CN103203682A - 研磨刷以及研磨加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研磨刷，利用一部该研磨刷就能够长期进行所期望的粗加工与精加工。本发明的研磨刷是被旋转部件旋转驱动从而对研磨工件的表面进行研磨的研磨刷（10），其中，该研磨刷（10）包括：基体部（20），该基体部（20）与旋转部件连结；多个刷部（30、40），上述刷部（30、40）通过捆扎含有磨粒的多根刷毛材料（31、41）而形成，且该刷部（30、40）的基端与基体部的底面连结，配置在基体部的中心侧的刷部（30）所含有的磨粒的粒度比配置在基体部的周边侧的刷部（40）所含有的磨粒的粒度大。

Description

研磨刷以及研磨加工方法

技术领域

本发明涉及一种研磨刷以及研磨加工方法，更详细地说，涉及一种被旋转部件旋转驱动从而对工件的表面进行研磨的研磨刷、以及使用了这种研磨刷的研磨加工方法。

背景技术

为了对金属材料、非金属材料等工件的表面进行研磨加工而广泛地使用研磨刷。通常，在这种研磨加工中，首先利用研磨力较高的研磨工具进行粗磨，之后利用研磨力较低的研磨工具进行精磨，调整工件的表面的性能。

例如，在专利文献1所记载的研磨装置中，排列配置安装有研磨力较高的研磨刷的粗磨用研磨工具、和安装有研磨力较低的研磨刷的精加工用研磨工具，通过使工件依次与这些研磨工具的研磨刷接触来进行粗磨与精磨。

此外，在专利文献2中公开有将粗磨用磨石和精磨用磨石形成为一体的砂轮。

此外，在专利文献3中公开有将粒度不同的磨粒层形成为环状的砂布纸。

除此之外，在专利文献4中公开有呈环状粘着有粒度不同的磨粒层的砂纸。

此外，在专利文献5中公开有如下研磨工具：该研磨工具包括含有磨粒的橡胶制的杯型的外周研磨工具主体、以及与外周研磨工具主体呈同心状地配置在该外周研磨工具主体的内侧的杯型旋转刷。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO 2009／084101小册子

专利文献2：日本实开平03－044556号公报

专利文献3：日本特开昭59－024965号公报

专利文献4：日本实开平02－063965号公报

专利文献5：日本特开2003－181766号公报

但是，对于专利文献1的研磨装置，由于是各个研磨工具分别需要使研磨刷旋转的旋转部件的多个研磨工具，因此难以使研磨装置小型化。并且，为了使各个旋转工具旋转而需要较多的能量。

此外，专利文献2的技术方案是磨石的技术方案，由于磨石通过利用结合材料等使磨粒彼此结合而构成，因此研磨表面没有弹性，与研磨刷相比，存在研磨加工后的表面粗糙度增大的倾向。

此外，专利文献3的技术方案是砂布纸的技术方案。通常，砂布纸使用于镜面精加工等精密研磨，不适用于如粗磨这种需要较大的研磨力的研磨加工。而且，难以长期维持研磨力。

除此之外，专利文献4的技术方案是砂纸的技术方案。虽然与砂布纸相比，砂纸能够使用更大粒度的磨粒，从而能够获得更大的研磨力，但由于是利用粘接剂等将磨粒粘着在作为基材的纸上的，因此磨粒层较薄，难以长期维持研磨力。

如此，在磨石、砂布、砂纸等研磨部件中，由于伴随研磨加工而产生的切削粉末、磨损了的磨粒进入到研磨部件的磨粒之间而引起堵塞，因此难以长期进行研磨。

此外，在专利文献5的研磨工具中，由于外周研磨工具主体是橡胶制，因此与研磨刷相比柔软性较低，难以获得平滑的精加工表面。

发明内容

因此，期望出现利用一部研磨刷就能够长期进行所期望的粗加工与精加工的研磨刷。

本发明提供一种研磨刷，该研磨刷被旋转部件旋转驱动，从而对工件的表面进行研磨，其中，上述研磨刷包括：

基体部，该基体部与旋转部件连结；以及

多个刷部，该刷部通过捆扎含有磨粒的多根刷毛材料而形成，且该刷部的基端与上述基体部的底面连结，

配置在上述基体部的中心侧的刷部所含有的磨粒的粒度比配置在上述基体部的周边侧的刷部所含有的磨粒的粒度大。

虽然与含有粒度较大的磨粒的刷毛材料相比，含有粒度较小的磨粒的刷毛材料的研磨力较低，但是能够减小工件的表面粗糙度Ry（JIS B0601：1994）。

因而，如本发明所述，在配置于基体部的中心侧的刷部所含有的磨粒的粒度比配置于上述基体部的周边侧的刷部所含有的磨粒的粒度大的研磨刷中，通过使工件与研磨刷进行相对移动，能够利用一部研磨刷进行粗磨和精磨。

根据本发明的其他优选方式，

上述刷部以装卸自如的方式安装于上述基体部。

根据这种结构，由于在因进行研磨加工而消耗了刷毛材料时能够仅更换刷部，因此维护性较好。

根据本发明的其他优选方式，

上述刷部包括：第1刷部，该第1刷部具有包含粗磨粒的刷毛材料，且配置在该该刷部的中心侧；以及第2刷部，该第2刷部具有包含与上述粗磨粒相比具有更细的粒度的磨粒的刷毛材料，且配置在该该刷部的周边侧，

上述第1刷部与上述第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是F240～#800（JIS R6001：1998）。

若上述第1刷部与第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度之差过大，则虽然难以利用第2刷部减小因由上述第1刷部进行的研磨而产生于工件的表面的较大的凹凸，但是根据上述结构，能够利用第2刷部充分地减小工件的表面粗糙度Ry。

