JP2022151928A - メタルブレード及びメタルブレードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品位な加工が可能なメタルブレードを提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係るメタルブレードは、メタルボンド相と、砥粒と、を備える円環薄板状のメタルブレードであって、メタルブレードの中心軸に沿った方向の両端に配された表面の面積に対する、上記表面から露出した砥粒の面積率が、１０％以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、メタルブレード及びメタルブレードの製造方法に関する。

メタルブレードは、半導体材料等の基板を切断してチップ状に個片化する際に用いられる。メタルブレードは、一般に円形環状であり、砥粒と、砥粒を保持するメタルボンド相で構成され、砥粒は、メタルボンド相に分散している。

メタルブレードは、回転軸の周方向に回転して、その外周面が被加工材に接触して被加工材を切り込んでこれを切断する。メタルブレードによる被加工材の切断では、自生発刃作用により切れ味が維持される。自生発刃作用とは、メタルボンド相に保持された砥粒が切断負荷や摩耗によってメタルブレードから脱落し、新たな砥粒が表面に露出する作用である。

自生発刃作用により切れ味が維持されるメタルブレードとして、例えば、特許文献１に、円板状のメタルボンド相と、前記メタルボンド相の外周縁部に形成された切れ刃と、前記メタルボンド相に分散された複数の砥粒と、前記メタルボンド相の内部を延び、前記メタルボンド相の外面に開口する複数の気孔と、を備える、メタルブレードが開示されている。

特開２０１９－１０４０７９号公報

ところで、本発明者らがメタルブレードを用いた被加工材の加工性について調査したところ、被加工材の切断距離が長くなるほど、メタルブレードによる切断幅が短くなって切断面がスカート形状になり、加工品位が低下することが分かった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高品位な切断加工が可能なメタルブレードを提供することを目的とする。

本発明者らにより、この原因は、メタルブレード外周縁の幅が短くなる刃幅痩せが生じたためであることが分かった。この刃幅痩せは、メタルブレードが被加工材へ切り込む時に、砥粒が突出したメタルブレードの側面が被加工材に接触して生じる摩擦が増大することにより、この砥粒がメタルブレードから脱落したために生じたものであることが分かった。そして、本発明者らは、側面から突出した砥粒を減少させることで、刃幅痩せを抑制することに想到した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］ 本発明の一態様に係るメタルブレードは、メタルボンド相と、砥粒と、を備える円環薄板状のメタルブレードであって、上記メタルブレードの中心軸に沿った方向の両端に配された表面の面積に対する、上記表面から露出した上記砥粒の面積率が、１０％以下である。
［２］上記［１］に記載のメタルブレードでは、上記表面から中心軸Ｏに沿った方向に突出した上記砥粒の最大突出高さが、上記砥粒の平均粒径の１／２以下であることが好ましい。
［３］上記［１］又は［２］に記載のメタルブレードでは、上記メタルブレードの中心軸に沿った方向の両端に配された表面の面積に対する、上記表面から露出した上記砥粒の面積率が０％であることが好ましい。
［４］本発明の別の態様に係るメタルブレードの製造方法は、メタルボンド相と、砥粒と、を備える円環薄板状のメタルブレードの製造方法であって、金属粉末と上記砥粒とを含有し、上記メタルブレードの中心軸方向に上記砥粒の含有量が異なる積層体を成形する成形工程と、上記金属粉末を焼結させる焼結工程と、を備える。
［５］上記［４］に記載のメタルブレードの製造方法では、上記成形工程が、少なくとも第１の金属粉末を含有する第１スラリーから第１塗膜層を形成し、上記第１塗膜層の表面に第２の金属粉末及び上記砥粒を含有する第２スラリーから第２塗膜層を形成し、上記第２塗膜層の表面に、少なくとも第３の金属粉末を含有する第３スラリーから第３塗膜層を形成して層状の塗膜を得る塗膜形成工程であり、上記焼結工程が、塗膜形成工程で得られた上記塗膜を焼成する脱脂・焼結工程であってもよい。
［６］上記［４］に記載のメタルブレードの製造方法では、上記成形工程が、少なくとも第１の金属粉末を含有する第１の粉末層と、第２の金属粉末及び上記砥粒を含有し、上記第１の粉末層の一方の表面上に配された第２の粉末層と、少なくとも第３の金属粉末を含有し、上記第２の粉末層の表面に配された第３の粉末層と、からなる積層体を形成する積層体形成工程であり、上記焼結工程が、上記積層体を焼結させて焼結体を形成する工程であってもよい。
［７］上記［４］～［６］のいずれか１項に記載のメタルブレードの製造方法では、上記金属粉末の組成が、上記メタルブレードの中心軸に沿った方向で同一であることが好ましい。

