JP2012152881A - 超砥粒ホイールおよびそれを用いた研削加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超砥粒層には分散して配置された小径気孔と、分散して配置された球状の大径気孔を含む。
球状の大径気孔を含むことにより、超砥粒層が摩耗する過程において、超砥粒層に露出する気孔の総面積がほぼ一定であるので、超砥粒層が工作物に作用する面積が変化しないため研削抵抗値が低い値で安定する。
球状の大径気孔は、断面が略円形または略楕円形であり、その短径aと長径bの比a/bの平均値(以下、「真球度」という。)が0.5以上1以下のものを指す。大径気孔の真球度は、0.6〜1.0であることが好ましく、0.8〜1.0であることがより好ましい。
【選択図】なし
Description
本発明は、超砥粒層に均一分散して配置された球状の大径気孔を含むことにより、超砥粒層が摩耗する過程において、超砥粒層に露出する気孔の総面積がほぼ一定であるので、超砥粒層が工作物に作用する面積が変化しない特長がある。従って、研削加工を継続しても、常に切れ味が良好で、研削抵抗値が低い値で安定する特長を有する。
本発明には、公知の組成のビトリファイドボンドを適用することができる。例えば、特開昭54−39292号公報の特許請求の範囲に開示されている以下の組成のビトリファイドボンドを適用することが可能である。
SiO2:40〜60質量%、AL2O3:2〜14質量%、B2O3:9〜25質量%、P2O5:1〜8質量%、RO(ROは、CaO、MgO、およびBaOより選ばれる1種類以上の酸化物):3〜14質量%、R2O(R2Oは、Li2O、Na2OおよびK2Oより選ばれる1種類以上の酸化物):2〜4質量%、ZrO2:2〜20質量%
より具体的には、特開昭54−39292号公報の実施例1に開示されている表1のNo.1〜No.8の組成のビトリファイドボンドを適用することができる。言うまでもなく、本発明に適用できるビトリファイドボンドは、これらの組成に限定されることはなく、その他の公知の組成であっても適用可能である。
真球度を測定するには、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールの超砥粒層をダイヤモンドドレッサによって精度よくツルーイングする。そしてツルーイング完了後の超砥粒層の表面に露出した気孔の100カ所について、短径aと長径bを測定し、その比a/bの平均値を真球度とする。
なお、小径気孔の形状については、球状であっても、不規則な形状であってもよく、特に形状については問わない。その理由は、本発明において小径気孔の形状は研削特性にほとんど影響を及ぼさないからである。
本発明のビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおける気孔は、研削特性に大きな影響を与える要素であり、小径気孔の平均気孔径は0.1〜15μm、大径気孔の平均気孔径は20〜200μmであることが好ましい。
なお、小径気孔の平均気孔径は0.1μm未満では冷却効率が低下するので好ましくなく、また15μmを越えるとボンドブリッジの強度が低下するので好ましくない。
さらに、大径気孔の平均気孔径が20μm未満では切り屑が目詰まりし易くなるので好ましくなく、また200μmを越えると研削面の表面粗さが粗くなるので好ましくない。
気孔径を測定するには、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールの超砥粒層をダイヤモンドドレッサによって精度よくツルーイングする。そしてツルーイング完了後の超砥粒層の表面に露出した気孔の100カ所について、気孔に外接する円を測定し、その円の直径の平均値を平均気孔径とする。
なお、小径気孔と大径気孔の合計容量が超砥粒層に占める割合が40容量%未満では、発明の十分な効果が得られないため好ましくなく、80容量%を越えるとビトリファイドボンド超砥粒ホイールの強度が著しく低下するので好ましくない。
気孔形成剤は球状で、焼成過程で消失する材質が好ましい。材質としては、樹脂、カーボン、無機質の中空体などが好ましい。
さらに、気孔形成剤は球状であることが好ましい。本発明において、球状とは、断面が略円形または略楕円形であり、その短径aと長径bの比a/bの平均値(以下、「真球度」という。)が0.5以上1以下のものを指す。従って、厳密な真球状、楕円球状などの、断面が数学的に厳密な円または楕円になる様な立体形状を、要求するものではない。本発明において用いられる気孔形成剤の真球度は、0.8〜1.0であることが好ましく、0.9〜1.0であることがより好ましい。
真球度を測定する際には、気孔形成剤が樹脂中に分散して硬化したものを平面に研磨して、その断面観察を行うことにより測定する。研磨完了後に樹脂の表面に露出した気孔形成剤の100カ所について、短径aと長径bを測定し、その比a/bの平均値を真球度とする。
ビトリファイドボンドの軟化温度が600℃未満では超砥粒の保持力が低下するために好ましくなく、900℃を越えると超砥粒が熱損傷を受けるので好ましくない。
