JP2014147978A - Processing device of columnar member - Google Patents
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Abstract
Description
硬脆性の結晶材料からなるブロックである柱状体の外周面を加工する装置に関する。なお、「硬脆性」とは、非常に高い硬度を持つが衝撃に弱く割れやすい性質を指す。 The present invention relates to an apparatus for processing an outer peripheral surface of a columnar body that is a block made of a hard brittle crystal material. “Hard and brittleness” refers to the property of having a very high hardness but being weak against impact and easily cracked.
各種半導体基板となる硬脆性の結晶材料からなるウェハは、一般に該結晶材料のブロックをワイヤソーやバンドソー等で薄く切断し、その後面取り加工や仕上げ研磨を経て得られる。この際、該ブロックの表層に微小クラックが存在していると、前述の切断や面取り加工の際に微小クラックが基点となり割れや欠けが発生し、歩留まりが低下する。また、ウェハ形成後の後工程においても、微小クラックが基点となり割れや欠けが発生する。よって、該ブロックの表層には微小クラックが存在していないことが好ましい。結晶材料のブロックの外周部を研磨することによって切断時の割れや欠けを防ぐ方法として、例えば特許文献1が提案されている。 Wafers made of hard and brittle crystal materials used as various semiconductor substrates are generally obtained by thinly cutting a block of the crystal material with a wire saw, a band saw or the like, and then performing chamfering or finish polishing. At this time, if a microcrack is present on the surface layer of the block, the microcrack serves as a base point in the above-described cutting or chamfering process, and a crack or chip occurs, resulting in a decrease in yield. Also, in the post-process after the wafer formation, the microcrack becomes a base point and cracks and chips occur. Therefore, it is preferable that no microcracks exist on the surface layer of the block. For example, Patent Document 1 has been proposed as a method of preventing cracks and chips during cutting by polishing the outer peripheral portion of a block of crystalline material.
特許文献1は四角柱状のシリコンブロックを例示している。結晶材料のブロックは多角柱状、円柱状、その他異形状等、様々な形状があり、また大きさも多様であるため、全ての結晶材料の加工に適用できる安価で高性能な加工装置が要求されている。本発明は、結晶材料の外周部の微小クラックが除去されると共に、寸法精度の高い結晶材料のブロックを得るための加工装置の提供を目的とする。 Patent Document 1 exemplifies a quadrangular columnar silicon block. The block of crystal material has various shapes such as polygonal column shape, cylindrical shape, and other irregular shapes, and since the sizes are various, an inexpensive and high-performance processing device that can be applied to processing of all crystal materials is required. Yes. An object of the present invention is to provide a processing apparatus for obtaining a block of a crystal material with high dimensional accuracy while removing microcracks in the outer peripheral portion of the crystal material.
前記課題を解決するために、本発明の加工装置は被加工物の形状が柱状の硬脆性である結晶材料の外周面を加工する加工装置であって、前記被加工物を加工する時にその両端面を挟持し、加工終了後に前記挟持状態を解除する挟持部を先端に取付けて前後動するようにした挟持軸からなる挟持手段と、前記挟持手段に連結され、該挟持手段の軸心を中心に被加工物を回転させるための被加工物用回転手段と、前記被加工物に先端が接触回転しながら前記被加工物を加工する加工手段が配置された加工ユニットと、加工後の被加工物の寸法を持つマスターワークの外周面の高さ位置および加工前の前記被加工物の加工面の高さ位置を検出するための高さ位置検出手段と、前記マスターワークの高さ位置と前記加工前の被加工物の高さ位置と加工条件とが入力され、これらを演算して前記加工装置が動作するための信号を出力する制御手段と、を備え、前記演算は、前記マスターワークの高さ位置と加工前の被加工物の高さ位置との差の演算、または入力された加工条件に基づいて他の加工条件を設定するための演算、もしくはそれらの組み合わせた演算、のいずれかとした。(第1の発明)。 In order to solve the above-mentioned problems, the processing apparatus of the present invention is a processing apparatus for processing the outer peripheral surface of a crystalline material having a columnar hard brittle shape, and both ends of the processing apparatus are processed when the workpiece is processed. A clamping means comprising a clamping shaft that clamps the surface and attaches a clamping part that releases the clamping state after the end of processing to move forward and backward, and is connected to the clamping means, and is centered on the axis of the clamping means A workpiece rotating means for rotating the workpiece, a processing unit in which processing means for processing the workpiece while a tip rotates in contact with the workpiece, and a workpiece after processing A height position detecting means for detecting the height position of the outer peripheral surface of the master workpiece having the dimensions of the workpiece and the height position of the machining surface of the workpiece before machining, the height position of the master workpiece and the Workpiece height position and machining before machining And a control means for calculating these and outputting a signal for operating the machining apparatus, wherein the computation includes the height position of the master workpiece and the height of the workpiece before machining. The calculation of the difference from the vertical position, the calculation for setting other processing conditions based on the input processing conditions, or the combination thereof was used. (First invention).
また、第1の発明に記載の前記被加工物が加工可能な形状かを判定する判定手段を備えてもよい。(第2の発明) Moreover, you may provide the determination means which determines whether the said to-be-processed object as described in 1st invention is a shape which can be processed. (Second invention)
また、第1の発明に記載の前記加工手段が研磨ブラシであって、該研磨ブラシは、砥粒を含有した毛材が該研磨ブラシの底部にリング状に複数本植設された構造を有してもよい。(第3の発明) Further, the processing means according to the first invention is a polishing brush, and the polishing brush has a structure in which a plurality of bristle materials containing abrasive grains are planted in a ring shape at the bottom of the polishing brush. May be. (Third invention)
また、第1の発明に記載の前記加工手段が研磨ブラシであって、該研磨ブラシは、砥粒を含有した毛材を複数本束ねた研磨具の基部が回転盤に複数本植設された構造を有してもよい。(第4の発明) Further, the processing means according to the first invention is a polishing brush, and the polishing brush has a plurality of base parts of a polishing tool in which a plurality of bristle materials containing abrasive grains are bundled on a rotating disk. It may have a structure. (Fourth invention)
また、第1の発明に記載の前記加工手段が研磨ブラシであって、該研磨ブラシは、砥粒を含有した弾性体が該研磨ブラシの底部にリング状に配置された構造を有してもよい。(第5の発明) The processing means according to the first invention is a polishing brush, and the polishing brush has a structure in which an elastic body containing abrasive grains is arranged in a ring shape at the bottom of the polishing brush. Good. (Fifth invention)
また、第1の発明に記載の前記加工手段が砥石であって、該砥石は砥粒を溶融固定して形成された砥粒部の表面が前記被加工物の加工面に接触して回転するようにした回転盤Aと該回転盤Aに回転駆動源の回転を伝達する回転軸Aと、で構成してもよい。(第6の発明) Further, the processing means according to the first invention is a grindstone, and the grindstone rotates by contacting the work surface of the workpiece with the surface of the abrasive grain portion formed by melting and fixing the abrasive grains. You may comprise by the rotating disk A made in this way and the rotating shaft A which transmits rotation of a rotational drive source to the rotating disk A. (Sixth invention)
また、第1の発明に記載の加工ユニットは、第2ないし第4の発明に記載の加工手段を複数台水平に連接してもよい。(第7の発明) In the processing unit described in the first invention, a plurality of processing means described in the second to fourth inventions may be connected horizontally. (Seventh invention)
また、第1の発明に記載の加工ユニットは、第3ないし第5の発明に記載の研磨ブラシと、第6の発明に記載の砥石と、を少なくともそれぞれ1以上水平に連接してもよい。(第8の発明) In the processing unit according to the first invention, at least one or more of the polishing brushes according to the third to fifth inventions and the grindstone according to the sixth invention may be connected horizontally. (Eighth invention)
