JP4153857B2 - 鏡面仕上げ装置 - Google Patents

Description

本発明は、メカノケミカル研削手段による鏡面仕上げ加工、例えばシリコンウェーハの作成工程中の平面およびエッジの鏡面化、シリコンウェーハ上のデバイス作成工程中の平面およびエッジのＣＭＰ工程、デバイス回路完成後のバックグラインディング工程中の平面およびエッジの鏡面化、光学部品の平面、曲面およびエッジの鏡面化工程を円滑に行う鏡面仕上げ装置に関する。

従来から、メカノケミカル研削手段による鏡面仕上げ装置が各種あるなかで、研削部位の水濡れを嫌う「乾式鏡面仕上げ（ドライポリッシング）装置」がある。

図４は、従来の鏡面仕上げ装置の要部を示す説明図であり、同図（ａ）はその斜視図であり、同図（ｂ）はその概略縦断面図である。
図４に示すように、鏡面仕上げ装置に洗浄冷却媒体４２の液供給装置が付設されている。前工程（図示せず）で、例えばシリコン単結晶の円柱を薄い円盤状にスライスしたワーク１０が、回転テーブル２０上に載置され、真空吸着により保持され、矢印Ｊ方向に毎分約１０〜１５０回転で回転している。

回転テーブル２０の回転軸Ｚ１から、回転半径の長さくらい離れた位置に平行に配設された主軸ヘッドの回転軸Ｚ２に軸支された砥石ホルダ（以下、単に「ホルダ」ともいう）３２に取付けられた環状またはカップ状のメカノケミカル砥石３０が、回転テーブル２０上のワーク１０に対して、充分に面接触させるため、メカノケミカル砥石３０がワーク１０の中心を通るように部分的に覆い被さるような位置関係に配設されている。

そして、回転するワーク１０の被研削面１１の一部に、メカノケミカル砥石３０が図示せぬモータにより矢印Ｋ方向に回転しながら、下側の砥石面３１が、その一部を摺接して、ワーク１０の被研削面１１の全面が研削される。

また、被研削面１１と砥石面３１を適宜に摺接させるため、またワーク１０が回転テーブル２０上で研削工程の進捗に合わせて間欠的に載置・吸着・保持・離脱されるように、回転テーブル２０と主軸ヘッドのスピンドルの下端面に固定されたメカノケミカル砥石３０の少なくとも何れか一方は、その軸方向に昇降可能な昇降機構（図示せず）を有している。

すなわち回転テーブル２０のテーブル面と砥石面３１の間隔を大きく広げて、前記テーブル面と砥石面３１の間に、ワーク１０を挿入するようにセットしてから、隙間を閉じて所定の切り込みを与え、押圧力を静かに加えながら研削加工する。なお、回転テーブル２０とメカノケミカル砥石３０のそれぞれの回転制御も適宜になされる。

このとき、給送部４０から給送管４１を介し、少量の洗浄冷却媒体４２の液が、ワーク１０の被研削面１１と砥石面３１に向かって供給される。この洗浄冷却媒体４２の液によってメカノケミカル砥石３０の砥石面３１を湿潤させながら、被研削面１１の研削が行われる。

従来、被研削面１１を鏡面仕上げする場合、研削加工後にポリッシングやエッチングを行っていた。しかし、ポリッシングやエッチングは時間がかかり、ポリッシングスラリー、ポリッシングパッドおよびエッチャントといった消耗品が高価なため、コストアップの要因となる上、エッチングでは廃液処理、ポリッシングでは使用済みスラリーの処理をするに際して、環境への負担が大きいという問題があった。

近年の、半導体大容量メモリ、ＩＣカード、半導体大容量メモリを備えた高速処理可能なパソコン等に内蔵される超小型ＩＣになる２５０μｍの極薄のワーク１０にＩＣ面の裏面を加工するバックグラインディング加工において、研削加工した後の鏡面仕上げ装置には、品質管理上、塵埃の付着を防止し、被研削面１１を清浄にして適温に維持することが必須の要件である。この要件はワーク１０の極薄化が進む程に高度で厳密な管理が要求される。

特に、鏡面仕上げにおいては、ワークの研削面に生じたストレス、マイクロクラック等をエッチング手段で除去できるようにしたものがあった（例えば特許文献１）。詳しくは、ワークの面を研削する研削装置であって、この研削装置はワークの面を砥石によって研削する研削手段と、ワークの研削面に生じたストレス、マイクロクラック等をエッチング液によってエッチング除去するエッチング手段と、を少なくとも含む研削装置である。

この種の鏡面仕上げ装置として、従来からポリッシングやエッチングの加工法がある。その代替に、例えばシリカ等の軟質砥粒を固定砥粒とした化学的作用のある砥石が開発され、砥石による鏡面仕上げ加工が試みられている。
これは、軟質砥粒と被加工物との接触点に生ずるメカノケミカル現象（すなわち加えられた機械エネルギーにより誘起される化学反応）を利用して、極微小単位の鏡面仕上げを行うものである。しかし、メカノケミカル現象においては、化学反応を弱められる原因になる水濡れを嫌う性質がある。

