JP2014128878A - 薄刃ブレード - Google Patents

Abstract

【課題】ブレード自体の強度を確保しつつ、自生発刃作用を有する薄刃ブレードを提供することである。
【解決手段】ダイヤモンド砥粒２１を分散させてなるメタル基材１１と、前記メタル基材１１に形成された切刃１３とを有して、前記切刃１３で被切断材の切断加工をおこなう薄刃ブレード１０であって、前記メタル基材１１には、少なくとも一部が炭化されたダイヤモンドフィラー２５が混入されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄刃ブレードに関するものである。

従来から、センサなどに用いられる水晶や石英などの硬脆材料（被切断材）に深溝加工を施したり、切断することによって個片化したりする加工には、高精度が要求されており
、このような溝加工や切断加工など（以下、「切断加工」と省略する。）には、円形薄板状の薄刃ブレードが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の薄刃ブレード（電着ブレード）は、ニッケルなどの母体金属にダイヤモンドなどの超砥粒を電着して形成したものである。

特開２０００−１４４４７７号公報

しかしながら、特許文献１の薄刃ブレードのように、ブレードの基体を硬質金属で形成すると、ブレード自体の強度は確保できるが、砥石として作用させるためには硬すぎるため、自生発刃作用が起きにくくなるという問題がある。つまり、切断加工に薄刃ブレードを用いるに当たって、その性能を維持し続けることができないという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ブレード自体の強度を確保しつつ、自生発刃作用を有した薄刃ブレードを提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係る薄刃ブレードは、ダイヤモンド砥粒を分散させてなるメタル基材と、前記メタル基材に形成された切刃と、を有し、前記切刃で被切断材を切断加工する薄刃ブレードであって、前記メタル基材に、少なくとも一部が炭化されたダイヤモンドフィラーが混入されていることを特徴としている。
本発明に係る薄刃ブレードによれば、ダイヤモンドフィラーが混入されているため、剛性を確保しつつ、前記ダイヤモンドフィラーが露出したときにメタル基材から抜け落ち易い構成とすることができ、自生発刃作用を持続させることができる。

また、本発明に係る薄刃ブレードにおいて、前記ダイヤモンドフィラーの粒径が、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴としている。
本発明に係る薄刃ブレードによれば、粒径の小さいダイヤモンドフィラーを使用するため、ダイヤモンドフィラー自体が加工中に被切断材と接触して、被切断材の品位を劣化させるのを防止することができる。また、粒径の小さいダイヤモンドフィラーを使用するため、薄刃ブレードとしての所望の剛性を確保することができる。したがって、脆性材料に対しても高品位な加工を施すことができる。

また、本発明に係る薄刃ブレードにおいて、前記ダイヤモンドフィラーが、前記ダイヤモンドフィラーの半径に対して１０％以上９０％以下、その表層から中心に向かって炭化されていることを特徴としている。
本発明に係る薄刃ブレードによれば、炭化される割合が少ない（１０％未満）場合には、フィラーとして作用しなくなるため、自生発刃作用を持続させることができない。つまり、ダイヤモンドフィラーの表層から１０％以上炭化させることにより、摩耗促進用フィラーとして確実に作用し、自生発刃作用を確実に持続させることができる。
また、炭化される場合が多い（９０％を超える）場合には、フィラーの剛性を保つことが困難になるため、ダイヤモンドフィラーの表層から９０％以下炭化させることにより、フィラーとして剛性を保つことができる。

また、本発明に係る薄刃ブレードにおいて、前記メタル基材に対する前記ダイヤモンドフィラーの含有率が、５ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であることを特徴としている。
本発明に係る薄刃ブレードによれば、ダイヤモンドフィラーの含有率を５ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下に制限することにより、薄刃ブレード自体の耐摩耗性が損なわれるのを防止することができるとともに、剛性が低下するのを防止することができる。したがって、脆性材料に対しても高品位な加工を施すことができる。

本発明に係る薄刃ブレードによれば、ダイヤモンドフィラーが混入されているため、剛性を確保しつつ、前記ダイヤモンドフィラーが露出したときにメタル基材から抜け落ち易い構成とすることができ、自生発刃作用を持続させることができる。

