專利名稱：圓柱狀部件的研磨裝置及其研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)由硬脆材料構(gòu)成的圓柱狀的被加工物的外周面的表層部(以下只 要沒(méi)有特別指示就僅記作“表層部”)進(jìn)行研磨的研磨裝置。
背景技術(shù)：
在成為本發(fā)明的研磨對(duì)象的由硬脆材料形成的圓柱狀部件中，有一種是作為材料 而用于得到被鋼絲鋸切片加工成硅片的硅塊，該硅塊是通過(guò)用帶鋸或鋼絲鋸對(duì)原材料由單 晶材料或多晶材料形成的硅錠切割而形成圓柱形狀，但當(dāng)對(duì)于上述切割后的外形尺寸精度 要求高時(shí)，要對(duì)硅塊的表層面進(jìn)行磨削處理。通過(guò)直拉單晶制造法(Czochralski =CZ法)等得到的單晶硅塊、通過(guò)鑄造法等得 到的多晶硅塊，在下一個(gè)工序中通過(guò)鋼絲鋸切片加工而作成硅片，但如果在表層部存在微 裂紋或微小凹凸，則切片加工時(shí)作成的硅片上容易發(fā)生裂紋或豁口，因此在專利文獻(xiàn)1和 專利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了通過(guò)研磨除去硅塊的表層部來(lái)除去存在于上述表層部的微小凹凸 (以及微裂紋)，并實(shí)現(xiàn)硅片的產(chǎn)品合格率的提高。特別是在專利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了通過(guò) 從表面研磨除去50 100 μ m以上、200 μ m以下的硅塊的表層部，使研磨前的表面粗糙度 RylO 20 μ m平坦化為3 4μ m。此外，在專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了硅塊的研磨裝置。專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2005-347712號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2002-252188號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)2009-233794號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)1至專利文獻(xiàn)3都是對(duì)四棱柱狀部件的硅塊的表層部的研磨方法和研磨 裝置的公開(kāi)，對(duì)于本申請(qǐng)發(fā)明想要進(jìn)行的對(duì)圓柱部件的表層部進(jìn)行研磨加工的裝置未予公 開(kāi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種研磨裝置及其研磨方法，不但能夠滿足上述的要求事 項(xiàng)而且能夠用1臺(tái)裝置對(duì)作為被加工物的圓柱狀硅塊等硬脆材料的表層部進(jìn)行研磨加工。本發(fā)明的第一方案提供一種圓柱狀部件的研磨裝置，其用于對(duì)圓柱狀被加工物的 外周面的表層部進(jìn)行研磨，上述圓柱狀部件的研磨裝置具備夾緊機(jī)構(gòu)，其與被加工物的旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連結(jié)，并夾持上述被加工物的兩端面；研磨機(jī)構(gòu)，上述研磨機(jī)構(gòu)的前端一邊旋轉(zhuǎn)接觸 上述被加工物的外周面一邊進(jìn)行研磨加工；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其使上述研磨機(jī)構(gòu)相對(duì)于上述被加 工物在與上述被加工物的大致圓形截面的方向正交的長(zhǎng)度方向相對(duì)移動(dòng)；高度位置檢測(cè)機(jī) 構(gòu)，其用于檢測(cè)研磨加工成品以及研磨加工前的被加工物的高度位置；和控制機(jī)構(gòu)，上述控 制機(jī)構(gòu)被輸入有上述高度位置和加工條件，通過(guò)對(duì)所輸入的上述高度位置和上述加工條件 進(jìn)行運(yùn)算來(lái)進(jìn)行研磨加工，上述運(yùn)算是下述運(yùn)算的任一個(gè)，即上述研磨加工成品的高度位 置與上述研磨前的被加工物的高度位置之差的運(yùn)算，或者用于根據(jù)所輸入的加工條件對(duì)其 他加工條件進(jìn)行設(shè)定的運(yùn)算，或者是上述兩種運(yùn)算的組合。
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本發(fā)明的第二方案，在本發(fā)明的第一方案所記載的圓柱狀部件的研磨裝置中，上 述研磨機(jī)構(gòu)是研磨刷，該研磨刷具有將含有磨粒的多根毛狀材料被呈環(huán)狀地植入設(shè)置在該 研磨刷的底部的構(gòu)造。本發(fā)明的第三方案，在本發(fā)明的第一方案所記載的圓柱狀部件的研磨裝置中，上 述研磨機(jī)構(gòu)是研磨刷，該研磨刷具有將含有磨粒的毛狀材料捆束而形成的多個(gè)研磨具的基 部植入設(shè)置在研磨具安裝板上的構(gòu)造。本發(fā)明的第四方案，在本發(fā)明的第一方案所記載的圓柱狀部件的研磨裝置中，上 述研磨機(jī)構(gòu)是研磨刷，該研磨刷具有將多根含有磨粒的毛狀材料呈環(huán)狀地配置在該研磨刷 的底部的構(gòu)造。本發(fā)明的第五方案，在本發(fā)明的第二方案至第四方案中任一個(gè)方案所記載的圓柱 狀部件的研磨裝置中，上述研磨機(jī)構(gòu)沿著圓柱狀被加工物的軸心連續(xù)配置有多個(gè)。