(57)【要約】【課題】研削ホイールの交換及び砥石のドレッシングに要する作業時間を低減できるようにする。【解決手段】砥石１４は、積層された２以上の砥石層を有し、該砥石層に含まれる砥粒の種類、砥粒の粒径または砥石１４の単位体積当たりの砥粒の含有量は該砥石層ごとにそれぞれ異なるため、単軸機からなる研削装置であっても、砥石１４が装着された研削ホイール１２の交換をすることなく、１つの研削ホイール１２で粗研削から仕上げ研削まで行うことができる。砥石１４の隣り合う砥石層は互いに中間層１８ａ，１８ｂを介して積層され、中間層１８ａ，１８ｂは、ガラスや砥粒を含んでよいため、被加工物の研削量が急激に低下することはない。砥石１４では、砥石１４の摩耗により中間層１８ａ，１８ｂが表出したら一の砥石層による研削の終了を確認でき、次の砥石層を表出させるドレッシングを速やかに開始できるため、作業時間を低減できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を研削する砥石であって、
積層された２以上の砥石層を有し、各砥石層に含まれる砥粒の種類、砥粒の粒径または砥石の単位体積当たりの砥粒の含有量は砥石層ごとにそれぞれ異なる砥石。
【請求項２】
隣り合う前記砥石層は互いに中間層を介して積層される請求項１に記載の砥石。
【請求項３】
前記中間層はガラスを含む請求項２に記載の砥石。
【請求項４】
前記中間層は砥粒を含む請求項２または３に記載の砥石。
【請求項５】
被加工物の被加工面に対して垂直方向に前記砥石層が積層され、被加工物の研削中に該砥石層が摩耗し前記中間層が表出すると被加工物の研削量が減少し一の該砥石層による研削の終了を確認できる請求項１から４のいずれか一項に記載の砥石。
【請求項６】
被加工物を研削する研削ホイールであって、
ホイールマウントに装着されるホイールマウント装着面を有する環状基台と、
該環状基台の自由端部にリング状に配設された請求項１から５のいずれか一項に記載の砥石と、を備える研削ホイール。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載の砥石を用いて被加工物を研削する研削方法であって、
所定数の被加工物を該砥石の一の砥石層により研削する研削ステップと、
研削量が所定量以下になると該一の砥石層が摩耗して前記中間層が表出したと判断する判断ステップと、
該判断ステップにおいて該中間層が表出したと判断すると該砥石をドレッシングし、該中間層を除去して該一の砥石層の次の砥石層を表出させるドレッシングステップと、を含み、
該研削ステップと、該判断ステップと、該ドレッシングステップとを繰り返し、一の該砥石によって粗研削から仕上げ研削までを行う研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を研削する砥石と、この砥石が装着される研削ホイールと、被加工物を研削する研削方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物を所望の厚さに形成する研削には、粗研削と仕上げ研削とがある。粗研削と仕上げ研削とでは、粒径の異なる砥石を備えた研削ホイール（例えば、下記の特許文献１を参照）をそれぞれ用いて行っているが、研削装置が、例えば下記の特許文献２に示すような単軸機（１つの研削ホイールを備えた研削装置）の場合においては、適宜研削ホイールを交換する必要がある。
【０００３】
また、研削ホイールの交換後は、被加工物を保持するチャックテーブルと研削砥石との平行出しのために、例えば、下記の特許文献３に示すドレッシング部材を用いて被加工物に接触する砥石の研削面を整形（ドレッシング）する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８９６２８号公報
【特許文献２】特開２００６−２６９８０９号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８９４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような研削ホイールの交換や研削ホイールの交換後にチャックテーブルと研削砥石との平行出しのための砥石のドレッシングを行うためには、被加工物の研削を停止しなければならず、かつ作業時間も要するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、生産性を向上できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、被加工物を研削する砥石であって、積層された２以上の砥石層を有し、該砥石層に含まれる砥粒の種類、砥粒の粒径または砥石の単位体積当たりの砥粒の含有量は該砥石層ごとにそれぞれ異なる。
【０００８】
上記砥石の隣り合う上記砥石層は互いに中間層を介して積層される。中間層は、ガラスまたは砥粒を含んでもよいし、ガラス及び砥粒の両方を含んでもよい。該砥石は、被加工物の被加工面に対して垂直方向に該砥石層が積層され、被加工物の研削中に該砥石層が摩耗し該中間層が表出すると被加工物の研削量が減少し一の該砥石層による研削の終了を確認できる構成となっている。
【０００９】
また、本発明は、被加工物を研削する研削ホイールであって、ホイールマウントに装着されるホイールマウント装着面を有する環状基台と、該環状基台の自由端部にリング状に配設された上記砥石と、を備える。
【００１０】
