JP2005238413A - ラップ盤用回転定盤 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い圧力を印加したりワークが小さかったりしても、ワークが砥石不存在領域の空隙に入り込んで砥石の側端面部との衝突により割れたり欠けたりするのを抑制でき、これにより低い不良率にてワークの表面粗さを十分に小さくする高速研削加工が可能なラップ盤用回転定盤を提供する。
【解決手段】 円環形状担持体１４の表面に接着剤により接合され担持された扇形の複数の帯状砥石片１２が、回転定盤１０の回転中心Ｏに関する径方向及び周方向にほぼ沿って２次元に配列されている。帯状砥石片１２の互いに隣接するもの同士の間にはこれらの径方向寸法のうちの最も大きいものの１／２より小さい幅の溝が、折れ曲がった形態をなして周方向に連なって形成されている。帯状砥石片１２の面積の総計（Ｘ）と溝の面積の総計（Ｙ）との和に対する帯状砥石片１２の面積の総計（Ｘ）の割合（Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］）は７０〜９０％である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、平面研削機の一種であるラップ盤を構成し、その研削工具である砥石を担持体により担持してなり、使用時には駆動回転せしめられる回転定盤に関するものである。

ガラス、セラミック及び半導体、または各種結晶体などの板状またはブロック状の被加工物（ワーク）の片面または両面を平面状に研削するための装置として、多数のワークを一時に同等の研削条件下で加工できるラップ盤が多用されている。

両面同時研削用のラップ盤としては古くから遊離砥粒を用いるものが使用されている。この装置では、表面が平面状の金属製例えば鋳鉄製の１対の板状部材からなる加工用具（回転定盤）を同軸にて相対回転可能なように上下に対向させて配置し、これらの間に遊星歯車機構を構成するキャリアに形成された保持孔によりワークを保持し、一対の回転定盤の間に遊離砥粒スラリーを供給しながら該一対の回転定盤を逆向きに相対回転させ、キャリアに保持されたワークを遊星歯車機構により一対の回転定盤間にて遊星運動させるようにしている。

近年では、長期にわたって安定した加工条件下でより高速に研削を行うために、遊離砥粒に代わって固定砥粒即ち研削砥石を用いたラップ盤が使用されている。このラップ盤では、遊離砥粒用ラップ盤の回転定盤と同等な担持体の表面にダイヤモンドペレットと呼ばれる固定砥粒研削砥石を貼付してなる加工用具を使用し、遊離砥粒スラリーに代えて研削液を供給しながら、遊離砥粒の場合と同様な運動機構により研削加工を行う。この場合の担持体に固定砥粒研削砥石を貼付してなる加工用具も、便宜上、遊離砥粒用ラップ盤の場合の加工用具と同様に、回転定盤と呼ばれている。ダイヤモンドペレットは、一般にその平面形状が円形であり、所望のパターンで担持体の表面に接着剤により貼付される。

このような従来の固定砥粒用ラップ盤については、例えば、特開昭６０−１５５３６７号公報（特許文献１）及び特開平６−５５４５９号公報（特許文献２）に記載がある。

また、固定砥粒用ラップ盤の回転定盤としては、ダイヤモンドペレットを貼付する代わりに、担持体の表面全体にダイヤモンド砥石層を形成した所謂「総型」のものもある。
特開昭６０−１５５３６７号公報 特開平６−５５４５９号公報

しかるに、上記のようなダイヤモンドペレット貼付の回転定盤の場合には、ダイヤモンドペレット間の砥石不存在領域の比率が高く、このため、特に、研削加工の高速化のためにワークに対する印加圧力を高めた場合やワークが小さい場合等においては、ワークの角部または稜線部がペレット間の砥石不存在領域の空隙に入り込み、これがペレットの側端面部と衝突して、ワークの割れや欠けを発生させる原因となっていた。このため、不良率の低減を十分に行うことができなかった。

一方、総型の回転定盤の場合には、ワーク表面に対する研削液の供給を十分に行うことができず研削条件が劣化して、ワーク加工面の表面粗さを十分に小さくすることができないという難点があった。

