JP2003311605A - 砥粒埋込装置及び方法とこれを用いた研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥粒を高密度に短時間で定盤に埋め込んで固
定化できるようにする。 【解決手段】 定盤１は図示しないモータによって回転
し、この定盤１に設けられた金属層２上に砥粒を含む加
工液７が滴下されることにより、遊離砥粒の液層が形成
される。この金属層２の表面に対向して、固定部材３内
に収納されて可動部材４が設けられており、モータ６に
より、矢印Ａ−Ｂで示すように、この金属層２に表面に
対して可動部材４が上下動を繰り返す。可動部材４が矢
印方向に移動して可動部材４と金属層２との表面の間の
間隔が大きいときには、これら間に遊離砥粒が均一に分
散した液層が入り込み、次いで、可動部材４が矢印Ｂ方
向に移動して金属層２に押し付けられるときには、かか
る間隔が狭くなって、可動部材４の表面により、遊離砥
粒が金属層２に埋め込まれて固定砥粒となる。可動部４
のかかる上下動により、均一でかつ高い密度の固定砥粒
が短時間で得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッドなどの
電子部品や光学部品など加工物の所定の表面を平滑化す
るために研磨加工する研磨装置に係り、特に、研磨加工
に用いられる定盤の砥粒埋込装置及び方法とその定盤を
用いた研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のように部品などの表面研磨加工方
法には、少なくとも表面が錫，銅，鋳鉄やセラミックス
などで構成された定盤を用い、その表面上に砥粒を含有
する加工液を滴下あるいは噴霧し、これによる砥粒が加
工物と定盤との間に入り込み、定盤から砥粒が遊離した
状態で加工物の表面研磨加工を行なう遊離砥粒研磨加工
法と、加工物の表面研磨加工前に砥粒をラップ定盤の表
面に埋め込んでおき、この埋め込んだ砥粒の作用で加工
物の表面研磨加工を行なう固定砥粒研磨加工法という２
種類の方法がある。磁気ヘッドのような電子部品の性能
を向上させるためには、その表面粗さを向上させること
と、磁気ヘッドのように硬度の異なる材料を積層して構
成される加工物を研磨する場合に生じる加工段差を低減
することが必要であり、このために、固定砥粒研磨加工
法が有効である。

【０００３】特開平７−２９９７３７号公報には、磁気
ヘッドの表面粗さの向上及び加工段差の低減のために、
固定砥粒が形成され易い材料（錫，鉛など）で表面が形
成された定盤に加工物もしくは専用の研磨体で遊離砥粒
を押し付けて食い込ませることにより、定盤の表面に砥
粒を固定し、残った遊離砥粒を除いた後、希釈液や潤滑
材のみでポリッシングする研磨方法が開示されている。
また、特開平１０−１３４３１６号公報には、セラミッ
クスからなる表面に数μｍ〜数十μｍ程度の直径または
幅の孔が設けられた定盤を用い、この定盤を回転させな
がら、その表面に砥粒を含むラップ液を滴下することに
より、その表面全体に砥粒を均一に分散させて孔へ侵入
させることにより、脱落しにくい固定砥粒とし、その
後、遊離砥粒を除去して加工物の表面を研磨する方法が
開示されている。さらに、特開平１０−２４９７１４号
には、砥粒を内包した錫ボンド砥石を表面に設けたラッ
プ定番を用い、このラップ定盤を回転させながら、その
錫ボンド砥石面に加工物を押し付けてこの加工物の表面
研磨加工を行なっているときに、さらに、この定盤の錫
ボンド砥石面に錫ボンド砥石部材を押し付け、この錫ボ
ンド砥石部材を摩耗させることにより、この錫ボンド砥
石部材の砥粒を定盤の錫ボンド砥石に若干量ずつ埋め込
みつつ、加工物の表面を研磨する方法が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この固定砥粒加工法
は、定盤に埋め込まれる固定砥粒の密度をなるべく高く
し、また、遊離砥粒を排して、固定砥粒の研磨加工への
関与をなるべく均等に微小量にすることにより、加工物
の表面粗さの向上と加工物の異なる硬度の材料間での加
工段差の低減とを図るものである。このために、上記従
来の固定砥粒研磨加工法では、定盤表面への砥粒の埋込
法や遊離砥粒の排除方法を工夫している。しかし、いず
れの方法においても、砥粒の埋込法に関しては、定盤で
の加工物との対向面に押圧される形態で砥粒の埋め込み
のための部材を配置し、定盤とかかる部材とを夫々回転
させることにより、砥粒を定盤に押し込んでいる。

