JP6865567B2 - 研削ホイール - Google Patents

Description

本発明は、研削ホイールに関する。

従来より、被研削面を研削するための研削ホイールとして、円板部材の一面に環状に配置された超砥粒層を取り付けたものが知られている。このような研削ホイールでは、円板部材が軸心周りに回転することにより、被研削面に接触しながら移動して、被研削面を研削する。

ところで、被研削面を精度良く研削するために、超砥粒層と被研削面との間に、冷却液を常時注入して、超砥粒層の温度の上昇を抑制する必要がある。そこで、このような冷却液（研削液）を効率よく供給する研削装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−６３９号公報

特許文献１の研削装置では、研削液を供給するための給液口が円板部材を貫通して形成されている。給液口は、円板部材の上面側に流入口を有し、円板部材の下面側（被研削面に対向する側）に吐出口を有する。給液口は、流入口から吐出口に向けて、円板部材の径外方向に傾斜して形成される。

このような給液口は、円板部材の周方向に沿って複数形成されるので、環状に配置された超砥粒層に向けて研削液を吐出することができる。しかしながら、研削中には、円板部材は、常に回転しながら移動することから、吐出口から吐出した冷却液（研削液）は、遠心力により径外方向により強い力で拡がることになる。その結果、超砥粒層の周方向に沿って、冷却液がより多く吐出される場所と、より少なく吐出される場所とのムラが発生してしまうことがある。従って、冷却液のムラを減少させ、冷却液をより効率的に供給できることが、望まれている。

本発明は、冷却液を効率的に供給可能な研削ホイールを提供することを目的とする。

本発明は、天板部、前記天板部の周縁部から被研削位置に向かって突出する周壁部、及び、前記天板部と前記周壁部とで囲まれる内側空間を有する台金と、前記周壁部の先端部の側に設けられる超砥粒層と、を備える、研削ホイールであって、前記台金は、前記内側空間と前記台金の外側空間とを連通する冷却液供給孔であって、前記内側空間へ向けて冷却液が吐出される吐出開口を有する冷却液供給孔を有し、前記冷却液供給孔の吐出開口は、前記周壁部の周方向に対する接線に沿って長軸が配置される略楕円形状を有する、研削ホイールに関する。

また、前記冷却液供給孔は、縦断面視において、前記吐出開口の側が、前記吐出開口に向けて窄んだ略円錐形状で、その反対側が略円柱形状であってもよい。

また、前記台金は、前記周壁部の周方向に沿って円環状に延びる内側円環状溝であって、前記内側空間に向けて開放する断面形状を有する内側円環状溝を有し、前記内側円環状溝の前記断面形状は弧状の外周縁を有し、前記内側円環状溝は、複数の前記冷却液供給孔の前記吐出開口を繋ぐように配置されてもよい。

また、前記冷却液供給孔は、前記台金の回転軸方向に対して傾斜して延びてもよい。

本発明によれば、冷却液を効率的に供給可能な研削ホイールを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る研削ホイールを示す底面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図を示す。 図２の冷却液供給孔の部分拡大図を示す。 図１の吐出開口の部分拡大図を示す。 一実施形態の研削ホイールの冷却液供給孔の部分拡大図を示す。

以下、本発明の研削ホイールの一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る研削ホイール１を示す底面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図を示す。図３は、図２の冷却液供給孔１４の部分拡大図を示す。図４は、図１の吐出開口１４１の部分拡大図を示す。図５は、一実施形態の研削ホイール１の冷却液供給孔１４の部分拡大図を示す。

本実施形態に係る研削ホイール１は、半導体ウェハ等の、表面精度が求められる被研削物Ｍ（図２参照）の被研削面Ｓの被研削位置Ｐの研削に用いられる。研削ホイール１は、平面視及び底面視で円盤状に形成される。研削ホイール１の上側（被研削面Ｓとは反対側）の中央には、回転軸（図示せず）が設けられる。回転軸が軸心周りに回転することにより、研削ホイール１も回転軸の軸心周りに回転する。

研削ホイール１においては、回転軸が設けられる側とは逆側（詳細には、後述する超砥粒層２０）が、被研削物Ｍに接触する。研削ホイール１は、回転により、被研削面Ｓの被研削位置Ｐを研削する。このとき、研削ホイール１は、研削ホイール１と被研削面Ｓとの接触位置に供給される冷却液により、冷却されながら被研削位置Ｐを研削することができる。

