JPH068233A

JPH068233A - 高精度研削切断装置とそれを用いた研削切断方法

Info

Publication number: JPH068233A
Application number: JP17043992A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Fukazawa; 克也深沢; Hirotaka Imayama; 寛隆今山; Masayasu Fujisawa; 政泰藤沢; Koji Takeshita; 幸二竹下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1994-01-18

Abstract

(57)【要約】【目的】切断面平面度が高く、加工歪の変形を低減する
ことのできる高精度研削装置とその研削切断方法とを実
現する。【構成】Ｘテーブル１がＸ方向に往復移動するのに同期
して、チルティングテーブル２を介して設けられたＹテ
ーブル（回転テーブル）３が１８０°回転する。回転テ
ーブル３に搭載されたワーク４は、Ｚテーブルに接続
し、同じくＸテーブル１の移動に同期してＺ方向に降下
する砥石軸６に接続され高速回転する砥石７により、砥
石７の任意の片面ａだけが常に切断に寄与するように切
断溝両側面を砥石７の任意の片面だけで交互に研削して
切断される。切断時にはＹＺ面内で所定の砥石チルティ
ング角θ（通常、１°以内）を設定する。これによっ
て、切断溝両側面に作用する研削抵抗をバランスさせる
ことができ、加工歪を均一にできる。薄くて硬度の高い
材料を切断するのに好適で、信頼性の高い高密度記録再
生用の薄膜磁気ヘッドが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック等の硬質材
料を高精度に研削切断する研削切断装置及びそれを用い
た研削切断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の切断機、あるいは研削切断装置
は、一般に回転する砥石をワークに押し当て砥石の両面
を使用して切断するものである。すなわち、ワークの研
削切断時にそのワークから砥石の両側面に力を受ける
が、この力は、一般に両側面でアンバランスである。し
たがって、セラミック等の硬質材料について切断片厚さ
を1〜数ｍｍで研削切断するとき、前記砥石が曲げられ
て切断面に「そり」や「うねり」が生じ、切断面の平面
度は、10μｍ／40ｍｍ程度であり、高精度の切断面平面
度が得られないという欠点と砥石両側面でワークへの作
用が異なるためワーク両面の切断面内部応力が異なり、
このため、上記砥石の曲がりによる「そり」以上にそる
という欠点があった。

【０００３】なお、この種の切断精度に関連するものと
しては、例えば５インチウェハについて記載された「切
断技術総覧」第５８７頁（発行：産業技術サービスセン
ター、編集：切断技術総覧編集委員会）が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来の切断
機および研削切断装置は、砥石両側面を使用しているた
め砥石両側面の砥石コーナー部形状変化、あるいは目つ
ぶれ、目づまり等の砥石性状の変化などの要因によっ
て、砥石の両側面に加わる力がアンバランスとなり、こ
れらによって切断されたワーク切断面に「そり」が生じ
る。つまり、精度劣化が起きるが、特に材料が硬質で薄
板を切断するような場合に著しい。例えば、回転浮上型
の薄膜磁気ヘッドの加工例について説明すると、この種
のヘッドは、半導体プロセスを応用して、スライダー本
体を構成する非磁性のセラミック基板上に多数の薄膜素
子を形成した後、個々の薄膜素子を切断、研削、ラッピ
ング等を経てつくられるが、切断面内部応力による「そ
り」つまり、加工歪の変形は、薄膜素子の並び精度を劣
化させ、磁気ヘッドのギャップ深さばらつきなどによる
性能劣化をまねくという問題があった。

【０００５】したがって、本発明の目的は上記従来技術
の問題点を解消することにあり、その第１の目的は例え
ばセラミックス等の硬質材料の加工に好適な、すなわち
加工歪を低減させつつ、切断面の平面度を高く保持した
状態で切断できる研削切断装置を、第２の目的はそれを
用いた研削切断方法を、第３の目的はそれを用いた磁気
ヘッドの製造方法を、それぞれ提供することにある。

