JP2003291070A - ラッピング用ホイール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラッピング用ホイールによる高脆性材料のラ
ッピング加工において、ホイールの切れ味と加工精度を
より高め、平面加工の高能率化と高精度化をはかる。 【解決手段】 砥粒結合材の主材としてビトリファイド
ボンド２０〜８５容量％と、添加剤としてＷＡまたはＧ
Ｃを単体または混合物で５〜３０容量％と、残部をグラ
ファイト、ＷＳ_２、ＢＮの単体または混合物とで砥粒結
合材を構成することにより、ラッピング用ホイールの切
れ味と加工能率を向上させることができ、また、ドレッ
シングを行うことなく長期間にわたって加工を継続する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラップ盤において
使用されるラッピング用ホイール、とくに砥粒の結合材
としてビトリファイドボンドを用いたラッピング用ホイ
ールに関する。

【０００２】

【従来の技術】ラップ盤によるラッピング加工は、円盤
状のラッピング用ホイールにより被研削材を平面研削す
るものである。図１はラップ盤の要部を示す斜視図であ
る。このラップ盤は、上下のラッピング用ホイール１と
２が相互逆転する形式のラップ盤である。同図におい
て、１は上側のラッピング用ホイール、２は下側のラッ
ピング用ホイール、３はインターナルギヤ、４は被研削
材Ｗの保持具を兼ねたキャリアギヤ、５は太陽ギヤであ
る。

【０００３】このラップ盤においては、キャリアギヤ４
に６個の被研削材Ｗが保持され、キャリアギヤ４は遊星
ギヤとしてインターナルギヤ３の内側と太陽ギヤ５の間
で自転、公転し、上下のラッピング用ホイール１と２は
互いに逆方向に回転する。被研削材Ｗは上下の面がラッ
ピング用ホイール１，２により研削される。このような
ラップ盤の構造自体は従来公知である。

【０００４】このラップ盤におけるラッピング加工にお
いては、研削作業によってラッピング用ホイール１，２
の砥粒が磨耗し鋭利さが失われることによって切れ味が
低下することに対して、切れ味の低下を防止するための
方策が従来から種々提案されている。

【０００５】たとえば、特開昭６１−７６２５９号公報
には、ラッピング用ホイールの上方にノズルを配設し、
このノズルから研削加工中にラッピング用ホイールに研
削液とともに遊離砥粒を吹き付けてラッピング用ホイー
ルをドレッシングすることにより、研削加工を中断する
ことなくラッピング用ホイールの目詰まりや目つぶれを
防止するようにした研削盤における研削方法が開示され
ている。

【０００６】また、特開昭６１−２２６２６０号公報お
よび特開昭６１−２７００７８号公報には、研削液とド
レッシング用液との混濁液を供給する混濁装置をラッピ
ング用ホイールの近傍に設け、ラッピング用ホイールの
研削面の中央部から外周部に向けて断面略Ｖ字状の溝を
形成し、この溝を通して混濁液を被研削材とラッピング
用ホイールとの間に供給して、研削作業を中断すること
なくドレッシングを行うようにした研削盤におけるドレ
ッシング装置および研削方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ラッピング
用ホイールが研削対象とする硬脆性材料は、その材質が
幅広く、たとえば超硬合金、サーメット、セラミック
ス、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＬＴ（タンタル
酸リチウム）、ＬＮ（ニオブ酸リチウム）、ガラス、結
晶化ガラス、水晶、サファイヤ、合成ガーネット、シリ
コン、ＧｓＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＳ、ＩｎＰ、フ
ェライト、サマリュームコバルトなど多岐にわたる。

【０００８】このような材質の被研削材に対するラッピ
ング用ホイールの研削性能や加工精度の要求は年々厳し
くなり、種々の材質の被研削材すべてを同じ仕様のラッ
ピング用ホイールで高能率、高精度に研削することは困
難になりつつある。

【０００９】たとえば、超硬合金製メタルソーにおい
て、切断面の仕上げ精度の向上および高表面品位の確保
が求められており、要求加工精度（仕上げ表面粗さ、平
坦度）も厳しくなってきている。現状ではラッピング用
ホイールの加工能率が低く（切れ味が悪い）、加工時間
の短縮が求められている。また、加工能率を高める目的
でラップ加工圧力を上げる方法を一般的に採用している
が、メタルソーとして重要な平坦度が得られなくなり、
ひずみが発生するという問題を残している。また、ラッ
ピング用ホイールの切れ味を回復させるために頻繁なド
レッシングが必要となり、ラッピング用ホイールをドレ
ッシングによって摩耗させ、結果的に加工コスト高とな
っている。

