手段から得られた送り速度に基づいてリニアモータの発生推力を制御するモータ制御手段とを備えているものとされる。この場合は、ワークテーブルに作用する送り方向の力＝張力となる。リニアモータは、その他の電流制御のアクチュエータに置き換えることができ、ワイヤは、モータとワークテーブルとを結合するばねに置き換えることができる。
【００１０】
ワーク送り装置は、また、回転可能なねじ軸およびねじ軸に非接触状態で磁気的に結合された２つのナット体からなるアクチュエータとしての磁気ねじと、ねじ軸の回転に伴って軸方向に移動させられる２つのナット体間の距離を測定する相対変位測定手段と、磁気ねじのねじ軸の送りを制御する制御手段とを有しているものとされることがあり、さらにまた、ワークテーブルをワークの研削面と平行な方向に後退可能に支持してワークの研削面と平行な方向に前進させられる移動台と、所要の制御電流が流されて電流値に応じた電磁力で移動台とワークテーブルとを結合するアクチュエータとしての電磁力クランプ手段と、移動台に対するワークテーブルの相対変位を測定する相対変位検出手段と、相対変位検出手段で得られる変位量に応じて電磁力クランプ手段の制御電流を制御する制御手段とを有していることがある。
【００１１】
回転砥石としては、例えば、ダイヤモンド、立方晶窒化硼素などを砥粒とする砥石が使用される。回転砥石の送り手段は、定寸送り手段とされ、例えば、研削ヘッドをヘッド送りモータによって上下方向に移動させ、回転砥石を位置制御してワークに接近させる構成とされる。回転砥石は、この定寸送り手段により、研削厚みに応じた所定位置に停止させられる。回転砥石の砥石軸の位置を制御するのに磁気軸受装置を使用し、磁気軸受装置のアキシャル方向制御電流およびラジアル方向制御電流を使用して砥石送り手段とワーク送り装置とを制御するようにしてもよい。
【００１２】
アクチュエータの電流制御は、送り方向の力を表す張力値などに基づいてコントローラにおいて制御推力を算出し、この推力指示値をアクチュエータに出力することで行われる。電流制御に際しては、研削加工時は推力制御、加工開始までの送り時および加工後の戻り時は位置制御というように、そのモードが切り換えられる。
【００１３】
面圧を一定とする研削を行うには、例えば、ワークの送り方向位置ｘに対する研削接触長ｌ(ｘ)を予め求めておき、ワークがダメージを受ける面圧をＰｏ、切り込み量をΔとし、ワークテーブルに作用する送り方向の力ＵがＵ＜Ｐｏ・Δ・ｌ(ｘ)となるようにワーク送り装置の制御電流を制御すればよい。
【００１４】
研削面の面圧をＰとすると、Ｕ＝Ｐ・Δ・ｌ(ｘ)の関係があり、ワークテーブルの移動速度を一定にして駆動すると、ワークテーブルに作用する送り方向の力Ｕは、研削接触長ｌ(ｘ)と同じプロファイルで現れる。したがって、ワークテーブルに作用する送り方向の力Ｕを研削接触長ｌ(ｘ)に従って制御することにより、研削面の面圧を一定に保つことができる。逆に、誤差要素を含まない場合に、研削面の面圧を一定に保つと、ワークテーブルの移動速度は、結果的に一定速度となって表れてくる。
【００１５】
ワーク送り装置の制御電流は、ワークがダメージを受けることがない許容最大面圧をＰｍとし、切り込み量Δに対する単位接触長当たりの許容負荷をＵｍとし、Ｕｍ＝Ｐｍ・Δに対し、ワークテーブルに作用する送り方向の力ＵがＵ＝Ｕｍ・ｌ(ｘ)となるように制御されることがより好ましい。
【００１６】
また、砥石からワークの研削面に作用する力がワーク送り方向と逆向きの成分を有するように、ワークのセンターを砥石のセンターに対してオフセットさせることが好ましい。
【００１７】
