JP2006315088A

JP2006315088A - Ｐｃｄペレット研削砥石およびそれを用いて超硬合金製ワ−クを研削する方法

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Publication number: JP2006315088A
Application number: JP2005136937A
Authority: JP
Inventors: Junichi Isono; 純一磯野; Wataru Tsurue; 渉鶴江
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】樹脂フィルム押出成形に用いるＴ−ダイや塗膜流延Ｔ−ダイを構成する超硬合金製ブロック材の継ぎ目面となる研削面を砥石車縞跡や傷のない優れた鏡面光沢を有する面に超精密研削加工可能なディスク状ダイヤモンド砥石の提供。
【解決手段】円盤状基台５５の一方の表面に、直径５〜２０ｍｍ、高さ１〜１０ｍｍの円板状ダイヤモンド焼結体ペレット（ＰＣＤ）５０ａの複数を同心円上に等間隔に複数設けたディスク状研削砥石５０であって、前記円板状ダイヤモンド焼結体ペレットは、平均粒径１〜６μｍ、ＪＩＳ粒度２，５００〜８，０００番のダイヤモンド粒子を樹脂バインダ−で結合し、ペレット状に成型したものを焼結して得たダイヤモンド焼結体ペレットで形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、タイバ−カット、コネクタ−等の電子機器部品、塗膜流延ダイ、樹脂フィルム製造用押出機のＴ−ダイブロックの継ぎ面、鏡等の超硬材料製ワ−ク表面を表面粗さがＲａ０．００１〜０．００４μｍ、Ｒｙ０．０３〜０．０５μｍの鏡面まで研削可能なペレット状ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）研削砥石およびそのＰＣＤペレット研削砥石を用いて超硬材料製ワ−クを研削する方法に関する。

金型のブロック材の平坦化方法として、エメリ−紙を用いてワイヤ−切断された超硬合金製ブロック材（Ｖ３０，Ｖ４０，Ｖ５０）を研磨したり、平面研削装置を用い、クロムメッキステンレス、銅・ニッケルメッキステンレス、ステンレス等の金属製ワ−クを砥石車で平面研削して表面を平滑にすることは実施されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、超精密に研削されたこれらのワ−ク表面の表面粗さは、Ｒａ０．０２５〜０．２６μｍ、Ｒｙ０．２０〜０．２２μｍ、Ｒｚ０．１６〜０．１８μｍ程度であり、時にはワ−ク表面に砥石跡の縞模様が残ることもある。半導体ウエハの保護用フィルムの基材に用いられる樹脂フィルムや導光板偏光フィルム、反射フィルムに用いられる樹脂フィルム、あるいは塗料をＴ−ダイより流延させて形成させるフィルムは、厚みが３〜８μｍと薄いものも要求され、これらフィルムの製造に用いられる押出機のＴ−ダイ、流延ダイを構成するブロック材もその継ぎ目（併せ面）の表面粗さをより１／１０オ−ダ−小さい値の鏡面にし、押出成形された樹脂フィルムに流延斑が残らないことが要求されている。

鏡面の超硬合金の表面を得る研削方法として、鋳鉄ボンド砥石車に電解インプロセスドレッシング（ＥＬＩＤ）を付与し、超硬合金（ＳＫＤ１１）をＥＬＩＤ研削加工し、Ｒａ０．００８８μｍ、Ｒｙ０．０７６μｍの超精密研削ワ−クが得られたことが報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。

また、ＪＩＳ粒度１４０の粗粒ダイヤモンド焼結砥石（ＰＣＤ）を円周外縁周りに設けた砥石車を用い、超硬合金製ワ−クを研削方向直角に送り、次いで、超硬合金製ワ−クを間歇的に研削方向平行に送ることを繰返して０．１ｍｍの切り込み量で研削し、Ｒａが５ｎｍ（０．００５μｍ）、Ｒｙが３０ｎｍ（０．０３０μｍ）の超平滑研削ワ−クを得たことが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。

