JPH11156728A - ダイヤモンド砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】研削能力が高く、安定した超精密加工面（シェ
アモード研削加工面）が得られるダイヤモンド砥石を提
供することを目的とする。 【解決手段】列状に同一の結晶方位を有する作用面４ａ
が平坦な角柱ダイヤモンドチップ４またはダイヤモンド
原石８をベース１に焼結法、溶着法またはメッキ法のい
ずれかの方法で固着し、角柱ダイヤモンドチップ４また
はダイヤモンド原石の作用面４ａに溝を刻設したことを
特徴とするダイヤモンド砥石にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、シリコン
ウエハ、サファイヤ石英ガラス、光学ガラス及び他のセ
ラミックなどの脆性材料のシェアモード研削による超精
密研削加工用のダイヤモンド砥石に関する。

【０００２】

【従来の技術】被加工物を研削する研削砥石において、
ダイヤモンド砥石は、研削性能、耐久性及び仕上げ精度
等において特に優れていることで知られている。ダイヤ
モンド砥石は、ダイヤモンド砥粒をニッケルメッキによ
り保持した電着砥石またはベース表面上にダイヤモンド
砥粒をニッケルメッキで埋め込み固定した後、反転させ
てダイヤモンド砥粒の先端高さを高精度に揃えて製造し
ている。

【０００３】しかしながら、従来のダイヤモンド砥石は
次のような欠点がある。 （１）ダイヤモンド砥粒の大きさが異なるため、従来の
電着砥石では、砥粒先端高さにバラツキが生じ、希望す
る高精度延性加工面を得ることができない。 （２）反転させてダイヤモンド砥粒の先端を揃える方法
では、製造工程が複雑である。 （３）個々のダイヤモンド砥粒の結晶方位が不揃いのた
め、砥粒自体の摩耗や破砕状態が異なる。 （４）ダイヤモンド砥粒密度をコントロールすることが
困難である。

【０００４】また、脆性材料の延性モード研削加工に用
いられるダイヤモンド砥石としては、更に、微粒子のダ
イヤモンド砥粒を弾性のあるレジノイド系の結合剤と混
合して焼結したダイヤモンド砥石が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなダイヤモンド砥石は、 （１）研削した加工面は、脆性モード研削加工面でシェ
アモード研削加工面とならない。 （２）使用するダイヤモンド砥粒が微細なため、単位時
間当たりの材料除去量が小さく、研削能力が低い。 （３）ダイヤモンド砥粒の脱粒により被削材表面にスク
ラッチを生ずる。 （４）研削加工中の目詰まりや目つぶれにより、研削性
が低下して、研削時に発生する研削熱によって被削材表
面に研削焼けが生ずる。 （５）焼結製品のため、砥石性能やツルーイングドレッ
シングにバラツキが起こる。 など多くの欠点がある。

【０００６】本発明は前述した事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、研削能力が高く、安
定した超精密加工面（シェアモード研削加工面）が得ら
れるダイヤモンド砥石を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、請求項１は、列状に同一の結晶方位を有
する複数個の作用面が平坦な角柱ダイヤモンドチップま
たはダイヤモンド原石をベースに固着したことを特徴と
するダイヤモンド砥石にある。請求項２は、請求項１の
角柱ダイヤモンドチップまたは原石の作用面に１条また
は複数条の溝を設けたことを特徴とする。請求項３は、
請求項１または２のベースは円板状であり、その円周上
に角柱ダイヤモンドチップまたはダイヤモンド原石が同
一の結晶方位に規則正しく並べて固着されていることを
特徴とする。請求項４は、請求項１〜３のいずれか１つ
に記載のベースに対する角柱ダイヤモンドチップまたは
ダイヤモンド原石の固着は、焼結法、溶着法またはメッ
キ法のいずれかであることを特徴とする。

