JPH0818230B2

JPH0818230B2 - 研磨方法

Info

Publication number: JPH0818230B2
Application number: JP62061311A
Authority: JP
Inventors: 泰弘谷; 雄介松村; 研治河田; 三倉佐藤
Original assignee: タイホ−工業株式会社
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1996-02-28
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: JPS63229253A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は硬脆材、金属材、合成樹脂材などの被研磨材
を精密研磨仕上げするようにした研磨方法に関するもの
である。

〈従来の技術〉液体ボンド砥石は砥粒に少量の液体を加えて均一に混
合し、型枠に入れて圧縮成形したもので、この液体ボン
ド砥石を利用して硬脆材、金属材、合成樹脂材などの被
研磨材を精密研磨仕上げするようにした技術は、『谷，
河田「液体ボンド砥石を用いた高能率研磨法の開発」日
本機械学会論文集50巻471号，昭和60−11』、『谷，河
田「液体ボンド砥石を用いた高能率研磨法の開発」生産
研究37巻７号,1985,7』、『谷，河田「液体ボンド砥石
の境面研磨への適用」昭和60年度精機学会秋季大会学術
講演会論文集』、『谷，河田「液体ボンド砥石によるシ
リコンウエハの高能率研磨」昭和61年度精密工学会春季
大会学術講演会論文集』に発表されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかし、上記した文献に記載の方法は砥粒と液体とを
混合比を、ペンドラー域とファニキュラー域との間にあ
るように設定し、混合、圧縮、成形等の操作をすると、
液体の混合比が小さいので混合物の流動性が乏しく、砥
粒と液体とを均一に混合するのが難しいので、不均一に
なる。そして、砥粒と液体とが不均一な混合状態で圧縮
成形すると、成形された砥石の密度や硬さにばらつきを
生じ、研磨の際に部分的に砥石が崩壊したり、研磨の仕
上りにむらが生じることになる。

ペンドラー域とファニキュラー域との間になるような
砥粒と液体との混合比は、砥粒や液体の種類、砥粒の粒
径、形状等により異なるので一定ではないが、一般に単
位空間内を占める液体の割合が砥粒に比べてはるかに小
さく、通常で砥粒の10〜20％程度にしか過ぎない。この
ため、液体ボンド砥石を構成する液体を、この液体より
揮発し易い液体で希釈し、この希釈液体を過剰に砥粒と
混合した後に、過剰分の液体を蒸発除去する方法も提案
されている。しかし、この希釈液体はヘキサンとかアル
コールを使用するので、引火性が高くて毒性が強い等の
性質を有し、取り扱いに特別の配慮をしなければならな
い。

また、仮に砥粒と液体との混合比を適正に、かつ均一
にして混合したとしても、液体ボンド砥石に使用する液
体は水やオイルのようなそれ自身が放置されると蒸発す
る性質を有するものが多いため、成形された液体ボンド
砥石は保存安定性に乏しい。そして、砥粒と液体の混合
物を成形後、直ちに研磨処理作業をしないと、液体の蒸
発により経時的に砥粒と液体との比率に変化を来たすか
ら、研磨条件が研磨時により変動することになり、研磨
の能率や精度を一定に保つのが難しいのが実情である。

また、液体ボンド砥石は砥粒の結合媒体が液体である
から、圧縮成形しても物理的強度に乏しく、被研磨材を
強く押圧すると崩壊することなるし、この液体ボンド砥
石を持ち運んだり研磨装置に固定する場合に破損し易
い。このため、液体ボンド砥石は常に強固な容易に収納
した状態で運搬したり装置に固定し、研磨しなければな
らないので、著しく作業性が悪い。

さらに、液体ボンド砥石を使用した研磨処理作業中に
おいて、加工の摩擦熱による被研磨材の温度上昇を抑制
したり、液体ボンド砥石の表面に付着する切り子を除去
するため、液体ボンド砥石の表面に水その他の冷却液体
を流したり噴霧するのが望ましいが、液体ボンド砥石を
軟化させたり消耗を早めることになるし、しばしば崩壊
の原因になるので、容易に実施することができない。

