JP2575934B2 - 硬脆性材料ラッピング方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、硬脆性材料のラッピング方法および装置に
関するものである。

従来技術 光学ガラス、半導体基板、セラミック材料などのよう
に硬く且つ脆い硬脆性材料から成る被研磨部材に高精度
の平面研磨仕上げを施すラッピング方法として、ウレタ
ンゴム、スエード、フェルトなどの軟質材料をラップ面
に備えた軟質ラップを用い、回転させられるラップ上に
被研磨部材を押し当てつつ、両者の間に酸化セリウムや
酸化アルミニウムなどの遊離砥粒を含むスラリー状の研
磨液を供給する形式の遊離砥粒ラッピング法が知られて
いる。この遊離砥粒ラッピング法においては、被研磨部
材の押圧に伴うラップ面の弾性変形により被研磨部材の
一部がラップ面に押し込まれた状態となるため、角部の
研磨が他の部分より著しく行われて縁だれ等が生じ、平
面研磨における加工精度が充分に得られなかった。

発明が解決すべき課題 これに対し、砥粒を結合剤を用いて固定した固定砥粒
ラップを前記軟質ラップに替えて用いる固定砥粒ラッピ
ング法が提案されている。この固定砥粒ラッピング法に
おいては、固定砥粒ラップの表面変形がないために縁だ
れ等が生じることなく、平面研磨における加工精度が充
分に得られる利点がある。しかしながら、極めて平滑な
平面を得ることを目的とした高精度の研磨であることか
ら目詰りおよび目潰れ等が生じ易く、一定時間経過する
と研磨能率が低下する欠点があった。

なお、前記遊離砥粒ラッピング法および固定砥粒ラッ
ピング法の折衷法として、前記固定砥粒ラップ上に遊離
砥粒を含むスラリー状の研磨液を供給する形式の併用法
が考えられる。この併用法は、固定砥粒ラップにおける
研磨面の自生作用、すなわち砥粒の摩耗に伴って新たな
切刃を再生する再生作用を、遊離砥粒を加えることによ
り促進して目詰りおよび目潰れ等を解消することを目的
としたものである。しかし、被研磨部材と固定砥粒ラッ
プとの間には研磨液が充分に供給されないため、研磨能
率の向上が必ずしも充分に達成できないのが実情であ
る。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであ
り、その目的とするところは、良好な加工精度を維持
し、しかも研磨能率が充分に得られる硬脆性材料ラッピ
ング方法および装置を提供することにある。

課題を解決するための第１の手段 斯かる目的を達成するための、本発明の要旨とすると
ころは、硬脆性材料から成る被研磨部材に平面研磨仕上
げを施すための硬脆性材料ラッピング方法であって、砥
粒を結合剤により固定した第１砥石部を研磨平面に備え
たラップと、砥粒を結合剤により固定し且つ第１砥石部
よりも硬度が低い第２砥石部を前記研磨平面に当接する
修正面に備えた環状の修正リングとを、ラップの中心軸
まわりに相対回転させるとともにその修正リングを自転
させつつ、前記被研磨部材を前記研磨平面に押し当てる
ことにより、被研磨部材に平面研磨仕上げを施すことに
ある。

