TWI680837B - 添加了硼化合物的切削砥石 - Google Patents

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Abstract

於切削加工中，抑制毛邊的發生。
將切削被加工物(W)之切削砥石(65)做成為，在鑽石研磨粒添加硼化合物亦即cBN研磨粒及金屬硼化物亦即ZrB2粒，並以由酚樹脂等所構成之樹脂結合劑予以固定而成。

Description

添加了硼化合物的切削砥石
本發明有關用於被加工物的切削加工之切削砥石。
硼化合物具有優良的固體潤滑性。因此，藉由將硼化合物混入切削砥石，能夠抑制當藉由切削砥石切削被加工物的情形下之摩擦熱發生，而能抑制切削砥石消耗。例如，已知即使被加工物為藍寶石等的硬質基板，藉由使用混入有cBN(立方晶氮化硼)等硼化合物之切削砥石來切削，便可獲得良好的切削結果(例如參照專利文獻l)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2012-056012號公報
但，即使是混入有例如cBN、B4C(碳化硼)或HBN(六方晶氮化硼)作為潤滑劑之切削砥石，依被加工物的種類不同仍無法擔保充分的加工特性。若藉由該些切削砥石來切削例如金屬基板或含金屬之基板，則因金屬具有之延展性，而可能在基板的切削面發生毛邊等異形狀部。此外，例如若增加切削砥石中的cBN含有量而欲使切削砥石的潤滑性提升，則因cBN的比重(3.48g/cm3)小而切削砥石本身會變輕，因此切削時切削砥石的衝力(impulsive force)會變差。因此，切削砥石無法對作為目標之切削物的加工點傳遞正確且充分的切削力，此外，會有毛邊發生亦增加之問題。
是故，即使使用混入有用來抑制摩擦熱發生的硼化合物之切削砥石來切削例如含金屬之基板的情形下，仍有下述待解決問題，即，抑制毛邊等異形狀部的發生，且良好地保持藉由分割而製作出之裝置的特性。
用以解決上述問題之本發明，為一種切削砥石，係切削被加工物之切削砥石，其特徵為，在鑽石研磨粒添加硼化合物及金屬硼化物，並以結合劑予以固定而成。
較佳是前述鑽石研磨粒粒徑比前述硼化合物還小。
又，較佳是前述硼化合物為cBN，前述金屬 硼化物為ZrB2(二硼化鋯)，前述結合劑為樹脂結合劑。此外，作為前述結合劑亦可使用金屬結合劑。
本發明之切削砥石，藉由在鑽石研磨粒添加硼化合物及金屬硼化物並以結合劑予以固定，例如即使切削含金屬之基板作為被加工物的情形下，仍能抑制毛邊等異形狀部的發生。此外，能夠良好地保持被分割而製作出之裝置的特性。
此外，藉由將切削砥石中含有之鑽石研磨粒的粒徑訂為比硼化合物的粒徑還小，會減小切削時對被加工物之摩擦而抑制摩擦熱的發生，能夠抑制切削砥石的消耗。
又，藉由將硼化合物訂為cBN，將金屬硼化物訂為ZrB2，將結合劑訂為樹脂結合劑，例如即使切削含金屬之基板的情形下，仍能進一步抑制毛邊等異形狀部的發生，且抑制切削砥石的消耗，而且抑制對被加工物的損壞，藉此能夠良好地保持被分割出之裝置的特性。
65‧‧‧實施例1的切削砥石
650‧‧‧裝配孔
6A‧‧‧心軸單元
60‧‧‧心軸外殼
61‧‧‧心軸
62‧‧‧固定凸緣
620‧‧‧凸緣部
621‧‧‧軸套部
621a‧‧‧螺紋
63‧‧‧螺帽
67‧‧‧裝卸凸緣
67a‧‧‧卡合孔
68‧‧‧固定螺帽
1‧‧‧切削裝置
12‧‧‧校準手段
120‧‧‧拍攝手段
6‧‧‧切削手段
69‧‧‧切削水供給噴嘴
3‧‧‧保持平台
30‧‧‧保持治具
30a‧‧‧保持治具的保持面(保持平台的保持面)
300‧‧‧閃避溝
32‧‧‧治具基座
32a‧‧‧吸附管
W‧‧‧被加工物
Wa‧‧‧被加工物的上面
