JP2004243465A

JP2004243465A - ダイヤモンドラップ定盤

Info

Publication number: JP2004243465A
Application number: JP2003035586A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Yamamoto; 義仁山本
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】板状の難削材の厚みのバラツキが少なく、平面度を高く研削できるダイヤモンドラップ定盤を提供する。
【解決手段】定盤１にダイヤモンドペレット２を複数個固着したダイヤモンドラップ定盤である。ラップ定盤の外周部と内周部には、研削砥３からなる複数のセグメント３がリング状に固着されている。これら外周部と内周部のセグメントに挟まれる領域にはダイヤモンドを結合材により結合したペレット２が固着されている。研削砥石としては、砥粒がＡｌ_２Ｏ_３系砥粒又はＳｉＣ系砥粒であって、結合度がＧからＪの砥石が挙げられる。ペレット２は、ダイヤモンド粒子を結合材で結合したもので、ラップ盤にほぼ均一に配置されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はラップ定盤に関するものである。特に、超硬合金、サーメット、アルチック、ガラス、サファイヤ、セラミックスなどの超高精密平面加工および鏡面加工に最適な超砥粒ラップ定盤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドラップ定盤は、ダイヤモンドペレットを同じ高さに、所望の位置に固着した研磨用の定盤である。ダイヤモンドラップ定盤の実際の使用方法を図４に示す。ラップ定盤は、研削機の回転軸を中心として、上定盤９と下定盤１０が各１個ずつ対向して具えられている。これら上下定盤９、１０の表面には、ダイヤモンドを結合した超砥粒ペレット２を所望のパターンで、同一高さに設けてある。ワーク８をワークキャリア７の穴に挿入し、外歯歯車１１と内歯歯車１２に噛み合わせて下定盤１０の上に載置する。上定盤９を、矢印ａのごとくそのワークキャリア７を介在して下定盤１０に下降する。次に、上定盤９、下定盤１０を矢印ｂ、ｃの方向に回転することにより、ワークキャリア７を回転させながら公転させて、ワーク８の上下両面を上定盤９、下定盤１０で研磨加工する。上定盤９、下定盤１０には給水孔（図示せず）が設けられ、この給水孔から研削液が供給され、スラッジなどが外周へ排出される。このとき、下定盤１０だけの片面研削する場合もある。
【０００３】
特許文献１は、ダイヤモンド砥粒を特定の結合材で結合した円盤状のダイヤモンドペレットをラップ定盤の外周と定盤の中心を結ぶ半径上に固着したラップ定盤を開示している。定盤の外周部と内周部にはペレットと同じ組成の円弧状ダイヤモンドセグメントが固着されている。また、ラップ定盤の全加工面に対するペレットの面積比が４０〜８０％の範囲内に設定されている。この構成のラップ定盤によれば、切れ味の持続性が高く、砥粒の脱落が少なく、高い加工圧力に対しても砥粒が結合材の中に埋没することがない。そして、最外周縁、最内周縁の超砥粒層の偏摩耗を抑制することができる。
【０００４】
特許文献２は、定盤本体表面に、超砥粒をボンド材で結合したペレットをラップ定盤の外周と定盤の中心を結ぶ半径上に、同じ高さに設けたラップ定盤を開示している。この超砥粒ラップ定盤は、研削面の内外周縁の少なくとも一方の超砥粒層の固着密度、又は超砥粒層の砥粒集中度を、その内外周縁で囲まれた部分より高くしている。このような構成とすることにより、最外周縁、最内周縁の超砥粒層の偏摩耗が抑制され、チッピングの少ない平面加工や鏡面加工を行うことができる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３０５０３７９号
図１、第１−２頁
【特許文献２】
特開平１１−１６５２５４号公報
図３、第２頁
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、ラップ定盤における最外周縁、最内周縁の超砥粒層の偏摩耗がある程度は抑制されるものの、特に難加工材をより早く、高い平面度、平行度に加工することは難しい。通常、ワークは外径：３０−２５０ｍｍ、内径：５−１５０ｍｍ、厚さ：０．０５−５ｍｍ程度の円盤状で、その材料はサーメットや超硬合金、セラミックスである。このような材料を、厚みのバラツキが５μｍ以下、ワークの歪が平面度２０μｍ以下に加工することは極めて難しい。
【０００７】