上記態様に係るメタルブレードによれば、高品位な切断加工が可能である。

本発明の一実施形態に係るメタルブレードを示す側面図である。 図１のＡ－Ａ断面を示す断面図である。 図２のＢ部を拡大して示す模式図である。 実施例における被加工材を１０００ｍ切断した後の刃幅痩せ量の評価結果を示すグラフである。 実施例における被加工材を切断距離と摩耗量の評価結果を示すグラフである。

＜メタルブレード１＞
以下、本発明の一実施形態に係るメタルブレード１について、図１～３を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るメタルブレード１を示す側面図である。図２は、図１のＡ－Ａ断面を示す断面図である。図３は、図２のＢ部を拡大して示す模式図である。なお、図中の各構成要素の寸法、比率は、実際の各構成要素の寸法、比率を表すものではない。

（メタルブレード１の概略構成）
まず、本実施形態に係るメタルブレード１の概略構成を説明する。本実施形態に係るメタルブレード１は、図１に示すように、円環薄板状である。詳細には、メタルブレード１は、中心軸Ｏを軸として同心円状に外面１１及び内面１２を備えており、内面１２より内側において中心軸Ｏに沿う方向に貫通する貫通孔１３が形成されている。
ここで、本明細書においては、メタルブレード１の中心軸Ｏ方向に沿う方向を幅方向と呼称する。

メタルブレード１の厚さ（幅方向の長さ）は、特段制限されず、例えば、０．０５ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下とすることができる。メタルブレード１の厚さは、０．０８ｍｍ以上であってもよいし、０．１０ｍｍ以上であってもよいし、０．１５ｍｍ以上であってもよいし、０．２５ｍｍ以上であってもよい。また、メタルブレード１の厚さは、０．２５ｍｍ以下であってもよいし、０．１５ｍｍ以下であってもよいし、０．１０ｍｍ以下であってもよいし、０．０８ｍｍ以下であってもよい。

メタルブレード１の外径は、特段制限されず、例えば、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることができる。メタルブレード１の外径は、６２ｍｍ以上であってもよいし、８０ｍｍ以上であってもよい。また、メタルブレード１の外径は、８０ｍｍ以下であってもよいし、６２ｍｍ以下であってもよい。

メタルブレード１の内径は、特段制限されず、例えば、４０ｍｍ以上８８．９ｍｍ以下とすることができる。メタルブレード１の内径は、６０ｍｍ以上であってもよいし、８０ｍｍ以上であってもよい。また、メタルブレード１の内径は、８０ｍｍ以下であってもよいし、６０ｍｍ以下であってもよい。

メタルブレード１は、図３に示すように、メタルボンド相１０１と、メタルボンド相１０１に分散した砥粒１０２と、を備えている。本実施形態に係るメタルブレード１は、その中心軸Ｏに沿った方向の両端に配された表面（側面１０Ａ、１０Ｂ）の面積に対する、側面１０Ａ、１０Ｂから露出した砥粒１０２の面積率が、１０％以下である。以下に、詳細に説明する。

（メタルボンド相１０１）
メタルボンド相１０１は、金属元素を主成分として含有する粉末の焼結体である。メタルボンド相１０１を構成する金属元素は、例えば、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ又はＣｕ合金からなる群から選択される１種以上である。メタルボンド相１０１は、例えば、Ｃｕ－Ｓｎ合金を基材としている。メタルボンド相１０１には、その他の元素が含有されていてもよい。

（砥粒１０２）
砥粒１０２は、メタルボンド相１０１よりも硬質の材料で構成される。砥粒１０２は、例えば、天然ダイヤモンドの粒子、合成ダイヤモンドの粒子、若しくは、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）の粒子、又はこれらの粒子の混合物であってよい。

砥粒１０２の平均粒径は、メタルブレード１の厚さに応じて適宜選択される。砥粒１０２の平均粒径は、例えば、メタルブレード１の厚さの１／４以下が好ましい。砥粒１０２の平均粒径は、メタルブレード１の厚さの１／５以下であってもよい。砥粒１０２の平均粒径は、例えば、０．１３ｍｍ以下であって良いし、０．０８ｍｍ以下であって良いし、０．０４５ｍｍ以下であって良い。また、砥粒１０２の平均粒径の下限は特段制限されず、例えば、０．００３ｍｍ以上であってもよい。

