(57)【要約】【課題】砥粒層の厚さを薄くしても剛性や強度を十分に確保して加工時の直進性の向上やチッピングの発生抑制を図ることができるとともに、砥粒層に切屑による目詰まり等を生じることが少なく、しかも加工時に発生する熱によっても切れ味が損なわれたりすることのない薄刃砥石を提供する。【解決手段】金属結合相３に砥粒４を分散してなる円形薄板状の砥粒層１を備え、この砥粒層１の側面１ＡにＴｉＣＮよりなるコーティング層２を被覆する。【選択図】図３
2009006408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属結合相に砥粒を分散してなる円形薄板状の砥粒層を備え、この砥粒層の側面にはＴｉＣＮよりなるコーティング層が被覆されていることを特徴とする薄刃砥石。
【請求項２】
上記コーティング層は、上記砥粒層の外周から該砥粒層の半径方向の幅の１／２以上の幅で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の薄刃砥石。
【請求項３】
上記コーティング層は、上記砥粒の平均粒径の１／２以下の厚さで被覆されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄刃砥石。
【請求項４】
上記コーティング層は、ＣＶＤ法により被覆されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄刃砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置等の各種電子材料部品やセラミックスグリーンシートの切断や溝入れなどに用いられる薄刃砥石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の薄刃砥石としては、例えば特許文献１に、砥粒を金属結合相中に分散配置してなる円環平板形状の砥石本体を有して、この砥石本体の少なくとも切削作用領域では厚み方向を向く側面における金属結合層表面からの砥粒の突出量が砥粒の平均粒径の１／４以下とされた電鋳薄刃砥石が提案されており、さらに少なくともこの切削作用領域では、厚み方向の両端部に中間部よりも砥粒の集中度の高い高集中度層を設けることが記載されている。また、特許文献２には、砥粒を母体金属で電着して形成した電着ブレードであって、該母体金属の表面に、ダイヤモンド状カーボンをコーティングしたコーティング層を、母体金属から突出した砥粒の高さよりも薄く形成したものも提案されている。
【特許文献１】特開２００４−１３６４３１号公報
【特許文献２】特開２０００−１４４４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このような薄刃砥石によって電子材料部品等を切断して個片化する場合などには、その切断代を出来るだけ小さくして製品歩留まりの向上を図ることが期待される。また、特に発振子等の電子材料部品に溝入れ加工を行う場合にも、最近では挟ピッチの溝入れが必要とされることが多く、このため切断や溝入れを行う砥粒層の厚さは極力薄くすることが要求されるが、こうして砥粒層を薄くするとその剛性や強度が損なわれてしまい、加工の際の砥石の直進性が劣化して加工精度を損なったり、ワークに大きなチッピングが発生して加工不能となったりするおそれがある。
【０００４】
しかるに、上記特許文献１に記載された薄刃砥石では、上述のように砥粒層の切削作用領域において厚さ方向の両端部すなわち砥粒層の両側面側に高集中度層を設けることにより剛性や強度の確保を図っているが、該側面はニッケルめっき等による金属結合相がむき出しのままとなっているため、加工時に生成された切屑が付着して目詰まりを生じ易く、抵抗が増大するとともに加工中に砥石が高温となって焼き付きが生じるおそれもある。なお、このような切屑の付着は、未焼結のセラミックスグリーンシートを切断したりする場合に一層顕著となる。
【０００５】
この点、特許文献２に記載の薄刃砥石では、母体金属の表面すなわち砥粒層の側面にコーティングされたダイヤモンド状カーボンの摩擦係数が小さいため、該側面に目詰まりが生じるのを防ぐとともに加工時の抵抗も低減することはできるが、その一方でこのようなダイヤモンド状カーボンよりなるコーティング層では砥粒層の剛性や強度を確保することはできない。しかも、かかるダイヤモンド状カーボンよりなるコーティング層は加工時に発生する熱によって剥離し易く、長期に亙って目詰まりの防止や抵抗の低減等の効果を維持するのは困難であり、さらに砥粒層自体の耐摩耗性を向上させることも難しい。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、砥粒層の厚さを薄くしても剛性や強度を十分に確保して加工時の直進性の向上やチッピングの発生抑制を図ることができるとともに、砥粒層に切屑による目詰まり等を生じることが少なく、しかも加工時に発生する熱によってもコーティング層の剥離を生じたりすることのない薄刃砥石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】
