JP7145494B2

JP7145494B2 - 砥石

Info

Publication number: JP7145494B2
Application number: JP2018179986A
Authority: JP
Inventors: 篤 ▲高▼田; 恭介大橋; 奨田中
Original assignee: Nano TEM Co Ltd
Current assignee: Nano TEM Co Ltd
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2022-10-03
Anticipated expiration: 2038-09-26
Also published as: JP2020049574A

Description

本発明は、砥石に関する。

従来から、被加工物を研磨又は研削する砥石が知られている。例えば、特許文献１に記載の砥石は、六角形筒状の筒部が並べられたハニカム構造をなす。そして、この砥石は、ハニカム構造の交点等に位置し、砥粒及び結合材からなる砥石柱を備える。また、特許文献１の図１等に示すように、複数の筒部はそれぞれ同一のサイズに設定されている。

特開２０１７－１３２２１号公報

上記特許文献１に記載の構成において、砥石の径方向外側の部位は、砥石の径方向内側の部位よりも被加工物に対する速度が高まる。よって、被加工物のうち砥石の径方向外側に接触する部位の加工量は、被加工物のうち砥石の径方向内側に接触する部位の加工量よりも多くなる。このため、被加工物を均一に加工することが困難であった。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、被加工物をより均一に加工することができる砥石を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る砥石は、被加工物を研磨又は研削する加工端面に沿って並べられ、前記加工端面に直交する方向に沿って延びる複数の筒部を有する端面加工部を備える砥石であって、前記砥石は、六角形筒状をなす前記複数の筒部が前記加工端面に沿って隙間なく並べられたハニカム構造を有し、前記端面加工部の前記複数の筒部は、前記砥石の周方向に第１距離だけ離れて並ぶ２つの第１対面壁部を有する第１筒部と、前記第１筒部よりも前記砥石の径方向内側に位置し、第２距離だけ離れて前記周方向に並ぶ２つの第２対面壁部を有する第２筒部と、を備え、前記第１筒部は、前記周方向に沿う第１列に沿って並べられ、前記第２筒部は、前記第１列よりも前記砥石の径方向内側において前記周方向に沿う第２列に沿って並べられ、前記第１列は、前記第２列に対して前記砥石の径方向外側に前記第２列に隣接して位置し、前記第２列に並べられた前記第２筒部は、前記第１列に並べられた前記第１筒部に対して前記第１距離の半分の距離に対応する角度だけ前記周方向にずれて位置し、前記端面加工部の前記複数の筒部は、それぞれ、前記砥石の回転軸と前記筒部の位置の間の径方向の距離に比例するサイズに設定され、前記２つの第１対面壁部及び前記２つの第２対面壁部は、それぞれ前記砥石の径方向に沿って延び、前記第１距離及び前記第２距離は、それぞれ、前記砥石の径方向内側に近づくにつれて小さくなり、前記第１距離の最大値は、前記第２距離の最大値よりも大きく、前記第１距離の最小値は、前記第２距離の最小値よりも大きい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る砥石は、被加工物を研磨又は研削する加工端面に沿って並べられ、前記加工端面に直交する方向に沿って延びる複数の筒部を有する端面加工部を備える砥石であって、前記端面加工部の前記複数の筒部は、前記砥石の周方向に第１距離だけ離れて並ぶ複数の対面壁部を有する第１筒部と、前記第１筒部よりも前記砥石の径方向内側に位置し、前記第１距離よりも小さい第２距離だけ離れて前記周方向に並ぶ複数の対面壁部を有する第２筒部と、を備え、前記砥石は、前記砥石の側周面に位置し被加工物を研磨又は研削する加工側面に沿って並べられ、前記加工側面に直交する方向に延びる複数の筒部を有する側面加工部を備える。

また、上記砥石において、前記側面加工部の前記複数の筒部はそれぞれ六角形筒状をなす、ようにしてもよい。

また、前記砥石は、複数の砥粒と、前記複数の砥粒を結合する結合材と、を備え、前記砥石の径方向外側の端部は、前記端部よりも径方向内側の前記砥石の部位に比べて、前記結合材の単位体積に占める前記砥粒が存在する割合が高く設定される、ようにしてもよい。
また、前記加工端面は、前記砥石の回転軸を中心とした円環平面状に形成される、ようにしてもよい。

