JP6749726B2

JP6749726B2 - 研削方法

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Publication number: JP6749726B2
Application number: JP2016156447A
Authority: JP
Inventors: 修三浦
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2020-09-02
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: JP2018024041A

Description

本発明は、板状ワークを研削する研削方法に関する。

板状ワークを研削する研削装置として、板状ワークの上面に研削水を供給しながら、研削砥石を環状に並べた研削ホイールによって板状ワークの上面を研削するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の研削装置では、板状ワークに対する研削水の供給によって板状ワークの上面から研削屑が洗い流されて、研削屑による研削砥石の目詰まりが防止されている。また、板状ワークに研削水が供給されることで、研削時の摩擦熱による温度上昇が抑えられて、加工温度に伴う研削砥石の目潰れや、砥粒の異常脱落が防止されている。

特開２０１４−１２４６９０号公報

しかしながら、シリコンカーバイドやシリコン等の脆性材料の板状ワークを微細粒径の研削ホイールで仕上げ研削する場合には、研削時の研削水量が多くなると板状ワークの上面で研削砥石の研削面が滑り易くなる。このため、本来脱落すべき砥粒が研削砥石から脱落しなくなることで自生発刃が起こり難くなり、研削砥石が目潰れを起こして板状ワークを良好に研削することができなくなるおそれがあった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、研削砥石の自生発刃を起こさせると共に目詰まりを防止して、板状ワークを良好に研削することができる研削方法を提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様の研削方法は、板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された板状ワークを研削する研削ホイールが装着されるスピンドル及び該スピンドルを回転駆動するモータを備える研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに対して離間及び接近させる研削送り手段と、該チャックテーブルに保持された板状ワーク上面に研削水を流量調整可能に供給する研削水供給手段と、該研削手段の研削負荷を検出する負荷検出手段と、装置を制御する制御手段と、を備える研削装置を使用して板状ワークを仕上げ厚みまで薄化する研削方法であって、回転駆動する該研削ホイールが該板状ワークに当接し第１の研削水量の研削水を供給しつつ、所定送り速度で研削送りして仕上げ厚みまで該板状ワークを研削する研削ステップを含み、該研削ステップ実施中に、該第１の研削水量よりも低減させた第２の研削水量を供給して研削して該研削ホイールの目代わりを促進させる目代わり促進ステップを、該負荷検出手段で検出された該研削手段の研削負荷が所定の閾値を超えたら所定時間ずつ実施すること、を特徴とする。

この構成によれば、研削ホイールで仕上げ厚みまで板状ワークを研削する際に、研削手段の研削負荷が所定の閾値を超えると、所定時間だけ第１の研削水量から第２の研削水量に研削水量が低減される。板状ワーク上面で研削ホイールが滑り易い第１の研削水量から研削ホイールの滑りを抑えた第２の研削水量に研削水量が低減されるため、研削時に研削ホイールの研削面に自生発刃が生じて目潰れが防止される。このように、研削負荷が所定の閾値を超えるまでは第１の研削水量によって研削時の摩擦熱に伴う面焼けが防止され、研削負荷が所定の閾値を超えると第２の研削水量によって自生発刃が生じて研削ホイールの研削面が良好な状態に維持される。

また、本発明の一態様の研削方法において、該負荷検出手段は、該研削手段の研削負荷として該モータの負荷電流値を検出する。

また、本発明の一態様の研削方法において、該負荷検出手段は、該研削手段の研削負荷として板状ワーク上面に対する垂直荷重を検出する。

本発明によれば、研削手段の研削負荷が所定の閾値を超えると研削水量が低減されることで、研削ホイールの研削面に自生発刃を起こさせると共に目詰まりを防止して、板状ワークを良好に研削することができる。

本実施の形態の研削装置の斜視図である。本実施の形態の研削手段の側面模式図である。本実施の形態の研削水の流量制御の説明図である。本実施の形態の研削方法の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の研削装置について説明する。図１は、本実施の形態の研削装置の斜視図である。なお、本実施の形態の研削装置は、図１に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。

