JP2002086387A

JP2002086387A - 薄型切断刃

Info

Publication number: JP2002086387A
Application number: JP2001209027A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Asada; 信昭浅田; Hironori Horibata; 浩則堀端; Osamu Aoki; 修青木; Hitoshi Otani; 斉大谷
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2002-03-26
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: JP3790449B2

Abstract

(57)【要約】【課題】刃厚を薄くでき、微細なサイズにおいても切
断精度を向上できる極薄切断刃を提供すること。【解決手段】極薄切断刃は、平刃状の切断刃であっ
て、その切断刃の厚さｔ（ｍｍ）について、ｔ≦０．１
ｍｍ以下であり、その切断刃の長さｌ（ｍｍ）と高さｈ
（ｍｍ）との間に３≦１／ｈ≦１１なる関係を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄型切断刃に関
し、詳しくは、積層コンデンサーや積層セラミック基盤
などやセラミックグリーンシート等の切断又は裁断に用
いられる超硬合金製の切断刃の形状及び材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の、電子材料分野の軽薄短小化のス
ピードはすさましいものがあり、携帯電話、ディジタル
スチルカメラが小型に向けて進んでいる。

【０００３】そこに用いられるセラチップも、１６０８
サイズのチップが１００５サイズのチップヘ、そしてさ
らに、０６０３あるいは０４０２サイズのチップへと進
化しつつある。ここで、１６０８とは、１６ｍｍ×８ｍ
×８ｍｍを意味する。つまり、０４０２は４ｍｍ×２ｍ
ｍ×２ｍｍのサイズである。このようなサイズのセラミ
ックチップを従来は，上下の切断刃を用いて切断した
り、ギロチン方式において刃厚の厚い刃を用いて切断し
ていた。また、材質としては、ステンレスがごく一般的
に用いられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，１００
５サイズのチップへ、そしてさらに、０６０３あるいは
０４０２サイズヘ進化しつつあるセラミックチップを、
従来のような切断刃あるいはステンレス材質で切断しよ
うとすると問題がある。つまり、上下刃で切断する場
合、上下の切断刃では刃厚を薄くすることが難しく、ま
た、上下軸に対し切断刃を多数枚重ねて切断するには、
精度の点で問題があった。

【０００５】一方、ギロチン方式において切断する場
合、刃厚が厚いために、従来のように１６０８サイズの
チップに対しては、切断可能である。しかし、０４０２
のような微細なサイズにおいては、もはや切断すること
が出来なくなる。

【０００６】さらに、材質の点からは軽薄短小化が加速
されることによって、セラミックシートのも高積層化が
進み、その材料も複合材料となっている点からも、従来
のようなステンレス材質では、摩耗が多くなり微細なサ
イズのチップを一回の切断刃のセッティングによって、
多数個得るには問題がある。

【０００７】そこで、被切断物の寸法精度を損なうこと
なく、切断を行うには厚さ０．１ｍｍ以下の極薄切断刃
が必要となる。そして、そのような材質としては、超硬
合金の使用が要望されている。

【０００８】しかしながら、厚さ０．１ｍｍ以下の極薄
切断刃では、板厚が薄い分摩耗速度も早く、また、チッ
ピングにより寿命が短くなるという欠点を有した。

【０００９】そこで、コーティング等で表面処理を施す
ことによって、切断刃の表面の硬さを増すことが考えら
れる。ここで、超硬合金製品へのコーティングはドリ
ル、エンドミル、スローアウェイチップ等にＴｉＮ，Ｔ
ｉＣＮ，ＴｉＣ等をＣＶＤ，ＰＶＤで行う方法が一般的
に行われている。

【００１０】しかしながら、通常、厚さ０．１ｍｍ以下
の超硬合金製極薄裁断刃に、ＣＶＤ，ＰＶＤ法でＴｉ
Ｎ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣ等の硬質層をコーティングする
と、熱により反りや変形が生じ裁断刃として使用できな
くなる。