本発明によれば、砥石において、被加工物をより均一に加工することができる。

本発明の一実施形態に係る（ａ）は砥石の下面図であり、（ｂ）は砥石の側面図である。図１（ａ）の２－２線の断面図である。本発明の一実施形態に係る砥石の一部を拡大した下面図である。本発明の一実施形態に係る砥石における図１（ａ）の範囲Ａの部位と図１（ｂ）の範囲Ｂの部位を示す斜視図である。（ａ）は図２の５ａ－５ａ線の断面図であり、（ｂ）は図２の５ｂ－５ｂ線の断面図である。本発明の変形例に係る砥石の一部を拡大した下面図である。

本発明に係る砥石の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１（ａ），（ｂ）及び図２に示すように、砥石ユニット１は、被加工物Ｗを加工する砥石１０と、砥石１０を保持する砥石ホルダー２０と、を備える。

図２に示すように、砥石ホルダー２０は略円板状をなす。砥石ホルダー２０の中心には円柱状のシャフト２５が挿通される。砥石ホルダー２０は、砥石１０とともに、シャフト２５に沿う回転軸Ｏを中心にモータ２７により軸回転する。これにより、砥石１０は、図示しないチャックに固定された被加工物Ｗを加工、すなわち研磨又は研削する。被加工物Ｗは、セラミックス、シリコンウエハ、半導体基板、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）基板、放熱基板、シリコンカーバイド、アルミナ、サファイア又は金属等である。

図２に示すように、砥石１０は、砥石ホルダー２０が内部に位置する有底筒状をなす。詳しくは、砥石１０は、被加工物Ｗの上面を研磨又は研削する端面加工部３０と、被加工物Ｗの側面を研磨又は研削する側面加工部４０と、を備える。

端面加工部３０は、ＸＹ平面に沿う円環板状に形成される。端面加工部３０は、加工時に被加工物Ｗが接するＸＹ平面に沿う円環平面状の加工端面３１を有する。

詳しくは、端面加工部３０は、ハニカム構造を有している。すなわち、図１（ａ）に示すように、端面加工部３０は、加工端面３１に直交するＺ方向に沿って延びる六角形筒状の複数の筒部３２を備える。複数の筒部３２は砥石１０の加工端面３１に沿って隙間なく並べられている。
各筒部３２は、６つの壁部３３により構成される。壁部３３は、自身に隣接する壁部３３に対して約６０°の角度で交わる。筒部３２は、自身に隣接する筒部３２との間で壁部３３を共有する。筒部３２内の空間は、被加工物Ｗの切り屑を保持する機能を有する。図３に示すように、６つの壁部３３のうち２つの対面壁部３３ａは、径方向Ｒに沿って延びるとともに、周方向Ｃにおいて対面する。２つの対面壁部３３ａ間の距離は径方向内側Ｒ１に近づくにつれて小さくなる。

図３に示すように、砥石１０の周方向Ｃに沿う列方向に同一のサイズの筒部３２が並べられる。筒部３２のサイズは列毎に異なるように形成されている。図１（ａ）に示すように、各筒部３２のサイズは、それぞれ、砥石１０の回転軸Ｏと筒部３２の位置の間の径方向Ｒの距離Ｅに比例するように設定される。よって、径方向外側Ｒ２の列の筒部３２のサイズは、径方向内側Ｒ１の列の筒部３２のサイズよりも大きくなる。

より詳しくは、複数の筒部３２は、図３に示すように、第１列Ｌ１に沿って並べられる複数の第１筒部３２ａと、第２列Ｌ２に沿って並べられる複数の第２筒部３２ｂと、第３列Ｌ３に沿って並べられる複数の第３筒部３２ｃと、第４列Ｌ４に沿って並べられる複数の第４筒部３２ｄと、を備える。
第３列Ｌ３は、第１列Ｌ１～第４列Ｌ４のうち最も径方向内側Ｒ１に位置する。第２列Ｌ２は、第３列Ｌ３に隣り合って第３列Ｌ３よりも径方向外側Ｒ２に位置する。第１列Ｌ１は、第２列Ｌ２に隣り合って第２列Ｌ２よりも径方向外側Ｒ２に位置する。第４列Ｌ４は、第１列Ｌ１に隣り合って第１列Ｌ１よりも径方向外側Ｒ２に位置する。
第３筒部３２ｃは、径方向内側Ｒ１の２つの壁部３３が省略されて、径方向内側Ｒ１に開口した形状をなす。第４筒部３２ｄは、径方向外側Ｒ２の２つの壁部３３が省略されて、径方向外側Ｒ２に開口した形状をなす。

