JP2009195995A - Cutting method by blade - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種被削材をブレードにより切断する方法に関し、特にシリコンなどの硬脆材料を板状に切断する際に効率的に切断するとともに、ブレードの作用面の状態が長時間安定した状態で切断を継続できる切断方法に関する。 The present invention relates to a method of cutting various work materials with a blade, and in particular, when cutting hard and brittle materials such as silicon into a plate shape, the state of the working surface of the blade is stable for a long time. It is related with the cutting method which can continue a cutting | disconnection by.
近年、太陽電池用の多結晶シリコンなどを丸鋸型のブレードで切断することが多くなり、切断効率を高めるために、厚みの分を一回の切り込みで切断するような方法が試みられている。具体的には、例えば被削材の長さが800mm、厚みが300mmのものがあり、直径が1m程度のブレードを使用して、長さ方向に被削材を移動させて、300mmの厚みを一回で切断するようなことが行われる。しかしながら、300mmの厚みを一回で切断すると、ブレードにかかる負荷が非常に高すぎて、ブレード外周部に設けられた超砥粒層の作用面が目つぶれしてしまうという問題が発生する。そのため、複数のブレードを用いて、厚み方向を150mmずつ2回に分けて切断することで対応されることがある。 In recent years, polycrystalline silicon for solar cells is often cut with a circular saw blade, and in order to increase the cutting efficiency, a method of cutting the thickness with a single cut has been attempted. . Specifically, for example, there is a workpiece having a length of 800 mm and a thickness of 300 mm, and using a blade having a diameter of about 1 m, the workpiece is moved in the length direction to obtain a thickness of 300 mm. Things like cutting at once are performed. However, if the thickness of 300 mm is cut at a time, the load applied to the blade is too high and the working surface of the superabrasive layer provided on the outer periphery of the blade is crushed. Therefore, there are cases where a plurality of blades are used and the thickness direction is divided into two portions of 150 mm and cut twice.
複数のブレードを用いて切断する方法として、被削材の走行経路を挟み、かつその走行方向前後に位置をずらして2つの丸鋸を装備し、まず被削材の過半部を一方の丸鋸で切断し、残る部分をもう一方の丸鋸で反対側から切断する方法が提案されている。その具体例として図3(a)に示すように、円筒状の被削材5の過半部を一方の丸鋸1で上側から切断し、その後図3(b)に示すように、残る部分をもう一方の丸鋸11で下側から切断する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
As a method of cutting using a plurality of blades, two circular saws are provided with the traveling path of the work material sandwiched and shifted in the front and rear directions of the work material, and the majority of the work material is first turned into one circular saw. A method is proposed in which the remaining portion is cut from the opposite side with the other circular saw. As a specific example, as shown in FIG. 3 (a), the majority of the
また、複数の回転刃を同時に使用して鋼板を切断する方法において、図4に示すように、前段の回転刃1により被削材(鋼板)5の切断線に沿う切溝を形成し、この切溝を後段の回転刃11、21、31、41により順次切削することで鋼板を切断する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
Moreover, in the method of cutting a steel plate simultaneously using a plurality of rotary blades, as shown in FIG. 4, a kerf along the cutting line of the work material (steel plate) 5 is formed by the
さらに、材木を鋸挽きする鋸盤に関し、被削材5を送る上流側の鋸1を部分切り込み深さで使い、下流側の鋸11を全切り込み深さで使って切断する鋸盤が提案されている。この鋸盤では、上流側の鋸1で切断した切溝厚さより下流側の鋸11で切断した切溝厚さが僅かに厚くなるようにしている(例えば、特許文献3参照)。
Furthermore, regarding a saw machine for sawing timber, a saw machine is proposed that uses the
しかしながら、これらの文献に開示された方法により複数のブレードを用いて切断を行う場合には、切断の状況が不安定になったり、切断装置の構造が複雑になる恐れがあり、切断面の精度の悪化や超砥粒層の破損を招く問題が生じやすくなる。 However, when cutting using a plurality of blades by the methods disclosed in these documents, the cutting situation may become unstable or the structure of the cutting device may be complicated, and the accuracy of the cut surface The problem of causing deterioration of the surface and damage of the superabrasive layer is likely to occur.
