JPS632291Y2

JPS632291Y2 -

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Publication number: JPS632291Y2
Application number: JP1979036640U
Authority: JP
Priority date: 1979-03-20
Filing date: 1979-03-20
Publication date: 1988-01-20
Also published as: ATA148880A; DE3010805A1; DE3010805C2; JPS55138057U; AT368925B

Description

【考案の詳細な説明】本考案は片面ラツプ方式の液中ラツピング装置
にかかり、無変質、スクラツチフリーの高精度、
高品質の研摩面を形成することのできる装置を提
供しようとするものである。

近年、高精度、高品質の研摩面が各分野から要
求されるようになり、特に電子部品用結晶材料に
おいて無変質、スクラツチフリーの研摩面が望ま
れている。

現在、無変質、スクラツチフリーの研摩面を得
るために種々の加工方法、加工装置の研究がなさ
れているが、形状精度を含めた高品質の研摩面を
安定に得られていない。特に、市販研摩装置（ラ
ツプ盤）によつて無変質、スクラツチフリー、形
状精度の維持された研摩面は得られていない。

従来、鏡面加工用ラツプ盤として、修正リング
式片面ラツプ盤が広く採用されている。この修正
リング式片面ラツプ盤の構成及び加工状態を以下
に述べる。

第１図に示すように、ラツプ盤本体１上にラツ
プ定盤２が取り付けられ、モータによつて一定回
転が与えられている。ラツプ定盤２は軟質のラツ
プ材、たとえば銅、鉛、錫などで構成されてい
る。ラツプ定盤２上に修正リング３が乗せられ、
修正リング３はラツプ定盤２上での位置をラツプ
定盤２の半径方向に移動することができるもの
で、ラツプ定盤２の平面度の調整を行なう。ま
た、修正リング３は内周にワーク４（たとえば多
結晶フエライト材）を貼り付けたワーク貼り付け
定盤５を保持する役目もする。修正リング３のラ
ツプ定盤２上での位置決めは修正リングホルダー
６の位置調整によつて行なわれる。修正リングホ
ルダー６に取り付けられた一対の回転ローラ７に
修正リング３の外周を接触させ、ラツプ定盤２を
回転させれば、修正リング３は、定位置すなわち
修正リングホルダー６によつて調整された位置に
て、ラツプ定盤２の周速差によりそれに回転力が
加わり、自転をする。同時に修正リング３の内周
に入れられたワーク貼り付け定盤５も修正リング
３と同様に自転をする。

ラツプ定盤２を回転させる際、加工液８（例え
ば平均粒径3μmのダイヤモンド砥粒を混入した水
と水溶性の油との混合液）をラツプ定盤２上に供
給する。

ラツプ定盤２の回転始動、停止はメインスイツ
チ１０のオン・オフによつて行ない、加工時間は
タイマー１１によつて設定する。

ワーク４のサイズ、枚数によつて加工圧力を調
整するため、圧力調整用おもり１２を用いる。

実際に鏡面加工する場合、加工液８の供給によ
つて加工面状態が異なる。加工液８の供給によつ
て乾式法と湿式法にわけられる。第２図Ａに示す
ように、乾式法では、砥粒９がラツプ定盤２上に
埋め込まれた状態となり、加工面には微小なひつ
かききずがつけられ、スクラツチの集積による鏡
面となる。湿式法では、第２図Ｂに示すように、
ラツプ定盤２とワーク４のすき間を砥粒９が転が
り、えぐりきずをつけ無光沢梨地面となる。ここ
で、砥粒９による加工ダメージの小さい湿式に近
い状態にて加工を行ない、その評価をした。

研摩面評価結果 (1) 表面あらさ Rmax 200Å (2) スクラツチスクラツチ有り（微分干渉顕微鏡を使用し、
200倍で観察）。

(3) 加工変質加工表面から0.2〜0.3μm程度結晶のみだれを
生じている（電子線回折法により評価）。

(4) 形状精度面だれ、平面度、寸法精度は良好であつた。

以上のように、この方法では形状精度が得られ
るものの、研摩面品位（面あらさ、スクラツチ、
加工変質）の点で問題が多い。

また、他の加工法として、砥粒による研摩とケ
ミカルエツチングを同時に作用させる方法があ
る。これは、加工変質を取り除くには有効である
が、あらさや形状精度（面だれ）の点で劣化を生
じ、特に多結晶材を研摩した場合に問題が多い。
多結晶材の場合、各面位によるケミカルエツチン
グレート差、加工量差を生じる。

