TWI558498B - Grinding method - Google Patents

Description

研磨方法

本發明係有關一種使修整處理之砂輪旋轉的同時進行研磨之研磨方法。

為了在砂輪的外周面形成切削刃而進行砂輪的修整(修銳)。在使砂輪旋轉的同時將金剛石製的修整機切入至距砂輪的外周面(作用面)數十μm的深度的狀態下，藉由以恆定速度朝旋轉軸的方向傳送修整機而進行修整。藉由該修整，在砂輪的外周面形成helical狀(螺旋狀)的槽。

藉由使被修整之砂輪旋轉的同時使被研磨材在砂輪的圓周速度方向上進行往復移動而進行研磨。在將砂輪的外周面切入至距被研磨材的表面數μm~十數μm的狀態下進行研磨時，形成於砂輪的外周面之螺旋狀的槽會轉移到被研磨材的表面，從而形成直線狀的研磨痕。研磨痕包含交替排列之脊部和谷部。

被研磨材前進時(去路研磨時)形成的研磨痕和後退時(回路研磨時)形成的研磨痕相對於被研磨材的移動方向彼此朝相反方向傾斜並交叉。前進時形成之脊部在與後退時 形成之谷部的交叉部位被切斷。並且，後退時形成之脊部亦在與前進時形成之谷部的交叉部位被切斷。脊部被截斷之區域和脊部殘留的區域在研磨方向上週期性出現。使研磨後的表面在塗上四氧化三鉛的平板上相互磨擦時，殘留有較高的脊部的區域被著色，脊部被截斷之區域未被著色，因此可觀測到濃淡花紋。該濃淡花紋在研磨方向上週期性出現，稱之為振紋。

專利文獻1中揭示一種能夠防止振紋的產生之研磨方法。該研磨方法中，使用沿一個方向被修整處理之砂輪。在被研磨材前進時和後退時，藉由將砂輪的旋轉方向設為逆向，可抑制振紋的產生。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2010-69564號公報

若不使砂輪的旋轉方向反轉就能夠進行研磨，則能夠提高生產率。本發明的目的為提供一種不使砂輪的旋轉方向反轉就能夠抑制振紋的產生之研磨方法。

依據本發明的一個觀點，提供如下研磨方法，其具有： 製程(a)，使在外周面形成有不具交叉部份之螺旋狀的修整槽之砂輪以該砂輪的軸心為旋轉中心進行旋轉，同時在使前述外周面與被研磨材的被加工表面接觸的狀態下，藉由使前述砂輪相對於前述被研磨材朝第1研磨方向相對移動來研磨前述被加工表面，其中前述第1研磨方向對垂直於前述軸心的去路基準方向傾斜；以及製程(b)，在前述製程(a)之後，使前述砂輪相對於前述被研磨材，朝向前述去路基準方向之相反方向的回路基準方向傾斜之第2研磨方向相對移動，藉此研磨前述被加工表面，假設使前述砂輪朝前述去路基準方向移動而進行研磨時，前述修整槽轉移到前述被研磨材上而形成之虛擬研磨痕所延伸之方向和前述第1研磨方向，以前述去路基準方向為基準而彼此朝相反方向傾斜，前述第1研磨方向的傾斜角的絕對值小於前述虛擬研磨痕所延伸之方向的傾斜角的絕對值，從前述去路基準方向朝前述第1研磨方向傾斜之旋轉方向、與從前述回路基準方向朝前述第2研磨方向傾斜之旋轉方向彼此相反。

