JP3320194B2

JP3320194B2 - 電解ドレッシング研削方法及び装置

Info

Publication number: JP3320194B2
Application number: JP07827194A
Authority: JP
Inventors: 整大森
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1994-04-18
Publication date: 2002-09-03
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JPH07285071A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電解ドレッシング研削
方法及び装置に係わり、更に詳しくは導電性レジンボン
ド砥石によるＥＬＩＤ研削方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルボンド砥石、例えば鋳鉄ファイバ
ボンドダイヤモンド砥石等の導電性砥石を用い、この砥
石に電圧を印加し、砥石を電解によりドレッシングする
導電性砥石の電解ドレッシング方法及び装置が、本願と
同一の出願人による特開平１-１８８２６６号（特願昭
６３-１２３０５号）に開示され、電子材料であるシリ
コン等の半導体材料を鏡面研削することに成功してい
る。更に、この方法及び装置を発展させた電解インプロ
セスドレッシング研削法（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ
ＩｎｐｒｏｃｅｓｓＤｒｅｓｓｉｎｇ：以下ＥＬＩＤ
研削法という）と呼ばれる方法及び装置が本願出願人に
より開発され、発表されている（理研シンボジウム「鏡
面研削の最新技術動向」、平成３年３月５日開催）。

【０００３】このＥＬＩＤ研削法は、ワークとの接触面
を有する砥石と、砥石と間隔を隔てて対向する電極と、
砥石と電極との間に導電性液を流すノズルと、砥石と電
極との間に電圧を印加する印加装置（電源及び給電体）
とからなる装置を用い、砥石と電極との間に導電性液を
流しながら、砥石と電極との間に電圧を印加し、砥石を
電解によりドレッシングするものである。

【０００４】このＥＬＩＤ研削法によるドレッシングの
機構を図１１に示す。砥石の目立て開始時（Ａ）には、
砥石と電極との間の電気抵抗が少なく比較的大きい電流
（５〜１０Ａ）が流れる。これにより、電解効果により
砥石表面の金属部（ボンド）が溶解し、非導電性のダイ
ヤモンド砥粒が突出する。更に、通電を続けると、酸化
鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）を主とした絶縁被膜（不導体被膜）が砥
石表面に形成され、砥石の電気抵抗が大きくなる。これ
により、電流が低下し、ボンドの溶解が減り、砥粒の突
出（砥石の目立て）が実質的に終了する（Ｂ）。この状
態で研削を開始する（Ｃ）と、被膜が研削屑を遊離しつ
つ、ワークの研削につれてダイヤモンド砥粒が摩耗して
いく。更に研削を続けると（Ｄ）、砥石表面の不導体被
膜が摩耗により除去され、砥石の電気抵抗が低下し、砥
石と電極間の電流が増大し、ボンドの溶解が増し、砥粒
の突出（砥石の目立て）が再開される。従って、ＥＬＩ
Ｄ研削法による研削中には、（Ｂ）〜（Ｄ）のように被
膜の形成・除去によりボンドの過溶出が抑えられ、砥粒
の突出（砥石の目立て）が自動的に調整される。（Ｂ）
〜（Ｄ）に示したサイクルを以下ＥＬＩＤサイクルと呼
ぶ。

【０００５】上述したＥＬＩＤ研削法では砥粒を細かく
してもＥＬＩＤサイクルによる砥石の目立てにより砥石
に目詰まりが生じないので、砥粒を細かくすれば鏡面の
ような極めて優れた加工面を研削加工により得ることが
できる。従って、ＥＬＩＤ研削法は、高能率研削から鏡
面研削に至るまで砥石の切れ味を維持でき、種々の研削
加工への適用が期待されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したＥＬ
ＩＤ研削法では、砥石のボンドが弾性のない硬い金属で
あるため、研削時にワークのエッジが欠ける「チッピン
グ」や、欠けたチップによりワークに傷がつく「スクラ
ッチ」等が生じやすい問題点があった。また、このた
め、上述したＥＬＩＤ研削では、得られる鏡面がＲｍａ
ｘ１８〜２０ｎｍ程度以下であり、それ以上高品質の鏡
面を得ることができない問題点があった。