【０００６】これにより、高精度研削切断装置とそれを
用いた高精度の切断方法とを実現することが可能とな
り、所望の切断面平面度が得られ、加工歪の変形を低減
させ、例えば回転浮上型薄膜磁気ヘッドの場合には、加
工歪による変形を防止することができ、薄膜磁気ヘッド
のギャップ深さを均一化することで記録密度の向上が図
れると共に、切断されたヘッド素子の特性が揃っている
ため、そのために従来必要とされていた製造プロセスを
削減することが可能となる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、切断面と
砥石にかかる力との関係について種々実験検討の結果、
従来の砥石両側面の砥石コーナー部での同時研削の代わ
りに、常に砥石の片側コーナ部だけを切断に寄与するよ
うにし、切断溝の両側面を砥石の片側だけで交互に研削
して切断するようにすれば良いという知見を得た。本発
明はかかる知見に基づいてなされたものであり、その第
１の目的は、Ｘテーブル上に設置したワークをＸ方向に
往復運動させながら、Ｚテーブルに回転自在に保持され
た砥石軸に取り付けた砥石を、前記往復運動に同期させ
て研削量に見合って一定量ずつＺ方向へ下降させること
により、前記ワークを前記砥石による研削によって切断
するようにした研削切断装置において、前記Ｘテーブル
上に回動自在に配設され、ワークを搭載するＹテーブル
と、前記ＹテーブルをＹＺ面内で所定の砥石チルティン
グ角θを設定、保持する手段とを備え、ＹＺ面内で所定
の砥石チルティング角θを保持した状態で、Ｘテーブル
上に設置固定された前記ＹテーブルをＸ方向の往復運動
と同期して１８０゜ずつ回転運動させることによって常
に砥石の一定の片面で研削加工できるようにして成る高
精度研削切断装置により、達成される。すなわち、本発
明の高精度研削切断装置は、つねに加工状態を均一にす
ることに着目し、砥石の片側コーナ部だけが切断に寄与
するように切断溝両側面を砥石の片側だけで交互に研削
して切断するようにしたものである。

【０００８】なお、ＸテーブルをＸ方向に往復運動させ
る代わりに、砥石軸をＸ方向に往復運動させるようにし
ても良い。ただし、この場合の砥石軸は砥石を回転さ
せ、研削量に見合って一定量ずつＺ方向へ下降させると
共に、Ｘ方向に往復運動させるという三つの機能を持た
せることになり、機構が複雑になる。

【０００９】また、第２の目的は、Ｘテーブル上に設置
したワークをＸ方向に往復運動させながら、Ｚテーブル
に回転自在に保持された砥石軸に取り付けた砥石を前記
往復運動に同期させ、かつ研削量に見合って一定量ずつ
Ｚ方向へ下降させることにより、前記ワークを前記砥石
の研削によって切断する研削切断方法において、前記Ｘ
テーブル上に回動自在に配設され、ワークを搭載するＹ
テーブルが、ＹＺ面内で所定の砥石チルティング角θを
保持した状態で、Ｘ方向の往復運動と同期して１８０゜
ずつ回転運動させることによって常に砥石の一定の片面
でワークを研削加工できるようにして成る高精度研削切
断方法により、達成される。

【００１０】また、第３の目的は、予め非磁性セラミッ
ク基板上に、多数の薄膜磁気ヘッド素子を所定間隔を置
いて配列、形成することにより磁気ヘッドブロックを準
備する工程と、この磁気ヘッドブロックをワークとし
て、これから個々の薄膜磁気ヘッド素子を切断、分離す
る工程と、研削、ラッピングによりスライダーを形成す
る工程とを有して成る回転浮上型薄膜磁気ヘッドの製造
方法であって、前記磁気ヘッドブロックをワークとし
て、これから個々の薄膜磁気ヘッド素子を切断、分離す
る工程を、上記第２の目的を達成することのできる高精
度研削切断方法により切断、分離する工程として成る磁
気ヘッドの製造方法により、達成される。