特許文献1に記載の方法では、図3に示すように、被削材5の上下に丸鋸1および11を装備しておき、それぞれの丸鋸1、11により被削材5の過半部を切断するものであるため、被削材5の大きさにより一方の丸鋸で切断する量はほとんど決まってしまい、調節することが困難である。そのため、丸鋸に適した条件で切断できるとは限らず、切断精度の悪化や超砥粒層の破損を招く恐れがある。
In the method described in
特許文献2に記載の方法では、図4に示すように、前段の回転刃1で切溝を形成し、続いて後段の回転刃11、21、31、41で順次切削するが、いずれの回転刃も同じ直径のものを使用しており、各回転刃の軸の位置が後段の回転刃になるほど被削材5に近づくような装置による切断方法が開示されている。そのため、1つの回転刃の切り込み深さは必然的に決まってしまうことになり、軸の位置を上下に調整できる装置とする場合には、装置の構造が複雑になってしまう。
また、1つの切溝を複数の回転刃で切削する場合、切溝の無い状態の被削材に溝を切削する際に、回転刃の送り方向や切り込み方向に曲がりやすく精度が悪くなる。この文献に記載の方法では、最初に切削を行う回転刃1が最も曲がりが発生しやすくなるため、基板の直径に対してある程度の厚みを確保して剛性を持たせる必要がある。しかも、すべての回転刃の直径が同じため、切断する被削材の厚みに従った最低限必要な直径は、後段の回転刃41の直径により決まってしまう。その結果、前段の回転刃1の直径は必要以上に大きくなってしまい、この直径に合わせて剛性を確保するには、厚みも厚くする必要があるので、切溝の幅は大きくなり、高価な被削材の歩留まりが大幅に悪くなる。
In the method described in
Further, when cutting a single kerf with a plurality of rotary blades, when cutting a groove in a workpiece without a kerf, the accuracy tends to bend easily in the feed direction and the cutting direction of the rotary blade. According to the method described in this document, the
さらに、特許文献3に記載の方法では、図5に示すように、上流側の鋸1により部分切り込み深さで切断を行い、下流側の鋸11により全切り込み深さで切断する鋸盤によるものであるが、下流側の鋸11の切溝厚さが上流側の鋸1で切断した切溝厚さより僅かに厚くなるようにすることが開示されており、このような切断を行うと、被削材5の切り口が欠ける恐れがある。特許文献3では、被削材5が材木であるため、切り口が欠けるような問題は生じにくいが、多結晶シリコンのような硬脆材料を切断する際には、切り口の欠けが非常に発生しやすくなり、切断精度を悪化させる恐れがある。
Furthermore, in the method described in
以上のようなことから、本発明は複数のブレードにより被削材の切断を行うにあたり、精度良く安定した切断ができる切断方法を提供するものである。 In view of the above, the present invention provides a cutting method capable of accurately and stably cutting a work material with a plurality of blades.
本発明のブレードによる切断方法の第1の特徴は、円板状基板の外周に超砥粒層が設けられたブレードを複数用いて被削材を切断する方法であって、
前記複数のブレードは、平面視で一直線上に配置されるとともに、前記被削材の送り方向において隣り合う前記複数のブレードの回転軸は水平方向の同一平面上になるように配置され、
前記一直線上に配置された複数のブレードは、それぞれの直径が異なるとともに、直径の小さいブレードから順次直径が大きいブレードとなるように並べられ、
前記被削材は、前記直径の小さいブレードで切断された後、より直径の大きいブレードで切断されるように水平方向に送られることである。
A first feature of the cutting method using the blade of the present invention is a method of cutting a work material using a plurality of blades provided with a superabrasive layer on the outer periphery of a disk-shaped substrate,
The plurality of blades are arranged in a straight line in plan view, and the rotation axes of the plurality of blades adjacent in the feed direction of the work material are arranged so as to be on the same plane in the horizontal direction,
The plurality of blades arranged on the straight line are arranged such that each of the blades has a different diameter and becomes a blade having a larger diameter sequentially from a blade having a smaller diameter,
The work material is sent in a horizontal direction so as to be cut by a blade having a larger diameter after being cut by the blade having a smaller diameter.