Wc‧‧‧裝置區域
Wd‧‧‧電極部
S‧‧‧分割預定線
D‧‧‧裝置
B‧‧‧毛邊
65a‧‧‧比較例1的切削砥石
65b‧‧‧比較例2的切削砥石
[圖1]具備實施例1之切削砥石的心軸單元一例示意分解立體圖。
[圖2]切削裝置的部分示意立體圖。
[圖3]以切削砥石切削被加工物之狀態示意截面圖。
(實施例1)
圖1所示之切削砥石65，例如是外形為環狀的墊圈(washer)型之樹脂結合劑砥石，係在鑽石研磨粒添加硼化合物亦即cBN研磨粒及金屬硼化物亦即ZrB2粒，並以由酚樹脂等所構成之樹脂結合劑予以固定而成。
切削砥石65的製造方法，例如如以下所述。首先，對以酚樹脂、環氧樹脂及聚醯亞胺樹脂等作為主成分之樹脂結合劑，將平均粒徑40μm的鑽石研磨粒及平均粒徑50μm的cBN研磨粒分別以體積比10~20%混入，又，將平均粒徑2~3μm的ZrB2粒以體積比25~35%混入，攪拌使其摻和。接下來，將此混合物壓製而成型為規定的厚度(本實施例中為150μm厚)，外形亦成型為環狀。其後，令其以180℃至200℃的燒結溫度燒結7~8小時，藉此製造圖1所示具備裝配孔650之切削砥石65。另，較佳是如本實施例般，將鑽石研磨粒的平均粒徑訂為比cBN研磨粒的平均粒徑還小10%以上，藉此，於切削加工中鑽石研磨粒會作用成為cBN研磨粒(主研磨粒)的輔助研磨粒。此外，樹脂結合劑、鑽石研磨粒、cBN研磨 粒及ZrB2粒的體積比，可依各研磨粒及樹脂結合劑的種類等而適當變更。另，此處，雖記載cBN研磨粒的平均粒徑為50μm之情形下，但使用於切斷金屬的用途之cBN研磨粒的平均粒徑，以30~70μm為佳。更佳是40~60μm為理想。另一方面，鑽石研磨粒的粒徑，亦可比cBN研磨粒的粒徑還小5~30%程度。更佳是小10~20%程度為佳。此外，鑽石研磨粒的號數，亦可選擇比cBN研磨粒的號數還小1級或2級者。例如，當cBN研磨粒為# 240的情形下，鑽石研磨粒選擇# 280或# 320。
另，切削砥石65並不限定於環狀的墊圈型之樹脂結合劑砥石，例如亦可做成將由鋁合金鑄物等製作之金屬基座(base metal)與切割刃予以一體成形而成之輪轂型的切削砥石。在此情形下，例如切割刃是由樹脂結合劑、鑽石研磨粒、cBN研磨粒及ZrB2粒所構成。
此外，作為將各研磨粒予以固定之結合劑，亦可不為樹脂結合劑而使用金屬結合劑。例如外形為環狀的墊圈型之金屬結合劑砥石的製造方法，如以下所述。首先，對於在作為主成分之銅與錫之合金亦即青銅中混入有鈷及鎳等而成之金屬結合劑，將平均粒徑40μm的鑽石研磨粒及平均粒徑50μm的cBN研磨粒分別以體積比10~20%混入，再將平均粒徑2~3μm的ZrB2粒以體積比25~35%混入。將此混合物混煉並壓製而成型為規定的厚度，外形亦成型為環狀。其後，令其以600℃至700℃的燒結溫度燒結約1小時，藉此便能製造環狀的墊圈型之金 屬結合劑砥石。
作為金屬硼化物，除ZrB2粒以外，亦能使用CrB、CrB2、Cr3B2、TiB2、ZrB2、ZrB3、NbB2、TaB2、MoB、或WB等金屬硼化物。例如，當將切削砥石65中的金屬硼化物訂為TiB2的情形下，切削砥石65會成為適合切削含鋁被加工物之物。此外，當將切削砥石65中的金屬硼化物訂為CrB或CrB2的情形下，藉由CrB及CrB2所具有的耐氧化性，切削砥石65於氧環境中即使在高溫下也可更長期間地使用。也就是說，即使提高加工速度而以高速切削被加工物，且將作用成為冷卻液之切削水的供給量削減，造成切削砥石與被加工物之接觸部位變得高溫的狀態下，仍可防止切削砥石65的劣化而長期間維持切削力。