無変質、スクラツチフリー、形状精度の良好な
研摩面を得るためには、加工（砥粒）によるワー
ク４のダメージの受ける範囲をできるだけ狭めれ
ばよい。たとえば、材料の結晶欠陥（転位）間隔
以下の範囲にすれば、ワーク４加工面はまつたく
加工変質を生じない。つまり弾性破壊によつて加
工すれば、加工変質を生じない。実際には材料に
なんらかの欠陥が結晶欠陥間隔以下の範囲に存在
し、まつたくの無変質にはなり得ない。このため
には、結晶の転位欠陥の平均間隔（約1μm程度）
以下の粒径の砥粒を用いればよい。たとえば
SiO₂（20〜50Å）やMgO（800〜1200Å），Al₂O₃
（50Å）などの微細砥粒である。

これらの微細砥粒を純水に一定量混合し、上記
の修正リング方式の片面ラツプ盤に使用してみた
が、スクラツチを生じて表面あらさの大幅の改善
はなされなかつた。第３図Ａに示すように、異常
砥粒１４や雰囲気（浮遊塵埃、人体の影響）の影
響が原因と判定される。また、第３図Ｂに示すよ
うに、ラツプ盤２とワーク４の間の加工液層８が
不安定でラツプ定盤２とワーク４がしばしば接触
し、スクラツチ、加工ダメージの原因となつてい
る。

上記のように異常砥粒や雰囲気の影響を取り除
き、安定したラツプ定盤２とワーク４の加工液層
１４（動圧流体軸受け状態）を形成する手段とし
て、液中ラツピングがもつとも容易な手段である
が、液中ラツピング装置の市販品はない。また、
これまで液中ラツピング装置では、安定に高精
度、高品質の研摩面が得られていない。

本考案による液中ラツピング装置は、上述の問
題点を解決することができるものであり、これは
平均粒径1μm以下の微細砥粒（SiO₂，MgO，
Al₂O₃など）による弾性破壊を利用するものであ
る。

弾性破壊による研摩を円滑に行なうためには、
以下の条件が必要である。

(1) 結晶欠陥（転位）間隔以下の粒径の微細砥粒
を使用する。

(2) 異常砥粒、侵入塵埃の影響を受けない。

(3) ワークはラツプと一定間隔の浮上量を維持
し、流体軸受け状態を形成する。

これら三条件を満たす加工装置の一実施例を第
４図に示す。これは片面ラツプ方式ラツプ盤を基
本とし、下加工と同様のワークサイズにて加工を
行なうため、下加工（粗研摩、ダイヤモンド砥粒
による鏡面研摩）と同様のワーク貼り付け定盤を
使用することとした。

まず、液中ラツプ盤本体１５上に、加工液槽１
６，１７が液漏れ止め用クツシヨン材１８を介し
て取り付けられた溝付きラツプ定盤１９を、取り
付ける。溝付きラツプ定盤１９の材質としては、
耐食性があり、緻密な材質、たとえば錫やステン
レス鋼が適している。溝付きラツプ定盤１９は液
中ラツプ盤本体１５に内蔵されたモータにより回
転させられる。溝付きラツプ定盤１９の上面に
は、一定ピツチの溝２０が設けられている。第４
図Ｂに示した溝２０は同心円状の溝（溝ピツチ２
mm、深さ１mm、溝凸部表面あらさ５〜20μm）で
あるが、スパイラル状あるいはうず巻状のいずれ
でもよい。溝付きラツプ定盤１９の上面（溝凸
部）は、旋盤により一定あらさに仕上げて平面度
出しを行なう。砥粒を使用して平面度を出す方法
もあるものの、この方法には、微細砥粒による修
正効果がほとんどなく、粒径の大きな砥粒による
修正では埋め込み、残留などの砥粒によるスクラ
ツチが問題になるため使用しない。また、溝付き
ラツプ定盤１９上面は、表面あらさが大きいほど
流体軸受け状態を形成しやすいために、旋盤によ
る面修正の方が望ましい。そのあらさは5μm以上
が好ましい。ところが20μmを超えると、平面性
を維持することが困難なため、５〜20μmと定め
た。