さらに、本発明は、上記砥石を用いて被加工物を研削する研削方法であって、所定数の被加工物を該砥石の一の砥石層により研削する研削ステップと、研削量が所定量以下になると該一の砥石層が摩耗して上記中間層が表出したと判断する判断ステップと、該判断ステップにおいて該中間層が表出したと判断すると該砥石をドレッシングし、該中間層を除去して該一の砥石層の次の砥石層を表出させるドレッシングステップと、を含み、該研削ステップと、該判断ステップと、該ドレッシングステップとを繰り返し、一の砥石によって粗研削から仕上げ研削までを行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一側面に係る砥石は、積層された２以上の砥石層を有し、該砥石層に含まれる砥粒の種類、砥粒の粒径または砥石の単位体積当たりの砥粒の含有量は該砥石層ごとにそれぞれ異なるため、１の砥石で被加工物に対して粗研削から仕上げ研削まで行うことができる。
【００１２】
上記砥石の隣り合う上記砥石層は互いに中間層を介して積層されるため、中間層の表出の有無によって一の砥石層の摩耗状態を把握することができる。中間層は、ガラスまたは砥粒を含んでもよいし、ガラス及び砥粒の両方を含んでもよいため、被加工物の研削中に砥石が摩耗して中間層に達した場合であっても、被加工物の研削量が急激に低下することはなく、被加工物の被加工面の悪化を防止することができる。該砥石は、被加工物の被加工面に対して垂直方向に該砥石層が積層され、研削による砥石の摩耗により中間層が表出すると、被加工物の研削量が減少し一の砥石層による研削の終了を確認できるため、中間層が表出したら、次の砥石層を表出させるためのドレッシングを速やかに開始することができ、作業時間を低減することができる。
【００１３】
また、本発明の他の側面に係る研削ホイールは、ホイールマウントに装着されるホイールマウント装着面を有する環状基台と、該環状基台の自由端部にリング状に配設された上記砥石とを備えるため、例えば、研削に使用される研削装置が単軸機であっても、研削ホイールの交換をすることなく、１つの研削ホイールで被加工物に対して粗研削から仕上げ研削まで行えることから、作業時間を低減できる。
【００１４】
さらに、他の側面に係る研削方法は、所定数の被加工物を上記砥石の１の砥石層により研削する研削ステップと、研削量が所定量以下になると該一の砥石層が摩耗して上記中間層が表出したと判断する判断ステップと、該判断ステップにおいて該中間層が表出したと判断すると該砥石をドレッシングし、該一の砥石層の次の砥石層を表出させるドレッシングステップと、を含み、該研削ステップと、該判断ステップと、該ドレッシングステップとを繰り返し、一の砥石で粗研削から仕上げ研削まで行うように構成したため、上記同様に、研削ホイールを交換することなく１つの研削ホイールで被加工物に対して粗研削から仕上げ研削まで行えるため、作業時間を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】研削装置の一例を示す斜視図である。
【図２】環状基台の自由端部にリング状に配設された砥石の構成を示す斜視図である。
【図３】砥石の砥石層の構成を説明するための斜視図である。
【図４】研削ステップを示す断面図である。
【図５】砥石の第１砥石層で被加工物を研削する状態を示す一部拡大断面図である。
【図６】判断ステップを示す断面図である。
【図７】被加工物の厚み（研削量）の推移を示すグラフである。
【図８】砥石の最下端に中間層（１層目）が表出し、中間層が被加工物の上面に接触した状態を示す一部拡大断面図である。
【図９】（ａ）は、スピンドルの電流値の推移を示しており、スピンドルの電流値が所定の増加率を超えた場合を示すグラフである。（ｂ）は、スピンドルの電流値の推移を示しており、スピンドルの電流値が所定量増加した場合を示すグラフである。
【図１０】ドレッシング手段の一例を示す斜視図である。
【図１１】ドレッシングステップのうち、ドレッサーボードを所望の高さ位置に位置付ける状態を示す断面図である。
【図１２】ドレッシングステップのうち、砥石をドレッサーボードでドレッシングする状態を示す断面図である。
【図１３】砥石の第２砥石層で被加工物を研削する状態を示す一部拡大断面図である。
【図１４】砥石の最下端に中間層（２層目）が表出し、中間層が被加工物の上面に接触した状態を示す一部拡大断面図である。
【図１５】砥石の第３砥石層で被加工物を研磨する状態を示す一部拡大断面図である。
【図１６】実施例５の砥石の砥石層の構成を説明するための斜視図である。
【図１７】実施例６の砥石の砥石層の構成を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示す研削装置１は、被加工物を研削する１つの研削ホイールを備えた単軸機の一例である。研削装置１は、Ｙ軸方向に延在する装置ベース２と、装置ベース２のＹ軸方向後部に立設されたコラム３とを有している。装置ベース２の上面２ａには、被加工物を吸引保持する保持面４ａを有するチャックテーブル４が配設されている。チャックテーブル４の周囲はカバー５によって覆われている。チャックテーブル４は、図示しないＹ軸方向移動手段によりＹ軸方向に往復移動することができる。
【００１７】
コラム３のＹ軸方向前方において、被加工物に研削を施す研削手段６と、チャックテーブル４に対して接近及び離反する研削送り方向（Ｚ軸方向）に研削手段６を昇降させる研削送り手段２０とが配設されている。研削送り手段２０は、Ｚ軸方向に延在するボールネジ２１と、ボールネジ２１の一端に接続されたモータ２２と、ボールネジ２１と平行に延在する一対のガイドレール２３と、内部に備えたナットがボールネジ２１に螺合するとともに側部がガイドレール２３に摺接する昇降板２４とを備える。昇降板２４には、ホルダ９が連結されている。そして、モータ２２がボールネジ２１を回動させると、一対のガイドレール２３に沿って昇降板２４とともに研削手段６をＺ軸方向に昇降させることができる。
【００１８】
