JPH0639729A - 精研削砥石およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粒径の大きな砥粒を用いても砥粒の先端高さ
が揃ったものとする。 【構成】 基材３の表面に下地用メッキ層２を形成し、
さらにその上に複数個の砥粒１を一層だけ分散配置す
る。そして、各砥粒１を押圧型４により下地用メッキ層
２に向けて押圧し、各砥粒１を下地用メッキ層２に押し
込む。これにより各砥粒１の先端高さが揃えられる。そ
の後、各砥粒１を結合用メッキ層５により保持する。各
砥粒１の突出量は、結合用メッキ層５の厚みを調整する
ことにより任意に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラスや半導体等の硬
脆材料の表面を良好な表面粗さで研削するための精研削
砥石およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の精研削砥石としては、基
材上に、結合剤を介して複数層の砥粒を分散結合させた
ものや、電気メッキの原理を利用した電着法により、基
材上に一層の砥粒を固着させたものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来例のうち、結合剤を介して複数層の砥粒を分散結合
したものでは、砥粒が結合剤中にランダムに保持されて
いるので各砥粒の先端位置が不揃いとなっている。ま
た、電着法により製造された砥石では、各砥粒は基材上
に一層だけ固着されているが、砥粒自体の粒径のばらつ
きや砥粒形状の不均一性等により各砥粒の先端高さが不
揃いとなっている。各砥粒の先端位置が不揃いだと、研
削時には砥石から最も突き出した数個の砥粒に高荷重が
作用し、これらの突き出した数個の砥粒の切込み深さが
深くなる。

【０００４】一方、硬脆材料からなる被加工物の加工に
おいて、切込み深さが所定の切込み深さ以下の場合には
被加工物は延性モード研削（ｓｈｅａｒ−ｍｏｄｅ ｇ
ｒｉｎｄｉｎｇ）で加工が行なわれ、切込み深さが所定
の切込み深さを越えた場合には被加工物は脆性モード研
削（ｂｒｉｔｔｌｅ−ｍｏｄｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）で
加工が行なわれる。この所定の切込み深さを臨界切込み
深さｄ_c といい、材料固有の値である。脆性モード研削
では被加工物は脆性破壊を伴って研削され、その加工面
は表面粗さが所望の表面粗さよりも粗くなってしまう。
すなわち、切込み深さが深くなり臨界切込み深さｄ_c を
越えると、被加工物は脆性破壊が発生しない延性モード
研削ではなく脆性モード研削で加工が行なわれ、所望の
表面粗さが得られにくいという問題点があった。

【０００５】また、各砥粒の先端高さのばらつきを抑え
るためには砥粒の粒径を小さくすればよいが、そうする
と砥粒の突き出し量が小さくなってしまい、目づまりが
発生しやすくなる。また、砥粒の粒径が小さいと、砥粒
保持力が弱くなってしまうために砥粒が脱落しやすくな
るという問題点がある。

【０００６】本発明の目的は、粒径の大きな砥粒を用い
ても砥粒の先端高さが揃った精研削砥石およびその製造
方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の精研削砥石は、基材と、前記基材の表面に形成
された保持材層と、前記保持材層の表面に一層だけ分散
配置され、表面が製造すべき精研削砥石の研削面形状と
合致し、かつ平滑に仕上げられた押圧型により前記保持
材層に向けて押圧されることで、それぞれ一部位が前記
保持材層に押し込まれた複数個の砥粒と、前記保持材層
の表面に、前記各砥粒の先端部を突出させて設けられた
結合剤層とを有することを特徴とするものであり、保持
材層は、各砥粒および結合剤層の双方のかたさよりも軟
らかいものであってもよい。

【０００８】また、基材と、前記基材の表面に固着さ
れ、複数個の砥粒を分散保持するとともに前記各砥粒の
先端部が露出した結合剤層とを有し、前記結合剤層は、
表面が製造すべき精研削砥石の研削面形状に合致し、か
つ、平滑に仕上げられた型を用いて、前記型の表面に分
散配置された複数個の砥粒を覆って形成したものを前記
基材の表面に固着したのち、前記型から剥離したもので
あり、前記結合剤層に保持された各砥粒の先端部は、前
記剥離した結合剤層の表面を除去することで前記結合剤
層から露出されたことを特徴とするものでもよく、この
場合に、各砥粒は、気相合成法により型の表面に人造ダ
イヤモンドを析出成長させることにより、前記型の表面
に分散配置されたものや、結合剤層の除去が、酸処理に
よって行われるものであってもよい。

【０００９】本発明の精研削砥石の製造方法は、基材の
表面に保持材層を形成し、次いで、前記保持材層の表面
に複数個の砥粒を一層だけ分散配置したのち、表面が製
造すべき精研削砥石の研削面形状と合致し、かつ平滑に
仕上げられた押圧型により、前記各砥粒を前記保持材層
に向けて押圧して前記各砥粒の一部位をそれぞれ前記保
持材層に押し込ませ、前記保持材層の表面に、前記各砥
粒の先端部を突出させて結合剤層を形成することを特徴
とし、保持材層は、各砥粒および結合剤層の双方のかた
さよりも軟らかいものであってもよい。

【００１０】また、表面が製造すべき精研削砥石の研削
面形状と合致し、かつ、平滑に仕上げられた型を用い
て、前記型の表面に複数個の砥粒を分散配置し、次いで
前記型の表面に、前記各砥粒を覆って保持剤層を形成
し、前記結合剤層の表面に前記基材を固着したのち、前
記保持剤層を前記型から剥離し、前記剥離した保持剤層
の表面を除去して前記各砥粒の先端部を露出させたこと
を特徴とするものであってもよい。

【００１１】この場合には、各砥粒は、気相合成法によ
り型の表面に人造ダイヤモンドを析出成長させることに
より、前記型の表面に分散配置させたり、結合剤層は、
酸処理によって表面が除去されるものであってもよい。

