JPH06179166A - 研磨工具とその製造方法 - Google Patents

研磨工具とその製造方法

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JPH06179166A
JPH06179166A JP4344247A JP34424792A JPH06179166A JP H06179166 A JPH06179166 A JP H06179166A JP 4344247 A JP4344247 A JP 4344247A JP 34424792 A JP34424792 A JP 34424792A JP H06179166 A JPH06179166 A JP H06179166A
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JP
Japan
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tool
polishing
hard carbon
base material
carbon film
Prior art date
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Pending
Application number
JP4344247A
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English (en)
Inventor
Koji Watanabe
孝二 渡邊
Hironobu Ito
浩信 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 硬質炭素膜を成膜した工具の表面に、研磨中
に発生する切り粉を排出する複数の溝を形成することに
より、遊離砥粒を用いた研磨と同等、あるいはそれに近
い研磨効果と、ワーク加工面のスクラッチ発生を抑制す
ることを目的とする。 【構成】 工具母材2表面にレジスト4を塗布後、マス
クを用いてレジスト4を露光する。これにより工具母材
2の表面にレジスト4がない0.2mmの幅の模様を形
成する。ダイヤモンドスラリーが入っている容器に工具
母材2を入れ、超音波をかけ、レジスト4がついていな
い部分の工具母材2の表面に傷入れを施した後、レジス
ト4を剥離、液を用いてマイクロ波プラズマCVD法で
傷入れ処理部に硬質炭素膜1を形成した研磨工具5及び
その製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、研磨工具および研磨
工具作製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】研磨加工の中では、まだ遊離砥粒加工が
主流であるが、固定砥粒加工の作業性の良さ、加工能率
の高さ等から、従来遊離砥粒加工で実施していた加工工
程を固定砥粒加工に置き換える例が多くなってきてい
る。これらの固定砥粒加工の主な工具は、微細砥粒を用
いた砥石である。砥石による研磨加工で、平面,円筒面
を加工面とする場合は、高精度加工が比較的容易である
が、球面,非球面などのような複雑形状の研磨加工を行
おうとすると難しくなってくる。複雑形状の研磨加工を
行おうとすると以下の方法が考えられる。
【0003】高機能・高精度の加工機を用いてワーク
と研磨工具の相対位置を高精度に制御する。 研磨工具表面を研磨したいワーク表面形状に対応した
形状に予め仕上げておき、この研磨工具を回転させなが
らワークに押し付ける等して、研磨工具の形状をワーク
に転写する。
【0004】の場合は、高精度な加工機,制御系など
が必要となるほか、ワーク1ケ当りの加工時間も多くな
りがちで、高能率・高精度加工するのに適さない。の
場合は、1軸制御等の比較的単純な加工機を用いた研磨
加工が可能であり、高能率・高精度の加工を行うのに有
利である。この場合、加工精度を決定するのは工具表面
の形状精度であるから、膜厚制御性および耐摩耗性に優
れている硬質炭素膜を工具表面に成膜した工具を用いる
のが好ましい。研磨工具に砥石を用いた場合は、砥石表
面のツルーイング性、加工時間の経過または数量増加に
ともなう砥粒の脱落等による砥石表面の経時変化の点で
問題があり、比較的単純な加工機を用いた複雑形状の高
精度加工には向かない。また、硬質炭素膜を平坦な母材
表面上に成膜した工具であっても、砥石を工具とした平
面研磨と比べて、同等な精度で研磨できる他、工具の耐
摩耗性が優れているため、砥石を工具として用いる場合
のような、加工数量増加にともなう工具表面の修正の必
要がない利点がある。しかし、硬質炭素膜を成膜した工
具は、加工面の形状によらず、研磨中に発生した切り粉
を取り込んだり、排出したりする部分がないため、加工
中の切り粉によってワーク加工面にスクラッチが発生す