砥粒１０２の平均粒径は、以下の方法で測定して算出される粒径を言う。すなわち、湿式粒度分布計（反射式、透過式）、又は乾式粒度分布計で測定した５０％粒子径（メジアン径）を指す。
レーザ回折・散乱式測定装置を用いて測定された体積平均粒径とする。具体的には、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ社製レーザ回折・散乱式測定装置ＭＴ３３００ＥＸＩＩ－ＳＤＣを用い、サンプルを水（２５℃、ｐＨ７）に投入する、測定試料の透過性は透過とし、粒子屈折率は１．８１、形状は非球状とし測定された体積基準粒度分布での平均粒径を測定する。溶媒屈折率を１．３３３、測定時間を３０秒とし、２回測定した平均値を測定値とする。

なお、砥粒１０２を構成する各材料の粒子は、市販のものを用いることができ、実質的にそれぞれの成分を含有する粒子であるが、不純物としてのその他の成分を含んでいてもよい。

（フィラー）
本実施形態に係るメタルブレード１は、メタルボンド相１０１、砥粒１０２の他に、フィラーを含有していてもよい。フィラーは、砥粒１０２よりも硬度が低い無機フィラーであり、例えば、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）の粒子、もしくは、窒化ケイ素（ＳｉＣ）の粒子、ガラスビーズ（ＳｉＯ_２）、硫化物、貴金属系、又はこれらの粒子の混合物である。

また、フィラーの平均粒径は、例えば、３μｍ以上４５μｍ以下とすることができる。フィラーの平均粒径の算出は、砥粒１０２の算出方法と同様の方法で行われればよい。

（側面１０Ａ、１０Ｂ）
［側面１０Ａ、１０Ｂから露出した砥粒１０２の面積率］
本実施形態に係るメタルブレード１では、側面１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの面積に対する、側面１０Ａ、１０Ｂから露出した砥粒１０２の面積率が、１０％以下である。側面１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの面積に対する側面１０Ａ、１０Ｂから露出した砥粒の面積率が１０％以下であれば、側面１０Ａ、１０Ｂから突出した砥粒１０２が被加工材へ接触して生じる摩擦が低減し、当該砥粒１０２の脱落が抑制される。これにより、刃幅痩せが抑制され、高い加工品位が得られる。側面１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの面積に対する、側面１０Ａ、１０Ｂから露出した砥粒の面積率は、摩擦の低減の観点から、好ましくは５％以下であり、１０％以下であってもよい。側面１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの面積に対する、側面１０Ａ、１０Ｂから露出した砥粒の面積率の下限は特段制限されず、上記面積率は、０％以上であってもよいし、５％以上であってもよい。

側面１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの面積に対する、側面１０Ａ、１０Ｂから露出した砥粒の面積率は、以下の方法で測定する。すなわち、デジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンス製：ＶＨＸ－６０００）にて側面１０Ａ又は１０Ｂを倍率５００倍で観察し、観察された画像を元に、砥粒１０２を選定する。具体的には、金属光沢を有する領域をメタルボンド相１０１と判断する。金属光沢を有していない領域を砥粒１０２が露出した領域と判断する。このとき、各砥粒１０２の面積は、同色、同色彩のものを砥粒１０２として算出する。そして、その視野における側面１０Ａ又は１０Ｂの面積に対する砥粒１０２の面積率を算出する。側面１０Ａ又は１０Ｂの全領域を対象とするために、複数の画像を取得し、各画像に対して上記方法で面積率の算出を行い、視野毎の面積率を用いて平均の面積率を算出する。この算出された平均の面積率を露出した砥粒１０２の面積率とする。
なお、メタルブレード１が非金属のフィラーを含有する場合、フィラーが露出した部分も金属光沢を示さない。この場合、砥粒１０２の仕込み量（体積％）と、フィラーの仕込み量（体積％）の割合に応じて、金属光沢を有さない領域を案分し、砥粒１０２の面積率を算出する。