【００１２】

【作用】上記のとおり構成された請求項１に記載の発明
では、保持材層の表面に分散配置された複数個の砥粒
は、押圧型により保持材層に向けて押圧され、その一部
位が保持材層に押し込まれたものである。このとき、押
圧型の表面は、製造すべき精研削砥石の研削面形状と合
致し、かつ平滑に仕上げられたものなので、各砥粒の先
端が押圧型の表面と当接することで各砥粒の先端高さが
揃った状態となる。先端高さが揃えられた各砥粒は、結
合剤層によりそれぞれ先端部を露出した状態で強固に保
持され、各砥粒の突き出し量は、結合剤層の厚みを調整
することにより任意に設定される。

【００１３】請求項３に記載の発明では、結合剤層は、
表面が製造すべき精研削砥石の研削面に合致し、かつ平
滑に仕上げられた型の表面に分散配置された複数個の砥
粒を覆って形成したものを基材に固着したのち型から剥
離したものなので、結合剤層の、型と接触していた面に
は各砥粒の一端が揃った状態で各砥粒が埋設保持され
る。そして、この結合剤層の表面を除去することで、結
合剤層の表面からは一端の位置すなわち先端高さが揃っ
た各砥粒が露出し、各砥粒の突き出し量は、結合剤層の
除去量を調整することにより任意に設定される。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１５】（第１実施例）まず、本発明の精研削砥石
の第１実施例について、図１を参照してその製造工程と
ともに説明する。

【００１６】図１は、本発明の精研削砥石の第１実施例
を製造工程毎に段階的に示した図である。まず、図１の
（ａ）に示すように、表面が所望の形状に仕上げられた
基材３の表面に、保持材層としての下地用メッキ層２を
形成し、さらに下地用メッキ層２上に所定の粒度の複数
個の砥粒１を一層だけ分散配置させる。下地用メッキ層
２は各砥粒１を仮保持するためのものであり、そのかた
さはＨｖ１５０程度と、各砥粒１のかたさよりも軟らか
く調質されたものである。また、下地用メッキ層２上に
分散配置された各砥粒１はダイヤモンド、アルミナ、あ
るいはＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄ
ｅ）等からなるもので、粒度に応じてふるい分けされて
ある程度選粒されたものであるが、その各々の径にはば
らつきがあり、各砥粒１の先端高さは不揃いである。な
お、本実施例では、粒径がおおよそ４０〜６０μｍの範
囲で選粒され、平均粒径が５０μｍのダイヤモンド砥粒
を用いた。さらには、各砥粒１一つ一つの形状について
も短径と長径との差のばらつきがあるので、なるべく短
径と長径との差が小さいものを揃えることが好ましい。

【００１７】基材３の表面への下地用メッキ層２の形成
は、例えば図２に示すメッキ形成装置を用いて行なわれ
る。図２は、図１に示した精研削砥石において、基材３
の表面に下地用メッキ層２を形成する際に用いられるメ
ッキ形成装置の一例の概略構成図であり、メッキ液５２
が満たされたメッキ浴槽５１内には、それぞれ直流電源
５３に接続されたアノード５４およびカソード５５が対
向配置されている。カソード５５のアノード５４との対
向面に、導電性を有する固定ねじ５６により基材３がカ
ソード５５と導通状態で固定されており、攪拌子５８で
メッキ液５２を攪拌しながら直流電源５３によりアノー
ド５４とカソード５５との間に電圧を印加することで、
基材３に下地用メッキ層２が形成される。このとき、余
分な部位（基材３の表面を除く部位）に下地用メッキ層
２が形成されないようにするために、カソード５５側の
基材３の表面を除く部位をマスク５７で覆っておくこと
が好ましい。マスク５７としては、マスキング液やマス
クテープ等、一般に用いられているマスキング材が用い
られる。本実施例では、メッキ液５２としてはスルファ
ミン酸ニッケルを４００ｇ／ｌ、硼酸を４０ｇ／ｌの割
合で含む標準スルファミン浴を用いた。そして、メッキ
液５２の温度を５０℃、電流密度を５Ａ／ｄｍ² 、攪拌
子５８の回転数を６０ｒｐｍという条件で２０分間メッ
キ処理を行ない、基材３の表面に約２５μｍの厚みで下
地用メッキ層２を形成した。

【００１８】また、下地用メッキ層２への各砥粒１の分
散配置は、例えば図３に示す砥粒分散装置により行なわ
れる。図３は、図１に示した精研削砥石において、下地
用メッキ層２を形成した基材３の表面に各砥粒１を一層
だけ分散配置する際に用いられる砥粒分散装置の一例の
概略構成図である。この砥粒分散装置は図３に示すよう
に、ベース６１上に載置された振動台６２を圧電素子６
３により水平方向（図示左右方向）に振動させるもので
ある。圧電素子６３は、発振機６５の信号に基づく圧電
素子電源６４からの駆動電圧により所定の周波数で水平
方向に伸縮するように配置されており、この伸縮運動を
確実に振動台６２に伝達させるために、圧電素子６３は
振動台６２およびベース６１にねじ等により強固に固定
されている。振動台６２上には、下地用メッキ層２が形
成された基材３が固定ねじ（不図示）により固定され、
圧電素子６３を伸縮させて振動台６２を振動させること
により基材３も水平方向に振動する。この振動を利用し
て、下地用メッキ層２上に投入された各砥粒１が重なら
ないように分散させる。このとき投入する砥粒１の量
は、砥粒１が分散した際に砥粒１同志が重ならない量を
予め求めておき、これ以下の量とする。また、振動台６
２を振動させた際に各砥粒１が下地用メッキ層２から脱
落するのを防止するために、基材３の外周には砥粒脱落
防止用カバー６６が設けられている。本実施例では、振
動台６２の振動周波数を５０Ｈｚ、振幅を１μｍとして
各砥粒１の分散を行なったところ、５分程度で各砥粒１
は下地用メッキ層２上に一層だけ分散配置された。

【００１９】ここで、各砥粒１を一層だけ分散配置する
ための砥粒１の量の算出方法について説明する。基材３
の表面の面積をＳ、砥粒１の平均粒径をｄとすると、砥
粒１が重ならないための最大砥粒数Ｎは、