能夠使修整槽轉移而形成之研磨痕與去路基準方向接近於平行。藉此，能夠抑制振紋的產生。

10‧‧‧工作台

11‧‧‧工作台移動機構

15‧‧‧被研磨材

16、17、18、19‧‧‧研磨痕

20‧‧‧砂輪

21‧‧‧修整槽

25‧‧‧旋轉機構

26‧‧‧砂輪進給機構

30‧‧‧第1研磨方向

31‧‧‧被研磨之帶狀區域

32‧‧‧第2研磨方向

33‧‧‧被研磨之帶狀區域

34‧‧‧第3研磨方向

35‧‧‧被研磨之帶狀區域

第1圖係在基於實施例之研磨方法中使用之研磨裝置的概要立體圖。

第2圖係研磨裝置的俯視圖。

第3圖中，第3A圖係砂輪的外周面的展開圖，第3B圖係橫越過砂輪之軸心的剖面圖。

第4圖中，第4A圖係基於比較例的研磨方法之藉由去路研磨而形成之研磨痕的示意圖，第4B圖係藉由回路研磨而形成之研磨痕的示意圖，第4C圖係將藉由去路及回路研磨而形成之研磨痕重疊而表示之示意圖。

第5圖中，第5A圖係基於實施例的研磨方法之去路研磨結束之時刻之被研磨材的俯視圖，第5B圖係回路研磨結束之時刻之被研磨材的俯視圖，第5C圖係下一去路研磨結束之時刻之被研磨材的俯視圖。

第6圖中，第6A圖係基於實施例的研磨方法之去路研磨結束之時刻之被研磨材的表面的示意圖，第6B圖係回路研磨結束之時刻之被研磨材的表面的示意圖。

第7圖中，第7A圖係砂輪的移動速度及轉速之示意圖，第7B圖係基準方向(y方向)、研磨痕以及第1研磨方向的關係圖。

第1圖中係在基於實施例之研磨方法中使用之研磨裝置的概要立體圖。在工作台10上保持被研磨材15。在工 作台10的上方支撐有砂輪20。砂輪20以其軸心為旋轉中心旋轉。藉由在砂輪20的外周面(作用面)實施修整處理而形成螺旋狀的修整槽21。定義將平行於砂輪20的軸心的方向設為x方向、將工作台10的上表面的法線方向設為z方向之xyz直角座標系。將砂輪20的外周面的圓周速度方向定義為c方向。

第2圖係研磨裝置的俯視圖。在工作台10上保持被研磨材15。工作台移動機構11使工作台10在y方向上往復移動。旋轉機構25使砂輪20以平行於x方向之軸心為旋轉中心進行旋轉。砂輪進給機構26使砂輪20及旋轉機構25在x方向上平移移動。

第3A圖係砂輪20的外周面的展開圖，第3B圖係橫越過砂輪20之軸心的剖面圖。第3A圖中，縱向與外周面的圓周速度方向c對應。藉由修整砂輪20的外周面而形成螺旋狀的修整槽21。使砂輪20以恆定的轉速旋轉的同時，以恆定速度朝平行於軸心之方向傳送修整機，藉此形成具有恆定節距Pd之修整槽21。將修整機的進給方向設為單向而進行砂輪20的修整。因此，修整槽21不會交叉，而是在展開圖中相對於c方向傾斜，並呈等間隔排列之紋路。修成槽21的螺旋形狀可以係一條螺紋的螺紋槽的形狀，亦可以係多條螺紋的螺紋槽的形狀。

在對實施例進行說明之前，對基於使用第3A圖及第3B圖示出之砂輪20之比較例之研磨方法進行說明。比較例中，藉由使砂輪20旋轉的同時，使工作台10(第2圖) 在y方向上進行往復移動而進行研磨。

第4A圖係藉由去路研磨而產生之研磨痕的示意圖。在去路研磨中，使被研磨材15朝y軸的負方向移動的同時進行研磨。此時，砂輪20相對於被研磨材15朝y軸的正方向(以下稱為“去路基準方向”)相對移動。作為一例，砂輪20的圓周速度為30m/秒，被研磨材15的移動速度為30m/分鐘。在被研磨材15的表面由於砂輪20的外周面的修整槽21轉移而形成研磨痕16。研磨痕16由彼此平行的複數個直線圖案構成，各直線圖案相對於去路基準方向朝逆時針方向傾斜。本說明書中，將從成為基準之方向朝逆時針方向傾斜之角度定義為“正”。以θ d表示研磨痕16從去路基準方向傾斜之角度。第4A圖中示出之例子中，角度θ d為正。該角度θ d係由於在砂輪的外周面(作用面)出現之修整槽的導程角轉移到被加工表面而產生。以下，將該角度θ d稱為“修整導程轉移角”。在第4A圖中，以實線表示研磨痕16的脊部。