【０００７】そのため、従来はこれ以上高品質の鏡面を
得るために、ポリッシング等の別の手段を併用する必要
があり、ＥＬＩＤ研削による高能率研削が相殺されてし
まい、全体の加工時間がかかりすぎる問題点があった。

【０００８】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、チ
ッピングやスクラッチが生じにくく高品質の鏡面を得る
ことができる電解ドレッシング研削方法及び装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、導電性
砥石（２）と電極（３）との間に導電性液を流しなが
ら、砥石と電極との間に電圧を印加し、砥石を電解によ
りドレッシングしながらワーク（１）を研削する電解ド
レッシング研削方法において、砥石を構成する金属粉に
導電性被膜を形成しにくい材料として、銅、真鍮、或い
はその他の銅合金を使用し、５割以上の前記金属粉と残
部の弾性のあるレジンからなるボンド材と、平均粒径１
μｍ以下の砥粒とを混合し、加熱溶融させて導電性砥石
（２）を形成し、電解ドレッシングにより砥石表面の金
属粉を脱落させて砥石表面に凹孔を形成し、同時に、砥
石をワークに一定の圧力で押付けながらワークを研削す
る、ことを特徴とする電解ドレッシング研削方法が提供
される。

【００１０】また、本発明によれば、ワーク（１）との
接触面を有する導電性砥石（２）と、該砥石と間隔を隔
てて対向する電極（３）と、砥石と電極との間に導電性
液を流すノズル（４）と、砥石と電極との間に電圧を印
加する印加装置（５）とからなり、砥石を電解によりド
レッシングしながらワークを研削する電解ドレッシング
研削装置において、導電性砥石（２）は、導電性被膜を
形成しにくい材料として、銅、真鍮、或いはその他の銅
合金を砥石を構成する金属粉に使用し、５割以上の前記
金属粉と残部の弾性のあるレジンからなるボンド材と、
平均粒径１μｍ以下の砥粒とを混合し、加熱溶融させて
形成したものであり、これにより、電解ドレッシングに
より砥石表面の金属粉を脱落させて砥石表面に凹孔を形
成し、同時に、砥石をワークに一定の圧力で押付けなが
らワークを研削する、ことを特徴とする電解ドレッシン
グ研削装置が提供される。

【００１１】

【作用】上述したように従来のＥＬＩＤ研削では、導電
性を得るためメタルボンド砥石（例えば鋳鉄ファイバボ
ンドダイヤモンド砥石）を砥石として使用していた。し
かし、メタルボンド砥石は、鋳鉄等の金属粉末（ボンド
材）と砥粒を焼結して形成したものであり、ボンド材が
金属であり硬く剛性が高いため、「チッピング」や、
「スクラッチ」が避けられないものと一般に考えられて
いた。

【００１２】しかし、本願発明者は、ボンド材を金属粉
とレジンから構成し、従来の焼結ではなく加熱溶融によ
り、金属粉を互いにブリッジ状に連結させて導電性を保
持し、かつレジンにより弾性を得ることができることを
実験により確認した。本発明はかかる新規の目的と新規
の知見に基づくものである。すなわち、上述した本発明
の方法及び装置によれば、５割以上の金属粉と残部の弾
性のあるレジンからなるボンド材と、平均粒径１μｍ以
下の砥粒とを混合し加熱溶融させることにより、可撓性
がありかつ導電性の砥石を形成することができ、この砥
石を用いてＥＬＩＤ研削を行うことができる。また、ボ
ンド材が弾性のあるレジンを含んでいるので、この砥石
をワークに一定の圧力で押付けながらワークを研削する
ことにより、レジンの衝撃吸収性や弾性により、チッピ
ングやスクラッチを低減し、加工面（研削面）の品質を
高めることができる。特に、金属粉に銅、真鍮、或いは
その他の銅合金の不導体被膜を形成しにくい材料を使用
し、電解ドレッシングにより砥石表面の金属粉を脱落さ
せて砥石表面に凹孔を形成することができるので、この
凹孔（ポケット）がチップポケットとして作用し、スク
ラッチを更に減少させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は、本発明による電解ドレッシング
研削装置の全体構成図である。図１（Ａ）において、電
解ドレッシング装置は、ワーク１との接触面を有する導
電性砥石２（工具）と、砥石２と間隔を隔てて対向する
電極３と、砥石２と電極３との間に導電性液を流すノズ
ル４と、砥石２と電極３との間に電圧を印加する印加装
置５とからなり、砥石２と電極３との間に導電性液を流
しながら、砥石２と電極３との間に電圧を印加し、砥石
２を電解によりドレッシングしながらワーク１を研削す
るようになっている。印加装置５は、電源５ａと給電体
５ｂとからなる。また、図１（Ｂ）に示すように、給電
体５ｂは、砥石２の下面又は側面に接触し、砥石２を介
して砥石２と電極３間に電圧を印加するようになってい
る。かかる構成は従来のＥＬＩＤ研削装置と同様であ
る。

