JP5078603B2 - 板状体の加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状体の加工方法に関するものである。

従来、板状体の加工方法として、特許文献１（特開２００３−２６０６４４号公報）において、板状体裏面の三次元形状を形状測定装置により測定し、板状体裏面の三次元形状のデータを得、次に、得られた板状体裏面の三次元形状のデータに基づいて、板状体裏面が見かけ上平坦になるように板状体裏面に選択的に固形物を付着させ、しかる後に板状体の裏面を定盤に保持させて、該板状体の表面を研削または研磨手段によって平坦化加工を行う方法が提案されている。

この方法について図９に基づいて説明する。
図９（ａ）は、加工前の板状体１００の断面図であり、加工時に裏面となる上側の面Ｂは凹形状となっている。この状態で板状体１００の裏面（上面）Ｂの三次元形状が形状測定装置により測定され、板状体１００の裏面（上面）Ｂの三次元形状のデータを得る。

そして、測定された板状体１００の裏面Ｂの三次元形状データに基づいて、ノズル１０１からインク１０２が塗布され、板状体１００の裏面Ｂを見かけ上平坦になす（図９（ｂ）（ｃ））。
前記インクの塗布の後、板状体１００の表面Ｔを上にし、裏面Ｂを下にして定盤１０３に固定する（図９（ｄ））。このとき、前記定盤１０３の上面および板状体１００の裏面（下面）Ｂのいずれも平坦な状態であるので、板状体１００の変形は生じない。
更に、前記無変形の状態の板状体１００の片面（表面Ｔ）が平坦な状態に加工される。なお、図９（ｅ）において、符号１００ａは板状体１００のうち加工されることにより除去される部分を示す。

前記研削の後、加工された板状体１００を上下反転して、定盤１０３に固定し、板状体１００の反対面（裏面Ｂ）を研削する（図９（ｆ））。なお、図９（ｆ）において、符号１００ｂは板状体１００のうち加工されることにより除去される部分を示す。
そして、両面が加工された板状体１００を定盤１０３から取り外すことにより、平坦度、平行度は良好な板状体１００が得られる（図９（ｇ））。
特開平７−１０９１３３号公報

ところで、特許文献１に示された板状体の加工方法におけるインクを塗布する手段としては、インクジェットプリンタを使用することが好ましいとされている。
即ち、インクジェットプリンタを使用して板状体裏面にインクを塗布することにより、インクの乾燥後に板状体裏面にインクの固形物が残留することになり、板状体裏面に所定の厚さの固形物（固化したインク部）を付着させることができる。

しかしながら、インクジェットプリンタを使用して板状体裏面にインクを塗布する場合、溶媒を多量に含むインクにあっては、インクは溶媒が揮発することによって乾燥するため、板状体に堆積したインクの体積が減少し、板状体に堆積したインクの厚さが薄くなるという技術的課題があった。
即ち、板状体に所定の厚さのインクを堆積させるには、インクを何度も重ね塗りを行わなければならず、かなりの作業時間を必要とし、また前記溶媒が有機溶媒である場合、乾燥までにかなりの時間を必要とし、その結果、インクの厚さがばらつき易く、板状体の平面度を出し難いといった技術的課題があった。

また、特許文献１に示された板状体の加工方法にあっては、板状体の裏面の三次元形状を形状測定装置により測定し、板状体裏面の三次元形状のデータを得ている。その際、細やかなうねりや表面粗さの面内ばらつきなどを測定することができず、それらが平面研削、研磨後の平面度に大きく影響を与え、良好な平面度を得にくいという技術的課題があった。

更に、特許文献１に示された板状体の加工方法にあっては、板状体の裏面の凹部にインクを塗布し平坦面になし、この平坦面を定盤に載置し、板状体の表面（上面）の研削がなされる。その際、研削液が定盤と固化したインク部との間で滞留し、板状体の一部が定盤から浮いた状態で研削されることがあり、研削面、研磨面の面精度が悪化するという技術的課題があった。

また、特許文献１に示された板状体の加工方法にあっては、板状体の裏面の凹部に選択的にインクを塗布することにより平坦面になすものであり、板状体の裏面の最も高い部位である外周端部Ｂａ（図９（ｃ）参照）にはインクが塗布されない。
そのため、板状体の裏面を下にして定盤に固定し研削する際、板状体の裏面（下面）には、二つの材質（固化したインクと板状体）が存在し、それらが定盤７の上面と接触することになる。そのため、研削時もしくは研磨時に、両者の摩擦係数が異なることに起因して両者の定盤との接触状態が異なり、また加工圧力を加えたときの板状体の変位量が異なり、研削液浸入状態が異なるために、研削面、研磨面の面精度が悪化するという技術的課題があった。
また、板状体の直接定盤と接触する箇所は、定盤との接触により擦れ傷などが発生する可能性が高いという技術的課題があった。

