JP2010005778A - 電鋳ブレード - Google Patents

Abstract

【課題】特に硬脆材料を精密切断するのに際し、砥粒をニッケル等の金属めっき相によって保持することで刃厚が極小さくても機械的剛性を維持しつつ、摩耗、摩滅した砥粒は円滑に脱落させて適度な砥粒の自生発刃を促すことができ、基板に特にカギ状チッピングが生じるのを防ぐことが可能な電鋳ブレードを提供する。
【解決手段】砥粒３が金属めっき相２に分散されて保持された円形薄板状の砥粒層１を備え、この砥粒層１には、フッ素系樹脂よりなるフィラー４が金属めっき相２に分散されて保持されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば水晶やＬＴ（リチウムタンタレイト）等の硬脆材料基板を有する電子材料部品の精密切断加工に使用される薄刃ブレードに関するものである。

電子材料部品のうち、このような水晶やＬＴ等の硬脆材料基板を有する電子材料部品の精密切断加工には、ダイヤモンド砥粒を用いたダイヤモンドスライシングブレードが広く使われているが、硬くて脆い基板材料の特性上、チッピングと呼ばれるマイクロクラックが基板の表裏面に発生することが知られている。こうしたチッピングは、製品設計上、また製品特性上の理由から極力小さくかつ少なくすることが求められている。また、製品歩留まりの向上を目的としてブレードの刃厚は薄くなってきており、このためブレードの機械的な剛性を維持して精度良く切断加工することも求められている。

ここで、このような脆性材料の切断加工には、従来より樹脂結合相によりダイヤモンド砥粒を保持したレジンボンドによるダイヤモンドスライシングブレードが使われていたが、結合相が樹脂であるために上述のような機械的剛性を維持することが困難であり、刃厚として０．１ｍｍ程度までしか薄くすることができなかった。そこで、近年では、例えば特許文献１に記載されているように、極薄刃でも機械的な剛性が損なわれることがないニッケル等の金属めっき相にダイヤモンド砥粒を分散して保持した、電鋳法によるブレードすなわち電鋳ブレードが用いられるようになってきている。
特開２００４−１３６４３１号公報

ところが、このような電鋳ブレードでは、上述のように金属めっき相を形成するニッケル等の硬度が高いことにより、ダイヤモンド砥粒の保持力も優れている反面、摩耗した砥粒が脱落して新たな切れ味の鋭い砥粒による切断が行われる、いわゆる自生発刃の作用はレジンボンドブレードなどに比べて活発ではない。このため、ある切断長を過ぎると、摩滅もしくは摩耗したダイヤモンド砥粒が保持されたまま基板を切断することになるため、切断加工時の抵抗が大きく基板に作用することになり、却って大きなチッピングが発生したり、チッピングの数も増加したりするおそれがある。

特にこのようなチッピングのうちでも、硬脆材料基板が貝殻状に欠ける、いわゆるシェル状チッピングは、チッピング自体がそれほど大きくはならず、製品設計や製品特性、あるいは歩留まりに影響を与えることも少ないが、上述のような摩耗した砥粒が保持されたまま基板を切断することにより発生するチッピングは、基板が鋸歯状に欠ける、いわゆるカギ状チッピングになりやすく、このようなカギ状チッピングは基板の奥深くにまで達してしまうため、製品設計や製品特性、製品歩留まりに与える影響も顕著なものとなってしまう。

本発明は、このような背景の下になされたものであって、特に上述のような硬脆材料を精密切断するのに際し、砥粒をニッケル等の金属めっき相によって保持することで刃厚が極小さくても機械的剛性を維持しつつ、摩耗、摩滅した砥粒は円滑に脱落させて適度な砥粒の自生発刃を促すことができ、基板に特にカギ状チッピングが生じるのを防ぐことが可能な電鋳ブレードを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の電鋳ブレードは、砥粒が金属めっき相に分散されて保持された円形薄板状の砥粒層を備え、この砥粒層には、フッ素系樹脂よりなるフィラーが上記金属めっき相に分散されて保持されていることを特徴とするものである。