第４筒部３２ｄの２つの対面壁部３３ａは周方向Ｃに第４距離Ｄｄだけ離れて並ぶ。よって、第４列Ｌ４の周方向Ｃの全周にわたって、第４距離Ｄｄの間隔を持って複数の対面壁部３３ａが並べられる。
第１筒部３２ａの２つの対面壁部３３ａは周方向Ｃに第４距離Ｄｄより小さい第１距離Ｄａだけ離れて並ぶ。よって、第１列Ｌ１の周方向Ｃの全周にわたって、第１距離Ｄａの間隔を持って複数の対面壁部３３ａが並べられる。
第２筒部３２ｂの２つの対面壁部３３ａは周方向Ｃに第１距離Ｄａより小さい第２距離Ｄｂだけ離れて並ぶ。よって、第２列Ｌ２の周方向Ｃの全周にわたって、第２距離Ｄｂの間隔を持って複数の対面壁部３３ａが並べられる。
第３筒部３２ｃの２つの対面壁部３３ａは周方向Ｃに第２距離Ｄｂより小さい第３距離Ｄｃだけ離れて並ぶ。よって、第３列Ｌ３の周方向Ｃの全周にわたって、第３距離Ｄｃの間隔を持って複数の対面壁部３３ａが並べられる。
従って、第１～第４距離Ｄａ～Ｄｄの大小関係は、「Ｄｃ＜Ｄｂ＜Ｄａ＜Ｄｄ」が成立する。第１～第４距離Ｄａ～Ｄｄは、例えば、一対の対面壁部３３ａ間の距離の平均値、最小値又は最大値である。

第１列Ｌ１に並べられた第１筒部３２ａは、第４列Ｌ４に並べられた第４筒部３２ｄに対して第４距離Ｄｄの半分の距離だけ周方向Ｃにずれて位置する。また、第２列Ｌ２に並べられた第２筒部３２ｂは、第１列Ｌ１に並べられた第１筒部３２ａに対して第１距離Ｄａの半分の距離だけ周方向Ｃにずれて位置する。また、第３列Ｌ３に並べられた第３筒部３２ｃは、第２列Ｌ２に並べられた第２筒部３２ｂに対して第２距離Ｄｂの半分の距離だけ周方向Ｃにずれて位置する。

図１（ｂ）、図２及び図４に示すように、側面加工部４０は、Ｚ方向に延びる円環状をなし、加工時に被加工物Ｗが接する加工側面４１を有する。加工側面４１は、加工端面３１の周縁部から加工端面３１に直交するように延びる。側面加工部４０内には砥石ホルダー２０が位置する。

詳しくは、図１（ｂ）に示すように、側面加工部４０は、ハニカム構造を有している。すなわち、側面加工部４０は、加工側面４１に直交する径方向Ｒに沿って延びる正六角形筒状の複数の筒部４２を備える。複数の筒部４２は、砥石１０の加工側面４１に沿って隙間なく並べられる。複数の筒部４２はそれぞれ同じサイズである。
各筒部４２は、６つの壁部４３により構成される。壁部４３は、自身に隣接する壁部３３に対して約６０°の角度で交わる。筒部４２は、自身に隣接する筒部４２との間で壁部４３を共有する。筒部４２内の空間は、被加工物Ｗの切り屑を保持する機能を有する。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、砥石１０は、複数の砥粒１５と、複数の砥粒１５を結合する結合材１６と、を備える。
複数の砥粒１５は、結合材１６内に分布している。砥粒１５は、例えば、ダイヤモンドである。なお、砥粒１５は、ダイヤモンドに限らず、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒であってもよいし、ＣＢＮ砥粒とダイヤモンドを混合させてもよい。さらには、複数の砥粒１５は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は溶融アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、若しくはこれらを混合したものであってもよい。