る割合が、砥石を工具として用いる場合と比べて多かっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】硬質炭素膜を成膜した
研磨工具を研磨加工に用いた場合、固定砥粒工具として
の作業性の良さの利点があるものの、切り粉を逃がす部
分がなく、加工中に発生した切り粉により、ワーク加工
面にスクラッチが発生しやすいという課題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は硬質炭素膜を母材表面に成膜した工具の
加工面(表面)に切粉排出用溝を設けることによって、
加工中に発生した切り粉によるスクラッチ発生を抑制
し、遊離砥粒加工と同等か、それに極めて近い研磨効果
が得られるようにした。
【0007】
【作用】上記のように溝付きの硬質炭素膜研磨工具で研
磨加工を行うと、加工中に発生した切粉が工具溝に近づ
いて行き、溝に切粉が入り、工具回転による遠心力,研
磨液による押しだし効果等により、溝から切り粉が工具
外に排出される。
【0008】
【実施例】
(実施例1)以下に、この発明の実施例を図面に基づい
て説明する。まず図1(a)に示すような溝3を有する
研磨工具5について説明する。工具母材2に厚さ0.2
mmの材料を使う本実施例のこの研磨工具5は、工具母
材2にSiを用いその表面にある一定厚みのメタンと水
素混合ガスを原料とする硬質炭素膜1が、ある間隔で厚
さ約5μmで成膜されており、本実施例では硬質炭素膜
1と硬質炭素膜1の間は、0.2mmであるが、条件を
変えることにより膜厚は2μm〜1mm、溝幅は0.1
〜5mmまで確認されている。3は切り粉排出用溝とな
っており、この溝3は硬質炭素膜1の膜厚と同じ値の深
さを有している。このように、工具母材2に溝入れ等の
加工をしていないので、母材の強度を低下させることが
ないことと、硬質炭素膜1を成膜部分を任意に選択する
ことにより、切り粉排出用溝3の形状を自由に決めるこ
とができる特徴がある。
【0009】次にこの研磨工具5の作製方法を説明す
る。 図2(a)のように、工具母材2は実施例に用いたS
i以外にSiC,Si 3 4 ,超硬合金、MO 合金など
が用いられ、その上にレジスト4を塗布する。なお、工
具母材2は硬質炭素膜1と密着性が良いものなら材質は
限定しない。
【0010】任意の図示しないマスクを用いて、レジ
スト4を露光する。
【0011】図2(b)のように、レジスト4を母材
上に残した状態で、ダイヤモンド粉末の入った研磨液で
あるダイヤモンドスラリーが入っている図示しない容器
に工具母材2を入れ、容器ごと超音波をかけレジスト4
がついていない工具母材4表面に傷入れを施す。
【0012】図2(c)のように、レジスト4を剥離
液を用いて除去する。 マイクロ波プラズマCVD法を用い、表1の条件で成
膜すると、図2(d)のように、傷入れ処理された部分
に硬質炭素膜1が成膜できる。硬質炭素膜の種類として
は、ダイヤモンド膜、ダイヤモンド膜と類似した物性を
示すi−カーボン膜、ダイヤモンドライクカーボン膜な
どがある。ダイヤモンド膜の硬度は、Hv5,000〜
10,000であるのに対し、i−カーボン膜、ダイヤ
モンドライクカーボン膜の硬度はHv2,000〜5,
000程度である。硬質炭素膜の膜質、種類の分析には
ラマン分光分析、X線回折、RHEED等があり、例え
ばラマン分光分析ではダイヤモンド膜にはラマンシフト
B33Cm-1でダイヤモンドピークが観察されるのに対
し、i−カーボン膜、ダイヤモンドライクカーボン膜に
はラマンシフト1333Cm-1でダイヤモンドピークが
観察される。
【0013】(実施例2)まず、図1(b)に示すよう
な工具母材2に溝3を有する研磨工具5について説明す
る。なお、工具母材2の表面上の溝形状は、任意の形状
とする。この研磨工具5は、工具母材2の表面に0.2
mm間隔の深さ50μmの溝3を有し、溝加工していな
い工具母材2表面に硬質炭素膜1が約5μmの厚さで成
膜されている構造をしている。溝深さは、図1(a)の
第一実施例の場合と比べて、工具母材2に溝加工を施し
た分だけ深くなっており、切り粉の排出量が多いワーク
を研磨加工する場合、または切り粉排出がしにくい形状
の工具を用いる場合に、図1(a)のような工具より利
点がある。
【0014】工具母材2の溝幅及び溝深さは、条件によ
りそれぞれ0.1〜5mm、10μm〜10mmまで確
認されている。ただし、溝深さは工具母材2の厚みの4
0%以下にする。次にこの研磨工具5の作製方法につい
て説明する。 図3(a)に状態で、工具母材2に実施例1の場合と
同様に工具母材2の表面をダイヤモンドスラリーと超音
波発生機を用いて、傷入れ処理をする。
【0015】傷入れした表面を研削またはレーザ等の
ビーム加工により、図3(b)のように、幅0.2m
m、深さ50μmの溝3加工をする。なお、溝3の形状
は、図1(b)に示した形状に限定しない。 実施例1のようにマイクロ波プラズマCVD法を用い
表1の成膜条件で成膜すると、溝加工してない表面に図
3(c)のように硬質炭素膜1が形成される。