図１に示すように、研削装置１は、仕上げ研削装置であって、多数の研削砥石４７を環状に並べた研削ホイール４６を用いて、チャックテーブル２０に保持された板状ワークＷを仕上げ厚みまで研削するように構成されている。板状ワークＷには事前に粗研削が施されており、板状ワークＷが所定の厚みまで薄化された状態で研削装置１に搬入される。また、板状ワークＷはシリコンカーバイドやシリコン等の硬質の脆性材料で略円板状に形成されており、板状ワークＷの下面に貼着された保護テープＴを介してチャックテーブル２０に保持されている。

研削装置１の基台１０の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口はチャックテーブル２０と共に移動可能な移動板１１及び蛇腹状の防水カバー１２に覆われている。防水カバー１２の下方には、チャックテーブル２０をＸ軸方向に移動させるボールねじ式の進退手段（不図示）が設けられている。チャックテーブル２０は回転手段（不図示）に連結されており、回転手段の駆動によって回転可能に構成されている。また、チャックテーブル２０の上面には、多孔質のポーラス材によって板状ワークＷを吸引保持する保持面２１が形成されている。

基台１０上のコラム１５には、研削手段４０をチャックテーブル２０に対して離間及び接近させる研削送り手段３０が設けられている。研削送り手段３０は、コラム１５に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３１と、一対のガイドレール３１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３２とを有している。Ｚ軸テーブル３２の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３３が螺合されている。ボールネジ３３の一端部に連結された駆動モータ３４によりボールネジ３３が回転駆動されることで、研削手段４０がガイドレール３１に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段４０は、ハウジング４１を介してＺ軸テーブル３２の前面に取り付けられており、研削ホイール４６が装着されたスピンドル４２をモータ４３によって回転駆動させるように構成されている。スピンドル４２は、いわゆるエアスピンドルであり、ケーシングの内側で高圧エアを介してスピンドル軸を浮動支持している。研削ホイール４６はスピンドル４２の先端のマウント４５に装着されており、環状のホイール基台に多数の研削砥石４７を並べて構成されている。研削砥石４７は、例えばダイヤモンド砥粒を結合剤で固めて形成されるが、粗研削の研削砥石と比較して微細粒径のダイヤモンド砥粒が用いられている。

研削手段４０には、チャックテーブル２０に保持された板状ワークＷの上面に研削水を流量調整可能に供給する研削水供給手段５０が接続されている。研削水供給手段５０は、流量調整バルブ５１によって研削水供給源５２からの研削水量を調整して研削手段４０に供給している。また、基台１０の上面にはチャックテーブル２０の保持面２１及び板状ワークＷ上の高さを測定する測定手段５５が設けられている。測定手段５５は、チャックテーブル２０の保持面２１及び板状ワークＷの上面に一対の接触子５６、５７を接触させ、一対の接触子５６、５７の接触高さに応じた測定結果を出力している。

また、研削装置１には、一対の接触子５６、５７の測定結果から板状ワークＷの厚みを認識する認識部６１と、装置各部を統括制御する制御手段６０と、後述する負荷検出手段６２とが設けられている。認識部６１及び制御手段６０は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。このように構成された研削装置１では、認識部６１で認識した板状ワークＷの厚みに基づいて研削手段４０を研削送りし、研削水を供給しながら仕上げ厚みまで板状ワークＷを研削している。

ところで、通常の粗研削では、板状ワークに対する研削水の供給量が多いほど、板状ワーク上面から研削屑が流されて、研削屑による研削砥石の目詰まり防止に効果的である。また、研削水によって摩擦による温度上昇が効果的に抑えられて、研削による板状ワークの面焼け等が防止されている。しかしながら、本実施の形態のように、シリコンカーバイドやシリコン等の脆性材料の板状ワークＷを微細砥粒の研削砥石４７で仕上げ研削する際には、板状ワークＷに対する研削水の供給量が多くなると、板状ワークＷの上面にできた研削水の膜によって研削砥石４７が滑り易くなる。

研削砥石４７が板状ワークＷの上面を滑ることで、研削砥石４７から磨滅した砥粒が脱落し難くなると共に微小破砕が起こり難くなって研削砥石４７が目潰れを起こし易くなる。このように、脆性材料の板状ワークＷを仕上げ研削する場合には、研削水の供給量が多くなるほど研削砥石４７が目潰れを起こし易くなって板状ワークＷを良好に研削できなくなる。研削水の供給量を減らすことで、板状ワークＷの上面で研削砥石４７の滑りを抑えて研削砥石４７の目潰れを防止できるが、研削時の摩擦熱に対する冷却効果が抑えられて板状ワークＷが面焼けするおそれがある。