本發(fā)明的第六方案，在本發(fā)明的第二方案至第四方案中任一個(gè)方案所記載的圓柱 狀部件的研磨裝置中，上述研磨機(jī)構(gòu)由在被加工物的圓形截面的同一面內(nèi)配置的第一研磨 機(jī)構(gòu)和第二研磨機(jī)構(gòu)構(gòu)成，第一研磨機(jī)構(gòu)和第二研磨機(jī)構(gòu)的軸心配置成與被加工物的半徑 方向一致，第一研磨機(jī)構(gòu)的軸心和第二研磨機(jī)構(gòu)的軸心被配置成以構(gòu)成預(yù)定的角度θ的 方式在被加工物的截面中心交叉。本發(fā)明的第七方案，在本發(fā)明的第六方案所記載的圓柱狀部件的研磨裝置中，上 述第一研磨機(jī)構(gòu)和上述第二研磨機(jī)構(gòu)沿著圓柱狀被加工物的軸心分別連續(xù)配置有多個(gè)。本發(fā)明的第八方案和第九方案，在本發(fā)明的第五或第七方案所記載的圓柱狀部 件的研磨裝置中，混合在上述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材料或彈性體中的磨粒的粒度為 F180 #2000，選擇2種以上具有該粒度不同的毛狀材料或彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，磨粒的粒度 不同的研磨機(jī)構(gòu)沿著圓柱狀被加工物的軸心被連續(xù)設(shè)置，并使該研磨機(jī)構(gòu)能夠按磨粒的粒 度從“粗”到“細(xì)”的順序進(jìn)行研磨加工。本發(fā)明的第十方案和第十一方案，在本發(fā)明的第五或第七方案所記載的圓柱狀 部件的研磨裝置中，混合在上述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材料或彈性體中的磨粒的粒度為 F180 #2000，具有該粒度大致相同的毛狀材料或彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，沿著圓柱狀被加工 物的軸心連續(xù)設(shè)置。本發(fā)明的第十二方案提供一種圓柱狀部件，利用本發(fā)明的第一方案所記載的圓柱 狀部件的研磨裝置進(jìn)行研磨加工，除去從被加工物的表層起以100 μ m以下的程度存在的 微裂紋，且使研磨加工面的表面粗糙度Ry為3 μ m以下。本發(fā)明的第十三方案，在本發(fā)明的第十二方案所記載的圓柱狀部件中，上述圓柱 狀部件是硅塊或陶瓷。本發(fā)明的第十四方案提供一種圓柱狀部件的研磨方法，利用本發(fā)明的第一方案所 記載的圓柱狀部件的研磨裝置對(duì)圓柱狀部件進(jìn)行研磨加工，被上述夾緊機(jī)構(gòu)夾持的被加工 物通過(guò)上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且使上述研磨機(jī)構(gòu)的前端與該被加工物的外周面接觸并 旋轉(zhuǎn)，且通過(guò)使該研磨機(jī)構(gòu)相對(duì)于該被加工物相對(duì)移動(dòng)來(lái)進(jìn)行研磨加工。本發(fā)明的第十五方案和第十六方案，在本發(fā)明的第五或第七方案所記載的圓柱狀 部件的研磨裝置中，混合在上述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材料或彈性體中的磨粒的粒度為 F180 #2000，選擇2種以上具有該粒度不同的毛狀材料或彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，將磨粒的粒度不同的研磨機(jī)構(gòu)以能夠按磨粒的粒度從“粗”到“細(xì)”的順序進(jìn)行研磨加工的方式沿著圓 柱狀被加工物的軸心連續(xù)設(shè)置，以進(jìn)行研磨。本發(fā)明的第十七方案和第十八方案，在本發(fā)明的第五或第七方案所記載的圓柱狀 部件的研磨裝置中，混合在上述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材料或彈性體中的磨粒的粒度為 F180 #2000，將具有該磨粒的粒度大致相同的毛狀材料或彈性體的研磨機(jī)構(gòu)沿著圓柱狀 被加工物的軸心連續(xù)設(shè)置，以進(jìn)行研磨。上述研磨機(jī)構(gòu)與圓柱狀的被加工物的外周面接觸并且利用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使被加工物 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由此能夠?qū)υ摫患庸の锏谋韺硬窟M(jìn)行研磨加工。此外，被夾緊機(jī)構(gòu)夾持的該被加 工物利用上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(以下記作旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(被加工物用))在圓周方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此能 夠?qū)υ摫患庸の锏谋韺硬窟M(jìn)行均勻地研磨加工。進(jìn)而，在該研磨加工時(shí)，通過(guò)使該研磨機(jī)構(gòu) 相對(duì)于該被加工物在被加工物的長(zhǎng)度方向、即與大致圓形的截面正交的方向相對(duì)移動(dòng)，能 夠?qū)υ摫患庸の镞M(jìn)行均勻地研磨加工。大致圓形不僅包含圓形而且包含在該被加工物(圓 柱狀部件)的制造過(guò)程中由應(yīng)變等產(chǎn)生的稍微的變形而不是圓形的狀態(tài)。