【0016】(実施例3)まず、図1(c)に示すよう
に工具母材2表面に溝3を形成し、両者の表面全面に硬
質炭素膜1が成膜された研磨工具5について説明する。
なお、工具母材2の表面上の溝形状は、実施例2と同形
状、同寸法とする。この研磨工具5は、工具母材2の表
面にある間隔で溝3を有し、工具母材全表面(溝加工し
た部分も含む)に硬質炭素膜1が成膜されている構造を
している。硬質炭素膜1を約5μmの厚さで成膜してい
る面積が図1(b)の実施例2の場合と比べて大きいた
め、硬質炭素膜1の工具母材2への密着力が大きく、工
具に加わる力が大きい場合は、硬質炭素膜1の耐剥離性
の点でこの工具のほうが図1(b)の研磨工具5より有
利である。次に、この研磨工具5の作製方法について説
明する。
【0017】図3(a)のように工具母材2表面が未
処理(傷入れ処理無し)の状態で、図3(b)のよう
に、研削またはレーザ等のビーム加工で溝加工する。な
お、溝3の形状は、図1(c)に示した形状に限定しな
い。 実施例1のように、ダイヤモンドスラリーと超音波発
生機を用いて、工具母材2の表面およひ溝3の全面に傷
入れ処理を行う。
【0018】実施例1のような成膜条件で成膜する
と、工具母材2の表面と、溝加工部3表面の両面に硬質
炭素膜1が形成される。次に、これらの研磨工具5(図
1(a)〜(c))を用いて、セラミックスを研磨した
例を説明する。硬質炭素膜1の厚みを約5μmとした研
磨工具5を用い平面研磨を行った。図4のようにワーク
6(セラミックス)を揺動させ、硬質炭素膜1を成膜し
た工具5を回転させ、研磨液(砥粒無し)を供給しなが
ら、加工圧力10〜200gf/mm2 で研磨したとこ
ろ、研磨工具5の溝に切粉が排出できたためスクラッチ
の発生を抑制できた他、表面粗さも加工前約2μmRma
xから0.1μmRmax 以下にすることができた。
【0019】また、図5に示すように研磨工具5の形状
を凹状球面にしたが、図示しない非球面でもよい。端面
が凸形状のワーク6または研磨工具5を回転させ、同様
な加工圧力で研磨液(砥粒無し)を供給しながら研磨し
たところ、図4の平面形状の研磨工具5を用いた場合と
同様な表面粗さ、表面性状(スクラッチ,加工変質層)
の加工面が得られた他、形状精度も数μm以下に抑える
ことができた。研磨工具5とワーク6の端面形状は逆に
なっても実用上支障はない。
【0020】なお、図1(a)〜(c)のような工具に
よって加工されたワークの加工表面のスクラッチ発生割
合、表面粗さ、形状精度等の差はなかった。また研磨工
具5およびワーク6は、実施例として示した例に限った
ことではない。前記、本実施例は工具母材表面に模様付
の硬質炭素膜をマイクロ波プラズマCVD法を用いて成
膜したが、これ以外にも光CVD法、プラズマジェット
法、熱フィラメントCVD法、RF(高周波)プラズマ
CVD法、燃焼炎法等の気相合成法を用いて、前記実施
例と同様に工具母材表面に模様付の硬質炭素膜を形成で
きることは言うまでもない。
【0021】 −−−−−−−−− 表1 −−−−−−−− マイクロ波 : 2.45GHz , 200〜600W 原料ガス : メタン、水素混合ガス メタンガス濃度: 0.1〜10vol% ガス流量 : 200〜500 sccm ガス圧 : 20〜100 Toor −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【0022】
【発明の効果】この発明により、工具母材に溝付きの硬
質炭素膜を成膜した研磨工具を用いた研磨加工におい
て、スクラッチ発生を抑制することができ、遊離加工と
ほぼ同程度あるいはそれに近い研磨効果が得られること
かできる。さらに、工具母材の表面を高精度加工し、硬
質炭素膜の膜厚を高精度に制御して作製した工具を用い
れば、硬脆材料等の球面,非球面などの複雑形状の加工
を、比較的単純な加工機を使用しても高能率・高精度研
磨加工ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の工具母材に溝加工することな
しに工具母材表面に硬質炭素膜を成膜した溝付き研磨工
具の構造を示した説明図である。(b)は工具母材に対
して、溝を形成し溝深さを深くして工具母材の表面に硬
質炭素膜を成膜した本発明の溝付き研磨工具の構造を示
した説明図である。(c)は工具母材表面及び溝部にに
対して、硬質炭素膜を成膜した本発明の溝付き研磨工具
の構造を示した説明図である。
【図2】図1(a)に示すような研磨工具の作製手順を
示した説明図である。
【図3】図1(b),(c)に示すような研磨工具の作
製手順を示した説明図である。
【図4】本発明により作製した研磨工具を用いて、平面
研磨を行った例を示した説明図である。
【図5】本発明により作製した研磨工具を用いて、球面
研磨を行った例を示した説明図である。
【符号の説明】
1 硬質炭素膜 2 工具母材 3 溝 4 レジスト 5 研磨工具 6 ワーク

