JP2014124690A

JP2014124690A - 研削方法および研削装置

Info

Publication number: JP2014124690A
Application number: JP2012280558A
Authority: JP
Inventors: Yukiko Kikawa; 有希子木川; Takayo Urayama; 孝世浦山
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】研削加工中の被加工物に供給する研削水の流量を制御することにより、研削砥石の自生発刃を正常に作用させるとともに、研削砥石の目詰まりを防止して、難研削材の良好な研削加工を行うことができる研削方法および研削装置を提供すること。
【解決手段】研削送り手段によって研削手段をチャックテーブルに接近させる方向に動作させ研削砥石を板状ワークに接触させ板状ワークを研削する研削加工中に研削水供給部で研削水量を可変させる研削方法であって、板状ワークに研削砥石が接触し始める研削開始から所定量研削するまで第１の研削水量で研削する第１の研削工程と、第１の研削工程の後に第１の研削工程より多い水量の第２の研削水量で研削する第２の研削工程と、を含み、研削加工中に研削水量を可変とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、硬質な難研削材で構成される板状ワークの研削方法およびこれに用いる研削装置に関する。

板状ワークなどの被加工物を研削する装置においては、被加工物の上面に研削水を供給しながら研削砥石を備えた研削手段によって被加工物の上面を研削している（たとえば、特許文献１参照）。研削加工中の被加工物に研削水を供給することにより、研削屑が除去されて、研削屑による研削砥石の目詰まりを防ぐことができる。また、研削加工中の被加工物に研削水を供給することにより、研削によって生じる摩擦熱による温度上昇が抑えられて、加工温度上昇に伴う研削砥石の目つぶれや、砥粒の異常脱落を防ぐことができる。

特開２０００−００６０１８号公報

上記研削装置においては、研削加工中の被加工物に供給する研削水の水量が多いほど、研削屑による研削砥石の目詰まり防止に効果的である。また、研削加工中の被加工物に供給する研削水の水量が多いほど、摩擦による温度上昇の抑制に効果的であり、砥粒の異常脱落の防止にも効果的である。

しかしながら、硬質な難研削材で構成される被加工物の研削加工においては、研削加工中の被加工物に供給する研削水の水量が多くなると、被加工物の上面で研削砥石が滑り、本来脱落すべき砥粒が脱落せずに研削砥石の目つぶれを起こすおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、研削加工中の被加工物に供給する研削水の流量を制御することにより、研削砥石の自生発刃を正常に作用させるとともに、研削砥石の目詰まりを防止して、難研削材の良好な研削加工を行うことができる研削方法および研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削方法は、板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された板状ワークを研削する研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに接近および離間させる研削送り手段と、該研削手段に装着する研削砥石を配置している研削ホイールと、該チャックテーブルに保持された板状ワーク上面に研削水を流量調整可能で供給する研削水供給部と、を備えた研削装置を用いて、該研削送り手段によって該研削手段を該チャックテーブルに接近させる方向に動作させ研削砥石を板状ワークに接触させ板状ワークを研削する研削加工中に該研削水供給部で研削水量を可変させる研削方法であって、板状ワークに該研削砥石が接触し始める研削開始から所定量研削するまで第１の研削水量で研削する第１の研削工程と、該第１の研削工程の後に該第１の研削工程より多い水量の第２の研削水量で研削する第２の研削工程と、を含み、研削加工中に研削水量を可変とすることを特徴とする。

この構成によれば、研削加工中に研削水量を可変とすることから、研削水の流量が少ない第１の研削工程においては、研削砥石が滑ることなく、砥粒が適切に脱落して自生発刃が適切に行われるため、研削砥石による所定時間あたりの研削量を大きくすることができるとともに、研削水の流量が多い第２の研削工程においては、研削屑が効果的に除去されて、研削砥石の目詰まりを防ぎつつ、研削面の面状態をきれいに保った状態で研削加工が行われるため、加工仕上がり状態が良好となる。したがって、研削加工中の被加工物に供給する研削水の流量を制御することにより、研削砥石の自生発刃を正常に作用させるとともに、研削砥石の目詰まりを防止して、難研削材の良好な研削加工を行うことが可能となる。

