JP2003039334A - 平面ホーニング加工用超砥粒ホイール及びそのドレス方法ならびに同ホイールを使用する研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 被加工物への研削加工時に生じる動圧を分
散、低減し、表面精度の高い研削加工を実現できる平面
ホーニング加工用超砥粒ホイールを提供する。 【解決手段】 円盤状台金の表面に幅が１０ｍｍ以下の
短冊状の超砥粒層１を複数固着してなり、その超砥粒層
１を円盤状台金の中心を通る特定の中心線に対して±１
５度の角度範囲内で交差するように放射状に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面ホーニング加
工用の超砥粒ホイールとそのドレス方法ならびに同ホイ
ールを使用する研削装置に関する。詳しくは、高周速で
回転させても、被加工物との間に発生する動圧を分散さ
せ低く抑えることにより、高速で形状精度の高い加工が
可能な平面ホーニング加工用超砥粒ホイールとそのドレ
ス方法ならびに同ホイールを使用する研削装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素
（ｃＢＮ）のいわゆる超砥粒を用いた平面ホーニング加
工用超砥粒ホイールは公知である。特開平１０−５８３
３１号公報には、超砥粒とグリーンカボランダム（Ｇ
Ｃ）、ホワイトアランダム（ＷＡ）等の従来の砥粒との
組み合わせに係わるホイールが開示されている。この他
にも台金の一面に砥粒層を形成し、その砥粒層にスリッ
トを形成したり、ペレット状の砥粒層を台金に貼り付け
たりして加工能率の向上及び維持を図る技術が知られて
いる。

【０００３】図１２〜図１６は、従来の平面ホーニング
加工用超砥粒ホイールの例である。図１２及び図１３は
台金の一面に超砥粒層２０１を形成したもので、図１２
は同心円状のスリット２０２を、図１３はさらに放射状
のスリット２０２をそれぞれ形成した例である。また、
放射状ではなく、中心から外周へとらせん状にスリット
を形成した例もある。図１５は上記のスリットが形成さ
れていない例である。これらのホイールを図１１に示す
平面ホーニング機に取り付け加工を行う。ここで簡単に
平面ホーニング加工機の概要を説明する。

【０００４】図１１において、１６１は装置コラムを、
１６２はベッドを、１６３はガイドレールを、１６４は
スライドを、１６５は昇降用モータを、１６６は主軸ヘ
ッドを、１６７は主軸を、１６８は主軸ヘッド駆動用モ
ータを、１６９は被加工物を固定するチャックを、１７
０は台金を固定して、回転駆動するためのテーブルを、
１７１は台金を、１７２は砥石とワーク間に研削液を供
給する供給口を、１７３は台金１７１上に形成された超
砥粒層を、１７４は被加工物を、１７５は冷却用の研削
液をそれぞれ示している。コラム１６１は装置ベッド１
６２に設置・固定されている。ガイドレール１６３はコ
ラム１６１の前面において上下方向に設置されており、
これに係合したスライド１６４は昇降用モータ１６５に
より上下に駆動可能となっている。主軸ヘッド１６６は
スライド１６４に固定され、主軸１６７に結合されてい
る主軸ヘッド駆動用モータ１６８により回転が可能であ
る。被加工物１７４はチャック１６９を介して主軸ヘッ
ド１６６の下方に固定されている。ベッド１６２上に設
置されたテーブル１７０には台金１７１とその台金の主
面には超砥粒層１７３が形成されている。主軸ヘッド１
６６の前方あるいは側面には、超砥粒層１７３の表面及
び被加工物１７４の表面に向けて、例えば研削液等の冷
却用液体１７５を噴射・供給させるための供給口１７２
が複数点在して設置されている。

【０００５】この平面ホーニング加工機では、供給口１
７２から超砥粒層１７３の主面に冷却用研削液を噴出し
て供給し、台金１７１を回転させるとともに、主軸ヘッ
ド１６６により被加工物１７４を回転させながら下降さ
せる。この下降により被加工物１７４の主面が回転する
超砥粒層１７３の主面に押し付けられ、加工が行われる
ことになる。この平面ホーニング加工技術は、東北大学
の庄司克雄教授、厨川常元助教授により開発されたもの
である。固定砥粒による加工方式として、研削加工及び
ラップ研削がある。これらの加工方法に対する平面ホー
ニング加工の特徴を以下に記す。 （１）砥石と被加工物の接触面積が大きい面接触研削で
ある、（２）砥粒１個あたりの切削力が小さく、砥粒切
り込み深さが小さい、（３）加工形態が定圧研削であ
る、（４）砥粒切削長さが長い、が挙げられる。従っ
て、（イ）加工能率が高い、（ロ）加工精度（平坦度、
平行度）が高い、（ハ）仕上げ面粗さが良い、（ニ）加
工変質層が小さい、などの従来加工方式に無い利点を有
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の平面ホーニング
加工方法の加工能率を高めるため、ホイールの周速を高
くする試みがなされている。また、被加工物のシリコ
ン、ガラス、セラミックなどの硬脆性材料は、より一層
薄く、かつ高い平行度、平坦度が要求されている。しか
し、図１２〜１６に示す従来の平面ホーニング用超砥粒
ホイール、あるいは複合した加工溝２０２が形成された
平面ホーニング加工用超砥粒ホイールを高周速度で用い
る場合には、以下に示す課題があった。

