JPH11207731A - 狭幅切断及び狭幅溝加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チッピング及びワーク破損が少なく、形状及
び寸法精度が高く、加工面質が均一で材料特性を損なわ
ず、工具寿命の長く安定した生産性に優れた高脆性材料
の狭幅切断及び狭幅溝加工方法を提供する。 【解決手段】 上記課題を達成させるために本発明の狭
幅切断及び狭幅溝加工方法は下記記載の構成を採用す
る。０．５ｍｍ以下の厚みを有する薄刃回転砥石をスラ
イシングマシーンの主軸に取り付け、５０００〜３００
００ｒｐｍで高速回転させる。ワークは左右に揺動する
テーブル上に載置し、６０〜３００回／分で揺動させ
る。揺動１回あたりのワークへの砥石切り込みは回転砥
石の砥粒突き出し量以下とし切り込みの与え方は連続
的、断続的いずれでも良い。所定の深さまで少量切り込
みで切り込み回数を多くして加工を行うことを特徴とし
上述の課題を解決するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン、ガラ
ス、水晶、フェライト、ＰＺＴ、アルチック、等の結晶
材料及びセラミックスのいわゆる脆性材料を回転砥石を
用いた切断又は溝加工方法に関する。更に詳しくは、振
動子、磁気ヘッド、アクチュエーター、等に用する音叉
形状、三叉形状、櫛ガタ形状又はＩ型形状ブランクを得
るための、切断又は溝加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高脆材料の切断又は溝加工で加工溝幅が
０．５ｍｍ以下の加工の場合には一般的に用いられてい
る２つの加工方式を図７、図８を用いて説明する。図７
はマルチワイヤーソー加工方式を示す図である。一定間
隔を持ち平行に配置された２本又は３本の平行に配置さ
れた軸に取り付けられた樹脂製ローラー１０２の外周部
にに設けられた溝にピアノ線１０４を所定の張力で多条
に巻き付け、ローラーの回転により一定張力を保ったま
ま順次巻き取られる。アルミナやカーボランダムなどの
砥粒を懸濁させた研磨液１０６を流しながらワーク１０
８を押しつけ、ワークとワイヤーの間に介在する砥粒に
よりワーク面の連続的な微少破砕作用を生じさせ加工を
進行させる。

【０００３】図８はもう一つの方式で回転砥石を用いる
方式の図である。薄いドーナツ円盤状の回転砥石１１０
を用い、種類としては全体をダイヤモンドや立方晶窒化
ホウ素などの超砥粒と樹脂や金属をボンドとして混ぜ合
わせて成形したベース一体型砥石や砥粒を電気鋳造技術
で固めた同じく一体型砥石、金属円盤をベース材に用い
加工部位に相当する外周部に砥粒をメッキや焼結技術で
形成したタイプがある。この円盤状砥石を切断機の回転
軸に取り付け高速回転と、所定の切り込みを与えワーク
１１２を加工する。

【０００４】マルチワイヤーソー方式と回転砥石方式そ
れぞれの特徴としてはマルチワイヤーソーは一度に多く
の切断や溝加工が出来ることを最も大きな特徴としてい
る。しかしワイヤーの撓みによるワークの深さ寸法バラ
ツキやワイヤーの振動による加工深さ方向の真直性が不
十分である。ワイヤーの間隔を決めるローラー溝の偏摩
耗や熱変形によるピッチバラツキは設定値に対し±５μ
ｍは生じ、ワイヤー摩耗によるワイヤー供給側と出側の
加工溝幅バラツキも生じる等、加工精度的には問題があ
る。又、ワークに対する高精度な加工位置決めの有効手
段が無いため±１０μｍを下回る位置決めが出来ない。
又、砥粒によるワーク汚れやワイヤーセットに手間がか
かる等作業上の欠点も多く保有している。

