- 1 -

硬 脆 材 料 の 加 工 技 術 に つ い て

基 盤 加 工 技 術 研 究 所 海 野 邦 昭

１ ． は じ め に

製 品 の 高 精 度 ・ 高 品 質 化 や 軽 薄 短 小 化 な ど に 伴 っ

て 、 ガ ラ ス 、 セ ラ ミ ッ ク ス お よ び シ リ コ ン な ど の 硬 脆

材 料 の 精 密 加 工 が 以 前 に も 増 し て 重 要 に な っ て い る 。

し か し な が ら 鋼 材 と 比 較 し 、 こ れ ら 硬 脆 材 料 の 加 工 技

術 、 ま た そ の 理 論 化 や デ ー タ ベ ー ス 化 な ど は 遅 れ て い

る 。 そ こ で こ こ で は こ れ ら 硬 脆 材 料 の 加 工 技 術 を 概 観

し て み た い 。

２ ． 工 作 物 の 取 り 付 け 技 術

硬 脆 材 料 の 工 作 物 を 取 り 付 け る う え で 重 要 な の が そ

の 固 定 技 術 で あ る 。 こ の 工 作 物 の 取 り 付 け 法 に は 、 図

１ に 示 す よ う に 、 バ イ ス や チ ャ ッ ク な ど の 機 械 的 な 取

付 具 に よ る 方 法 、 ワ ッ ク ス を 用 い る 方 法 、 真 空 チ ャ ッ

ク や 冷 凍 チ ャ ッ ク に よ る 方 法 な ど が あ る 。 ま た 最 近 、

＋ １ ７ ℃ で 凍 結 す る 特 殊 な 固 定 剤 が 開 発 さ れ 、 新 し い

硬 脆 材 料 工 作 物 の 取 り 付 け 方 法 と し て 注 目 さ れ て い

１ ）る 。

３ ． 遊 離 砥 粒 を 用 い る 方 法

遊 離 砥 粒 を 用 い た 硬 脆 材 料 の 加 工 法 に は 、 昔 か ら 行

わ れ て い る ラ ッ ピ ン グ ・ ポ リ シ ン グ の 他 、 図 ２ に 示 す

超 音 波 加 工 が あ る 。 ま た 水 に 砥 粒 を 混 合 し た 液 体 を２ ）

高 圧 で 工 作 物 に 吹 き 付 け る ア ブ レ ー シ ブ ジ ェ ッ ト 加 工

法 も 普 及 し て い る 。 現 在 、 ５ 軸 制 御 の ア ブ レ ー シ ブ ジ

ェ ッ ト 切 断 機 が 市 販 さ れ て お り 、 複 雑 形 状 工 作 物 の 加

- 2 -

工 に 適 用 さ れ て い る 。 そ し て ～ の 微 粒 砥 粒３ ） #400 #3000

を 圧 縮 空 気 を 用 い て 工 作 物 に 高 速 で 吹 き 付 け る マ イ ク

ロ ブ ラ ス ト 法 も 一 般 に 普 及 し て い る 。 現 在 、 こ の 方 法

、 。は 主 に 硬 脆 材 料 の 高 精 度 微 細 加 工 に 用 い ら れ て い る

４ ）

４ ． 固 定 砥 粒 を 用 い る 方 法

4 . 1 超 砥 粒 ホ イ ー ル を 用 い た 研 削 加 工

硬 脆 材 料 の 研 削 法 に は 、 平 面 研 削 、 円 筒 研 削 、 セ ン

タ レ ス 研 削 、 成 形 研 削 な ど が あ る 。 図 ３ に 立 軸 平 面 研

削 の 例 を 示 す 。 現 在 、 こ の よ う な 研 削 法 は ガ ラ ス や シ

リ コ ン な ど の 精 密 加 工 に 多 く 用 い ら れ て い る 。 こ の５ ）

例 は シ リ コ ン ウ ェ ハ で 、 厚 さ 程 度 の も の ま で 、 精5 mμ

６ ）密 研 削 さ れ る よ う に な っ て い る 。

ま た 図 ４ は 大 物 工 作 物 の 研 削 事 例 と 大 形 の 超 精 密 平

面 研 削 盤 で あ る 。 現 在 、 長 さ 数 メ ー ト ル と い う 大 き な

シ リ コ ン イ ン ゴ ッ ト の 立 軸 平 面 研 削 が 行 わ れ て い る 。

ま た 超 精 密 高 剛 性 門 形 平 面 研 削 盤 は 、 半 導 体 や 液 晶７ ）

関 連 装 置 向 け の 大 物 工 作 物 を 超 精 密 に 研 削 す る た め に

開 発 さ れ た も の で 、 加 工 範 囲 は 長 さ ｍ 、 幅 ｍ で10 3.5

８ ）あ る 。

次 は 硬 脆 材 料 の 成 形 研 削 で あ る 。 図 ５ は 光 部 品 用 の