上記研削方法において、該研削砥石は、ビトリファイドボンド砥石であってもよい。

また、上記研削方法において、該板状ワークは、硬質な難研削材で構成されていてもよい。

本発明の研削装置は、板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された板状ワークを研削する研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに接近および離間させる研削送り手段と、該研削手段に装着する研削砥石を配置している研削ホイールと、板状ワークに該研削砥石が接触し始める研削開始から所定量研削するまでの厚みを認識する認識部と、該板状ワークの上面に研削水を流量調整可能に供給する流量調整バルブを有する研削水供給部と、該認識部が認識した板状ワーク厚みによって該流量調整バルブを作動させ研削水の流量を可変させる制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、研削加工中の被加工物に供給する研削水の流量を制御することにより、研削砥石の自生発刃を正常に作用させるとともに、研削砥石の目詰まりを防止して、難研削材の良好な研削加工を行うことができる。

本実施の形態に係る研削装置の一例を示す斜視図である。上記研削装置が有する研削手段の断面模式図である。上記研削装置を用いた研削加工における、板状ワークの厚みと、研削水の流量と、研削手段の高さ位置との関係を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る研削装置の一例を示す斜視図である。図２は、研削装置が有する研削手段の断面模式図である。

図１および図２に示すように、研削装置１は、チャックテーブル３と研削手段４とを相対回転させることにより、チャックテーブル３が保持する板状ワークＷを研削するように構成されている。また、研削装置１においては、研削加工の進行度合いに応じて、研削領域に供給される研削水の流量が可変となるように構成されている。

研削装置１における被加工物である板状ワークＷとしては、硬質な難研削材で構成される基板を採用することができる。このような板状ワークＷは、たとえば、ビッカーズ硬度２０００以上の硬質を有する、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルチック（ＡｌＴｉＣ）またはアルミナセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）などの材料により構成される。

研削装置１は、略直方体形状の基台２を有している。基台２の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口部２１と、開口部２１の後方に垂直に設けられたコラム２２と、開口部２１の側方に設けられた測定手段２３と、が配置されている。開口部２１は、チャックテーブル３を支持するテーブル支持台２４および蛇腹状の防塵カバー２５で覆われている。コラム２２は、直方体形状を有し、その前面に研削手段４が設けられている。

測定手段２３は、チャックテーブル３に保持された板状ワークＷの厚みを測定する。測定手段２３は、たとえば、板状ワークＷに接触して厚みを検出する接触式検出部によって構成される。接触式検出部としての測定手段２３は、基台２上に垂直に設けられた支持部２３ａと、支持部２３ａの上部に設けられた２つの測定用のプローブ２３ｂ，２３ｃと、を含んで構成される。

測定手段２３は、一方のプローブ２３ｂをチャックテーブル３に保持された板状ワークＷの上面に接触させるとともに、他方のプローブ２３ｃをチャックテーブル３の上面に接触させて、それぞれのプローブ２３ｂ，２３ｃの高さ位置を測定する。そして、測定手段２３に接続された認識部５において、プローブ２３ｂ，２３ｃの高さ位置の差分を取ることにより、板状ワークＷの厚みが認識される。

テーブル支持台２４は、略正方形状を有し、チャックテーブル３を回転可能に支持する。また、テーブル支持台２４は、図示しない駆動機構に接続されており、この駆動機構から供給される駆動力によって、開口部２１内をスライド移動する。これにより、チャックテーブル３は、加工前の板状ワークＷを供給し、また、加工後の板状ワークＷを回収する載せ替え位置と、研削手段４と板状ワークＷとが対向する研削位置との間をスライド移動する。