第4B圖係藉由回路研磨而產生之研磨痕的示意圖。在去路和回路中，砂輪20的旋轉方向相同。在回路研磨中，砂輪20相對於被研磨材15朝y軸的負方向(以下稱為“回路基準方向”)相對移動。在回路研磨時，砂輪20的外周面的修整槽21(第3A圖)亦轉移到被研磨材15的表面，從而形成研磨痕17。研磨痕17亦與研磨痕16同樣由彼此平行的複數個直線圖案構成。

砂輪20的旋轉方向與去路研磨時的旋轉方向相同， 砂輪20的移動方向為與去路研磨時的移動方向相反的方向，因此研磨痕17從回路基準方向朝順時針方向傾斜。該傾斜角度的絕對值與第4A圖中示出之修整導程轉移角θ d的絕對值相等，符號與角度θ d相反。因此，去路研磨時形成之研磨痕16與回路研磨時形成之研磨痕17彼此交叉。在第4B圖中，以實線表示研磨痕17的脊部。

第4C圖係將藉由去路及回路研磨而產生之研磨痕重疊之示意圖。在砂輪20前進時形成之研磨痕16的脊部的一部份在砂輪20後退時會被削去，藉此研磨痕16的脊部被截斷。並且，回路研磨時形成之研磨痕17的脊部被去路研磨時形成之研磨痕16的槽部截斷。殘留有研磨痕16、17的脊部之區域以及脊部被截斷之區域在y方向上週期性交替出現。該週期花紋被觀測為振紋。

接著，參閱第5A圖~第7B圖對基於實施例之研磨方法進行說明。

如第5A圖所示，使砂輪20旋轉的同時，使砂輪20相對於被研磨材15朝第1研磨方向30相對移動(前進)，藉此進行去路研磨。第1研磨方向30從去路基準方向(y軸的正方向)朝順時針方向傾斜。因此，砂輪20前進時，相對於y方向傾斜之帶狀區域31會被研磨。

第1研磨方向30相對於去路基準方向朝向與第4A圖中示出的研磨痕16傾斜之方向相反的方向傾斜。亦即，朝去路基準方向研磨時，在被研磨材15上轉移修整槽21而形成之虛擬研磨痕16(第4A圖)所延伸之方向和第1研 磨方向30是從去路基準方向彼此朝相反的方向傾斜。以下，將第1研磨方向30從去路基準方向的傾斜角θ t稱為“第1研磨方向30的砂輪進給角”。實施例中，第4A圖中示出之修整導程轉移角θ d(第4A圖)的絕對值與第1研磨方向30的砂輪進給角θ t的絕對值相等，兩者的符號相反。

為使砂輪20朝第1研磨方向30移動，使工作台10(第2圖)朝去路基準方向的相反方向(y軸的負方向)移動，並且使砂輪20(第2圖)朝x方向移動即可。藉由調整工作台10的移動速度和砂輪20的移動速度之比，可調整第1研磨方向30的砂輪進給角θ t。

第6A圖係砂輪20前進時形成之研磨痕18的示意圖。第4A圖中示出之修整導程轉移角θ d的絕對值與第1研磨方向30的砂輪進給角θ t的絕對值相等，兩者的符號相反，因此砂輪20前進時形成之研磨痕18與y方向平行。

如第5B圖所示，去路研磨結束後，使砂輪20旋轉的同時，使砂輪20相對於被研磨材15朝第2研磨方向32相對移動(後退)，藉此進行回路研磨。砂輪20的旋轉方向與去路研磨時的旋轉方向相同。第2研磨方向32從去路基準方向的相反方向的回路基準方向(y軸的負方向)朝逆時針方向傾斜。將第2研磨方向32從回路基準方向的傾斜角稱為“第2研磨方向32的砂輪進給角”。第2研磨方向32的砂輪進給角的符號與第1研磨方向30的砂輪 進給角θ t的符號相反。換言之，在去路和回路中，砂輪20相對於被研磨材15的有關x方向之移動方向相同。砂輪20後退時，相對於y方向傾斜之帶狀區域33會被研磨。