ここで、水濡れを嫌う性質の鏡面仕上げ加工、すなわち、乾式メカノケミカル鏡面仕上げ装置であっても、純水等の研削液を用いることが望まれる以下の要因がある。
１．「洗浄」による切粉の除去
２．「冷却」によるワークおよびワーク付設物等の過熱変質を回避
３．「潤滑」による凝着磨耗による面荒れを防止
すなわち、水濡れを嫌う性質の乾式メカノケミカル鏡面仕上げ装置であっても、研削加工に伴って発生する切粉等をワークの周辺から除去して清浄に維持し、かつ摩擦熱が蓄積して過熱しないように洗浄冷却しながら乾式メカノケミカル鏡面仕上げ加工ができるようにした鏡面仕上げ装置を提供する。
特開平９−２２３６８０号公報（段落番号［０００２］）

従来例のように、メカノケミカル砥石３０に直接洗浄冷却媒体４２の液がかかったり、濡れた被研削面１１がメカノケミカル砥石３０に接触すると、砥石面３１が当然に濡れ、湿潤した砥石面３１が適温から下がり過ぎたり、あるいは砥石とワーク間に水膜が存在したり、そうでなくとも砥石とワークの接触位置が水に覆われるためにメカノケミカル現象が阻害され、鏡面仕上げの効果が弱められる。

これを防止するには、メカノケミカル砥石３０およびメカノケミカル砥石３０に接触するワーク１０の被研削面１１を実質的に乾いた状態で維持することが望まれる。すなわち、メカノケミカル現象の維持には、該当部分を乾いた状態に保つことが必要であり、洗浄冷却媒体４２の液で洗浄冷却することに対して二律背反するという問題があった。

そこで、本発明は、何らかの洗浄冷却手段を用いて、被研削面１１を清浄に保ちながら冷却し、しかも、メカノケミカル砥石３０による鏡面仕上げの効果が低減されないように、メカノケミカル砥石３０およびメカノケミカル砥石３０に接触するワーク１０の被研削面１１を実質的に乾いた状態で維持できるようにした鏡面仕上げ装置を提供することを課題としている。

前記課題を達成するために、請求項１に係る発明は、回転テーブル上に載置されたワークの被研削面に部分的に覆い被さるように摺接可能な研削手段と、前記研削手段を濡らさないようにして乾燥または準乾燥状態を維持し、前記ワークの研削手段と摺接していない部位を清浄に維持し冷却するために、前記研削手段による研削加工中に洗浄冷却媒体として液または気液混合体を噴射する洗浄冷却手段と、を有する鏡面仕上げ装置であって、前記研削手段は、化学的作用のあるメカノケミカル現象を伴う鏡面仕上げ工具を備え、前記洗浄冷却手段は、前記液または気液混合体の噴射を制御する液噴射制御手段を有し、前記噴射された液または気液混合体に対して前記研削手段の化学的作用をする箇所を遮蔽できる構成として、流量が制御された流体のカーテンを展開する流体カーテン展開手段、または前記鏡面仕上げ工具の近傍に周設し当該鏡面仕上げ工具との隙間に送風して前記液または気液混合体を排除するブロア管を備えた防水隔壁を用いたことを特徴とする鏡面仕上げ装置である。

請求項１に係る発明によれば、前記研削手段を濡らさないで乾いた状態に維持するので、該当箇所に対して湿潤する被害を与えない。しかも、前記ワークを清浄に維持し冷却する洗浄冷却手段の作用により、前記ワーク、前記研削手段および、これらの周辺にあって支援する箇所を洗浄冷却して円滑に機能させることができる。
なお、従来例でいう化学的作用のあるメカノケミカル砥石３０は研削手段の一例に過ぎない。

また、前記ワークの被研削面における鏡面仕上げ工具の化学的作用を妨げる原因となる水濡れを制限しやすい洗浄冷却媒体を用いるので、鏡面仕上げの効率を低下させない。
すなわち、洗浄冷却媒体としての液または気液混合体を噴射する前記洗浄冷却手段によれば、水を主体とする液体が、化学的作用をする箇所へ浸入しないように、化学的作用をする箇所の乾燥または準乾燥状態を維持することができる。

一方、研削に伴って発生する切粉は、給送部により供給または循環される洗浄冷却媒体により洗浄され、前記被研削面を清浄に維持し、同時に前記ワークも冷却され、製品の品質と加工効率を確保し、研削手段の磨耗を低減できる。また、請求項１にいう洗浄冷却手段による前記研削手段を濡らさないようにする機能を加減し、乾燥し過ぎないように設定すれば、極く微少量に限定した前記液により前記被研削面を潤滑させ、凝着磨耗による面荒れを防止できる。