前記非特許文献は、いずれも砥石車を使用しているが、ワ−ク表面を傷つけることなく安定に良好な研削を行うことの可能なディスク状ダイヤモンドレジノイド研削砥石として、略円盤形状または略円筒形状の基台の上端面に厚みが１〜５ｍｍ、直径が３８０ｍｍの砥石層を付してなるディスク状研削砥石であって、前記砥石層の表面には半径方向に幅２〜５ｍｍの放射状溝が６条形成されており、溝内にはエポキシ系樹脂からなる溝形状維持部材が充填されているダイヤモンド超砥粒を含むレジンボンド研削砥石も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−４５９１３号公報（第３−８頁、図２参照）新世代加工システム（株）浅見宗明、理化学研究所大森整、山形豊、守安精、池上精工（株）三浦隆寛著、"テ−ブルトップ超精密４軸加工機の開発"、〔online〕、〔平成１７年４月２２日検索〕、インタ−ネットURL:http://www.micro.ne.jp/materials/TRIDER-X.html 安井平司著「精密工学会誌」、６９巻１２号、頁１７１３、２００３年１２月刊特開平１１−１８８６４２号公報（第２−３頁、図１参照）

非特許文献１に記載されるＥＬＩＤ研削加工は、既存の研削装置に電極およびＥＬＩＤ電源装置を新たに設ける必要があり、装置改造が必要とされる。非特許文献２の記載の方法は、砥石車の軌跡跡が研削されたワ−ク表面に残り、さらなる仕上研削または仕上研磨が必要である。特許文献２に記載のディスク状ダイヤモンドレジノイド砥石は、既存の縦型研削装置を利用できる利点があるが、研削加工の面粗さの仕上りが前記非特許文献のそれの約１０倍と悪く、さらなる仕上研削または仕上研磨が必要である。

本発明は、仕上用の超精密研削加工用砥石としてダイヤモンド砥石車に代えてディスク状のダイヤモンド研削砥石を用いてＲａ０．００１〜０．００４μｍ、Ｒｙ０．０３〜０．０５μｍの鏡面を有する超硬合金を与えることができるディスク状ダイヤモンド焼結体研削砥石の提供を目的とする。

請求項１の発明は、円盤状基台の一方の表面に、直径５〜２０ｍｍ、高さ１〜１０ｍｍの円板状ダイヤモンド焼結体ペレットの複数を隣接するペレット間の距離を少なくとも３ｍｍ以上離して同心円上に等間隔に複数設けたディスク状研削砥石であって、前記円板状ダイヤモンド焼結体ペレットは、平均粒径１〜６μｍ、ＪＩＳ粒度２，５００〜８，０００番のダイヤモンド粒子を樹脂バインダ−で結合し、ペレット状に成型したものを焼結して得たダイヤモンド焼結体ペレット（ＰＣＤ）で形成されていることを特徴とする、ＰＣＤペレット研削砥石を提供するものである。

請求項２の発明は、前記請求項１に記載のＰＣＤペレット研削砥石を用い、これをスピンドル軸にＰＣＤペレット層が下面を向くように取り付け、研削装置のワ−クテ−ブル上に載置された超硬合金製ワ−クの表面に研削剤を供給しつつ、前記スピンドル軸回りに回転するＰＣＤペレット研削砥石のＰＣＤペレットをワ−ク表面に押圧し、ＰＣＤペレットの一方向への送りをかけながらワ−クを切り込むことにより超硬合金ワ−ク表面を研削加工する方法を提供するものである。

ダイヤモンド研削砥石車やディスク状ダイヤモンドレジノイド砥石で粗研削加工することによりワ−ク（超硬合金）表面に生じた砥石車跡縞や傷も、本発明のＰＣＤペレット研削砥石による横方向の送りをかけた超精密研削加工により消滅し、超精密研削ワ−クの表面粗さの値は、超精密研削加工前の値の１／３〜１／６程度まで減少した優れた鏡面を呈する。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は超精密研削装置の平面図、図２は超精密研削装置の正面図、図３は超精密研削装置の側面図、図４は超精密研削装置のツ−ルヘッド部の部分拡大図、図５はＰＣＤペレット研削砥石の平面図、図６は図５におけるＩ−Ｉ断面図、および、図７は別の態様を示すＰＣＤペレット研削砥石の平面図である。

図１、図２および図３に示す超精密研削装置１において、２はフレ−ム、３は該フレ−ム上に設けられたワ−クテ−ブル、４はコラム、５はツ−ルヘッド、５０はディスク状ＰＣＤペレット研削砥石、６は取付部材、７は左右移動ツ−ルテ−ブル、８はツ−ルテ−ブル７を左右に走行させる移動駆動装置、９は研削液供給管（図示されてない）、１０はドレッサ、１１はサ−ボモ−タ、１２はエア−シリンダ、１３はＮＣ制御盤、および、１４はワ−クである。前記ツ−ルヘッド５は取付部材６によりコラム４の前面壁にボルト６１で固定されており、コラム４は左右移動ツ−ルテ−ブル７上に固定され、ツ−ルテ−ブル移動駆動装置８の駆動により図１および図２で仮想線で示されるように左右に移動する。このコラム４の移動によりコラム４に取り付けられているツ−ルヘッド５も図１および図２で仮想線で示されるように左右に移動する。

