JPWO2015020082A1 - 研磨加工工具及び部材の加工方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特定の形状を有する被研磨加工物の研磨加工方法に関し、特に被研磨加工物の曲面を効率的かつ均一に研磨加工する為にその曲面形状に対応する形状の研磨面を有する研磨パッドを有することを特徴とする研磨加工工具を用いた研磨加工方法に関するものである。本発明の研磨加工工具は、被研磨加工物の曲面に対し均一に接する様に前記曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨パッドを有することを特徴とするものである。研磨パッドの硬度はショアＡ硬度で５以上であり、表面材質が織物、不織布、不織布の樹脂加工品、合成皮革、合成樹脂発泡体あるいはこれらの複合品の少なくとも1つからなる事が好ましい。また、本発明の加工方法は、被研磨加工物の曲面に対し均一に接する様に前記曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨加工工具を用いて、被研磨加工物の曲面を加工する事を特徴とするものである。

Description

本発明は、特定の端部形状を有する被研磨加工物の研磨加工方法に関し、特に被研磨加工物における曲面を有する端部を効率的かつ均一に研磨加工する為に形状加工された研磨パッドを保持した回転研磨加工工具による研磨加工方法に関するものである。

一般に研磨パッドを保持した回転研磨加工工具による研磨加工方法は、回転駆動する研磨加工工具を被研磨加工物の端部に加圧保持して接触させ、その接触面を研磨加工する方法が一般的である。例えばシリコンウエハ等のエッジ部分における研磨については、シリコンウエハを一定の角度を以て押し当てる様にしながら面取り部の形成が行われていた。（例えば特許文献１，２を参照）

特開平１１−１８８５９０号公報 特開２００１−２０５５４９号公報

しかしながら被研磨加工物の端部を研磨加工する為にはその形状に合わせて研磨加工工具との接触位置・角度を調整する必要があり、特に端部を曲面に研磨加工する場合は、被研磨加工物の位置・角度を細かく調整して全体を曲面に仕上げる必要があり、加工には熟練を要するほか、通常の平面研磨に比べ研磨時間を要するなど多くの課題点を有する。

また従来の方法では一度に研磨加工できる被研磨加工物の個数も限られるため、研磨加工時間を要するうえに一定で無く効率的な加工が出来なかった。
そのため、被研磨加工物における曲面を有する端部を均一にかつ効率的に研磨加工することができる回転研磨加工工具や加工方法が求められていた。

本発明者等は上述の如き問題点に鑑み鋭意研究した結果、本発明を完成したものである。すなわち本発明は、被研磨加工物の曲面に対し均一に接触する様に、前記曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨パッドを有する回転研磨加工工具を前記被研磨加工物の曲面部に押圧し、その押圧部分に対し加工液を供給して被研磨加工物に対し研磨パッドを相対移動させる事により被研磨加工物を研磨加工する工程を含んでなる研磨加工方法により加工することにより、被研磨加工物の曲面を均一に研磨加工することができることを見出した。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、被研磨加工物の曲面に対し均一に接する様、前記曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨パッドを有することを特徴とする研磨加工工具が提供される。

前記研磨加工工具が、直径２０ｍｍ以上の円板状であることが好ましく、かつ前記研磨パッドの硬度がショアＡ硬度で５以上であることが好ましい。
また、本発明の別の一態様では、被研磨加工物の曲面に均一に接する様、前記曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨パッドを有する研磨加工工具を用いて、当該研磨パッドを被研磨加工物の端面曲面に押圧保持し、前記研磨パッドと前記被研磨加工物との接触部に対して加工液を供給しながら前記研磨加工工具を回転させて被研磨加工物の曲面を研磨加工する事を特徴とする加工方法が提供される。前記加工工具の直径を２０ｍｍ以上と大きくし、更に前記加工液の飛散を抑制するために、加工工具の回転数を制御して、研磨面に対する遠心力を抑制してなる事が好ましい。

また、本発明の別の一態様では、圧力制御装置を有する加工装置を用いた加工方法が提供され、その方法は、被研磨加工物曲面と研磨加工工具表面との接触部分の接触圧を測定し、その接触圧の面分布が均一になる様に研磨加工工具における加工部分の形状及び加工圧力を制御することを特徴とする。