【０００５】この砥粒埋込方法では、図２にその原理を
示すように、定盤１の表面（即ち、その金属層２の表
面）と砥粒埋込部材４との表面の平坦度により、定盤１
とこれに対して矢印方向に回転する砥粒埋込部材４との
間隔が砥粒８よりも大きなところと砥粒８よりも小さい
ところとがあり、この間隔が砥粒８よりも大きなところ
で砥粒８が入り込み、この間隔が砥粒８よりも小さなと
ころで砥粒８が定盤１の金属層２に埋め込まれて固定さ
れる。

【０００６】ところで、磁気ヘッドなどの電子部品の性
能を向上するため、上記の表面粗さと加工段差をより良
くするためには、単位時間かつ砥粒１個当たりの加工量
を小さくして、加工物に与えるダメージを小さくする必
要がある。これを実現する手段の１つとして、砥粒の粒
径を小さくすることが従来から広く行なわれてきた。

【０００７】しかし、単に砥粒の粒径を小さくしただけ
では、砥粒１個当たりの加工量が小さくなり、また、定
盤や砥粒埋込部材の表面の平坦度により、これら定盤の
表面と埋込部材の表面との間の間隔が砥粒の径よりも大
きい部分が多くなり、定盤への砥粒の埋込効率が悪くな
って、定盤に砥粒を埋め込むために要する時間が増大す
るし、加工物を研磨する能率が低下し、同一の加工量を
研磨するために要する時間が増加して生産性が低下す
る。

【０００８】これを改善して研磨能率を向上させるた
め、定盤の表面の平坦度を向上させて実際の表面加工に
関与する砥粒の数を増やすこと、あるいは砥粒の埋込密
度を増加させて実際の加工に関与する砥粒の数を増やす
ことが必要である。

【０００９】定盤表面の平坦度の向上は、定盤への砥粒
の埋込作業の前に定盤の表面を機械加工して平坦度を向
上させる作業の精度を良くすることによって実現され
る。しかし、従来、砥粒の埋め込みは、定盤と砥粒埋込
部材との間の間隔が広いところから偶発的に砥粒が入り
込み、この間隔が狭いところで砥粒が定盤の金属層に押
し込まれて埋め込まれるという原理に基づいて、砥粒を
この定盤に固定化しているため、砥粒の密度を増加させ
ることは困難であり、このため、半日から１日といった
非常に長い時間を要する作業が必要であった。

【００１０】本発明の目的は、かかる問題を解消し、粒
径の小さい砥粒であっても、効率良くかつ高い密度で定
盤に埋め込むことができるようにした砥粒埋込装置及び
方法とこれを用いた研磨装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による砥粒埋込装置は、定盤を回転させる手
段と、定盤の表面に対向して設置される可動部材と、可
動部材を定盤の表面に対して上下動させることにより、
定盤の表面に対向する該可動部材の表面と該定盤の表面
との間の間隔を繰り返し変化させる手段とを備え、定盤
の表面と可動部材の表面との間の遊離砥粒を、上下動す
る可動部材により、定盤の表面に埋め込み固定させるも
のである。

【００１２】また、回転する定盤の表面に砥粒を含む加
工液を供給する手段を備え、定盤の表面に加工液を供給
しながら、可動部材を上下動させるものである。

【００１３】さらに、定盤の表面に、可動部材を上下動
させて定盤の表面への砥粒の埋め込みを行なう前に予
め、砥粒もしくは砥粒を含有する液体が塗布されている
ものである。

【００１４】上記目的を達成するために、本発明による
固定する砥粒埋込方法は、定盤の表面に対向して可動部
材を配置して、可動部材の表面と定盤の表面との間の間
隔を繰り返し変化させながら、可動部材と定盤との表面
の間に遊離砥粒を供給し、遊離砥粒を、可動部材の上下
動による定盤側への押し込みにより、定盤の表面に埋め
込んで固定するものである。

【００１５】また、可動部材を上下動させながら、定盤
の表面に砥粒を含有する加工液を供給するものである。

【００１６】さらに、定盤は、可動部材を上下動させて
この定盤の表面への砥粒の埋め込みを行なう前に予め、
砥粒もしくは砥粒を含有する液体が塗布されているもの
である。

