JPH03190607A - 微細溝形成装置及びそれに使用するダイヤモンド工具の研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、切削法により微細溝を形成する微細溝形成装
置、更に詳しくはダイヤモンド工具を被加工物に押し当
てながら被加工物を移動し、微細溝を形成する定圧切削
加工法による微細溝形成装置と、該微細溝形成装置に使
用するダイヤモンド工具を研磨板に押し当てながら該研
磨板を回転し、ダイヤモンド工具を研磨する方法とに関
する。

〔従来の技術〕

一般に定圧切削法による微細溝形成装置として、第８図
の正面図に示すように、支点１２の回りに回転可能なア
ーム１１を取り付け、アーム１１の一端にダイヤモンド
工具１０を取り付けたてこの原理を応用した微細溝形成
装置が知られている（例えば、大塚：昭和６０年度精密
工学会春季大会、Ｐ８６９）。

アーム１１の他端に取り付けたバランスウェイ）−１３
及びボイスコイル１４により、ダイヤモンド工具１０に
垂直荷重Ｆを作用させ、被剛材１６にダイヤモンド工具
１０を押し当てながらエアースライダ１５を移動し、微
細溝を形成する。

又、第９図の正面図に示すような装置を使用し、ダイヤ
モンド工具１０を研磨板２４に押し当てながら研磨板２
４を回転し、ダイヤモンド１具１０を研磨する方法とし
て、上記の微細溝形成と同様に、てこの原理を応用した
ダイヤモンド工具１０の研磨方法が知られている。

これらの微細溝形成装置及びそれに使用するダイヤモン
ド工具の研磨方法において、ダイヤモンド工具１０に作
用させる垂直荷重Ｆの調整は、第８図及び第９図に示す
ようにアーム１１上のバランスウェイト１３の位置を変
化させたり、ボイスコイル１４に流す電流ｉの大きさを
変化（支点１２の回りのモーメントＭの大きさを変化）
させて行なわれる。ここで、バランスウェイト１３は垂
直荷重Ｆの粗調整用として用いられ、ボイスコイル１４
は垂直荷重の微調整用に用いられる。

ボイスコイル１４の電流値がゼロの場合に、ダイヤモン
ド工具１０に上向きの力が作用し、被削材１６あるいは
研磨板２４にダイヤモンド工具１０が接触しないように
バランスウェイト１３の位置を粗調整し、微細溝の加工
時あるいはダイヤモンド工具１０の研磨時にはボイスコ
イル１４の電流を増加し、所要の下向きの垂直荷重Ｆが
ダイヤモンド工具１０に作用するように、ボイスコイル
１４の電流を調整する。形成する微細溝の深さの制御は
、ダイヤモンド工具１０に作用させる垂直荷重Ｆの大き
さを制御することにより行う。

ダイヤモンド工具１０の研磨は、第９図に示すように、
ダイヤモンド工具１０をＮｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔｉ等のダイ
ヤモンドと化学的に活性な物質により構成される研磨板
２４上に押し当てながら研磨板２４を回転して行う、ダ
イヤモンド工具１０の研磨量は、ダイヤモンド工具１０
に作用させる垂直荷重Ｆの大きさと研磨時間により制御
し、所要の刃先形状にダイヤモンド工具１０を研磨する
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ダイヤモンド工具１０に作用させる垂直荷重Ｆの大きさ
は、支点１２の回りのモーメントＭの大きさをボイスコ
イル１４の電流値により制御して行う。このため、ダイ
ヤモンド工具１０を交換するとダイヤモンド工具１０の
質量が変わるため、支点１２回りのモーメントが変化し
、ボイスコイル１４の電流値とダイヤモンド工具１０に
作用する垂直荷重Ｆの大きさとの関係が変化する。

又、第７図（ａ）、（ｂ）のそれぞれ正面図に示すよう
に、被剛材１６を変更すると必ず漫かながらも被削材厚
さに変化が生じる。被剛材１６の厚さが変化すると、微
細溝形成時のアーム１１と水平面とのなす角度θ（又は
ダイヤモンド工具ＩＯの研磨時のアーム１１と水平面と
のなす角度θ）が変化し、支点１２回りのモーメントＭ
に変化が生じる。被削材１６の厚さ変化による支点１２
回りのモーメントＭの変化は次のような理由による。

第７図（ａ）に示すように、支点１２を境にして左側、
すなわちアーム１１の左側部及びダイヤモンド工具１０
の質量の和をｍｌ　、その重心の位置Ｇ、から支点１２
までの距離をＬｌ、重心Ｇ。