【０００７】１）研削液が研削位置に供給されにくいた
め、目詰まりを起こしやすい。超砥粒層１７３が平面状
のため、被加工物１７４と超砥粒層１７３との研削位置
に供給口１７２より供給される研削液１７５が入り込
み、超砥粒層１７３及び主軸１６７を回転することによ
り動圧が発生し、被加工物を押し上げる方向に力が作用
する。加工圧がこの動圧よりも小さい場合、被加工物１
７４の表面は超砥粒層１７３に接触せず、結果として加
工されなくなる。 ２）研削加工中に被加工物にかかる動圧が被加工物面内
で不均一であったり、あるいは加工圧力が小さい場合
は、ハイドロプレーニング現象により、被加工物が超砥
粒層より浮上して加工できない。台金１７１のほぼ全面
に超砥粒層１７３が形成されているため、台金１７１の
中心近傍と外周部とで研削加工時に回転運動による生じ
る研削液からの動圧に被加工物面内でばらつきが生じ
る。この動圧のばらつきにより、被加工物の平坦度など
加工精度の劣化が生じる。

【０００８】３）切粉の排除及び砥石突き出し量の制御
が困難であり、被加工物表面に線状痕が生じやすい。砥
石突き出し量とは、台金１７１の主面とその上に形成さ
れた超砥粒層２０１の主面との高さと定義する。スリッ
ト２０２を形成している場合、溝の深さと同義となる。
図１２〜１６に示す超砥粒ホイールは、台金１７１上に
形成した超砥粒層２０１に直接溝を加工・形成している
ため、研削加工により超砥粒層２０１主面が磨耗するこ
とにより、砥石突き出し量が経時的に変化することにな
る。この突き出し量が大きくなると、研削液１７５が超
砥粒層２０１主面と被加工物１７４主面とに浸透しにく
くなる。最悪の場合、乾式で研削加工が実施されること
により、被加工物に割れ、欠けが生じる。また、この突
き出し量が小さい場合、研削加工により発生した切粉が
超砥粒層２０１主面と被加工物１７４主面から排除しに
くくなり、線状痕やひいては超砥粒層２０１主面に凝集
・固着することにより研削能率の低下及び焼けなどの原
因となる。このように砥石突き出し量は、加工品質に大
きな影響を及ぼす。前述した超砥粒ホイールでは、この
砥石突き出し量を安定して制御することは非常に困難で
ある。

【０００９】４）ホイールの作製コストが高い。前述し
たように、この超砥粒ホイールは、台金１７１の主面に
超砥粒層２０１を全面に形成した後に、スリット２０２
を加工・形成する。スリット２０２の加工本数、加工量
を増加させる場合、スリットの加工時間も増加する。ま
た、せっかく形成した超砥粒層を除去・廃棄する量が増
加することになり、ホイールの作製コストが必然的に高
くなる。

【００１０】本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、高
周速度で平面ホーニング加工を行えるようにして加工能
率を向上することを目的とする。さらに、具体的には、
本発明は、超砥粒層の形状及び台金への配列を工夫して
研削加工時に生じる被加工物への動圧が分散、低減され
た平面ホーニング加工用超砥粒ホイールを提供すること
を目的とする。本発明は、砥石突き出し量を制御するこ
とにより、被加工物の加工面に生じる線状痕が低減さ
れ、表面精度の高い研削加工を可能とする平面ホーニン
グ加工用超砥粒ホイールを与えるドレス方法を提供する
ことを目的とする。本発明は、またそのような平面ホー
ニング加工用超砥粒ホイールを備えた研削装置を提供す
ることをも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による請求項１記載の発明は、円盤状の台金
上に複数の超砥粒層を固着してなる平面ホーニング加工
用超砥粒ホイールにおいて、前記超砥粒層は円周方向の
幅が１０ｍｍ以下の短冊状であり、前記円盤状台金に放
射状に複数備えられてなり、かつ前記超砥粒層が前記円
盤状台金の中心を通る中心線に対してプラス１５度から
マイナス１５度以内の角度範囲で交差されていることを
特徴とする平面ホーニング加工用超砥粒ホイールであ
り、前記砥石の被加工物に対する接触面積を中心部に対
し周縁部を少なくするように配置することにより、研削
加工時にかかるワークへの面圧を面内均一にし、加工精
度を向上する作用を有すると同時に超砥粒層中の１砥粒
の切削軌跡を長くすることにより、加工面粗さを改善す
る作用を有する。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、超砥粒層間に、この超砥粒層と異なる材料
からなる間隙材を介在されたことを特徴とする平面ホー
ニング加工用超砥粒ホイールであり、請求項１と同等の
作用を有する。請求項３記載の発明は、請求項１記載の
発明において、超砥粒層の結合材は、気泡を均一に分
散、含有していることを特徴とする平面ホーニング加工
用超砥粒ホイールであり、請求項１と同等の作用を有す
ると同時に、気泡により加工位置への研削液の保持ある
いは切粉を取り込むことにより、被加工物への熱的なダ
メージの低減、切粉による加工面への線状痕を低減させ
る作用を有する。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、超砥粒層と間隙材との高さの差が０．０５
〜１．５ｍｍであることを特徴とする平面ホーニング加
工用超砥粒ホイールであり、請求項１及び３と同等の作
用を有する。請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明において、超砥粒層は、断面形状が台形であることを
特徴とする平面ホーニング加工用超砥粒ホイールであ
り、請求項１及び３と同等の作用を有すると同時に、砥
石突き出し量を高く設定可能であり砥石の寿命を長くで
きる作用を有する。

