JPH0535646B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミツク・グリーンシートの切り
込み並びに切断加工方法に関するものである。

セラミツク・グリーンシートは未焼成の又は仮
焼済みのセラミツク粉末、例えばアルミナ、窒化
アルミニウム、ベリリアなどの粉末を有機バイン
ダ及び有機溶剤と混練し押出し、塗工などの成形
によつて得られる可撓性を持つものである。

このセラミツク・グリーンシートは電子部品の
分野において例えばセラミツクコンデンサ、集積
回路用パツケージ、集積回路用基板などに用いら
れている。

（従来の技術） 従来、セラミツク・グリーンシートを所要の深
さまで切り込み、切断する方法としては、切断時
に切屑を出さないようにするため、被加工物を予
め所定温度に加熱し、また刃先も所定温度に加熱
し、被加工物に刃先を押し付けて所定深さまで切
断していた。斯様の方法は例えば特開昭59−
82713号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上述した切断加工においては、必要
な加工精度を出すため、即ち刃先の厚みの影響を
被加工物に与えないように、カツターの刃厚を、
例えば0.2〜0.5mm程度まで薄くしている。

しかし、斯様に刃厚を薄くすると、以下に示す
ような問題点が生じる。

(1) 薄刃にて押し切りをした際、刃曲りを生じ
る。これはセラミツク・グリーンシートの不均
一な構成、即ちセラミツク粉末と有機バインダ
の様に、切断不可能な物と可能な物の混合体に
起因する不均一な切断加工抵抗、刃先の当接角
度、刃先の被加工物との垂直度等の原因による
ものである。ここで言う刃曲りとは、セラミツ
ク・グリーンシートの切断面が第４図ｃの様に
直角な切断面ではなく第４図ａ，ｂに示す様に
切断面にダレを生じる事を指す。

(2) また、薄刃による切断中に、第４図ｄに示す
ような、シート切断加工方向にクラツクが切断
より先に発生し、これがため、一様な切断面
（これを「剪断面」と称する）を得ることが困
難であつた。

このため従来は、刃曲がりを起こさないよう
に、剛性の高い超硬若しくはセラミツクで切断刃
を製作したり、または、刃厚の厚い切断刃で被加
工物を片側のみ所要寸法に加工することで対処し
てきたが、いずれも加工コスト、歩留り、精度等
の満足し得る切断方法となつてはいない。

本発明の目的は、上述した問題点を解消し、加
工コスト、歩留り、加工精度等を満足する切断加
工方法を提供せんとするにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明のセラミツク・グリーンシートの切断加
工方法は、セラミツク・グリーンシートの切断加
工工程において、0.2〜0.3mmの刃厚を有する切断
刃に振動を加えつつ、切断刃の被加工物に対する
加工移動速度を１〜６m/secに保つた状態で、セ
ラミツク・グリーンシートを所要の深さまで切り
込みまたは切断することを特徴とするものであ
る。

（作 用） 本発明では、所定の刃厚の切断刃に振動をかけ
て所定の加工移動速度で切断することにより、被
加工物を構成するセラミツク粉末および有機バイ
ンダ系の内、切断上邪魔となるセラミツク粉末が
切断刃先端付近の有機バインダ中で極めて移動し
易くなり、その結果、切断抵抗が軽減し、より小
さな加工力で切断することができ、これに伴い切
断面の曲がりを改善することができる。また、副
次的に、切断抵抗が低減したことにより刃先の摩
耗を軽減することができる。

さらに、切断刃に振動を加えることによる切断
刃の発熱と、振動する切断刃自体による切断面の
シエービングとにより、振動を加えない場合より
も良好且つ一様な切断面即ち剪断面が得られる。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図ａ，ｂは、本発明の集積回路用パツケー
ジの為のセラミツク・グリーンシートの積層体か
ら、所要寸法に切断して多数個のパツケージを取
り出す事を目的とする切断加工装置を示す。ここ
における積層体とは、前工程において、各層に集
積回路積載の為の枠抜き加工が施され、電極まで
の導電回路が印刷されて積層されたものとする。

第１図中において、１は、フレーム部材２ａに
取り付けられた軸受け３ａ，３ｂと、これらを連
結する送りねじ５ａと、送りねじ５ａの正逆方向
の回転にともなつて上下動する可動テーブル７ａ
と、送りねじ５ａにカツプリング９ａを介してそ
の軸が結合されるモータ１１ａとから構成される
昇降装置である。この昇降装置１の可動テーブル
７ａには、ベースプレート１３が取り付けられて
おり、このベースプレート１３には、例えば電
歪／磁歪型振動子１５と、これと螺合するホーン
１７と、ホーン１７の先端の溝部にろう付け若し
くははんだ付により固定された切断刃１９とから
なる振動切断加工部２１（第２図参照）を支持す
る支持台２３が取り付けられている。電歪／磁歪
型振動子１５は、別体の制御盤２５に収納された
発振器（図示せず）によつてその出力および周波
数が制御されている。またモータ１１ａも、制御
盤２５の数値制御による所定の位置割出し（位置
決め）、速度制御による所定の送り速度とされて
いる。

