JP2022094578A - Electroformed grindstone - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被加工物の切削等に用いられる電鋳砥石に関する。 The present invention relates to an electroformed grindstone used for cutting a workpiece or the like.
IC(Integrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)等のデバイスが複数形成されたウェーハを分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数のデバイスチップが製造される。また、複数のデバイスチップを所定の基板上に実装した後、実装されたデバイスチップを樹脂でなる封止材(モールド樹脂)で被覆することにより、パッケージ基板が得られる。このパッケージ基板を分割することにより、パッケージ化された複数のデバイスチップを備えるパッケージデバイスが製造される。デバイスチップやパッケージデバイスは、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の様々な電子機器に組み込まれる。 By dividing a wafer in which a plurality of devices such as ICs (Integrated Circuits) and LSIs (Large Scale Integration) are formed, a plurality of device chips including the devices are manufactured. Further, a package substrate can be obtained by mounting a plurality of device chips on a predetermined substrate and then coating the mounted device chips with a sealing material (mold resin) made of a resin. By dividing the package substrate, a packaged device including a plurality of packaged device chips is manufactured. Device chips and packaged devices are incorporated into various electronic devices such as mobile phones and personal computers.
上記のウェーハ、パッケージ基板等の被加工物を分割する際には、切削装置が用いられる。切削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、被加工物に切削加工を施す切削ユニットとを備える。切削ユニットは、回転軸として機能するスピンドルを備えており、スピンドルの先端部に切削ブレードが装着される。 A cutting device is used when dividing a workpiece such as a wafer or a package substrate. The cutting device includes a chuck table for holding the workpiece and a cutting unit for cutting the workpiece. The cutting unit includes a spindle that functions as a rotation axis, and a cutting blade is attached to the tip of the spindle.
切削ブレードとしては、環状の砥石部(切り刃)を含む電鋳砥石を用いることができる。例えば、電鋳砥石の砥石部は、ダイヤモンドでなる砥粒を、電着によって形成されたニッケルでなる層(Niめっき層)で固定することによって形成される(特許文献1参照)。切削装置のチャックテーブルによって被加工物を保持し、電鋳砥石を回転させながら砥石部を被加工物に切り込ませることにより、被加工物が切削、分割される(特許文献2参照)。 As the cutting blade, an electroformed grindstone including an annular grindstone portion (cutting blade) can be used. For example, the grindstone portion of an electroformed grindstone is formed by fixing abrasive grains made of diamond with a layer made of nickel (Ni plating layer) formed by electrodeposition (see Patent Document 1). The work piece is held by the chuck table of the cutting device, and the work piece is cut and divided by cutting the grindstone portion into the work piece while rotating the electroformed grindstone (see Patent Document 2).
電鋳砥石を被加工物に切り込ませると、Niめっき層から露出している砥粒が被加工物と接触し、被加工物を切削する。そして、電鋳砥石による被加工物の切削が一定時間継続されると、Niめっき層が摩耗して露出している砥粒が脱落し、Niめっき層の内部に埋め込まれている砥粒が新たに露出する。この現象は自生発刃と呼ばれており、自生発刃によって電鋳砥石の切れ味が維持される。 When the electroformed grindstone is cut into the work piece, the abrasive grains exposed from the Ni plating layer come into contact with the work piece and cut the work piece. When the cutting of the workpiece by the electroformed grindstone is continued for a certain period of time, the Ni plating layer is worn and the exposed abrasive grains fall off, and the abrasive grains embedded inside the Ni plating layer are newly replaced. Exposed to. This phenomenon is called a self-generated blade, and the self-generated blade maintains the sharpness of the electroformed grindstone.
しかしながら、Niめっき層は砥粒を保持する力が強く、Niめっき層が摩耗しても砥粒が脱落しにくい。そのため、砥粒がNiめっき層によって固定された電鋳砥石には、自生発刃が生じにくいという特性がある。そして、自生発刃が適度な頻度で生じないまま被加工物の切削が続行されると、Niめっき層から露出している砥粒の先端部が被加工物との接触によって摩耗して変形する。これにより、切削加工の際に被加工物にかかる圧力(加工負荷)が増大し、加工不良が発生しやすくなる。 However, the Ni-plated layer has a strong force to hold the abrasive grains, and even if the Ni-plated layer wears, the abrasive grains do not easily fall off. Therefore, the electroformed grindstone in which the abrasive grains are fixed by the Ni plating layer has a characteristic that spontaneous blade generation is unlikely to occur. When cutting of the workpiece is continued without spontaneous blade generation occurring at an appropriate frequency, the tip of the abrasive grains exposed from the Ni plating layer is worn and deformed due to contact with the workpiece. .. As a result, the pressure (machining load) applied to the workpiece during cutting increases, and machining defects are likely to occur.
そこで、電鋳砥石のNiめっき層にフッ素系樹脂を含有させることにより、砥粒の脱落を制御する手法が提案されている(特許文献3参照)。Niめっき層にフッ素系樹脂を分散させると、電鋳砥石を被加工物に切り込ませた際にNiめっき層から砥粒が脱落しやすくなり、自生発刃が促進される。これにより、電鋳砥石の切れ味が維持され、加工不良の発生が抑制される。 Therefore, a method has been proposed in which the Ni-plated layer of the electroformed grindstone contains a fluororesin to control the falling off of the abrasive grains (see Patent Document 3). When the fluorine-based resin is dispersed in the Ni-plated layer, the abrasive grains are likely to fall off from the Ni-plated layer when the electroformed grindstone is cut into the workpiece, and the self-generated blade is promoted. As a result, the sharpness of the electroformed grindstone is maintained, and the occurrence of processing defects is suppressed.