【００１１】

【作用】Ｘテーブルは、ワークをＸ方向に往復運動させ
るものであり、Ｙテーブルは、Ｘテーブルの往復運動に
同期してＸテーブル上でワークを１８０°回転させるも
のであり、これにより砥石に対する研削加工溝の左右の
側面を交互に入れ替え、研削時には常にＹＺ面内で所定
の砥石チルティング角θを保持した状態で、しかも砥石
の一定の片面でワークを研削加工する作用を有する。ま
た、Ｚテーブルに固定された砥石軸の砥石は、Ｘテーブ
ルの往復運動に同期して、しかも前回の研削量に見合っ
て一定量ずつＺ方向へ下降し、新しい研削面に当接す
る。このように砥石の片側だけが切断に寄与することか
ら、砥石にかかる力がバランスすることで切断面平面度
が向上し、また、切断片の両側において切断面内部応力
が等しくなることで、加工歪による変形が低減される。
なお、Ｘテーブル、Ｙテーブル、Ｚテーブルの駆動、砥
石の回転速度等の一連のシーケンス制御は、いずれもコ
ンピュータを使用した制御装置で自動的に行なわれる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。〈実施例１〉図１は、本発明の一実施例となる高精度研
削切断装置の平面図、図２は、その側面図であり、これ
らを用いて研削切断装置の構成とそれを用いた研削切断
方法について説明する。（１）研削切断装置の構成について：図１、図２に示す
ように、Ｘ方向に往復移動可能なＸテーブル１上に、チ
ルティングテーブル２を介してＹテーブルとなる回転テ
ーブル３を配置する。ワーク４が搭載された回転テーブ
ル３は、それを支持しているチルティングテーブル２を
動作させてＹＺ面内で所定の砥石チルティング角θだけ
微小変位させた状態で、ワーク４のＸ方向の往復運動と
同期してＸＹ平面内で１８０°回転移動し、方向を反転
できる構成となっている。Ｚテーブルに接続された砥石
軸６の端部には回転砥石７が接続され、Ｚ軸方向に移動
できると共に、Ｙ方向にも移動できる。

【００１３】（２）研削切断装置の切断動作機構につい
て：このように構成した高精度研削切断装置による切断
動作を、図面を用いて説明する。ここでは回転テーブル
３を動作させない比較例と、動作させてＸテーブル１の
動作に同期させて周期的に１８０°方向転換した場合と
について説明する。

【００１４】ａ）回転テーブルを動作させないで研削切
断した比較例の場合：図３〜図５は、回転テーブル３を
動作させないで砥石７の両側面ａ、ｂを用いて切断した
場合の切断の進行に伴う、ワークの切断溝ｄの形状と砥
石７との関係を示すもので、図１のＶ方向から見た要部
拡大断面図である。図において、○を付したものはワー
ク進行方向が手前のときを、●を付したものはワーク進
行方向が奥のときをそれぞれ示す。切断方法の手順は、
先ず、図２に示したように真空チャック５によってワー
ク４を吸着する。砥石軸６の高さ、切り込み量、総切り
込み量、Ｘテーブル１のストローク量、切断ピッチ、ス
ライス数を設定する。切断時は、チルティングテーブル
２を＋θ軸に微小変位し（θは１°以内が望ましい）、
Ｘテーブル１が奥へ移動し、砥石７によるワーク４の１
回目の研削が行われる。この時の様子を図３に示した。
Ｘテーブル１のストローク量が終了した時点で、砥石軸
６が切り込み量下降し、チルティングテーブル２を−θ
軸微小変位し、Ｘテーブル１が手前へ移動し、２回目の
研削（図４参照）が行われるというシーケンスを総切り
込み量まで繰返し、１枚の切断が終了する。これを切断
ピッチの間隔でスライス数切断を行い完了する。

