特開 2024-172188 陽極酸化援用研削装置及び陽極酸化援用研削方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024172188

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】陽極酸化援用研削装置及び陽極酸化援用研削方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20241205BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 631

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023089741

(22)【出願日】2023-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000167222

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクトマシンシステム

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110004495

【氏名又は名称】弁理士法人テイクオフ

(72)【発明者】

【氏名】吉川 亘

(72)【発明者】

【氏名】寺田 久夫

(72)【発明者】

【氏名】加藤 智久

【テーマコード（参考）】

5F057

【Ｆターム（参考）】

5F057AA33

5F057AA37

5F057BA11

5F057BB09

5F057CA14

5F057DA11

5F057DA34

5F057FA45

5F057GA07

(57)【要約】

【課題】被加工物の表面をより効率的に陽極酸化させながら能率的に研削加工できるようにする。
【解決手段】電解液Ｗを介して陽極６と陰極７と被加工物１との間で直流電流を流すことにより被加工物１の表面に陽極酸化皮膜を生成して、研削砥石１２により陽極酸化皮膜を研削する。陽極６は研削砥石１２とは別に設けられており、与圧手段１６の与圧によって被加工物１に押し当てながら給電する。陽極６は被加工物１よりも柔らかい導電性材料である。電解液Ｗは陽極６及び陰極７の電極６，７側から供給する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解液を介して陽極と陰極と被加工物との間で直流電流を流すことにより前記被加工物の表面に陽極酸化皮膜を生成して、研削砥石により前記陽極酸化皮膜を研削するようにした陽極酸化援用研削装置であって、
前記研削砥石とは別に設けられた前記陽極を与圧によって前記被加工物に押し当てながら給電する
ことを特徴とする陽極酸化援用研削装置。

【請求項2】

前記陽極は前記被加工物よりも柔らかい導電性材料である
ことを特徴とする請求項１に記載の陽極酸化援用研削装置。

【請求項3】

前記電解液は前記陽極及び前記陰極の電極側から供給する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の陽極酸化援用研削装置。

【請求項4】

電解液を介して陽極と陰極と被加工物との間で直流電流を流すことにより前記被加工物の表面に陽極酸化皮膜を生成する工程と、
研削砥石により前記陽極酸化皮膜を研削する工程とを含む陽極酸化援用研削方法であって、
前記研削砥石とは別に設けられた前記陽極を与圧によって前記被加工物に押し当てながら給電する
ことを特徴とする陽極酸化援用研削方法。

【請求項5】

前記被加工物の研削の段階に応じて前記陽極を前記被加工物に対して接触状態と非接触状態とに制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の陽極酸化援用研削方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電解液を介して被加工物に直流電流を流したときに被加工物の表面に生じる陽極酸化反応を応用して、被加工物の表面を研削砥石により研削する陽極酸化援用研削装置及び陽極酸化援用研削方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣウエーハ等の被加工物を平面研削する際に使用する平面研削装置には、従来から陽極酸化援用研削装置がある（特許文献１）。この陽極酸化援用研削装置は、電解液を貯留する容器を備え、被加工物の加工時に、容器内に貯留された電解液中に被加工物を浸漬して、その電解液を介して陽極と陰極と被加工物との間で直流電流を流し、被加工物の表面に生じる陽極酸化反応を利用して、研削砥石により被加工物の表面を研削するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－２７３５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような陽極酸化援用研削装置では、ＳｉＣウエーハ等の被加工物を研削加工する場合でも、陽極酸化によりＳｉＣウエーハの表面が柔らかくなるため、酸化セリウム等の一般砥粒による研削砥石や遊離砥粒を使用することが可能になり、ダイヤモンド砥石により研削する場合に比較して、ＳｉＣウエーハの表面に与えるダメージが減少して加工後の表面粗さが向上すると共に、研削砥石の非超砥粒化によるツールコストを低減できる利点がある。

【0005】

しかし、従来の陽極酸化援用研削装置は、容器内に貯留された電解液中に被加工物を浸漬するために、研削装置全体が大型化し複雑になる上に、研削砥石により被加工物を研削した研削屑が容器の電解液中に溜まり、その研削屑の回収、メンテナンスが困難になる等の問題がある。

【0006】

そこで、本発明者等は、特願２０２２－７１６１７号として新たな陽極酸化援用研削装置を提案した。この先願に係る陽極酸化援用研削装置は、容器内に貯留された電解液中に被加工物を浸漬する従来とは異なり、陰極と被加工物との間に電解液を掛け流し状に供給することにより、電解液を溜めるための容器を不要にしたものであり、装置全体を小型化できると共に、容器内に溜まる研削屑の回収が不要でメンテナンス等を容易にできる利点がある。

【0007】

しかし、先願の陽極酸化援用研削装置は、研削砥石を陽極として使用し、この研削砥石を介して給電するため、研削砥石自体が酸化反応してしまうことになり、研削砥石の研削効率が低下し、また被加工物の表面を陽極酸化させる際の電気エネルギーの損失が大きい等の問題があり、被加工物の表面をより効率的に陽極酸化させながら、研削砥石により被加工物の表面を能率的に研削加工できなかった。

【0008】

本発明は、このような問題点に鑑み、被加工物の表面をより効率的に陽極酸化させながら能率的に研削加工できる陽極酸化援用研削装置及び陽極酸化援用研削方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る陽極酸化援用研削装置は、電解液を介して陽極と陰極と被加工物との間で直流電流を流すことにより前記被加工物の表面に陽極酸化皮膜を生成して、研削砥石により前記陽極酸化皮膜を研削するようにした陽極酸化援用研削装置であって、前記研削砥石とは別に設けられた前記陽極を与圧によって前記被加工物に押し当てながら給電するものである。前記陽極は前記被加工物よりも柔らかい導電性材料であることが望ましい。前記電解液は前記陽極及び前記陰極の電極側から供給することが望ましい。