【００２０】

【数１】 となる。また、砥粒１の密度をρとすると、一つの砥粒
１の質量ｍは、 ｍ＝（ρ×π×ｄ³ ）／６ （２） で与えられる。（１）式および（２）式より、Ｎ個の砥
粒１を投入したときの砥粒１の質量Ｍは、

【００２１】

【数２】 となる。そこで、この質量Ｍだけ砥粒１を投入すれば計
算上は砥粒１が重なることなく配置されるが、実際には
砥粒１の粒径のばらつきを考慮して、（３）式で算出さ
れた質量Ｍの９０％以下の砥粒１を投入する。

【００２２】次に、図１の（ｂ）に示すように、製造す
べき精研削砥石の研削面の形状に合致する押圧手段とし
ての押圧型４により各砥粒１を下地用メッキ層２に向け
て押圧する。この際、上述したように下地用メッキ層２
のかたさは各砥粒１よりも軟らかいものなので、押圧型
４に押圧された砥粒１は、破砕することなくその一部位
が下地用メッキ層２に押し込まれ、下地用メッキ層２に
仮保持される。そして、ほとんどの砥粒１が押圧型４の
押圧面に当接するまで砥粒１を押圧すると、各砥粒１
は、その先端高さがほぼ揃った状態となる。このとき、
各砥粒１を押圧することによって押圧型４が変形しない
ようにするために、押圧型４はセラミックスや超硬合金
等の高硬度材でつくられたものを使用し、そのかたさは
Ｈｖ１０００以上であることが好ましい。

【００２３】押圧型４による各砥粒１の下地用メッキ層
２への仮保持を、本実施例では図４に示す砥粒押圧装置
で行なった。図４は、図１に示した精研削砥石におい
て、分散配置された各砥粒を下地用メッキ層２に仮保持
させる際に用いられる砥粒押圧装置の一例の概略側面図
である。この砥粒押圧装置はベース７１を主要な構成部
材とし、ベース７１は、基材３が固定ねじ（不図示）に
より固定される載置部７１ａと、載置部７１ａから上方
に向かって延び、上端部にシリンダ７２が固定されたア
ーム部７１ｂとを有する。シリンダ７２は空気圧や油圧
等の流体圧で作動するもので、そのロッド７２ａの先端
が下方に向かって配置されている。各砥粒１の仮保持の
際には、シリンダ７２のロッド７２ａを引き込ませてお
き、下地用メッキ層２を上方に向けた状態で、複数個の
砥粒１が分散配置された基材３をベース７１の載置部７
１ａにねじ固定し、さらに基材３上に押圧型４を載置す
る。そして、シリンダ７２のロッド７２ａを突出させて
押圧型４に所定の押圧力を加え、各砥粒１を下地用メッ
キ層２に押し込ませる。そののち、シリンダ７２のロッ
ド７２ａを引き込ませて押圧型４への押圧力を解除し、
押圧型４を基材３から取り外す。本実施例では、押圧型
４としてＳｉ₃ Ｎ₄ からなるものを用い、基材３への加
圧力を２０ｋｇ／ｃｍ² とした。

【００２４】各砥粒１が下地用メッキ層２に仮保持され
たら、図１の（ｃ）に示すように、下地用メッキ層２の
上にさらに結合剤層としての結合用メッキ層５を形成
し、各砥粒１の先端部を露出させた状態で、各砥粒１を
結合用メッキ層５に保持させる。結合用メッキ層５は、
各砥粒１を強固に保持するために、その厚みが砥粒１の
平均粒径の３分の２以上となるように、各砥粒１の突出
高さすなわち突き出し量を調整する。また、結合用メッ
キ層５は、砥石の耐摩耗性を向上して寿命を延ばすため
に高硬度であることが好ましい。

【００２５】この結合用メッキ層５による各砥粒１の保
持を、本実施例では図５に示すメッキ形成装置で行なっ
た。図５は、図１に示した精研削砥石において、結合用
メッキ層を形成する際に用いられるメッキ形成装置の概
略構成図である。このメッキ形成装置は無電解メッキ処
理を施すためのものであり、メッキ浴槽８１内には無電
解メッキ液８２が満たされている。また、無電解メッキ
液８２の温度を所定の温度に保つためのヒータ８４が、
フック８８を介してメッキ浴槽８１に取り付けられてお
り、ヒータ８４の制御は、無電解メッキ液８２中に配置
された熱電対等の温度センサ８５での無電解メッキ液８
２の温度の検知結果に基づき、温度コントローラ８３に
より行なわれる。そして、基材３を固定具８６にねじ固
定して無電解メッキ液８２中に沈め、攪拌子８７により
無電解メッキ液８２を攪拌しながら基材３を所定の時間
だけ放置すると、下地用メッキ層２上に結合用メッキ層
５（図１の（ｃ）参照）が形成される。本実施例では、
無電解メッキ液８２として硫酸ニッケルと次亜リン酸を
主成分とする無電解ニッケル−リンメッキ液を用い、無
電解メッキ液８２の温度が９０℃、攪拌子８７の回転数
が６０ｒｐｍという条件で１５０分間メッキ処理を行な
った。その結果、下地用メッキ２上には約２５μｍの厚
みで結合用メッキ層５が形成され、各砥粒１が完全に保
持された。この場合、各砥粒１の最大粒径を６０μｍと
し、かつ各砥粒１の仮保持の際に粒径が最大の砥粒１が
下地用メッキ層２に完全に押し込まれたとすると、各砥
粒１が仮保持された状態では各砥粒１は下地用メッキ層
２から３５μｍ突出していることになるので、結合用メ
ッキ層５を３５μｍの厚みで形成すると、各砥粒１の突
出量は１０μｍ程度となる。また、本実施例では熱処理
等を施して結合用メッキ層５のかたさをＨｖ４５０以上
とした。

【００２６】以上説明したように本実施例では、下地用
メッキ層２上に分散配置された各砥粒１を押圧型４によ
り押圧し、各砥粒１の一部位を下地用メッキ層２に押し
込ませることで各砥粒１の先端高さが揃えられるので、
研削時に特定の砥粒に高荷重がかかることもなく、被加
工物を延性モード研削で安定して所望の表面粗さに加工
することができる。また、各砥粒１の突き出し量は結合
用メッキ層５の厚さにより任意に調節することができる
ので、目づまりが発生せず、かつ各砥粒１が脱落しにく
い範囲で最適値に設定することが容易となる。