砂輪20前進時被研磨之區域31和砂輪20後退時被研磨之區域33局部重疊。作為一例，在y軸正側的端部，帶狀區域31和帶狀區域33在相對於x方向上一致。在y軸負側的端部，後退時被研磨之帶狀區域33相對於前進時被研磨之帶狀區域31在x方向上偏移。第1研磨方向30的砂輪進給角θ t例如為1mrad(1毫弧度(milliradian))左右，十分小，因此帶狀區域31和帶狀區域33在y軸負側的端部局部重疊。

第2研磨方向32的砂輪進給角的絕對值與第1研磨方向30的砂輪進給角θ t(第5A圖)的絕對值相等。

第6B圖係砂輪20後退時形成之研磨痕19及前進時形成之研磨痕18的示意圖。第2研磨方向32的砂輸進給角θ t的絕對值與第1研磨方向30的砂輪進給角θ t(第5A圖)的絕對值相等，符號相反，因此砂輪20後退時形成之研磨痕19亦與y方向平行。因此，砂輪20前進時形成之研磨痕18和砂輪20後退時形成之研磨痕19不會交叉。因此，能夠防止振紋的產生。

如第5C圖所示，若回路研磨結束，則使砂輪20相對於被研磨材15朝x方向移動。之後，使砂輪20相對於被研磨材15朝第3研磨方向34相對移動，藉此進行下一去 路研磨。藉由該研磨，帶狀區域35被研磨。第3研磨方向34與第1研磨方向30平行。在回路研磨與下一去路研磨之間進行之砂輪20朝x方向移動的距離被設定為在帶狀區域35與帶狀區域31之間不形成間隙。例如，帶狀區域35與帶狀區域31局部重疊。在進行第5C圖所示之去路研磨之後進行回路研磨。

如此，藉由交替執行去路研磨和回路研磨，能夠對被研磨材15的表面中待研磨之區域的整個區域進行研磨。

參閱第7A圖和第7B圖，對修整導程轉移角θ d(第4A圖)及第1研磨方向30的砂輪進給角θ t(第6A圖)的大小進行說明。

如第7A圖所示，分別以Vy和Vx表示去路研磨時(第5A圖)的砂輪20的速度的y成份及x成份。以Ng表示砂輪20的轉速。

第7B圖中示出去路基準方向(y軸的正方向)、研磨痕16及第1研磨方向30的關係。第1研磨方向30的砂輪進給角θ t的絕對值表示為| θ t |=tan^-1(| Vx/Vy |)。

在砂輪20旋轉1次之期間，被研磨材15朝y方向前進之距離Ly表示為Ly=Vy/Ng。在砂輪20移動距離Ly之期間，砂輪20的1周量的螺旋狀的修整槽21(第1圖)被轉移到被研磨材的表面而作為研磨痕16。研磨痕16的x方向的節距與修整槽21的節距Pd(第3B圖)相等。因此，修整導程轉移角θ d的絕對值表示為| θ d |=tan^-1(| Pd/Ly| )。

在第1研磨方向30的砂輪進給角θ t的絕對值與修整 導程轉移角θ d的絕對值相等，並且符號相反這樣的條件下進行研磨，藉此能夠防止振紋的產生。

第1研磨方向30的砂輪進給角θ t的絕對值與修整導程轉移角θ d的絕對值未必一定要相等。若砂輪進給角θ t與修整導程轉移角θ d的符號相反，且砂輪進給角θ t的絕對值小於修整導程轉移角θ d的絕對值，則研磨痕18(第6A圖)相對於去路基準方向之傾斜角度變得小於修整導程轉移角θ d。同樣，研磨痕19(第6B圖)相對於回路基準方向之傾斜角度的絕對值變得小於第4B圖所示之修整導程轉移角θ d的絕對值。因此，研磨痕18與研磨痕19交叉之區域的y方向的節距變長，可緩解振紋對外觀帶來之不良影響。