図４に示すように、ツ−ルヘッド５はスピンドル軸５１の下端に軸承されたディスク状ＰＣＤペレット研削砥石５０を備える。スピンドル軸５１はサ−ボモ−タ１１の回転駆動をモ−タ軸５３に取り付けられたタイミングプ−リ５４ａ、タイモングベルト５４ｂ、スピンドル軸５１に取り付けられたタイミングプ−リ−５４ｃを経由して伝達され、スピンドル軸５１の軸心回りに回転する。スピンドル軸５１の回転駆動装置５４は、これらサ−ボモ−タ１１、プ−リ−５４ａ，５４ｃ、タイミングベルト５４ｂにより構成される。

スピンドル軸５１は又、エア−シリンダ１２の駆動により上下方向に昇降可能となっており、超精密研削加工時にスピンドル軸５１の先端で軸承された基台５５の下面に設けられたディスク状ＰＣＤペレット５０ａでワ−ク１４表面を押圧・摺擦、切り込みを行う。

図５乃至図７に示すように、ディスク状ディスク状ＰＣＤペレット研削砥石５０は、直径５０〜３００ｍｍの円盤状基台５５の一方の表面に、直径５〜２０ｍｍ、高さ１〜１０ｍｍの円板状ダイヤモンド焼結体ペレットの複数を隣接するペレット間の距離を少なくとも３ｍｍ以上離して同心円上に等間隔に複数設けたディスク状研削砥石であって、前記円板状ダイヤモンド焼結体ペレットは、平均粒径１〜６μｍ、ＪＩＳ粒度２，５００〜８，０００番のダイヤモンド粒子を樹脂バインダ−で結合し、ペレット状に成型したものを焼結して得たダイヤモンド焼結体ペレット（ＰＣＤ）で形成され、このペレット５０ａはエポキシ樹脂接着剤、ポリイミド樹脂接着剤等の耐熱性接着剤で円盤状基台５５に固定される。ペレット固定後、このペレットの高さを同一とするため、ダイヤモンドドレッサを用いてドレッシングし、ペレット面を面一とする。

円盤状基台５５の中央部下面には、研削装置の砥石スピンドル軸５１に嵌合する円筒状空所５５ａと、研削装置の砥石フランジに設けられた止めピンが装着される空所５５ｃが、中央部上面にはＰＣＤペレット研削砥石をスピンドル軸５１に固定する止め具が挿入できる円筒状空所５５ｂが設けられている。

図５および図６に示すＰＣＤペレット研削砥石５０は、直径６０ｍｍ、高さ１６ｍｍの円盤状基台５５の中心より５０ｍｍ半径の所に直径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのダイヤモンド焼結体ペレット（ＰＣＤ）１２個を同心円状に等間隔に設置したものである。図７に示すＰＣＤペレット研削砥石５０は、直径１５０ｍｍ、高さ１６ｍｍの円盤状基台５５の中心より１４０ｍｍ半径の所に直径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのダイヤモンド焼結体ペレット（ＰＣＤ）２４個、１１０ｍｍ半径の所に直径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのダイヤモンド焼結体ペレット（ＰＣＤ）１６個、および８０ｍｍ半径のところに直径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのダイヤモンド焼結体ペレット（ＰＣＤ）１０個を同心円状に等間隔に設置したものである。隣接するペレット間の距離を３ｍｍ以上とすることにより研削時の研削液のワ−ク上での滞留を防ぎ、研削屑によりワ−クに傷が付くのを防ぐ。が好ましい。

前記のダイヤモンド焼結体ペレット５０ａは、例えば、平均粒径１〜６μｍ、ＪＩＳ粒度２，５００〜８，０００番のダイヤモンド粒子を少量（８〜２０容量％）の樹脂バインダ−で結合し、これを黒鉛型に充填し、パルス電流を流しながら通電加圧し、１，２８０〜１，３８０℃まで昇温し、同温度で２〜１０分間焼結し、ついで冷却して製造する。このペレット燒結体は、Ｈｖ硬度が約７，５００〜８，２００であり、ダイヤモンドのＨｖ硬度が約１，２００、超硬合金（ＷＣ−１０ｗｔ％Ｃｏ）のＨｖ硬度が約２，２００と比較すると硬いものである。