【００２７】（第２実施例）次に、本発明の精研削砥石
の第２実施例について、図６を参照してその製造工程と
ともに説明する。

【００２８】図６は、本発明の精研削砥石の第２実施例
を製造工程毎に段階的に示した図であり、まず、図６の
（ａ）に示すように、表面が平滑に、かつ、製造すべき
精研削砥石の研削面に合致する形状に仕上げられた型と
しての金型１６の表面に、所定の粒度の砥粒１１を分散
配置する。本実施例では、砥粒１１としては粒径がおお
よそ４０〜６０μｍの範囲で選粒され、平均粒径が５０
μｍのダイヤモンド砥粒を用いた。

【００２９】次に、図６の（ｂ）に示すように金型１６
の表面に、砥粒１１を覆って結合用メッキ層１５を形成
する。結合用メッキ層１５の厚みは、砥粒１１の最大粒
径より０．１ｍｍ程度厚いことが望ましい。

【００３０】本実施例では上述した結合用メッキ層１５
の形成までの工程を、図７に示すメッキ形成装置を用い
て行なった。図７は、図６に示した精研削砥石におい
て、金型１６の表面に結合用メッキ層１５を形成する際
に用いられるメッキ形成装置の一例の概略構成図であ
り、その構成は図５に示したメッキ形成装置と同様であ
るので説明は省略する。また、無電解メッキ液８２につ
いても、第１実施例で結合用メッキ層を形成する際に用
いたものと同様の組成のものを用いた。

【００３１】このメッキ形成装置を用い、金型１６の表
面に砥粒１１を分散配置する際には、固定具８６に金型
１６を載置して無電解メッキ液８２中に沈め、メッキ浴
槽８１の上方から金型１６の表面に向けて複数個の砥粒
１１を投入する。すると、各砥粒１１は無電解メッキ液
８２中で沈み、金型１６の表面に配置される。各砥粒１
１の投入の際には、各砥粒１１が金型１６の表面全体に
分布するように、金型１６の表面全体に対応する範囲内
でほぼ均等に投入する。また、金型１６をその軸心回り
に回転させながら各砥粒１１を投入すると、各砥粒１１
をより均一に分布させることができる。さらに、本実施
例では後述するように結合用メッキ層１５の金型１６と
の接触面が精研削砥石の研削面となるので、砥粒１１の
配置が二層になっても研削面の形状には影響せず、各砥
粒１１を必ずしも一層だけ配置する必要はない。

【００３２】そして、各砥粒１１の分散配置後の結合用
メッキ層１５の形成は、第１実施例で結合用メッキ層を
形成する際の条件と同じ条件で行なった。ただし、結合
用メッキ層１５の形成の初期においては、攪拌子８７を
回転させて無電解メッキ液８２を攪拌すると各砥粒１１
は金型１６の表面から落ちてしまうので攪拌子８７は回
転させず、１分程度のメッキ処理を行なって各砥粒１１
が金型１６に仮保持された状態になってから攪拌子８７
を回転させる。本実施例では、メッキ処理を７時間行な
い、約７０μｍの厚みで結合用メッキ層１５を形成して
各砥粒１１を完全に埋め込んだ。さらに、このようにし
て形成された結合用メッキ層１５を、熱処理によりＨｖ
４５０以上のかたさとし、その表面を図６の（ｂ）に破
線で示したように、研削加工等により後述する基材１３
の表面に合致する形状に加工する。

【００３３】結合用メッキ層１５は、無電解ニッケルメ
ッキに限らず電気ニッケルメッキや銅メッキ等により形
成してもよい。結合用メッキ層１５を電気ニッケルメッ
キにより形成する場合は、例えば図８に示すメッキ形成
装置を用いて形成することができる。図８は、図６に示
した精研削砥石において、金型の表面に結合用メッキ層
を形成する際に用いられるメッキ形成装置の他の例の概
略構成図である。このメッキ形成装置は図２に示したも
のと同様に、メッキ浴槽１５１内を満たすメッキ液１５
２中にアノード１５４およびカソード１５５が対向配置
され、直流電源１５３によりアノード１５４とカソード
１５５との間に直流電圧を印加することによりカソード
１５５側にメッキ層を析出させるものである。金型１６
は導電性を有する固定ねじ１５６によりカソード１５５
と導通状態で固定される。また、カソード１５５側の、
金型１６の表面を除く部位は、マスク１５７で覆われて
いる。この例では、メッキ液として、硫酸ニッケルを２
５０ｇ／ｌ、塩化ニッケルを７０ｇ／ｌ、硼酸を３０ｇ
／ｌの割合で含むものを用い、メッキ液の温度を４５
℃、電流密度を５Ａ／ｄｍ² 、攪拌子１５８の回転数を
６０ｒｐｍという条件で７０分間メッキ処理を行なっ
た。その結果、金型１６の表面には約７０μｍの厚みで
結合用メッキ層１５が形成され、各砥粒１１は結合用メ
ッキ層１５に完全に埋め込まれた。なお、金型１６の表
面へ各砥粒１１を分散配置する方法は、上述した方法と
同様でよいので、その説明は省略する。

【００３４】次に、図６の（ｃ）に示すように基材１３
を接着剤１７により結合用メッキ層１５の表面に接着
し、そののち、図６の（ｄ）に示すように砥粒１１を含
む結合用ニッケルメッキ層１５を金型１６から剥離す
る。すなわち基材１３の表面には、結合用メッキ層１５
の、基材１３の表面に合致する形状に加工された面が接
着され、各砥粒１１の先端位置が金型１６の表面形状を
表裏反転した面内に揃えられる。接着剤１７としては、
基材１３と結合用メッキ層１５との接着力が、金型１６
と結合用メッキ層１５との密着力よりも強いものを使用
し、シアノボンド系の速乾性接着剤やエポキシ系の接着
剤等が使用できる。本実施例では接着剤１７としてエポ
キシ系の接着剤を用いた。また、金型１６の材質につい
ても、結合用メッキ層１５との剥離性をよくするために
ステンレス鋼を用いた。

