JP4153680B2 - 軸付きメタルボンド超砥粒ホイール及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インターナル研削及びシリコンウエハ−のノッチ加工等に用いる軸付き超砥粒ホイールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体業界の技術の発展に伴い、シリコンウエハーの直径も拡大し、またＩＣチップの集積度と配線密度が大きくなっている。図５に示すように、シリコンウエハー７は円形から一部分を直線的に切ったオリエンタルフラット７ａとよばれる部分が設けられ、これにより加工時の位置決めを行っていた。ところが、近年シリコンウエハー７の大径化およびＩＣチップの集積度と配線密度が大きくなり位置決め精度が重要であること、及び１枚のシリコンウエハー７からできるだけ多くのＩＣチップ得ること等々のため、図６に示すように、シリコンウエハー７の一部に小さなノッチ７ｂと呼ばれる切り欠き部分を設けて、シリコンウエハー７の位置決めを行う方法が主流とりつつある。ノッチ７ｂはその大きさに対応した超砥粒ホイールを使用して形成される。
【０００３】
前記ノッチ加工等に用いる超砥粒ホイールは、超砥粒ホイール部８とこれを保持するためのシャンク部９とからなり、その構造は、図７及び図８の側面図及び分解図に示すように、シャンク部９を銅めっきした後、このシャンク部９の端面へ超砥粒ホイール部８のホイール底面を接着したものが周知である。このような接着タイプの超砥粒ホイールでは、断続的に側圧がかかる研削中に底面の接着部が劣化すると破壊されやすい。また研削中におけるホイールの磨耗によりその底側の直径の減少したとき、シャンク部９に対する接合強度も急激に低下し超砥粒ホイール部８がシャンク部９から分離脱落するといったおそれがあり、このため使用寿命が制限されてきた。
また、超砥粒ホイール部８の分離脱落といった問題を解消するためには、超砥粒ホイール部８とシャンク部９とを接合する方法として、特開平６−２３６２５公報に記載されるように、シャンク部の一部に雄ねじを形成してホイール部へ接合する方法が公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さらに、超砥粒ホイール部の補強及びシャンク部に対する接合強度を向上させるため、図９に示すような、シャンク部９の先端部に細い中芯９ａを成形し、これに超砥粒ホイール部８を接合させてなる超砥粒ホイールが考えられる。超砥粒ホイール部に軸止された細い中芯９ａは研削を邪魔せずにホイール部の構造的補強に役立つものである。
しかしながら、シャンク部９に一体成形された中芯９ａは、超砥粒ホイール部８を軸方向に圧入又は加圧焼結させるが、この中芯９ｂは細いので、基端部付近に接合時の応力が集中して曲がり等の変形を起こしやすく、あるいは変形した状態のまま接合されるおそれがある。また、稼働中の超砥粒ホイールにおいては、中芯９ａの変形を伴うような残存応力があるならば、研削による超砥粒ホイールの磨耗に伴って相対的な強度低下を露呈し、研削中に超砥粒ホイール部８は破壊されやすくなる。
本発明は、シャンク部９へ超砥粒ホイール部８を接合する時に、前記細い中芯のような変形しやすい補強構造に応力を残存させることがなく研削によるホイール摩耗が進んでも破壊されにくく、耐久性に優れた軸付き超砥粒ホイール及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の軸付き超砥粒ホイールの製造方法は、超砥粒ホイール部側をシャンク部側へ軸方向で加圧することにより双方の軸方向に小径棒を軸止して接合させる軸付き超砥粒ホイールの製造方法であって、前記シャンク部の挿入穴に前記小径棒の一端を配置し、該小径棒の他端に配置される超砥粒ホイール部側を加圧したときに、該小径棒が砥粒ホイール部と密着しつつ軸方向を移動して前記シャンク部の挿入穴内に固定される工程を経る。
【０００６】
好ましくは、前記シャンク部の挿入穴は、前記超砥粒ホイール部側の加圧に伴う前記小径棒の軸方向の移動を許容する深さにする。
また、より好ましくは、前記シャンク部の挿入穴は、移動後の前記小径棒の端部に対して軸方向の逃げを有する非貫通穴とし、該非貫通穴にその逃げ分に相当する金属粉末を入れから、前記加圧とともに金属粉末を加熱溶融させて接合させる。