【０００８】本発明のダイヤモンド砥石によれば、例え
ば、シリコンウエハや石英ガラスを研削した場合、従来
のシェアモード研削用ダイヤモンド砥石に比較して、安
定した研削抵抗が得られ、また、研削抵抗は低く、加工
面粗さも安定した結果が得られる。さらに、角柱ダイヤ
モンドチップ、ダイヤモンド原石に刻設した溝によって
研削時発生する研削チップは溝部に保有され、研削チッ
プと被削材は直接接触することがない。また研削時発生
する熱は溝に含まれる研削液によって冷却され、熱的ダ
メージが極めて少なく、シェアモード研削加工面が得ら
れる。溝を刻設することによって、ダイヤモンド砥石の
切れ刃は、単体のチップと比べて、数倍から数十倍に切
れ刃が増加し、切れ刃あたりの研削量はわずかとなり、
少ない研削抵抗で被削材を研削することがてき、優れた
加工面粗さを維持する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１〜図４は第１の実施形態を示
すもので、図１及び図２に示すように、ダイヤモンド砥
石のベース１は金属材料によって円板状に形成され、そ
の中心部には工作機械または電動工具等に装着するため
の取付け孔２が設けられている。ベース１の板面３には
円周上に沿って多数の角柱ダイヤモンドチップ４が同一
の結晶方位に規則正しく１列または複数列に列状に並べ
られ、後述する焼結法、溶着法またはメッキ法のいずれ
かの方法により固着されている。

【００１０】前記角柱ダイヤモンドチップ４の数は、砥
石の研削作用面積の２０％〜８０％の範囲に相当する数
であり、ベースに単列もしくは数列に固着してある。各
角柱ダイヤモンドチップ４の作用面４ａは平坦面に機械
加工等によって整えられ、図３及び図４に示すように、
作用面４ａにはレ−ザ光またはマイクロ波、イオンビ−
ム等を用いて溝５が交差して格子状に刻設されている。
固着されている角柱ダイヤモンドチップ４は、同一の結
晶方位の１ｍｍ〜２ｍｍ角であり、溝５によって囲まれ
る角柱ダイヤモンドチップ４の作用面４ａの周囲のエッ
ジ部には切れ刀６が形成されている。

【００１１】また、本実施形態においては、角柱ダイヤ
モンドチップ４の作用面４ａに形成した溝５のピッチａ
は、１５〜１００マイクロメ−タ、深さｂは、１０〜１
００マイクロメ−タ、角度ｃは１０〜３０°、溝幅ｄは
５〜３０マイクロメ−タであるが、本実施形態に限定さ
れるものではない。

【００１２】また、ベ−ス１に対する角柱ダイヤモンド
チップ４の固着方法は、例えば次のとおりである。 （１）焼結方法の場合 カ−ボンリングまたは鉄リング表面に接着剤（１液性ま
たは２液性接着剤）を均一に塗布し、ピンセットまたは
吸引式の保持具を用いて、角柱ダイヤモンドチップ４を
円周上に同一の結晶方位に規則正しく並べ固着させる。
次に、リングをカ−ボン型または鉄型の焼結用金型に組
み込み、金属粉末（銅・錫合金、銅・亜鉛合金、ダング
ステン・炭素合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合
金、コバルト、コバルト合金、銀、銀合金等）を充填
し、鉄ベ−ス表面に銅メッキ処理を施したベ−ス材を挿
入して、数ｋｇ／ｃｍ² 〜５００ｋｇ／ｃｍ² の圧力で
冷間形成を行なう。

【００１３】冷間成形後、電気炉または高周波加熱装置
により保護雰囲気下で６００〜９００℃に加熱し、２０
０ｋｇ／ｃｍ² 〜６００ｋｇ／ｃｍ² で加圧焼結する。
焼結後、所定の砥石形状に切削加工し、角柱ダイヤモン
ドチップ４を所定の寸法に露出させ、角柱ダイヤモンド
チップ４の面部の振れ取り加工を行なう。そして、角柱
ダイヤモンドチップ４にレーザ光またはマイクロ波、イ
オンビーム等を用いて溝５を刻設する。

【００１４】（２）溶着の場合 鉄または銅合金、他のスチール合金のベース１に任意の
溝を刻設し、溶着材(チタンを含む銅合金系の粉末）を
充填し、治具に接着剤（１液性または２液性接着剤）を
均一に塗布し、角柱ダイヤモンドチップ４をピンセット
または吸引式の保持具を用いて、円周上に同一の結晶方
位に規則正しく列状に並べて固着する。次に、溶着用治
具に組み込み、高周波加熱装置を用いて、保護雰囲気
（アルゴンガス等）中で６００〜８５０℃に加熱後、加
圧して溶着し、室温まで徐冷する。その後の加工につい
ては、（１）に準じる。