圖1所示具備心軸單元6A之心軸外殼60，係將心軸61可旋轉地收容。心軸61的軸方向為對X軸方向而言於水平方向正交之方向(Y軸方向)，心軸61的先端部從心軸外殼60朝-Y方向突出。在此突出部分，有一供切削砥石65裝配之固定凸緣62藉由螺帽63而被固定。固定凸緣62，具備於徑方向(和心軸61的軸方向及水平方向正交之方向)向外延伸出之凸緣部620、及從凸緣部620朝厚度方向(Y軸方向)突出形成而在其側面設有螺紋621a之軸套(boss)部621。
在軸套部621插入至切削砥石65的裝配孔650之狀態，於軸套部621組裝有環狀的裝卸凸緣67。裝 卸凸緣67，具有和軸套部621對應之卡合孔67a。一旦裝卸凸緣67組裝於軸套部621，則與螺紋621a螺合之環狀的固定螺帽68便旋進螺紋621a。藉由裝卸凸緣67，切削砥石65朝凸緣部620被推壓，藉此，切削砥石65會藉由裝卸凸緣67與固定凸緣62而從Y軸方向兩側被夾住而被固定於心軸61。又，心軸61藉由未圖示之電動機受到旋轉驅動，伴隨此，切割砥石65亦高速旋轉。
圖2所示之切削裝置1，為對於藉由保持平台3而被吸附保持的被加工物W，以切削手段6施加切削加工之裝置。
圖2所示之保持治具30，被裝載於切削裝置1的治具基座32上。在保持治具30的保持面30a，形成有複數個閃避溝300，用來當切削砥石65切入被加工物W時避免保持治具30與切削砥石65之接觸。此外，在保持治具30，於厚度方向(Z軸方向)貫通形成有用來吸附被加工物W之未圖示之吸附孔。
裝載保持治具30之治具基座32，是透過吸附管32a而與未圖示之吸附源連通，吸附管32a的一端在治具基座32上開口。又，保持治具30被裝載於治具基座32上，藉此構成吸附保持被加工物W之保持平台3。保持平台3，可於X軸方向移動並且可旋轉。
在保持平台3的移動路徑的上方，配設有校準手段12，其檢測被加工物W的應切削的分割預定線S。校準手段12，具備拍攝被加工物W的上面Wa之拍攝 手段120，能夠依據藉由拍攝手段120取得的圖像來檢測應切削的分割預定線S。此外，在校準手段12的鄰近，配設有切削手段6，其對被保持於保持平台3之被加工物W施加切削加工。切割手段6係構成為和校準手段12成為一體，兩者連動往Y軸方向及Z軸方向移動。
圖2所示之切削手段6，至少具備：心軸單元6A，具有切削砥石65；及切削水供給噴嘴69，對切削砥石65與被加工物W之接觸部位供給切削水。
圖2所示之被加工物W，例如為外形呈矩形狀的基板，在被加工物W的上面Wa，於圖示例子中存在著3個裝置區域Wc。又，在裝置區域Wc，例如在被圖3所示之分割預定線S區隔開來的格子狀區域形成有多數個裝置D，在各個裝置D，形成有含以鐵為主成分之不鏽鋼材的電極部Wd(圖2中未圖示)。又，如圖3所示，電極部Wd亦存在於分割預定線S上。
以下，利用圖1~4，說明當藉由切削砥石65切削圖2所示之被加工物W的情形下之切削裝置1的動作及具備切削砥石65之切削手段6的動作。
在圖2所示之治具基座32上裝載保持治具30而構成保持平台3。被加工物W被搬運往保持平台3，被加工物W被載置於保持治具30的保持面30a。然後，藉由與治具基座32連接之未圖示之吸附源而產生的吸附力會傳遞至保持面30a，藉此被加工物W被吸附保持於保持面30a上。
保持被加工物W之保持平台3朝-X方向被饋送，同時被加工物W的上面Wa藉由拍攝手段120而被拍攝，檢測應切削的分割預定線S的位置。伴隨分割預定線S受到檢測，切削手段6朝Y軸方向被驅動，以實施應切削的分割預定線S與切削砥石65之Y軸方向上的定位。