【００３５】金型１６の剥離には、図９に示す剥離装置
を用いた。図９は、図６に示した精研削砥石において、
結合用メッキ層から金型を剥離する際に用いられる剥離
装置の一例の概略断面図である。図９に示すように、ベ
ース９１は互いに対向する二つの対向部を有し、一方の
対向部には、金型１６を固定するための固定ねじ９２が
貫通可能な貫通孔が形成され、他方の対向部には、基材
１３を金型１６から引き剥がすための剥離ねじ９３が貫
通可能な貫通孔が形成されている。また、説明が前後す
るが、金型１６の裏面には、固定ねじ９２が螺合される
ねじ穴が予め形成され、基材１３の裏面にも、剥離ねじ
９３が螺合されるねじ穴が予め形成されている。そし
て、金型１６を剥離する際には、結合用メッキ層１５を
介して基材１３が接着された金型１６を、固定ねじ９２
によりベース９１の一方の対向部に固定し、その状態で
基材１３のねじ穴に剥離ねじ９３をねじ込ませていく。
このとき、金型１６が固定ねじ９２によりベース９１の
一方の対向部に固定されているとともに、剥離ねじ９３
の位置はベース９１の他方の対向部により規制されてい
るので基材１３には図示上向きの力が加わる。さらに、
上述したように接着剤１７による結合用メッキ層１５と
基材１３との接着力は結合用メッキ層１５と金型１６と
の密着力よりも強いものである。従って、剥離ねじ９３
をねじ込ませていくことによって、金型１６は結合用メ
ッキ層１５から剥離する。

【００３６】次に、結合用メッキ層１５の表面すなわち
金型１６から剥離された面を、図６の（ｅ）に示すよう
に硝酸や塩酸等、結合用メッキ層１５をを腐食させる腐
食液で所定の厚みだけ除去する。これにより、各砥粒１
１は除去されずに結合用メッキ層１５のみが除去され、
各砥粒１１の先端部が結合用メッキ層１５から所定の突
き出し量だけ露出し、精研削砥石が完成する。

【００３７】結合用メッキ層１５の表面の除去には、図
１０に示すメッキ腐食装置を用いた。図１０は、図６に
示した精研削砥石において、結合用メッキ層の表面を除
去する際に用いられるメッキ腐食装置の一例の概略構成
図である。このメッキ腐食装置は、メッキ腐食液１０２
が満たされた浴槽１０１と、浴槽１０１内のメッキ腐食
液１０２を攪拌するための攪拌子１０３とからなる。メ
ッキ腐食液１０２としては、水と硝酸と塩酸とをそれぞ
れ１：１：３の割合で含むものを用いた。そして、基材
１３を紐１０４に固定してメッキ腐食液１０２中に浸す
ことで結合用メッキ層１５を腐食させ、各砥粒１１の先
端部を露出させる。この際、結合用メッキ層１５の表面
のみを腐食させるようにするために、結合用メッキ層１
５の表面を除く部位および基材１３をマスキングするこ
とが好ましい。本実施例ではメッキ腐食液１０２の温度
を常温とし、基材１３をメッキ腐食液１０２中に１０分
間浸した。その結果、結合用メッキ層１５の表面が約３
μｍ除去された。

【００３８】以上説明したように、金型１６の表面に載
置された各砥粒１１を結合用メッキ層１５により保持
し、結合用メッキ層１５を基材１３に貼り付けたのちこ
れを金型１６から剥離することで、各砥粒１１の、金型
１６に載置されていた部位がそれぞれ各砥粒１１の先端
となるので、各砥粒１１の先端高さは金型１６の表面形
状に沿って揃えられている。また、各砥粒１１の先端部
の露出量すなわち突き出し量は、腐食液による結合用メ
ッキ層１５の除去量により自由に調整することができ
る。

【００３９】（第３実施例）本実施例は、図１１に示す
ように金型２６の表面に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法
により粒径が約１２μｍの砥粒としての気相合成ダイヤ
モンド２１を析出させ、これを結合用メッキ層２５で覆
って保持したものである。これは、ＣＶＤ処理を施す前
に、本実施例で得られる砥粒とは別の砥粒を超音波振動
させること等により、金型２６の表面に微細な傷をつけ
る傷つけ処理を施し、この傷の部分に気相合成ダイヤモ
ンド２１を析出させるものであり、ＣＶＤ条件は、ＣＨ
₄ 濃度が０．５％のＨ₂ 雰囲気中で、反応温度が８００
℃、反応時間が１０時間である。

【００４０】次いで、結合用メッキ層２５の表面を、破
線で示すように基材（不図示）の表面に合致する形状に
加工し、前記基材を結合用メッキ層２５の表面に貼り付
けたのち、結合用メッキ層２５を金型２６から剥離す
る。このとき、金型２６と気相合成ダイヤモンド２１と
の密着力は、気相合成ダイヤモンド２１と結合用メッキ
層２５との密着力に比較して弱いので、金型２６に機械
的な衝撃を与えることにより、気相合成ダイヤモンド２
１が金型２６に残ることなく結合用メッキ層２５を金型
２６から剥離することができる。

【００４１】結合用メッキ層２５を金型２６から剥離し
たら、それ以降は第２実施例と同様の工程で精研削砥石
が製造されるので、その説明は省略する。

【００４２】本実施例のように、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法により金型２６の表面に気相合成ダイヤモンド２
１を析出させることで、金型２６を水平方向に振動させ
たりしなくても各砥粒（気相合成ダイヤモンド２１）は
確実に金型２６上に一層だけ分散配置され、各砥粒の先
端高さを容易に揃えることができる。

【００４３】（第４実施例）本実施例は、第３実施例と
同様にマイクロ波プラズマＣＶＤ法により金型の表面に
気相合成ダイヤモンドを析出させるものであるが、第３
実施例に比較して、基板にＣＶＤ処理を施す前の基板の
処理が異なるだけで他の工程については第３実施例のも
のと同様であるので、以下、ＣＶＤ処理を施す前の基板
の処理手順についてのみ説明し、他の工程の説明は省略
する。