本実施形態に係るメタルブレード１では、側面１０Ａ、１０Ｂの面積に対する、上記表面から中心軸Ｏに沿った方向に突出した砥粒１０２の最大突出高さが、砥粒１０２の平均粒径の１／２以下であることが好ましい。上記砥粒１０２の最大突出高さは、より好ましくは、砥粒１０２の平均粒径の１／３以下である。側面１０Ａ、１０Ｂから突出した砥粒１０２の突出高さが大きいと、被加工材との摩擦によって当該砥粒が脱落しやすい。砥粒１０２の突出高さが小さければ、被加工材へ接触して生じる摩擦がより一層低減し、当該砥粒１０２の脱落がより一層抑制される。これにより、刃幅痩せがより一層抑制され、より一層高い加工品位が得られる。よって、突出した砥粒１０２の突出高さは小さい方が好ましい。そのため、本実施形態に係るメタルブレード１では、側面１０Ａ、１０Ｂの面積に対する、上記表面から中心軸Ｏに沿った方向に突出した砥粒１０２の最大突出高さが、砥粒１０２の平均粒径の１／２以下であることが好ましい。

各側面１０Ａ、１０Ｂから突出した砥粒１０２の突出高さは、以下の方法で測定する。すなわち、デジタルマイクロスコープ（株式キーエンス製：ＶＨＸ－６０００）にて観察された側面１０Ａの画像において砥粒１０２を上記方法で特定し、当該画像を元に３Ｄ化し、砥粒１０２を含む領域を直線で指定し、線粗さ測定を行う。上記視野における複数の線粗さ測定による最大高さを最大突出高さとする。

ここまで、本実施形態に係るメタルブレード１を詳細に説明した。本実施形態に係るメタルブレード１では、外面１１が切れ刃として機能する。詳細には、貫通孔１３にフランジ（図示せず）を介して加工装置のスピンドルが挿入されて、メタルブレード１がスピンドルに固定される。スピンドルが中心軸Ｏ周りに回転し、回転するメタルブレード１の外面１１が被加工材に接触することで被加工材を切断加工することになる。このとき、本実施形態に係るメタルブレード１では、被加工材に接触する側面１０Ａ、１０Ｂから突出した砥粒１０２の面積率が小さいため、側面１０Ａ、１０Ｂから突出した砥粒１０２の摩擦による脱落が抑制される。これにより、刃幅痩せが抑制され、その結果、加工品位の劣化が抑制される。

本実施形態に係るメタルブレード１は、例えばガラス、石英、セラミックス等の硬脆材料を含有する電子部品材料等の被加工材を精密に切断加工するのに適している。なお、被加工材は、上記高脆材料を含有する電子部品材料に限らず、上記以外の材料であってもよい。

＜メタルブレード１の製造方法＞
続いて、本実施形態に係るメタルブレード１の製造方法を説明する。本実施形態に係るメタルブレード１の製造方法は、金属粉末と砥粒１０２とを含有した積層体を成形する成形工程と、金属粉末を焼結させる焼結工程と、を備える。以下に、第１の製造方法として、メタルボンド相１０１となる金属粉末を少なくとも含有するスラリー並びに金属粉末及び砥粒を含有するスラリーを用いてメタルブレード１を製造する方法を説明し、第２の製造方法として、上記金属粉末及び砥粒１０２を混合した混合粉末を用いてメタルブレード１を製造する方法を説明する。

（第１の製造方法）
第１の製造方法では、成形工程が、少なくとも第１の金属粉末を含有する第１スラリーから第１塗膜層を形成し、前記第１塗膜層の表面に第２の金属粉末及び前記砥粒を含有する第２スラリーから第２塗膜層を形成し、前記第２塗膜層の表面に、少なくとも第１の金属粉末を含有する第１スラリーから第３塗膜層を形成して層状の塗膜を得る塗膜形成工程であり、焼結工程が、塗膜形成工程で得られた前記塗膜を脱脂、焼結する脱脂・焼結工程である。第１の製造方法では、焼結工程後、必要に応じて、内外径加工、研削・ラップ加工が実施される。

［塗膜形成工程］
塗膜形成工程では、金属粉末を含有する第１スラリーから第１シートを成形し、金属粉末及び砥粒１０２を含有する第２スラリーから同様に第２シートを成形する。第１シート及び第２シート乾燥後、所定の径で円環形状の型抜きを実施し、円環形状の第２シートをその両側から円環形状の第１シートで挟み、層状の塗膜を得る。