また、前記洗浄冷却媒体の液が、研削手段を濡らさないようにする機能を備え、化学的作用をする箇所へ浸入することを阻止することにより、前記化学的作用を阻害する事なく前記ワークの清浄を維持し冷却できる。また、前記研削手段を濡らさないようにする機能の加減次第では、凝着磨耗による面荒れを防止できる。

また、前記液または気液混合体の噴射を制御する液噴射制御手段が、前記ワークの被研削面における、鏡面仕上げ工具の化学的作用を妨げる原因となる水濡れを制限する。当該液噴射制御手段は、前記洗浄冷却媒体の液の使用量を必要最小限にしたり、必要時のみ噴射したりすることで、当該洗浄冷却媒体を供給する給送部および廃液処理機能も小規模で足りる。

従って、設備費および運転費用の両方が節約でき、廃液処理に伴う環境への負担も軽減できる。
さらに、液噴射方向を研削部位にかからないように設定する等、他の装置を用いなくとも、研削部位を濡らさない手段をとることが容易に可能となる。

また、流体カーテン展開手段、または前記鏡面仕上げ工具の近傍に周設し当該鏡面仕上げ工具との隙間に送風して前記液または気液混合体を排除するブロア管を備えた防水隔壁を用いることにより、前記化学的作用をする箇所へ前記洗浄冷却媒体の液体成分が浸入することを遮断し前記研削手段を濡らさないようにしている。

請求項２に係る発明は、前記流体カーテン展開手段または前記ブロア管に送風する流体として、空気または窒素およびこれらに酸素、二酸化炭素を付加したものを用いたことを特徴とする請求項１に記載の鏡面仕上げ装置である。

請求項２に係る発明によれば、空気または窒素およびこれらに酸素、二酸化炭素を付加したものによる流体カーテンが展開され、前記化学的作用をする箇所に前記液が浸入することを遮断し、乾燥または準乾燥状態を維持することができる。なお、ワークと研削手段の組み合わせにおいて、酸素を必要とする場合は空気を用い、酸素を嫌う性質の場合は、気体の窒素により酸素を排除する。あるいは減じる等成分を調整することができる。また、低温環境を必要とする組み合わせの場合は、前記液体窒素やドライアイス粒の冷却効果を得られる。

請求項３に係る発明は、前記研削手段の材料として、酸化物の砥粒を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鏡面仕上げ装置である。従って、酸化物の砥粒として、例えば、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、コロイダルシリカ、溶融シリカ、凝縮シリカ、燃焼合成シリカ、シリカゲル、人工水晶、多孔質シリカの少なくとも一種類を用いた前記研削手段は、鏡面仕上げの効率を低下させない前記研削手段として好適である。また、砥粒形状としては球状のものが好ましい。

ここで、各種材料による前記ワーク（左）に最適な酸化物砥粒（右）の組み合わせを以下に例示する。
（イ）水晶 ：Ｆｅ₃Ｏ₄
（ロ）Ｓｉ ：ＢａＣｏ₃ ，ＣａＣＯ₃
（ハ）Ｓｉ₃Ｎ₄ ：Ｃｒ₂Ｏ₃
（ニ）Ｆｅ₂Ｏ₃ ：Ｆｅ₃Ｏ₄
（ホ）ＡｌＯ₃ ：ＳｉＯ₂ ，Ｆｅ₂Ｏ₃ ，Ｆｅ₃Ｏ₄
（ヘ）Ｓｉ₃Ｎ₄ ：ＣａＣＯ₃ ，ＭｇＯ ，ＳｉＯ₂ ，Ｆｅ₂Ｏ₃ ，Ｆｅ₃Ｏ₄
（ト）ガラス ：ＣｅＯ₂
（チ）ＳｉＣ ：Ｃｒ₂Ｏ₃ ，Ａｌ₂Ｏ₃
（リ）ＡｌＮ ：Ｃｒ₂Ｏ₃
（ヌ）ＺｒＯ₂ ：ＳｉＯ₂ ，ＣｅＯ₂

請求項４に係る発明は、前記研削手段として、砥石、固定砥粒パッド、研磨テープ、または研磨シートの少なくとも一種類を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の特徴とする鏡面仕上げ装置であり、平面研削盤以外にも、エッジ研削盤、球面加工、円筒加工、非球面加工等のレンズ加工機等の複雑な形状のワークを加工する鏡面仕上げ工具としての用途が広範囲に広がる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の鏡面仕上げ装置であって、前記防水隔壁は、吸水樹脂である発砲ウレタンや発砲ポリビニルアルコールからなることを特徴とする。

以上説明した構成の通り、請求項１に係る発明によれば、前記研削手段を濡らさないでほぼ乾いた状態に維持するので、該当箇所に対して湿潤する被害を与えない。しかも、前記ワークを清浄に維持し冷却する洗浄冷却手段の作用により、前記ワーク、前記研削手段および、これらの周辺にあって支援する箇所を洗浄冷却して円滑に機能させることができる。