【００１５】このようにして行われる切断加工の動作時
には、図３〜図５に示すように砥石７のコーナだけが作
用し、砥石側面が作用しないため砥石７の両側面に加わ
る研削抵抗にアンバランスがあっても両コーナが個別に
切断溝ｄの両側面に作用するため曲がりもそれぞれの切
断溝側面で一定になる。したがって、各切り込み深さに
おける砥石７のコーナの包絡面である切断面は、平坦に
加工される。しかし、砥石７の両コーナから加わる切断
片の両側の加工歪がアンバランスであるため切断片が
１．５μｍ／４０ｍｍ変形する。

【００１６】ｂ）回転テーブルを動作させて研削切断し
た本実施例の場合：図６〜図８は、本発明の砥石７の片
面ａのみを用いた場合の切断の進行に伴うワーク４の切
断溝ｄの形状と砥石７との関係を示すもので、図１のＶ
方向から見た要部拡大断面図である。図３〜図５と同様
に○を付したものはワーク進行方向が手前のときを、●
を付したものはワーク進行方向が奥のときをそれぞれ示
すものである。回転テーブル３をＸテーブル１の往復運
動に同期させて周期的に１８０°反転させながら砥石７
の片面ａのみ用いて切断を行うと、図示のように切断片
の両側面に作用する研削抵抗をバランスさせることによ
って、切断面平面度０．５μｍ／４０ｍｍ程度にするこ
とができ、加工歪の変形においては、０．１μｍ／４０
ｍｍに低減することができた。

【００１７】以上説明した実施例によれば、切断試料が
薄い場合であっても加工歪の低減によって、高精度な切
断平面度が得られるため、研削、ラップ加工工程を省略
でき、工程数削減という効果がある。

【００１８】〈実施例２〉実施例１の図１、図２に示し
た高精度研削切断装置により、板厚４ｍｍ、ビッカース
硬さ１３００のアルミナチタンカーバイドウェハを試料
とし、これを以下の条件で切断した。〈本実施例の条件〉・１回の切り込み量：２μｍ・切断ピッチ：１ｍｍ・切断距離：４０ｍｍ・砥石周速度：１５００ｍ／ｍｉｎ・Ｘテーブル送り速度：５００ｍｍ／ｍｉｎ・チルティングテーブル２の傾斜角θ：１°以内このようにして得られた切断平面度は０．５μｍ／４０
ｍｍであった。

【００１９】一方、比較のために同一試料について従来
のクリープフィード切断によるスライシングを下記の条
件で行なった。〈比較例の条件〉・切り込み量：４．５ｍｍ・切断ピッチ：１ｍｍ・砥石周速度：１２００ｍ／ｍｉｎ・試料送り速度：１０ｍｍ／ｍｉｎこれにより得られた切断平面度は１０μｍ／４０ｍｍで
あった。以上、両者の例を対比して明らかなように、本
発明の切断による効果は極めて顕著であった。

【００２０】〈実施例３〉この実施例は、回転浮上型薄
膜磁気ヘッドの製造に本発明の切断方法を適用した一例
を示すものである。図９は、回転浮上型薄膜磁気ヘッド
の構造を示す。同図の（ａ）は薄膜磁気ヘッド９の全体
を示す斜視図であり、同図（ｂ）は磁気素子１０の要部
拡大図である。薄膜磁気ヘッド９の構成自体は周知のも
ので、非磁性セラミック基板９ａの端面９ｃに磁気ヘッ
ド素子薄膜１０が形成されており、基板９ａがスライダ
ー本体、９ｂ及び９ｄはそれぞれ浮上面側に設けられた
摺動部と溝である。磁気ヘッド素子１０のギャップ深さ
８は、記録再生密度に重要な因子であり、製品精度に直
接影響を与えるものである。