ダイヤモンド粒子としては、天然ダイヤモンド（Ｄ）、合成ダイヤモンド（ＳＤ）、Ｃｏ，Ｃｕ，Ｗ，Ｐｔ，Ａｌ等の金属で被覆された合成ダイヤモンド（ＳＤＣ）が使用できる。バインダ−樹脂としては、ベ−クライト樹脂（フェノ−ル樹脂）、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アセタ−ル樹脂等の熱硬化性樹脂が使用できる。このダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）ペレットは、結合度Ｌ〜Ｐ、集中度５５〜１２５の物性を示す。

研削液供給ノズル９は、前記ワ−クテ−ブル３上に載置されたワ−ク表面とこれに対向する前記ＰＣＤペレット研削砥石５０のＰＣＤペレット５０ａ面間に研削液を供給する。

ワ−ク１４素材の超硬材料としては、組成がＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ等の超硬合金（ＪＩＳ記号でＶ３０，Ｖ４０，Ｖ５０等のダイ用超硬合金）、Ｓ４５Ｃ、ＳＫＤ１１等のステンレスが挙げられる。

超精密研削装置１を用いて超硬合金製ワ−ク表面を超精密研削加工するには、ワ−クテ−ブル３上に治具により固定されたワ−ク１４の表面に研削液供給ノズル９より水溶性研削液を供給しつつ、８００〜１，８００ｍｉｎ^−１で回転しているスピンドル軸５１に軸承されているＰＣＤペレット研削砥石５０を図に示されていないサ−ボモ−タの駆動によりボ−ルネジを回転させ、ボ−ルネジに取り付けられ、ツ−ルテ−ブル７底面に固定されている螺合体を移動させることによりＰＣＤペレット研削砥石５０を一方向（図２では左側より右側方向）へ３００〜１，２００ｍｍ／分の速度で移動させつつワ−ク表面にＰＣＤペレットを当接させ、摺擦させて、切り込み量１〜５μｍの超精密研削加工を行う。
ワ−クテ−ブル３の右側（図２の右側仮想線位置）でスピンドル軸５１が逆方向（右側より左側方向）へ反転する際、ＰＣＤペレット５０ａがワ−ク表面から僅か（１〜２０μｍ）に離れる距離スピンドル軸５１上昇させ、ワ−ク研磨開始点位置（図２の中央の実線位置）までＰＣＤペレット研削砥石５０を左側方向へ移動させ、研削開始点位置までＰＣＤペレット研削砥石５０が戻ったら、再び、スピンドル軸５１を下降させることにより切り込みを掛けて、右方向への超精密研削加工を繰り返す。

前述のワ−クの一方向超精密研削加工を数回ないし数百回繰り返し、切り込み量が所望の切り込み量（例えば、１μｍ）の値となったらスピンドル軸をエア−シリンダ１２駆動で上昇させ、研削開始点まで戻し、超精密研削加工を終了する。

参考例１
ワ−クとして、長さ１２５０ｍｍ、幅３８０ｍｍ、高さ２２０ｍｍの超硬合金（Ｖ４０）製ブロック材を用い、このブロック材の幅部分の継ぎ目部分（図３で断面斜線を施した部分の表面部分）６０ｍｍ幅、長さ１２５０ｍｍを＃１５００番ダイヤモンドレジノイド砥石車（SD 1500 N 75 B B 3）で砥石回転速度１５００ｍｉｎ^−１で切り込み量５００μｍの研削（粗研削）加工した。粗研削された面には砥石車の縞跡が残っていた。研削面の表面粗さ（Ｆプロファイル）は、Ｒａが０．０１４７μｍ、Ｒｙが０．１２８μｍであった。

実施例１
図１に示す超精密研削装置のスピンドル軸５１に、ＰＣＤペレット研削砥石５０を軸承させた。この研削砥石５０は、図７に示す直径１５０ｍｍ、高さ１６ｍｍの円盤状基台５５の一方の表面に、直径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのＰＣＤペレット複数を同心円状に３周配置（ＰＣＤペレット研削砥石５０の研削面に対するＰＣＤペレット５０ａが占める面積割合は、２４％）したＰＣＤペレット研削砥石であって、前記ＰＣＤペレットは、平均粒径２μｍ、ＪＩＳ粒度６，０００番の合成ダイヤモンドをベ−クライト樹脂結合材を用いて成型したものを１３８０℃で焼結して製造した結合度Ｌ、集中度１００のＰＣＤペレットである。

