(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
回転軸を有する回転スピンドルに装着され、該回転スピンドルに固定される固定端部と自由端部とを有するホイール基台と、該自由端部の外周部に該自由端部の自由端面から突出して固定された研削砥石と、から構成され、被加工物を研削するための研削ホイールを製造する研削ホイールの製造方法であって、
該ホイール基台の該自由端部の該外周部に、ダイヤモンド砥粒をボンド剤で結合した直方体形状のセグメント砥石の固定端側を、該回転軸に対して該セグメント砥石の自由端側が該ホイール基台の該自由端部から下方に向かって、該ホイール基台の外周面から外方に張り出すように傾斜して装着可能に傾斜した側面及び天井面からなる砥石装着部を形成する砥石装着部形成ステップと、
該砥石装着部形成ステップを実施した後に、該セグメント砥石の該固定端側を該ホイール基台の該砥石装着部の該側面及び該天井面と当接させて且つ該自由端を該ホイール基台の該自由端面から突出させて該砥石装着部に接着するセグメント砥石接着ステップと、
該セグメント砥石接着ステップを実施した後に、該セグメント砥石をチャックテーブルに保持された成形ドレスボードで該セグメント砥石の該自由端側の該成形ドレスボードと接触する接触端を該回転軸と垂直になるまで平坦化し、該セグメント砥石の外周端面と該接触端とが鋭角になるように成形されて該研削砥石が形成される砥石成形ステップと、
から構成される研削ホイールの製造方法。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る研削装置について説明する。
図1は、本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。
図2は、本実施の形態に係る研削装置による研削加工を示す斜視図である。なお、本実施の形態に係る研削装置は、
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。
【0011】
図1に示すように、研削装置1は、被加工物Wを保持したチャックテーブル3を低速でX軸方向に加工送りしながら、単一の研削砥石56によって被加工物Wの上面をクリープフィード研削するように構成されている。また、研削装置1のチャックテーブル3には、被加工物Wの代わりに、定期的に整形ドレス及び目立てドレス用の成形ドレスボードDが保持され、成形ドレスボードDがクリープフィード研削されることで研削砥石56がドレス加工される。なお、被加工物Wは、樹脂や金属等の靱性材で円板状に形成されたウェーハでもよいし、被研削面に靱性材の層が形成されたウェーハでもよい。
【0012】
研削装置1の基台2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3と共に移動可能な移動板31及び蛇腹状の防水カバー32により覆われている。防水カバー32の下方には、チャックテーブル3を径方向(X軸方向)に移動させるボールねじ式の進退手段36が設けられている。チャックテーブル3の表面には、多孔質のポーラス材によって被加工物Wを吸着する保持面34が形成されている。保持面34は、チャックテーブル3内の流路を通じて吸引源(不図示)に接続されており、保持面34に生じる負圧によって被加工物Wが吸引保持される。
【0013】
基台2上のコラム21には、研削手段5をチャックテーブル3に対して研削送り方向(Z軸方向)に接近及び離間させる研削送り手段4が設けられている。研削送り手段4は、コラム21に配置されたZ軸方向に平行な一対のガイドレール41と、一対のガイドレール41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42とを有している。Z軸テーブル42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43が螺合されている。ボールネジ43の一端部に連結された駆動モータ44によりボールネジ43が回転駆動されることで、研削手段5がガイドレール41に沿ってZ軸方向に移動される。
【0014】
研削手段5は、ハウジング51を介してZ軸テーブル42の前面に取り付けられており、円筒状の回転スピンドル52の下端にマウント53を設けて構成されている。回転スピンドル52にはフランジ54が設けられ、フランジ54を介してハウジング51に研削手段5が支持される。マウント53の下面には、単一の研削砥石56が配置された研削ホイール55が回転可能に保持されている。研削砥石56は、例えば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等のボンド剤で固めたセグメント砥石で構成される。なお、研削砥石56の詳細は後述する。
【0015】
このように構成された研削装置1では、
図2に示すように、回転スピンドル52によって研削ホイール55がZ軸回りに回転されながら、研削手段5がチャックテーブル3に近づけられる。そして、被加工物Wに向けて研削水が供給され、研削砥石56が被加工物Wに回転接触されることで、研削砥石56と被加工物Wとが相対的に摺動されて被加工物Wが研削される。この研削砥石56によって被加工物Wが研削された状態で、チャックテーブル3がX軸方向に低速で水平移動されることで、研削砥石56によって被加工物Wがクリープフィード研削される。