また、前記挿入穴と前記小径棒との間における直径のクリアランスは、接合したときの位置で、挿入口側の直径でプラス０．０３〜０．０６ｍｍ、底側の直径でマイナス０．０４〜０．２ｍｍに設定することが好ましい。
【０００７】
本発明の軸付き超砥粒ホイールは、超砥粒ホイール部とシャンク部とを小径棒を介して接合させた超砥粒ホイールであって、該小径棒の一端が前記シャンク部に設けられている軸方向の挿入穴に挿入されて固定されており、その他端側が超砥粒ホイール部に軸止されていることを特徴とする。
好ましくは、前記シャンク部の挿入穴が、前記小径棒の端部に対して逃げを有する深さに穿設され、特に、前記逃げに充填された金属粉体が溶融固着して連結されている構成が好ましい。
このような構成の本発明の軸付き超砥粒ホイールは、シリコンウエハーのノッチ加工に好適なメタルボンド超砥粒ホイールとして提供されるが、ノッチ加工だけでなくそれ以外のインターナル研削に用いることもできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、一般的なメタルボンド超砥粒ホイール及びその製造方法に適用することができる。その具体的な原材料や寸法等は公知のメタルボンド超砥粒ホイールと同様な一般的仕様を採用することができる。
【０００９】
図１は、本実施形態の軸付きメタルボンド超砥粒ホイールの基本構造を示す縦断面図である。同図に示されるように、ノッチ形成溝１ａを形成した超砥粒ホイール部１とシャンク部２とはその双方の回転軸方向Ｘに金属製の小径棒３を軸止することで接合されている。加えて、超砥粒ホイール部１の底面をシャンク部２の端面は接着又は焼結させることができる。かくして、本発明のホイールは、端面同士を接着しただけの従来の軸付きホイールと異なり、小径棒３により超砥粒ホイールが構造的に補強され、特に研削中ホイールの磨耗によりホイール底部の直径減少に伴う破壊現象も防止され、またワークに対する側圧にも強いものとなる。
【００１０】
さらに、前記小径棒３は、シャンク部２の内部へ固着するように軸止されるが、シャンク部２に一体成形したものではなく、図２の分解図に示すようにシャンク部２とは別体に成形したものが用いられる。シャンク部２には小径棒３の挿入穴２ａが成形されている。
また、前記小径棒３の材質は、ロックウエル硬度ＨＲｃ＝４５以上の熱間ダイス鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、又は高速度鋼等の金属材料、一般的にはシャンク部２と同一の金属材料が望ましい。小径棒３の直径は、０．３ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜８ｍｍである。０．３ｍｍを下回ると補強効果が得られず、その上限としては超砥粒ホイールの径に依るものの、一般には１０ｍｍを越えるとインターナル超砥粒ホイールとしては需要が乏しい。
【００１１】
前記別体の小径棒３を用いた軸付きメタルボンド超砥粒ホイールは、例えば次のような製造方法により得ることができる。
本発明の製造方法の好ましい実施の形態では、超砥粒ホイール部１とシャンク部２とに小径棒３の径とほぼ同一の直径の挿入穴２ａ及び貫通穴１ｂを形成しておき、図３に示すように、シリンダ６内に超砥粒ホイール部１の貫通穴１ｂ、小径棒３及びシャンク部２の挿入穴２ａを回転軸方向（１点鎖線）に配置し、小径棒３の基端側はシャンク部２の挿入穴２ａに仮に差込み、この小径棒３の先端側から超砥粒ホイール部１を被せるようにして超砥粒ホイール部１を一方向から押圧する。これにより超砥粒ホイール部１の貫通穴１ｂへ小径棒３が装着されていく。このとき、その小径棒３が超砥粒ホイール部１の貫通穴１ｂとの摩擦すなわち密着を生じるので、小径棒３の基端部もシャンク部２の挿入穴２ａへ軸方向に沿って更に進入する。図３は装着後の状態を示す。そのシャンク部２の挿入穴２ａは、上記軸方向の小径棒３の移動を許容できる深さを有する。同図の例では、超砥粒ホイール部１の加圧で進入した小径棒３と、挿入穴２ａとの間に残った逃げ２ｂを強調して図示している。この逃げ２ｂの量は、移動する小径棒３にかかる負荷を逃がすことができる範囲であればよい。
【００１２】