【００１７】上記目的を達成するために、本発明による
研磨装置は、上記砥粒埋込装置または砥粒埋込方法で砥
粒が埋め込み固定された定盤を加工物の研磨盤とするも
のである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は本発明による砥粒埋込装置及び
方法とこれを用いた研磨装置の第１の実施形態を示す図
であって、１は定盤、２は金属層、３は固定部材、４は
可動部材、５はガイド、６はモータ、７は加工液であ
る。

【００１９】同図において、ステンレスやアルミなどか
らなる定盤１は、その表面に錫や銅などの金属層２が積
層もしくは貼り合わされている。

【００２０】また、かかる定盤１の金属層に砥粒が埋め
込ませるための砥粒埋込装置は、定盤１の金属層２に対
向して設けられた固定部材３と、この固定部材３内に収
納されて金属層２に砥粒を埋め込むための可動部材４
と、この可動部材４を金属層２の面に対して垂直方向
（矢印Ａ−Ｂで示す上下方向）に移動させ、この可動部
材４と金属層２との間隔を変化させるためのモータ（例
えば、ボイスコイルモータ）６と、この可動部材４の移
動方向を規定するガイド５とから構成されている。

【００２１】定盤１の金属層２に砥粒を埋め込む場合に
は、定盤１を図示しないモータによって回転させるとと
もに、固定部材３や可動部材４なども図示しないモータ
によって回転させ、さらに、モータ６により、可動部材
４を矢印Ａ−Ｂ方向に往復運動させて、可動部材４を金
属層２に押し付けたり、金属層２から離したりする動作
を繰り替えさせる。

【００２２】そして、可動部材４の以上の動作を繰り替
えさせながら、回転する定盤１の金属層２の表面に砥粒
を含む加工液７を滴下し、その表面全体に均一に分散さ
れるようにする。

【００２３】図３はこのように動作するときの金属層２
と可動部材４との表面部の状態を示す図である。

【００２４】図３（ａ）は可動部材４が矢印Ａ方向に移
動してその表面と金属層２の表面との間隔が広がった状
態を示すものであり、この状態では、かかる間隔が最も
狭いところでも、砥粒８の幅もしくは直径よりもわずか
に大きく、可動部材４と金属層２とが対向する領域内全
体に渡って砥粒８が入り込む状態とする。従って、この
状態では、かかる領域内で砥粒が均一に分散する。

【００２５】また、図３（ｂ）は可動部材４を矢印Ｂ方
向に移動させてこの可動部材４を定盤１の金属層２の表
面に押し付けた状態を示すものであって、この状態とす
ることにより、砥粒８が可動部材４の表面で押し込まれ
て金属層２に埋め込まれ、固定される。

【００２６】そこで、図１において、モータ６により、
可動部材４が矢印Ａ−Ｂ方向に上下動することにより、
図３（ａ）に示す状態では、金属層２と可動部材４との
間に砥粒８が均一な分布で入り込み、次に、図３（ｂ）
の状態になると、これら金属層２と可動部材４との表面
の間隔が砥粒８の幅もしくは直径よりも小さくなったと
ころで、可動部材４の表面によって砥粒８が金属層２に
押し込まれて埋め込まれることになる。この場合、砥粒
８が均一に分散された状態で金属層２に押し込まれ、次
に、図３（ａ）に示す状態になると、再び砥粒８が均一
に分散された状態となって、再び図３（ｂ）に示す状態
となるから、定盤１の金属層２には、均一な分布で砥粒
８が埋め込まれることになる。

【００２７】そして、このような動作で砥粒の埋込が行
なわれると、金属層２や可動部材４の表面の平坦度にか
かわらず、均一な分布で砥粒が金属層２に埋め込まれる
ものである。また、この実施形態では、図２に示したよ
うな金属層２と可動部材４との表面の間隔を一定に保っ
て砥粒の埋込を行なう従来の方法に比べ、同じ作業時間
当たりの砥粒密度が高くなって、金属層２と可動部材４
との表面の平坦度が高くなる程作業時間当たりの埋め込
み砥粒密度が高くなり、埋め込み作業時間を短縮するこ
とができる。また、微細な砥粒も高密度で均一に埋め込
むこともでき、これ故に、加工物の表面を極め細かに研
磨することができるようになるとともに、加工段差も低
減することが可能となる。