防塵カバー２５は、板状ワークＷの研削加工時に発生する研削屑などが基台２内へ侵入することを防止する。防塵カバー２５は、テーブル支持台２４の前面および後面に取り付けられるとともに、その移動位置に応じて伸縮可能に設けられている。

チャックテーブル３は、円盤形状を有し、図示しないチャック回転手段によって円盤中心を軸に回転可能に設けられている。チャックテーブル３の上面には、板状ワークＷを吸着保持する吸着面３ａが設けられている。吸着面３ａは、たとえば、ポーラスセラミック材により構成されており、基台２内に配置された吸引源３ｂ（図１において不図示、図２参照）に接続されている。

研削手段４は、円筒状のスピンドル４ａと、スピンドル４ａの下端に設けられたホイールマウント４ｂと、ホイールマウント４ｂの下面に取り付けられた研削ホイール４ｃと、研削ホイール４ｃの下面に配列された複数の研削砥石４ｄと、を含んで構成される。研削砥石４ｄは、たとえば、ビトリファイドボンド砥石で構成される。研削砥石４ｄは、スピンドル４ａの駆動に伴ってＺ軸まわりに高速回転する。

研削手段４には、研削水供給源７から流量調整バルブ８を介して研削水が供給される。研削水としては、たとえば、純水が使用される。図２に示すように、研削水供給源７から流量調整バルブ８を介して供給された研削水は、スピンドル４ａに設けられた研削水供給路４１、ホイールマウント４ｂに設けられた研削水供給路４２、研削ホイール４ｃに設けられた複数の研削水供給ノズル４３を介して、研削砥石４ｄおよびチャックテーブル３に保持された板状ワークＷに供給される。

研削手段４は、コラム２２に設けられた研削送り手段４４によって駆動されて上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成され、研削手段４とチャックテーブル３とを相対的に接近および離間させることが可能である。研削送り手段４４は、ボールねじ式の移動機構によりコラム２２に対して上下方向（Ｚ軸方向）に移動するＺ軸テーブル４４ａを有している。Ｚ軸テーブル４４ａには、その前面側に取り付けられた支持部４４ｂを介して研削手段４が支持されている。

基台２内には、研削装置１の各部を統括制御する制御部６が設けられている。制御部６は、各種処理を実行するプロセッサや、ＲＯＭ（Read Only Memory），ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶媒体を含んで構成される。制御部６は、たとえば、認識部５が認識した板状ワークＷの厚みに応じて流量調整バルブ８を作動させ、研削水供給源７から研削手段４に供給される研削水の流量を可変とする処理を制御する。

続いて、このような研削装置１を用いた研削方法について説明する。
図３は、研削装置１を用いた研削方法における、板状ワークＷの厚みと、研削水の流量と、研削手段の高さ位置との関係を示す説明図である。図３において、第１縦軸は研削水の水量（Ｆ）を示し、第２縦軸は板状ワークＷの厚み（ｄ）を示し、横軸は時間（ｔ）を示している。また、グラフ１０１は板状ワークＷの厚みの変化を示すグラフであり、グラフ１０２は研削水の流量の変化を示すグラフであり、グラフ１０３は研削手段４の高さ位置の変化を示すグラフである。

まず、チャックテーブル３を載せ替え位置に位置づけ、板状ワークＷをチャックテーブル３の吸着面３ａで吸引保持する。そして、テーブル支持台２４を駆動して、チャックテーブル３をＸ軸方向に移動して、板状ワークＷが研削砥石４ｄと対向する研削位置にチャックテーブル３が位置づけられる。