【００４４】まず、基板の表面に傷つけ処理を施してお
き、その基板の表面に、マスクアライナを用いて直径２
μｍのＰＭＭＡレジストパターンをドットマトリックス
状に形成してマスクとする。次いで、Ａｒイオンビーム
エッチングにより、基板の表面の、ＰＭＭＡレジストパ
ターン形成部を除く部位をエッチングし、その後、ＰＭ
ＭＡレジストパターンを除去する。このことにより基板
の表面にはドットマトリックス状に傷つけ部が残ること
になる。そして、第３実施例と同様にマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法により金型の表面に気相合成ダイヤモンドを
析出させると、気相合成ダイヤモンドは前記残された傷
つけ部のみに析出する。このときのＣＶＤ条件は、ＣＨ
₄ 濃度が０．５％のＨ₂ 雰囲気中で、反応温度が８００
℃、反応時間が１５時間であり、析出した気相合成ダイ
ヤモンドの粒径はおよそ２０μｍであった。

【００４５】このように、傷つけ処理が施された基板の
表面を部分的にエッチングして気相合成ダイヤモンドの
析出位置を規制することで、気相合成ダイヤモンドの分
布密度を任意に設定できる。しかも、気相合成ダイヤモ
ンド間の間隔を設定できることにより、必要な粒径の気
相合成ダイヤモンドを、ほぼ粒径が揃った状態で得るこ
とができる。

【００４６】（第５実施例）本実施例は、研削面が球面
形状の総型砥石いわゆる球面皿を第２実施例で示した方
法と同様の方法で製造したものである。

【００４７】球面形状の総型砥石を製造する場合には、
図１２に示すように球面形状の金型３６、４６および基
材３３、４３を用いる。曲率半径がＲ₀ の凸球面形状の
総型砥石を製造する場合、図１２の（ａ）に示すよう
に、金型３６の曲率半径Ｒ₁ はＲ₁ ＝Ｒ₀ の凹球面と
し、基材３３の曲率半径Ｒ₂ はＲ₂ ≒Ｒ₀ −（ｄ＋ｅ）
の凸球面とする。ここで、ｄは結合用メッキ層の厚さ、
ｅは接着剤の厚さを示す。一方、曲率半径がＲ₀ の凹球
面形状の総型砥石を製造する場合には、図１２の（ｂ）
に示すように、金型４６の曲率半径Ｒ₃ はＲ₃ ＝Ｒ₀ の
凸球面、基材４３の曲率半径Ｒ₄ はＲ₄ ≒Ｒ₀ ＋（ｄ＋
ｅ）の凹球面とする。

【００４８】上記各式に基づき、曲率半径が５０．００
ｍｍの凸球面形状の総型砥石および凹球面形状の総型砥
石、結合用メッキ層厚さ０．０７ｍｍ、接着剤厚さ０．
０５ｍｍで製造する場合、凸球面形状の総型砥石の場合
には曲率半径が５０．００ｍｍの凹球面形状の金型３６
と、曲率半径が４９．８８ｍｍの凸球面形状の基材３３
を用いる。一方、凹球面形状の総型砥石の場合には曲率
半径が５０．００ｍｍの凸球面形状の金型４６と、曲率
半径が５０．１２ｍｍの凹球面形状の基材４３を用い
る。そして、金型３６、４６および基材３３、４３の形
状がそれぞれ異なる他は第２実施例と同様の方法で精研
削砥石を製造したところ、曲率半径が５０．００ｍｍの
凸球面上および凹球面上にそれぞれ各砥粒の先端高さが
揃っていることが確認された。

【００４９】次に、本発明の精研削砥石を用いた被加工
物の精研削方法について説明する。本発明の精研削砥石
を用いた被加工物の精研削には、図１３に示すような精
研削装置が用いられる。図１３は、被加工物の精研削を
行なう際に用いられる精研削装置の一例の一部を破断し
た概略平面図であり、一般の精研削装置と同様のものを
用いることができる。その構成を簡単に説明すると、テ
ーブル２００上には、Ｙ方向駆動機構２０１を介してハ
ウジング２０３がＹ方向に移動自在に設けられている。
ハウジング２０３は、被加工物回転スピンドル２０４を
回転自在およびＹ方向に移動自在にに支持している。被
加工物回転スピンドル２０４には、Ｙ方向駆動機構２０
１に固定された被加工物回転用モータ２０６の出力軸と
の間に伝達ベルト２０７が架けまわされており、被加工
物回転用モータ２０６を駆動することで被加工物回転ス
ピンドル２０４が回転される。

【００５０】被加工物回転スピンドル２０４の図示下端
には、チャック２１１が固定され、このチャック２１１
に、接触部材２１２を介して被加工物２２０が取り付け
られる。接触部材２１２は研削加工時における被加工物
２２０の振動を吸収するために設けられ、ゴム等からな
るものである。また、被加工物回転スピンドル２０４の
中間部にはフランジ２０４ａが形成され、一方、ハウジ
ング２０３の図示上端部には被加工物回転スピンドル２
０４が貫通する加圧設定用ねじ２０５が螺合され、これ
らフランジ２０４ａと加圧設定用ねじ２０５との間に加
圧用コイルばね２０８が設けられている。これにより被
加工物回転スピンドル２０４は図示下向きに付勢される
が、非研削加工時にはフランジ２０４ａがハウジング２
０３の内面に突設されたストッパ２０３ａに当接し、被
加工物回転スピンドル２０４の位置が規制される。

【００５１】一方、テーブル２００の、チャック２１１
に対向する部位には、砥石回転用モータ２０９がＸ方向
駆動機構２０２を介してＸ方向に移動自在に設けられて
いる。砥石回転用モータ２０９の出力軸（不図示）には
砥石取付部材２１０が固定され、この砥石取付部材２１
０に、精研削砥石２３０がねじ（不図示）により取り付
けられる。