【0016】
ところで、本実施の形態に係る被加工物Wが靱性材で形成されているため、ダイヤモンド刃や超鋼バイト等のバイト工具で加工することが好ましいが、バイト工具が摩耗すると形状修正するのに時間や専用の設備が必要になる。本件出願人は、研削砥石56をバイト工具のような形状にすることで、バイト工具と同等な加工品質が得られ、且つ形状修正が容易になることを発見した。これにより、靱性材の被加工物Wが加工し易くなり、研削砥石56の摩耗時には成形ドレスボードD(
図1参照)で研削能力を短時間で容易に回復できる。
【0017】
しかしながら、このような特殊形状の研削砥石56を焼結ボンドで成形するのに時間を要する。また、この形状の研削砥石56を接着剤で研削ホイール55のホイール基台57に固定する際にはバラツキ等が生じ、ホイール基台57に対して研削砥石56を所望の傾斜角度で精度よく固定することが難しい。そこで、本実施の形態に係る研削ホイール55の製造方法では、ホイール基台57に対して直方体状のセグメント砥石65(
図4B参照)を斜めに装着した状態で成形ドレスボードDによってドレスすることで、研削砥石56の外周側の外周端面61を傾斜させた研削ホイール55を製造するようにしている。
【0018】
図3を参照して、研削ホイールについて説明する。
図3は、本実施の形態に係る研削手段のマウントと研削ホイールの断面図である。なお、本実施の形態に係る研削ホイールは、
図3に示す構成に限定されず、研削砥石が傾斜した状態で装着されたものであればよい。
【0019】
図3に示すように、研削ホイール55は、回転軸を有する回転スピンドル52のマウント53に装着されており、リング状のホイール基台57に単一の研削砥石56を固定して構成される。ホイール基台57の上面はマウント53を介して回転スピンドル52に固定される固定端部58になっており、ホイール基台57の下面は自由端部59になっている。自由端部59の外周側には、自由端部59の自由端面から突出するように単一の研削砥石56が固定されている。研削砥石56は、ホイール基台57に対して斜めに装着されており、外周端面61と底面62の角部63が鋭角に形成されている。
【0020】
ホイール基台57は、アルミニウム等の比較的加工し易い材料で、内周部71よりも外周部72が下方に突出した段状に形成されている。ホイール基台57の内周部71には、回転スピンドル52内の研削水の供給路69に連なる供給口73が形成されている。供給口73の出口は内周部71の下面に開口されており、内周部71の下面に連なる外周部72の内周面には、下方に向かって外周部72の幅を狭めるように傾斜面74が形成されている。このため、供給口73から流出した研削水は、遠心力を受けつつ外周部72の傾斜面74を伝って自由端部59側の研削砥石56へ供給される。
【0021】
ホイール基台57の自由端部59の外周部72には、研削砥石56の固定端側が装着される砥石装着部76が形成されている。砥石装着部76は、径方向外側に傾斜した側面77と径方向内側に傾斜した天井面78によって、全周に渡ってV字溝状に形成されている。砥石装着部76の側面77には研削砥石56の外周側の外周端面61が装着され、砥石装着部76の天井面78には研削砥石56の固定端66側(
図4B参照)が装着される。これにより、研削砥石56が、ホイール基台57の自由端部59から下方に向かって、ホイール基台57の外周面から外方に張り出すように傾斜した状態で砥石装着部76に装着される。
【0022】
研削砥石56は、ホイール基台57に斜めに装着された状態で、水平な底面62に対して外周端面61のなす角度が鋭角になるように形成されている。この傾斜した外周端面61を被加工物Wに作用させることで、靱性材で形成された被加工物Wであっても、バイト工具と同等な加工品質を得ることが可能になっている。研削砥石56は、直方体状のセグメント砥石65(
図4B参照)の固定端66側をホイール基台57の砥石装着部76に斜めに装着し、セグメント砥石65の自由端67側を水平にドレスすることで成形される。なお、ホイール基台57に対する砥石装着部76の形成方法、研削砥石56の成形方法の詳細については後述する。
【0023】
また、研削砥石56の鋭角な角部63は、被加工物Wの加工枚数が増加するのに伴って、経時的な摩耗によって丸みを帯びてしまう。しかしながら、研削砥石56がダイヤモンド砥粒をボンド剤で焼結させて形成されているため、通常の砥石のように成形ドレスボードD(
図1参照)でドレスすることで、研削砥石56の角部63を短時間で容易に形状修正することができる。なお、成形ドレスボードDは、グリーンカーバイト(GC)系、ホワイトアランダム(WA)系の砥粒をレジンボンド等のボンド剤で円板状に固めて成形されている。また、成形ドレスボードDは被加工物Wと略同径に形成されている。
【0024】
図4を参照して、研削ホイールの製造方法について説明する。
図4は、本実施の形態に係る研削ホイールの製造方法の説明図である。なお、