研削手段６は、Ｚ軸方向の軸心を有するスピンドル７と、スピンドル７の外周を囲繞するスピンドルハウジング８を保持するホルダ９と、スピンドル７の一端に取り付けられたモータ１０と、スピンドル７の下端にホイールマウント１１を介して装着され被加工物を研削する研削ホイール１２とを備える。そして、モータ１０がスピンドル７を回転させることにより、研削ホイール１２を所定の回転速度で回転させることができる。研削装置１には、各種の動作機構を制御する制御部５０を備えており、制御部５０は、ＣＰＵ及びメモリを少なくとも有している。また、研削装置１には、図示しないカセットが任意に配設される。カセットには、複数の被加工物が収容されている。
【００１９】
図２に示すように、研削ホイール１２は、図１に示したホイールマウント１１に装着されるホイールマウント装着面１３ａを有する環状基台１３と、環状基台１３の自由端部１３ｂにリング状に配設された複数の砥石１４とを備える。複数の砥石１４は、例えば、接着材により自由端部１３ｂに沿って接着固定されている。研削ホイール１２は、環状基台１３のホイールマウント装着面１３ａにホイールマウント１１の下面を密着させた状態で、ホイールマウント１１に形成された図示しないネジ穴にボルトを挿入するとともに、環状基台１３に形成された図示しないネジ穴でボルトを締結することにより、研削ホイール１２がホイールマウント１１に装着される。
【００２０】
次に、被加工物を研削する砥石１４の構成について説明する。図３に示すように、砥石１４は、直方体形状に形成され、積層された２以上の砥石層を有し、各砥石層に含まれる砥粒の種類、砥粒の粒径または砥石１４の単位体積当たりの砥粒の含有量は、砥石層ごとにそれぞれ異なっている。本実施形態に示す砥石１４を構成する砥石層は、第１砥石層１５と、第２砥石層１６と、第３砥石層１７との３つの砥石層からなり、被加工物の被加工面に対して垂直方向に砥石１４の下端側から第１砥石層１５、第２砥石層１６、第３砥石層１７の順に積層されている。砥石１４の最下端に位置する一の砥石層（図示の例では第１砥石層１５）で被加工物を研削・研磨することができる。図示の例では、砥石１４の最上端に位置する第３砥石層１７が図２に示した環状基台１３の自由端部１３ｂに接着固定される。
【００２１】
砥粒の種類としては、例えば、アルミナ砥粒、炭化ケイ素砥粒、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）砥粒等が挙げられる。砥石１４の各砥石層を形成する砥粒の種類は、加工対象となる被加工物の材質などに応じて選択すればよい。例えば、非鉄、セラミックス、ガラスなどの材質から形成される被加工物を加工対象とした場合、砥石１４の構成としては、例えば、第１砥石層１５をダイヤモンド砥粒のみで形成し、第２砥石層１６をダイヤモンド砥粒にホウ素化合物及び金属ホウ化物（例えば、ZrB）を添加して上記各種のボンドで固定して形成してもよい。また、本実施形態に示す砥石１４では、３つの砥石層のうち、一番上に積層された第３砥石層１７を研磨層として形成してもよく、この第３砥石層１７には、被加工物の仕上げの精度を向上させるために酸化セリウムを含ませるとよい。
【００２２】
砥粒の粒径は、砥石１４の砥石層ごとに異なっていてよい。研削に使用される研削装置が図１に示した研削装置１のような単軸機であれば、１つの研削ホイール１２で粗研削から仕上げ研削までできるように複数の種類（例えば３種類）の粒径の砥粒を含む砥石が用いられてよい。例えば、図３に示す第１砥石層１５に含まれる第１砥粒１５０は、粗研削に適した粗目の粒径となっており、第２砥石層１６に含まれる第２砥粒１６０は、中目の粒径となっており、第３砥石層１７に含まれる第３砥粒１７０は、仕上げ研削に適した細目の粒径となっている。一方、研削に使用される研削装置が多軸機（２つ以上の研削ホイールを備えた研削装置）の場合は、例えば１軸目の研削ホイールに粗目の粒径の砥粒を含む１層の砥石層からなる砥石が配設され、例えば２軸目の研削ホイールに中目の粒径の砥粒を含む砥石層と細目の粒径の砥粒を含む砥石層との２層からなる砥石が配設されるようにしてもよい。
【００２３】
砥石１４は、ボンドに砥粒を混錬して焼結した焼結砥石または砥粒をメッキで固定した電鋳砥石からなる。焼結砥石で砥石１４を形成する場合は、例えば、ビトリファイドボンド、メタルボンド、レジンボンドのいずれか一つにより第１砥粒１５０〜第３砥粒１７０を固定し、粗目の第１砥石層１５、中目の第２砥石層１６、細目の第３砥石層１７の順に重ねて適切な雰囲気で所定の焼結温度で焼結して形成される。また、電鋳砥石で砥石１４を形成する場合は、例えば、ニッケルメッキで第１砥粒１５０〜第３砥粒１７０を固定し、図２に示した環状基台１３の自由端部１３ｂに、細目の第３砥石層１７、中目の第２砥石層１６、粗目の第１砥石層１５の順に電着して形成される。なお、細目の第３砥石層１７は２層か３層で形成され、中目の第２砥石層１６は１層で形成され、粗目の第１砥石層１５は２層か３層で形成されている。
【００２４】
砥石１４の各砥石層の厚みはそれぞれ異なり、砥石の消耗量が少なくなるにつれて砥石層は徐々に薄く形成される。すなわち、砥石の消耗量が多い粗研削に用いられる砥石層は厚く形成され、砥石の消耗量が少なくて済む仕上げ研削や研磨に用いられる砥石層は薄く形成される。本実施形態に示す砥石１４では、第１砥石層１５の厚みｔ１が最も厚く形成され、第２砥石層１６の厚みｔ２が厚みｔ１よりも薄く形成され、第３砥石層１７の厚みｔ３が最も薄く形成されてよい。
【００２５】
砥石１４の単位体積当たりの砥粒の含有量は、研削に用いられる砥石層であっても、研磨に用いられる砥石層（研磨層）であっても、１０〜５０vol.％の範囲に設定してよい。したがって、被加工物の材質や加工条件等に応じて砥石１４の砥石層ごとに砥粒の含有量を変えればよい。このように、砥石１４は、第１砥石層１５、第２砥石層１６及び第３砥石層１７の各砥石層に含まれる砥粒の種類、砥粒の粒径または砥石１４の単位体積当たりの砥粒の含有量が砥石層ごとにそれぞれ異なって構成されるため、かかる砥石１４が装着された研削ホイール１２の交換作業をする必要はなく、１つの研削ホイール１２で被加工物に対して粗研削、仕上げ研削及び研磨を効率よく行うことができる。また、砥石１４に研磨層が含まれず、砥石１４の各砥石層を粗砥石層及び仕上げ砥石層として構成する場合においても、１つの研削ホイール１２で被加工物に対して粗研削から仕上げ研削までを連続して行うことが可能となる。