【００１４】本発明における導電性砥石２は、平均粒径
１μｍ以下の砥粒とこれを固定するボンド材とからな
り、ボンド材は金属粉とレジンからなる。砥粒は、ダイ
ヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒又はＣｅＯ₂（酸化セリウ
ム）、ＳｉＯ₂（シリカ）の砥粒であるのがよい。ま
た、ボンド材は５割以上の金属粉を含み、更に好ましく
は約７割の金属粉を含んでいる。金属粉は、不導体被膜
を形成しにくい材料が好ましく、例えば銅、真鍮、或い
はその他の銅合金が好ましい。しかし、本発明はこれに
限定されず、金属粉として鋳鉄、鉄系金属、コバルト、
ニッケル、及びこれらの合金を用いてもよい。また、レ
ジンは、分子量不確定の固体有機物質、すなわち天然樹
脂又は合成樹脂であり、熱可塑性樹脂がよく、特にフェ
ノール系樹脂レジンが好ましい。かかる構成により、金
属粉を互いにブリッジ状に連結させて導電性を保持し、
かつレジンにより弾性を得ることができる。

【００１５】また、本発明の方法によれば、５割以上の
金属粉とレジンからなるボンド材と平均粒径１μｍ以下
の砥粒とを混合し、加熱溶融させて導電性砥石２を形成
し、この砥石２をワーク１に一定の圧力で押付けながら
ワーク１を研削する。すなわち、金属粉とレジンからな
るボンド材と砥粒とを混合し加熱溶融させることによ
り、導電性砥石を形成することができ、この砥石を用い
てＥＬＩＤ研削を行うことができる。また、ボンド
材がレジンを含んでいるので、この砥石２をワーク１に
一定の圧力で押付けながらワークを研削することによ
り、レジンの衝撃吸収性や弾性により、チッピングやス
クラッチを低減し、加工面（研削面）の品質を高めるこ
とができる。更に、前記金属粉に不導体被膜を形成しに
くい材料を使用し、ドレッシングにより砥石表面の金属
粉を脱落させて砥石表面に凹孔を形成することが好まし
い。これにより、この凹孔（ポケット）がチップポケッ
トとして作用し、スクラッチを更に減少させることがで
きる。

【００１６】実施例１図２及び表１に示す図１と同様のＥＬＩＤ研削装置を使
用し、表２に示す砥石を用いてＥＬＩＤ研削を実施
した。表２における導電性レジンボンド砥石は、銅及び
レジンをボンド材の主成分とし、本発明の方法により製
造した。なおこのボンド材は、金属粉（銅）を５割以上
含んでいる。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】図３〜図６は、実施例１の実験結果であ
り、図３は電解ドレッシングの挙動、図４は不導体被膜
厚の相違、図５は研削抵抗の相違、図６は研削面粗さの
相違を示している。図３において、メタルボンド砥石Ａ
１，Ａ２では、比較的穏やかに電流が低下するのに対し
て、導電性レジンボンド砥石Ｂ１，Ｂ２では急激な電流
低下の後、かなり低い電流値で安定する。またこの図か
ら、本発明による導電性砥石（導電性レジンボンド砥
石）によっても、ＥＬＩＤ研削が可能であることがわか
る。