根据本发明的其他优选方式，

多个上述第1刷部呈环状排列于上述基体部的底面，

多个上述第2刷部在上述基体部的底面的、多个上述第1刷部的径向外侧位置呈环状排列，且与多个上述第1刷部呈同心状。

根据本发明的其他优选方式，

上述第1刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是F240～#500，

上述第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是#800～#1100。

根据本发明的其他优选方式，

由上述第2刷部进行的研磨区域的面积相对于由上述第1刷部进行的研磨区域的面积之比是1.0～3.0。

为了利用具有研磨力不同的多个刷部的一部研磨刷来进行粗磨、精磨等多个阶段的研磨，需要各个刷部以相同的研磨加工条件（工件的相对移动速度、研磨刷的转速等）进行预定的研磨。根据上述结构，第1刷部以及第2刷部分别能够进行预定的研磨。

根据本发明的其他优选方式，

在上述第2刷部的径向外侧位置，以与上述第2刷部呈同心状的方式配置有多个第3刷部，上述多个第3刷部具有刷毛材料，上述多个第3刷部的刷毛材料包含与上述第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒相比粒度更细的磨粒，

上述第3刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是#800～#1200。

根据这种结构，虽然根据工件的性能（材质、表面状态等）的不同，存在无法仅利用两个阶段的研磨加工就将工件表面加工至目标表面粗糙度Ry的情况，但根据上述结构，能够将工件的表面加工至目标表面粗糙度Ry。

根据本发明的其他优选方式，

上述基体部具有用于对上述刷部从上述基体部突出的突出长度进行调整的机构。

由于本发明的研磨刷包含研磨力不同的刷部，因此刷部的磨损速度不同。根据上述结构，能够按照每一个刷部调节刷部的突出长度，从而能够始终使研磨刷的研磨能力恒定。

根据本发明的其他优选方式，

上述刷毛材料是包含磨粒的聚酯树脂的单丝，

上述聚酯树脂含有60摩尔％以上的2、6－萘二甲酸乙二醇酯单元，其丝直径是φ0.4mm～φ1.0mm，

上述磨粒的量相对于上述聚酯树脂的100重量单位为10～40重量单位。

如上述那样，通过将刷毛材料的材料设为由含有60摩尔％以上的2、6－萘二甲酸乙二醇酯单元的聚酯树脂制成的单丝，并且将其丝直径设为φ0.4mm～φ1.0mm，由此能够兼备较高的研磨力与不易折断的性能。

进而，相对于上述刷毛材料的树脂100重量单位，使上述刷毛材料中含有10重量单位以上的磨粒，由此能够从单丝表面暴露充足的磨粒，因此能够提高研磨力。

根据本发明的其他的优选方式，

上述磨粒是在表面上覆盖有镍、或以镍为主要成分的合金的金刚石颗粒。

通过利用镍、或以镍为主要成分的金属覆盖金刚石颗粒的表面而在涂层的表面形成凹凸，由于该凹凸产生固定效果，因此在研磨加工中，该金刚石颗粒难以从刷毛材料脱落，能够长期维持较高的研磨力。

根据本发明的其他优选方式，

上述工件利用从由硅、陶瓷、石英、蓝宝石、砷化镓、磷化镓、氮化镓、碳化硅单晶、钽酸锂、铌酸锂、磷化铟组成的硬脆性材料组选择的材料形成。

硬脆性材料是虽然硬度较高但耐冲击较弱的材料。因此，对于研磨刷的刷毛材料，要求兼备针对利用高硬度的材料形成的工件的充分的研磨力、和不会因研磨加工时的冲击而产生碎片、缺口的柔软性。根据上述结构，能够不使硬脆性材料产生碎片、缺口地进行研磨加工。

本发明的其他优选方式提供一种研磨加工方法，

该研磨加工方法利用上述结构的研磨刷进行上述工件的表面的研磨加工，其中，上述研磨加工方法包括：

利用上述旋转部件使上述研磨刷旋转的工序；

使上述工件相对于上述刷部向一个方向相对移动的工序；

使上述研磨刷的刷毛材料与正在移动的上述工件的表面相接触，从而利用上述第1刷部的上述刷毛材料进行粗磨的工序；以及

在进行粗磨之后，利用上述第2研磨区域中的上述刷毛材料B对正在移动的上述工件进行精磨的工序。

根据这种结构，能够依次进行基于第1刷部的粗磨和基于第2刷部的精磨。

本发明的其他优选方式提供一种研磨加工方法，

该研磨加工方法利用上述结构的研磨刷进行上述工件的表面的研磨加工，其中，上述研磨加工方法包括：

使上述研磨刷旋转的工序；

使上述工件相对于上述研磨刷的研磨面向一个方向相对移动的工序；

利用上述第1刷部对正在移动的上述工件的表面进行粗磨的工序；

利用上述第2刷部对正在移动的上述工件的表面进行第1精磨的工序；以及

利用上述第3刷部对正在移动的上述工件的表面进行第2精磨的工序。

根据这种结构，能够依次进行基于第1刷部的粗磨、基于第2刷部的第1精磨、以及基于第3刷部的第2精磨。

根据本发明的其他优选方式，

上述工件利用从由硅、陶瓷、石英、蓝宝石、砷化镓、磷化镓、氮化镓、碳化硅单晶、钽酸锂、铌酸锂、磷化铟组成的硬脆性材料组选择的材料形成，利用进行粗磨的工序去除上述工件的表面的微小裂纹，利用进行上述精磨的工序使上述工件的表面的凹凸变得平滑。

根据本发明的其他优选方式，

上述工件利用由硅、陶瓷、石英、蓝宝石、砷化镓、磷化镓、氮化镓、碳化硅单晶、钽酸锂、铌酸锂、磷化铟组成的硬脆性材料组选择的材料形成，

利用进行上述粗磨的工序去除该工件的表面的微小裂纹，利用进行上述第1精磨的工序使上述工件的表面的凹凸变得平滑，利用进行上述第2精磨的工序使上述工件的表面的凹凸变得进一步平滑。

