(57)【要約】【課題】砥粒先端部の切れ刃高さを鏡面レベルの研削面が得られるように揃えると共に、ツルーイング時の加工抵抗を下げ、薄刃砥石のツルーイングを可能とし、ツルーイングによる金属汚染を防止する。【解決手段】石英ガラスを主成分とする材料をツルーイング工具とし、ダイヤモンド砥石でツルーイング工具を研削加工することによりボンド表面の砥粒の先端に平滑な平坦部を高能率に形成し、砥粒切れ刃高さを整列させる。ダイヤモンド砥粒の先端は、石英ガラスを研削加工することで摩滅磨耗すると共に平均的な切れ刃高さに比べ、突き出た砥粒先端は深く切り込むことで磨耗が大きく、また、低い砥粒先端は切り込みが浅く、磨耗が小さくなり、結果として砥粒切れ刃高さが揃いツルーイングされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスを主成分とする材料をツルーイング工具とし、ボンド中に分散された砥粒の先端に平滑な平坦部を形成し、砥粒切れ刃高さを整列させることを特徴とするダイヤモンド砥石のツルーイング方法。
【請求項２】
石英ガラスを主成分とする材料をツルーイング工具とし、切断や溝入れに用いられるダイヤモンド砥石でツルーイング工具を研削加工することにより、砥石側面の砥粒切れ刃高さを整列すると共に、砥石側面の振れを除去することを特徴とするダイヤモンド砥石のツルーイング方法。
【請求項３】
請求項１〜２において、ダイヤモンド砥石のボンドが有機質系であり、砥粒切れ刃密度を高めることを特徴とするダイヤモンド砥石のツルーイング方法。
【請求項４】
石英ガラスを主成分とする材料からなるダイヤモンド砥石のツルーイング工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド砥石のツルーイング方法及びそれに使用するツルーイング工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査分析の分野で微量液体の試料を流すための溝をもつ石英ガラス製セルが用いられることが多くなっている。この溝の表面粗さは、液体を滑らかに流し、さらに、光散乱による検出感度の低下を防ぐため、鏡面レベルの滑らかさと平面度が求められる。
【０００３】
脆性材料である石英ガラスに微細溝を形成する加工方法として、石英ガラス部品を光学研磨したのち接合して溝形成する方法が知られているが、高精度な研磨加工と手加工により製造されるのでコスト低減が困難である。
【０００４】
また、マイクロ流体チップ、μＴＡＳの溝形成方法として、石英ガラス基板上に耐腐食性膜を形成し、リソグラフィーにより必要なパターンを抜いたあとに、フッ酸系エッチング液により石英ガラスをエッチング、あるいは、ショットブラストにより溝を形成する方法が知られているが、光学的性能の面、あるいは、形成された溝断面形状の点で分析用セルとしての性能を満たすことができない場合がある。
【０００５】
一方、機械加工により直接石英ガラスに溝形成する方法として、ダイヤモンド砥石、あるいは、ＣＢＮ砥石といった超砥粒砥石による研削加工法がある。一般に、ダイヤモンド砥石を使用するときは、ダイヤモンド工具や通常砥石、または鋼材その他の金属などをツルーイング工具として用いてダイヤモンド砥石のボンドを除去し、ツルーイングをおこなう。この方法は、ボンドを除去、または、砥粒を破砕する方法であるため、砥粒の突出量が一様ではなく、微視的には砥粒切れ刃高さが整列していない。そのため、最大砥粒切込み深さの微小化が困難であり、鏡面研削の妨げになっている。
【０００６】
そこで、砥粒切れ刃高さを揃えることによって、光学ガラスやセラミックスなどの硬脆材料やアルミニウム合金などの延性材料を鏡面加工する技術が研究されている。切れ刃の整列は必然的に切れ刃先端の平坦化を伴う。
本発明における「ツルーイング」とは、この整列作業を意味する。この作業は、スムージング、若しくはシェービングとも呼ばれるものである。
従ってドレッシングが砥粒の突き出し量を調整したり、鈍化した砥粒の切れ刃を創生する作業であるのに対し、ツルーイングは、取り付けられた砥石の作用面の振れを取り除いたり、加工物の形状に合わせて所定の形状に仕上げる作業のことをいうものである。
なお、ツルーイング工具としては、平型、カップツルア型、ロータリーツルア型等が用いられている。
