CN105451938A - 研磨加工工具以及构件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有特定的形状的被研磨加工物的研磨加工方法，特别是涉及一种为了高效且均匀地研磨加工被研磨加工物的曲面而使用了以包括具有与该曲面形状相对应的形状的研磨面的研磨垫为特征的研磨加工工具的研磨加工方法。本发明的研磨加工工具的特征在于，包括具有与所述曲面相对应的形状的研磨面的研磨垫以与被研磨加工物的曲面均匀地接触。优选的是，研磨垫的硬度以肖氏A硬度计为5以上，表面材质包括织物、无纺布、无纺布的树脂加工品、合成皮革、合成树脂发泡体、这些材质的复合品中的至少一种。另外，本发明的加工方法的特征在于，使用具有与所述曲面相对应的形状的研磨面的研磨加工工具以与被研磨加工物的曲面均匀地接触，从而加工被研磨加工物的曲面。

Description

研磨加工工具以及构件的加工方法

技术领域

本发明涉及一种具有特定的端部形状的被研磨加工物的研磨加工方法，特别是涉及一种为了高效且均匀地研磨加工被研磨加工物中的具有曲面的端部而利用保持有被形状加工了的研磨垫的旋转研磨加工工具来进行的研磨加工方法。

背景技术

对于利用通常保持有研磨垫的旋转研磨加工工具进行的研磨加工方法而言，将旋转驱动的研磨加工工具加压保持于被研磨加工物的端部而接触于被研磨加工物的端部、并对该接触面进行研磨加工的方法较常见。对于例如硅晶圆等的边缘部分的研磨，一边以恒定角度按压硅晶圆一边进行倒角部的形成。(例如参照专利文献1、2)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11－188590号公报

专利文献2：日本特开2001－205549号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，为了研磨加工被研磨加工物的端部而需要与被研磨加工物的端部的形状相应地调整被研磨加工物与研磨加工工具相接触的接触位置·角度，特别是在将端部研磨加工成曲面的情况下，需要精细地调整被研磨加工物的位置·角度而将端部整体精加工成曲面，存在不仅要求加工熟练、而且与通常的平面研磨相比需要更长的研磨时间等较多的问题。

另外，在以往的方法中，一次能够研磨加工的被研磨加工物的个数也是有限的，因此，不仅需要研磨加工时间而且加工效率不恒定，无法进行高效加工。

因此，寻求能够均匀且高效地研磨加工被研磨加工物中的具有曲面的端部的旋转研磨加工工具、加工方法。

用于解决问题的方案

本发明人鉴于上述那样的问题进行了深入研究，结果是完成了本发明。即，发现：本发明能够通过用包括如下工序的研磨加工方法进行加工，从而均匀地研磨加工被研磨加工物的曲面，该工序为：将包括具有与被研磨加工物的曲面相对应的形状的研磨面的研磨垫的旋转研磨加工工具按压于所述被研磨加工物的曲面部以与所述被研磨加工物的曲面均匀地接触，向该按压部分供给加工液而使研磨垫相对于被研磨加工物相对移动，从而研磨加工被研磨加工物。

为了达到上述目的，在本发明的一技术方案中，提供一种研磨加工工具，其特征在于，该研磨加工工具包括具有与被研磨加工物的曲面相对应的形状的研磨面的研磨垫，以与所述曲面均匀地接触。

所述研磨加工工具优选为直径20mm以上的圆板状，并且所述研磨垫的硬度以肖氏A硬度计优选为5以上。

另外，本发明的另一技术方案中，提供一种加工方法，其特征在于，使用包括具有与被研磨加工物的曲面相对应的形状的研磨面的研磨垫的研磨加工工具，以与所述曲面均匀地接触，将该研磨垫按压保持于被研磨加工物的端面曲面，一边向所述研磨垫和所述被研磨加工物之间的接触部供给加工液一边使所述研磨加工工具旋转而研磨加工被研磨加工物的曲面。优选的是，将所述加工工具的直径增大为20mm以上，为了进一步抑制所述加工液的飞溅，控制加工工具的转速而抑制相对于研磨面的离心力。

