(57)【要約】【課題】基材の剛性を充分に確保でき、切刃の耐食性が高められ、安定して精度よく被切断材を切断加工できる切断ブレード、切断ブレードの製造方法及び切断加工装置を提供する。【解決手段】円形薄板状をなす基材１の外周縁部の切刃を用いて、被切断材を切断加工する切断ブレード１０であって、前記基材１は、ダイヤモンドで形成され、少なくともその前記切刃が金属膜１３で被覆されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形薄板状をなす基材の外周縁部の切刃を用いて、被切断材を切断加工する切断ブレードであって、
前記基材は、ダイヤモンドで形成され、少なくともその前記切刃が金属膜で被覆されていることを特徴とする切断ブレード。
【請求項２】
請求項１に記載の切断ブレードであって、
前記金属膜は、ニッケルからなることを特徴とする切断ブレード。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の切断ブレードであって、
前記基材は、硬度が互いに異なる複数のダイヤモンド層を積層し形成されていることを特徴とする切断ブレード。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の切断ブレードを製造するための切断ブレードの製造方法であって、
ＣＶＤ法により、基材型の表面にダイヤモンドを成膜する工程と、
前記ダイヤモンドから前記基材型を除去することで、このダイヤモンドからなる前記基材を形成する工程と、
金属めっき液内に前記基材を浸漬させ、無電解めっきにより該基材の少なくとも前記切刃に前記金属膜を被覆する工程と、を備えることを特徴とする切断ブレードの製造方法。
【請求項５】
回転する切断ブレードの外周縁部の切刃を用いて、被切断材を切断加工する切断加工装置であって、
前記切断ブレードとして、請求項１〜３のいずれか一項に記載の切断ブレードを用いたことを特徴とする切断加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶や石英等を切断加工する切断ブレード、切断ブレードの製造方法及びこれを用いた切断加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製品などに用いられる水晶や石英等の被切断材の切断加工には、高精度が要求されており、このような切断加工には、円形薄板状の切断ブレードが使用される。一般に、切断ブレードは、円形薄板状をなす基材と、該基材の外周縁部に形成された切刃とを有しており、この切刃を用いて、被切断材を切断加工する。
【０００３】
例えば、特許文献１には、円板状をなし、超硬合金からなる基材の外周縁部に、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によりダイヤモンド膜を成膜し切刃とするダイヤモンド被膜ガラスカッター（切断ブレード）が記載されている。
また一般に、切断ブレードの基材として、ＳＵＳ等の金属材料が用いられることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２１９７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような切断ブレードにおいては、下記の課題を有している。
すなわち、切断ブレードの基材の剛性が未だ充分とは言えず、さらなる剛性の向上が求められていた。詳しくは、切断ブレードが比較的薄肉に形成されるような場合に、製造時や加工時において、基材自体に反りや歪等が生じてしまうことがあった。
【０００６】
また、切断ブレードで被切断材を切断加工する際には、例えば、炭酸ガスを混入させ比抵抗値を低減させた水（炭酸水）等のクーラントを切刃近傍に供給して、切粉の排出性を確保するとともに切刃を冷却するようにしている。しかしながら、このようなクーラントに対して、基材の切刃の耐食性が充分に確保されているとは言えなかった。
【０００７】
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、基材の剛性を充分に確保でき、切刃の耐食性が高められ、安定して精度よく被切断材を切断加工できる切断ブレード、切断ブレードの製造方法及び切断加工装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち本発明は、円形薄板状をなす基材の外周縁部の切刃を用いて、被切断材を切断加工する切断ブレードであって、前記基材は、ダイヤモンドで形成され、少なくともその前記切刃が金属膜で被覆されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る切断ブレードによれば、基材が、ダイヤモンドで形成されているので、この切断ブレードを薄肉に形成しても、剛性が充分に確保される。詳しくは、例えば、基材の厚さ寸法を３００μｍ以下の薄肉に設定するような場合でも、基材の機械的強度が充分に確保される。また、基材の熱膨張係数が低められていることから、この切断ブレードを連続して切断加工に用いた場合であっても、基材の熱変形が抑制され、加工精度が安定して確保される。