小径棒３と挿入穴２ａとの関係では、軸方向で挿入穴２ａの段階的にクリアランスが小さくなる楔状の結合にすることができる。例えば、挿入口から中央付近まで、挿入穴２ａの直径は小径棒３の直径よりも０．０３〜０．０６ｍｍ、好ましくは約０．０３〜０．１mmほど大きく、また、挿入穴２ａの中央付近からその底部付近までは、挿入穴２ａの直径は小径棒３の直径よりも０．０４〜０．２ｍｍほど小さくすることができる。この構成によれば、接合前の小径棒３を挿入穴２ａに仮組みすることが容易であり、その接合時の軸方向移動によって底側へ狭持されて固定される。
【００１３】
このように、本発明の製造方法は、小径棒３がシャンク部２から独立しており且つその押圧時に生じる軸方向移動を許容できる。この製法によれば、超砥粒ホイール部１の装着のための加圧が小径棒３に負荷をかけることなくに、ホイール部１とシャンク部２とをスムーズに固定することができる。その結果、補強に重要役割を果たす小径棒３の変形や残存応力を生じずに理想的な補強構造を形成できる。
【００１４】
好ましい他の実施の形態では、超砥粒ホイール部１を小径棒３周囲に焼結させて形成する。図４（ａ）は焼結前、同図（ｂ）は焼結後の状態を示す。シャンク部２を金型としてのシリンダ６内に固定する。シャンク部２の軸方向に設けられた非貫通の挿入穴２ａには適量の金属粉体４を入れてから小径棒３を立設する。シャンク部２の接合端面上には焼結用金属層を設けて、そこに立設する小径棒３の周囲に砥材が充填される。充填砥材は、同図４（ａ）の矢印で示すような軸方向から加圧され且つ加熱されてシャンク部２上で超砥粒ホイール部１に焼成される。
【００１５】
同図（ｂ）に示すように、充填砥材の加圧を伴う焼結が進むにつれ砥材と小径棒３との密着が進み、同図（ｂ）の矢印に示すごとく小径棒３は、挿入穴２ａの奥側へ移動する。このとき、挿入穴２ａに充填されていた金属粉末４の焼成熱による溶融を伴う。金属粉末４は、挿入穴２ａ内に予定されている逃げ２ｂの量にほぼマッチする適量が充填されている。そして、上記接合時の溶融により金属粉末４の体積は縮小するので、これが小径棒３を挿入穴２ａ内へ案内する役目を果たす。その結果、シャンク部２と小径棒３との間で金属粉末４の溶融固着による強固な接合を生じさせると共に、加圧挿入された小径棒３に残存応力を残さない接合状態を形成することができる。挿入穴２ａに入れる金属粉末４の充填量は、その金属の収縮率や粒度等の諸特性よって異なるであろうが、小径棒３の移動量及び逃げ２ｂの量を考慮して調整すればよい。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明するが、これらは本発明の実施可能性等を例証するものであり、本発明の構成を何ら限定する意図はない。
ホイール部寸法
ホイール部外径：φ４．２ｍｍ
へこみ部外径： φ２．２ｍｍ
厚み：１１ｍｍ
シャンク部長さ：２７ｍｍ
ホイール仕様
砥粒：ダイヤモンド砥粒 粒度＃８００
結合剤：メタルボンド（成分 Ｃｏ６０ｗｔ％、Ｃｕ２８ｗｔ％、Ｓｎ１２ｗｔ％の金属粉末）
混合比：砥粒 １０００重量部、結合剤４２００重量部
ホイールの製造方法
前記材料を前記混合割合で均一に混合後、金型に充填し７００℃にて加圧して、ホイールを得た。その後加工により図１及び図２のごとき研削面形状のホイールを得た。
【００１７】
各テストホイール
［実施例１］
貫通しない１．０ｍｍの挿入穴を設けたシャンク部、直径０．９５ｍｍの小径棒を用意した。シャンク部を金型としてシリンダ内に固定した。シャンク部の軸方向に設けられた非貫通の挿入穴に適量の金属粉体を入れてから小径棒を立設した。シャンク部の接合端面上に、超砥粒と金属結合剤との混合粉体からなる砥材を小径棒の周囲に充填した。
７００℃で加熱加圧後、図１の軸付きメタルボンド超砥粒ホイールを得た。
［比較例１］
実施例１と同じ仕様の超砥粒ホイール及びシャンク部を用いたが、貫通穴及び挿入穴を設けずに、シャンク部を金型としてのシリンダ内に固定した。シャンク部の接合端面上に超砥粒と金属結合剤との混合粉末からなる砥材を充填した。７００℃で加熱加圧後、図７のごとき構造の軸付きメタルボンド超砥粒ホイールを得た。
［比較例２］
実施例１と同じ仕様の超砥粒ホイール及びシャンク部を用いたが、シャンク部は小径の中芯を一体成型したものを用意した。シャンク部を金型としてのシリンダ内に固定した。シャンク部の接合端面上に、超砥粒からなる砥材と金属結合剤との混合粉体からなる砥材を中芯の周囲に充填した。
７００℃で加熱加圧後、図９のごとき軸付きメタルボンド超砥粒ホイールを得た。