【０００７】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、金属結合相に砥粒を分散してなる円形薄板状の砥粒層を備え、この砥粒層の側面にはＴｉＣＮよりなるコーティング層が被覆されていることを特徴とする。
【０００８】
従って、このように構成された薄刃砥石では、砥粒層の側面に被覆されるコーティング層が高硬度で耐摩耗性の高いＴｉＣＮよりなるものであるので、コーティング層を含めた砥粒層全体の剛性や強度を十分に確保することができ、被加工物が上述の電子材料部品のような難削材であっても加工時の砥石の直進性の向上を図るとともに、ワークにチッピングが発生するのを抑制することが可能となる。また、このようなＴｉＣＮよりなるコーティング層は、砥粒層における金属めっき相から容易に剥離することがない一方、切屑の付着性は低くて目詰まり等の発生を防ぐことができ、加工中の焼き付きを防止することができるとともに、耐熱性にも優れているため加工中に温度が上昇しても鋭い切れ味を維持することができ、場合によっては乾式の切断や溝入れを行うことも可能となる。
【０００９】
ここで、上記コーティング層は、砥粒層の円形の側面全体に被覆されていてもよいが、例えば砥粒層の両側面が一対のフランジによって挟持されて加工に供される円環薄板状の薄刃砥石では、少なくともこのフランジよりも外周側にはみ出す部分にコーティング層が被覆されていれば、コーティング層を介して確実に砥粒層を指示することができるので、このコーティング層は砥粒層の外周から該砥粒層の半径方向の幅の１／２以上の幅で被覆されていればよい。
【００１０】
ただし、その被覆厚さは、砥粒層に分散されて上記側面から突出した砥粒が埋没してしまうほど厚いと、却って加工時の抵抗の増大や切れ味の劣化を招くおそれがあるので、該コーティング層は、上記砥粒の平均粒径の１／２以下の厚さで被覆されるのが望ましい。なお、このようにコーティング層を被覆することにより、本発明によれば、このコーティング層を含めた砥石側面からの砥粒の突き出し量をコントロールすることもできるので、被加工物の加工面の品位を向上させることができるという効果も得られる。
【００１１】
一方、このようなＴｉＣＮよりなるコーティング層は、周知の方法で形成した砥粒層を有する薄刃砥石に、イオンプレーティング法やスパッタリング法に代表されるＰＶＤ法（物理蒸着法）によって被覆することも可能であるが、このようなＰＶＤ法によって被覆されたコーティング層では、所望の剛性や強度の向上を図ることができなくなるそれがあるので、このコーティング層は、上記薄刃砥石を高温の炉内に保持しつつ反応ガスと反応させて被覆を行うＣＶＤ法（化学蒸着法）により被覆されるのが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
このように、本発明の薄刃砥石によれば、砥粒層の厚さを極力薄くしても剛性や強度を十分に確保することができ、これにより砥石の直進性の向上を図って高い加工精度を得るとともにチッピングの発生を抑制しながらも、切屑の付着による目詰まりや焼き付きを防止することができる。しかも、ＴｉＣＮよりなるコーティング層は砥粒層の金属結合相から剥離し難いうえに耐熱性も高いので、乾式で加工を行うような過酷な条件でも長期に亙ってこのような効果を安定して奏功することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１ないし図３は、本発明の薄刃砥石の一実施形態を示す概略図である。本実施形態の薄刃砥石は図１に示すように軸線Ｏを中心とした円環形で厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の薄肉板状（ただし、図２では説明のため厚さが大きく示されている。）をなしており、かかる円環薄板状の砥粒層１とその側面１Ａに被覆されたコーティング層２とから構成されていて、砥粒層１の内径部１Ｂが図示されない加工装置の主軸に挿入されるとともに、両側面１Ａ，１Ａのコーティング層２を含めた内周側部分が一対のフランジ等によって挟着されることにより該主軸に取り付けられる。そして、上記軸線Ｏ回りに回転されつつ該軸線Ｏに垂直な方向に送り出されることにより、その外周縁部によって、例えば半導体チップ等の電子部品やセラミックスグリーンシートの切断や溝入れなどの超精密加工に使用される。