このように、脆性材料の板状ワークＷの仕上げ研削では、研削水の増加による研削砥石４７の目潰れと、研削水の減少による板状ワークＷの面焼けとがトレードオフの関係になっている。そこで、本実施の形態では負荷検出手段６２によって研削手段４０の研削負荷を検出して、研削負荷に応じて研削水の供給量を調整するようにしている。すなわち、研削負荷が小さな間は研削性能が良好であるとして、研削水量を多くして板状ワークＷの面焼けを抑え、研削負荷が大きくなった時点で研削性能が悪化しているとして、研削水量を減らして自生発刃を起こさせて研削砥石４７の目潰れを抑えている。

以下、図２及び図３を参照して、研削手段について説明する。図２は、本実施の形態の研削手段の側面模式図である。図３は、本実施の形態の研削水の流量制御の説明図である。

図２に示すように、研削手段４０のスピンドル４２は、ケーシング４８内で高圧エアを介してスピンドル軸４９を回転可能に支持している。ケーシング４８の下方にはケーシング４８から突出したスピンドル軸４９にマウント４５を介して研削ホイール４６が装着され、ケーシング４８の上部にはスピンドル軸４９を回転させるモータ４３が設けられている。モータ４３は、スピンドル軸４９の上部に設けられたロータと、ケーシング４８の内側にロータを囲むように設けられたステータとを有している。ロータには複数の磁石が設けられ、ステータには複数の磁石に僅かな隙間を空けて対向するようにコイル巻線等が設けられている。

モータ４３が加工条件として設定された一定の回転数で回転し続けるように、制御手段６０によってモータ４３に供給される電流が制御されている。この場合、研削手段４０の研削負荷が大きくなるのに伴って、モータ４３の回転数を一定に維持するために必要な負荷電流の供給量が大きくなる。モータ４３には負荷検出手段６２が接続されており、負荷検出手段６２によって研削手段４０の研削負荷としてモータ４３に流れる負荷電流値が検出される。負荷電流値は負荷検出手段６２から制御手段６０に出力され、負荷電流値に応じて制御手段６０によって板状ワークＷに対する研削水の供給量が調整される。

この場合、制御手段６０には予め閾値が設定されており、負荷電流値が閾値未満の間は面焼けを抑制する第１の研削水量になるように流量調整バルブ５１の流路が広げられる。また、負荷電流値が閾値を超えると、第１の研削水量よりも流量を低減させた自生発刃が起こる第２の研削水量になるように所定時間だけ流量調整バルブ５１の流路が狭められる。なお、第１、第２の研削水量、閾値、所定時間の各パラメータは、実際に研削水の調整しながら研削を繰り返すことで最適な値に設定される。また、これら各パラメータは上記のように実験的に求められた値に限らず、経験的又は理論的に求められた値でもよい。

具体的には、図３に示すように、第１の研削水量（例えば、３．０［ｍｌ／ｓ］）に研削水量が調整されて研削が開始される。第１の研削水量に調整されることで板状ワークＷの上面に研削水の膜が形成されているが、研削開始時は研削砥石４７の良好な研削面によって板状ワークＷの上面が研削されている。板状ワークＷの上面の研削水の膜で研削砥石４７が滑り易くなっているため、研削開始時から時間が経過するのに伴って研削砥石４７に目潰れが起こり始める。第１の研削水量では板状ワークＷが十分に冷却されて面焼けが防止されるが、研削砥石４７の研削面が徐々に悪化してモータ４３の負荷電流値が増加する。

モータ４３の負荷電流値が所定の閾値Ｔｈを超えると、第１の研削水量から第２の研削水量（例えば、１．０［ｍｌ／ｓ］）に研削水量が減少される。第２の研削水量に調整されることで板状ワークＷの上面の研削水の膜が薄くなり、目潰れを起こし始めた研削砥石４７が板状ワークＷの上面で滑り難くなる。これにより、板状ワークＷの研削によって研削砥石４７から不要な砥粒が脱落して研削砥石４７の自生発刃が起こり、研削砥石４７の研削面が良好な状態に戻されてモータ４３の負荷電流値が減少する。そして、所定期間ｔの経過後に、再び第２の研削水量から第１の研削水量に研削水量が増加される。