また、ワークキャリアの寿命も短いという問題がある。ワークキャリアは、定盤におけるペレットやセグメントの固着された加工面へ入る際と出る際に、高硬度のダイヤモンドペレットやダイヤモンドセグメントに衝突し、損傷する場合がある。この損傷に伴い、ワークキャリアに歪みが発生し、ペレットやセグメントの偏摩耗を促進する。その結果、高精度の研磨も行うことができないことになる。そして、最終的にはキャリアの破損に至ってしまう。
【０００８】
従って、本発明の主目的は、定盤に固着されたペレットやセグメントの偏摩耗を効果的に抑制し、高精度の研磨を実現できるダイヤモンドラップ定盤を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ダイヤモンドペレットとセグメントを組み合わせたラップ定盤において、このペレットよりも摩耗しやすいセグメントを組み合わせることで上記の目的を達成する。
【００１０】
すなわち、本発明ダイヤモンドラップ定盤は、定盤にダイヤモンドペレットを複数個固着したダイヤモンドラップ定盤であって、ラップ定盤の外周部と内周部に研削砥石からなる複数のセグメントがリング状に固着され、外周部と内周部の間はダイヤモンドペレットが固着されていることを特徴とする。
【００１１】
一般に、ラップ定盤の外周部や内周部は被削材との接触時間（研磨時間）が他のペレットに比較すると少なく、摩耗が進行しない。そこで、ダイヤモンドペレットに比較して摩耗が進行し易い研削砥石をラップ定盤の外周部や内周部に配し、中間部にダイヤモンドペレットを配することで、内外周部は被削材との接触時間が少ないにも関わらず、ラップ定盤のほぼ全面にわたって均一に摩耗させることができる。その結果、高精度の加工を行うことができる。研削砥石とは、ダイヤモンドおよびＣＢＮ以外を砥粒とする砥石で、例えばＪＩＳＲ６２１０のビトリファイド研削砥石、ＪＩＳＲ６２１２のレジノイド研削砥石、ＪＩＳＲ６２１９のマグネシア研削砥石のことである。より具体的には、砥粒がＡｌ_２Ｏ_３系砥粒又はＳｉＣ系砥粒であって、結合度がＬより柔らかい砥石である。より好ましくは、結合度がＪＩＳ規格によるＧからＪの砥石である。結合度ＧからＪの砥石は結合力が弱いので摩耗し易く、ダイヤモンドペレットと同じ速度で摩耗するので偏摩耗しない。
【００１２】
上記の定盤において、隣り合うセグメントの間に間隙があることが望ましい。この間隙から研削液やスラッジの排出が出来るので、加工精度、品質が向上する。これらのリングやセグメントの幅は、ワークの外径の１／１０〜２／３程度が適当である。１／１０より狭いとセグメントが早く摩耗し、２／３より広いとセグメントの摩耗が遅く段差が生じる。さらに、１／１０〜１／２程度が望ましい。
【００１３】
ダイヤモンドペレットの結合材は、銅４０−６５質量％、錫２５−５０質量％、黒鉛５−１８質量％を含む。この結合材は、黒鉛を含むので被削材との潤滑が良く、かつ黒鉛と金属との結合が弱いので研磨に従い結合材が後退し、いつも新しいダイヤモンド粒子が現れてダイヤモンドペレットの切れ味を維持することができる。ダイヤモンドペレットにおける好ましいダイヤモンドの含有量は、通常５〜７０容量％である。５容量％より少ないと加工速度が遅くなり、７０容量％を越えると砥石の強度が弱くなる。さらに、５〜５０容量％が好ましい。
【００１４】
一般的には、ダイヤモンドペレットと外周部及び内周部の研削砥石で構成されたセグメントの摩耗の度合いは、被削材の種類、被削材の大きさ、ダイヤモンドのペレットの密度、セグメントの幅などに依存する。しかしながら、上記した黒鉛を含有する結合材のペレットと研削砥石との組合せとすることで、研磨条件に関係なく偏摩耗の殆どないラップ定盤を提供することができる。
【００１５】
ペレットの密度を外周から内周にかけてほぼ均一にすることが好ましい。そうすることで偏摩耗がより減少する。具体的には、ペレットが定盤の回転軸を中心とする複数の同心円上に固着されていて、その最内周のペレット数が最も少ない配列が好適である。そして、任意のリング上のペレット数を、その１つ外側のリング上のペレット数以下とすることが好ましい。言い換えれば、任意のリング上のペレット数を、その１つ内側のリング上のペレット数以上とする。なお、後述する定盤の分割面形状や、研削液の給水孔の位置といった設計上の理由により、ペレット数は一部のリング上で上記の順にならないことがある。また、研削液の給水孔や、その他の都合で、ペレットの位置が同心円上から若干ずれてもかまわない。
【００１６】