ワークのセンターを砥石のセンターに対してオフセットさせた場合、接触長の長さの中央における砥石の接線方向は、ワーク送り方向に対して垂直ではない。したがって、砥石からワークに作用する力は、ワーク送り方向の成分（掃き出し力）を有することになる。オフセットは、砥石からワークの研削面に作用する力がワーク送り方向と逆向きの成分を有するように付与される。このようにすると、停電やワーク送り装置の故障などにより送り装置の推力がゼロになった際、砥石からワークには砥石から離れる方向の力が作用するので、ワークの引き込みが防止され、ワークのダメージが防止される。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の研削方法によると、ワークの研削面の面圧が一定になるようにワーク送り装置を制御して研削するので、ワークに作用する推力が一定になるようにワーク送り装置を制御して研削する研削方法で問題となるワークの先端側部分と後端側部分とにおけるダメージをなくすことができ、サファイアなどの硬脆材料の表面をサブミクロン以下の単位の精度を確保して研削することが可能となる。また、砥石の切れ味が良い間は、素早く研削が終了し、切れ味が低下すると、研削時間が増加し、異常面圧がかかる前に、研削が進行しなくなり、ワークにダメージを与えない安全な研削が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、この発明の研削方法の機構をモデル化したもので、この研削方法を実施する研削装置(1)は、例えばサファイアウエハなどのワーク(W)を研削する回転砥石(2)と、回転砥石(2)の軸(2a)をワーク(W)の研削面と垂直な方向に移動させる砥石送り手段(図示略)と、ワーク(W)を支持するワークテーブル(3)と、ワークテーブル(3)をワーク(W)の研削面と平行な方向に移動させるワーク送り装置(4)とを備えている。
【００２１】
ワークテーブル(3)は、エアスライド装置のスライドテーブルとされ、エアスライド装置の一対のガイド軸(5)に長手方向移動可能に支持されている。
【００２２】
ワーク送り装置(4)は、リニアモータ(11)と、ワークテーブル(3)の進行方向前端とリニアモータ(11)の進行方向後端とを連結してリニアモータ(11)の発生推力をワークテーブル(3)に伝達するスチール製第１ワイヤ(12)と、第１ワイヤ(12)の張力を検知する張力センサ(張力検出装置)(13)と、リニアモータ(11)の進行方向前端とワークテーブル(3)の進行方向後端とを連結してワークテーブル(3)に第１ワイヤ(12)と逆向きの力を作用させるスチール製第２ワイヤ(付勢手段)(15)と、第１ワイヤ(12)を案内する複数の第１ワイヤ用ガイドローラ(17)と、張力センサ(13)から得られた張力値およびリニアモータ(11)の送り速度を検出する送り速度検出手段から得られた送り速度に基づいてリニアモータ(11)の発生推力を制御するモータ制御手段とを備えている。
【００２３】
リニアモータ(11)の発生推力を制御するモータ制御手段は、図２に示すように、電流アンプ(22)を介してリニアモータ(11)に制御電流を印加するモーションコントローラ(21)を有しており、送り速度検出手段を構成するリニアエンコーダ(19)から得られた送り量と送り速度および張力センサなどの張力検出装置(13)で得られたワイヤ張力値がコントローラ(21)にフィードバックされ、これに基づいて、リニアモータ(11)の制御電流が制御されている。コントローラ(21)は、張力検出装置(13)からのアナログ入力によって制御推力を算出し電流アンプ(22)へ推力指示値を出力し、これにより、ワークテーブル(3)に作用する送り方向の力がダイレクトに制御されている。
【００２４】
図１において、各アルファベット記号は、ｘ：ワークの送り方向位置、ｐ：リニアモータの可動子の位置、Ｕａ：第１ワイヤの張力、Ｕｂ：第２ワイヤの張力、ｆｎ：研削による送り抵抗力、ｆ：リニアモータ発生推力、ｒ：リニアモータの摩擦抵抗をそれぞれ示している。
【００２５】