【００１１】また、膜厚のばらつきにより刃立ち性が損
なわれ、切断精度が悪くなる。厚さ０．１ｍｍ以下の材
料としては強度、耐摩耗性の面から超硬が求められる
が、それでも寿命が短い等の問題がある。

【００１２】そこで、本発明の第１の技術的課題は、刃
厚を薄くでき、微細なサイズにおいても切断精度を向上
できる薄型切断刃を提供することにある。

【００１３】また、本発明の第２の技術的課題は、コー
ティングにより摩耗を少なくすることで寿命が長く、且
つ安価に製造することができる薄型切断刃を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記のよ
うな問題点を解決するために鋭意研究をした。その結
果、平刃状の切断刃であって、その切断刃の厚さｔ（ｍ
ｍ）について、ｔ≦０．１ｍｍ以下であり、その切断刃
の長さｌ（ｍｍ）と高さｈ（ｍｍ）との間に３≦１／ｈ
≦１１で、薄型切断刃において，その先端に位置する刃
先は平刃の基部に対して対称であり、その先端角度θ
（度）は１０≦θ≦２０なる薄型切断刃を製造できるこ
とを見出し本発明を為すに至ったものである。

【００１５】即ち、本発明によれば、平刃状の切断刃で
あって、その切断刃の厚さｔ（ｍｍ）について、ｔ≦
０．１ｍｍ以下であり、その切断刃の長さｌ（ｍｍ）と
高さｈ（ｍｍ）との間に３≦１／ｈ≦１１なる関係を備
えていることを特徴とする薄型切断刃が得られる。

【００１６】また、本発明によれば、前記薄型切断刃に
おいて，その先端に位置する刃先は平刃の基部に対して
対称であり、その先端角度（θ）は１０≦θ≦２０の範
囲であることを特徴とする薄型切断刃が得られる。

【００１７】ここで、本発明において、上記のように数
値限定した理由について説明する。

【００１８】まず、本発明において、薄型切断刃の厚さ
（ｔ）として、ｔ≦０．１ｍｍと限定したのは、０．１
ｍｍを越えると１００５サイズのチップヘ、そしてさら
に０６０３あるいは０４０２サイズヘ進化しつつあるセ
ラミックチップを、精度良く切断することか不可能であ
ること、また製品の歩留まりを考慮した場合、刃厚の薄
い方が有利であることはいうまでもない。ただし、０．
１ｍｍ以下では、現状では、０．０５ｍｍまでが薄く加
工できる限界である。

【００１９】また、本発明において、切断刃の長さ
（ｌ）と高さ（ｈ）の比を３≦１／ｈ≦１１と限定した
のは、以下の理由からである。

【００２０】まず、切断刃の長さ（ｌ）と高さ（ｈ）の
比を３以上としたのは、３以下の場合、切断した際の切
断刃への座屈応力により、切断刃が撓み破壊に至るため
である。

【００２１】また、切断刃の長さ（ｌ）と高さ（ｈ）の
比を１１以下としたのは，１１以上の場合、切断刃の反
りが多くなり、取り付けが難しくかつ被切削物（セラミ
ックチップ）の加工精度が出なくなるためである。

【００２２】以上の点から、切断刃の長さ（ｌ）と高さ
（ｈ）の比を３≦１／ｈ≦１１と限定した。

【００２３】また、本発明において，先端角度を１０≦
θ≦２０に限定したのは、以下の理由からである。

【００２４】先端角度（θ）が１０以下の場合、その加
工において、刃先に欠けが生じやすくなり、多数回切断
出来なくなるためである。

【００２５】一方、先端角度（θ）が２０以上の場合、
切断時にその先端角度か大きいために、被切削物（セラ
ミックチップ）が押し広げられて切断されるため、切断
精度が出なくなるためである。以上の点から、先端角度
を１０≦θ≦２０に限定した。