本発明の実施形態における薄刃ブレードの正面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２のＢ部拡大図である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、薄刃ブレードの正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図３は、図２のＢ部拡大図である。なお、本実施形態の薄刃ブレードは、発振子など強ピッチで溝加工を施す場合や、電子材料を切断することによって個片化する場合に使用するものである。
図１に示すように、薄刃ブレード１０は、軸線Ｏを中心とした円環形状を有しており、厚さ０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の薄肉板状をなしている。薄刃ブレード１０は、円環形状のメタル基材１１と、メタル基材１１の外周縁に形成された切刃１３と、を備えている。メタル基材１１は、例えば、ＷＣ−Ｃｏで形成され、粉末冶金法にて作製されている。また、薄刃ブレード１０には、被切断材を切断など加工するためのダイヤモンド砥粒２１が配されている。

また、メタル基材１１の正面視略中央に形成された貫通孔１５は、図示しない加工装置の主軸に挿入されて、該加工装置に取り付け可能に構成されている。そして、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、メタル基材１１の外周縁に形成された切刃１３によって、例えば半導体チップなどの電子部品の切断や溝入れなどの超精密加工に使用される。

ここで、本実施形態のメタル基材１１には、ダイヤモンドフィラー２５が混入されている。ダイヤモンドフィラー２５は、略球形をなしており、その粒径は０．５μｍ以上２０μｍ以下のものが用いられている。
また、ダイヤモンドフィラー２５は、その表層からその粒径（半径）に対して１０％以上炭化されたものが用いられている。
さらに、メタル基材１１におけるダイヤモンドフィラー２５の含有率は、５ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下となっている。

本実施形態の薄刃ブレード１０によれば、ダイヤモンドフィラー２５が混入されているため、剛性を確保しつつ、該ダイヤモンドフィラー２５が外周縁に露出したときにメタル基材１１から抜け落ち易い構成とすることができ、自生発刃作用を持続させることができる。また、メタル基材１１は高剛性のＷＣ−Ｃｏで形成されているため、被切断材を加工する際に、直進性に優れた性能を有する。したがって、脆性材料に対して高品位な加工を施すことができる。さらに、ダイヤモンド砥粒２１およびダイヤモンドフィラー２５をメタル基材１１に混入して製造するため、容易に製造することができる。

また、粒径が０．５μｍ以上２０μｍ以下の粒径の小さいダイヤモンドフィラー２５を使用したため、ダイヤモンドフィラー２５自体が加工中に被切断材と接触して、被切断材の品位を劣化させるのを防止することができる。また、粒径の小さいダイヤモンドフィラー２５を使用するため、薄刃ブレード１０としての所望の剛性を確保することができる。
したがって、脆性材料に対しても高品位な加工を施すことができる。

さらに、ダイヤモンドフィラー２５の半径に対して１０％以上、その表層から中心に向かって炭化されたダイヤモンドフィラー２５を使用したため、摩耗促進用フィラーとして確実に作用させることができ、自生発刃作用を確実に持続させることができる。

そして、メタル基材１１に対するダイヤモンドフィラー２５の含有率を５ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下としたため、薄刃ブレード１０自体の耐摩耗性が損なわれるのを防止することができるとともに、剛性が低下するのを防止することができる。

実施例１では、粒度♯８００のダイヤモンド超砥粒を、ＷＣ−４０Ｃｏからなる金属結合層に均一に分散したベースブレードを作製した。このベースブレードの各寸法は、外径５８ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．０８ｍｍである。

本発明による発明品１〜４、並びに発明品１〜４と比較するための比較品５は、ベースブレードと同じ材料を用い、発明品１はベースブレードに粒径５μｍのダイヤモンドフィラーを混入させて形成し、発明品２はベースブレードに粒径１０μｍのダイヤモンドフィラーを混入させて形成し、発明品３はベースブレードに粒径１５μｍのダイヤモンドフィラーを混入させて形成し、発明品４はベースブレードに粒径２０μｍのダイヤモンドフィラーを混入させて形成した。一方、比較品５はベースブレードに粒径２５μｍのダイヤモンドフィラーを混入させて形成した。なお、ダイヤモンドフィラーの半径に対して５０％、その表層から中心に向かって炭化されたダイヤモンドフィラーを用い、ベースブレードにおけるダイヤモンドフィラーの含有率は１５ｖｏｌ％とした。

（剛性評価試験１）
剛性評価試験１では、上記実施例１におけるベースブレード、発明品１〜４、比較品５（以下、サンプル品という。）を用いて剛性値を評価する試験を行い、この試験によって得られた剛性値を表１に示す。

この表１に示すように、比較品５の剛性値がベースブレードを含む他のサンプル品の剛性値よりも小さくなっており、混入されたダイヤモンドフィラーの粒径が小さくなるほど剛性値が大きくなっていることが理解できるが、曲げ強度は大きな相違がなく、低密度であっても剛性値は維持されている。