また、第1の発明に記載の加工装置は、被加工物の断面の同一面内において配置された第1の加工手段と第2の加工手段を備え、第1の加工手段と第2の加工手段の軸芯は、被加工物の半径方向に一致するように配置されており、第1の加工手段の軸芯と第2の加工手段の軸芯は、所定の角度θを構成するように、被加工物の断面中心で交わるように配置してもよい。(第9の発明) Moreover, the processing apparatus according to the first invention includes a first processing means and a second processing means arranged in the same plane of the cross section of the workpiece, and the first processing means and the second processing means. The axis of the means is arranged to coincide with the radial direction of the workpiece, and the axis of the first processing means and the axis of the second processing means constitute a predetermined angle θ. Alternatively, they may be arranged so as to intersect at the center of the cross section of the workpiece. (9th invention)
また、第7の発明に記載の加工装置は、被加工物の断面の同一面内において配置された第1の加工ユニットと第2の加工ユニットを備え、第1の加工ユニットと第2の加工ユニットの軸芯は、被加工物の半径方向に一致するように配置されており、第1の加工手段の軸芯と第2の加工手段の軸芯は、所定の角度θを構成するように、被加工物の断面中心で交わるように配置してもよい。(第10の発明) A processing apparatus according to a seventh aspect of the present invention includes a first processing unit and a second processing unit that are arranged in the same plane of the cross section of the workpiece, and includes the first processing unit and the second processing unit. The axis of the unit is arranged so as to coincide with the radial direction of the workpiece, and the axis of the first processing means and the axis of the second processing means constitute a predetermined angle θ. Alternatively, they may be arranged so as to intersect at the center of the cross section of the workpiece. (Tenth invention)
また、第8の発明に記載の加工装置は、被加工物の断面の同一面内において配置された第1の加工ユニットと第2の加工ユニットを備え、第1の加工ユニットと第2の加工ユニットの軸芯は、被加工物の半径方向に一致するように配置されており、第1の加工手段の軸芯と第2の加工手段の軸芯は、所定の角度θを構成するように、被加工物の断面中心で交わるように配置してもよい。(第11の発明) A processing apparatus according to an eighth aspect of the present invention includes a first processing unit and a second processing unit that are arranged in the same plane of the cross section of the workpiece, and includes the first processing unit and the second processing unit. The axis of the unit is arranged so as to coincide with the radial direction of the workpiece, and the axis of the first processing means and the axis of the second processing means constitute a predetermined angle θ. Alternatively, they may be arranged so as to intersect at the center of the cross section of the workpiece. (Eleventh invention)
また、第7の発明に記載の加工装置は、前記毛材に混合される砥粒の粒度がF180〜#2000であって、その粒度が異なる加工手段を2種類以上選択し、該加工手段を、その粒度が「粗」から「細」の順に研磨加工するように連設してもよい。(第12の発明) Further, in the processing device according to the seventh invention, the grain size of the abrasive grains mixed with the bristle material is F180 to # 2000, and two or more types of machining means having different grain sizes are selected, and the machining means is selected. In addition, the particles may be arranged so as to be polished in the order of “rough” to “fine”. (Twelfth invention)
また、第8の発明に記載の加工装置における加工ユニットは、前記砥石を構成する砥粒の粒度がF90〜F220または#240〜#500である砥石と、粗研磨用研磨ブラシと、仕上げ研磨用の研磨ブラシと、を備え、前記粗研磨用研磨ブラシの毛材または弾性体に含まれる砥粒の粒度が#240〜#500であり、前記仕上げ研磨用ブラシに含まれる砥粒の粒度が#800〜#1200としてもよい。(第13の発明) Moreover, the processing unit in the processing apparatus according to the eighth aspect of the present invention is a processing unit comprising: a grindstone having a grain size of F90 to F220 or # 240 to # 500 constituting the grindstone, a polishing brush for rough polishing, and a finish polishing The abrasive grains included in the bristle material or the elastic body of the coarse polishing brush are # 240 to # 500, and the abrasive grains included in the finish polishing brush are # It may be 800 to # 1200. (13th invention)
第1の発明に記載の加工装置によって、前記柱状部材の表層より200μm以下に存在する微小クラックが除去され、かつ研磨加工面の表面粗さRyが3μm以下に加工してもよい。(第14の発明) With the processing apparatus according to the first aspect of the present invention, microcracks existing at 200 μm or less from the surface layer of the columnar member may be removed, and the surface roughness Ry of the polished surface may be processed to 3 μm or less. (14th invention)
第1の発明に記載の柱状部材は、シリコン、セラミックス、水晶、サファイア、砒化ガリウム、ガリウム燐、窒化ガリウム、炭化珪素単結晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、燐化インジウム、等の硬脆性の結晶材料としてもよい。(第15の発明) The columnar member described in the first invention is hard and brittle such as silicon, ceramics, quartz, sapphire, gallium arsenide, gallium phosphide, gallium nitride, silicon carbide single crystal, lithium tantalate, lithium niobate, indium phosphide, etc. It may be a crystalline material. (15th invention)
第1の発明に記載の柱状部材は水晶であり、前記加工装置は、水晶ランバードの外周面の微小クラックの除去、または前記水晶ランバードよりスライスされた薄板を貼り合わせて塊状体を形成した後の該塊状体の外周面の微小クラックの除去、の少なくともいずれかに用いてもよい。(第16の発明) The columnar member described in the first invention is a crystal, and the processing apparatus removes microcracks on the outer peripheral surface of the crystal lambad or laminates a thin plate sliced from the crystal lumbard to form a lump. You may use for the removal of the micro crack of the outer peripheral surface of this lump. (Sixteenth invention)
加工装置に備えられた加工手段が被加工物の外周面に接触すると共に回転することで、被加工物の表層部が研磨され、微小クラックが除去される。その際、被加工物の形状によっては所定の寸法に加工することができないため、前記判定手段により研磨可能かどうかを判定することができる(第1、2の発明)。 When the processing means provided in the processing apparatus comes into contact with the outer peripheral surface of the workpiece and rotates, the surface layer portion of the workpiece is polished and the microcracks are removed. At that time, depending on the shape of the workpiece, it cannot be processed into a predetermined dimension, and therefore it is possible to determine whether or not polishing is possible by the determination means (first and second inventions).
被加工物の寸法が目的とする寸法に近く、表層のみの研磨のみでよい場合は、前記加工手段を第3ないし第5の発明のいずれかに記載のような研磨ブラシとすることができる。研磨ブラシを第7の発明のように水平に連接した場合、同一の加工能力を有する研磨ブラシを配置した場合は、研磨時間を短縮することができる。第12の発明のようにそれぞれ加工能力の異なる研磨ブラシを配置した場合は一度の動作で粗研磨から仕上げ研磨まで行うことができる。 When the dimension of the workpiece is close to the target dimension and only the surface layer needs to be polished, the processing means can be a polishing brush as described in any of the third to fifth inventions. When the polishing brush is connected horizontally as in the seventh invention, the polishing time can be shortened when the polishing brush having the same processing capability is arranged. When polishing brushes having different processing capabilities are arranged as in the twelfth aspect, rough polishing to final polishing can be performed in one operation.
被加工物の寸法および形状が目的とする寸法と差がある場合、前記加工手段を第6の発明に記載のような砥石としてもよく、また第8の発明のように研磨ブラシと組み合わせてもよい。その際、砥石を構成する砥粒および研磨ブラシに含まれる砥粒の粒度を第13の発明の範囲から選択し、適宜配置することで、砥石での研削による寸法調整と、研磨ブラシによる粗研磨と仕上げ研磨を一度の動作で行うことができる。 When the dimension and shape of the workpiece are different from the target dimensions, the processing means may be a grindstone as described in the sixth invention, or may be combined with a polishing brush as in the eighth invention. Good. At that time, the grain size of the abrasive grains constituting the grindstone and the grain size of the abrasive grains contained in the polishing brush are selected from the scope of the thirteenth invention, and are appropriately arranged to adjust the dimensions by grinding with the grindstone and rough polishing by the polishing brush. And finish polishing can be performed in one operation.
加工ユニットを第9ないし第11の発明のように配置することで、加工時間を短縮することができる。 By arranging the processing units as in the ninth to eleventh aspects, the processing time can be shortened.