【００２８】次に、本発明による砥粒埋込装置及び方法
とこれを用いた研磨装置の第２の実施形態を説明する。

【００２９】この第２の実施形態は、図１に示す構成を
なすものであるが、可動部材４を矢印Ａ方向に移動させ
て、この可動部材４を、図３（ａ）に示すように、定盤
１の金属層２の表面から離れた状態に保持し（あるい
は、固定部材３や可動部材３，ガイド５などを全体とし
て、金属層２の表面から持ち上げた状態としてもよ
い）、かかる状態で、まず、定盤１を図示しないモータ
によって回転させ、砥粒もしくは砥粒を含有する液体を
金属層２の全表面に均一な厚さで塗布し、しかる後、可
動部材４を、上記のように、矢印Ａ−Ｂに示す方向に上
下移動させてかかる遊離砥粒をこの金属層２に埋め込み
固定するものである。このとき、加工液７は用いないこ
のように、この第２の実施形態は、定盤１の金属層２上
に予め砥粒もしくは砥粒を含有した液体を塗布して遊離
砥粒の層を形成し、この遊離砥粒を、上記第１の実施形
態と同様にして、金属層２に埋め込んで固定砥粒とする
ものであり、上記第１の実施形態と同様の効果が得られ
るものである。

【００３０】なお、上記の塗布の代わりに、砥粒を含む
加工液７を金属層２上に滴下させることにより、予め所
定の厚さの液層を形成し、しかる後、上記第１の実施形
態のようにして、この液層の遊離砥粒を金属層２に埋め
込み固定するようにしてもよい。

【００３１】次に、本発明による砥粒埋込装置及び方法
とこれを用いた研磨装置の第３の実施形態を説明する。

【００３２】この第３の実施形態も、先の第２の実施形
態と同様に、予め定盤１の金属層２上に砥粒または砥粒
を含む液層を均一な厚さで形成し、しかる後、可動部材
４を上下動させて金属層２に砥粒を埋め込んで固定砥粒
を形成するものであるが、この可動部材４の上下動によ
る砥粒の埋め込み動作のときにも、この金属層２上に砥
粒を含む加工液７を滴下し、砥粒を補給するものであ
る。

【００３３】この第３の実施形態も、上記第１，第２の
実施形態と同様の効果が得られる。

【００３４】図４は以上の実施形態に基づいて砥粒の埋
め込み作業を行なった場合の金属層の表面を走査線電子
顕微鏡で観察した結果を示すものであって、図５は、図
４の場合と同じ加工液７（図１）を用いる、埋め込み作
業時間を同じにするなど条件を同じにし、上記従来の方
法で砥粒の埋め込み作業を行なった場合の金属層の表面
を走査線電子顕微鏡で観察した結果を示すものである。

【００３５】図４及び図５を比較して明らかなように、
図４に示すこの実施形態の方が、砥粒が均一に埋め込ま
れていることがわかり、いずれの場合も、埋め込み作業
時間を１時間としたものであるが、図４に示すこの実施
形態の場合が、図５に示す従来の方法による場合の約４
倍砥粒密度が高かった。

【００３６】本発明による研磨装置の一実施形態として
は、上記砥粒埋込装置及び方法の機能を備えたものであ
って、以上のようにして、定盤１への砥粒の埋め込み作
業が終了すると、定盤１の表面を洗浄するなどして浮遊
砥粒を除去した後、これを研磨盤とし、図示しないが、
磁気ヘッドなどの加工物の研磨面をこの研磨盤１の金属
層２の表面に押し付け、砥粒を含まない加工液７をこの
研磨盤１に滴下しながら、研磨加工を行なうものであ
る。

【００３７】かかる実施形態では、研磨盤１に固定砥粒
が均一にかつ高密度で、微細な固定砥粒が形成できるも
のであるから、加工物の高い研磨加工精度が得られる
し、また、この加工物の加工面が異なる材料から成るも
のであっても、加工段差が発生することもない。

【００３８】なお、本発明による研磨装置の他の実施形
態としては、上記砥粒埋込装置及び方法の実施形態とは
別体のものであって、かかる砥粒埋込装置及び方法の実
施形態で砥粒が埋め込み固定された定盤１を、研磨盤と
して、使用するものである。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
定盤の表面に高密度にかつ均一に砥粒を埋め込む固定砥
粒化が実現可能となる。