【0010】

本発明に係る陽極酸化援用研削方法は、電解液を介して陽極と陰極と被加工物との間で直流電流を流すことにより前記被加工物の表面に陽極酸化皮膜を生成する工程と、研削砥石により前記陽極酸化皮膜を研削する工程とを含む陽極酸化援用研削方法であって、前記研削砥石とは別に設けられた前記陽極を与圧によって前記被加工物に押し当てながら給電するものである。前記被加工物の研削の段階に応じて前記陽極を前記被加工物に対して接触状態と非接触状態とに制御することもある。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、研削砥石とは別に設けられた陽極を与圧によって被加工物に押し当てながら給電するため、研削砥石を介して給電する場合に比較して、被加工物の表面をより効率的に陽極酸化させながら能率的に研削加工できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本願発明の第１実施形態を示す陽極酸化援用研削装置の立面図である。

【図2】同陽極酸化援用研削装置の平面図である。

【図3】同陽極酸化援用研削装置の要部の断面図である。

【図4】同陽極酸化援用研削装置の要部の平面断面図である。

【図5】（ａ）（ｂ）は同電極の断面図である。

【図6】（ａ）（ｂ）は本願発明の第２実施形態を示すオシレート型の陽極酸化援用研削装置の平面断面図である。

【図7】本願発明の第３実施形態を示す陽極の断面図である。

【図8】本願発明の第４実施形態を示す要部の平面断面図である。

【図9】本願発明の第５実施形態を示す第１加工例の説明図である。

【図10】同第２加工例の説明図である。

【図11】同第３加工例の説明図である。

【図12】（ａ）は同電極の構成図、（ｂ）は同第４加工例の説明図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0013】

以下、発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。図１～図５は平面研削装置に採用した陽極酸化援用研削装置の第１の実施形態を示す。この陽極酸化援用研削装置は、図１、図２に示すように、上面に円板状の被加工物１が同心状に着脱自在に装着され且つ縦軸心２ａ回りに図１のａ矢示方向に回転する被加工物回転装置２と、縦軸心３ａ回りに図１のｂ矢示方向に回転しながら上下方向（上下方向は鉛直方向と同義である。以下同様）に前進後退可能な砥石軸３と、砥石軸３の下端の砥石軸フランジ４に着脱自在に装着され且つ被加工物回転装置２上の被加工物１の上表面を研削可能な研削ホイール５と、被加工物回転装置２上の被加工物１の外周側近傍に配置され且つ被加工物１の上表面に与圧によって被加工物１の回転方向に相対移動自在に押し当てられた陽極６と、研削ホイール５と陽極６との間に配置され且つ被加工物回転装置２上の被加工物１の上側に微小間隙Ｓをおいて非接触状態に配置された陰極７と、陽極６及び陰極７の電極６，７に対して被加工物１の外周側に配置され、且つ被加工物１、陽極６及び陰極７の間に電解液Ｗを掛け流し状に供給する電解液供給手段８と、電解液Ｗを介して陽極６から被加工物１を経て陰極７へと直流電流を流す直流電源９とを備えている。

【0014】

なお、この陽極酸化援用研削装置は、研削ホイール５、陽極６、陰極７、電解液供給手段８等により上側ユニットＵ１が構成され、被加工物回転装置２等により下側ユニットＵ２が構成されている。

【0015】

被加工物回転装置２は、上端のチャック手段１０により被加工物１を着脱自在に吸着するようになっている。チャック手段１０は被加工物１を吸着する多孔質の吸着板を有する。被加工物１は、例えば導電性を有するＳｉＣウエーハであるが、導電性を有するものであれば、他のものでもよい。

【0016】

研削ホイール５は被加工物１を研削する研削砥石（研削手段）を構成するもので、砥石軸フランジ４の下側に着脱自在に装着可能な砥石母材１１と、この砥石母材１１の下側に固定された非導電性のカップ型砥石１２とを有する。カップ型砥石１２はその外径が被加工物１の外径以上であり、且つ刃幅が被加工物１の中心を通るように配置されている。なお、カップ型砥石１２は一般砥石等の非導電性砥石が使用されている。砥石にはカップ型砥石１２以外のものを使用することも可能であり、被加工物１の材質に応じて一般砥石以外のもの、導電性を有するもの等を使用してもよい。

【0017】

陽極６は上下方向の棒状であって、被加工物１上を摺動しても、被加工物１にダメージを与えないように、被加工物１よりも柔らかい導電性材料により構成されている。また陽極６は、図３に示すように保持ケース１４と陽極ホルダ１５とにより上下動自在に保持されると共に、バネ式の与圧手段１６の与圧により被加工物１上に下向きに押し当てられ、エアー式の昇降手段１７により与圧手段１６に抗して被加工物１から離れる非接触状態に持ち上げ可能である。陽極６は給電部材１８、陽極ホルダ１５、正電位側給電線１９を介して直流電源９の正電位側端子に接続されている。

【0018】

なお、陽極６、陰極７により給電装置が構成されている。また被加工物１、電解液Ｗを介して直流電源９、陽極６、陰極７間で構成される閉回路により、被加工物１に直流電流を流して被加工物１の表面に陽極酸化皮膜を生成させる工程が実行される。

【0019】

陽極６、陰極７及び電解液供給手段８は支持部材２１に設けられている。支持部材２１はブラケット２３、摺動部２４を介して揺動枠２５の一対の案内軸２６により上下方向に摺動自在に支持され、図外の昇降駆動手段の駆動により昇降可能である。揺動枠２５は縦軸回りに揺動自在に支持され、陽極６、陰極７及び電解液供給手段８が被加工物回転装置２上に位置する加工位置（図１及び図２に示す位置）と、被加工物回転装置２上から側方に離れた退避位置との間で揺動可能である。