本発明は、以上のような現状に鑑みて、高い圧力を印加したりワークが小さかったりしても、ワークが砥石不存在領域の空隙に入り込んで砥石の側端面部との衝突により割れたり欠けたりするのを抑制でき、これにより低い不良率にてワークの表面粗さを十分に小さくする高速研削加工が可能なラップ盤用回転定盤を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
複数の帯状砥石片を担持体の表面上に担持してなるラップ盤用回転定盤であって、前記複数の帯状砥石片は前記回転定盤の回転中心に関する径方向に沿って及び前記回転中心の周りの周方向にほぼ沿って２次元に配列されており、前記複数の帯状砥石片の互いに隣接するもの同士の間にはこれら互いに隣接する帯状砥石片の径方向寸法のうちの最も大きいものの１／２より小さい幅の溝が形成されており、該溝は折れ曲がった形態をなして前記周方向に連なっていることを特徴とするラップ盤用回転定盤、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記帯状砥石片はダイヤモンド砥粒を結合材により結合してなる帯状ダイヤモンド砥石片である。本発明の一態様においては、前記帯状砥石片は前記回転中心に関して同心状の扇形をなしている。本発明の一態様においては、前記帯状砥石片は接着剤により前記担持体の表面に接合されている。本発明の一態様においては、前記担持体は、円環形状をなしており、前記回転中心から第１の距離の内周縁と前記回転中心から第２の距離の外周縁とを持つ。

本発明の一態様においては、前記複数の帯状砥石片の前記担持体側の面とは反対側の面の面積の総計（Ｘ）と前記溝の面積の総計（Ｙ）との和に対する前記複数の帯状砥石片の面積の総計（Ｘ）の割合（Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］）は７０〜９０％である。

本発明によれば、複数の帯状砥石片を回転定盤の回転中心に関する径方向に沿って及び回転中心の周りの周方向にほぼ沿って２次元に配列し、複数の帯状砥石片の互いに隣接するもの同士の間にはこれらの径方向寸法のうちの最も大きいものの１／２より小さい幅、好ましくは１／３より小さい幅の溝を形成したことで、溝を介して帯状砥石片と被加工物との間へ研削液を良好に供給でき、しかも被加工物が帯状砥石片間の空隙に入り込んで帯状砥石片の側端面部と衝突して割れたり欠けたりするのを抑制でき、これにより低い不良品発生率にて被加工物の表面粗さを十分に小さくする平面研削加工を高い圧力を印加して高速に行うことができる。この効果は、複数の帯状砥石片の担持体側の面とは反対側の面の面積の総計（Ｘ）と溝の面積の総計（Ｙ）との和に対する複数の帯状砥石片の面積の総計（Ｘ）の割合（Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］）を７０〜９０％とすることで、一層高められる。

また、特に、本発明によれば、溝を折れ曲がった形態をなして周方向に連なるようにし、周方向の全体にわたって溝が同一径方向位置に存在することのないようにしたことで、多数の被加工物の仕上げ程度のばらつきをより少なくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明によるラップ盤用回転定盤の一実施形態を示す模式的平面図であり、図２はその部分拡大図であり、図３はその帯状砥石片の斜視図である。

回転定盤１０は、複数の帯状砥石片１２を担持体１４上に担持してなる。担持体１４は、円環形状をなしており、回転定盤１０の回転中心Ｏから第１の距離Ｒ１の内周縁１４ａと回転中心Ｏから第２の距離Ｒ２の外周縁１４ｂとを持つ。担持体１４は、鋳鉄などの金属からなり、Ｒ１及びＲ２の外形寸法の値に見合った十分な剛性を発揮する厚さを持つ。

図３に示されているように、帯状砥石片１２は、回転中心Ｏに関して同心状の扇形をなしており、その長さはＬであり、幅はＷであり、厚さはＴである。帯状砥石片１２は、回転定盤１０の回転中心Ｏから第１の距離ｒ１の内側縁１２ａと回転中心Ｏから第２の距離Ｒ２の外側縁１２ｂとを持ち、上面１２ｃが被加工物（ワーク）に対して接触する研削加工面とされている。帯状砥石片１２は、上面１２ｃと反対側の面即ち下面が接着剤により担持体１４の表面１４ｃに貼付され接合されている。帯状砥石片１２は、ダイヤモンド砥粒またはＣＢＮ砥粒などの砥粒を、メタルボンド、レジンボンドまたはビトリファイドボンド等の結合材により結合してなるものであり、これらの砥石組成としては従来公知のものを使用することができる。

図１に示されているように、帯状砥石片１２は、回転中心Ｏからの径方向に沿って互いに隣接する帯状砥石片同士の内側縁１２ａと外側縁１２ｂとが距離Ｄを隔てて配列されていると共に、回転中心Ｏの周りの周方向にほぼ沿って互いに隣接する帯状砥石片同士の一方端縁と他方端縁とが距離Ｄを隔てて配列されており、即ち径方向と周方向とに２次元的に配列されている。かくして、帯状砥石片１２の互いに隣接するもの同士の間には溝１６が形成されている。この溝１６の幅Ｄは、互いに隣接する帯状砥石片１２の径方向寸法即ち幅Ｗのうちの最も大きいものの１／２より小さく、好ましくは１／３より小さい。