本発明は上記技術的課題を解決するためになされたものであり、作業時間を短縮でき、また研削面、研磨面の面精度を向上させることができる板状体の加工方法を提供することを目的とするものである。

前記した課題を解決するためになされた本発明に係る板状体の加工方法は、板状体裏面全面に紫外線硬化型インクを塗布し、その塗布が終了した後、紫外線照射装置によって前記紫外線硬化型インクを固化させる工程と、前記工程の後、板状体の裏面の三次元形状を形状測定装置により測定し、板状体裏面の三次元形状のデータを得る工程と、前記工程の後、前記三次元形状のデータに基づいて、板状体裏面が見かけ上平坦になるように板状体裏面に、インクジェットプリンタにより紫外線硬化型インクを塗布し、紫外線照射装置によって前記紫外線硬化型インクを固化させる塗布固化工程と、前記工程の後、板状体裏面を下にして定盤に固定し、板状体表面を研磨あるいは研削する工程と、前記工程の後、板状体を上下反転して、定盤に固定し、板状体の裏面を研磨あるいは研削する工程を含むことを特徴としている。

このように、本発明に係る板状体の加工方法にあっては、インクジェットプリンタにより紫外線硬化型インクを塗布し、紫外線照射装置（紫外線）によって前記紫外線硬化型インクを固化させるため短時間で固化させることができ、しかもインクの体積の減少が少なく、インクの重ね塗り回数も少なくでき、作業時間の短縮化を図ることができ、更には板状体裏面に所定の厚さの固形物（固化したインク部）を高い寸法精度にて付着させることができる。

特に、板状体の裏面の三次元形状を形状測定装置により測定し、板状体裏面の三次元形状のデータを得る工程の前工程として、板状体裏面全面に紫外線硬化型インクを塗布し、その塗布が終了した後、紫外線照射装置によって前記紫外線硬化型インクを固化させる工程が含まれる。

このように、インクジェットプリンタを用いて紫外線硬化型インクを全面に塗付しその後、紫外線照射装置によってインクを固化させることで、微細な凹凸やうねりのある板状体表面がインクで被覆され、滑らかな状態となる。そのため、細かなうねりや表面粗さの面内ばらつきを、前記インク塗布により少なくすることができ、その面を測定することでそれらの影響が無い三次元データを得ることができる。
この後、再度紫外線硬化型インクを三次元形状に合わせて塗付し、平面研削あるいは研磨を行うことにより、細かなうねりや表面粗さの面内ばらつきが影響しない、良好な平面度を得ることができる。

また、インクジェットプリンタにより紫外線硬化型インクを塗布する工程おいて、所定の厚さを有し、かつ板状体の一端部から他端部まで塗布された平面視上帯状の紫外線硬化型インクが、所定の間隔をもって平行に、複数本形成されることが望ましい。
このように、所定の厚さを有し、かつ板状体の一端部から他端部まで塗布された平面視上帯状の紫外線硬化型インクが、所定の間隔をもって平行に、複数本形成される場合には、研削液は固化した平面視上帯状のインク部の間を流れるため、定盤と板状体との間での滞留が抑制される。その結果、板状体の浮きが抑制され、板状体全面が定盤に載置された状態になされるため、良好な面精度を得ることができる。

更に、インクジェットプリンタにより紫外線硬化型インクを塗布する工程おいて、所定の厚さを有しかつ平面視上矩形形状あるいは平面視上円形形状に塗布された紫外線硬化型インクが、所定の間隔をもって複数個形成されることが望ましい。
このように、所定の厚さを有しかつ平面視上矩形形状あるいは平面視上円形形状に塗布された紫外線硬化型インクが、所定の間隔をもって複数個形成される場合にも、前記場合と同様に、研削液の定盤と板状体との間での滞留が抑制される。その結果、板状体全面が定盤に載置された状態になされるため、良好な面精度を得ることができる。

また、インクジェットプリンタにより紫外線硬化型インクを塗布する工程おいて、前記紫外線硬化型インクによって、前記板状体が見かけ上平坦になるように塗布され、研磨あるいは研削する工程において、裏面を下にして定盤に固定した際、固化した紫外線硬化型インクのみが定盤に接することが望ましい。
このように、固化した紫外線硬化型インクのみが定盤に接し、板状体自身が定盤に部分的にも接することがないため、良好な面精度を得ることができる。また、板状体が直接定盤と接触しないため、定盤との接触により擦れ傷等を抑制することができる。