研磨加工中，削去被加工表面直至被研磨材精加工成目標尺寸。將被加工表面中待研磨之區域的整個區域以相同的切入深度進行研磨之處理稱為“單位研磨處理”。當執行複數次單位研磨處理時，在某一單位研磨處理中形成之研磨痕會在下一單位研磨處理中消失。因此，進行最終的至少1次，較佳為複數次單位研磨處理(精研磨處理)時，只要適用基於上述實施例之研磨方法即可。在其他單位研磨處理中，與以往方法相同地使砂輪20朝向與y方向平行之方向移動即可。

依據以上實施例對本發明進行了說明，但本發明並不限定於這些。本領域技術人員顯然例如能夠進行各種變更、改良、組合等。

18‧‧‧研磨痕

19‧‧‧研磨痕

20‧‧‧砂輪

30‧‧‧第1研磨方向

32‧‧‧第2研磨方向

θ t‧‧‧砂輪進給角

Claims (5)

1. 一種研磨方法，其特徵為具有：製程(a)，使在外周面形成有不具交叉部份之螺旋狀的修整槽之砂輪以該砂輪的軸心為旋轉中心進行旋轉，同時在使前述外周面與被研磨材的被加工表面接觸之狀態下，藉由使前述砂輪相對於前述被研磨材朝第1研磨方向相對移動來研磨前述被加工表面，其中前述第1研磨方向對垂直於與前述軸心的去路基準方向傾斜；以及製程(b)，在前述製程(a)之後，使前述砂輪向相對於前述被研磨材，朝向前述去路基準方向之相反方向的回路基準方向傾斜的第2研磨方向相對移動，藉此研磨前述被加工表面，假設使前述砂輪朝前述去路基準方向移動而進行研磨時，前述修整槽轉移到前述被研磨材上而形成之虛擬研磨痕所延伸之方向和前述第1研磨方向，以前述去路基準方向為基準而彼此朝相反方向傾斜，前述第1研磨方向的傾斜角的絕對值小於前述虛擬研磨痕所延伸之方向的傾斜角的絕對值，從前述去路基準方向朝前述第1研磨方向傾斜之旋轉方向、與從前述回路基準方向朝前述第2研磨方向傾斜之旋轉方向彼此相反。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中，前述第1研磨方向及前述第2研磨方向被設定為：前述砂輪的修整槽轉移而形成之研磨痕與前述去路基準方向 平行。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之研磨方法，其中，在前述製程(a)中，使前述被研磨材朝前述去路基準方向的相反方向移動，並且使前述砂輪朝正交於前述去路基準方向之方向移動，藉此使前述砂輪相對於前述被研磨材朝前述第1研磨方向相對移動，在前述製程(b)中，使前述被研磨材朝前述回路基準方向的相反方向移動，並且使前述砂輪朝向與前述製程(a)中之前述砂輪的移動方向相同的方向移動，藉此使前述砂輪相對於前述被研磨材朝前述第2研磨方向相對移動。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之研磨方法，其中，在前述製程(a)之前，還具有：製程(c)，使前述砂輪以該砂輪的軸心為旋轉中心進行旋轉，同時在使前述外周面接觸於前述被研磨材的被加工表面之狀態下，使前述砂輪相對於前述被研磨材朝前述去路基準方向或前述回路基準方向相對移動，藉此研磨前述被加工表面中待研磨區域的整個區域，前述製程(c)之後，交替重覆前述製程(a)和製程(b)，藉此研磨前述被加工表面中待研磨區域的整個區域。
5. 如申請專利範圍第3項所述之研磨方法，其中，在前述製程(a)之前，還具有：製程(c)，使前述砂輪以該砂輪的軸心為旋轉中心進行 旋轉，同時在使前述外周面接觸於前述被研磨材的被加工表面之狀態下，使前述砂輪相對於前述被研磨材朝前述去路基準方向或前述回路基準方向相對移動，藉此研磨前述被加工表面中待研磨區域的整個區域，前述製程(c)之後，交替重覆前述製程(a)和製程(b)，藉此研磨前述被加工表面中待研磨區域的整個區域