專利名稱：研磨刷以及研磨加工方法
技術領域：
本發明涉及一種研磨刷以及研磨加工方法，更詳細地說，涉及一種被旋轉部件旋轉驅動從而對工件的表面進行研磨的研磨刷、以及使用了這種研磨刷的研磨加工方法。
背景技術：
為了對金屬材料、非金屬材料等工件的表面進行研磨加工而廣泛地使用研磨刷。通常，在這種研磨加工中，首先利用研磨力較高的研磨工具進行粗磨，之后利用研磨力較低的研磨工具進行精磨，調整工件的表面的性能。例如，在專利文獻I所記載的研磨裝置中，排列配置安裝有研磨力較高的研磨刷的粗磨用研磨工具、和安裝有研磨力較低的研磨刷的精加工用研磨工具，通過使工件依次與這些研磨工具的研磨刷接觸來進行粗磨與精磨。此外，在專利文獻2中公開有將粗磨用磨石和精磨用磨石形成為一體的砂輪。此外，在專利文獻3中公開有將粒度不同的磨粒層形成為環狀的砂布紙。除此之外，在專利文獻4中公開有呈環狀粘著有粒度不同的磨粒層的砂紙。此外，在專利文獻5中公開有如下研磨工具:該研磨工具包括含有磨粒的橡膠制的杯型的外周研磨工具主體、以及與外周研磨工具主體呈同心狀地配置在該外周研磨工具主體的內側的杯型旋轉刷。現有技術文獻專利文獻專利文獻I:W0 2009 / 084101小冊子專利文獻2:日本實開平03 - 044556號公報專利文獻3:日本特開昭59 - 024965號公報專利文獻4:日本實開平02 - 063965號公報專利文獻5:日本特開2003 - 181766號公報但是，對于專利文獻I的研磨裝置，由于是各個研磨工具分別需要使研磨刷旋轉的旋轉部件的多個研磨工具，因此難以使研磨裝置小型化。并且，為了使各個旋轉工具旋轉而需要較多的能量。此外，專利文獻2的技術方案是磨石的技術方案，由于磨石通過利用結合材料等使磨粒彼此結合而構成，因此研磨表面沒有彈性，與研磨刷相比，存在研磨加工后的表面粗糙度增大的傾向。此外，專利文獻3的技術方案是砂布紙的技術方案。通常，砂布紙使用于鏡面精加工等精密研磨，不適用于如粗磨這種需要較大的研磨力的研磨加工。而且，難以長期維持研磨力。除此之外，專利文獻4的技術方案是砂紙的技術方案。雖然與砂布紙相比，砂紙能夠使用更大粒度的磨粒，從而能夠獲得更大的研磨力，但由于是利用粘接劑等將磨粒粘著在作為基材的紙上的，因此磨粒層較薄，難以長期維持研磨力。
如此，在磨石、砂布、砂紙等研磨部件中，由于伴隨研磨加工而產生的切削粉末、磨損了的磨粒進入到研磨部件的磨粒之間而引起堵塞，因此難以長期進行研磨。此外，在專利文獻5的研磨工具中，由于外周研磨工具主體是橡膠制，因此與研磨刷相比柔軟性較低，難以獲得平滑的精加工表面。

發明內容
因此，期望出現利用一部研磨刷就能夠長期進行所期望的粗加工與精加工的研磨刷。本發明提供一種研磨刷，該研磨刷被旋轉部件旋轉驅動，從而對工件的表面進行研磨，其中，上述研磨刷包括:基體部，該基體部與旋轉部件連結；以及多個刷部，該刷部通過捆扎含有磨粒的多根刷毛材料而形成，且該刷部的基端與上述基體部的底面連結，配置在上述基體部的中心側的刷部所含有的磨粒的粒度比配置在上述基體部的周邊側的刷部所含有的磨粒的粒度大。雖然與含有粒度較大的磨粒的刷毛材料相比，含有粒度較小的磨粒的刷毛材料的研磨力較低，但是能夠減小工件的表面粗糙度Ry (JIS B0601:1994)。因而，如本發明所述，在配置于基體部的中心側的刷部所含有的磨粒的粒度比配置于上述基體部的周邊側的刷部所含有的磨粒的粒度大的研磨刷中，通過使工件與研磨刷進行相對移動，能夠利用一部研磨刷進行粗磨和精磨。根據本發明的其他優選方式，上述刷部以裝卸自如的方式安裝于上述基體部。根據這種結構，由于在因進行研磨加工而消耗了刷毛材料時能夠僅更換刷部，因此維護性較好。 根據本發明的其他優選方式，上述刷部包括:第I刷部，該第I刷部具有包含粗磨粒的刷毛材料，且配置在該該刷部的中心側；以及第2刷部，該第2刷部具有包含與上述粗磨粒相比具有更細的粒度的磨粒的刷毛材料，且配置在該該刷部的周邊側，上述第I刷部與上述第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是F240 #800(JIS R6001:1998)。若上述第I刷部與第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度之差過大，則雖然難以利用第2刷部減小因由上述第I刷部進行的研磨而產生于工件的表面的較大的凹凸，但是根據上述結構，能夠利用第2刷部充分地減小工件的表面粗糙度Ry。根據本發明的其他優選方式，多個上述第I刷部呈環狀排列于上述基體部的底面，多個上述第2刷部在上述基體部的底面的、多個上述第I刷部的徑向外側位置呈環狀排列，且與多個上述第I刷部呈同心狀。根據本發明的其他優選方式，上述第I刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是F240 #500，