また、前記ワークの被研削面におけるメカノケミカル砥石の化学的作用を妨げる原因となる水濡れを制限しやすい洗浄冷却媒体を用いるので、鏡面仕上げの効率を低下させない。

一方、研削に伴って発生する切粉は、給送部により供給または循環される洗浄冷却媒体により洗浄され、前記被研削面を清浄に維持し、同時に前記ワークも冷却され、製品の品質と加工効率を確保し、研削手段の磨耗を低減できる。また、前記研削手段を濡らさないようにする機能を加減し、乾燥し過ぎないように設定すれば、極く微少量に限定した前記液により前記被研削面を潤滑させ、凝着磨耗による面荒れを防止できる。

また、洗浄冷却媒体の液の使用量を必要最小限にしたり、必要時のみ噴射したりすることで、当該洗浄冷却媒体を供給する給送部および廃液処理機能も小規模で足りる。従って、設備費および運転費用の両方が節約でき、廃液処理に伴う環境への負担も軽減できる。
さらに、液噴射方向を研削部位にかからないように設定する等、他の装置を用いなくとも、研削部位を濡らさないで維持することが容易に可能となる。

また、前記化学的作用をする箇所に前記液が浸入することを遮断し、乾燥または準乾燥状態を維持することができる。

請求項２に係る発明によれば、ワークと研削手段の組み合わせにおいて、酸素を必要とする場合は空気を用い、酸素を嫌う性質の場合は、気体の窒素により酸素を排除する。あるいは減じる等成分を調整することができる。また、低温環境を必要とする組み合わせの場合は、前記液体窒素やドライアイス粒の冷却効果を得られる。

請求項３に係る発明によれば、メカノケミカル効果による鏡面仕上げの効率を低下させない研削手段を提供できる。

請求項４に係る発明によれば、平面研削盤以外にも、エッジ研削盤、球面加工、円筒加工、非球面加工等のレンズ加工機等の複雑な形状のワークを加工する鏡面仕上げ工具としての用途が広範囲に広がる。

請求項５に係る発明によれば、吸水樹脂である発砲ウレタンや発砲ポリビニルアルコールからなる防水隔壁とすることで、被研削面に密着させながら摺動しても傷付けない。

以下、図面に沿って、本発明による実施の形態について説明する。

図１は本発明の実施例１を示す鏡面仕上げ装置の要部断面図である。図１に示すように、研削手段を構成するメカノケミカル砥石の摺接部分の上から外周に沿って、洗浄冷却手段を構成する流体カーテン展開スリット１と噴霧ノズル２が隣り合わせに配設されている。噴霧ノズル２は洗浄冷却媒体としてのミスト（気液混合体）４２（以下、単に「ミスト」ともいう）を摺接部分の近傍に降り注ぐ噴霧量を、洗浄冷却手段を構成する噴霧制御手段３により必要最小限に制御する。なお、実施例１における洗浄冷却媒体としてのミスト４２には純水を用いている。

流体容器４から供給され、流体カーテン制御手段５により適切に制御された流量の流体を、流体カーテン展開スリット１から連続的に流出することにより流体カーテン７を展開する。

図１において、最終完成段階に近づいたワーク１０の被研削面１１は、メカノケミカル現象を伴う砥石の化学的作用により、高品位の鏡面に仕上げられる。また、研削加工に伴って発生する切粉６の他、空中から降りてくる塵埃を除去して清浄に保つ洗浄機能と、摩擦熱を冷却する冷却機能を兼ね備えた洗浄冷却媒体として優れた物性を有する純水をまたは純水を成分にしたミスト４２を用いて、被研削面１１を洗い流しながら研削加工する。

なお、例えば半導体ウェーハに対しては「研削」と称し、レンズ、プリズムおよび宝石類に対しては「研磨」と称される事が一般的であるが、本発明の研削手段の「研削」とは、砥粒を結合材によって固定した工具を使った加工をいい、これに対応する加工であれば「研磨」も同一の意味として用いる。
従って本発明の鏡面仕上げ装置は、サファイヤ等の宝石類の研磨にも適する。ただし、その機構設計に関する説明は省略する。

図１に示す実施例１と請求項１を対比すると、「メカノケミカル砥石３０」が「研削手段」であり、「ミスト４２」および「流体カーテン７」が「洗浄冷却手段」に該当する。

さらに、請求項５でいうように、「流体カーテン展開手段に用いる流体として、空気または窒素およびこれらに酸素、二酸化炭素を付加したものを用いた」場合、図１に示した流体容器４は窒素ボンベであり、その窒素ボンベから流体カーテン制御手段５に示すバルブ等により適切に制御された流量の窒素を、流体カーテン展開スリット１から連続的に流出することにより流体カーテン７を展開する。そうすると、流体カーテン７は、空気に代えた液体または気体の窒素カーテンとなって展開される。このように、加工するワーク１０と研削手段の組み合わせに対応して、雰囲気を最適に設定できる。