【００１４】請求項６記載の発明は、請求項２記載の発
明において、間隙材は、この内部に気泡を均一に分散し
てなることを特徴とする平面ホーニング加工用超砥粒ホ
イールであり、請求項２及び３と同等の作用を有する。
請求項７記載の発明は、請求項２記載の発明において、
間隙材は、この内部に中空のセラミック球が混合・分散
してなることを特徴とする請求項２記載の超砥粒ホイー
ルであり、請求項２及び３と同等の作用を有する。請求
項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、セラ
ミック球は、その機械的硬度が超砥粒層の結合材及び被
加工物の機械的硬度よりも低いことを特徴とする平面ホ
ーニング加工用超砥粒ホイールであり、請求項７と同等
の作用を有する。

【００１５】請求項９記載の発明は、請求項２記載の発
明において、間隙材は、その機械的硬度が超砥粒層の結
合材の機械的硬度よりも小さいことを特徴とする平面ホ
ーニング加工用超砥粒ホイールであり、請求項２と同等
の作用を有する。請求項１０記載の発明は、請求項２記
載の発明において、間隙材は、ウレタンアクリレート系
の樹脂であることを特徴とする平面ホーニング加工用超
砥粒ホイールであり、請求項２及び３と同等の作用を有
すると同時に砥石突き出し量を研削加工と同時に制御可
能な作用を有する。請求項１１記載の発明は、請求項２
記載の発明において、間隙材は、層状の積層体であるこ
とを特徴とする平面ホーニング加工用超砥粒ホイールで
あり、砥石突き出し量を容易に制御できる作用を有す
る。

【００１６】請求項１２記載の発明は、円盤状の台金に
複数の超砥粒層を固着した回転自在な平面ホーニング加
工用超砥粒ホイールと、この超砥粒ホイールの上方に被
加工物を回転自在に保持する保持部を有し、前記超砥粒
ホイールと前記被加工物とを接触させて研削する研削装
置であって、前記超砥粒ホイールは、超砥粒層の円周方
向の幅が１０ｍｍ以下の短冊状であり、前記円盤状台金
に放射状に複数備えられており、かつ前記超砥粒層が前
記円盤状台金の中心を通る中心線に対してプラス１５度
からマイナス１５度の角度範囲で交差されていることを
特徴とする研削装置であり、請求項１と同等の作用を有
する。請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明
において、台金は、回転台に固定されこの回転台の回転
速度が毎分１００回転以上であることを特徴とする研削
装置であり、請求項１と同等の作用を有すると同時に回
転遠心力により切粉の研削加工面からの排除を容易にす
る作用を有する。

【００１７】請求項１４記載の発明は、台金の表面に放
射状に複数の超砥粒層とこの超砥粒ホイールの間に間隙
材を形成し、遊離砥粒により前記超砥粒層と間隙材を荒
らすことにより、前記超砥粒層と間隙材の高さの差を
０．０５〜１．５ｍｍに加工することを特徴とする平面
ホーニング加工用超砥粒ホイールのドレス方法であり、
請求項１と同等の作用を有すると同時に簡易な砥石突き
出し量制御方法を提供する作用を有する。

【００１８】請求項１５記載の発明は、台金の表面に放
射状に複数の超砥粒層とこの超砥粒ホイールの間に間隙
材を形成し、化学的あるいは電気的手段を用いて前記超
砥粒層と間隙材の高さの差を０．０５〜１．５ｍｍに加
工することを特徴とする超砥粒ホイールのドレス方法で
あり、請求項１４記載の発明と同等の作用を有する。請
求項１６記載の発明は、請求項１５記載の発明におい
て、化学的手段を用いて超砥粒層と間隙材の高さの差を
０．０５〜１．５ｍｍに加工する工程は、アルカリ性研
削液を用いることにより、被加工物を加工するのと同時
に実施することを特徴とする平面ホーニング加工用超砥
粒ホイールのドレス方法であり、請求項１４記載の発明
と同等の作用を有する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明による超砥粒ホイー
ル及びドレス方法の実施の形態を、図１〜１０を用いて
説明する。

【００２０】《実施の形態１》図１は本発明の一実施の
形態による超砥粒ホイールの平面図であり、図２は図１
のＡ−Ａ線断面図で、いくつかの変形例を示している。
本発明による超砥粒ホイールは、図１１に示す研削装置
に取り付け使用することとする。即ち、主軸ヘッド１６
６側に被加工物を吸着固定し、ホイール上の超砥粒層１
７３に被加工物を所定の圧力で加圧し、主軸ヘッド１６
６及びホイールを回転させることにより研削加工を行
う。ここで、ホイールは毎分１００回転以上の高速回転
が可能な機構を採用する。ホイールの直径に依存する
が、周速で毎分１００ｍ以上の研削条件で加工を行うこ
ととする。

【００２１】図１及び２において、１は超砥粒層を、２
は超砥粒層１の間隙に充填された間隙材を、３は前記超
砥粒層１及び間隙材２を固定するための台金をそれぞれ
示している。超砥粒層１は、棒状ないし短冊状の形状を
有し、台金３の中心より放射状に等間隔で複数本配置さ
れており、かつその長手方向の中心線は、台金３の中心
線と所定角度で交差する構造を有している。すなわち、
短冊状の超砥粒層１の長手方向の中心線は、台金の中心
から半径の１／２のところで交差する台金の中心線と±
１５度の範囲内の角度（以下超砥粒層の固着角度とい
う）を有している。図１のＰは、両中心線の交差する点
を表している。