一方では、被加工物であるセラミツク・グリー
ンシート２７を移動させる移動機構３１は、ま
ず、フレーム部材２ｂに取り付けられた軸受け３
ｃ，３ｄと、これらに回動自在に螺合される送り
ねじ５ｂと、この送りねじ５ｂの正逆方向の回転
にともなつて左右方向に移動する可動テーブル７
ｂと、送りねじ５ｂにカツプリング９ｂを介して
その軸が結合されるモータ１１ｂとから構成さ
れ、この移動機構３１の可動テーブル７ｂ上にセ
ラミツク・グリーンシート２７を載せるための、
載置台２９が配設されている。この載置台２９
は、送りねじ５ｂの両側に並行に配設された２本
の案内レール３３に摺動自在に嵌合する脚部３５
を有し、載置台内部にはロータリシリンダ３７が
配設され、このロータリシリンダ３７の回動自在
の軸３９にホツトプレート式加工台４１が軸３９
に対し同芯状に取り付けられている。加工台４１
はヒータを内蔵し、このヒータにより、加工台４
１にピン等にて固定されるセラミツク・グリーン
シート２７が所定温度に加熱される。この加工台
４１はロータリシリンダ３７の作動によつて後述
するように約90度にわたり回動することができ
る。

なお、作業者の不注意による作動中の自己を防
止するために、光線式安全装置４３が設けられ、
例えば作業者が安全装置４３から発せられている
光線をさえぎつている間は切断刃１９が動かない
ようにする。

このように構成された切断加工装置において
は、加工台４１上にピン等により固定され、加工
台４１により予め加熱されているセラミツク・グ
リーンシート２７は、移動機構３１のモータ１１
ｂの正方向の回転に基づく送りねじ５ｂの回動に
よつて可動テーブル７ｂ、これに固定される載置
台２９、加工台４１即ち加工台４１に載置される
セラミツク・グリーンシート２７を切断刃１９の
直下の所定位置に移動される。次に、昇降機構１
のモータ１１ａの正方向の回転に基づく送りねじ
５ａの回動により予め設定した初期位置まで可動
テーブル７ａ、即ち振動切断加工部２１の切断刃
１９を降下させ、そこで停止させる。

初期位置で停止した切断刃１９を、まず、振動
子１５によつて所定の周波数で上下振動させ、所
要の降下速度および荷重で降下させ第３図ａで示
すようにセラミツク・グリーンシートの最初の切
断箇所を切断する。ところで、セラミツク・グリ
ーンシート２７は図示のように、シートを予め積
層したものでも、また、シートを何枚も重ねたも
のでも一度に切断できる。最初の切断箇所の切断
後、モータ１１ａを逆転させて可動テーブル７
ａ、即ち振動切断加工部２１の切断刃１９を上昇
させて初期位置にもどす。続いて移動機構３１の
モータ１１ｂを制御盤２５の制御下で所定量正方
向に回転させて可動テーブル７ｂ、即ちそれと結
合させる載置台２９および加工台４１を所定距離
送り移動させて、セラミツク・グリーンシート２
７の次の切断箇所に移動させる。移動停止後、切
断刃１９に再び同じ動作を繰り返させる。斯様に
して第３図ｂに示すようにセラミツク・グリーン
シート２７に所定間隔で複数の切り込みが一方向
に入れられた。次に、御御盤２５の制御のもとで
ロータリシリンダ１６の軸３９を約90度回転させ
て、軸３９上の加工台４１およびセラミツク・グ
リーンシート２７の向きを第３図ｃのように約90
度変える。そして再び同様の手順にてセラミツ
ク・グリーンシート２７の切断を行ない、こうし
てセラミツク・グリーンシート２７は、第３図ｄ
に示すように碁板目状に切断される。この結果、
第３図ｅに示すようにセラミツク・グリーンシー
ト２７から目的とする寸法の物が得られる。この
切断寸法は所要に応じて制御盤２５のプログラム
を変更することで移動機構３１の送り等を変化さ
せ、任意の寸法を選択することができる。

以下に本発明の切断加工装置を実際に使用した
例について具体的に説明する。

実施例 １ まず、100×100mm幅、６mm厚のアルミナグリー
ンシート積層物を本発明の切断加工装置の加工台
にピンによつて固定し、刃わたり50mm、刃厚0.3
mmの両刃の切断刃に16kHz、400Wの振動を加え
て切断した。また、比較のため同様のアルミナグ
リーンシートを同一の切断刃にて振動を加えない
で切断した。この場合に振動無しでは30Kg以上の
荷重で初めて押し切ることができたのに対し、振
動を加えると３Kg以上の荷重で切断可能であつ
た。