結合材１６は、内部に複数の砥粒１５を保持する。結合材１６は、ニッケル、アルミニウム等の金属、樹脂又はセラミックにより形成される。

図２に示すように、砥石１０の径方向外側Ｒ２の端部Ｐ１は、端部Ｐ１よりも砥石１０の径方向内側Ｒ１の部位Ｐ２に比べて、結合材１６の単位体積に占める砥粒１５が存在する割合が高く設定されている。図５（ａ）に示す端部Ｐ１における砥粒１５の平均粒径は、図５（ｂ）に示す部位Ｐ２における砥粒１５の平均粒径よりも大きい。また、図５（ａ）に示す端部Ｐ１における単位体積あたりの砥粒１５の数は、図５（ｂ）に示す部位Ｐ２における単位体積あたりの砥粒１５の数よりも多い。

次に、砥石１０の作用について説明する。
まず、図２に示すように、砥石１０を回転軸Ｏを中心に回転させつつ、砥石１０における端面加工部３０の加工端面３１を被加工物Ｗの上面に接触させる。これにより、被加工物Ｗの上面が研磨又は研削される。砥石１０が回転軸Ｏを中心に回転するとき、砥石１０の径方向外側Ｒ２の部位は、砥石１０の径方向内側Ｒ１の部位よりも高速で回転する。このため、従来の同一のサイズの六角形筒状が並べられた砥石の場合、被加工物のうち砥石の径方向外側に接触する部位の加工量は、被加工物のうち砥石の径方向内側に接触する部位の加工量よりも多くなる。よって、従来の構成では、被加工物を均一に加工することが困難であった。この点、本実施形態では、対面壁部３３ａの間隔（第１～第４距離Ｄａ～Ｄｄ）は、径方向外側Ｒ２に向かうにつれて大きくなるように設定される。これにより、砥石１０の径方向Ｒにおける周速差に関わらず、図２に示すように、被加工物Ｗのうち砥石１０の径方向外側Ｒ２に接触する位置Ｑ２の加工量は、被加工物Ｗのうち砥石１０の径方向内側Ｒ１に接触する位置Ｑ１の加工量と同等となる。よって、被加工物Ｗをより均一の加工量にて加工することができる。

端面加工部３０による被加工物Ｗの上面の加工が完了すると、次に、砥石１０を軸回転させつつ、側面加工部４０の加工側面４１を被加工物Ｗの側面に接触させる。これにより、被加工物Ｗの側面を研磨又は研削する。
以上により、砥石１０により被加工物Ｗの上面と側面を加工することができる。

（効果）
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。

（１）砥石１０は、被加工物Ｗを研磨又は研削する加工端面３１に沿って並べられ、加工端面３１に直交するＺ方向に沿って延びる複数の筒部３２を有する端面加工部３０を備える。端面加工部３０の複数の筒部３２は、砥石１０の周方向Ｃに第１距離Ｄａだけ離れて並ぶ複数の対面壁部３３ａを有する第１筒部３２ａと、第１筒部３２ａよりも砥石１０の径方向内側Ｒ１に位置し、第１距離Ｄａよりも小さい第２距離Ｄｂだけ離れて周方向Ｃに並ぶ複数の対面壁部３３ａを有する第２筒部３２ｂと、を備える。
この構成によれば、第１筒部３２ａにおける対面壁部３３ａの間隔（第１距離Ｄａ）は、第１筒部３２ａよりも径方向内側Ｒ１に位置する第２筒部３２ｂにおける対面壁部３３ａの間隔（第２距離Ｄｂ）に比べて大きくなる。これにより、砥石１０の径方向Ｒにおける周速差に関わらず、被加工物Ｗのうち砥石１０の径方向外側Ｒ２に接触する位置Ｑ２の加工量は、被加工物Ｗのうち砥石１０の径方向内側Ｒ１に接触する位置Ｑ１の加工量と同等となる。よって、被加工物Ｗをより均一の加工量にて加工することができる。

