JP3854603B2

JP3854603B2 - 電着薄刃工具

Info

Publication number: JP3854603B2
Application number: JP2004013525A
Authority: JP
Inventors: 登茂二翁
Original assignee: Tsune Seiki Co Ltd
Current assignee: Tsune Seiki Co Ltd
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2024-01-21
Also published as: JP2005205521A

Description

この発明は、金属材料や非金属材料などの切断加工、溝入れ加工、研削加工等に使用される電着薄刃工具に関する。

従来、セラミックスやＦＲＰ等の難削材料の切断には、図８に示すように、ダイヤモンドやＣＢＮ等の超砥粒２を、メッキ法により電着した薄刃砥石６が用いられていた。この薄刃砥石６は、例えばニッケルメッキ槽中に超砥粒２を分散させ、円盤状の台金４の周縁部に無電解メッキ及び電解メッキ法により超砥粒２を電着したものであった。この薄刃砥石６の超砥粒２が、台金４の外周縁部表面に一層に電着されるものである。

また、特許文献１に開示されているように、円盤状の台金を有し、この台金の周縁部から端面にかけて開放され交互に形成された凹部に、台金の端面及び端縁部から突出した多数の砥粒を固着した電着薄刃工具も提案されている。
特開２００２−３２６１６６公報

しかしながら、従来の技術の前者の薄刃砥石６は、図８に示すように、台金４の厚みをｔ、超砥粒２の直径をｄとすると、切断または溝切りの研削しろｗは、ｗ＝ｔ＋２ｄとなる。従って、切断しろｗを小さくするには、台金４の厚みを薄くしなければならない。しかし、台金４の強度上の問題から切断しろｗをあまり薄くすることができず、従って、被研削材８の切断幅が大きいため切断抵抗が大きく、また高価な材料の切断では、歩留まりが悪いという問題があった。

また、この種の円盤状台金４の周縁部に超砥粒２を電着した切断・溝加工用の砥石の実際の加工部位は、端縁部の最外周面のみであり、両側面部に電着された砥粒には切断作用がない。従って、この最外周面の砥粒が摩耗・脱落してしまうと、台金４の外周面が露出し、切断作用がなくなってしまうものであった。さらに、台金４の外周面の超砥粒２が摩耗または脱落すると、超砥粒２の無い台金４の外周面が露出し、その薄刃砥石６は台金４に問題がなくとも使用できなくなり、高価な台金４の無駄が多く、切断等の作業においても付け替え頻度が多くなるので作業能率が悪いものであった。

一方、上記従来の技術の特許文献１に開示されたものの場合、台金側面の砥粒が交互に設けられているため、継続使用により砥粒が付いていない側、即ち砥粒が付けられた面の反対側の部分が摩耗・変形し、台金周縁部に蛇行歪み現象が生じるという問題があった。

さらに、従来の技術の電着方法の場合、超砥粒を電着しようとする工具全体に電流が流れるため、電着箇所の電流通過断面積が大きく、作業効率を上げるために電流密度を高くしようとすると極めて大きな電流を流す必要があった。従って、例えば電力量に制限があると、多数の電着を同時に行うことができず、しかも不要な箇所の電着が多く発生し、電着効率が悪いものであった。

この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、切断しろが小さく、寿命が長く安定した加工が可能であり、電着効率が良く生産性も高い電着薄刃工具を提供することを目的とする。

この発明は、円盤状や細長い長方形板状の金属薄板の台金と、この台金の端縁に開放されて少なくとも幅広部が側面に開口した傾斜面であるテーパを有する凹部と、この凹部内で電着による電着金属により固着され上記台金の側面及び端縁から一部が突出した砥粒とを備え、上記凹部の幅広の開口部は上記台金の両側面に交互に位置し、上記凹部の幅広の開口部の幅は、上記砥粒の直径より大きくその直径の２倍より小さく形成され、上記台金の端縁に対して直角方向に複数の上記砥粒が電着されている電着薄刃工具である。上記砥粒は、ダイヤモンドやＣＢＮ等の超砥粒である。

上記テーパ状の凹部は、上記台金の両側面に開口し、上記凹部の幅狭の開口部は上記砥粒の直径よりも小さく、上記台金の両側面で交互に幅広の開口部が位置するように形成され、上記テーパ状の凹部の両開口部から上記砥粒が突出している。上記砥粒は、台金の板厚よりも僅かに大きな砥粒径が望ましい。上記台金の両側面から突出した砥粒の突出量は、両側面でほぼ等しいものである。

また、上記テーパ状の凹部は、上記台金の端縁に対して直角方向に細長く形成され、上記砥粒が一列に上記凹部に電着されているものでも良い。さらに、上記砥粒は、互いに隣接する上記凹部同士で、その砥粒の約半径分だけ段違いになるように電着され、上記台金の端縁に対して直角方向に複数の上記砥粒が電着されている。