続いて、測定手段２３のプローブ２３ｂ，２３ｃを検出位置に回転移動して、プローブ２３ｂを板状ワークＷの上面に接触させるとともに、プローブ２３ｃをチャックテーブル３の上面に接触させる。そして、図３中の（ｔ_０）に示すように、測定手段２３に接続された認識部５において、板状ワークＷの厚み（ｄ_１）が認識される。認識部５が認識した板状ワークＷの厚み（ｄ_１）に基づいて、制御部６は流量調整バルブ８を作動させ、研削手段４に対して流量（Ｆ_１）の研削水が供給される。

続いて、図３中の（ｔ_０）から（ｔ_１）に示すように、研削手段４が研削送り手段４４によって早送りで下降し、チャックテーブル３上の板状ワークＷに接近する。

研削手段４がチャックテーブル３上の板状ワークＷに所定距離だけ接近すると、図３中の（ｔ_１）から（ｔ_２）に示すように、研削砥石４ｄが板状ワークＷの表面に接触するまで、研削手段４が研削送り手段４４によって第１の研削送り速度で下降する。このとき、研削砥石４ｄは、何も研削せずにエアカット（空削り）を行う。

研削手段４の下降が進み、研削砥石４ｄが板状ワークＷの表面に達すると研削加工が開始され、図３中の（ｔ_２）から（ｔ_３）に示すように、板状ワークＷの粗研削である第１の研削工程が行われる。第１の研削工程における研削加工は、研削砥石４ｄの研削送り速度が比較的大きく、かつ、研削手段４に対して供給される研削水の流量（Ｆ_１）が比較的少ない状態で行われる。研削水の流量（Ｆ_１）が少ないため、研削砥石４ｄが滑ることなく、砥粒が適切に脱落して自生発刃が適切に行われる。そのため、第１の研削工程においては、研削砥石４ｄによる所定時間あたりの研削量を大きくすることができる。

なお、研削加工中は、研削装置１における測定手段２３によって板状ワークＷの厚みがリアルタイムに測定され、認識部５によって測定手段２３で測定された板状ワークＷの厚みが認識される。

第１の研削工程における研削加工が進行し、板状ワークＷの厚みが所望の仕上がり厚み（ｄ_３）より所定量手前の厚み（ｄ_２）に達すると、図３中の（ｔ_３）から（ｔ_５）に示すように、研削砥石４ｄの研削送り速度が第１の研削送り速度より遅い第２の研削送り速度へと調節されて、仕上げ研削である第２の研削工程が行われる。また、第２の研削工程中の（ｔ_４）において、研削手段４に対して供給される研削水の流量が、（Ｆ_１）から（Ｆ_２）に増量される。

なお、これらの研削送り速度の調節や研削水の流量の調節は、測定手段２３が測定し、認識部５が認識した板状ワークＷの厚みに応じて、研削装置１における制御部６が制御している。

このように、第２の研削工程における研削加工は、研削砥石４ｄの研削送り速度が比較的小さく、かつ、研削手段４に対して供給される研削水の流量（Ｆ_２）が比較的多い状態で行われる。研削水の流量（Ｆ_２）が多いため、研削屑が効果的に除去されて、研削砥石４ｄの目詰まりを防ぐとともに、研削面の面状態をきれいに保った状態で研削加工が行われる。そのため、第２の研削工程においては、研削砥石４ｄによる所定時間あたりの研削量は比較的少ないが、加工仕上がり状態は良好となる。

第２の研削工程における研削加工が進行し、板状ワークＷの厚みが所望の仕上がり厚み（ｄ_３）に達すると、図３中の（ｔ_５）から（ｔ_６）に示すように、研削砥石４ｄは、板状ワークＷから離れる方向に退避される。このとき、板状ワークＷを破損することのないよう、研削手段の上昇速度は、第２の研削送り速度と略同一に調節される。また、研削手段４には、引き続き流量（Ｆ_２）の研削水が供給されて、板状ワークＷ上の研削屑が除去される。

研削手段４がチャックテーブル３上の板状ワークＷから所定距離だけ離間すると、図３中の（ｔ_６）から（ｔ_７）に示すように、研削手段４が研削送り手段４４によって早送りで上昇し、上昇退避が完了する。このとき、研削手段４に供給される研削水の流量は（Ｆ_２）から（Ｆ_１）に減量される。