図１に示す実施例１で開示したように、請求項１に係る発明によれば、前記研削手段を濡らさないようにする機能により、乾燥または準乾燥状態を維持する必要のある箇所に対して湿潤する被害を与えない。従って、加工するワークの素材に制約が無くなる。

図１に示す実施例１と請求項２を対比すると、「メカノケミカル砥石３０」が「化学的作用のある鏡面仕上げ工具」であり、「噴霧制御手段３」と「ミスト４２」および「流体カーテン７」が「洗浄冷却手段」である。
また、「噴霧制御手段３」は請求項３でいう液噴射制御手段である。

請求項１にいう、「流体のカーテン」が奏効し、ワーク１０の被研削面１１におけるメカノケミカル砥石３０の化学的作用を妨げる原因となる水濡れを阻止するので、鏡面仕上げの効率を低下させない。すなわち、水を主体とする液体が、化学的作用をする箇所へ浸入しないように、化学的作用をする箇所の乾燥または準乾燥状態を維持して保温することができる。

一方、研削に伴って発生する切粉６は、噴霧ノズル２から噴霧されるミスト４２により洗浄され、被研削面１１を清浄に維持し、同時にワーク１０も冷却され、製品の品質と加工効率を確保し、メカノケミカル砥石３０の磨耗も低減できる。また、流体カーテン７の機能を流体カーテン制御手段５により適切に加減し、極く微少量に限定したミスト４２により被研削面１１を潤滑させ、凝着磨耗による面荒れを防止することもできる。

図２は本発明の実施例２を示す鏡面仕上げ装置であり、同図（ａ）はその斜視図、同図（ｂ）はその概略縦断面図である。図２において、メカノケミカル砥石３０と噴霧ノズル２との間に吸水樹脂による防水隔壁２１を配設し、防水隔壁２１の内周面とメカノケミカル砥石３０の外周面との隙間２２に、ブロア管５０から送風するようにしたものである。

図２において、異なる２軸Ｚ１，Ｚ２でそれぞれ回転自在に軸支された回転体の一方がワーク１０、他方がメカノケミカル砥石３０であり、ワーク１０の被研削面をまんべんなく精密に研削する。一方のワーク１０は、回転テーブル２０上に載置され、真空吸着により保持され、矢印Ｊ方向に毎分約１０〜１５０回転で回転している。他方の砥石ホルダ３２の下面に貼着等により環状のメカノケミカル砥石３０が一体的に配設さている。

防水隔壁２１は、吸水樹脂として発泡ウレタンや発泡ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を材料として、樋（とい）の一部のような形状に構成され、図示せぬ取り付け金具等により、メカノケミカル砥石３０の外周の近傍に僅かな隙間２２を保ち、ワーク１０の被研削面１１に密接するように正確な位置付けで配設され、ワーク１０を交換する際には、砥石ホルダ３２の上下動作に伴って上下動作させるか、または図示せぬベースに対して固定と解放の状態を適宜に選択できる独立の機構により固定しても良い。ただし、単なる機構設計上の説明に関しては省略する。

防水隔壁２１は、その外周から内周の方向に対して、洗浄冷却媒体であるミスト４２の液が浸入するのを遮断している。この防水隔壁２１は、被研削面１１に残った切粉等の汚れを払拭して清浄に維持する作用もあるので、金型成形等による安価な大量生産品を用い、汚れたら新品に交換する。このとき使い捨てとなる防水隔壁２１には、切粉６が付着しているので、切粉処理の手間を軽減する効果もある。

ここで、例えば＃３２５の粗砥石、＃１０００の中仕上げ砥石、＃２００００の仕上げ砥石等による物理的研削を経た後の、メカノケミカル砥石３０による鏡面仕上げの段階に関する説明をする。
なお、実施例として、アイオン（株）のベルイーターＹ（Ｒ）またはアイオン（株）のウェットロン（Ｒ）を使用した。

この装置により鏡面仕上げ加工するとき、ミスト（洗浄冷却媒体）４２の液体成分により被研削面１１が濡れた状態でメカノケミカル砥石３０に接触した場合、メカノケミカル砥石３０の砥石面３１もミスト４２の液体成分で湿潤して低温化することになり、前記化学的作用が進まなくなるような弊害を生じる。これを避けられるように、ワーク１０の被研削面１１を濡らさずに実質的に乾いた状態に維持することが好ましい。

ワーク１０を回転させながらワーク１０の被研削面１１の一部にシリカを固定砥粒とした化学的作用のあるメカノケミカル砥石３０が、回転しながらその砥石面３１の一部を摺接し、最終完成段階に近づいたワーク１０の被研削面１１全面を、高品位の鏡面に仕上げる。