【００１５】（３）メッキ法の場合 鉄またはメッキ可能なベ−ス１の表面上に１液性または
２液性接着剤を角柱ダイヤモンドチップ４の固着部に部
分的に塗布し、ピンセットまたは吸引式の保持具を用い
て、角柱ダイヤモンドチップ４を円周上に同一の結晶方
位に規則正しく並べて固着する。角柱ダイヤモンドチッ
プ４を固着後、余分な接着剤を除去してベ−ス１の表面
をアルカリ脱脂または希塩酸や希硫酸による活性処理を
施し、電気メッキにより被膜を成長させて角柱ダイヤモ
ンドチップ４をメッキ被膜によって固着後、ベ−ス１に
反転させる。その後の加工については、（１）に準じ
る。

【００１６】図５は第２の実施形態を示すものである。
本実施形態は、角柱ダイヤモンドチップ４の作用面４ａ
に平行する複数条の溝７をレ−ザ光またはマイクロ波、
イオンビ−ム等を用いて刻設したもので、他の部分は第
１の実施形態と同様であり、説明を省略する。

【００１７】図６は第３の実施形態を示し、ダイヤモン
ド砥石のベース１の板面３に円周上に沿って多数の三角
板状のダイヤモンド原石８を同一の結晶方位に規則正し
く並べ、第１の実施形態と同様に焼結法、溶着法または
メッキ法のいずれかの方法により固着したものである。
ダイヤモンド原石８は、１．５ｍｍ〜２ｍｍの三角板状
をなし、その数は、砥石の研削作用面積の２０％〜８０
％の範囲で単列もしくは数列に固着されている。各三角
板状のダイヤモンド原石８の作用面４ａは平坦面に機械
加工等によって整えられ、第１の実施形態または第２の
実施形態と同様に、作用面４ａにはレーザ光またはマイ
クロ波、イオンビーム等を用いて格子状の溝５または平
行する複数の溝７が刻設されている。

【００１８】従来のダイヤモンド砥石と本発明にかかわ
るダイヤモンド砥石の砥粒の切れ刃形状の相違点は、図
７（ａ）に示すように、従来砥石の砥粒においては刻設
する溝が山型の溝９となり、切れ刃の刃先形状が不規則
な突起形状となるのに対して、本発明の砥石では、同図
（ｂ）に示すように、平滑な砥粒面に規則正しく溝５
（７）が刻設され、溝部のエッジ部は５〜１５゜のネガ
ティブな切れ刃６を形成するように設計できる。

【００１９】なお、前記実施形態においては、ダイヤモ
ンドチップの形状を角柱として説明したが、角柱とは、
三角柱、四角柱、五角柱等多角形も含み、三角板状、四
角板状、五角板状を含むものである。また、ベースの形
状は円板状に限定されるものではなく、矩形状でもよ
く、さらにダイヤモンドチップまたは原石に設ける溝の
数は１条であってもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、同一の
結晶方位を有する作用面が平坦な角柱ダイヤモンドチッ
プまたは三角板状のダイヤモンド原石を列状にベースに
固着したことを特徴とする。したがって、本発明のダイ
ヤモンド砥石を使用してシリコンウエハや石英ガラス等
を研削すると、従来のシェアモード研削用ダイヤモンド
砥石に比較して、安定した研削抵抗が得られ、また、研
削抵抗は低く、加工面粗さも安定した結果が得られる。

【００２１】実験の結果によれば、従来の２／３マイク
ロメータのレジノイドボンドホイールで得られた加工面
粗さＲａは０．１１６〜０．０３マイクロメータである
のに比し、本発明のダイヤモンド砥石で研削した時の面
粗さＲａは、０．０１５〜０．０１７マイクロメータと
優れ、三次元像または走査型顕微鏡による観察で加工面
性状はシェアモードで加工されていることが確認され
た。