【００２２】本実施の形態では、超砥粒層１の固着角度
を１０度として以下説明する。超砥粒層１の断面形状と
しては、図２（ａ）、（ｃ）に示す矩形のもの、図２
（ｂ）、（ｄ）に示す台形の形状のものが好ましい。こ
こで台金３の主面から、あるいは超砥粒層１の間隙に充
填されている間隙材２の主面から、超砥粒層１の主面１
Ｔまでの高さＤ１〜Ｄ４を砥石突き出し量と定義する。
この砥石突き出し量は、被加工物の加工精度に大きく影
響する。研削加工時、図１に示すホイールと被加工物は
互いに回転しながら押し付けられることになる。このと
き、被加工物の加工面を冷却するとともに加工により発
生する切粉を排除するために、冷却用の研削液を供給す
る。しかし、砥石突き出し量Ｄがある一定値以上となる
場合、研削加工時に研削砥石を回転させ、その遠心力に
よる超砥粒層１の主面１Ｔに供給される研削液が減少す
ることにより、被加工物へ熱的なダメージを与えたり、
切粉が排除されずに線傷等を生じさせたりする。超砥粒
層１の幅、断面形状、加工条件にも依存するが、実験的
に求めると、図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、超砥
粒層１の断面形状が矩形の場合、砥石突き出し量はおお
むね０．０５〜１．５ｍｍが良好である。この砥石突き
出し量Ｄは、例えば図２（ｂ）及び（ｄ）のように、超
砥粒層１の断面形状を台形とすることにより、さらに大
きく設定できる。砥石突き出し量を大きく設定できるこ
とは、砥石磨耗を考慮すると有利である。

【００２３】また、図３に示すように、超砥粒層１の表
面に、局所的に空隙を設けても同様の効果が期待でき
る。これは、空隙がポケットとなり、研削液の循環や切
粉の加工面からの排除に寄与するからである。図３は超
砥粒層１の断面を表面状態とともに模式的に示した例で
ある。１１は研削加工に関与する砥粒を示しており、一
般的には、人造ダイヤモンド、天然ダイヤモンド、ｃＢ
Ｎ（立方晶窒化ホウ素）、ＢＮ（窒化ホウ素）、アルミ
ナなどからなる。１３は砥粒１１を分散・固定するため
の結合材を示している。結合材は、樹脂系、セラミック
系、および金属系の材料からなるものに大別される。１
２は結合材１３中に形成された空隙である。この空隙の
形成方法としては、結合材１３の焼成温度よりも低い気
化温度または昇華温度を有する材料を結合材中に混合・
分散させ、砥石焼成時に前記材料を気化または昇華させ
ることにより形成する。この空隙により、砥石突き出し
量Ｄを大きく設定できる。よって、前記の台形の断面形
状を有するものと同等の効果が得られる。

【００２４】図２（ｃ）及び（ｄ）は、超砥粒層１を台
金３に直接に接着固定しているため、砥石突き出し量Ｄ
は超砥粒層１の厚みで一義的に決定する。一方、図２
（ａ）及び（ｂ）は、超砥粒層間に充填する間隙材２の
厚みを制御することにより、砥石突き出し量Ｄは任意に
変更が可能である。このことは、砥石突き出し量Ｄを超
砥粒層１の初期厚みに依存することなく調整することが
できることを意味し、超砥粒層１の初期厚みを大きくす
ることが可能となり、加工中の砥石磨耗に対する砥石の
寿命が長くなる。その結果、製造コストを低減すること
ができる。間隙材２の厚み制御方法は後ほど説明する。

【００２５】次に、超砥粒層１の配置に関してスクラッ
チの低減効果と平坦度改善効果の観点から説明する。図
７及び８は本発明のホイールを用いてホーニング加工を
行う場合の被加工物に受けるホイールからの動圧分布を
説明するための模式図であり、図９及び１０は図１２〜
１６に示す従来ホイールを用いた場合の被加工物にかか
る動圧分布を説明するための模式図である。図７及び図
９はホイールと被加工物及び超砥粒層との位置関係を、
図８及び１０は断面における被加工物にかかる動圧の分
布をそれぞれ示したものである。４１及び４６は被加工
物を、４２及び４７は超砥粒層を、４５及び４８は台金
を、４３及び５０は研削液を、４４及び４９は研削加工
時の動圧を示している。７２及び８２は被加工物を、７
３、７４及び８３及び８４は超砥粒層を、７８及び８６
はホーニング加工方向を、７７及び８５は超砥粒層の間
隙を、θ１及びθ２は台金に固着されている超砥粒層の
固着角度を示している。

【００２６】まず、スクラッチの低減効果について説明
する。図１２〜１６に示す従来ホイールを使用する場
合、超砥粒層８３及び８４の固着角度θ２は９０°近傍
となり、またホーニング加工方向８６に対し平行に近い
角度となる。そのため、ホイールの回転中心により近い
超砥粒層８４で生じた切粉は、外周の超砥粒層の間隙８
５に排出されるが、超砥粒層８４がホーニング加工方向
と平行に配置されているため、回転による遠心力で超砥
粒層８４の外周の超砥粒層８３上へ切粉が乗りあがるこ
とになる。この乗りあがった切粉がスクラッチ等の原因
となり、加工品質を低下させる。この切粉の超砥粒層８
３への乗り上げを防止するためには、ホーニング加工方
向８６に対し超砥粒層が垂直に交差するように配置す
る、即ち超砥粒層８３の固着角度θ２を小さくすること
で解消可能である。切粉の乗り上げを防止するために
は、超砥粒層８３の突き出し量を大きくすることも考え
られるが、この場合研削液の乗り上げも少なくなるた
め、被加工物への熱的なダメージが生じたり、逆に加工
面に発生する切粉も排除できなくなるため、さらにスク
ラッチを増加させることになる。