另外，本发明的另一技术方案中，提供一种使用了具有压力控制装置的加工装置的加工方法，其特征在于，在该方法中，测量被研磨加工物曲面和研磨加工工具表面之间的接触部分的接触压力，控制研磨加工工具的加工部分的形状以及加工压力以使该接触压力的面分布变得均匀。

发明的效果

根据本发明，使用具有所述研磨垫的研磨加工工具，能够高效且均匀地研磨加工被研磨加工物的曲面。

附图说明

图1是表示研磨垫的形状的一例子的图。

图2是表示研磨垫的形状的一例子的图。在图2所示的研磨垫加工有用于自垫的中心供给加工液的槽。准备两个相同形状的垫，将两个垫组合起来使用。

图3是表示研磨垫的形状的一例子的图。在图3所示的研磨垫加工有用于向垫的中央部分附近供给加工液的孔。

图4是表示研磨垫的形状的一例子的图。图4所示的研磨垫是图2的垫和图3的垫组合而成的。

图5是表示研磨加工装置的一例子的图。

图6是表示研磨加工装置的一例子的图。

图7是表示研磨加工装置的一例子的图。图7是设有加工液供给部的例子。

图8是表示研磨加工装置的一例子的图。图8是设有压力传感器或者具有与压力传感器类似的功能的装置的例子。

图9是表示具有研磨垫的研磨加工工具以及被研磨构件的变形例的局部侧视图。

图10是表示具有研磨垫的研磨加工工具以及被研磨构件的变形例的局部侧视图。

图11是表示具有研磨垫的研磨加工工具以及被研磨构件的变形例的局部侧视图。

图12是表示具有研磨垫的研磨加工工具以及被研磨构件的变形例的局部侧视图。

图13是表示研磨垫的形状的变形例的局部侧视图。

图14是表示研磨垫的形状的变形例的局部侧视图。

具体实施方式

以下，说明本发明的一实施方式。

本实施方式的研磨加工工具的特征在于，包括具有与被研磨加工物(被研磨构件)的曲面相对应的形状的研磨面的研磨垫，以与所述曲面均匀地接触(参照图1)。本实施方式的研磨加工工具的特征在于，以该研磨加工工具的周围相对于被研磨加工物的曲面变得均匀的方式而呈与曲面相对应的形状。

在本实施方式中所使用的被研磨加工物具有曲面。在此所说的曲面是指：在被研磨加工物的垂直于研磨面的截面中研磨面表现为曲线，在研磨面上的多个部位的截面中该曲线形状相同或者类似。若使用具有与被研磨加工物的曲面相对应的形状的研磨面的研磨加工工具来加工被研磨加工物的研磨面，则通过被研磨加工物的所述曲面与研磨加工工具的研磨面均匀地接触而能够进行均匀的加工。被研磨加工物的研磨面的截面的曲线形状是任意的，能够使用圆弧或者多个圆弧组合而成的形状，而且也可以局部包含直线部。另外，例如被研磨加工物的研磨面处的曲面也可以是：向该被研磨加工物的外侧弯曲而成的曲面(参照图9所示的一例子)、向该被研磨加工物的内侧凹陷而成的曲面(参照图10所示的一例子)。另外，被研磨加工物的研磨面也可以是：截面大致三角形状且顶部带圆角(参照图11所示的一例子)，或者大致阶梯形状且角部带圆角(参照图12所示的一例子)。即使在像这样被研磨加工物的研磨面具有上述的各种曲面形状的情况下，只要使用具有与被研磨加工物的曲面相对应的形状的研磨面的研磨加工工具来加工被研磨加工物的研磨面，则也能够通过被研磨加工物的曲面与研磨加工工具的研磨面均匀地接触来进行均匀的加工。