【００１８】
評価方法
シリコンウエハー２０００枚分をノッチ加工するまでに、破壊に至ったホイールの数量により評価した。
研削条件
ワークは、外径８インチのシリコンウエハーを用い、その外周部に、図６のごとき幅４ｍｍの正三角形型の切り欠きを超砥粒ホイールのノッチ形成溝で加工した。
【００１９】
テスト結果
実施例１：破壊ホイール 無し
比較例１：破壊ホイール ６個
比較例２：破壊ホイール ３個
【００２０】
比較例１では６個の破壊を生じた。これはホイールに断続的に側圧がかかることによりホイール部とシャンク部との接着強度が劣化し破壊に至った。
【００２１】
比較例２では、超砥粒ホイール部に小径棒が入っているため、ホイールの側圧に対する補強効果があるので比較例１よりも側圧に強くなった。しかし、焼成時の加圧に起因して破壊ホイールが発生した。
図１０に、前記比較例２の代表的なホイール部の断面写真を示す。研削時に破壊を起こしたホイールの断面を観察したところ、小径棒の曲がりが認められた。その曲がりによる応力は、研削を続けてホイールの磨耗が進行したときに破壊の原因になることが判った。
【００２２】
実施例１は、比較例１及び２と比較してホイールの破壊は認められなかった。図１１に、実施例１の代表的なホイール部の断面写真を示す。この断面写真で明らかなように、比較例１のような小径棒の曲がりは認められなかった。比較例２と同様の加熱加圧条件にもかかわらず、補強の役割を果たす小径棒が曲がらずまっすぐにな姿勢に挿入されていた。
【００２３】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明品は軸付きインターナル用メタルボンド超砥粒ホイールにおいて研削中超砥粒ホイールの側圧による破壊に対して、良好な結果が得られ特にシリコンウエハーのノッチ加工において良好な結果が得られることにより安全性が高く良好な研削が可能なホイールの供給ができ、産業界への貢献は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の軸付きメタルボンド超砥粒ホイールの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の超砥粒ホイールの構成部品を示し、同図（ａ）は小径棒、同図（ｂ）はシャンク部、同図（ｃ）は超砥粒ホイールの各側面図である。
【図３】本発明の製造方法の一実施形態を示すの断面図である。
【図４】本発明の製造方法の他の実施形態を示し、同図（ａ）は焼結前、同図（ｂ）は焼結後を示す断面図である。
【図５】オリエンタルフラットが付いているシリコンウエハーの平面図である。
【図６】ノッチ部が付いているシリコンウエハーを示し、同図（ａ）はシリコンウエハーの平面図、同図（ｂ）はそのノッチ部分の拡大図である。
【図７】従来の軸付き超砥粒ホイールの側面図である。
【図８】従来の軸付き超砥粒ホイールの分解構成図である。
【図９】比較例２の超砥粒ホイールの概略構成を示す部分断面図である。
【図１０】比較例２の超砥粒ホイールの断面を示す写真代用図である。
【図１１】実施例１の超砥粒ホイールの断面を示す写真代用図である。
【符号の説明】
１ 超砥粒ホイール部
２ シャンク部
２ａ 挿入穴
２ｂ 逃げ
３ 小径棒
４ 金属粉末

Claims (2)

1. メタルボンド超砥粒ホイール部側をシャンク部側へ軸方向で加圧することにより双方の軸方向に小径棒を軸止して接合させる軸付きメタルボンド超砥粒ホイールの製造方法であって、前記シャンク部の挿入穴に前記小径棒の一端を配置し、該小径棒の他端に配置されるメタルボンド超砥粒ホイール部側を加圧したときに、該小径棒がメタルボンド超砥粒ホイール部と密着しつつ軸方向を移動して前記シャンク部の挿入穴内に固定され、前記シャンク部の挿入穴は、前記メタルボンド超砥粒ホイール部側の加圧に伴う前記小径棒の軸方向の移動を許容する深さにし、前記シャンク部の挿入穴は、移動後の前記小径棒の端部に対して軸方向の逃げを有する非貫通穴とし、該非貫通穴にその逃げ分に相当する金属粉末を入れてから、前記加圧とともに金属粉末を加熱溶融させて接合させることを特徴とする、前記方法。
2. 請求項１に記載の製造方法によって製造された軸付きメタルボンド超砥粒ホイール。

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