と支点１２とを結ぶ線が水平面からなす角度をθ１とす
る。同様にして支点１２から右側、すなわちアーム１１
の右側部、バランスウェイト１３及びボイスコイル１４
の質量の和をｍ３　、その重心の位置Ｇ２から支点１２
までの距離をｔ、、ｚ−重心Ｇ２の位置と支点１２とを
結ぶ線が水平面からなす角度をθ２とする。

ボイスコイル１４の発生する力をＲ、ボイスコイル１４
と支点１２との間の距離をし、とすると、アーム１１と
水平面とのなす角度がθ＝０゜ノ場合、支点回りのモー
メントＭ、は、Ｍ（１＝Ｌ、３　ＸＲ＋Ｌ１　ｘｍｌ　
ｘｃｏｓθ１ｔ、、２Ｘｍ２　ｘＣＯ３θ２−−　（１
）となる。ここで被削材１６の厚さが変化し、第７図（
ｂ）に示すようにアーム１１と水平面とのなす角度がθ
（くθ２）になった場合、支点１２回りのモーメントＭ
ｌは、 Ｍ　ｒ　＝　Ｌ３　Ｘ　ＲＸ　ＣＱ　Ｓθ＋　Ｌ　ＩＸ
　ｍ　ｌＸ　ＣＯＳ　（θｔ　＋　６’　）−Ｌ２　Ｘ
ｍ２　ｘｃｏｓ　（θ２−θ）・・・・・・（２） となる。（１）式、（２）式から明らがなように、アー
ム１１と水平面とのなす角度θの変化（被削材１６の厚
さの変化）により、支点１２回りのモーメントＭの大き
さが変化することが分かる。

このように装置系が一定であっても、ダイヤモンド工具
１０（質ｘ）、及び被削材１６（厚さ）を変えるたびに
、ボイスコイル１４の電流値ｉとダイヤモンド工具１ｏ
に作用する垂直荷重Ｆの大きさが変化する。

従って、微細溝を形成する前及びダイヤモンド工具１０
を研磨する前に、ボイスコイル１４の電流値ど垂直荷重
Ｆとの関係を正確に求めておく必要がある（例えば１０
ｎｍオーダ深さの微細溝を形成する場合には、少なくと
も０．０５ｇｆの精度で荷重設定を行う必要がある）。

ボイスコイル１４の電流値ｉと垂直荷重Ｆとの関係が予
め正確に分かっていないと、所要深さの微細溝を高精度
に形成することができず、また所要形状の刃先にダイヤ
モンド工具ｌＯを研磨することができなくなる。ところ
が従来の微細溝形成装置及びダイヤモンド工具の研磨方
法では、ボイスコイル１４の電流値ｉと垂直荷重Ｆとの
関係を求ることができなかった。

従来の微細溝形成装置では、ダイヤモンド工具１０及び
被削材１６を変更するごとに、ボイスコイル１４の電流
値を徐々に変化させながら微細溝を形成し、形成した微
細溝の深さとボイスコイル１４の電流値ｊとの関係を実
験的に求てぃた。このような従来の微細溝形成装置では
、所要深さの微細溝を形成するのに必要なボイスコイル
１４の電流値を求るために、上述のような“予備前ニー
溝深さ測定“のサイクルを数多く繰り返さなければなら
ず、所要のボイスコイル電流値を決定するのに数時間を
要し、生産性の点及び精度の点で課題があった。

ダイヤモンド工具１０の研磨においても同様の理由によ
り生産性の点で課題があるとともに、垂直荷重を正確に
設定できないため、研磨時間と研磨量との関係を把握す
ることができず、余剰研磨が度々生じ、所要の刃先形状
に高精度に研磨することが困難であった。

本発明の目的はこのような従来の課題を解決して、生産
性に優れた微細溝形成装置を提供すること、及び生産性
に優れしかも高精度にダイヤモンド工具刃先を研磨でき
るダイヤモンド工具の研磨方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の微細溝形成装置は、支点の回りに回転可能なア
ームを取り付け、該アームの先端にダイヤモンド工具を
固定し、てこの原理を利用して該ダイヤモンド工具を被
加工物に押し当てながら該被加工物を移動し微細溝を形
成する装置において、前記ダイヤモンド工具と前記被加
工物が接触した瞬間を確認する機構と、高さ調整が可能
なステージに搭載した荷重検出器とを備え構成される。