【0020】

陽極６、陰極７及び電解液供給手段８は、図２に示すように、加工位置では被加工物１の略中心を通る線分Ｘ上に研削ホイール５、陰極７、陽極６及び電解液供給手段８の順で略一列に並んで配置されている。陽極６は、研削ホイール５との間に陰極７を挟んで配置され、被加工物１の外周側に対応している。

【0021】

陽極６は、図３、図４に示すように、絶縁性を有する保持ケース１４内でブッシュ２７により上下摺動自在に保持されており、ブッシュ２７の上側に位置する鍔状のピストン部２８と、保持ケース１４から下方に突出して被加工物１の上面に接触可能な凸部２９とを有する。陽極ホルダ１５内には陽極６の上端側に当接可能な給電部材１８が収容され、この給電部材１８と陽極ホルダ１５の頂部との間にコイルバネ３０が介在されている。保持ケース１４、陽極ホルダ１５は、支持部材２１に着脱自在に取り付けられている。

【0022】

与圧手段１６は陽極ホルダ１５、コイルバネ３０等により構成されている。昇降手段１７は、保持ケース１４内でブッシュ２７とピストン部２８との間に形成されたシリンダ室３１と、そのシリンダ室３１に接続されたエアー管路３２と、コイルバネ３０とにより構成されている。エアー管路３２は制御弁３３を介してエアー源３９に接続されている。

【0023】

陽極６は制御弁３３の操作による昇降手段１７の昇降動作により、被加工物１に接触する接触状態（図１、図３参照）と、被加工物１から離れた非接触状態（図５（ｂ）参照）とに切り替え可能である。即ち、制御弁３３を上昇側に操作すると、エアー管路３２を介して昇降手段１７のシリンダ室３１内にエアーが供給されるので、図５（ｂ）に示すようにピストン部２８を介して陽極６が上昇し凸部２９が被加工物１の上面から離れて非接触状態となる。また制御弁３３を下降側に操作すると、コイルバネ３０の与圧により昇降手段１７のシリンダ室３１のエアーが抜けて、図３に示すように陽極６が被加工物１に接触する接触状態となる。

【0024】

そのため被加工物１の加工状況に応じて制御弁３３を操作することにより、昇降手段１７が上昇又は下降方向に作動して、陽極６が被加工物１に対して接触する接触状態と、陽極６が被加工物１から離れる非接触状態とを任意に選択することができる。

【0025】

なお、陽極６は被加工物１よりも柔らかい黒鉛（グラファイト）やカーボン、又はそれらの複合材料から構成されている。しかし、陽極６は、被加工物１よりも柔らかい材料であればよく、黒鉛やカーボンに限定されるものではない。

【0026】

陰極７は平板状であって、被加工物１の上表面との間に所定の間隙、例えば微小間隙Ｓをおいて略平行に配置されている。この陰極７は被加工物回転装置２上での被加工物１の回転に伴って、被加工物１の上面の外周部側から中心側の略全体と対向可能な形状になっている。即ち、陰極７は、図２に示すように、研削ホイール５に近い側に被加工物１の略直径方向の長辺部７ａを有し、この長辺部７ａに対して研削ホイール５と反対側の円弧状部７ｂを有する略半円板状であって、その円弧状部７ｂの中央側に研削ホイール５へと略Ｖ字状の切り欠き部７ｃが設けられている。切り欠き部７ｃ内には、陽極６、保持ケース１４等を含む陽極ユニットが配置されている。

【0027】

換言すれば、陰極７は被加工物１の陽極６側の略半分に対応する形状、大きさであって、被加工物１の外周側が広がる形状の一対の陰極部７ｄを線分Ｘ上を挟む両側に備え、被加工物１との相対回転によって、被加工物１の上表面側の全域が各陰極部７ｄと対応するようになっている。なお、陰極７は被加工物１の回転、オシレート（後述）等の相対移動により、陰極７が被加工物１の全体に対応すればよいので、例えば図２の一対の陰極部７ｄの何れか一方のみでもよい。

【0028】

陰極７は、絶縁性を有する取り付け部材（図示省略）を介して支持部材２１の下側に固定されると共に、支持部材２１を貫通して上側に突出する給電部材３６が固定されている。給電部材３６は負電位側給電線３７を介して直流電源９の負電位側端子に接続されている。

【0029】

被加工物１と陰極７との間の間隙は、具体的には１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下の微小間隙Ｓである。以下、この間隙を微小間隙Ｓというが、特定の寸法の間隙を指称するものではない。なお、給電時には被加工物１、電解液Ｗを介して直流電源９、陽極６、陰極７間で閉回路を構成する。

【0030】

電解液供給手段８は陽極６及び陰極７の電極６，７側から被加工物１側へと電解液Ｗを供給して、被加工物１、陽極６及び陰極７間に電解液Ｗの層を形成するためのものであって、陽極６及び陰極７に対して研削ホイール５と反対側に配置されている。

【0031】

この電解液供給手段８は、下向きに配置された一対の供給口４１と、供給源３４からの電解液Ｗを供給口４１へと供給する供給管路４３と、供給口４１からの電解液Ｗを受けて陽極６、陰極７側から被加工物１上へと案内する案内具４４とを有する。

【0032】

供給口４１は線分Ｘに対して略対称に配置され、ブラケット２３の上下両側に設けられたナット等の調整手段４２により上下調整可能に固定されている。なお、供給口４１は複数配置する他、１個でもよい。

【0033】

案内具４４は供給口４１を取り囲む周壁部４５と、この周壁部４５の底側に設けられた受け部４６とを備え、周壁部４５には被加工物１側に開放する案内口４７が設けられている。案内具４４は支持部材２１の下側に固定されている。周壁部４５の案内口４７は、下部側を除いて略全体が陽極ユニットの保持ケース１４により塞がれており、陽極ユニットの保持ケース１４の下側と受け部４６との間を経て電解液Ｗを被加工物１上に供給するようになっている。