【００２６】また、本発明者らは、超硬合金製薄型切断
刃において、ＰＶＤによる低温成膜法を用いＴｉＮ，Ｔ
ｉＣＮ，ＴｉＣ等硬質層をコーティングすることで長寿
命化を図った。即ち、コーティングの幅、厚み等をコン
トロールすることで精度の問題を、低温スパッタの薄く
広い面積に均一に成膜できる特長を生かし、１回の処理
量を増加させコスト増の問題をも解決し、さらに、ＰＶ
Ｄによる低温成膜法の特長である密着性、高融点物質の
成膜に向いていることを生かして、広い面積に均一に成
膜を利用し、刃先先端部の幅０．２〜１．５ｍｍに、膜
厚０．１〜１．０μｍのＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣ等の
硬質層をコーティングすることで上記問題を解決したも
のである。

【００２７】即ち、本発明によれば、平刃状の切断刃で
あって、その切断刃にＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣの少な
くとも一種からなる硬質層をコーテングしたことを特徴
とする薄型切断刃が得られる。

【００２８】また、本発明によれば、前記薄型切断刃に
おいて、刃先に、０．２〜１．５ｍｍの幅に膜厚０．１
〜１．０μｍの前記硬質層のコーティングを施したこと
を特徴とする薄型切断刃が得られる。

【００２９】また、本発明によれば、前記薄型切断刃に
おいて、その先端に位置する刃先の先端角度（θ）は５
°≦θ＜１０°の範囲であることを特徴とする薄型切断
刃が得られる。

【００３０】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の薄型切断刃において、前記コーティング層の厚みを
０．１ｍｍ〜１．０μｍにコントロールする事で、切断
精度を損なう事なく、長寿命化を図ったことを特徴とす
る薄型切断刃が得られる。

【００３１】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の薄型切断刃において、セラミックグリーンシートの裁
断又は切断に用いられることを特徴とする薄型切断刃が
得られる。

【００３２】ここで、本発明において、刃先角度により
切断に使われる部分の長さが変化するが、コーティング
幅を刃先先端部の幅０．２〜１．５ｍｍにしたのは、実
際に切断に使われる部分に限定する事で、熱による反り
や変形の防止を図るためである。

【００３３】また、本発明において、コーティング層の
厚みを０．１ｍｍ〜１．０μｍに限定したのは、膜厚
０．１μｍ以下では耐摩耗性と欠けに効果が無く、１．
０μｍ以上では刃立ち性が損なわれ、切断精度が悪くな
るからである。さらに、コーティング後刃先部のみホ−
ニング加工を施し、被切断物の寸法精度の向上が図ら
れ、更なる長寿命化が可能となる。この場合コーティン
グは、膜厚１．０〜１０μｍで行い、ホ−ニング加工を
施し、非切断物の寸法精度の向上が図られ、更なる、長
寿命化が可能となる。この場合、ホーニング加工を施
し、膜厚０．１〜１．０μｍとする。このように、本発
明においては、コーティングを施す事で、刃先角度５°
以上１０°未満のシャープエッジの裁断刃の作製も可能
とするものである。

【００３４】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の薄型切断刃において、前記基部が前記切断刃よりも厚
く、かつその基部は前記切断刃と同一材質または異材質
からなることを特徴とする薄型切断刃が得られる。

【００３５】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の薄型切断刃において、その材質はＷＣの粒径が１．０
μｍ以下であり、かつ結合相としてのＣｏ量が８〜２０
％であることを特徴とする薄型切断刃が得られる。

【００３６】また、本発明によれば、前記薄型切断刃に
おいて、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａの炭化物又は炭窒化物の内の一
種またはそれ以上を含有することを特徴とする薄型切断
刃が得られる。

【００３７】また、本発明によれば、前記薄型切断刃に
おいて、それぞれの含有量（ｍａｓｓ％）は０．５≦Ｃ
ｒ≦２．０、０．２≦Ｖ≦０．８、０．５≦Ｔａ≦２．
０でその全合計量が２．０ｍａｓｓ％以下であることを
特徴とする薄型切断刃が得られる。

【００３８】ここで、本発明において、基部の厚さを限
定したのは以下の理由からである。基部の厚さ、つま
り、取り付け部分の厚さであり、この部分は切断精度に
は関係なく、取り付けやすい方が作業性がよい。

