JP2000084856A - 弾性体を介して超砥粒層を設けた鏡面加工用超砥粒砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】遊離砥粒加工を固定砥粒加工化できるだけでな
く、粗粒超砥粒砥石をダイヤモンドロータリドレッサで
ツルーイング・ドレッシングすることによって、切れ味
が極めて良好で、寿命の長い鏡面加工用超砥粒砥石を提
供する。 【解決手段】平均粒径３０〜２００μｍの超砥粒が結合
材によって一層固着されたカップ型砥石の超砥粒先端部
をツルーイングによって、先端部の相互の段差が５μｍ
以内の平坦部を形成し、さらにドレッシングによって、
平坦部に深さが５μｍ以内の微小な溝・凹部を形成し
て、これを切れ刃として作用させ、超砥粒層は弾性体を
介して金属製台金に固着して、わずかな超砥粒先端高さ
の不揃いを弾性変形によって減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン、ガラ
ス、セラミックス、フェライト、水晶、超硬合金等の硬
脆材料を鏡面加工するのに用いる超砥粒砥石に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】最近、半導体における高集積化やセラミ
ックス、ガラス、フェライトなどの加工において超精密
化などの急激な技術革新により、高精度な鏡面加工が要
求されている。この鏡面加工は一般的にラッピング加工
と呼ばれる研削方法で、ラップ定盤と工作物の間にラッ
プ液に混合した遊離砥粒を供給して、ラップ定盤と工作
物に圧力を加えながら擦り合わせ、遊離砥粒の転動作用
と引っかき作用により工作物を削り、高精度な鏡面を得
る加工法である。しかし、ラッピング加工に際しては遊
離砥粒を多く消費するため、使用済みの遊離砥粒と切り
粉とラップ液の混合物、すなわちスラッジと呼ばれるも
のが大量に発生し作業環境の悪化と公害発生が大きな問
題となっていた。

【０００３】この遊離砥粒を用いた研削方法を改め、固
定された微粒超砥粒による鏡面加工法の研究開発が盛ん
に行われている。例えば、シリコンのような硬脆材料を
延性モードにて研削加工するには、レジンボンド超砥粒
砥石が用いられる。研削作用面の単位面積当たりの作用
砥粒数を増やして最大砥粒切り込み深さを小さくするた
めに、微粒超砥粒を用いること、およびレジンボンドの
ような弾性に富んだ結合材を用いることが極めて有効で
あるからである。他の鏡面研削加工方法としては、メタ
ルボンド超砥粒砥石を電解により結合材を溶かしながら
ドレッシングして研削するようにしたＥＬＩＤ研削加工
法などが良く知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、レジンボンド
超砥粒砥石においては、微細超砥粒を使用するため砥石
の切れ味が悪く、しかも砥石磨耗が大きいので加工面の
形状や精度の低下が起きやすく、頻繁にツルーイング・
ドレッシングをしなければならない問題があった。メタ
ルボンド超砥粒砥石においては、レジンボンドと同程度
の鏡面を得ようとするとボンド材が高剛性であるためレ
ジンボンドよりも更に細かい超砥粒にする必要があり、
いっそう切れ味が悪化する問題があった。さらに、両者
とも微粒超砥粒を用いるため、砥粒の脱落によるスクラ
ッチ傷を工作物に発生し易いことや砥石寿命が短い問題
があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、遊離砥粒加工
を固定砥粒加工化できるだけでなく、粗粒超砥粒砥石を
ダイヤモンドドレッサーでツルーイング・ドレッシング
することによって、切れ味が極めて良好で、寿命の長い
鏡面加工用超砥粒砥石を提供することにある。粗粒超砥
粒により大きな容量のチップポケットが切り粉の排出を
スムーズにして高能率加工を可能にし、わずかな超砥粒
先端高さの不揃いを弾性体の変形によって減少させ、平
坦部の微小な溝又は凹部が作用砥粒数を多くして微粒超
砥粒と同様な高品位な表面粗さが得られ、さらにＮｉめ
っきまたはレジンボンドにより粗粒超砥粒を強固に保持
するので砥粒の脱落がほとんどなく長寿命が得られる。
すなわち粗粒と微粒の両者の特長を兼ね備えた鏡面加工
用超砥粒砥石を提供することを目的とする。

【０００６】その特徴とするところは、平均粒径が３０
〜２００μｍの超砥粒が結合材によって一層固着された
超砥粒層を有するカップ型超砥粒砥石であって、該超砥
粒の先端部がツルーイングによって、先端部の相互の段
差が５μｍ以内の平坦部を有し、さらにドレッシングに
よって該平坦部に深さが５μｍ以内の微小な溝または凹
部が形成されて、これが切れ刃として作用することと、
該超砥粒層が弾性体を介して金属製台金に固着され、わ
ずかな超砥粒先端高さの不揃いを弾性変形によって減少
させる機能を有する超砥粒砥石である。