【0034】

なお、電解液供給手段８は、陽極ユニットの保持ケース１４の外周を経て電解液Ｗを被加工物１上に供給するようにしてもよい。受け部４６の案内口４７には陽極６と干渉しないように切り欠き部４９が設けられている。電解液供給手段８の供給口４１はブラケット２３に、案内具４４は支持部材２１に夫々取り付けているが、電解液供給手段８の全体を支持部材２１に取り付けてもよい。

【0035】

給電線１９，３７、エアー管路３２、供給管路４３は、陽極６、陰極７、電解液供給手段８等の揺動、昇降等の動きを阻害しないように適宜可撓性を有する。支持部材２１、ブラケット２３、案内具４４には、絶縁性の材料が使用されている。

【0036】

なお、陽極６、陰極７、電解液供給手段８は、研削ホイール５と電解液供給手段８との間に陽極６、陰極７が位置するように配置すれば十分であり、陽極６、陰極７、電解液供給手段８を線分Ｘ上に略一列状に配置する必要はない。また陽極６、陰極７、電解液供給手段８は共通の支持部材２１に取り付ける他、個別に移動可能に別々の部材に取り付けてもよい。

【0037】

また電解液供給手段８は、研削の都度、被加工物１に掛けた電解液Ｗを循環させずに廃棄する使い切り型の他、一度研削で使用した電解液Ｗを被加工物回転装置２の下流側等の適当部位で回収してフィルタリングや化学反応処理により浄化した後、その電解液Ｗを循環させて再度被加工物１に供給する循環型とすることも可能である。従って、本実施形態における電解液Ｗの供給は、電解液Ｗを被加工物１に掛けてそのまま流す場合と、一旦被加工物１に掛けた電解液Ｗを回収して浄化し循環させて、再度、被加工物１に掛ける場合とを含むものである。

【0038】

電解液Ｗの供給量は、少なくとも研削中に陽極６及び陰極７の電極６，７と被加工物１との間を電解液Ｗで満たし得る量である。従って、電解液Ｗは少なくとも陽極６及び陰極７と被加工物１との間に溜まれば十分である。なお、陽極６、陰極７から被加工物１の周辺に供給される電解液Ｗは、研削ホイール５の研削熱の冷却や研削屑の洗い流しのために掛け流される水等の電解性のクーラントを利用することも可能である。そのため電解液Ｗは直流電流が通電可能な液体であればよく、水溶性クーラント液を使用してもよいし、市水を使用してもよい。

【0039】

陰極７と被加工物１との間隙は、被加工物回転装置２上の被加工物１が陰極７と接触せずに縦軸心２ａ回りに回転するに必要な微小間隙Ｓに設定されている。そのため被加工物１上に掛け流された電解液Ｗは、被加工物１上の微小間隙Ｓに溜まりながら被加工物１の遠心力を受けて機外方向へと流れて行く。また陽極６が被加工物１に当接した状態では、コイルバネ３０の与圧があるものの、両者間に電解液Ｗの皮膜が形成されることが望ましい。

【0040】

被加工物１の研削加工に際しては、上面に被加工物１が装着された状態の被加工物回転装置２をａ矢示方向に回転させると共に、研削ホイール５、陽極６、陰極７、電解液供給手段８等の上側ユニットＵ１を加工位置側へと移動させた後、上側ユニットＵ１を所定位置まで下降させて行く。

【0041】

例えば、上側ユニットＵ１を退避位置と加工位置との間で移動させる場合には、陽極６、陰極７等の給電装置全体を被加工物１の上方の上昇位置に保持する。この上昇位置では、図５（ａ）に示すように、陰極７が被加工物１から上昇して離れる一方、陽極６がコイルバネ３０の圧力により押し下げられて、陽極６のピストン部２８がブッシュ２７に当接して規制される位置まで下降する。このときシリンダ室３１のエアーは抜いておく。

【0042】

研削ホイール５による被加工物１の研削開始時には、図５（ｂ）に示すように、陰極７と被加工物１とが微小間隙Ｓになるまで給電装置を下降させて行く。このとき制御弁３３を操作してシリンダ室３１のエアーを抜いておくと、給電装置の下降により陽極６の下端の凸部２９が図３に示すように被加工物１の上面に当接し始めて、給電装置の下降に伴って与圧手段１６のコイルバネ３０が縮み、与圧手段１６により陽極６を被加工物１に押し当てる与圧が生じる。これによって陽極６が所定の与圧で被加工物１の上表面に当接する接触状態が得られる。

【0043】

逆に給電装置の上昇位置ではシリンダ室３１にエアーを供給して陽極６を上昇させておき、給電装置を陰極７と被加工物１とが微小間隙Ｓになるまで下降させた後、シリンダ室３１のエアーを抜き、コイルバネ３０の与圧により陽極６を被加工物１に押し当てることも可能である。

【0044】

陽極６を被加工物１に押し当てた接触状態では、陽極６がコイルバネ３０に抗して相対的に押し戻されて、陽極６のピストン部２８とブッシュ２７の上端との間に隙間ができ、ピストン部２８と陽極ホルダ１５の下端との間に隙間できる。なお、図３に示す状態において、シリンダ室３１のエアー圧を調整すれば、そのエアー圧とコイルバネ３０の与圧量とを相殺できるので、陽極６を被加工物１に押し付ける力を調整することも可能である。従って、被加工物１の上面側の酸化反応状況に応じて、陽極６の与圧力を適宜調整することができる。

【0045】

陽極６を被加工物１に接触した接触状態において、シリンダ室３１にエアーを供給すると、図５（ｂ）に示すように、陽極６が陽極ホルダ１５の下面に当接するまで陽極６と給電部材１８とがコイルバネ３０の与圧に抗して上昇する。そして、陽極６のピストン部２８が陽極ホルダ１５の下面に当接すると、陽極６と被加工物１との間に隙間ができ、陽極６と被加工物１とが非接触状態となる。

