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技術 研削装置

出願人 株式会社ブリヂストン
発明者 新田永留夢
出願日 2012年3月29日 (8年7ヶ月経過) 出願番号 2012-076762
公開日 2013年10月7日 (7年1ヶ月経過) 公開番号 2013-202757
状態 特許登録済
技術分野 研削盤の構成部分、駆動、検出、制御 3次曲面及び複雑な形状面の研削,研磨等
主要キーワード ワーク対向面 セラミック質 目立て作業 電解作用 砥石交換 被研削材 自生発刃作用 ストレート型
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この項目の情報は公開日時点(2013年10月7日)のものです。
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図面 (3)

課題

汎用的かつ簡易な構成でありながら、砥石自生発刃作用を促す機構を有する研削装置を提供する。

解決手段

本発明に係る研削装置は、砥粒及びボンドを含む砥石と、砥石と連結する弾性部材と、を備える。砥石が、被研削物と接する研削面を有し、弾性部材が、砥石を研削面に対して垂直方向振幅させる。

概要

背景

研削装置は、例えば半導体製造装置部品製造工程において、部品形状加工し、寸法を規定に合わせるために使用される。

研削装置は、一般に、砥石と、砥石をワーク(被研削材)上で回転させるモータとを含む。モータで砥石を回転させることにより、ワークと接する砥石の研削面がワークを研削する。

砥石は、粉状の砥粒と、砥粒を結合するボンドとを焼き固めることによって形成される。砥粒は、ワークを研削する切れ刃に相当する部分であり、硬脆材料研削用の砥粒としては、ダイヤモンド、CBN等が知られている。ワークと接する砥石の研削面に突き出した砥粒が、砥石の回転によってワークを研削する。ボンドは、切れ刃である砥粒を支持し、固着させると共に、研削面に砥粒を突き出し、ワークへのあたりの強さを決める役割を担う。ボンドの材質としては、樹脂ベースにしたレジンボンド、金属系の材料をベースにしたメタルボンドセラミック質の材料をベースにしたビトリファイドボンドゴム系の材料をベースにしたラバーボンド、発泡質のPVA(ポリビニールアルコール)ボンド等が使用されている。

研削が進むにつれ、摩耗した砥粒は脱落する。これにより、砥粒を固定しているボンドが、脱落した砥粒やワークの切り屑によって少しずつ削られていくとともに、次の砥粒の鋭い面が先端に出てくる。この現象自生発刃作用という。砥石は、研削面においてこの自生発刃作用を繰り返すことにより、ワークを研削する。

だが、砥石は、使い続けるうちに研削面が目詰まりし、切れ味が低下する場合が多い。これは、自生発刃作用が滞り、摩耗した砥粒がボンドで結合されたまま研削面に残留した状態で、ワークと接触し続けることが原因である。切れ味が低下した場合、砥石を別の砥石と擦り合わせて表層の摩耗した砥粒を削ぎ落とし、切れ味を再生する。この作業を目立て、又はドレスという。目立て作業は、強制的に砥粒とその周辺のボンドとを削ぎ落とすため、摩耗した砥粒のみならず、新しい砥粒までも多量に削ぎ落としてしまう。特に、ダイヤモンド等の砥粒は高価なため、コスト的に大きな損失となる。

砥石の研削面から突き出ている砥粒には、ワークとの接触によって負荷がかかる。そのため、自生発刃作用は、ボンドによる砥粒の支持度合い、すなわちボンドの保持力が大きく影響する。しかし、ボンドの削られる量、速度は、研削するワークの材質、例えば粘性や切り屑の細かさ等によって異なる。そのため、どのようなワークに対しても適切に自生発刃作用が起こるような硬度のボンドを調整することは、現実的には困難である。特に、近年は半導体ウェハ大口径化に伴って装置の大型化、部品の大型化が進んで研削量が増えており、自生発刃作用が適切に生じるようなボンドの調整がますます重要となっている。

そこで、研削面の目詰まりを検知し、自生発刃作用を促す機能を有する研削装置が、従来技術として知られている。この装置は、研削加工中に砥石軸負荷電流値基準値を超えた場合、砥石に目詰まりが生じたと判断する。そして、砥石軸に連結した電歪素子又は磁歪素子起動させ、砥石に高周波振動を加えることにより、強制的に自生発刃作用を起こすことができる。

概要

汎用的かつ簡易な構成でありながら、砥石の自生発刃作用を促す機構を有する研削装置を提供する。本発明に係る研削装置は、砥粒及びボンドを含む砥石と、砥石と連結する弾性部材と、を備える。砥石が、被研削物と接する研削面を有し、弾性部材が、砥石を研削面に対して垂直方向振幅させる。