液中ラツプ盤本体１５上にホルダー固定用主軸
２１を設け、このホルダー固定用主軸２１とをホ
ルダー固定部２２をはめて取り付ける。ホルダー
固定部２２はホルダー固定用主軸２１にそつて上
下動、回転可能とし、ホルダー固定部２２に設け
られた固定用ねじ２３と、ホルダー固定用主軸２
１に設けられた案内溝２４，２５，２６とによつ
てその移動範囲が規制されている。また、固定用
ねじ２３によつて案内溝２４，２６内で固定され
る。ホルダー固定部２２には、連結板２７を介し
てホルダー部２８が取り付けられている。ホルダ
ー部２８には一対の回転ローラ２９が取り付けら
れている。あらかじめ、ワーク４をワーク貼り付
け定盤５に貼り付けて、粗研摩し、ダイヤモンド
砥粒（3μm）を使用して鏡面研摩することにより
下加工する。回転用円筒３０とワーク貼り付け定
盤５を連結用ねじ３１を用いて連結する。なお、
回転用円筒３０とワーク貼り付け定盤５の外周寸
法はほぼ同じとすることが望ましい。ここで回転
用円筒３０は、ホルダー部２８に取り付けられた
回転ローラ２９が内周に接する内周寸法とする。
この時点で溝付きラツプ定盤１９上面や加工液槽
１６，１７の内壁を洗浄し、またワーク４やワー
ク貼り付け定盤５、回転用円筒３０の表面を洗浄
して、特に下加工時の砥粒の混入に注意する。つ
ぎに、加工液３２を用意し、加工液槽１６，１７
間に加工液３２を注入する。加工液３２には、た
とえば平均粒径1μm以下のSiO₂と純水・グリセ
リンの混合液を使用することができる。グリセリ
ンは、ワーク４と溝付きラツプ盤１９との安定し
た浮止量を維持するために混合する。

さきに用意したワーク貼り付け定盤５及び回転
用円筒３０を、第４図に示すように、ホルダー固
定用主軸２１と同位置関係に加工液３２中に静か
に置く。ホルダー固定部２２をホルダー固定用主
軸２１に設けられた案内溝２４にそつて下降さ
せ、第４図に示すような位置関係に調整する。回
転ローラ２９の回転用円筒３０内周での接点の高
さ調整は、高さ調整用スペーサー３３によつて行
なう。ワーク貼り付け定盤５、回転用円筒３０の
溝付きラツプ定盤１９上での位置決めはホルダー
固定用主軸２１の位置調整（溝付きラツプ定盤１
９の半径方向）によつて行なう。位置決め終了
後、固定ねじ２３を締め付け、ホルダー固定部２
２を固定すると同時に連結板２７をストツパー３
３に押し当てて固定する。この状態で溝付きラツ
プ定盤１９を回転させれば、加工が行なわれる。
加工終了後、溝付きラツプ定盤１９の回転を停止
させ、固定ねじ２３をゆるめてから、ホルダー固
定部２２を案内溝２４にそつて上昇させ、案内溝
２５にそつて左回りに回転させ、つぎに案内溝２
６にそつて下降させる。これでホルダー部２８は
溝付きラツプ定盤１９上から完全に逃げた状態に
位置し、ワーク貼り付け定盤５、回転用円筒３０
の連結体を自由に出し入れできる。加工再開の場
合にはこの手順の逆にする。

この液中ラツピング装置を使用すれば、液中加
工であるため微細砥粒を使用することができ、ま
た微細砥粒を液中に浮遊させてワーク表面から連
続的に微小量を取り去り加工することができる。
液中加工のため、外部から侵入する塵埃を沈澱さ
せることができるので、影響を加工に及ぼさな
い。さらに、この液中ラツピング装置では、溝付
きラツプ盤を使用しているため、塵埃の影響も軽
減することができる。

つぎに、溝付き定盤溝を表面あらさ５〜20μm
に仕上げて使用しているため、ワークと溝付き定
盤の間に安定した浮上量を作りやすく、流体軸受
け状態を得るのに効果的であつた。その表面あら
さが5μmより平滑であると、ワーク（ワーク貼り
付け定盤）の溝付きラツプ盤の周速差に伴なう回
転が円滑でなく、良好な加工状態（流体軸受け状
態）が得られなかつた。

さらに加工液中に増粘剤としてグリセリンを添
加しているが、グリセリンを添加しなければワー
クと溝付ラツプ定盤とはしばしば接触してしまう
ので、完全な流体軸受け状態を得られない。第５
図にグリセリン添加による効果を示す。第５図に
示すようにグリセリンを添加した場合、加工能率
は低下する。つまりワークと溝付ラツプ盤の浮上
量は拡大し、加工能率が低下してしまう。また、
加工圧力を増加してもグリセリンを添加しない場
合と比べて加工能率は低く、ある一定の加工能率
以上向上しない。つまり強固で完全な液層が作ら
れ、完全な流体軸受け状態となつている。この状
態で加工を行なうことが、もつとも良好な加工状
態である。

