JP2020015107A - 砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】切れ味を向上させることができる砥石を提供する。【解決手段】砥石１０は、被加工物を研磨又は研削する加工面を有し、加工面に直交するＺ方向（直交方向）に沿って延びる六角形筒状の複数の筒部が加工面に沿って並べられたハニカム構造を有する。砥石１０は、複数の砥粒１５と、複数の砥粒１５を結合する結合材１６と、を備える。複数の砥粒１５は、結合材１６内に、Ｚ方向に沿って１列に並べられ、結合材１６に対して結合材１６の厚さ方向（Ｘ方向）において中心に位置する。【選択図】図３

Description

本発明は、砥石に関する。

従来から、被加工物を研磨又は研削する砥石が知られている。例えば、特許文献１に記載の砥石は、ハニカム構造をなし、ハニカム構造の交点等に位置し、砥粒及び結合材からなる砥石柱を備える。特許文献１の図４等に示すように、複数の砥粒は、結合材内において、砥石柱の長手方向を列方向とした場合、おおよそ３列又は４列でランダムに分布している。

特開２０１７−１３２２１号公報

このため、上記特許文献１に記載の構成では、ハニカム構造をなす砥石の厚さが大きくなり、砥石の被加工物に対する接触面積が大きくなる。このため、砥石の切れ味が低下するおそれがあった。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、切れ味を向上させることができる砥石を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る砥石は、被加工物を研磨又は研削する加工面を有し、前記加工面に直交する直交方向に沿って延びる六角形筒状の複数の筒部が前記加工面に沿って並べられたハニカム構造を有する砥石であって、前記砥石は、複数の砥粒と、前記複数の砥粒を結合する結合材と、を備え、前記複数の砥粒は、前記結合材内に、前記直交方向に沿って１列に並べられ、前記結合材に対して前記結合材の厚さ方向において中心に位置する。

また、上記砥石において、前記結合材の厚さは、前記砥粒の平均粒径と略同一に形成されている、ようにしてもよい。

また、上記砥石において、前記複数の砥粒のうち少なくとも何れかの頂点は、前記結合材における前記直交方向に沿う面に一致する、ようにしてもよい。

また、上記砥石において、前記複数の砥粒のうち隣り合う２つの前記砥粒は互いに接触する、ようにしてもよい。

また、上記砥石において、前記結合材における前記直交方向に沿う両面は平面で形成される、ようにしてもよい。

また、上記砥石において、前記結合材は、前記複数の砥粒に対して前記厚さ方向における一方側に位置する第１層部と、前記複数の砥粒に対して前記厚さ方向における他方側に位置する第２層部と、を備える、ようにしてもよい。

また、上記砥石において、前記第１層部と前記第２層部の間には空間が形成される、ようにしてもよい。

本発明によれば、砥石において、切れ味を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る（ａ）は砥石の下面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大した拡大図である。 図１（ａ）の２−２線の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る図１（ｂ）の３−３線の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る図１（ｂ）の３−３線の断面図である。

（第１の実施形態）
本発明に係る砥石の第１の実施形態について図面を参照して説明する。

図１（ａ）及び図２に示すように、砥石ユニット１は、被加工物Ｗを加工する砥石１０と、砥石１０を保持する砥石ホルダー２０と、を備える。

図２に示すように、砥石ホルダー２０は略円板状をなし、その中心に円柱状のシャフト２５を有する。砥石ホルダー２０は、砥石１０とともに、シャフト２５に沿う回転軸Ｏを中心にモータ２７により軸回転する。これにより、砥石１０は、図示しないチャックに固定された被加工物Ｗを、加工、すなわち研磨又は研削する。被加工物Ｗは、セラミックス、シリコンウエハ、半導体基板、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）基板、放熱基板、シリコンカーバイド、アルミナ、サファイア又は金属等である。