【００２６】
砥石１４は、図３に示すように、隣り合う砥石層が互いに中間層１８ａ，１８ｂを介して積層されていてもよい。具体的には、第１砥石層１５と第２砥石層１６との間に中間層１８ａが介在し、第２砥石層１６と第３砥石層１７との間に中間層１８ｂが介在している。そして、この中間層１８ａ，１８ｂが砥石１４の最下端に表出したかどうかによって一の砥石層の摩耗状態を把握することができる。
【００２７】
中間層１８ａ，１８ｂは、ガラス（ガラス粉末）または砥粒を含んでもよいし、ガラス及び砥粒の両方を含んでもよい。例えばビトリファインドボンドにガラスを混錬し中間層１８ａ，１８ｂを形成してもよいし、例えばビトリファイドボンドに砥粒を混錬し集中度の低い中間層１８ａ，１８ｂを形成してもよい。また、例えばガラスと砥粒とを混在させビトリファインドボンドで固めて中間層１８ａ，１８ｂを形成してもよい。このように、中間層１８ａ，１８ｂには、ガラスや砥粒が含まれるため、砥石層として作用し、被加工物の研削中に砥石１４が摩耗して中間層１８ａ，１８ｂに達した場合であっても、被加工物の研削量が急激に低下することはなく、被加工物の被加工面に割れや焼けが発生するのを防止することができる。
【００２８】
砥石１４を焼結する際の収縮率を揃えるために、中間層１８ａ，１８ｂに含ませるガラスの含有量を変えることが好ましい。したがって、粗目の砥粒を含む中間層にはガラスを少なく含ませ、細目の砥粒を含む中間層にはガラスを多く含ませるとよい。
【００２９】
中間層１８ａ，１８ｂは、砥石層に比べ薄く形成されていてもよいが、ある程度の厚みを有している。すなわち、図１に示した研削装置１側で砥石１４の異常摩耗を検出せずに、摩耗した砥石層の次の砥石層が表出しないようにするために、中間層１８ａ，１８ｂは、最低限の厚みとして５０μｍに形成される。なお、中間層１８ａ，１８ｂの数は、本実施形態で示した２つに限定されず、砥石層の数に応じて増減させればよい。また、砥石の間に中間層を形成しなくてもよい。
【００３０】
砥石１４では、被加工物の研削中に一の砥石層（例えば、第１砥石層１５または第２砥石層１６）が摩耗し、中間層１８ａ，１８ｂが表出すると、被加工物の研削量が減少し、第１砥石層１５または第２砥石層１６の終了を確認することができる。このように、砥石１４では、中間層１８ａ，１８ｂが表出したら、第１砥石層１５または第２砥石層１６が消失したものと把握できるため、研削装置１の稼働を停止することなく、次の砥石層を表出させるためのドレッシングを速やかに開始することができ、作業時間を低減することができる。砥石１４で所定数の被加工物を研削した後においても一の砥石層（例えば、第１砥石層１５または第２砥石層１６）が残っている場合は、その残りの砥石層と、中間層１８または中間層１８ｂとをドレッシングして次の砥石層を表出させる。
【００３１】
次に、上記の砥石１４を用いて、図４に示す被加工物Ｗを研削する研削方法について説明する。被加工物Ｗは、特に材質等が限定されるものではない。被加工物Ｗの上面Ｗａは、砥石１４によって研削等が施される被加工面である。
【００３２】
（研削ステップ）
所定数の被加工物Ｗを砥石１４の一の砥石層によって研削する。図４に示すように、チャックテーブル４の保持面４ａに被加工物Ｗを載置したら、保持面４ａで被加工物Ｗを保持し上面Ｗａを露出させた状態で、チャックテーブル４を自転させながら研削手段６と対向するように移動させる。研削手段６は、研削ホイール１２を、所定の回転速度で例えば矢印Ａ方向に回転させながら、所定の送り速度で砥石１４が被加工物Ｗの上面Ｗａに接触するまで下降させる。本実施形態に示す研削ステップでは、図３に示した砥石１４のうち、第１砥石層１５で被加工物Ｗを粗研削し、第２砥石層１６で被加工物Ｗを仕上げ研削し、第３砥石層１７で被加工物Ｗを研磨するものとする。
【００３３】
図５に示すように、砥石１４の最下端に位置する第１砥石層１５によって被加工物Ｗに粗研削を行う。すなわち、被加工物Ｗの上面Ｗａを第１砥石層１５の研削面１５ａで押圧しながら所望の厚みに達するまで粗研削する。図１に示した研削装置１の制御部５０には、第１砥石層１５によって粗研削すべき所定の研削量をあらかじめ設定しておくことが望ましい。所定の研削量とは、例えば、図４に示す被加工物Ｗの上面Ｗａの高さＨ１から所定の高さＨ２までの被加工物Ｗの厚み量である。
【００３４】
（判断ステップ）
複数の被加工物Ｗを粗研削すると、第１砥石層１５が徐々に摩耗していく。ここで、被加工物Ｗの研削量の推移によって中間層１８ａが表出したかどうかを判断する場合は、あらかじめ単位時間あたりの研削量と研削時間の平均値とを取得して制御部５０に記億させておき、制御部５０によって、研削中の被加工物Ｗの研削量が上記の所定の研削量以下に減少し、第１砥石層１５が摩耗して中間層１８ａが表出しているかどうかを判断する。被加工物Ｗの研削量の測定は、例えば、図１に示した研削装置１に配設された接触式の厚み測定ゲージ３０が用いられる。厚み測定ゲージ３０は、図６に示すように、高さの基準面となるチャックテーブル４の保持面４ａの高さ位置を測定するテーブルハイトゲージ３２と、チャックテーブル４に吸引保持された被加工物Ｗの上面Ｗａの高さ位置を測定するワークハイトゲージ３１とを備える。厚み測定ゲージ３０は、テーブルハイトゲージ３２の先端３２ａが被加工物Ｗで覆われないチャックテーブル４の枠体上面に接触して保持面４ａの高さ位置を測定し、ワークハイトゲージ３１の先端３１ａが被加工物Ｗの上面Ｗａに接触してその高さ位置を測定し、ワークハイトゲージ３１が測定した測定値とテーブルハイトゲージ３２が測定した測定値との差を被加工物Ｗの厚みとして求めることができる。
【００３５】