この発明の電着薄刃工具は、被研削材の研削しろを最小限に小さくすることができ、しかも、工具加工端の砥粒が摩滅してもその下の砥粒が順次表れ、幅方向または径方向に配置された複数個の砥粒が全て摩滅するまで使用することが可能であり、工具寿命を大幅に延ばすことができ、作業効率の向上にも寄与する。特に、テーパ状の凹部が台金の表裏両側面に開口していることにより、被研削剤の研削しろを砥粒径とほぼ等しい最小にすることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１〜図３は、この発明の第一実施形態の電着薄刃工具１０を示す。この実施形態の電着薄刃工具１０は、厚さが０．０５〜０．５ｍｍ程度、例えば０．２ｍｍの平板状のステンレス等の金属板から成る台金１２と、この台金１２の端縁部に一定のピッチで形成され、台金１２の端縁１２ａに開放されて、台金１２の両側面に交互に形成された凹部１４を有している。

凹部１４は、台金１２の厚み方向にテーパ状に形成された長孔であり、台金１２を貫通して開口している。各凹部１４は、幅広の開口部１４ａと幅狭の開口部１４ｂが、台金１２の両側面で交互に位置している。凹部１４には、幅広の開口部１４ａから砥粒１６が一列に、ニッケル等の電着金属１８により電着固定されている。電着金属１８は、凹部１４の幅広の開口部１４ａ側で砥粒１６を保持するように電着している。

砥粒１６は、ダイヤモンドやＣＢＮ等の高硬度の超砥粒であり、台金１２の板厚にもよるが、粒径が台金１２よりも大きく、例えば５０〜３００μｍ程度、好ましくは台金１２の板厚よりも僅かに大きい程度の砥粒径が望ましい。そして、砥粒１６は、台金１２の両側面に対してほぼ等しい突出量で固定されている。台金１２の側面からの突出量は、例えば砥粒１６の粒径の５〜２０％程度出ていればよく、また台金１２の端縁１２ａからの突出量は、例えば砥粒１６の粒径の０〜５０％程度で適宜設定すればよい。ここで、端縁１２ａからの砥粒１６の突出量は、研削作業中に被研削材料や加工くずによる砥粒１６と台金１２の摩耗量の差により自生的にバランスするもので、台金１２であるメタル部分がより早く摩耗し、砥粒１６部分はその粒径の５〜２０％程度突出して安定する。また、砥粒１６は、図３に示すように、隣接する凹部１４同士で砥粒１６がその約半径分だけ段違いになるように配置されている。これにより、台金１２の端縁１２ａに砥粒１６の露出が、一定幅以上途切れる状態が発生することを防止している。

この実施形態の電着薄刃工具１０の製造方法は、まず台金１２の表裏面に、砥粒１６の直径Ｄより大きく、２Ｄより小さい幅ｄ１の長円状の開口部２０ａと、開口部２０ａの幅より小さい幅ｄ２の長円状の開口２０ｂとが交互に形成されたレジストマスク２０を施す。この開口部２０ａ，２０ｂは、凹部１４の開口部１４ａ，１４ｂを設定するものである。

この後、台金１２にエッチング液を噴射し、またはエッチング液中に台金１２を漬けてエッチングを行う。これにより、台金１２に設けられたレジストマスク２０の開口部２０ａ，２０ｂから台金１２のエッチングが進行し、図１（ａ）に示すように、大径の開口部２０ａから小径の開口部２０ｂにかけてテーパ状を有した凹部１４が形成される。なお、エッチング方法は、適宜の方法を用い得るものであり、テーパ状の部分は少なくとも開口部２０ｂ付近に形成されていればよい。

次に、凹部１４内に仮止め用の接着剤を設け、砥粒１６を凹部１４内に１列に保持させる。そして、砥粒１６が付いた台金１２を電極に接続し、公知の電着方法により電着液に接触させて電着を行う。このとき、台金１２のレジストマスク２０を付けたまま電着を行う。これにより、台金１２に流れる電流を電着箇所である凹部１４周辺に集中させることができ、少量の電流で効率良く電着を行うことができる。

電着工程が終了すると、除膜剤を用いてレジストマスク２０を剥がし、電着後の台金１２の一端縁の額縁部１２ｂを研削または化学的処理により削除し、外側の砥粒１６を露出させる。このとき、図３に示すように、最も外側の砥粒１６が各凹部１４の列について１列おきに露出するようにする。この状態で、電着薄刃工具１０が出来上がる。