本発明によれば、前記研磨パッドを有する研磨加工工具を用いて、被研磨加工物の曲面を効率的かつ均一に研磨加工する事が出来た。

研磨パッドの形状の一例を示す図。 研磨パッドの形状の一例を示す図。パッドの中心から加工液を供給するための溝が加工されている。同形状のパッドを２つ用意し、２つを組み合わせて使用。 研磨パッドの形状の一例を示す図。パッドの中央部分付近に加工液を供給するための孔が加工されている。 研磨パッドの形状の一例を示す図。図２のパッドと図３のパッドとが組み合わせられたもの。 研磨加工装置の一例を示す図。 研磨加工装置の一例を示す図。 研磨加工装置の一例を示す図。加工液供給部を設けた例。 研磨加工装置の一例を示す図。圧力センサーまたはそれに類する機能を持つ装置を設けた例。 研磨パッドを有する研磨加工工具及び被研磨部材の変形例を示す部分側面図。 研磨パッドを有する研磨加工工具及び被研磨部材の変形例を示す部分側面図。 研磨パッドを有する研磨加工工具及び被研磨部材の変形例を示す部分側面図。 研磨パッドを有する研磨加工工具及び被研磨部材の変形例を示す部分側面図。 研磨パッドの形状の変形例を示す部分側面図。 研磨パッドの形状の変形例を示す部分側面図。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
本実施形態の研磨加工工具は、被研磨加工物（被研磨部材）の曲面に対し均一に接する様に前記曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨パッドを有することを特徴とする（図１参照）。本実施形態の研磨加工工具は、被研磨加工物の曲面に対し、あたりが均一となる様に曲面と対応する形状であることを特徴とする。

本実施形態で用いる被研磨加工物は、曲面を有するものである。ここでいう曲面とは、被研磨加工物の研磨面に垂直な断面において研磨面が曲線を描いているもので、研磨面上の複数箇所の断面においてその曲線形状が同一または類似であるものを示す。被研磨加工物の曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨加工工具を用いて被研磨加工物の研磨面を加工すれば、被研磨加工物の前記曲面が研磨加工工具の研磨面と均一に接することにより均一な加工を行うことが出来る。被研磨加工物の研磨面の断面の曲線形状は任意であり、円弧または複数の円弧を組み合わせたものが使用出来るうえ、一部に直線部が含まれていても良い。また、例えば被研磨加工物の研磨面における曲面は、当該被研磨加工物の外側に向かって湾曲した曲面（図９に示す一例を参照）や、当該被研磨加工物の内側に向けて窪んだ曲面（図１０に示す一例を参照）でも良い。また、被研磨加工物の研磨面は、断面略三角形状であって頂部が丸みを帯びていたり（図１１に示す一例を参照）、略階段形状であって角部が丸みを帯びていたり（図１２に示す一例を参照）してもよい。このように被研磨加工物の研磨面が、上述した各種の曲面形状を有する場合でも、被研磨加工物の曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨加工工具を用いて被研磨加工物の研磨面を加工すれば、被研磨加工物の曲面が研磨加工工具の研磨面と均一に接することにより均一な加工を行うことが出来る。

本実施形態の研磨加工工具は、被研磨加工物の曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨パッドを有することを特徴としている。本実施形態の研磨パッドは、研磨加工工具の端部又は周囲部に設けられていればよく、研磨加工工具の周囲に貼り付けられたもの、研磨加工工具の周囲に組み付けられたもの、研磨加工工具の周囲に任意の方法で成型されたもの、或いは研磨加工工具自体を研磨パッドとして成型したものであっても良い。研磨部（研磨パッド）以外の研磨加工工具の材質は特に制限は無く、樹脂、金属、又はセラミックスのいずれであっても良く、また複数の材料からなるものであっても良い。例えば、研磨加工工具の材質として樹脂を使用する場合には、任意の合成樹脂を使用することができる。その例としては、熱硬化性樹脂（フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミドなど）、熱可塑性樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリカーボネートなど）が挙げられる。また、研磨加工工具の材質として金属を使用する場合には、マグネシウム、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、コバルト銅、亜鉛、マンガン或いはそれを主成分とする合金を使用することができる。また、研磨加工工具の材質としてセラミックスを使用する場合には、陶磁器やガラスの他、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、カルシウム、バリウムなどの酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物などや、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素などを使用することができる。

