JP5566189B2 - 薄刃ブレード - Google Patents

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セラミック材や磁性材料（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、ＷＣ−Ｃｏからなるボンド材に超砥粒が分散されてなる円形薄板状のメタル基材と、該メタル基材の外周縁部に形成された切刃と、を有し、前記メタル基材が軸周りに回転されるとともに、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、前記メタル基材は、径方向内側に形成された内周部と、該内周部の径方向外側に形成され、前記切刃が形成された外周部と、を備え、前記外周部を構成する外周側ボンド材が、前記内周部を構成する内周側ボンド材よりも低い密度で形成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、内周部を構成する内周側ボンド材により薄刃ブレードの剛性を確保することができ、外周部を構成する外周側ボンド材は適度な軟らかさで形成されているため自生発刃性を有することができる。結果として、直進性に優れた性能を有する薄刃ブレードを提供することができる。

また、本発明に係る薄刃ブレードにおいて、前記メタル基材が、粉末冶金法にて作製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、ボンド材の粉末を押し固めた後、焼成することで所望のメタル基材を製造することができるため、容易に製造することができ、歩留まりを向上することができる。また、脆性材料を用いても高品位に加工することができる。

また、本発明に係る薄刃ブレードにおいて、前記外周部が、前記外周側ボンド材の真比重の６０％以上になるように形成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、外周部の耐摩耗性が確保され、超砥粒が容易に脱落するのを抑制することができる。したがって、所望の自生発刃作用を有した外周部を形成することができる。

また、本発明に係る薄刃ブレードにおいて、前記外周部の径方向肉厚が、前記メタル基材の径方向肉厚の１／３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、内周側ボンド材によりメタル基材の剛性を確実に確保することができる。したがって、所望の自生発刃作用を有しつつ、剛性が確保されたメタル基材を提供することができる。

また、本発明に係る薄刃ブレードにおいて、前記外周側ボンド材と前記内周側ボンド材とが同一の材料で形成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、一種類のボンド材料を用い、内周側ボンド材により薄刃ブレードの剛性を確保することができ、外周側ボンド材は適度な軟らかさで形成されているため自生発刃性を有することができる。つまり、直進性に優れた性能を有する薄刃ブレードを一種類のボンド材料だけで容易に製造することができる。結果として、歩留まりが向上した高品位な薄刃ブレードを提供することができる。

また、本発明に係る薄刃ブレードにおいて、前記内周部および前記外周部の少なくともいずれか一方に、前記ボンド材と異なるメタル材料が溶浸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、内周部および外周部の少なくともいずれか一方に、ボンド材料と異なる材料のメタル材料が溶浸されているため、よい高品位な薄刃ブレードを提供することができる。

本発明に係る薄刃ブレードによれば、内周部を構成する内周側ボンド材により薄刃ブレードの剛性を確保することができ、外周部を構成する外周側ボンド材は適度な軟らかさで形成されているため自生発刃性を有することができる。結果として、直進性に優れた性能を有する薄刃ブレードを提供することができる。

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。
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０．０３ｍｍ〜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、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超砥粒２１が配されている。

また、薄刃ブレード１０は、円環薄板状の内周部１５と、該内周部の径方向外側に位置する円環薄板状の外周部１７と、を備えている。内周部１５の径方向内側に形成された貫通孔１９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られる。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、外周部１７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は、内周部１５を構成する内周側ボンド材１６と、外周部１７を構成する外周側ボンド材１８と、が同一の材料で構成されており、例えば、炭化タングステン−コバルト（ＷＣ−Ｃｏ）で形成されている。

また、外周部１７の径方向肉厚ｄ１は、内周部１５および外周部１７を合わせたメタル基材１１の径方向肉厚ｄ２に対して１／３以下となるように、内周部１５および外周部１７の大きさが設定されている。

また、外周部１７は、外周側ボンド材１８の真比重の６０％以上となっている。具体的には、外周部１７には気孔２３が形成されており、例えば、外周側ボンド材１８の真比重の６０％以上９５％以下になるように形成されている。なお、気孔２３は、内周側ボンド材１６および外周側ボンド材１８の原料となる金属の粉末を押し固める際に、押圧する圧力を調整することにより、外周部１７のみに気孔２３を形成することができる。

本実施形態の薄刃ブレード１０によれば、内周部１５を構成する内周側ボンド材１６により薄刃ブレード１０の剛性を確保することができ、外周部１７は気孔を形成して外周側ボンド材１８が低密度で配されるように構成して適度な軟らかさで形成されているため自生発刃性を有することができる。結果として、直進性に優れた性能を有する薄刃ブレード１０を提供することができる。

また、メタル基材１１を粉末冶金法にて作製した。つまり、ボンド材１６，１８の粉末を押し固めた後、焼結することで所望のメタル基材１１を製造したため、容易に製造することができ、歩留まりを向上することができる。また、脆性材料からなるワーク材料（被切断材）に対しても高品位に加工することができる。