【００２７】今回、表１に示す内容で実際に本発明のホ
ーニング加工用超砥粒ホイールを試作し、超砥粒層の固
着角度θと超砥粒突き出し量の最適範囲を実験的に求め
た。その結果、超砥粒層の固着角度は台金の中心線に対
し±１５度の範囲で、超砥粒層の突き出し量は０．０５
〜１．５ｍｍの範囲でスクラッチの劇的な低減効果が見
られた。また、超砥粒層の幅は、１０ｍｍ以上となる
と、面接触の効果が大きくなり、スクラッチの原因とな
る。超砥粒層の幅が１ｍｍ以下となると、実際に加工に
作用する砥粒の数が減少するため、加工時のダメージが
増大することになる。そのため、超砥粒層の幅は１〜１
０ｍｍの範囲が望ましく、ホイールの製作上３〜６ｍｍ
の範囲がさらに望ましい。

【００２８】次に動圧の分散・低減による平坦度の改善
効果について説明する。従来のホイールを用いた場合、
超砥粒層４７がホーニング加工方向に対しほぼ平行に配
置されているため、台金４８の回転による被加工物への
研削液５０の入射面側でより動圧が高くなる、結果的に
ホーニング加工時に被加工物４６及び台金４８の回転に
より生じる研削液５０からの動圧は、被加工物４６の回
転中心からずれることになる。定性的に示すと、図１０
のようになり、被加工物４６は超砥粒層４７に対し傾斜
して浮上する。その結果、被加工物周縁から研削加工が
開始されるために、加工後のウエハ形状は、中央が凸形
状となる。

【００２９】それに対し本発明のホイールでは、超砥粒
層４７を棒状とすることにより、従来ホイールと比較し
て研削加工時の砥石接触面積を小さくすることができ
る。そのため、被加工物４１にかかる研削加工時の動圧
を小さく、かつ分散することができ、動圧の作用点を被
加工物の中央に設定することができる。このため被加工
物４１を超砥粒層４２に対し平行に浮上させることがで
きる。従って、被加工物４１を平行に研削加工すること
が可能となり、その結果、平行度及び平坦度が向上す
る。さらに、超砥粒層の長手方向の中心線と、台金の中
心から半径の１／２のところで前記中心線と交差する台
金の中心線とのなす角度が±１５度以内となるように、
超砥粒層４２を台金４５の中心から放射状に配置するこ
とにより、加工条件あるいは被加工物形状が変更になっ
た場合の前記動圧作用中心を調整することが可能とな
る。

【００３０】表１に示したホイールを実際に試作して加
工後の平坦度を比較すると、螺旋スリットを形成した比
較例３に対し表面形状エラーで約１／２以下と低減する
ことができた。また、この超砥粒層４２の固着角度は研
削液４３を台金４５の外縁部まで澱みなく流す効果も同
時に有する。本発明による超砥粒層の幅、その配置、及
び突き出し量の効果を確認するため、上記実施例の形態
に示す超砥粒ホイール及び図１２〜１６に示す従来のホ
イールを試作してホーニング加工を行った。表１はホイ
ールの構造的条件をそれぞれ示す。表２は表１のホーニ
ング加工の結果を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】表２の評価に関して、スクラッチの評価に
は５０倍の微分干渉顕微鏡を用い、視野内でのスクラッ
チの本数を測定した。比較例１〜３では、方向が不特定
なスクラッチが顕微鏡視野内で少なくとも５０本程度は
観察された。それに対し本発明による実施例１では、顕
微鏡視野内のスクラッチの数が１０本以下と激減した。

【００３４】《実施の形態２》ここでは、図４を用いて
本発明の平面ホーニング加工用超砥粒ホイールのドレス
方法による超砥粒層１の砥石突き出し量Ｄの制御方法の
一例を説明する。図４において、２１は超砥粒層、２３
は超砥粒層２１を接着・固定する台金を、２２は超砥粒
層間に充填されている間隙材を、２４は研磨用の面盤
を、２５は溶媒に分散させた遊離砥粒を、２６及び２７
は面盤２４及び台金２７の移動方向をそれぞれ示してい
る。超砥粒層２１の構造は、模式的には図３のようにな
っており、基本的には被加工物を加工するための砥粒１
１とその砥粒を分散・固定するための結合材１３からな
る。結合材１３は、主に金属系、セラミック系、樹脂系
の材料がある。ここで説明する砥石突き出し量Ｄの制御
方法では、結合材１３が超砥粒層間に充填されている材
料２２よりも機械的強度が高いものを選択する。あるい
は遊離砥粒２５と接触・加工時に樹脂材料と化学的に反
応する材料を選択する。ここで説明する砥石突き出し量
Ｄの制御方法は、まず台金２３に超砥粒層２１を配置
し、接着により固定した後、超砥粒層２１間に間隙材２
２を充填する。このとき、充填する材料２２の充填量
は、少なくとも超砥粒層２１の厚み以上とする。次に、
溶媒に分散・混合した遊離砥粒２５を含むスラリーを前
記材料２２と研磨用面盤２４との間に供給し、研磨用面
盤２４に圧力を加えて回転させ、加工を行う。このとき
使用する遊離砥粒２５は、間隙材２２よりも機械的強度
が高く、かつ結合材１３より機械的強度が低いかまたは
同等のものを選択する。あるいは間隙材２２と接触時に
化学反応し、かつ結合材１３とは反応を起こさない材料
を選択する。代表的なものとして、炭化珪素系、アルミ
ナ系、ジルコニア系、ダイヤモンド系などが挙げられ
る。