（切断試験１）
切断試験１では、上記各サンプル品のブレードを使用して、ワークの切断加工を行った。なお、ワークとしては、直径３ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＡｌ２０３−ＴｉＣを用いた。 この切断加工において、直進性は切断加工される部材の切断中における最大曲がり量を計測したものである。また、チッピングの大きさを工具顕微鏡で確認した。さらに、切断加工中に、主軸電流値を測定した。
なお、切断装置は、各ブレードを外径５２ｍｍのフランジによってその主軸を狭着して、主軸回転数３００００ｍｉｎ^−１、送り速度３ｍｍ／ｓｅｃとして切断加工を行った。
この切断試験１によって得られた直進性、チッピングの大きさ、主軸電流値を表２に示す。

表２に示すように、直進性については、ベースブレードおよび比較品５と比較して、発明品１〜４の直進性が向上していることが理解される。また、チッピングおよび主軸電流値については、ベースブレードおよび比較品５に対して発明品１〜４が小さくなることが理解される。
上記の結果より、本発明に係る発明品１〜４は、ベースブレード、比較品５と比較して、直進性における最大曲がり量およびチッピングが小さく抑えられるとともに、主軸電流値も小さく、すなわち低い抵抗で切断可能であることが理解される。つまり、ベースブレードにダイヤモンドフィラーを混入することで上記効果が得られることが理解できるとともに、粒径２０μｍ以下のダイヤモンドフィラーをベースブレードに混入させると、さらに良好な効果が得られることが理解できる。

（切断試験２）
切断試験２では、上記の切断試験１の送り速度を１０ｍｍ／ｓｅｃに変更して切断試験１と同様の試験を行った。表３に、切断試験２の結果を示す。

表３に示すように、発明品１〜４は、上記の切断試験１と同様に、直進性における最大曲がり量およびチッピングが小さく抑えられるとともに、主軸電流値も小さく、すなわち低い抵抗で切断可能であることが理解される。また、ベースブレードおよび比較品５は、焼付けによりワークを切断することができなかった。つまり、ベースブレードに混入するダイヤモンドフィラーの粒径が性能に左右されることが理解できる。

実施例２では、粒度♯１０００のダイヤモンド超砥粒を金属結合層（ＷＣ−Ｃｏ）に均一に分散したベースブレードを作製した。このベースブレードの各寸法は、外径５８ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．０６ｍｍである。

本発明による発明品１〜３、並びに発明品１〜３と比較するための比較品４，５は、ベースブレードと同じ材料を用い、発明品１はベースブレードに粒径５μｍのダイヤモンドフィラーを含有率５ｖｏｌ％となるように混入させて形成し、発明品２はベースブレードに粒径５μｍのダイヤモンドフィラーを含有率１５ｖｏｌ％となるように混入させて形成し、発明品３はベースブレードに粒径５μｍのダイヤモンドフィラーを含有率３０ｖｏｌ％となるように混入させて形成した。一方、比較品４はベースブレードに粒径５μｍのダイヤモンドフィラーを含有率３ｖｏｌ％となるように混入させて形成し、比較品５はベースブレードに粒径５μｍのダイヤモンドフィラーを含有率３５ｖｏｌ％となるように混入させて形成した。なお、ダイヤモンドフィラーの半径に対して５０％、その表層から中心に向かって炭化されたダイヤモンドフィラーを用いた。

（剛性評価試験２）
剛性評価試験２では、上記実施例２におけるベースブレード、発明品１〜３、比較品４，５（以下、サンプル品という。）を用いて剛性値を評価する試験を行い、この試験によって得られた剛性値を表４に示す。

この表４に示すように、ベースブレードに混入しているダイヤモンドフィラーの含有率が大きくなるほど、剛性値が小さくなっていることが理解できるが、曲げ強度は大きな相違がなく、低密度であっても剛性値は維持されている。

（切断試験３）
切断試験３では、上記各サンプル品のブレードを使用して、ワークの切断加工を行った。なお、ワークとしては、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのセラミックグリーンシートを用いた。
この切断加工において、上述した切断試験１と同様に、直進性および主軸電流値を測定した。また、チッピングの代わりにブレードへの切り屑の付着、すなわちダストを目視で測定すること、および摩耗量を測定した。
なお、切断装置は、各ブレードを外径５２ｍｍのフランジによってその主軸を狭着して、主軸回転数３００００ｍｉｎ^−１、送り速度２００ｍｍ／ｓｅｃとして切断加工を行った。この切断試験３によって得られた直進性、ダストの付着、主軸電流値、摩耗量を表５に示す。