同図のモデルにおいて、Ｍ：ワークテーブルの質量、αｗ：ワーク（ワークテーブル）の加速度(＝ｄ２ｘ／ｄｔ２)、η：抵抗係数(vaｌ)、ｌ(ｘ)：砥石とワークの接触部の弧の長さ(以下「接触長」と呼ぶ)、ｖ：ワーク（ワークテーブル）移動速度(＝ｄｘ／ｄｔ)、ｍ：リニアモータ可動子の質量、ｑ：リニアモータの可動子の移動速度(＝ｄｐ／ｄｔ)、αｍ：リニアモータの可動子の加速度(＝ｄ２ｐ／ｄｔ２)、Ｋｔ：モータ推力定数、Ｉ：モータ制御電流、Ｋ：ワイヤのばね定数とし、ワークの送り方向をｘ方向の正の向きとして、以下の式が成り立っている。
【００２６】
Ｍ・αｗ＝Ｕａ−ｆｎ−Ｕｂ …  (１)
ｆｎ＝η・ｌ(ｘ)・ｖ      …  (２)
ｍ・αｍ＝ｆ−ｒ−Ｕａ    …  (３)
ｒ＝μ・ｑ                …  (４)
ｆ＝Ｋｔ・Ｉ              …  (５)
Ｕａ＝Ｋ(ｐ−ｘ)          …  (６)
低速送り(ｖ≦数ｍｍ／ｓ以下)では、αｗおよびαｍは、近似的にゼロであり、Ｕｂは、定数項である。したがって、式(３)より、張力Ｕａは、モータ発生推力ｆより摩擦抵抗ｒを引いた値として測定されることがわかる。また、ｌ(ｘ)は、後述するように既知であるから、ｖ＝ｄｘ／ｄｔ＝一定で駆動すれば、張力Ｕａ(＝ｆｎ＋Ｕｂ＝η・ｌ(ｘ)・ｖ＋Ｕｂ)はｌ(ｘ)と同じプロファイルで現れる。すなわち、Ｕａを一定に保つためには、ｖは１／ｌ(ｘ)のプロファイルを描き、研削面の面圧を一定に保つには、Ｕａをｌ(ｘ)に従ってコントロールすればよい。Ｕａが決まれば、式(３)より、リニアモータ発生推力ｆが求まり、式(５)に基づいて、リニアモータ(11)の制御電流Ｉが制御される。このような面圧一定制御により、研削面にかかる圧力をダメージが生じる圧力以下に抑えることができ、研削ダメージをなくすことができる。
【００２７】
図３および図４に示すように、ワーク(W)は、そのセンターを砥石(2)のセンターに対してオフセットさせて研削される。
【００２８】
図３において、砥石中心からワーク中心までの距離をＬ、砥石中心を原点としたワーク中心のｘ方向の位置をｘ、ｙ方向の位置をｙｃ(ｙｃは、オフセット量)、接触長がなす角度(砥石の中心を基準)を２ａ、砥石の半径をＲｇ、ワークの半径をＲｗとして、次の式が成り立つ。
【００２９】
Ｌ２＝ｘ２＋ｙｃ２
cosａ＝(Ｒｇ２＋Ｌ２−Ｒｗ２)／(２・Ｒｇ・Ｌ)
ｌ(ｘ)＝(２ａ／２π)・(２π・Ｒｇ)＝２ａ・Ｒｇ
すなわち、接触長は、ｌ(ｘ)＝２ａ・Ｒｇによって求められる。ただし、ワーク(W)の半径をＲｗとして、(Ｒｇ−Ｒｗ)＜Ｌおよび(Ｒｇ＋Ｒｗ)＞Ｌのとき、ｌ(ｘ)＝０である。
【００３０】
図５(ａ)に、砥石径が３０５ｍｍ、ワーク径が５０．８ｍｍの場合に、接触後のワークテーブルのｘ方向の変位量と接触長との関係をオフセット量ｙｃをパラメータとして示す。図３から分かるように、ｌ(ｘ)は、ワーク(W)の位置ｘにより変化する(徐々に増加した後、徐々に減少する)。したがって、リニアモータ(11)の発生推力を一定に保つと、ワーク(W)の単位長当たりにかかる負荷(面圧)が変動することになり、ｌ(ｘ)が変化することを考慮した制御が好ましいことが分かる。
【００３１】
また、図４に示すように、砥石接線方向の力をＦｇとすると、角度φ(砥石中心を通るｘ方向に平行な軸を基準とする)の位置におけるｘ方向逆向きの力Ｆｘは、Ｆｘ＝Ｆｇ・sinφとなる。接触長全体にかかるｘ方向の力＝研削による抵抗が作り出すｘ方向の力(押出力)Ｆｘは、オフセット量をθ(砥石の中心を基準として角度に換算)とし、オフセットの影響によるｘ方向の力を砥石の接線方向の研削力にだけよるものとすれば、次のように求められる。
【００３２】
Ｆｘ＝∫θ−ａθ＋ａＦｇ・sinφｄφ＝２Ｆｇ・sinθ・sinａ
図５(ｂ)に、砥石径が３０５ｍｍ、ワーク径が５０．８ｍｍの場合に、接触後のワークテーブルのｘ方向の変位量とＦｘ／Ｆｇとの関係をオフセット量ｙｃをパラメータとして示す。