0.2 m~ 0.5 mＶ 溝 基 板 の 例 で 光 学 ガ ラ ス に ピ ッ チ 誤 差 が、 ± μ ± μ

と い う 高 精 度 な 加 工 が 行 わ れ て い る 。 ま た 超 硬 ド リ９ ）

ル や エ ン ド ミ ル な ど の フ ル ー ト 研 削 や カ ッ ト グ ラ ス の

ク リ ー プ フ ィ ー ド 研 削 な ど も 広 く 普 及 し て お り 、 そ の

１ ０ ）自 動 化 も 進 ん で い る 。

そ し て 円 筒 工 作 物 の 代 表 例 と し て は 、 図 ６ に 示 す セ

ン タ レ ス 研 削 を 用 い た 光 コ ネ ク タ 用 の フ ェ ル ー ル が あ

る 。 こ の 場 合 は 、 寸 法 誤 差 が 、 円 筒 度 と 真 円 度± μ0.5 m

- 3 -

が そ れ ぞ れ 以 下 と い う 高 精 度 な 加 工 が 行 わ れ て0.3 mμ

１ １ ）い る 。

4 . 2 E L I D 研 削 と 超 音 波 研 削

近 年 に お け る 硬 脆 材 料 の 研 削 に 関 す る 特 筆 す べ き 技

（ ）術 は 図 ７ に 示 す 電 解 イ ン プ ロ セ ス ド レ ッ シ ン グELID

研 削 と 超 音 波 研 削 で あ ろ う 。 研 削 は 超 精 密１ ２ ） １ ３ ） ELID

、 、研 削 ま た 超 音 波 研 削 は 小 径 深 穴 加 工 の エ ー ス と し て

開 発 期 が 過 ぎ 、 現 在 、 普 及 期 に 入 っ て い る 。

4 . 3 ダ イ シ ン グ と 切 断 加 工

ウ ェ ハ 上 に 形 成 さ れ た 集 積 回 路 を 破 壊 す る こ と な く

切 断 し 、 １ 個 の チ ッ プ に す る こ と を ダ イ シ ン グ と 呼 ぶ

が 、 現 在 、 そ れ に は 厚 さ 程 度 の ダ イ ヤ モ ン ド ブ レ15 mμ

ー ド が 用 い ら れ て い る 。 今 後 、 ダ イ シ ン グ ブ レ ー ド の

限 界 厚 さ が ど の 程 度 に な る か は 非 常 に 興 味 深 い が 、 現

、 。在 図 ８ に 示 す よ う に 幅 程 度 の 溝 入 れ の 例 が あ る5 mμ

１ ４ ）

ま た シ リ コ ン ウ ェ ハ の 研 削 切 断 に 関 し て は 、 通 常 、

そ の 直 径 が 程 度 ま で は 内 周 刃 ブ レ ー ド が 、 そ し200mm

て そ の 直 径 を 超 え る と 、 ダ イ ヤ モ ン ド ワ イ ヤ が 適 用 さ

れ て い る 。 こ の ダ イ ヤ モ ン ド ワ イ ヤ に は 、 レ ジ ン 系 の

も の と 電 着 の も の と が あ る 。 図 ９ に マ ル チ ワ イ ヤ ソ ー

に よ る 切 断 例 と シ リ コ ン 切 断 用 の 電 着 ダ イ ヤ モ ン ド ワ

イ ヤ の 例 を 示 す 。 こ の よ う に 現 在 、 非 常 に 細 い１ ５ ） １ ６ ）

電 着 ダ イ ヤ モ ン ド ワ イ ヤ を 用 い て シ リ コ ン ウ ェ ハ が 能

率 良 く 切 断 さ れ る よ う に な っ て い る 。

4 . 4 ラ ッ ピ ン グ フ ィ ル ム に よ る 加 工

最 近 は 硬 脆 材 料 の 研 磨 の 分 野 で 、 遊 離 砥 粒 か ら 固 定

- 4 -

砥 粒 へ の 転 換 が 進 ん で い る 。 そ の な か で 注 目 さ れ る の

は 、 砥 粒 を 規 則 正 し い 形 状 に 計 画 的 に 並 べ た ダ イ ヤ モ

ン ド ラ ッ ピ ン グ フ ィ ル ム に よ る 加 工 で あ る 。 図 に10

ダ イ ヤ モ ン ド ラ ッ ピ ン グ フ ィ ル ム と そ の 加 工 例 を 示

す 。 こ の よ う に 砥 粒 を 規 則 正 し い 形 状 に 配 列 す る１ ７ ）

こ と に よ り 、 高 精 度 ・ 高 品 質 表 面 の 加 工 が 可 能 と な っ

て い る 。 こ の よ う な 傾 向 は 超 砥 粒 ホ イ ー ル に も 認 め ら

れ 、 砥 粒 の 均 一 分 散 化 が 進 ん で い る 。

５ ． C O レ ー ザ に よ る 加 工2