【０００５】これに対し回転砥石方式は複数枚の砥石を
スペーサーを介して組み込むことで同時に複数列の加工
を行うことが出来るがマルチワイヤーソーほど多くの溝
加工や切断加工を同時に行うのは困難である。特に狭い
ピッチ間隔での加工は砥石の組み合わせが難しく組み合
わせ時の砥石の振れや加工時に生じる熱などに起因する
ワーク破損が多い。又、砥石のワークへの入り側及び出
口側にチッピングが生じる。しかし前記マルチワイヤー
ソーと加工面質、加工量を比較すると回転砥石の摩耗の
方がワイヤーの摩耗量より少ない。従って工具摩耗の影
響による加工後のワークの厚みのバラツキは少ない。、
工具の剛性も回転砥石の方が高いため工具剛性に起因す
る溝加工時の加工深さ方向の真直性及び深さ精度が高く
バラツキも少ない。又、ピッチ精度は切断機の送り精度
に依存し、公差±１μｍを得ることが可能である。ワー
クに対する加工位置決めも機械系に付属した光学系を用
い位置決め精度±１μｍを得ることが出来る。更に図９
に示すような断面が音叉型のワーク形状を得ようとする
と回転砥石方式のほうが優る。

【０００６】高脆材料の切断又は溝加工を行うには加工
ユーザーは上記の二方式を目的に合わせ使い分けている
が、通常の切断や溝加工の場合、装置の扱い安さを優先
し、後者の回転砥石方式が用いられることが多い。但
し、全研削抵抗が直接回転砥石にかかるため厚いワーク
の切断や、深溝加工時には砥石変形のみならず砥石破損
を招くことがあるので十分注意を要する。例えば０．５
ｍｍの厚みの砥石で切断加工を行う場合、アルチック等
の高脆セラミックスでは砥石厚みの５〜６倍の厚みのワ
ークが限界である。砥石厚みが更に薄くなると石厚みに
対するワークの厚みの比は下がる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図９は断面が音叉型の
形状の加工例を示す図である。水晶、ガラス等のブロッ
ク１２２を加工用ベース１２４に接着固定し、回転砥石
１２６を用い加工後の残幅が加工深さの１／１０以下で
高い形状精度、加工面品質を得ようとするものである。
この場合、回転砥石１２６の砥粒径を小さくし加工時の
送り速度を低速にする必要がある。

【０００８】しかしながら回転砥石に目づまりが生じ、
加工面の面質が場所により異なり、繰り返し安定性に欠
ける。溝、又は切断加工部周囲には多数のチッピングが
発生する。

【０００９】図５（ａ）は音叉型完成ワークを示す図で
ある。音叉型のワークを得ようとする場合、図５（ｂ）
に示すような理想的な断面形状、は得にくい。実際の加
工形状は図５（ｃ）に示すような溝底形状が砥石の外周
摩耗により形崩れを生じる。しかもその形状は一定にな
らい。又、加工後の残部の幅寸法は上部のほうが下部よ
りも小さいクサビ状傾向にに加工される。

【００１０】更に回転砥石の進行方向についても加工真
直性が悪く弓状、或いは蛇行してしまう（図示せず）。

【００１１】更に切断加工は材料の有効利用や部品の小
型化等の面から出来るだけ薄い回転砥石の使用が望まれ
るが、加工時の負荷に耐えられず破損するため薄くする
ことが出来ない。

【００１２】更に残幅を小さくすると残幅部のワーク強
度が減少し破損してしまう。

【００１３】図６（ａ）は積層型の圧電セラミックスの
加工例を示す。圧電セラミックス板２０の間に軟質金属
電極２２を介在させ何層にも積層し焼成した積層型圧電
材料２４を溝加工又は、切断加工で小さく分離する場
合、その加工断面は図６（ｂ）に示す理想的加工の断面
図のように軟質金属電極２２は各層毎に完全分離されな
ければならない。しかし従来の回転砥石方式で加工した
加工面は図６（ｃ）に示す一般的加工の断面図のように
軟質金属電極２２が回転砥石に引きずられてスミアリン
グ２６と呼ばれる膜状の汚れが生じ、各電極間をショー
トさせ特性上の不良をもたらす。

【００１４】又、高密度化のためにはランド幅２１を狭
めた加工が必要となるが加工時の研削負荷や発熱あるい
は振動等によりランド倒れが生じ良品を得ることが難し
い。ランド倒れを生じさせないためには加工能率を度外
視した超低速送りで加工する必要がある。

【００１５】そこで本発明はこれらの課題を擁した実状
を打破するため新たな方式を提案するもので、チッピン
グ及びワーク破損が少なく、形状及び寸法精度が高く、
加工面質が均一で材料特性を損なわず、工具寿命の長く
安定した生産性に優れた高脆性材料の狭幅切断及び狭幅
溝加工方法を提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに本発明の狭幅切断及び狭幅溝加工方法は下記記載の
構成を採用する。０．５ｍｍ以下の厚みを有する薄刃回
転砥石をスライシングマシーンの主軸に取り付け、５０
００〜３００００ｒｐｍで高速回転させる。ワークは左
右に揺動するテーブル上に載置し、６０〜３００回／分
で揺動させる。揺動１回あたりのワークへの砥石切り込
みは回転砥石の砥粒突き出し量以下とする。