又、同条件において、振動の有無と刃曲り量の
関係を示したのが第５図である。この図で周波数
へ切断刃先端における単位時間当りの振動回数を
示し、振幅はその振動の中心位置と最大変位位置
との距離の差を示している。図の横軸は切断送り
速度、即ち、切断刃の加工物に対する加工移動速
度、縦軸には平均刃曲り量即ち、第４図ａ，ｂに
示した様な切断面のダレ量を示している。第５図
において振動を加えない押し切りでは、刃曲りが
２／１０mm前後になるのに対し、周波数16KHz、振幅
20μｍの振動をかけた押し切りでは1/10mm以下と
なり、従つて刃曲りを約1/2に改善する事が出来
た。さらに加工条件として第６図に示す様に切断
送り速度が振動数の積より大きい場合、刃曲り量
は約100μｍになるのに対して切断送り速度が上
記積より小さい場合、刃曲り量は50μｍ以下にす
る事ができる。第６図では切断送り速度１〜６
ｍ／ｓｅｃの範囲ではそれより大きな送り速度時の加
工に比べて刃曲り量を1/2にしている。尚この加
工では切断刃先の振動が正弦波形になる様に調整
を行つている。

又さらに切断刃を振動させることによつて刃先
が約80℃前後まで発熱し、この熱がシートを構成
するセラミツク粉末および有機バインダの内、熱
可塑的性質をもつバインダを軟化させる事により
切断抵抗を軽減する為、切断面においては、振動
なしの加工において表面粗さRa＝10μｍに対し、
前記振動加工条件に於いて振幅にかかわらずRa
＝1μｍの面が得られた。刃先においてはその摩
耗減少が著しく、アルミナ・グリーンシートの加
工に於ける19KHz、20μｍの振動加工に於いて、
厚さ３mmのアルミナ・グリーンシートの場合、
5000回の振動なしの切断では、刃先が0.1mm程度
摩耗したのに対して、16KHz、20μｍの振動切断
では、同一切断回数で0.01mm以下の摩耗に止まつ
た。

なお、切断刃はその寿命の長短にかかわらず基
本的には消耗品であるため、焼入れされた工具鋼
より成るカミソリ刃が安価で良い。しかし、コス
ト的に許せば超硬、ダイヤモンド、セラミツク等
も可能である。また、刃先形状は、両刃、片刃の
どちらでも良いが、刃角が左右均等にとれた両刃
が最も良い。刃厚は加工精度、加工抵抗の点から
薄い程良いが、0.2〜0.3mm程度が適切である。切
断刃の取付で重要なことは、刃角の研磨およびセ
ラミツク・グリーンシートに対する垂直度であ
り、従来重要とされていた刃角の対称性について
は振動をかけることで厳密に守る必要はなくなつ
た。

ところで、本振動方法は、切断刃、ホーン、電
歪／磁歪振動子を同一振動数で共振させるため
に、必要とする切断刃の寸法に応じて、ホーンお
よび振動子を適宜に設計および選択する。好まし
くはこれら素子によつて刃わたり全長で均一な振
幅が得られるようにする。また、切断刃の大きさ
と、これを振動させるのに要する入力とが比例す
るため、例えば刃わたり200mmに対しては1kW以
下、振動数15〜40kHzが適当である。

振動方向は第２図ｂに示す様な切断刃の切断方
向と同方向あるいは切断刃に垂直な方向もし
くは切断刃に平行な方向の、いずれの振動方向
でも、これまで述べてきた効果を得る事が出来
る。但し、切断刃に垂直な方向、及び切断刃に平
行な方向に振動を加えた場合は、シートの加工台
上の位置を振幅に比例した量だけ狂わせてしまう
為、特に多数個取り出す様な際には結果的に目的
とする切断外寸寸法を得る事が困難になる。従つ
て、振動方向は切断方向と同方向が望ましい。

又、先程述べた振幅と振動数と切断送り速度に
関する振動切断条件は、より刃曲りを小さくする
効果があるので実施するのが望ましい。

以上、本発明の実施例について説明したが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、
種々に変形、変更することができる。例えば、加
工物に関しては利用分野の項で述べたようなセラ
ミツク粉末と有機バインダ、溶剤で構成されてい
る他のセラミツク・グリーンシート全てに同様な
適用と効果を得る事は勿論である。