メカノケミカル砥石３０は砥粒結合体としてＰＶＡ（ポリビニルアセタール）を用い、その親水性、吸水性、柔軟性を生かした砥石構造となっている。そして、体積比率で３０％の砥粒を含有したメカノケミカル砥石３０を用いれば、鏡面仕上げの効率を最高に発揮できることが、試行錯誤の実験結果によって確認できた。請求項９でいう「研削手段の材質に関して、体積比率で２５％以上（望ましくは３０％以上）の砥粒を含有」の意味するところである。
なお、このＰＶＡでなる砥粒結合体は一例に過ぎず、砥粒結合体の材料は他の吸水性を持つものでもよい。

以下に図３で示すメカノケミカル砥石の外形等に関しては、実施例１，２に限定する必要はない。
図３は図示せぬＣＭＰ装置等に用いられるシリカ入りウレタンパッドの研削面における断面模式図である。

図３に示すように、シリカ入りウレタンパッド３０ａは、シリカ粒子３３を砥粒として混入したＰＶＡ樹脂３４をベースに構成されており、ＰＶＡ樹脂３４は連続した気孔３５を含むポーラス構造であるため、気孔３５中にはスポンジのようにある程度の水分を含むことが可能である。

さらに鏡面仕上げの効率化を目的とする試行錯誤の実験結果によって、前記吸水時間が５秒以下好ましくは３秒以下であるメカノケミカル砥石を用いれば、そのメカノケミカル砥石中のシリカを取り巻くＰＶＡ等の吸水性の働きにより、シリカ自体を濡らすことが極力防止でき、高いメカノケミカル効果を持続できることが確認できた。

前記目的に沿って同様に試行錯誤の実験結果、具体的には、体積比率で４０％以上の気孔３５を有する前記メカノケミカル砥石を用いれば、シリカ自体を濡らすことが極力防止でき、高いメカノケミカル効果を持続できることが確認できた。

このとき、メカノケミカル効果による高品位で効率よい鏡面仕上げのために、研削手段の材質に関する試行錯誤の実験結果、前記出発溶液の組成などによって、研削手段の材質に関し、「体積比率で２５％以上（望ましくは３０％以上）の砥粒を含有」させる条件、「ＪＩＳに基づく吸水時間が５秒以下（望ましくは３５秒以下）」の条件、「気孔の体積比率が４０％以上」である条件、「連続気孔」の構造をもつ条件のほか、または「ＪＩＳ Ｋ ６２５３−１９９７高硬さタイプＤのデュロメータによるゴム硬度が１０以上３０以下（望ましくは１５以上２５以下）」である条件の何れかの条件に適合した多孔質体でなるメカノケミカル砥石を用いれば、ほぼ確実な再現性をもって、高いメカノケミカル効果による高品位で効率よい鏡面仕上げが持続できることを確認できた。

順番は前後するが、請求項３でいう「研削手段の材料として、酸化物の砥粒を用いた」として、例えば、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、コロイダルシリカ、溶融シリカ、凝縮シリカの少なくとも一種類を用いた化学的（メカノケミカル）作用を伴う前記研削手段は、鏡面仕上げの効率を低下させない。何故ならば、前記洗浄冷却手段が、ワーク１０のメカノケミカル砥石３０と摺接していない部位を洗浄冷却しつつも、ワーク１０の被研削面１１における、メカノケミカル砥石３０の化学的作用を妨げる要因となる水濡れを阻止するからである。

さらに順番を前後して整理すると、図２に示した構成は、請求項１でいう「研削手段」「洗浄冷却手段」および請求項１でいう「洗浄冷却手段」を構成する「流体カーテン展開手段」「流体排除手段」「防水手段」を洩れなく開示している。特に、防水隔壁２１が噴霧ノズル２から噴射されるミスト４２をメカノケミカル砥石３０との間で遮断する。しかも、防水隔壁２１の内周面とメカノケミカル砥石３０の外周面との隙間２２にブロア管５０から送風された空気により隙間２２にはエアカーテンが展開され、水濡れ防止効果を高めることができる。

また、被研削面１１のうち、防水隔壁２１の外周より外側のみに純水を成分にしたミスト（洗浄冷却媒体）４２を注出する噴霧ノズル２が配設されている。噴霧ノズル２から噴出されたミスト４２の液は、研削工程に伴って発生する摩擦熱を除去しながら、ワーク１０の被研削面１１に発生した切粉６を洗浄する。ここで、純水は、洗浄冷却するのに必要最小量に限定して噴霧ノズル２からミスト４２となって噴霧される。

噴霧ノズル２から注出されたミスト４２は、防水隔壁２１の外周より外側のみに噴霧され、防水隔壁２１の内側まではミスト４２を浸入させない。従って、メカノケミカル砥石３０による化学的作用を洗浄冷却媒体の液で阻害されずに研削できるため、高品位の鏡面仕上げが効率良くできる。