〈問題点を解決するための手段〉本発明は上記に鑑み提案されたもので、砥粒と液体と
を混合して砥粒間に液体を存在させ、液体の表面張力も
しくは粘着力により砥粒を保持して圧縮成形してなる液
体ボンド砥石の液体含有量を減少させた後、この液体ボ
ンド砥石の表面に液体を存在させて被研磨材を押圧しな
がら研磨するようにしたことを特徴とするものである。

本発明の研磨方法で使用する液体ボンド砥石の砥粒と
しては、ダイヤモンド、コランダム、エメリ、ザクロ
石、珪石、トリボリ、焼成ドロマイト、熔融アルミナ、
人造エメリ、炭化ケイ素、炭化ホウ素、酸化鉄、焼成ア
ルミナ、酸化クロム、酸化セリウム、酸化ジルコニウ
ム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシ
ウム、シリカ、シラス等通常の砥粒として使用できるも
のであればどのようにものでもよい。そして、上記砥粒
の粒径はおよそ30μｍ以下のものを使用する。

また、本発明の研磨方法に使用する液体ボンド砥石の
液体は、水、アルカリ溶液、酸溶液、その他多くの塩類
の水溶液、高分子溶液、油状液体、磁性流体等である。

〈作用〉本発明における液体ボンド砥石を成形する場合の砥粒
と液体との混合比は、混合、圧縮、成形等の操作に都合
のよい状態になるように任意に設定することができる。
そして、砥粒と液体との混合に際しては、流動性をもた
らせるために一般的には砥粒より液体が過剰になるが、
仮に液体が過剰であったとしても、乾燥その他の処理に
より液体の含有量を減少させるのである。したがって、
砥粒と液体との混合比は、成形以前の段階では特に考慮
する必要がないから、この混合処理が容易で、成形物の
密度や硬さにむらを生じることがない。また、混合物の
流動性を高めるために、混合物を適当な大きさに造粒し
て圧縮成形すると、成形物の密度や硬さはさらに均一に
なる。そして、造粒の操作を行なう場合には、液体と砥
粒との混合割合は、造粒操作に都合のよい状態に設定す
ることができる。

上記のように、砥粒と液体と液体とを成形に最適な状
態の混合比で混合したら、この混合物を圧縮成形する。
この圧縮成形に要する圧力はおよそ100kg/cm²以上、望
ましくは300kg/cm²以上である。

上記のようにして砥粒と液体との混合物を圧縮成形し
たら、この成形物に含有する液体を減少処理する。この
液体の減少方法としては、乾燥処理したり、吸液剤を接
触させて行なうが、この処理は圧縮成形の前に、また造
粒処理が加わる場合には造粒時に若くは造粒された混合
物に対して行なってもよい。

このようにして、成形物に含有する液体を減少すると
物理的強度が増して被研磨材を強く押圧しても容易に崩
壊したり破損しないし、運搬や研磨装置への取付けに際
しても容易になり、効果的な液体ボンド砥石となる。

上記した成形物の液体含有量が減少して砥粒に対する
液体の混合状態がペンドラー域の下限程度になると、含
有する液体の大部分が砥粒の表面に吸着された状態にあ
り、このような吸着液は容易に蒸発しないから成形物を
長期間保存可能にするし、液体の含有量が経時的に変化
することが少なく、安定性が著しく良好になる。

また、上記した成形物の物理的強度は、砥粒と液体の
種類によって差異が有るが、上記の成形方法による成形
物でもなお強度が不足する場合にはあらかじめ液体ボン
ド砥石を構成する液体のなかに、液体に容易に溶解した
り混合することができ、しかも液体中の濃度が高い状態
では砥粒同志を固着させる機能を有する成分（以下添加
成分という）を添加することもできる。この添加成分
は、前記した成形物の乾燥処理により濃縮され、砥粒同
志を強固に固着させるから、成形物の物理的強度を著し
く強固にする。