Niめっき層にフッ素系樹脂を分散させると、自生発刃は促進されるものの、Niめっき層の硬度及び剛性が低下し、電鋳砥石に反りが発生しやすくなる。そして、このような電鋳砥石を用いて切削加工を実施すると、電鋳砥石の欠けや割れが生じたり、被加工物の切削時に電鋳砥石が蛇行して被加工物の意図しない領域が切削されたりすることがある。すなわち、Niめっき層にフッ素系樹脂を含有させると、電鋳砥石の強度が低下し、電鋳砥石の破損や加工不良が生じやすくなるという問題がある。 When the fluorine-based resin is dispersed in the Ni-plated layer, the self-generated blade is promoted, but the hardness and rigidity of the Ni-plated layer are lowered, and the electroformed grindstone is liable to warp. When cutting is performed using such an electroformed grindstone, the electroformed grindstone may be chipped or cracked, or the electroformed grindstone may meander when cutting the workpiece, and an unintended region of the workpiece may be cut. It may be done. That is, when the Ni plating layer contains a fluorine-based resin, there is a problem that the strength of the electroformed grindstone is lowered, and the electroformed grindstone is liable to be damaged or defective in processing.
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、強度の低下を抑制しつつ自生発刃を促進させることが可能な電鋳砥石の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an electroformed grindstone capable of promoting spontaneous blade generation while suppressing a decrease in strength.
本発明の一態様によれば、砥粒と、該砥粒を固定する結合材と、を含む砥石部を備え、該結合材は、Ni-Co合金でなりフッ素系樹脂を含有する電鋳砥石が提供される。 According to one aspect of the present invention, an electroformed grindstone including an abrasive grain and a binder for fixing the abrasive grain is provided, and the binder is a Ni—Co alloy and contains a fluororesin. Is provided.
なお、好ましくは、該結合材におけるCoの含有率は、5wt%以上30.2wt%以下である。また、好ましくは、該結合材における該フッ素系樹脂の含有率は、3vol%以上40vol%未満である。また、好ましくは、該砥粒の平均粒径は、1μm以上80μm以下であり、該フッ素系樹脂の平均粒径は、0.1μm以上20μm以下である。 It should be noted that the content of Co in the binder is preferably 5 wt% or more and 30.2 wt% or less. Further, preferably, the content of the fluororesin in the binder is 3 vol% or more and less than 40 vol%. Further, preferably, the average particle size of the abrasive grains is 1 μm or more and 80 μm or less, and the average particle size of the fluororesin is 0.1 μm or more and 20 μm or less.
また、好ましくは、該電鋳砥石は、環状の基台と、該基台の外周縁に沿って形成された環状の該砥石部とを備える。また、好ましくは、該電鋳砥石は、環状の該砥石部によって構成されている。 Further, preferably, the electroformed grindstone includes an annular base and an annular grindstone portion formed along the outer peripheral edge of the base. Further, preferably, the electroformed grindstone is composed of the annular grindstone portion.
本発明の一態様に係る電鋳砥石では、Ni-Co合金でなりフッ素系樹脂を含有する結合材によって、砥粒が固定される。そして、高硬度且つ高剛性のNi-Co合金でなる結合材によって電鋳砥石の強度が維持されるとともに、フッ素系樹脂によって砥粒の脱落が早められる。これにより、電鋳砥石の強度の低下の抑制と自生発刃の促進とを両立させることが可能となり、電鋳砥石の破損及び加工不良の発生が防止される。 In the electroformed grindstone according to one aspect of the present invention, the abrasive grains are fixed by a binder made of a Ni—Co alloy and containing a fluororesin. The strength of the electroformed grindstone is maintained by the binder made of a Ni—Co alloy having high hardness and high rigidity, and the falling off of the abrasive grains is accelerated by the fluororesin. As a result, it is possible to suppress the decrease in the strength of the electroformed grindstone and promote the self-generated blade, and it is possible to prevent the electroformed grindstone from being damaged and processing defects.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず、本実施形態に係る電鋳砥石の構成例について説明する。本実施形態に係る電鋳砥石は、被加工物を切削する切削ブレード等として用いることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, a configuration example of the electroformed grindstone according to the present embodiment will be described. The electroformed grindstone according to this embodiment can be used as a cutting blade or the like for cutting a workpiece.