この電着薄刃工具１０は、端縁１２ａから突出した砥粒１６のほぼ直径に相当する切断しろで切断や溝加工を行うことができる。すなわち、台金１２の厚さｔに砥粒１６の台金１２側面からの突出量２ｈを加えた幅で切断するもので、このｔ＋２ｈは砥粒１６の直径Ｄに等しいものである。砥粒１６がダイヤモンドの場合、きれいな球ではないが、砥粒１６の大きさを篩にかけてほぼ等しい値に揃えることにより、切断しろをほぼ砥粒の１６大きさ程度にすることができる。

ここで、砥粒１６の台金１２からの突出量を設定する方法について説明する。まず、図１において、小さい幅の開口部１４ｂの幅ｄ_２は、
（Ｒ−ｈ）^２＋（ｄ_２／２）^２＝Ｒ^２となる。
従って、ｄ_２＝２（Ｒ^２−ｈ^２）^１／２
＝２（２Ｒｈ−ｈ^２）^１／２
＝２（Ｄｈ−ｈ^２）^１／２・・・（１）
として表される。
また、Ｄ＝ｔ＋２ｈ・・・（２）
の関係式にｔとｈを与えて、Ｄを求めた。その結果を表１に示す。

さらに、式（１）に表１のＤとｈを入れて、凹部１４の開口部１４ｂの値d_２を求めた。その結果を表２に示す。ここで、開口部１４ｂの大きさｄ_２は、板厚ｔとの関係で表２の太枠内の値が有効な数値である。

以上の式および表より、適宜の板厚ｔと砥粒の突出量ｈを設定して、所望の大きさの開口部１４ｂを設計することができる。

この実施形態の電着薄刃工具１０によれば、切削または研削しろが実質的に砥粒１６の径に限定され、極めて少ない研削しろで無駄のない加工が可能となる。特に高価な半導体の切断等においては、歩留まりを向上させ、加工も容易なものとする。また、砥粒１６は、使用により摩耗していくが、端縁１２ａに対して直角方向に配置された長孔状の凹部１４に電着された砥粒１６は、摩滅とともに順次下の砥粒１６が表れ、凹部１４に砥粒１６がなくなるまで使用可能であり、極めて工具寿命が長いものとなる。従って、工具の取り替え回数も減少し、加工効率を大幅に向上させる。また、砥粒１６は、台金１２の凹部１４内に電着されているため、砥粒１６の脱落が生じにくく、この点からも工具寿命が長いものとなる。

また、テーパ状の凹部１４の開口部１４ａ，１４ｂを台金１２の両側面に交互に形成したので、電着による電着金属１８の析出応力が台金１２の側面に均等にかかり、台金１２のそりやひずみが生じないものである。

さらに、この電着薄刃工具の製造方法において、凹部１４を形成するためのレジストマスク２０を残した状態で電着を行うので、台金１２に流れる電流は、電着を行う凹部１４周辺に集中し、極めて少ない電流で効率の良い電着が可能となる。

なお、台金１２の板厚が０．２〜０．３ｍｍ程度の場合、テーパ状の凹部１４の幅広の開口部１４ａを、台金１２の表裏に交互に形成しなくても、一方の側に幅広の開口部１４ａとし、他方の面を幅狭の開口部１４ｂとしても、台金１２にそりやひずみは生じない。また、凹部１４の形状や形成方法、電着状態等によりそりやひずみを抑えることができれば、テーパ状の凹部１４の開口部１４ａを一方の面にのみ形成したものでも良い。

次にこの発明の第二実施形態の電着薄刃工具２２について、図４、図５を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の電着薄刃工具２２は、円盤状の台金２４の周面端縁２４ａに沿って凹部１４が等しい角度間隔で設けられたものである。ここでは、凹部１４は、台金２４の一方の面に凹部１４の幅広の開口部１４ａが位置している。

この実施形態の円盤状の電着薄刃工具２２の製造方法も、上記第一実施形態と同様であり、砥粒１６の電着後、台金２４の外周部の額縁部２４ｂを削除して、台金２４の端縁２４ａから砥粒１６を露出させる。なお、この実施形態では、レジストマスク２０の開口部２０ａ，２０ｂをほぼ等しい大きさにして設け、エッチングは開口部２０ａ側から行い、凹部１４の開口部１４ｂが所望の大きさd_２となったところでエッチングを停止するようにしている。この後、砥粒１６を凹部１４に収容して電着することにより、電着金属１８が、レジストマスク２０の開口部２０ｂの内側の開口部１４ｂの周囲にも付着し、より強固に砥粒１６を凹部１４内に電着することができる。

この実施形態の電着薄刃工具２２によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができ、円盤状の薄刃カッタを容易に製造することができる。さらに、砥粒１６は台金２４の一方の面の幅広開口部１４ａから各凹部１４に入れるもので、製造が容易であり、電着も確実である。

なお、上述のように、台金２４の厚み等の条件により、幅広の開口部１４ａが一方の側にあっても、台金２４にそりやひずみが生じないようにすることが可能である。また、この実施形態の凹部１４も、台金１２の両面で交互に幅広の開口部１４ａと幅狭の開口部１４ｂとを形成したものでも良い。

