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JP2011148028A - 研削ホイール - Google Patents

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JP2011148028A JP2010010052A JP2010010052A JP2011148028A JP 2011148028 A JP2011148028 A JP 2011148028A JP 2010010052 A JP2010010052 A JP 2010010052A JP 2010010052 A JP2010010052 A JP 2010010052A JP 2011148028 A JP2011148028 A JP 2011148028A
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Takuya Adachi
卓也 足立
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Abstract

【課題】研削砥石に発生させたい超音波振動の周波数に合わせてホイール基台の径を設定してもホイールマウントを交換することなく装着することができる研削ホイールを提供する。
【解決手段】チャックテーブル上に保持された被加工物を研削する研削手段を構成する回転スピンドルの下端に設けられボルト挿通穴を備えたホイールマウントの下面に着脱可能に装着される研削ホイールであって、ホイール基台と、ホイール基台の下面に装着された環状の研削砥石と、ホイール基台における環状の研削砥石の内側に相当する位置に配設された環状の超音波振動手段とからなり、ホイール基台は研削砥石を装着する砥石装着部と超音波振動手段を装着する超音波振動手段装着部とを備えた基台本体と、基台本体の外周部から立設して形成された環状の側壁と、環状の側壁の上端から内方に向けて形成された環状の取り付け部とからなっており、環状の取り付け部におけるホイールマウントに設けられたボルト挿通穴と対応する位置に雌ネジ穴が形成されている。
【選択図】図6

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研削するための研削ホイール、更に詳しくは超音波振動させつつ研削加工する研削ホイールに関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にIC、LSI等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。このようにして分割されるウエーハは、ストリートに沿って切断する前に研削装置によって裏面が研削され、所定の厚さに加工される。
研削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブル上に保持された被加工物を研削する研削手段とを具備している。この研削手段は、回転スピンドルと、該回転スピンドルの下端に設けられたホイールマウントと、該ホイールマウントの下面に着脱可能に装着される研削ホイールとを具備しており、該研削ホイールがホイール基台と該ホイール基台の下面における外周部の砥石装着部に装着された複数の研削砥石とからなっており、研削ホイールを回転しつつ研削砥石をチャックテーブルに保持された被加工物に押圧することにより被加工物を研削する。
しかるに、研削装置の研削砥石によってウエーハの裏面を研削すると、研削砥石に目詰まりが発生し研削能力が低下する。特に、サファイヤ、シリコンナイトライド、リチウムタンタレート、アルチック等の脆性硬質材料を研削すると、研削砥石の目詰まりによる研削能力の低下によって生産性が著しく低下するという問題がある。
上述した問題を解消するために、ウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削ホイールの研削砥石を保持するホイール基台に超音波振動手段を装着し、この超音波振動手段に高周波電力を印加することにより、ホイール基台に保持された研削砥石に超音波振動を付与するようにした研削ホイールが提案されている。(例えば、特許文献1参照。)
上記研削ホイールを構成するホイール基台は、外周部上面に立設して形成された環状の装着部を備えており、この環状の装着部にホイールマウントに形成されたボルト挿通穴と対応する位置に雌ネジ穴を設け、該雌ネジ穴にホイールマウントに形成されたボルト挿通穴を挿通して配設された締結ボルトを螺合することにより、ホイールマウントに装着される。
特開2009−107065号公報
而して、研削ホイールのホイール基台に装着された超音波振動手段が発振する超音波振動を研削砥石に伝達し、研削砥石に所望の振動幅の超音波振動を発生させるためには、超音波振動手段が発振する超音波振動とホイール基台の固有振動数とを一致させる必要がある。このため、研削砥石に発生させたい超音波振動の周波数によってはホイール基台の直径が大きくなり、ホイール基台に合わせてホイールマウントを交換しなければならないという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、研削砥石に発生させたい超音波振動の周波数に合わせてホイール基台の直径を設定してもホイールマウントを交換することなく装着することができる研削ホイールを提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、チャックテーブル上に保持された被加工物を研削する研削手段を構成する回転スピンドルの下端に設けられボルト挿通穴を備えたホイールマウントの下面に着脱可能に装着される研削ホイールであって、