【００２１】図１０は、基板切断後のプロセスの一部を
示す。図面を省略しているが予め非磁性セラミック基板
（ここではアルミナ系を使用）１３上に、半導体のリソ
グラフ技術と薄膜形成プロセスを応用して多数の薄膜磁
気ヘッド素子１０を所定間隔を置いてマトリックス状に
配列、形成することにより磁気ヘッドブロック１３を準
備しておく。次いでこの磁気ヘッドブロック１３をワー
クとし、実施例１の切断装置を用い、２段階の切断工程
を経て個々の薄膜磁気ヘッド素子に分離する。図１０は
この第１段階の切断により１列に複数個配列された磁気
ヘッドブロック１３ａを切り取った状態を示している。
同図（ａ）〜（ｃ）に示すように基板切断時に、切断面
平面度が悪い場合、浮上面研磨用治具１１に接着すると
き、接着剤１２の収縮によってヘッドブロック１３ａが
変形し、浮上面研磨時にギャップ深さ８に誤差を生ずる
ことになる。同図の１４は切断面平面度を、１５は加工
歪による変形量を示す。

【００２２】本発明によって切断面平面度が１０μｍ／
４０ｍｍから０．５μｍ／４０ｍｍに向上し、加工歪の
変形は、０．３μｍ／４０ｍｍから０．１μｍ／４０ｍ
ｍに低減し、薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装
置の製品性能としては記録密度が50Mbit／inch²から300
Mbit／inch²へと高精度薄膜磁気ヘッドの製造が可能と
なった。製造プロセスを考慮したとき、高精度な切断平
面度が得られることから、研削、ラップ加工工程を省略
でき、工程数削減という効果がある。実際の磁気ヘッド
の製造工程においては、図１０（ｃ）の後に、浮上面の
加工（摺動部９ｂや溝９ｄ）を施した後、個々のヘッド
ブロック１３ｂに切り出し〔図面１０（ｃ）に模式的に
表示〕、最終的に図９の薄膜磁気ヘッド９が完成する。
なお、上記実施例では切断する試料として磁気ヘッドの
基板を例に説明したが、本発明の特徴は薄くて硬質の材
料を加工歪を低減しつつ切断面平面度を向上させること
が可能なので、この種の要求のあるその他の分野に広く
応用可能であることは云うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明により、所期
の目的を達成することができた。すなわち、切断面平面
度の向上および加工歪による変形を低減できる高精度研
削切断装置及びそれを用いた研削切断方法を実現するこ
とができ、特に薄膜磁気ヘッドの如く薄くて硬質の材料
の切断加工に好適であり、加工歪が低減されることから
高密度記録再生に対応できる磁気特性の優れた磁気ヘッ
ドの実現が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となる高精度研削切断装置の
平面図。