進行了切削砥石65與檢測出的分割預定線S之Y軸方向的定位後，保持被加工物W之保持平台3進一步朝-X方向被饋送出，同時切削手段6朝-Z方向被切入饋送。此外，未圖示之電動機令心軸61高速旋轉，被固定於心軸61之切割砥石65伴隨心軸61的旋轉而一面高速旋轉一面切入至晶圓W，逐漸切割分割預定線S。此外，切削砥石65切入至被加工物W時，切削水供給噴嘴69對切削砥石65與被加工物W之接觸部位噴射切削水，藉此對切削砥石65供給切削水。
一旦切削砥石65將分割預定線S切削結束而被加工物W朝-X方向行進至X軸方向的規定位置，則令往-X方向的被加工物W之切削饋送暫且停止，令切削砥石65從被加工物W離開，將保持平台3往+X方向饋送出而送回原來位置。然後，將切割砥石65於Y軸方向每隔相鄰分割預定線S的間隔一面予以分度饋送一面依序進行同樣的切割，藉此切割同方向的全部的分割預定線S。又，令保持平台3旋轉90度後進行同樣的切割，全部的分割預定線S於縱橫便全部受到切割。
如圖3所示，例如當在分割預定線S上存在電極部Wd的情形下，若切削砥石65切入至分割預定線S上的電極部Wd，切削砥石65到達至保持治具30的閃避溝300，則分割預定線S便被完整切割。此時，由於構成電極部Wd之不鏽鋼材所具有的延展性，會發生從電極部Wd朝閃避溝300延伸之毛邊B。在此，因切削而發生之毛邊B的長度的容許最大值，一般為未滿200μm，較佳為150μm以下。
當使用實施例1的切削砥石65進行了切削的情形下發生之毛邊B的長度，如表1所示般，毛邊B的長度的平均值成為90μm，毛邊B的長度的最大值成為125μm，毛邊B的長度的不均度成為了35μm。也就是說，毛邊B的長度的平均值及最大值，成為未滿毛邊的長度的容許最大值200μm。
(比較例1)
比較例1中，使用切削砥石65a來取代實施例1的切削砥石65，如同使用了實施例1的切削砥石65之情形般，對被加工物W進行了切削。切削砥石65a，是在平均粒徑為45μm的鑽石研磨粒添加B4C研磨粒(平均粒徑15μm)作為硼化合物並以由酚樹脂等所構成之樹脂結合劑B1予以固定而成之，外形呈環狀之墊圈型的樹脂結合劑砥石，厚度為150μm。
當使用比較例1的切削砥石65a進行了切削 的情形下發生之毛邊Ba的長度，如表1所示般，毛邊Ba的長度的平均值成為140μm，毛邊Ba的長度的最大值成為275μm，毛邊Ba的長度的不均度成為了135μm。也就是說，毛邊Ba的長度的最大值，超過了毛邊的長度的容許最大值200μm。
(比較例2)
比較例2中，使用切削砥石65b來取代實施例1的切削砥石65，如同使用了實施例1的切削砥石65之情形般，對被加工物W進行了切削。切削砥石65b，是在平均粒徑為35μm的鑽石研磨粒添加ZrB2粒(平均粒徑2~3μm)作為金屬硼化物並以由酚樹脂等所構成之樹脂結合劑B1予以固定而成之，外形呈環狀之墊圈型的樹脂結合劑砥石，厚度為150μm。
當使用比較例2的切削砥石65b進行了切削的情形下發生之毛邊Bb的長度，如表1所示般，毛邊Bb的長度的平均值成為105μm，毛邊Bb的長度的最大值成為230μm，毛邊Bb的長度的不均度成為了125μm。也就是說，毛邊Bb的長度的最大值，超過了毛邊的長度的容許最大值200μm。
當藉由比較例1的切削砥石65a切削被加工物W的情形下發生之毛邊Ba的長度的最大值超出容許最大值。相對於此，當藉由實施例1的切削砥石65切削被加工物W的情形下發生之毛邊B的長度，其平均值、最 大值皆成為未滿容許最大值。此結果，是因為切削砥石65中不同於切削砥石65a，係含有ZrB2粒的緣故。也就是說，是藉由比重為約6.1g/cm3這樣重的金屬硼化物亦即ZrB2粒，切削砥石65本身的重量會變重，可以想見藉此當令切削砥石65高速旋轉的情形下切削砥石65的往Y軸方向之蛇行(Y軸方向上的搖動)減少了。又，由於切削砥石65的蛇行減少了，當切削砥石65切入至被加工物W時，切削砥石65會更垂直地切入至電極部Wd，因此可以想見切削砥石65幾乎不會和被加工物W的訂為目標之加工點以外的部位接觸，此外，分割出的電極部Wd與切削砥石65之接觸亦減少了。因此，可以想見發生之毛邊B的長度能夠達成未滿容許最大值。此外，可以想見能夠良好地保持被分割而製作出之裝置D的特性。