定盤は複数に分割されていることが好ましい。分割数は、３個から８個が望ましい。定盤は鋳物で出来ているので、重量が大きく取り扱いが困難である。分割してあれば、個々の分割片の重量も軽くなり、取り扱いが容易になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本件発明に係るダイヤモンドラップ定盤の正面図である。定盤１は、ドーナツ状で、その表面には、多数の円盤状のダイヤモンドペレット２と、研削砥石からなる複数の円弧状のセグメント３とが配置されている。セグメント３は、定盤１の内周部と外周部に複数並列することでリング状に配列されている。このリング状に配されたセグメント３で囲まれる領域にはダイヤモンドペレット２が固着されている。ダイヤモンドペレット２は、定盤の中心５を同心とするリング状に配置されている。
【００１８】
図２は、図１を部分的に拡大した部分拡大正面図である。図１の定盤は、８個の分割定盤６からなる。セグメント３は、ひとつの分割定盤６に外周、内周それぞれに３個づつ配置され、セグメントの間は、隙間が開いている。この隙間から、研削液やスラッジなどが排出される。研削液は、分割定盤に設けられた給水孔１３から供給される。分割定盤６の扇の片側の側面にはペレットの形状に相当する凹凸が設けられ、隣り合う分割定盤を強固に組み合わせることが出来る。
【００１９】
図３は、別の例であるが扇を形成する側面には図２に示すような凹凸はなく直線で形成されている。形状が簡単なので、安価に定盤を加工することが出来る。
この例では、内周部と外周部には各々１個のセグメント３が固着され、このセグメント３は隣の分割定盤のセグメントとも隙間なく連続するように配列されている。
【００２０】
このようなラップ定盤は、図４に示した装置に装着されて、ワークの研磨に供される。すなわち、同一回転軸を有する上下の定盤を近接・離反可能に対向配置し、両定盤の間にワークの装着されたワークキャリアを配して、同キャリアを遊星運動させてワークの研磨を行なう。
【００２１】
ワークキャリアは以下のようにして寿命となる。ペレットやセグメントに偏摩耗に伴う凹凸があると、被削材やワークキャリアがそれに衝突する。そのときワークキャリアは、機械強度が弱いので先に曲がりが発生し、やがて破損する。その結果、被削材の破損などにつながる。先にも記載したとおり、本発明のラップ定盤は薄い材料を加工するので、ペレットやセグメントの凹凸はキャリア寿命を短くする。本発明の定盤はペレットやセグメントの凹凸が生じにくいので、ワークキャリアの寿命を長くすることができる。
【００２２】
（実施例１）
銅６０質量％、錫３５質量％、黒鉛５質量％からなる結合材と、平均粒径７０μｍのダイヤモンド砥粒とを集中度７５（約２０容量％）となるように混合し、この混合粉を金型に入れてホットプレスし、円柱状のいわゆるペレットを作製した。さらに、Ａｌ_２Ｏ_３を砥粒として、結合度がやわらかめのＧの砥石を用いてセグメントを作製した。これらを図２及び図３に示す鋳鉄製の８分割した定盤に接着剤により固着してダイヤモンドラップ定盤を作製した。定盤最外周の研削砥石からなるセグメントのサイズは、直径６００ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ８ｍｍ、最内周の研削砥石からなるセグメントのサイズは直径２３０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ８ｍｍ、ペレットのサイズは直径１３ｍｍ、厚さ８ｍｍである。
【００２３】
図２の分割定盤において、ペレットの数を内周側から数えると、７、８、８、９、９、１０、１１、１１、１２個である。したがってラップ定盤全体では、上記の数字を８倍した値のペレットが固着されていることとなる。すなわち、最内周のペレット４の数が最も少なく、任意のリング上のペレットの数が、その１つ外側のリング上のペレット数以下である。別な言い方をすれば、任意のリング上のペレットの数が、その１つ内側のペレット数以上である。この関係はペレットの直径とも密接に関係するが、取り扱いを考慮すると、この関係を満たすとき優れた性能を示す。この定盤を試料１とする。
【００２４】
図３の分割定盤において、ペレットの数を内周側から数えると、７、７、８、８、９、９、１１、１０、１２個である。したがってラップ定盤全体では、上記の数字を８倍した値となる。すなわち、最内周のペレット４の数が最も少なく、最内周と最外周の間に位置するリング上のペレットの数が、その１つ外側のリング上のペレット数以下であることを基本配列とする。ただし、外周から２番目と３番目のペレット数を比較すると１０個と１１個であり、ペレット数が逆転している。このように例外的にペレット数が逆転することは許される。この定盤を試料２とする。
【００２５】
（比較例）