【００３５】加工が進行すると、まず超砥粒層２１の主
面が露出し始める。超砥粒層２１の主面全体が露出する
と、超砥粒層２１の結合材が遊離砥粒２５より機械的強
度が高いために、超砥粒層２１の主面はほとんど加工さ
れなくなる。さらに加工を継続すると、間隙材２２が結
合材１３及び遊離砥粒よりも機械的強度が低いために、
間隙材２２のみが選択的に加工されることになる。これ
は、機械的強度が異なる異種材料を研磨加工するときに
見られるリセス（あるいはリセッション）と呼ばれる現
象を利用したものである。間隙材２２の主面と超砥粒層
２１の主面との高さの差Ｄ１１が所定の０．０５〜１．
５ｍｍの値まで加工されたときに、上記研磨加工を停止
すればよい。この方法では、研削加工により超砥粒層２
１が磨耗、低背化していっても、常に砥石突き出し量Ｄ
１１を一定値に制御することが可能である。

【００３６】上記方法は、間隙材２２の加工を遊離砥粒
２５を用いて行うものである。間隙材２２をある溶媒に
より溶出可能なもの、あるいは電界を印加することによ
り溶出可能な材料を選択することにより、同様な効果を
得ることができる。この場合、研削液にはアルカリ系の
溶液を使用する場合が多いため、アルカリ溶出タイプの
材料を選択すべきである。代表的なものとしては、ウレ
タンアクリレート系が有望と考えられる。このような間
隙材２２を選択することにより、別途砥石突き出し量の
調整工程を必要とせず、研削加工を行いながら同時に砥
石突き出し量Ｄが調整可能となる。また、電界印加によ
る溶出を利用する場合、間隙材２２に金属系の材料を選
択することも可能となる。電界印加による溶出可能な材
料としては、アルミニウム、鉄系の材料が考えられる。
ただし、電界印加による溶出効果を利用する場合、別途
砥石面盤と被加工物との間に電界印加の装置を付加する
必要が生じる。

【００３７】《実施の形態３》次に、図５を用いて本発
明の平面ホーニング加工用超砥粒ホイールのドレス方法
による超砥粒層１の砥石突き出し量の制御方法の一例を
説明する。図５において、３１は超砥粒層を、３２は超
砥粒層３１間に充填される間隙材を、３３は間隙材３２
に混合・分散されている気泡あるいは中空のセラミック
球を、３４は台金を、３５は材料３２を研削するための
砥石を、３８は砥石３２の砥粒を、３６及び３７は砥石
３５及び台金３４の運動方向をそれぞれ示している。超
砥粒層の構成は実施の形態２に準じるものとする。

【００３８】まず、台金３４上に超砥粒層３１を配置
し、接着により固定する。次に、間隙材３２中に気泡あ
るいは中空のセラミック球を混合・分散させ、超砥粒層
３１間に充填する。このとき、間隙材３２は超砥粒層３
１を完全に覆うように充填する。中空のセラミック球３
３を混合する場合、セラミック球３３の材料は砥石３５
の砥粒３８よりも機械的硬度が低い材料を選択する。ま
た、間隙材３２及び超砥粒層３１の結合材は、砥粒３８
よりも機械的強度が低いものを選択する。気泡及び中空
のセラミック球３３の直径は、可能な限り均一なものが
望ましく、また超砥粒層３１の砥石突き出し量よりも大
きく設定する方が望ましい。セラミック球の直径を超砥
粒層３１の厚みより大きく設定することにより、以下に
示す研削加工によるドレスで必ずこのセラミック球３３
は加工されることになる。

【００３９】研削加工されたセラミック球３３は、内部
の空隙が露出することにより、超砥粒層間に充填された
間隙材３２に対し研削液を保持したり、研削面の切粉を
排除するためのチップポケットの役割を果たすことにな
る。また、セラミック球３３の大きさは、超砥粒層３１
の厚みの２倍程度までが望ましい。セラミック球が研削
加工されることにより生じるチップポケットは、可能な
限り間隙材３２中に均等、かつ多く分散することが望ま
しい。そのため、このセラミック球３３の直径があまり
大きくなると分散の密度は減少し、チップポケットの効
果は小さくなる。分散性及びセラミック球の試作コスト
などを考慮すると、超砥粒層３１の厚みの２倍程度を推
奨する。

【００４０】間隙材３２を充填した後、砥石３５を用い
て間隙材３２の主面を研削加工する。このとき、砥石３
５と被加工物である台金３４とを互いに別方向である３
６、３７方向に運動させることにより、砥石３５の砥粒
３８の加工能率を上げることができる。加工を継続する
と、間隙材３２は除去されていき、やがて超砥粒層３１
の主面が露出し始める。ここで研削は停止する。このと
き、超砥粒層３１間に充填した間隙材３２の主面には、
混合・分散させた気泡あるいは中空のセラミック球３３
の、前記超砥粒層３１の主面より突出した部分のみが研
削加工により除去され、結果的に表面に空隙を形成す
る。