また、外周部１７に気孔を形成して、外周側ボンド材１８の真比重の６０％以上になるように形成したため、外周部１７の耐摩耗性が確保され、超砥粒２１が容易に脱落するのを抑制することができる。したがって、所望の自生発刃作用を有した外周部１７を形成することができる。一方、外周側ボンド材１８の真比重の９５％以下になるように外周部１７を形成したため、外周部１７が硬くなりすぎるのを抑制することができ、自生発刃性を有する薄刃ブレード１０を構成することができる。

また、外周部１７の径方向肉厚ｄ１が、メタル基材１１の径方向肉厚ｄ２の１／３以下になるように構成したため、内周側ボンド材１６によりメタル基材１１の剛性を確実に確保することができる。したがって、所望の自生発刃作用を有しつつ、剛性が確保されたメタル基材１１を提供することができる。

また、外周側ボンド材１８および内周側ボンド材１６を同一の材料で形成したため、一種類のボンド材料（例えば、ＷＣ−Ｃｏ）を用い、内周側ボンド材１６により薄刃ブレード１０の剛性を確保することができ、外周側ボンド材１８は適度な軟らかさで形成されているため自生発刃性を有することができる。つまり、直進性に優れた性能を有する薄刃ブレード１０を一種類のボンド材料だけで容易に製造することができる。結果として、歩留まりが向上した高品位な薄刃ブレード１０を提供することができる。

実施例１では、粒度♯１０００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０．０５ｍｍ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、内周部１５および外周部１７のボンド材として、それぞれＷＣ−４０Ｃｏを用い、発明品１は外周部１７のボンド材料の密度を９５％として形成し、発明品２は外周部１７のボンド材料の密度を８０％として形成し、発明品３は外周部１７のボンド材料の密度を６０％として形成した。一方、比較品４は外周部１７のボンド材料の密度を９７％として形成し、比較品５は外周部１７のボンド材料の密度を５５％として形成した。

（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１〜３、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、ボンド密度が高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３インチ（７６．２ｍｍ）、厚さ１．０ｍｍ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、比較品４、比較品５、発明品１、発明品３、発明品２の順で小さくな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、比較品４，５に対して発明品１〜３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１〜３は、ベースブレード、比較品４，５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。

（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１〜３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、ベースブレードは、焼付けによりワークを切断することができなかった。比較品４，５はともに、直進性およびチッピングが発明品よりもかなり大きくなっており、外周部のボンド密度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♯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０．０７ｍｍ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は、内周部１５および外周部１７のボンド材として、それぞれＷＣ−４０Ｃｏを用い、発明品１は外周部１７のボンド材料の密度を８５％として形成するとともに径方向肉厚を１ｍｍとして形成し、発明品２は外周部１７のボンド材料の密度を８５％として形成するとともに径方向肉厚を２ｍｍとして形成し、発明品３は外周部１７のボンド材料の密度を８５％として形成するとともに径方向肉厚を３ｍｍとして形成した。一方、比較品４は外周部１７のボンド材料の密度を８５％として形成するとともに径方向肉厚を４ｍｍとして形成した。

（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（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、剛性値は、ベースブレード、発明品１、発明品２、発明品３、比較品４の順で小さくなることが理解される。つまり、低密度な外周部が大きくなるほど剛性値は小さくなることが理解できるが、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０．７ｍｍのセラミックグリーンシートを用いた。
切断試験３の送り速度を２００ｍｍ／ｓｅｃとすること、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すること以外は、上記切断試験１と同一の条件で切断加工を行った。
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、比較品４、発明品２、発明品１、発明品３の順で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、比較品４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に多少の付着が認められた。しかしながら、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４、発明品３、発明品２、発明品１、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、低密度の外周部が大きいほど、強度が若干低くなるため、ブレード側面からの摩耗が進行していると理解できる。

実施例３では、粒度♯６００のダイヤモンド超砥粒を、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。なお、このベースブレードは、ＷＣ−４０Ｃｏの密度が８５％で、溶浸なしのものである。また、このベースブレードの各寸法は、外径５８ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．１２ｍｍである。

本発明による発明品１〜３は、内周部１５および外周部１７のボンド材として、それぞれＷＣ−４０Ｃｏを用い、発明品１は外周部１７のボンド材料の密度を８５％として形成するとともに５％Ｃｕを溶浸させて形成し、発明品２は外周部１７のボンド材料の密度を８５％として形成するとともに１０％Ｃｕを溶浸させて形成し、発明品３は外周部１７のボンド材料の密度を８５％として形成するとともに１５％Ｃｕを溶浸させて形成した。

（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（溶浸なし）、発明品１〜３（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、剛性値は、ベースブレード、発明品１、発明品２、発明品３の順で大きくなることが理解される。つまり、溶浸するＣｕが多くなるほど剛性値は大きくな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、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。そして、切断加工中の外周部の摩耗量を測定した。
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、摩耗量を表７に示す。