【００５２】上記構成に基づき研削加工を行なう際に
は、まず、Ｙ方向駆動機構２０１によりハウジング２０
３を砥石取付部材２１０から十分離した状態にしてお
き、チャック２１１に接触部材２１２を介して被加工物
２２０を取り付けるとともに、砥石取付部材２１０に精
研削砥石２３０を取り付ける。次いで、Ｙ方向駆動機構
２０１によりハウジング２０３を精研削砥石２３０に接
近させる。すると、被加工物２２０は精研削砥石２３０
に当接する。被加工物２２０が精研削砥石２３０に当接
した後もハウジング２０３を精研削砥石２２０に接近さ
せると、被加工物回転スピンドル２０４は移動せずハウ
ジング２０３のみが移動するので、加圧用コイルばね２
０８が圧縮され、精研削砥石２３０には加圧用コイルば
ね２０８の圧縮量に応じた力で被加工物２２０が押圧さ
れる。このようにして被加工物２２０を精研削砥石２３
０に所定の加重で押圧し、その状態で被加工物２２０お
よび精研削砥石２３０をそれぞれ回転させて被加工物２
２０の研削加工を行なう。被加工物２２０の研削加工の
際、精研削砥石２３０の偏摩耗を防止するために、必要
に応じて、Ｘ方向駆動機構２０２により精研削砥石２３
０をＸ方向に往復移動させてもよい。

【００５３】上述した精研削装置を用いてレンズを精研
削した実験例を以下に示す。この実験例では、精研削砥
石としては第２実施例で示した精研削砥石（ここでは
「実施例砥石」という）を用いて研削加工を行なったと
きの、レンズの加工表面粗さＲ _max および加工除去能率
を測定した。本実験例では、精砥石の回転数を７０００
ｒｐｍ、被加工物の回転数を６０ｒｐｍとし、加重６ｋ
ｇで１５秒間加工を行なった。また、被加工物として
は、直径が１０ｍｍで厚みが３ｍｍのガラス材ＳＦ６を
用いた。なお、比較のために、従来のメタルペレットお
よび樹脂ペレットについても同様の実験を行なった。そ
の結果を表１に示す。

【００５４】

【表１】 表１より、加工表面粗さＲ_max について見ると、実施例
砥石では、比較的良好な表面粗さが得られる樹脂ペレッ
トよりもさらに良好な表面粗さが得られた。また、加工
除去能率について見ると、樹脂ペレットでは砥粒が樹脂
（結合剤）中に沈み込んでしまうため加工除去能率は悪
く、実施例砥石ではメタルペレットと同等以上の加工除
去能率が得られた。すなわち、実施例砥石は、メタルペ
レットおよび樹脂ペレットのそれぞれの長所を生かした
砥石であることがわかる。さらに、表１には示していな
いが砥石の寿命については樹脂ペレットは結合剤の摩耗
が早いので最も悪く、実施例砥石はメタルペレットと同
等以上の耐摩耗性を示した。具体的には、上述した条件
で１０００個のガラスの精研削を行なったところ、実施
例砥石の摩耗量は１μｍであった。

【００５５】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり構成されて
いるので、以下に記載する効果を奏する。

【００５６】本発明の精研削砥石およびその製造方法に
おいて、各砥粒は、表面が製造すべき精研削砥石の研削
面形状形状と合致する型によりその位置が規制されるの
で、各砥粒の先端高さを高精度に揃えることができる。
その結果、研削時には各砥粒の仕事量が平均化され、良
好な表面粗さで、しかも効率よく研削を行なえる精研削
砥石が得られる。また、各砥粒の突き出し量は、結合剤
層の形成厚さの調整あるいは結合剤層の除去量の調整に
より、目づまりが発生しにくく、かつ各砥粒が脱落しに
くい突き出し量を容易に設定することができる。

【００５７】また、各砥粒が押圧型により保持材層に向
けて押圧される精研削砥石およびその製造方法で、保持
材層を各砥粒のかたさよりも軟らかくすることで、各砥
粒を押圧型により押圧したときに各砥粒は保持材層に押
し込まれ易くなる。その結果、各砥粒を破砕させること
なく各砥粒の先端高さをより容易に揃えることができ
る。

【００５８】さらに、型の表面に分散配置された各砥粒
を覆って結合剤層を形成してその表面に基材を固着し、
結合剤層を型から剥離した精研削砥石およびその製造方
法で、各砥粒の分散配置を、気相合成法により型の表面
に人造ダイヤモンドを析出させることで行うことによ
り、各砥粒を型の表面に確実に一層だけ分散配置させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の精研削砥石の第１実施例を製造工程毎
に段階的に示した図であり、同図（ａ）は、基材上に砥
粒を分散配置した状態の断面図、同図（ｂ）は、砥粒を
押圧している状態の断面図、同図（ｃ）は、砥粒を結合
用メッキ層により保持した状態の断面図である。

【図２】図１に示した精研削砥石において、基材の表面
に下地用メッキ層を形成する際に用いられるメッキ形成
装置の一例の概略構成図である。

【図３】図１に示した精研削砥石において、下地用メッ
キ層を形成した基材の表面に複数個の砥粒を一層だけ分
散配置する際に用いられる砥粒分散装置の一例の概略構
成図である。

【図４】図１に示した精研削砥石において、分散配置さ
れた各砥粒を下地用メッキ層に仮保持させる際に用いら
れる砥粒押圧装置の一例の概略側面図である。

【図５】図１に示した精研削砥石において、結合用メッ
キ層を形成する際に用いられるメッキ形成装置の一例の
概略構成図である。

【図６】本発明の精研削砥石の第２実施例を製造工程毎
に段階的に示した図であり、同図（ａ）は、金型上に砥
粒を分散配置した状態の断面図、同図（ｂ）は、砥粒を
覆って結合用メッキ層を形成した状態の断面図、同図
（ｃ）は、結合用メッキ層の表面に基材を貼り付けた状
態の断面図、同図（ｄ）は、金型を剥離した状態の断面
図、同図（ｅ）は、結合用メッキ層の表面を除去して砥
粒の先端部を露出させた状態の断面図である。

