いまさら聞けないガラス講座

ガラスの研磨加工
大阪大学

榎 本俊 之Basic Glass PolishingToshiyuki Enomoto
Osaka University

１．はじめにきく研磨加工と研削加工がある．研磨加工とは圧力により切込みを行う（圧力転写原理にもと研磨加工とは研磨パッド，ラップ定盤といっづく）加工であり，研削加工とは砥石を用いてた工具の上に切れ刃となる砥粒を含んだ研磨剤寸法により厳密に切込みを行う（運動転写原理を供給し，それに工作物を押し当て摺動させるにもとづく）加工である．したがって研磨加工といった単純な加工プロセスである．それゆえでは研削加工と異なり，加工機精度をこえる微に，その構成要素の種類，組み合わせ，使い方小な切込みを実現でき，良好な仕上げ面を容易には極めて多くの選択肢があり，適切に選択すに得ることができる．研磨加工はさらに研磨剤ることで他の加工法では得られない高品位かつ（スラリー）を用いる遊離砥粒加工と砥石を用高精度な仕上げ加工をリーズナブルなコストでいる固定砥粒加工に分けられるが，一般には前実現できるものの，そのためには多くの知識や者のみを研磨加工としてイメージされることがノウハウが必要とされる．

多いようである．

そこで本稿では研磨加工における数多くの選研磨加工を行うにあたり，この遊離砥粒加工

択肢やその組み合わせ方の中で，ガラスを対象法と固定砥粒加工法のいずれを採用すべきかはとした研磨加工を中心に基礎的な知識にしぼっ重要な課題となる．前者は加工能率の向上に限て解説する．なお基礎知識とはいっても加工，界がある，工作物の洗浄が大変である，スラ

特に研磨加工に関する知識にはケースバイケー

リーに起因する劣悪な作業環境，廃液処理等々

スで変わるものが多く，ここでは最も一般的なの問題を有することから，固定砥粒加工への置内容を説明するにとどめる．

き換えが強く望まれている．しかし砥石を用い２．研磨加工の概要

た加工では砥粒や砥石の摩滅・摩耗などによりその切れ味を一定に保つのが難しいという致命

まず研磨加工そのものについて簡単に述べ的な問題がある．また後工程を考えた場合，切る．砥粒を使った加工，つまり砥粒加工には大れ刃軌跡が多方向となりやすい遊離砥粒加工のほうが望ましいこともある．このようにいずれ〒５６５―０８７１ 大阪府吹田市山田丘２―１８７９―７３４０TEL ０６―６８７９―７３４１
FAX ０６―６E―mail : enomoto@mech.eng.osaka-u.ac.jp

４０も一長一短があり，実際に一度固定砥粒加工法に置き換わったものの，数年後にはまた遊離砥粒加工法に戻るといったことも加工現場では起NEW GLASS Vol．
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きており，加工仕様や加工工程の変化，工具のおける取り代としては数〜１０µm 程度に設定さ進歩などにより日々変わっているのが現状であれることが多い．ポリシングでは仕上げ面粗さる．なお，以下では研磨加工とは特に断りのなを良好にするのみならず，表面の加工変質層もい限り，遊離砥粒加工のことを指す．

除去しきることが求められるため，前工程後の３．研磨加工の基礎知識
３．
１ ラッピングとポリシング変質層厚みを取り代である１０µm 以下にしておかなくてはならず，おおざっぱには加工面粗さ と し て P―V１〜２µm に お さ え る 必 要 が あ

研磨加工はラッピングとポリシングに大別さる．こうしたことから上記のように＃１０００程れる．ラッピングは粗い研磨加工，ポリシング度のアルミナ系砥粒が多用されるのである．

は精密な研磨加工といった具合に，その結果になおラッピング用砥粒，つまりラップ材としより区別されているだけであり，曖昧さを有しては上記のアルミナ系の他には炭化珪素系の砥た用語であるが，おもな特徴を以下に挙げる．

粒が広く使われている．炭化珪素系砥粒は高硬ラッピング：・工作物を所定の形状，寸法，厚度で鋭利なコーナを有するため，加工面粗さはみに能率よく仕上げる

・おもに粗い砥粒と硬大きいものの加工能率に優れるといった特徴を質な工具を使用する・おもに機械的除去作用有する．一方，アルミナ系砥粒は炭化珪素系砥で加工する粒より硬度は低く，形状もブロッキーである．

ポリシング：・工作物の加工面を高品位，精密したがって加工能率は劣るが，良好な加工面粗に仕上げる・おもに微細な砥粒と軟質な工具さを得やすい．また砥粒の選定においては種類を使用する

・機械的除去作用に化学的作用をと粒度に着目することが多いが，砥粒による突併用することが多い

き出し高さの差が実質的な切込み深さとなるた

このようにラッピングでは硬質な工具（ラッめ，加工能率の高低は砥粒の平均的な大きさでプ定盤）の上を粗い砥粒が転動しながら加工がはなくその粒度分布のばらつき程度の影響を受進行し，ポリシングでは軟質な工具（研磨パッけることになる．大きな砥粒を用いると加工能ド／研磨布）に微細な砥粒が緩く保持されなが率が高まるのは，大きな砥粒になるほど粒度分ら加工が進行する．その他，硬質工具と微細砥布のばらつき程度が大きくなるためである．