防水隔壁２１の材料として、本実施の形態では、柔軟性と強靭性を併せ持つ材料である発泡ウレタンや発泡ＰＶＡスポンジ等を用いているので、被研削面１１に密着しながら摺動しても被研削面１１を傷付けない。このように、柔軟性をもつ防水隔壁２１の裾（すそ）がワーク１０の被研削面１１に傷付けることなく摺動しながらも、密接できるので、防水隔壁２１の外側に注出されたミスト４２が、防水隔壁２１の内側にまで浸入することを確実に阻止できる。

なお、ワーク１０とメカノケミカル砥石３０の組み合わせによって、ミスト４２の噴射は必要最小限に加減し、適宜に停止しても構わない。さらには、噴射方向をメカノケミカル砥石３０に向けないで、メカノケミカル砥石３０にミスト４２をかけないように設定することも可能である。

そして、請求項２でいうように、「流体カーテン展開手段または前記ブロア管に送風する流体として、流体として、空気または窒素およびこれらに酸素、二酸化炭素を付加したものを用いた」場合、図２に示した空気２３の代わりに液体または気体の窒素による流体カーテンが展開され、前記化学的作用をする箇所に前記液４２が浸入することを遮断し、乾燥または準乾燥状態を維持することができる。特に、ワークと研削手段の組み合わせにおいて、酸素を嫌う性質の場合は、気体の窒素により酸素を排除し、低温環境を必要とする組み合わせの場合は、液体窒素の冷却効果を得ることができる。

また、防水隔壁２１があれば、効果は確実であるが、防水隔壁２１がなくとも、洗浄冷却するため、ミスト状にした純水を必要最小量に制限して注出することにより、洗浄冷却手段の目的に沿った効果が得られる。すなわち、ワーク１０を清浄に維持し冷却するために最小限のミストを遠巻きに霧吹きするだけでも、化学的作用をする箇所を実質的に乾いた状態に維持できるのである。

図３に戻って説明すると、従来例において給送部４０は、給送管４１から純水を、洗浄冷却の必要な箇所に供給することを説明したように、研削加工中の被研削面１１で、メカノケミカル砥石３０の外周から所定の間隔をおいた位置に、ミスト４２を供給または純水をそのまま注出していた。
その従来例の装置において、本発明の技術思想を加味すれば、化学的作用を阻害しないように、ミスト４２または純水は必要最小限の分量に止めることで、当然に給送部４０は、小型軽量にして設備費用と運転費用を軽減できる。

このように、洗浄冷却媒体となる純水やミストの液成分がメカノケミカル砥石３０に直接かかることなく、メカノケミカル砥石３０から離れた被研削面１１に対して、ワーク１０の研削加工に伴って発生する切粉６の他、砥石からの脱落物、空中から降りてくる塵埃等をワーク１０の表面および周辺から除去し、かつ蓄積する摩擦熱を冷却し、ＩＣ面防護用のＵＶテープが過熱により変質や粘着成分のＩＣへの付着や剥離することを防止できるので、ワーク１０の鏡面が品質劣化することを防止できる外、メカノケミカル砥石３０の磨耗を阻止する効果もある。

以上、説明したように、本発明によれば、洗浄冷却媒体として優れた純水を成分とするミスト４２を用いて、被研削面１１を清浄に保ちながら効率的に冷却し、しかも、鏡面仕上げを進めるメカノケミカル砥石３０の化学的作用による鏡面仕上げの効果がミスト４２の液で阻害されないように、メカノケミカル砥石３０への液成分の浸入を防止して、メカノケミカル砥石３０に接触する被研削面１１を実質的に乾いた状態を維持できる。
従って、メカノケミカル砥石３０にメカノケミカル現象による、化学反応を起こすのに最適な温度を維持しながら、被研削面１１の洗浄冷却も効率良くできる。

また、シリカを混入してメカノケミカル砥石３０を形成したＰＶＡの吸水性の働きにより、シリカ自体を濡らすことが極力防止でき、高いメカノケミカル効果を持続できる。なお、メカノケミカル効果を発揮させるためにシリカに限定する必要もない。請求項３でいう「酸化物」の材料として、例えば、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、コロイダルシリカ、溶融シリカ、凝縮シリカの少なくとも一種類を用いた前記研削手段は、前記洗浄冷却手段が、ワーク１０の被研削面１１における、メカノケミカル砥石３０の化学的作用を妨げる原因となる水濡れを阻止するので、鏡面仕上げの効率を低下させない。

なお、防水隔壁２１の材料は、発泡ウレタンや発泡ＰＶＡスポンジに限定する必要もなく、材料技術の進歩に応じて、適宜に選定しても構わない。また、防水隔壁２１の全体を同一材料で一体成形する必要も無く、ワーク１０の被研削面１１に摺接する裾（すそ）の部分だけを発泡ＰＶＡスポンジとし、隔壁２１の他の部分は別部品で着脱自在に構成しても良い。