【００４１】間隙材３２へ混合・分散させる気泡あるい
は中空のセラミック球３３の直径が均一であり、分散性
が良いほど空隙の形成能力は向上する。また、気泡ある
いは中空のセラミック球３３の直径を超砥粒層３１の厚
みの２倍に設定すれば、上記に示すドレス方法により必
ず超砥粒層３１の厚みと同等の深さを有する空隙を間隙
材３２の主面に形成することが可能となる。また、実施
の形態２のドレス方法と組み合わせることにより、効果
をさらに高めることもできる。即ち、間隙材３２及び超
砥粒層３１の結合材及び遊離砥粒との機械的強度を実施
の形態２と同様に選択し、さらに中空セラミック球３３
を混合させる場合は、セラミック球３３の材料を実施の
形態２の遊離砥粒の機械的強度よりも低くする。これに
より間隙材３２の主面に空隙を形成し、かつ間隙材３２
の主面を実施の形態２と同様に超砥粒層３１の主面より
低く加工することが可能となる。これにより、材料表面
の空隙によるチップポケットと砥石突き出し量の両方に
より研削液の保持効果と切粉の排除が可能となるため、
より効果が増大することになる。間隙材３２に樹脂材料
を選定することにより、実施の形態２と同様にアルカリ
による溶出あるいは電界印加による溶出も利用可能であ
る。

【００４２】《実施の形態４》次に図６を用いて本発明
の平面ホーニング加工用超砥粒ホイールのドレス方法に
よる超砥粒層１の砥石突き出し量Ｄの制御方法の一例を
説明する。図６において、６１は超砥粒層を、６４は台
金を、６２は超砥粒層６１間に充填された層状の間隙材
を、６５は研削液あるいはエッチング液の供給口を、６
３は研削液あるいはエッチング液をそれぞれ示してい
る。研削加工時あるいは別途ドレス工程を設け、研削液
あるいはエッチング液６３を層状間隙材６２に浸透させ
て膨潤・剥離させ、間隙材の層厚を砥石突き出し量Ｄが
０．０５〜１．５ｍｍとなるように制御する。層状間隙
材６２は、例えば金属、セラミック、樹脂、紙などであ
り、電気的あるいは化学的なエッチングや機械的な手段
により、積層された各層が容易に剥離できるものを選択
する。実施の形態３で説明した樹脂系の間隙材を選択す
ることにより、研削加工中での突き出し量制御も可能で
ある。ただし、この場合、間隙材が被加工物及び超砥粒
層よりも硬度が低いことが必要である。また、材料に紙
を選択した場合、研削液により軟化・膨潤するため、層
間での剥離が容易となる。この積層体の充填材と図３に
示す超砥粒層とを組み合わせることで、より効果が増大
することになる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明の超砥粒ホイール
は、円盤状の台金とこれに固定された短冊状の複数の超
砥粒層からなり、前記超砥粒層が前記台金の中心を通る
中心線に対し特定の角度範囲内で交差するように配列す
ることにより、被加工物にかかる研削加工中の動圧を分
散し、作用中心を被加工物の回転中心へ設定することが
可能となる。その結果、加工後の被加工物の平坦度を向
上させる効果を有する。また、砥石突き出し量（砥石面
盤主面と超砥粒層主面との高さの差）を０．０５〜１．
５ｍｍとし、かつ超砥粒層の円周方向の幅を１０ｍｍ以
下とすることにより、研削液の超砥粒層主面への供給を
改善し、被加工物への熱的ダメージを低減し、かつ線傷
を低減することが可能となる効果も有する。また、超砥
粒層間に気泡あるいは中空のセラミック球を混合・分散
した間隙材を介在させることにより、超砥粒層の厚みに
依存せず容易に砥石突き出し量を制御可能となる効果も
同時に有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による平面ホーニング加
工用超砥粒ホイールの平面図である。

【図２】各種超砥粒ホイールの図１のＡ−Ａ線に相当す
る部分で切った断面図である。

【図３】ホイールの超砥粒層の断面を示す模式図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態２による平面ホーニング加
工用超砥粒ホイールのドレス方法の説明図である。