（２）砥石１０は、六角形筒状をなす複数の筒部３２が加工端面３１に沿って並べられたハニカム構造を有する。第１筒部３２ａは、周方向Ｃに沿う第１列Ｌ１に沿って並べられる。第２筒部３２ｂは、第１列Ｌ１よりも砥石１０の径方向内側Ｒ１において周方向Ｃに沿う第２列Ｌ２に沿って並べられる。
この構成によれば、砥石１０はハニカム構造を有するため、砥石１０の強度を高めることができる。

（３）第１列Ｌ１は、第２列Ｌ２に対して砥石１０の径方向外側Ｒ２に第２列Ｌ２に隣接して位置する。第２列Ｌ２に並べられた第２筒部３２ｂは、第１列Ｌ１に並べられた第１筒部３２ａに対して第１距離Ｄａの半分の距離だけ周方向Ｃにずれて位置する。
この構成によれば、複数の筒部３２が空間的に効率よく並べられる。よって、砥石１０の強度を高めるとともに、砥石１０の切れ味を高めることができる。

（４）端面加工部３０の各筒部３２のサイズは、それぞれ、砥石１０の回転軸Ｏと筒部３２の位置の間の径方向Ｒの距離Ｅに比例するように設定される。
この構成によれば、砥石１０の回転軸Ｏと筒部３２の位置の間の距離Ｅが大きくなるほど、筒部３２のサイズは大きくなる。このため、上述のように、被加工物Ｗをより均一の加工量にて加工することができる。

（５）砥石１０は、砥石１０の側周面に位置する加工側面４１に並べられ、加工側面４１に直交する径方向Ｒに延びる複数の筒部４２を有する側面加工部４０を備える。
この構成によれば、端面加工部３０のみならず、側面加工部４０によっても被加工物Ｗの加工を行うことができる。よって、砥石１０による加工の自由度が高まる。

（６）側面加工部４０の複数の筒部３２はそれぞれ六角形筒状をなす。
この構成によれば、砥石１０の強度を高めるとともに、砥石１０の切れ味を高めることができる。

（７）砥石１０は、複数の砥粒１５と、複数の砥粒１５を結合する結合材１６と、を備える。砥石１０の径方向外側Ｒ２の端部Ｐ１は、端部Ｐ１よりも径方向内側Ｒ１に位置する砥石１０の部位Ｐ２に比べて、結合材１６の単位体積に占める砥粒１５が存在する割合が高く設定される。
この構成によれば、砥石１０の径方向外側Ｒ２の端部Ｐ１には、加工時に力が加わり易い。よって、端部Ｐ１における結合材１６の単位体積に占める砥粒１５が存在する割合を高めることにより、砥石１０の寿命を延ばすことができる。

（変形例）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。

上記実施形態においては、端面加工部３０は、六角形筒状の複数の筒部３２が隙間なく並べられるハニカム構造を有していたが、端面加工部３０の構造はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、端面加工部１３０は、四角形筒状の複数の筒部１３２が隙間なく並べられる構造であってもよい。筒部１３２は、周方向Ｃに沿って湾曲する周方向Ｃに長い長方形筒状をなす。筒部１３２は、上記実施形態の筒部３２と同様に配列され、複数の対面壁部３３ａを有する。この構造によっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

上記実施形態において、砥石１０における側面加工部４０の加工側面４１には、回転軸Ｏに向けて凹んだ曲面状の凹部が形成されてもよい。これにより、被加工物Ｗの側面を曲面凸状に形成することができる。

上記実施形態においては、砥石１０は、端面加工部３０と、側面加工部４０と、を備えていたが、側面加工部４０は省略されてもよい。

上記実施形態においては、砥石１０の径方向外側Ｒ２の端部Ｐ１は、端部Ｐ１よりも砥石１０の径方向内側Ｒ１の部位Ｐ２に比べて、結合材１６の単位体積に占める砥粒１５が存在する割合が高く設定されていた。しかし、これに限らず、端部Ｐ１と部位Ｐ２の結合材１６の単位体積に占める砥粒１５が存在する割合は同一に設定されてもよい。
例えば、端部Ｐ１における砥粒１５の平均粒径は、部位Ｐ２における砥粒１５の平均粒径と略同一であってもよい。また、端部Ｐ１における砥粒１５の数は、部位Ｐ２における砥粒１５の数と略同数であってもよい。