作用および第１発明の効果 このようにすれば、砥粒を結合剤により固定した第１
砥石部を研磨平面に備えたラップと、砥粒を結合剤によ
り固定し且つ第１砥石部よりも硬度が低い第２砥石部を
前記研磨平面に当接する修正面に備えた環状の修正リン
グとが、そのラップの中心軸まわりに相対回転させられ
るとともにその修正リングが自転させられつつ、被研磨
部材が前記研磨平面に押し当てられることにより、被研
磨部材に平面研磨仕上げが施される。このため、（ａ）
ラップの第１砥石部と修正リングの第２砥石部との摺接
により修正リングの第２砥石部に固定された砥石とラッ
プの第１砥石部に固定された砥粒とが相互に衝突させら
れて砥粒の破砕が連続的に行われ、ラップの研磨平面の
砥粒の切り刃の再生が常に行われることから、ラップの
第１砥石部の目詰まりや目潰れが解消されるので、高い
研磨能率が得られる。（ｂ）また、上記のようにラップ
の第１砥石部および修正リングの第２砥石部の固定砥粒
が相互に衝突して破砕されるという状況下であっても、
修正リングの第２砥石部の硬度はラップの第１砥石部の
硬度よりも低くされていることから、ラップの第１砥石
部の研磨平面の形状精度が損なわれず、硬脆性材料の極
めて平滑な平面が高精度で得られる。（ｃ）さらに、主
として相対的に硬度の低い第２砥石部から破砕などによ
り脱落した砥粒が研磨平面に遊離砥粒として適度に供給
されて研磨に関与するので、研磨能率が一層高められ
る。（ｄ）さらにまた、その第２砥石部から破砕などに
より遊離した砥粒は、比較的小径となり、しかも第１砥
石部の研磨平面の凹凸により捕捉されてその転動が好適
に抑制された状態で研磨に関与するので、金属製ラップ
を用いる遊離砥粒方式に比較して、遊離砥粒の転動に起
因するスクラッチが防止されて極めて平滑な研磨平面が
得られる。

課題を解決するための第２の手段 前記方法発明を好適に実施するための装置発明の要旨
とするところは、硬脆性材料から成る被研磨部材に平面
研磨仕上げを施すための硬脆性材料ラッピング装置であ
って、（ａ）砥粒を結合剤により固定した第１砥石部を
研磨平面に備え、中心軸まわりに回転駆動されるラップ
と、（ｂ）砥粒を結合剤により固定し且つ前記第１砥石
部よりも硬度が低い第２砥石部を前記研磨平面に当接す
る修正面に備え、その修正面が前記研磨平面に当接させ
られた状態で、位置固定の中心軸まわりに自転する環状
の修正リングと、（ｃ）その修正リング内に嵌め入れら
れて、前記被研磨部材を前記ラップの研磨面に向かって
押圧する押圧部材とを、含むことにある。

作用および第２発明の効果 このようにすれば、砥粒が結合剤により固定された第
１砥石部を研磨平面に備えたラップが中心軸まわりに回
転駆動されると、その研磨平面に当接させられた修正面
が、砥粒が結合剤により固定され且つ前記第１砥石部よ
りも硬度が低い第２砥石部である環状の修正リングが、
位置固定の中心軸まわりに自転し、修正リング内に嵌め
入れられた押圧部材により前記ラップの研磨平面に向か
って押圧された被研磨部材に研磨仕上げが施される。こ
のため、（ａ）ラップの第１砥石部と修正リングの第２
砥石部との摺接により修正リングの第２砥石部に固定さ
れた砥石とラップの第１砥石部に固定された砥粒とが相
互に衝突させられて砥粒の破砕が連続的に行われ、ラッ
プの研磨平面の砥粒の切り刃の再生が常に行われること
から、ラップの第１砥石部の目詰まりや目潰れが解消さ
れるので、高い研磨能率が得られる。（ｂ）また、上記
のようにラップの第１砥石部および修正リングの第２砥
石部の固定砥粒が相互に衝突して破砕されるという状況
下であっても、修正リングの第２砥石部の硬度はラップ
の第１砥石部の硬度よりも低くされていることから、ラ
ップの第１砥石部の研磨平面の形状精度が損なわれず、
硬脆性材料の極めて平滑な平面が高精度で得られる。
（ｃ）さらに、主として相対的に硬度の低い第２砥石部
から破砕などにより脱落した砥粒が研磨平面に遊離砥粒
として適度に供給されて研磨に関与するので、研磨能率
が一層高められる。（ｄ）さらにまた、その第２砥石部
から破砕などにより遊離した砥粒は、比較的小径とな
り、しかも第１砥石部の研磨平面の凹凸により捕捉され
てその転動が好適に抑制された状態で研磨に関与するの
で、金属製ラップを用いる遊離砥粒方式に比較して、遊
離砥粒の転動に起因するスクラッチが防止されて極めて
平滑な研磨平面が得られる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は、本発明のラッピング装置10を示す正面断面
図である。回転軸12は、ベアリング24および26を介して
円盤状の天板29を備えたフレーム28により垂直な軸まわ
りに回転可能に支持されている。フレーム28に固定され
た駆動モータ14の駆動軸16には小径Ｖプーリ18が固定さ
れるとともに、上記回転軸12には大径Ｖプーリ20が固定
されており、それ等小径Ｖプーリ18および大径Ｖプーリ
20に巻き掛けられたベルト22を介して、回転軸12に固定
されたラップ36がモータ14により回転駆動されるように
なっている。このラップ36は、回転軸12に固着された金
属製の回転板34と、この回転板34上に接着剤等で接着さ
れた平形円盤状の平面研磨砥石30とを備えている。平面
研磨砥石30は、たとえば比較的粒径のそろった微粒（平
均粒径0.5μｍ）の酸化セリウム粒子（砥粒）1000gに、
溶剤に溶解せしめられたポリエステル樹脂（固形分20％
重量に調製：結合剤）200gを添加し、必要に応じて粘度
調整剤などを加えることにより10時間以上混合した後、
所定の金型内に充填して溶剤を充分揮散させ、130℃の
熱板に挟んだ状態にて200kg/cm²の圧力でプレス成形を
施すことにより成形される。そして、このように成形さ
れた平面研磨砥石30の研磨平面32には、たとえばピッチ
10_mm、幅1_mmの互いに直交する格子状の溝33が形成され
ている。

