研磨加工

研磨加工に関する基礎的な知識、TDC(ティ・ディ・シー)の研磨加工事例をご紹介します。

研磨加工とは

砥粒(小さな硬い粒子)を用いて、製品の表面の凸凹を取り除く加工を、研磨加工といいます。

研磨で用いられる砥粒には様々な種類、材質がありますが、加工対象物に合わせた砥粒や加工方法を選定することで μm(マイクロメートル)つまりミクロン単位での調整が可能なため、製品加工の最終工程の際に用いられることが多い技術です。

対象となる材質は、高い精度が求められる電子部品や金型用の金属やセラミックス、光学機器に用いられるガラスや各種結晶材料、または樹脂・プラスチックなどが一般的ですが、TDCではこれ以外にもあらゆる材質の加工をお受けすることができます。

研削加工とのちがい

製品の表面を除去していくという点においては、「研磨」と「研削」は似ています。

そのため、両者ともに同じ意味で使用されることもありますが、厳密に定義するならば「削る研削」「磨く研磨」と分類することができます。求める精度や加工の目的によって私たちは適切な研磨・研削方法を選択しています。場合によっては一つの製品に切削・研削・研磨の工程を行ったり来たりして求められる形状・精度を目指す作業を行っています。

研削加工は固定砥粒方式、研磨は遊離砥粒方式と分けることもできます。
固定砥粒方式では、一般に砥石を用いて、効率的(スピーディー)に加工対象物表面を削り取ることが可能です。砥石や加工条件の調整次第で、平滑な面(鏡面)を創生することも可能です。
遊離砥粒方式では、スラリーといって、砥粒の入った懸濁液を用いて行います。対象物をわずかずつ除去するため、対象物へのダメージ(加工応力や加工変質層の創成)が少なく、より高精度が実現可能です。

研磨加工の種類

研磨加工は、製品の精度や形状、求める外観などそれぞれの目的に応じて、使用する加工方法や種類がさまざまあります。

ラッピング研磨

ラッピング研磨は、ラップ盤といわれている装置を用います。両面ラッピングでは、2枚の平坦の板(定盤)の間に製品を挟み、片面ラッピングでは定盤の上に製品をおき、上から圧力をかけて、砥粒を含んだ研磨剤と製品を擦り合わせる加工方法です。精密に平面を出せるため、平面レンズ製造や金型、精密治具、刃物など平面性が重要な製品の加工に使われます。

ポリシング研磨

研磨盤や研磨剤を使用する点では、ラッピング研磨と似ています。しかし、ポリシング研磨では、綿やフェルトといった柔らかい素材を使用する点で異なります。
また、ポリシング用の定盤(パッド)や研磨剤の種類を選択することで、繊細な仕上がりが求められる最終工程(つや出し、鏡面仕上げなど)によく用いられます。

砥石研磨

砥石研磨は、砥石を固定して製品に当てがいながら動かす、あるいは回転している砥石に製品を当て、表面を磨いていく加工方法のこと。使用する研磨機は、主にサンダーやグラインダーが用いられます。身近な例としては、はさみや包丁を砥石で研ぐこともこれにあたります。一般的には「研磨」と呼ばれていますが、厳密には「研削」ということになりますね。

バレル研磨

バレル研磨は、大型の容器に製品と研磨石、そしてコンパウンドといわれる洗浄・円滑作用のある研磨剤を入れ、振動や回転させることによって、表面を磨いていく方法です。
利点として、大量の製品の研磨ができることがあげられます。

研磨布紙加工

研磨布紙加工は、わかりやすく言えば紙やすりで製品を磨く方法。固定砥粒加工法の一つで、布や紙などの面上に均一に研磨剤が分布されたものを、研磨ベルトと呼ばれるものに輪っか状に設置し、回転。これに製品を当てながら研磨する方法です。

電解研磨

電解研磨は、製品を電解液に浸して直流電流を流し、研磨効果を得る方法。他の研磨方法では対応が難しい場合は、この方法が採用されますが、対応できる金属が限られていることやコストが高いといったマイナス面もあります。

研磨加工の手順

研磨加工は、大きく分けると「粗研磨」「中研磨」「仕上げ」の手順で行われます。

粗研磨では、やや大き目の砥粒を使用して大きい凹凸を取り除き、中研磨では粗研磨よりも目の細かい砥粒で表面をならす作業となります。
多くの研磨代を除去し、形状を作り込む作業は粗研磨~中研磨の工程が担当します。

仕上においては中研磨で均等にした表面をさらに細かな目の砥粒を使用し、つやが出るように研磨。精度の微調整を行います。
鏡面仕上げでは、丁寧に少しづつ研磨するため研磨代としての除去量はわずかとなりますが、高精度を実現するために重要な工程となります。