又、本発明のダイヤモンド工具の研磨方法は、支点の回
りに回転可能なアームを取り付け、該アームの先端にダ
イヤモンド工具を固定し、てこの原理を利用して該ダイ
ヤモンド工具をダイヤモンドと化学的に活性な材質から
構成される研磨板に押し当てながら該研磨板を回転し、
前記ダイヤモンド工具を研磨する方法において、高さ調
整が可能なステージに＃Ｎ紋した荷重検出器により、前
記ダイヤモンド工具と前記研磨板が接触した瞬間を確認
して垂直荷重を検出することによって構成される。

〔作用〕

まず、微細溝形成装置について説明する。まず第一にダ
イヤモンド工具と被削材の少なくとも一部に、スパッタ
法等により金属薄膜をコーティングし、導電性処理を施
す。第１図（ａ）の正面図に示すようにダイヤモンド１
具１０を被削材１６上の導電性処理が施された領域の上
方に移動し、徐々にボイスコイル１４の電流ｉを増加す
る。ボイスコイル１４の電流ｉの増加により、ダイヤモ
ンド工具１０と被削材１６が接触すると、導通確認測定
装置２０で確認することができる。この時のボイスコイ
ル電流値１１を測定する。

次に第１図（ｂ）の平面図に示すように、ダイヤモンド
工具１０を荷重検出器１９の上方に移動後ボイスコイル
１４に電流１１を流し、荷重検出器１９をステージ１８
により徐々に上方へ移動させる。荷重検出器１９がダイ
ヤモンド工具ｌＯの刃先に接触し、荷重を検出した瞬間
にステージ１８を固定する。この状態で、ボイスコイル
電流１と垂直荷重Ｆとの関係を荷重検出器１９を用いて
ｆめ求めておく。荷重検出器１９の高さは被削材１６の
高さに一致するため、荷重検出器１９上で求めたボイス
コイル電流値ｉと垂直荷重Ｆとの関係は、加工中のボイ
スコイル電流値ｉと垂直荷重Ｅ′との関係に一致する。

以トのように本発明によれば、ボイスコイル電流値ｉと
垂直荷重Ｆとの関係を加工前に正確にしかも容易に求め
ることができるため、所要形状（深さ）の微細溝を、高
精度にしかも容易に形成することができる。

第２図（ａ）、（ｂ）に示すようにダイヤモンド工具１
０の研磨においても、上記の微細溝形成装置と同様にし
て研磨前にボイスコイル電流値ｉと垂直荷重Ｆとの関係
を求めることができるため、垂直荷重Ｆと研Ｆ１４量及
び研磨時間の関係が既知であれば、ダイヤモンド工具１
０の質量が変化しても所要の刃先形状にダイヤモンド工
具１０を高精度にしかも容易に研磨することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。第１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の一実
施例の微細溝形成装置の正面図及び平面図を示す。第２
図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ前記一実施例で用いるダイ
ヤモンド工具の研磨方法の一実施例を説明するための研
磨装置の正面図及び平面図を示す。第３図（ａ＞、（ｂ
）はそれぞれ研磨前のダイヤモンド工具の正面図及び側
面図を、第３図（Ｃ）、（ｄ）はそれぞれ本発明の研磨
方法の一実施例により研磨したダイヤモンド工具の正面
図及び側面図を示す。

本発明の研磨方法の一実施例では、まず最初に第２図＜
ａ＞、（ｂ）に示すダイヤモンド工具の研磨装置を用い
、第３図（ａ）、（ｂ）に示すダイヤモンド工具１０（
剣バイト、すくい面の角度６０°、逃げ角３°）を、第
３図（ｃ）、（ｄ）に示す刃幅１μｍの逆台形状のすく
い面を有するダイヤモンド工具１０になるように研磨成
形した。次に、研磨したダイヤモンド工具１０を用い、
第４図の断面図に示すような寸法のプリグループ２５付
き光デイスク原盤を作成した。