第１スラリーは、メタルボンド相１０１となる第１の金属粉末及び分散媒で構成される。分散媒としては、セルロース系の増粘剤を基材とし、粘度、分散具合を調整するために界面活性剤やグリコール系溶剤等を加えたものを用いることができる。分散媒は、粘度を０．８６～１．４３Ｐａ・ｓの範囲で調整するのが好ましい。

第１の金属粉末は、例えば、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ又はＣｕ合金からなる群から選択される１種以上の粉末である。

第１スラリーに含まれる第１の金属粉末の平均粒径は、特段制限されないが、材料の均一分散性の観点から、５μｍ前後であることが好ましい。しかしながら、第１スラリーに含まれる金属粉末の平均粒径は、５μｍ以上であってもよい。

第１スラリー中の金属粉末の濃度は、第１スラリーの合計の重量に対して、特段制限されないが、第１シートの成形性の観点から、６０重量％以上７０重量％以下で調整することが好ましい。また、シート成形の状態によっては、第１スラリー中の金属粉末の濃度は、６０重量％以下、もしくは７０重量％以上で調整してもよい。

第２スラリーは、メタルボンド相１０１となる第２の金属粉末、砥粒１０２及び分散媒で構成される。分散媒としては、第１スラリーと同様のものを用いることができる。また、第２スラリーに含まれる第２の金属粉末の平均粒径は、第１スラリーに含まれる第１の金属粉末の平均粒径と同様の範囲である。また、第１スラリー中の第１の金属粉末と、第２スラリー中の第２の金属粉末とは、互いに同じ組成であってもよいし、異なる組成であってもよい。

第２スラリー中の第２の金属粉末の濃度は、第２スラリーの合計の重量に対して、６０重量％以上７０重量％以下で調整することが好ましい。また、シート成形の状態によって６０重量％以下、もしくは７０重量％以上で調整してもよい。

また、第１スラリー、第２スラリーには、必要に応じてフィラーが含有されてもよい。

第１スラリー、第２スラリーは、公知の分散装置を用いて製造することができる。分散装置としては、例えば、自転好転式撹拌機、もしくはアイリッヒ撹拌機、ヘンシェル撹拌機等が用いられてよい。

第１シート、及び第２シートは、公知の塗膜形成法により形成することができ、例えば、ドクターブレード法、スラリーキャスト法、アプリケーター法、ロールコーター法等を適用して形成することができる。

第２シートから所望のサイズに型取りした第２シートを、その両側から、同じく所望のサイズに型取りした第１シートで両面を挟むことで、層状の塗膜が得られる。よって、第２シートの一方の面側に配された第１シートが第１塗膜層となり、第２シートが第２塗膜層となり、第２シートに対して第１シートとは反対の面側に配された第１シートが第３塗膜層となる。

［脱脂・焼結工程］
脱脂・焼結工程では層状の塗膜を熱処理し、分散媒を除去（脱脂工程）、次いで焼結工程で金属粉末を焼結させて焼結体を得る。

（脱脂工程）
脱脂雰囲気は、水素雰囲気である。脱脂温度は、４００℃以上４５０℃以下である。脱脂温度は、好ましくは４３０℃以上である。脱脂時間は、３時間以上である。

（焼結工程）
焼結雰囲気は、不活性ガス雰囲気であり、例えば、窒素雰囲気又はアルゴン雰囲気である。焼結温度は、例えば、６００℃以上８５０℃以下とすることができる。焼結温度は、使用する金属粉の融点を参考に焼結具合に応じて変更してもよい。焼結時間は、設定した温度の保持時間とし、例えば１０分以上３０分以下とすることができる。焼結時間は、寸法、物性安定性の観点から、１０分以上であることが好ましい。本工程では、脱脂工程後の塗膜に幅方向から圧力を加える。圧力の大きさは、特段制限されず、例えば、２０ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下とすることができる。焼結工程は、焼結炉にて実施される。焼結工程により、金属粉末が焼結してメタルボンド相１０１となる。焼結工程での加熱、圧縮により各金属粉末が収縮する。これにより、中央部の砥粒１０２が側面側に位置するメタルボンド相１０１に食い込み、側面のメタルボンド相１０１の脱落が抑制される。

［研削・ラップ加工工程］
研削・ラップ加工工程では、焼結体の外径及び内径を所定の寸法になるまで研削し、焼結体の厚さを所定の厚さになるまでラップ加工処理し、メタルブレード１を得る。外径の調整は、公知の研削装置、例えば円筒研削盤を用いて行うことができ、内径の調整は、公知の内径加工機を用いて行うことができる。ラップ加工では、例えば、＃１０００～１２００のＳｉＣ砥粒を用いて公知のラップ盤により行われ、厚さが調整される。