図1(A)は、ハブタイプの電鋳砥石11を示す斜視図である。電鋳砥石11は、環状の基台13と、基台13の外周縁に沿って形成された環状の砥石部15とを備える。
FIG. 1A is a perspective view showing a hub type
例えば基台13は、アルミニウムを主成分とする金属等でなり、表面13a及び裏面13bを含む。基台13の中央部には、基台13の表面13aから裏面13bに至る円柱状の貫通孔13cが、基台13を厚さ方向に貫通するように設けられている。また、貫通孔13cの周囲には、基台13の表面13aから基台13の厚さ方向に突出する環状の凸部13dが設けられている。
For example, the
基台13の裏面13b側には、環状の砥石部15が基台13の外周縁に沿って設けられている。なお、砥石部15の外径は基台13の外径よりも大きく、砥石部15は、基台13の外周縁から基台13の半径方向外側に突出するように形成されている。
On the
図1(B)は、ワッシャータイプの電鋳砥石21を示す斜視図である。電鋳砥石21は、環状の砥石部23のみによって構成されている。砥石部23は、表面23a及び裏面23bを含む。また、砥石部23の中央部には、砥石部23の表面23aから裏面23bに至る円柱状の貫通孔23cが、砥石部23を厚さ方向に貫通するように設けられている。
FIG. 1B is a perspective view showing a washer type
例えば電鋳砥石11,21は、被加工物を切削する切削ブレードとして用いられる。具体的には、電鋳砥石11は、砥石部15が環状の切り刃として機能するハブタイプの切削ブレード(ハブブレード)である。また、電鋳砥石21は、その全体が環状の切り刃として機能するワッシャータイプの切削ブレード(ワッシャーブレード)である。電鋳砥石11,21は、切削装置に装着され、被加工物を切削する。
For example,
図2は、切削装置2を示す斜視図である。切削装置2は、電鋳砥石11又は電鋳砥石21を用いて被加工物31を切削する。なお、図3において、X軸方向(加工送り方向、第1水平方向、左右方向)とY軸方向(割り出し送り方向、第2水平方向、前後方向)とは、互いに垂直な方向である。また、Z軸方向(鉛直方向、上下方向、高さ方向)は、X軸方向及びY軸方向と垂直な方向である。
FIG. 2 is a perspective view showing the
切削装置2は、切削装置2を構成する各構成要素を支持又は収容する基台4を備える。基台4の上側には、基台4の上面側を覆うカバー6が設けられている。カバー6の内側には、被加工物31の加工が行われる空間(加工室)が形成されており、加工室には被加工物31を切削する切削ユニット8が配置されている。
The
切削ユニット8には、ボールねじ式の移動機構(不図示)が連結されている。この移動機構は、切削ユニット8をY軸方向に沿って移動させるとともに、切削ユニット8をZ軸方向に沿って昇降させる。また、切削ユニット8には、電鋳砥石11(図1(A)参照)又は電鋳砥石21(図1(B)参照)が装着される。以下では一例として、切削ユニット8に電鋳砥石11が装着され、切削装置2が電鋳砥石11を用いて被加工物31を加工する場合について説明する。
A ball screw type moving mechanism (not shown) is connected to the
図3は、切削ユニット8を示す斜視図である。切削ユニット8は、中空の円柱状に形成されたハウジング10を備える。ハウジング10には、Y軸方向に沿って配置された円柱状のスピンドル12が収容されている。スピンドル12の先端部(一端側)は、ハウジング10の外部に露出している。また、スピンドル12の基端部(他端側)には、スピンドル12を回転させるモータ等の回転駆動源(不図示)が連結されている。
FIG. 3 is a perspective view showing the
スピンドル12の先端部には、マウント14が固定されている。マウント14は、円盤状のフランジ部16と、フランジ部16の表面16aの中央部から突出する円柱状の支持軸(ボス部)18とを備える。フランジ部16の外周部の表面16a側には、表面16aから突出する環状の凸部16bが、フランジ部16の外周縁に沿って設けられている。なお、凸部16bの先端面は、表面16aと概ね平行に形成されている。また、支持軸18の外周面には、ねじ部18aが形成されている。
A
支持軸18には、環状の固定ナット20が装着される。固定ナット20の中央部には、固定ナット20を厚さ方向に貫通する円柱状の開口20aが形成されている。そして、開口20aの内部で露出する固定ナット20の側面(内周面)には、支持軸18のねじ部18aに対応するねじ溝が形成されている。
An
電鋳砥石11が備える基台13の貫通孔13cに支持軸18を挿入すると、電鋳砥石11がスピンドル12の先端部(マウント14)に装着される。なお、基台13の凸部13dは、電鋳砥石11の装着時に把持される把持部に相当する。
When the
電鋳砥石11がマウント14に装着された状態で、固定ナット20を支持軸18のねじ部18aに締め付けると、電鋳砥石11がフランジ部16の凸部16bの先端面と固定ナット20とによって挟持される。これにより、電鋳砥石11がスピンドル12の先端部(マウント14)に固定される。そして、電鋳砥石11は、回転駆動源からスピンドル12及びマウント14を介して伝達される動力により、Y軸方向と概ね平行な回転軸の周りを回転する。
When the fixing
図2に示すように、切削ユニット8の下方には、被加工物31を保持するチャックテーブル(保持テーブル)22が設けられている。チャックテーブル22の上面は、X軸方向及びY軸方向と概ね平行な平坦面であり、被加工物31を保持する保持面22aを構成している。保持面22aは、チャックテーブル22の内部に形成された流路(不図示)、バルブ(不図示)等を介して、エジェクタ等の吸引源(不図示)に接続されている。
As shown in FIG. 2, a chuck table (holding table) 22 for holding the
チャックテーブル22には、ボールねじ式の移動機構(不図示)及びモータ等の回転駆動源が連結されている。移動機構は、チャックテーブル22をX軸方向に沿って移動させる。また、回転駆動源は、チャックテーブル22をZ軸方向と概ね平行な回転軸の周りで回転させる。 A ball screw type moving mechanism (not shown) and a rotary drive source such as a motor are connected to the chuck table 22. The moving mechanism moves the chuck table 22 along the X-axis direction. Further, the rotation drive source rotates the chuck table 22 around a rotation axis substantially parallel to the Z-axis direction.