現 在 、 レ ー ザ を 用 い て 、 光 学 ガ ラ ス な ど の 精 密CO2

加 工 が 行 わ れ て い る 。 図 に レ ー ザ 加 工 の 様 子 と11 CO2

石 英 ガ ラ ス の 加 工 例 を 示 す 。 こ の よ う に レ ー ザ１ ８ ） １ ９ ）

加 工 を 用 い て 厚 い 光 学 ガ ラ ス な ど の 切 断 加 工 が 容 易 に

行 え る よ う に な っ て い る が 、 こ の 他 、 こ の 方 法 は 微 小

穴 の 加 工 や ス ク ラ イ ビ ン グ な ど に 多 く 適 用 さ れ て い

る 。

６ ． 放 電 加 工

従 来 よ り 炭 化 ケ イ 素 は 導 電 性 が あ る の で 、 放 電 加 工

が で き る こ と が 知 ら れ て い る 。 そ し て 導 電 性 セ ラ ミ ッ

ク ス の 開 発 に よ り 、 セ ラ ミ ッ ク ス の 加 工 に も 放 電 加 工

が 適 用 さ れ る よ う に な っ て い る が 、 非 導 電 性 セ ラ ミ ッ

ク ス の 実 用 的 な 放 電 加 工 技 術 に 関 し て は 、 ま だ 研 究 段

階 で あ り 、 今 後 の 発 展 が 期 待 さ れ て い る 。

７ ． ま と め

最 近 の 光 学 ガ ラ ス 、 セ ラ ミ ッ ク ス お よ び シ リ コ ン な

。 、ど の 硬 脆 材 料 の 精 密 加 工 技 術 の 進 展 は 著 し い こ の 度

そ の 加 工 技 術 の 一 端 を 紹 介 し た が 、 少 し で も 読 者 の お

- 5 -

役 に 立 て れ ば 幸 い で あ る 。 詳 し く は 、 本 特 集 号 の 各 テ

ー マ を 参 照 し て い た だ き た い と 思 っ て い る 。

参 考 資 料

1 http://www.eminent-supply.co.jp)

2 http://www.ndk-kk.co.jp)

3 http://www.sugino.com/products/tech/wj/wjt02.html)

4 http://brator.sinto.co.jp/MBKOUHOU.html)

5 http://www.disco.co.jp)

6 http://www.e6.com)

7 http://www.sanwadaiya.co.jp/DIA_TOOLS.htm)

8 http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20071210/143904/)

9 http://www.V-hataken.co.jp/glass.html)

10 http://www.e6.com)

11 http://www.nissin-cg.co.jp/products.html)

12 http://www.ikegami-seiko.co.jp/seimitu/elid2.htm)

13 http://www.takesho.co.jp)

14 http://disco.co.jp)

15 http://www.takatori-g.co.jp/products_cut/index.html)

16 http://www.asahidia.co.jp/pdct_intro_04.shtml)

17 http://www.mmm.co.jp/emsd/product/pdt_03_06.html)

18 http://www.amada.co.jp/products/bankin/laser/index.html)

19 http://www.laserx.co.jp/processing/cutting/co2.html)

- 6 -

図 １ 工 作 物 の 取 り 付 け 方 法

図 ２ 超 音 波 加 工

- 7 -

図 ３ 立 軸 平 面 研 削

図 ４ 大 物 工 作 物 の 研 削

図 ５ 成 形 研 削 の 例

- 8 -

図 ６ セ ン タ レ ス 研 削 と 加 工 例

図 ７ Ｅ Ｌ Ｉ Ｄ 研 削 と 超 音 波 研 削

- 9 -

図 ８ ダ イ シ ン グ

図 ９ マ ル チ ワ イ ヤ ソ ー と ダ イ ヤ モ ン ド ワ イ ヤ

- 10 -

図 １ ０ ラ ッ ピ ン グ フ ィ ル ム と そ の 適 用 例

図 １ １ 炭 酸 ガ ス レ ー ザ と 加 工 例