そして、上記した添加成分は、被研磨材の研磨処理時
に表面に液体を噴霧しても、その液体との接触、混合な
どによって、容易に溶解したり膨潤して乾燥前の液状に
近い状態になるものでなくてはならない。例えば、噴霧
する液体が水であれば添加成分としては水ガラスや水溶
性高分子有機物が効果的であり、噴霧する液体がオイル
であれば、添加成分としては油溶性高分子有機物を使用
することができる。

しかし、成形物を加熱乾燥して含有液体を減少する場
合には、上記した添加成分は種類によって熱重合し、次
の研磨処理において液体を噴霧したり流したときに容易
に乾燥前の状態に戻らないことがある。したがって、添
加成分の選択や加熱乾燥処理条件の設定には充分に注意
する必要があるし、砥粒と液体とを混合して成形した
後、経時的に変質が進み、液体に対する溶解、膨潤、混
合などの速度に変化を生じるような添加成分も使用しな
いほうがよい。

しかし、添加成分に変質が有ったとしても、その変質
の程度が液体ボンド砥石として悪影響のない程度であれ
ば実施できる場合がある。例えば、添加成分として水溶
性高分子有機物を使用し、この有機物が加熱により重合
して水不溶性になると、研磨時に噴霧したり流す液体と
して水不溶性になった物質を溶解するような溶剤を使用
することにより、本発明を実施することができる。ま
た、添加成分が多過ぎると、以下のような欠点を生じる
恐れがあるので望ましくない。すなわち、添加成分を速
やかに液状とするため、乾燥後の液体ボンド砥石を使用
して研磨処理する場合に大量の液体を噴霧する必要を生
じ、液体ボンド砥石の砥粒と液体との混合状態がファニ
キュラー域を超える可能性が有るからである。

したがって、添加成分の添加量は、砥粒、液体及び添
加成分の種類により一定しないが、一般的には砥粒に対
して１重量％以下である。

上記のようにして成形された成形物、すなわち液体ボ
ンド砥石は、研磨装置に取付けて表面に液体を噴霧した
り流し掛けながら存在させ、被研磨材を押圧して液体ボ
ンド砥石と被研磨材とを相対的に摺動させる。これによ
り、上記液体は液体ボンド砥石の砥粒の微細間隔内に浸
透し、砥粒と液体との混合状態が砥粒相互の接触点を中
心に液体が環状に付着する態様であって、不連続の状態
である。この状態はペンドラー域であるが、液体をさら
に液体ボンド砥石の表面に噴霧したり流し掛けると、砥
粒相互の接触点を含む面で液体が閉止し、液体が連続的
に存在するファニキュラー域に変換する。したがって、
液体ボンド砥石の表面に供給する液体の量を調整する
と、液体ボンド砥石として最も好ましい砥粒と液体との
混合状態を設定することができる。また、液体ボンド砥
石用としての成形物が研磨処理に使用されないで長期間
保存されていても、液体含有量が大きく変化しないの
で、液体ボンド砥石の表面に供給する液体の量が常に一
定で足り、安定した研磨処理をすることができる。

また、液体ボンド砥石の表面に供給する液体は噴霧し
たり流し掛けるため、液体ボンド砥石のペンドラー域か
らファニキュラー域への変換は液体ボンド砥石の表面か
ら始まって次第に内部へ移行する。すなわち、研磨処理
中の液体ボンド砥石は、表面に液体が多い状態で推移す
るから、被研磨材が接触する液体ボンド砥石の表面部分
において摩擦熱による温度上昇が抑制されるし、切削屑
の排出にも悪影響を与えない。しかし、液体ボンド砥石
の内部は表面部分に比較して液体が少ない状態で推移す
るので、液体ボンド砥石全体としての物理的強度が高く
なり、たとえば被研磨材を10kg/cm²程度の圧力を加えて
研磨しても崩壊することがなく、高い加工圧で効率よく
研磨処理することができる。