此外，在研磨開(kāi)始前利用高度位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)并存儲(chǔ)由研磨機(jī)構(gòu)開(kāi)始對(duì)研磨加 工成品的標(biāo)準(zhǔn)件(以下記作“樣件”)進(jìn)行研磨加工的高度位置，然后檢測(cè)被加工物的高度 位置，利用控制機(jī)構(gòu)對(duì)根據(jù)上述樣件檢測(cè)出的高度位置和根據(jù)被加工物檢測(cè)出的高度位置 的差進(jìn)行運(yùn)算，并基于運(yùn)算結(jié)果對(duì)上述研磨機(jī)構(gòu)的前端和被加工物的距離進(jìn)行校正，由此 能夠連續(xù)進(jìn)行多個(gè)被加工物的研磨加工。另外，本發(fā)明的第一方案所記載的“輸入”包含手 動(dòng)(作業(yè)者)輸入(存儲(chǔ))到控制機(jī)構(gòu)的信息、自動(dòng)輸入(存儲(chǔ))到控制機(jī)構(gòu)的信息、基于 手動(dòng)或/和自動(dòng)輸入(存儲(chǔ))的信息進(jìn)行運(yùn)算后輸入(存儲(chǔ))的信息的任一個(gè)。
此外，作為上述研磨機(jī)構(gòu)使用由含有磨粒的毛狀材料構(gòu)成的研磨刷，由此能夠確 保充分的研磨力，且能夠抑制因研磨對(duì)被加工物造成的損傷。上述研磨方法與例如通過(guò)研 磨石等進(jìn)行研磨等其他研磨方法相比，毛狀材料具有柔軟性，因此能夠抑制因研磨對(duì)被加 工物造成的損傷，還由于在毛狀材料中含有磨粒，所以能夠充分地確保研磨力。此外，通過(guò)對(duì)植入設(shè)置有將多根上述毛狀材料捆束而形成的研磨具的研磨具安裝 板的位置(上下方向)進(jìn)行任意設(shè)定，能夠?qū)难心C(jī)構(gòu)的底部露出的毛狀材料的長(zhǎng)度進(jìn) 行調(diào)整。即，根據(jù)毛狀材料的磨耗使研磨具安裝板的位置向下方移動(dòng)，由此能夠總是將露出 的毛狀材料的長(zhǎng)度保持一定。此外，由于在研磨加工時(shí)與被加工物接觸的部位是彈性體，所以能夠降低因被加 工物與該研磨刷接觸而導(dǎo)致的損傷。此外，混合在上述毛狀材料中的磨粒的粒度為F180 #2000(JISR6001 :1998)，一 個(gè)研磨機(jī)構(gòu)使混合有大致相同的粒子徑的研磨刷。即，越是具備該粒度大的毛狀材料或彈 性體的研磨機(jī)構(gòu)，其研磨能力越高，能夠可靠地除去被加工物的表層部存在的微裂紋，越是 具備該粒度小的毛狀材料或彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，越能夠?qū)υ摫韺硬窟M(jìn)行細(xì)微地研磨并除去 凹凸。此外，通過(guò)沿著圓柱狀被加工物的軸心連續(xù)配置多個(gè)研磨機(jī)構(gòu)，能夠根據(jù)被加工 物的種類和目的選擇適當(dāng)?shù)难心C(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行加工。即，選擇2種以上具有該粒度不同的毛 狀材料或彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，按照該研磨機(jī)構(gòu)所具備的毛狀材料或彈性體中含有的上述粒 度為由“粗”到“細(xì)”的順序，以上述被加工物通過(guò)并加工的方式連續(xù)設(shè)置，由此能夠通過(guò)一次研磨加工除去被加工物的表層部的微裂紋和凹凸。此外，在無(wú)須進(jìn)行如上所述的由“粗” 到“細(xì)”的多級(jí)加工、只通過(guò)1級(jí)加工就能夠得到所要求的表面時(shí)(譬如在被研磨加工物W 表面的微裂紋微小，表面粗糙度與要求值相差不大時(shí)只進(jìn)行“細(xì)”加工)，將相連接的2個(gè)以 上研磨機(jī)構(gòu)所具備的毛狀材料或彈性體中含有的上述磨粒的粒度設(shè)為在任一個(gè)研磨機(jī)構(gòu) 中都大致相同，由此能夠縮短加工時(shí)間。此外，由在被加工物的圓形截面的同一面內(nèi)配置的第一研磨機(jī)構(gòu)和第二研磨機(jī)構(gòu) 構(gòu)成的研磨裝置中，第一研磨機(jī)構(gòu)和第二研磨機(jī)構(gòu)的軸心配置成與被加工物的半徑方向一 致，第一研磨機(jī)構(gòu)的軸心和第二研磨機(jī)構(gòu)的軸心配置成以構(gòu)成預(yù)定的角度θ的方式在被 加工物的截面中心交叉，由此能夠縮短加工時(shí)間。此外，通過(guò)沿著圓柱狀被加工物的軸心連續(xù)配置多個(gè)上述第一研磨機(jī)構(gòu)和第二研 磨機(jī)構(gòu)，能夠根據(jù)被加工物的種類和目的縮短上述加工的時(shí)間。此外，通過(guò)使用上述研磨裝置，能夠得到除去從表層起為100 μ m的微裂紋，且表 面粗糙度Ry為3μπι以下的圓柱狀部件。作為上述圓柱狀部件，能夠適當(dāng)使用硅塊或陶瓷 這樣的硬脆材料。