本発明における加工装置は、硬脆性の材料全般の加工に好適に用いることができる。例えば、シリコン、セラミックスや、ガラス、水晶、サファイア、砒化ガリウム、ガリウム燐、窒化ガリウム、炭化珪素単結晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、燐化インジウム、等の結晶材料のウェハを形成する工程に好適に用いることができる。これらの材料の表層より200μm以下に存在する微小クラックを除去し、かつ研磨加工面の表面粗さRyを3μm以下に加工することで、スライス加工時およびスライス加工後の工程(例えば、基板を形成する工程や基板を装置に搭載する工程、等)での割れ・欠けによる不良品の発生を防ぐことができる。また、水晶ウェハの製造工程においては、水晶ランバードの外周面の加工や、水晶ランバードを薄く切断したものを貼り合わせた塊状体の外周面を加工することで、後工程での割れ・欠けによる不良品の発生を防ぐことができる。(第14、15、16の発明)。 The processing apparatus in the present invention can be suitably used for processing hard brittle materials in general. For example, in a process of forming a wafer of a crystal material such as silicon, ceramics, glass, crystal, sapphire, gallium arsenide, gallium phosphide, gallium nitride, silicon carbide single crystal, lithium tantalate, lithium niobate, indium phosphide, etc. It can be used suitably. By removing microcracks existing below 200 μm from the surface layer of these materials and processing the surface roughness Ry of the polished surface to 3 μm or less, the process during slicing and after slicing (for example, forming a substrate) Generation of defective products due to cracking or chipping in the process of mounting or mounting the substrate in the apparatus, etc. can be prevented. Also, in the manufacturing process of crystal wafers, processing of the outer peripheral surface of the crystal lumbard or processing of the outer peripheral surface of a lump that is made by laminating the crystal lumbard thinly, it is possible to prevent problems caused by cracks and chipping in the subsequent process. Generation of non-defective products can be prevented. (14th, 15th and 16th inventions).
本発明の加工装置の第1の実施形態として、加工手段として研磨粗さが異なる3つの研磨ブラシを平行に連接(3連)した加工ユニットを備えた加工装置によって被加工物を円柱状に加工する場合を例に、加工装置の構成内容と作動の詳細について、図を用いて説明する。なお、以降の説明における上下左右方向は特に断りのない限り図中の方向を指す。 As a first embodiment of the processing apparatus of the present invention, a workpiece is processed into a cylindrical shape by a processing apparatus including a processing unit in which three polishing brushes having different polishing roughnesses are connected in parallel (three) as processing means. Taking as an example, the details of the configuration and operation of the machining apparatus will be described with reference to the drawings. In the following description, the up / down / left / right directions refer to the directions in the drawings unless otherwise specified.
図1は、図中右端の加工開始前位置に停止している加工ユニット20と、架台11上に載置される2点鎖線で示す被加工物Wの図中左右に挟持手段13のシリンダー駆動により摺動する基準側の挟持軸13Aの先端の挟持部13aと、従動側の挟持軸13Bの先端の挟持部13bが夫々後退していて被加工物Wの挟持をしていない開放状態を示す加工装置の正面図であって、前記加工ユニット20には、「粗研磨用」、「中研磨用」、「仕上げ研磨用」として3種類の砥粒の粒度が異なり選択設定された研磨ブラシからなる各加工手段21を図中右側から左側に連設し、前記「粗研磨用」の加工手段21の図中右側に加工開始前に被加工物Wの加工面Pの高さ位置を検出するための高さ位置検出手段15が配置されている。
FIG. 1 shows the cylinder drive of the clamping means 13 on the left and right in the drawing of the
前記した3連の加工手段21における「粗研磨用」は研磨能力を大として表層部に存在する微小クラックの大半を削り取る目的で設けるものであり、「中研磨用」はバンドソーもしくはワイヤソーにより切断したときに発生した表面の凹凸除去と前記「粗研磨」で荒れた表面を微細化する目的で設けるものであり、「仕上げ研磨用」は表面粗さの最終調整を目的に設けるものである。なお、前記「中研磨」の段階で表面の凹凸除去と表面粗さの微細化調整が完了すれば、加工手段21を2連にしても良いものである。 “Rough polishing” in the above-described three processing means 21 is provided for the purpose of scraping most of micro cracks existing in the surface layer portion with a large polishing ability, and “medium polishing” was cut with a band saw or a wire saw. It is provided for the purpose of removing irregularities on the surface that is sometimes generated and refining the roughened surface by the “rough polishing”, and “for final polishing” is provided for the purpose of final adjustment of the surface roughness. It should be noted that the processing means 21 may be doubled if the removal of surface irregularities and the adjustment of the surface roughness are completed at the stage of “medium polishing”.
被加工物Wの加工に先立ち、高さ位置検出手段15により加工手段21の研磨加工を開始する高さ位置を設定するためにマスターワークを使用する。
前記高さ位置を設定するために、まずマスターワークの両端を挟持手段13にて挟持する。挟持手段13によってマスターワークを挟持する際、例えば図5のように受け部材にV字状の溝(切り欠きV:11b)を有する架台11に載置して行うことが好ましい。該溝にマスターワーク配置することで、該マスターワークの図中紙面垂直方向の中心が調整される(図5(B)参照)。さらに、該架台は、その図中上下方向の設置位置を調整するための昇降手段12を有していることがさらに好ましい。マスターワークを該架台に載置し、前記挟持手段13の挟持軸13Aを基準端面位置Bまで前進させた後、挟持軸13Bを前進させて挟持部13aおよび13bによってマスターワークの両端部を挟持する。その後、該架台を取り外す。本実施例では、被加工物Wの架台11への配置および取外しは前記昇降手段12によって架台11を図中上下に移動させることで行われる。
Prior to processing the workpiece W, the master work is used to set the height position at which the polishing processing of the processing means 21 is started by the height position detection means 15.
In order to set the height position, first, both ends of the master work are clamped by the clamping means 13. When the master work is sandwiched by the sandwiching means 13, it is preferable that the master work is placed on a
挟持手段13は、挟持軸13Aおよび13Bの軸芯を中心にして回転する機構を備えており、マスターワークの端面側から見た挟持軸13Aおよび13Bの先端の挟持部13aおよび13bの軸芯と、マスターワークの軸芯とが一致するよう芯出し調整がされていなければならない。本実施形態では、マスターワークを挟持手段13で挟持後、加工ユニット20を左方に移動させ、該加工ユニット20に配置された高さ位置検出手段15によって、マスターワークの外周面高さ位置H1を測定し、その後該マスターワークを回転(例えば180度)させ、回転した状態での高さ位置H2を測定する。H1とH2の差を演算し、H1とH2が略同一でない場合は、前記架台を上昇させた後挟持軸13Aおよび13Bを各々後退させてマスターワークの挟持を解除する。前記演算結果を基に前記架台の高さ位置(マスターワークを挟持手段13で挟持させるための上下方向停止位置)を昇降手段12によって調整した後、再びマスターワークを挟持手段13で挟持し、挟持されたマスターワークのH1およびH2が測定される。H1とH2が略同一となるとマスターワークの芯出し工程が完了する。
The clamping means 13 includes a mechanism that rotates about the axis of the
芯出し工程完了後のH1およびH2は、マスターワークの外周面の高さ位置Hを示す。マスターワークの芯出し工程が完了後、加工ユニット20は図1における右端に移動する。そして、前記架台を上昇させ、前記挟持軸13Aおよび13Bを各々後退させてマスターワークの挟持を解除すると共に架台11のV字状の溝の上にマスターワークを載置する。その後、マスターワークを被加工物Wと交換し、被加工物Wの両端を挟持する。
H1 and H2 after completion of the centering step indicate the height position H of the outer peripheral surface of the master work. After the master work centering step is completed, the
次に、被加工物Wが加工可能な形状かどうかの判定を行う。例えば、加工目標の寸法に対し、被加工物Wが小さい箇所がある場合や大きすぎて砥石または研磨ブラシでの加工に適さない場所がある場合は不合格品として加工を中止する。形状の判定は、3次元測定器等公知の技術より適宜選択することができるが、本実施形態では、高さ位置検出手段15によって被加工物Wの高さ位置を測定し、演算によって判定を行った。例えば、被加工物Wの右端近傍、左右方向中央、左端近傍の位置でそれぞれ45°ずつ回転させ、合計24点の高さ位置を測定し、これらとマスターワークの高さ位置との差を演算することで判定を行うことができる。