溝１６は、周方向に関して、折れ曲がった形態をなして連なっている。即ち、図１及び図２に示されているように、帯状砥石片１２の配列については、周方向に関して、交互に位置する２種類の領域Ｍ，Ｎが設けられている。領域Ｍでは、全て同一の幅の複数の帯状砥石片１２が径方向に配置されている。これに対して、領域Ｎでは、領域Ｍの帯状砥石片と同一の幅の帯状砥石片を領域Ｍより１つ少ない数だけ用いてその幅のほぼ半分だけ全体的に径方向にずらした配置とされており、更に領域Ｍの帯状砥石片と同一の幅の帯状砥石片の径方向最内側のものの内方及び径方向最外側のものの外方には、領域Ｍの帯状砥石片のほぼ半分の幅の帯状砥石片１２を配置している。このように、周方向に関しては隣接帯状砥石片同士の径方向にずれた配置が存在するので、帯状砥石片１２は周方向に関しては“ほぼ”沿って配置されているものと表現している。

帯状砥石片１２の担持体１４側の面とは反対側の面即ち上面１２ｃの面積の総計（Ｘ）と溝１６の面積の総計（Ｙ）との和に対するＸの割合（Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］）は７０〜９０％であることが好ましい。この割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］の値は、円形状のダイヤモンドペレットを用いた従来の回転定盤の場合のペレット面積の総計とペレット間空隙との和に対するペレット面積の総計の割合より十分に高い。

図４に、本発明の回転定盤が使用される両面研削ラップ盤の概略構成図を示す。上記のような構成を有する下側の回転定盤１０とこれと同等な構成の上側の回転定盤１０’とは、回転中心Ｏが同軸となるようにして、互いに帯状砥石片１２の貼付された側の面同士が対向して配置されている。下側及び上側の回転定盤は、ラップ盤本体部２０に内蔵された不図示の回転駆動機構により、回転中心Ｏの周りで同軸にて互いに逆向きに回転せしめられる。下側及び上側の回転定盤１０，１０’の間には、後述するキャリアに保持された複数の被加工物（ワーク）２２が配置される。ワーク２２は、例えば、ガラス、セラミック、半導体、金属または合成石英などの結晶からなる所要の寸法及び形状の板状体またはブロックからなる。

図５は、下側の回転定盤と上側の回転定盤との間に配置されるキャリア及びそれにより保持されたワークを、上側の回転定盤を除去して示す斜視図である。下側の回転定盤１０上には、その帯状砥石片１２の貼付された径方向領域内に位置するように、複数のワーク２２が配置されている。ワーク２２はキャリア２４により保持される。

図６は、キャリアによるワークの保持を示す図である。板状のキャリア２４には、ワーク２２を収容して保持するための複数のワーク保持孔２４ａが形成されている。キャリア２４は、ワーク２２の研削仕上がり厚さよりも薄く形成されている。キャリア２４には、その外周縁にギヤ２４ｂが形成されている。

一方、ラップ盤本体部２０には、モータなどの駆動回転力発生減及び回転力伝達機構を含む回転駆動機構を介して回転力の伝達される外歯のサンギヤ２６とラップ盤本体部２０に対し固定の内歯のリングギヤ２８が配置されている。サンギヤ２６は、中央軸３０の外側且つ回転定盤１０の中央開口部内に位置しており、回転中心Ｏの周りで回転可能とされている。リングギヤ２８は、回転定盤１０の外方にてサンギヤ２６と同軸となるように配置されている。

キャリア２４のギヤ２４ｂは、サンギヤ２６及びリングギヤ２８と噛み合っており、これにより遊星歯車機構が構成されている。即ち、サンギヤ２６を駆動回転させることで、キャリア２４は垂直方向の周りで自転しながらサンギヤ２６の周りを公転する。