このような電鋳ブレードにおいては、砥粒層が金属めっき相に砥粒を分散してなるものであるので、刃厚を極小さくしてもその機械的剛性は十分に維持することができる一方で、この金属めっき相に、砥粒の他にフッ素系樹脂よりなるフィラーが分散されて保持されているため、かかるフィラーが分散されることなく金属めっき相がそのまま充填されている場合に比べては、該金属めっき相による砥粒保持力を低減することができる。従って、砥粒が適度に摩耗、摩滅して該砥粒に作用する切断時の抵抗が増大したところで砥粒が脱落し、これに伴い新たな砥粒が露出して自生発刃が促されるので、長期に亙って安定的に鋭い切れ味を維持することができる。

しかも、このようなフッ素系樹脂は高い潤滑性を有しているので、上述のように鋭い切れ味が維持されることと相俟って、切断加工時に被切断物に作用する抵抗を軽減することが可能となる。このため、上記構成の電鋳ブレードによれば、この被切断物が上述の水晶やＬＴ等の硬脆材料よりなる基板を有した電子材料部品などであっても、特にカギ状チッピングが発生するのを防いで切断を行うことができ、これにより、製品設計や製品特性に及ぼす影響を極力抑えることができるとともに、製品歩留まりの向上を図ることが可能となる。

ここで、上記フィラーを構成するフッ素系樹脂としては、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー（ＦＥＰ）やパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー（ＴＦＥ／ＰＤＤ）、ニチレン・テトラフルオロエチレンポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフロオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等が挙げられるが、上述の潤滑性や耐熱性、耐薬品性、あるいは経済性等を考慮するとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であることが望ましい。

また、このようなフィラーの、砥粒も含めた上記砥粒層における含有率は５〜４０vol%の範囲内であることが望ましく、これよりも含有率が低いとフィラーによる砥粒の自生発刃や潤滑効果が十分に発揮されなくなるおそれがある一方、これよりも含有率が高いと金属めっき相による砥粒の保持力や砥粒層自体の強度が損なわれて、砥粒の脱落が促進されすぎたりブレード寿命が著しく短縮されたりするおそれがある。

なお、このように金属めっき相に分散されるフッ素系樹脂よりなるフィラーの平均粒径は０．１〜７０μｍの範囲とされるのが望ましく、これよりも平均粒径が大きいと上述のような含有率でフィラーが分散されていても砥粒層に部分的に強度や剛性の強弱が生じてしまって自生発刃に偏りが発生するおそれがあり、逆にこれよりも平均粒径が小さいと砥粒層全体として金属めっき相の強度が維持されてしまって自生発刃が効果的に促されなくなるおそれがある。また、このフィラーの形状は、上述のように金属めっき相による砥粒保持力を弱めて効果的な自生発刃を促すには、球形に近い形状よりは、金属めっき相に食い込むような塊状、ブロック状、凹凸形状であることが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、砥粒を保持する金属めっき相によって砥粒層の機械的剛性を確保して極薄刃の電鋳ブレードとすることができる一方、この金属めっき相に分散されたフッ素系樹脂よりなるフィラーによって砥粒の自生発刃を効果的に促すことができ、フィラー自身の潤滑性とも相俟って切断加工時の抵抗を長期に亙って安定して低減することができる。このため、硬脆材料の切断を行う場合でも、被切断物に大きな抵抗が作用して特にカギ状のチッピングが発生するのを防止することができ、当該材料による製品の設計や特性に及ぼす影響を抑制するとともに該製品の歩留まりを向上させることが可能となる。

図１および図２は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態の電鋳ブレードは図１に示すように軸線Ｏを中心とした外径が３０〜１５０ｍｍ程度の円環形で厚さＴが０．０１〜０．５ｍｍ程度の薄肉板状をなし、それ自体が図２に示すような砥粒層１によって形成されていて、その内径部が切断装置の主軸に取り付けられて上記軸線Ｏ回りに回転されつつ該軸線Ｏに垂直な方向に送り出されることにより、この砥粒層１の外周縁部によって、例えば上述した水晶やＬＴのような硬脆材料基板を有する電子材料部品を精密切断加工する。