以上説明したように、本実施の形態に係る研削装置１によれば、研削加工中に研削水量を可変とすることから、研削水の流量が少ない第１の研削工程においては、研削砥石４ｄが滑ることなく、砥粒が適切に脱落して自生発刃が適切に行われるため、研削砥石４ｄによる所定時間あたりの研削量を大きくすることができるとともに、研削水の流量が多い第２の研削工程においては、研削屑が効果的に除去されて、研削砥石４ｄの目詰まりを防ぎつつ、研削面の面状態をきれいに保った状態で研削加工が行われるため、加工仕上がり状態が良好となる。したがって、研削加工中の被加工物（板状ワークＷ）に供給する研削水の流量を制御することにより、研削砥石の自生発刃を正常に作用させるとともに、研削砥石の目詰まりを防止して、難研削材で構成される板状ワークＷの良好な研削加工を行うことが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。

上記実施の形態においては、測定手段２３が測定した板状ワークＷの厚みに応じて、第１の研削工程および第２の研削工程における研削砥石４ｄの研削送り速度や研削手段４に供給する研削水の流量を制御する構成について説明しているが、これらを制御するパラメータは、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。たとえば、研削砥石４ｄの研削送り量や、研削加工時間をパラメータとして、第１の研削工程および第２の研削工程における研削砥石４ｄの研削送り速度や研削手段４に供給する研削水の流量を制御する構成であってもよい。

本発明は、硬質な難研削材に対して良好な研削加工を施すことができるという効果を奏し、特に、硬質な難研削材を研削する研削装置として有用である。

１研削装置
２基台
２１開口部
２２コラム
２３測定手段
２３ａ支持部
２３ｂ，２３ｃプローブ
２４テーブル支持台
２５防塵カバー
３チャックテーブル
３ａ吸着面
３ｂ吸引源
４研削手段
４ａスピンドル
４ｂホイールマウント
４ｃ研削ホイール
４ｄ研削砥石
４１研削水供給路
４２研削水供給路
４３研削水供給ノズル
４４研削送り手段
４４ａＺ軸テーブル
４４ｂ支持部
５認識部
６制御部
７研削水供給源
８流量調整バルブ

Claims

板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された板状ワークを研削する研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに接近および離間させる研削送り手段と、該研削手段に装着する研削砥石を配置している研削ホイールと、該チャックテーブルに保持された板状ワーク上面に研削水を流量調整可能で供給する研削水供給部と、を備えた研削装置を用いて、
該研削送り手段によって該研削手段を該チャックテーブルに接近させる方向に動作させ研削砥石を板状ワークに接触させ板状ワークを研削する研削加工中に該研削水供給部で研削水量を可変させる研削方法であって、
板状ワークに該研削砥石が接触し始める研削開始から所定量研削するまで第１の研削水量で研削する第１の研削工程と、該第１の研削工程の後に該第１の研削工程より多い水量の第２の研削水量で研削する第２の研削工程と、を含み、研削加工中に研削水量を可変とすることを特徴とする研削方法。
該研削砥石は、ビトリファイドボンド砥石であることを特徴とする請求項１に記載の研削方法。
該板状ワークは、硬質な難研削材で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研削方法。
板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された板状ワークを研削する研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに接近および離間させる研削送り手段と、該研削手段に装着する研削砥石を配置している研削ホイールと、板状ワークに該研削砥石が接触し始める研削開始から所定量研削するまでの厚みを認識する認識部と、該板状ワークの上面に研削水を流量調整可能に供給する流量調整バルブを有する研削水供給部と、該認識部が認識した板状ワーク厚みによって該流量調整バルブを作動させ研削水の流量を可変させる制御部と、を備えたことを特徴とする研削装置。