平面研磨砥石30の環状の研磨平面32上には、第２図に
示されるように、修正リング42および48が、平面研磨砥
石30の幅（径方向）寸法における中心点を通る円周上に
各々の中心が位置するように配置されるとともに、支柱
を介してフレーム28に固設された図示しないガイドロー
ラに外周面が支持されることにより、ラップ36の回転と
ともにそれぞれの軸まわりの回転（自転）が可能に設け
られている。第３図に詳しく示されるように、修正リン
グ42は、金属製のリング本体38と、研磨平面32に当接す
る修正面39を備えた複数の円盤状のペレット40aがリン
グ本体38の下端面において周方向に複数配列された状態
で接着剤等により接着された砥石部40とから構成されて
おり、また、第４図に詳しく示されるように、修正リン
グ48は、金属製のリング本体44と、そのリング本体44に
接着され且つ研磨平面32に当接する修正面45に周方向に
おいてたとえば８本の放射状の溝43が設けられた砥石部
46とにより構成されている。また、砥石部40および46
は、共に上記平面研磨砥石30と同様の材質および製造工
程により製造されるが、砥粒および結合剤の配合、プレ
ス成形時の圧縮圧力等の調節などにより、平面研磨砥石
30に比較して低い硬度すなわち砥石組織或いは砥粒の結
合度を備えたものに形成されている。

錘盤50および51は、それぞれ修正リング42および48の
内径よりも僅かに小径であって、修正リング42および48
内に嵌め入れられるようになっている。錘盤50および51
と平面と平面研磨砥石30との間には取付板54および55が
それぞれ介在させられており、これら取付板54および55
は、平面研磨砥石30側の端面において、被削材56および
57をたとえば４個ずつ、ワックス等の接着によりそれぞ
れ保持するようになっている。なお、58は研磨平面32上
に研磨液を供給する研磨液供給管であり、60は、ラップ
36上で発散する研磨液を受ける槽である。また、修正リ
ング48、取付板55、被削材57および錘盤51は、第１図に
おいてその断面位置の関係で図示されていない。