【図２】同じくその側面図。

【図３】研削切断の比較例を示したもので、回転テーブ
ルを動作させず砥石両側面を用いた場合のワークの切断
溝の形状と砥石との関係を示した要部拡大断面図。

【図４】同じくワークの切断溝の形状と砥石との関係を
示した要部拡大断面図。

【図５】同じくワークの切断溝の形状と砥石との関係を
示した要部拡大断面図。

【図６】回転テーブルを動作させ砥石片面のみを用いた
本発明実施例の場合のワークの切断溝の形状と砥石との
関係を示した要部拡大断面図。

【図７】同じくワークの切断溝の形状と砥石との関係を
示した要部拡大断面図。

【図８】同じくワークの切断溝の形状と砥石との関係を
示した要部拡大断面図。

【図９】本発明を適用して製造した薄膜磁気ヘッドの斜
視図。

【図１０】同じく基板切断後のプロセスの一部を示した
磁気ヘッドブロックの斜視図。

【符号の説明】

１…Ｘテーブル、２…チルティングテ
ーブル、３…回転テーブル、４…ワー
ク、５…真空チャック、６…砥石軸、７
…砥石、８…ギャップ深さ、９
…薄膜磁気ヘッド、９ａ…非磁性セラミック
基板、９ｂ…摺動部、９ｃ…スライダ
ー端面、９ｄ…溝、１０…磁気ヘ
ッド素子、１１…浮上面研磨用治具、１２…接着
剤、１３ａ…ヘッドブロック（薄膜磁気ヘッド）、１４
…切断面平面度、１５…加工歪による変形
量。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹下幸二神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所小田原工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘテーブル上に設置したワークをＸ方向に
往復運動させながら、Ｚテーブルに回転自在に保持され
た砥石軸に取り付けた砥石を、前記往復運動に同期させ
て研削量に見合って一定量ずつＺ方向へ下降させること
により、前記ワークを前記砥石による研削によって切断
するようにした研削切断装置において、前記Ｘテーブル
上に回動自在に配設され、ワークを搭載するＹテーブル
と、前記ＹテーブルをＹＺ面内で所定の砥石チルティン
グ角θを設定、保持する手段とを備え、ＹＺ面内で所定
の砥石チルティング角θを保持した状態で、Ｘテーブル
上に設置固定された前記ＹテーブルをＸ方向の往復運動
と同期して１８０゜ずつ回転運動させることによって常
に砥石の一定の片面で研削加工できるようにして成る高
精度研削切断装置。
【請求項２】上記Ｘテーブルの往復運動に同期して１８
０゜ずつ回転運動するＹテーブルをＸテーブル上にチル
ティングテーブルを介して搭載して成る請求項１記載の
高精度研削切断装置。
【請求項３】上記ＸテーブルをＸ方向に往復運動させる
代わりに、砥石軸をＸ方向に往復運動させるように構成
して成る請求項１もしくは２記載の高精度研削切断装
置。
【請求項４】Ｘテーブル上に設置したワークをＸ方向に
往復運動させながら、Ｚテーブルに回転自在に保持され
た砥石軸に取り付けた砥石を前記往復運動に同期させ、
かつ研削量に見合って一定量ずつＺ方向へ下降させるこ
とにより、前記ワークを前記砥石の研削によって切断す
る研削切断方法であって、前記Ｘテーブル上に回動自在
に配設され、ワークを搭載するＹテーブルが、ＹＺ面内
で所定の砥石チルティング角θを保持した状態で、Ｘ方
向の往復運動と同期して１８０゜ずつ回転運動させるこ
とによって常に砥石の一定の片面でワークを研削加工で
きるようにして成る高精度研削切断方法。
【請求項５】上記砥石チルティング角θを１°以内とし
て成る請求項４記載の高精度研削切断方法。
【請求項６】上記ワークを硬質基板として成る請求項４
もしくは５記載の高精度研削切断方法。
【請求項７】上記硬質基板をセラミックス基板として成
る請求項６記載の高精度研削切断方法。
【請求項８】予め非磁性セラミック基板上に、多数の薄
膜磁気ヘッド素子を所定間隔を置いて配列、形成するこ
とにより磁気ヘッドブロックを準備する工程と、この磁
気ヘッドブロックをワークとして、これから個々の薄膜
磁気ヘッド素子を切断、分離する工程と、研削、ラッピ
ングによりスライダーを形成する工程とを有して成る回
転浮上型薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、前記磁気
ヘッドブロックをワークとして、これから個々の薄膜磁
気ヘッド素子を切断、分離する工程を、請求項４もしく
は５記載の高精度研削切断方法により切断、分離する工
程として成る磁気ヘッドの製造方法。
【請求項９】上記非磁性セラミック基板をアルミナ系セ
ラミックスで構成して成る請求項６記載の磁気ヘッドの
製造方法。
【請求項１０】上記請求項８もしくは９記載の磁気ヘッ
ドの製造方法で製造して成る薄膜磁気ヘッド。