【図７】図６に示した精研削砥石において、金型の表面
に結合用メッキ層を形成する際に用いられるメッキ形成
装置の一例の概略構成図である。

【図８】図６に示した精研削砥石において、金型の表面
に結合用メッキ層を形成する際に用いられるメッキ形成
装置の他の例の概略構成図である。

【図９】図６に示した精研削砥石において、結合用メッ
キ層から金型を剥離する際に用いられる剥離装置の一例
の概略断面図である。

【図１０】図６に示した精研削砥石において、結合用メ
ッキ層の表面を除去する際に用いられるメッキ腐食装置
の一例の概略構成図である。

【図１１】本発明の精研削砥石の第３実施例の製造工程
のうち、気相合成ダイヤモンドを結合用メッキ層で覆っ
た状態の断面図である。

【図１２】研削面が球面形状の総型砥石を、図６に示し
た方法と同様の方法で製造する際に用いられる金型およ
び基材の断面形状を示す図であり、同図（ａ）は凸球面
形状の総型砥石を製造する場合、同図（ｂ）は凹球面形
状の総型砥石を製造する場合を、それぞれ示す。

【図１３】被加工物の精研削を行なう際に用いられる精
研削装置の一例の一部を破断した概略平面図である。

【符号の説明】

１、１１ 砥粒 ２ 下地用メッキ層 ３、１３、３３、４３ 基材 ４ 押圧型 ５、１５、２５ 結合用メッキ層 １６、２６、３６、４６ 金型 １７ 接着剤 ２１ 気相合成ダイヤモンド ５１、８１、１５１ メッキ浴槽 ５２、１５２ メッキ液 ５３、１５３ 直流電源 ５４、１５４ アノード ５５、１５５ カソード ５６、９２、１５６ 固定ねじ ５７、１５７ マスク ５８、８７、１０３、１５８ 攪拌子 ６１、７１、９１ ベース ６２ 振動台 ６３ 圧電素子 ６４ 圧電素子電源 ６５ 発振機 ６６ 砥粒脱落防止用カバー ７１ａ 載置部 ７１ｂ アーム部 ７２ シリンダ ７２ａ ロッド ８２ 無電解メッキ液 ８３ 温度コントローラ ８４ ヒータ ８５ 温度センサ ８６ 固定具 ８８ フック ９３ 剥離ねじ １０１ 浴槽 １０２ メッキ腐食液 １０４ 紐 ２００ テーブル ２０１ Ｙ方向駆動機構 ２０２ Ｘ方向駆動機構 ２０３ ハウジング ２０３ａ ストッパ ２０４ 被加工物回転スピンドル ２０４ａ フランジ ２０５ 加圧設定用ねじ ２０６ 被加工物回転用モータ ２０７ 伝達ベルト ２０８ 加圧用コイルばね ２０９ 砥石回転用モータ ２１０ 砥石取付部材 ２１１ チャック ２１２ 接触部材 ２２０ 被加工物 ２３０ 精研削砥石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今成 徹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 山本 碩徳 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材と、 前記基材の表面に形成された保持材層と、 前記保持材層の表面に一層だけ分散配置され、表面が製
   造すべき精研削砥石の研削面形状と合致し、かつ平滑に
   仕上げられた押圧型により前記保持材層に向けて押圧さ
   れることで、それぞれ一部位が前記保持材層に押し込ま
   れた複数個の砥粒と、 前記保持材層の表面に、前記各砥粒の先端部を突出させ
   て設けられた結合剤層とを有することを特徴とする精研
   削砥石。
2. 【請求項２】 保持材層は、各砥粒および結合剤層の双
   方のかたさよりも軟らかいものである請求項１に記載の
   精研削砥石。
3. 【請求項３】 基材と、 前記基材の表面に固着され、複数個の砥粒を分散保持す
   るとともに前記各砥粒の先端部が露出した結合剤層とを
   有し、 前記結合剤層は、表面が製造すべき精研削砥石の研削面
   形状に合致し、かつ、平滑に仕上げられた型を用いて、
   前記型の表面に分散配置された複数個の砥粒を覆って形
   成したものを前記基材の表面に固着したのち、前記型か
   ら剥離したものであり、 前記結合剤層に保持された各砥粒の先端部は、前記剥離
   した結合剤層の表面を除去することで前記結合剤層から
   露出されたことを特徴とする精研削砥石。
4. 【請求項４】 各砥粒は、気相合成法により型の表面に
   人造ダイヤモンドを析出成長させることにより、前記型
   の表面に分散配置されたものである請求項３に記載の精
   研削砥石。
5. 【請求項５】 結合剤層の除去が、酸処理によって行わ
   れる請求項３または４に記載の精研削砥石。
6. 【請求項６】 基材の表面に保持材層を形成し、 次いで、前記保持材層の表面に複数個の砥粒を一層だけ
   分散配置したのち、 表面が製造すべき精研削砥石の研削面形状と合致し、か
   つ平滑に仕上げられた押圧型により、前記各砥粒を前記
   保持材層に向けて押圧して前記各砥粒の一部位をそれぞ
   れ前記保持材層に押し込ませ、 前記保持材層の表面に、前記各砥粒の先端部を突出させ
   て結合剤層を形成することを特徴とする、精研削砥石の
   製造方法。
7. 【請求項７】 保持材層は、各砥粒および結合剤層の双
   方のかたさよりも軟らかいものである請求項６に記載の
   精研削砥石の製造方法。
8. 【請求項８】 表面が製造すべき精研削砥石の研削面形
   状と合致し、かつ、平滑に仕上げられた型を用いて、前
   記型の表面に複数個の砥粒を分散配置し、 次いで前記型の表面に、前記各砥粒を覆って保持剤層を
   形成し、 前記結合剤層の表面に前記基材を固着したのち、 前記保持剤層を前記型から剥離し、 前記剥離した保持剤層の表面を除去して前記各砥粒の先
   端部を露出させることを特徴とする、精研削砥石の製造
   方法。
9. 【請求項９】 各砥粒は、気相合成法により型の表面に
   人造ダイヤモンドを析出成長させることにより、前記型
   の表面に分散配置させる請求項８に記載の精研削砥石の
   製造方法。
10. 【請求項１０】 結合剤層は、酸処理によって表面が除
    去される請求項８または９に記載の精研削砥石の製造方
    法。