図4Aは砥石装着部形成ステップ、
図4Bはセグメント砥石接着ステップ、
図4Cは砥石成形ステップをそれぞれ示している。
【0025】
図4Aに示すように、砥石装着部形成ステップが実施される。砥石装着部形成ステップでは、アルミニウム製のホイール基台57の外周部72に、不図示の旋盤のバイト工具89によって逃げ加工が施されることで砥石装着部76が削り出される。ここで、研削砥石56の外周端面61と底面62の角部63の角度θ
2は、回転スピンドル52の回転軸方向(Z軸方向)に対する砥石装着部76の側面77の傾斜角度θ
1に依存している。このため、砥石装着部76の側面77の傾斜角度θ
1は、研削砥石56の角部63に必要な角度θ
2に基づいて決定される。具体的には、側面77の傾斜角度θ
1と角部63の角度θ
2の和が直角になる関係にあるため、側面77の傾斜角度θ
1は90度から研削砥石56の角部63の角度θ
2を差し引くことで求められる。
【0026】
また、砥石装着部76の天井面78は側面77に対して直交しており、回転スピンドル52の回転軸方向に対する天井面78の傾斜角度θ
3と側面77の傾斜角度θ
1の和が直角になっている。このため、天井面78の傾斜角度θ
3は研削砥石56の角部63の角度θ
2に等しく、角部63の角度θ
2によって天井面78の傾斜角度θ
3が決定される。そして、側面77の傾斜角度θ
1及び天井面78の傾斜角度θ
3に基づいて、バイト工具89が動かされてホイール基台57にV字溝状の砥石装着部76が形成される。このようにして、ホイール基台57には、鋭角な角部63が形成される前の直方体状のセグメント砥石65(
図4B参照)の自由端67が回転方向外側に傾斜するように、セグメント砥石65の固定端66側が装着される側面77及び天井面78が形成される。
【0027】
図4Bに示すように、砥石装着部形成ステップを実施した後には、セグメント砥石接着ステップが実施される。セグメント砥石接着ステップでは、直方体状のセグメント砥石65の固定端66側を砥石装着部76の側面77及び天井面78に接着剤を介して当接させる。これにより、セグメント砥石65の自由端67側がホイール基台57の下面である自由端面から突出された状態で、セグメント砥石65の固定端66側がホイール基台57の砥石装着部76に接着される。セグメント砥石65が傾斜した状態で接着されるため、セグメント砥石65の自由端67側も水平面に対して傾斜している。
【0028】
図4Cに示すように、砥石装着部形成ステップを実施した後には、砥石成形ステップが実施される。砥石成形ステップでは、チャックテーブル3上に成形ドレスボードDが保持され、セグメント砥石65で成形ドレスボードDがクリープフィード研削される。この場合、セグメント砥石65の最下位置の角部が成形ドレスボードDに接触する接触端68になっている。そして、セグメント砥石65が回転スピンドル52の回転軸を中心に周回され、セグメント砥石65に対して成形ドレスボードDがX軸方向に水平移動されることで接触端68が削られる。
【0029】
成形ドレスボードDによるセグメント砥石65のドレスによって、セグメント砥石65の接触端68が回転軸(Z軸)と垂直になるまで平坦化される。そして、セグメント砥石65の平坦化された接触端68(底面62)と外周端面61とが鋭角になるように成形される。このように、直方体状のセグメント砥石65から、接触端68に対して外周端面61を鋭角にした研削砥石56を作り出すことができる。また、ホイール基台57に砥石装着部76を形成して、砥石装着部76にセグメント砥石65を固定した状態で研削砥石56が成形されるため、ホイール基台57に対する研削砥石56の位置ズレが防止される。
【0030】
図5を参照して、本実施の形態に係る研削ホイールを用いた被加工物に対する研削動作、研削砥石に対するドレス加工について説明する。
図5は、本実施の形態に係る被加工物に対する研削動作及び研削砥石に対するドレス加工の説明図である。
図5A及び
図5Bは被加工物に対する研削動作を示し、
図5C及び
図5Dは研削砥石に対するドレス加工を示している。なお、
図5に示す研削動作及びドレス加工は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【0031】
図5Aに示すように、被加工物Wがチャックテーブル3の中心に保持されており、研削砥石56が被加工物Wの外縁よりも外側に位置付けられる。回転スピンドル52の回転軸を中心として研削砥石56が高速で周回されながら所定の切り込み深さまで降ろされ、研削砥石56に対してチャックテーブル3が相対的に水平移動される。これにより、研削砥石56によって被加工物Wの一端81側から他端82側に向かってクリープフィード研削が開始される。クリープフィード研削では、X軸方向に送られながら、研削砥石56の回転方向前方側の側面77と外周端面61によって被加工物Wの表面が円弧状に削り取られる。
【0032】
このとき、