圖1是表示本發(fā)明的研磨裝置的整體的說(shuō)明圖。圖2是表示本發(fā)明的研磨機(jī)構(gòu)的1例的說(shuō)明圖。圖2㈧是從正面觀察的局部剖 切截面圖，圖2(B)是底面圖。圖3是表示本發(fā)明的研磨機(jī)構(gòu)的其他例子的說(shuō)明圖。圖3(A)是在底部植入設(shè)置 毛狀材料的示意圖，圖3(B)是在底部設(shè)置有彈性體的示意圖。圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的流程圖。圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的流程圖。圖6是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的流程圖。圖7是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的流程圖。圖8是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的說(shuō)明圖。圖9是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的說(shuō)明圖。符號(hào)說(shuō)明1...研磨單元；2...研磨機(jī)構(gòu)；2a...旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(研磨具用)；3...高度位置檢 測(cè)機(jī)構(gòu)；5...夾緊機(jī)構(gòu)；6A...把持部(基準(zhǔn)位置側(cè))；6B...把持部(從動(dòng)側(cè))；10...研 磨具；IOa...毛狀材料；IOb...彈性體；11...研磨具安裝板；12A夾緊軸(基準(zhǔn)位置側(cè))； 12B...夾緊軸(從動(dòng)側(cè))；...13...控制裝置；14A...旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(被加工物用)(基準(zhǔn)位置 側(cè))；14B. ·.旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(被加工物用)(從動(dòng)側(cè))；W. ·.被加工物；P. ·.加工面。
具體實(shí)施例方式使用附圖對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的研磨裝置的結(jié)構(gòu)內(nèi)容和動(dòng)作的詳細(xì) 情況進(jìn)行說(shuō)明。第一實(shí)施方式涉及的研磨裝置是具備研磨粗糙度不同的2個(gè)以上(3個(gè)) 研磨機(jī)構(gòu)的研磨裝置。圖1是表示研磨裝置的主視圖，該研磨裝置具備停止在圖中右端的研磨開(kāi)始前位置上的研磨單元1 ；和配置在用點(diǎn)劃線表示的被加工物W的圖中左右的夾緊機(jī)構(gòu)5，該夾 緊機(jī)構(gòu)5包括把持部6A和把持部6B，其中，把持部6A安裝在基準(zhǔn)側(cè)的夾緊軸12A前端，基 準(zhǔn)側(cè)的夾緊軸12A配置于被加工物W的左側(cè)且通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)5的氣缸驅(qū)動(dòng)而滑動(dòng)，把持部 6B安裝在配置于被加工物W的右側(cè)的從動(dòng)側(cè)的夾緊軸12B的前端。在圖1中，表示把持部 6A、6B分別配置在后退的位置，處于不夾持被加工物W的開(kāi)放狀態(tài)。上述研磨單元1由分別 與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(研磨機(jī)構(gòu)用)2a連結(jié)的3個(gè)研磨機(jī)構(gòu)2、和用于在研磨開(kāi)始前檢測(cè)被加工物W 的加工面(外周面)P的高度位置的高度位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)3構(gòu)成。另外，利用使該研磨機(jī)構(gòu)2 相對(duì)于被加工物W相對(duì)移送的移送機(jī)構(gòu)(未圖示)，在進(jìn)行研磨時(shí)將研磨單元1從圖1中的 左側(cè)向右側(cè)移送，因此上述研磨機(jī)構(gòu)2從右起依次作為粗研磨用、中研磨用、精研磨用而連 續(xù)設(shè)置。即，研磨機(jī)構(gòu)所具備的毛狀材料中含有的磨粒的粒度從右起依次從“粗”到“細(xì)”。 此外，上述高度位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)3設(shè)置在上述粗研磨用的研磨機(jī)構(gòu)2的右側(cè)。上述3個(gè)研磨機(jī)構(gòu)2中的粗研磨用研磨機(jī)構(gòu)2的研磨能力大，用于削掉表層部存 在的大部分微裂紋，中研磨用研磨機(jī)構(gòu)2則用于除去在用帶鋸或鋼絲鋸切割時(shí)產(chǎn)生的表面 凹凸，并對(duì)經(jīng)過(guò)上述粗研磨后粗糙的表面進(jìn)行精細(xì)加工，而精研磨用研磨機(jī)構(gòu)2則用于最 終調(diào)節(jié)表面粗糙度。不過(guò)，如果在上述中研磨階段即可除去表面凹凸并得到精細(xì)的表面粗 糙度，則也可只設(shè)2個(gè)研磨機(jī)構(gòu)，而不使用精研磨用研磨機(jī)構(gòu)2。在被加工物W的加工之前，為了利用高度位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)3設(shè)定開(kāi)始研磨機(jī)構(gòu)2的 研磨加工的高度位置而使用樣件。為了設(shè)定上述高度位置，首先用夾緊機(jī)構(gòu)5夾持樣件的兩端。當(dāng)利用夾緊機(jī)構(gòu)5 夾持樣件時(shí)，例如優(yōu)選在載置于具有V字形槽的基臺(tái)(未圖示)上進(jìn)行上述操作。通過(guò)將 樣件設(shè)置于該槽，能夠使該樣件的圖中左右方向的中心總是處于大致相同的位置。進(jìn)而，還 優(yōu)選該基臺(tái)具有用于對(duì)該圖中上下方向的設(shè)置位置進(jìn)行微調(diào)整的調(diào)整機(jī)構(gòu)(未圖示)。將 樣件載置于該基臺(tái)，并使上述夾緊機(jī)構(gòu)5的夾緊軸12A和12B分別前進(jìn)而使把持部6A和6B 夾持樣件的兩端部。