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 工具母材表面に硬質炭素膜を選択的に成
    膜し、前記硬質炭素膜間に硬質炭素の膜厚による複数の
    溝を形成してなる研磨工具。
  2. 【請求項2】 工具母材表面に複数の溝を形成し、該溝
    を除く前記工具母材表面に硬質炭素膜を成膜してなる研
    磨工具。
  3. 【請求項3】 工具母材表面に複数の溝を形成し、該溝
    を含む工具母材表面に硬質炭素膜を成膜してなる研磨工
    具。
  4. 【請求項4】 気相合成技術を用いて工具母材表面に模
    様付けの硬質炭素膜を成膜する製造方法。
JP4344247A 1992-10-14 1992-12-24 研磨工具とその製造方法 Pending JPH06179166A (ja)

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JP4344247A JPH06179166A (ja) 1992-10-14 1992-12-24 研磨工具とその製造方法

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27616692 1992-10-14
JP4-276166 1992-10-14
JP4344247A JPH06179166A (ja) 1992-10-14 1992-12-24 研磨工具とその製造方法

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0984846A1 (en) * 1997-01-13 2000-03-15 Rodel, Inc. Polymeric polishing pad having photolithographically induced surface pattern(s) and methods relating thereto
JP2003159653A (ja) * 2001-11-20 2003-06-03 Dipsol Chem Co Ltd アモルファス表面層を有する研削材及びその製造方法

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