【0046】

この非接触状態でも、陽極６と被加工物１との間は電解液Ｗが充満しているため、陽極６と被加工物１とは電解液Ｗを介して導通状態を維持する。しかし、陽極６と被加工物１とが接触する接触状態の場合に比較して、電解液Ｗを介して陽極６と被加工物１とが導通するため、陽極６と被加工物１との間の電気抵抗が大になり、被加工物１の陽極酸化反応が低下する。

【0047】

従って、被加工物１の研削加工を開始して直ぐの粗研削領域では、陽極６を被加工物１に接触させて給電することにより、被加工物１の陽極酸化効率を高くし、研削終盤の仕上げ研削領域又はスパークアウトの領域になったタイミングで陽極６を被加工物１から退避させて非接触状態として意図的に陽極酸化効率を下げて、陽極酸化による研削加工よりも、研削ホイール５による研削除去を優先することで、被加工物１を陽極酸化のダメージの少ない表面に仕上げていくことが可能になる。

【0048】

研削ホイール６により被加工物１を研削加工する際には、被加工物回転装置２の被加工物１の上面に電解液供給手段８から電解液Ｗを掛け流し、電解液Ｗを介して陽極６から被加工物１を経て陰極７へと直流電流を流しながら、粗加工、仕上げ加工及びスパークアウトの工程を経て順次加工する。

【0049】

電解液供給手段８から被加工物１の上面に電解液Ｗを掛ける場合に、電解液Ｗは陽極６、陰極７の電極側から被加工物１上に掛け流す。これによって被加工物１の上面側を流動する電解液Ｗを確実に電極６，７側に供給することができる。被加工物１の上面の電解液Ｗは、被加工物１の遠心力又は表面張力を受けて薄膜状を保ちながら、被加工物１の外周側から被加工物回転装置２の外周側へと流れ、被加工物１と陽極６との隙間、被加工物１と陰極７との隙間に夫々浸入して、各隙間の大小に見合う厚さの電解液層を形成することができる。

【0050】

電解液Ｗの供給と同期して給電装置の下降により被加工物１に直流電流を流して、被加工物１の上面に陽極酸化反応による陽極酸化皮膜を形成する。研削ホイール５が回転状態にある場合には、電解液Ｗは回転状態の研削ホイール５と被加工物１との間にも浸入してクーラントとしても機能する。

【0051】

砥石軸３回りに回転状態にある研削ホイール５を被加工物１側へとｃ矢示方向に前進させて行くと、研削ホイール５が被加工物１に接触して、研削ホイール５による被加工物１の粗研削工程が始まる。一方、給電装置を所定位置まで下降させると、被加工物１と陰極７が微小間隙Ｓとなり、陽極６が被加工物１の上面にコイルバネ３０の与圧により当接する接触状態となり、陽極６から陰極７へと被加工物１、電解液Ｗを介して直流電流が流れる。

【0052】

このとき陽極６は直接被加工物１の上面に接触しており、陽極６と被加工物１との間の電気抵抗が小さくなるため、被加工物１の上面の陰極７と対向する領域の全域が正電位となり、その正電位領域が被加工物１の回転に伴って全体に広がる。そのため被加工物１の上面を効率的に陽極酸化反応させることができ、電力の無駄な消費を防止することができる。

【0053】

また陽極６は研削ホイール５とは別に設けており、研削ホイール５に直流電流を流す必要がないので、研削ホイール５を経て被加工物１に直流電流を流す場合に発生していた研削ホイール５の陽極酸化反応がなく、電力の無駄な消費がない上に、陽極酸化反応による研削ホイール５の劣化等を防止でき、研削ホイール５の研削能率を長期にわたって維持でき被加工物１を能率的に加工できる。更に陽極６は被加工物１よりも柔らかい材料を使用しているため、陽極６が被加工物１の上面を摺動するにも拘わらず、陽極６による被加工物１の上面のダメージを防止できる。

【0054】

なお、陽極６は被加工物１よりも柔らかい材料を使用する他、陽極６の被加工物１と接触する先端側を、被加工物１と面接触する平坦状にしてもよいし、曲面状に加工する等により摺動抵抗が極力少なくなるように曲面状に構成してもよい。また陽極６の先端側は、ローラ、球体等を介して転がり接触するようにしてもよい。

【0055】

陽極６は与圧手段１６による与圧を介して被加工物１に当接しているので、与圧のない場合に比較して陽極６が電気抵抗の少ない状態で被加工物１に対して安定的に接触させることができる。また陽極６側が摩耗等により損傷しても陽極６を被加工物１側に押し出すことができるため、陽極６を長期にわたって使用することが可能であり、陽極６の交換頻度を少なくすることができる。

【0056】

また陽極６が被加工物１に直接接触すると、陽極６から被加工物１へと正電位を直接印加することになり、陽極６と被加工物１との間の電気抵抗が更に低下する。そのため被加工物１の陰極７と対向する部分が陽極酸化し易くなり、被加工物１の上面側の陽極化に伴って被加工物１上面の陽極酸化が急速に生じて、被加工物１の上面に柔らかい陽極酸化皮膜を生成することができる。

【0057】

更に与圧手段１６によって陽極６を被加工物１に押し当てながら給電することにより、被加工物１と陽極６との接触部分の電気抵抗が安定的に低下して効率的に被加工物１を陽極酸化させながら研削加工できるので、被加工物１の上面の研削性が向上し、研削ホイール５を切り込むことにより、陽極酸化反応で柔らかくなった被加工物１の表面の陽極酸化皮膜を研削し除去することができる。なお、被加工物１の上面の陽極酸化皮膜は、被加工物１と陰極７との微小間隙Ｓが小さくなるほど効率的に生成される。