【００１０】
また、基材は、少なくともその切刃が金属膜で被覆されているので、該切刃の機械的強度がより高められている。また、このように基材の切刃が金属膜で被覆されることにより、切断加工の際に用いられる例えば炭酸水等のクーラントに対して、切刃の耐食性が高められている。
【００１１】
また、一般にダイヤモンドは疎水性であるが、基材の切刃を金属膜で被覆することにより、前述の炭酸水等のクーラントに対して、切刃が馴染みやすくされている。すなわち、切断ブレードが被切断材を切断加工する際、クーラントが切刃の表面に馴染んで該切刃に付着した切粉を確実に排出するので、切断加工の精度が安定して確保される。また、このようにクーラントが切刃に馴染むことから、該切刃が効率よく冷却される。従って、この切断ブレードによれば、安定して精度よく被切断材を切断加工できる。
【００１２】
また、本発明に係る切断ブレードにおいて、前記金属膜は、ニッケルからなることとしてもよい。
【００１３】
本発明に係る切断ブレードによれば、前記金属膜がニッケルからなるので、前述の耐食性が確実に高められる。
【００１４】
また、本発明に係る切断ブレードにおいて、前記基材は、硬度が互いに異なる複数のダイヤモンド層を積層し形成されていることとしてもよい。
【００１５】
本発明に係る切断ブレードによれば、基材は、硬度が互いに異なる複数のダイヤモンド層を積層し形成されているので、用途に応じて、これらのダイヤモンド層を種々に設定できる。
【００１６】
すなわち、例えば、この基材を３層のダイヤモンド層を積層し形成することとした場合に、これらのダイヤモンド層のうち外層には比較的硬度の高いものを夫々用い、内層には前記外層よりも硬度の低いものを用いるような設定が可能である。この場合、この基材は、ダイヤモンド層の外層が高硬度に形成されることにより耐摩耗性が高められ、内層の靭性が確保されることにより加工時の衝撃等に対する破損が防止されるとともに剛性が向上する。
【００１７】
また、本発明は、前述の切断ブレードを製造するための切断ブレードの製造方法であって、ＣＶＤ法により、基材型の表面にダイヤモンドを成膜する工程と、前記ダイヤモンドから前記基材型を除去することで、このダイヤモンドからなる前記基材を形成する工程と、金属めっき液内に前記基材を浸漬させ、無電解めっきにより該基材の少なくとも前記切刃に前記金属膜を被覆する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る切断ブレードの製造方法によれば、ＣＶＤ法により生成したダイヤモンドを基材として用いるので、該基材を、比較的簡便に精度よく形成できる。すなわち、ＣＶＤ法によって、ダイヤモンドが基材型の表面に均一に成膜されていくことから、基材の厚さが全体に均一とされ、基材が高精度に形成される。
【００１９】
また、ダイヤモンドを生成した後、基材型をエッチング等により除去することで、比較的容易に前記ダイヤモンドからなる基材を得ることができる。
また、このようにして得られた基材を金属めっき液内に浸漬させ無電解めっきすることにより、該基材の少なくとも切刃に比較的簡便に精度よく金属膜を形成できる。
【００２０】
また、本発明は、回転する切断ブレードの外周縁部の切刃を用いて、被切断材を切断加工する切断加工装置であって、この切断ブレードとして、前述の切断ブレードを用いたことを特徴としている。
【００２１】
本発明に係る切断加工装置によれば、前述の切断ブレードを用いているので、基材１の剛性が確保されるとともに切刃の耐食性が高められ、被切断材を高精度に安定して切断加工できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る切断ブレード及びこれを用いた切断加工装置によれば、基材の剛性を充分に確保でき、切刃の耐食性が高められ、安定して精度よく被切断材を切断加工できる。