上述第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是#800 #1100。 根據本發明的其他優選方式，由上述第2刷部進行的研磨區域的面積相對于由上述第I刷部進行的研磨區域的面積之比是1.0 3.0。為了利用具有研磨力不同的多個刷部的一部研磨刷來進行粗磨、精磨等多個階段的研磨，需要各個刷部以相同的研磨加工條件(工件的相對移動速度、研磨刷的轉速等)進行預定的研磨。根據上述結構，第I刷部以及第2刷部分別能夠進行預定的研磨。根據本發明的其他優選方式，在上述第2刷部的徑向外側位置，以與上述第2刷部呈同心狀的方式配置有多個第3刷部，上述多個第3刷部具有刷毛材料，上述多個第3刷部的刷毛材料包含與上述第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒相比粒度更細的磨粒，上述第3刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是#800 #1200。根據這種結構，雖然根據工件的性能(材質、表面狀態等)的不同，存在無法僅利用兩個階段的研磨加工就將工件表面加工至目標表面粗糙度Ry的情況，但根據上述結構，能夠將工件的表面加工至目標表面粗糙度Ry。根據本發明的其他優選方式，上述基體部具有用于對上述刷部從上述基體部突出的突出長度進行調整的機構。由于本發明的研磨刷包含研磨力不同的刷部，因此刷部的磨損速度不同。根據上述結構，能夠按照每一個刷部調節刷部的突出長度，從而能夠始終使研磨刷的研磨能力恒定。 根據本發明的其他優選方式，上述刷毛材料是包含磨粒的聚酯樹脂的單絲，上述聚酯樹脂含有60摩爾％以上的2、6 —萘二甲酸乙二醇酯單元，其絲直徑是Φ 0.4mm Φ 1.0mm,上述磨粒的量相對于上述聚酯樹脂的100重量單位為10 40重量單位。如上述那樣，通過將刷毛材料的材料設為由含有60摩爾％以上的2、6—萘二甲酸乙二醇酯單元的聚酯樹脂制成的單絲，并且將其絲直徑設為φ 0.4mm Φ 1.0mm，由此能夠兼備較高的研磨力與不易折斷的性能。進而，相對于上述刷毛材料的樹脂100重量單位，使上述刷毛材料中含有10重量單位以上的磨粒，由此能夠從單絲表面暴露充足的磨粒，因此能夠提高研磨力。根據本發明的其他的優選方式，上述磨粒是在表面上覆蓋有鎳、或以鎳為主要成分的合金的金剛石顆粒。通過利用鎳、或以鎳為主要成分的金屬覆蓋金剛石顆粒的表面而在涂層的表面形成凹凸，由于該凹凸產生固定效果，因此在研磨加工中，該金剛石顆粒難以從刷毛材料脫落，能夠長期維持較高的研磨力。根據本發明的其他優選方式， 上述工件利用從由硅、陶瓷、石英、藍寶石、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化硅單晶、鉭酸鋰、鈮酸鋰、磷化銦組成的硬脆性材料組選擇的材料形成。硬脆性材料是雖然硬度較高但耐沖擊較弱的材料。因此，對于研磨刷的刷毛材料，要求兼備針對利用高硬度的材料形成的工件的充分的研磨力、和不會因研磨加工時的沖擊而產生碎片、缺口的柔軟性。根據上述結構，能夠不使硬脆性材料產生碎片、缺口地進行研磨加工。本發明的其他優選方式提供一種研磨加工方法，該研磨加工方法利用上述結構的研磨刷進行上述工件的表面的研磨加工，其中，上述研磨加工方法包括:利用上述旋轉部件使上述研磨刷旋轉的工序；使上述工件相對于上述刷部向一個方向相對移動的工序；使上述研磨刷的刷毛材料與正在移動的上述工件的表面相接觸，從而利用上述第I刷部的上述刷毛材料進行粗磨的工序；以及在進行粗磨之后，利用上述第2研磨區域中的上述刷毛材料B對正在移動的上述工件進行精磨的工序。根據這種結構，能夠依次進行基于第I刷部的粗磨和基于第2刷部的精磨。本發明的其他優選方式提供一種研磨加工方法，該研磨加工方法利用上述結構的研磨刷進行上述工件的表面的研磨加工，其中，上述研磨加工方法包括:使上述研磨刷旋轉的工序；使上述工件相對于上述研磨刷的研磨面向一個方向相對移動的工序；利用上述第I刷部對正在移動的上述工件的表面進行粗磨的工序；利用上述第2刷部對正在移動的上述工件的表面進行第I精磨的工序；以及利用上述第3刷部對正在移動的上述工件的表面進行第2精磨的工序。根據這種結構，能夠依次進行基于第I刷部的粗磨、基于第2刷部的第I精磨、以及基于第3刷部的第2精磨。根據本發明的其他優選方式，上述工件利用從由硅、陶瓷、石英、藍寶石、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化硅單晶、鉭酸鋰、鈮酸鋰、磷化銦組成的硬脆性材料組選擇的材料形成，利用進行粗磨的工序去除上述工件的表面的微小裂紋，利用進行上述精磨的工序使上述工件的表面的凹凸變得平滑。根據本發明的其他優選方式，上述工件利用由硅、陶瓷、石英、藍寶石、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化硅單晶、鉭酸鋰、鈮酸鋰、磷化銦組成的硬脆性材料組選擇的材料形成，利用進行上述粗磨的工序去除該工件的表面的微小裂紋，利用進行上述第I精磨的工序使上述工件的表面的凹凸變得平滑，利用進行上述第2精磨的工序使上述工件的表面的凹凸變得進一步平滑。在制造使用于半導體基板、光學基板等的晶片時的前工序中對利用硬脆性材料形成的工件進行研磨加工。在這種工件的表面存在微小裂紋，若在此狀態下直接進行用于形成晶片的切片加工，則會產生以該微裂紋作為基點的碎片、缺口，產生缺陷品。因此，優選的是，在切片加工之前，進行用于去除微裂紋的粗磨加工、和用于利用研磨加工使在粗磨加工中產生的凹凸變得平滑并且調整表面粗糙度的一次或二次精磨加工。上述結構的研磨刷能夠適當地在此類加工中使用。