【００２０】また図４から、導電性レジンボンド砥石で
は、メタルボンド砥石（複合メタルボンド）に較べ被膜
厚が薄いことがわかる。更に、砥石表面の観察から、導
電性レジンボンド砥石では、表面の金属分が溶出した
後、その部分に凹孔（ポケット）が形成されていること
がわかった。図５において、メタルボンド砥石Ａに較
べ、導電性レジンボンド砥石Ｂによる研削動力の方が高
いが、いずれの砥石でも目づまり等が生じることなく安
定してＥＬＩＤ研削を行うことができた。

【００２１】また、図６から、導電性レジンボンド砥石
Ｂでは、仕上げ面粗さがメタルボンド砥石の約３倍程度
良好であり、＃１２００の砥粒でも０．１μｍＲｍａｘ
程度の高品質の鏡面を得ることができることが確認さ
れた。

【００２２】実施例２図１及び表３に示すＥＬＩＤ研削装置を使用し、表
４に示す砥石を用いてＥＬＩＤ研削を実施した。表４
における導電性レジンボンド砥石は、銅及びレジンをボ
ンド材の主成分とし、本発明の方法により製造した。導
電性レジンボンド砥石は、銅３、レジン７の比率、導
電性レジンボンド砥石及びは銅７、レジン３の比率
である。また、砥粒には導電性レジンボンド砥石で
は＃１００００（平均粒径１μｍ以下）のＣｅＯ₂（酸
化セリウム）、導電性レジンボンド砥石では＃１２０
００のＳＤ（人造ダイヤモンド）を用いた。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】図７〜図１０は、実施例２の実験結果であ
り、図７は電解ドレッシングの挙動、図８は酸化セリウ
ム砥石による鏡面研削効果、図９はダイヤモンド砥石に
よる鏡面研削効果、図１０は導電性レジンボンド砥石の
表面状態を示している。図７において、金属含有量が多
い導電性レジンボンド砥石では、電解電流が穏やかに
低下し、レジン含有量が多い砥石では急激な電流低下
の後、かなり低い電流値で安定した。また、いずれの導
電性レジンボンド砥石〜でも、安定したＥＬＩＤ研
削が可能であった。

【００２６】＃４０００鋳鉄ファイバボンドダイヤモン
ド砥石による前加工面を、導電性レジンボンド砥石を
用いてシリコンのＥＬＩＤ研削を行った。この結果、図
８（Ａ）に示すように、前加工面粗さ１２ｎｍＲａ、１
００ｎｍＲｍａｘ前後が、３ｎｍＲａ、１９ｎｍＲｍ
ａｘ前後まで向上した。同様に、導電性レジンボンド砥
石を用いてＥＬＩＤ研削を行ったところ、図８（Ｂ）
に示すように、４ｎｍＲａ、２５ｎｍＲｍａｘ前後まで
しか加工面粗さが向上しなかった。従って、図８の結果
から、ボンド材は５割以上の金属粉を含むのがよく、更
に、約７割の金属粉を含むのが更に好ましいことがわか
った。

【００２７】次に、導電性レジンボンド砥石３によ
り、＃４０００によるシリコンの加工面をＥＬＩＤ
研削し、図９Ａに示すように、２ｎｍＲａ、１５ｎｍＲ
ｍａｘの良好な鏡面を得た。また、同様に導電性レジン
ボンド砥石３により超硬合金をＥＬＩＤ研削し、
図９Ｂに示すように、２ｎｍＲａ、１３ｎｍＲｍａｘ前
後の良好な鏡面を得た。これにより、導電性レジンボン
ド砥石の砥粒は、＃１００００以上（平均粒径１μｍ以
下）のＣｅＯ₂、或いは＃１２０００以上のＳＤが好ま
しいことがわかった。また、砥石の表面を観察した結
果、導電性レジンボンド砥石の表面に、図１０に模式的
に示す凹孔（ポケット）が形成されており、このポケッ
トがチップポケットとして作用していると想定すること
ができる。

【００２８】なお、上述した実施例１、２と相違し、Ｅ
ＬＩＤ研削でない場合には、上述の導電性レジンボンド
砥石〜を用いても目詰まりが生じやすく、効率的な
研削がほとんどできず、かつ鏡面は得られなかった。