この砥粒層１は、図２に示すように、ニッケル、ニッケル−リン、ニッケル−コバルト等の金属めっき相２にダイヤモンドやｃＢＮ等の砥粒（超砥粒）３を均一に分散して形成されており、このような砥粒層１は、上述のような金属を含むめっき液中に砥粒３を分散して該砥粒３を取り込みつつ金属めっき相２を析出させる、電鋳法により形成される。ここで、砥粒３の平均粒径は例えば１／３μ以上とされ、砥粒層１全体に対する砥粒３の含有率は５〜４０vol%程度とされている。

そして、このような砥粒層１において、上記金属めっき相２にはさらにフッ素系樹脂よりなるフィラー４がやはり均一に分散されており、このフィラー４を構成するフッ素系樹脂は、本実施形態ではポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）により構成されている。ここで、このフィラー４の粒径（平均粒径）は０．１〜７０μｍの範囲とされていて、特に本実施形態では砥粒３の上記平均粒径の１／２００〜１倍とされており、また個々のフィラー４の形状は、塊状、ブロック状、あるいは表面に凹凸を有する形状とされている。

また、本実施形態では、砥粒３を含めた砥粒層１全体に対するこのフィラー４の含有率は、５〜４０vol%の範囲内とされている。なお、本実施形態では、これらフィラー４および砥粒３以外のものは金属めっき相２に分散されてはおらず、従って上記砥粒３の含有率とこのフィラー４の含有率との残部が、砥粒層１における上記金属めっき相２の含有率となる。

このような電鋳ブレードでは、砥粒層１が上記ニッケル等の金属めっき相２に砥粒３を分散してなるものであるので、その厚さＴが上述のような範囲、特に０．１ｍｍ以下となるような極薄のものであっても、機械的剛性は維持することができて、上記硬脆材料基板を有する電子材料部品に対しても高精度の切断加工を行うことができる。従って、こうして砥粒層１の刃厚Ｔを極薄化することにより、基板上の素子等の部品間ピッチを狭めることができて、１つの基板上に配設可能な部品数を増やすことができ、すなわち製品歩留まりを向上させることができる。

そして、さらに上記構成の電鋳ブレードでは、この砥粒層１を形成する金属めっき相２に、この金属めっき相２よりも硬度の小さなフッ素系樹脂よりなるフィラー４が分散されているので、上述のように砥粒層１に必要な機械的剛性は維持しながらも、例えばフィラー４が分散されずに砥粒のみを金属めっき相に分散しただけの砥粒層によって形成されている電鋳ブレードに対し、その金属めっき相２による砥粒３の保持力は低減することが可能となる。

このため、このような砥粒と金属めっき相だけの砥粒層よりなる電鋳ブレードに比べて、切断加工が進行して切断長が長くなるのに従い砥粒３に摩耗や摩滅が生じて該砥粒３に作用する抵抗が大きくなったときに、この砥粒３が脱落し易くなって、これに伴い新たな砥粒３が露出して切断に使用される、いわゆる自生発刃の作用を促進することができる。従って、上記構成の電鋳ブレードによれば、この新たな砥粒３によって常に鋭い切れ味を確保することができて、砥粒層１から被切断物である上記基板に作用する抵抗を低減することが可能となる。

しかも、こうしてフィラー４として金属めっき相２に分散されるフッ素系樹脂は、それ自身が高い潤滑性を有しており、砥粒層１の表面には砥粒３とともにこのフッ素系樹脂よりなるフィラー４も露出することになるので、被切断物に作用する抵抗の一層の軽減を図ることができる。このため、上記電鋳ブレードにおいては、このようなフッ素系樹脂よりなるフィラー４による自生発刃の促進と潤滑性との相乗効果により、上述の硬脆材料に対してもチッピングの発生を抑えて切断を行うことが可能となり、特に基板が鋸歯状に大きく一気に欠けるカギ状チッピングを切れ味の鋭さによって効果的に防止することができるので、上述のように素子間のピッチを狭めても製品特性に影響が及ぶのを防いで歩留まりの確実な向上を図ることができ、またこのような基板上の素子の配置などの製品設計にも影響が及ぶのを防ぐことができる。