本發明提供了一種研磨刷，利用一部該研磨刷就能夠長期進行所期望的粗加工與精加工。此外，由于不需要將多部研磨刷配置在刷加工裝置，因此能夠使刷加工裝置小型化。此外，由于使研磨刷旋轉的動力源也只需一臺即可，因此能夠節省動力，并能有助于實現節能。


圖1是本發明的第I實施方式的研磨刷的縱剖視圖。圖2是圖1的研磨刷的仰視圖。圖3是表示安裝在圖1的研磨刷上的第I刷部以及第2刷部的結構的示意性的側視圖。圖4是表示在基于圖1的研磨刷的研磨加工方法中使用的刷加工裝置的結構的圖。圖5是在圖4的刷加工裝置中使用的架臺的立體圖。圖6是本發明的第2實施方式的研磨刷的縱剖視圖。圖7是圖6的研磨刷的仰視圖。圖8是對本實施方式的研磨刷所使用的石英晶片的制造過程進行說明的圖。
具體實施例方式接著，參照附圖對本發明的第I實施方式的研磨刷10以及安裝有該研磨刷的刷加工裝置結構進行說明。圖1是研磨刷10的縱剖視圖，圖2是研磨刷10的仰視圖。另外，只要沒有特別事先說明，本文中的上下左右方向就是指圖中的方向。本實施方式的研磨刷10具有基體部20和安裝于該基體部20的多個第I刷部30及第2刷部40。第I刷部30與第2刷部40除了刷毛材料所含有的磨粒的粒度以外基本相同。第I刷部30的末端形成能夠進行粗加工的第I研磨區域，第2刷部40的末端形成能夠進行精加工的第2研磨區域。圖3是表示安裝于研磨刷10的第I刷部30以及第2刷部40的結構的示意性的側視圖。如圖3所示，第I刷部30包括第I刷毛材料束32和第I刷保持件33，其中，上述第I刷毛材料束32通過將包含磨粒的多根第I刷毛材料31捆扎成圓柱狀而成。對于第I刷毛材料束32，外周部32a由捆扎部34覆蓋，基端部32b插入到第I刷保持件33的插入孔33a中，利用粘接劑固定在插入孔33a內。與第I刷部30相同，第2刷部40也包括第2刷毛材料束42和第2刷保持件43，其中，上述第2刷毛材料束42通過將包含磨粒的多根第2刷毛材料41捆扎成圓柱狀而形成。對于第2刷毛材料束42，外周部42a由捆扎部44覆蓋，基端部42b插入到第2刷保持件43插入孔43a中，利用粘接劑固定在插入孔43a內。第I及第2捆扎部33、44由橡膠、硅橡膠，聚氯乙烯等樹脂材料構成，通過覆蓋第I及第2刷毛材料束32、42的外周面32a、42a來捆扎第I及第2刷毛材料31、41。
如圖3所示，第I及第2捆扎部34、44以使刷毛材料束32、42的刷毛材料31、41的末端部分暴露的狀態覆蓋刷毛材料束32、42的外周面32a、42a整體。在使樹脂材料附著于捆扎后的刷毛材料的工序中，在將臨時固定器具安裝于捆扎后的刷毛材料31、41的末端部的狀態下，在刷毛材料束32、42的外周面32a、42a涂覆樹脂材料，在使涂覆的樹脂干燥、硬化從而形成捆扎部34、44之后，拆除臨時固定器具。構成刷毛材料束31、41的刷毛材料是由包含磨粒的樹脂構成的截面為圓形的單絲，上述磨粒通過在金剛石顆粒的表面涂敷鎳、或以鎳為主要成分的合金而成。該單絲通過對混有預定量的磨粒的樹脂材料進行熔融拉絲并根據需要進行拉伸而制成。刷毛材料31、41是利用這種單絲構成的高剛性的細線狀構件。雖然樹脂的種類沒有特別限定，但優選為聚酯樹脂。聚酯樹脂的材質比一直以來作為刷毛材料而使用的尼龍樹脂等材質更硬，由于毛的剛性較強，因此能夠增大研磨刷的研磨力。在本實施方式中使用的聚酯樹脂是含有60摩爾％以上的2、6 —萘二甲酸乙二醇酯單元的聚合物，能夠適用聚萘二甲酸乙二醇酯樹脂。因為由含有60摩爾％以上的2、6 —萘二甲酸乙二醇酯單元的聚酯樹脂形成的單絲剛性較高，且能夠增大研磨力，因此比較理
本巨
ο若該聚萘二甲酸乙二醇酯樹脂不足40摩爾％，則可以含有對苯二酸、間苯二酸、鄰苯二甲酸等二羥酸成分、乙二醇、丙二醇、1，4 一丁二醇等二醇成分。刷毛材料(單絲)31,41的絲直徑優選為0.4mm 1.0mm的范圍。在絲直徑不足0.4mm的情況下，由于刷 毛材料31、41的剛性降低，因此無法獲得充分的研磨力。此外，在絲直徑超過1.0mm的情況下，刷毛材料31、41的剛性過高，較脆且易折斷。作為第I及第2刷毛材料31、41所含有的磨粒，優選通過在金剛石顆粒的表面涂敷鎳、或以鎳為主要成分的合金而形成的磨粒。如后述那樣，第I刷毛材料31所含有的磨粒的粒徑與第2刷毛材料41所含有的磨粒的粒徑不同。在本實施方式中，使用通過非電解鍍層將鎳涂敷在金剛石顆粒表面的磨粒。雖然在磨粒中使用的金剛石顆粒通常為非定形，但是由于其表面的凹凸(粗糙度)較小，因此在使金剛石顆粒直接包含于樹脂材料的情況下，該金剛石顆粒與樹脂材料之間的結合力較小，在研磨過程中容易從刷毛材料脫落。通過在金剛石顆粒的表面涂敷鎳、或以鎳為主要成分的合金，由于在涂層的表面形成有比金剛石顆粒表面的凹凸更大的凹凸，因此產生針對樹脂材料的固定效果，磨粒難以從刷毛材料脫落。