このように、モータ４３の負荷電流値が所定の閾値Ｔｈを超える度に、所定期間ｔが経過するまで第１の研削水量から第２の研削水量に研削水量が減少される。所定期間ｔの間に研削砥石４７の研削面に新たな砥粒が突出されて研削性能が回復されて、再び第２の研削水量から第１の研削水量に研削水量が戻されて板状ワークＷが研削される。第１、第２の研削水量を切り替えながら研削を継続することで、第１の研削水量で板状ワークＷの面焼けを抑え、第２の研削水量で研削砥石４７の目潰れを抑えながら板状ワークＷを良好に研削することが可能になっている。

なお、本実施の形態の板状ワークＷの研削方法は、脆性材料の板状ワークＷを微細砥粒の研削砥石４７で仕上げ研削する際に効果が顕著である。この場合、微細砥粒の平均粒径は、第１の研削水量（例えば、３．０［ｍｌ／ｓ］）で板状ワークＷを良好に研削可能であり、研削砥石４７の研削面が悪化した時点で第２の研削水量（例えば、１．０［ｍｌ／ｓ］）に水量が減らされることで自生発刃が起こり易くなるような大きさであればよい。例えば、微細粒径の平均粒径は２０［μｍ］以下が好ましく、１０［μｍ］以下がさらに好ましい。

続いて、図４を参照して、研削装置を用いた板状ワークの研削方法について説明する。図４は、本実施の形態の研削方法の説明図である。なお、図４Ａは研削ステップの一例、図４Ｂは目代わり促進ステップの一例をそれぞれ示している。

図４Ａに示すように、先ず研削ステップが実施される。研削ステップでは、チャックテーブル２０に板状ワークＷが載置され、保持面２１の吸引力によって板状ワークＷが保持される。また、チャックテーブル２０が研削手段４０の下方に位置付けられ、チャックテーブル２０が回転されると共に研削手段４０の研削ホイール４６が高速回転される。そして、回転駆動する研削ホイール４６が板状ワークＷに当接され、第１の研削水量で研削水が供給されつつ所定送り速度で研削送りされて仕上げ厚みまで板状ワークＷが研削される。これにより、板状ワークＷの面焼けを抑えた状態で研削手段４０によって板状ワークＷが研削される。

図４Ｂに示すように、研削ステップ実施中には目代わり促進ステップが実施される。第１の研削水量で研削が継続されると、研削水の膜によって研削砥石４７が板状ワークＷを滑って目潰れが起こり始めて研削負荷が徐々に大きくなる。このとき、負荷検出手段６２によって研削手段４０の研削負荷がモータ４３の負荷電流値として検出されており、負荷検出手段６２から制御手段６０に負荷電流値が出力されている。負荷検出手段６２で検出された負荷電流値が所定の閾値を超えると、研削ホイールの目代わりを促進させる目代わり促進ステップが所定時間ずつ実施される。

目代わり促進ステップでは、第１の研削水量よりも研削水量を低減させた第２の研削水量が板状ワークＷに供給される。これにより、板状ワークＷの上面の研削水の膜が薄くなって板状ワークＷに対する研削砥石４７の滑りが抑えられ、研削に寄与しない磨滅した砥粒が脱落して研削砥石４７の研削面から新たな砥粒が表出される。このとき、研削水量が減った分だけ研削時に生じる摩擦熱が上昇するが、所定時間の経過後に第２の研削水量から第１の研削水量に戻されて摩擦熱が冷却されるため、板状ワークＷが摩擦熱によって面焼けすることがない。

以上のように、本実施の形態の研削方法によれば、研削ホイール４６で仕上げ厚みまで板状ワークＷを研削する際に、研削手段４０の研削負荷が所定の閾値を超えると、所定時間だけ第１の研削水量から第２の研削水量に研削水量が低減される。板状ワークＷの上面で研削ホイール４６が滑り易い第１の研削水量から研削ホイール４６の滑りを抑えた第２の研削水量に研削水量が低減されるため、研削時に研削砥石４７の自生発刃が生じて目潰れが防止される。このように、研削負荷が所定の閾値を超えるまでは第１の研削水量によって研削時の摩擦熱に伴う面焼けが防止され、研削負荷が所定の閾値を超えると第２の研削水量によって自生発刃が生じて研削ホイール４６の研削面が良好な状態に維持される。