然后，卸下該基臺(tái)。在本實(shí)施方式中，具有V字形槽的基臺(tái)的設(shè)置以及 卸下是通過(guò)基臺(tái)在圖中上下移動(dòng)來(lái)進(jìn)行的(參照?qǐng)D4)。夾緊機(jī)構(gòu)5通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(被加工物用)(未圖示)而旋轉(zhuǎn)，即以?shī)A緊軸12A和12B 的軸心為中心旋轉(zhuǎn)，因此必須進(jìn)行定心調(diào)整以使從樣件的端面?zhèn)扔^察的夾緊軸12A、12B前 端的把持部6A、6B的軸心與樣件的軸心一致。一邊利用上述調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行該調(diào)整一邊夾持 樣件。像這樣使用設(shè)置于加工位置的樣件，利用上述高度位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)3測(cè)定該樣件的外 周面的高度位置之后，從夾緊機(jī)構(gòu)5卸下該樣件。在本實(shí)施方式中，在用夾緊機(jī)構(gòu)5夾持樣 件之后，利用研磨單元1所具備的高度位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)3，測(cè)定樣件的外周面高度位置H1，然 后使該樣件旋轉(zhuǎn)(例如180度)，測(cè)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的高度位置H2。對(duì)H1和H2的差進(jìn)行運(yùn)算， 在氏和吐不大致相同的情況下，在使上述基臺(tái)上升后使夾緊軸12A和12B分別后退而解除 對(duì)樣件的夾持。基于上述運(yùn)算結(jié)果對(duì)上述基臺(tái)的高度位置(利用夾緊機(jī)構(gòu)5夾持樣件的上 下方向停止位置)進(jìn)行調(diào)整(上升或下降)后，再次利用夾緊機(jī)構(gòu)5夾持樣件，對(duì)被夾持的 樣件的H1和H2進(jìn)行測(cè)定。如果H1和H2大致相同則樣件的定心工序完成(參照?qǐng)D5)。在樣件的定心工序完成后，研磨單元1沿圖1中的右方向移動(dòng)。然后，使上述基臺(tái) 上升，使上述基臺(tái)上升后使夾緊軸12A和12B分別后退而解除對(duì)樣件的夾持并且將該樣件 載置在基臺(tái)的V字形槽上。然后，將樣件更換成被加工物W，與樣件時(shí)同樣地進(jìn)行定心工序。如果上述定心工序完成，則使該研磨單元1向圖1中的左側(cè)移動(dòng)。另外，在控制機(jī)構(gòu)中分別 存儲(chǔ)基于上述樣件的定心工序的樣件的外周面高度位置H，和基于上述被加工物W的定心 工序的被加工物W的外周面高度位置h?；陬A(yù)先輸入控制機(jī)構(gòu)的加工條件(研磨機(jī)構(gòu)2的旋轉(zhuǎn)速度、被加工物W的旋轉(zhuǎn) 速度、研磨單元1的移送速度、對(duì)于被加工物W的加工面P的切入量)、和上述外周面高度位 置H、h進(jìn)行運(yùn)算處理，使研磨單元1沿上下方向、即研磨單元和加工面P之間的距離方向移動(dòng)?；谏鲜黾庸l件并利用上述控制機(jī)構(gòu)13使研磨機(jī)構(gòu)2、被加工物W以預(yù)定的旋 轉(zhuǎn)速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。然后，同樣地利用上述控制機(jī)構(gòu)13使研磨單元1以預(yù)定的移動(dòng)速度向圖 1中的右側(cè)移動(dòng)。通過(guò)該移動(dòng)，被加工物W的被加工面P和旋轉(zhuǎn)的研磨單元2的前端部接 觸，進(jìn)行研磨加工。如上所述，由于研磨單元2從圖1的右側(cè)到左側(cè)按照從“粗”到“細(xì)”的 順序排列，所以通過(guò)該移動(dòng)，進(jìn)行“粗研磨，，—“中研磨，，—“精研磨”。在研磨單元移動(dòng)到預(yù) 定的位置(最右端)之后，上述基臺(tái)上升，之后夾緊機(jī)構(gòu)12A和12B后退，解除對(duì)該被加工 物W的夾持，卸下該被加工物W，從而研磨加工完成。在對(duì)多個(gè)被加工物W進(jìn)行加工的情況下，在上述基臺(tái)上設(shè)置新的被加工物W后，同 樣地經(jīng)由被加工物的夾緊行程、被加工物的定心行程進(jìn)行研磨加工。即，通過(guò)最初對(duì)樣件的 高度位置進(jìn)行測(cè)定，之后能夠進(jìn)行多個(gè)被加工物W的研磨加工(參照?qǐng)D6、7)。在本實(shí)施方式中，使研磨單元1向圖中橫方向移送，但可以使被加工物W被移送， 也可以使研磨單元1和被加工物W的雙方被移送。在本實(shí)施方式中，將加工條件手動(dòng)輸入控制機(jī)構(gòu)，但也可以根據(jù)手動(dòng)輸入的加工 條件和自動(dòng)輸入(存儲(chǔ))的外周面高度位置，通過(guò)控制機(jī)構(gòu)對(duì)未輸入的加工條件進(jìn)行運(yùn)算 后進(jìn)行研磨加工。例如，可以通過(guò)輸入研磨機(jī)構(gòu)的前端對(duì)于被加工物的加工面P的切入量 (以下僅記作“切入量”)和研磨機(jī)構(gòu)2的旋轉(zhuǎn)速度，利用控制機(jī)構(gòu)13對(duì)被加工物W的移動(dòng) 速度進(jìn)行運(yùn)算，也可以根據(jù)其他加工條件和高度位置并利用控制機(jī)構(gòu)13對(duì)切入量進(jìn)行運(yùn) 算。