在制造使用于半导体基板、光学基板等的晶片时的前工序中对利用硬脆性材料形成的工件进行研磨加工。在这种工件的表面存在微小裂纹，若在此状态下直接进行用于形成晶片的切片加工，则会产生以该微裂纹作为基点的碎片、缺口，产生缺陷品。因此，优选的是，在切片加工之前，进行用于去除微裂纹的粗磨加工、和用于利用研磨加工使在粗磨加工中产生的凹凸变得平滑并且调整表面粗糙度的一次或二次精磨加工。

上述结构的研磨刷能够适当地在此类加工中使用。

本发明提供了一种研磨刷，利用一部该研磨刷就能够长期进行所期望的粗加工与精加工。

此外，由于不需要将多部研磨刷配置在刷加工装置，因此能够使刷加工装置小型化。

此外，由于使研磨刷旋转的动力源也只需一台即可，因此能够节省动力，并能有助于实现节能。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的研磨刷的纵剖视图。

图2是图1的研磨刷的仰视图。

图3是表示安装在图1的研磨刷上的第1刷部以及第2刷部的结构的示意性的侧视图。

图4是表示在基于图1的研磨刷的研磨加工方法中使用的刷加工装置的结构的图。

图5是在图4的刷加工装置中使用的架台的立体图。

图6是本发明的第2实施方式的研磨刷的纵剖视图。

图7是图6的研磨刷的仰视图。

图8是对本实施方式的研磨刷所使用的石英晶片的制造过程进行说明的图。

具体实施方式

接着，参照附图对本发明的第1实施方式的研磨刷10以及安装有该研磨刷的刷加工装置结构进行说明。图1是研磨刷10的纵剖视图，图2是研磨刷10的仰视图。另外，只要没有特别事先说明，本文中的上下左右方向就是指图中的方向。

本实施方式的研磨刷10具有基体部20和安装于该基体部20的多个第1刷部30及第2刷部40。第1刷部30与第2刷部40除了刷毛材料所含有的磨粒的粒度以外基本相同。第1刷部30的末端形成能够进行粗加工的第1研磨区域，第2刷部40的末端形成能够进行精加工的第2研磨区域。

图3是表示安装于研磨刷10的第1刷部30以及第2刷部40的结构的示意性的侧视图。

如图3所示，第1刷部30包括第1刷毛材料束32和第1刷保持件33，其中，上述第1刷毛材料束32通过将包含磨粒的多根第1刷毛材料31捆扎成圆柱状而成。对于第1刷毛材料束32，外周部32a由捆扎部34覆盖，基端部32b插入到第1刷保持件33的插入孔33a中，利用粘接剂固定在插入孔33a内。

与第1刷部30相同，第2刷部40也包括第2刷毛材料束42和第2刷保持件43，其中，上述第2刷毛材料束42通过将包含磨粒的多根第2刷毛材料41捆扎成圆柱状而形成。对于第2刷毛材料束42，外周部42a由捆扎部44覆盖，基端部42b插入到第2刷保持件43插入孔43a中，利用粘接剂固定在插入孔43a内。

第1及第2捆扎部33、44由橡胶、硅橡胶，聚氯乙烯等树脂材料构成，通过覆盖第1及第2刷毛材料束32、42的外周面32a、42a来捆扎第1及第2刷毛材料31、41。

如图3所示，第1及第2捆扎部34、44以使刷毛材料束32、42的刷毛材料31、41的末端部分暴露的状态覆盖刷毛材料束32、42的外周面32a、42a整体。

在使树脂材料附着于捆扎后的刷毛材料的工序中，在将临时固定器具安装于捆扎后的刷毛材料31、41的末端部的状态下，在刷毛材料束32、42的外周面32a、42a涂覆树脂材料，在使涂覆的树脂干燥、硬化从而形成捆扎部34、44之后，拆除临时固定器具。

构成刷毛材料束31、41的刷毛材料是由包含磨粒的树脂构成的截面为圆形的单丝，上述磨粒通过在金刚石颗粒的表面涂敷镍、或以镍为主要成分的合金而成。该单丝通过对混有预定量的磨粒的树脂材料进行熔融拉丝并根据需要进行拉伸而制成。

刷毛材料31、41是利用这种单丝构成的高刚性的细线状构件。

虽然树脂的种类没有特别限定，但优选为聚酯树脂。聚酯树脂的材质比一直以来作为刷毛材料而使用的尼龙树脂等材质更硬，由于毛的刚性较强，因此能够增大研磨刷的研磨力。

在本实施方式中使用的聚酯树脂是含有60摩尔％以上的2、6－萘二甲酸乙二醇酯单元的聚合物，能够适用聚萘二甲酸乙二醇酯树脂。因为由含有60摩尔％以上的2、6－萘二甲酸乙二醇酯单元的聚酯树脂形成的单丝刚性较高，且能够增大研磨力，因此比较理想。

若该聚萘二甲酸乙二醇酯树脂不足40摩尔％，则可以含有对苯二酸、间苯二酸、邻苯二甲酸等二羟酸成分、乙二醇、丙二醇、1，4－丁二醇等二醇成分。

刷毛材料（单丝）31、41的丝直径优选为0.4mm～1.0mm的范围。在丝直径不足0.4mm的情况下，由于刷毛材料31、41的刚性降低，因此无法获得充分的研磨力。此外，在丝直径超过1.0mm的情况下，刷毛材料31、41的刚性过高，较脆且易折断。

作为第1及第2刷毛材料31、41所含有的磨粒，优选通过在金刚石颗粒的表面涂敷镍、或以镍为主要成分的合金而形成的磨粒。如后述那样，第1刷毛材料31所含有的磨粒的粒径与第2刷毛材料41所含有的磨粒的粒径不同。在本实施方式中，使用通过非电解镀层将镍涂敷在金刚石颗粒表面的磨粒。

虽然在磨粒中使用的金刚石颗粒通常为非定形，但是由于其表面的凹凸（粗糙度）较小，因此在使金刚石颗粒直接包含于树脂材料的情况下，该金刚石颗粒与树脂材料之间的结合力较小，在研磨过程中容易从刷毛材料脱落。通过在金刚石颗粒的表面涂敷镍、或以镍为主要成分的合金，由于在涂层的表面形成有比金刚石颗粒表面的凹凸更大的凹凸，因此产生针对树脂材料的固定效果，磨粒难以从刷毛材料脱落。由此，能够长期以较高的研磨力进行研磨。