【００２２】従来の焼結ダイヤモンド砥石または電着砥
石は、砥粒の分散や焼結後の結合剤硬度、加工面粗さ、
切れ味、砥石寿命にバラツキがあり、しかも砥石の作用
面に分散して固着してある各砥粒の結晶方位がランダム
のため、研削加工時の抵抗によってダイヤモンド砥粒の
破砕状況が個々に異なり、砥粒の切刃形状にバラツキが
生じ、研削加工面性状と面粗さが変化するのに対して、
本発明において用いられる角柱ダイヤモンドチップある
いは三角板状の原石は、その結晶方位が選択的に同一の
結晶方位に固着してあるため、研削抵抗や加工面性状、
粗さを安定させることができる。また既存の超微粒子ダ
イヤモンド砥粒を弾性のあるレジノイド系の結合剤と混
合して焼結したダイヤモンド砥石では、ダイヤモンド砥
粒間隔を調整することが難しいが、本発明のダイヤモン
ド砥石では切れ刃数を任意に設定することができ、単一
切れ刃当たりの研削量を調整することが可能となり、研
削性の安定と優れた加工面粗さを実現することができる
だけでなく、さらにダイヤモンドチップの摩耗量が一定
のため、ダイヤモンド砥石の摩耗に対して自動寸法補正
が可能である。

【００２３】さらに、本発明品では角柱ダイヤモンドチ
ップまたはダイヤモンド原石に溝が刻設されているの
で、研削時に発生する研削チップは溝部に保有されるこ
とにより、研削チップと被削材は直接接触することがな
い。また研削時発生する熱は溝に含まれる研削液によっ
て冷却されるため、熱的ダメージが極めて少なく、シェ
アモード研削加工面が得られる。しかも、溝を刻設する
ことによって、ダイヤモンド砥石の切れ刃は、単体のチ
ップと比べて、数倍から数十倍に切れ刃が増加し、その
結果、切れ刃あたりの研削量はわずかとなり、少ない研
削抵抗で被削材を研削することができ、優れた加工面粗
さを維持することが可能となる。

【００２４】例えば、１ｍｍ角のダイヤモンドチップに
２０マイクロメータの溝幅で、１００マイクロメータピ
ッチのクロス溝を刻設すると、無処理のダイヤモンドチ
ップに比して切れ刃は９倍に増加する。また５０マイク
ロメータの溝の場合では、約１８倍の切れ刃が得られ、
砥粒切れ刃の研削代は少なくなり、その結果、シェアモ
ード研削加工面が得られることになる。

【００２５】図８は、従来品と本発明のダイヤモンド砥
石とを用いてそれぞれシリコンウエハを研削試験した時
の研削抵抗と加工面粗さの比較データを示したものであ
る。図８の研削試験結果から、従来の砥石では被削材の
表面性状と研削抵抗が刻々と変化するのに対して、本発
明のダイヤモンド砥石では、研削抵抗および加工面粗さ
ともに安定しており、優れた結果が得られることが分か
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すダイヤモンド砥
石の研削面を示す正面図。

【図２】同実施形態を示し、図１のＡ−Ａ線に沿う縦断
側面図。

【図３】同実施形態を示し、図１のＢ部を拡大して示す
斜視図。

【図４】同実施形態を示し、図３のＣ−Ｃ線に沿う縦断
側面図。

【図５】本発明の第２の実施形態を示す角柱ダイヤモン
ドの斜視図。

【図６】本発明の第３の実施形態を示す三角板状のダイ
ヤモンド原石を用いたダイヤモンド砥石の研削面を示す
正面図。

【図７】従来のダイヤモンド砥石と本発明品のダイヤモ
ンド砥石の切れ刃形状の違いを示す縦断側面図。

【図８】従来品と本発明品のダイヤモンド砥石でシリコ
ンウエハを研削した時の研削抵抗と加工面粗さの比較デ
ータを示す図。

【符号の説明】

１ ベース ４ 角柱ダイヤモンドチップ ４ａ 作用面 ５ 溝 ７ 溝 ８ ダイヤモンド原石

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 列状に同一の結晶方位を有する複数個の
   作用面が平坦な角柱ダイヤモンドチップまたはダイヤモ
   ンド原石をベ−スに固着したことを特徴とするダイヤモ
   ンド砥石。
2. 【請求項２】 角柱ダイヤモンドチップまたはダイヤモ
   ンド原石の作用面に１条または複数条の溝を設けたこと
   を特徴とする請求項１記載のダイヤモンド砥石。
3. 【請求項３】 ベ−スは円板状であり、その円周上に角
   柱ダイヤモンドチップまたはダイヤモンド原石が同一の
   結晶方位に規則正しく並べて固着されていることを特徴
   とする請求項１または２記載のダイヤモンド砥石。
4. 【請求項４】 ベ−スに対する角柱ダイヤモンドチップ
   またはダイヤモンド原石の固着は、焼結法、溶着法また
   はメッキ法のいずれかであることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか１つに記載のダイヤモンド砥石。