【００３９】よって、薄い刃でも、基部に同一材質ある
いは異材質であっても、切断精度には問題か無く、取り
付ける機械に合わせることが良い。

【００４０】また、本発明において、ＷＣ粒径を１μｍ
以下に限定したのは以下の理由からである。ＷＣ粒径が
１ｍｍ未満の場合、その加工において、刃先における強
度が下がること、また、切断時の摩耗に対して、十分効
果を発揮することができなくなるためである。

【００４１】但し、現状市販されているＷＣ粒径は、
０．２μｍが限界である。

【００４２】以上の点から、ＷＣ粒子径を１．０μｍ以
下に限定した。

【００４３】また、本発明において、結合相を８〜２０
ｍａｓｓ％と限定したのは、以下の理由からである。結
合相を８ｍａｓｓ％以下とすると、本切断刃のような使
用においては切断刃が撓み破壊に至るためである。

【００４４】一方、結合相を２０ｍａｓｓ％以上とする
と、被切断物のような複合材料に対しては、摩耗量が多
くなり、多数回切断することができなくなる。以上の点
から、結合相を８〜２０ｍａｓｓ％と限定した。

【００４５】また、本発明において、Ｃｒ，Ｖ，Ｔａを
限定したのは、以下の理由からである。

【００４６】薄型切断刃の場合、ＷＣ粒子の均−な制御
は重要な問題で、粗大粒子が刃先にあると、その部分か
ら欠けを生じて、切断刃が撓み破壊に至る。

【００４７】そのため、粒成長抑制剤として、Ｃｒ、
Ｖ，Ｔａの炭化物、炭窒化物そして窒化物を用いること
によって、粗大粒子の成長を抑えることが出来る。

【００４８】また、その効果は、それらの１種またはそ
れ以上を含有しても司様の効果か発揮できる。

【００４９】さらに、それらの含有量については各Ｃ
ｒ、Ｖ、Ｔａの下限値以下ではその粒成長用効果か発揮
できない。

【００５０】また、上限値以上では合金の炭素量や冷却
速度によって第３相の析出することがあり、切断刃が欠
けを起こし、破壊にいたる。

【００５１】そして、全合計量が２．０ｍａｓｓ％以上
になると同様に、第３相を生じさせ破壊に至る。以上の
点から、Ｃｒ，Ｖ，Ｔａのそれらを限定した。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００５３】図１（ａ）は本発明の実施の形態による超
硬合金製薄型切断刃を示す正面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）の側面図、図１（ｃ）は図１（ｃ）のＡ部分の拡
大図である。

【００５４】図１（ａ），（ｂ），及び（ｃ）を参照す
ると、切断刃１０は、基部１と、刃先部２とを備えた超
硬合金からなる。超硬合金は、ＷＣ粒径１μｍ以下で、
結合層としてＣｏを８〜２０ｍａｓｓ％の割合で含有す
る。また、焼結の際の粒成長抑制剤として、Ｃｒ，Ｖ．
Ｔａの炭化物又は炭窒化物の内の少なくとも一種を含有
している。この切断刃１０は、長さｌ，高さｈ、厚みｔ
を夫々備えている。

【００５５】また、刃先部２の先端角度はθで示され
る。

【００５６】図示の例においては、刃先部２に低温成膜
によって、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣ等の硬質
層３のコーティングが施されている。このコーティング
は、ダイヤモンドの砥石＃５０００を用いたホーニング
加工され、加工後の膜厚０．１〜１．０ｍｍとなるよう
に形成される。

【００５７】母材が加熱により熱ひずみを生じさせない
温度域で成膜することが重要であり、密着性、及び表面
粗度が欠け、切断精度に影響し、寿命延長のポイントと
なる。