このディスク状ダイヤモンドビトリファイドボンド研削砥石を備える超精密研削装置を用い、参考例１で得た粗研削面のワ−クの継ぎ目部（幅６０ｍｍ、長さ１２５０ｍｍ）を５μｍの切り込み量で超精密研削加工した（スピンドル回転数２００ｍｉｎ^−１、水溶性研削液を使用。）。超精密研削加工面の表面粗さ（Ｆプロファイル）は、Ｒａが０．００４３μｍ、Ｒｙが０．０５２μｍ、Ｒｚが０．０２８４μｍであった。ワ−クの前記砥石車縞跡は超精密研削加工により消滅しており、優れた鏡面を示していた。

比較例１
図１に示す超精密研削装置のスピンドル軸５１にディスク状ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石を軸承させた。この砥石は、砥石の中心点を通る深さ２ｍｍの溝３条を表面に有する厚み５ｍｍ、直径１２０ｍｍのディスク状ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石層を直径１２０ｍｍの円盤状基台の一方の表面に設けたものである。前記円板状ダイヤモンド超砥粒ビトリファイド砥石層は、平均粒径２μｍ、ＪＩＳ粒度６，０００番、結合度Ｎ、集中度１２０、ビトリファイドボンドの砥石で形成されている。

このディスク状ダイヤモンドビトリファイドボンド研削砥石をスピンドル軸に軸承した超精密研削装置を用い、参考例１で得た粗研削面のワ−クの継ぎ目部（幅６０ｍｍ、長さ１２５０ｍｍ）を１０μｍの切り込み量で超精密研削加工した（スピンドル回転数２００ｍｉｎ^−１、水溶性研削液を使用。）。超精密研削加工面の表面粗さ（Ｆプロファイル）は、Ｒａが０．００７２μｍ、Ｒｙが０．０６８μｍ、Ｒｚが０．０３１２μｍであった。ワ−クの前記砥石車縞跡は超精密研削加工により消滅し、ワ−ク表面は鏡面を呈するが、３箇所に微細な傷が見受けられた。

本発明のＰＣＤペレット研削砥石は、加工された超硬合金製ワ−クの表面粗さの値が、粗研削面のそれに較べて１／６〜１／３倍と非常に小さく、傷のない優れた光沢鏡面を呈する。

超精密研削装置の平面図である。超精密研削装置の正面図である。超精密研削装置の側面図である。超精密研削装置のツ−ルヘッド部の部分拡大図である。本発明のＰＣＤペレット研削砥石の平面図である。図５におけるＩ−Ｉ断面図である。別の態様を示すＰＣＤペレット研削砥石の平面図である。

符号の説明

１超精密研削装置
２フレ−ム
３ワ−クテ−ブル
４コラム
５ツ−ルヘッド
５０ディスク状ＰＣＤペレット研削砥石
５０ａＰＣＤペレット
５５円盤状基台
６取付部材
７左右移動ツ−ルテ−ブル
８ツ−ルテ−ブル移動駆動装置
１１サ−ボモ−タ
１２エア−シリンダ
１３ＮＣ制御盤
１４ワ−ク（Ｔ−ダイブロック材）

Claims

円盤状基台の一方の表面に、直径５〜２０ｍｍ、高さ１〜１０ｍｍの円板状ダイヤモンド焼結体ペレットの複数を隣接するペレット間の距離を少なくとも３ｍｍ以上離して同心円上に等間隔に複数設けたディスク状研削砥石であって、前記円板状ダイヤモンド焼結体ペレットは、平均粒径１〜６μｍ、ＪＩＳ粒度２，５００〜８，０００番のダイヤモンド粒子を樹脂バインダ−で結合し、ペレット状に成型したものを焼結して得たダイヤモンド焼結体ペレットで形成されていることを特徴とする、ＰＣＤペレット研削砥石。
請求項１に記載のＰＣＤペレット研削砥石を用い、これをスピンドル軸にＰＣＤペレット層が下面を向くように取り付け、研削装置のワ−クテ−ブル上に載置された超硬合金製ワ−クの表面に研削剤を供給しつつ、前記スピンドル軸回りに回転するＰＣＤペレット研削砥石のＰＣＤペレットをワ−ク表面に押圧し、ＰＣＤペレットの一方向への送りをかけながらワ−クを切り込むことにより超硬合金ワ−ク表面を研削加工する方法。