作为涂敷法，除了在本实施方式中采用的非电解镀层以外，也可以采用在进行溅射之后进行电解镀层的方法、利用机械合金化法使镀层材料物理附着的方法等。

在此，所涂敷的镍、或以镍为主要成分的合金的量优选为磨粒整体的45重量％～65重量％。在合金的量小于45重量％的情况下，由于没有充分地形成磨粒表面的凹凸，因此磨粒与刷毛材料之间的结合力较小，其结果是，在研磨过程中磨粒的脱落增多，研磨效率降低。此外，在合金的量大于65重量％的情况下，由于磨粒表面的暴露比例减少，因此研磨效率降低。

若增大在磨粒中使用的金刚石颗粒的粒直径，则研磨力增大，能够提高研磨效率。另一方面，若减小上述金刚石颗粒的粒直径，虽然无法获得较大研磨力，但是能够减小被研磨物的表面粗糙度。

金刚石颗粒的平均粒直径优选为5μm～150μm。在平均粒直径不足5μm的情况下，无法获得充分的研磨力，在平均粒直径超过150μm的情况下，刷毛材料的单丝的强度降低且易折断。

如上述那样，第1刷部30是进行粗磨的刷部，第2刷部40是进行精磨的刷部。因此，第1刷部30的刷毛材料束31的刷毛材料所包含的磨粒（“磨粒1”）的粒度比第2刷部40的刷毛材料束41的刷毛材料所包含的磨粒（“磨粒2”）的粒度粗。

若磨粒1与磨粒2的粒度之差较大，则会产生如下问题：在第1刷部30与第2刷部40之间，刷毛材料的损耗量之差别增大，难以用第2刷部40将利用第1刷部30形成在工件表面上的凹凸减小至所期望的表面粗糙度。

因此，在本实施方式中，将磨粒1的粒度设定为F240～#500，将磨粒2的粒度设定为#500～#800。

优选的是，第1及第2刷毛材料31、41所包含的磨粒的量为使刷毛材料（聚酯树脂）相对于100重量单位占10～40重量单位。在刷毛材料不足10重量单位的情况下，由于无法从刷毛材料31、41的表面暴露足够量的磨粒，因此无法获得充分的研磨力，在刷毛材料超过40重量单位的情况下，刷毛材料的强度降低且易折断。

在本实施方式中，虽然使用对金刚石颗粒实施涂层后的磨粒，但根据工件的材质、形状以及加工目的，也能够使用其他颗粒来替代金刚石颗粒。

例如，在工件是比较易于切削的材质的情况下，通常，也可以使用在切削加工中使用的磨粒（例如，氧化铝类磨粒（钢铝石）、碳化硅类（金刚砂）、氧化锆氧化铝类磨粒）。

对于第1及第2捆扎部34、44，由于对构成第1及第2刷毛材料束32、42的刷毛材料31、41进行捆扎来限制朝向研磨方向的变形，因此即使加长刷毛材料31，也能够在毛末端侧获得充分的刚性。

由此，研磨刷10能够获得较高的研磨力。此外，由于第1及第2捆扎部34、44利用树脂材料构成，因此，随着第1及第2刷毛材料31、41的末端部不因进行研磨而不断消耗，第1及第2捆扎部34、44的末端断裂或不断磨损，能够维持所期望的刚性，并且使第1及第2刷毛材料41的末端暴露从而进行研磨。

在此，第1及第2捆扎部34、44并不限于通过涂覆树脂材料而形成，也可以通过对胶带、管等进行加热等使其紧密结合而形成。

此外，只要能够充分地获得第1及第2刷毛材料31、41的刚性，则不需要覆盖第1及第2刷毛材料束32、42的外周部32a、42a的整体，从而能够任意地设定第1及第2捆扎部34、44的长度、刷毛材料束32、42在外周面32a、42a上的配置位置。

接着，说明研磨刷10的基体部20的结构。

如图1以及图2所示，研磨刷10的基体部20包括：驱动轴21，该驱动轴21具有圆柱状的轴部S、和设在轴部S的上端并与旋转部件连结的凸缘F；第1旋转盘22，该第1旋转盘22与驱动轴21的轴部S连结；以及第2旋转盘23，该第2旋转盘23配置在凸缘F与第1旋转盘22之间，且与轴部S相连结。

第2旋转盘23具有圆形形状，且在设于中央的凸台部23a设有内径与轴S的外径大致相等的贯通孔23b。在轴S贯穿贯通孔23b的状态下，将螺栓B 1拧入形成于凸台部23a且沿径向延伸的螺纹孔23c内，由此第2旋转盘23被固定于驱动轴21。

第1旋转盘22是直径比第2旋转盘23的直径小的圆盘状构件。在第1旋转盘22上利用螺栓B6固定有调整器具27。上下位置调整用的螺栓28以能够转动的方式连结于该调整器具27。由于该螺栓28贯穿形成在第2旋转盘23的内螺纹部，因此第1旋转盘22借助该螺栓28固定在第2旋转盘23上，进而固定在驱动轴21上。

基体部20还包括：辅助引导板24，该辅助引导板24位于第1旋转盘22的下方，且利用螺栓B2连结于轴部S；以及引导板26，该引导板26配置于轴部S的末端，利用螺栓B 3隔着底板25连结于轴部S。

在第1旋转盘22的下表面的外周部呈环状排列有多个第1孔部22a，上述多个第1孔部22a用于将第1刷部30配置为装卸自如。在第1孔部22a内配置有磁体（未图示）。

第1孔部22a收纳第1刷部30的刷保持件33的基端部33b，并利用磁体将该基端部33b固定在内部。进一步利用沿径向延伸的螺栓B4对插嵌于第1孔部22a的第1刷部30进行固定。