そして、洗浄冷却媒体は純水のミストでなく、油等や他の液体の混じったミストでもよく、純水または他の液体をそのままかけても良く、さらに、砥石はカップ状のものに限らず、円盤状の下面全面を砥石面としたものでも構わない。
また、実施形態では環状（カップ状）砥石の外周側から水をかけているが、逆に環状砥石の内周側から水をかける構成でもよい。

さらに研削手段としては、回転式の砥石を用いた平面研削盤等に限定せず、請求項７でいうように、砥石、砥粒パッド、研磨テープ、研磨シートの少なくとも一種類を用いた鏡面仕上げ装置に適用することにより、前記研削手段は、研磨工具としての用途が広範囲に広がる。

これらは、単一回転運動する回転砥石とワークを吸着したワークホルダとの組み合わせによる平面研削盤に代えて、偏芯小円（オービタル）運動する定盤（プラテン）の表面に形成された砥粒パッドの研削面上にワークを吸着したワークホルダを伏せて用いる方式、あるいは、ベルトコンベア方式の研磨テープ、回転走査方式の円環状半固定硬質パッドによる部分接触走査加工、回転運動する円筒状パッド、または研磨シートの何れかの工具（パッド）による鏡面仕上げ装置に適用する。

前述した何れかの工具（パッド）による鏡面仕上げ装置に適用され、かつ適宜に回転砥石またはワークを回転走査運動、自転公転運動または揺動運動や往復（リニア）運動させる精密機械装置、また例えば特開２００１−７１２４２、特開２００１−２４６５５７、特開２００１−３２２０５６、特開２００１−３５８１０６、特開平３−１０４５３６、特開平４−１４１３３６等で示す構成の装置は、当業者の設計により実現可能と考えられるので更なる図解および説明は省略する。

なお、本発明は、その技術思想の範囲内で種々の改良が可能であり、前述した実施の一形態の他にも多様な実施の形態が考えられる。それらにおいて、請求項１でいう、ワークの被研削面に摺接可能な研削手段と、前記研削手段を濡らさないように前記ワークの研削手段が摺接しない部位を清浄に維持し冷却する洗浄冷却手段と、を備え、該当箇所に対して湿潤する被害を与えないようにした場合、全て本発明に属することは当然である。

本発明の実施例１を示す鏡面仕上げ装置の要部断面図である。 本発明の実施例２を示す鏡面仕上げ装置であり、同図（ａ）はその斜視図、同図（ｂ）はその概略縦断面図である。 シリカ入りウレタンパッドの研削面における断面模式図であり、拡大断面図である。 従来の鏡面仕上げ装置の要部を示す説明図であり、同図（ａ）はその斜視図、同図（ｂ）はその概略縦断面図である。

符号の説明

１ 流体カーテン展開スリット
２ 噴霧ノズル
３ 噴霧制御手段
５ 流体カーテン制御手段
７ 流体カーテン
８ 砥粒
１０ ワーク
１１ 被研削面
２１ 防水隔壁
２３ 空気
３０ メカノケミカル砥石
３１ 砥石面
３３ シリカ粒子
３５ 気孔
４２ 洗浄冷却媒体としてのミスト

Claims (5)

1. 回転テーブル上に載置されたワークの被研削面に部分的に覆い被さるように摺接可能な研削手段と、
   前記研削手段を濡らさないようにして乾燥または準乾燥状態を維持し、前記ワークの研削手段と摺接していない部位を清浄に維持し冷却するために、前記研削手段による研削加工中に洗浄冷却媒体として液または気液混合体を噴射する洗浄冷却手段と、を有する鏡面仕上げ装置であって、
   前記研削手段は、化学的作用のあるメカノケミカル現象を伴う鏡面仕上げ工具を備え、
   前記洗浄冷却手段は、
   前記液または気液混合体の噴射を制御する液噴射制御手段を有し、
   前記噴射された液または気液混合体に対して前記研削手段の化学的作用をする箇所を遮蔽できる構成として、流量が制御された流体のカーテンを展開する流体カーテン展開手段、または前記鏡面仕上げ工具の近傍に周設し当該鏡面仕上げ工具との隙間に送風して前記液または気液混合体を排除するブロア管を備えた防水隔壁を用いたことを特徴とする鏡面仕上げ装置。
2. 前記流体カーテン展開手段または前記ブロア管に送風する流体として、空気または窒素およびこれらに酸素、二酸化炭素を付加したものを用いたことを特徴とする請求項１に記載の鏡面仕上げ装置。
3. 前記研削手段の材料として、酸化物の砥粒を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鏡面仕上げ装置。
4. 前記研削手段として、砥石、固定砥粒パッド、研磨テープ、または研磨シートの少なくとも一種類を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の鏡面仕上げ装置。
5. 前記防水隔壁は、吸水樹脂である発砲ウレタンや発砲ポリビニルアルコールからなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の鏡面仕上げ装置。

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