由此，能夠長期以較高的研磨力進行研磨。作為涂敷法，除了在本實施方式中采用的非電解鍍層以外，也可以采用在進行濺射之后進行電解鍍層的方法、利用機械合金化法使鍍層材料物理附著的方法等。在此，所涂敷的鎳、或以鎳為主要成分的合金的量優選為磨粒整體的45重量％ 65重量％。在合金的量小于45重量％的情況下，由于沒有充分地形成磨粒表面的凹凸，因此磨粒與刷毛材料之間的結合力較小，其結果是，在研磨過程中磨粒的脫落增多，研磨效率降低。此外，在合金的量大于65重量％的情況下，由于磨粒表面的暴露比例減少，因此研磨效率降低。若增大在磨粒中使用的金剛石顆粒的粒直徑，則研磨力增大，能夠提高研磨效率。另一方面，若減小上述金剛石顆粒的粒直徑，雖然無法獲得較大研磨力，但是能夠減小被研磨物的表面粗糙度。金剛石顆粒的平均粒直徑優選為5 μ m 150 μ m。在平均粒直徑不足5 μ m的情況下，無法獲得充分的研磨力，在平均粒直徑超過150 μ m的情況下，刷毛材料的單絲的強度降低且易折斷。如上述那樣，第I刷部30是進行粗磨的刷部，第2刷部40是進行精磨的刷部。因此，第I刷部30的刷毛材料束31的刷毛材料所包含的磨粒(“磨粒I”)的粒度比第2刷部40的刷毛材料束41的刷毛材料所包含的磨粒(“磨粒2”)的粒度粗。若磨粒I與磨粒2的粒度之差較大，則會產生如下問題:在第I刷部30與第2刷部40之間，刷毛材料的損耗量之差別增大，難以用第2刷部40將利用第I刷部30形成在工件表面上的凹凸減小至所期望的表面粗糙度。因此，在本實施方式中，將磨粒I的粒度設定為F240 #500，將磨粒2的粒度設定為 #500 #800 ο優選的是，第I及第2刷毛材料31、41所包含的磨粒的量為使刷毛材料(聚酯樹脂)相對于100重量單位占10 40重量單位。在刷毛材料不足10重量單位的情況下，由于無法從刷毛材料31、41的表面暴露足夠量的磨粒，因此無法獲得充分的研磨力，在刷毛材料超過40重量單位的情況下，刷毛材料的強度降低且易折斷。在本實施方式中，雖然使用對金剛石顆粒實施涂層后的磨粒，但根據工件的材質、形狀以及加工目的，也能夠使用其他顆粒來替代金剛石顆粒。例如，在工件是比較易于切削的材質的情況下，通常，也可以使用在切削加工中使用的磨粒(例如，氧化鋁類磨粒(鋼鋁石)、碳化硅類(金剛砂)、氧化鋯氧化鋁類磨粒)。對于第I及第2捆扎部34、44，由于對構成第I及第2刷毛材料束32、42的刷毛材料31、41進行捆扎來限制朝向研磨方向的變形，因此即使加長刷毛材料31，也能夠在毛末端側獲得充分的剛性。由此，研磨刷10能夠獲得較高的研磨力。此外，由于第I及第2捆扎部34、44利用樹脂材料構成，因此，隨著第I及第2刷毛材料31、41的末端部不因進行研磨而不斷消耗，第I及第2捆扎部34、44的末端斷裂或不斷磨損，能夠維持所期望的剛性，并且使第I及第2刷毛材料41的末端暴露從而進行研磨。在此，第I及第2捆扎部34、44并不限于通過涂覆樹脂材料而形成，也可以通過對膠帶、管等進行加熱等使其緊密結合而形成。此外，只要能夠充分地獲得第I及第2刷毛材料31、41的剛性，則不需要覆蓋第I及第2刷毛材料束32、42的外周部32a、42a的整體，從而能夠任意地設定第I及第2捆扎部34、44的長度、刷毛材料束32、42在外周面32a、42a上的配置位置。接著，說明研磨刷10的基體部20的結構。如圖1以及圖2所示,研磨刷10的基體部20包括:驅動軸21,該驅動軸21具有圓柱狀的軸部S、和設在軸部S的上端并與旋轉部件連結的凸緣F ;第I旋轉盤22，該第I旋轉盤22與驅動軸21的軸部S連結；以及第2旋轉盤23，該第2旋轉盤23配置在凸緣F與第I旋轉盤22之間，且與軸部S相連結。第2旋轉盤23具有圓形形狀，且在設于中央的凸臺部23a設有內徑與軸S的外徑大致相等的貫通孔23b。在軸S貫穿貫通孔23b的狀態下，將螺栓B I擰入形成于凸臺部23a且沿徑向延伸的螺紋孔23c內，由此第2旋轉盤23被固定于驅動軸21。第I旋轉盤22是直徑比第2旋轉盤23的直徑小的圓盤狀構件。在第I旋轉盤22上利用螺栓B6固定有調整器具27。上下位置調整用的螺栓28以能夠轉動的方式連結于該調整器具27。由于該螺栓28貫穿形成在第2旋轉盤23的內螺紋部，因此第I旋轉盤22借助該螺栓28固定在第2旋轉盤23上，進而固定在驅動軸21上。基體部20還包括:輔助引導板24，該輔助引導板24位于第I旋轉盤22的下方，且利用螺栓B2連結于軸部S ;以及引導板26，該引導板26配置于軸部S的末端，利用螺栓B 3隔著底板25連結于軸部S。在第I旋轉盤22的下表面的外周部呈環狀排列有多個第I孔部22a，上述多個第I孔部22a用于將第I刷部30配置為裝卸自如。在第I孔部22a內配置有磁體(未圖示)。第I孔部22a收納第I刷部30的刷保持件33的基端部33b，并利用磁體將該基端部33b固定在內部。進一步利用沿徑向延伸的螺栓B4對插嵌于第I孔部22a的第I刷部30進行固定。在第2旋轉盤23的外周部呈環狀排列有多個第2孔部23a，上述多個第2孔部23a用于將第2刷部40配置為裝卸自如。在第2孔部23a內配置有磁體(未圖示)。