ビトリファイドボンドは、表1のNo.1を用いた。即ち、ビトリファイドボンドの組成は以下の通りである。
SiO2:51.4質量%、AL2O3:11質量%、B2O3:17.8質量%
P2O5:5.2質量%、RO(ROは、CaO、MgO、およびBaOより選ばれる1種類以上の酸化物):6.2質量%、R2O(R2Oは、Li2O、Na2OおよびK2Oより選ばれる1種類以上の酸化物):3.1質量%、ZrO2:5質量%、その他:0.3質量%
超砥粒としては、平均粒径2μmのダイヤモンド砥粒を用い、気孔形成剤として材質は樹脂、形状は球状で平均粒径100μmのものを用いた。
ビトリファイドボンドを20容量%と、ダイヤモンド砥粒を40容量%と、気孔形成剤を40容量%と、公知のバインダーを加えて混合した後、チップ状の成形体にプレスで成形し、大気雰囲気において脱バインダー処理を行い、引き続いて大気雰囲気において温度850℃で焼成を行った。
焼成の完了したチップは、接着剤を用いてアルミニウム合金製の台金に接着し、その後、在来砥石を用いてツルーイング・ドレッシングを行い、実施例1のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを完成させた。
ホイールのサイズは外径200mm、超砥粒層の幅は4mm、超砥粒層の厚みは5mmのセグメント型カップホイール(JIS B4131 6A7S型)である。
完成したビトリファイドボンドダイヤモンドホイールの小径気孔の平均気孔径は5μm、大径気孔の平均気孔径は100μm、小径気孔と大径気孔の合計容量が超砥粒層に占める割合は60容量%であった。
この実施例1のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを縦型ロータリーテーブル方式の平面研削盤に取り付け、シリコンエウハの研削加工を行って、本発明の効果を確認した。
研削加工を行ったところ、切れ味は良好で安定しており、しかも、超砥粒層の厚み方向の摩耗量も少なかった。研削加工終了後に超砥粒層の厚み方向の摩耗量を測定したところ1μmであった。また、研削加工中の主軸モーターの電流値は7.2Aであった。
ここで平均粒径は、株式会社島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置SALDシリーズで測定した平均粒径をいう。
一方、比較例1のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールは、気孔形成剤として材質は樹脂、形状は不規則形状で平均粒径120μmのものを用い、その他はすべて実施例1と同じ仕様、条件で比較例1のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを完成させた。
そして実施例1と同様の研削加工を行ったところ、切れ味は不安定で、しかも、超砥粒層の厚み方向の摩耗量も大きかった。研削加工終了後に超砥粒層の厚み方向の摩耗量を測定したところ1.2μmであった。また、研削加工中の主軸モーターの電流値は8.5Aであった。
実施例1、比較例1の結果を表2に示す。
Claims (7)
- 超砥粒をビトリファイドボンドによって結合した超砥粒層を有するビトリファイドボンド超砥粒ホイールであって、
前記超砥粒層には分散して配置された小径気孔と、球状の大径気孔を含むことを特徴とする、有気孔のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。 - 前記小径気孔の平均気孔径は0.1〜15μm、前記大径気孔の平均気孔径は20〜200μmであることを特徴とする、請求項1記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
- 前記小径気孔と、前記大径気孔の合計容量が超砥粒層に占める割合は、40〜80容量%であることを特徴とする、請求項1または2記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
- 前記大径気孔は球状の気孔形成剤によって形成されていることを特徴とする、請求項1から3記載のいずれか1項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
- 前記ビトリファイドボンドの軟化温度は600〜900℃であることを特徴とする、請求項1から4記載のいずれか1項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
- シリコン、サファイヤおよび化合物半導体等の各種ウエハの研削加工に用いられることを特徴とする、請求項1から5記載のいずれか1項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
- 請求項1から5記載のいずれか1項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイールを用いてシリコン、サファイヤおよび化合物半導体等の各種ウエハを研削加工する方法。
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