【００３３】
ワーク(W)のセンターの砥石(2)のセンターに対するオフセットは、押出力Ｆｘが正となるように、すなわち、ワーク(W)の研削面の力Ｆｇがワーク送り方向と逆向き(−ｘ方向)の成分となるＦｘを有するように付与されている。したがって、停電やリニアモータの故障などによりリニアモータ(11)の発生推力がゼロになった際、回転砥石(2)からワーク(W)に砥石(2)から離れる方向の力が作用するので、ワーク(W)の引き込みが防止され、ワーク(W)のダメージが防止される。
【００３４】
図６には、面圧一定制御とするための制御方法として、速度サーボによる張力制御(同図(ａ))および電流のみによる張力制御(同図(ｂ))を示している。速度サーボによる張力制御は、図６(ａ)に示すように、ワークがダメージを受けることがない許容最大面圧：Ｐｍ、接触長：ｌ(ｘ)、切り込み量：Δ、切り込み量Δに対する単位接触長当たりの許容負荷：Ｕｍ（＝Ｐｍ・Δ）として、Ｕｍ・ｌ(ｘ)が指令値決定部(23)における張力目標値Ｕ*とされ、コントローラ(21)では、このＵ*から速度の目標値ｖ*を求めて、これを速度制御用コントローラ(24)に出力する。速度制御用コントローラ(24)は、速度の目標値ｖ*に基づいて目標制御電流Ｉ*を算出し、電流アンプ(22)へこれを出力する。リニアモータ(11)は、目標制御電流Ｉ*に対応した増幅電流Ｉで制御される。ワークの位置ｘおよび移動速度ｖは、エンコーダにより計測され、速度は速度制御用コントローラ(24)にフィードバックされ、ワークの位置ｘは、指令値Ｕｍ・ｌ(ｘ)を求めるために指令値決定部(23)にフィードバックされる。ワークの位置ｘを使用すると、式(６)からワークテーブル(3)に作用する張力Ｕａを求めることができる。こうして求められた張力Ｕａは、張力目標値Ｕ*から速度の目標値ｖ*を求めるコントローラ(21)にフィードバックされる。
【００３５】
図６(ｂ)に示す電流のみによる張力制御は、速度サーボによる張力制御系から速度制御用コントローラ(24)を除いたもので、コントローラ(21)では、張力目標値Ｕ*から目標制御電流Ｉ*が算出される。電流アンプ(22)以降の系は、図６(ａ)のものと同じであり、図６(ａ)のものとは速度に対してサーボが効いていない点だけが異なっている。図示省略したが、コントローラ(21)の後に、磁束分布および摺動ムラに起因する推力ムラの補正関数Ｓ(ｘ)を挿入するようにしても良い。
【００３６】
図６(ａ)の速度に対してサーボを効かした制御では、砥石(2)の引っかかり等により、砥石(2)からワーク(W)にこれを押し出すような力が働いた場合でも、指令速度でワーク(W)を押し込もうとするため、過剰な面圧がかかり、ワーク(W)にダメージを与える恐れがあり、また、逆に、砥石(2)からワーク(W)にこれを引き込むような力が働いた場合にも、ワーク(W)にダメージを与える恐れがあるが、これは前述した方法でワーク(W)を砥石(2)に対してオフセットさせることにより防ぐことができる。したがって、押し出し力が働いた場合に、これに抗しない制御である電流のみによる制御とすることがより好ましい。
【００３７】
なお、砥石を駆動するモータの電流(あるいは電力)は、ｌ(ｘ)に従って変動するため、張力Ｕａに代えてこれを制御のフィードバック信号として用いることもできる。ただし、砥石を駆動するモータの電流は、張力Ｕａのようにワークにかかる力を直接表現できず、また、クーラント流量の影響など外乱を受けやすいし、Ｆｘの影響が反映できないため、張力Ｕａをフィードバックする方が好ましい。
【００３８】