基台4の前方側の角部には、Z軸方向に沿って昇降可能に構成されたカセットエレベータ24が設けられている。カセットエレベータ24上には、被加工物31を収容可能なカセット26が載置される。カセットエレベータ24は、カセット26からの被加工物31の搬出、及び、カセット26への被加工物31の搬入が適切に行われるように、カセット26の高さを調節する。
A
カセットエレベータ24の近傍には、被加工物31を搬送する搬送機構(不図示)が設けられている。この搬送機構は、加工前の被加工物31をカセット26から搬出してチャックテーブル22上に搬送するとともに、切削ユニット8によって加工された被加工物31をカセット26に搬入する。
A transport mechanism (not shown) for transporting the
カバー6の前面6a側には、切削装置2に関する各種の情報を表示する表示部(表示ユニット、表示装置)28が設けられている。表示部28は、被加工物31の加工に関する情報(加工条件、加工状況等)や、チャックテーブル22によって保持された被加工物31の画像等を表示する。
A display unit (display unit, display device) 28 for displaying various information related to the
例えば表示部28は、タッチパネル式のディスプレイによって構成される。この場合、表示部28がユーザーインタフェースとなり、オペレーターは表示部28のタッチ操作によって切削装置2に加工条件等の情報を入力できる。すなわち、表示部28は、切削装置2に情報を入力するための入力部(入力ユニット、入力装置)としても機能する。ただし、入力部は表示部28とは別途独立して設けられていてもよい。例えば、入力部として、キーボード、マウス等を用いることもできる。
For example, the
切削装置2の内部又は外部には、切削装置2を制御する制御部(制御ユニット、制御装置)30が設けられている。制御部30は、切削装置2を構成する各構成要素(切削ユニット8、チャックテーブル22、カセットエレベータ24、表示部28等)に接続されており、各構成要素の動作を制御するための制御信号を生成する。
A control unit (control unit, control device) 30 for controlling the
例えば制御部30は、コンピュータによって構成される。具体的には、制御部30は、切削装置2の制御に必要な演算等の処理を行う処理部と、切削装置2の制御に用いられる各種の情報(データ、プログラム等)を記憶する記憶部とを備える。処理部は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを含んで構成される。また、記憶部は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等のメモリを含んで構成される。
For example, the
カセット26に収容された被加工物31は、搬送機構によってチャックテーブル22上に搬送される。被加工物31がチャックテーブル22上に配置された状態で、保持面22aに吸引源の吸引力(負圧)を作用させると、被加工物31がチャックテーブル22によって吸引保持される。チャックテーブル22によって保持された被加工物31は、切削ユニット8に装着された電鋳砥石11によって切削される。そして、加工後の被加工物31は、搬送機構によって搬送され、再度カセット26に収容される。
The
電鋳砥石11によって被加工物31を切削する際は、まず、電鋳砥石11の下端が被加工物31の上面よりも下方に位置付けられるように、切削ユニット8の高さ(Z軸方向における位置)を調節する。また、電鋳砥石11が被加工物31の所望の位置に切り込むように、切削ユニット8のY軸方向における位置を調整する。この状態で、電鋳砥石11を回転させながらチャックテーブル22をX軸方向に沿って移動させると、電鋳砥石11の砥石部15(図3参照)が被加工物31に切り込み、被加工物31が切削される。
When cutting the
また、切削ユニット8は、電鋳砥石11及び被加工物31に向かって純水等の液体(切削液)を供給するためのノズル(不図示)を備える。切削加工中は、ノズルを介して電鋳砥石11及び被加工物31に切削液が供給される。これにより、電鋳砥石11及び被加工物31が冷却されるとともに、切削によって発生した屑(切削屑)が洗い流される。
Further, the
なお、切削装置2によって切削される被加工物31の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。例えば被加工物31は、半導体(Si、GaAs、InP、GaN、SiC等)、サファイア、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等でなるウェーハであってもよい。また、被加工物31は、CSP(Chip Size Package)基板、QFN(Quad Flat Non-leaded package)基板等のパッケージ基板であってもよい。
There are no restrictions on the material, shape, structure, size, etc. of the
また、上記では被加工物31が電鋳砥石11によって切削される場合について説明したが、切削装置2は電鋳砥石21(図1(B)参照)用いて被加工物31を切削することもできる。この場合には、切削ユニット8に電鋳砥石21が装着される。そして、電鋳砥石21を回転させて被加工物31に切り込ませることにより、被加工物31が切削される。
Further, although the case where the
図4は、砥石部15,23の先端部を示す拡大断面図である。砥石部15,23はそれぞれ、砥粒41と、砥粒41を固定する結合材(ボンド材)43とを含む。なお、砥粒41の材質及び大きさに制限はない。例えば、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素(cBN:cubic Boron Nitride)等でなり、平均粒径が1μm以上80μm以下の砥粒41を用いることにより、被加工物31の良好な切削が可能となる。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the tip portions of the
電鋳砥石11,21(図1(A)及び図1(B)参照)を被加工物31に切り込ませると、結合材43の表面から露出している砥粒41が被加工物31に接触し、被加工物31を切削する。そして、電鋳砥石11,21による被加工物31の切削が一定時間継続されると、結合材43が摩耗して露出している砥粒41が脱落し、結合材43の内部に埋め込まれている砥粒が新たに露出する。この現象は自生発刃と呼ばれており、自生発刃によって電鋳砥石11,21の切れ味が維持される。
When the
また、結合材43は、粒状のフッ素系樹脂45を含有している。例えばフッ素系樹脂45として、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(パーフルオロアルコキシアルカン)、FEP(パーフルオロエチレンプロペンコポリマー)、ETFE(エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー)等の樹脂が、結合材43に分散される。
Further, the
結合材43にフッ素系樹脂45が含有されると、結合材43の内部のフッ素系樹脂45が存在する領域の強度が局所的に低下する。その結果、電鋳砥石11,21で被加工物31を切削する際に、結合材43の摩耗及び砥粒41の脱落が生じやすくなる。その結果、自生発刃が促進され、電鋳砥石11,21の切れ味が維持される。