本实施方式的研磨加工工具的特征在于，包括具有与被研磨加工物的曲面相对应的形状的研磨面的研磨垫。本实施方式的研磨垫设于研磨加工工具的端部或者周围部即可，也可以是贴附于研磨加工工具的周围的研磨垫，安装于研磨加工工具的周围的研磨垫，以任意方法成形于研磨加工工具的周围的研磨垫，或者将研磨加工工具自身作为研磨垫成形而成的研磨垫。研磨加工工具的除研磨部(研磨垫)以外的部分的材质没有特别限制，既可以是树脂、金属、陶瓷中的任一者，另外也可以包括多种材料。例如，在使用树脂作为研磨加工工具的材质的情况下，能够使用任意的合成树脂。作为其例子，能够列举：热固化性树脂(酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺等)、热塑性树脂(聚乙烯、聚丙烯、丙烯树脂、聚酰胺、聚碳酸酯等)。另外，在使用金属作为研磨加工工具的材质的情况下，能够使用镁、铝、钛、铁、镍、钴、铜、锌、锰或者以上述一种金属为主要成分的合金。另外，在使用陶瓷作为研磨加工工具的材质的情况下，除了陶瓷器、玻璃之外，能够使用硅、铝、锆、钙、钡等的氧化物、氮化物、硼化物、碳化物等、氧化铝、氧化锆、氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼等。

另外，被研磨加工物的材质也能够使用任意的材料。例如，在使用树脂的情况下，能够使用任意的合成树脂。作为其例子，能够列举：热固化性树脂(酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺等)、热塑性树脂(聚乙烯、聚丙烯、丙烯树脂、聚酰胺、聚碳酸酯等)。另外，在使用陶瓷作为被研磨加工物的材质的情况下，除了陶瓷器、玻璃、精制陶瓷之外，能够使用硅、铝、锆、钙、钡等的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等。另外，在使用金属作为被研磨加工物的材质的情况下，能够使用镁、铝、钛、铁、镍、钴、铜、锌、锰或者以上述一种金属为主要成分的合金等。另外，关于被研磨加工物的具体的用途也是任意的。能够将例如轮子、轴、容器、壳体(外壳，罩等)、框(框架等)、球、金属丝、装饰品等作为被研磨加工物的用途。

本实施方式的研磨加工工具优选是直径20mm以上的圆板状。若研磨加工工具的尺寸较大，则在相同旋转速度下能够得到较大的线速度，因此不需要为了研磨加工而使加工工具的转速较高，而且，能够抑制由于旋转而产生的相对于研磨面的离心力，因此能够防止加工液的飞溅。所述研磨加工工具的尺寸较优选的是直径30mm以上，更优选的是直径50mm以上。

另外，研磨加工工具的尺寸优选是直径1000mm以下，更优选的是400mm以下。在研磨加工工具的直径为1000mm的情况下，若转速为80转/分钟，则能够得到线速度300m/分钟。若是直径更大的研磨加工工具，则与之相应地能够以较小的转速得到更大的线速度，能够进一步抑制相对于研磨面的离心力，能够防止加工液的飞溅。但是，在研磨加工工具的尺寸非常大的情况下，存在加工装置变得大型且不经济的问题，因此，从经济观点出发，研磨加工工具的尺寸优选为直径1000mm以下。

但是，根据加工装置的规格、加工方法，例如利用一个加工工具加工多个被研磨加工物的这样的装置的情况下，也可以使用比所述加工工具的尺寸大的加工工具。通过一次加工多个被研磨加工物，能够提高加工效率且减少加工所需要的加工装置的台数。

本实施方式的研磨加工工具的研磨垫的硬度优选为，以肖氏A硬度计为5以上。肖氏A硬度为5以上是指：将作为被测量硬度的待测体的研磨垫在湿度20～60％的干燥状态下在室温下放置60分钟，以JISK6253为基准使用橡胶硬度计(A型)测得该放置60分钟之后的研磨垫的硬度的值为5以上。若研磨垫的肖氏A硬度为5以上，则能够适当地加工被研磨加工物的表面，能够抑制研磨垫的表面的形状在短时间的研磨加工过程中变形。

本实施方式的研磨加工工具的研磨垫的材质的特征在于，包括织物、无纺布、无纺布的树脂加工品、合成皮革、合成树脂发泡体、这些材质的复合品中的至少一种。研磨垫也可以还具有磨粒。在使用具有磨粒的垫的情况下，使用的磨粒的种类没有特别限制，能够使用氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化镁、氧化钙、氧化钛、氧化锰、氧化铁、氧化铬等金属氧化物颗粒、碳化硅等碳化物、其他氮化物、硼化物、金刚石等。