図７は、この発明の研削方法のタイミングチャートの一例を示している。図３を参照して上述したように、研削開始後は、ワーク(W)の移動によって接触長ｌ(ｘ)が徐々に増加し、これに伴って、研削抵抗が増加する。そして、略半分の研削を終えた後は、ワーク(W)の移動によって接触長ｌ(ｘ)が徐々に減少し、これに伴って、研削抵抗も減少する。したがって、ｌ(ｘ)が変化することを考慮した推力制御においては、研削段階では、接触長の増減にしたがって推力が増減させられる。研削の前段階および後段階では、推力制御でなく、位置制御モードとされ、待機位置から研削位置までは、ワークテーブル(3)すなわちリニアモータ可動子が速い速度で送られ(急速アプローチ)、研削終了後は、待機位置まで、再び速い速度で移動させられる(急速後退)。研削中の送り速度は、ワーク(W)や砥石(2)の状態により変動するが、面圧一定制御によると、図７に実線で示すように、理想状態では基本的に等速になる。また、面圧一定ではなく、張力一定制御を行った場合には、送り速度がｌ(ｘ)に対応して歪むことになり、基本的には同図に破線で示すようなゆるやかな円弧状となる。
【００３９】
図８ａおよび図８ｂ(図８(ａ)(ｂ)(ｃ)(ｄ))には、この発明の研削方法を検証するため、速度を一定にして研削した場合に、モータ電流、モータ速度および張力がどのように変化するかを示している。図８ａ(ａ)に示す正常研削時では、モータ速度が一定に制御され、張力は、ｌ(ｘ)に比例して変化する。モータ電流は、ｌ(ｘ)の大小にかかわらず一定速度とする必要性から、ｌ(ｘ)が大きい場合には、電流大(推力大)となる。図８ａ(ｂ)に示す切れ味低下時では、モータ速度は一定に保たれるが、張力およびモータ電流(推力)は、大きくなる。さらに研削を続けた場合の図８ｂ(ｃ)では、張力がさらに増加し、この結果、ワークの面圧が許容値を超えてしまい、ワークはダメージを受ける。そして、図８ｂ(ｄ)に示す砥石が切れなくなった状態では、モータ電流が設定値(ダメージ防止制限値)に達し、それ以上のワーク送りができないようになる。ワークは、図８ｂ(ｃ)の段階で既にダメージを受けており、ダメージを事前に防ぐことは困難である。
【００４０】
速度一定制御としたときの上記の張力実測データから、研削力および研削力と張力との関係が求められる。そして、図８ａおよび図８ｂに示した速度一定制御に対し、上記面圧一定制御とすることにより、砥石の切れ味が低下した場合でも、面圧一定となるように張力が制御され、ワークがダメージを受けるような面圧になることが防止され、安全を期すことができる。そして、上記張力制御において研削による抵抗が作り出すｘ方向の力Ｆｘは、砥石の切れが持続している間は小さいが、切れが低下したり、また、切り込み後のワーク上面と砥石の下面でのこすれが生じたりするなど、研削状態が異常を来してくると大きくなり、テーブルを駆動するワイヤに現れる張力のプロファイルは、ｌ(ｘ)からＦｘへ形状を変えていく。したがって、この形状が変化することからも研削プロセスの異常を予知することができる。
【００４１】
図９には、面圧一定制御研削時の動作（ワークの送り方向位置ｘとワークの速度ｖおよびワークに作用する力Ｕとの関係）を示す。上述したモデルによる面圧一定制御では、研削による抵抗力ｆｎが理想的にワークと砥石の接触長ｌ(ｘ)に比例して推移すれば速度一定となる。しかし、実際には、抵抗力ｆｎには、面圧の他にオフセットによる掃き出し力などが含まれており、抵抗力ｆｎと接触長ｌ(ｘ)とは完全に比例するわけではない。また、砥石の切れ味の程度によっては、図８ａおよび図８ｂに示した速度一定研削に見るように、研削による抵抗力が変動する。したがって、図８ａ(ｂ)や図８ｂ(ｃ)に示されているような研削抵抗力が出るケース(研削能力が低下して張力が正常研削時に比べて大きくなる場合など)を面圧一定で制御すると、張力を調整するため、推力が調整され、結果として、図９に太い実線で示すように、破線で示す研削抵抗力が細い実線で示す張力目標値に比べて小さいところではワークの速度が速く、大きいところではワークの速度が遅くなり、モデルに完全に一致しなくても、適正な制御がなされる。
【００４２】
