JPH0536190B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0536190B2 JPH0536190B2 JP61242137A JP24213786A JPH0536190B2 JP H0536190 B2 JPH0536190 B2 JP H0536190B2 JP 61242137 A JP61242137 A JP 61242137A JP 24213786 A JP24213786 A JP 24213786A JP H0536190 B2 JPH0536190 B2 JP H0536190B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- grindstone
- grinding wheel
- abrasive grains
- workpiece
- grinding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は、光学部品として用いられるガラスや
結晶等の硬脆材料に微細加工を施すための特殊な
砥石に関する。
結晶等の硬脆材料に微細加工を施すための特殊な
砥石に関する。
＜従来の技術＞
近年、結晶材料や石英ガラス等に微小な溝や切
り欠きを形成し、この部分にフイルタ等の光学素
子を挿入して光部品を構成することが考えられて
いる。この場合、光部品の小形化及び高精度化に
伴つて溝や切り欠き等の寸法も数マイクロメート
ル単位の加工精度が要求され、同時の光の散乱に
よる損失が起こらないように加工部分には欠けや
傷等がないことが必要となつて来る。
り欠きを形成し、この部分にフイルタ等の光学素
子を挿入して光部品を構成することが考えられて
いる。この場合、光部品の小形化及び高精度化に
伴つて溝や切り欠き等の寸法も数マイクロメート
ル単位の加工精度が要求され、同時の光の散乱に
よる損失が起こらないように加工部分には欠けや
傷等がないことが必要となつて来る。
かかる結晶材料や石英ガラス等は、一般に硬度
が高い上に脆性材料として代表的なものであり、
割れや欠け等のチツピングを起こすことなく加工
することは非常に難しい。
が高い上に脆性材料として代表的なものであり、
割れや欠け等のチツピングを起こすことなく加工
することは非常に難しい。
このような硬脆材料に微小な溝や切り欠きを形
成するに際しては、ダイヤモンド砥粒を金属やガ
ラス状物質或いは樹脂材料で結合したダイヤモン
ド砥石による研削加工か、或いは被加工部分以外
を金属マスクで覆い、この金属マスクで覆われて
いない溝や切り欠きを形成すべき部分にスパツタ
リング処理を行うスパツタリング加工等が採用さ
れる。
成するに際しては、ダイヤモンド砥粒を金属やガ
ラス状物質或いは樹脂材料で結合したダイヤモン
ド砥石による研削加工か、或いは被加工部分以外
を金属マスクで覆い、この金属マスクで覆われて
いない溝や切り欠きを形成すべき部分にスパツタ
リング処理を行うスパツタリング加工等が採用さ
れる。
＜発明が解決しようとする問題点＞
従来の電着法によるダイヤモンド砥石では、ダ
イヤモンド砥粒を結合材となる金属の電解液中に
均一に分散させる必要上、小径の砥粒を高密度に
配置させることが困難である。このため、ダイヤ
モンド砥粒の径を10μｍ以下にすることができ
ず、その配列間隔も50μｍ〜100μｍ位が普通であ
り、砥石自体の厚みが50μｍ以上にもなつてお
り、これ以下の幅の溝を刻設することは根本的に
不可能であつた。
イヤモンド砥粒を結合材となる金属の電解液中に
均一に分散させる必要上、小径の砥粒を高密度に
配置させることが困難である。このため、ダイヤ
モンド砥粒の径を10μｍ以下にすることができ
ず、その配列間隔も50μｍ〜100μｍ位が普通であ
り、砥石自体の厚みが50μｍ以上にもなつてお
り、これ以下の幅の溝を刻設することは根本的に
不可能であつた。
これに対し、焼成法によるダイヤモンド砥石で
は、砥粒の径を2μｍ〜4μｍ程度にまで小さくす
ることができる上にその間隔も20μｍ〜30μｍに
設定可能である。しかし、砥粒がこのような小径
になると、焼成法では局部的に塊が形成されてし
まい、加工中に砥石が欠けたり割れたりする結
果、ワークに重大な損傷を与える可能性が大きか
つた。又、結合材の剛性が余り高くないことか
ら、砥石の厚みを15μｍ以下にすることが極めて
困難であり、これ以下の寸法の溝や切り欠きを刻
