JP5701202B2

JP5701202B2 - 電鋳ブレード

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Publication number: JP5701202B2
Application number: JP2011283133A
Authority: JP
Inventors: 松本　渉; 渉松本
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: JP2013132705A

Description

本発明は、例えばガラス、石英、セラミックス等の硬脆材料よりなる電子材料を切断するのに用いられる電鋳ブレードに関するものである。

電子材料の切断に用いられる電鋳ブレードは、ニッケル等の金属めっき相にダイヤモンドやｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素）等からなる砥粒（超砥粒）を分散した円形薄板状のブレード本体を有している。電鋳ブレードは、このブレード本体がフランジを介して切断装置の主軸に取り付けられたり、或いは電鋳の際の台金に固着され、この台金を介して主軸に取り付けられたりして、中心軸回りに回転されることにより、その外周端縁（切れ刃）によって電子材料を切断する。

この種の電鋳ブレードにおいては、超砥粒を保持する金属めっき相の硬度が高いために自生発刃作用が活発ではなく、超砥粒に摩耗が生じても脱落しにくくなって切断抵抗が増大し、特に切断する電子材料が前述のような硬脆材料の場合には、チッピングを生じやすくなる。
そこで、例えば下記特許文献１、２に示されるように、ニッケル等の金属めっき相にポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂よりなるフィラーを分散することにより、金属めっき相の剛性を維持しつつも超砥粒の保持力を低減させて、自生発刃を促すようにした電鋳ブレードが提案されている。

特開２００９−１１９５５９号公報特開２０１０−５７７８号公報

しかしながら、前述した従来の電鋳ブレードでは、自生発刃作用が十分に活発であるとは言えず、さらにチッピングを抑制して加工品位を高めることに、改善の余地があった。

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、チッピングを抑制して、高品位な切断加工が可能な電鋳ブレードを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の発明者は、このような電鋳ブレードについて鋭意研究を重ねた結果、フッ素樹脂の共析量、超砥粒の集中度及び金属めっき相の硬度をそれぞれ所定の範囲内とすることで、ブレード剛性を確保しつつも自生発刃作用を十分に活発にすることができる、という知見を得るに至った。

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、ニッケルを主成分とする金属めっき相に、超砥粒と、フッ素樹脂からなるフィラーとが分散された円形薄板状のブレード本体を有する電鋳ブレードであって、前記ブレード本体は、厚さが、０．１ｍｍ以下であり、前記フィラーの共析量が、１０〜３０ｖｏｌ％の範囲内であり、前記超砥粒の集中度が、２５〜５０の範囲内であり、前記金属めっき相の硬度が、ＨＶ４００〜５５０の範囲内であることを特徴としている。

本発明の電鋳ブレードによれば、ブレード本体において、フッ素樹脂からなるフィラーの共析量（すなわちブレード本体全体に占めるフィラーの含有量）が１０〜３０ｖｏｌ％の範囲内であるので、該ブレード本体の剛性を確保しつつも、自生発刃作用を高めることができる。

具体的に、フィラーの共析量が１０ｖｏｌ％未満である場合は、当該フィラーを共析させたことによる自生発刃作用が得られにくくなり、被切断材にチッピングが生じやすくなる。
また、フィラーの共析量が３０ｖｏｌ％を超える場合は、金属めっき相が脆化して、ブレード本体の剛性（機械的強度）が確保できなくなる。特に、この電鋳ブレードにおいては、ブレード本体の厚さが０．１ｍｍ以下に薄刃化されることから、切断加工中に該ブレード本体が破損するおそれがある。

また、ブレード本体において、ダイヤモンドやｃＢＮ等からなる超砥粒の集中度が２５〜５０の範囲内であるので、自生発刃作用を良好に促しつつも、該ブレード本体の摩耗が著しく進行するようなことを防止して、工具寿命が確保される。

具体的に、超砥粒の集中度が２５未満である場合は、当該超砥粒を分散させたことによるブレード本体の剛性向上の効果が得られにくくなり、該ブレード本体の摩耗の進行が早くなる。また、超砥粒による切断の仕事量が確保できず、切れ味が低下するとともに、加工品位が低下する。
また、超砥粒の集中度が５０を超える場合は、ブレード本体の剛性が高くなり過ぎるとともに自生発刃作用が鈍化し、チッピングが生じやすくなる。