上記実施形態では、ワーク送り装置の駆動手段としてリニアモータ(11)が使用されているが、駆動手段は、リニアモータ以外のモータ、例えば、回転型のモータとしてもよい。しかしながら、サファイアウエハのような硬脆材料の適正な研削を行うためには、送り推力数百ｇｆ以下、研削速度が数μｍ〜数ｍｍ／ｓと低推力・低速度とすることが必要で、これを回転型モータで行うとすると、大減速比にする必要があり、低推力との両立が困難となってしまう。リニアモータ(11)によると、電流制御により推力をダイレクトに発生させることができ、低推力・低速度の両立が容易に可能となる。また、低推力とするに際して、第２ワイヤの張力Ｕｂが作用していることにより、リニアモータの動作を低電流の非線形領域ではなく線形領域で用いることができる。
【００４３】
また、ワイヤを介さずに、直接、リニアモータでワークテーブルを駆動してもよい。この場合には、センサとして動力計などが使用される。ワイヤを介しての駆動は、動力計のような高価なセンサを使用せずに推力が検知でき、しかも、駆動系に起因する推力誤差(ガイド抵抗、配線抵抗など)をキャンセルできるという点で好ましい。
【００４４】
なお、オフセット量については、砥石径、ワーク径、その他の条件によって、図５に示すようなグラフを作成し、その好ましい値が決定される。オフセットは、必ずしも、必要なものではない。上記図１に示した機構系では、第２ワイヤからの張力(バックテンション)Ｕｂが作用しているので、ワークが砥石に引き込まれることが防止されており、オフセット量＝０としても支障はない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、この発明の研削方法の機構を示す図である。
【図２】図２は、この発明の研削方法の制御系の構成を示す図である。
【図３】図３は、この発明の研削方法で使用される研削負荷のモデルを説明する図である。
【図４】図４は、この発明の研削方法においてワークに作用する力を説明する図である。
【図５】図５(ａ)は、接触長をオフセット量をパラメータとして求めたもので、図５(ｂ)は、押出力(ｘ方向逆向きの力)をオフセット量をパラメータとして求めたものである。
【図６】図６は、制御系の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、この発明の研削方法のタイミングチャートの一例を示す図である。
【図８ａ】図８ａは、速度一定研削の場合のモータ電流、モータ速度および張力の関係を示す図で、正常時(ａ)および切れ味低下時(ｂ)について示している。
【図８ｂ】図８ｂは、速度一定研削の場合のモータ電流、モータ速度および張力の関係を示す図で、切れ味低下後さらに研削を続けたことによる研削ダメージ発生時(ｃ)および砥石が切れなくなった状態(ｄ)について示している。
【図９】図９は、面圧一定制御の動作を示す図である。
【図１０】図１０は、従来の研削方法を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
(1)         研削装置
(2)         回転砥石
(3)         ワークテーブル
(4)         ワーク送り装置
(11)        リニアモータ
(12)        第１ワイヤ
(13)        張力検出手段
(W)         ワーク
【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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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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