JPH0675823B2 - 研削加工装置 - Google Patents

研削加工装置

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JPH0675823B2
JPH0675823B2 JP63012305A JP1230588A JPH0675823B2 JP H0675823 B2 JPH0675823 B2 JP H0675823B2 JP 63012305 A JP63012305 A JP 63012305A JP 1230588 A JP1230588 A JP 1230588A JP H0675823 B2 JPH0675823 B2 JP H0675823B2
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grinding
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electrolytic
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整 大森
威雄 中川
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、硬脆材料の鏡面研削を可能とする研削加工装
置、特に、鋳鉄をボンド材とするメタルボンド砥石を、
電界効果によりドレッシングしつつ研削加工を行う研削
加工装置に関する。
(従来技術およびその問題点) 鋳鉄ファイバボンドダイヤモンド砥石(以下、CIFB−D
砥石と言う:Cast Iron Fiber Bonded-Diamond)は、鋳
鉄ファイバの基材にダイヤモンド砥粒とカーボニル鉄粉
を混合して成形焼結した繊維強化複合材料の一種で、砥
粒は強い結合力によって保持され、セラミックス等の硬
脆材料の高(除去)能率研削加工を実現するために研究
されてきた。
従来のいわゆる目こぶれ型と呼ぶ砥石車の基本的な研削
作用は、切削のような一定の切れ刃が最後まで削ってゆ
くのと異なり、砥石を構成する砥粒と結合材と空孔とが
作用し、加工時に砥粒と結合材が粉砕されつつ常に新た
な切れ刃と空孔が自生されて被削材の除去が行われるも
のである。しかし、上記CIFB−D砥石は、いわゆる目つ
ぶれ型の典型であり、ダイヤモンド砥粒とその強固なボ
ンド材のために、前述したような砥粒切れ刃と空孔の自
生作用が発生しないこと、また、酸化アルミニウム砥粒
から成るWAスティック砥石を用いたドレッシング方法を
用いても、研削の主要条件となる砥粒の充分な突き出し
量が得られないという問題があった。そこで、最近では
難削材を強引に研削する際に発生するスパークで被削材
と共に本砥石のボンド材をも除去するようなドレッシン
グと研削を兼ねたスパークドレッシング法が開発されて
いる。しかしながら、実際の生産ラインにおいては、こ
のような単に高除去量を必要とする研削加工工程がない
上、強力な研削力に耐える剛性・出力をもつ加工機械も
未だ少なく、むしろ、ラッピング等の研磨工程への応用
研究が望まれていた。
本発明者等は、電子材料であるシリコンの鏡面研削にCI
FB−D砥石を適用することを目的として研究を重ね、前
記砥石の砥粒突き出し量が不充分であると良好な光沢面
が得られないことに着目し、従来のドレッシング方法に
ついて種々検討を行った。特に、良好な鏡面を得るため
に砥粒を小さくすればするほど、CIFB−D砥石のドレッ
シングは困難となり、うかつに従来のWAスティック砥石
を用いた機械的なドレッシングを行えば、充分な砥粒突
き出しを得る間もなく微細な砥粒を落としてしまうとい
う問題があった。また、遊離砥粒を供給しながら研削を
行うことでスラリードレッシング法を本砥石に適用した
のをはじめ、放電研削法の適用によって従来には得られ
なかった光沢面が得られることを見い出し、ついに、研
削加工中に微細砥粒CIFB−D砥石と電解によるドレッシ
ング法とを組み合わせることにより、良好なシリコンウ
エハの鏡面研削を実現するに至った。
(問題を解決するための手段) 本発明は、供給された弱導電性の研削液を受ける液受け
部、鋳鉄をボンド材とするメタルボンド砥石であって、
この砥石の研削作業面全体が前記液受け部で受けた研削
液中に湿潤され、前記作業面が一時的に部分的に被加工
物と接触するメタルボンド砥石、前記メタルボンド砥石
の研削作業面を前記被加工物に対して相対的に移動し
て、前記研削作業面を前記被加工物の研削面上で擢動さ
せる手段、及び前記メタルボンド砥石を陽極とし、前記
研削液に湿潤された電極を陰極として、前記擢動が行わ
れている間に、パルス直流電圧を印加するパルス直流電
源を備えることを特徴とする。
(作用) 以下に、本発明の装置において生じる電解ドレッシング
法による砥粒突き出し形成過程および研削作用について
詳細に述べる。
第5A図は、CIFB−D砥石の使用前の断面形状を示す模式
図であり、ダイヤモンド砥粒が鋳鉄ファイバとボンド材
と空孔の中に適宜分布している。一般に、使用前の砥石
は荒い凹凸表面や軸心の振れ等を有しているため、加工