被加工物Ｗの粗研削中、厚み測定ゲージ３０は、ワークハイトゲージ３１の先端３１ａを被加工物Ｗの上面Ｗａに接触させ、この上面Ｗａの高さＨ１の変化量（単位時間当たりの被加工物Ｗの研削量）を常に測定する。高さＨ１の変化量が上記の所定の研削量に到達した時点で１枚の被加工物Ｗに対する粗研削が完了する。そして、所定数の被加工物Ｗに対して粗研削を行う。
【００３６】
一方、所定数の被加工物Ｗを粗研削した時点で、厚み測定ゲージ３０が測定した単位時間当たりの被加工物Ｗの研削量が所定量以下の状態（高さＨ１の変化量が所定の研削量に到達していない状態）の場合、第１砥石層１５が摩耗して消失したものとする。具体的には、図７に示すように、縦軸に示す被加工物の厚みが例えばＰ１からＰ２に到達した時点で被加工物Ｗの研削量が低下し、例えばＰ２からＰ３にかけて被加工物の厚みがほぼ減少しない時間が長く続いたら、第１砥石層１５が摩耗して消失したものとして、図８に示す砥石１４の最下端に中間層１８ａが表出したと制御部５０が判断する。中間層１８ａには、ガラスや砥粒が含まれ砥石層として作用するため、被加工物Ｗの厚みが図７に示したＰ２に達してからはゆるやかに削られていき、被加工物Ｗの研削量が急激に減少することはない。
【００３７】
中間層１８ａが表出したかどうかの判断は、図１に示したスピンドル７の電流値の推移によっても行うことができる。例えば、図９（ａ）に示すように、横軸に示す被加工物Ｗの研削時間が経過するにつれて縦軸に示すスピンドルの電流値が上昇して例えばＡ１からＡ２までの増加率が所定値を超えた場合、第１砥石層１５が摩耗して消失したものとして、図８に示す砥石１４の最下端に中間層１８ａが表出したと制御部５０が判断する。また、例えば、図９（ｂ）に示すように、縦軸に示すスピンドルの電流値が正常な研削時の電流値（例えば１３アンペア）から例えばＡ３の時点で上昇していき、例えばＡ３からＡ４までの電流値の増加量が所定量（例えば３アンペア）増加した場合は、第１砥石層１５が摩耗して消失したものとして、図８に示す砥石１４の最下端に中間層１８ａが表出したと制御部５０が判断する。
【００３８】
（中間層のドレッシングステップ）
上記の判断ステップで制御部５０によって中間層１８ａが表出したと判断したら、砥石１４をドレッシングし、消失した第１砥石層１５の上に積層されている次の第２砥石層１６を砥石１４の最下端に表出させる。砥石１４のドレッシングには、例えば、図１に示した研削装置１においてチャックテーブル４の近傍に配設されたドレッシング手段４０が用いられる。ドレッシング手段４０は、図１０に示すように、ドレッサーボード４３を保持する保持テーブル４１を備える。保持テーブル４１は、位置付け機構４２によって上下方向に昇降する。位置付け機構４２は、鉛直方向の軸心を有するボールネジ４２０と、ボールネジ４２０の下端に連結されボールネジ４２０を回動させるモータ４２１とを有している。ボールネジ４２０の上端部には、ボールネジ４２０の回動にともない昇降する基台４４が螺合しており、ボールネジ４２０の回動により基台４４が昇降する構成となっている。基台４４は、複数のロッド４２２（図示の例では３本）によって支持された状態で昇降する。基台４４の上面４４ａには、鉛直方向に立設された複数の規制部材４５（図示の例では２本）が固定されている。規制部材４５は、剛性部材であり、その上端側は、保持テーブル４１の下面４１０側に形成された図示しない挿入孔に挿入される。このように構成されるドレッシング手段４０は、図１１に示すように、チャックテーブル４の近傍で、かつ、研削手段６の直下に配置された状態で使用される。
【００３９】
ドレッシング手段４０を用いて、砥石１４のドレッシングを開始する際には、位置付け機構４２は、ドレッサーボード４３の上面４３ａを、厚み測定ゲージ３０が測定した被加工物Ｗの上面Ｗａの高さＨ１よりも上方の例えば高さＨ３に位置付ける。次いで、砥石１４の回転軌道の外周が被加工物Ｗの回転中心と一致するように研削ホイール１２を被加工物Ｗの上面Ｗａに対面させる。チャックテーブル４を回転させるとともに、研削ホイール１２を回転させながら、研削手段６を所定の研削送り速度で下降させる。下降する砥石１４の研削面は、最初にドレッサーボード４３の上面４３ａに接触し、さらに研削手段６を下降させると、ドレッサーボード４３から砥石１４に対して圧力がかけられてドレッシングが行われる。ドレッシング時には、規制部材４５により保持テーブル４１が水平方向に揺動するのを規制する。
【００４０】
また、図１２に示すように、ドレッサーボード４３の上面４３ａを被加工物Ｗの上面Ｗａと同じ高さにし、砥石１４の研削面とドレッサーボード４３の上面４３ａとの接触状態を維持し、砥石１４の研削面と被加工物Ｗの上面Ｗａとを接触させ、砥石１４のドレッシングをしながら、砥石１４によって被加工物Ｗの上面Ｗａを研削してもよい。また、チャックテーブル４にドレッサーボード４３を保持した状態で研削ホイール１２を下降させ、ドレッシングしてもよい。なお、ドレッシングの方法はこれらに限られず適宜変更することができる。このようにして、砥石１４をドレッシングして中間層１８ａを除去し、図１３に示すように、砥石１４の最下端に第２砥石層１６を表出させる。こうしてドレッシングステップが完了する。
【００４１】
その後、上記研削ステップ、上記判断ステップ及び上記ドレッシングステップを繰り返し行う。具体的には、上記の研削ステップと同様の動作により、砥石１４の最下端に位置する第２砥石層１６によって仕上げ研削が行われる。すなわち、第２砥石層１６の研削面１６ａで粗研削済みの被加工物Ｗの上面Ｗａを押圧しながら所望の仕上がり厚みに達するまで仕上げ研削する。
【００４２】