在第2旋转盘23的外周部呈环状排列有多个第2孔部23a，上述多个第2孔部23a用于将第2刷部40配置为装卸自如。在第2孔部23a内配置有磁体（未图示）。

第2孔部23a收纳第2刷部40的刷保持件43的基端部43b，并利用磁体将该基端部43b固定在内部。进一步利用沿径向延伸的螺栓B 5对插嵌于第2孔部23a的第2刷部40进行固定。

引导板26以及辅助引导板24具有贯通孔，该贯通孔具有比第1及第2刷部30、40的刷毛材料束42的外径稍大的内径，该贯通孔在横向支承安装于第1及第2旋转盘22、23的第1及第2刷部30、40的第1及第2刷毛材料束32、42。

在研磨过程中，虽然第1及第2刷部30、40的第1及第2刷毛材料束32、42因与工件表面之间的阻力而向与旋转方向相反的方向弯曲，但是，由于利用引导板26、辅助引导板24的贯通孔来限制刷毛材料束的弯曲，因此不会发生折损。辅助引导板24的个数可以根据需要适当地改变。

在本实施方式的研磨刷10中设有用于调整刷部30、40的突出长度的机构，且构成为能够补偿因研磨所导致的磨损而变短的刷毛材料31、41的长度。

即，在研磨刷10中，通过松开螺栓B 1，使第1及第2旋转盘22、23向下方移动，由此能够使安装于第1及第2旋转盘22、23的第1及第2刷部30、40向下方移动。能够利用该动作将刷毛材料31、41自基体部20的突出长度始终维持为恒定。

在第1旋转盘22的下表面利用螺栓B6固定有调整器具27。如上述那样，调整器具27具备螺栓28，该螺栓28贯穿第2旋转盘23，从第2旋转盘23的上表面向上方突出。在螺栓28上安装有螺母N，通过旋转螺母N，能够使第1旋转盘22相对于第2旋转盘23上下移动。

当利用调节器具27在第1刷毛材料31与第2刷毛材料41之间使消耗量产生差异时，能够根据消耗量单独调整刷毛材料31、41从基体部20突出的突出长度，能够使刷毛材料A31与刷毛材料B41的突出长度相同。

在本实施方式的研磨刷10中，所有的第2刷部40的末端部分的总面积（第2研磨区域的面积）、与所有的第1刷部30的末端部分的总面积（第1研磨区域的面积）之比（“第2研磨区域的面积”／“第1研磨区域的面积”）设定为1.0～3.0。

通过如此设定，能够分别利用第1刷部以及第2刷部进行预定的研磨。

另外，虽然本实施方式的研磨刷构成为通过捆扎刷毛材料来形成刷部，但是也可以采用将刷毛材料直接固定于引导板或第1旋转盘或第2旋转盘的结构。在该结构中，一并更换供刷毛材料消耗且固定有刷毛材料的上述引导板、第1旋转盘、第2旋转盘。

接着，以在太阳能电池板中使用的硅块的外周面的研磨为例，对利用本实施方式的研磨刷10进行的研磨加工方法进行说明。

众所周知，硅块具有结晶类与非晶类这两种。结晶类的硅块通过如下方法获得：在对利用C Z法（Czochralski、直拉单晶制造法）、火焰熔融法进行增长而形成的圆柱状的硅锭的两端部进行切割并切割成适当的长度之后，以在角部保留上述圆柱的外周面的方式进行切割，形成四边柱状。

非晶类的硅块以如下方法获得：在将熔融的原料灌入铸模内并成型之后，利用钢丝锯或带锯将四边柱状的硅锭切割成适当的大小。

在此，以非晶类的硅块的研磨为例，说明研磨加工方法。

首先，对在利用本实施方式的研磨刷10进行的研磨加工方法中使用的刷加工装置60的结构进行说明。图4是表示在利用本实施方式的研磨刷10进行的研磨加工方法中使用的刷加工装置60的结构的图。

如图4所示，刷加工装置60包括：刷单元61，该刷单元61使研磨刷10的凸缘F与马达等旋转部件M的旋转轴连结；把持部件62，该把持部件62在预定的位置把持工件W；移动部件（未图示），该移动部件使得用于检测工件W的高度位置的高度位置检测部件63、刷单元61以及设置有高度位置检测部件63的基体部66沿左右方向移动；以及控制部件64，该控制部件64具有计算机，向该计算机输入工件W的加工表面的高度位置与加工条件，从而该计算机对装置整体进行控制。

高度位置检测部件63与刷单元61一起设置于基体部66。此外，移动部件由设在固定有刷单元61、高度位置检测部件63的基体部66的背面的齿轮齿条机构等构成。

首先，使用具有加工目标尺寸的精加工件（硅块）MW来测量加工目标尺寸。起初，使载置有精加工件MW的架台65上升，将精加工件MW配置在图4中利用双点划线表示的位置。

此时，虽然为了设定精加工件MW的纵深方向（图4中的与纸面正交的方向）的中心位置而使用图5所示那样的架台65，但是也可以使用机械设定的部件（例如，通过使中心位置设定部件从精加工件MW的两个侧面侧（图5中的与纸面正交的方向的两侧）突出来设定中心位置）。

接着，利用把持部件62的把持器具62a把持精加工件MW的两个端面。具体地说，在将右侧的把持器具62a的左侧端面配置在基准位置BP的状态下，使左侧的把持器具62a向右方前进，在基准位置把持精加工件MW。

接着，使架台65下降至图4所示的位置。

使基体部66向左方移动，使得高度位置测量部件63位于精加工件MW的上方，利用安装于基体部66的高度位置检测部件63测量精加工件MW的高度位置，即加工目标尺寸。在测量精加工件MW的高度位置之后，基体部66返回原来的位置（动作开始位置）。

虽然本实施方式的高度位置测量部件63是通过使测头下降并与工件接触来测量工件的高度位置的接触式高度位置测量部件，但也可以是其他方式，例如非接触式的高度位置测量部件。所测量的高度位置、即加工目标尺寸被自动地输入到控制部件64。