ここで、このフィラー４を構成するフッ素系樹脂としては、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー（ＦＥＰ）やパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー（ＴＦＥ／ＰＤＤ）、ニチレン・テトラフルオロエチレンポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフロオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等を用いることも可能であるが、本実施形態ではポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が用いられており、かかるポリテトラフルオロエチレンは、上述した潤滑性に加えて、耐熱性や耐薬品性に秀でており、切断加工時の摩擦によって高温となるとともにクーラントに晒されることもある電鋳ブレードの金属めっき相２に分散しても、確実に上述の効果を奏することが可能となる。しかも比較的安価であるため、経済的でもある。

また、本実施形態では、上記砥粒３も含めた砥粒層１におけるこのフィラー４の含有率は５〜４０vol%の範囲内とされており、これにより上述した切断加工時の抵抗低減効果を一層確実に奏功しつつも、いたずらにブレードの寿命が短くなるのを防いで知る。すなわち、フィラー４の含有率が上記範囲よりも低いと、このフィラー４による砥粒３の自生発刃や潤滑が不十分となって確実な抵抗の低減を図ることができなくなるおそれがある一方、逆にフィラー４の含有率が上記範囲よりも高いと、金属めっき相２による砥粒３の保持力が小さくなりすぎて砥粒層１の摩耗が著しく促進されたり、砥粒層１自体の機械的剛性が損なわれることにより切断加工中に破損を生じたりして、電鋳ブレードとしての寿命が短期に費えてしまうおそれがある。

さらに、本実施形態では、このフィラー４の粒径（平均粒径）が０．１〜７０μｍの範囲とされていて、特に砥粒３の平均粒径の１／２００〜１倍とされているため、砥粒層１の全体に亙って満遍なく確実に自生発刃作用や潤滑性を確保することができる。すなわち、フィラー４の粒径が上記範囲よりも大きく、例えば砥粒３の粒径よりも大きかったりすると、上述のような含有率でフィラー４が分散されていても、このフィラー４が配置された部分とそれ以外の金属めっき相２が充填された部分とで、砥粒層１の強度や機械的剛性あるいは砥粒３の保持力について強弱が大きくなり、フィラー４の周辺では砥粒３の脱落が必要以上に促進される反面、それ以外では脱落が生じにくくなって、自生発刃に部分的に偏りが生じるおそれがある。その一方で、フィラー４の粒径が小さすぎても、その周辺に硬度の高い金属めっき相２が充填させられることにより、砥粒３の保持力が適度に低下させられなくなるおそれが生じる。

なお、本実施形態では、フィラー４の形状が塊状、ブロック状、あるいは表面に凹凸を有する形状とされていて、金属めっき相２に分散された状態で該金属めっき相２に塊やブロックの角部あるいは凹凸の凸部が食い込むようにされている。従って、砥粒３に摩耗や摩滅が生じて大きな抵抗が作用すると、この砥粒３がその周辺の金属めっき相２ごと、上記角部や凸部が食い込んだ部分から裂けて脱落しやすくなるので、一層確実な自生発刃を促すことができるという効果も得られる。

以下、本発明の実施例を挙げてその効果について実証する。本実施例では、まず上記実施形態に準じて、ニッケルよりなる金属めっき相２に、粒径２０／３０μｍのダイヤモンドよりなる砥粒３を砥粒層１全体に対して１０vol%の含有率で、同じく粒径２０／３０μｍのポリテトラフルオロエチレンよりなるフィラー４を１０vol%で分散した外径５６ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さＴが０．１ｍｍの円環薄板状の電鋳ブレードを製造した。これを実施例１とする。

また、これに対する比較例１として、ポリテトラフルオロエチレンよりなるフィラー４に代えて、粒径２０／３０μｍのポリイミド樹脂よりなるフィラーをやはり１０vol%で分散したものと、フィラーを分散せずにダイヤモンド砥粒とニッケルめっき相のみによって砥粒層を形成した、実施例１と同寸法の電鋳ブレードも製造した。これらを比較例１、２とする。

そして、これら実施例１と比較例１、２の電鋳ブレードにより、被切断物として水晶の切断加工試験を行い、その際に生じたチッピングの大きさと個数の関係、および切断距離と切断抵抗との関係を測定した。この結果を、それぞれ図３、４に示す。なお、切断加工試験の条件は、電鋳ブレードの回転数：３００００ＲＰＭ、ワーク送り速度：２０ｍｍ／秒、切込み深さ：０．５ｍｍ、切断モード：ダウンカット方式の片側モードであった。