第2孔部23a收納第2刷部40的刷保持件43的基端部43b，并利用磁體將該基端部43b固定在內部。進一步利用沿徑向延伸的螺栓B 5對插嵌于第2孔部23a的第2刷部40進行固定。弓丨導板26以及輔助弓I導板24具有貫通孔，該貫通孔具有比第I及第2刷部30、40的刷毛材料束42的外徑稍大的內徑，該貫通孔在橫向支承安裝于第I及第2旋轉盤22、23的第I及第2刷部30、40的第I及第2刷毛材料束32、42。在研磨過程中，雖然第I及第2刷部30、40的第I及第2刷毛材料束32、42因與工件表面之間的阻力而向與旋轉方向相反的方向彎曲，但是，由于利用引導板26、輔助引導板24的貫通孔來限制刷毛材料束的彎曲，因此不會發生折損。輔助引導板24的個數可以根據需要適當地改變。在本實施方式的研磨刷10中設有用于調整刷部30、40的突出長度的機構，且構成為能夠補償因研磨所導致的磨損而變短的刷毛材料31、41的長度。S卩，在研磨刷10中，通過松開螺栓B I，使第I及第2旋轉盤22、23向下方移動，由此能夠使安裝于第I及第2旋轉盤22、23的第I及第2刷部30、40向下方移動。能夠利用該動作將刷毛材料31、41自基體部20的突出長度始終維持為恒定。在第I旋轉盤22的下表面利用螺栓B6固定有調整器具27。如上述那樣，調整器具27具備螺栓28，該螺栓28貫穿第2旋轉盤23，從第2旋轉盤23的上表面向上方突出。在螺栓28上安裝有螺母N，通過旋轉螺母N，能夠使第I旋轉盤22相對于第2旋轉盤23上下移動。當利用調節器具27在第I刷毛材料31與第2刷毛材料41之間使消耗量產生差異時，能夠根據消耗量單獨調整刷毛材料31、41從基體部20突出的突出長度，能夠使刷毛材料A31與刷毛材料B41的突出長度相同。在本實施方式的研磨刷10中，所有的第2刷部40的末端部分的總面積(第2研磨區域的面積)、與所有的第I刷部30的末端部分的總面積(第I研磨區域的面積)之比(“第2研磨區域的面積” / “第I研磨區域的面積”)設定為1.0 3.0。通過如此設定，能夠分別利用第I刷部以及第2刷部進行預定的研磨。另外，雖然本實施方式的研磨刷構成為通過捆扎刷毛材料來形成刷部，但是也可以采用將刷毛材料直接固定于引導板或第I旋轉盤或第2旋轉盤的結構。在該結構中，一并更換供刷毛材料消耗且固定有刷毛材料的上述引導板、第I旋轉盤、第2旋轉盤。接著，以在太陽能電池板中使用的硅塊的外周面的研磨為例，對利用本實施方式的研磨刷10進行的研磨加工方法進行說明。眾所周知，硅塊具有結晶類與非晶類這兩種。結晶類的硅塊通過如下方法獲得:在對利用c Z法(Czochralsk1、直拉單晶制造法)、火焰熔融法進行增長而形成的圓柱狀的硅錠的兩端部進行切割并切割成適當的長度之后，以在角部保留上述圓柱的外周面的方式進行切割，形成四邊柱狀。非晶類的硅塊以如下方法獲得:在將熔融的原料灌入鑄模內并成型之后，利用鋼絲鋸或帶鋸將四邊柱狀的硅錠切割成適當的大小。在此，以非晶類的硅塊的研磨為例，說明研磨加工方法。首先，對在利用本實施方式的研磨刷10進行的研磨加工方法中使用的刷加工裝置60的結構進行說明。圖4是表示在利用本實施方式的研磨刷10進行的研磨加工方法中使用的刷加工裝置60的結 構的圖。如圖4所示,刷加工裝置60包括:刷單元61,該刷單元61使研磨刷10的凸緣F與馬達等旋轉部件M的旋轉軸連結；把持部件62，該把持部件62在預定的位置把持工件W ;移動部件(未圖示)，該移動部件使得用于檢測工件W的高度位置的高度位置檢測部件63、刷單元61以及設置有高度位置檢測部件63的基體部66沿左右方向移動；以及控制部件64，該控制部件64具有計算機，向該計算機輸入工件W的加工表面的高度位置與加工條件，從而該計算機對裝置整體進行控制。高度位置檢測部件63與刷單元61 —起設置于基體部66。此外，移動部件由設在固定有刷單元61、高度位置檢測部件63的基體部66的背面的齒輪齒條機構等構成。首先，使用具有加工目標尺寸的精加工件(娃塊)麗來測量加工目標尺寸。起初，使載置有精加工件MW的架臺65上升，將精加工件MW配置在圖4中利用雙點劃線表示的位置。此時，雖然為了設定精加工件碼的縱深方向(圖4中的與紙面正交的方向)的中心位置而使用圖5所示那樣的架臺65，但是也可以使用機械設定的部件(例如，通過使中心位置設定部件從精加工件MW的兩個側面側(圖5中的與紙面正交的方向的兩側)突出來設定中心位置)。接著，利用把持部件62的把持器具62a把持精加工件MW的兩個端面。具體地說，在將右側的把持器具62a的左側端面配置在基準位置BP的狀態下，使左側的把持器具62a向右方前進，在基準位置把持精加工件MW。接著，使架臺65下降至圖4所示的位置。使基體部66向左方移動，使得高度位置測量部件63位于精加工件MW的上方，利用安裝于基體部66的高度位置檢測部件63測量精加工件■的高度位置，即加工目標尺寸。在測量精加工件MW的高度位置之后，基體部66返回原來的位置(動作開始位置)。雖然本實施方式的高度位置測量部件63是通過使測頭下降并與工件接觸來測量工件的高度位置的接觸式高度位置測量部件，但也可以是其他方式，例如非接觸式的高度位置測量部件。所測量的高度位置、即加工目標尺寸被自動地輸入到控制部件64。