【0058】

勿論、この陽極酸化援用研削装置によれば、従来のように容器に貯留した電解液中に被加工物１を浸漬する必要がないため、容器が必要不可欠であった従来に比較して、装置全体を小型化、単純化することができる。また電解液Ｗを掛け流しながら研削ホイール５により陽極酸化皮膜を研削し除去するため、その研削屑は掛け流される電解液Ｗにより洗い流すことができる。そのため研削屑の回収を機外で容易に行うことができ、しかも装置のメンテナンスを容易にすることができる。

【0059】

被加工物１に向かって研削ホイール５を切り込む際の制御には、一定の切込み速度に制御する一定速度制御方式、一定の切込み負荷に制御する一定負荷制御方式、任意の回転負荷となるように切込み速度を制御する任意負荷制御方式、被加工物１の表面の陽極酸化速度に合わせて制御する酸化速度即応方式等がある。任意負荷制御方式の場合には、回転負荷が小さいほど速く切込み、回転負荷が高くなり過ぎた場合は、被加工物１から研削ホイール５が離れるように制御する。

【0060】

電解液Ｗは案内具４４により陽極６、陰極７の電極６，７に近い側から供給する。そのため電解液Ｗの無駄な消費を防止しながら、電極６，７と被加工部１との間に電解液Ｗを確実に供給することができる。特に案内具４４側に棒状の陽極６を配置して、この陽極６を挟んで案内具４４と反対側に、被加工物１と略平行に配置された陰極７があるため，被加工物１上に供給された電解液Ｗを陽極６及び陰極７と被加工物１との隙間にスムーズに浸入させることができる。

【0061】

また案内具４４の案内口４７は下部側の低い位置を除いて陽極６の保持ケース１４で塞がれているため、電解液Ｗは保持ケース１４の下側を経て被加工物１上に供給されることになり、電解液Ｗを被加工物１の近傍に集中して供給することができる。

【0062】

また被加工物１の加工中、特に研削の終盤近く又は終盤まで加工が進んだ場合に、そのときの状況に応じて陽極６を上昇させて非接触状態にすれば、陽極６の非接触中は被加工物１の上面の陽極酸化の効率を下げることができる。そのため被加工物１の上面の陽極酸化によるダメージの少ない状態に仕上げることができる。

【0063】

この陽極６の非接触は被加工物１の研削状況に応じて、仕上げ段階又はスパークアウト時に所定時間継続してもよいし、粗研削の終了後に短い時間間隔で非接触状態と接触状態とを間欠的に繰り返してもよい。このようにすることによって、何れの場合にも被加工物１の上面の陽極酸化によるダメージの少ない状態に仕上げることができる。

【0064】

図６は本発明の第２の実施形態を例示する。この陽極酸化援用研削装置はオシレート型であって、図６（ａ）（ｂ）に示すように、研削ホイール５、陽極６、陰極７、電解液供給手段８を含む上側ユニットＵ１と、被加工物１を支持する被加工物回転装置２を含む下側ユニットＵ２とが、オシレート手段（図示省略）により被加工物１の略径方向（ｄ，ｅ矢示方向）に相対的にオシレート動作可能に構成されている。

【0065】

なお、図６では下側ユニットＵ２を定位置に配置して、上側ユニットＵ１をオシレート方向に往復移動させているが、上側ユニットＵ１を定位置に配置して、下側ユニットＵ２をオシレート方向に往復移動させてもよいし、両者を逆方向に往復移動させてもよい。なお、他の構成等は第１の実施形態と同様である。

【0066】

このように上側ユニットＵ１と下側ユニットＵ２とを相対的にオシレート動作させながら被加工物１の研削加工を行うことにより、被加工物１の上面の陽極酸化と、研削ホイール５による被加工物１の上面の研削とを効率よく行う。

【0067】

即ち、研削ホイール５にカップ型砥石１２を使用する場合、図６（ａ）に示すように、カップ型砥石１２の刃幅内を被加工物１の中心Ｙが通るように研削位置を調整するが、被加工物１の中心Ｙが陰極７の下にないため、被加工物１の中心Ｙ付近の陽極酸化効率が極端に低下する。

【0068】

しかし、上側ユニットＵ１と下側ユニットＵ２とを相対的にオシレート動作させることによって、被加工物１の中心Ｙ付近が図６（ｂ）に示すように陰極７の下側に対応し易くなって、被加工物１の上面の陽極酸化と、被加工物１の上面のカップ型砥石１２による研削とを効率よく行うことができる。従って、被加工物１の中心Ｙが陰極７下又はその近傍に入る位置まで被加工物回転装置２を被加工物１の略径方向に往復移動させて、研削ホイール５と陰極７との被加工物１に対するオシレート動作を繰り返す。これによってカップ型砥石１２を使用する場合でも、被加工物１と陰極７との重なり量が大きくなり、被加工物１の陽極酸化効率が著しく向上する利点がある。

【0069】

なお、研削加工の終了前にスパークアウトする場合には、直流電源９をオフして被加工物１の上面の陽極酸化を止めて、通常研削と同じ状態でオシレート動作を継続してもよい。

【0070】

図７は本発明の第３の実施形態を例示する。この陽極酸化援用研削装置では、陽極６の自重を利用して、その与圧により陽極６を被加工物１側に押し当てるように構成されている。陽極６は保持ケース１４内のブッシュ２７により上下両側で上下摺動自在に支持されている。陽極６は支持部材２１の通孔２１ａを貫通して上側に突出し、その上端側に正電位側給電線１９が接続されている。また陽極６は上下方向の中間にピストン部２８を有し、そのピストン部２８がシリンダ室３１に配置されている。なお、ピストン部２８、シリンダ室３１等により、第１の実施形態と同様に昇降手段１７が構成され、そのシリンダ室３１はエアー管路３２を介して図外の制御弁に接続されている。