砥石１０は円板状をなす。砥石１０の一方側の面、すなわち図２の下面は、砥石ホルダー２０により支持されている。砥石１０の他方側の面、すなわち図２の上面は被加工物Ｗを加工する加工面１０ａを備える。加工面１０ａは、回転軸Ｏに直交するＸＹ平面に沿って延びる。
図１（ｂ）に示すように、砥石１０はハニカム構造を有している。すなわち、砥石１０は、加工面１０ａに直交するＺ方向に沿って延びる正六角形筒状の複数の筒部１１を備える。複数の筒部１１は、砥石１０の加工面１０ａにおいて隙間なく並べられる。各筒部１１は、６つの壁部１２により構成される。壁部１２は、自身に隣接する壁部１２に対して６０°の角度で交わる。筒部１１内の空間は、被加工物Ｗの切り屑を保持する機能を有する。

図３に示すように、砥石１０は、複数の砥粒１５と、複数の砥粒１５を結合する結合材１６と、を備える。
複数の砥粒１５は、Ｚ方向に沿って１列に並べられている。すなわち、複数の砥粒１５は砥石１０の全域に１層に並べられる。複数の砥粒１５のうち隣り合う２つの砥粒１５は接触点１５Ｑにて互いに接触している。
砥粒１５は、例えば、ダイヤモンドであり、その平均粒径Ｄは０．１〜３００μｍである。複数の砥粒１５は、ダイヤモンドに限らず、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒であってもよいし、ＣＢＮ砥粒とダイヤモンドを混合させてもよい。さらには、複数の砥粒１５は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は溶融アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、若しくはこれらを混合したものであってもよい。
なお、砥粒１５の平均粒径Ｄは、砥粒１５の断面が円形でない場合には、同じ断面積の円相当径の平均値とする。

結合材１６は、内部に複数の砥粒１５を保持するハニカム構造をなす。結合材１６は、ニッケル、アルミニウム等の金属、樹脂又はセラミックにより形成される。結合材１６の厚さＴは、砥粒１５の平均粒径Ｄと略同一である。例えば、結合材１６の厚さＴが平均粒径Ｄの±１０％の範囲内であるときには、結合材１６の厚さＴが砥粒１５の平均粒径Ｄと略同一である。複数の砥粒１５のうち少なくとも何れかの頂点１５Ｐは、結合材１６におけるＺ方向に沿う面１６Ｓに一致する。すなわち、砥粒１５の頂点１５Ｐは、結合材１６の面１６Ｓから突出しない。よって、結合材１６におけるＺ方向に沿う２つの面１６Ｓは平面で形成される。例えば、結合材１６の厚さＴは０．１〜３００μｍに設定され、結合材１６のＺ方向の高さは５ｍｍに設定される。

結合材１６は、その厚さＴに沿う方向における中心に砥粒１５が位置する。これにより、砥石１０の壁部１２の厚さＴを小さくすることができ、砥石１０の被加工物Ｗに対する接触面積を小さくすることができる。従って、砥石１０の被加工物Ｗに対する接触圧力を大きくすることができ、砥石１０の切れ味を向上させることができる。

また、結合材１６の厚さＴが砥粒１５の平均粒径Ｄと略同一に設定されることにより結合材１６によって砥粒１５が保持される保持力を所望の値に設定することができる。砥粒１５が保持される保持力は、結合材１６の厚さＴが大きくなるにつれて大きくなる。所望の値は、砥粒１５が加工により目つぶれ又は目詰まりを起こす前に結合材１６から脱落する値に設定される。
詳しくは、砥石１０により加工される際、複数の砥粒１５のうち最も被加工物Ｗに近い第１砥粒１５ａが被加工物Ｗに摺動することにより、被加工物Ｗの研削又は研磨が行われる。第１砥粒１５ａが削れることにより目つぶれ等が発生し、砥石１０の切れ味が低下する。本例では、砥粒１５が保持される保持力を所望の値に設定されることにより、切れ味が低下する前に、第１砥粒１５ａが脱落し、第１砥粒１５ａに隣接する第２砥粒１５ｂが被加工物Ｗ側に露出する。そして、第２砥粒１５ｂにより被加工物Ｗの研削又は研磨が行われる。よって、砥石１０による加工の切れ味を保つことができる。