【００５８】（第１の実施の形態）ＷＣ粒子径１．０μ
ｍで、１０ｍａｓｓ％Ｃｏ−０．８ｍａｓｓ％Ｃｒ_３Ｃ
_２−０．２ｍａｓｓ％ＶＣ−１．０１ｍａｓｓ％ＴａＣ
の超硬合金の素材を作り、切断刃の厚さ（ｔ）、長さ
（ｌ）、高さ（ｈ）をそれそれ変化させて試作した切断
刃を下記表１に示した。

【００５９】また、被切断物としては、アルミナ、ホウ
ケイ酸ガラス粉末とブチラール樹脂、可塑剤、溶剤を組
み合わせたセラミックスグリーンシートを製作して行っ
た。

【００６０】切断テスト機は、０４０２が切断できるよ
うに切断刃を、昇降可能なツールホルダーに切断刃を取
り付けて、切断刃を昇降と横方向の移動をさせてグリー
ンシートを切断した。

【００６１】被切断物の評価は、切断物の寸法精度、及
びバリの有無から評価を行い、その優劣をＯ×で示し
た。なお、寸法精度、バリに関しては顕微鏡を用いて評
価を行った。

【００６２】その結果を下記表２に示した。これからも
判るように、本発明の切断刃はその被切断物の精度及び
バリの発生具合からもわかるように従来の切断刃では切
断できないサイズのセラチップの切断が可能になった。

【００６３】

【表１】

【００６４】

【表２】

【００６５】（第２の実施の形態）次に、第１の実施の
形態に示した本発明合金４を用いて、下記表３に示した
合金組成で切断テストをおこなった。切断回数は３０万
回で全て終了し、刃先の摩耗量を計測し、テスト前の刃
先位置から１００μｍ下がっていたり、欠けの有無につ
いてその結果を表４に示した。なお、被切断物、切断サ
イズ、切断機は、第１の実施の形態と同じ物を用いた。

【００６６】

【表３】

【００６７】

【表４】

【００６８】（第３の実施の形態）第３の実施の形態で
は、第１の実施の形態による極薄切断刃の組成で、切断
刃の厚さ０．０７ｍｍ、長さ／高さが８の合金に、イオ
ンプレーティングによりコーティングを行い、切断回数
５０万回まで行い、下記表５および表６に示すような良
好な結果が得られた。

【００６９】

【表５】

【００７０】

【表６】

【００７１】（第４の実施の形態）第４の実施の形態で
は、上記第３の実施の形態に用いたものと同様の合金で
刃先角度６゜と８°にＴｉＮをイオンプレーティングに
よりコーティングして、切断回数３０万回の試験を行っ
た。その結果、下記表７および表８に示す。

【００７２】

【表７】

【００７３】

【表８】

【００７４】上記表７および上記表８に示すように、刃
先の角度を１０゜未満にしても、刃先部が硬質層でコー
ティングされているため、寿命が長く通常超硬合金の薄
刃では困難なシャープエッジの刃先が製作可能である。

【００７５】一般に、超硬合金製薄型切断刃において
は、切断中に発生する微小チッピングが伝播して、刃全
体を交換することがある。しかしながら、本発明の第３
および第４の実施の形態に示すように、硬質層のコーテ
ィング処理を施す事で、その頻度を低減できる。

【００７６】また、超硬合金製薄型切断刃の用途は、小
さいチップ（１０ｍｍ以下）を裁断する時の使用が多い
ため、より薄く鋭角で長寿命なタイプが求められてい
る。特に、カッテングマシンへの取付けにおいて、カッ
ターの平行出しが難しく時間を要する。本発明の第３お
よび第４の実施の形態に示すように、硬質層をコーティ
ングすることで、耐摩耗性が向上し、平行出し回数が低
減できコストダウンが図れる。

【００７７】尚、処理量のチャージアップは、裁断刃と
裁断刃の間にマスキングと接着防止を兼ねた、厚さ０．
３ｍｍのアルミナシートを挟み、全体をホールドし、高
さが一定に調整できる治具を作製し、この治具によりア
ルミチャージ量が従来の２倍にアップし、また、コーテ
ィング時の反りや変形の防止も可能となった。また、本
発明の実施の形態において、コーティングはイオンプレ
ーティングで実施したが、低温成膜であれば、どのよう
な方法も用いることができる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
刃厚を薄くでき、例えば、０４０２のような微細なサイ
ズにおいても切断精度を向上できる極薄切断刃を提供す
ることができる。