設することができない。
は、砥粒の径を2μｍ〜4μｍ程度にまで小さくす
ることができる上にその間隔も20μｍ〜30μｍに
設定可能である。しかし、砥粒がこのような小径
になると、焼成法では局部的に塊が形成されてし
まい、加工中に砥石が欠けたり割れたりする結
果、ワークに重大な損傷を与える可能性が大きか
つた。又、結合材の剛性が余り高くないことか
ら、砥石の厚みを15μｍ以下にすることが極めて
困難であり、これ以下の寸法の溝や切り欠きを刻
設することができない。
なお、スパツタリングによる加工方法は、毎分
1μｍ前後の加工能率しか得られないため、砥石
による研削加工よりも著しく加工能率が悪く、実
用的には到底採用し得ないものである。
1μｍ前後の加工能率しか得られないため、砥石
による研削加工よりも著しく加工能率が悪く、実
用的には到底採用し得ないものである。
ところで、上述したダイヤモンド砥石において
実際に加工に関与するのは、結合材中に分散状態
で固定された個々のダイヤモンド砥粒であること
は当然であるが、送り方向と平行に一直線状をな
して配列する砥粒の間隔は、最小のものでも
100μｍ〜200μｍにすぎない。このため、或る一
つの砥粒に着目した場合、この砥粒の一回当りの
実質的な切り込み深さや除去量が相当大きくなる
結果、ワークに5μｍ〜10μｍ程度のチツピングが
発生すると共に砥石の摩耗が早くなることを避け
られなかつた。
実際に加工に関与するのは、結合材中に分散状態
で固定された個々のダイヤモンド砥粒であること
は当然であるが、送り方向と平行に一直線状をな
して配列する砥粒の間隔は、最小のものでも
100μｍ〜200μｍにすぎない。このため、或る一
つの砥粒に着目した場合、この砥粒の一回当りの
実質的な切り込み深さや除去量が相当大きくなる
結果、ワークに5μｍ〜10μｍ程度のチツピングが
発生すると共に砥石の摩耗が早くなることを避け
られなかつた。
＜問題点を解決するための手段＞
硬脆材料の加工の際に問題となるのは、切り込
み深さや工具外周面の凹凸の間隔及び工具の周速
度並びに送り速度によつて、被加工面の縁にチツ
ピングが発生することである。このチツピングの
発生割合は、砥石を構成する砥粒の実質切込量と
比例関係にあることが実験的に確認されており、
一般には実質切込量が少ないほどチツピングの発
生割合が少なくなる傾向にある。
み深さや工具外周面の凹凸の間隔及び工具の周速
度並びに送り速度によつて、被加工面の縁にチツ
ピングが発生することである。このチツピングの
発生割合は、砥石を構成する砥粒の実質切込量と
比例関係にあることが実験的に確認されており、
一般には実質切込量が少ないほどチツピングの発
生割合が少なくなる傾向にある。
ここで、砥粒の実質切込量ｇは砥石の切り込み
深さをｔ、砥石外周面の凹凸の間隔をａ、砥石の
周速度をＶ、砥石の送り速度をｖ、砥石の直径を
Ｄとすると、 で表わされることがすでに知られている。つま
り、砥石外周面の凹凸の間隔ａを小さくすること
によつて、他の諸条件を変更することなく砥粒の
実質切込量ｇを小さくでき、ひいてはチツピング
の発生を低減させることが可能となる。
深さをｔ、砥石外周面の凹凸の間隔をａ、砥石の
周速度をＶ、砥石の送り速度をｖ、砥石の直径を
Ｄとすると、 で表わされることがすでに知られている。つま
り、砥石外周面の凹凸の間隔ａを小さくすること
によつて、他の諸条件を変更することなく砥粒の
実質切込量ｇを小さくでき、ひいてはチツピング
の発生を低減させることが可能となる。
本発明はかかる知見に基づき、1μｍ以下のほ
ぼ均一な粒径の窒化珪素あるいは炭化珪素の結晶
粒が砥粒として直接接触し合つた状態で集合した
砥石により、砥石外周面の凹凸の間隔ａを大量の
結合剤を使う従来の砥石よりも著しく小さくした
ものである。
ぼ均一な粒径の窒化珪素あるいは炭化珪素の結晶
粒が砥粒として直接接触し合つた状態で集合した
砥石により、砥石外周面の凹凸の間隔ａを大量の
結合剤を使う従来の砥石よりも著しく小さくした
ものである。
＜作用＞
砥石自体の剛性は、そのまま砥粒となる非金属
無機質材料のヤング率で表される。例えば、窒化
硅素では３〜４×106Kg／cm2、炭化硅素では４〜
６×106Kg／cm2である。
無機質材料のヤング率で表される。例えば、窒化
硅素では３〜４×106Kg／cm2、炭化硅素では４〜
６×106Kg／cm2である。
これに対し、従来の砥石自体の剛性は結合剤の