第２砥石層１６で所定数の粗研削後の被加工物Ｗを仕上げ研削した後、上記の判断ステップと同様の動作により、第２砥石層１６が摩耗して中間層１８ｂが表出しているかどうかを判断する。すなわち、仕上げ研削中は、上記した厚み測定ゲージ３０で単位時間当たりの被加工物Ｗの仕上げ研削量を測定することにより、該仕上げ研削量が所定の仕上げ研削量に到達した時点で１枚の被加工物Ｗの仕上げ研削が完了し、所定数の被加工物Ｗに対し同様の仕上げ研削を行う。一方、被加工物Ｗの仕上げ研削量が所定量以下の状態であれば、第２砥石層１６が摩耗して消失したものとして、図１４に示すように、砥石１４の最下端に中間層１８ｂが表出したと判断する。
【００４３】
次いで、上記のドレッシングステップと同様の動作により、砥石１４を所定時間ドレッシングして中間層１８ｂを除去し、図１５に示すように、砥石１４の最下端に第３砥石層１７を表出させる。そして、第３砥石層１７の研磨面１７ａと被加工物Ｗの上面Ｗａとを相対的に摺動させながら、仕上げ研削済みの被加工物Ｗの上面Ｗａが所望の平坦面に至るまで研磨する。
【００４４】
このように、本実施形態に示す研削方法は、所定数の被加工物Ｗを砥石１４の一の砥石層で研削等する研削ステップと、被加工物Ｗの研削量が所定量以下となると一の砥石層が摩耗して中間層１８ａ，１８ｂが表出したと判断する判断ステップと、中間層１８ａ，１８ｂが表出したと判断したら砥石１４をドレッシングし、摩耗した砥石層の次の砥石層を表出させるドレッシングステップとを繰り返し行い、砥石１４で被加工物Ｗに対して粗研削、仕上げ研削及び研磨を行うように構成したため、研削ホイール１２を交換することなく１つの研削ホイール１２で被加工物Ｗに対して粗研削、仕上げ研削及び研磨を行えるため、これらの作業時間を低減できる。
【００４５】
砥石１４で所定数の被加工物Ｗを研削した後においても一の砥石層（例えば、第１砥石層１５または第２砥石層１６）が残っている場合は、その残りの砥石層と、中間層１８ａまたは中間層１８ｂをドレッシングして次の砥石層を表出させてから、研削または研磨を行えばよい。また、砥石１４で１枚の被加工物Ｗを研削中に中間層１８ａ，１８ｂが表出した場合は、表出した中間層１８ａ，１８ｂをドレッシングして次の砥石層を表出させた上で、研削または研磨を行えばよい。
【実施例１】
【００４６】
粗研削する粗砥石層及び仕上げ研削する仕上げ砥石層の２層を備え、粗砥石層と仕上げ砥石層との間に中間層を形成して砥石を構成した。砥石の構成条件は、下記の［表１］に示すとおりである。
［表１］
2017148874.tif 000003
【００４７】
粗砥石層と仕上げ砥石層との厚みの体積比は、１：１〜５：１に設定すればよいが、最適値は３：１である。特に、加工対象となる被加工物の径が大きくなると、粗砥石層の厚みを厚くする必要がある。中間層の厚みは、５００μｍ以下で粗砥石層及び仕上げ砥石層よりも薄く形成した。中間層に含まれる砥粒の集中度は、粗砥石層及び仕上げ砥石層に含まれる砥粒の集中度よりも低く設定した。
【００４８】
砥石に含まれる砥粒の種類としては、ダイヤモンド砥粒及びホウ素化合物であってよく、ダイヤモンド砥粒又はホウ素化合物（例えば、ＣＢＮ）のどちらか片方でもよいし、ダイヤモンド砥粒とホウ素化合物との両方が含まれていてもよい。ダイヤモンド砥粒としては、例えば、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、金属被覆合成ダイヤモンドの少なくともいずれか１以上である。ホウ素化合物としては、例えば、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、Ｂ４Ｃ（炭化ホウ素）、ＨＢＮ（六方晶窒化ホウ素）の少なくともいずれか１以上である。一形態として、ダイヤモンド砥粒とホウ素化合物との両方を砥粒として用い、粗砥石層、中間層及び仕上げ砥石層は、いずれもダイヤモンド砥粒とホウ素化合物（例えば、ＣＢＮ）とをビトリファイドボンドで混錬し焼結して形成した。
【００４９】
ダイヤモンド砥粒の平均粒径は、５０μｍ以下にした。ホウ素化合物のダイヤモンド砥粒に対する平均粒径比（ホウ素化合物の平均粒径／ダイヤモンド砥粒の平均粒径）は、０．８〜３．０である。すなわち、ホウ素化合物の平均粒径をＸ〔μｍ〕、ダイヤモンド砥粒の平均粒径をＹ〔μｍ〕とした場合に、砥石におけるホウ素化合物のダイヤモンド砥粒に対する平均粒径比Ｚ（＝Ｘ／Ｙ）は、０．８≦Ｚ≦３．０である。かかる設定としたのは、平均粒径比Ｚが０．８未満になると、ホウ素化合物が砥石を脆くする役割が大きくなり、また、平均粒径比Ｚが３．０を超えると、主砥粒であるダイヤモンド砥粒の機能が低下して研削加工に寄与しにくくなるためである。
【００５０】
このように構成される砥石を環状基台の自由端部に接着固定して研削ホイールを形成し、スピンドル回転数を３０００ｒｐｍ、チャックテーブル回転数を３００ｒｐｍ、研削ホイールの送り速度（粗研削）を８μｍ／ｓｅｃ、研削ホイールの送り速度（仕上げ研削）を０．５μｍ／ｓｅｃの加工条件で、所定数のシリコンウェーハを研削した。シリコンウェーハの研削中、中間層が表出したら砥石をドレッシングし、摩耗した砥石層の次の砥石層を表出させることで、研削ホイールを交換することなく１つの研削ホイールでシリコンウェーハに対して粗研削及び仕上げ研削を連続して行えるため、作業時間を短縮することができた。
【実施例２】
【００５１】
粗研削する粗砥石層及び仕上げ研削する仕上げ砥石層の２層を備え、粗砥石層と仕上げ砥石層とを接着する中間層（接着層）を形成して砥石を構成した。砥石の構成条件は、下記の［表２］に示すとおりである。
［表２］
2017148874.tif 000004
【００５２】
粗砥石層及び仕上げ砥石層の厚みは、いずれも５ｍｍで構成した。中間層は、粗砥石層及び仕上げ砥石層よりも薄い５００μｍ以下とした。ここで、ビトリファイドボンドとレジンボンドとは異素材であることから、実施例２の中間層のボンドとしてエポキシ樹脂を用いることで、粗砥石層と仕上げ砥石層とを接着する接着層として構成した。すなわち、仕上げ砥石層と粗砥石層とを別々に形成してから、中間層で仕上げ砥石層と粗砥石層とを貼り合わせて砥石を構成した。