【００７９】また、本発明によれば、摩耗が少ないため
に寿命が長く、特別な処理を施さなくとも所望する硬度
が得られるので、安価に製造することができる極薄切断
刃を提供することができる。

【００８０】また、本発明によれば、硬質層のコーティ
ングによる切断刃の寿命延長をすることができ、また、
被切断物の寸法精度向上し、刃先角度１０°未満のシャ
ープエッジの裁断刃の作製が可能になり、より小さな積
層コンデンサーや、積層セラミックの製造が可能になっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施の形態による超硬合金製
薄型切断刃を示す正面図，（ｂ）は（ａ）の側面図、
（ｃ）は（ｂ）のＡ部分の拡大図である。

【符号の説明】

１基部２刃先部３硬質層１０切断刃

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青木修富山県富山市岩瀬古志町２番地株式会社アライドマテリアル富山製作所内 (72)発明者大谷斉富山県富山市岩瀬古志町２番地株式会社アライドマテリアル富山製作所内Ｆターム(参考） 3C027 JJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平刃状の切断刃であって、その切断刃の
厚さｔ（ｍｍ）について、ｔ≦０．１ｍｍ以下であり、
その切断刃の長さｌ（ｍｍ）と高さｈ（ｍｍ）との間に
３≦１／ｈ≦１１なる関係を備えていることを特徴とす
る薄型切断刃。
【請求項２】請求項１記載の薄型切断刃において，そ
の先端に位置する刃先は平刃の基部に対して対称であ
り、その先端角度（θ）は１０≦θ≦２０の範囲である
ことを特徴とする薄型切断刃。
【請求項３】平刃状の切断刃であって、その切断刃に
ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣの少なくとも一種からなる硬
質層をコーテングしたことを特徴とする薄型切断刃。
【請求項４】請求項３記載の薄型切断刃において、刃
先０．２〜１．５ｍｍの幅に膜厚０．１〜１．０μｍの
前記硬質層のコーティングを施したことを特徴とする薄
型切断刃。
【請求項５】請求項３又は４記載の薄型切断刃におい
て、その先端に位置する刃先の先端角度（θ）は５≦θ
＜１０°の範囲であることを特徴とする薄型切断刃。
【請求項６】請求項３乃至５の内のいずれか一つに記
載の薄型切断刃において、前記コーティング層の厚みを
０．１ｍｍ〜１．０μｍにコントロールする事で、切断
精度を損なう事なく、長寿命化を図ったことを特徴とす
る薄型切断刃。
【請求項７】請求項３乃至６の内のいずれか一つに記
載の薄型切断刃において、セラミックグリーンシートの
裁断又は切断に用いられることを特徴とする薄型切断
刃。
【請求項８】請求項１乃至７の内のいずれか一つに記
載の薄型切断刃において、前記基部が前記切断刃よりも
厚く、かつその基部は前記切断刃と同一材質または異材
質からなることを特徴とする薄型切断刃。
【請求項９】請求項１乃至８の内のいずれか一つに記
載の薄型切断刃において、その材質はＷＣの粒径が１．
０μｍ以下であり、かつ結合相としてのＣｏ量が８〜２
０％である超硬合金からなることを特徴とする薄型切断
刃。
【請求項１０】請求項１乃至９の内のいずれか一つに
記載の薄型切断刃において、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａの炭化物又
は炭窒化物の内の一種またはそれ以上を含有することを
特徴とする薄型切断刃。
【請求項１１】請求項１０に記載の薄型切断刃におい
て、それぞれの含有量（ｍａｓｓ％）は０．５≦Ｃｒ≦
２．０、０．２≦Ｖ≦０．８、０．５≦Ｔａ≦２．０で
その全合計量が２．０ｍａｓｓ％以下であることを特徴
とする薄型切断刃。