ヤング率で決まつてしまい、例えば銅系金属では
1.5×106Kg／cm2、石英ガラス系では0.7〜１×106
Kg／cm2、合成樹脂系では0.1〜0.2×106Kg／cm2程度
である。
ヤング率で決まつてしまい、例えば銅系金属では
1.5×106Kg／cm2、石英ガラス系では0.7〜１×106
Kg／cm2、合成樹脂系では0.1〜0.2×106Kg／cm2程度
である。
従つて、本発明の砥石は従来のものより３倍か
ら30倍もの剛性を具えており、砥石の厚みを薄く
してより狭い溝幅の加工が可能となる。
ら30倍もの剛性を具えており、砥石の厚みを薄く
してより狭い溝幅の加工が可能となる。
一方、非金属無機質材料の結晶粒が直接接触し
合つた状態で集合するためには、結晶粒径を可能
な限り、例えば1μｍ以下のほぼ均一な粒径に微
小化させると共に高純度化して焼結する必要があ
る。つまり、このような材料を焼結して得られる
砥石は、従来のような結合剤がほとんどないた
め、隣り合う結晶粒の間隔、即ち砥石外周面の凹
凸の間隔が極めて狭く、例えば1μｍ〜2μｍ程度
となつている。
合つた状態で集合するためには、結晶粒径を可能
な限り、例えば1μｍ以下のほぼ均一な粒径に微
小化させると共に高純度化して焼結する必要があ
る。つまり、このような材料を焼結して得られる
砥石は、従来のような結合剤がほとんどないた
め、隣り合う結晶粒の間隔、即ち砥石外周面の凹
凸の間隔が極めて狭く、例えば1μｍ〜2μｍ程度
となつている。
従来の砥石では、送り方向に一直線状に配列す
る砥粒の間隔が100μｍ〜200μｍ以上であること
から、本発明の砥石はこれが1/100以下にもなつ
ていることが判る。要するに、砥粒の実質切込量
が本発明では従来のものより1/100以下になるた
め、チツピングの発生がない加工を実現できる。
る砥粒の間隔が100μｍ〜200μｍ以上であること
から、本発明の砥石はこれが1/100以下にもなつ
ていることが判る。要するに、砥粒の実質切込量
が本発明では従来のものより1/100以下になるた
め、チツピングの発生がない加工を実現できる。
なお、砥石はワークを擦り削る研削加工形態の
他に、ワークとの接触部に発生する摩擦熱により
ワークの加工部分を溶融排出するような加工形態
をも併せ持つ。
他に、ワークとの接触部に発生する摩擦熱により
ワークの加工部分を溶融排出するような加工形態
をも併せ持つ。
＜実施例＞
本発明による硬脆材料加工用砥石の一実施例の
外観を表す第１図及びその加工状態を表す第２図
に示すように、外周面に放射状をなす排出溝１を
刻設した円板状をなす砥石２は、金属製の砥石軸
３に形成したフランジ部４と同軸に接合され、こ
の砥石軸３を図示しない砥石スペンドルに装着し
て使用する。
外観を表す第１図及びその加工状態を表す第２図
に示すように、外周面に放射状をなす排出溝１を
刻設した円板状をなす砥石２は、金属製の砥石軸
３に形成したフランジ部４と同軸に接合され、こ
の砥石軸３を図示しない砥石スペンドルに装着し
て使用する。
砥石２は、窒化珪素あるいは炭化珪素の結晶粒
を成形して焼結したものを用いるが、結晶粒の大
きさは焼結時の結合強度を確保する必要上、1μ
ｍ以下の均一な粒径のものを用いる。
を成形して焼結したものを用いるが、結晶粒の大
きさは焼結時の結合強度を確保する必要上、1μ
ｍ以下の均一な粒径のものを用いる。
又、砥石２の厚みを例えば4μｍ〜5μｍ程度に
する場合には、予め焼結完了時の砥石２の厚みを
数十マイクロメートルにしておき、この素材に対
してラツピングとポリシングとを繰り返して所定
の厚みの砥石２に仕上げる。なお、排出溝１は
YAGレーザ等により刻設することが容易であり、
このような極薄の砥石２の場合には切り込み深さ
等によつても変わるが、通常はフランジ部４から
100μｍ程度突出するような外径に仕上げると良
い。
する場合には、予め焼結完了時の砥石２の厚みを
数十マイクロメートルにしておき、この素材に対
してラツピングとポリシングとを繰り返して所定
の厚みの砥石２に仕上げる。なお、排出溝１は
YAGレーザ等により刻設することが容易であり、
このような極薄の砥石２の場合には切り込み深さ
等によつても変わるが、通常はフランジ部４から
100μｍ程度突出するような外径に仕上げると良
い。
ワーク５に対して加工を行う際には、研削粉の
排出を良くする必要上、加工液供給ノズル６から
水等の加工液７をワーク５と砥石２との接触部に