このうち、図３の結果から、まずフィラーを分散していない比較例２の電鋳ブレードでは、大きさの小さなチッピングの数はフィラーを分散した実施例１や比較例１より少ないものの、製品設計や特性、歩留まりに影響を及ぼす大きなチッピングの数は多くなっていることが分かる。また、同じ樹脂フィラーではあるがポリイミド樹脂を分散した比較例１でも、大きなチッピングの数は比較例２よりは少ないものの、十分に低減されているとはいえない。これらに対して、本発明に係わる実施例１の電鋳ブレードでは、小さなチッピングはあるものの、大きなチッピングは十分に抑えられているのが分かる。

また、図４に示した結果からは、フィラー無しの比較例２では切断抵抗の増加が著しいことが分かり、これが大きなチッピングの数の多さに影響しているものと考えられる。これに対して、ポリイミド樹脂をフィラーとして分散した比較例１では、抵抗は大幅に低減されてはいるものの、特に切断初期に抵抗が大きく増大しているのが分かる。これらに対して、実施例１の電鋳ブレードでは、総じて比較例１よりも抵抗は小さく、しかも切断初期から略切断距離に比例して安定的に抵抗が増大する傾向にあることが分かる。なお、この図４の切断距離１３ｍ、２５ｍにおいて実施例１、比較例１、２ともに抵抗が小さくなっているのは、この時点でドレッシングを施しているからである。

次に、実施例１と同じく、フィラー４としてフッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）をダイヤモンドよりなる砥粒３とともにニッケルよりなる金属めっき相２に分散した砥粒層１を有する電鋳ブレードにおいて、このフィラー４の砥粒層１全体に対する含有率を変えた３種の電鋳ブレードを製造した。これらを実施例２〜４とする。ただし、これら実施例２〜４の電鋳ブレードは、寸法および砥粒３の粒径、含有率は実施例１と同じで、フィラー４の含有率が、実施例２では２０vol%、実施例３では４３vol%、実施例４では３vol%であり、砥粒層１において砥粒３とフィラー４の残部がニッケルよりなる金属めっき相２となる。

そして、これら実施例２〜４の電鋳ブレードによって、上記と同じ条件で被切断物（水晶）の切断加工試験を行い、その際に生じたチッピングの大きさと個数の関係を測定した。この結果を図５に示す。

この図５の結果より、フッ素系樹脂よりなるフィラー４の含有率が５〜４０vol%の範囲内の２０vol%である実施例２では、上記実施例１と同様に特に大きなチッピングの発生が抑制されていたのに対し、この範囲よりも含有率の多い実施例３や逆に含有率の少ない実施例４でも、上記比較例１、２ほどではないが、大きなチッピングが多く発生していた。これにより、フッ素系樹脂よりなるフィラー４の砥粒層１全体における含有率は、上述のように５〜４０vol%の範囲であるのが望ましいことが分かる。

本発明の電鋳ブレードの一実施形態を示す側面図である。 図１に示す実施形態における砥粒層１の拡大断面図である。 本発明に係わる実施例１と、これに対する比較例１、２とにより切断加工試験を行った際に発生したチッピングの大きさと発生個数との関係を示す図である。 本発明に係わる実施例１と、これに対する比較例１、２とにより切断加工試験を行った際の切断距離と切断抵抗との関係を示す図である。 フッ素系樹脂よりなるフィラー４の含有率を変えた本発明に係わる実施例２〜４により切断加工試験を行った際に発生したチッピングの大きさと発生個数との関係を示す図である。

符号の説明

１ 砥粒層
２ 金属めっき相
３ 砥粒
４ フッ素系樹脂よりなるフィラー
Ｏ 電鋳ブレードの中心軸線

Claims (3)

1. 砥粒が金属めっき相に分散されて保持された円形薄板状の砥粒層を備え、この砥粒層には、フッ素系樹脂よりなるフィラーが上記金属めっき相に分散されて保持されていることを特徴とする電鋳ブレード。
2. 上記フッ素系樹脂がポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項１に記載の電鋳ブレード。
3. 上記フィラーの上記砥粒層における含有率が５〜４０vol%の範囲内であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電鋳ブレード。

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