ホイール基台と、該ホイール基台の下面に装着された環状の研削砥石と、該ホイール基台における該環状の研削砥石の内側に相当する位置に配設された環状の超音波振動手段とからなり、
該ホイール基台は、該研削砥石を装着する砥石装着部と該超音波振動手段を装着する超音波振動手段装着部とを備えた基台本体と、該基台本体の外周部から立設して形成された環状の側壁と、該環状の側壁の上端から内方に向けて形成された環状の取り付け部とからなっており、
該環状の取り付け部における該ホイールマウントに設けられたボルト挿通穴と対応する位置に雌ネジ穴が形成されている、
ことを特徴とする研削ホイールが提供される。
該ホイール基台の基台本体には、該環状の側壁と該砥石装着部との間に周方向に複数の円弧状スリットが形成されていることが望ましい。
本発明による研削ホイールは、ホイール基台が研削砥石を装着する砥石装着部と超音波振動手段を装着する超音波振動手段装着部とを備えた基台本体と、該基台本体の外周部から立設して形成された環状の側壁と、該環状の側壁の上端から内方に向けて形成された環状の取り付け部とからなっており、該環状の取り付け部におけるホイールマウントに設けられたボルト挿通穴と対応する位置に雌ネジ穴が形成されているので、直径の異なる研削ホイールでもホイールマウントを交換することなく装着することができる。
本発明に従って構成された研削ホイールを装備した研削装置の斜視図。 図1に示す研削装置に装備されるスピンドルユニットの断面図。 図2に示すスピンドルユニットを構成するホイールマウントおよび研削ホイールの分解斜視図。 図3に示す研削ホイールの断面図。 図3に示す研削ホイールの底面図。 本発明に従って構成された径が大きい研削ホイールをホイールマウントに装着した状態を示す断面図。 図1に示す研削装置によって被加工物を研削している状態を示す要部側面図。
以下、本発明に従って構成された研削ホイールの好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図1には、本発明に従って構成された研削ホイールを装備した研削装置の斜視図が示されている。図1に示す研削装置は、全体を番号2で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング2は、細長く延在する直方体形状の主部21と、該主部21の後端部(図1において右上端)に設けられ実質上鉛直に上方に延びる直立壁22とを有している。直立壁22の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール221、221が設けられている。この一対の案内レール221、221に研削手段としての研削ユニット3が上下方向に移動可能に装着されている。
研削ユニット3は、移動基台31と該移動基台31に装着されたスピンドルユニット4を具備している。移動基台31は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部311、311が設けられており、この一対の脚部311、311に上記一対の案内レール221、221と摺動可能に係合する被案内溝312、312が形成されている。このように直立壁22に設けられた一対の案内レール221、221に摺動可能に装着された移動基台31の前面には前方に突出した支持部313が設けられている。この支持部313にスピンドルユニット4が取り付けられる。
スピンドルユニット4は、支持部313に装着されたスピンドルハウジング41と、該スピンドルハウジング41に回転自在に配設された回転スピンドル42とを具備している。このスピンドルユニット4について、図2を参照して説明する。図2に示すスピンドルユニット4を構成するスピンドルハウジング41は略円筒状に形成され、軸方向に貫通する軸穴411を備えている。スピンドルハウジング41に形成された軸穴411に挿通して配設される回転スピンドル42は、その中央部には径方向に突出して形成されたスラスト軸受フランジ421が設けられている。このようにしてスピンドルハウジング41に形成された軸穴411に挿通して配設される回転スピンドル42は、軸穴411の内壁との間に供給される高圧エアーによって回転自在に支持される。スピンドルハウジング41に回転可能に支持された回転スピンドル42は、一端部(図1において下端部)がスピンドルハウジング41の下端から突出して配設されており、その一端(図1において下端)にホイールマウント43が設けられている。そして、このホイールマウント43の下面に研削ホイール5が取り付けられる。
上記ホイールマウント43および研削ホイール5について、図3乃至図5を参照して説明する。
ホイールマウント43は、図3に示すように回転スピンドル42の下端に一体に円盤状に形成されている。このホイールマウント43には、4個のボルト挿通穴43aが設けられている。また、ホイールマウント43の中心部には、コネクター挿入穴43bが形成されている。