【００１７】切り込みの与え方は連続的、断続的いずれ
でも良い。所定の深さまで少量切り込みで切り込み回数
を多くして加工を行うことを特徴とし上述の課題を解決
するものである。

【００１８】ワークの揺動１回あたりの砥石切り込み量
を小さく、揺動回数を多くして加工することにより加工
時の研削抵抗を極めて小さくすることが出来る。これに
より加工時の砥石曲がり、加工による発熱、振動等が押
さえられる。これにより剛性の低い厚みの薄い砥石を用
いても真直な深い溝加工又は切断加工が可能となる。
又、溝ピッチの狭い加工も可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２０】図１、図２は本発明を説明する概略図であ
る。図１は加工状態を断面で表したものである。図２は
加工状態を側面からみたものである。図１で、１は５０
μｍ〜１０００μｍの厚みの薄刃回転砥石で通常メタル
ボンドのダイヤモンド砥粒の砥石、あるいはビトリファ
イドボンドのＣＢＮ砥粒砥石を用いる。砥粒のサイズは
３μｍ〜４０μｍが適当であり加工時の砥石回転数は５
０００〜２００００ｒｐｍが用いられる。

【００２１】ａ、ｂ、ｃ、ｄ、……はワーク３にテーブ
ル揺動１回あたりの回転砥石１の切り込み量であり目標
品質により適正値を設定するが薄刃回転砥石１の砥粒突
き出し量以下に設定する。砥粒突き出し量はおおよそ砥
粒径の３０％〜４０％である。５０％を越えると研削抵
抗により砥粒はボンドから脱落する。ワーク３の上面側
に生じるチッピングを押さえるためには切り込み量設定
をａ、ｂ、ｃ、ｄ、……の順に何段階かに増していくと
効果が得られる。

【００２２】Ｈはトータル切り込み量であり上記ａ〜ｄ
……の累積値であり設定量により異なるが数十〜数千回
の砥石切り込みを行い加工を終了する。５はワーク３を
接着固定するためのベース材で通常、回転砥石を痛めな
いようにワーク３と加工性が同レベルの材質かそれより
も加工性の優る材質のものを用いる。

【００２３】図２で７は加工機械のテーブルである。ワ
ーク３を取り付けたベース材５を固定しテーブル位置ｐ
１〜ｐ２の加工距離を揺動回数ｓで往復動する。

【００２４】テーブル位置ｐ１〜ｐ２はトータル切り込
み量Ｈの終了時に砥石１が十分に抜けきる位置に設定す
る。揺動回数ｓはワーク材質、砥石幅、砥石粒径、加工
形状等により異なるが６０〜３００回／分の範囲で設定
する。

【００２５】図３は加工時間と切り込み量を示すグラ
フで従来の方式であるクリープフィード研削を示す。ク
リープフィード研削とは１回の切り込みでゆっくりと加
工する方式である。テーブル送り速度（加工速度）は１
０ｍｍ／分〜２００ｍｍ／分が一般的に用いられる。

【００２６】図３は本発明の加工方式による加工時間
と切り込み量を示すグラフで、１回の切り込み量を小さ
くし１回の加工時間を短くして加工回数を多くしてい
る。トータル加工時間としては図３と図３では大き
く異ならない。

【００２７】図４は回転砥石の先端部形状を断面図で示
したものである。（ア）は砥石先端から内側にかけてテ
ーパー状になったもので０．５ｍｍ以上の厚みの砥石に
有効である。但し研削性能は良いがややチッピングが生
じやすい。（イ）は砥石部がストレートの砥石でベース
部が砥石部よりも逃げているタイプで一般的に使われて
いる。しかし（ア）、（イ）共、薄刃になるとベース部
の金属が反りやすくなり使用時の性能が安定しない。

【００２８】厚み０．３ｍｍより薄い砥石には（ウ）に
示すベース部も砥石材で出来た一体型砥石が多用され
る。反りが少なく厚み精度も良く使用時の性能が安定し
ている。本発明では（ウ）の一体型砥石を用いている。