〈実施例〉以下に本発明の実施例を説明する。

実施例１砥粒Ｑ^＃3000を1kgと、でんぷんとウレタンの混合水
溶液2kgを十分に撹拌混合したペースト状混合物を金型
に流し込んだ。このペースト状混合物は、砥粒と液体と
の混合状態において、液体の量が著しく多く、空気相が
ほとんど存在しないので、ファニキュラー域をはるかに
越えている。この混合物を60℃、12時間、強制乾燥する
と、液体含有量は17％に低下し、混合物は連続、不連続
の空気相を含んで、液体ボンド砥石となった。

こうして得られた液体ボンド砥石の物性を測定する
と、硬度72、曲げ強度0.1kg/cm²以下、圧縮強度0.1kg/c
m²以下であった。

この液体ボンド砥石をさらに60℃,24時間、強制乾燥
すると、硬度80、曲げ強度4kg/cm²、圧縮強度7kg/cm²と
なり、物理的強度が著しく向上した。

実施例２砥石粒Ｃ^＃3000と、液体５％CMC水溶液を重量比1:0.9
で混合し、金型容器に充填して圧縮成型機で圧縮成形
し、厚さ約10mmの液体ボンド砥石とした。この時の圧縮
荷重200〜300kg/cm²、圧縮比は約3.3であった。得られ
た液体ボンド砥石は、金型容器から取り出すと、手で持
ち上げただけで崩れてしまうような、きわめて物理的強
度に乏しい状態にあり、その物性を測定すると、硬度9
0、曲げ強度0.1kg/cm²以下、圧縮強度0.1kg/cm²以下で
あった。

上記と同じように調整した液体ボンド砥石を金型容器
から取り出し、乾燥して液体含有量を砥石重量の５％程
度に低下させると、成型物の物理的強度は著しく向上
し、硬度98、曲げ強度10kg/cm²、圧縮強度kg/cm²とな
り、持ち運んだり、研磨機にセットしても、欠けたり崩
れたりすることがなかった。この乾燥状態にある成型物
は、液体ボンド砥石を構成する液体の中の、揮発成分が
ほとんどなくなっているから、砥粒と、液体との混合状
態において、不揮発成分のみが砥粒の接触点を中心にし
て僅かに付着し、残留している状態、すなわちペンドラ
ー域の下限を形成しているとみなされる。

ついで乾燥した成型物の表面に、成型物表面1cm²当り
約0.02mlの水を噴霧すると、表面が軟化して、表面から
の深さが1mm以上の範囲が、ナイフなどで容易に削り取
れる状態になったが、表面からの深さが1mm以上の部位
には、軟化が認められなかった。

さらに水の噴霧を続けると、成型物の軟化層はさらに
深くなり、成型物表面1cm²当り約1.8mlの噴霧量におい
て、軟化層の深さは成型物の底部にまで達した。この軟
化した成型物の物性を測定すると、硬度91、曲げ強度0.
1kg/cm²以下、圧縮強度01,kg/cm²以下であり、ほゞ乾燥
前の液体ボンド砥石としての物性であった。

実施例３砥粒Ｑ^＃3000を1.0kgに対して、液体30％アクリルエ
マルション溶液90mlを、少量ずつ滴下しながら、混合造
粒機により粒径50〜250μｍ程度に混合、造粒し、この
混合造粒物を圧縮成型機に供給して圧縮成型し、液体ボ
ンド砥石とした。この液体ボンド砥石の液体含有量は20
％、硬度87、曲げ強度0.1kg/cm²以下、圧縮強度0.1kg/c
m²以下であったが、これを３週間室内に貯蔵したとこ
ろ、液体含有量3.6％、硬度93、曲げ強度10kg/cm²、圧
縮強度22kg/cm²となり、著しく液体含有量や、物性に変
化を生じた。