另一方面，精加工件配置在上升后的架台65上，解除基于把持器具62a的把持。

接着，将精加工件MW更换为细长的长方体状的未加工的工件W，利用把持器具62a把持工件W，使基体部66移动至工件W的上方，利用高度位置测量部件63测量工件W的高度位置。所测量的高度位置被自动地输入到控制部件64。在测量工件W的高度位置之后，基体部66进一步向左方（研磨开始位置）移动。

通过计算精加工件MW的高度位置、工件W的高度位置、以及预先手动输入到控制部件的对研磨刷10的切削量，由此确定使刷单元61朝向工件的表面向下方移动的量。

具体地说，将｛（“精加工件MW的高度位置”－“工件W的高度位置”）／2＋切削量｝的值设为刷单元61朝向下方移动的移动量。

另外，所谓“高度位置”表示距离基准面的高度（上下方向距离）。

此外，所谓“切削量”指的是，在研磨开始前使研磨刷10的末端、即刷部30、40的末端与工件初次接触之后、研磨刷10朝向工件送出的长度。

接着，利用控制部件64输出基于计算结果的信号，使刷单元61向下方移动预定的距离。利用气缸等机构实现该下方移动。

此外，预先向控制部件64手动输入研磨刷10的旋转速度、工件W的移动速度等加工条件。根据这些加工条件并利用控制部件64输出信号，控制刷加工装置60的动作。

在进行加工时，根据来自控制部件64的信号，以预定的转速使研磨刷10旋转，并且一边以预定速度使基体部66从研磨开始位置朝向右方向移动，一边使正在旋转的研磨刷10的刷毛材料与工件W的表面接触，对工件W的表面进行研磨。

工件W因移动而依次与第1刷毛材料31、第2刷毛材料41接触，完成粗磨与精磨。

若基体部66通过工件W的上方位置而移动至动作开始位置，则研磨刷10的旋转停止，刷单元61上升。之后，在架台65上升并将工件W载置于架台65之后，把持部件62a后退，解除对工件W的把持。

接着，在使工件W以长度方向轴线为中心旋转90度并再次利用把持部件62a进行把持之后，使基体部66移动至研磨开始位置，进行与上述相同的研磨。通过重复该作业来完成长方体状的工件W的四个侧面的研磨加工。

在完成四个侧面的研磨加工之后，使工件W以长度方向轴线为中心旋转45度，在使把持部件62a前进并进行把持之后，使基体部66移动至研磨开始位置，以相同的工序进行棱线部的研磨加工。

之后，使工件W进一步旋转90度，依次进行其他的三个棱线部的研磨。如此，完成工件W的四个侧面以及四处棱线部的研磨加工。

上述实施方式采用使基体部66相对于工件W移动的结构，但是也可以使工件W相对于基体部66移动，或者也可以使工件W以及基体部66这两者移动。

此外，在上述实施方式中，虽然采用了在刷加工装置60中仅设有一个刷单元61的结构，但也可以在刷加工装置中设置多个刷单元，以便能够同时研磨工件W的多个侧面。例如，在工件W是四边柱形状的情况下也可以对置配置两个刷单元，以便能够同时对反向的两个侧面进行研磨。

另外，在上述实施方式中，虽然以非晶类的硅块作为工件W，并以其加工为例进行了说明，但是也能够加工出将圆柱状的硅块加工成四棱柱状的结晶类的硅块。在该情况下，由于棱角部形成原来的圆柱的圆弧，因此在将使工件W旋转的部件（以下记述为“工件旋转部件”）设置于把持部件62，对棱角部进行加工时，可以一边使工件W以预定的旋转角度（例如45度）往复旋转运动一边进行研磨。

此外，工件W的形状并不限于四棱柱状。例如，在对结晶类的硅块、蓝宝石块那样的圆柱状的块体进行研磨加工的情况下，也可以将工件旋转部件设置于把持部件62，一边使工件W旋转一边使基体部66移动来进行研磨加工。此外，在对人造石英晶体制材那样的不同形状的块体进行研磨加工的情况下，也可以将把持器具62a的形状改变成与工件W的形状匹配的形状，从而把持工件W来进行研磨加工。

此外，虽然在对工件W的下一个表面进行加工时手动进行旋转，但是也可以在把持部件62上设置工件旋转部件，使上述工件W自动地旋转。

在将用于使工件W旋转的部件设在把持部件62上的情况下，优选的是在测量工件W的高度位置之前，进行调整工件的轴心位置的工序（以下记述为“定心工序”）。

具体地说，利用高度位置检测部件63测量朝上载置在架台上的工件的棱角部高度（H1），使架台65下降并离开工件W，之后，使工件旋转部件旋转180度，使上述朝下的工件W的棱角部朝上，测量该高度（H2），并将该测量结果存储在控制部件64，将相当于其差值的1／2（＝（H1－H2）／2）的高度设为上下方向的定心调整量来进行计算。

在没有进行定心的情况下，在使架台65上升之后，使把持部62a后退，解除对工件W的把持，并且基于上述计算结果使架台65升降。之后，在使把持部62a前进并把持工件W之后，对架台65进行加工，完成定心工序。

接着，说明本发明的第2实施方式的研磨刷。在此，仅说明与第1实施方式的不同点。

图6以及图7是表示第2实施方式的研磨刷100、且与图1及图2相同的纵剖视图及仰视图。

如图6所示，在第2实施方式的研磨刷100中，在第2刷部40的外侧位置呈环状配置有多个第3刷部70。在第3刷部70中，刷毛材料71含有与第2刷部40的磨粒相比粒度更细的磨粒3。在本实施方式中，第3刷部70的磨粒3的粒度是#800～#1200，设定为比磨粒2的粒度小。

根据这种结构，利用由第1刷部30进行的研磨加工来消除工件W的微小裂纹，或使该裂纹充分地变得细微。接着，利用由第2刷部40进行的第1精磨使因由第1刷部30进行的研磨加工而产生的凹凸变平滑。接着，利用由第3刷部70进行的第2精磨加工使由第2刷部30进行的研磨加工后的残余凹凸进一步变平滑，从而能够获得表面粗糙度Ry较小的工件W。