また、表面を研磨あるいは研削する工程において、砥石を回転させながら、帯状の固化したインク部の延設方向に移動させ、板状体の表面を研削または研磨することが望ましい。このように、砥石が帯状の固化したインク部の延設方向に移動するため、板状体の撓み（変形）を抑制して板状体の表面を研削または研削することができ、良好な面精度を得ることができる。

本発明によれば、作業時間を短縮でき、また研削面もしくは研磨面の面精度を向上させることができる板状体の加工方法を得ることができる。

本発明にかかる一実施形態について図１乃至図５に基づいて説明する。尚、本発明に係る板状体の加工装置は、従来と同様に、板状体裏面の三次元形状を測定する形状測定装置と、板状体裏面にインクを塗布するインクジェットプリンタと、板状体を保持する定盤と、板状体の表面を研削または研磨する加工手段とより構成されている。

前記板状体の形状測定装置としては、板状体裏面の三次元形状のデータが得られ、前記三次元形状に対応させて板状体裏面が平坦となるように、紫外線硬化型インクの付着量を制御できるものであれば良く、例えば、従来から知られている、レーザ斜入射式干渉縞解析による形状測定装置または変位センサヘッドをスキャンして測定する形状測定装置を用いることができる。

また、研削または研磨する加工手段は、従来から知られている研削、研磨装置を用いることができる。例えば、カップ砥石によるインフィード研削、ストレート砥石によるトラバース研削、ダイヤモンド砥石やペレットを埋め込んだ円盤工具（ペレット定盤）を用いた研削、バフ研磨などを適用することができる。
尚、板状体の裏面を定盤に保持する方法としては、従来から知られている保持手段を用いることができ、例えば、ポーラスチャックにより真空吸着する方法、あるいは平坦な定盤上に水貼りにて保持する方法等を好適に用いることができる。

更に、インクジェットプリンタは、従来から知られているインクジェットプリンタを用いることができる。特に、インクを吐出するヘッド部が移動（走査）可能に構成され、板状体の裏面の任意の位置にインクを吐出できるものであれば良い。また前記ヘッド部には、紫外線硬化型インクを固化させるための紫外線照射装置が取り付けられ、前記ヘッド部から吐出したインクを固化するように構成されているのが好ましい。

特に、インクジェットプリンタとしては、ピエゾ素子により単位時間当たりの吐出量を可変できるものが好ましい。このような構成を備える場合には、重ね塗りの回数を少なくして作業時間を短縮化することができ、板状体裏面を見かけ上、より高精度に平坦化することができる。

更に、板状体に塗布するインクとして、紫外線硬化型インクが用いられる。この紫外線硬化型のインクは、通常２５０ｎｍ〜３６５ｎｍ程度の波長の紫外線照射で硬化するモノマー、オリゴマー、紫外線吸収剤（重合開始剤）及び各種添加剤（安定剤、フィラー、顔料等）からなるものである。

このように紫外線硬化型インクには、水性、油性インクの場合のように溶媒が多量に含まれていないため、インクが固化した際、板状体に堆積したインク（固化したインク）の厚さが薄くなるという弊害を抑制できる。その結果、重ね塗りする回数を減少させることができ、作業時間の短縮化を図ることができる。しかも、紫外線硬化型インクは、インクの固化後においても体積変形が少なくため、好ましい。また、前記紫外線硬化型インクは、紫外線を照射することにより、迅速に固化させることができ、作業時間を短縮することができる。

また、板状体裏面に塗布した際に、インクの液滴の形状があまり変化しないことが好ましい。すなわち、水等のように重力により平坦化（レべリング）するものでは、板状体裏面を見かけ上平坦にすべく、所定の部分に他の部分より厚く液滴を塗布しても、その効果が薄れてしまうからである。

次に、本発明の実施形態にかかる板状体の加工方法について説明する。
まず予め、図１に示すように、板状体１の裏面Ｂの三次元形状を形状測定装置により測定し、板状体裏面の三次元形状のデータを得る。
次に、図２に示すように形状測定装置により得られた板状体１の裏面Ｂの三次元形状のデータに基づいて、板状体１の裏面Ｂが見かけ上平坦になるように、板状体１の裏面Ｂに、インクジェットプリンタにより，前記紫外線硬化型インクを塗布する。