【００５３】
このように構成される砥石を環状基台の自由端部に接着固定して研削ホイールを形成し、スピンドル回転数を３２００ｒｐｍ、チャックテーブル回転数を３００ｒｐｍ、研削ホイールの送り速度（粗研削）を６μｍ／ｓｅｃ、研削ホイールの送り速度（仕上げ研削）を０．４μｍ／ｓｅｃの加工条件で、所定数のシリコンウェーハを研削した。シリコンウェーハの研削中、中間層が表出したら砥石をドレッシングして、摩耗した砥石層の次の砥石層を表出させることで、研削ホイールを交換することなく１つの研削ホイールでシリコンウェーハに対して粗研削及び仕上げ研削を連続して行えるため、作業時間を短縮することができた。
【実施例３】
【００５４】
粗研削する粗砥石層、中仕上げする中間砥石層及び仕上げ研削する仕上げ砥石層の３層を備え、各砥石層の間に中間層を形成して砥石を構成した。砥石の構成条件は、下記の［表３］に示すとおりである。
［表３］
2017148874.tif 000005
【００５５】
本実施例の砥石では、粗砥石層、中間砥石層、仕上げ砥石層及び中間層を合わせた厚みは、１０ｍｍに構成した。実施例３では、各砥石層の間に中間層をそれぞれ形成した。中間層の構成としては、実施例１と同様にしてもよい。例えば、中間層の厚みは、５００μｍ以下で粗砥石層、中仕上げ砥石層及び仕上げ砥石層よりも薄く形成した。中間層に含まれる砥粒の集中度は、粗砥石層及び中仕上げ砥石層及び仕上げ砥石層に含まれる砥粒の集中度よりも低く設定した。そして、粗砥石層、中間砥石層及び仕上げ砥石層のいずれもダイヤモンド砥粒とホウ素化合物（例えば、ＣＢＮ）とをビトリファイドボンドに混錬し焼結して形成した。砥粒の種類としては、実施例１と同様に、ダイヤモンド砥粒又はホウ素化合物（例えば、ＣＢＮ）のどちらか片方でもよいし、ダイヤモンド砥粒とホウ素化合物との両方が含まれていてもよい。
【００５６】
このように構成される砥石を環状基台の自由端部に接着固定して研削ホイールを形成し、スピンドル回転数を２０００ｒｐｍ、チャックテーブル回転数を１００ｒｐｍ、研削ホイールの送り速度（粗研削）を１μｍ／ｓｅｃ、研削ホイールの送り速度（中仕上げ研削）ｗを０．３μｍ／ｓｅｃ、研削ホイールの送り速度（仕上げ研削）を０．１μｍ／ｓｅｃの加工条件で、LT（タンタル酸リチウム）又はLN（ニオブ酸リチウム）によって形成されるウェーハを研削した。LT又はLNは、熱膨張係数が大きいため、研削時に熱膨張しやすい。そこで、実施例３では、スピンドル回転数及びチャックテーブル回転数を遅くするととも、研削ホイールの研削送り速度を遅くした。このようにして粗研削、中仕上げ研削及び仕上げ研削の順に研削ホイールの送り速度を段階的に遅くしてウェーハを研削した。ウェーハの研削中、中間層が表出したら砥石をドレッシングして、摩耗した砥石層の次の砥石層を表出させることで、研削ホイールを交換することなく１つの研削ホイールでウェーハに対して粗研削、中仕上げ研削及び仕上げ研削を連続して行えるため、作業時間を短縮することができた。
【実施例４】
【００５７】
粗研削する粗砥石層及び仕上げ研削する仕上げ砥石層の２層を備え、粗砥石層と仕上げ砥石層との間に中間層を形成して砥石を構成した。砥石の構成条件は、下記の［表４］に示すとおりである。
［表４］
2017148874.tif 000006
【００５８】
粗砥石層と仕上げ砥石層との厚みの体積比は、１：３とした。粗砥石層よりも仕上げ砥石層の厚みを大きく設定した。中間層の構成としては、実施例１と同様にしてもよい。例えば、中間層の厚みは、５００μｍ以下で粗砥石層及び仕上げ砥石層よりも薄く形成した。中間層に含まれる砥粒の集中度は、粗砥石層及び仕上げ砥石層に含まれる砥粒の集中度よりも低く設定した。そして、粗砥石層、中間層及び仕上げ砥石層のいずれも、ボロン（ホウ素）をドープしたダイヤモンド砥粒とホウ素化合物（例えば、ＣＢＮ）とをビトリファイドボンドに混錬し焼結して形成した。砥粒の種類としては、ボロンドープダイヤモンド砥粒又はホウ素化合物（例えば、ＣＢＮ）のどちらか片方でもよいし、ボロンドープダイヤモンド砥粒とホウ素化合物との両方が含まれていてもよい。
【００５９】
このように構成される砥石を環状基台の自由端部に接着固定して研削ホイールを形成し、スピンドル回転数を１４００ｒｐｍ、チャックテーブル回転数を７００ｒｐｍ、研削ホイールの送り速度（粗研削）を０．１μｍ／ｓｅｃ、研削ホイールの送り速度（仕上げ研削）を０．７μｍ／ｓｅｃの加工条件で、SiC（シリコンカーバイド）で形成されるウェーハを研削した。実施例４では、粗砥石層、中間層及び仕上げ砥石層のいずれにもホウ素をドープしたため、破砕性が向上しており、硬いSiCで形成されるウェーハを効果的に研削することができる。ウェーハの研削中、中間層が表出したら砥石をドレッシングして、摩耗した砥石層の次の砥石層を表出させることで、研削ホイールを交換することなく１つの研削ホイールでウェーハに対して粗研削及び仕上げ研削を連続して行えるため、作業時間を短縮することができた。
【実施例５】
【００６０】
図１６に示すように、砥石層を２層以上備え、各砥石層の間に中間層を形成して砥石１４Ａを構成した。砥石１４Ａを構成する砥石層は、上記の砥石１４と同様に、第１砥石層１５と、第２砥石層１６と、第３砥石層１７との３つの砥石層からなり、被加工物の被加工面に対して垂直方向に砥石１４Ａの下端側から第１砥石層１５、第２砥石層１６、第３砥石層１７の順に積層されている。砥石１４Ａでは、第１砥石層１５と第２砥石層１６との間に中間層１８ａが介在し、第２砥石層１６と第３砥石層１７との間に中間層１８ｂが介在し、図示しない環状基台と第３砥石層１７との間にも中間層１８ｃが介在している。このように、砥石１４Ａでは、例えば仕上げ研削に用いられる第３砥石層１７の上にも中間層１８ｃを設けたことにより、第３砥石層１７による加工の終了を検出できる。
【００６１】