（効果）
以上、説明した第１の実施形態によれば、以下の効果を奏する。

（１）砥石１０は、被加工物Ｗを研磨又は研削する加工面１０ａを有し、加工面１０ａに直交するＺ方向（直交方向）に沿って延びる六角形筒状の複数の筒部１１が加工面１０ａに沿って並べられたハニカム構造を有する。砥石１０は、複数の砥粒１５と、複数の砥粒１５を結合する結合材１６と、を備える。複数の砥粒１５は、結合材１６内に、Ｚ方向に沿って１列に並べられ、結合材１６に対して結合材１６の厚さ方向（Ｘ方向）において中心に位置する。
この構成によれば、複数の砥粒１５が１列に並べられるため、砥石１０の被加工物Ｗに対する接触面積を小さくすることができる。このため、砥石１０の切れ味を向上させることができる。
また、複数の砥粒１５が１列に並べられるため、複数の砥粒１５のうち第１砥粒１５ａが脱落した後、次に、第２砥粒１５ｂが露出する。よって、長期間にわたって、砥石１０の切れ味を保つことができる。
さらに、砥石１０は、ハニカム構造を有するため、被加工物Ｗへの接触圧力によってたわみづらい。よって、より確実に、被加工物Ｗを研磨又は研削することができる。

（２）結合材１６の厚さＴは、砥粒１５の平均粒径Ｄと略同一に形成されている。
この構成によれば、砥石１０の被加工物Ｗに対する接触面積を小さくすることができる。このため、砥石１０の切れ味を向上させることができる。

（３）複数の砥粒１５のうち少なくとも何れかの頂点１５Ｐは、結合材１６におけるＺ方向に沿う面１６Ｓに一致する。
この構成によれば、複数の砥粒１５間で結合材１６により覆われる面積を均一化することができる。よって、砥粒１５毎に結合材１６により保持される保持力を均一化することができる。このため、砥粒１５が脱落するタイミングを均一化することができ、これにより、砥石１０の切れ味を安定させることができる。

（４）１列に並ぶ複数の砥粒１５のうち隣り合う第１砥粒１５ａ及び第２砥粒１５ｂは互いに接触点１５Ｑにて接触する。
この構成によれば、第１砥粒１５ａが脱落すると、すぐに第２砥粒１５ｂが外部に露出する。このため、砥石１０の切れ味を安定させることができる。

（５）結合材１６におけるＺ方向に沿う２つの面１６Ｓは平面で形成される。
この構成によれば、結合材１６の２つの面１６Ｓが非平面状に形成される構成に比べて、結合材１６により砥粒１５が保持される保持力を複数の砥粒１５毎に均一化することができる。

（第２の実施形態）
本発明に係る砥石の第２の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
図４に示すように、結合材１６は、第１層部１６ａと、第２層部１６ｂと、を備える。第１層部１６ａは、１列に並ぶ複数の砥粒１５に対して厚さＴに沿う方向における一方側、すなわち図４の右側に位置する。第１層部１６ａは各砥粒１５の右部分に密着する。
第２層部１６ｂは、１列に並ぶ複数の砥粒１５に対して厚さＴに沿う方向における他方側、すなわち図４の左側に位置する。第２層部１６ｂは各砥粒１５の左部分に密着する。１列に並ぶ複数の砥粒１５は、第１層部１６ａと第２層部１６ｂにより挟み込まれることにより、結合材１６に保持される。第１層部１６ａと第２層部１６ｂはそれぞれ同一の材質、例えば金属、樹脂又はセラミックにより形成されてもよいし、それぞれ異なる材質により形成されてもよい。

さらに、第１層部１６ａと第２層部１６ｂの間には空間Ｓｐが形成される。空間Ｓｐは、複数の砥粒１５の中心に対応する位置に形成される。空間ＳｐのＸ方向の長さにより、結合材１６によって砥粒１５が保持される保持力が調整される。空間ＳｐのＸ方向の長さが小さくなることによりこの保持力が大きくなる。