【００２９】本発明は図９の実際加工を行う中で１２６
の回転砥石は経がφ１００ｍｍ、厚み０．３ｍｍのメタ
ルボンドダイヤモンド砥石を用いている。砥石粒径は１
５μｍを用い、１２２は水晶を用い１２４はカーボンベ
ースを用いている。砥石回転数は１００００ｒｐｍでワ
ーク揺動を３００回／分、砥石切り込みを揺動１回あた
り５μｍでおこなっている。

【００３０】次に図６（ａ）の実際加工を行う中で２４
は積層型圧電セラミックスを用い、２０は厚み２０μｍ
の圧電セラミックス板で、２２は厚み２μｍのＡｇ膜で
数十層交互に積層されている。回転砥石はφ１００ｍｍ
で厚み０．４ｍｍのメタルボンドダイヤモンド砥石の粒
径２０μｍを用い、ワーク揺動を３００回／分で水冷方
式で加工を行っている。

【００３１】その結果図９の水晶の音叉型形状の加工に
於いては砥石目づまりが生じず、加工面の品質が均一で
安定した。又、加工部周囲のチッピングが少なくなり、
チッピングサイズも２μｍ以下になった。

【００３２】又、音叉型の完成形状も図５（ｂ）に示す
理想的な断面形状が得られるようになった。すなわち砥
石摩耗が少なくなったことにより、溝底形状の崩れが生
じず、クサビ状に加工されることもなくなった。

【００３３】更に砥石への加工負荷が軽減されたことに
より砥石の進行方向の加工真直性も改善され弓状あるい
は蛇行現象が解消した。

【００３４】更に図６（ａ）の積層型圧電セラミックス
の加工においては、スミアリング不良が解消し、ランド
倒れが無くなり生産性向上が図れた。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明における高脆
性材料の加工方法によれば、ワークのチッピング及びワ
ーク破損が少なく残幅部の少ない加工が可能となり高密
度化に対応可能な切断及び狭幅溝加工を実現できる。ま
た、加工面質が均一で材料特性を損なわず形状、寸法精
度、品質が向上する。また、厚みの薄い回転砥石が使用
できるようになり材料の有効利用が図れる。その上、工
具寿命が向上し生産が安定するとともに高い生産性を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による狭幅切断及び狭幅溝加工の加工状
態を示す断面図である。

【図２】本発明による狭幅切断及び狭幅溝加工の加工状
態を示す側面図である。

【図３】は加工時間と切り込み量を示すグラフで従来
方式を示す。は加工時間と切り込み量を示すグラフで
本発明方式を示す。

【図４】（ア）回転砥石の先端部でテーパー状砥石を示
す図。（イ）回転砥石の先端部でストレート状砥石を示
す図。（ウ）一体型砥石。

【図５】（ａ）音叉型完成ワークを示す図。（ｂ）理想
的な断面形状ワークを示す図。 （ｃ）実際の加工形状を示す図。

【図６】（ａ）積層型圧電セラミックスの加工例を示す
図。（ｂ）理想的な加工の断面を示す図。 （ｃ）一般的加工の断面を示す図。

【図７】一般的なマルチワイヤーソー加工方式を示す
図。

【図８】一般的な回転砥石を用いる方式を示す図。

【図９】一般的な断面が音叉型の形状の加工例を示す
図。

【符号の説明】

１ 薄刃回転砥石 ３ ワーク ５ ベース材 ａ 切り込み量 ｂ 切り込み量 ｃ 切り込み量 ｄ 切り込み量 ７ テーブル Ｈ トータル切り込み量 ｓ 揺動回数 ｐ１ テーブル位置 ｐ２ テーブル位置 ２０ 圧電セラミックス板 ２１ ランド幅 ２２ 軟質金属電極 ２４ 積層型圧電材料 ２６ スミアリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速回転する０．５ｍｍ以下の厚みを有
   する薄刃回転砥石を用い高速揺動を与えたワークに微少
   量ずつ切り込みを与え加工する脆性材料の狭幅切断及び
   狭幅溝加工方法。
2. 【請求項２】 ワーク揺動１回あたりの砥石切り込みを
   砥粒の突き出し量よりも小さい値に設定することを特徴
   とする請求項１の脆性材料の狭幅切断及び狭幅溝加工方
   法。
3. 【請求項３】 多重に積層された材料に対し、１回の砥
   石切り込みを１つの積層材の厚みよりも小さい値に設定
   することを特徴とする請求項１の脆性材料の狭幅切断及
   び狭幅溝加工方法。