このように構成される砥石１４Ａを環状基台の自由端部に接着固定して研削ホイールを形成し、所定の加工条件で例えばシリコンウェーハを研削した。シリコンウェーハの研削中、中間層１８ａ，１８ｂが表出したら砥石１４Ａをドレッシングして、摩耗した砥石層の次の砥石層を表出させ、研削ホイールを交換することなく１つの研削ホイールでウェーハに対して研削・研磨を連続して行える。そして、中間層１８ｃが表出した時点で第３砥石層１７が消失したものとして、新たな砥石を研削ホイールに装着すればよい。
【実施例６】
【００６２】
図１７に示すように、１層の砥石層１９を備え、砥石層１９の上に中間層１８ｄを形成して砥石１４Ｂを構成した。中間層１８ｄは、図示しない環状基台と砥石層１９との間に介在している。このように、砥石１４Ｂにおいても、砥石層１９の上に中間層１８ｄを設けたことで、砥石層１９による加工の終了を検出できる。
【００６３】
砥石１４Ｂは、焼結砥石または電鋳砥石からなる。焼結砥石で砥石１４Ｂを形成する場合は、例えば、ビトリファイドボンド、メタルボンド、レジンボンドのいずれか一つにホウ素をドープしたダイヤモンド砥粒を混錬し焼結して形成した。メタルボンドとしては、銅と錫合金であるブロンズを主成分とし、コバルト、ニッケル等を混入したものを使用した。レジンボンドとしては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を使用した。電鋳砥石で砥石１４Ｂを形成する場合には、例えば、ホウ素をドープしたダイヤモンド砥粒をニッケルメッキで固定して砥石層１９を形成した。
【００６４】
ビトリファイドボンドで砥石１４Ｂを形成する場合は、例えば平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイヤモンド砥粒（体積比で１０〜２０％）とフィラーとしての平均粒径１μｍのSｉC粒子（体積比で３５〜２５％）とをビトリファイドボンドに混錬して直方体形状に砥石層１９を成形し、例えば７００℃〜８００℃で約１時間焼結して形成した。
【００６５】
メタルボンドで砥石１４Ｂを形成する場合は、例えば平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイヤモンド砥粒（体積比で１０〜２０％）とフィラーとしての平均粒径１μｍのSｉC粒子（体積比で３５〜２５％）とを、ブロンズを主成分とし、コバルト、ニッケル等を僅かに混入したメタルボンドに混錬して直方体形状に砥石層１９を成形し、例えば７００℃〜８００℃で約１時間焼結して形成した。
【００６６】
レジンボンド（例えばフェノール樹脂）で砥石１４Ｂを形成する場合は、例えば平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイヤモンド砥粒（体積比で１０〜２０％）とフィラーとしての平均粒径１μｍのSｉC粒子（体積比で３５〜２５％）とをレジンボンドに混錬して直方体形状に砥石層１９を成形し、例えば１８０℃で約８時間焼結して形成した。
【００６７】
このように構成される砥石１４Ｂを環状基台の自由端部に接着固定して研削ホイールを形成し、例えば、スピンドル回転数を１０００ｒｐｍ、チャックテーブル回転数を５００ｒｐｍ、研削ホイールの送り速度を０．２μｍ／ｓｅｃの加工条件で、例えば厚さ３００μｍのサファイアウェーハを研削した。これにより、サファイアウェーハに割れやムシレなどが発生することなく研削可能となる。そして、中間層１８ｄが表出した時点で砥石層１９が消失したものとして、新たな砥石を研削ホイールに装着すればよい。
【符号の説明】
【００６８】
１：研削装置  ２：装置ベース  ３：コラム  ４：チャックテーブル  ４ａ：保持面
５：カバー  ６：研削手段  ７：スピンドル  ８：スピンドルハウジング
９：ホルダ  １０：モータ  １１：ホイールマウント  １２：研削ホイール
１３：環状基台  １３ａ：ホイールマウント装着面  １３ｂ：自由端部
１４，１４Ａ，１４Ｂ：砥石  １５：第１砥石層  １５０：第１砥粒  １６：第２砥石層
１６０：第２砥粒  １７：第３砥石層  １７０：第３砥粒
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ：中間層  １９：砥石層
２０：研削送り手段  ２１：ボールネジ  ２２：モータ  ２３：ガイドレール
２４：昇降板
３０：厚み測定ゲージ  ３１：ワークハイトゲージ  ３１ａ：先端
３２：テーブルハイトゲージ  ３２ａ：先端
４０：ドレッシング手段  ４１：保持テーブル  ４１０：下面
４２：位置付け機構  ４２０：ボールネジ  ４２１：モータ  ４２２：ロッド
４３：ドレッサーボード  ４３ａ：上面
４４：基台  ４４ａ：上面  ４５：規制部材  ５０：制御部
【図１】
2017148874.tif 000007
【図２】
2017148874.tif 000008
【図３】
2017148874.tif 000009
【図４】
2017148874.tif 000010
【図５】
2017148874.tif 000011
【図６】
2017148874.tif 000012
【図７】
2017148874.tif 000013
【図８】
2017148874.tif 000014
【図９】
2017148874.tif 000015
【図１０】
2017148874.tif 000016
【図１１】
2017148874.tif 000017
【図１２】
2017148874.tif 000018
【図１３】
2017148874.tif 000019
【図１４】
2017148874.tif 000020
【図１５】
2017148874.tif 000021
【図１６】
2017148874.tif 000022
【図１７】
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