１砥石ユニット
１０砥石
１５砥粒
１６結合材
２０砥石ホルダー
２５シャフト
２７モータ
３０，１３０端面加工部
３１加工端面
３２，４２，１３２筒部
３２ａ第１筒部
３２ｂ第２筒部
３２ｃ第３筒部
３２ｄ第４筒部
３３，４３壁部
３３ａ対面壁部
４０側面加工部
４１加工側面
Ｃ周方向
Ｌ１第１列
Ｌ２第２列
Ｌ３第３列
Ｌ４第４列
Ｏ回転軸
Ｒ径方向
Ｒ１径方向内側
Ｒ２径方向外側
Ｗ被加工物
Ｄａ第１距離
Ｄｂ第２距離
Ｄｃ第３距離
Ｄｄ第４距離

Claims

被加工物を研磨又は研削する加工端面に沿って並べられ、前記加工端面に直交する方向に沿って延びる複数の筒部を有する端面加工部を備える砥石であって、
前記砥石は、六角形筒状をなす前記複数の筒部が前記加工端面に沿って隙間なく並べられたハニカム構造を有し、
前記端面加工部の前記複数の筒部は、
前記砥石の周方向に第１距離だけ離れて並ぶ２つの第１対面壁部を有する第１筒部と、
前記第１筒部よりも前記砥石の径方向内側に位置し、第２距離だけ離れて前記周方向に並ぶ２つの第２対面壁部を有する第２筒部と、を備え、
前記第１筒部は、前記周方向に沿う第１列に沿って並べられ、
前記第２筒部は、前記第１列よりも前記砥石の径方向内側において前記周方向に沿う第２列に沿って並べられ、
前記第１列は、前記第２列に対して前記砥石の径方向外側に前記第２列に隣接して位置し、
前記第２列に並べられた前記第２筒部は、前記第１列に並べられた前記第１筒部に対して前記第１距離の半分の距離に対応する角度だけ前記周方向にずれて位置し、
前記端面加工部の前記複数の筒部は、それぞれ、前記砥石の回転軸と前記筒部の位置の間の径方向の距離に比例するサイズに設定され、
前記２つの第１対面壁部及び前記２つの第２対面壁部は、それぞれ前記砥石の径方向に沿って延び、
前記第１距離及び前記第２距離は、それぞれ、前記砥石の径方向内側に近づくにつれて小さくなり、
前記第１距離の最大値は、前記第２距離の最大値よりも大きく、
前記第１距離の最小値は、前記第２距離の最小値よりも大きい、
砥石。
被加工物を研磨又は研削する加工端面に沿って並べられ、前記加工端面に直交する方向に沿って延びる複数の筒部を有する端面加工部を備える砥石であって、
前記端面加工部の前記複数の筒部は、
前記砥石の周方向に第１距離だけ離れて並ぶ複数の対面壁部を有する第１筒部と、
前記第１筒部よりも前記砥石の径方向内側に位置し、前記第１距離よりも小さい第２距離だけ離れて前記周方向に並ぶ複数の対面壁部を有する第２筒部と、を備え、
前記砥石は、前記砥石の側周面に位置し被加工物を研磨又は研削する加工側面に沿って並べられ、前記加工側面に直交する方向に延びる複数の筒部を有する側面加工部を備える、
砥石。
前記側面加工部の前記複数の筒部はそれぞれ六角形筒状をなす、
請求項２に記載の砥石。
前記砥石は、
複数の砥粒と、
前記複数の砥粒を結合する結合材と、を備え、
前記砥石の径方向外側の端部は、前記端部よりも径方向内側の前記砥石の部位に比べて、前記結合材の単位体積に占める前記砥粒が存在する割合が高く設定される、
請求項１から３の何れか１項に記載の砥石。
前記加工端面は、前記砥石の回転軸を中心とした円環平面状に形成される、
請求項１から４の何れか１項に記載の砥石。