此外，也可以将磨粒1的粒度设为大于#240，将磨粒2的粒度设为#240，将磨粒3的粒度设为#800。根据这种结构，由于即使利用第1实施方式的研磨刷10使研磨刷10与工件W的相对移动速度加快，也能够进行与第1实施方式等同的研磨加工，因此加工效率提高。

优选的是，如果磨粒1的粒度、磨粒2的粒度以及磨粒3的粒度之间的关系为磨粒1＜磨粒2＜磨粒3，则选择第2研磨区域的面积相对于第1研磨区域的面积之比（“第2研磨区域的面积”／“第1研磨区域的面积”）为1.0～3.0，进而选择利用第3刷部70形成的第3研磨区域的面积相对于第2研磨区域的面积之比（“第3研磨区域的面积”／“第2研磨区域的面积”）为1.0～3.0。

根据这种结构，在利用第2刷部40进行研磨之后，能够利用第3刷部70使残留在工件表面上的凹凸达到目标表面粗糙度。

也可以根据工件W的材质、研磨刷10大小，将磨粒的粒度不同的四种以上的刷部配置成同心状。

另外，在配置有三列以上的刷毛材料的情况下，也可以将在径向上相邻的刷部设为包含相同粒度的磨粒的结构。例如，在如上述研磨刷70那样配置有三列刷部的情况下，也可以将磨粒2的粒度与磨粒3的粒度设为大致相同。

在利用第1及第2实施方式的研磨刷加工的具有硬脆性的结晶材料的块体被钢丝锯、带锯切薄之后，通过对切断面进行抛光研磨而能够获得晶片。上述研磨刷可使用于，例如在薄膜太阳能电池板等各种半导体基板中使用的硅晶片、在电子设备、光学基板中使用的石英晶片、在LED基板等中使用的蓝宝石晶片、砷化镓晶片、磷化镓晶片、氮化镓晶片、在功率设备等中使用的碳化硅单晶片、在SAW滤波器中使用的钽酸锂晶片、铌酸锂晶片、在超高速半导体元件中使用的磷化铟晶片等所有的晶片的制造。

此外，如图8所示，经过以下工序得到石英晶片（图8的（F））：利用水热合成法等使结晶生长从而获得人工石英的结晶合成工序（图8（A））、为了明确上述人工石英的轴向而对表面进行磨削从而获得石英块（人造石英晶体制材）的制材加工（图8（B））、与频率特性相应地以预定的角度将完成制材加工后的人工石英切割成薄片的切割工序（图8（C））、利用蜡等将切割后的人工石英彼此粘在一起从而形成块状体（例如50片～70片）的固定工序（图8（D））、为了将上述块状体的外形调整成作为晶片的外形尺寸而进行研磨的外形研磨工序、以及去除上述蜡等的剥离工序（图8的（E））。

第1及第2实施方式的研磨刷除了在切割工序之前的研磨加工中使用以外，也可以在外形研磨工序的研磨加工中使用。

本发明不仅能够抑制因切割工序中的碎片、缺口而造成的缺陷品的产生，也能够抑制在后续工序中产生以微小裂纹为基点而成长为裂纹的粗大裂纹，从容能够抑制缺陷品的产生。

例如在使用石英晶片制造石英振子的情况下，所谓后续工序可列举利以下工序等：利用研磨将石英晶片调整成与频率匹配的厚度的工序、利用蜡等粘合上述石英晶片的工序、将上述石英晶片切割为预定的设计尺寸的工序、为了使振动集中在石英片的中央而对边缘进行磨削的斜面加工、去除上述蜡等的工序、去除加工变质来提高频率精度的蚀刻工序、利用蒸镀法等形成电极的工序、以及在最终调整频率之后封入壳体内的工序。

（实施例）

接着，对使用上述第1实施方式所记载的研磨刷及刷加工装置进行四棱柱状的多晶类硅块的研磨试验的实施例进行说明。

将刷毛材料31所含有的磨粒1的粒度设为#240及#500（由JIS R6001：1998规定），将刷毛材料41所含有的磨粒2的粒度设为#800或#1100。

在研磨刷10的基体部配置有9根～15根具有刷毛材料31的第1刷部30，配置有15根～24根具有刷毛材料41的第2刷部40。

使研磨刷10以1400min－1的转速旋转，并使研磨刷10移动以使得切削量成为0.5mm，并且使作为工件的硅块以20mm／sec的速度移动，进行研磨加工。

在研磨加工后，利用千分尺测量硅块的四个角附近的高度位置，比较该测量结果与研磨加工前的硅块的四个角附近的高度位置，由此测量表面被研磨加工削除的量（削除量）。此外，利用表面粗糙度仪测量表面粗糙度Ry。针对表1所示的条件，分别进行三次式样试验，削除量以及表面粗糙度Ry分别设为三次试验测量结果的平均值。

（表1）

存在于在该试验中使用的硅块的表层的微小裂纹的深度的最大深度约为60μm～80μm。在对该硅块进行研磨的情况下，在磨粒A的粒度为#500的情况下研磨力不足，无法完全消除微小裂纹（比较例4～比较例6）。此外，即使增加具备含有#800的磨粒的刷毛材料的刷部的个数并配置这些刷部，也无法获得充分的研磨力（比较例2）。在本实施例中，在磨粒A的粒度是#240，并且在配置有九个以上的情况下能够获得充分的研磨力（实施例1～实施例4、比较例1）。在配置六根的情况下无法获得充分的研磨力（比较例3）。

并且，为了在研磨后对硅块进行切片加工，优选的是表面粗糙度Ry较小的情况。在实施例1～实施例4中，研磨加工后的表面粗糙度Ry约为1μm，特别是在实施例1中，能够获得0.8μm这样较小的值。在实施例1的情况下，由于能够利用由第2刷部进行的研磨加工充分地使因由刷毛材料A进行的研磨加工而产生的凹凸变平滑，因此，可认为与实施例2～实施例4相比，实施例1的表面粗糙度Ry更小。