When the
しかしながら、結合材43がNiめっき層等である場合には、結合材43にフッ素系樹脂45を分散させると、結合材43の硬度及び剛性が低下し、電鋳砥石11,21に反りが発生しやすくなる。そして、このような電鋳砥石11,21を用いて切削加工を実施すると、電鋳砥石11,21の欠けや割れが生じたり、被加工物31の切削時に電鋳砥石11,21が蛇行して被加工物31の意図しない領域が切削されたりすることがある。
However, when the
そこで、本実施形態においては、ニッケル及びコバルトを含む合金(Ni-Co合金)でなる結合材43を用いる。具体的には、電着によって形成されたNi-Co合金でなる層(Ni-Co合金めっき層)を、結合材43として用いる。Ni-Co合金でなる結合材43は、Niめっき層でなる結合材等と比較して強度が高い。そのため、Ni-Co合金でなる結合材43にフッ素系樹脂45を含有させても、結合材43の強度の低下は、電鋳砥石11,21の破損や加工不良が生じない程度に抑えられる。すなわち、強度の低下を抑制しつつ自生発刃を促進させることが可能な電鋳砥石11,21が得られる。
Therefore, in the present embodiment, the
なお、フッ素系樹脂45の大きさに制限はない。例えば、Ni-Co合金でなる結合材43の強度の極度な低下を抑えつつ自生発刃の促進効果を維持するため、フッ素系樹脂45の平均粒径は0.1μm以上20μm以下に設定される。
There is no limit to the size of the
次に、Ni-Co合金でなる結合材43を含む電鋳砥石11,21の製造方法の例について説明する。電鋳砥石11,21は、例えば電解めっきを用いて製造される。以下では、製造装置40(図5及び図7参照)を用いて電鋳砥石11,21を製造する手順について詳述する。
Next, an example of a method for manufacturing the
図5は、ハブタイプの電鋳砥石を製造する製造装置40を示す一部断面正面図である。製造装置40は、めっき液44を貯留するめっき浴槽42を備える。めっき液44としては、Ni及びCoを含む電解液が用いられる。なお、めっき液44には砥粒が分散されている。また、めっき液44には、フッ素系樹脂を含む溶液46が添加される。
FIG. 5 is a partial cross-sectional front view showing a
めっき液44には、Niでなる板状の電極48と、環状の基台51とが浸漬される。基台51は、最終的に電鋳砥石11の基台13(図1(A)参照)として用いられるため、基台13に対応した形状に形成される。また、基台51には、マスク53が基台51を覆うように形成される。マスク53は、砥石部15(図1(A)参照)の形状に対応する環状の開口部を備え、基台51の一部はマスク53の開口部の内側で露出している。
A plate-shaped
電極48及び基台51は、直流電源50に接続される。具体的には、電極48は、直流電源50のプラス端子(正極)に接続される。また、基台51は、スイッチ52を介して直流電源50のマイナス端子(負極)に接続される。
The
また、めっき液44にはファン54が浸漬される。ファン54には、モータ等の回転駆動源56が連結されている。回転駆動源56によってファン54を回転させると、めっき液44が攪拌され、めっき液44に含まれる砥粒及びフッ素系樹脂が概ね均一に分散される。
Further, the
ファン54によってめっき液44を攪拌しながらスイッチ52をオンにすると、基台51が陰極、電極48が陽極として機能し、めっき液44に直流電流が流れる。これにより、基台51のうちマスク53によって覆われずに露出している領域に、砥粒及びフッ素系樹脂を含むNi-Co合金めっき層が電着される。そして、基台51に所望の厚さのNi-Co合金めっき層が形成された後、基台51からマスク53が除去される。
When the
図6(A)は、Ni-Co合金めっき層55が形成された環状の基台51を示す断面図である。基台51は、電鋳砥石11(図1(A)参照)が備える基台13の表面13a、裏面13b、貫通孔13c、凸部13dにそれぞれ対応する、表面51a、裏面51b、貫通孔51c、凸部51dを備える。そして、基台51の裏面51b側の外周部に、環状のNi-Co合金めっき層55が形成される。
FIG. 6A is a cross-sectional view showing an
図6(B)は、外周部がエッチングされた環状の基台51を示す断面図である。基台51にNi-Co合金めっき層55が形成された後、基台51の外周部をエッチングすることにより、Ni-Co合金めっき層55を基台51の外周縁から基台51の半径方向外側に突出させる。これにより、基台51の外周縁に沿って形成された環状のNi-Co合金めっき層55が切り刃として機能するハブタイプの電鋳砥石が得られる。この電鋳砥石が、図1(A)に示す電鋳砥石11に相当する。
FIG. 6B is a cross-sectional view showing an
図7は、ワッシャータイプの電鋳砥石を製造する製造装置40を示す一部断面正面図である。ワッシャータイプの電鋳砥石も、ハブタイプの電鋳砥石と同様に製造装置40を用いて製造できる。
FIG. 7 is a partial cross-sectional front view showing a
ワッシャータイプの電鋳砥石を製造する際には、基台51(図5参照)に代えて、円盤状の基台61がめっき液44に浸漬される。基台61には、マスク63が基台61を覆うように形成される。マスク63は、砥石部23(図1(B)参照)の形状に対応する環状の開口部を備え、基台61の一部はマスク63の開口部の内側で露出している。
When manufacturing a washer-type electroformed grindstone, a disk-shaped
ファン54によってめっき液44を攪拌しながらスイッチ52をオンにすると、基台61が陰極、電極48が陽極として機能し、めっき液44に直流電流が流れる。これにより、基台61のうちマスク63によって覆われずに露出している領域に、砥粒及びフッ素系樹脂を含むNi-Co合金めっき層が電着される。図8(A)は、Ni-Co合金めっき層65が形成された円盤状の基台61を示す断面図である。
When the
その後、基台61から環状のNi-Co合金めっき層65を剥離して分離する。これにより、切り刃として機能するワッシャータイプの電鋳砥石が得られる。図8(B)は、円盤状の基台61から分離されたNi-Co合金めっき層65を示す断面図である。このようにして形成されたNi-Co合金めっき層65が、図1(B)に示す電鋳砥石21に相当する。
Then, the annular Ni—Co
上記の製造方法によって、図1(A)及び図1(B)に示す電鋳砥石11,21が製造される。なお、電鋳砥石11,21に含まれる結合材43(図4参照)の組成比は、めっき液44(図5及び図7参照)の濃度によって制御できる。また、結合材43におけるフッ素系樹脂45(図4参照)の含有率は、フッ素系樹脂を含む溶液46(図5及び図7参照)の添加量によって制御できる。
The
具体的には、めっき液44に含まれるNiとCoとの比率が、結合材43に含まれるNiとCoとの比率に反映される。また、めっき液44に含まれるフッ素系樹脂と金属(Ni及びCo)との比率が、結合材43におけるフッ素系樹脂45の含有率に反映される。
Specifically, the ratio of Ni and Co contained in the