また、ブレード本体において、金属めっき相の硬度がＨＶ（ビッカース硬さ）４００〜５５０の範囲内であるので、該ブレード本体の剛性を確保しつつも、自生発刃作用を高めることができる。

具体的に、金属めっき相の硬度がＨＶ４００未満である場合は、ブレード本体の剛性が確保できなくなる。特に、ブレード本体の厚さが０．１ｍｍ以下に薄刃化されると、該ブレード本体の機械的強度が確保できない。
また、金属めっき相の硬度がＨＶ５５０を超える場合は、ブレード本体の剛性が高くなり過ぎるとともに自生発刃作用が鈍化し、チッピングが生じやすくなる。

このように、本発明によれば、ブレード本体の剛性を確保しつつも、超砥粒の自生発刃作用が活発とされ、チッピングが抑制されるとともに切れ味が向上し、加工品位が十分に高められるのである。また、本発明を用いることにより、ブレード本体のさらなる薄刃化が可能である。

また、本発明の電鋳ブレードにおいて、前記フィラーの平均粒径が、前記超砥粒の平均粒径以下であることとしてもよい。

この場合、超砥粒による切れ味が確保されつつも、フィラーによる該超砥粒の自生発刃作用が確実に得られて、前述した作用効果がより顕著となる。

本発明の電鋳ブレードによれば、チッピングを抑制できるとともに、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電鋳ブレードを示す正面図である。図１のＡ−Ａ断面を示す図である。図２のＢ部を拡大して示す図である。フッ素樹脂（フィラー）の共析量とブレード本体の弾性率との関係を示すグラフである。ダイヤモンド砥粒（超砥粒）の集中度とブレード本体の磨耗（摩耗）量との関係を示すグラフである。ダイヤモンド砥粒（超砥粒）の集中度と被切断材のチッピングサイズとの関係を示すグラフである。金属めっき相の硬度（ＨＶ）とブレード本体の磨耗量との関係を示すグラフである。金属めっき相の硬度（ＨＶ）と被切断材のチッピングサイズとの関係を示すグラフである。金属めっき相の硬度（ＨＶ）とブレード本体の弾性率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る電鋳ブレード１０について、図面を参照して説明する。
図１〜図３に示されるように、本実施形態の電鋳ブレード１０は、ニッケルを主成分とする金属めっき相２に、超砥粒３と、フッ素樹脂からなるフィラー４とが分散された円形薄板状のブレード本体１を有している。また、ブレード本体１の金属めっき相２において、複数の超砥粒３同士は、互いの間隔が均一となるように分散されており、複数のフィラー４同士も、互いの間隔が均一となるように分散されている。

尚、図２においては説明のため、ブレード本体１の厚さが実際より厚く示されているが、ブレード本体１は、その厚さ（すなわち円形をなすブレード本体１の両側面間の距離）が例えば０．１ｍｍ以下であり、極薄板状とされている。また、ブレード本体１の中央部には、このブレード本体１の中心軸Ｏを中心とした円形をなし、該ブレード本体１を厚さ方向（図２における左右方向）に貫通する取付孔５が形成されており、このためブレード本体１は、厳密には円環薄板状を呈している。

特に図示しないが、電鋳ブレード１０は、このブレード本体１がフランジを介して切断装置の主軸に取り付けられたり、或いは電鋳の際の台金に固着されたハブ付きブレードとされるとともに、この台金を介して主軸に取り付けられたりして、中心軸Ｏ回りに回転されることにより、その外周端縁（切れ刃）によって電子材料（被切断材）を切断する。本実施形態の電鋳ブレード１０は、例えばガラス、石英、セラミックス等の硬脆材料よりなる電子材料を精密切断加工するのに適している。

本実施形態のブレード本体１は、金属めっき相２を形成するニッケルを主成分とした金属めっき液に、超砥粒３及びフィラー４を分散して、この金属めっき液中に台金を配置し、超砥粒３及びフィラー４を取り込みつつ台金表面に金属めっき相２を所定の厚さに析出させ、これを台金から剥離して円板状に成形するといった公知の電鋳法により形成される。尚、ブレード本体１を前述したハブ付きブレードとする場合には、台金の所定領域（ブレード本体１を作製しない領域）にマスキングを施し、マスキングした所定領域以外の部位にブレード本体１を析出させればよい。