粒，軟質工具と粗砥粒という組み合わせも実際

次にラッピング用工具（ラップ定盤）としての加工に用いられている．

は，・砥粒をある程度工具内に沈み込ませる・

３．
２ ラッピング用砥粒と工具

工具形状を維持するための適度な耐摩耗性を有ガラスのラッピングでは，＃１０００程度（平する・形状修正が容易であるといった目的均粒径１２µm 程度）のアルミナ系砥粒を防錆から鋳鉄定盤が多用されている．そして加工能剤などとともに水に分散させて用いることが多率の向上やスクラッチ発生の抑制などのためにい．実際には加工現場ごとにそれぞれの考え方

定盤には碁盤目，放射状，スパイラル状等の溝により砥粒の選択を行っているが，ラッピングが加工されることが多い．

はポリシングの前工程と位置づけられるため，粗加工ではこうしたラッピングにかわり，固そのポリシングの負荷を考慮して工程設定され定砥粒加工が用いられることもある．ガラスレる．後述するガラスのポリシングにおける加工

ンズの研磨ではラッピングを砥石研磨（ダイヤ能率はおおよそ１〜５µm/min である．これにモンド砥粒をブロンズや樹脂で結合させたペレ対し，ポリシングに要する加工時間を短縮したット状砥石を定盤上に多数配置）に置き換える

い，また取り代が多くなると形状精度が劣化し０ことで加工能率が１００倍，加工面粗さが１／１やすいといったことを考慮して，ポリシングにといった大きな効果が得られているが，ここで４１

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１０も砥粒の突き出しを確保し，切れ味を安定に保い．しかし分散剤は起泡性が強く，また砥粒をつことが重要であることは言うまでもない．

高分子で包埋した状態にしやすいため，加工作

３．
３ ポリシング用砥粒と工具用が抑制され，加工能率が大きく低下しやすい

仕上げ加工であるポリシング用の砥粒としてといった問題を生じやすいので注意を要する．

は，シリカ系，アルミナ系，セリア系やダイヤ次にポリシングで用いられる工具，すなわちモンドなどが挙げられるが，ガラスのポリシン研磨パッドとして工業的に多く使用されるもの

グではセリア，シリカ，ベンガラ，ジルコニアとしては，スエード，不織布，発泡ポリウレタが用いられる．その中でもセリアつまり酸化センからなる各種研磨パッドが挙げられる．ガラ２〜３µm）が 圧
リ ウ ム（CeO２，通 常 は 粒 径０．

スのポリシングにおいては，セリアを含有した倒的に多用されるが，それは高い加工能率で良発泡ポリウレタン研磨パッドとセリアを用いた０〜２０nm）を容易に好な仕上げ面粗さ（P―V１ポリシングを１〜２工程行い，必要に応じて最得られるからである．セリアはバストネサイト後にスエード研磨パッドとコロイダルシリカをを原料とし，酸処理，焼成，粉砕などの工程を用いたポリシングを１〜２工程行うこと が 多経て製造されている．特に焼成工程では微妙ない．発泡ポリウレタンパッドにセリアを含有さ設定温度や時間の違いによりセリアの凝集程せるのは，研磨パッドを適度な硬度にして耐摩度，硬度が大きく変化し，そのため化学的作用の耗性を高め，良好な形状精度を得やすくすると程度も変わるため，重要な工程となっている．

ともに，ある程度脆くして研磨パッド表面が同ガラス研磨に限らずポリシングにおいては砥じ状態を維持しやすくするためとされている．

粒による機械的除去作用の他に，あるいはそれなお硬さを目安として研磨パッドの選択がなさ

以上に，砥粒やスラリー溶媒による化学的な作れることが多いが，それと加工能率，形状精度用が支配的となり，これにより高品位な加工面（平面度）との関係は加工条件によっても大きを得ることができる．ガラスのポリシングではく変わるため，あまり先入観をもたずに，まず様々な加工メカニズムが提案されているが，基は全く異なる種類の研磨パッドをいくつか評価

本的にはガラス表面に軟質な水和層が形成さすることが望ましい．

れ，その水和層をセリアや研磨パッドが除去す

その他の要素技術として，リテーナ・キャリることで加工が進行すると考えられている．こア技術を含めて片面／両面加工における工作物

こでセリアの役割については多くの説があり，の取り付け，保持技術も高精度加工を実現する

その一例を紹介する．ガラスの表面に形成され上で極めて重要である．また工作物である硝材

た水和物と砥粒中の金属との間に Si―O―Me 結の諸特性（特に水和層生成速度とその硬さ）を合がつくられる．ここで Ce は Si をはじめ他の考慮することも当然必要となる．

Me に比べ粒子表面の OH 結合が多く，その結果 Si―O 結合より O―Me 結合が強くなり，Si―Oがより多く切れ，加工能率が高くなる．なおCe の次に結合力が強い Me は Zr である．

４．おわりにガラス研磨加工に対する要求の高度化はとどまるところを知らない．業界スタンダードとさこのセリア砥粒は比重が大きく，また凝集しれている加工装置や消耗材，加工条件を単に選１µm 以上の粒子となりやすいため，スラリー択しただけではそうした要求に応えることは不中で分散しにくく，すぐに沈殿してしまう．ま可能となってきており，これからは基礎的な知たコロイダルシリカのように電気的反発力によ識に立脚し，可能な限り工学的な検討を行い続る分散効果を得ることが難しく，そこで高分子けることが必須である．本稿がそのきっかけにをベースにした分散剤が添加されることが多なれば幸甚である．

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