【図５】本発明の実施の形態３による平面ホーニング加
工用超砥粒ホイールのドレス方法の説明図である。

【図６】本発明の実施の形態４による平面ホーニング加
工用超砥粒ホイールのドレス方法の説明図である。

【図７】本発明の実施の形態１による平面ホーニング加
工用超砥粒ホイールを使用した場合のホイール、超砥粒
層および被加工物の位置関係を示す平面図である。

【図８】被加工部への動圧分布を示す模式図である。

【図９】従来ホイールによるホーニング加工時のホイー
ル、超砥粒層および被加工物の位置関係を示す平面図で
ある。

【図１０】被加工物への動圧分布を示す模式図である。

【図１１】平面ホーニング加工装置の一例を示す正面図
である。

【図１２】従来の超砥粒ホイールの平面図である。

【図１３】従来の他の超砥粒ホイールの平面図である。

【図１４】同ホイールのＣ−Ｃ線で切った拡大断面図で
ある。

【図１５】従来の更に他の超砥粒ホイールの平面図であ
る。

【図１６】同ホイールのＤ−Ｄ線断面図である。

【符号の説明】

１、２１、３１、６１ 超砥粒層 １Ｔ 超砥粒層主面 １Ｓ 超砥粒層側面 ２、２２、３２、６２ 間隙材 ３、２３、３４、６４、５４ 台金 １１ 砥粒 １２ 空隙 １３ 結合材 ２４ 研磨用面盤 ２５ 遊離砥粒 ２６、２７ 移動方向 ３３ 気泡及び中空のセラミック球 ３５ 砥石 ３６、３７ 移動方向 ４１ 被加工物 ４２ 超砥粒層 ４３ 研削液 ４４ 動圧 １６６ 主軸ヘッド １６９ チャック １７０ テーブル １７１ 台金 １７３ 超砥粒層 １７４ 被加工物 １７５ 研削液 Ｄ１〜Ｄ１１ 砥石突き出し量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｄ 7/00 Ｂ２４Ｄ 7/00 Ｐ (71)出願人 599102723 厨川 常元 宮城県仙台市青葉区昭和町４番19号 (71)出願人 394026024 庄司 克雄 宮城県仙台市宮城野区鶴ケ谷四丁目４番地 17号 (72)発明者 庄司 克雄 宮城県仙台市宮城野区鶴ヶ谷４丁目４番17 号 (72)発明者 厨川 常元 宮城県仙台市青葉区昭和町４番19号 (72)発明者 船山 訓宏 千葉県市原市田尾787 旭ダイヤモンド工 業株式会社技術研究所内 (72)発明者 山口 政男 岐阜県武儀郡武芸川町跡部1333番地の１ 株式会社ナガセインテグレックス内 (72)発明者 西原 和成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C047 AA18 AA25 AA27 BB01 3C058 AA07 AA09 CB01 CB02 CB05 3C063 AA02 AB05 BA22 BB02 BG07 EE26

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円盤状の台金上に複数の超砥粒層を固着
   してなる平面ホーニング加工用超砥粒ホイールにおい
   て、前記超砥粒層は幅が１０ｍｍ以下の短冊状であり、
   前記円盤状台金に放射状に複数備えられてなり、かつ前
   記超砥粒層が前記円盤状台金の中心をとおる中心線に対
   してプラス１５度からマイナス１５度以内の角度範囲で
   交差されていることを特徴とする平面ホーニング加工用
   超砥粒ホイール。
2. 【請求項２】 超砥粒層間には、超砥粒層と異なる材料
   からなる間隙材が介在されたことを特徴とする請求項１
   記載の平面ホーニング加工用超砥粒ホイール。
3. 【請求項３】 超砥粒層の結合材は、気泡を均一に分
   散、含有していることを特徴とする請求項１記載の平面
   ホーニング加工用超砥粒ホイール。
4. 【請求項４】 超砥粒層と間隙材との高さの差が０．０
   ５〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の
   平面ホーニング加工用超砥粒ホイール。
5. 【請求項５】 超砥粒層は、断面形状が台形であること
   を特徴とする請求項１記載の平面ホーニング加工用超砥
   粒ホイール。
6. 【請求項６】 間隙材は、その内部に気泡を均一に分散
   してなることを特徴とする請求項２記載の平面ホーニン
   グ加工用超砥粒ホイール。
7. 【請求項７】 間隙材は、その内部に中空のセラミック
   球を混合・分散してなることを特徴とする請求項２記載
   の平面ホーニング加工用超砥粒ホイール。
8. 【請求項８】 セラミック球は、その機械的硬度が超砥
   粒層の結合材及び被加工物の機械的硬度よりも低いこと
   を特徴とする請求項８記載の超砥粒ホイール。
9. 【請求項９】 間隙材は、その機械的硬度が超砥粒層の
   結合材の機械的硬度よりも小さいことを特徴とする請求
   項２記載の平面ホーニング加工用超砥粒ホイール。
10. 【請求項１０】 間隙材は、ウレタンアクリレート系の
    樹脂であることを特徴とする請求項２記載の平面ホーニ
    ング加工用超砥粒ホイール。
11. 【請求項１１】 間隙材は、層状の積層体であることを
    特徴とする請求項２記載の平面ホーニング加工用超砥粒
    ホイール。
12. 【請求項１２】 円盤状の台金に複数の超砥粒層を固着
    した回転自在な平面ホーニング加工用超砥粒ホイール
    と、この超砥粒ホイールの上方に被加工物を回転自在に
    保持する保持部を有し、前記超砥粒ホイールと前記被加
    工物とを接触させて研削する研削装置であって、前記超
    砥粒ホイールは、超砥粒層の幅が１０ｍｍ以下の短冊状
    であり、前記円盤状台金に放射状に複数備えられてお
    り、かつ前記超砥粒層が前記円盤状台金の中心を通る中
    心線に対してプラス１５度からマイナス１５度の角度範
    囲で交差されていることを特徴とする研削装置。
13. 【請求項１３】 台金は回転台に固定され、この回転台
    の回転速度が毎分１００回転以上であることを特徴とす
    る請求項１２記載の研削装置。
14. 【請求項１４】 台金の表面に放射状に複数の超砥粒層
    と、この超砥粒層の間に間隙材を形成し、遊離砥粒によ
    り前記超砥粒層と間隙材を荒らすことにより、前記超砥
    粒層と間隙材の高さの差を０．０５〜１．５ｍｍに加工
    することを特徴とする平面ホーニング加工用超砥粒ホイ
    ールのドレス方法。
15. 【請求項１５】 台金の表面に放射状に複数の超砥粒層
    とこの超砥粒層の間に間隙材を形成し、化学的あるいは
    電気的手段を用いて前記超砥粒層と間隙材の高さの差を
    ０．０５〜１．５ｍｍに加工することを特徴とする平面
    ホーニング加工用超砥粒ホイールのドレス方法。
16. 【請求項１６】 化学的手段を用いて超砥粒層と間隙材
    の高さの差を０．０５〜１．５ｍｍに加工してなる工程
    は、アルカリ性研削液を用いることにより被加工物を加
    工するのと同時に実施することを特徴とする請求項１５
    記載の平面ホーニング加工用超砥粒ホイールのドレス方
    法。