Next, it is determined whether the workpiece W has a shape that can be processed. For example, if there is a part where the workpiece W is small with respect to the dimension of the processing target or if there is a place that is too large to be suitable for processing with a grindstone or a polishing brush, the processing is stopped as a rejected product. The determination of the shape can be appropriately selected from known techniques such as a three-dimensional measuring instrument, but in this embodiment, the height position of the workpiece W is measured by the
前記判定に合格した被加工物Wは、マスターワークの時と同様に芯出し工程を行われる。前記芯出し工程が完了したら、該加工ユニット20を図1における左端に移動させる。なお、前記マスターワークの芯出し工程によって計測されたマスターワークの外周面高さ位置Hと、前記被加工物Wの芯出し工程によって計測された被加工物Wの外周面高さ位置hと、がそれぞれ制御手段16に記憶される。
The workpiece W that has passed the above determination is subjected to a centering process in the same manner as in the master work. When the centering step is completed, the
あらかじめ作業者が制御手段16に手動で入力して記憶させた加工条件(加工手段21の加工能力、前工程における被加工物Wの切断条件、加工手段21の回転速度、被加工物Wの回転速度、加工ユニット20の移動速度、等)および自動的に制御手段16に記憶されたマスターワークおよび加工前の被加工物の前記高さ位置H、hに基づいて演算処理が行われ、加工手段21の被加工物Wの加工面に対する切り込み量が決定され、切り込み量の信号が制御手段16より出力さる。この信号に基づいて加工ユニット20が上下方向、すなわち加工ユニット20と加工面Pの距離方向に移動される。なお、「切り込み量」とは、加工手段21の被加工物方向への送り量であって、被加工物の加工代、加工手段の種類、加工手段の加工能力、被加工物の物性、等によって決定される。
Processing conditions manually input and stored in advance by the operator in the control means 16 (processing ability of the processing means 21, cutting conditions of the workpiece W in the previous step, rotation speed of the processing means 21, rotation of the workpiece W Speed, the moving speed of the
次に、前記加工条件に基づいて制御手段16より出された信号により加工手段21、被加工物Wを所定の回転速度にて回転させ、また加工ユニット20を所定の移動速度にて図1における右側へ移動させる。この移動によって、被加工物Wの被加工面Pと回転している加工手段21の先端部は接触し、加工(研磨)が行われる。前述の通り、加工手段21は図1の右から左に向かって順に加工手段に含まれる砥粒の粒度が「粗」→「細」の順に並んでいるので、この移動によって、「粗研磨」→「中研磨」→「仕上げ研磨」が行われる。加工ユニット20が所定の位置(最右端)に移動したら加工手段21および被加工物Wの回転を止める。その後、前記架台11が上昇して被加工物Wを載置した後、挟持軸13Aおよび13Bが後退し、該被加工物Wの挟持が解除され、該被加工物Wを取り出すことで加工が完了する。
Next, the processing means 21 and the workpiece W are rotated at a predetermined rotational speed by a signal output from the control means 16 based on the processing conditions, and the
複数の被加工物Wを加工する場合は、前記架台に新たに被加工物Wを設置した後、同様に被加工物の挟持工程、被加工物の芯出し工程を経て加工を行う。すなわち、最初にマスターワークの高さ位置を測定することで、その後複数の被加工物Wの加工を行うことができる。 When processing a plurality of workpieces W, after the workpieces W are newly installed on the gantry, the workpieces are similarly processed through a workpiece clamping process and a workpiece centering process. That is, by measuring the height position of the master work first, a plurality of workpieces W can be processed thereafter.
本実施形態では、加工ユニット20を図中左右方向へ移送させたが、被加工物Wを移送させてもよいし、加工ユニット20と被加工物Wの双方を移送させてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、加工条件を手動で制御手段16に入力したが、手動で入力された加工条件と自動で入力(記憶)された外周面高さ位置より、入力されていない加工条件を制御手段16にて演算させて加工を行ってもよい。たとえば、被加工物の加工面Pに対する加工手段21の先端の切り込み量と加工手段21の回転速度を入力することで、被加工物Wの移動速度を制御手段16により演算させてもよいし、他の加工条件や高さ位置から切り込み量を制御手段16により演算させてもよい。そして、これらの演算結果に基づいて加工を行うことができる。 In the present embodiment, the machining conditions are manually input to the control means 16, but the machining conditions that are not input are controlled by the manually input machining conditions and the outer peripheral surface height position that is automatically input (stored). The processing may be performed by calculating at 16. For example, the moving speed of the workpiece W may be calculated by the control means 16 by inputting the cutting amount of the tip of the machining means 21 with respect to the machining surface P of the workpiece and the rotation speed of the machining means 21. The cutting amount may be calculated by the control means 16 from other processing conditions and height positions. And it can process based on these calculation results.
入力する加工条件は本実施形態の項目に限られない。たとえば、加工手段21の種類、被加工物Wの材質、加工前の被加工物Wの形状、加工目的とする被加工物Wの形状、加工箇所、等を入力してもよい。 The processing conditions to be input are not limited to the items in this embodiment. For example, the type of the processing means 21, the material of the workpiece W, the shape of the workpiece W before processing, the shape of the workpiece W to be processed, the processing location, and the like may be input.
図2(A)および(B)は、前記加工手段21である研磨ブラシの一例を示すもので、砥粒を混合したナイロン等の合成樹脂からなる毛材24aを束ねて研磨具24とし、該研磨具24の基部24bを加工用回転手段22に連結し水平回転するようにした研磨具取付プレート23に着脱自在に取付けて、下端が被加工物Wの加工面Pに接触回転して研磨を行い、研磨具24が磨耗したら該研磨具24を研磨具取付プレート23から取外して新しい研磨具24に交換できるものである。なお、加工手段21である研磨ブラシは、図2に示すものに限るものでなく、砥粒を混合した毛材24aからなる研磨具24を研磨具取付プレート23に直接取付けて固定し、該研磨具24が磨耗したら研磨具取付プレート23共々交換するものでもよいし、研磨具24を使用せず、砥粒を含有したナイロン等の合成樹脂からなる毛材24cを、加工手段21の底部にリング状に植設してもよい(図3(A)参照。上図が正面図を、下図が底面図を表す。)。また、例えば、加工の際に略90°の角度をなす柱状体の角部に加工手段21が接触する場合など、加工手段21と被加工物Wの接触によって欠け(チッピング)が生じることが問題となる場合には、砥粒を含有した合成樹脂からなる弾性体24dを加工手段21の底部にリング状に配置してもよい(図3(B)参照。上図が正面図を、下図が底面図を表す。)。この場合の弾性体24dとは、例えば硬度が比較的柔らかい樹脂のバルク体や、内部に多数の気泡を有するポリウレタンやウレタンをはじめとする樹脂のバルク体や、繊維状の弾性体を互いに絡ませたものでもよい。硬度が比較的柔らかい樹脂のバルク体では、樹脂自体が緩衝材として働く。気泡を有する樹脂のバルク体では内部の気泡が緩衝材として働く。砥粒を含有し互いに絡み合った弾性体では、該弾性体が絡み合うことで、これらの集合体の内部には空気が包括されることとなり、この空気層が緩衝材として働く。いずれの場合も、該弾性体24dが被加工物に接触した際に適度な弾性力を保持するよう、合成樹脂の種類および砥粒の含有率などを適宜選択する。なお、前記毛材または弾性体に混合される砥粒の粒度はF180〜#2000(砥粒の粒度の定義はJIS規格 R6001:1998による)の範囲から目的にあった加工能力を得られる様に選択することが望ましい。
2 (A) and 2 (B) show an example of a polishing brush as the processing means 21, and a bristle material 24a made of synthetic resin such as nylon mixed with abrasive grains is bundled to form a
また、1つの研磨ブラシ21に対して少なくとも2種類以上の毛材または弾性体を配置してもよい。その際は、研磨ブラシ21底部の外周に近い側に、砥粒の小さな毛材または弾性体を配置し、内側に砥粒の大きな毛材または弾性体を配置する。内側に配置された砥粒の大きな毛材または弾性体により粗研磨を行い、外周側に配置された砥粒の小さな毛材および弾性体により中研磨または仕上げ研磨を行うことができる。すなわち、1つの研磨ブラシ21によって2つ以上の効果を得ることが出来るため、加工ユニット20に配置する研磨ブラシ21の個数を少なくすることができる。
Further, at least two kinds of bristle materials or elastic bodies may be arranged for one polishing
次に、先述の「粗」→「細」のような多段加工を必要とせず、1段階の加工で要求される表面が得られる場合を第2の実施形態として説明する。なお、ここでは第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。 Next, a case where a surface required by one-step processing can be obtained without requiring multi-step processing such as “rough” → “thin” as described above will be described as a second embodiment. Here, only differences from the first embodiment will be described.