比較例として、研削面の内外周縁に設けられたペレットの固着密度を、その内外周縁で囲まれた部分より高くした超砥粒ラップ定盤を作製した。最外周付近と最内周付近はワークを加工する時間が少なく、したがって、その部分のペレット、セグメントは摩耗量が少ない。すなわち摩耗は、ダイヤモンドラップ定盤の中央部で最も大きくなり、内周部と外周部では少なく、凹型に偏摩耗する。したがって外周部と内周部のペレットは、中央部のペレットと比較すると突き出ているので、加工中にワークキャリアやワークが外周部のペレット、セグメントやリングに突き当たることになる。例えば、超硬合金基板を一回加工すると、ダイヤモンドペレットの最大摩耗量は０．１ｍｍである。
【００２６】
上記試料１、２および比較例の３つのラップ定盤をそれぞれ両面ラップ盤に取り付け、ダイヤモンドドレスキャリアーでツルーイングして、ダイヤモンド層の平面度を３μｍ以下とした。次に、ＧＣ砥石によりドレッシングした後、外径１５０ｍｍ、厚み３．５ｍｍのＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金製基板を加工した。その際、ダイヤモンドラップ定盤の回転数は１分間に７０回転で、被削材に対する加工圧力は０．５ｋｇ／ｃｍ^２とした。
【００２７】
そして、加工された基板の平面度と平行度、ならびにキャリア寿命を評価した。厚みのばらつきは、マイクロメータで基板の厚みを１２箇所測定し、その最大値と最小値の差で示した。また、平面度は干渉縞測定器により求めた。キャリア寿命は、使用できた回数で示す。加工結果を表１に示す。試料１、２はいずれも比較例に比べて厚みのバラツキ、平面度ともに優れ、キャリア寿命も格段に長い。試料１の方が試料２よりキャリア寿命が長いのは、研削液の流れが良好で、切粉の排出がスムースでペレットが目詰まりしないことと、分割定盤を組み上げたときに剛性が高いからと考えられる。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ダイヤモンドラップ定盤によれば、ダイヤモンドペレットと研削砥石を用いたセグメントとで構成されたラップ定盤とすることにより、高精度の加工を行うことができる。特に、厚みのばらつきが５μｍ以下で、平面度が２０μｍ以下の高精度の加工を行うことができる。さらに、ワークキャリアの寿命を約４倍程度長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のダイヤモンドラップ定盤の正面図である。
【図２】図２は図１の部分拡大正面図である。
【図３】図３は図２と異なる本発明ダイヤモンドラップ定盤の部分拡大正面図である。
【図４】図４はダイヤモンドラップ定盤の使用方法の説明図である。
【符号の説明】
１ラップ定盤
２ダイヤモンドペレット
３セグメント
４最内周のペレット
５定盤の中心
６分割定盤
７ワークキャリア
８ワーク
９上定盤
１０下定盤
１１外歯歯車
１２内歯歯車
１３給水孔

Claims

定盤にダイヤモンドペレットを複数個固着したダイヤモンドラップ定盤であって、
前記ラップ定盤の外周部と内周部に研削砥石からなる複数のセグメントがリング状に固着され、
外周部と内周部の間はダイヤモンドペレットが固着されていることを特徴とするダイヤモンドラップ定盤。
前記研削砥石は、砥粒がＡｌ_２Ｏ_３系砥粒又はＳｉＣ系砥粒であって、結合度がＬより柔らかいことを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドラップ定盤。
隣り合うセグメントの間に間隙があることを特徴とする請求項１−２のいずれかに記載のダイヤモンドラップ定盤。
前記ダイヤモンドペレットの結合材が、銅４０−６５質量％、錫２５−５０質量％、黒鉛５−１８質量％からなることを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載のダイヤモンドラップ定盤。
前記ダイヤモンドペレットのダイヤモンドの含有量が５−７０容量％であることを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載のダイヤモンドラップ定盤。
前記ダイヤモンドペレットがラップ定盤上でほぼ均一に分布していることを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載のダイヤモンドラップ定盤。
前記ダイヤモンドペレットが定盤の中心の同心円上に固着されていて、その最内周のリング上のペレット数が最も少ないことを特徴とする請求項１−６のいずれかに記載のダイヤモンドラップ定盤。
任意のリング上のペレット数が、その１つ外側のリング上のペレット数以下であることを特徴とする請求項７に記載のダイヤモンドラップ定盤。
定盤が分割されていることを特徴とする請求項１−８のいずれかに記載のダイヤモンドラップ定盤。