不図示の研削液供給機構により、下側の回転定盤１０と上側の回転定盤１０’との間に研削液が供給され、これにより良好な研削性能を得ている。

以上のようにして、ラップ盤により研削加工を行うに際して、回転定盤１０の砥石片として帯状のものを使用し且つその互いに隣接するもの同士の間の溝１６の幅を帯状砥石片１２の１／２以下となるようにしたことで、高い圧力を印加して高速で加工する時にも、ワークが帯状砥石片間の空隙に入り込んで帯状砥石片の側端面部と衝突して割れたり欠けたりするのを効果的に抑制でき、これにより不良品発生率を低減することができると共に、ワーク破片による回転定盤１０，１０’及びキャリア２４の破損の発生を防止することができ、更に回転定盤１０，１０’及びキャリア２４の破損による操業停止の事態の発生が防止される。このような効果は、溝１６の幅を帯状砥石片１２の１／３以下となるようにすることでより高められる。

また、溝１６を周方向に関して折れ曲がった形態となし、周方向の全体にわたって溝１６が同一径方向位置に存在することのないようにしたことで、溝が同一径方向位置に存在する場合に比較して、回転定盤１０，１０’の回転の際に径方向に関して溝が存在する確率を分散することができ、かくして研削液の供給をより平均化することができ、多数のワークに対して仕上げ程度のばらつきをより少なくすることができる。

また、上記割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］を７０〜９０％とすることで、高い圧力を印加して高速で加工する時にも、ワークが帯状砥石片間の空隙に入り込んで帯状砥石片の側端面部と衝突して割れたり欠けたりするのを効果的に抑制でき、これにより低い不良品発生率にて被加工物の表面粗さを十分に小さくすることができる。特に、割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］を７０％以上とすることで、［Ｘ＋Ｙ］に対する溝１６の面積の総計の割合（Ｙ）が３０％未満となるので、ワークに対する研削液の供給が一層良好になり、微細砥粒の帯状砥石片１２によりワーク表面粗さを極めて小さくする加工の際にも、帯状砥石片１２に対するワーク２２の吸着現象の発生を効果的に抑制することができ、吸着現象に基づくワーク破損や回転定盤１０，１０’及びキャリア２４の破損の発生さらにはそれに基づく操業停止の事態の発生が防止される。また、特に、割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］を９０％以下とすることで、溝１６を介しての帯状砥石片１２とワークとの間への研削液の供給を良好に確保でき、ワークが帯状砥石片１２間の空隙に入り込んで帯状砥石片１２の側端面部と衝突して割れたり欠けたりするのを抑制しながら、低い不良品発生率にて被加工物の表面粗さを十分に小さくする平面研削加工を高い圧力を印加して高速に行うことができる。

尚、帯状砥石片１２の形状及び溝１６のパターンは、上記の図１及び図２に示したものに限定されることはなく、例えば図７に示されるように、周方向端部が尖端形状の帯状砥石片１２及びこれに対応するパターンの溝１６を使用することも可能である。

また、帯状砥石片１２は、必ずしも扇形である必要はなく、その長手方向（周方向）の４つの稜線が互いに平行な直線状であるような台形状のもの、さらには長手方向（周方向）の４つの稜線が互いに平行で且つ同一長さであるような長方形状のもの等であってもよい。これらの場合の溝の幅としては最大値をとることとする。

以下、実施例及び比較例により、本発明を説明する。

実施例１：
図１〜図６に関して説明した回転定盤及びラップ盤を使用して、以下の条件で、両面研削加工した：
回転定盤：Ｒ２＝３００ｍｍ、Ｒ１＝１１５ｍｍ、回転数１５ｒｐｍ、３０ｒｐｍ及び５０ｒｐｍ
キャリア径：９インチサイズ
ワーク：青板ガラス、直径６５ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ、枚数２５／バッチ
帯状砥石片：Ｌ＝５０ｍｍ、Ｗ＝１０ｍｍ（５ｍｍのものも一部使用）、Ｔ＝３ｍｍ、ダイヤモンド固定砥粒（粒度＃２０００、集中度２０、メタルボンド）、割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］＝７５

研削結果としては、加工レート、得られた研削加工済みのワークの平均粗さＲａ及び最大粗さＲｍａｘ、並びに歩留まり（１０００枚加工）を、表１に示す。

参考例１：
上記帯状砥石片（Ｗ＝１０ｍｍのもの）１２を、図８に示すように周方向に整列した配置とするパターンにて貼り密度（上記割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］に相当）７５％で貼付したこと以外は、実施例１と同様に実施した。研削結果を表１に示す。

比較例１：
砥石片として直径１２ｍｍ及び厚さ３ｍｍのダイヤモンドペレット（粒度＃２０００、集中度２０、メタルボンド）を使用し、この砥石片を回転定盤に貼り密度（上記割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］に相当）５５％で貼付したこと以外は、実施例１と同様に実施した。研削結果を表１に示す。