目的に応じたツルーイングを行う必要がある。第5B図
は、WAスティック砥石研削によりツルーイングおよびド
レッシングを行ったCIFB−D砥石の断面形状を示す模式
図である。冒頭に述べたように、本砥石は、従来の砥石
のような砥粒の粉砕がないため、第5B図のように表面は
平滑化するものの砥粒が形成する切り刃や空孔が発生し
ていない。従って、この表面状態で研削加工を始める
と、当初は、幾つかのダイヤモンド砥粒の突き出しによ
って研削は可能であるが、短時間のうちに、砥粒の磨耗
減退、目詰まり等によって砥粒以外のボンド材や鋳鉄フ
ァイバが被加工物に接触するようになり、清浄な研削加
工が行われなくなる。
電気メッキとは逆に、電解液中に被加工物を陽極として
通電すると被加工物表面は溶解し、陰極に金属が析出す
るような電解研磨技術が公知である。CIFB−D砥石は鋳
鉄ファイバと鉄粉を含有しているため導電性を有し、ま
た、クーラント(研削液)は弱導電性であるので、電源
から砥石とクーラント間に通電すると電解効果により砥
石表面の金属部が溶解し、非導電性のダイヤモンド砥粒
が突出する。
第4A図は、本発明において、CIFB−D砥石を第5B図の表
面状態から強い電解効果によってドレッシングを行った
断面形状を示す模式図である。導電性金属部は電解によ
って溶解し、一方、非導電性のダイヤモンド砥粒はその
まま残留して、研削可能な突き出し量が得られている。
所望の砥粒突き出し量は、電源装置の印加電圧、電流、
時間、研削液の導電性等によって設定することが可能で
ある。
本発明のCIFB−D砥石の被加工物に対する研削作用は、
従来の砥粒粉砕による研削と若干異なり、本砥石中のダ
イヤモンド砥粒が切り刃として作用する程度が高く、切
削に近い作用で被加工物を除去するものである。従っ
て、砥粒は被加工物を除去しながら摩耗消滅することに
なる。
第4B図は、本発明において、研削加工の過程で砥粒突き
出し量が減退しつつ研削屑が砥粒間に蓄積し目詰まりを
生じた模式図である。本発明では切削加工の進行と共
に、弱い電解効果により研削屑を除去し、研削加工が終
了するまで運転を停止させることなく、実加工中でしか
も自動的にドレッシングを行うことができる。
(発明の効果) 本発明によって、従来加工困難とされていたシリコン、
フェライト、セラミックス等の硬脆材料をはじめ、超硬
合金、各種鉄鋼材料、金属磁性材料等を、導電性を有す
るCIFB−DやCIFB−CBN(鉄系材を研削する場合)砥石
等を用いて、強い電解によるドレッシング効果と比較的
弱い電解による電解研削加工とを順次行うことにより、
今まで得られなかった極めて良好な鏡面ならびに平滑平
面を、高能率かつ高速に得ることが可能となった。しか
も、研削加工以外の超仕上、ホーニング、ラッピング等
の砥粒加工に応用でき、鏡面仕上加工のみならず重研削
加工もこなすことができ、無理なく高除去能率をも達成
することができる。
本導電性砥石の電解ドレッシング法は、電解条件を制御
して、無人かつ高速・高精度に行えるため、従来の機械
的ドレッシングを不要のものとし、また、従来極めて困
難であった超微細砥粒砥石のドレッシングも容易にな
り、更に、砥石の形状に左右されることなくドレッシン
グできるので、高い柔軟性を有する発明である。電解液
においても、市販の水溶性研削液を水道水で希釈したも
のでも弱導電性を有するため、特別な添加物を必要とせ
ず経済的であるばかりでなく電解液による機械の腐食の
心配もない。
電解ドレッシング装置の構成は、既存の加工機を組み合
わせ、部品類をアタツッチメント的に取り付けられるた
め、大掛かりな改造を必要としない。電解用電源装置
は、放電ツルーイングにも適用でき、機上で放電ツルー
イング後、そのまま即座に電解ドレッシングから電解研
削加工に移行でき、各加工段階における繁雑な手間を省
き、加工面粗さ、研削抵抗、研削液の抵抗率・温度、加
工物の抵抗率等をインプロセスで計測する機器を装備し
て、常に最適な砥粒突き出し量を制御して研削加工の半
自動化を実現することができる。
以上述べたように、本発明は、研削・研磨加工等の分野
に対して、導電性であれば砥石の種類、形状に拘わりな
く、しかもインプロセスで半自動的に加工を行えるの
で、従来に例のない能率的、長寿命、経済的、広範な適
用分野を有する方法として多大な効果をもたらすもので
ある。
(実施例) 下表は、本発明を実施するために用いた研削加工システ
ムの仕様内容である。
本実施例は、硬脆材料であるシリコンの鏡面研削を目的
として、精密ロータリー平面研削盤に微粒度CIFB−D砥
石(#4000)を取り付け、これに電解を発生させる既存
のワイヤカット用パルス直流電源を用いた。前記研削盤
は、砥石軸、テーブル回転軸共に静圧軸受を採用してい
る上、実験機ゆえの高剛性を有し、クーラント(研削
液)は磁石軸中心から放出されるため、磁石の目詰まり
軽減効果が大きい。また、前記電源は印加電圧、最大電
流値、周波数を任意設定できる。更に、電解研削に用い
るクーラント水槽や給電ブラシ等に改良を加え、クーラ
ントは市販のものを使用し、なんら特別な電解液を混合
していない。
第1図は、本発明の研削加工装置の構成図である。同図