表５に示すように、直進性における最大曲がり量は、ベースブレードおよび比較品４，５に対して、発明品１〜３が小さくなっていることが理解される。また、主軸電流値も、ベースブレードおよび比較品４，５に対して発明品１〜３が小さくなっていることが理解される。
また、表５に示すように、各サンプル品に付着するダストは、ベースブレードおよび比較品４，５に多少の付着が認められた。一方、発明品１〜３には、ダストの付着が認められなかった。
また、摩耗量については、比較品５、発明品３、発明品２、発明品１、比較品４、ベースブレードの順で小さくなっていることが理解できる。つまり、ベースブレードに混入されているダイヤモンドフィラーの含有率が高いほど、自生作用が促進させられるため、摩耗量は大きくなる。
ここで、比較品５のようにダイヤモンドフィラーの含有率が高くなりすぎると、直進性、主軸電流値およびダストの付着について、上述したような問題が生じる。また、比較品４のようにダイヤモンドフィラーの含有率が低くなりすぎても、直進性、主軸電流値およびダストの付着について、上述したような問題が生じる。したがって、ダイヤモンドフィラーの含有率は５ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下にすることが好ましいことが理解できる。

実施例３では、粒度♯６００のダイヤモンド超砥粒を金属結合層（ＷＣ−Ｃｏ）に均一に分散したベースブレードを作製した。このベースブレードの各寸法は、外径５８ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍである。

本発明による発明品１〜４、並びに発明品１〜４と比較するための比較品５，６は、ベースブレードと同じ材料を用い、発明品１はベースブレードに粒径５μｍでその表層からその粒径に対して１０％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成し、発明品２はベースブレードに粒径５μｍでその表層からその粒径に対して５０％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成し、発明品３はベースブレードに粒径５μｍでその表層からその粒径に対して８０％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成し、発明品４はベースブレードに粒径５μｍでその表層からその粒径に対して９０％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成した。一方、比較品５はベースブレードに粒径５μｍでその表層からその粒径に対して１００％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成し、比較品６はベースブレードに粒径５μｍでその表層からその粒径に対して５％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成した。なお、ベースブレードに対するダイヤモンドフィラーの含有率は１５ｖｏｌ％とした。

（剛性評価試験３）
剛性評価試験３では、上記実施例３におけるベースブレード、発明品１〜４、比較品５，６（以下、サンプル品という。）を用いて剛性値を評価する試験を行い、この試験によって得られた剛性値を表６に示す。

この表６に示すように、ベースブレードに混入しているダイヤモンドフィラーの炭化割合が大きくなるほど、剛性値が小さくなっていることが理解できるが、比較品５を除いて曲げ強度は大きな相違がなく、炭化割合が異なっても剛性値は維持されている。しかしながら、比較品５はダイヤモンドフィラーが１００％炭化されているため、極端に剛性値が小さくなっていることが理解できる。

（切断試験４）
切断試験４では、上記各サンプル品のブレードを使用して、ワークの切断加工を行った。なお、ワークとしては、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのＡｌ２０３を用いた。
この切断加工において、上述した切断試験１と同様に、直進性、チッピングの大きさおよび主軸電流値を測定した。
なお、切断装置は、各ブレードを外径５２ｍｍのフランジによってその主軸を狭着して、主軸回転数２１０００ｍｉｎ^−１、送り速度１０ｍｍ／ｓｅｃとして切断加工を行った。この切断試験４によって得られた直進性、チッピングの大きさ、主軸電流値を表７に示す。

表７に示すように、直進性については、比較品５を除く他のサンプル品において差がないことが理解される。また、チッピングおよび主軸電流値については、ベースブレードおよび比較品６に対して発明品１〜４および比較品５が小さくなることが理解される。
上記の結果より、本発明に係る発明品１〜４は、ベースブレード、比較品６と比較して、チッピングが小さく抑えられるとともに、主軸電流値も小さく、すなわち低い抵抗で切断可能であることが理解される。また、本発明に係る発明品１〜４は、比較品５と比較して、直進性を向上可能であることが理解できる。
つまり、ベースブレードに混入したダイヤモンドフィラーの炭化割合を１０％以上９０％以下とすることで、上記効果が得られることが理解できる。

（切断試験５）
切断試験５では、上記の切断試験４の送り速度を３０ｍｍ／ｓｅｃに変更して切断試験４と同様の試験を行った。表８に、切断試験５の結果を示す。

表８に示すように、発明品１〜４は、上記の切断試験４と同様に、直進性における最大曲がり量およびチッピングが小さく抑えられるとともに、主軸電流値も小さく、すなわち低い抵抗で切断可能であることが理解される。また、ベースブレードおよび比較品６は、焼付けによりワークを切断することができなかった。つまり、ベースブレードに混入するダイヤモンドフィラーの炭化割合が性能に左右されることが理解できる。