【００４０】また、より微細な砥粒も高密度にかつ均一
に埋め込むことができるから、極めて平滑なかつ安定し
た表面研磨加工が可能となり、しかも、加工段差をなく
すことができ、磁気ヘッドなどの加工物の高品位な研磨
加工が可能になって、高品質の加工物を提供することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による砥粒埋込装置及び方法とこれを用
いた研磨装置の一実施形態を示す図である。

【図２】従来の砥粒埋め込み方法の原理を示す図であ
る。

【図３】図１に示した実施形態での砥粒埋込みの動作を
説明するための図である。

【図４】本発明による砥粒埋め込み法による砥粒の固定
化状態を示す写真図である。

【図５】従来の砥粒埋め込み法による砥粒をの固定化状
態示す写真図である。。

【符号の説明】

１ 定盤 ２ 金属層 ３ 固定部材 ４ 可動部材 ５ ガイド ６ モータ ７ 加工液 ８ 砥粒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古澤 賢司 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 CA01 CB03 5D111 GG12 JJ23 KK20

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工物を研磨加工する定盤の表面に砥粒
   を埋め込み固定する砥粒埋込装置であって、 該定盤を回転させる手段と、 該定盤の表面に対向して設置される可動部材と、 該可動部材を該定盤の表面に対して上下動させることに
   より、該定盤の表面に対向する該可動部材の表面と該定
   盤の表面との間の間隔を周期的に変化させる手段とを備
   え、該定盤の表面と該可動部材の該表面との間の遊離砥
   粒を、上下動する該可動部材により、該定盤の表面に埋
   め込み固定することを特徴とする砥粒埋込装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記可動部材が上下動することにより、該定盤の表面と
   該可動部材の該表面との間の間隔が、前記砥粒の大きさ
   よりも広い間隔と前記砥粒の大きさよりも狭い間隔との
   間を交互に繰り返し変化することを特徴とする砥粒埋込
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 回転する前記定盤の表面に砥粒を含む加工液を供給する
   手段を備え、 前記定盤の表面に該加工液を供給しながら、前記可動部
   材を上下動させることを特徴とする砥粒埋込装置。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３において、 前記定盤の表面に、前記可動部材を上下動させて前記定
   盤の表面への砥粒の埋め込みを行なう前に予め、砥粒も
   しくは砥粒を含有する液体が塗布されていることを特徴
   とする砥粒埋込装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４に記載のいずれか１つの砥
   粒埋込装置によって前記砥粒が埋め込み固定された前記
   定盤を加工物を研磨加工する研磨盤とすることを特徴と
   する研磨装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜４に記載のいずれか１つの砥
   粒埋込装置を備え、 該砥粒埋込装置によって砥粒が埋め込み固定された前記
   定盤を加工物の研磨盤とすることを特徴とする研磨装
   置。
7. 【請求項７】 加工物を研磨加工する定盤の表面に砥粒
   を埋め込み固定する砥粒埋込方法であって、 該定盤の表面に対向して可動部材を配置し、該可動部材
   の表面と該表面に対向する該定盤の表面との間の間隔を
   繰り返し変化させながら、該可動部材の該表面と該定盤
   の表面との間に遊離砥粒を供給し、該遊離砥粒を、該可
   動部材の上下動による該定盤側への押し込みにより、該
   定盤の表面に埋め込んで固定することを特徴とする砥粒
   埋込方法。
8. 【請求項８】 請求項７において、 前記定盤の表面と前記可動部材の前記表面との間の間隔
   を、前記砥粒の大きさよりも広い間隔と前記砥粒の大き
   さよりも狭い間隔との間を交互に繰り返し変化させるこ
   とを特徴とする砥粒埋込方法。
9. 【請求項９】 請求項７または８において、 前記可動部材を上下動させながら、前記定盤の表面に砥
   粒を含有する加工液を供給することを特徴とする砥粒埋
   込方法。
10. 【請求項１０】 請求項７，８または９において、 前記定盤は、前記可動部材を上下動させて前記定盤の表
    面への砥粒の埋め込みを行なう前に予め、砥粒もしくは
    砥粒を含有する液体が塗布されていることを特徴とする
    砥粒埋込方法。
11. 【請求項１１】 請求項７〜１０に記載の砥粒埋込方法
    のいずれか１つを用いて前記砥粒が埋め込み固定された
    前記定盤を加工物の研磨盤とすることを特徴とする研磨
    装置。