【0071】

この場合には、陽極６の自重によって、陽極６を被加工物１に対して所定の与圧で押し当てることができるので、陽極６の被加工物１に対する接触状態を安定的に確保することができる。またシリンダ室３１にエアーを送り込むと、ピストン部２８を介して陽極６を持ち上げて被加工物１に対して非接触状態に維持できる。

【0072】

従って、与圧手段１６は、陽極６を被加工物１に押し当てる方向に所定の与圧を与えられるものであればよく、第１の実施形態に示すコイルバネ３０等を利用するバネ式の他、エアーシリンダを利用して陽極６を押し当てるシリンダ式でもよいし、陽極６自体の自重を利用した自重式等の何れを採用することも可能である。

【0073】

図８は本発明の第４の実施形態を例示する。この陽極酸化援用研削装置では、略Ｖ字状の陰極７が採用されている。この陰極７は板状の導電性部材により構成される帯板状の陰極部７ｄを一対備え、その両陰極部７ｄは給電部材３６側の接続部７ｅで略Ｖ字状に連続している。陰極７の研削ホイール５と反対側には切り欠き部７ｃがあり、その切り欠き部７ｃに陽極６、電解液供給手段８等が設けられる等、他の構成は第１の実施形態と同じである。

【0074】

このように帯状の陰極部７ｄを略Ｖ字状に備えた陰極７を採用した場合でも、研削加工時には被加工物１がその中心回りに回転するため、陰極７を被加工物上１の加工面の全面に対応させることができる。従って、陰極７が被加工物１の加工面上を通過する都度、その陰極７に対応する部分を高い通電効率で間欠的に陽極酸化させると共に、陰極７から外れた部分を低い通電効率で陽極酸化させることが可能であり、被加工物１の材質、その他に応じて被加工物１の回転速度、陰極部７ｄの幅等を考慮することにより、被加工物１の加工面のダメージを抑えながら効率的に加工することもできる。

【0075】

図９～図１２は本発明の第５の実施形態として、被加工物１を研削加工する際の第１～第４加工例を例示する。図９は第１加工例を示す。この第１加工例は、全加工工程を粗加工工程と仕上げ加工工程とスパークアウト工程とに分け、粗加工工程では陽極６を接触状態として通電し、仕上げ加工工程では陽極６を非接触状態として通電し、スパークアウト工程では陽極６を非接触状態とし通電も止める。

【0076】

このようにすれば、粗加工工程では被加工物１への通電効率が高くなり、被加工物１の上面の酸化効率が高まるため、被加工物１の加工能率を高めることができる。一方、仕上げ加工工程では非接触状態の陽極６から電解液Ｗを介して被加工物１へと通電することにより通電効率を意図的に下げることができる。そのため被加工物１の酸化効率が低下して、被加工物１の表面の酸化反応のダメージが残るのを防止できると共に、被加工物１の表面の陽極の接触痕の発生も防止できる。スパークアウト工程では、陽極６による接触痕跡もなく、酸化反応のダメージもないので、被加工物１の表面の仕上がりを良好にできる。

【0077】

図１０は第２加工例を示す。この第２加工例は、全研削工程を粗加工工程と仕上げ加工工程とスパークアウト工程とに分け、粗加工工程と仕上げ加工工程では、被加工物１に対する陽極６の接触・非接触を間欠的に繰り返しながら通電したままで加工する。そして、粗加工工程では、陽極６の被加工物１に対する接触時間ｔ１を長くし、仕上げ加工工程では粗加工工程に較べて陽極６の被加工物１に対する接触時間ｔ２を短くする。

【0078】

これによって粗加工工程では被加工物１への通電効率が高くなり、被加工物１の加工能率を高めることができるが、仕上げ加工工程では通電効率が意図的に下がり、被加工物１の表面の酸化反応のダメージを防止できる。スパークアウト工程では、陽極６を非接触状態とし、通電も停止する。

【0079】

図１１は第３加工例を示す。この第３加工例は、全加工工程を粗加工工程と仕上げ加工工程とスパークアウト工程とに分け、粗加工工程及び仕上げ加工工程は陽極６を接触状態のままとし、通電を継続するが、粗加工工程では通電時の電流値を高くし、仕上げ加工工程では通電時の電流値を下げる。

【0080】

その結果、粗加工工程では被加工物１への通電効率を高めることができるが、仕上げ加工工程では被加工物１の通電効率が下がり、被加工物１の表面の酸化反応によるダメージを防止できる。スパークアウト工程では、陽極６を非接触状態とし、通電も停止する。

【0081】

なお、この第３加工例では、点線で示すように粗加工工程から仕上げ加工工程の途中までは陽極６を被加工物１に接触させた接触状態とし、仕上げ加工工程の途中から以降は陽極６を被加工物１から離して非接触状態としてもよい。

【0082】

図１２は第４加工例を示す。この第４加工例は、図１２（ａ）に示すように、陰極７に対応して陽極６側に複数個（例えば５個）の陽極棒６ａ～６ｅを配置する。そして、粗加工工程では、図１２（ｂ）に示すように、全ての陽極棒６ａ～６ｅを被加工物１に接触状態にして多くの陽極棒６ａ～６ｅを介して通電し、仕上げ加工工程では、陽極棒６ａ～６ｅの内の陽極棒６ｂ，６ｄを非接触状態にして、接触状態の陽極棒６ａ，６ｃ，６ｅの数を減らす。

【0083】

これによって粗加工工程では被加工物１の加工能率を高めることができるが、仕上げ加工工程では被加工物１の通電効率が下がり、被加工物１の表面の酸化反応によるダメージを防止できる。スパークアウト工程では、全陽極棒６ａ～６ｅを非接触状態とし、通電も停止する。なお、複数の陽極棒６ａ～６ｅと陰極７との関係は、陽極棒数の増減に拘わらず、各陽極棒６ａ～６ｅと陰極７との間で略均等に電流が流れるようにすることが望ましい。