目的

本発明は、汎用的かつ簡易な構成でありながら、砥石の自生発刃作用を促す機構を有する研削装置の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

砥粒及びボンドを含む砥石と、前記砥石と連結する弾性部材と、を備える研削装置であって、前記砥石が、被研削物と接する研削面を有し、前記弾性部材が、前記砥石を前記研削面に対して垂直方向振幅させる、研削装置。

請求項2

前記弾性部材の弾性率が、0.7MPa以上である、請求項1に記載の研削装置。

請求項3

前記弾性部材が、ばねである、請求項1又は2に記載の研削装置。

請求項4

前記砥石を回転させる駆動装置をさらに備え、前記弾性部材が、前記砥石と前記駆動装置との間に配置される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の研削装置。

技術分野

0001

本発明は、研削装置に関し、特に、砥石自生発刃作用を促す研削装置に関する。

背景技術

0002

研削装置は、例えば半導体製造装置部品製造工程において、部品形状加工し、寸法を規定に合わせるために使用される。

0003

研削装置は、一般に、砥石と、砥石をワーク(被研削材)上で回転させるモータとを含む。モータで砥石を回転させることにより、ワークと接する砥石の研削面がワークを研削する。

0004

砥石は、粉状の砥粒と、砥粒を結合するボンドとを焼き固めることによって形成される。砥粒は、ワークを研削する切れ刃に相当する部分であり、硬脆材料研削用の砥粒としては、ダイヤモンド、CBN等が知られている。ワークと接する砥石の研削面に突き出した砥粒が、砥石の回転によってワークを研削する。ボンドは、切れ刃である砥粒を支持し、固着させると共に、研削面に砥粒を突き出し、ワークへのあたりの強さを決める役割を担う。ボンドの材質としては、樹脂ベースにしたレジンボンド、金属系の材料をベースにしたメタルボンドセラミック質の材料をベースにしたビトリファイドボンドゴム系の材料をベースにしたラバーボンド、発泡質のPVA(ポリビニールアルコール)ボンド等が使用されている。

0005

研削が進むにつれ、摩耗した砥粒は脱落する。これにより、砥粒を固定しているボンドが、脱落した砥粒やワークの切り屑によって少しずつ削られていくとともに、次の砥粒の鋭い面が先端に出てくる。この現象を自生発刃作用という。砥石は、研削面においてこの自生発刃作用を繰り返すことにより、ワークを研削する。

0006

だが、砥石は、使い続けるうちに研削面が目詰まりし、切れ味が低下する場合が多い。これは、自生発刃作用が滞り、摩耗した砥粒がボンドで結合されたまま研削面に残留した状態で、ワークと接触し続けることが原因である。切れ味が低下した場合、砥石を別の砥石と擦り合わせて表層の摩耗した砥粒を削ぎ落とし、切れ味を再生する。この作業を目立て、又はドレスという。目立て作業は、強制的に砥粒とその周辺のボンドとを削ぎ落とすため、摩耗した砥粒のみならず、新しい砥粒までも多量に削ぎ落としてしまう。特に、ダイヤモンド等の砥粒は高価なため、コスト的に大きな損失となる。

0007

砥石の研削面から突き出ている砥粒には、ワークとの接触によって負荷がかかる。そのため、自生発刃作用は、ボンドによる砥粒の支持度合い、すなわちボンドの保持力が大きく影響する。しかし、ボンドの削られる量、速度は、研削するワークの材質、例えば粘性や切り屑の細かさ等によって異なる。そのため、どのようなワークに対しても適切に自生発刃作用が起こるような硬度のボンドを調整することは、現実的には困難である。特に、近年は半導体ウェハ大口径化に伴って装置の大型化、部品の大型化が進んで研削量が増えており、自生発刃作用が適切に生じるようなボンドの調整がますます重要となっている。

0008

そこで、研削面の目詰まりを検知し、自生発刃作用を促す機能を有する研削装置が、従来技術として知られている。この装置は、研削加工中に砥石軸負荷電流値基準値を超えた場合、砥石に目詰まりが生じたと判断する。そして、砥石軸に連結した電歪素子又は磁歪素子起動させ、砥石に高周波振動を加えることにより、強制的に自生発刃作用を起こすことができる。

先行技術

0009

特開2006−35406号公報

発明が解決しようとする課題

0010

上述の装置は、ボンドの電解作用を利用して目詰まりを検知する。つまり、砥石のボンドは、メタルボンドのみに制約される。しかし、実際の加工では、ワークの材質や加工品質上、メタルボンド以外の砥石を選択する場合も多い。また、砥粒及びボンドを削ぎ落とすために、高周波振動を発生させる電歪素子又は磁歪素子を設ける必要があり、装置の構成が複雑化する。