然后，基于這些運(yùn)算結(jié)果能夠進(jìn)行研磨加工。所輸入的加工條件并不限定于本實(shí)施方式的項(xiàng)目。例如，可以輸入研磨機(jī)構(gòu)2的 種類、被加工物的狀態(tài)，還可以基于這些組合由控制機(jī)構(gòu)13進(jìn)行的運(yùn)算。圖2(A)和(B)是表示作為上述研磨機(jī)構(gòu)2的研磨刷的一例的圖，研磨具10是將 由混合了磨粒的尼龍等合成樹(shù)脂構(gòu)成的毛狀材料捆束而作成的，將該研磨具10的基部裝 卸自如地安裝在與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(研磨具用)2a連結(jié)且作水平旋轉(zhuǎn)的研磨具安裝板11上，該研 磨具10的下端與被加工物W的加工面P旋轉(zhuǎn)接觸而進(jìn)行研磨，當(dāng)研磨具10磨損時(shí)，可從研 磨具安裝板11上取下該研磨具10并換上新的研磨具10。另外，作為研磨機(jī)構(gòu)2的研磨刷， 并不限于采用圖2所示的研磨具10的研磨刷，也可以將由混合有磨粒的毛狀材料IOa構(gòu) 成的研磨具10直接安裝固定到研磨具安裝板11上，當(dāng)該研磨具10磨損時(shí)，將該研磨具10 連同研磨具安裝板11 一起更換，也可以不使用研磨具10，而將由含有磨粒的尼龍等合成樹(shù) 脂構(gòu)成的毛狀材料10a，環(huán)狀植入設(shè)置在研磨機(jī)構(gòu)2的底部(參照?qǐng)D3(A))。此外，例如在 對(duì)陶瓷等進(jìn)行研磨加工時(shí)，或是加工時(shí)要使研磨機(jī)構(gòu)2接觸大致呈90度角度的柱狀體角部 時(shí)等，由研磨具2與被研磨加工物W的接觸而產(chǎn)生豁口(tipping 崩刃)，在產(chǎn)生這種問(wèn)題 的情況下，可將由含有磨粒的合成樹(shù)脂構(gòu)成的彈性體IOb環(huán)狀配置在研磨機(jī)構(gòu)的底部(參照?qǐng)D3(B))。此時(shí)的彈性體IOb例如可以是硬度比較柔軟的樹(shù)脂的膨體(bulk)、以在內(nèi)部 具有多個(gè)氣泡的聚氨基甲酸乙酯、氨基甲酸乙酯為代表的樹(shù)脂的膨體、相互纏繞纖維狀的 彈性體而得到的集合體。在硬度比較柔軟的樹(shù)脂的膨體中，樹(shù)脂本身作為緩沖材料起作用。 在具有氣泡的樹(shù)脂的膨體中，內(nèi)部的氣泡作為緩沖材料起作用。在含有磨粒且相互纏繞的 彈性體中，通過(guò)纏繞該彈性體，使這些集合體的內(nèi)部包含空氣，該空氣層作為緩沖材料起作 用。在任一情況下，適當(dāng)選擇合成樹(shù)脂的種類和磨粒的含有率等，使得當(dāng)該彈性體IOb與被 加工物接觸時(shí)保持適度的彈力(參照?qǐng)D3。圖3(A)和(B)都將上圖表示正面，將下圖表示 底面)。另外，優(yōu)選混合在上述毛狀材料或彈性體中的磨粒的粒度從F180 #2000 (磨粒 的粒度的定義取決于JIS規(guī)格R6001 1998)的范圍進(jìn)行選擇。評(píng)價(jià)試驗(yàn)以下將被加工物W設(shè)為圓柱狀的單晶硅塊(Ψ 175mmX 500mm)，使用本發(fā)明的研磨 裝置對(duì)上述被加工物W的表層部進(jìn)行加工而除去該被加工物W的表層部存在的微裂紋及其 表面的凹凸，再針對(duì)表面粗糙度作精細(xì)加工，并評(píng)價(jià)研磨效果，對(duì)當(dāng)用鋼絲鋸將該硅塊切片 加工成硅片時(shí)能夠降低由該硅片的裂紋或豁口等導(dǎo)致的次品的發(fā)生率的評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn) 行闡述。在研磨加工前的上述被加工物W的表層部，存在深度80 100 μ m的微裂紋，其表 面粗糙度為(Ry)9 llym(Ry的定義取決于JIS規(guī)格B0601 1994))，在對(duì)該硅塊用鋼絲 鋸切斷(切片加工)而形成硅片時(shí)，由裂紋或豁口等導(dǎo)致的次品的發(fā)生率為5 6%。對(duì)于如下結(jié)果進(jìn)行闡述，即在使用第一實(shí)施方式所記載的研磨裝置對(duì)作為上述 被加工物(W)的硅塊進(jìn)行研磨加工而除去微裂紋和凹凸并使表面粗糙度微小化后，用鋼絲 鋸對(duì)該硅塊進(jìn)行切片加工而形成硅片時(shí)降低由裂紋或豁口等導(dǎo)致的次品的發(fā)生率。本評(píng)價(jià)試驗(yàn)的加工條件按照表1所示那樣進(jìn)行設(shè)定，在將該加工條件輸入控制機(jī) 構(gòu)13后，進(jìn)行3個(gè)單晶硅塊的加工。在表2中示出該結(jié)果。這樣，通過(guò)使用第一實(shí)施方式 的研磨裝置進(jìn)行加工，能夠大幅度減小單晶硅塊的表層部存在的微裂紋的深度以及外周面 的凹凸，如表2所示那樣，其結(jié)果是，微裂紋的最大深度0. 7 0. 9 μ m，表面粗糙度為平面部 RyO. 7 1. 0 (平均RyO. 9)，能夠除去微裂紋和凹凸并使表面粗糙度微小化。能夠?qū)?個(gè) 硅塊都用鋼絲鋸切片加工成硅片時(shí)由裂紋、豁口等導(dǎo)致的次品的發(fā)生率降低2%。優(yōu)選微 裂紋的最大深度為3. 0 μ m以下、最好為2. 3 μ m以下。當(dāng)上述最大深度為3. 0 μ m以上時(shí)上 述次品的發(fā)生率增大。此外，如果上述最大深度為2. 3μπι以下，則將硅塊切片加工成幾十 μm厚度的硅片時(shí)對(duì)由裂紋或豁口等導(dǎo)致的次品的發(fā)生率的影響小。在本評(píng)價(jià)試驗(yàn)中上述 最大深度為0. 9 μ m，能夠大大低于對(duì)上述次品的發(fā)生率造成影響的2. 3 μ m。[表 1]