また、本発明に係る切断ブレードの製造方法によれば、このような切断ブレードを比較的容易かつ高精度に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る切断ブレードを示す側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る切断ブレードの製造手順を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る切断ブレードの製造手順を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本実施形態の切断ブレード１０は、例えば、水晶や石英等の硬脆材料からなる被切断材の精密切断加工に用いられる。図１に示すように、切断ブレード１０は、円形薄板状の基材１からなり、この基材１の中央部に形成された取付孔２を用いて、不図示の切断加工装置の主軸に装着されるようになっている。そして、切断ブレード１０は、その軸周りに回転されつつ軸に垂直な方向に送り出されることにより、基材１の外周縁部の切刃を被切断材に切り込んで、切断加工する。
【００２５】
詳しくは、切断ブレード１０は、例えば、外径が５８ｍｍ程度、取付孔２の内径が４０ｍｍ程度とされ、厚さ寸法が５０〜３００μｍの範囲内に設定され、比較的薄肉に形成されている。
【００２６】
また、基材１は、ダイヤモンドで形成されている。詳しくは、基材１は、硬度が互いに異なる複数のダイヤモンド層を積層し形成されている。図示の例では、基材１は、３層のダイヤモンド層からなり、これらのダイヤモンド層のうち内層には、ナノインデンテーション法による押し込み硬さが５８８４０〜１４００００Ｎ／ｍｍ２の範囲内に設定された第１ダイヤモンド層１１が配置されている。
【００２７】
また、これらのダイヤモンド層のうち外層には、第１ダイヤモンド層１１を厚さ方向に挟むようにして、一対の第２ダイヤモンド層１２が配置されている。詳しくは、第２ダイヤモンド層１２は、第１ダイヤモンド層１１よりも前記押し込み硬さが高く設定されている。また、第２ダイヤモンド層１２の前記押し込み硬さは、６００００〜１５００００Ｎ／ｍｍ２の範囲内に設定される。
【００２８】
また、第２ダイヤモンド層１２の各膜厚と第１ダイヤモンド層１１の膜厚との比は、例えば、１：２〜２０の範囲内に設定される。尚、本実施形態においては、第２ダイヤモンド層１２の膜厚を夫々１０μｍに設定し、第１ダイヤモンド層１１の膜厚を３０μｍに設定している。
【００２９】
また、基材１は、ニッケル膜（金属膜）１３で被覆されている。詳しくは、ニッケル膜１３は、基材１の外周縁部における前記切刃を被覆し、さらにこの切刃から径方向の内側へ向かって、一対の第２ダイヤモンド層１２における厚さ方向の外方を向く表面を夫々被覆している。また、このニッケル膜１３には、ダイヤモンド砥粒（不図示）が分散されている。尚、ニッケル膜１３は、基材１の少なくとも前記切刃を被覆し形成されていればよい。
【００３０】
次に、切断ブレード１０を製造する手順について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、ダイヤモンドを成膜可能なＳｉ等の材料からなる円板状の基材型２１を用意する。尚、基材型２１には剛性が充分に確保されたものを用い、基材型２１の表面２１Ａは、予め滑らかな平面に形成しておく。
【００３１】
次いで、基材型２１の表面２１Ａの中央部に、円形状のマスク板（不図示）によりマスキングを施した状態で、この基材型２１を、気相合成法熱フィラメント炉からなる反応容器内に配置する。尚、前記マスク板の厚さ寸法は、成膜するダイヤモンドの膜厚よりも大きく設定する。そして、ＣＶＤ法によって、基材型２１の表面２１Ａにおける前記マスク板以外の部分に、ダイヤモンドを成膜する。すなわち、表面２１Ａにおいて、前述した基材１の取付孔２に対応する部分に孔を有するようにして、ダイヤモンド層を生成させる。
【００３２】
詳しくは、図２（ｂ）に示すように、基材型２１の表面２１Ａに、硬度が互いに異なる複数のダイヤモンド層を、順次積層させるように連続して成膜する。図示の例では、まず、表面２１Ａに第２ダイヤモンド層１２を成膜し、次いで、この第２ダイヤモンド層１２における基材型２１側とは反対側を向く表面１２Ａに第１ダイヤモンド層１１を成膜した後、この第１ダイヤモンド層１１における基材型２１側とは反対側を向く表面１１Ａに第２ダイヤモンド層１２を成膜する。
【００３３】
次いで、図２（ｃ）に示すように、機械加工により、基材型２１の厚さが充分に薄くなるまで研削する。詳しくは、基材型２１における前記ダイヤモンド層側とは反対側からこの基材型２１を研削加工し、該基材型２１の厚さ寸法が、例えば５０μｍ程度になるまで削り込む。
【００３４】
次いで、図３（ｄ）に示すように、エッチングにより、基材型２１を溶解し除去することで、前記ダイヤモンド層からなる基材１が形成される。
【００３５】
次いで、この基材１において、ニッケル膜１３を被覆する部分以外の部分にマスキングを施す。図示の例では、取付孔２の内周面にマスキングを施す。尚、前述したように、ニッケル膜１３は、基材１の少なくとも前記切刃を被覆し形成されていればよいことから、このようにニッケル膜１３を切刃にのみ被覆する場合は、該切刃以外の部分にマスキングを施すことになる。