また、被研磨加工物の材質も任意のものを使用することができる。例えば、樹脂を使用する場合には、任意の合成樹脂を使用することができる。その例としては、熱硬化性樹脂（フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミドなど）、熱可塑性樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリカーボネートなど）が挙げられる。また、被研磨加工物の材質として、セラミックスを使用する場合には、陶磁器、ガラス、ファインセラミックスの他、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、カルシウム、バリウムなどの酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物などを使用することができる。また、被研磨加工物の材質として金属を使用する場合には、マグネシウム、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、銅、亜鉛、マンガン或いはそれを主成分とする合金等を使用することができる。また、被研磨加工物の具体的な用途についても任意である。例えばホイール、シャフト、容器、筐体（ケース、ハウジングなど）、枠（フレームなど）、ボール、ワイヤ、装飾品などをその用途とすることができる。

本実施形態の研磨加工工具は、直径２０ｍｍ以上の円板状であることが好ましい。研磨加工工具の大きさが大きいと、同じ回転速度でも大きな線速度を得られるため、研磨加工のために加工工具の回転数を高くする必要が無いうえ、回転による研磨面への遠心力の発生を抑制することが出来ることから、加工液の飛散を防止することが可能である。前記研磨加工工具の大きさは、直径３０ｍｍ以上がより好ましく、直径５０ｍｍ以上が更に好ましい。

また、研磨加工工具の大きさは、直径１０００ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは４００ｍｍ以下である。研磨加工工具の直径を１０００ｍｍにした場合、回転数を８０回転／分にすれば、線速度３００ｍ／分を得ることが出来る。より直径の大きいものであれば、その分、小さい回転数でより高い線速度を得られ、更に研磨面に対する遠心力が抑制され、加工液の飛散防止をする事ができる。但し、研磨加工工具の大きさがあまりに大きい場合、加工装置が大型になって経済的では無いという問題があるため、研磨加工工具の大きさは経済的観点より、直径１０００ｍｍ以下であることが好ましい。

ただし、加工装置の仕様や加工方法によっては、例えば一つの加工工具で複数の被研磨加工物を加工する様な装置の場合、前記加工工具の大きさはより大きいものを使用しても良い。複数の被研磨加工物を一度に加工することで、加工効率が向上し、加工に必要とする加工装置の台数を少なくすることが出来る。

本実施形態の研磨加工工具における研磨パッドの硬度は、ショアＡ硬度で５以上であることが好ましい。ショアＡ硬度が５以上であるとは、硬度を測定される検体である研磨パッドを、湿度２０〜６０％の乾燥状態で室温に６０分以上放置し、その後の研磨パッドの硬度をＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したゴム硬度計（Ａ型）にて測定した値が５以上であることをいう。研磨パッドのショアＡ硬度が５以上であれば、被研磨加工物の表面を好適に加工することができ、研磨パッドの表面の形状が短時間の研磨加工で変形することを抑えることが出来る。

本実施形態の研磨加工工具における研磨パッドの材質は、織物、不織布、不織布の樹脂加工品、合成皮革、合成樹脂発泡体あるいはこれらの複合品の少なくとも１つからなる事を特徴とする。研磨パッドはまた砥粒を有していても良い。砥粒を有するパッドを使用する場合、使用する砥粒の種類は特に限定されないが、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタニウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化クロムなどの金属酸化物粒子や、炭化ケイ素などの炭化物、その他窒化物、硼化物、ダイヤモンド等を使用することが出来る。

本実施形態の研磨加工方法は、被研磨加工物の曲面に対し均一に接する様、前記曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨パッドを有する研磨加工工具を用いて、当該研磨パッドを被研磨加工物の曲面に押圧保持し、前記研磨パッドと前記被研磨加工物との接触部に対して加工液を供給しながら前記研磨加工工具を回転させて被研磨加工物の曲面を研磨加工することにより行われる。