超砥粒３は、天然又は合成ダイヤモンド砥粒からなる。本実施形態の超砥粒３の平均粒径は、１〜１００μｍの範囲内となっている。そして、ブレード本体１における超砥粒３の集中度は、２５〜５０の範囲内である。
尚、超砥粒３として、ダイヤモンド砥粒の代わりにｃＢＮ砥粒を用いたり、これらダイヤモンド砥粒及びｃＢＮ砥粒を混在させたりしても構わない。

フィラー４は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂からなる。本実施形態のフィラー４の平均粒径は、０．１〜２０μｍの範囲内となっている。また、フィラー４の平均粒径は、超砥粒３の平均粒径以下である。そして、ブレード本体１におけるフィラー４の共析量（つまりブレード本体１全体におけるフィラー４の含有量）は、１０〜３０ｖｏｌ％の範囲内である。
尚、フィラー４として、ＰＴＦＥ以外の公知のフッ素樹脂を用いても構わない。

そして、このブレード本体１における金属めっき相２の硬度（ビッカース硬さ）は、ＨＶ４００〜５５０の範囲内である。

以上説明した本実施形態の電鋳ブレード１０によれば、ブレード本体１において、フッ素樹脂からなるフィラー４の共析量（すなわちブレード本体１全体に占めるフィラー４の含有量）が１０〜３０ｖｏｌ％の範囲内であるので、該ブレード本体１の剛性を確保しつつも、自生発刃作用を高めることができる。

具体的に、フィラー４の共析量が１０ｖｏｌ％未満である場合は、当該フィラー４を共析させたことによる自生発刃作用が得られにくくなり、被切断材にチッピングが生じやすくなる。
また、フィラー４の共析量が３０ｖｏｌ％を超える場合は、金属めっき相２が脆化して、ブレード本体１の剛性（機械的強度）が確保できなくなる。特に、この種の電鋳ブレード１０においては、ブレード本体１の厚さが、本実施形態のように例えば０．１ｍｍ以下に薄刃化されることから、切断加工中に該ブレード本体１が破損するおそれがある。

また、ブレード本体１において、超砥粒３の集中度が２５〜５０の範囲内であるので、自生発刃作用を良好に促しつつも、該ブレード本体１の摩耗が著しく進行するようなことを防止して、工具寿命が確保される。

具体的に、超砥粒３の集中度が２５未満である場合は、当該超砥粒３を分散させたことによるブレード本体１の剛性向上の効果が得られにくくなり、該ブレード本体１の摩耗の進行が早くなる。また、超砥粒３による切断の仕事量が確保できず、切れ味が低下するとともに、加工品位が低下する。
また、超砥粒３の集中度が５０を超える場合は、ブレード本体１の剛性が高くなり過ぎるとともに自生発刃作用が鈍化し、チッピングが生じやすくなる。

また、ブレード本体１において、金属めっき相２の硬度がＨＶ４００〜５５０の範囲内であるので、該ブレード本体１の剛性を確保しつつも、自生発刃作用を高めることができる。

具体的に、金属めっき相２の硬度がＨＶ４００未満である場合は、ブレード本体１の剛性が確保できなくなる。特に、ブレード本体１の厚さが、本実施形態のように例えば０．１ｍｍ以下に薄刃化された場合に、該ブレード本体１の機械的強度が確保できない。
また、金属めっき相２の硬度がＨＶ５５０を超える場合は、ブレード本体１の剛性が高くなり過ぎるとともに自生発刃作用が鈍化し、チッピングが生じやすくなる。

このように、本実施形態によれば、ブレード本体１の剛性を確保しつつも、超砥粒３の自生発刃作用が活発とされ、チッピングが抑制されるとともに切れ味が向上し、加工品位が十分に高められるのである。また、本実施形態の構成を用いることにより、ブレード本体１のさらなる薄刃化が可能である。

また、フィラー４の平均粒径が、超砥粒３の平均粒径以下となっているので、超砥粒３による切れ味が確保されつつも、フィラー４による該超砥粒３の自生発刃作用が確実に得られて、前述した作用効果がより顕著となる。

尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前述の実施形態では、電鋳ブレード１０において、ブレード本体１の厚さが０．１ｍｍ以下であるとしたが、本発明とは技術思想が異なる参考例では、これに限定されるものではなく、ブレード本体１の厚さは０．１ｍｍを超えても構わない。ただし、ブレード本体１の厚さが０．１ｍｍ以下の場合に、前述した効果がより顕著に得られることになる。

また、電解めっき相２は、ニッケルを主成分としていればよく、ニッケルのみで形成されていなくても構わない。
また、被切断材として、例えばガラス、石英、セラミックス等の硬脆材料よりなる電子材料を挙げたが、それ以外の材料からなる被切断材であってもよい。

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。

[フッ素樹脂共析量確認試験]
ブレード本体１におけるフッ素樹脂（フィラー４）の共析量と、該ブレード本体１の弾性率との関係について、確認試験を行った。
試験する電鋳ブレード１０の共通仕様（以下、ベースブレードと省略）として、ブレード本体１は、外径５８．２ｍｍ、取付孔５の内径４０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍとし、その外周端縁には、径方向の長さ２ｍｍ、周方向の幅１ｍｍのスリットを周方向等間隔に１６本形成した。また、金属めっき相２には主成分としてＮｉを用い、金属めっき相２に分散する超砥粒３には粒度＃１２００のダイヤモンド砥粒を用い、金属めっき相２に分散するフィラー４には平均粒径０．３μｍのＰＴＦＥを用いた。

そして、ブレード本体１におけるフィラー４の共析量を、本発明の範囲内（１０、２０、３０ｖｏｌ％）に設定したものと、本発明の範囲外（５、４０、５０ｖｏｌ％）に設定したものとをそれぞれ用意し、小型卓上試験機：ＥＺＴｅｓｔ−２０Ｎ（株式会社島津製作所製）により、変位量：０．２ｍｍとしてブレード本体１の弾性率を測定した。尚、この確認試験では、ブレード本体１における超砥粒３の集中度は２５とし、金属めっき相２の硬度はＨＶ５００とした。結果を図４に示す。

[評価]
図４に示されるように、ブレード本体１におけるフィラー４の共析量が、５、１０、２０、３０ｖｏｌ％の場合は、該ブレード本体１の弾性率が十分に確保された。一方、ブレード本体１におけるフィラー４の共析量が３０ｖｏｌ％を超えると（図４における４０、５０ｖｏｌ％）、ブレード本体１が脆化して破損し測定不能となり、該ブレード本体１の剛性が確保できないことがわかった。尚、前述の実施形態で説明したように、フィラー４の共析量が１０ｖｏｌ％未満（本試験においては５ｖｏｌ％）の場合には、フィラー４を含有したことによるブレード本体１の自生発刃作用が得られにくくなるとともに、チッピングが生じやすくなる。
従って、ブレード本体１におけるフィラー４の共析量は、１０〜３０ｖｏｌ％の範囲内が好ましい。

[超砥粒の集中度確認試験]
ブレード本体１における超砥粒３の集中度と該ブレード本体１の外周端縁（切れ刃）の磨耗（摩耗）量との関係、及び、超砥粒３の集中度とチッピングサイズとの関係について、確認試験を行った。
電鋳ブレード１０としては、前述のベースブレードを用い、本発明の範囲内（実施例１、２）となるように超砥粒３の集中度（ダイヤ集中度）を設定したものと、本発明の範囲外（比較例１〜４）となるように超砥粒３の集中度を設定したものとをそれぞれ用意した（下記表１を参照）。尚、この確認試験では、ブレード本体１におけるフィラー４の共析量は２０ｖｏｌ％とし、金属めっき相２の硬度はＨＶ５００とした。

そして、電鋳ブレード１０を切断装置に装着し、被切断材を４ｍ切断したときのブレード本体１の切れ刃の径方向への磨耗量、及び、切断後に被切断材の裏面に形成されたチッピングのうち、最大サイズをそれぞれ測定した。
尚、試験の条件としては、ワーク（被切断材）：石英（１００×１００×０．５Ｔ）、フランジ：φ５２ｍｍ、主軸回転数：１２０００ｍｉｎ^−１、送り速度：１０ｍｍ／ｓｅｃとした。結果を図５及び図６に示す。