0011

そこで、本発明は、汎用的かつ簡易な構成でありながら、砥石の自生発刃作用を促す機構を有する研削装置の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0012

上記の課題を解決するために、本発明は、以下の特徴を有する。本発明の第1の特徴は、砥粒(砥粒21A)及びボンド(ボンド21B)を含む砥石(砥石20)と、前記砥石と連結する弾性部材(ばね41)と、を備える研削装置(研削装置10)であって、前記砥石が、被研削物と接する研削面(ワーク対向面24)を有し、前記弾性部材が、前記砥石を前記研削面に対して垂直方向振幅させることを要旨とする。

0013

かかる特徴によれば、砥石が目詰まりを起こすと、弾性部材が砥石を研削面に対して垂直方向に振幅させることにより、砥石の自生発刃作用を促すことができる。つまり、ボンドの組成を大きく変更することなく、強制的に砥粒及びボンドを削ぎ落とすための複雑な機構を設ける必要もなく、砥石の自生発刃作用を促すことができる。

0014

本発明の第2の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、前記弾性部材の弾性率が、0.7MPa以上であることを要旨とする。

0015

本発明の第3の特徴は、本発明の第1又は第2の特徴に係り、前記弾性部材が、ばねであることを要旨とする。

0016

本発明の第4の特徴は、本発明の第1〜第3の特徴のいずれか1つに係り、前記砥石を回転させる駆動装置(モータ31)をさらに備え、前記弾性部材が、前記砥石と前記駆動装置との間に配置されることを要旨とする。

発明の効果

0017

本発明に係る研削装置は、汎用的かつ簡易な構成でありながら、砥石の自生発刃作用を促すという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0018

図1は、本発明の実施形態に係る研削装置の側面図である。
図2は、図1に示す研削装置における砥石及び振幅機構の断面図である。

0019

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

0020

図1は、本発明の実施形態に係る研削装置の立面図である。図1に示すように、研削装置10は、砥石20と、砥石を回転させる駆動装置30とを備える。駆動装置30は、モータ31と、砥石20を保持するホルダ32とを備える。モータ31によって砥石20を回転させることにより、ワーク(図示せず)を研削する。なお、駆動装置30としては、砥石に高速回転を与えることによってワークを研削させる、公知の装置を任意に用いることができる。また、駆動装置30にホルダ32を設けず、砥石20を直接モータ31と連結してもよい。

0021

図2は、図1に示す研削装置における砥石及び振幅機構の断面図である。砥石20は、円柱状又は環状の台金21と、台金21の底面21Aの周縁に沿って配置された砥層22と、台金21の頂面21Bから延びる円柱状の砥石軸23とを有する。砥石軸23は、底面23A及び頂面23Bを有し、底面23Aで台金の頂面21Bと連結される。砥石軸23は、頂面23Bにおいて、モータ31又はホルダ32に連結され、モータ31の回転を伝達して砥石20を回転させる。

0022

砥層22は、複数の砥粒22Aと、砥粒22Aを結合するボンド22Bとを焼き固めて形成される。砥粒22Aの材料は、例えば、アルミナ炭化ケイ素酸化クロム酸化鉄酸化セリウムジルコニアシリカ、ダイヤモンド、CBN等が挙げられるが、これらに限定されない。炭化ケイ素等の硬脆材料を研削する場合は、ダイヤモンド又はCBNの砥粒が好ましい。ボンド22Bの例としては、メタルボンド、レジンボンド、ビトリファイドボンド、電着等が挙げられるが、これらに限定されない。

0023

砥層22は、研削加工時にワークと接するワーク対向面22Cを有する。ワーク対向面22Cには、複数の砥粒22Aが突き出しており、ボンド22Bが砥粒22Aを結合する。モータ31によって砥石20が回転すると、ワーク対向面22Cから突き出した砥粒22Aがワークを研削し、ワークの切り屑によって、ボンド22Bが削られる。これにより、研削装置10は、ワーク対向面22C全面でワークを研削することができる。なお、図2に示す砥石20は、いわゆるカップ型砥石であるが、ワークに接触した全面でワークを研削するタイプの砥石であれば、ストレート型ディッシュ型等の砥石でもよい。

0024

研削装置10は、図2に示すように、砥石20をワーク対向面22Cに対して垂直方向に振幅させる、振幅機構40を有する。図2において、振幅機構40は、ばね41として表わされる。ばね41は、弾性率が0.7MPa以上の範囲である。また、ばね41は、無負荷時に下方向、すなわちワークに向かって、一定距離のストロークを有する。ストロークは、0.02mm〜4.0mmの範囲、好ましくは0.4mm程度である。これにより、ばね41は、砥石20をワーク対向面22Cに対して垂直方向に振幅させる。なお振幅機構40のばね41は、例えば板ばね皿ばね等のいずれでもよい。また、ばね以外であっても、上述の弾性率及びストロークを有する任意の弾性部材であれば、振幅機構40として用いることもできる。