例えば、加工前の被加工物Wの表面の微小クラックが微小で、かつ加工前の表面粗さが要求値に対して大差がない場合は、加工手段21(研磨ブラシ)は前述の「中研磨用」または「仕上げ研磨用」のみで加工を行うことができる。このような場合、研磨の目的に合わせた粒度の砥粒を含有する毛材または弾性体を備えた加工手段21を1つのみ配置して加工を行ってもよい。 For example, when the micro cracks on the surface of the workpiece W before processing are very small and the surface roughness before processing is not greatly different from the required value, the processing means 21 (abrasive brush) uses the above-mentioned “medium polishing”. The processing can be performed only for “use” or “for finish polishing”. In such a case, the processing may be performed by arranging only one processing means 21 including a hair material or an elastic body containing abrasive grains having a particle size suitable for the purpose of polishing.
また、第1の実施形態の様に複数台の加工手段21を平行に連接する場合、同じ加工能力を有する加工手段21を配置することで、加工時間を短縮することができる。 When a plurality of processing means 21 are connected in parallel as in the first embodiment, the processing time can be shortened by arranging the processing means 21 having the same processing ability.
次に、仕上げ前の被加工物Wが仕上げ目的の寸法より大きすぎる場合や、加工前の被加工物Wが多角柱状の場合等、研磨ブラシによる研磨では加工量が不足する場合を第3の実施形態として説明する。なお、ここでは、第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。 Next, when the workpiece W before finishing is too larger than the dimension intended for finishing, or when the workpiece W before processing is a polygonal column shape, the case where the processing amount is insufficient by polishing with a polishing brush is third. This will be described as an embodiment. Here, only differences from the first embodiment will be described.
この場合、前記加工手段21の少なくとも1つを砥石に変更してもよい。砥石を配置する場合、例えば図1において右から順に「砥石」「粗研磨用ブラシ」「仕上げ研磨用ブラシ」の順に配置する。 In this case, at least one of the processing means 21 may be changed to a grindstone. When arranging the grindstone, for example, in the order from the right in FIG. 1, the grindstone is arranged in the order of “rough polishing brush” and “finish polishing brush”.
加工ユニット20は、それぞれの加工手段21が単独で図1における上下方向に移動できる機構をそなえている。加工ユニット20が図1における左方に移動させた後、砥石のみを同図下方に移動させると共に回転させ、前述のように被加工物Wの回転および加工ユニット20の右方への移動を経て砥石による加工(研削)が完了する。次に、砥石を上昇させた後加工ユニット20を同図左方に移動させ、研磨ブラシを下方に移動させ同様に加工することで研磨ブラシによる加工(研磨)が完了する。以上の工程により、砥石による寸法および形状の調整と、研磨用ブラシによる微小クラックの除去とを行うことができる。
The
硬脆性の材料を良好に加工でき、かつ新たな微小クラックを発生しないためには、該砥石を構成する粒度はF90〜F220または#240〜#500の範囲より適宜選択することが望ましい。また、その際、粗研磨用ブラシの毛材または弾性体に含まれる砥粒の粒度は#240〜#500、仕上げ研磨用ブラシの毛材または弾性体に含まれる砥粒の粒度は#800〜#1200の範囲から目的の加工能力が得られるように選択することが望ましい。 In order to satisfactorily process a hard and brittle material and not generate new microcracks, it is desirable that the particle size constituting the grindstone is appropriately selected from the range of F90 to F220 or # 240 to # 500. At that time, the grain size of the abrasive grains contained in the bristle material or elastic body of the rough polishing brush is # 240- # 500, and the grain size of the abrasive grains contained in the hair material or elastic body of the brush for final polishing is # 800- It is desirable to select from the range of # 1200 so that the desired processing capability can be obtained.
次に、第4の実施形態にかかる加工装置について、図4を参照しながら説明する。本実施形態にかかる加工装置では、加工時間を短縮するように加工手段21を配置した装置構成となっている。なお、ここでは第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。 Next, a processing apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the processing apparatus according to the present embodiment, the processing means 21 is disposed so as to shorten the processing time. Here, only differences from the first embodiment will be described.
第4の実施形態にかかる加工装置では、被加工物Wの同一断面(円形)の面内において、第1の加工手段25と第2の加工手段25が配置されている。
第1の加工手段25と第2の加工手段26の軸芯は、被加工物Wの半径方向に一致するように配置されており、第1の加工手段25と第2の加工手段26が互いに干渉しないようにするために、第1の加工手段25の軸芯と第2の加工手段26の軸芯は、所定の角度θを構成するようにして、被加工物Wの断面中心で交わるように配置されている(図4(B)参照。同図の右図は正面、左図は左側面を示す。)。この角度θは、第1の加工手段25と第2の加工手段26が互いに干渉しない限り、任意に設定することができるが、角度θを180°に設定し、第1の加工手段25の軸芯と第2の加工手段26の軸芯が完全に一致して対向するように配置することもできる(図4(A)参照。同図の右図は正面、左図は左側面を示す。)。
In the processing apparatus according to the fourth embodiment, the first processing means 25 and the second processing means 25 are arranged in the plane of the same cross section (circular shape) of the workpiece W.
The axial centers of the first machining means 25 and the second machining means 26 are arranged so as to coincide with the radial direction of the workpiece W, and the first machining means 25 and the second machining means 26 are mutually connected. In order to prevent interference, the axis of the first processing means 25 and the axis of the second processing means 26 form a predetermined angle θ and intersect at the center of the cross section of the workpiece W. (See FIG. 4B. The right figure in the figure shows the front, and the left figure shows the left side.) The angle θ can be arbitrarily set as long as the
このような構成とすることによって、被加工物Wは円周方向に回転しながら加工されるため、被加工物の加工面は第1の加工手段25と第2の加工手段26の2箇所において同時に加工されるため、加工時間が短縮される。 With such a configuration, the workpiece W is processed while rotating in the circumferential direction, so that the processed surface of the workpiece is at two places, the first processing means 25 and the second processing means 26. Since it is processed simultaneously, processing time is shortened.
また、本実施形態の加工装置においても、第1の加工手段25および第2の加工手段26をそれぞれ被加工物Wの長手方向に2連、あるいは3連として配置した、第1の加工ユニット20aおよび第2の加工ユニット20bを配置することもできる。
この場合、被加工物Wの長手方向に沿って右から順に、第1列目の第1の加工手段25aと第2の加工手段26a、第2列目の第1の加工手段25bと第2の加工手段26b、および第3列目の第1の加工手段25cと第2の加工手段26c、が配置されるようになっている。
その際、それぞれの加工手段に備えられている毛材または弾性体に含有される砥粒の粒度は、第1の加工手段25aと第2の加工手段26a、第1の加工手段25bと第2の加工手段25b、第1加工手段25cと加工手段25cがそれぞれ略同一、すなわち略同一の加工能力を有するようにする。
Also in the processing apparatus of the present embodiment, the
In this case, in order from the right along the longitudinal direction of the workpiece W, the first processing means 25a and the second processing means 26a in the first row, the first processing means 25b and the second processing in the second row. The first processing means 25c and the second processing means 26c in the third row are arranged.