【００１０】また、光電変換素子用サファイヤやＳｉＣ
基板の表裏面を平坦に加工するラッピング用ホイールに
おいては、良好に加工できるガラスに比べ材料硬度が３
倍以上あり（ビッカース硬度で２０００程度）、砥粒が
被研削材に食い込みにくく、さらに前記超硬合金より材
料硬度が１０〜２０％高くなることも含め、ラッピング
用ホイールの切れ味の低下が著しく早くなり、光電変換
素子用サファイヤやＳｉＣ基板の量産化に大きな問題と
なっている。

【００１１】本発明が解決すべき課題は、ラッピング用
ホイールによる高脆性材料のラッピング加工において、
ホイールの切れ味と加工精度をより高め、平面加工の高
能率化と高精度化をはかることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のラッピング用ホ
イールは、ラップ盤において使用するラッピング用ホイ
ールであって、砥粒結合材の主材としてビトリファイド
ボンド２０〜８５容量％と、添加剤としてＷＡまたはＧ
Ｃを単体または混合物で５〜３０容量％と、残部をグラ
ファイト、ＷＳ_２、ＢＮの単体または混合物とで砥粒結
合材を構成したことを特徴とする。

【００１３】砥粒結合材（以下、ボンドという）の主材
としてのビトリファイドボンドと添加剤としてのＷＡ、
ＧＣ、グラファイト、ＷＳ_２、ＢＮを特定の配合割合で
使用することにより、ラッピング用ホイールの切れ味と
加工能率を向上させることができ、また、ドレッシング
を行うことなく長期間にわたって加工を継続することが
できる。とくに、ＷＡ、ＧＣを添加することでボンドの
強度と弾性率が向上し、砥粒保持力向上および研削加工
時に砥粒にかかる応力に対しての砥粒の沈み込みを抑制
し、有効に砥粒を作用させることができる。またグラフ
ァイト、ＷＳ_２は固体潤滑剤として作用し、ボンドの後
退を促進し、切れ味が向上する。特にＷＳ_２は、潤滑効
果がグラファイトより高く、添加量がグラファイトより
少なくても切れ味に対する効果が高い。ＢＮは固体潤滑
作用のみならず、グラファイト、ＷＳ_２と比較して高温
領域（大気中でも７００℃）まで熱安定性を維持するこ
とができる。これにより、研削ポイントに高温が発生す
る重研削時に潤滑性が低下することなく、高い適合性が
得られる。これらの特性を考慮して配合することで、種
々の研削条件において、ボンド作用面が微小破壊し後退
することで適度な砥粒突き出し量が保たれ、切れ味と寿
命を両立した適合性の高いラッピング用ホイールが得ら
れる。

【００１４】ボンドを構成するビトリファイドボンドが
２０容量％より少ないと砥粒層を構成するボンド量が不
足して強度が低下し、かつ緻密度が出なく、容易に砥粒
が脱落して砥石として成り立たなくなり、８５容量％よ
り多いとボンド量が多すぎてねらうべきボンド特性が得
られなくなる。添加物としてのＷＡ、ＧＣの単体または
混合物が５容量％より少ないとボンドの強度、弾性率が
上昇せず、また砥粒層の摩耗も多くなり、３０容量％よ
り多いとボンドの強度、弾性率は上昇するが砥粒層とし
ては硬めに作用し（切れ味低下）、頻繁にドレッシング
が必要となり、切れ味と寿命の両立ができなくなる。従
来のラッピング用ホイールにおいては、ボンド中のＷＡ
またはＧＣは、単体または混合物で３５〜５０容量％使
用されており、ボンドの強度、弾性率は高いが切れ味が
低い。また残部のグラファイト、ＷＳ_２、ＢＮの単体ま
たは混合物は、好ましくは５容量％以上とする。５容量
％より少ないと重要なファクターである切れ味の向上効
果が得られない。

【００１５】ここで、使用するダイヤモンド砥粒の平均
粒径は２〜５００μｍ、集中度は５〜１５０で、添加剤
として使用するＷＡまたはＧＣの粒径は用いられるダイ
ヤモンド砥粒の平均粒径の７０〜１００％の平均粒径の
ものを使用し、グラファイト、ＷＳ_２、ＢＮとしては平
均粒径が１〜１０μｍのものを使用するのが望ましい。
このような粒径の添加剤を使用することにより、砥粒保
持力があり、弾性率が高く、研削加工時に砥粒が沈まず
有効に働く。また研削にて発生する切り屑によりボンド
の表面がミクロ的な破砕をし、研削に必要な砥粒突き出
し量が得られ切れ味が持続するという効果が得られる。
ＷＡまたはＧＣの平均粒径がダイヤモンド砥粒の平均粒
径の７０％より小さいと、ボンドとして硬めに作用し、
１００％より大きいと研削に直接作用する砥粒より大き
くなり、摩滅してボンド面に残存した場合に被研削材と
の接触面積が増大し、研削抵抗を上昇させ、切れ味が低
下する。また破壊した場合に脱落痕も大きくなり、結果
的に砥粒保持力を低下させることとなる。また、グラフ
ァイト、ＷＳ_２、ＢＮの平均粒径が１μｍより小さい
と、比表面積が大きくなり、ボンドブリッジが微細にな
りすぎて砥粒層の強度を低下させることとなり、１０μ
ｍより大きいと研削加工時にねらいとするミクロ的な破
壊メカニズムが得られず、ボンドが被研削材に接触して
研削抵抗が上昇し切れ味の維持ができなくなる。本発明
において性能を十分に発揮する好ましいダイヤモンド砥
粒の平均粒径の範囲は２５〜１５０μｍである。