は精密ロータリー平面研削盤の主要部分11と電解用電源
装置12から構成されている。同図において、被削材のシ
リコン13はロータリーテーブル14上の水槽15内に固定さ
れ、クーラント液16中に沈めた状態でCIFB−D砥石10で
研削加工される。砥石10の研削作業面全体がクーラント
液に湿潤し、研削作業面は一時的に部分的に被削材と接
触した状態と成っている。パルス直流電源装置12の陽
(+)電極(正電圧)は、砥石10外周に当てた給電ブラ
シ17、陰(−)電極(負電圧)は、クーラント液16中に
垂らした銅線18に接続されている。すなわち、ネクーラ
ント自体を陰(−)極とすることにより常時電解を発生
させる。加工前に、WAスティック砥石(#80,#400)を
CIFB−D砥石(#4000)で研削することでツルーイング
およびドレッシングを行っておき、その後、種々の電解
条件、研削条件の下でシリコンの研削加工を行った。ま
た、研削後の面粗さは基準長2.5mmで測定した。
第2図は、本発明の効果を示すグラフである。あらかじ
め、CIFB−D砥石は、WAスティック砥石でツルーイング
等を行ったものを用いてシリコンの電解研削を行った。
送り速度は107mm/minで一定とし、2μSのオン時間、
2μSのオフ時間のパルス直流電圧を用い、最大電流値
を各々100,120,140,160Aの4つの場合について、研削距
離1000mmによる電解研削面粗さの変化を示すものであ
る。同図から明らかなように、いずれの場合も電解研削
距離と共に面粗さは向上し、最大電流値が140,160Aの場
合において、研削距離700mm以上でRmax0.1−0.2μmが
達成され、電解効果によるCIFB−D砥石のドレッシング
が有効であることがわかる。
次いで、上記ドレッシング効果の後に引き続いて、電解
を与えながら研削加工を行った。第3図は、電解研削特
性を示すグラフであり、1μSのオン時間、1μSのオ
フ時間のパルス電流電圧を用い、最大電流値を160Aで保
持し、研削距離1000mmにおいて、その送り速度を各々35
9,202,107,76,44mm/minと設定して加工したものであ
る。同図から、電解研削の面粗さは、高速送り359mm/mi
nでもRmax0.4μmの研削面が持続し、低速送り44mm/min
において、Rmax0.06−0.08μmの鏡面が実現できた。同
図では最大電流値を16OAとしたが、CIFB−D砥石を用い
た電解研削は電流値を10A程度まで下げて行っても面粗
さを同様に仕上げることができる。
以上、本発明によると極めて良好な鏡面を達成すること
ができた。更に、本発明の装置によって得た研削面は、
被削材が脆性材料であってもほぼ完全な塑性流動による
面性状を呈し、鏡面となっている。この鏡面には脆性破
砕がほとんど生じていないことから表層に残留するクラ
ックも少ないことが確認された。
本発明者等は、上記実施例のシリコンの外にフエライ
ト、アルミナについても極めて良好な結果を得たので下
表にその実施結果を示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の研削加工装置の構成図、 第2図は、本発明の電解ドレッシングの効果を示すグラ
フ、 第3図は、本発明の電解研削特性を示すグラフ、 第4A図は、本発明の電解ドレッシング効果による磁石表
面の砥粒突き出し状態を示す、砥石断面の模式図、 第4B図は、本発明の電解研削加工中において、ドレッシ
ング効果により目詰まりの除去を示す、磁石断面の模式
図、 第5A図は、CIFB−D砥石の使用前の断面形状を示す模式
図、 第5B図は、CIFB−D砥石をWAスティック砥石でツルーイ
ングおよびドレッシングした断面形状の模式図である。 (符号の説明) 11……精密ロータリー平面研削盤の主要部、 12……電源用電源装置、 13……シリコン被削材、 14……ロータリーテーブル、 15……クーラント水槽、 16……クーラント液、 17……給電ブラシ、18……銅線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】供給された弱導電性の研削液を受ける液受
    け部、鋳鉄をボンド材とするメタルボンド砥石であっ
    て、この砥石の研削作業面全体が前記液受け部で受けた
    研削液中に湿潤され、前記作業面が一時的に部分的に被
    加工物と接触するメタルボンド砥石、前記メタルボンド
    砥石の研削作業面を前記被加工物に対して相対的に移動
    して、前記研削作業面を前記被加工物の研削面上で摺動
    させる手段、及び前記メタルボンド砥石を陽極とし、前
    記研削液に湿潤された電極を陰極として、前記摺動が行
    われている間に、パルス直流電圧を印加するパルス直流
    電源を備えることを特徴とする研削加工装置。
JP63012305A 1988-01-22 1988-01-22 研削加工装置 Expired - Lifetime JPH0675823B2 (ja)

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