1權(quán)利要求
一種圓柱狀部件的研磨裝置，其用于對(duì)圓柱狀被加工物的外周面的表層部進(jìn)行研磨，其特征在于，所述圓柱狀部件的研磨裝置具備夾緊機(jī)構(gòu)，其與被加工物的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連結(jié)，并夾持所述被加工物的兩端面；研磨機(jī)構(gòu)，所述研磨機(jī)構(gòu)的前端一邊旋轉(zhuǎn)接觸所述被加工物的外周面一邊進(jìn)行研磨加工；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其使所述研磨機(jī)構(gòu)相對(duì)于所述被加工物在與所述被加工物的大致圓形截面的方向正交的長(zhǎng)度方向相對(duì)移動(dòng)；高度位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其用于檢測(cè)研磨加工成品以及研磨加工前的被加工物的高度位置；和控制機(jī)構(gòu)，所述控制機(jī)構(gòu)被輸入有所述高度位置和加工條件，通過(guò)對(duì)所輸入的所述高度位置和所述加工條件進(jìn)行運(yùn)算來(lái)進(jìn)行研磨加工，所述運(yùn)算是下述運(yùn)算的任一個(gè)，即所述研磨加工成品的高度位置與所述研磨前的被加工物的高度位置之差的運(yùn)算，或者用于根據(jù)所輸入的加工條件對(duì)其他加工條件進(jìn)行設(shè)定的運(yùn)算，或者是上述兩種運(yùn)算的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在于所述研磨機(jī)構(gòu)是研磨刷，該研磨刷具有將含有磨粒的多根毛狀材料被呈環(huán)狀地植入設(shè) 置在該研磨刷的底部的構(gòu)造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在于所述研磨機(jī)構(gòu)是研磨刷，該研磨刷具有將多根含有磨粒的毛狀材料捆束而形成的多個(gè) 研磨具的基部植入設(shè)置在研磨具安裝板上的構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在于所述研磨機(jī)構(gòu)是研磨刷，該研磨刷具有將含有磨粒的毛狀材料呈環(huán)狀地配置在該研磨 刷的底部的構(gòu)造。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在于 所述研磨機(jī)構(gòu)沿著圓柱狀被加工物的軸心連續(xù)配置有多個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在于 所述研磨機(jī)構(gòu)由在被加工物的圓形截面的同一面內(nèi)配置的第一研磨機(jī)構(gòu)和第二研磨機(jī)構(gòu)構(gòu)成，第一研磨機(jī)構(gòu)和第二研磨機(jī)構(gòu)的軸心配置成與被加工物的半徑方向一致，第一 研磨機(jī)構(gòu)的軸心和第二研磨機(jī)構(gòu)的軸心被配置成以構(gòu)成預(yù)定的角度θ的方式在被加工物 的截面中心交叉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在于所述第一研磨機(jī)構(gòu)和所述第二研磨機(jī)構(gòu)沿著圓柱狀被加工物的軸心分別連續(xù)配置有 多個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在于混合在所述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材料或彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000，選 擇2種以上具有該粒度不同的毛狀材料或彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，磨粒的粒度不同的研磨機(jī)構(gòu) 沿著圓柱狀被加工物的軸心被連續(xù)設(shè)置，以使該研磨機(jī)構(gòu)能夠按磨粒的粒度從“粗”到“細(xì)” 的順序進(jìn)行研磨加工。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在于混合在所述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材料或彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000，選 擇2種以上具有該粒度不同的毛狀材料或彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，磨粒的粒度不同的研磨機(jī)構(gòu) 沿著圓柱狀被加工物的軸心被連續(xù)設(shè)置，并使該研磨機(jī)構(gòu)能夠按磨粒的粒度從“粗”到“細(xì)” 的順序進(jìn)行研磨加工。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在于混合在所述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材料或彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000， 具有該粒度大致相同的毛狀材料或彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，沿著圓柱狀被加工物的軸心連續(xù)設(shè) 置。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圓柱狀部件的研磨裝置，其特征在于混合在所述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材料或彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000， 具有該粒度大致相同的毛狀材料或彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，沿著圓柱狀被加工物的軸心連續(xù)設(shè)置。