図5Bに示すように、研削砥石56の外周端面61が底面62に対して鋭角に傾斜しているため、被加工物Wの研削時に研削砥石56に生じる研削抵抗が小さくなっている。すなわち、傾斜した外周端面61に対する垂直方向に反力が作用する分だけ、研削砥石56に対する水平方向(X軸方向)の反力が小さくなる。このため、研削後の被加工物Wの被研削面が摩擦によって白化せずに、被研削面の色に濃淡が生じることがなく外観性が悪化することがない。また、研削屑が粉状に発生するため装置内の排水口に研削屑が堆積することがなく、排水口が詰まることがない。
【0033】
図5Cに示すように、被加工物Wのクリープフィード研削によって研削砥石56の角部63が摩耗すると、被加工物Wの代わりに成形ドレスボードDがチャックテーブル3上に保持される。また、研削砥石56が成形ドレスボードDの外縁よりも外側に位置付けられる。そして、回転スピンドル52の回転軸を中心として研削砥石56が高速で周回されながら所定の深さまで降ろされ、研削砥石56に対してチャックテーブル3が相対的に水平移動される。これにより、研削砥石56によって成形ドレスボードDの一端83側から他端84側に向かってクリープフィード研削が開始される。クリープフィード研削では、研削砥石56が成形ドレスボードDに押し当てられながら、成形ドレスボードDがX軸方向に加工送りされる。
【0034】
図5Dに示すように、成形ドレスボードDによって研削砥石56の底面62がドレスされることで、研削砥石56の外周端面61と底面62との角部63から丸みが取り除かれる。これにより、研削砥石56の外周端面61と底面62との角部63が鋭角に形状修正され、研削砥石56の研削性能が回復される。このように、研削砥石56をバイト工具のような形状にしたことで、バイト工具のように靱性材に対する研削性能を高めると共に、成形ドレスボードDによって形状修正を容易にしている。
【0035】
以上のように、本実施の形態に係る研削方法では、ホイール基台57の砥石装着部76に対して直方体状のセグメント砥石65が斜めに装着された状態で、セグメント砥石65が成形ドレスボードDによってドレスされる。成形ドレスボードDに接触するセグメント砥石65の接触端68が削られることで、外周端面61と接触端68が鋭角に形成される。研削砥石56の外周端面61と接触端68の角度はセグメント砥石65の傾斜角度に依存するため、砥石装着部76の側面77の傾斜角度を調整することで、外周端面61と接触端68の角度を所望の角度に形成することができる。また、被加工物Wの表面に対して外周端面61が傾斜しているため、外周端面61を被加工物Wに作用させながら被加工物Wをクリープフィード研削することで、靱性材で形成された被加工物Wを良好に薄化することができる。また、研削砥石56は、ダイヤモンド砥粒をボンド剤で結合して形成されているため、研削砥石56の形状が悪化しても成形ドレスボードDによって研削砥石56を形状修正することができる。
【0036】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【0037】
例えば、本実施の形態において、研削ホイール55のホイール基台57に1個の研削砥石56が配設される構成を例示して説明したが、この構成に限定されない。研削ホイール55は、ホイール基台57に2個以上の研削砥石56が配設されてもよく、この場合には隣接する研削砥石56の間隔が、研削砥石56の円周方向の幅よりも広く空けられる。例えば、
図6Aに示すように、変形例に係る研削ホイール91は、研削ホイール91の回転軸を中心としたホイール基台94の点対称位置に、外周端面92を外側に向けた2個の研削砥石93が配設されてもよい。このような研削ホイール91であっても、本実施の形態に係る研削ホイールの製造方法で製造可能である。また、研削ホイール91に複数の研削砥石93を配設することにより、各研削砥石93が摩耗によって形状が崩れるまでの期間が長くなり、成形ドレスボードD(
図5D参照)を用いた形状修正の回数を減らすことができる。
【0038】
また、上記した実施の形態において、被加工物Wを全体的に薄化するための研削ホイール55について説明したが、この構成に限定されない。例えば、
図6Bに示すように、被加工物W1の裏面の外周部分だけを残し、その内側だけを研削した、いわゆるTAIKOウェーハを形成するための研削ホイール95を製造することも可能である。この場合、多数のセグメント砥石97の自由端98側が回転方向外側に傾斜するように、各セグメント砥石97をホイール基台96に装着し、この状態で成形ドレスボードD(
図5D参照)によってドレスすることで研削ホイール95を製造する。これにより、ホイール基台96にスカート形状(裾広がり形状)となるように、多数の研削砥石99を設けることができる。
【0039】
また、上記した実施の形態において、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドで固めて研削砥石56を形成したが、この構成に限定されない。研削砥石56のボンド剤としては、メタルボンドに限らず、レジンボンドやビトリファイドボンドが使用されてもよい。
【0040】
また、上記した実施の形態において、ホイール基台57に対して全周に渡って砥石装着部76が形成される構成にしたが、この構成に限定されない。砥石装着部76は、ホイール基台57に対して部分的に形成されてもよい。