本実施形態の加工方法において、前記研磨パッドと被研磨加工物との接触部に対して加工液を供給することを特徴とする。加工液の供給は、前記接触部に対し外部から直接加工液を供給しても良いが、加工装置の構造によっては、例えば研磨加工工具の接続部にロータリージョイントなどの加工液供給機構を配置し、研磨加工工具内部から直接加工部位に対して研磨液（加工液）を供給できるようにすることも出来る（図２〜図４及び図７参照）。内部から加工液を供給することで、加工液をより効率的に供給することが可能である。

また研磨液を効率良く使用する為に、回転研磨加工工具の周囲に設置されるカバーを有し、研磨液の回収効率を上げる回収装置があると更に良い。
前記加工液には、ポリシング、ラッピング又は切削に用いる公知の組成を使用することができる。加工液には、水系、油系又はエーテル系の加工液を用いることが出来るが、更に必要に応じてｐＨ調整剤、エッチング剤、酸化剤、錯化剤、界面活性剤、乳化剤、酸化防止剤、防食剤、保護膜形成剤、増粘剤、安定化剤、分散剤、防腐剤、防黴剤などの添加剤を混合して用いる。加工液には更に砥粒を追加することが出来る。加工液に使用する砥粒の種類は特に限定されないが、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタニウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化クロムなどの金属酸化物粒子や、炭化ケイ素などの炭化物、その他窒化物、硼化物、ダイヤモンド等を使用することが出来る。砥粒としてはまた、熱可塑性樹脂等を用いた有機粒子を使用することも出来る。

前記研磨加工における線速度は、１０ｍ／分以上が好ましい。線速度が１０ｍ／分以上であれば、被研磨加工物の端部を効率的に研磨することが可能となる。
前記研磨加工における研磨加工工具の回転数は、５０００回転／分以内とすることが好ましく、２０００回転／分以内とすることがより好ましい。回転数を５０００回転／分以上と高回転にした場合、研磨面にかかる遠心力により加工液が飛散してしまうため、加工を維持するには飛散分の加工液を補充する必要がある。そのため加工液が加工工具に適度に保持され安定的な加工が行われるためには、５０００回転／分以内とすることが好ましい。

本実施形態の加工方法において、研磨加工工具は任意の加工装置に装着して使用する。研磨加工工具を保持しそれを回転することが出来る機構を有する加工装置であれば特に限定されるものでは無く、例えば公知の加工装置を使用することができる。加工装置の例としては、円筒研削盤、卓上研削盤、グラインダ等の研削装置等が挙げられる。また研磨加工工具と被研磨加工物との相対位置は、被研磨加工物の曲面を研磨することができる様に配置される必要があるが、位置関係は任意であり、例えば研磨加工工具を水平（図６参照）又は垂直（図５参照）に支持しその周囲の任意方向から被研磨加工物を押圧して加工することができる。また本実施形態における加工方法においては、被研磨加工物を任意の角度、位置に固定するための治具を用いる。好ましくは可動式であって、被研磨加工物の端部を移動させながら順次加工できる治具を用いることが好ましい。

本実施形態の加工方法は、研磨加工工具を用いた被研磨加工物の加工に際し、前記研磨加工工具及び／又は被研磨加工物を圧力制御部を有する加工装置に装着し、被研磨加工物の曲面と研磨加工工具表面との接触部分の接触圧を測定して、その接触圧が均一になる様研磨加工工具における加工部分の形状及び加工圧力を制御することより行われる。より均一に精度良く研磨加工する為、被研磨加工物の回転加工軸、研磨加工工具の回転加工軸、又は研磨加工工具自体に圧力センサーやそれに類する機能を持つ装置、すなわち圧力制御装置を装着し、被研磨加工物の曲面と研磨加工工具表面との接触部分の圧力を測定し、その接触圧の分布や変化を測定し、それにより研磨加工工具の加工部分の形状及び加工圧力を制御しながら研磨加工を行うことで、加工精度や加工効率を一定に保ち、研磨加工工具の交換が必要となる時期を確認することが可能である（図８参照）。

また、図１３及び図１４に、本実施形態の変形例の１つを示す。図１３に示す変形例では、上述したような材質、つまりある程度の弾性を有しており弾性変形する材質にて形成された研磨パッドを有する研磨加工工具１０を用意する。そして、研磨加工工具１０の回転軸に平行な方向（図１３に示す矢印Ｙ方向）における研磨面１１の幅Ｈ１は、加工前の被研磨加工物Ｋの厚さＴ１（つまり被研磨加工物Ｋの上面ＫＵ及び下面ＫＤ間の長さ）よりも所定量αだけ小さくする。このように、研磨パッドを弾性体で形成して、その研磨面１１の形状を、被研磨加工物Ｋの研磨対象部位の形状よりも小さくした一例では、次の効果が得られる。