図3乃至図5に示す研削ホイール5は、直径が(D1)の円板状のホイール基台51と、該ホイール基台51の下面に装着される環状の研削砥石52と、該ホイール基台51における環状の研削砥石52の内側に相当する位置に配設された環状の超音波振動手段6とを具備している。ホイール基台51は、下面に形成され研削砥石52を装着する砥石装着部511aと上面に形成され超音波振動手段6を装着する超音波振動手段装着部511bとを備えた基台本体511と、該基台本体511の外周部から立設して形成された環状の側壁512と、該環状の側壁512の上端から内方に向けて形成された環状の取り付け部513とからなっている。ホイール基台51を構成する基台本体511には、環状の側壁512と砥石装着部511aとの間に周方向に複数の円弧状スリット511cが上面から下面に貫通して形成されている。このように形成された基台本体511の砥石装着部511aに複数の砥石セグメントからなる環状の研削砥石52が適宜の接着剤によって装着される。また、基台本体511の超音波振動手段装着部511bに環状の超音波振動手段6が適宜の接着剤によって装着される。一方、上記環状の取り付け部513には、上記ホイールマウント43に設けられたボルト挿通穴43aと対応する位置に4個の雌ネジ穴513aが形成されている。
基台本体511の超音波振動手段装着部511bに装着された環状の超音波振動手段6は、図4に示すように環状の超音波振動子61と、該超音波振動子61の両側分極面にそれぞれ装着された一対の電極板62a、62bとからなっている。超音波振動子61は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって環状に形成されている。このように構成された環状の超音波振動手段6は、一対の電極板の一方の電極板62aがエポキシ樹脂等の絶縁性を有するボンド剤によって超音波振動手段装着部511bに装着される。このようにして基台本体511の超音波振動手段装着部511bに装着された環状の超音波振動手段6を構成する一対の電極板62a、62bには、それぞれ導電線63a、63bの一端が接続されている。なお、各導電線63a、63bの他端は、図3に示すように凸型コネクター64に接続されている。この凸型コネクター64は後述する電力供給手段に着脱可能に接続される。
以上のように構成された研削ホイール5は、ホイールマウント43に設けられた4個のボルト挿通孔43aにそれぞれ挿通された締結ボルト53をホイール基台51の環状の取り付け部513に設けられた4個のネジ穴513aにそれぞれ螺着することによって、マウンター43に着脱可能に装着される。
次に、上記研削ホイール5と固有振動数が異なる研削ホイールについて、図6を参照して説明する。図6に示す研削ホイール50は、直径(D2が上記研削ホイール5の直径(D1)より大きく構成されている。なお、図6においては、ホイールマウント43は上記図2および図3に示すホイールマウント43と同一の寸法に形成されている。一方、図6に示す研削ホイール50は、大きさが異なる以外は上記研削ホイール5を実質的に同一の構成であり、従って同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
図6に示す研削ホイール50のホイール基台51を構成する環状の取り付け部513は、その幅が上記研削ホイール5のホイール基台51を構成する環状の取り付け部513の幅より広く形成され、内周が研削ホイール5のホイール基台51を構成する環状の取り付け部513の内周と略同一寸法に形成されている。この環状の取り付け部513における上記ホイールマウント43に設けられたボルト挿通穴43aと対応する位置に雌ネジ穴513aが形成されている。従って、ホイールマウント43に設けられたボルト挿通孔43aにそれぞれ挿通された締結ボルト53をホイール基台51の環状の取り付け部513に設けられたネジ穴513aに螺着することによって、上記研削ホイール5と直径が異なる研削ホイール50をマウンター43に着脱可能に装着することができる。
図2に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるスピンドルユニット4は、回転スピンドル42を回転駆動するための電動モータ7を備えている。図示の電動モータ7は、永久磁石式モータによって構成されている。永久磁石式の電動モータ7は、回転スピンドル42の中間部に形成されたモータ装着部422に装着された永久磁石からなるロータ71と、該ロータ71の外周側においてスピンドルハウジング41に配設されたステータコイル72とからなっている。このように構成された電動モータ7は、ステータコイル72に後述する電力供給手段によって交流電力を印加することによりロータ71が回転し、該ロータ71を装着した回転スピンドル42を回転せしめる。
図示の実施形態におけるスピンドルユニット4は、上記超音波振動子61に高周波電力を印加するとともに上記電動モータ7に交流電力を印加する電力供給手段8を具備している。
電力供給手段8は、スピンドルユニット4の後端部に配設されたロータリートランス80を具備している。ロータリートランス80は、回転スピンドル42の他端に配設された受電手段81と、該受電手段81と対向して配設されスピンドルハウジング41の後端部に配設された給電手段82とを具備している。受電手段81は、回転スピンドル42に装着されたロータ側コア811と、該ロータ側コア811に巻回された受電コイル812とからなっている。このように構成された受電手段81の受電コイル812には、導電線813が接続されている。この導電線813は、回転スピンドル42の中心部に軸方向に形成された穴423内に配設され、その先端が上記凸型コネクター64と嵌合する凹型コネクター814(図3参照)に接続されている。上記給電手段82は、受電手段81の外周側に配設されたステータ側コア821と、該ステータ側コア821に配設された給電コイル822とからなっている。このように構成された給電手段82の給電コイル822は、電気配線83を介して高周波電力が供給される。