また、本考案による液中ラツピング装置は、ワ
ーク貼り付けた定盤の自転を保持する回転ローラ
が回転用円筒内部にて接しているため、塵埃の混
入のおそれもなく、またワークの位置に近い位置
にて接しているため自転（回転）の振れを最小に
押さえることができる。

上述のことから明らかなように、本考案の装置
は弾性破壊による研摩を行なうための三条件を満
している。

本考案の液中ラツピング装置を使用して多結晶
フエライト材を研摩した場合の研摩面評価結果の
一例を示すと、次のとおりである。

(1) 表面あらさ Rmax 20〜30Å……第６図に示す。測定は、
段差測定器タリステツプにて行なつた。倍率は
10⁶倍である。

(2) スクラツチスクラツチフリー（微分干渉顕微鏡を使用
し、倍率200倍で観察）。

(3) 加工変質無変質（電子線回折法により評価）。

(4) 形状精度面だれ微細砥粒を使用しており、微少量加工のた
め、面だれはほとんど問題とならない。

平面度平面度は従来加工法と同様ラツプ定盤平面
度に従う。本考案の場合旋盤加工によりラツ
プ定盤の面出しを行なつているため、旋盤の
加工精度による。

寸法精度微少量加工のため寸法精度に問題はない。

以上のように本考案によれば、ワークがラツプ
定盤表面から浮上した形式の液中加工を採用して
いるため、平均粒径1μm以下の微細砥粒を使用す
ることができ、微細砥粒を液中に浮遊させてワー
ク表面から連続的に微小量を取り去り加工するこ
とができる。また、溝付き定盤の表面あらさを５
〜20μmとし、加工液中に増粘剤としてグリセリ
ンを添加しているために、ワークと溝付き定盤の
間に安定した浮上量を作りやすくワークと溝付き
定盤とが接触することを防止した完全な流体軸受
け状態にすることができ、最良の加工状態を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の修正リング方式片面ラツプ盤の
構造を示し、同図Ａは平面図、同図Ｂは正面図、
同図Ｃは側面図である。第２図Ａは従来装置によ
る乾式研摩時の砥粒の作用状態を示し、同図Ｂは
同じく湿式研摩時の砥粒の作用状態を示す。第３
図Ａは従来装置による異常砥粒作用状態を示し、
同図Ｂはワークとラツク定盤のコンタクト状態を
示す。第４図Ａは本考案による液中ラツピング装
置の一実施例の平面図、同図Ｂはその一部を破断
して示す断面図である。第５図はこの一実施例に
おける増粘剤の効果を示すグラフである。第６図
はこの実施例による多結晶フエライト研摩面表面
図のあらさを示す。４……ワーク、５……ワーク貼り付け定盤、１
５……液中ラツプ盤本体、１６，１７……加工液
槽、１８……液漏れ止め用クツシヨン材、１９…
…溝付きラツプ盤、２０……溝、２１……ホルダ
ー固定用主軸、２２……ホルダー固定部、２３…
…固定用ねじ、２４，２５，２６……案内溝、２
７……連結板、２８……ホルダー部、２９……回
転ローラ、３０……回転用円筒、３１……連結用
ねじ、３２……加工液、３３……高さ調整用スペ
ーサ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

ラツプ定盤の表面を底として上方に開口した加
工液槽と、その加工液槽内に入れられたラツピン
グ液と、前記加工槽内のラツピング液中に入れら
れたワーク貼り付け定盤と連結もしくは一体の回
転用円筒と、ラツプ盤本体に設けられたホルダー
固定主軸に保持され、他端に前記回転用円筒の内
周に接する一対の回転ローラを有するホルダー部
とを有し、前記ラツプ定盤の回転にともなつて、
前記回転用円筒を前記ラツピング液により流体軸
受け状態で保持するよう構成し、前記ラツプ定盤
の表面に溝を設け、その表面あらさを５〜20μm
にするとともに、前記ラツピング液には平均粒径
1μm以下の微細砥粒とグリセリンとが混入されて
いることを特徴とする片面ラツプ式液中ラツピン
グ装置。