結合材43におけるCoの含有率及びフッ素系樹脂45の含有率は、結合材43の強度が一定以上に維持され、且つ、被加工物31の切削時に自生発刃が生じやすくなるように調節される。具体的には、結合材43におけるCoの含有率は、5wt%以上30.2wt%以下であることが好ましい。また、結合材43におけるフッ素系樹脂45の含有率は、3vol%以上40vol%未満であることが好ましい。
The Co content and the
以上の通り、本実施形態に係る電鋳砥石11,21では、Ni-Co合金でなりフッ素系樹脂45を含有する結合材43によって、砥粒41が固定される。そして、高硬度且つ高剛性のNi-Co合金でなる結合材43によって電鋳砥石11,21の強度が維持されるとともに、フッ素系樹脂45によって砥粒41の脱落が早められる。これにより、電鋳砥石11,21の強度の低下の抑制と自生発刃の促進とを両立させることが可能となり、電鋳砥石11,21の破損及び加工不良の発生が防止される。
As described above, in the
次に、本実施形態に係る電鋳砥石の評価結果について説明する。本評価では、Ni-Co合金でなりフッ素系樹脂を含有する結合材によって砥粒が固定された電鋳砥石を製造し、電鋳砥石の機械的性質と、電鋳砥石によって被加工物を加工した際の加工品質とを評価した。 Next, the evaluation result of the electroformed grindstone according to the present embodiment will be described. In this evaluation, an electroformed grindstone made of Ni-Co alloy and having abrasive grains fixed by a binder containing a fluororesin is manufactured, and the mechanical properties of the electroformed grindstone and the workpiece are processed by the electroformed grindstone. The processing quality at the time of processing was evaluated.
本評価では、電解めっき(図7参照)によって製造されたワッシャータイプの電鋳砥石(図1(B)参照)を使用した。電鋳砥石の寸法は、外径56mm、内径40mm、厚さ0.05mmに設定した。また、砥石としては、粒状のダイヤモンド(平均粒径8μm、集中度45)を用い、フッ素系樹脂としては、粒状のPTFE(平均粒径0.3μm)を用いた。
In this evaluation, a washer-type electroplating grindstone (see FIG. 1 (B)) manufactured by electrolytic plating (see FIG. 7) was used. The dimensions of the electroformed grindstone were set to an outer diameter of 56 mm, an inner diameter of 40 mm, and a thickness of 0.05 mm. As the grindstone, granular diamond (
まず、結合材におけるCoの含有率が異なる9種類の電鋳砥石を製造した。各電鋳砥石の結合材におけるCoの含有率はそれぞれ、0wt%(Niめっき層)、3.1wt%、5wt%、8.1wt%、13.6wt%、20.3wt%、27.1wt%、30.2wt%、35wt%とした。また、結合材におけるフッ素系樹脂(PTFE)の含有率は、全ての電鋳砥石で20vol%に統一した。 First, nine types of electroformed grindstones having different Co contents in the binder were manufactured. The content of Co in the binder of each electroformed grindstone is 0 wt% (Ni plating layer), 3.1 wt%, 5 wt%, 8.1 wt%, 13.6 wt%, 20.3 wt%, 27.1 wt%, respectively. It was set to 30.2 wt% and 35 wt%. In addition, the content of fluororesin (PTFE) in the binder was unified to 20 vol% for all electroformed grindstones.
なお、上記のCoの含有率(wt%)は、結合材全体の質量(結合材中のNi及びCoの質量の和)に対する、結合材中のCoの質量の比率に相当する。また、上記のフッ素系樹脂の含有率(vol%)は、結合材全体の体積に対する、結合材中のフッ素系樹脂の体積の総和に相当する。そして、9種類の電鋳砥石それぞれについて、反りの大きさ、硬度、剛性を測定した。 The Co content (wt%) described above corresponds to the ratio of the mass of Co in the binder to the mass of the entire binder (the sum of the masses of Ni and Co in the binder). The content of the fluororesin (vol%) corresponds to the total volume of the fluororesin in the binder with respect to the volume of the entire binder. Then, the size, hardness, and rigidity of the warp were measured for each of the nine types of electroformed grindstones.
図9(A)は、Coの含有率と電鋳砥石の反りの大きさとの関係を示すグラフである。なお、電鋳砥石の反りの大きさは、電鋳砥石の厚さ方向における、電鋳砥石の中心と外周縁との位置の差の最大値に相当する。電鋳砥石の反りが大きいほど、電鋳砥石で被加工物を切削した際に電鋳砥石の破損や蛇行が生じやすくなる。 FIG. 9A is a graph showing the relationship between the Co content and the size of the warp of the electroformed grindstone. The magnitude of the warp of the electroformed grindstone corresponds to the maximum value of the difference in position between the center and the outer peripheral edge of the electroformed grindstone in the thickness direction of the electroformed grindstone. The larger the warp of the electroformed grindstone, the more easily the electroformed grindstone is damaged or meandered when the workpiece is cut with the electroformed grindstone.