另一方面，精加工件配置在上升后的架臺65上，解除基于把持器具62a的把持。接著，將精加工件MW更換為細長的長方體狀的未加工的工件W，利用把持器具62a把持工件W，使基體部66移動至工件W的上方，利用高度位置測量部件63測量工件W的高度位置。所測量的高度位置被自動地輸入到控制部件64。在測量工件W的高度位置之后，基體部66進一步向左方(研磨開始位置)移動。通過計算精加工件MW的高度位置、工件W的高度位置、以及預先手動輸入到控制部件的對研磨刷10的切削量，由此確定使刷單元61朝向工件的表面向下方移動的量。具體地說，將{(“精加工件MW的高度位置”一“工件W的高度位置”)/ 2+切削量}的值設為刷單元61朝向下方移動的移動量。另外，所謂“高度位置”表示距離基準面的高度(上下方向距離)。此外，所謂“切削量”指的是，在研磨開始前使研磨刷10的末端、即刷部30、40的末端與工件初次接觸之后、研磨刷10朝向工件送出的長度。接著，利用控制部件64輸出基于計算結果的信號，使刷單元61向下方移動預定的距離。利用氣缸等機構實現該下方移動。此外，預先向控制部件64手動輸入研磨刷10的旋轉速度、工件W的移動速度等加工條件。根據這些加工條件并利用控制部件64輸出信號，控制刷加工裝置60的動作。在進行加工時，根據來自控制部件64的信號，以預定的轉速使研磨刷10旋轉，并且一邊以預定速度使基體部66從研磨開始位置朝向右方向移動，一邊使正在旋轉的研磨刷10的刷毛材料與工件W的表面接觸，對工件W的表面進行研磨。工件W因移動而依次與第I刷毛材料31、第2刷毛材料41接觸，完成粗磨與精磨。若基體部66通過工件W的上方位置而移動至動作開始位置，則研磨刷10的旋轉停止，刷單元61上升。之后，在架臺65上升并將工件W載置于架臺65之后，把持部件62a后退，解除對工件W的把持。接著，在使工件W以長度方向軸線為中心旋轉90度并再次利用把持部件62a進行把持之后，使基體部66移動至研磨開始位置，進行與上述相同的研磨。通過重復該作業來完成長方體狀的工件W的四個側面的研磨加工。在完成四個側面的研磨加工之后，使工件W以長度方向軸線為中心旋轉45度，在使把持部件62a前進并進行把持之后，使基體部66移動至研磨開始位置，以相同的工序進行棱線部的研磨加工。之后，使工件W進一步旋轉90度，依次進行其他的三個棱線部的研磨。如此，完成工件W的四個側面以及四處棱線部的研磨加工。上述實施方式采用使基體部66相對于工件W移動的結構，但是也可以使工件W相對于基體部66移動，或者也可以使工件W以及基體部66這兩者移動。此外，在上述實施方式中，雖然采用了在刷加工裝置60中僅設有一個刷單元61的結構，但也可以在刷加工裝置中設置多個刷單元，以便能夠同時研磨工件W的多個側面。例如，在工件W是四邊柱形狀的情況下也可以對置配置兩個刷單元，以便能夠同時對反向的兩個側面進行研磨。另外，在上述實施方式中，雖然以非晶類的硅塊作為工件W，并以其加工為例進行了說明，但是也能夠加工出將圓柱狀的硅塊加工成四棱柱狀的結晶類的硅塊。在該情況下，由于棱角部形成原來的圓柱的圓弧，因此在將使工件W旋轉的部件(以下記述為“工件旋轉部件”)設置于把持部件62，對棱角部進行加工時，可以一邊使工件W以預定的旋轉角度(例如45度)往復旋轉運動一邊進行研磨。此外，工件W的形狀并不限于四棱柱狀。例如，在對結晶類的硅塊、藍寶石塊那樣的圓柱狀的塊體進行研磨加工的情況下，也可以將工件旋轉部件設置于把持部件62，一邊使工件W旋轉一邊使基體部66移動來進行研磨加工。此外，在對人造石英晶體制材那樣的不同形狀的塊體進行研磨加工的情況下，也可以將把持器具62a的形狀改變成與工件W的形狀匹配的形狀，從而把持工件W來進行研磨加工。此外，雖然在對工件W的下一個表面進行加工時手動進行旋轉，但是也可以在把持部件62上設置工件旋轉部件，使上述工件W自動地旋轉。在將用于使工件W旋轉的部件設在把持部件62上的情況下，優選的是在測量工件W的高度位置之前，進行調整工件的軸心位置的工序(以下記述為“定心工序”)。具體地說，利用高度位置檢測部件63測量朝上載置在架臺上的工件的棱角部高度(Hl )，使架臺65下降并離開工件W，之后，使工件旋轉部件旋轉180度，使上述朝下的工件W的棱角部朝上，測量該高度(H2)，并將該測量結果存儲在控制部件64，將相當于其差值的I / 2 (=(H1 - H2) / 2)的高度設為上下方向的定心調整量來進行計算。在沒有進行定心的情況下，在使架臺65上升之后，使把持部62a后退，解除對工件W的把持，并且基于上述計算結果使架臺65升降。之后，在使把持部62a前進并把持工件W之后，對架臺65進行加工，完成定心工序。接著，說明本發明的第2實施方式的研磨刷。在此，僅說明與第I實施方式的不同點。圖6以及圖7是表示第2實施方式的研磨刷100、且與圖1及圖2相同的縱剖視圖及仰視圖。如圖6所示，在第2實施方式的研磨刷100中，在第2刷部40的外側位置呈環狀配置有多個第3刷部70。在第3刷部70中，刷毛材料71含有與第2刷部40的磨粒相比粒度更細的磨粒3。在本實施方式中，第3刷部70的磨粒3的粒度是#800 #1200，設定為比磨粒2的粒度小。