【００１６】本発明のラッピング用ホイールが対象とす
る研削加工方式は、被研削材が保持されるキャリアが遊
星ギヤとしてインターナル ギヤの内側と太陽ギヤの間
で自転しながら公転し、上下面または下面のラッピング
用ホイールにより研削される平面研削加工方式である。
このようなラップ盤におけるラッピング用ホイールにお
いて、砥粒層はラップ定盤に固着されたものであり、定
盤表面積に対する砥粒層表面積の比率はチップ率といわ
れるが、本発明のラッピング用ホイールではこのチップ
率を３５〜８５％とする。チップ率が３５％未満である
と、研削加工時にダイヤモンド砥粒にかかる単粒応力が
高くなり、砥粒が脱落して砥粒層摩耗が早くなり、被研
削材の高精度維持ができなくなる。一方８５％を超える
と、ダイヤモンド砥粒にかかる単粒応力が低くなり、研
削作用砥粒の切れ刃が摩滅し、結果的に被研削材に対す
る接触面積が増大し、砥粒も食い込まなくなり、切れ味
の低下が早くなる。より好ましくは４５〜７５％の範囲
内で加工条件によって最適なチップ率を選定する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、試験例に基づいて本発明の
ラッピング用ホイールを説明する。表１は試験に用いた
発明品１〜３および比較品１〜３のホイールの砥粒層形
成条件を示し、表２は加工条件を示し、表３は試験結果
を示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】表３からわかるように、発明品のホイール
は比較品のホイールに比して切れ味、加工能率は約５〜
１５倍に向上している。比較品のホイールは加工毎にド
レッシングが必要であったが、発明品のホイールはドレ
ッシングを施すことなく継続して加工することができ
た。継続が可能な加工バッチ回数は、比較品のホイール
の約６〜１０倍であった。

【００２２】

【発明の効果】（１）ラッピング用のダイヤモンド超砥
粒ホイールにおいて、砥粒結合材の主材としてのビトリ
ファイドボンドと添加剤としてのＷＡ、ＧＣ、グラファ
イト、ＷＳ_２、ＢＮを特定の配合割合で使用することに
より、ラッピング用ホイールの切れ味と加工能率を向上
させることができ、また、ドレッシングを行うことなく
長期間にわたって加工を継続することができる。

【００２３】（２）使用する添加剤の粒径を特定の範囲
に選定することにより、研削加工時にボンド組織が砥粒
を保持しつつミクロ的破壊をして研削に有効な砥粒突き
出しが得られる。

【００２４】（３）砥粒層のチップ率を特定の範囲に選
定することにより、砥粒の脱落と砥粒層の摩耗を抑制
し、高い加工精度を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ラップ盤の要部を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，２ ラッピング用ホイール ３ インターナルギヤ ４ キャリアギヤ ５ 太陽ギヤ Ｗ 被研削材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C063 AA02 AB05 BA02 BB02 BC05 BD01 EE26 FF07 FF23

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラップ盤において使用するラッピング用
   ホイールであって、砥粒結合材の主材としてビトリファ
   イドボンド２０〜８５容量％と、添加剤としてＷＡまた
   はＧＣを単体または混合物で５〜３０容量％と、残部を
   グラファイト、ＷＳ_２、ＢＮの単体または混合物とで砥
   粒結合材を構成したことを特徴とするラッピング用ホイ
   ール。
2. 【請求項２】 前記添加剤としてのＷＡまたはＧＣの平
   均粒径が使用するダイヤモンド砥粒の平均粒径の７０〜
   １００％であり、グラファイトまたはＷＳ_２もしくはＢ
   Ｎの平均粒径が１〜１０μｍである請求項１記載のラッ
   ピング用ホイール。
3. 【請求項３】 ラッピング用ホイールの定盤表面積に対
   する砥粒層表面積の比率が３５〜８５％である請求項１
   または２記載のラッピング用ホイール。