此外，相較於砥石中的鑽石研磨粒的平均粒徑(45μm)比硼化合物亦即B4C的平均粒徑(15μm)還大之切削砥石65a而言，切削砥石65其砥石中的鑽石研磨粒的平均粒徑為40μm，比砥石中的硼化合物亦即cBN研磨粒的平均粒徑50μm還小10%以上。因此，若切削砥石65切入至被加工物W，則平均粒徑更大的cBN研磨粒會搶在鑽石研磨粒之前和被加工物W接觸，因此可以想見在被加工物W與切削砥石65之接觸部位發生的摩擦變少了。其結果，在被加工物W與切削砥石65之接觸部位發生的摩擦熱會減少而切削砥石65的消耗變少了，因此可以想見能夠更長期間使用切削砥石65。
當藉由比較例2的切削砥石65b切削被加工物W的情形下發生之毛邊Bb的長度的最大值超出毛邊的長度的容許最大值。相對於此，當藉由實施例1的切削砥石65切削被加工物W的情形下發生之毛邊B的長度，其平均值、最大值皆成為未滿毛邊的長度的容許最大值。此結果，是因為切削砥石65中不同於切削砥石65b，係含有cBN研磨粒的緣故。也就是說，藉由cBN研磨粒所具有的固體潤滑性，切削砥石65切入至被加工物W時，會抑制電極部Wd與切削砥石65之間的摩擦熱發生，而抑制了導致毛邊發生的原因即燒痕等，因此可以想見發生之毛邊B的長度能夠達成未滿容許最大值。此外，可以想見能夠良好地保持被分割而製作出之裝置D的特性。
此外，相較於砥石中不含有作為潤滑劑的硼化合物之切削砥石65b而言，切削砥石65含有cBN研磨粒作為硼化合物，此外，設計成砥石中的鑽石研磨粒的平均粒徑為40μm，比砥石中的硼化合物亦即cBN研磨粒的平均粒徑50μm還小10%以上。因此，可以想見藉由cBN研磨粒所具有的固體潤滑性，抑制了在被加工物W與切削砥石65之接觸部位發生的摩擦熱發生。此外，若切削砥石65切入至被加工物W，則平均粒徑更大的cBN研磨粒會搶在鑽石研磨粒之前和被加工物W接觸，因此可以想見在被加工物W與切削砥石65之接觸部位發生的摩擦變少了。其結果，在被加工物W與切削砥石65之接觸部位發生的摩擦熱會減少而切削砥石65的消耗變少，可以 想見能夠更長期間使用切削砥石65。
Figure 105119572-A0305-02-0016-1
65‧‧‧實施例1的切削砥石
6A‧‧‧心軸單元
61‧‧‧心軸
1‧‧‧切削裝置
12‧‧‧校準手段
120‧‧‧拍攝手段
6‧‧‧切削手段
69‧‧‧切削水供給噴嘴
3‧‧‧保持平台
30‧‧‧保持治具
30a‧‧‧保持治具的保持面(保持平台的保持面)
300‧‧‧閃避溝
32‧‧‧治具基座
32a‧‧‧吸附管
W‧‧‧被加工物
Wa‧‧‧被加工物的上面
Wc‧‧‧裝置區域

Claims (2)

  1. 一種切削砥石，係切削被加工物之切削砥石，其特徵為，在鑽石研磨粒添加硼化合物及金屬硼化物，並以結合劑予以固定，該鑽石研磨粒相對於該結合劑以體積比10~20%混入，該硼化合物為cBN且相對於該結合劑以體積比10~20%混入，該金屬硼化物為ZrB2且相對於該結合劑以體積比25~35%混入，該鑽石研磨粒的粒徑比該硼化合物的粒徑還小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之切割砥石，其中，前述鑽石研磨粒的粒徑比前述硼化合物的粒徑還小10~20%。
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