【特許文献１】特許第３２８６９４１号公報
【特許文献２】特開２００１−２１２７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ダイヤモンド砥石による研削加工において、切れ刃高さの整列作業に用いられるツルーイング工具にダイヤモンド工具を用いた場合、硬度が同じため、ダイヤモンド砥石の砥粒先端の平坦部にチップポケットとなる凹凸が生じ、目詰まりの原因となることがある。また、ツルーイング時の加工抵抗が大きいため、剛性の低い薄刃の切断用砥石、あるいは、溝加工用砥石には適用が困難である。
一方、鋼材や超硬合金材料がツルーイング工具の場合、作用部分で塑性変形を生じやすいため平面度が出にくく、また、ダイヤモンド砥石に金属のコンタミネーションが残る可能性がある。
【０００８】
本発明は、石英ガラス等の脆性材料の研削加工に用いられるダイヤモンド砥石のツルーイングにおいて、砥粒切れ刃高さを鏡面レベルの研削面が得られるように揃えると共に、ツルーイング時の加工抵抗を低下させ、薄型砥石のツルーイングを可能とすること、及び、半導体用部品研削加工用ダイヤモンド砥石のツルーイングによる金属汚染を無くすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
石英ガラスを主成分とする材料をツルーイング工具とし、ダイヤモンド砥石によってツルーイング工具を研削加工することにより、ボンド表面の砥粒の先端に平滑な平坦部を高能率に形成し、砥粒切れ刃高さを整列させるものである。ダイヤモンド砥粒の先端は、石英ガラスを研削加工することで摩滅磨耗するが、平均的な切れ刃高さより突出している砥粒先端は、石英ガラスに深く切り込むことで磨耗が相対的に大きく、また、低い砥粒先端は切り込みが浅く、磨耗が相対的に小さくなり、結果として砥粒切れ刃高さが整列されるようにツルーイングされる。
【００１０】
ダイヤモンド砥石のボンドが有機質系であるときは、前述の効果に加え、砥粒をボンドに埋没させて砥粒切れ刃密度が高められる。
研削面の表面粗さを小さくする要素の一つとして、砥粒切れ刃密度を高めることがあるが、ツルーイング工具として用いる石英ガラスは熱伝導率が小さく、また、ボンドの有機質も熱伝導率が小さいため発生した熱が逃げにくい。従って、適切な条件で研削加工をおこなうことで有機質のボンドが軟化してダイヤモンド砥粒がボンドに埋没し、砥粒切れ刃密度が高まるのである。有機質ボンドの材質としては、フェノール系レジンボンドなどが望ましい。
【００１１】
石英ガラスを主成分とする材料をツルーイング工具とし、切断・溝入れ用ダイヤモンド砥石でツルーイング工具を研削加工することによりツルーイングが実行され、砥石側面の砥粒切れ刃高さを整列させると共に、砥石側面の砥粒をボンドに埋没、または砥粒先端を磨耗させることにより側面振れを除去し、鏡面レベルの研削ができるようになる。
【００１２】
石英ガラスは、ダイヤモンド（炭素）との化学反応性があり、ツルーイング工具の主成分として適している。石英ガラス単体で用いる場合は、金属不純物を殆ど含まないことから、半導体用途の部品研削において不純物汚染を防ぐことができる。
石英ガラスの形態としては、バルク体、発泡体、あるいは焼結体などを用いることができる。
また、石英ガラスを主成分とし、副成分として鉄などを微量加えることにより石英ガラスの摩滅磨耗効果に拡散磨耗の効果が加わることでツルーイング効果の向上、ドレッシング作用などの機能を付加することができる。このような材料の製造方法としては、石英ガラスの従来製造方法である火炎溶融堆積、電気溶融法、スート法等において、所望の元素成分を含む微粒子、ガスを導入して製造する方法のほか、射出成形法が好ましく、これら副成分を粒子状に粉砕し、石英ガラス粉に混練し、射出成形して所定形状の石英ガラスを主成分としたツルーイング工具を製造することができる。  
【発明の効果】
【００１３】
本発明のツルーイング方法によりツルーイングしたダイヤモンド砥石を用いることにより、分析用セルとしての性能を満足させると共に金属汚染のない分析用石英ガラス製チャンネルセルを低コストで製造することが可能となる。具体的には、従来の手加工を中心とする多工程加工プロセスであるのに対し、機械加工が可能となり低コスト化が達成される。また、砥石先端部への平滑な平坦部の形成と、砥粒埋没による砥粒切れ刃密度の高密度化により研削加工面の光学的低散乱特性を向上させることが可能となる。