At that time, the grain sizes of the abrasive grains contained in the hair material or the elastic body provided in each processing means are the first processing means 25a, the second processing means 26a, the first processing means 25b, and the second processing means. The processing means 25b, the first processing means 25c, and the processing means 25c are substantially the same, that is, have substantially the same processing capability.
また、第2の実施形態と同様に、一種類の加工能力を有する加工手段によって加工を行うことができるときは、全ての加工手段に備えられている毛材または弾性体に含有される砥粒の粒度を略同一とし、すべての加工手段の加工能力を略同一とすることができる。 Similarly to the second embodiment, when processing can be performed by processing means having one type of processing capability, abrasive grains contained in the hair material or elastic body provided in all processing means. Can be made substantially the same, and the processing ability of all the processing means can be made substantially the same.
また、第3の実施形態と同様に、第1の加工ユニット20aと第2の加工ユニット20bにおける加工手段をそれぞれ少なくとも1つ以上砥石に変更することができる。
Further, similarly to the third embodiment, at least one or more processing means in each of the
また、上述した第4の実施形態にかかる加工装置では、被加工物Wの円周方向に第1の加工手段25と第2の加工手段26の2つの加工手段を設置する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、各加工手段が互いに干渉しない限りにおいて、設置スペースや目標とする加工時間等にあわせて任意の個数の加工手段、たとえば第3の加工手段(図示せず)をさらに配置するようにしても良い。 In the processing apparatus according to the above-described fourth embodiment, the configuration in which the two processing means of the first processing means 25 and the second processing means 26 are installed in the circumferential direction of the workpiece W has been described. However, the present invention is not limited to this, and as long as the respective processing means do not interfere with each other, an arbitrary number of processing means such as third processing means (not shown) according to the installation space, the target processing time, etc. May be further arranged.
次に、被加工物Wを多角柱状(本実施例では四角柱状)に加工する場合を第5の実施形態として説明する。なお、ここでは第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。 Next, the case where the workpiece W is processed into a polygonal column shape (a quadrangular column shape in this embodiment) will be described as a fifth embodiment. Here, only differences from the first embodiment will be described.
まず、マスターワークを例えば図5(A)のような架台に、平面部が上面となるように載置した後、挟持手段13によって両端を挟持する(図5(C)参照。切り欠きL:11cによって載置される)。その後、高さ位置測定手段で高さ位置を測定した後、挟持を解除して被加工物Wと交換し、該被加工物Wを挟持する。その後、架台11を下降させる。
First, after placing the master work on a gantry such as that shown in FIG. 5A so that the flat surface portion is on the upper surface, the both ends are clamped by the clamping means 13 (see FIG. 5C. Notch L: 11c). Thereafter, after the height position is measured by the height position measuring means, the clamping is released and replaced with the workpiece W, and the workpiece W is clamped. Thereafter, the
次に、被加工物Wが加工可能な形状かどうかの判定を行う。例えば、予め入力した仕上げ寸法に対し、被加工物Wが小さい箇所がある場合や大きすぎて砥石または研磨ブラシでの加工には適さない場所がある場合は不合格品として加工を中止する。形状の判定は、3次元測定器等公知の技術より適宜選択することができるが、本実施形態では、例えば、被加工物Wの右端近傍、左右方向中央、左端近傍の位置でそれぞれ45°ずつ回転させ、合計24点の高さ位置を測定し、これらとマスターワークの高さ位置との差を演算することで判定を行うことができる。本実施形態では、第1の実施形態の場合と同様に高さ位置検出手段15によって被加工物Wの高さ位置を測定し、演算によって判定を行った。なお、四角柱の場合は平面部と角部で高さ位置が異なることを考慮して演算が行われる。 Next, it is determined whether the workpiece W has a shape that can be processed. For example, if there is a part where the workpiece W is small with respect to the finishing dimension inputted in advance or if there is a part that is too large and is not suitable for processing with a grindstone or a polishing brush, the processing is stopped as a rejected product. Judgment of the shape can be appropriately selected from known techniques such as a three-dimensional measuring instrument, but in this embodiment, for example, 45 ° at each position near the right end, the center in the left-right direction, and the left end of the workpiece W. It can be determined by rotating and measuring a total of 24 height positions and calculating the difference between these height positions and the master work height position. In the present embodiment, the height position of the workpiece W is measured by the height position detecting means 15 as in the case of the first embodiment, and the determination is made by calculation. In the case of a quadrangular prism, the calculation is performed considering that the height position is different between the flat portion and the corner portion.
前記判定に合格した被加工物Wは、加工後に平面部となる面を上になるように被加工物回転手段にて回転させて調整したのち、架台11に配置される。ここで、該被加工物Wが目標の寸法より大きく、研磨ブラシによる加工のみでは目標とする寸法を得ることが困難な場合は、第3の実施形態のように加工手段の一つを砥石とし、先ず砥石での研削によって寸法の調整を行う。
The workpiece W that has passed the above determination is adjusted by being rotated by the workpiece rotating means so that the surface that becomes the flat portion after processing is turned upward, and then placed on the
加工ユニット20を図1における左方に移動させた後、測定された高さ位置と予め入力された加工手段の切り込み量とを演算し、その結果に基づいて加工ユニット20を同図下方に移動させた後、砥石を下降させると共に該砥石を回転させ、その後加工ユニット20を同図右方へ移動させることで砥石での研削により第1の平面部の形状および寸法が調整される。次に、該砥石の回転を止めると共に上昇させた後、加工ユニット20を同様に左方に移動させる。移動後、研磨ブラシと下降させると共に該研磨ブラシを回転させ、その後加工ユニット20を同様に同図右方へ移動させることで、第1の平面部の加工が完了する。
After moving the
その後、昇降手段12を下降させて被加工物Wの載置を解除した後、被加工物回転手段により被加工物Wを90°回転させた後、昇降手段12を上昇させて再び被加工物Wを架台へ載置する。その後同様に工程を経て第2の平面部の加工が完了する。以上の工程を繰り返すことで、4辺の平面部の加工が完了する。 Thereafter, after the lifting / lowering means 12 is lowered to release the workpiece W, the workpiece W is rotated by 90 ° by the workpiece rotating means, and then the lifting / lowering means 12 is raised to again work the workpiece. Place W on the gantry. After that, the processing of the second plane portion is completed through the same process. By repeating the above steps, the processing of the four sides of the plane portion is completed.
次に、昇降手段12を下降させて被加工物Wの載置を解除した後、被加工物回転手段により被加工物Wを45°回転させた後、昇降手段12を上昇させて再び被加工物Wを架台11へ載置する(図5(D)参照。切り欠きV:11bによって載置される)。その後第1の平面部の加工と同様の工程を経て第1の稜角部の加工が完了する。その後、昇降手段12を下降させて被加工物Wの載置を解除した後、被加工物回転手段により被加工物Wを90°回転させた後、昇降手段12を上昇させて再び被加工物Wを架台へ載置する。その後同様に工程を経て第2の稜角部の加工が完了する。以上の工程を繰り返すことで、4つの稜角部の加工が完了する。 Next, after the lifting / lowering means 12 is lowered to release the workpiece W, the workpiece W is rotated by 45 ° by the workpiece rotating means, and then the lifting / lowering means 12 is lifted to process again. The object W is placed on the gantry 11 (see FIG. 5D. It is placed by the notch V: 11b). Thereafter, the processing of the first ridge corner portion is completed through the same process as the processing of the first flat surface portion. Thereafter, after the lifting / lowering means 12 is lowered to release the workpiece W, the workpiece W is rotated by 90 ° by the workpiece rotating means, and then the lifting / lowering means 12 is raised to again work the workpiece. Place W on the gantry. Thereafter, similarly, the second ridge corner portion is completely processed through the steps. By repeating the above steps, the processing of the four ridge corners is completed.
その後、挟持軸13Aおよび13Bを後退させて被加工物Wの挟持を解除し、架台11より取り外すことで、4辺の平面部および4つの稜角部の加工が完了した被加工物Wを得ることができる。
Thereafter, the clamping
加工前の被加工物Wの寸法が目的の寸法と大きな差がない場合は、加工手段21を全て研磨ブラシとして、前述の形状および寸法を調整する工程を省略することができる。また、前記形状および寸法を調整する工程を別の装置で行った場合の加工も同様に、加工手段21を全て研磨ブラシとして加工を行うことができる。 When the dimension of the workpiece W before processing is not significantly different from the target dimension, the process of adjusting the shape and dimensions can be omitted by using all the processing means 21 as a polishing brush. Similarly, when the step of adjusting the shape and dimensions is performed by another apparatus, the processing means 21 can be processed entirely as a polishing brush.