メタルブレード１の製造において、第１シートは、砥粒１０２を含んでいないため、焼成、研削・ラップ加工工程後に得られるメタルブレード１の側面１０Ａ、１０Ｂに露出する砥粒１０２の割合を小さくすることができる。
ここまで第１の製造方法を説明した。

（第２の製造方法）
続いて、第２の製造方法を説明する。第２の製造方法は、原料粉末作製工程と、積層体形成工程と、焼結工程と、研削・ラップ加工工程と、をこの順に備える。

［原料粉末作製工程］
原料粉末作製工程では、メタルボンド相１０１となる金属粉末を主体とし、砥粒を含まない第１の原料粉末、並びに、メタルボンド相１０１となる金属粉末及び砥粒１０２を含有する第２の原料粉末を作製する。例えば、本工程では、少なくとも、金属粉末のみの第１の原料粉末、並びに、金属粉末及び砥粒１０２を含有した第２の原料粉末の２種類の原料粉末を作製する。

原料粉末の製造には、公知の手段を適用することができ、例えば、金属粉末及び砥粒１０２等の原料粉末が装入された容器を回転させて混合する方法、内部に攪拌羽根を設置可能な容器に原料粉末を装入して攪拌羽根により原料粉末を混合する方法、又は、流動層を利用した混合方法等を適用して金属粉末と砥粒１０２とを混合する。

第１の金属粉末は、例えば、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ又はＣｕ合金からなる群から選択される１種以上の粉末である。

第１の金属粉末の平均粒径は、特段制限されないが、材料の均一分散性の観点から、５μｍ以下であることが好ましい。しかしながら、第１の金属粉末の平均粒径は、５μｍ以上であってもよい。

第２の原料粉末は、第２の金属粉末と砥粒１０２を含有する。第２の金属粉末の平均粒径は、第１の金属粉末の平均粒径と同様の範囲である。また、第２の金属粉末と、第１の金属粉末とは、互いに同じ組成であってもよいし、異なる組成であってもよい。

［積層体形成工程］
第２の製造方法では、本工程が上記成形工程に対応する。積層体形成工程では、少なくとも第１の金属粉末を含有する第１の粉末層と、第２の金属粉末及び砥粒１０２を含有し、第１の金属粉末層の一方の表面上に配された第２の粉末層に、再度第１の金属粉末を配し、第２の粉末層の表裏面に配された第１の粉末層からなる積層体を形成する。具体的には、まず、成形装置に設けられた底面の形状が円環状の金型に第１の原料粉末を装入して第１の粉末層を作製する。次いで、第１の粉末層の上に第２の原料粉末を層状に装入し、第２の粉末層を作製する。更に第２の原料粉末の層の上に第１の原料粉末を装入する。このように層状に装入された粉末に圧力を加える。これにより、第１の粉末層、第２の粉末層、及び第１の粉末層がこの順で積層した円環状の積層体が得られる。このときの積層体の寸法は、焼結工程での積層体の収縮量、研削・ラップ処理工程での積層体の削り代等を考慮して設定される。具体的には、上記積層体の外径は、メタルブレード１の外径よりも大きく設定する。また、上記積層体の内径は、メタルブレード１の内径よりも小さく設定する。

［焼結工程］
焼結工程では、積層体を構成する金属粉末を加圧しながら加熱して焼結体を得る。焼結雰囲気は、不活性ガス雰囲気であり、例えば、窒素雰囲気又はアルゴン雰囲気である。焼結温度は、例えば、６００℃以上８５０℃以下とすることができる。焼結温度は、使用する金属粉の融点を参考に焼結具合によって温度レンジを範囲内で変更してもよい。焼結時間は、設定した温度の保持時間とし、例えば１０分以上３０分以下とすることができる。焼結時間は、寸法、物性安定性の観点から、１０分以上であることが好ましい。焼結工程は、焼結炉にて実施される。焼結工程により、各金属粉末が焼結してメタルボンド相１０１となる。
積層体に加える圧力は、特段制限されず、例えば、２０ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下とすることができる。
焼結工程での加熱、圧縮により各金属粉末が収縮する。これにより、中央部の砥粒１０２が側面に位置するメタルボンド相１０１に食い込み、側面のメタルボンド相１０１の脱落が抑制される。