第2の特徴は、前記複数のブレードの回転軸は、前記被削材の上面より上側に位置することである。 The second feature is that the rotation axes of the plurality of blades are located above the upper surface of the work material.
第3の特徴は、前記複数のブレードの回転軸は、前記被削材の上面より上側に位置するものに加え、前記被削材の下面より下側に位置することを特徴とすることである。 A third feature is that the rotation shafts of the plurality of blades are located below the lower surface of the work material in addition to those located above the upper surface of the work material. .
第4の特徴は、前記複数のブレードの超砥粒層の厚みは、直径が大きいブレードほど小さくなることである。 A fourth feature is that the thickness of the superabrasive layer of the plurality of blades decreases as the diameter of the blade increases.
第5の特徴は、前記被削材の上面より上側に位置する複数のブレードの回転軸が存在する平面と、前記被削材が移動する方向とは平行であることである。 A fifth feature is that the plane in which the rotation axes of a plurality of blades located above the upper surface of the work material are present is parallel to the direction in which the work material moves.
第6の特徴は、前記被削材の下面より下側に位置する複数のブレードの回転軸が存在する平面と、前記被削材が移動する方向とは平行であることである。 A sixth feature is that the plane in which the rotation axes of a plurality of blades located below the lower surface of the work material are present is parallel to the direction in which the work material moves.
第7の特徴は、前記複数のブレードの周速度はすべて同じであることである。 A seventh feature is that the peripheral speeds of the plurality of blades are all the same.
第8の特徴は、前記被削材は、太陽電池用シリコンであることである。 The eighth feature is that the work material is silicon for solar cells.
以上のような構成のブレードによる切断方法によれば、構造の簡単な装置により、シリコンなどの硬脆材料の切断であっても、長時間にわたってブレードの作用面の状態が安定した状態で切断ができるので、効率的な切断ができ、切断精度も向上させることが可能になる。 According to the cutting method using the blade having the above-described configuration, even when cutting hard and brittle materials such as silicon, the blade can be cut in a stable state over a long period of time using a simple structure device. Therefore, efficient cutting can be performed and the cutting accuracy can be improved.
本発明のブレードによる切断方法に用いる切断装置のイメージを図1に示しており、(a)は正面図、(b)は平面図である。装置本体など本発明の切断方法の説明に不要な部分は記載を省略しており、ブレードについても外周部に設けられる超砥粒層などは記載せず単純な円で示している。 The image of the cutting device used for the cutting method by the blade of this invention is shown in FIG. 1, (a) is a front view, (b) is a top view. Portions unnecessary for the description of the cutting method of the present invention, such as the apparatus main body, are not shown, and the superabrasive layer provided on the outer peripheral portion of the blade is not shown and is shown by a simple circle.
この切断装置は、被削材5を載せるためのテーブル4を有し、移動可能な構造になっている。このテーブル4の上側にはブレード1、11、21を取り付けるための主軸3、13、23が設けられ、主軸3、13、23の高さ位置は固定されていて、いずれの主軸もテーブル4の上面から同じ距離の位置に設けられている。ブレード1、11、21は、上流側(図1では左側)のブレード1が最も小径であり、ブレード11、ブレード21と下流側(図1では右側)に行くほど直径が大きくなる。ブレード1、11、21の基板の厚みはすべて同じものが使用され、平面視で一直線上になるように設けられている。ブレード1、11、21の超砥粒層の厚みは、理論的にはすべて同じものとするのが好ましいが、現実には基板の振動や微小な歪み、変形などがあるため、直径が大きいブレードほど(言い換えると、下流側のブレードになるほど)僅かに厚みが小さくなるようにする。これらのブレード1、11、21を主軸3、13、23に固定するにあたり、フランジ2、12、22を介してナットで固定する。フランジ2、12、22はすべて同じ直径になっている。