図9(A)に示すように、Coを含む結合材(Ni-Co合金めっき層)を用いると、Coを含まない結合材(Niめっき層)を用いた場合と比較して、電鋳砥石の反りが低減された。特に、Coの含有率が5wt%以上30.2wt%以下である場合には、電鋳砥石の反りの大きさがNiめっき層を用いた場合の1/3以下まで低減され、電鋳砥石の反りの抑制に極めて有効であることが確認された。 As shown in FIG. 9A, when a Co-containing binder (Ni—Co alloy plating layer) is used, an electroformed grindstone is used as compared with the case where a Co-free binder (Ni plating layer) is used. Warpage has been reduced. In particular, when the Co content is 5 wt% or more and 30.2 wt% or less, the warp size of the electroformed grindstone is reduced to 1/3 or less of that when the Ni plating layer is used, and the electroformed grindstone It was confirmed that it is extremely effective in suppressing warpage.
図9(B)は、Coの含有率と電鋳砥石の硬度(ビッカース硬さ)との関係を示すグラフである。また、図9(C)は、Coの含有率と電鋳砥石の剛性との関係を示すグラフである。図9(B)及び図9(C)に示すように、Ni-Co合金めっき層を用いると、Niめっき層を用いた場合よりも電鋳砥石の硬度及び剛性が向上した。特に、Coの含有率が8.1wt%以上30.2wt%以下である場合には、硬度の増加が顕著であり、電鋳砥石の強度の向上に極めて有効であることが確認された。 FIG. 9B is a graph showing the relationship between the Co content and the hardness (Vickers hardness) of the electroformed grindstone. Further, FIG. 9C is a graph showing the relationship between the Co content and the rigidity of the electroformed grindstone. As shown in FIGS. 9B and 9C, when the Ni—Co alloy plating layer was used, the hardness and rigidity of the electroformed grindstone were improved as compared with the case where the Ni plating layer was used. In particular, when the Co content is 8.1 wt% or more and 30.2 wt% or less, the increase in hardness is remarkable, and it has been confirmed that it is extremely effective in improving the strength of the electroformed grindstone.
次に、結合材におけるフッ素系樹脂(PTFE)の含有率が異なる8種類の電鋳砥石を製造した。各電鋳砥石の結合材におけるフッ素系樹脂の含有率はそれぞれ、0vol%(フッ素系樹脂なし)、5vol%、10vol%、20vol%、25vol%、30vol%、35vol%、40vol%とした。なお、結合材におけるCoの含有率は、全ての電鋳砥石で20wt%に統一した。そして、8種類の電鋳砥石それぞれについて、剛性を測定した。 Next, eight types of electroformed grindstones having different contents of the fluororesin (PTFE) in the binder were manufactured. The content of the fluororesin in the binder of each electroformed grindstone was 0 vol% (without fluororesin), 5 vol%, 10 vol%, 20 vol%, 25 vol%, 30 vol%, 35 vol%, and 40 vol%, respectively. The Co content in the binder was unified to 20 wt% for all electroformed grindstones. Then, the rigidity of each of the eight types of electroformed grindstones was measured.
図10(A)は、フッ素系樹脂の含有率と電鋳砥石の剛性(ビッカース硬さ)との関係を示すグラフである。図10(A)に示すように、結合材としてNi-Co合金めっき層を用いると、結合材にフッ素系樹脂を含有させても、電鋳砥石の剛性がほとんど変化せず、電鋳砥石の強度がフッ素系樹脂の混入によって低下しにくいことが確認された。ただし、フッ素系樹脂の含有率が40vol%に達すると、電鋳砥石が脆化して破損した。そのため、フッ素系樹脂の含有率は40vol%未満とすることが好ましく、35vol%以下とすることがより好ましい。 FIG. 10A is a graph showing the relationship between the content of the fluororesin and the rigidity (Vickers hardness) of the electroformed grindstone. As shown in FIG. 10A, when a Ni—Co alloy plating layer is used as the binder, the rigidity of the electroformed grindstone hardly changes even if the binder contains a fluororesin, and the electroformed grindstone has the same rigidity. It was confirmed that the strength does not easily decrease due to the mixing of fluororesin. However, when the content of the fluororesin reached 40 vol%, the electroformed grindstone became brittle and damaged. Therefore, the content of the fluororesin is preferably less than 40 vol%, more preferably 35 vol% or less.
次に、結合材におけるフッ素系樹脂(PTFE)の含有率が異なる7種類の電鋳砥石を用いて、実際に被加工物を切削した。各電鋳砥石の結合材におけるフッ素系樹脂の含有率はそれぞれ、0vol%(フッ素系樹脂なし)、3vol%、10vol%、20vol%、25vol%、30vol%、35vol%とした。なお、結合材におけるCoの含有率は、全ての電鋳砥石で20wt%に統一した。そして、各電鋳砥石で被加工物を切削した後、被加工物に生じた欠け(チッピング)のサイズを測定することにより、加工品質を評価した。 Next, the workpiece was actually cut using seven types of electroformed grindstones having different contents of the fluororesin (PTFE) in the binder. The content of the fluororesin in the binder of each electroformed grindstone was 0 vol% (without fluororesin), 3 vol%, 10 vol%, 20 vol%, 25 vol%, 30 vol%, and 35 vol%, respectively. The Co content in the binder was unified to 20 wt% for all electroformed grindstones. Then, after cutting the workpiece with each electroformed grindstone, the machining quality was evaluated by measuring the size of the chipping (chipping) generated in the workpiece.
被加工物としては、長さ100mm、幅100mm、厚さ0.5mmのホウケイ酸ガラスを用いた。また、被加工物の切削には、切削装置(図2参照)を用いた。そして、チャックテーブルによって保持された被加工物を電鋳砥石で切削し、被加工物を複数のチップに分割した。 As the work piece, borosilicate glass having a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 0.5 mm was used. A cutting device (see FIG. 2) was used for cutting the workpiece. Then, the workpiece held by the chuck table was cut with an electroformed grindstone, and the workpiece was divided into a plurality of chips.