次にこの発明の第三実施形態の電着薄刃工具２６について、図６を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の電着薄刃工具２６は、円盤状の薄い金属板の台金２８に形成されたほぼ円形の凹部３０に、砥粒１６が１個ずつ収容されるように、円錐面状のテーパを有したものである。この凹部３０は台金２８の一側面に大径の開口部３０ａが形成され、他方の面には小径の開口部３０ｂが位置している。従って、台金２８のエッチングは、大径の開口部３０ａが形成される一側面から行えば良い。さらに、砥粒１６は台金２８の一方の面の開口部３０ａから各凹部３０に入れるもので、製造が容易であり、電着も確実である。

次にこの発明の第四実施形態の電着薄刃工具３２について、図７を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の電着薄刃工具３２は、凹部３４が台金３６を貫通したものではなく、テーパ状の有底の凹部となっている。この実施形態の電着薄刃工具３２も、矩形または円盤状の台金３６の端縁部に沿って凹部３４が等間隔で設けられたものである。そして、この凹部３４内に、砥粒１６が電着されている。

この実施形態の円盤状の電着薄刃工具３２の製造方法も、上記第一実施形態と同様であるが、凹部３４は台金３６を貫通したものではなく、凹部３０のエッチングは所定の深さに制御する。この実施形態においても、砥粒１６の電着後、台金３６の外周部の額縁部を削除して、台金３６の端縁で砥粒を露出させる。この実施形態の電着薄刃工具３２による切断しろは、台金３４の板厚ｔに台金１２から砥出した砥粒１６の突出量ｉを合わせたものとなる。すなわち、切断しろは、ｔ＋２ｉとなる。

また、この実施形態の電着薄刃工具３２の製造方法も、上記と同様に、台金３６にレジストマスク２０を施した状態で電着を行う。これにより、レジストマスク２０の開口部２０ａを経て電流が効率良く凹部３４内の台金３６に流れ、少ない電流で凹部３４に効率良く確実に砥粒１６が電着される。

尚、この発明の電着薄刃工具は、切断用薄刃砥石の上記実施形態に限定されず、平面研削を行う工具でも良く、細長い長方形の台金をループ状にしたバンドソーの刃形成端縁部位に、上記と同様の凹部を端縁部に沿って形成し、この凹部に砥粒を電着してもよい。これによっても上記と同様の効果を得ることができ、より大きなものの切断等の加工を行うことができる。また、砥粒の材質や大きさは適宜選択することができる。

さらに、凹部に付ける砥粒は、単粒の一列以外に、研削粒子の焼結体から成る砥粒を所望の形状に形成して凹部に電着してもよい。また、砥粒の材質は、ダイヤモンドやＣＢＮ等の適宜の超硬の砥粒を使用することができ、被研削材により適宜選択できるものである。

この発明の一実施形態の電着薄刃工具の凹部に砥粒を収容した状態の横断面図（ａ）と、電着状態の横断面図（ｂ）である。この実施形態の台金の凹部に砥粒を収容する状態を示した概略斜視図である。この実施形態の電着薄刃工具の砥粒取り付け部の拡大概略図である。この発明の第二実施形態の円盤状の電着薄刃工具の、砥粒取り付け部の拡大概略図である。この実施形態の電着薄刃工具の凹部に砥粒を収容した状態の横断面図である。この発明の第三実施形態の電着薄刃工具の周縁部の部分拡大平面図である。この発明の第四の実施形態の電着薄刃工具の凹部に砥粒を収容した状態の横断面図である。従来の電着薄刃砥石の部分拡大断面図である。

符号の説明

１０電着薄刃工具
１２台金
１４凹部
１６砥粒
１８メッキ金属
２０レジストマスク

Claims

金属薄板の台金と、前記台金の両側面に開口するとともに前記金属薄板の端縁にも開放され、前記金属薄板の厚み方向にテーパを有する凹部と、この凹部内に位置し電着による電着金属により固着され前記台金の両側面及び端縁から一部が突出した砥粒とを備え、前記砥粒は、前記台金の板厚よりも僅かに大きな砥粒径であり、前記台金の両側面から突出した前記砥粒の突出量は両側面でほぼ等しく、前記凹部の幅広の開口部は前記台金の両側面に交互に位置し、前記凹部の幅広の開口部の幅は、前記砥粒の直径より大きくその直径の２倍より小さく形成され、前記台金の端縁に対して直角方向に複数の前記砥粒が前記凹部に電着されていることを特徴とする電着薄刃工具。
前記テーパ状の凹部は、前記台金の端縁に対して直角方向に細長く形成され、複数の前記砥粒が一列に前記凹部に電着されていることを特徴とする請求項１記載の電着薄刃工具。