被削材56および57の加工面に対する平面研磨仕上げに
際しては、錘盤50および51が修正リング42および48の環
状空間内にそれぞれ嵌め入られて、取付板54および55を
所定の圧力で押圧するようにした状態で、研磨液供給管
58から水がラップ36の研磨平面32に充分供給されると同
時に、駆動モータ14により、ラップ36が第２図に示され
る実践の矢印方向へ回転駆動される。これにより、ラッ
プ36と修正リング42および48は、回転軸12のまわりに相
対回転運動を行うと同時に、修正リング42および48は、
ラップ36の研磨平面32の外周部分および内周部分の周速
差に基づいて、ラップ36と同じ破線の矢印方向へ自転運
動を行う。また、被削材56および57も同様に、ラップ36
に対して相対的に公転するとともに自転する遊星運動を
行う。すなわち、被削材56および57の研磨平面32側の端
面が、それぞれ研磨平面32に圧接された状態で研磨平面
32上を周方向へ移動させられるのである。以上のよう
な、修正リング42および48と平面研磨砥石30、被削材56
および57と平面研磨砥石30の各々の相対摺動運動によ
り、被削材56および57の加工面に高精度の平面研磨仕上
げが施される。なお、第２図において、錘盤50および51
は省略されている。

上述のように、本実施例によれば、ラップ36の研磨平
面32が剛性の高い平面研磨砥石30から構成されているた
め、軟質材料をラップ面に備えたラップを使用する従来
の遊離砥粒ラッピング法に比較して、平面研磨砥石30の
変形がないために縁だれ等が生じることなく、平面研磨
における加工精度が充分に得られる。第１表は、平面研
磨砥石30および修正リング48を使用した本実施例のラッ
ピング法Ａと、軟質ラップおよびスラリー状の研磨液を
使用した従来の遊星砥粒ラッピング法Ｂと比較実験によ
って得られた加工精度および加工能率のデータを示すも
のである。

また、平面研磨砥石30は、砥石部40および46より硬度
の高いものとして形成されているため、研磨時の摩耗が
好適に抑制されて、高い平面度が維持されるようになっ
ている。このため、被削材56および57は一層優れた平面
度を有するものに加工され得る。

しかも、平面研磨砥石30は、研磨平面32と砥石部40お
よび46の修正面39および45との摺接により再生作用が好
適に行われて、研磨平面32は常に良好な研磨状態に維持
されるため、目詰りおよび目潰れ等が解消され、研磨能
率が充分に得られる。また、上記摺接により平面研磨砥
石30、修正リング42および48から砥粒相互の衝突による
破砕などにより脱落した砥粒が研磨平面32に遊離砥粒と
して適度に供給されて研磨に関与するので、研磨能率が
一層高められる。さらに、砥石部40および46から破砕な
どにより遊離した砥粒は、比較的小径となり、しかも平
面研磨砥石30の研磨平面32の凹凸により捕捉されてその
転動が好適に抑制された状態で研磨に関与するので、金
属製ラップを用いる遊離砥粒方式に比較して、遊離砥粒
に転動に起因するスクラッチが防止されて極めて平滑な
研磨平面が得られる。

第５図は、従来のラッピング法である、前述の遊離砥
粒ラッピング法Ｂ、固定砥粒ラップおよび研磨液として
水を使用した固定砥粒ラッピング法Ｃ、砥粒固定ラップ
にスラリー状の研磨液を供給する併用法Ｄの３種類と、
本発明のラッピング法Ａ′の研磨能率の比較実験結果を
示すものである。このグラフから明らかなように、本ラ
ッピング方法によれば、従来の各ラッピング方法に比較
して、２倍乃至３倍程度の研磨能率の著しい向上が見ら
れるのである。

また、平面研磨砥石30の研磨平面32上には格子状の溝
33が、砥石部46の修正面45上には周方向において放射状
に溝43がそれぞれ形成されているため、上記摺接により
生成された遊離砥粒は研磨平面32上に好適に捕捉され且
つ均一に分散される。このため、遊離砥粒が有効に切刃
として機能し且つ被削材56および57の部分的な研磨が抑
制されて、平面度および能率において一層良好な平面研
磨仕上げが施され得る。