本实施方式的研磨加工方法如下进行：使用具有与被研磨加工物的曲面相对应的形状的研磨面的研磨垫以与所述曲面均匀地接触的研磨加工工具，将该研磨垫按压保持于被研磨加工物的曲面，一边向所述研磨垫与所述被研磨加工物之间的接触部供给加工液一边使所述研磨加工工具旋转而研磨加工被研磨加工物的曲面。

本实施方式的加工方法的其特征在于，向所述研磨垫和被研磨加工物之间的接触部供给加工液。关于加工液的供给，可以直接从外部向所述接触部供给加工液，但也能够根据加工装置的结构，例如在研磨加工工具的连接部配置回转接头等加工液供给机构，以能够直接从研磨加工工具内部向加工部位供给研磨液(加工液)(参照图2～图4以及图7)。通过从内部供给加工液，能够更高效地供给加工液。

另外，为了效率良好地使用研磨液，若具有设于旋转研磨加工工具的周围的罩并具有用于提高研磨液的回收效率的回收装置则更好。

所述加工液能够使用用于抛光、打磨或者切削的公知的组成。对于加工液而言，能够使用水系、油系或者醚系的加工液，进一步根据需要而混合使用pH调节剂、蚀刻剂、氧化剂、络合剂、表面活性剂、乳化剂、抗氧化剂、防腐蚀剂、保护膜形成剂、增稠剂、稳定剂、分散剂、防腐剂、防霉剂等添加剂。在加工液能够进一步追加磨粒。加工液所使用的磨粒的种类没有特别限定，能够使用氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化镁、氧化钙、氧化钛、氧化锰、氧化铁、氧化铬等金属氧化物颗粒、碳化硅等碳化物、其他氮化物、硼化物、金刚石等。作为磨粒，还能够使用采用了热塑性树脂等的有机颗粒。

所述研磨加工的线速度优选为10m/分钟以上。若线速度为10m/分钟以上，则能够高效地研磨被研磨加工物的端部。

所述研磨加工的研磨加工工具的转速优选为小于5000转/分钟，更优选的为小于2000转/分钟。在转速为5000转/分钟以上的高速旋转的情况下，由于作用于研磨面的离心力而使加工液飞溅，为了维持加工而需要补充与飞溅的量相对应的加工液。因此，为了将加工液适度地保持于加工工具且进行稳定的加工，优选的是，转速为小于5000转/分钟。

在本实施方式的加工方法中，研磨加工工具安装于任意的加工装置来使用。只要是具有能够保持研磨加工工具且使研磨加工工具旋转的机构的加工装置，就没有特别限定，例如能够使用公知的加工装置。作为加工装置的例子，能够列举外圆磨床、台式磨床、砂轮机等研磨装置等。另外，研磨加工工具和被研磨加工物之间的相对位置需要配置为能够研磨被研磨加工物的曲面，但位置关系是任意的，例如能够将研磨加工工具支承为水平(参照图6)或者垂直(参照图5)且自研磨加工工具的周围的任意方向按压被研磨加工物而进行加工。另外，在本实施方式的加工方法中，使用用于将被研磨加工物固定于任意的角度、位置的夹具。夹具优选为可动式，优选的是，使用能够一边使被研磨加工物的端部移动一边依次加工的夹具。

本实施方式的加工方法是如下进行的：在使用研磨加工工具对被研磨加工物进行加工时，将所述研磨加工工具和/或被研磨加工物安装于具有压力控制部的加工装置，测量被研磨加工物的曲面和研磨加工工具表面之间的接触部分的接触压力，控制研磨加工工具的加工部分的形状以及加工压力以使该接触压力变得均匀。为了更加均匀地精度较好地进行研磨加工，在被研磨加工物的旋转加工轴、研磨加工工具的旋转加工轴或者研磨加工工具自身安装压力传感器、具有与压力传感器类似的功能的装置即压力控制装置，测量被研磨加工物的曲面和研磨加工工具表面之间的接触部分的压力，测量该接触压力的分布、变化，由此一边控制研磨加工工具的加工部分的形状以及加工压力一边进行研磨加工，从而能够将加工精度、加工效率保持为恒定，且能够确认需要更换研磨加工工具的时机(参照图8)。