第３図（ａ）に示す剣バイトを第３図（Ｃ）に示す逆台
形状すくい面を有するダイヤモンド工具に研磨する条件
は、研磨荷重がＦ＝Ｏ，Ｉｇｆの場合に、１分間の研磨
時間（エアースピンドルの回転速度は２Ｏｒｐｍ）で達
成できることが予め分かっている。そこでまず研磨荷重
がＦ＝０．Ｉｇｆとなるボイスコイル１４の電流ｉ１　
を求めた。研磨板２４は、第２図（ａ）に示すようにガ
ラス基板２３にＮｉのスパッタ薄膜２２を０．１μｍ成
膜したものを用いた。研磨板２４は導電性を有するため
、ダイヤモンド工具１０の導電性コーティングのみ行っ
た。スパッタ法によりＡｕの薄膜をダイヤモンド工具１
０に約０．０２μｍ成膜した。

第２図（ａ）に示すように研磨板２４をエアースピンド
ル１７に固定し、研磨板２４上にダイヤモンド工具１０
の刃先位置を移動し、ボイスコイル１４の電流を徐々に
増加し、ダイヤモンド工具ｌＯの刃先が研磨板２４に接
触するボイスコイル電流値ｉ□を求めた。ダイヤモンド
工具１０と研磨板２４との接触の確認は、ダイヤモンド
工具１０と研磨板２４との間に電圧を加えておき、接触
した瞬間に流れる電流を検出する導通確認装置２０によ
り行なった。本発明の研磨方法の一実施例では、接触し
た瞬間のボイスコイル電流は、ｉｌ　＝２０．３ｍＡで
あった。

次に、第２図（ｂ）に示すように、高さ方向の最小設定
学位が０．１！１ｍのＺステージ１８に搭載した荷重検
出器１９１に、ダイヤモンド工具１０の刃先が位置する
ようにエアースライダ１５を移動した。ボイスコイル１
４に電流値１＝ｊｌ（２０，３ｍＡ）を通電し、ダイヤ
モンド工具１０に下向きの垂直荷重Ｆを作用゛させなが
ら、Ｚステージ１８を徐々に上方に移動した。荷重検出
器１つがダイヤモンド工具１０に接触し、荷重を検出し
た瞬間にＺステージ１８の位置を固定した９更にボイス
コイル１４の電流を除々に増加し、垂直荷重がＦ＝Ｏ，
Ｉｇｆとなるボイスコイル電流１２を求めた。本発明の
研磨方法の一実施例では、ｉ２　＝２５．３ｍＡであっ
た。

研磨板２４を２０ｒｐｍで回転しながら、ボイスコイル
１４にｊｚ　＝２５．３ｍＡを流し、垂直荷重Ｆ＝０．
　Ｉｇｆでダイヤモンド工具１０を研磨板２４に押し当
て研磨を行った。同時にダイヤモンド工具１０をエアー
スライダ１５で０．４ｍｍ／ｍｉｎの速度で移動し、ダ
イヤモンド工具１０を１分間研磨した。その結果、第３
図（ｂ）に示すような刃幅１μｍの逆台形状のすくい面
を有するダイヤモンド工具１０を研磨成形することがで
きた。なお、上述のダイヤモンド工具の研磨に要した時
間は、研磨時間も含めて僅か４分程度であり、刃幅１μ
ｍの精度も電子顕微鏡では測定不可能なほど、高精度に
研磨することができた。

次に研磨したダイヤモンド工具１０及び第１図（ａ）、
（ｂ）に示す微細溝形成装置を用いて、第４図に示すよ
うな溝幅１μｍ、溝深さ０．０８μｍ、ピッチ１．６μ
ｍの光ディスクのプリグループ２５をスパイラル状に形
成した。被剛材１６は第５図の正面図に示すように、直
径５インチの研磨ガラス基板２３に、Ｃｕスパッタ薄膜
２６を下地膜として０．０４μｍ、Ａｕスパッタ薄膜２
７を０．０４μｍ形成したものを用いた。

アリグループの加工は第６図の断面図に示すようにガラ
ス基板２３を溝深さを決定するストッパー層として用い
、Ｃｕスパッタ薄膜２６及びＡｕスパッタ薄膜２７に、
その膜厚の和（０，０８μｍ　）に等しい深さのグルー
プを形成することにより行った。ここでダイヤモンド工
具１０に作用させる垂直荷重Ｆは、ガラス基板２３を破
壊させない荷重、すなわちガラス基板２３とダイヤモン
ド工具１０の刃先か弾性的に接触する範囲内の垂直荷重
であることが必要であり、予備実験により垂直荷重Ｆ＝
０．５ｇｆによりこの条件を達成できることが分かって
いる。