また、上述のように、平面研磨砥石30の研磨平面32上
には常に良好な切刃が突出しているため、遊離砥粒を含
むスラリー状の研磨液を供給する必要がない。このた
め、研磨液としては純水を供給するのみで高能率の研磨
が可能となり、研磨工程における管理が容易になる利点
がある。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明した
が、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例の平面研磨砥石30は酸化セリ
ウムを砥材として含んでいたが、ダイヤモンド、酸化ア
ルミニウム、炭化珪素など他の砥材が砥粒として用いら
れてもよい。

また、、前述の実施例の平面研磨砥石30および砥石部
46には、格子状および放射状の溝がそれぞれ形成されて
いたが、他の形状の溝が形成されていても差支えなく、
また、溝が全く形成されていなくても、本発明の一応の
効果が得られる。

また、前述の実施例の砥石部40は、複数の円盤状のペ
レット40aにより構成されていたが、ペレット形状は様
々に変更され得る。

また、前述の実施例においては、ペレット40aより構
成された砥石部40を備えた修正リング42と、砥石部46を
備えた修正リング48の２種類の修正リングが使用されて
いたが、修正リング42または48のうちの一種類のみが使
用されてもよい。

また、前述の実施例のラッピング装置10は、修正リン
グを２個（42および48）、押圧部材に相当する錘盤を２
個（50および51）それぞれ備えていたが、修正リングは
３個以上でもよいし、また１個でも差支えない。その際
押圧部材は、修正リングと同数備えられて全ての修正リ
ングの内周において被削材が加工されるようにしてもよ
いし、修正リングより少ない個数の押圧部材が備えられ
ることにより、被削材を環状空間内に有することなく、
ラップ36の研磨平面32を修正するのみの修正リングを存
在させてもよい。

また、前述の実施例においては研磨液として水が使用
されていたが、遊離砥粒を含むスラリー状態のものが研
磨液として使用されても構わない。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であ
り、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において、種々
変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のラッピング装置の一部を切り欠いた
正面図である。第２図は、ラッピング装置による硬脆材
料の平面研磨仕上げを説明する図である。第３図および
第４図は、修正リングの斜視図であって、第３図は砥石
部に溝が形成された修正リングであり、第４図は砥石部
がペレットにより構成された修正リングである。第５図
は、従来のラッピング方法と本発明のラッピング方法に
おける研磨能率を比較したグラフである。 10……ラッピング装置 30……平面研磨砥石（第１研磨部材） 32……研磨平面 36……ラップ 39……修正面 45……修正面 40……砥石部（第２研磨部材） 40a:ペレット……砥石部（第２研磨部材） 46……砥石部（第２研磨部材） 42……修正リング 48……修正リング 50……錘盤（押圧部材） 51……錘盤（押圧部材）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硬脆性材料から成る被研磨部材に平面研磨
   仕上げを施すための硬脆性材料ラッピング方法であっ
   て、 砥粒を結合剤により固定した第１砥石部を研磨平面に備
   えたラップと、砥粒を結合剤により固定し且つ該第１砥
   石部よりも硬度が低い第２砥石部を前記研磨平面に当接
   する修正面に備えた環状の修正リングとを、該ラップの
   中心軸まわりに相対回転させるとともに該修正リングを
   自転させつつ、前記被研磨部材を前記研磨平面に押し当
   てることにより、該被研磨部材に平面研磨仕上げを施す
   ことを特徴とする硬脆性材料ラッピング方法。
2. 【請求項２】硬脆性材料から成る被研磨部材に平面研磨
   仕上げを施すための硬脆性材料ラッピング方法であっ
   て、 砥粒を結合剤により固定した第１砥石部を研磨平面に備
   え、中心軸まわりに回転駆動されるラップと、 砥粒を結合剤により固定し且つ前記第１砥石部よりも硬
   度が低い第２砥石部を前記研磨平面に当接する修正面に
   備え、該修正面が前記研磨平面に当接させられた状態
   で、位置固定の中心軸まわりに自転する環状の修正リン
   グと、 該修正リング内に嵌め入れられて、前記被研磨部材を前
   記ラップの研磨平面に向かって押圧する押圧部材と、 を含むことを特徴とする硬脆性材料ラッピング装置。