実施例４では、粒度♯４００のダイヤモンド超砥粒を金属結合層に均一に分散したベースブレードを作製した。このベースブレードの各寸法は、外径７６．２ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍである。

本発明による発明品１〜４、並びに発明品１〜４と比較するための比較品５，６は、ベースブレードと同じ材料を用い、発明品１はベースブレードに粒径１０μｍでその表層からその粒径に対して１０％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成し、発明品２はベースブレードに粒径１０μｍでその表層からその粒径に対して５０％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成し、発明品３はベースブレードに粒径１０μｍでその表層からその粒径に対して８０％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成し、発明品４はベースブレードに粒径１０μｍでその表層からその粒径に対して９０％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成した。一方、比較品５はベースブレードに粒径１０μｍでその表層からその粒径に対して１００％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成し、比較品６はベースブレードに粒径１０μｍでその表層からその粒径に対して５％炭化させたダイヤモンドフィラー混入させて形成した。なお、ベースブレードに対するダイヤモンドフィラーの含有率は１５ｖｏｌ％とした。

（剛性評価試験４）
剛性評価試験４では、上記実施例４におけるベースブレード、発明品１〜４、比較品５，６（以下、サンプル品という。）を用いて剛性値を評価する試験を行い、この試験によって得られた剛性値を表９に示す。

この表９に示すように、ベースブレードに混入しているダイヤモンドフィラーの炭化割合が大きくなるほど、剛性値が小さくなっていることが理解できるが、比較品５を除いて曲げ強度は大きな相違がなく、炭化割合が異なっても剛性値は維持されている。しかしながら、比較品５はダイヤモンドフィラーが１００％炭化されているため、極端に剛性値が小さくなっていることが理解できる。

（切断試験６）
切断試験６では、上記各サンプル品のブレードを使用して、ワークの切断加工を行った。なお、ワークとしては、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのセラミックグリーンシートを用いた。
この切断加工において、上述した切断試験３と同様に、直進性、ダストの有無、主軸電流値および摩耗量を測定した。
なお、切断装置は、各ブレードを外径６８ｍｍのフランジによってその主軸を狭着して、主軸回転数３００００ｍｉｎ^−１、送り速度４００ｍｍ／ｓｅｃとして切断加工を行った。この切断試験６によって得られた直進性、ダストの有無、主軸電流値および摩耗量を表１０に示す。

表１０に示すように、直進性における最大曲がり量は、ベースブレードおよび比較品５
，６に対して、発明品１〜４が小さくなっていることが理解される。また、主軸電流値も
、ベースブレードおよび比較品６に対して発明品１〜４が小さくなっていることが理解される。
また、表１０に示すように、各サンプル品に付着するダストは、ベースブレードに付着が認められ、比較品６に少量の付着が認められた。一方、発明品１〜４、比較品５には、ダストの付着が認められなかった。
また、摩耗量については、ベースブレードに対して、ダイヤモンドフィラーを混入した発明品１〜４および比較品５，６の方が大きくなっていることが理解できる。つまり、ベースブレードにダイヤモンドフィラーを含有した方が剛性が低くなるため、摩耗量が大きくなることが理解できる。
つまり、ベースブレードに混入したダイヤモンドフィラーの炭化割合を１０％以上９０％以下とすることで、上記した全ての項目において良好な結果が得られることが理解できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

１０ 薄刃ブレード
１１ メタル基材
１３ 切刃
２１ ダイヤモンド砥粒
２５ ダイヤモンドフィラー
Ｏ 軸線（軸）

Claims (4)

1. ダイヤモンド砥粒を分散させてなるメタル基材と、
   前記メタル基材に形成された切刃と、を有し、
   前記切刃で被切断材を切断加工する薄刃ブレードであって、
   前記メタル基材に、少なくとも一部が炭化されたダイヤモンドフィラーが混入されていることを特徴とする薄刃ブレード。
2. 前記ダイヤモンドフィラーの粒径が、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の薄刃ブレード。
3. 前記ダイヤモンドフィラーが、前記ダイヤモンドフィラーの半径に対して１０％以上９０％以下、その表層から中心に向かって炭化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の薄刃ブレード。
4. 前記メタル基材に対する前記ダイヤモンドフィラーの含有率が、５ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄刃ブレード。

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