このとき、インクジェットプリンタのインクを吐出するヘッド部２は、紫外線硬化型インクを吐出しながら、図２（ａ）における板状体１の上端部から下端部に移動した後、下端部において右方向に移動し、再び下端部から上端部に移動する。
そして、紫外線硬化型インクを吐出しながら、ヘッド部２はこれを繰り返すことにより、板状体１の右端部側から左端部側に移動する。

前記ヘッド部２から吐出された紫外線硬化型インク部３ａ，３ｂ，３ｃ…３ｎは、図２（ａ）（ｂ）に示すように、所定の厚さ、幅を有した平面視上帯状形状に塗布されたものであって、所定の間隔Ｓをもって、複数形成される。
この間隔Ｓ及び帯状形状の幅は各々一定にするのが好ましく、板状体裏面の全面積において、間隔部の総面積Ｓ１と帯状形状部の総面積Ｓ２の比を、Ｓ１：Ｓ２＝５０：５０〜３０：７０とするのがより好ましい。
このとき、ヘッド部２に設けられた紫外線照射装置（図示せず）により、前記紫外線硬化型インク部３ａ，３ｂ，３ｃ…３ｎは固化する。即ち、ヘッド部２は、板状体１の裏面１に帯状の紫外線硬化型インク部３ａ，３ｂ，３ｃ…３ｎを塗布、固化させながら移動するように構成されている。

この紫外線硬化型インクは、板状体１の裏面Ｂの凹部のみならず凸部にも塗布され、塗布された紫外線硬化型インクの上面が、板状体１の裏面全体で一定の高さになるように塗布される。即ち、後述するように板状体１の表面Ｔを上にし、裏面Ｂを下にして定盤３に固定した際、定盤３の上面に、固化した帯状のインク部３ａ，３ｂ，３ｃ…３ｎのみが接し、板状体１が定盤３に部分的にも接しないように、インクが塗布される。

ここで、ヘッド部２の一度の走査によって、所定の厚さのインク部を形成できない場合、即ち、板状体全面に３ａ１，３ｂ１，３ｃ１…３ｎ１を所定の高さで塗り、凹部状態となっている箇所については、ヘッド部２から紫外線硬化型インクを吐出しながら、再度走査を繰り返し、インク部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１…３ｎ１の上に重ね塗りを行い、更に未だ凹部状態となっている箇所については、再度重ね塗りが成され、最終的に塗布後のインク上面高さが板状体裏面全体で一定になるようにされる。
尚、図６に示すように帯状の紫外線硬化型インク部３ｎが重ね塗り３ｎ１〜３ｎ５によって形成されている場合を示す。また、前記凹部状態か否かは、三次元形状のデータと、一度の走査によって塗布されるインク部の厚さデータから判断することができる。

前記インクの塗布の後、図３に示すように、板状体１の表面Ｔを上にし、裏面Ｂを下にして定盤４に固定する。このように、板状体の裏面Ｂ（下面）には、固化した紫外線硬化型インク部３ａ〜３ｎが存在し、定盤４の上面と接触している。
このとき、前記定盤４の上面および板状体１の裏面Ｂ（下面）のいずれも平坦な状態であるので、板状体１の変形は生じない。

更に、図３に示すように、砥石５を回転させながら、平面視上帯状のインク部３ａ〜３ｎの延設方向に移動させ、前記無変形の状態の板状体１の片面（表面Ｔ）を平坦な状態に加工する。このように、砥石５が帯状の固化したインク部３ａ〜３ｎの延設方向に移動するため、板状体１の撓み（変形）を抑制して、板状体１の表面を研削または研削することができ、良好な面精度を得ることができる。

また、図３中、符号６は研削液を供給する研削液供給ノズルである。この研削液供給ノズル６から供給された研削液は、板状体１の被研削面（表面Ｔ）に供給され、その後、定盤４上に流れる。そして、定盤４の上を流れる研削液は、帯状のインク部３ａ〜３ｎ間の隙間Ｓを流れ、定盤４とインク部３ａ〜３ｎとの間への滞留が抑制され、板状体１の定盤４から浮きが発生することがなく、研削面（表面Ｔ）の面精度の向上を図ることができる。

また、板状体１の裏面Ｂ（下面）には、固化したインク部３ａ〜３ｎが存在し、固化したインク部が定盤７の上面と接触している。したがって、従来の場合のように、研削時に摩擦係数が異なる部位が存在しないため、研削時もしくは研磨時に定盤と一定の接触状態となすことができ、また加工圧力を加えたときの板状体の変位量、研削液浸入状態等を一定のなすことができるために、均一かつ良好な面精度を得ることできる。
なお、図３（ａ）において、符号１ａは板状体１のうち加工されることにより除去される部分を示す。