具体的には、まず、電鋳砥石を被加工物の外側に配置した。また、電鋳砥石の下端が被加工物の下面よりも下方に位置付けられるように、電鋳砥石の高さを調節した。そして、電鋳砥石を回転させつつ(回転数:15000/min)、被加工物の長さ方向と概ね平行な方向に沿ってチャックテーブルを移動させ(加工送り速度:10mm/s)、被加工物を長さ方向に沿って切削した。その後、電鋳砥石を被加工物の幅方向に5mm間隔で移動させつつ、同様の手順で被加工物の切削を繰り返した。 Specifically, first, the electroformed grindstone was placed on the outside of the workpiece. Further, the height of the electroformed grindstone was adjusted so that the lower end of the electroformed grindstone was positioned below the lower surface of the workpiece. Then, while rotating the electric casting grindstone (rotation speed: 15000 / min), the chuck table is moved along a direction substantially parallel to the length direction of the workpiece (machining feed rate: 10 mm / s) to be machined. The object was cut along the length direction. Then, while moving the electroformed grindstone in the width direction of the workpiece at intervals of 5 mm, the cutting of the workpiece was repeated in the same procedure.
次に、チャックテーブルを水平方向に90°回転させ、同様の条件で被加工物を幅方向に沿って複数回切削した。その結果、被加工物が複数の直方体状のチップ(長さ5mm、幅5mm、厚さ0.5mm)に分割された。
Next, the chuck table was rotated 90 ° in the horizontal direction, and the workpiece was cut a plurality of times along the width direction under the same conditions. As a result, the workpiece was divided into a plurality of rectangular parallelepiped chips (
そして、分割された被加工物(複数のチップ)の下面側を観察し、被加工物の下面側で切り口から進展していたチッピングのうち、最も長いチッピング(最大チッピング)を特定した。そして、最大チッピングの長さを測定し、最大チッピングサイズとして記録した。上記の作業を、7種類の電鋳砥石によって切削された7枚の被加工物それぞれについて行った。 Then, the lower surface side of the divided workpiece (plurality of chips) was observed, and the longest chipping (maximum chipping) among the chippings extending from the cut end on the lower surface side of the workpiece was identified. Then, the maximum chipping length was measured and recorded as the maximum chipping size. The above work was performed on each of the seven workpieces cut by the seven types of electroformed grindstones.
図10(B)は、フッ素系樹脂の含有率と最大チッピングサイズとの関係を示すグラフである。図10(B)に示すように、フッ素系樹脂の含有率が3vol%以上である場合には、最大チッピングサイズが大幅に低減された。特に、フッ素系樹脂の含有率が20vol%以上の場合には、最大チッピングサイズの減少が顕著であり(8μm以下)、加工品質が極めて効果的に向上することが確認された。上記のような最大チッピングサイズの低減は、フッ素系樹脂によって自生発刃が促進され、電鋳砥石の切れ味が維持されたことに起因していると推察される。 FIG. 10B is a graph showing the relationship between the content of the fluororesin and the maximum chipping size. As shown in FIG. 10B, when the content of the fluororesin was 3 vol% or more, the maximum chipping size was significantly reduced. In particular, when the content of the fluororesin was 20 vol% or more, the maximum chipping size was significantly reduced (8 μm or less), and it was confirmed that the processing quality was extremely effectively improved. It is presumed that the reduction in the maximum chipping size as described above is due to the fact that the self-generated blade is promoted by the fluororesin and the sharpness of the electroformed grindstone is maintained.
以上の評価結果より、本実施形態に係る電鋳砥石は、強度が高く、且つ、自生発刃が生じやすい特性を有することが確認された。 From the above evaluation results, it was confirmed that the electroformed grindstone according to the present embodiment has high strength and characteristics that spontaneous blades are likely to occur.
なお、本実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。 The structure, method, and the like according to the present embodiment can be appropriately modified and implemented as long as they do not deviate from the scope of the object of the present invention.
11 電鋳砥石
13 基台
13a 表面
13b 裏面
13c 貫通孔
13d 凸部
15 砥石部
21 電鋳砥石
23 砥石部
23a 表面
23b 裏面
23c 貫通孔
31 被加工物
41 砥粒
43 結合材(ボンド材)
45 フッ素系樹脂
51 基台
51a 表面
51b 裏面
51c 貫通孔
51d 凸部
53 マスク
55 Ni-Co合金めっき層
61 基台
63 マスク
65 Ni-Co合金めっき層
2 切削装置
4 基台
6 カバー
6a 前面
8 切削ユニット
10 ハウジング
12 スピンドル
14 マウント
16 フランジ部
16a 表面
16b 凸部
18 支持軸(ボス部)
18a ねじ部
20 固定ナット
20a 開口
22 チャックテーブル(保持テーブル)
22a 保持面
24 カセットエレベータ
26 カセット
28 表示部(表示ユニット、表示装置)
30 制御部(制御ユニット、制御装置)
40 製造装置
42 めっき浴槽
44 めっき液
46 溶液
48 電極
50 直流電源
52 スイッチ
54 ファン
56 回転駆動源
11
45 Fluorine-based
22a Holding surface 24
30 Control unit (control unit, control device)
40
Claims (6)
該結合材は、Ni-Co合金でなりフッ素系樹脂を含有することを特徴とする電鋳砥石。 A grindstone portion including an abrasive grain and a binder for fixing the abrasive grain is provided.
The binder is an electroformed grindstone made of a Ni—Co alloy and containing a fluororesin.
該フッ素系樹脂の平均粒径は、0.1μm以上20μm以下であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の電鋳砥石。 The average particle size of the abrasive grains is 1 μm or more and 80 μm or less.
The electroformed grindstone according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluororesin has an average particle size of 0.1 μm or more and 20 μm or less.
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