［研削・ラップ加工工程］
第２の製造方法における研削・ラップ加工工程は、第１の製造方法における研削・ラップ加工工程と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。焼結後に厚み寸法精度が規格等を満足した場合、ラップ加工工程を省いても良い。

メタルブレード１の製造において、砥粒１０２を含まない第１の粉末を使用しているため、ラップ加工後のメタルブレード１の側面１０Ａ、１０Ｂに露出する砥粒１０２の割合を小さくすることができる。ここまで第２の製造方法を説明した。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（本発明例１）
本発明例１として、以下の方法でメタルブレードを製造した。自転好転式撹拌機（株式会社シンキー製、あわとり練太郎、型番：ＡＲＶ－３１０ＬＥＤ）を用いて、Ｃｕ－Ｓｎ系合金粉末（平均粒径５μｍ）を分散媒（水溶性セルロースを基材）に分散させ第１スラリーを得た。第１スラリー中のＣｕ－Ｓｎ系合金粉末の濃度は、６０重量％とした。また、上記装置を用いて、上記合金粉末及び砥粒（材質：ダイヤモンド、平均粒径４５μｍ）を上記と同様の分散媒に分散させ第２スラリーを得た。第２スラリー中のＣｕ－Ｓｎ系合金粉末の濃度は、６０重量％とした。
ドクターブレード法にて第１スラリーを離型フィルム上に厚さ０．１５ｍｍとなるように塗布した後に４０℃で６時間以上を目安に乾燥させて第１シートを製造した。次いで、第２スラリーをその厚さが０．８ｍｍとなるように塗布した後、４０℃で６時間以上を目安に乾燥させて第２シートを製造した。その後、乾燥させて得られた第１シート及び第２シートのそれぞれから円環状に型取り、型取りされた第２シートの表裏を型取りされた第１シートで挟み、層状の塗膜を得た。
続いて、得られた塗膜を水素雰囲気で４３０℃、３時間保持して脱脂した後、脱脂後の塗膜に圧力を加え、窒素雰囲気で７５０℃、１５分保持して焼結体を得た。焼結体について、所定の寸法にするために内外径加工を施し、＃１０００の砥粒を用いてラップ加工して厚さを調整した。得られたメタルブレードは、外径５８ｍｍであり、内径４０ｍｍであり、厚さ０．３２ｍｍであった。

比較例として、以下の方法でメタルブレードを製造した。まず、自転好転式撹拌機（株式会社シンキー製、あわとり練太郎、型番：ＡＲＶ－３１０ＬＥＤ）を用いて、Ｃｕ－Ｓｎ系合金粉末（平均粒径５μｍ）及び砥粒（材質：ダイヤモンド、平均粒径４５μｍ）を分散媒（水溶性セルロースを基材）に分散させスラリーを得た。当該スラリー中のＣｕ－Ｓｎ系合金粉末の濃度は、６０重量％とした。
ドクターブレード法にてスラリーを離型フィルム上に厚さ０．５ｍｍとなるように塗布した後に４０℃で６時間以上を目安に乾燥させた。その後、乾燥させて得られたシートから円環状に型取り、得られたシートを２枚重ねて、層状の塗膜を得た。
続いて、得られた塗膜を水素雰囲気で４３０℃、３時間保持して脱脂した後、窒素雰囲気で７５０℃、１５分保持して焼結体を得た。焼結体について、所定の寸法にするために内外径加工を施し、＃１０００の砥粒を用いてラップ加工して厚さを調整した。得られたメタルブレードは、外径５８ｍｍであり、内径４０ｍｍであり、厚さ０．３２ｍｍであった。

各メタルブレードの側面の面積に対する、側面から露出した砥粒の面積率は、以下の方法で測定した。デジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンス製：ＶＨＸ－６０００）にて側面を倍率５００倍で観察し、観察された画像を元に、砥粒を選定した。具体的には、金属光沢を有する領域をメタルボンド相と判断し、金属光沢を有していない領域を砥粒が露出した領域と判断した。このとき、各砥粒の面積は、同色、同色彩のものを砥粒として算出した。そして、その視野における側面の面積に対する砥粒の面積率を算出した。側面の全領域を対象とするために、９視野の画像を取得し、各画像に対して上記方法で面積率の算出を行い、視野毎の面積率を用いて平均の面積率を算出した。この算出された平均の面積率を露出した砥粒の面積率とした。
本発明例のメタルブレードの側面の面積に対する、側面から露出した砥粒の視野毎の面積率は２～９％であり、視野毎の面積率から算出された平均の面積率（砥粒の面積率）は、平均６％であった。
比較例のメタルブレードの側面の面積に対する、側面から露出した視野毎の面積率は１５～３３％であり、視野毎の面積率から算出された平均の砥粒の面積率は、平均２６％）であった。