根據這種結構，利用由第I刷部30進行的研磨加工來消除工件W的微小裂紋，或使該裂紋充分地變得細微。接著，利用由第2刷部40進行的第I精磨使因由第I刷部30進行的研磨加工而產生的凹凸變平滑。接著，利用由第3刷部70進行的第2精磨加工使由第2刷部30進行的研磨加工后的殘余凹凸進一步變平滑，從而能夠獲得表面粗糙度Ry較小的工件W。此外，也可以將磨粒I的粒度設為大于#240，將磨粒2的粒度設為#240，將磨粒3的粒度設為#800。根據這種結構，由于即使利用第I實施方式的研磨刷10使研磨刷10與工件W的相對移動速度加快，也能夠進行與第I實施方式等同的研磨加工，因此加工效率提聞ο優選的是，如果磨粒I的粒度、磨粒2的粒度以及磨粒3的粒度之間的關系為磨粒I <磨粒2 <磨粒3，則選擇第2研磨區域的面積相對于第I研磨區域的面積之比(“第2研磨區域的面積”/ “第I研磨區域的面積”)為1.0 3.0，進而選擇利用第3刷部70形成的第3研磨區域的面積相對于第2研磨區域的面積之比(“第3研磨區域的面積” / “第2研磨區域的面積”)為1.0 3.0。根據這種結構，在利用第2刷部40進行研磨之后，能夠利用第3刷部70使殘留在工件表面上的凹凸達到目標表面粗糙度。也可以根據工件W的材質、研磨刷10大小，將磨粒的粒度不同的四種以上的刷部配置成同心狀。另外，在配置有三列以上的刷毛材料的情況下，也可以將在徑向上相鄰的刷部設為包含相同粒度的磨粒的結構。例如，在如上述研磨刷70那樣配置有三列刷部的情況下，也可以將磨粒2的粒度與磨粒3的粒度設為大致相同。在利用第I及第2實施方式的研磨刷加工的具有硬脆性的結晶材料的塊體被鋼絲鋸、帶鋸切薄之后，通過對切斷面進行拋光研磨而能夠獲得晶片。上述研磨刷可使用于，例如在薄膜太陽能電池板等各種半導體基板中使用的硅晶片、在電子設備、光學基板中使用的石英晶片、在LED基板等中使用的監寶石晶片、神化嫁晶片、憐化嫁晶片、氣化嫁晶片、在功率設備等中使用的碳化硅單晶片、在SAW濾波器中使用的鉭酸鋰晶片、鈮酸鋰晶片、在超高速半導體元件中使用的磷化銦晶片等所有的晶片的制造。此外，如圖8所示，經過以下工序得到石英晶片(圖8的(F)):利用水熱合成法等使結晶生長從而獲得人工石英的結晶合成工序(圖8(A))、為了明確上述人工石英的軸向而對表面進行磨削從而獲得石英塊(人造石英晶體制材)的制材加工(圖8 (B))、與頻率特性相應地以預定的角度將完成制材加工后的人工石英切割成薄片的切割工序(圖8(C))、利用蠟等將切割后的人工石英彼此粘在一起從而形成塊狀體(例如50片 70片)的固定工序(圖8(D))、為了將上述塊狀體的外形調整成作為晶片的外形尺寸而進行研磨的外形研磨工序、以及去除上述蠟等的剝離工序(圖8的(E))。第I及第2實施方式的研磨刷除了在切割工序之前的研磨加工中使用以外，也可以在外形研磨工序的研磨加工中使用。 本發明不僅能夠抑制因切IllJ工序中的碎片、缺口而造成的缺陷品的廣生，也能夠抑制在后續工序中產生以微小裂紋為基點而成長為裂紋的粗大裂紋，從容能夠抑制缺陷品的產生。例如在使用石英晶片制造石英振子的情況下，所謂后續工序可列舉利以下工序等:利用研磨將石英晶片調整成與頻率匹配的厚度的工序、利用蠟等粘合上述石英晶片的工序、將上述石央晶片切割為預定的設計尺寸的工序、為了使振動集中在石央片的中央而對邊緣進行磨削的斜面加工、去除上述蠟等的工序、去除加工變質來提高頻率精度的蝕刻工序、利用蒸鍍法等形成電極的工序、以及在最終調整頻率之后封入殼體內的工序。(實施例)接著，對使用上述第I實施方式所記載的研磨刷及刷加工裝置進行四棱柱狀的多晶類硅塊的研磨試驗的實施例進行說明。
將刷毛材料31所含有的磨粒I的粒度設為#240及#500 (由JIS R6001:1998規定)，將刷毛材料41所含有的磨粒2的粒度設為#800或#1100。在研磨刷10的基體部配置有9根 15根具有刷毛材料31的第I刷部30，配置有15根 24根具有刷毛材料41的第2刷部40。使研磨刷10以1400min — I的轉速旋轉，并使研磨刷10移動以使得切削量成為
0.5mm，并且使作為工件的硅塊以20mm / sec的速度移動，進行研磨加工。在研磨加工后，利用千分尺測量硅塊的四個角附近的高度位置，比較該測量結果與研磨加工前的硅塊的四個角附近的高度位置，由此測量表面被研磨加工削除的量(削除量)。此外，利用表面粗糙度儀測量表面粗糙度Ry。針對表I所示的條件，分別進行三次式樣試驗，削除量以及表面粗糙度Ry分別設為三次試驗測量結果的平均值。(表I)
權利要求
1.一種研磨刷，該研磨刷被旋轉部件旋轉驅動，從而對工件的表面進行研磨，其特征在于， 所述研磨刷包括: 基體部，該基體部與旋轉部件連結；以及 多個刷部，該刷部通過捆扎含有磨粒的多根刷毛材料而形成，且該刷部的基端與所述基體部的底面連結； 配置在所述基體部的中心側的刷部所含有的磨粒的粒度比配置在所述基體部的周邊側的刷部所含有的磨粒的粒度大。
2.根據權利要求1所述的研磨刷，其特征在于， 所述刷部以裝卸自如的方式安裝于所述基體部。