【００３６】
詳しくは、前述のマスキングには、例えば、テトラフロロエチレン製マスク材を用いることができ、予め、このテトラフロロエチレン製マスク材及び基材１を塩素系有機溶剤で脱脂後、互いに張り合わせて固定し、水酸化ナトリウムを主成分とする水溶液によるアルカリ脱脂、及び、塩酸による酸洗を順次行う。
【００３７】
次いで、基材１にシランカップリング処理を施す。
詳しくは、例えば、シランカップリング剤として、３−アミノプロピルトリメトキシシラン[Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３]を用い、６％の前記シランカップリング剤及び３％超純水を１００ｃｍ３のメタノール溶媒液中に混合したものに基材１を浸漬して、１時間程度攪拌する。
【００３８】
次いで、基材１を洗浄し、乾燥する。
詳しくは、前述のようにシランカップリング剤を被覆した基材１を、例えば、メタノール→超純水→メタノールの順に浸漬し、洗浄した後、乾燥機内に配置し、乾燥温度：７０℃、乾燥時間：１０時間以上の条件で乾燥させる。
【００３９】
次いで、基材１に触媒付与処理を施す。すなわち、基材１においてニッケル膜１３を被覆する部分に、予め触媒付与を行って、無電解めっきの化学反応を促進させるように処理しておく。
【００４０】
詳しくは、触媒溶液として、例えば、センシタイジング工程においては、塩化スズ（ＳｎＣｌ２）を純水に溶かし濃度１０ｐｐｍに設定した溶液を用いることができる。また、アクチベイティング工程においては、塩化パラジウム（ＰｄＣｌ２）を純水に溶かし濃度１０ｐｐｍに設定した溶液を用いることができる。
【００４１】
そして、これらの触媒溶液を夫々１００ｃｍ３ずつ用意し、基材１を夫々の溶液中に浸漬し２分間ずつ攪拌する。このようにして、基材１にＳｎ、Ｐｄからなる触媒をこの順に付与する。尚、基材１にＳｎを付与する処理と、Ｐｄを付与する処理との間には、超純水によって該基材１を洗浄する工程が含まれる。
【００４２】
次いで、基材１を洗浄した後、ニッケルを含む無電解めっき液（金属めっき液）内にこの基材１を浸漬させ、無電解めっきにより、該基材１における前述のニッケル膜１３を被覆する部分にニッケル膜１３を被覆する。
【００４３】
詳しくは、基材１を水洗いした後、該基材１を、１μｍ以下のダイヤモンド砥粒を含む無電解めっき液中に浸漬する。尚、無電解めっき液としては、例えば、酢酸ナトリウム（１０ｇ／Ｌ）、クエン酸ナトリウム（１０ｇ／Ｌ）、硫酸ニッケル溶液（２５ｇ／Ｌ）、及び、還元剤として次亜リン酸ナトリウム（２０ｇ／Ｌ）を有するニッケル−リン無電解めっき液を用いることができる。
【００４４】
そして、この無電解めっき液を、液温８５℃、ＮａＯＨでＰＨ５．０に設定して、基材１を該無電解めっき液内に２０分間浸漬することで、図３（ｅ）に示すように、平均膜厚１μｍ程度のニッケル膜１３を形成させる。尚、この際、ニッケル膜１３内には、ダイヤモンド砥粒が分散されることになる。
【００４５】
次いで、基材１を無電解めっき液内から引き上げ、水洗いで洗浄し、乾燥させた後、マスキングを除去する。
このようにして、切断ブレード１０が製造される。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態に係る切断ブレード１０によれば、基材１が、ダイヤモンドで形成されているので、この切断ブレード１０を薄肉に形成しても、剛性が充分に確保される。詳しくは、基材１の厚さ寸法が３００μｍ以下の薄肉に設定されても、基材１の機械的強度が充分に確保される。また、基材１の熱膨張係数が低められていることから、この切断ブレード１０を連続して切断加工に用いた場合であっても、基材１の熱変形が抑制され、加工精度が安定して確保される。
【００４７】
また、基材１は、少なくともその切刃がニッケル膜１３で被覆されているので、該切刃の機械的強度がより高められている。また、このように基材１の切刃がニッケル膜１３で被覆されることにより、切断加工の際に用いられる例えば炭酸水等のクーラントに対して、切刃の耐食性が高められている。
【００４８】
また、一般にダイヤモンドは疎水性であるが、基材１の切刃をニッケル膜１３で被覆することにより、前述の炭酸水等のクーラントに対して、切刃が馴染みやすくされている。すなわち、切断ブレード１０が被切断材を切断加工する際、クーラントが切刃の表面に馴染んで該切刃に付着した切粉を確実に排出するので、切断加工の精度が安定して確保される。また、このようにクーラントが切刃に馴染むことから、該切刃が効率よく冷却される。従って、この切断ブレード１０によれば、安定して精度よく被切断材を切断加工できる。
【００４９】