図示の実施形態における電力供給手段8は、上記ロータリートランス80の給電コイル822に供給する高周波電力の交流電源84と、電力調整手段としての電圧調整手段85と、上記給電手段82に供給する高周波電力の周波数を調整する周波数調整手段86と、電圧調整手段85および周波数調整手段86を制御する制御手段87と、該制御手段87に複数の研削砥石52に付与する超音波振動の周波数等を入力する入力手段88を具備している。なお、図2に示す電力供給手段8は、制御回路89および電気配線821を介して上記電動モータ7のステータコイル72に交流電力を供給する。
図示の実施形態におけるスピンドルユニット4は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
研削作業を行う際には、電力供給手段8から電動モータ7のステータコイル72に交流電力が供給される。この結果、電動モータ7が回転して回転スピンドル42が回転し、該回転スピンドル42の先端に取付けられた研削ホイール5が回転せしめられる。
一方、電力供給手段8は、制御手段87によって電圧調整手段85および周波数変換手段86を制御し、高周波電力の電圧を所定の電圧(例えば、20V)に制御するとともに、高周波電力の周波数を所定周波数(例えば、上記研削ホイール5の場合には40kHz)に変換して、ロータリートランス80を構成する給電手段82の給電コイル822に供給する。このように所定周波数の高周波電力が給電コイル822に印加されると、回転する受電手段81の受電コイル812、導電線813、凹型コネクター814、凸型コネクター64、導電線63a、63bを介して超音波振動手段6を構成する一対の電極板62a、62bに高周波電力が印加される。この結果、超音波振動子61は径方向および軸方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、ホイール基台51を構成する基台本体511の砥石装着部511aを介して複数の研削砥石52に伝達され、複数の研削砥石52が径方向および軸方向に超音波振動する。なお、図示の実施形態においては、ホイール基台51を構成する基台本体511における環状の側壁512と砥石装着部511aとの間に周方向に複数の円弧状スリット511cが形成されているので、超音波振動手段6から発生された超音波振動は環状の側壁512を介してホイールマウント43への伝達が抑制される。従って、超音波振動手段6から発生された超音波振動は、砥石装着部511aを介して複数の研削砥石52に効果的に伝達される。
図1に戻って説明を続けると、図示の実施形態における研削装置は、上記研削ユニット4を上記一対の案内レール221、221に沿って上下方向(後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向)に移動せしめる研削ユニット送り機構10を備えている。この研削ユニット送り機構10は、直立壁22の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ネジロッド101を具備している。この雄ネジロッド101は、その上端部および下端部が直立壁22に取り付けられた軸受部材102および103によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材102には雄ネジロッド101を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ104が配設されており、このパルスモータ104の出力軸が雄ネジロッド101に伝動連結されている。移動基台31の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部(図示していない)も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ネジ穴(図示していない)が形成されており、この雌ネジ穴に上記雄ネジロッド101が螺合せしめられている。従って、パルスモータ104が正転すると移動基台31即ち研削ユニット3が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ104が逆転すると移動基台31即ち研削ユニット3が上昇即ち後退せしめられる。
図1を参照して説明を続けると、ハウジング2の主部21にはチャックテーブル機構11が配設されている。チャックテーブル機構11は、チャックテーブル12と、該チャックテーブル12の周囲を覆うカバー部材13と、該カバー部材13の前後に配設された蛇腹手段14および15を具備している。チャックテーブル12は、図示しない回転駆動手段によって回転せしめられるようになっており、その上面に被加工物であるウエーハを図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。また、チャックテーブル12は、図示しないチャックテーブル移動手段によって図1に示す被加工物載置域24と上記スピンドルユニット4を構成する研削ホイール5と対向する研削域25との間で移動せしめられる。蛇腹手段14および15はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段14の前端は主部21の前面壁に固定され、後端はカバー部材13の前端面に固定されている。蛇腹手段15の前端はカバー部材13の後端面に固定され、後端は装置ハウジング2の直立壁22の前面に固定されている。チャックテーブル12が矢印23aで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段14が伸張されて蛇腹手段15が収縮され、チャックテーブル12が矢印23bで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段14が収縮されて蛇腹手段15が伸張せしめられる。