3.根據權利要求1或2所述的研磨刷，其特征在于， 所述刷部包括:第I刷部，該第I刷部具有包含粗磨粒的刷毛材料，且配置在該刷部的中心側；以及第2刷部，該第2刷部具有包含與所述粗磨粒相比粒度更細的磨粒的刷毛材料，且配置在該刷部的周邊側； 所述第I刷部與所述第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是F240 #800。
4.根據權利要求3所述的研磨刷，其特征在于， 多個所述第I刷部呈環狀排列于所述基體部的底面， 多個所述第2刷部在所述基體部的底面的、多個所述第I刷部的徑向外側位置呈環狀排列，且與多個所述第I刷部呈同心狀。
5.根據權利要求4所述的研磨刷，其特征在于， 所述第I刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是F240 #500。
6.根據權利要求3所述的研磨刷，其特征在于， 由所述第2刷部進行的研磨區域的面積相對于由所述第I刷部進行的研磨區域的面積之比是1.0 3.0。
7.根據權利要求4所述的研磨刷，其特征在于， 在所述第2刷部的徑向外側位置，以與所述第2刷部呈同心狀的方式配置有多個第3刷部，所述多個第3刷部具備刷毛材料，所述多個第3刷部的刷毛材料包含與所述第2刷部的刷毛材料所含有的磨粒相比粒度更細的磨粒， 所述第3刷部的刷毛材料所含有的磨粒的粒度是#800 #1200。
8.根據權利要求1所述的研磨刷，其特征在于， 所述基體部具有用于對所述刷部從所述基體部突出的突出長度進行調整的機構。
9.根據權利要求1或2所述的研磨刷，其特征在于， 所述刷毛材料是包含磨粒的聚酯樹脂的單絲， 所述聚酯樹脂含有60摩爾％以上的2、6 —萘二甲酸乙二醇酯單元，其絲直徑是Φ 0.4mm Φ 1.0mm, 所述磨粒的量相對于所述聚酯樹脂的100重量單位為10 40重量單位。
10.根據權利要求9所述的研磨刷，其特征在于， 所述磨粒是在表面上覆蓋有鎳、或以鎳為主要成分的合金的金剛石顆粒。
11.根據權利要求10所述的研磨刷，其特征在于，所述工件利用從由硅、陶瓷、石英、藍寶石、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化硅單晶、鉭酸鋰、鈮酸鋰、磷化銦組成的硬脆性材料組選擇的材料形成。
12.—種研磨加工方法，該研磨加工方法利用權利要求3所述的研磨刷進行所述工件的表面的研磨加工，其特征在于， 所述研磨加工方法包括: 使所述研磨刷旋轉的工序； 使所述工件相對于所述刷部向一個方向相對移動的工序； 使所述研磨刷的刷毛材料與正在移動的所述工件的表面接觸，從而利用所述第I刷部的所述刷毛材料進行粗磨的工序；以及 在進行粗磨之后，利用所述第2研磨區域中的所述刷毛材料對正在移動的所述工件進行精磨的工序。
13.根據權利要求12所述的研磨加工方法，其特征在于， 所述工件利用從由硅、陶瓷、石英、藍寶石、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化硅單晶、鉭酸鋰、鈮酸鋰、磷化銦組成的硬脆性材料組選擇的材料形成， 利用進行所述粗磨的工序來去除所述工件的表面的微小裂紋， 利用進行所述精磨的工序使所述工件的表面的凹凸變得平滑。
14.一種研磨加工方法，該研磨加工方法利用權利要求7所述的研磨刷進行所述工件的表面的研磨加工，其特征在于， 所述研磨加工方法包括: 使所述研磨刷旋轉的工序； 使所述工件相對于所述研磨刷的研磨面向一個方向相對移動的工序； 利用所述第I刷部對正在移動的所述工件的表面進行粗磨的工序； 利用所述第2刷部對正在移動的所述工件的表面進行第I精磨的工序；以及 利用所述第3刷部對正在移動的所述工件的表面進行第2精磨的工序。
15.根據權利要求13所述的研磨加工方法，其特征在于， 所述工件利用從由硅、陶瓷、石英、藍寶石、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、碳化硅單晶、鉭酸鋰、鈮酸鋰、磷化銦組成的硬脆性材料組選擇的材料形成， 利用進行所述粗磨的工序來去除該工件的表面的微小裂紋， 利用進行所述第I精磨的工序使所述工件的表面的凹凸變得平滑， 利用進行所述第2精磨的工序使所述工件的表面的凹凸變得進一步平滑。
全文摘要
本發明提供一種研磨刷，利用一部該研磨刷就能夠長期進行所期望的粗加工與精加工。本發明的研磨刷是被旋轉部件旋轉驅動從而對研磨工件的表面進行研磨的研磨刷(10)，其中，該研磨刷(10)包括基體部(20)，該基體部(20)與旋轉部件連結；多個刷部(30、40)，上述刷部(30、40)通過捆扎含有磨粒的多根刷毛材料(31、41)而形成，且該刷部(30、40)的基端與基體部的底面連結，配置在基體部的中心側的刷部(30)所含有的磨粒的粒度比配置在基體部的周邊側的刷部(40)所含有的磨粒的粒度大。
文檔編號B24B37/00GK103203682SQ20121028570
公開日2013年7月17日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年1月11日
發明者澤井將太, 棚橋茂, 松本尚 申請人:新東工業株式會社