TDCの研磨加工

TDCで行われている精密研磨加工・ラップ加工では、ワークと定盤はそれぞれ回転しています。
仕上げに近づくにつれ、研磨剤(スラリー)を小さな砥粒へと変えて加工します。
具体的な手順を、図を交えて説明します。

第一工程
第二工程
第三工程

ミクロン単位の精密研磨加工により、面粗さ、平行度、平面度、寸法精度など、世界最高水準の超精密加工・超精密ラップ加工が可能です。

対応材質

金属 鋼材全般・超硬・ステンレス・銅・チタン・アルミ・モリブデン・タングステン・ニッケル・タンタルなど、その他各種金属
セラミックス アルミナ・ジルコニア・サファイヤ・シリコン・炭化珪素・窒化珪素など溶射などコーティング面の研磨も可能です。
結晶材料 ガラス全般、シリコン、SiC(炭化ケイ素)、サファイヤ、GaNなど
樹脂 各種エンジニアリングプラスチック、ポリイミド、テフロンなど

加工精度

φ100xt5mmの場合

  鏡面加工 GCラップ
平面度 0.1 μm 1 μm
面粗さ (Ra) 1 nm 梨地面
平行度 1 μm 2 μm
厚み公差 ±0.5 μm ±1 μm

TDCの研磨加工事例

TDCでは、具体的に以下のような研磨加工をおこなっています。

ウエハチャックプレート、精密テーブル

半導体製造装置や精密測定機に用いられる、位置決め用プレートや精度が必要なプレートの加工を行っています。平面度や平行度、寸法公差を高精度に仕上げるとともに、平滑面や梨地面などご希望の表面粗さを作りこむことが可能です。

各種結晶ウエハー

シリコン、サファイヤ、SiC、ダイヤモンドなど様々な材質のウエハの精密CMPや薄化研磨を行っています。1枚~小ロットの実験研究用から大量生産まで対応しています。

シム

精密測定機や電子機器、医療機器など精密な組立が要求されるシーンにおいて、1μmおきの厚みバリエーションで±0.5μm、±1μmなど高精度を保証するシムの製作を行っています。

試験片

摩擦摩耗試験や引張試験などに用いられる試験片の加工も様々な材質に対応しています。短納期対応も承ります。

定盤イメージ

定盤

絶対平面を必要とする組み立てや検査において、基準平面として用いられる定盤の精密加工を行っています。石定盤、セラミック定盤などに加えて溶射定盤などにも対応しています。

金型

塑性加工・プレス加工や射出成形など、さまざまな製品の生産に用いられ、精密さが重要となる金型の精密研磨を行っています。平面だけでなく、複雑形状や凹凸のレンズ形状にも対応しています。

石定盤

高精度ベアリング、測定プローブなどに用いられるボールの加工も行っています。真球度や表面粗さが重要な球面に対しても超精密を実現可能です。

研磨加工の工程

TDCでは下記の流れで加工を進めております。

図面をお送りいただき、材料含めた全加工にも対応しております。

1.切削

バイト、ドリル、エンドミルなどの刃物を用いてモノの形を作ります。スピーディに大きく形状を変更することができます。

2.研削

固定砥粒(砥石)を用いてモノの形状を整えます。
所要の寸法、形状、粗さを効率よく作ることが可能です。

3.研磨

遊離砥粒(スラリー)を用いてモノをわずかに磨くことによって指定の公差や表面粗さ、形状精度に仕上げることができます。

4.検査

世界最高水準の評価装置を用いて、20±2℃の計測室、クリーン環境で専門スタッフによる測定を行っています。

5.洗浄

目視での汚れや付着物が無きよう、超音波洗浄を行います。

6.品質管理

専門スタッフにより最終製品を一つ一つ確認し、徹底した品質管理を行っています。検査データを添付し納入します。

7.出荷

研磨技術の超精密化により高精度なものづくりが可能です

弊社では研磨技術の超精密化により、各種の要素において高精度なものづくりが可能となっています。

  • 金属、セラミックス、結晶材料、樹脂など幅広い材質に対応しております。
  • 平面・曲面、円筒内外径など、あらゆる形状に面粗さRa1 nm、Rz4 nmの超精密研磨・超精密ラップを実現いたします。
  • 高度な「面粗さ」をクリアしながら「平行度100 nm」「平面度30 nm」「寸法精度±100 nm」「角度±3 秒」「真球度50 nm」といった他の加工要素に高度な精度が可能です。
  • 電子部品・半導体・光学・医療・航空・宇宙・自動車・エネルギーなど様々な分野の先端技術に携わっております。

上記のほか、材質・形状を問わず極小のμmサイズから□800mm程度までの大きさなど、あらゆる研磨による精密加工でも対応可能です。
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