又、構成に関して言えば切断刃とホーンとの取
り付けは、上述した様にハンダ付、ろう付の他
に、ボルト絞め等による取り付けがある。また、
共振を容易に得るために、切断刃とホーンを一体
としても良い。

昇降装置は、切断速度の調節に重要であるが、
上述した構成の他に、シリンダと流量調節器との
組合せ、およびサーボモータと専用制御回路との
組合せ等のようにアクチユエータとそれに適合す
る制御装置とすることもできる。

移動機構は、送りねじ等より成る手動１軸送
り、若しくは数値制御による自動多軸送りが考え
られ、さらにこれらに画像処理による自動位置検
出機構を加えることもできる。即ち装置の目的に
応じた種類を選べばよく、基本的には送りにガタ
がなく、位置決め再現性の高い構造であれば良
い。

セラミツク・グリーンシートの加熱装置は、ヒ
ータ、温度センサ、温度調節器を組合せて、間接
的に加熱させることもできる。

（発明の効果） 本発明の第１の効果は、所定の刃厚の切断刃に
振動をかけて所定の加工移動速度で切断すること
で被加工物を構成しているセラミツク粉末および
有機バインダ系の内、切断上邪魔となるセラミツ
ク粉末が切断刃先端付近の有機バインダ中で極め
て、移動しやすくなり、その結果、切断抵抗が軽
減し、より小さな加工力で切断が可能になつたこ
とと、それに伴い切断面の刃曲がりを改善したこ
とである。同一切断条件では、振動をかけない切
断の場合に比べて切断荷重にして約1/10以下、刃
曲り量にして約1/2程度の改善効果を得ることが
出来た。グリーンシートは寸法高精度化を満たす
為、セラミツク粉末の割合を高くして密度を高め
る傾向にあるが、本加工法では上記第１の効果を
そのまま発揮することができる。

本発明の第２の効果は、振動を与えたことによ
る切断刃の発熱と、振動するる切断刃自体による
切断面のシエービンクとが行われ、振動をかけな
い場合よりも一様な剪断面を得られたことであ
る。

換言すると、この第２の効果は、グリーンシー
トを構成する樹脂が熱可塑性樹脂であるため、熱
が加わると樹脂が軟化すること、並びに振動子へ
の電気的エネルギーが、振動子から刃先までの振
動系の中で100％振幅に変換されないことによる
副次的な発熱効果によるものであるが、振動をか
けない切断の場合に比べて表面粗さの向上と、加
工面からの切屑の発生を止めるることが出来る。
又刃先温度は、アルミナグリーンシートの軟化温
度として最適な加工条件に合わせたものである
が、投入入力を変える事で材料の各軟化温度に刃
先温度を合わせる事も可能である。

本発明の第３の効果は、切断抵抗が軽減した事
による刃先の摩耗の軽減である。同一切断回数に
おいて、刃先の摩耗を減らし、刃の使用回数を延
ばす効果も得る事が出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明の切断加工装置のそれぞ
れ正面図および側面図、第２図は、本発明の装置
の振動切断加工部を示す分解傾斜図、第３図は、
本発明の装置を用いてセラミツク・グリーンシー
トを切断する例について示す説明図、第４図は従
来の装置により切断されたセラミツク・グリーン
シートの切断面を示す説明図である。第５，６図
は、切断送り送度と平均刃曲り量との関係を示す
グラフ図である。 １…昇降装置、２ａ，２ｂ…フレーム部材、３
ａ〜３ｄ…軸受け、５ａ，５ｂ…送りねじ、７
ａ，７ｂ…可動テーブル、９ａ，９ｂ…カツプリ
ング、１１ａ，１１ｂ…モータ、１３…ベースプ
レート、１５…電歪／磁歪型振動子、１７…ホー
ン、１９…切断刃、２１…振動切断加工部、２３
…支持台、２５…制御盤、２７…セラミツク・・
グリーンシート、２９…載置台、３１…移動機
構、３３…案内レール、３５…脚部、３７…ロー
タリシリンダ、３９…軸、４１…加工台、４３…
光線式安全装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク・グリーンシートの切断加工工程
   において、0.2〜0.3mmの刃厚を有する切断刃に振
   動を加えつつ、切断刃の被加工物に対する加工移
   動速度を１〜６m/secに保つた状態で、セラミツ
   ク・グリーンシートを所要の深さまで切り込みま
   たは切断することを特徴とするセラミツク・グリ
   ーンシートの切断加工方法。 ２ セラミツク・グリーンシートおよび／または
   切断刃を予め所定温度に加熱するようにした特許
   請求の範囲第１項記載のセラミツク・グリーンシ
   ートの切断加工方法。 ４ セラミツク・グリーンシートおよび／または
   切断刃に加熱装置を設けた特許請求の範囲第３項
   記載のセラミツク・グリーンシートの切断加工装
   置。