まず、ダイヤモンド工具１．０の研磨と同様に［２て、
第１図（ａ）に示すように、ダイヤモンド工具ＩＯと被
剛材１６とが接触するボイスコイル電流ｉＩを求め、次
いで第１図（ｂ）に示すようにボイスコイル電流１１を
通電した状態で、Ｚステージ】８上の荷重検出器１つが
ダイヤモンド工具１０に接触するようにＺステージ１８
の高さの調整を行い、ボイスコイル電流値ｉと垂直荷重
Ｆ（０，０１ｇｆごとに求めた）との関係を求めた。こ
こで、垂直荷重とボイスコイル電流との関係を求めるの
に要した時間は、僅かに３分であった。

第１図（ａ）に示すように、エアースピンドル１７によ
り被削材１６を一定回転速度２０Ｏｒｐｍで回転しなが
ら、ダイヤモンド工具１．０を被剛材１６に一定垂直荷
重Ｆ＝０．５ｇｆ　（ボイスコイル電流４０．３ｍＡ）
で押し当て、同時にダイヤモンド工具１０をエアースラ
イダ１５で一定速度Ｖ−０，０３２ｍｍ／ｍ　ｉ　ｎで
移動することにより、プリグループ２５をスパイラル状
に形成した。その結果、第４図に示すような幅１μｍ、
深さ０．０８μｍ、ピッチ１．６μｍのプリグループ２
５を、溝深さ精度±０．０５μｍと極めて高精度に形成
することができた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の微細溝形成装置では、溝深
さが０．０１μｍオーダである微細な溝を、高精度にし
かも生産性に優れた方法で形成することができる効果が
ある。又、本発明のダイヤモンド工具の研磨方法では、
刃幅が僅か１μｍであるような逆台形状のすくい面を有
するダイヤモンド工具を、高精度にしかも容易に研磨成
形できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１１２ｆ（ａ＞、（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例
の微細溝成形装置の正面図及び平面図、第２図（ａ）、
（ｂ）はそれぞれ本発明の前記一実施例で使用するダイ
ヤモンド工具の研磨方法の一実施例を説明するための研
磨装置の正面図及び平面図、　第３図（ａ）、（ｂ）は
それぞれ研磨前のダイヤモンド工具の正面図及び側面図
、第３図（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ本発明の研磨方法の
一実施例で研磨形成したダイヤモンド工具の正面図及び
側面図、第４図は本発明の微細溝成形装置の一実施例で
加工したプリグループ付き光デイスク原盤の断面図、第
５図は第４図で用いた被剛材の正面図、第６図は第４図
の加工［状態を示す断面図、第７図（ａ）、（ｂ）はそ
れぞれ支点回りの力の釣合いの様子を示す正面図、第８
図は従来の微細溝形成装置の正面図、第９図は従来のダ
イヤモンド工具の研磨方法を説明するための研磨装置の
正面図を示す。 １０・・・ダイヤモンド工具、１１−・・アーム、１２
・・・支点、１３−バランスウェイト、１４・・・ボイ
スコイル、１５・・・エアースライダ、１６・・・被削
材、１７・・・エアースピンドル、１８・・・Ｚステー
ジ、１９・・・荷重検出器、２０・・・導通確認装置、
２２・・・Ｎｉスパッタ薄膜、２３・・・ガラス基板、
２４・・・研磨板、２５・・・プリグループ、２６・・
・Ｃｕスパッタ薄膜、２７・・・Ａｕスパッタ薄膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、支点の回りに回転可能なアームを取り付け、該アー
   ムの先端にダイヤモンド工具を固定し、てこの原理を利
   用して該ダイヤモンド工具を被加工物に押し当てながら
   該被加工物を移動し微細溝を形成する装置において、前
   記ダイヤモンド工具と前記被加工物が接触した瞬間を確
   認する機構と、高さ調整が可能なステージに搭載した荷
   重検出器とを備えることを特徴とする微細溝形成装置。 ２、支点の回りに回転可能なアームを取り付け、該アー
   ムの先端にダイヤモンド工具を固定し、てこの原理を利
   用して該ダイヤモンド工具をダイヤモンドと化学的に活
   性な材質から構成される研磨板に押し当てながら該研磨
   板を回転し、前記ダイヤモンド工具を研磨する方法にお
   いて、高さ調整が可能なステージに搭載した荷重検出器
   により、前記ダイヤモンド工具と前記研磨板が接触した
   瞬間を確認して垂直荷重を検出することを特徴とする請
   求項１記載の微細溝形成装置に使用するダイヤモンド工
   具の研磨方法。