【００１４】
ボンド中にダイヤモンド砥粒を分散させた研削加工用砥石のツルーイングにおいて、石英ガラスをツルーイング工具として用いることにより、ダイヤモンド砥石の切れ刃先端を平坦化すると共に高さを整列させることができ、また、砥石の砥粒切れ刃密度の高密度化を達成できる。
【００１５】
本発明のツルーイング方法を施されたダイヤモンド砥石により研削された被研削材の表面は、鏡面レベルの加工表面が得られ、切断砥石のような薄刃砥石の切断面についても鏡面レベルの研削切断面が得られる。さらに、研削加工用ダイヤモンド砥石のボンド材がレジンボンドのような有機質材料の場合は、ツルーイングにより生じる加工熱と加工圧力によりダイヤモンド砥粒のボンド内への埋没現象を生じ、切り刃密度が高密度化されて研削表面粗さの鏡面レベルの向上に効果がある。
【００１６】
本発明のダイヤモンド砥石のツルーイング方法は、検査分析用の分野で微量液体を流すための溝をもつガラス製セルの溝研削加工に用いることができる。被研削材としては、分析用石英ガラス製チャンネルセル部品に限らず石英ガラス研削加工品全般に応用できる。また、石英ガラスの他、一般のガラス、セラミックの脆性材料の研削加工用のダイヤモンド砥石に利用できる。また、ツルーイング工具として高純度石英ガラスを使用することで、不純物汚染を防ぐことを求められる半導体製造装置部品の研削加工用砥石のツルーイング方法として利用できる。
以上の様に、石英ガラスは、高純度、高硬度、低熱伝導率であるので、ダイヤモンドに対する磨耗効果が高く、ツルーイング工具として有効であることが知見された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例１
直径１００ｍｍ、厚み０．２５ｍｍ、＃２０００のレジンボンドダイヤモンド切断砥石を外周刃切断機に取り付け、研磨された石英ガラスをツルーイング工具として用い、該石英ガラス表面を研削加工することにより本発明のツルーイング方法を実施した。ツルーイング条件は、砥石周速３０ｍ／分、送り速度２５ｍｍ／分、切り込み深さ０．２５ｍｍで、加工長は６３０ｍｍとした。
ツルーイング後、この切断砥石外周の砥粒を観察したところ、ダイヤモンド砥粒の切れ刃先端は平坦化されており、また、ダイヤモンド砥粒のレジンボンド内への埋没による切れ刃の高密度化が観察された。ＳＥＭによる観察結果を図１の写真に示す。
【００１８】
次いで、このツルーイングされた切断砥石１を使用して被削材である石英ガラス板２に溝加工をおこなった。溝加工の模式図を図２に示す。溝加工条件は、砥石周速３０ｍ／分、送り速度２ｍｍ／分、切り込み深さ０．２５ｍｍとした。
レーザプローブ方式の非接触３次元測定装置を用いて、石英ガラス板２を研削して形成した溝３の表面粗さを測定したところ、底面は０．０２０μｍＲａ、側面は０．００７μｍＲａであり、底面と側面の両方に対して鏡面レベルの表面粗さ、平面度が得られることが確認された。
【００１９】
比較例１
直径１００ｍｍ、厚み０．２５ｍｍ、＃２０００のレジンボンドダイヤモンド切断砥石１を外周刃切断機に取り付け、ＧＣ３０００、直径９０ｍｍのカップ砥石４を取り付けた公知のツルーイング工具であるカップツルア４を用いて、図３に示す形態で従来のツルーイング方法を実施した。
ツルーイングを完了したこの切断砥石により被削材である石英ガラス板に実施例１と同様に送り速度２ｍｍ／分で溝加工をおこない、レーザプローブ方式の非接触３次元測定装置で溝の表面粗さを測定したところ、底面、側面共に０．１０μｍＲａであり、本発明のツルーイング方法が格段に良好であることを示した。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のツルーイング後の切断砥石外周の砥粒のＳＥＭ写真。
【図２】本発明によるツルーイング方法を実施した砥石による溝加工の模式図。
【図３】ＧＣ３０００を用いた従来のツルーイング方法の模式図。
【符号の説明】
【００２１】
１    砥石
２    石英ガラス板
３    溝
４    カップツルア
【図１】
2009056517.tif 000003
【図２】
2009056517.tif 000004
【図３】
2009056517.tif 000005