供給するか、或いはワーク５及び砥石２の一部を
加工液７中に浸漬する必要がある。この場合、加
工液７としてワーク５を浸食するような性質のも
の、例えばワーク５がシリコンウエハの場合には
PHが10〜12以上の強アルカリ性溶液、ワーク５が
フエライト結晶の場合にはPHが２前後の強酸性溶
液を用いると、エツチングによる化学的加工が複
合されて高効率の作業が可能となる。なお、砥石
２の整形や目づまりを直す目的でドレツシングを
行つた場合でも、新たな結晶粒の凸が形成される
だけであり、何ら問題は起こらない。
排出を良くする必要上、加工液供給ノズル６から
水等の加工液７をワーク５と砥石２との接触部に
供給するか、或いはワーク５及び砥石２の一部を
加工液７中に浸漬する必要がある。この場合、加
工液７としてワーク５を浸食するような性質のも
の、例えばワーク５がシリコンウエハの場合には
PHが10〜12以上の強アルカリ性溶液、ワーク５が
フエライト結晶の場合にはPHが２前後の強酸性溶
液を用いると、エツチングによる化学的加工が複
合されて高効率の作業が可能となる。なお、砥石
２の整形や目づまりを直す目的でドレツシングを
行つた場合でも、新たな結晶粒の凸が形成される
だけであり、何ら問題は起こらない。
上述した実施例では、ワーク５に直線状の溝８
を刻設するための砥石２について説明したが、曲
線溝を加工するためには第３図に示す如き砥石
２′が便利であり、本実施例では先端部に排出溝
１′が放射状に刻設された砥石２′を砥石軸３′の
先端に同心状態で装着している。排出溝１′の先
の実施例と同様に必須のものではないが、砥石
２′自体の表面粗さが1μｍ程度しかないことか
ら、砥石２′の目づまりを防ぐためには有効なも
のである。
を刻設するための砥石２について説明したが、曲
線溝を加工するためには第３図に示す如き砥石
２′が便利であり、本実施例では先端部に排出溝
１′が放射状に刻設された砥石２′を砥石軸３′の
先端に同心状態で装着している。排出溝１′の先
の実施例と同様に必須のものではないが、砥石
２′自体の表面粗さが1μｍ程度しかないことか
ら、砥石２′の目づまりを防ぐためには有効なも
のである。
実験例
以下、本発明の効果を表わす一実験例を比較例
と共に説明する。
と共に説明する。
本実験例ではワークとして用いた光フアイバの
斜め切断面を、粒径1μｍ以下のほぼ均一な粒径
の結晶粒が直接接触し合つた状態で集合してなる
砥石を用いて研磨した。
斜め切断面を、粒径1μｍ以下のほぼ均一な粒径
の結晶粒が直接接触し合つた状態で集合してなる
砥石を用いて研磨した。
研磨後の加工面の表面粗さは、第４図ａに示す
ようにRmax0.01μｍ以下であり、また第４図ｂ
に示すように、光フアイバ１０のエツヂ部の欠け
もなく、平滑な鏡面加工を施すことができた。
ようにRmax0.01μｍ以下であり、また第４図ｂ
に示すように、光フアイバ１０のエツヂ部の欠け
もなく、平滑な鏡面加工を施すことができた。
一方、比較例として粒径３〜4μｍの砥石を用
いて同様に研磨した場合は、第５図ａに示すよう
に表面粗さはRmax0.2μｍであり、また第５図ｂ
に示すように、光フアイバ１１のエツヂ部の欠け
が生じ、良好な研磨を施すことができなかつた。
いて同様に研磨した場合は、第５図ａに示すよう
に表面粗さはRmax0.2μｍであり、また第５図ｂ
に示すように、光フアイバ１１のエツヂ部の欠け
が生じ、良好な研磨を施すことができなかつた。
このように、本発明の砥石は粒径1μｍ以下の
ほぼ均一な粒径の結晶粒が直接接触し合つた状態
で集合してなるので、硬脆材料の研磨等をする場
合でもチツピング等の発生がなく、鏡面仕上げを
施すことができる。
ほぼ均一な粒径の結晶粒が直接接触し合つた状態
で集合してなるので、硬脆材料の研磨等をする場
合でもチツピング等の発生がなく、鏡面仕上げを
施すことができる。
＜発明の効果＞
本発明の硬脆材料加工用砥石によると、1μｍ
以下のほぼ均一な粒径の非金属無機質材料の結晶
粒を相互に接触させた状態で砥粒として集合させ
たことにより、各砥粒に負荷する研削力は従来の
ものよりも極端に少なくなり、摩耗が少ない上に
ワークに対する砥粒の研削応力が著しく軽減さ
れ、硬脆材料の場合でもチツピングの発生がほと
んど起こらない。
以下のほぼ均一な粒径の非金属無機質材料の結晶
粒を相互に接触させた状態で砥粒として集合させ
たことにより、各砥粒に負荷する研削力は従来の
ものよりも極端に少なくなり、摩耗が少ない上に