図１及び図２に示すように、研削ホイール１は、台金１０と、超砥粒層２０と、を備える。台金１０は、天板部１１と、周壁部１２と、内側空間１３と、冷却液供給孔１４と、内側円環状溝１５と、外側円環状溝１６と、を備える。天板部１１、周壁部１２、内側空間１３、外側円環状溝１６及び超砥粒層２０は、軸方向Ｄ１、径方向Ｄ２及び周方向Ｄ３を有する。径方向Ｄ２は、軸方向Ｄ１に直交する方向であり、軸方向Ｄ１から放射状に延びている。周方向Ｄ３は、径方向Ｄ２に交差する方向であり、軸方向Ｄ１を中心として環状に延びる方向である。

〔天板部１１〕
天板部１１は、図１に示すように、平面視及び底面視で円盤状に形成される。天板部１１の上側の中心部分には、軸方向Ｄ１に沿って延びる回転軸（図示せず）に固定されている。なお、軸方向Ｄ１について、被研削面Ｓに向かう方向を第１軸方向Ｄ１１といい、その反対方向を第２軸方向Ｄ１２という。研削時の方向に基づいて、第１軸方向Ｄ１を「下」ともいい、第２軸方向Ｄ１２を「上」ともいう。

〔周壁部１２〕
周壁部１２は、図２に示すように、天板部１１の周縁部から被研削面Ｓ（第１軸方向Ｄ１１）に向かって突出する。本実施形態において、周壁部１２は、第１軸方向Ｄ１１に向かうにしたがって徐々に肉薄に形成される。具体的には、周壁部１２は、外周面１２１が同径で突出する一方、内周面１２２が第１軸方向Ｄ１１に向かうにしたがって、より拡径するように傾斜して形成される。周壁部１２は、天板部１１の周縁部１１１全体を起点として突出することにより、環状に配置される。

〔内側空間１３〕
内側空間１３は、天板部１１と周壁部１２とで囲まれる空間である。研削時には、内側空間１３は、天板部１１の被研削位置Ｐ側に向く面（第１軸方向Ｄ１１側の面）と、周壁部１２の内周面１２２と、被研削面Ｓとによって囲まれる空間である。

〔冷却液供給孔１４〕
冷却液供給孔１４は、図３に示すように、内側空間１３と台金１０の外側空間１７とを連通する孔である。冷却液供給孔１４については後述する。

〔内側円環状溝１５〕
内側円環状溝１５は、図４に示すように、周壁部１２の周方向Ｄ３（軸方向Ｄ１を中心とする周方向）に沿って円環状に延びる。内側円環状溝１５については後述する。

〔外側円環状溝１６〕
外側円環状溝１６は、図５に示すように、天板部１１の周方向Ｄ３（軸方向Ｄ１を中心とする周方向）に沿って円環状に延びる。外側円環状溝１６は、天板部１１の外側空間１７側の面に設けられる。

〔超砥粒層２０〕
超砥粒層２０は、図２に示すように、周壁部１２の先端部１２３の側（第１軸方向Ｄ１１の側）に設けられる。超砥粒層２０は、周壁部１２の周方向Ｄ３に沿って、周壁部１２と同様に、円環状に設けられる（配置される）。超砥粒層２０は、周壁部１２の先端部の側よりも第１軸方向Ｄ１１側に突出して設けられることにより、被研削物Ｍに接触する。超砥粒層２０は、周方向Ｄ３に連続的であってもよく、非連続的（間欠的）であってもよい。超砥粒層２０は、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる超砥粒をフェノール樹脂やポリイミド樹脂によって結合したレジン砥石、ガラス質の結合材によって結合したビトリファイド砥石が好ましいが、他の種類のものでもよい。また、超砥粒層２０は、メタルボンドホイール、レジンボンドホイール、ビトリボンドホイールのいずれであってもよい。