【０００７】ここで超砥粒の平均粒径が３０〜２００μ
ｍと限定したのは、硬脆材料の鏡面加工を目的とし、イ
ンフィード切り込み方式のロータリーテーブル式平面研
削盤に取り付けられる、超砥粒を一層固着したカップ型
超砥粒に最適な粒径の範囲を規定したもので、砥石寿命
と砥粒保持力を考慮すると大粒であるほど良い結果が得
られるので、超砥粒の平均粒径は５０μｍ以上であるこ
とが好ましい。超砥粒の先端部はダイヤモンドロータリ
ドレッサ（ＲＤ）によってツルーイングして先端部の相
互の段差が５μｍ以内の平坦部を形成し、さらにドレッ
シングして、その平坦部に深さが５μｍ以内の微小な溝
または凹部を形成して切れ刃とする。ツルーイング・ド
レッシングするには切れ味が良く、ドレッシング抵抗の
低いＲＤを用いるのが成形精度と能率を考慮すると最も
好ましいが、ＲＤの代用としてダイヤモンド粒度が＃３
０（平均粒径６５０μｍ）程度で、ダイヤモンド砥粒の
先端部高さのバラツキを無くしたメタルボンド砥石また
は電着砥石を用いることも可能である。

【０００８】超砥粒層は弾性体を介して金属製台金に固
着する。弾性体が変形することにより、最大で５μｍあ
る超砥粒先端高さの不揃いを減少させるので弾性体には
ある程度の厚みが必要で、超砥粒砥石の結合材の種類、
超砥粒の平均粒径、砥粒集中度、工作物の種類、加工条
件、要求される工作物の精度によって厚みを決定する
が、少なくとも５０μｍ以上の厚みが必要である。

【０００９】また、超砥粒は、破砕性が高く、不規則形
状のレジンボンド用超砥粒であることと、研削作用面に
は、切り粉の排出を目的とした溝が研削作用面全体に対
して、面積比率で３〜４０％設けられたことを特徴とす
るものである。レジンボンド用合成超砥粒は、メタルボ
ンド用合成超砥粒やソーブレード用合成超砥粒に比較し
て、破砕性が高いので、ＲＤによるツルーイング・ドレ
ッシングより超砥粒先端に微小な切れ刃を形成させるの
に特に好適である。レジンボンド用合成超砥粒として
は、ＧＥスーパーアブレイシブ社製、ＲＶＧ、ＲＶＧ−
Ｄ、ＲＶＧ−Ｗ、または、トーメイダイヤ株式会社製、
ＩＲＶ、ＩＲＶ−ＮＰ、またはデ・ビアース社製、ＣＤ
Ａ、ＣＤＡ−Ｍなどが適用できる。切り粉の排出を目的
とした溝は、研削作用面に放射線状、網目状などの形態
で、研削作用面全体に対して、面積比率で３〜４０％設
ける。外径がΦ１５０ｍｍ〜Φ４００ｍｍのカップ型超
砥粒砥石であれば、幅１ｍｍ〜１０ｍｍの溝を砥石の外
周を１２〜６４等分するように放射線状に設けるのが効
果的である。

【００１０】また、超砥粒を一層固着するのに用いる結
合材をＮｉめっき、レジンボンドのいずれかとしたもの
である。金属製台金の表面に設けられた弾性体の表面に
Ｎｉめっき、またはレジンボンドにより超砥粒を一層の
み固着するもので、Ｎｉめっきの場合は、金属粒子等を
含有させ導電性を付与した弾性体に通電することによ
り、その表面に直接Ｎｉめっきする方法、または母型の
表面に超砥粒を予め仮固定してＮｉめっきして肉盛り
し、母型を除去する反転めっき法で得られた超砥粒層を
弾性体表面に固着する方法が適当である。レジンボンド
の場合は、ホットプレス法による方法、または液状レジ
ンを弾性体表面に塗布し、その上に超砥粒を均一に分散
させて散布し、オーブンに入れて加熱し、固着する方法
が適当である。

【００１１】また、弾性体は樹脂またはゴムとしたもの
である。樹脂としては、フェノール系樹脂、エポキシ系
樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ゴ
ムとしては、各種の合成ゴム、天然ゴムが適用できる。
なお、弾性体はヤング率の調整目的として、必要に応じ
て弾性体中に微粒ダイヤモンド、ＷＣ、ＴｉＣなどの炭
化物、Ｃｏ、Ｆｅなど金属をフィラーとして充填しても
良い。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明実施の形態については、実施
例の項で詳細に説明する。