前記研削の後、図４に示すように、加工された板状体１を上下反転して、定盤４に固定し、板状体１の反対面（裏面Ｂ）を研削する。この研削においても、砥石５を回転させながら、帯状のインク部３ａ〜３ｎの延設方向に移動させ、前記無変形の状態の板状体１の片面（裏面Ｂ）を平坦な状態に加工する。なお、図４において、符号１ｂは板状体１のうち加工されることにより除去される部分を示す。
そして、図５に示すように、両面が加工された板状体１を定盤４から取り外すことにより、平坦度、平行度が良好な板状体１を得ることができる。

尚、上記実施形態にあっては、板状体を研削する場合について説明したが、本発明を研磨加工に用いても良い。また、帯状のインク部３ａ〜３ｎを形成したが、図７に示すように、所定の厚さを有し、平面視上矩形状のインク部３ａ〜３ｎを複数個形成しても良い。また、図示しないが、平面視上円形形状のインク部を複数個形成しても良い
また、インクジェットプリンタを用いて、紫外線硬化型インクを塗布しながら、紫外線を照射し、前記紫外線硬化型インクを固化する場合について説明したが、塗布後、所定時間経過後に、紫外線照射装置から紫外線を照射しても良い。例えば、板状体１の全面にインクを塗布した後、紫外線を照射しても良い。

また、板状体の裏面の三次元形状を形状測定装置により測定し、板状体裏面の三次元形状のデータを得る工程の前工程として、板状体裏面全面に紫外線硬化型インクを塗布し、その塗布が終了した後、紫外線照射装置によって前記紫外線硬化型インクを固化させても良い。即ち、図８に示すように、インクジェットプリンタを用いて紫外線硬化型インク３Ａを板状体１の裏面Ｂ全面に塗付しその後、紫外線照射装置によってインクを固化させることで、板状体表面（インク表面３Ｂ）が滑らかな状態となる。そのため，細かなうねりや表面粗さの面内ばらつきが前記インク塗布により極力少なくすることことができる。

そして、前記面を測定することでそれらの影響が無い三次元データを得ることができる。この後、紫外線硬化型インクを前記三次元データに基づいて塗付し、更に固化させ、平面研削、研磨を行うことにより、細かなうねりや表面粗さの面内ばらつきが影響しない平坦な面を得ることができる。

図１は、本発明にかかる一実施形態における板状体の形状を示す図である。 図２は、本発明にかかる一実施形態における紫外線型硬化型インクの塗布工程を示す図である。 図３は、本発明にかかる一実施形態における裏面の研削工程を図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 図４は、本発明にかかる一実施形態における表面の研削工程を図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 図５は、本発明にかかる一実施形態における研削後の板状体の形状を示す図である。 図６は、紫外線型硬化型インクの塗布工程の変形例を示す側面図である。 図７は、紫外線型硬化型インクの塗布工程の変形例を平面図である。 図８は、形状測定の前工程を示す側面図である。 図９は、従来の板状体の加工方法を示す図である。

符号の説明

１ 板状体
２ ヘッド部
３ａ〜３ｎ （紫外線硬化型）インク部
３ｎ１〜３ｎ５ 重ね塗りされた紫外線硬化型インク部
４ 定盤
５ 砥石
６ 研削液供給ノズル
Ｂ 板状体裏面
Ｔ 板状体表面
Ｓ 隙間

Claims (1)

1. 板状体裏面全面に紫外線硬化型インクを塗布し、その塗布が終了した後、紫外線照射装置によって前記紫外線硬化型インクを固化させる工程と、
   前記工程の後、板状体の裏面の三次元形状を形状測定装置により測定し、板状体裏面の三次元形状のデータを得る工程と、
   前記工程の後、前記三次元形状のデータに基づいて、板状体裏面が見かけ上平坦になるように板状体裏面に、インクジェットプリンタにより紫外線硬化型インクを塗布し、紫外線照射装置によって前記紫外線硬化型インクを固化させる塗布固化工程と、
   前記工程の後、板状体裏面を下にして定盤に固定し、板状体表面を研磨あるいは研削する工程と、
   前記工程の後、板状体を上下反転して、定盤に固定し、板状体の裏面を研磨あるいは研削する工程を含むことを特徴とする板状体の加工方法。

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