また、このニッケル膜１３は、ダイヤモンド砥粒が分散され形成されているので、被切断材に対する切れ味が確実に高められ、高精度の切断加工が安定して行える。また、この切刃の耐摩耗性が高められ、工具寿命が延長する。
【００５０】
また、基材１は、硬度が互いに異なる複数のダイヤモンド層を積層し形成されているので、用途に応じて、これらのダイヤモンド層を種々に設定できる。
【００５１】
詳しくは、基材１が、３層のダイヤモンド層を積層し形成されており、これらのダイヤモンド層のうち外層には比較的硬度の高い第２ダイヤモンド層１２を夫々用い、内層にはこれら第２ダイヤモンド層１２よりも硬度の低い第１ダイヤモンド層１１を用いている。従って、この基材１は、ダイヤモンド層の外層をなす第２ダイヤモンド層１２が高硬度に形成されることにより耐摩耗性が高められ、内層をなす第１ダイヤモンド層１１の靭性が確保されることにより加工時の衝撃等に対する破損が防止されるとともに剛性が向上している。
【００５２】
また、本実施形態の切断ブレード１０の製造方法によれば、ＣＶＤ法により生成したダイヤモンドを基材１として用いるので、該基材１を、比較的簡便に精度よく形成できる。すなわち、ＣＶＤ法によって、ダイヤモンドが基材型２１の表面２１Ａに均一に成膜されていくことから、基材１の厚さが全体に均一とされ、基材１が高精度に形成される。
【００５３】
また、ダイヤモンドを生成した後、基材型２１をエッチング等により除去することで、比較的容易に前記ダイヤモンドからなる基材１を得ることができる。
また、このようにして得られた基材１を無電解めっき液内に浸漬させ無電解めっきすることにより、該基材１の少なくとも切刃に比較的簡便に精度よくニッケル膜１３を形成できる。
【００５４】
また、本実施形態の切断ブレード１０を用いた切断加工装置によれば、基材１の剛性が確保されるとともに切刃の耐食性が高められ、被切断材を高精度に安定して切断加工できる。
【００５５】
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、本実施形態では、基材１の切刃をニッケル膜１３で被覆することとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、この切刃をニッケル以外の金属材料からなる金属膜で被覆してもよい。この金属膜としては、例えば、銅−スズ合金、超硬ボンド、セラミックス等が挙げられる。尚、本実施形態のように、金属膜がニッケルからなる場合は、切刃の耐食性が確実に高められることから、より好ましい。
【００５６】
また、切断ブレード１０の基材１が、第１ダイヤモンド層１１と、この第１ダイヤモンド層１１を間に挟む一対の第２ダイヤモンド層１２と、の３層からなることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、基材１は、単一のダイヤモンド層や、２層又は４層以上のダイヤモンド層からなることとしてもよい。
【００５７】
また、本実施形態では、基材１の外層をなす第２ダイヤモンド層１２における前記押し込み硬さが、基材１の内層をなす第１ダイヤモンド層１１における前記押し込み硬さよりも高く設定されることとしたが、これに限定されるものではない。
【００５８】
また、前述した切断ブレード１０の製造方法においては、基材型２１の表面２１Ａにダイヤモンド層を形成した後、エッチングにより、該基材型２１を溶解し除去することで、前記ダイヤモンド層からなる基材１が形成されることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、基材型２１の表面２１Ａにダイヤモンド層を形成した後、エッチング以外の熱衝撃（すなわちダイヤモンド層と基材型２１との熱膨張率の差を用いる手法）や機械的処理等により、基材型２１をこのダイヤモンド層から分離させ除去するとともに、前記ダイヤモンド層からなる基材１を形成しても構わない。
【００５９】
また、このように基材型２１を除去した基材１に対して、ニッケル膜１３で被覆する部分以外の部分にマスキングを行う工程、シランカップリング処理を施す工程、基材１を洗浄する工程、触媒付与処理を施す工程、無電解めっきによりニッケル膜１３を形成する工程等における各条件（材料、分量、時間等）は、前述の実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６０】
１  基材
１０  切断ブレード
１１  第１ダイヤモンド層（ダイヤモンド層）
１２  第２ダイヤモンド層（ダイヤモンド層）
１３  ニッケル膜（金属膜）
２１  基材型
２１Ａ  基材型の表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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