比较通过对实施例1的硅块进行切片加工来制作硅晶片的情况下的缺陷品产生率、与从未进行研磨加工的硅块制作硅晶片的情况下的缺陷品产生率，缺陷品的产生率减少了约2％。通过利用本发明的研磨刷进行研磨加工，能够减少制作硅晶片时的缺陷品产生率。

根据以上结果可知，能够利用上述实施方式的研磨刷一次性进行粗磨和精磨。此时，说明了通过根据工件的物理性能、研磨目的而相应地适当选择刷毛材料所含有的磨粒的粒度、面积比，能够更加高效地进行研磨加工。

附图标记说明

10：研磨刷；20：基体部；30：第1刷部；31：第1刷毛材料；32：第1刷毛材料束；33：第1刷保持件；40：第2刷部；41：第2刷毛材料；42：第2刷毛材料束；43：第2刷保持件。

Claims (15)

1.一种研磨刷，该研磨刷被旋转部件旋转驱动，从而对工件的表面进行研磨，其特征在于，

所述研磨刷包括：

基体部，该基体部与旋转部件连结；以及

多个刷部，该刷部通过捆扎含有磨粒的多根刷毛材料而形成，且该刷部的基端与所述基体部的底面连结；

配置在所述基体部的中心侧的刷部所含有的磨粒的粒度比配置在所述基体部的周边侧的刷部所含有的磨粒的粒度大。

2.根据权利要求1所述的研磨刷，其特征在于，

所述刷部以装卸自如的方式安装于所述基体部。

3.根据权利要求1或2所述的研磨刷，其特征在于，

所述刷部包括：第1刷部，该第1刷部具有包含粗磨粒的刷毛材料，且配置在该刷部的中心侧；以及第2刷部，该第2刷部具有包含与所述粗磨粒相比粒度更细的磨粒的刷毛材料，且配置在该刷部的周边侧；

所述第1刷部与所述第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是F240～#800。

4.根据权利要求3所述的研磨刷，其特征在于，

多个所述第1刷部呈环状排列于所述基体部的底面，

多个所述第2刷部在所述基体部的底面的、多个所述第1刷部的径向外侧位置呈环状排列，且与多个所述第1刷部呈同心状。

5.根据权利要求4所述的研磨刷，其特征在于，

所述第1刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是F240～#500。

6.根据权利要求3所述的研磨刷，其特征在于，

由所述第2刷部进行的研磨区域的面积相对于由所述第1刷部进行的研磨区域的面积之比是1.0～3.0。

7.根据权利要求4所述的研磨刷，其特征在于，

在所述第2刷部的径向外侧位置，以与所述第2刷部呈同心状的方式配置有多个第3刷部，所述多个第3刷部具备刷毛材料，所述多个第3刷部的刷毛材料包含与所述第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒相比粒度更细的磨粒，

所述第3刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是#800～#1200。

8.根据权利要求1所述的研磨刷，其特征在于，

所述基体部具有用于对所述刷部从所述基体部突出的突出长度进行调整的机构。

9.根据权利要求1或2所述的研磨刷，其特征在于，

所述刷毛材料是包含磨粒的聚酯树脂的单丝，

所述聚酯树脂含有60摩尔％以上的2、6－萘二甲酸乙二醇酯单元，其丝直径是φ0.4mm～φ1.0mm，

所述磨粒的量相对于所述聚酯树脂的100重量单位为10～40重量单位。

10.根据权利要求9所述的研磨刷，其特征在于，

所述磨粒是在表面上覆盖有镍、或以镍为主要成分的合金的金刚石颗粒。

11.根据权利要求10所述的研磨刷，其特征在于，

所述工件利用从由硅、陶瓷、石英、蓝宝石、砷化镓、磷化镓、氮化镓、碳化硅单晶、钽酸锂、铌酸锂、磷化铟组成的硬脆性材料组选择的材料形成。

12.一种研磨加工方法，该研磨加工方法利用权利要求3所述的研磨刷进行所述工件的表面的研磨加工，其特征在于，

所述研磨加工方法包括：

使所述研磨刷旋转的工序；

使所述工件相对于所述刷部向一个方向相对移动的工序；

使所述研磨刷的刷毛材料与正在移动的所述工件的表面接触，从而利用所述第1刷部的所述刷毛材料进行粗磨的工序；以及

在进行粗磨之后，利用所述第2研磨区域中的所述刷毛材料对正在移动的所述工件进行精磨的工序。

13.根据权利要求12所述的研磨加工方法，其特征在于，

所述工件利用从由硅、陶瓷、石英、蓝宝石、砷化镓、磷化镓、氮化镓、碳化硅单晶、钽酸锂、铌酸锂、磷化铟组成的硬脆性材料组选择的材料形成，

利用进行所述粗磨的工序来去除所述工件的表面的微小裂纹，

利用进行所述精磨的工序使所述工件的表面的凹凸变得平滑。

14.一种研磨加工方法，该研磨加工方法利用权利要求7所述的研磨刷进行所述工件的表面的研磨加工，其特征在于，

所述研磨加工方法包括：

使所述研磨刷旋转的工序；

使所述工件相对于所述研磨刷的研磨面向一个方向相对移动的工序；

利用所述第1刷部对正在移动的所述工件的表面进行粗磨的工序；

利用所述第2刷部对正在移动的所述工件的表面进行第1精磨的工序；以及

利用所述第3刷部对正在移动的所述工件的表面进行第2精磨的工序。

15.根据权利要求13所述的研磨加工方法，其特征在于，

所述工件利用从由硅、陶瓷、石英、蓝宝石、砷化镓、磷化镓、氮化镓、碳化硅单晶、钽酸锂、铌酸锂、磷化铟组成的硬脆性材料组选择的材料形成，

利用进行所述粗磨的工序来去除该工件的表面的微小裂纹，

利用进行所述第1精磨的工序使所述工件的表面的凹凸变得平滑，

利用进行所述第2精磨的工序使所述工件的表面的凹凸变得进一步平滑。

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