【００２９】上述したように、本発明は、ボンド材を金
属粉とレジンから構成し、従来の焼結ではなく加熱溶融
により、金属粉を互いにブリッジ状に連結させて導電性
を保持し、かつレジンにより弾性を得ることができるこ
とを実験により確認した新規の目的と新規の知見に基づ
くものである。すなわち、上述した本発明の方法及び装
置によれば、５割以上の金属粉とレジンからなるボンド
材と平均粒径１μｍ以下の砥粒とを混合し加熱溶融させ
ることにより、導電性砥石を形成することができ、この
砥石を用いてＥＬＩＤ研削を行うことができる。また、
ボンド材がレジンを含んでいるので、この砥石をワーク
に一定の圧力で押付けながらワークを研削することによ
り、レジンの衝撃吸収性や弾性により、チッピングやス
クラッチを低減し、加工面（研削面）の品質を高めるこ
とができる。特に、金属粉に銅、真鍮、或いはその他の
銅合金の不導体被膜を形成しにくい材料を使用し、ドレ
ッシングにより砥石表面の金属粉を脱落させて砥石表面
に凹孔を形成することにより、この凹孔（ポケット）が
チップポケットとして作用し、スクラッチを更に減少さ
せることができる。

【００３０】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】上述したように本発明の電解ドレッシン
グ研削方法及び装置は、チッピングやスクラッチが生じ
にくく高品質の鏡面を得ることができる、優れた効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電解ドレッシング研削装置の全体
構成図である。

【図２】図１と同様のＥＬＩＤ研削装置の全体構成
図である。

【図３】実施例１における電解ドレッシングの挙動図で
ある。

【図４】不導体被膜厚の相違を示す図である。

【図５】研削抵抗の相違を示す図である。

【図６】研削面粗さの相違を示す図である。

【図７】実施例２における電解ドレッシングの挙動図で
ある。

【図８】酸化セリウム砥石による鏡面研削効果を示す図
である。

【図９】ダイヤモンド砥石による鏡面研削効果を示す図
である。

【図１０】導電性レジンボンド砥石の表面状態を示す模
式図である。

【図１１】ＥＬＩＤ研削法におけるＥＬＩＤサイ
クルを示す説明図である。

【符号の説明】

１ワーク２導電性砥石３電極４ノズル５印加装置５ａ電源５ｂ給電体

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 53/00 B24D 3/02 B24D 3/06 B24D 3/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性砥石（２）と電極（３）との間に
導電性液を流しながら、砥石と電極との間に電圧を印加
し、砥石を電解によりドレッシングしながらワーク
（１）を研削する電解ドレッシング研削方法において、砥石を構成する金属粉に導電性被膜を形成しにくい材料
として、銅、真鍮、或いはその他の銅合金を使用し、５割以上の前記金属粉と残部の弾性のあるレジンからな
るボンド材と、平均粒径１μｍ以下の砥粒とを混合し、
加熱溶融させて導電性砥石（２）を形成し、電解ドレッシングにより砥石表面の金属粉を脱落させて
砥石表面に凹孔を形成し、同時に、砥石をワークに一定
の圧力で押付けながらワークを研削する、ことを特徴と
する電解ドレッシング研削方法。
【請求項２】ワーク（１）との接触面を有する導電性
砥石（２）と、該砥石と間隔を隔てて対向する電極
（３）と、砥石と電極との間に導電性液を流すノズル
（４）と、砥石と電極との間に電圧を印加する印加装置
（５）とからなり、砥石を電解によりドレッシングしな
がらワークを研削する電解ドレッシング研削装置におい
て、導電性砥石（２）は、導電性被膜を形成しにくい材料と
して、銅、真鍮、或いはその他の銅合金を砥石を構成す
る金属粉に使用し、５割以上の前記金属粉と残部の弾性
のあるレジンからなるボンド材と、平均粒径１μｍ以下
の砥粒とを混合し、加熱溶融させて形成したものであ
り、これにより、電解ドレッシングにより砥石表面の金属粉
を脱落させて砥石表面に凹孔を形成し、同時に、砥石を
ワークに一定の圧力で押付けながらワークを研削する、
ことを特徴とする電解ドレッシング研削装置。