ワークに対する砥粒の研削応力が著しく軽減さ
れ、硬脆材料の場合でもチツピングの発生がほと
んど起こらない。
又、砥石の剛性が従来のように結合剤に依存す
ることなく砥粒自体のヤング率で決まるため、砥
石を数マイクロメートル程度の厚みにすることが
可能であり、硬脆材料に対する微細加工を効率良
く行い得る。
ることなく砥粒自体のヤング率で決まるため、砥
石を数マイクロメートル程度の厚みにすることが
可能であり、硬脆材料に対する微細加工を効率良
く行い得る。
この結果、結晶材料や石英ガラス等を基板とす
る光部品の小形化及び高精度化を高信頼性をもつ
て実現し得る。
る光部品の小形化及び高精度化を高信頼性をもつ
て実現し得る。
第１図は本発明による硬脆材料加工用砥石の一
実施例の外観を表す斜視図、第２図はその加工状
態を表す作業概念図、第３図は本発明の他の一実
施例の外観を表す斜視図、第４図は本発明の一実
験例の結果を示し、ａは表面粗さのグラフ、ｂは
その研磨表面図、第５図は比較例の結果を示しａ
は表面粗さのグラフ、ｂはその研磨表面図であ
る。 又、図中の符号で１，１′は排出溝、２，２′は
砥石、３，３′は砥石軸、５はワーク、７は加工
液、８は溝、１０，１１は光フアイバである。
実施例の外観を表す斜視図、第２図はその加工状
態を表す作業概念図、第３図は本発明の他の一実
施例の外観を表す斜視図、第４図は本発明の一実
験例の結果を示し、ａは表面粗さのグラフ、ｂは
その研磨表面図、第５図は比較例の結果を示しａ
は表面粗さのグラフ、ｂはその研磨表面図であ
る。 又、図中の符号で１，１′は排出溝、２，２′は
砥石、３，３′は砥石軸、５はワーク、７は加工
液、８は溝、１０，１１は光フアイバである。
Claims (1)
- １ 1μｍ以下のほぼ均一な粒径の窒化珪素ある
いは炭化珪素の結晶粒が砥粒として直接接触し合
つた状態で集合する硬脆材料加工用砥石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24213786A JPS6399176A (ja) | 1986-10-14 | 1986-10-14 | 硬脆材料加工用砥石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24213786A JPS6399176A (ja) | 1986-10-14 | 1986-10-14 | 硬脆材料加工用砥石 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6399176A JPS6399176A (ja) | 1988-04-30 |
| JPH0536190B2 true JPH0536190B2 (ja) | 1993-05-28 |
Family
ID=17084861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24213786A Granted JPS6399176A (ja) | 1986-10-14 | 1986-10-14 | 硬脆材料加工用砥石 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6399176A (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5337992A (en) * | 1976-09-20 | 1978-04-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Sintered diamond |
| JPS5682174A (en) * | 1979-12-03 | 1981-07-04 | Tomio Ino | Grindstone for grinding granular object |
| JPS59209880A (ja) * | 1983-05-16 | 1984-11-28 | Canon Inc | 残留インク検出装置 |
-
1986
- 1986-10-14 JP JP24213786A patent/JPS6399176A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6399176A (ja) | 1988-04-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |