JP6656879B2 - 加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状基板上に切削溝を形成して複数の四角柱を形成する加工方法に関する。

圧電素子（圧電セラミックス）を利用した超音波探触子やシンチレータ等にあっては、微小な四角柱を複数配列したものが知られている（特許文献１参照）。このような四角柱を複数形成する加工としては、板状基板を一方向に所定間隔毎に複数回スライス加工してから、その方向に直交する方向に所定間隔毎に複数回スライス加工する方法がある。このスライス加工は、例えば、特許文献２に開示される切削装置を用いて行われる。かかる切削装置では、高速回転する切削ブレードによって板状基板を切り込みつつ、それらを相対移動することでスライス加工が行われる。このスライス加工によって、板状基板に格子状の切削溝が形成され、切削溝で囲まれる領域に微小な四角柱が複数形成される。

ここで、特許文献１では、板状基板に一方向にスライス加工して形成された切削溝に樹脂を充填後、板状基板を９０度回転させ、再度切削溝を形成するスライス加工を実施している。これにより、超音波探触子やシンチレータ等、脆い材質の板状基板において、樹脂充填後における板状基板の剛性を上げてから、板状基板を９０度回転させた後のスライス加工を実施し、微小な四角柱を複数形成している。

特開平１１−３１８８９３号公報 特開２００９−２７０５２号公報

しかしながら、上述のように形成された四角柱にあっては、縦横寸法に対して高さ寸法（アスペクト比）が大きくなるので、切削水の噴射によって、切削ブレードが板状基板の外縁から抜ける出口側にて四角柱が倒れる場合があった。この倒れた出口側の四角柱は、探触子やシンチレータ等としての機能を発揮できず製品として使用できないという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、板状基板において複数の深い切削溝により形成される四角柱が倒れることを抑制することができる加工方法を提供することを目的とする。

本発明の加工方法は、製品領域を有する板状基板上に複数の四角柱を形成する加工方法であって、製品領域を囲繞する余剰領域を有する余剰サイズ板状基板を準備する余剰サイズ板状基板準備ステップと、余剰サイズ板状基板準備ステップを実施した後に、余剰サイズ板状基板を第１の方向に切削ブレードで切り込み第１の切削溝を形成する第１切削溝形成ステップと、第１切削溝形成ステップを実施した後に、余剰サイズ板状基板を第１の方向と直交する第２の方向に切削ブレードで切り込み第２の切削溝を形成する第２切削溝形成ステップと、第２切削溝形成ステップを実施した後に、第１の切削溝及び第２の切削溝内に樹脂を充填する樹脂充填ステップと、樹脂充填ステップを実施した後に、製品領域と余剰領域との境界位置を切削ブレードで切削して余剰領域を除去する余剰領域除去ステップと、から構成されることを特徴とする。

この方法によれば、余剰サイズ板状基板が製品領域を囲繞する余剰領域を有し、この余剰領域は切削溝の形成によって複数の四角柱を形成した後、切削して除去される。従って、切削ブレードが板状基板の外縁から抜ける出口側に余剰領域を形成することで、製品領域で倒れる四角柱をなくすことができ、製品として使用できない四角柱が形成されることを回避することができる。

また、本発明の加工方法では、第１切削溝形成ステップにおいて、余剰サイズ板状基板を第１の方向に切削ブレードで切り込み第１の切削溝を形成しつつ、余剰領域において切削ブレードを上昇し余剰領域に非切削部を残存させ、第２切削溝形成ステップにおいて、余剰サイズ板状基板を第１の方向と直交する第２の方向に切削ブレードで切り込み第２の切削溝を形成しつつ、余剰領域において切削ブレードを上昇し余剰領域に非切削部を残存させるとよい。

また、本発明の加工方法では、第１切削溝形成ステップにおいて、余剰サイズ板状基板の上方から切削ブレードで片側の余剰領域に切り込み、第１の方向に所定深さの第１の切削溝を形成しつつ、他側の余剰領域において切削ブレードを上昇し片側及び他側の余剰領域に非切削部を残存させ、第２切削溝形成ステップにおいて、余剰サイズ板状基板の上方から切削ブレードで片側の余剰領域に切り込み、第１の方向と直交する第２の方向に第２の切削溝を形成しつつ、他側の余剰領域において切削ブレードを上昇し片側及び他側の余剰領域に非切削部を残存させるとよい。

本発明によれば、製品領域を囲繞し且つ切削溝の形成後に除去される余剰領域を形成したので、板状基板において複数の深い切削溝により形成される四角柱が倒れることを抑制することができる。

図１Ａは、加工後の圧電素子の部分概略斜視図であり、図１Ｂは、第１の実施の形態に係る余剰サイズ板状基板準備ステップの説明図である。 第１の実施の形態に係る第１切削溝形成ステップの説明図である。 第１の実施の形態に係る第１切削溝及び第２切削溝形成ステップの説明図である。 第１の実施の形態に係る第２切削溝形成ステップの説明図である。 第１の実施の形態に係る樹脂充填ステップの説明図である。 第１の実施の形態に係る余剰領域除去ステップの説明図である。 第２の実施の形態に係る余剰サイズ板状基板準備ステップ及び第１切削溝形成ステップの説明図である。 第２の実施の形態に係る第１切削溝及び第２切削溝形成ステップの説明図である。 第２の実施の形態に係る第２切削溝形成ステップの説明図である。 第２の実施の形態に係る余剰領域除去ステップの説明図である。

［第１の実施の形態］
以下、添付図面を参照して、第１の実施の形態に係る圧電素子の加工方法ついて説明する。先ず、図１Ａを参照して、圧電素子について説明する。図１Ａは、加工後の圧電素子の部分概略斜視図である。

図１Ａに示すように、圧電素子４０は、第１の方向に所定間隔毎に形成された複数の第１の切削溝４１と、第１の方向と直交する第２の方向に所定間隔毎に形成された複数の第２の切削溝４２とを備えている。そして、第１の切削溝４１と第２の切削溝４２とを形成することによって、圧電素子４０には、第１の方向及び第２の方向に整列した複数の四角柱４４が形成される。四角柱４４は、第１の方向及び第２の方向の寸法に比べて高さ寸法が相当大きい、つまり、アスペクト比が大きくなる。例えば、アスペクト比は約１０〜２７となる。

続いて、第１の実施の形態に係る加工方法ついて、図１Ｂ、図２乃至図６を参照して説明する。図１Ｂは、余剰サイズ板状基板準備ステップの説明図、図２は、第１切削溝形成ステップの説明図、図３は、第１切削溝及び第２切削溝形成ステップの説明図、図４は、第２切削溝形成ステップの説明図、図５は、樹脂充填ステップの説明図、図６は、余剰領域除去ステップの説明図である。なお、上記の各図に示すステップは、あくまでも一例に過ぎず、この構成に限定されるものではない。

まず、図１Ｂに示すように、余剰サイズ板状基板１０を準備する余剰サイズ板状基板準備ステップを実施する。余剰サイズ板状基板１０は、その平面サイズより大きいサイズの圧電素子の基板（不図示）を用意し、かかる基板を矩形状に切り出すことによって形成される。余剰サイズ板状基板１０は、製品領域１２を有する板状基板１４を備え、この板状基板１４の製品領域１２を囲繞する余剰領域１６を更に備えている。本実施の形態では、板状基板１４における表面の全領域が製品領域１２として形成される。そして、図１において、製品領域１２の＋Ｘ及び＋Ｙ方向側それぞれに隣接する所定幅領域（網点で図示した領域）が余剰領域１６として形成される。

従って、余剰サイズ板状基板準備ステップでは、圧電素子の基板（不図示）を、矩形状の板状基板１４より縦横両方の寸法が長くなる大きさで矩形状に切り出す。この切り出したものが余剰サイズ板状基板１０となり、その−Ｘ及び−Ｙ方向側の辺（一方の直交する２辺）を含む矩形領域のうち、板状基板１４の規定した縦横寸法となる部分が製品領域１２を有する板状基板１４となる。そして、余剰サイズ板状基板１０において、＋Ｘ及び＋Ｙ方向側の辺（他方の直交する２辺）に沿う所定幅領域が余剰領域１６となる。なお、図１以降の図面において表される網点は、製品領域１２と余剰領域１６とを区別して視認できるように便宜上描いたものである。本実施の形態では、製品領域１２と余剰領域１６との材質や構造を同じとしたが、これに限られず、それらを相違したものとしてもよい。

切り出された余剰サイズ板状基板１０は粘着テープ２０に貼着され、粘着テープ２０の外周縁部は環状フレーム２２に貼着される。これにより、余剰サイズ板状基板１０は粘着テープ２０を介して環状フレーム２２に支持された状態となる。

余剰サイズ板状基板準備ステップを実施した後に、図２及び図３に示すように、切削ブレード３０で余剰サイズ板状基板１０を切り込む第１切削溝形成ステップを実施する。切削ブレード３０は、回転可能なスピンドル軸３２の先端に設けられている。切削ブレード３０の近傍には噴射ノズル（不図示）が設けられ、切削加工中に噴射ノズルから切削ブレード３０による切削部分に切削水を噴射する。

第１切削溝形成ステップでは、粘着テープ２０を介して余剰サイズ板状基板１０をチャックテーブル（不図示）に吸引保持する。チャックテーブルは送り機構によりＸ方向に移動するとともに、回転可能に設けられている。

余剰サイズ板状基板１０の吸引保持後、余剰サイズ板状基板１０を位置合わせする。この位置合わせは、第１の切削溝４１の延出方向となる第１の方向（図１Ａ参照）が切削送り方向（Ｘ方向）になるように、余剰サイズ板状基板１０を位置付ける。このとき、本実施の形態では、切削送り方向が−Ｘ方向側から＋Ｘ方向側になるので、同方向の終わり側となる＋Ｘ方向側に余剰領域１６を配置し、上流側となる−Ｘ方向側に製品領域１２を配置する。次いで、余剰サイズ板状基板１０の−Ｘ方向側の外縁より外側に切削ブレード３０を位置付ける。その後、切削ブレード３０を下降し、第１の切削溝４１の溝深さに応じた高さ位置で切削ブレード３０を位置決めする。この位置決め後、高速回転された切削ブレード３０に対して余剰サイズ板状基板１０がＸ方向に切削送りすることで、第１の切削溝４１を形成する。

このとき、切削送りの始め側（−Ｘ方向側）では、切削ブレード３０によって余剰サイズ板状基板１０（製品領域１２）の外縁の外側から切り込む。一方、切削送りの終わり側（＋Ｘ方向側）では、余剰サイズ板状基板１０の外縁の手前、つまり余剰領域１６内で切削ブレード３０が上昇して余剰サイズ板状基板１０から離間する（図３参照）。このようにして、第１の切削溝４１を形成しつつ、余剰領域１６において第１の切削溝４１の終わり側（＋Ｘ方向側）に切削溝が形成されない非切削部５０を残存させる。

１本の第１の切削溝４１が形成されると、第１の切削溝４１の間隔に対応して切削ブレード３０を割り出し方向（＋Ｙ方向）に送り、隣の第１の切削溝４１に切削ブレード３０を位置合わせする。この切削送りと割り出し送りとを順次繰り返して、余剰サイズ板状基板１０に複数の第１の切削溝４１を順に切削して形成する。

第１切削溝形成ステップを実施した後に、図３及び図４に示すように、第２切削溝形成ステップを実施する。第２切削溝形成ステップでは、余剰サイズ板状基板１０を９０°回転し、第２の切削溝４２の延出方向となる第２の方向（図１Ａ参照）が切削送り方向（Ｘ方向）になるように、余剰サイズ板状基板１０を位置付ける。このとき、切削送り方向の終わり側となる＋Ｘ方向側に余剰領域１６を配置し、上流側となる−Ｘ方向側に製品領域１２を配置する。その後は、第１切削溝形成ステップと同様の要領にて切削加工することで、第１の切削溝４１と直交する方向に複数の第２の切削溝４２を形成する。第２の切削溝４２の終端側（＋Ｘ方向側）の余剰領域１６には、切削溝が形成されない非切削部５２が残存するよう形成される。第２切削溝形成ステップを実施することで、隣り合う２本の第１の切削溝４１と、隣り合う２本の第２の切削溝４２との間には四角柱４４が形成される。

第２切削溝形成ステップを実施した後に、図５に示すように、樹脂充填ステップを実施する。樹脂充填ステップでは、第１の切削溝４１及び第２の切削溝４２の内部に目詰め剤（フィラー）等の樹脂５４を充填する。樹脂５４は四角柱４４の伸縮を妨げないような柔らかい材質を用いることが望ましく、また、四角柱４４の強度の向上を図ることができる。

樹脂充填ステップを実施した後に、図６に示すように、余剰領域除去ステップを実施する。余剰領域除去ステップでは、製品領域１２と余剰領域１６との境界位置５６の延出方向が切削送り方向（Ｘ方向）になるように、余剰サイズ板状基板１０を位置付ける。次いで、余剰サイズ板状基板１０の−Ｘ方向側の外縁より外側に切削ブレード３０を位置付けた後、切削ブレード３０を下降し、粘着テープ２０が所定深さで切り込まれる高さ位置で切削ブレード３０を位置決めする。この位置決め後、高速回転された切削ブレード３０に対して余剰サイズ板状基板１０をＸ方向に切削送りし、境界位置５６で切断して余剰サイズ板状基板１０をＹ方向に二分割する。

その後、余剰サイズ板状基板１０を９０°回転し、未切削の境界位置５６が切削送り方向（Ｘ方向）になるように、余剰サイズ板状基板１０を位置付ける。その後は、上述と同様にして未切削の境界位置５６で切断し、余剰サイズ板状基板１０を分割する。これにより、製品領域１２から余剰領域１６が除去され、板状基板１４上に複数の四角柱４４を備えた圧電素子４０が形成される。

このような第１の実施の形態によれば、各切削溝４１、４２の切削送り方向終わり側に余剰領域１６を設けたので、各切削溝４１、４２の切削時に、切削ブレード３０が板状基板１４（製品領域１２）の切削から連続して余剰領域１６を切削することとなる。従って、製品領域１２の切削では、各切削溝４１、４２の終わり側で切削ブレード３０が基板外縁から抜け出ないようになり、製品領域１２で形成される全ての四角柱４４が噴射される切削水の勢いで倒れることを防止することができる。これにより、全ての四角柱４４が超音波探触子として機能し得る圧電素子４０とすることができ、切削溝４１、４２の切削送り方向終わり側が倒れる従来技術に比べ、製品として利用できる領域を広く確保することができる。

また、余剰領域１６に非切削部５０、５２を残存させたので、余剰領域１６の切削においても、切削ブレード３０が余剰サイズ板状基板１０の外縁から抜け出ないようにすることができる。これにより、余剰領域１６にて各切削溝４１、４２で囲まれる部分の倒れを回避して四角柱４４の倒れをより良く防止できる。ここで、余剰サイズ板状基板１０の外縁から切削ブレード３０が抜け出た場合には、その際に外縁付近がチップ状に飛散することとなるが、非切削部５０、５２を残存させることでチップ状の飛散を回避できる。この結果、チップ状の飛散物が高速回転する切削ブレード３０に接触して損傷することも防ぐこともできる。

［第２の実施の形態］
次いで、第１の実施の形態とは異なる第２の実施の形態について図７乃至図１０を参照して説明する。図７乃至図１０は、第２の実施に形態に係る加工方法の説明図であり、図７は、余剰サイズ板状基板準備ステップ及び第１切削溝形成ステップの説明図、図８は、第１切削溝及び第２切削溝形成ステップの説明図、図９は、第２切削溝形成ステップの説明図、図１０は、余剰領域除去ステップの説明図である。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施の形態に係る加工方法では、余剰サイズ板状基板準備ステップにおいて、図７に示すように、製品領域１２の全周となる四辺を囲繞する余剰領域１６を備えた余剰サイズ板状基板１０を準備する。

余剰サイズ板状基板準備ステップの実施後、第１切削溝形成ステップでは、図８の二点鎖線で示すように、切削ブレード３０を、−Ｘ方向側（片側）の余剰領域１６の真上であって第１の切削溝４１を形成する予定位置に位置付ける。そして、余剰サイズ板状基板１０の上方から高速回転された切削ブレード３０を下降し、第１の切削溝４１の所定の溝深さに応じた高さ分、−Ｘ方向側の余剰領域１６を切り込む。このとき、切削送りの始め側（−Ｘ方向側）では、切削ブレード３０によって余剰領域１６（サイズ板状基板１０）の外縁の内側から切り込み、切り込んだ位置の−Ｘ方向側には切削溝が形成されない非切削部６０を残存させる。切削ブレード３０の切り込んだ高さ位置を維持した状態で、切削ブレード３０に対して余剰サイズ板状基板１０をＸ方向に切削送りすることで、第１の切削溝４１を形成する。第１の切削溝４１の終わり側（＋Ｘ方向側）では、図７に示すように、第１の実施の形態と同様にして、＋Ｘ方向側（他側）の余剰領域１６に切削溝が形成されない非切削部５０を残存させる。このようにして、余剰サイズ板状基板１０に複数の第１の切削溝４１を形成する。

第１切削溝形成ステップの実施後、第２切削溝形成ステップにおいても同様の要領にて切削加工を行い、図９に示すように、第２の切削溝４２の両端側に非切削部５２、６２を残存させる。重複する点もあるが説明すると、先ず、余剰サイズ板状基板１０を９０°回転し、第２の切削溝４２の延出方向切削送り方向（Ｘ方向）になるように、余剰サイズ板状基板１０を位置付ける。その後、切削ブレード３０を、−Ｘ方向側（片側）の余剰領域１６の真上であって第２の切削溝４２を形成する予定位置に位置付ける。そして、余剰サイズ板状基板１０の上方から高速回転された切削ブレード３０を下降し、第２の切削溝４２の所定の溝深さに応じた高さ分、−Ｘ方向側の余剰領域１６に切り込む。このとき、切削送りの始め側（−Ｘ方向側）では、切削ブレード３０によって余剰領域１６（サイズ板状基板１０）の外縁の内側から切り込み、切り込んだ位置の−Ｘ方向側には切削溝が形成されない非切削部６２を残存させる。切削ブレード３０の切り込んだ高さ位置を維持した状態で、切削ブレード３０に対して余剰サイズ板状基板１０をＸ方向に切削送りすることで、第２の切削溝４２を形成する。第２の切削溝４２の終わり側（＋Ｘ方向側）では、第１の実施の形態と同様にして、＋Ｘ方向側（他側）の余剰領域１６に切削溝が形成されない非切削部５２を残存させる。このようにして、余剰サイズ板状基板１０に複数の第２の切削溝４２を形成する。