次に、冷却液供給孔１４及び内側円環状溝１５について詳述する。

冷却液供給孔１４は、図１に示すように、天板部１１の周方向Ｄ３に沿って離間して、複数設けられる。冷却液供給孔１４のそれぞれは、図３に示すように、台金１０の回転軸方向（軸方向Ｄ１）に対して傾斜して延びる。具体的には、冷却液供給孔１４のそれぞれは、第１軸方向Ｄ１１に向かうに従って、徐々に拡径する方向（径方向Ｄ２）に向けて傾斜して延びる。また、冷却液供給孔１４のそれぞれは、周壁部１２の内周面１２２の傾斜角度と略同じ角度θで第１軸方向Ｄ１１から傾斜する。この冷却液供給孔１４のそれぞれは、その下端側に、図３に示すように、内側空間１３へ向けて冷却液が吐出される吐出開口１４１を有する。

この冷却液供給孔１４のそれぞれは、縦断面視において、吐出開口１４１の側の第１部分１４２が、吐出開口１４１に向けて窪んだ略錐形状に形成され、その反対側の第２部分１４３が略円柱形状に形成される。これにより、冷却液供給孔１４のそれぞれの吐出開口１４１は、図４に示すように、周壁部１２の周方向Ｄ３に対する接線Ｔに沿って長軸Ｃが配置される略楕円形状を有する。冷却液供給孔１４のそれぞれにおける吐出開口１４１とは反対側は、図５に示すように、天板部１１の周方向Ｄ３に沿って延びる外側円環状溝１６によって繋がるように、配置される。また、冷却液供給孔１４における吐出開口１４１とは反対側は、外側円環状溝１６の幅よりも小さい径で形成される。

内側円環状溝１５は、図２及び図３に示すように、内側空間１３に向けて開放する断面形状を有する。内側円環状溝１５の縦断面形状は、上に凸の弧状の外周縁１５１を有する。そして、内側円環状溝１５は、複数の冷却液供給孔１４の吐出開口１４１を繋ぐように、周方向Ｄ３に延びている。

以上のような冷却液供給孔１４及び内側円環状溝１５によれば、冷却液供給孔１４は、外側空間１７側から供給された冷却液を、吐出開口１４１に供給することができる。冷却液供給孔１４の吐出開口１４１側は、吐出開口１４１に向けて窄んだ略円錐形状となっているので、冷却液の吐出圧を増加させることができる。

そして、冷却液供給孔１４の吐出開口１４１は、周壁部１２の周方向Ｄ３に対する接線Ｔに沿って長軸Ｃが配置される略楕円形状を有するので、冷却液は、径方向Ｄ２だけでなく、周方向Ｄ３に沿って広がりやすくなる。また、内側円環状溝１５により、吐出開口１４１の略楕円形状の長短軸比を大きくすることができる。

以上のような研削ホイール１は、以下のように用いられる。
まず、天板部１１は、回転軸（図示せず）に固定される。回転軸（図示せず）が軸心周り（軸方向Ｄ１を中心とする周方向Ｄ３）に回転を開始することにより、研削ホイール１の全体が軸心周りに回転を開始する。

超砥粒層２０は、被研削物Ｍの被研削面Ｓの被研削位置Ｐに位置合わせされた後、被研削位置Ｐに接触することにより被研削位置Ｐを研削する。このとき、外側円環状溝１６は、外部から冷却液を連続的に供給され続け、複数の冷却液供給孔１４に冷却液を供給する。冷却液供給孔１４は、重力及び回転運動による遠心力により、冷却液を吐出開口１４１側に導く。冷却液の吐出開口１４１側は、窄まって形成されていることで、冷却液の吐出圧を増加させる。

吐出開口１４１は、周壁部１２の周方向Ｄ３の接線Ｔに沿って長軸Ｃが配置されているので、冷却液が周方向Ｄ３に沿って広がりやすい。また、内側円環状溝１５によって略楕円形状の長短軸比を大きくすることで、冷却液は、より周方向Ｄ３に沿って広がる。これにより、効率よく超砥粒層２０と被研削位置Ｐとの間を冷却することができ、好適な研削を行うことができる。

以上説明した一実施形態の研削ホイール１によれば、以下のような効果を奏する。
（１）研削ホイール１を、天板部１１、天板部１１の周縁部１１１から被研削位置Ｐに向かって突出する周壁部１２、及び、天板部１１と周壁部１２とで囲まれる内側空間１３を有する台金１０と、周壁部１２の先端部１２３の側に設けられる超砥粒層２０と、により構成した。そして、台金１０を、内側空間１３と台金１０の外側空間１７とを連通する冷却液供給孔１４であって、内側空間１３へ向けて冷却液が吐出される吐出開口１４１を有する冷却液供給孔１４により構成し、冷却液供給孔１４の吐出開口１４１を、周壁部１２の周方向Ｄ３に対する接線Ｔに沿って長軸Ｃが配置される略楕円形状に構成した。従って、冷却液供給孔１４の吐出開口１４１は、周壁部１２の周方向Ｄ３に対する接線Ｔに沿って長軸Ｃが配置される略楕円形状を有するため、冷却液は、拡散的に吐出されず、周壁部１２の周方向Ｄ３に対する接線Ｔに沿って延びるように扇状に吐出される。そのため、冷却液は、径方向Ｄ２だけでなく、周方向Ｄ３に沿って広がりやすい。従って、冷却液を効率的に、周壁部１２に設けられる超砥粒層２０、及び被研削物Ｍに供給することができる。
冷却液として高価な超純水などを大量に使用することがあるが、その使用量を抑制することができる。

（２）冷却液供給孔１４を、縦断面視において、吐出開口１４１の側が、吐出開口１４１に向けて窄んだ略円錐形状で、その反対側が略円柱形状であるように構成した。従って、冷却液の吐出範囲を狭くすることができることから、冷却液の吐出圧を増加させることができる。

（３）台金１０を、周壁部１２の周方向Ｄ３に沿って円環状に延びる内側円環状溝１５であって、内側空間１３に向けて開放する断面形状を有する内側円環状溝１５を含めて構成した。また、内側円環状溝１５の断面形状を、弧状の外周縁１５１を有するように構成した。また、内側円環状溝１５を、複数の冷却液供給孔１４の吐出開口１４１を繋ぐように配置した。従って、冷却液供給孔１４の吐出開口１４１の略楕円形状の長短軸比を大きくすることができる。

以上、本発明の研削ホイールの実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、略楕円形状の大きさ、その間隔と、溝の深さは、適宜変更が可能である。

また、例えば、冷却液供給孔１４及び内側円環状溝１５の形成順序は制限されない。ただし、内側円環状溝１５を後から形成した方が、冷却液供給孔１４の吐出開口１４１にバリが形成されず、好適である。

１ 研削ホイール
１０ 台金
１１ 天板部
１２ 周壁部
１３ 内側空間
１４ 冷却液供給孔
１５ 内側円環状溝
１７ 外側空間
２０ 超砥粒層
１１１ 周縁部
１２３ 先端部
１４１ 吐出開口
１５１ 外周縁
Ｄ１ 軸方向（回転軸方向）
Ｄ３ 周方向
Ｃ 長軸
Ｐ 被研削位置
Ｔ 接線

Claims (3)

1. 天板部、前記天板部の周縁部から被研削位置に向かって突出する周壁部、及び、前記天板部と前記周壁部とで囲まれる内側空間を有する台金と、
   前記周壁部の先端部の側に設けられる超砥粒層と、を備える、研削ホイールであって、
   前記台金は、前記内側空間と前記台金の外側空間とを連通する冷却液供給孔であって、前記内側空間へ向けて冷却液が吐出される吐出開口を有する冷却液供給孔を有し、
   前記冷却液供給孔の吐出開口は、前記周壁部の周方向に対する接線に沿って長軸が配置される略楕円形状を有し、
   前記台金は、前記周壁部の周方向に沿って円環状に延びる内側円環状溝であって、前記内側空間に向けて開放する断面形状を有する内側円環状溝を有し、
   前記内側円環状溝の前記断面形状は弧状の外周縁を有し、
   前記内側円環状溝は、複数の前記冷却液供給孔の前記吐出開口を繋ぐように配置されている、研削ホイール。
2. 前記冷却液供給孔は、縦断面視において、前記吐出開口の側が、前記吐出開口に向けて窄んだ略円錐形状で、その反対側が略円柱形状である、
   請求項１に記載の研削ホイール。
3. 前記冷却液供給孔は、前記台金の回転軸方向に対して傾斜して延びている、請求項１又は２に記載の研削ホイール。

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