另外，在图13以及图14中示出本实施方式的一个变形例。在图13所示的变形例中，准备具有由如上述那样的材质、即具有一定程度的弹性而能够弹性变形的材质形成的研磨垫的研磨加工工具10。而且，研磨面11的在与研磨加工工具10的旋转轴线平行的方向(图13所示的箭头Y方向)上的宽度H1设为比加工前的被研磨加工物K的厚度T1(即被研磨加工物K的上表面KU以及下表面KD之间的长度)小预定量α。如此，利用弹性体形成研磨垫，在将该研磨面11的形状形成得比被研磨加工物K的研磨对象部位的形状小的一例子中，能够取得以下的效果。

即，如图14所示，在该变形例中，在使研磨加工工具10旋转且将被研磨加工物K按压于研磨面11时，从弹性变形了与上述预定量α相对应的量的研磨垫向被研磨加工物K的上表面KU以及下表面KD施加按压力F。因而，在研磨被研磨加工物K时，能够取得不仅能够研磨具有曲面的端部KE还能够同时研磨上表面KU以及下表面KD这样的效果。此外，由于上述预定量α越大则研磨被研磨加工物K时的研磨垫的弹性变形量变得越大，因此通过对该预定量α进行最优化，能够对施加于被研磨加工物K的上表面KU以及下表面KD的按压力F进行最优化。

另外，根据需要对将被研磨加工物K的端部KE按压于研磨面11的按压力和施加于被研磨加工物K的上表面KU以及下表面KD的按压力F进行调整，从而能够适当地加工被研磨加工物K。

顺便说一句，如上述那样，在将研磨加工工具自身作为研磨垫而成形的情况下，由像树脂等那样具有一定程度的弹性而能弹性变形的材质形成研磨加工工具10。而且，与之前图13所示的变形例同样地，将研磨加工工具10的研磨面11的上述宽度H1设为比加工前的被研磨加工物K的厚度T1小预定量α。如此，利用弹性体形成具有作为研磨垫的功能的研磨加工工具10，将该研磨加工工具10的研磨面11的形状形成得比被研磨加工物K的研磨对象部位的形状小，从而能够得到与之前图13所示的变形例相同的作用效果。

产业上的可利用性

如以上说明的那样，本发明作为用于精密加工被研磨加工物的曲面的研磨加工工具以及加工方法是有用的，特别是能够高精度地加工具有曲面的被研磨加工物的表面，并且与以往的方法相比能够高效地进行加工。

附图标记说明

10…研磨加工工具，11…研磨面，K…被研磨加工物，KE…(被研磨加工物的)端部，KU…(被研磨加工物的)上表面，KD…(被研磨加工物的)下表面。

Claims (7)

1.一种研磨加工工具，其特征在于，该研磨加工工具包括具有与被研磨加工物的曲面相对应的形状的研磨面的研磨垫，以与所述曲面均匀地接触。

2.根据权利要求1所述的研磨加工工具，其特征在于，所述研磨加工工具是直径20mm以上的圆板状。

3.根据权利要求1或2所述的研磨加工工具，其中，所述研磨垫的硬度以肖氏A硬度计为5以上。

4.一种加工方法，其特征在于，使用包括具有与被研磨加工物的曲面相对应的形状的研磨面的研磨垫的研磨加工工具，以与所述曲面均匀地接触，将该研磨垫按压保持于被研磨加工物的曲面，一边向所述研磨垫和所述被研磨加工物的接触部供给加工液一边使所述研磨加工工具旋转而研磨加工被研磨加工物的曲面。

5.根据权利要求4所述的加工方法，其中，在所述加工方法中，所述加工工具是直径20mm以上的圆板状，为了进一步抑制所述加工液的飞溅，控制加工工具的转速而抑制相对于研磨面的离心力。

6.根据权利要求4或5所述的加工方法，其中，在所述研磨垫的表面含有磨粒。

7.一种加工方法，其是使用了研磨加工工具的被研磨加工物的加工方法，其特征在于，将所述研磨加工工具和/或被研磨加工物安装于具有压力控制装置的加工装置，测量被研磨加工物的曲面和研磨加工工具的表面之间的接触部分的接触压力，控制研磨加工工具的加工部分的形状以及加工压力以使该接触压力变得均匀。