第２切削溝形成ステップ、樹脂充填ステップを実施した後に、図１０に示すように、余剰領域除去ステップを実施する。余剰領域除去ステップでは、製品領域１２と余剰領域１６との境界位置６６がＸ方向及びＹ方向にそれぞれ二箇所となり、全ての境界位置６６に対し、第１の実施の形態と同様にして切削ブレード３０で切削する。これにより、製品領域１２から余剰領域１６が除去され、板状基板１４上に複数の四角柱４４を備えた圧電素子４０が形成される。

このような第２の実施の形態によれば、各切削溝４１、４２の切削送り方向始め側にも余剰領域１６を設けたので、かかる切削送り方向始め側の四角柱４４もより一層倒れにくくすることができ、圧電素子４０の品質をより良く向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記各切削溝４１、４２の形成において、非切削部５０、５２、６０、６２を形成せずに、切削ブレード３０が余剰領域１６（余剰サイズ板状基板１０）の外縁から抜け出るようにしてもよい。このようにして各切削溝４１、４２を切削して複数の四角柱４４を形成し、余剰領域１６の角柱状になる部分が仮に倒れても、余剰領域１６が除去されるので製品領域１２での四角柱４４の倒れを防ぐことができる。

以上説明したように、本発明は、板状基板上に縦横寸法に対して高さ寸法が大きい複数の四角柱を形成する加工方法に有用である。

１０ 余剰サイズ板状基板
１２ 製品領域
１４ 板状基板
１６ 余剰領域
３０ 切削ブレード
４１ 第１の切削溝
４２ 第２の切削溝
４４ 四角柱
５０ 非切削部
５２ 非切削部
５４ 樹脂
６０ 非切削部
６２ 非切削部

Claims (3)

1. 製品領域を有する板状基板上に複数の四角柱を形成する加工方法であって、
   該製品領域を囲繞する余剰領域を有する余剰サイズ板状基板を準備する余剰サイズ板状基板準備ステップと、
   該余剰サイズ板状基板準備ステップを実施した後に、該余剰サイズ板状基板を第１の方向に切削ブレードで切り込み第１の切削溝を形成する第１切削溝形成ステップと、
   該第１切削溝形成ステップを実施した後に、該余剰サイズ板状基板を前記第１の方向と直交する第２の方向に切削ブレードで切り込み第２の切削溝を形成する第２切削溝形成ステップと、
   該第２切削溝形成ステップを実施した後に、該第１の切削溝及び該第２の切削溝内に樹脂を充填する樹脂充填ステップと、
   該樹脂充填ステップを実施した後に、該製品領域と該余剰領域との境界位置を切削ブレードで切削して該余剰領域を除去する余剰領域除去ステップと、
   から構成される加工方法。
2. 前記第１切削溝形成ステップにおいて、該余剰サイズ板状基板を第１の方向に切削ブレードで切り込み第１の切削溝を形成しつつ、該余剰領域において切削ブレードを上昇し該余剰領域に非切削部を残存させ、
   前記第２切削溝形成ステップにおいて、前記余剰サイズ板状基板を前記第１の方向と直交する第２の方向に切削ブレードで切り込み第２の切削溝を形成しつつ、該余剰領域において切削ブレードを上昇し該余剰領域に非切削部を残存させる、請求項１記載の加工方法。
3. 前記第１切削溝形成ステップにおいて、該余剰サイズ板状基板の上方から切削ブレードで片側の余剰領域に切り込み、第１の方向に所定深さの第１の切削溝を形成しつつ、他側の余剰領域において切削ブレードを上昇し該片側及び他側の余剰領域に非切削部を残存させ、
   前記第２切削溝形成ステップにおいて、該余剰サイズ板状基板の上方から切削ブレードで片側の余剰領域に切り込み、前記第１の方向と直交する第２の方向に第２の切削溝を形成しつつ、他側の余剰領域において切削ブレードを上昇し該片側及び他側の余剰領域に非切削部を残存させる、請求項１記載の加工方法。

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