一方、上記と同じように圧縮成型した液体ボンド砥石
を、70℃の加熱機のなかに置き、12時間、強制乾燥した
成型物の液体含有量は2.8％、硬度99、曲げ強度15、圧
縮強度30であったが、この成型物を３週間室内に貯蔵し
たのち、測定した結果は、液体含有量も物性も、乾燥直
後とまったく変化がなく、貯蔵安定性に優れていた。

実施例４砥粒WA^＃3000、1kgに対して、液体として石油樹脂25g
を溶解したキシレン溶液150mlを滴下しながら、混合造
粒機で混合、造粒し、圧縮成型機に供給して荷重350〜4
00kg/cm²、圧縮比2.7で成形し、液体ボンド砥石とし
た。この液体ボンド砥石の硬度を測定したところ、砥石
表面の測定部位により、硬度に大きなばらつきがあり、
最低値72、最高値77、平均値が73であった。

一方、砥粒WA^＃3000、1kgに対して、液体として石油
樹脂25gを溶解したキシレン溶液180mlを滴下しながら、
混合造粒機で混合、造粒し、圧縮成型機にかけて上と同
様に350〜400kg/cm²、圧縮比2.5で成型し、液体ボンド
砥石とした。この液体ボンド砥石を、いったん加熱乾燥
して液体含有量を５％以下としたのち、乾燥物の表面に
石油樹脂を含まないキシレン30mlを流し掛けて、再び元
の液体ボンド砥石に戻した。この液体ボンド砥石の硬度
は、砥石表面のどの位置で測定してもほとんどはらつき
がなく、最低値74、最高値75、平均値74.5であった。

実施例５砥粒としてのＱ^＃3000に、液体として45％アクリルエ
マルション溶液、および３％でんぷん溶液を滴下しなが
ら、混合造粒機で混合、造粒し、この混合造粒物を金型
容器に充填して圧縮成型機に供給し、荷重400〜500kg/c
m²、圧縮比2.1で圧縮成型して液体オンド砥石とした。
ついでこの液体ボンド砥石が入った金型容器を、平面ラ
ップ盤の回転テーブルの上に置き、スライスしたシリコ
ーンウエーハ表面を砥石表面に押しつけ、純水を10ml/m
inの割合で、連続的に砥石表面に噴霧しながら摺動させ
た。加工荷重3kg、相対回転速度30m/minにおける加工能
率は、３μ/min、研磨延び時間20minにおける液体ボン
ド砥石の減耗量は、7mmであった。

シリコーンウエーハの研磨を継続して、26minを経過
した時点で、液体ボンド砥石は崩壊して、研磨の継続が
不能となった。

一方、上記と同様に調整した液体ボンド砥石を金型か
ら取り出し、金熱機に入れて50℃、24hrの条件で強制乾
燥した。この乾燥成型物を、平面ラップ盤の上に接着し
てスライスしたシリコーンウエーハ表面を成型物表面に
押しつけ、純水を15ml/minの割合で、連続的に砥石表面
に噴霧しながら摺動させた。上記と同一の研磨条件で研
磨を行ったところ、加工能率は３μ/minと変わらなかっ
たが、研磨延べ時間20minにおける砥石の減耗率は0.6mm
に止まり、しかも研磨を継続して、35minを経過して
も、砥石が崩壊することはなかった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砥粒と液体とを混合して砥粒間に液体を存
在させ、液体の表面張力若しくは粘着力により砥粒を保
持して圧縮変形してなる液体ボンド砥石の液体含有量を
減少させた後、この液体ボンド砥石の表面に液体を介在
させて被研磨材を押圧しながら研磨するようにしたこと
を特徴とする研磨方法。