図示の実施形態における研削ホイールを装備した研削装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
研削作業を実施するに際し、後述する被加工物としての光デバイスウエーハを研削するに適した超音波振動に対応する固有振動数を有する研削ホイール(例えば、研削ホイール5または研削ホイール50)をホイールマウント43に装着する。そして、図1に示すように研削装置の被加工物載置域24に位置付けられているチャックテーブル12上に被加工物としてのサファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハWを載置する。なお、光デバイスウエーハWのデバイスが形成された表面には保護テープTが貼着されており、この保護テープT側をチャックテーブル12に載置する。このようにしてチャックテーブル12上に載置された光デバイスウエーハWは、図示しない吸引手段によってチャックテーブル12上に吸引保持される。チャックテーブル12上に光デバイスウエーハWを吸引保持したならば、図示しないチャックテーブル移動手段を作動してチャックテーブル12を矢印23aで示す方向に移動し研削域25に位置付ける。そして、図7に示すように研削ホイール5(50)の複数の研削砥石52の外周縁がチャックテーブル12の回転中心P、即ち光デバイスウエーハWの中心を通過するように位置付ける。
このように研削ホイール5とチャックテーブル12に保持された光デバイスウエーハWが図7に示す位置関係にセットされたならば、チャックテーブル12を図7において矢印12aで示す方向に例えば300rpmの回転速度で回転するとともに、研削ホイール5を矢印5aで示す方向に例えば6000rpmの回転速度で回転する。即ち、上記電力供給手段8から電動モータ7のステータコイル72に交流電力を供給することにより、電動モータ7が回転して回転スピンドル42が回転し、該回転スピンドル42の先端に取付けられた研削ホイール5が回転せしめられる。そして、研削ホイール5を下降して複数の研削砥石52を光デバイスウエーハWの上面である裏面(被研削面)に所定の圧力で押圧する。この結果、光デバイスウエーハWの被研削面は全面に渡って研削される。
上述した研削加工時には、上記電力供給手段8によってロータリートランス80を構成する給電手段82の給電コイル822に、ホイールマウント43に装着された研削ホイール5(50)に適した所定周波数の高周波電力を供給する。この結果、回転する受電手段81の受電コイル812、導電線813、凹型コネクター814、凸型コネクター64、導電線63a、63bを介して環状の超音波振動手段6を構成する一対の電極板62a、62bに所定周波数の高周波電力が印加され、環状の超音波振動手段6は径方向および軸方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、ホイール基台51を構成する基台本体511の砥石装着部511aを介して複数の研削砥石52に伝達され、複数の研削砥石52が径方向および軸方向に超音波振動する。このように複数の研削砥石52が径方向および軸方向に超音波振動すると、研削によって生成され研削砥石52の砥粒間に滞留して目詰まりの原因となる研削屑が研削砥石52に作用する微振動により流動されて除去される。従って、研削砥石52の目詰まりを防止することができ、効率よく研削することができる。
2:装置ハウジング
3:研削ユニット
31:移動基台
4:スピンドルユニット
41:スピンドルハウジング
42:回転スピンドル
43:ホイールマウント
5、50:研削ホイール
51:ホイール基台
52:研削砥石
6:超音波振動手段
61:超音波振動子
62a、62b:一対の電極板
7:電動モータ
8:電力供給手段
80:ロータリートランス
81:受電手段
82:給電手段
84:交流電源
85:電圧調整手段
86:周波数調整手段
87:制御手段
88:入力手段
10:研削ユニット送り機構
11:チャックテーブル機構
12:チャックテーブル

Claims (2)

  1. チャックテーブル上に保持された被加工物を研削する研削手段を構成する回転スピンドルの下端に設けられボルト挿通穴を備えたホイールマウントの下面に着脱可能に装着される研削ホイールであって、
    ホイール基台と、該ホイール基台の下面に装着された環状の研削砥石と、該ホイール基台における該環状の研削砥石の内側に相当する位置に配設された環状の超音波振動手段とからなり、
    該ホイール基台は、該研削砥石を装着する砥石装着部と該超音波振動手段を装着する超音波振動手段装着部とを備えた基台本体と、該基台本体の外周部から立設して形成された環状の側壁と、該環状の側壁の上端から内方に向けて形成された環状の取り付け部とからなっており、
    該環状の取り付け部における該ホイールマウントに設けられたボルト挿通穴と対応する位置に雌ネジ穴が形成されている、
    ことを特徴とする研削ホイール。
  2. 該ホイール基台の基台本体には、該環状の側壁と該砥石装着部との間に周方向に複数の円弧状スリットが形成されている、請求項1記載の研削ホイール。
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