各メタルブレードの側面における砥粒の突出高さは、以下の方法で測定した。デジタルマイクロスコープ（株式キーエンス製：ＶＨＸ－６０００）にて観察された側面の画像において砥粒を上記方法で特定し、当該画像を元に３Ｄ化し、砥粒を含む領域を直線で指定し、線粗さ測定を行った。上記視野における複数の線粗さ測定による最大高さを最大突出高さとした。光学式顕微鏡にて観察された画像を元に３Ｄ化し、砥粒と思われる場所について線粗さ測定を行った。
本発明例のメタルブレードでは、砥粒の最大突出高さは２μｍであった。
比較例のメタルブレードでは、砥粒の最大突出高さが１６μｍであった。

フランジを介して各メタルブレードを切断装置に装着し、ＢＧＡダミーワークを１０００ｍ切断し、１００ｍごとに刃幅の測定を行った。刃幅の測定位置は、メタルブレードの外面から中心軸方向に約０．９５ｍｍの位置とした。刃幅痩せ量は、切断前の刃幅と切断後の刃幅の差分とし、結果を図４、及び垂直方向の摩耗量を図５に示す。

本発明例１のメタルブレードは、側面の面積に対する側面から露出した砥粒の面積率が１０％以下であり、これらのメタルブレードを用いた場合、図４に示すように刃幅痩せが抑制された。また、図５に示すように、垂直摩耗量についても比較例と同等の摩耗耐性が確認された。

１ メタルブレード
１１ 外面
１２ 内面
１３ 貫通孔
１０Ａ、１０Ｂ 側面
１０１ メタルボンド相
１０２ 砥粒

Claims (7)

1. メタルボンド相と、砥粒と、を備える円環薄板状のメタルブレードであって、
   前記メタルブレードの中心軸に沿った方向の両端に配された表面の面積に対する、前記表面から露出した前記砥粒の面積率が、１０％以下である、メタルブレード。
2. 前記表面から中心軸Ｏに沿った方向に突出した前記砥粒の最大突出高さが、前記砥粒の平均粒径の１／２以下である、請求項１に記載のメタルブレード。
3. 前記メタルブレードの中心軸に沿った方向の両端に配された表面の面積に対する、前記表面から露出した前記砥粒の面積率が０％である、請求項１又は２に記載のメタルブレード。
4. メタルボンド相と、砥粒と、を備える円環薄板状のメタルブレードの製造方法であって、
   金属粉末と前記砥粒とを含有した積層体を成形する成形工程と、
   前記金属粉末を焼結させる焼結工程と、を備える、メタルブレードの製造方法。
5. 前記成形工程が、少なくとも第１の金属粉末を含有する第１スラリーから第１塗膜層を形成し、前記第１塗膜層の表面に第２の金属粉末及び前記砥粒を含有する第２スラリーから第２塗膜層を形成し、前記第２塗膜層の表面に、少なくとも第１の金属粉末を含有する第１スラリーから第３塗膜層を形成して層状の塗膜を得る塗膜形成工程であり、
   前記焼結工程が、塗膜形成工程で得られた前記塗膜を脱脂、焼結する脱脂・焼結工程である、請求項４に記載のメタルブレードの製造方法。
6. 前記成形工程が、少なくとも第１の金属粉末を含有する第１の粉末層と、第２の金属粉末及び前記砥粒を含有し、前記第１の粉末層の一方の表面上に配された第２の粉末層と、少なくとも第１の金属粉末を含有し、前記第２の粉末層の表面に配された第３の粉末層と、からなる積層体を形成する積層体形成工程であり、
   前記焼結工程が、前記積層体を焼結させて焼結体を形成する工程である、請求項４に記載のメタルブレードの製造方法。
7. 前記金属粉末の組成が、前記メタルブレードの中心軸に沿った方向で同一である、請求項４～６のいずれか１項に記載のメタルブレードの製造方法。

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