【0084】

加工例はこれらの第１加工例～第４加工例に限定されるものではなく、被加工物１の加工条件に応じて多数の加工手順があることは云うまでもない、例えば、第１加工例～第４加工例の何れかと組み合わせて、第２の実施形態のオシレート動作を併用することも可能である。

【0085】

また粗加工工程を第１段階と第２段階とに分けて、第１段階では陽極６を被加工物１に接触させて通電する等、被加工物１の通電効率の高い加工を行ない、その次の第２段階では、陽極６の被加工物１に対する接触・非接触を繰り返す等、第１段階より通電効率を下げた加工を行った後に、仕上げ加工工程からスパークアウト工程へと移行するようにしてもよい。なお、スパークアウト工程は研削砥石１２の切込みを停止した状態で研削砥石１２により所定時間研削を行うが、このスパークアウト工程は省略してもよい。

【0086】

以上、本発明の各実施形態を例示したが、本発明は各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、各実施形態では、電解液Ｗを被加工物１等に掛け流して供給する掛け流し式の陽極酸化援用研削装置を例示しているが、本発明は、研削砥石（研削ホイール５）とは別に設けられた陽極６を与圧によって被加工物１に押し当てながら給電可能にすればよいので、容器内に溜めた電解液Ｗに被加工物１、陽極６、陰極７、研削砥石を浸漬状に配置する陽極酸化援用研削装置においても同様に採用可能である。つまり、本発明は電解液Ｗの掛け流し型、浸漬型の何れにおいても同様に採用可能であり、一方にのみ限定されるものではない。

【0087】

陽極６、陰極７等の給電装置、及び電解液供給手段８は支持部材２１等を介して昇降機構により昇降自在とするが、その昇降機構は手動式、自動式でもよいし、機構的にもねじ式、シリンダ式等、任意のものを採用可能である。シリンダ式はエアー圧式、油圧式の何れでもよい。ただ、被加工物１の加工精度との関係から、位置決め精度の高い昇降機構を採用することが望ましい。

【0088】

陽極６、陰極７及び電解液供給手段８と、これらを上下動可能に支持する支持部側との間は、支持部材２１に絶縁性のものを使用することによって絶縁してもよい。陽極６及び陰極７と、これらに対して給電する給電系を導体より構成し、電解液供給手段８は全部又は一部を絶縁材により構成してもよい。

【0089】

陽極６、陰極７の形状は任意に選択可能であり、各実施形態に限定されるものではない。陽極６の被加工物１に対する接触面は、円形、角形の何れでもよい。また棒状の陽極６の上側に給電部材１８を設ける場合、その陽極６と給電部材１８は一体でもよいし、別体でもよい。一方、陰極７の形状も任意である。しかし、陽極６と陰極７との内、少なくとも一方が被加工物１の平面方向に長いような場合には、どの位置でも陽極６と陰極７との間の電気抵抗が略同じとなることが望ましい。陽極６が被加工物１に接触して、被加工物１の陰極７との対向面が陽極酸化することから、加工能率的には陰極７が陽極６よりも広いことが望ましい。

【0090】

陽極６に与圧を付与する与圧手段１６は、コイルバネ３０又は自重を利用する他、ゴム、その他の弾性体による弾性力、エアーのエアー圧、磁石の磁力を利用してもよい。昇降手段１７も与圧手段１６と同様に任意のものを採用可能である。例えば、磁石式の昇降手段１７を採用して、磁力により陽極６を上下させることも可能である。その場合には、昇降手段１７で付勢手段１６の一部又は全部を兼用することも可能である。

【0091】

陽極６は被加工物１よりも柔らかい導電性材料であることが望ましいが、被加工物１に対して接触痕等を残さないものであれば、被加工物１と同等の硬さの材料、又は被加工物１よりも硬い材料を陽極６に使用してもよい。

【0092】

実施形態では研削砥石に非導電性のものが使用されているが、導電性のものを使用してもよい。研削砥石に導電性のものを使用する場合には、陽極６からの直流電流が研削砥石側に流れないようにすることが望ましい。

【0093】

陽極６を介して給電するに当たり、被加工物１の加工状況（砥石による除去量）に合わせて陽極６を被加工物１に接触させたり被加工物１から離したりすることにより、被加工物１の上表面の酸化反応を細かく制御できる。そのため被加工物１を効率よく加工でき、被加工物１の上表面に酸化層が残ってしまうようなことも防止できる。

【0094】

陽極６を介して給電することにより、研削ホイール５に導電性のものを使用する必要がないので、砥石の選択肢が増える利点がある。また砥石を陽極として使用する場合には、陽極を被加工物１に対して接触・非接触に切り替えることができないため、被加工物１の上表面の酸化反応の調整は電流値の制御に限られていたが、陽極６の被加工物１に対する接触・非接触を併用することにより、選択肢が増える利点がある。

【0095】

電解液Ｗは砥石軸３を通して供給してもよい。また陽極６とは別に供給口４１を設けて電解液Ｗを供給する場合にも、陽極６と陰極７との中間部分を指向するように供給口４１を配置する等、第１の実施形態とは異なる位置関係に陽極６、陰極７、供給口４１を配置してもよい。但し、陽極６及び陰極７と被加工物１との間、被加工物１の表面を電解液Ｗで満たす必要がある。陰極７を平板状にする場合には、被加工物１との間に電解液Ｗが流れやすくなるように陰極７の被加工物１に対向する面に複数の溝を設けてもよい。これによって陰極７と被加工物１との間に古い電解液が滞留することなく常に新鮮な電解液Ｗが供給されるので、電解効率の低下を防止することが期待できる。

【符号の説明】

【0096】

１ 被加工物
２ 被加工物回転装置
５ 研削ホイール
６ 陽極
７ 陰極
８ 電解液供給手段
９ 直流電源
１６ 与圧手段
１７ 昇降手段
Ｗ 電解液

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】