[評価]
図５及び図６に示されるように、ブレード本体１における超砥粒３の集中度が２５〜５０（実施例１、２）の場合は、磨耗量が確保されて自生発刃作用が促されつつ、チッピングサイズが十分に小さくなる（図６において２０μｍ以下である）ことがわかった。一方、ブレード本体１における超砥粒３の集中度が２５未満（比較例１）の場合は、磨耗量は確保されるものの、チッピングサイズが２０μｍを超えることがわかった。これは、ブレード本体１内の超砥粒３の集中度が低いために、切れ味が十分に確保できないためと考えられる。また、ブレード本体１における超砥粒３の集中度が５０を超える（比較例２〜４）場合は、該ブレード本体１の剛性が高くなり過ぎるとともに磨耗量が確保できず（つまり自生発刃作用が鈍化してしまい）、チッピングサイズが大きくなることがわかった。
従って、ブレード本体１における超砥粒３の集中度は、２５〜５０の範囲内が好ましい。

[金属めっき相の硬度確認試験]
ブレード本体１における金属めっき相２の硬度（ビッカース硬さＨＶ）と該ブレード本体１の切れ刃の磨耗量との関係、金属めっき相２の硬度とチッピングサイズとの関係、及び、金属めっき相２の硬度と該ブレード本体１の弾性率との関係について、確認試験を行った。
電鋳ブレード１０としては、前述のベースブレードを用い、本発明の範囲内（実施例３、４）となるように金属めっき相２の硬度（Ｎｉ硬度）を設定したものと、本発明の範囲外（比較例５〜７）となるように金属めっき相２の硬度を設定したものとをそれぞれ用意した（下記表２を参照）。尚、この確認試験では、ブレード本体１におけるフィラー４の共析量は２０ｖｏｌ％とし、超砥粒３の集中度は２５とした。また、弾性率の確認試験（図９）においては、金属めっき相２にフィラー４及び超砥粒３を分散させていないベースブレードを用いた。

そして、電鋳ブレード１０を切断装置に装着し、被切断材を４ｍ切断したときのブレード本体１の切れ刃の径方向への磨耗量、及び、切断後に被切断材の裏面に形成されたチッピングのうち、最大サイズをそれぞれ測定した。
尚、試験の条件は、前述した[超砥粒の集中度確認試験]と同様とした。結果を図７及び図８に示す。

また、オートグラフ：ＡＧＳ−Ｊ５０Ｎ（株式会社島津製作所製）により、変位量：２．５ｍｍとしてブレード本体１の弾性率を測定した（引っ張り試験）。結果を図９に示す。

[評価]
図７及び図８に示されるように、ブレード本体１における金属めっき相２の硬度がＨＶ５５０以下（実施例３、４及び比較例５、６）の場合は、磨耗量が十分に確保されて自生発刃作用が促されつつ、チッピングサイズが十分に小さくなる（図８において２０μｍ以下である）ことがわかった。一方、ブレード本体１における金属めっき相２の硬度がＨＶ５５０を超える（比較例７）場合は、チッピングサイズが顕著に大きくなることがわかった。
また、図９に示されるように、ブレード本体１における金属めっき相２の硬度がＨＶ４００未満（比較例５、６）の場合は、該ブレード本体１の弾性率が１５００００Ｎｍ／ｍｍ^２未満となり、ブレード本体１の機械的強度が十分に確保できないことがわかった。
従って、ブレード本体１における金属めっき相２の硬度は、ＨＶ４００〜５５０の範囲内が好ましい。

１ブレード本体
２金属めっき相
３超砥粒
４フィラー
１０電鋳ブレード

Claims

ニッケルを主成分とする金属めっき相に、超砥粒と、フッ素樹脂からなるフィラーとが分散された円形薄板状のブレード本体を有する電鋳ブレードであって、
前記ブレード本体は、
厚さが、０．１ｍｍ以下であり、
前記フィラーの共析量が、１０〜３０ｖｏｌ％の範囲内であり、
前記超砥粒の集中度が、２５〜５０の範囲内であり、
前記金属めっき相の硬度が、ＨＶ４００〜５５０の範囲内であることを特徴とする電鋳ブレード。
請求項１に記載の電鋳ブレードであって、
前記フィラーの平均粒径が、前記超砥粒の平均粒径以下であることを特徴とする電鋳ブレード。