また、四角柱形状の場合、例えば円柱形状の被加工物Wをワイヤソーやバンドソー等によって四角柱状に加工された場合等(図6参照)、角部が曲線である場合の角部の加工の際は、架台11への載置を解除した状態で、被加工物Wを45°の回転を往復させながら加工を行う。
In the case of a quadrangular prism shape, for example, when a cylindrical workpiece W is processed into a quadrangular prism shape with a wire saw, a band saw, or the like (see FIG. 6), the corner portion is processed when the corner portion is curved. In the state where the mounting on the
また、1段階の加工で目的の表面が得られる場合は、第2の実施形態の様に同一の加工能力を備える研磨ブラシを配置することで加工時間を短縮することができる。 When the target surface is obtained by one-step processing, the processing time can be shortened by arranging a polishing brush having the same processing ability as in the second embodiment.
また、第4の実施形態の場合と同様に、複数の加工ユニット20を配置してもよい。例えば、第1の加工ユニット20aと第2の加工ユニット20bとを、被加工物に対して対象に配置して四角柱状の被加工物Wを加工した場合、第1の平面部と第3の平面部、第2の平面部と第4の平面部、第1の稜角部と第3の稜角部、第2の稜角部と第4の稜角部、がそれぞれ同時に加工されるため、加工時間を半分とすることができる。
Moreover, you may arrange | position the some
加工目標寸法とほぼ同一である円柱状および四角柱状のシリコンブロックの加工を行った。加工前の前記被加工物Wの表層部には、深さが80〜100μmの微小クラックが存在しその表面粗さRyは9〜11μmであり、該シリコンブロックをワイヤソーで切断(スライス加工)してシリコンウェハにしたときの割れ・欠け等による不良品の発生率が5〜6%であった。 Cylindrical and quadrangular columnar silicon blocks that were almost the same as the processing target dimensions were processed. The surface layer portion of the workpiece W before processing has a microcrack having a depth of 80 to 100 μm and a surface roughness Ry of 9 to 11 μm. The silicon block is cut (sliced) with a wire saw. The incidence of defective products due to cracks, chips, etc. when silicon wafers were formed was 5-6%.
本実施例に用いる加工装置に、第1の実施形態に記載の加工装置を用いて前記被加工物(W)としたシリコンブロックを加工して微小クラックおよび凹凸の除去と表面粗さの微小化した後、該シリコンブロックをワイヤソーでスライス加工してシリコンウェハを形成したときの割れ・欠け等による不良品の発生率を低減させた結果について述べる。 In the processing apparatus used in this example, the silicon block as the workpiece (W) is processed by using the processing apparatus described in the first embodiment to remove microcracks and irregularities and miniaturize the surface roughness. After that, the results of reducing the incidence of defective products due to cracks, chips, etc. when the silicon block is sliced with a wire saw to form a silicon wafer will be described.
本実施例における加工条件を表1とし、制御手段16に入力後、それぞれ3本のシリコンブロックの加工を行った。その結果、円柱状および四角柱状のシリコンブロックは、いずれも表2に示すとおり、シリコンブロックの表層部に存在する微小クラックの深さおよび外周面の凹凸を大幅に小さくすることができ、その結果、微小クラックの最大深さが0.9μm、表面粗さが平面部Ry0.7〜1.0μm(平均:Ry0.9μm)、であって、微小クラックおよび凹凸の除去と表面粗さを微小化することができ、そのシリコンブロックをそれぞれ3個ともワイヤソーでスライス加工してシリコンウェハにしたときの割れ・欠け等による不良品の発生率を1.8%低減することができた。微小クラックの最大深さは3.0μm以下、望ましくは2.3μm以下であることが望ましい。前記最大深さが3.0μm以上では前記不良品の発生率が増大する。また、前記最大深さが2.3μm以下であれば、数十μmの厚さにスライス加工してシリコンウェハにしたときの割れ・欠け等による不良品の発生率に与える影響が少ない。本実施例では前記最大深さが0.9μmであり、前記不良品の発生率に影響を与える2.3μmを大幅に下回ることができた。 The processing conditions in this example are shown in Table 1, and after inputting to the control means 16, three silicon blocks were processed. As a result, as shown in Table 2, the cylindrical and quadrangular columnar silicon blocks can greatly reduce the depth of microcracks existing on the surface layer of the silicon block and the irregularities on the outer peripheral surface. The maximum depth of microcracks is 0.9 μm, and the surface roughness is a flat portion Ry 0.7 to 1.0 μm (average: Ry 0.9 μm), and the microcracks and irregularities are removed and the surface roughness is miniaturized. It was possible to reduce the occurrence rate of defective products due to cracks, chips, etc. by 1.8% when all three silicon blocks were sliced with a wire saw to form a silicon wafer. The maximum depth of the microcracks is 3.0 μm or less, preferably 2.3 μm or less. When the maximum depth is 3.0 μm or more, the incidence of defective products increases. Further, when the maximum depth is 2.3 μm or less, there is little influence on the occurrence rate of defective products due to cracks / chips or the like when sliced into a thickness of several tens of μm to form a silicon wafer. In this example, the maximum depth was 0.9 μm, which was significantly less than 2.3 μm, which affects the incidence of defective products.
加工目標寸法より大きく、研磨ブラシのみでの加工では困難な場合として、加工手段として1つの砥石と2つの研磨ブラシを組み合わせて円柱状および四角柱状のシリコンブロックの加工を表3の条件にて実施例1と同様にそれぞれ3本のシリコンブロックの加工を行った。その結果、円柱状および四角柱状のシリコンブロックは、いずれもシリコンブロックの外周面の凹凸を大幅に小さくすることができ、表面粗さがRy0.7〜1.0μm(平均:Ry0.9μm)であって、そのシリコンブロックをそれぞれ3個ともワイヤソーでスライス加工してシリコンウェハにしたときの割れ・欠け等による不良品の発生率が1〜2%と良好な結果を得ることができた。 When processing is larger than the target processing size and it is difficult to process with only a polishing brush, cylindrical and square silicon blocks are processed under the conditions shown in Table 3 by combining one grinding stone and two polishing brushes as processing means. In the same manner as in Example 1, three silicon blocks were processed. As a result, both the cylindrical and quadrangular columnar silicon blocks can greatly reduce the unevenness of the outer peripheral surface of the silicon block, and the surface roughness is Ry 0.7 to 1.0 μm (average: Ry 0.9 μm). Thus, when all three silicon blocks were sliced with a wire saw to form a silicon wafer, the rate of occurrence of defective products due to cracks, chips, etc. was as high as 1 to 2%.
他の結晶材料の一例として、加工目標寸法とほぼ同一である円柱状および四角柱状の水晶ブロックの加工を行った。表5の条件にて実施例1と同様にそれぞれ3本の水晶ブロックの加工を行った。その結果、円柱状および四角柱状の水晶ブロックの外周面の凹凸を大幅に小さくすることができ、表面粗さがRy0.3〜0.5μm(平均:Ry:0.4μm)であって、その水晶ブロックをそれぞれ3個ともワイヤソーでスライス加工して水晶ウェハとしたときの割れ・欠け等による不良品の発生率も低減していた。 As an example of another crystal material, a cylindrical and square columnar crystal block that is substantially the same as the processing target dimension was processed. In the same manner as in Example 1, three quartz blocks were processed under the conditions shown in Table 5. As a result, the irregularities on the outer peripheral surface of the cylindrical and square columnar crystal blocks can be greatly reduced, and the surface roughness is Ry 0.3 to 0.5 μm (average: Ry: 0.4 μm), When all three quartz blocks were sliced with a wire saw to make a quartz wafer, the incidence of defective products due to cracks and chips was also reduced.