すなわち図１４に示すように、この変形例では、研磨加工工具１０を回転させて研磨面１１に被研磨加工物Ｋを押圧する際、被研磨加工物Ｋの上面ＫＵ及び下面ＫＤには、上記所定量αの分だけ弾性変形した研磨パッドからの押し付け力Ｆが付与される。従って、被研磨加工物Ｋの研磨時には、曲面を有する端部ＫＥだけではなく、上面ＫＵ及び下面ＫＤも同時に研磨することができるという効果が得られる。なお、上記所定量αを大きくするほど、被研磨加工物Ｋを研磨する際の研磨パッドの弾性変形量は大きくなるため、同所定量αを最適化することにより、被研磨加工物Ｋの上面ＫＵ及び下面ＫＤに付与される押し付け力Ｆを最適化することができる。

また、被研磨加工物Ｋの端部ＫＥを研磨面１１に押し付ける力と、被研磨加工物Ｋの上面ＫＵ及び下面ＫＤに付与される押し付け力Ｆとを、必要に応じて調整することにより、被研磨加工物Ｋを適切に加工することができる。

ちなみに、上述したように、研磨加工工具自体を研磨パッドとして成型する場合には、研磨加工工具１０を、樹脂などのようにある程度の弾性を有しており弾性変形する材質にて形成する。そして、先の図１３に示した変形例と同様に、研磨加工工具１０の研磨面１１における上記幅Ｈ１を、加工前の被研磨加工物Ｋの厚さＴ１よりも所定量αだけ小さくする。このように、研磨パッドとしての機能を有する研磨加工工具１０を弾性体で形成して、同研磨加工工具１０の研磨面１１の形状を、被研磨加工物Ｋの研磨対象部位の形状よりも小さくすることにより、先の図１３に示した変形例に準じた作用効果を得ることができる。

以上説明した様に、本発明は、被研磨加工物の曲面を精密加工するための研磨加工工具及び加工方法として有用であり、特に曲面を有する被研磨加工物の表面を高精度に加工することを可能とし、かつ従来の方法に比べ効率的に行うことが出来る。

１０…研磨加工工具、１１…研磨面、Ｋ…被研磨加工物、ＫＥ…（被研磨加工物の）端部、ＫＵ…（被研磨加工物の）上面、ＫＤ…（被研磨加工物の）下面。

Claims (7)

1. 被研磨加工物の曲面に対し均一に接する様、前記曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨パッドを有することを特徴とする研磨加工工具。
2. 前記研磨加工工具が、直径２０ｍｍ以上の円板状であることを特徴とする請求項１に記載の研磨加工工具。
3. 前記研磨パッドの硬度がショアＡ硬度で５以上である請求項１又は２に記載の研磨加工工具。
4. 被研磨加工物の曲面に対し均一に接する様、前記曲面に対応する形状の研磨面を有する研磨パッドを有する研磨加工工具を用いて、当該研磨パッドを被研磨加工物の曲面に押圧保持し、前記研磨パッドと前記被研磨加工物との接触部に対して加工液を供給しながら前記研磨加工工具を回転させて被研磨加工物の曲面を研磨加工する事を特徴とする加工方法。
5. 前記加工方法において、前記加工工具が直径２０ｍｍ以上の円板状であり、更に前記加工液の飛散を抑制するために、加工工具の回転数を制御して、研磨面に対する遠心力を抑制してなる、請求項４に記載の加工方法。
6. 前記研磨パッドの表面に砥粒を含んでなる請求項４又は５に記載の加工方法。
7. 研磨加工工具を用いた被研磨加工物の加工方法であって、前記研磨加工工具及び／又は被研磨加工物を圧力制御装置を有する加工装置に装着し、被研磨加工物の曲面と研磨加工工具の表面との接触部分の接触圧を測定して、その接触圧が均一になる様研磨加工工具における加工部分の形状及び加工圧力を制御することを特徴とする、加工方法。

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