なお、本実施の形態では、負荷検出手段６２が研削手段４０の研削負荷としてモータ４３の負荷電流値を検出する構成にしたが、この構成に限定されない。負荷検出手段６２は研削手段４０の研削負荷を検出可能であればよく、例えば研削手段４０の研削負荷として板状ワークＷの上面に対する垂直荷重を検出する構成にしてもよい。この場合、負荷検出手段６２は、スピンドル４２を支持している箇所や、チャックテーブル２０を支持している箇所に設けられたロードセル等の重量センサで、板状ワークＷの上面に対する垂直荷重を検出してもよい。また、負荷検出手段６２は、スピンドル４２内の圧縮エアの圧力を検出可能な圧力センサ等で板状ワークＷの上面に対する垂直荷重を検出してもよい。

また、本実施の形態では、板状ワークＷとしてシリコンカーバイド、シリコン等の脆性材料を例示して説明したが、この構成に限定されない。本発明の研削方法は、仕上げ研削時に研削水によって研削砥石４７が滑る材質で形成された板状ワークＷに有効である。

また、本実施の形態では、研削ホイール４６が複数の研削砥石４７を備える構成にしたが、この構成に限定されない。研削ホイール４６は、板状ワークＷを研削可能であればよく、環状に形成された単一の研削砥石４７を備える構成にしてもよい。

また、本実施の形態では、研削水供給手段５０が研削水供給源５２からの研削水の流量を流量調整バルブ５１で調整する構成にしたが、この構成に限定されない。研削水供給手段５０は、板状ワークＷの上面に研削水を流量調整可能に供給すればよく、例えば、研削水供給源５２からの吐出し量を調整するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、第２の研削水量は第１の研削水量よりも研削水量が低減されていればよく、例えば、第２の研削水量は０［ｍｌ／ｓ］に調整されてもよい。すなわち、第１の研削水量よりも低減させた第２の研削水量とは、研削水量を停止させた状態も含んでいる。

また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

また、本実施の形態では、本発明を脆性材料の仕上げ研削に適用した構成について説明したが、研削砥石の自生発刃を起こさせると共に目詰まりを防止できる他の板状ワークの研削加工に適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、研削砥石の自生発刃を起こさせると共に目詰まりを防止して、板状ワークを良好に研削することができるという効果を有し、特に、シリコンカーバイドやシリコン等の板状ワークを研削する研削装置に有用である。

１研削装置
２０チャックテーブル
３０研削送り手段
４０研削手段
４２スピンドル
４３モータ
４６研削ホイール
４７研削砥石
５０研削水供給手段
６０制御手段
６２負荷検出手段
Ｗ板状ワーク

Claims

板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された板状ワークを研削する研削ホイールが装着されるスピンドル及び該スピンドルを回転駆動するモータを備える研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに対して離間及び接近させる研削送り手段と、該チャックテーブルに保持された板状ワーク上面に研削水を流量調整可能に供給する研削水供給手段と、該研削手段の研削負荷を検出する負荷検出手段と、装置を制御する制御手段と、を備える研削装置を使用して板状ワークを仕上げ厚みまで薄化する研削方法であって、
回転駆動する該研削ホイールが該板状ワークに当接し第１の研削水量の研削水を供給しつつ、所定送り速度で研削送りして仕上げ厚みまで該板状ワークを研削する研削ステップを含み、
該研削ステップ実施中に、該第１の研削水量よりも低減させた第２の研削水量を供給して研削して該研削ホイールの目代わりを促進させる目代わり促進ステップを、該負荷検出手段で検出された該研削手段の研削負荷が所定の閾値を超えたら所定時間ずつ実施すること、を特徴とする研削方法。
該負荷検出手段は、該研削手段の研削負荷として該モータの負荷電流値を検出する請求項１に記載の研削方法。
該負荷検出手段は、該研削手段の研削負荷として板状ワーク上面に対する垂直荷重を検出する請求項１に記載の研削方法。