四角柱形状や円柱形状以外の形状の加工例として、水晶ウェハの製造について説明する。水晶ウェハは、図7に示すように、水熱育成法等によって結晶を成長させて人工水晶を得る結晶育成工程(図7(A)参照)、前記人工水晶の軸方向を明確にするために表面を研削して水晶ブロック(以降、「水晶ランバート」と記す)を得るランバード加工(図7(B)参照)、ランバード加工された人工水晶を周波数特性に合わせて所定の角度で薄くスライスする切断工程(図7(C)参照)、スライスされた人工水晶同士をワックス等で張り合わせて塊状体を形成する(例えば50〜70枚)固定工程(図7(D)参照)、前記塊状体の外形をウェハとしての外形の寸法を調整するための外形研磨工程、前記ワックス等を取り除く剥離工程(図7(E)参照)、を経て水晶ウェハを得ることができる(図7(F)参照)。 As a processing example of a shape other than a quadrangular prism shape or a cylindrical shape, manufacturing of a crystal wafer will be described. As shown in FIG. 7, in order to clarify the axial direction of the artificial crystal, the crystal wafer is obtained by growing a crystal by a hydrothermal growth method or the like to obtain an artificial crystal (see FIG. 7A). Lumbard processing (refer to FIG. 7B) to obtain a quartz block (hereinafter referred to as “quartz crystal Lambert”) by grinding the surface, and cutting by thinly slicing the lumbard artificial quartz crystal at a predetermined angle according to the frequency characteristics Step (see FIG. 7C), the sliced artificial quartz crystals are bonded together with wax or the like to form a lump (for example, 50 to 70 pieces), a fixing step (see FIG. 7D), the outer shape of the lump A crystal wafer can be obtained through an external polishing process for adjusting the external dimensions of the wafer and a peeling process (see FIG. 7E) for removing the wax and the like (see FIG. 7F).
水晶ランバートは例えば図8に示すように両端面が水平ではない場合がある。このように、両端面が水平でない形状の被加工物を加工する際、挟持部13aおよび13bの先端に、前記被加工物の先端の形状にあわせた挟持補助部材13cおよび13dを連結し、該挟持補助部材13c、13dを介して被加工物Wを挟持手段13によって挟持する。その後、水晶ランバードの外周面を前述のように加工することで、その後の切断工程での割れ・欠け等の不良品の発生率を抑制することができた。
For example, as shown in FIG. 8, there are cases where both end faces of the crystal Lambert are not horizontal. In this way, when processing a workpiece having a shape in which both end faces are not horizontal, the clamping
また、前記外形研磨工程において、本発明の加工装置によって加工を行うことで、前記切断工程等で生じた微小クラックの深さおよび外周面の凹凸を大幅に小さくすることができる。加工後、前記剥離工程を経て得られた水晶ウェハは、例えば水晶振動子として使用する場合は、研磨により周波数に合わせた厚みに調整する工程、これをワックス等で貼り合わせる工程、これを所定の設計寸法に切断する工程、水晶片の中央に振動を集中させるためにエッジを研削するベベル加工、前記ワックス等を取り除く工程、加工変質を除去し周波数の精度を向上させるエッチング工程、蒸着法等による電極を形成する工程、周波数の最終調整後ケーシングに封入する工程を得て水晶振動子が得られる。これらの工程においても、本発明の加工装置により加工することで、外周面の微小クラックが除去されているために微小クラックを基点にクラックが成長した粗大クラックの発生を抑制することができ、不良品の発生率を低減させることができた。 In the outer shape polishing step, the depth of microcracks generated in the cutting step or the like and the unevenness on the outer peripheral surface can be significantly reduced by performing the processing with the processing apparatus of the present invention. After processing, when the crystal wafer obtained through the peeling step is used as a crystal resonator, for example, a step of adjusting the thickness to a frequency by polishing, a step of bonding this with wax or the like, By cutting to the design dimensions, beveling to grind the edge to concentrate the vibration in the center of the crystal piece, removing the wax, etc., etching process to remove processing alteration and improve frequency accuracy, vapor deposition method, etc. The crystal resonator is obtained by obtaining the step of forming the electrode and the step of enclosing in the casing after the final adjustment of the frequency. Also in these steps, by processing with the processing apparatus of the present invention, since the microcracks on the outer peripheral surface are removed, it is possible to suppress the occurrence of coarse cracks where cracks have grown from the microcracks as the starting point. The incidence of non-defective products could be reduced.
本発明により加工された硬脆性の結晶材料のブロックは、ワイヤソーやバンドソーにより薄く切断された後、切断面をラッピング研磨することでウェハを得ることができる。例えば、薄膜太陽電池パネル等の各種半導体基板に用いられるシリコンウェハ、電子デバイスや光学基板に用いられる石英ウェハ、LED基板などに用いられるサファイアウェハや砒化ガリウムウェハやガリウム燐ウェハや窒化ガリウムウェハ、パワーデバイス等に用いられる炭化珪素単結晶ウェハ、SAWフィルタに用いられるタンタル酸リチウムウェハやニオブ酸リチウムウェハ、超高速半導体素子に用いられる燐化インジウムウェハ等、あらゆるウェハの製造に適用することができる。 The block of hard and brittle crystal material processed according to the present invention can be cut into thin pieces with a wire saw or a band saw, and then the wafer can be obtained by lapping polishing the cut surface. For example, silicon wafers used for various semiconductor substrates such as thin film solar cell panels, quartz wafers used for electronic devices and optical substrates, sapphire wafers used for LED substrates, gallium arsenide wafers, gallium phosphide wafers, gallium nitride wafers, power The present invention can be applied to the production of all types of wafers such as silicon carbide single crystal wafers used for devices, lithium tantalate wafers and lithium niobate wafers used for SAW filters, and indium phosphide wafers used for ultrahigh-speed semiconductor elements.
01 加工装置
11 架台
11a 受け部材
11b 切り欠きV
11c 切り欠きL
12 昇降手段
13 挟持手段
13A、13B 挟持軸
13a、13b 挟持部
15 高さ位置検出手段
16 制御手段
20 加工ユニット
21 加工手段
22 加工用回転手段
23 研磨具取付プレート
24 研磨具
24a、24c 毛材
24b 基部
24d 弾性体
01
11c Notch L
12 Lifting means 13 Holding means 13A,
Claims (16)
前記挟持手段に連結され、該挟持手段の軸心を中心に被加工物を回転させるための被加工物用回転手段と、
前記被加工物に先端が接触回転しながら前記被加工物を加工する加工手段が配置された加工ユニットと、
加工後の被加工物の寸法を持つマスターワークの外周面の高さ位置および加工前の前記被加工物の加工面の高さ位置を検出するための高さ位置検出手段と、
前記マスターワークの高さ位置と前記加工前の被加工物の高さ位置と加工条件とが入力され、これらを演算して前記加工装置が動作するための信号を出力する制御手段と、を備え、
前記演算は、前記マスターワークの高さ位置と加工前の被加工物の高さ位置との差の演算、または入力された加工条件に基づいて入力されていない加工条件を設定するための演算の少なくともいずれかであることを特徴とする柱状部材の加工装置。 A processing apparatus for processing an outer peripheral surface of a crystal material having a columnar hard and brittle shape, wherein both end surfaces are clamped when the workpiece is processed, and the clamped state is released after the processing is completed. A clamping means comprising a clamping shaft attached to the tip of the clamping part so as to move back and forth;
A workpiece rotating means coupled to the clamping means for rotating the workpiece about the axis of the clamping means;
A processing unit in which processing means for processing the workpiece while a tip rotates in contact with the workpiece is disposed;
A height position detecting means for detecting the height position of the outer peripheral surface of the master workpiece having the dimensions of the workpiece after processing and the height position of the processing surface of the workpiece before processing;
Control means for inputting a height position of the master workpiece, a height position of the workpiece before machining, and machining conditions, and calculating these and outputting a signal for operating the machining apparatus; ,
The calculation is a calculation of the difference between the height position of the master workpiece and the height position of the workpiece before machining, or an operation for setting machining conditions that are not input based on the input machining conditions. A processing apparatus for a columnar member, which is at least one of them.
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