This cutting device has a table 4 on which a
被削材5はテーブル4上に載せられ、テーブル4を移動させることで被削材5は上流側から下流側へ移動させられ、ブレード1で切断された後、ブレード11、そしてブレード21で切断される。切断時には、各ブレードの主軸は移動させずに固定したままであり、被削材5のみが移動する。図1の例では、ブレード1により被削材5の高さhのうち上面から(1/3)hの高さまでが切断され、次にブレード11により被削材5の高さhのうち上面から(2/3)hの高さまでが切断され、最後にブレード21により被削材5の最下端まで切断される。
The
このような切断装置を用いて切断を行うことで、各ブレードに係る負荷が小さくなるとともに、切断装置の構造が簡単になる。主軸3、13、23は上下方向に移動させる必要が無く、使用するブレードの径を変えるだけで被削材の大きさに合わせて切り込み深さを設定することが可能なため、水平方向に移動させる機能があれば切断が可能である。またブレードの仕様を選定することで適切な条件で切断することが可能であり、安定した切断が行える。さらに、複数のブレードの超砥粒層の厚みは下流側のブレードほど僅かに小さくなっているので、下流側のブレードで切断した場合に被削材の切り口のチッピングが発生しにくく、超砥粒層が破損することも防止できる。
By performing cutting using such a cutting device, the load on each blade is reduced and the structure of the cutting device is simplified. The
また、切断時に最も曲がりが発生しやすい上流側のブレード1の直径を小さくできるので、ブレード1の剛性を確保するにあたっても厚みが厚くなりすぎず、薄いものでも剛性が確保できるので、被削材の歩留まりが向上する。下流側のブレード11や21の厚みも上流側のブレード1の厚みに合わせると、直径に対する厚みは薄くなるが、ブレード1で形成した切溝をなぞって切断していくので、曲がりは発生しにくく、切断精度が悪くなることもない。さらに、フランジ2、12、22はすべて同じ直径としていることで、上流側のブレード1は基板全体の面積に対するフランジ2で固定する面積の比率が高くなり、切断時のブレード1の剛性が高くなるので、ブレード1の厚みは薄くできる。下流側のブレード11や21は、基板全体の面積に対するフランジ12、22で固定する面積の比率が低くなるが、上記と同様に、ブレード1で形成した切溝をなぞって切断していくので、曲がりは発生しにくく、切断精度が悪くなることもない。
In addition, since the diameter of the
本発明の切断方法の第2の実施の形態として、これに用いる切断装置のイメージを図2に示しており、(a)は正面図、(b)は平面図である。図1と同様に、装置本体など本発明の切断方法の説明に不要な部分は記載を省略しており、ブレードについても外周部に設けられる超砥粒層などは記載せず単純な円で示している。 As a second embodiment of the cutting method of the present invention, an image of a cutting device used for this is shown in FIG. 2, where (a) is a front view and (b) is a plan view. As in FIG. 1, the parts unnecessary for the explanation of the cutting method of the present invention such as the apparatus main body are omitted, and the superabrasive layer provided on the outer peripheral part of the blade is not shown, and is shown by a simple circle. ing.
この切断装置は、被削材を載せるためのテーブル4を有し、移動可能な構造になっている。このテーブル4の上側にはブレード1、21を取り付けるための主軸3、23が設けられ、主軸3、23の高さ位置は固定されていて、いずれの主軸もテーブル4の上面から同じ距離の位置に設けられている。また、このテーブル4の下側にはブレード11、31を取り付けるための主軸13、33が設けられ、主軸13、33の高さ位置は固定されていて、いずれの主軸もテーブル4の上面から同じ距離の位置に設けられている。平面視で各主軸の位置は、主軸3が最も上流側に設けられ、主軸13、23、33の順で下流側になるように設けられている。
This cutting apparatus has a table 4 on which a work material is placed and has a movable structure. The
テーブル4の上側のブレードでは、上流側(図2では左側)のブレード1が小径であり、下流側(図2では右側)のブレード21の方が直径が大きくなっている。またテーブル4の下側のブレードでは、上流側のブレード11が小径で、下流側のブレード31の方が直径が大きくなっている。ブレード1と11の直径は同じであり、ブレード21と31の直径も同じになっている。なお、すべてのブレード1、11、21、31の基板の厚みは同じものが使用され、平面視で一直線上になるように設けられている。ブレード1、11、21、31の超砥粒層の厚みは、理論的にはすべて同じものとするのが好ましいが、現実には基板の振動や微小な歪み、変形などがあるため、直径が大きいブレードほど(言い換えると、下流側のブレードになるほど)僅かに厚みが小さくなるようにする。これらのブレード1、11、21、31を主軸3、13、23、33に固定するにあたり、フランジ2、12、22、32を介してナットで固定する。フランジ2、12、22、32はすべて同じ直径になっている。
In the upper blade of the table 4, the