12.—種圓柱狀部件，其特征在于利用權(quán)利要求1所述的圓柱狀部件的研磨裝置，除去從被加工物的表層起以100 μ m以 下的程度存在的微裂紋，且使研磨加工面的表面粗糙度Ry為3 μ m以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圓柱狀部件，其特征在于所述圓柱狀部件是硅塊或陶瓷。
14.一種圓柱狀部件的研磨方法，其特征在于在權(quán)利要求1所述的圓柱狀部件的研磨裝置中，被所述夾緊機(jī)構(gòu)夾持的被加工物通過(guò) 所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且使所述研磨機(jī)構(gòu)的前端與該被加工物的外周面接觸并旋轉(zhuǎn)，且通過(guò)使該研磨機(jī)構(gòu)相對(duì)于該被加工物相對(duì)移動(dòng)來(lái)進(jìn)行研磨加工。
15.一種圓柱狀部件的研磨方法，其特征在于在權(quán)利要求5所述的圓柱狀部件的研磨裝置中，混合在所述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材 料或彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000，選擇2種以上具有該粒度不同的毛狀材料或 彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，將磨粒的粒度不同的研磨機(jī)構(gòu)以能夠按磨粒的粒度從“粗”到“細(xì)”的 順序進(jìn)行研磨加工的方式沿著圓柱狀被加工物的軸心連續(xù)設(shè)置，以進(jìn)行研磨。
16.一種圓柱狀部件的研磨方法，其特征在于在權(quán)利要求7所述的圓柱狀部件的研磨裝置中，混合在所述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材 料或彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000，選擇2種以上具有該粒度不同的毛狀材料或 彈性體的研磨機(jī)構(gòu)，將磨粒的粒度不同的研磨機(jī)構(gòu)以能夠按磨粒的粒度從“粗”到“細(xì)”的 順序進(jìn)行研磨加工的方式沿著圓柱狀被加工物的軸心連續(xù)設(shè)置，以進(jìn)行研磨。
17.—種圓柱狀部件的研磨方法，其特征在于在權(quán)利要求5所述的圓柱狀部件的研磨裝置中，混合在所述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材 料或彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000，將具有該磨粒的粒度大致相同的毛狀材料或 彈性體的研磨機(jī)構(gòu)沿著圓柱狀被加工物的軸心連續(xù)設(shè)置，以進(jìn)行研磨。
18.—種圓柱狀部件的研磨方法，其特征在于在權(quán)利要求7所述的圓柱狀部件的研磨裝置中，混合在所述研磨機(jī)構(gòu)所使用的毛狀材3料或彈性體中的磨粒的粒度為F180 #2000，將具有該磨粒的粒度大致相同的毛狀材料或 彈性體的研磨機(jī)構(gòu)沿著圓柱狀被加工物的軸心連續(xù)設(shè)置，以進(jìn)行研磨。
全文摘要
本發(fā)明提供圓柱狀部件的研磨裝置及其研磨方法，該研磨裝置為廉價(jià)的，且具有除去由硬脆材料構(gòu)成的圓柱形狀的表層部存在的微小的龜裂的高研磨能力和除去表面的凹凸并使表面粗糙度細(xì)微化的細(xì)微研磨能力。研磨裝置具備夾緊機(jī)構(gòu)，其與被加工物的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連結(jié)，并夾持上述被加工物的兩端面；研磨機(jī)構(gòu)，其研磨工具的前端一邊旋轉(zhuǎn)接觸上述加工面一邊進(jìn)行研磨加工；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其使上述研磨機(jī)構(gòu)相對(duì)于上述被加工物在與上述被加工物的截面方向正交的長(zhǎng)度方向相對(duì)移動(dòng)；高度位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其存儲(chǔ)研磨加工前檢測(cè)出的上述被加工物的加工面的高度位置；和控制機(jī)構(gòu)，其對(duì)由上述位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)存儲(chǔ)的高度位置和上述研磨機(jī)構(gòu)的前端的切入量進(jìn)行運(yùn)算處理并進(jìn)行研磨加工。
文檔編號(hào)B24B37/02GK101972982SQ20101053013
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者棚橋茂, 野田靖雄 申請(qǐng)人:新東工業(yè)株式會(huì)社