（効果）
以上、説明した第２の実施形態によれば、以下の効果を奏する。

（１）結合材１６は、複数の砥粒１５に対して厚さ方向における一方側に位置する第１層部１６ａと、複数の砥粒１５に対して厚さ方向における他方側に位置する第２層部１６ｂと、を備える。
上記構成と異なり、結合材１６を一体で形成した場合には結合材１６によって砥粒１５が保持される保持力が大きすぎて、砥粒１５が目つぶれにより砥石１０の切れ味が低下するおそれがある。
この点、上記構成によれば、結合材１６を第１層部１６ａと第２層部１６ｂに分けることにより、上記保持力を所望の値まで低下させることができる。よって、目つぶれが発生する前に砥粒１５が脱落し、砥石１０の切れ味を保つことができる。

（２）第１層部１６ａと第２層部１６ｂの間には空間Ｓｐが形成される。
この構成によれば、空間Ｓｐにより上記保持力を所望の値まで低下させることができる。よって、目つぶれが発生する前に砥粒１５が脱落し、砥石１０の切れ味を保つことができる。

（変形例）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。

上記実施形態においては、結合材１６の厚さＴは砥粒１５の平均粒径Ｄと略同一に設定されていたが、これに限らず、結合材１６の厚さＴは砥粒１５の平均粒径Ｄ未満に設定されてもよい。この場合、砥粒１５の頂点１５Ｐの周辺部が結合材１６の面１６Ｓから突出していてもよい。また、結合材１６の厚さＴは砥粒１５の平均粒径Ｄを超えるように設定されてもよい。

上記実施形態においては、１列に並ぶ複数の砥粒１５のうち隣り合う２つの砥粒１５は互いに接触していたが、隣り合う２つの砥粒１５は互いに離間していてもよい。

上記実施形態においては、第１層部１６ａと第２層部１６ｂの間には空間Ｓｐが形成されていたが、空間Ｓｐは省略されてもよい。

１ 砥石ユニット
１０ 砥石
１０ａ 加工面
１１ 筒部
１２ 壁部
１５ 砥粒
１５Ｐ 頂点
１５ａ 第１砥粒
１５ｂ 第２砥粒
１６ 結合材
１６Ｓ 面
１６ａ 第１層部
１６ｂ 第２層部
２０ 砥石ホルダー
２５ シャフト
２７ モータ
Ｄ 平均粒径
Ｗ 被加工物
Ｓｐ 空間

Claims (7)

1. 被加工物を研磨又は研削する加工面を有し、前記加工面に直交する直交方向に沿って延びる六角形筒状の複数の筒部が前記加工面に沿って並べられたハニカム構造を有する砥石であって、
   前記砥石は、
   複数の砥粒と、
   前記複数の砥粒を結合する結合材と、を備え、
   前記複数の砥粒は、前記結合材内に、前記直交方向に沿って１列に並べられ、前記結合材に対して前記結合材の厚さ方向において中心に位置する、
   砥石。
2. 前記結合材の厚さは、前記砥粒の平均粒径と略同一に形成されている、
   請求項１に記載の砥石。
3. 前記複数の砥粒のうち少なくとも何れかの頂点は、前記結合材における前記直交方向に沿う面に一致する、
   請求項１又は２に記載の砥石。
4. 前記複数の砥粒のうち隣り合う２つの前記砥粒は互いに接触する、
   請求項１から３の何れか１項に記載の砥石。
5. 前記結合材における前記直交方向に沿う両面は平面で形成される、
   請求項１から４の何れか１項に記載の砥石。
6. 前記結合材は、
   前記複数の砥粒に対して前記厚さ方向における一方側に位置する第１層部と、
   前記複数の砥粒に対して前記厚さ方向における他方側に位置する第２層部と、を備える、
   請求項１から５の何れか１項に記載の砥石。
7. 前記第１層部と前記第２層部の間には空間が形成される、
   請求項６に記載の砥石。

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