テーブル4の下側のブレード11および31で被削材5を切断できるようにするため、ブレード11および31がテーブル4の上側に突出できるように、テーブル4の構造はテーブル4aおよび4bでブレード11および31を挟み込む構造になっており、被削材5はテーブル4aおよび4bに跨るように載せられる。
In order to allow the
テーブル4上に載せられた被削材5は、テーブル4を移動させることで上流側から下流側へ移動させられ、ブレード1で切断され始める。そしてブレード1で切断が終わる前あるいは終わった直後にブレード11で切断が開始され、同様にブレード11で切断が終わる前あるいは終わった直後にブレード21で切断が開始される。同様にさらにブレード31でも切断が行われる。切断時には、各ブレードの主軸は移動させずに固定したままであり、被削材5のみが移動する。図2の例では、ブレード1により被削材5の高さhのうち上面から(1/3)hの高さまでが切断され、次にブレード11により被削材5の高さhのうち下面から(1/3)hの高さまでが切断される。次に、ブレード21により被削材5の高さhのうち上面から(1/2)hの高さまでが切断され、最後にブレード31により被削材5の高さhのうち下面から(1/2)hの高さまでが切断されて切断が完了する。
The
このような切断装置による切断方法では、第1の実施の形態で説明した方法と同様の効果が得られるとともに、被削材の大きさが大きくなっても容易に対応できるという効果を有する。 The cutting method using such a cutting apparatus has the same effect as the method described in the first embodiment, and has the effect that it can easily cope with the increase in the size of the work material.
以上の2つの例において、各ブレードの周速度は一定とするのが好ましい。これは、各ブレードの負荷を均一にして被削材に与える抵抗を一定とし、切断面の精度や面の状態を均一にするためである。 In the above two examples, it is preferable that the peripheral speed of each blade is constant. This is because the load applied to each blade is made uniform, the resistance given to the work material is made constant, and the accuracy of the cut surface and the state of the surface are made uniform.
本発明のブレードによる切断方法は、シリコンなどの硬脆材料を板状に切断する場合に好適であるが、その他の各種材料の切断加工にも利用することができる。 The cutting method using the blade of the present invention is suitable for cutting hard and brittle materials such as silicon into a plate shape, but can also be used for cutting various other materials.
1、11、21、31、41 ブレード(丸鋸、回転刃)
2、12、22、32 フランジ
3、13、23、33、43 主軸
4 テーブル
5 被削材
1, 11, 21, 31, 41 Blade (round saw, rotary blade)
2, 12, 22, 32
Claims (8)
前記複数のブレードは、平面視で一直線上に配置されるとともに、前記被削材の送り方向において隣り合う前記複数のブレードの回転軸は水平方向の同一平面上になるように配置され、
前記一直線上に配置された複数のブレードは、それぞれの直径が異なるとともに、直径の小さいブレードから順次直径が大きいブレードとなるように並べられ、
前記被削材は、前記直径の小さいブレードで切断された後、より直径の大きいブレードで切断されるように水平方向に送られてワンパスで切断されることを特徴とするブレードによる切断方法。 A method of cutting a work material using a plurality of blades provided with a superabrasive layer on the outer periphery of a disk-shaped substrate,
The plurality of blades are arranged in a straight line in plan view, and the rotation axes of the plurality of blades adjacent in the feed direction of the work material are arranged so as to be on the same plane in the horizontal direction,
The plurality of blades arranged on the straight line are arranged such that each of the blades has a different diameter and becomes a blade having a larger diameter sequentially from a blade having a smaller diameter,
A cutting method using a blade, characterized in that the work material is cut with the blade having a small diameter and then sent in a horizontal direction so as to be cut with a blade having a larger diameter and cut with one pass.
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