0025

ばね41は、モータ31又はホルダ32と砥石20との間に配置され、好ましくは、砥石軸23の頂面23Bを覆い、砥石軸23を側面から袋状に締め付けるように配置される。ばね41は、例えば底部にフランジ状の端部を有し、ホルダ32と係合することにより、研磨加工中、砥石20のワーク対向面22Cをワークに対して押下し続ける。

0026

砥石20の自生発刃作用が滞ると、摩耗した砥粒22A及びそれらを結合するボンド33Bが脱落せずにワーク対向面22Cに残留し、切れ味が低下する。そのため、砥粒22Aがワークから受ける負荷が増大する。

0027

砥石20は、ばね41から下向きの力を受けているため、ワークから受ける負荷が増大しても、ワーク対向面22Cはワークと接触し続ける。しかし、砥粒22Aがワークから受ける負荷がさらに増大し、砥石20がばね41から受ける下向きの力を上回ると、砥石20が上向きに跳ね上げられる。

0028

砥石20が跳ね上がり、ワーク対向面22Cがワークとの接触から解放されると、砥粒22Aがワークから受けていた負荷もゼロとなる。砥石20が跳ね上がることによって上向きに収縮したばね41は、再び下向きに伸長し、砥石20に下向きの力を加える。砥石20が押し下げられ、ワーク対向面22Cが再びワークと衝突すると、その衝撃によって、残留していた砥粒22A及びボンド22Bが削ぎ落とされる。

0029

従って、本発明に係る研削装置10は、砥石20が目詰まりした場合に、振幅機構40によって強制的な自生発刃作用を促すことができる。摩耗した砥粒22A及びボンド22Bが削ぎ落とされ、切れ味が再生された砥石20は、ワークから受ける負荷も小さくなる。ワーク対向面22Cは、振幅機構40による強制的な自生発刃作用が起きた後は、ばね41に押下されてワークと接触し、ワークの研削を継続する。そのため、本発明に係る研削装置10によれば、目立て作業又は砥石の交換のために研削加工を中断する必要がなく、加工時間及び砥石のコストを削減することができる。

0030

次に、本発明の効果を更に明確にするために、実施例及び従来例に係る研削装置を用いて、比較評価を実施した。各研削装置の諸条件を表1に示す。なお、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。

0031

0032

各研削装置をホルダ(株式会社日研工作所製)に装着し、モータで高速回転させてワークの研削加工を行った。実施例及び従来例に係る研削装置の、研削加工の所要時間及び砥石のコストについて、評価を実施した。評価結果を表2に示す。なお、加工時間及び砥石のコストは、被研削材30,000mm3を研削した場合のデータであり、従来例の評価結果を100とした指数で表示した。数値が低いほど加工時間が短く、低コストであることを意味する。

0033

0034

表2からわかるように、実施例に係る研削装置は、従来例に係る研削装置と比べて、加工時間及び砥石のコストを、いずれも大幅に削減することができた。実施例に係る研削装置は、目立て作業又は砥石交換の必要がないため、加工時間が大幅に短縮された。また、目立て作業による高価なダイヤモンド砥粒の損失も解消されたため、砥石の寿命が延び、大幅なコスト削減が実現された。

実施例

0035

以上のように、本発明に係る研削装置は、ボンドの組成を大きく変更することなく、また、複雑な機構を設けることなく、砥石の自生発刃作用を促すことができる。そのため、目立て作業を頻繁に必要とする炭化ケイ素などの硬脆材料の研削加工に、特に有効である。ただし、本発明に係る研削装置は、ダイヤモンド又はビトリファイドボンド砥石に限定されるものではなく、アルミナ、炭化ケイ素、酸化クロム、酸化鉄、酸化セリウム、ジルコニア、シリカ等の砥粒や、メタルボンド、レジンボンド、ビトリファイドボンド、電着等のボンドを任意に選択することができる。また、被研削材も、炭化ケイ素に限定されるものではなく、ガラス、石等の任意の材料とすることができる。

0036

以上のように、本発明は、汎用的かつ簡易な構成でありながら、砥石の自生発刃作用を促す研削装置に利用することができる。

0037

10研削装置
20砥石
21台金
22 砥層
22A砥粒
22Bボンド
22Cワーク対向面
23砥石軸
30駆動装置
31モータ
32ホルダ
40振幅機構
41 ばね

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