表７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（溶浸なし）および発明品１〜３で同じ結果に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発明品１〜３でほぼ同じ結果になっていることが理解される。
また、チッピングについては、ベースブレード、発明品１，２はほぼ同じ大きさになっており、発明品３は小さくなっていることが理解される。
また、摩耗量については、ベースブレード、発明品１、発明品２、発明品３の順で小さくなっていることが理解できる。
つまり、Ｃｕを溶浸すると、切断品位を劣化させることなくブレードの剛性を向上させることができ、かつ、ブレードの長寿命化を図ることができる。

（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、直進性、チッピングおよび主軸電流値は、ベースブレードおよび発明品１〜３との間でほぼ同一の結果が得られた。
また、摩耗量については、ベースブレード、発明品１、発明品２、発明品３の順で小さくなっていることが理解できる。
つまり、Ｃｕを溶浸すると、送り速度を上げても切断試験４と略同一の性能を発揮することができる。

実施例４では、粒度♯６００のダイヤモンド超砥粒を、Ｃｕ−１０Ｓｎ−５０Ｃｏ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。なお、このベースブレードは、Ｃｕ−１０Ｓｎ−５０Ｃｏの密度が８５％で、溶浸なしのものである。また、このベースブレードの各寸法は、外径５８ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．１２ｍｍである。

本発明による発明品１〜３は、内周部１５および外周部１７のボンド材として、それぞれＣｕ−１０Ｓｎ−５０Ｃｏを用い、発明品１は外周部１７のボンド材料の密度を８５％として形成するとともに５％Ａｌを溶浸させて形成し、発明品２は外周部１７のボンド材料の密度を８５％として形成するとともに１０％Ａｌを溶浸させて形成し、発明品３は外周部１７のボンド材料の密度を８５％として形成するとともに１５％Ａｌを溶浸させて形成した。なお、ベースブレードおよび発明品１〜３を、サンプル品という。

（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１．０ｍｍの水晶を用いた。
この切断加工において、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。そして、切断加工中の外周部の摩耗量を測定した。
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６によって得られたチッピングの大きさ、主軸電流値、摩耗量を表９に示す。

表９に示すように、チッピングについては、ベースブレード（溶浸なし）、発明品１，２はほぼ同じ大きさになっており、発明品３は小さくなっていることが理解される。
また、主軸電流値は、ベースブレードおよび発明品１〜３でほぼ同じ結果になっていることが理解される。
さらに、摩耗量については、ベースブレード、発明品１、発明品２、発明品３の順で小さくなっていることが理解できる。
つまり、Ａｌを溶浸すると、切断品位を劣化させることなくブレードの剛性を向上させることができ、かつ、ブレードの長寿命化を図ることができる。

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。
例えば、本実施形態では、メタル基材１１として、一種類のメタル材料（ＷＣ−Ｃｏ）を用い、粉末冶金法にて形成した場合の説明をしたが、さらに、内周側１５および外周側１７に用いたボンド材料と異なるメタル材料を溶浸してもよい。このように構成することにより、よい高品位な薄刃ブレード１０を提供することができる。
また、本実施形態では、外周部のみに気孔を形成した場合の説明をしたが、内周部に気孔が形成されていてもよい。この場合は、内周部の気孔密度が外周部の気孔密度よりも小さくなっていれば、略同一の作用効果を得ることができる。

１０…薄刃ブレード １１…メタル基材 １３…切刃 １５…内周部 １６…内周側ボンド材 １７…外周部 １８…外周側ボンド材 ２１…超砥粒 Ｏ…軸線（軸） ｄ１…外周部の径方向肉厚 ｄ２…メタル基材の径方向肉厚

Claims (6)

1. ＷＣ−Ｃｏからなるボンド材に超砥粒が分散されてなる円形薄板状のメタル基材と、
   該メタル基材の外周縁部に形成された切刃と、を有し、
   前記メタル基材が軸周りに回転されるとともに、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、
   前記メタル基材は、径方向内側に形成された内周部と、該内周部の径方向外側に形成され、前記切刃が形成された外周部と、を備え、
   前記外周部を構成する外周側ボンド材が、前記内周部を構成する内周側ボンド材よりも低い密度で形成されていることを特徴とする薄刃ブレード。
2. 前記メタル基材が、粉末冶金法にて作製されていることを特徴とする請求項１に記載の薄刃ブレード。
3. 前記外周部が、前記外周側ボンド材の真比重の６０％以上になるように形成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. 前記外周部の径方向肉厚が、前記メタル基材の径方向肉厚の１／３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。
5. 前記外周側ボンド材と前記内周側ボンド材とが同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄刃ブレード。
6. 前記内周部および前記外周部の少なくともいずれか一方に、前記ボンド材と異なるメタル材料が溶浸されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄刃ブレード。

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