【００１３】

【実施例】（実施例１）外径Φ２５０ｍｍ、幅５ｍｍ、
高さ４０ｍｍの鋼製台金を金型に組み込み、弾性体を形
成するために、フェノール系樹脂を均一に充填し、ホッ
トプレス法により台金表面にフェノール系樹脂を固着し
た。フェノール系樹脂層を規定の寸法に機械加工し、そ
の表面に液状フェノール樹脂を塗布し、粒度＃２３０／
２７０（平均粒径６４μｍ）のダイヤモンド砥粒を均一
に配置し、オーブンに入れて加熱してダイヤモンド砥粒
を一層固着した。さらに、反転めっき法で製作したＲＤ
により、ダイヤモンド砥粒先端部をツルーイングによ
り、相互の段差が３μｍ以内とした平坦部を設け、さら
にドレッシングして、その平坦部に深さが１μｍの溝、
凹部を形成し、実施例１の超砥粒砥石を完成させた。そ
して、実施例１の超砥粒砥石の性能を評価するために以
下の実験を行った。実施例１の超砥粒砥石を縦軸ロータ
リテーブル式平面研削盤に取り付け、湿式にて、単結晶
シリコンウエハを鏡面研削加工した。そのときの条件
は、砥石周速度が５０ｍ／秒、砥石の切り込み速度が５
μｍ／分、工作物回転数が５０回転／分とした。その結
果、本実施例の切れ味は良好で、目づまりすることが無
く、長期間にわたって極めて安定した性能を発揮した。
この時に得られた工作物の表面粗さは、０．０１９μｍ
Ｒａであった。

【００１３】（実施例２）さらに実施例１と同様の方法
で、粒度＃１２０／１４０（平均粒径１２６μｍ）のダ
イヤモンド砥粒を均一に配置し、オーブンに入れて加熱
しダイヤモンド砥粒を一層固着した。ツルーイング・ド
レッシング方法も同一とした。また同一条件で性能を評
価したところ、より切れ味が良好で、目づまりが無く安
定した性能を発揮した。工作物の表面粗さは、０．０２
８μｍＲａであった。

【００１４】（実施例３）さらに実施例１、２と同様の
方法で、粒度＃１００／１２０（平均粒径１５１μｍ）
のダイヤモンド砥粒を均一に配置し、オーブンに入れて
加熱しダイヤモンド砥粒を一層固着した。ツルーイング
・ドレッシング方法も実施例１、２と同一とした。また
同一条件で性能を評価したところ、最も切れ味が良好
で、目づまりが無く安定した性能を発揮した。工作物の
表面粗さは、０．０３３μｍＲａであった。

【００１５】（比較例）比較例として、鋼製台金表面に
弾性体を設けず、直接に粒度＃１２０／１４０（平均粒
径１２６μｍ）のダイヤモンド砥粒を均一に配置した電
着ダイヤモンド砥石を製作し、実施例と同様に反転めっ
き法で製作したＲＤにより、ダイヤモンド砥粒先端部を
ツルーイングにより、相互の段差が３μｍ以内とした平
坦部を設け、さらにドレッシングして、その平坦部に深
さが１μｍの溝、凹部を形成し、比較例の超砥粒砥石を
完成させた。実施例と同一の条件で性能評価したとこ
ろ、切れ味は実施例と同等であったが工作物表面粗さ
は、０．０４０μｍＲａで最も粗いものであった。

【００１６】以上の結果より、実施例３のダイヤモンド
砥粒の平均粒径は比較例の約１２０％の大きさであるに
もかかわらず、比較例よりも細かい表面粗さが得られて
おり超砥粒層と台金の間の弾性体が有効に作用している
と考えられる。

【００１７】

【発明の効果】超砥粒層が弾性体を介して金属製台金に
固着されることにより、ツルーイング・ドレッシング後
の超砥粒先端高さのわずかな不揃いを弾性体の変形によ
って減少させ、極めて良好な鏡面が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の部分断面図を示す。

【図２】Ａ部の拡大模式図を示す。

【図３】実施例１、２、３と比較例の性能評価を示す。

【符号の説明】

１ 超砥粒 ２ 結合材 ３ 弾性体 ４ 台金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C063 AA02 AB05 BA02 BA24 BB02 BB07 BC02 BC03 BF02 EE15 FF23

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平均粒径が３０〜２００μｍの超砥粒が結
   合材によって一層固着された超砥粒層を有するカップ型
   超砥粒砥石であって、該超砥粒の先端部がツルーイング
   によって、先端部の相互の段差が５μｍ以内の平坦部を
   有し、さらにドレッシングによって該平坦部に深さが５
   μｍ以内の微小な溝または凹部が形成されて、これが切
   れ刃として作用することと、該超砥粒層が弾性体を介し
   て金属製台金に固着され、わずかな超砥粒先端高さの不
   揃いを弾性変形によって減少させる機能を有することを
   特徴とする超砥粒砥石。
2. 【請求項２】上記の超砥粒は、破砕性が高く、不規則形
   状のレジンボンド用超砥粒であることと、研削作用面に
   は、切り粉の排出を目的とした溝が研削作用面全体に対
   して、面積比率で３〜４０％設けられたことを特徴とす
   る請求項１記載の超砥粒砥石。
3. 【請求項３】上記の結合材が、Ｎｉめっき、レジンボン
   ドのいずれかであることを特徴とする請求項１または２
   記載の超砥粒砥石。
4. 【請求項４】上記の弾性体が樹脂またはゴムであること
   を特徴とする請求項１、２または３記載の超砥粒砥石。