実施例２：
ワークとして直径１０ｍｍ及び厚さ０．３ｍｍの青板ガラスを枚数１００／バッチ使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。研削結果を表２に示す。

参考例２：
上記帯状砥石片（Ｗ＝１０ｍｍのもの）１２を、図８に示すように周方向に整列した配置とするパターンにて貼り密度（上記割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］に相当）７５％で貼付したこと以外は、実施例２と同様に実施した。研削結果を表２に示す。

比較例２：
砥石片として直径１２ｍｍ及び厚さ３ｍｍのダイヤモンドペレット（粒度＃２０００、集中度２０、メタルボンド）を使用し、この砥石片を回転定盤に貼り密度（上記割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］に相当）５５％で貼付したこと以外は、実施例２と同様に実施した。研削結果を表２に示す。

実施例３：
ワークとして直径６０ｍｍ及び厚さ０．５ｍｍの石英ガラスを使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。研削結果を、同様に、表３に示す。

参考例３：
上記帯状砥石片（Ｗ＝１０ｍｍのもの）１２を、図８に示すように、周方向に整列した配置とするパターンにて貼り密度（上記割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］に相当）７５％で貼付したこと以外は、実施例３と同様に実施した。研削結果を表３に示す。

比較例３：
砥石片として直径１２ｍｍ及び厚さ３ｍｍのダイヤモンドペレット（粒度＃２０００、集中度２０、メタルボンド）を使用し、この砥石片を回転定盤に貼り密度（上記割合Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］に相当）５５％で貼付したこと以外は、実施例３と同様に実施した。研削結果を表３に示す。

本発明によるラップ盤用回転定盤の一実施形態を示す模式的平面図である。 図１のラップ盤用回転定盤の部分拡大図である。 図１のラップ盤用回転定盤の帯状砥石片の斜視図である。 両面研削ラップ盤の概略構成図である。 下側の回転定盤とキャリア及びそれにより保持されたワークを示す斜視図である。 キャリアによるワークの保持を示す図である。 本発明によるラップ盤用回転定盤の他の実施形態の部分拡大図である。 参考例で使用したラップ盤用回転定盤を示す平面図である。

符号の説明

１０、１０’ 回転定盤
Ｏ 回転定盤の回転中心
Ｍ，Ｎ 回転定盤の周方向領域
１２ 帯状砥石片
１２ａ 帯状砥石片の内側縁
１２ｂ 帯状砥石片の外側縁
１２ｃ 帯状砥石片の上面
１４ 担持体
１４ａ 担持体の内周縁
１４ｂ 担持体の外周縁
１４ｃ 担持体の表面
１６ 溝
２０ ラップ盤本体部
２２ 被加工物（ワーク）
２４ キャリア
２４ａ ワーク保持孔
２４ｂ キャリアのギヤ
２６ サンギヤ
２８ リングギヤ
３０ 中央軸

Claims (6)

1. 複数の帯状砥石片を担持体の表面上に担持してなるラップ盤用回転定盤であって、前記複数の帯状砥石片は前記回転定盤の回転中心に関する径方向に沿って及び前記回転中心の周りの周方向にほぼ沿って２次元に配列されており、前記複数の帯状砥石片の互いに隣接するもの同士の間にはこれら互いに隣接する帯状砥石片の径方向寸法のうちの最も大きいものの１／２より小さい幅の溝が形成されており、該溝は折れ曲がった形態をなして前記周方向に連なっていることを特徴とするラップ盤用回転定盤。
2. 前記帯状砥石片はダイヤモンド砥粒を結合材により結合してなる帯状ダイヤモンド砥石片であることを特徴とする、請求項１に記載のラップ盤用回転定盤。
3. 前記帯状砥石片は前記回転中心に関して同心状の扇形をなしていることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載のラップ盤用回転定盤。
4. 前記帯状砥石片は接着剤により前記担持体の表面に接合されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のラップ盤用回転定盤。
5. 前記担持体は、円環形状をなしており、前記回転中心から第１の距離の内周縁と前記回転中心から第２の距離の外周縁とを持つことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のラップ盤用回転定盤。
6. 前記複数の帯状砥石片の前記担持体側の面とは反対側の面の面積の総計（Ｘ）と前記溝の面積の総計（Ｙ）との和に対する前記複数の帯状砥石片の面積の総計（Ｘ）の割合（Ｘ／［Ｘ＋Ｙ］）は７０〜９０％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のラップ盤用回転定盤。

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