JP7335786B2 - 超砥粒単層ビトリファイド工具 - Google Patents
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Description
本発明者等は、先ず、ビトリファイドボンド層14を構成するガラス性能(耐摩耗性および硬さ)が異なる他は、超砥粒単層ビトリファイド工具10と同様の材料、寸法、および膜厚を有する複数種類(4種類)の試料W、すなわち実施例品1、実施例品2、実施例品3、比較例品1を、図2に示される製造工程と同様の製造工程を用いて作製した。そして、本発明者等は、上記試料のビトリファイドボンド層14を構成するガラス(ビトリファイドボンド)の耐摩耗性および硬さを、以下に示す耐摩耗性測定および硬さ測定を行なって評価した。
以下の噴射装置を用いて、スラリー局所噴射摩耗法(MSE法)により、微細な球形無機粒子を含むスラリーを衝撃モードでビトリファイドボンドに局所的に噴射し、噴射により形成された局所のエロージョンを以下の形状測定機で測定し、噴射を受けた局所のビトリファイドボンド層の投射粒子量に対する摩耗の度合い(深さ)の割合から、エロージョン率すなわち摩耗率(=最大摩耗深さμm/投射粒子量g)を算出して耐摩耗性を数値化した。
噴射装置: スラリー局所噴射摩耗装置((株)パルメソ製のMSE-A)
ノズル径 1mm×1mm
投射距離 4mm
形状測定機: 株式会社小坂研究所製の触針式計測器(PU-EU1)
触針子先端R 2μm
荷 重 200μN
計測倍率 10000倍
測 長 4mm
計測速度 0.2mm/sec
本発明者等は、スラリーの噴射によって、球形アルミナ粒子を含む球形アルミナスラリーを用いたスラリー局所噴射摩耗法を用いて、試料Wのビトリファイドボンド膜に局所的に形成された摩耗深さ(エロージョン深さ)を、以下の測定条件により複数位置でそれぞれ測定した。次いで、得られたプロファイルから摩耗深さの最大値D(μm)をそれぞれ計測する。図4は、そのプロファイルの一例である。次いで、球形アルミナ粒子を含む球形アルミナスラリーについての予め設定された関係から、投射ノズル50に供給されスラリー流量に基づいて、試料Wに投射される投射粒子量x(g)を算出する。そして、試料Wについて、最大値D(μm)の平均値を投射粒子量x(g)で除することにより、球形アルミナ粒子を含む球形アルミナスラリーを用いたスラリー局所噴射摩耗法を用いたときの、球形粒子摩耗率(球形粒子エロージョン率)(μm/g)を算出した。この球形粒子摩耗率(球形粒子エロージョン率)(μm/g)は、スラリー局所噴射摩耗法(MSE法)によるビトリファイドボンドの耐摩耗性値を示している。
以下の硬さ試験機を用い、ISO 14577-1に準拠してナノインデンテーション法によりビトリファイドボンドの押し込み硬さ(HIT)を測定し、その値からビッカース硬さ(HVc)を換算した。
使用機種 :超微小押込み硬さ試験機((株)エリオニクス製のENT-NEXUS)
圧子 :バーコビッチ型
測定条件 :最大押込み荷重 10mN
負荷時間 5秒
膜断面を測定 N=25
硬さ測定の後、実施例品1、実施例品2、実施例品3、比較例品1についての研削性能、工具寿命を、図5の研削試験装置を用いて行ない、それぞれ評価した。図5において、一方向たとえば水平方向に案内されて、エアシリンダ、電動シリンダ等のアクチュエータ60により往復駆動される被削材テーブル62の上には、真空チャックによって被削材たとえば単結晶のシリコン板64が固着されている。被削材テーブル62の上方には、真空チャックによってシリコン板64に対応するように試料Wが固定された工具チャック66が、水平方向の移動不能且つ上下方向の移動可能に配設されており、研削試験中には所定の研削荷重が工具チャック66に付与されるようになっている。アクチュエータ60と被削材テーブル62との間には、ロードセル68が配置されており、研削負荷(kgf)が検出されるようになっている。この研削試験は、研削液を用いないでシリコン板64を1回当たりの切込み量を2μmとしたドライ研削であり、5往復目の研削負荷の値が予め設定された研削性能判定負荷値1.8kgfを下回る場合は研削性能が合格(○印)であると判定し、研削性能判定負荷値以上となる場合は研削性能が不合格(×印)であると判定した。また、ロードセル68により検出された研削負荷が、予め設定された負荷値たとえば2.27kgfに到達した往復数が、予め設定された耐久性判定値たとえば10往復以上であると、耐久性(工具寿命)が合格(○印)であると判定し、予め設定された耐久性判定値を下まわると、耐久性(工具寿命)が不合格(×印)であると判定した。
本発明者等は、次に、支持体12上の単位面積当たりの超砥粒16が占める砥粒面積率(砥粒固着量)を異ならせ、ビトリファイドとしてホウ珪酸ガラスBを用い、超砥粒16として粒度が#325/400のダイヤモンド砥粒を用いた他は、超砥粒単層ビトリファイド工具10と同様の材料、寸法、および膜厚を有する複数種類(7種類)の試料W、すなわち比較例品2、実施例品4、実施例品5、実施例品6、実施例品7、実施例品8、比較例品3を、図2に示される製造工程と同様の製造工程を用いて作製した。そして、本発明者等は、図5の研削試験装置を用いて、上記6種類の試料Wについて研削試験を行い、それぞれの研削性能、工具寿命を評価した。上記砥粒面積率は、SEMによる50倍の写真の画像解析から2値化処理により得られた砥粒の黒色を算出ソフトを用いて導出される。
本発明者等は、さらに、#80/100のダイヤモンド砥粒を支持体12上にホウ珪酸ガラスBを用いて1個だけ固着させるとともに、そのダイヤモンド砥粒の突出し量を異ならせた他は、超砥粒単層ビトリファイド工具10と同様の材料、寸法、および膜厚を有する複数種類(5種類)の試料W、すなわち比較例品4、実施例品9、実施例品10、実施例品11、実施例品12を、図2に示される製造工程と同様の製造工程を用いて作製した。そして、本発明者等は、図5に示された研削試験装置と同様に構成された図8の研削試験装置を用いて、上記5種類の試料Wについて研削試験を行い、それぞれの工具寿命を評価した。この研削試験は研削液を用いないでシリコン板64を1回当たりの切り込み量を20μmとした研削であり、工具寿命は、10回以上を合格とした。
12:支持体
14:ビトリファイドボンド層
16:超砥粒
Claims (4)
- 支持体と、前記支持体の上に固着されたビトリファイドボンド層と、前記支持体の上に互いに離間した状態で前記ビトリファイドボンド層によって単層状態で保持されている複数の超砥粒とを有する超砥粒単層ビトリファイド工具であって、
前記ビトリファイドボンド層は、スラリー局所噴射摩耗法を用いた測定値で、0.9μm/g以下の耐摩耗性値を有する
ことを特徴とする超砥粒単層ビトリファイド工具。 - 前記ビトリファイドボンド層は、ナノインデンテーション法を用いた測定値で、500以上のボンド硬さを有する
ことを特徴とする請求項1の超砥粒単層ビトリファイド工具。 - 前記超砥粒は、前記ビトリファイドボンド層の表面から、前記超砥粒の粒径の20~80%の長さ分突き出している
ことを特徴とする請求項1または2の超砥粒単層ビトリファイド工具。 - 前記超砥粒は、0.2~50%の砥粒面積率で前記支持体上に保持されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1の超砥粒単層ビトリファイド工具。
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