【００１４】
上記砥粒層１は、Ｃｕ−ＳｎまたはＣｏ、Ｎｉ等を主成分とする金属結合相３にダイヤモンドやｃＢＮ等の超砥粒４を均一に分散したものであって、このような金属の粉末よりなる結合剤（メタルボンド）と超砥粒４とを混合して上述のような形状に成型し、必要に応じて所定の加圧下で、上記金属結合剤の焼結温度に加熱することにより形成され、さらにその側面１Ａ，１Ａには目立てが施される。
【００１５】
一方、上記コーティング層２は、本実施形態ではこうして形成された砥粒層１の両側面１Ａ，１Ａに、該砥粒層１の外周から砥粒層１の半径方向の幅Ｗの１／２以上の一定の幅Ｘで、かつ超砥粒４の平均粒径の１／２以下の略一定の厚さｔで被覆されたものであり、ＣＶＤ法によってＴｉＣＮを被覆することにより構成されている。なお、こうして被覆されたＴｉＣＮよりなるコーティング層２は、砥粒層１の両側面１Ａ，１Ａ同士で上記幅Ｘおよび厚さｔが互いに略等しくされている。
【００１６】
より具体的に、このコーティング層２は、熱ＣＶＤ法によって被覆されており、例えば上述のように形成した砥粒層１よりなる薄刃砥石を熱ＣＶＤ炉に装填し、炉内温度：８４０℃、炉内圧力：６６６．４５Ｐａ、反応ガス組成：容量％で９４．８％Ｈ２−４．７％ＴｉＣｌ４−０．５％ＣＨ３ＣＮの条件で、反応時間を制御して所定の上記厚さｔとなるように、８時間程度の反応時間で処理することにより被覆される。
【００１７】
こうしてコーティング層２が被覆された薄刃砥石においては、該コーティング層２の厚さｔが超砥粒４の平均粒径の１／２以下であるので、上記目立ての際に砥粒層１の側面１Ａから平均粒径の１／２以上突出していた超砥粒４は該コーティング層２の表面にも突出することになる。また、このコーティング層２の被覆後に薄刃砥石はその内外径が所定の径に成形され、その際に砥粒層１の外周縁においてはコーティング層２が除去されて図３に示すように超砥粒４が突出させられる。
【００１８】
従って、このように形成された本実施形態の薄刃砥石においては、砥粒層１の側面１Ａに被覆されたＴｉＣＮよりなるコーティング層２が、砥粒層１の金属めっき相３よりも高硬度で耐摩耗性が高いため、薄刃砥石全体としてその厚さを小さくしても剛性および強度を十分に確保することができ、これにより切断や溝入れ加工時の薄刃砥石の直進性を維持して高い加工精度を奏しつつ、切断代を出来るだけ小さくして製品歩留まりの向上を図ったり、挟ピッチの溝入れにも確実に対応したりすることが可能となる。また、こうして砥粒層１が硬質で耐摩耗性の高いＴｉＣＮよりなるコーティング層２によって被覆されることにより、砥石自体の耐摩耗性も向上させて長寿命化を図ることもできる。
【００１９】
さらに、このようなＴｉＣＮよりなるコーティング層２は、従来のダイヤモンド状カーボンよりなるコーティング層のように加工時に発生する熱によって容易に剥離するようなことがなく、すなわち耐熱性が高いため、たとえ乾式の切断・溝入れ加工であっても鋭い切れ味を持続させることができる。その一方で、かかるＴｉＣＮコーティング層２は、例えばＮｉ等の金属結合相３がむき出しのままの砥粒層などに比べては切屑の付着が少なく、従って切屑による目詰まり等の発生を防いで加工時の抵抗の低減を促すことができるとともに、加工時の発熱自体も抑えて一層長期に亙る鋭い切れ味の持続を図ることが可能となる。
【００２０】
また、本実施形態ではコーティング層２が砥粒層１の外周から該砥粒層１の半径方向の幅Ｗの１／２以上の幅Ｘで被覆されていて、一対のフランジにより薄刃砥石が挟着される際に、砥粒層１の両側面１Ａ，１Ａのコーティング層２，２がその内周側部分を該フランジに密着させて挟み込まれるようになされている。このため、これらのフランジにより硬質のコーティング層２，２を介して薄刃砥石の外周部を支持した状態で切断や溝入れ加工を行うことができ、上述のように砥石自体の剛性や強度が確保されることとも相俟って、さらに直進性の向上や高精度の加工を図ることができる。
【００２１】
なお、上記幅Ｘは、このようにフランジがコーティング層２を挟み込むような範囲とされていればよいので、例えば幅Ｘが円環状の砥粒層１の側面１Ａの幅Ｗと等しく、すなわちこの側面１Ａの全面にコーティング層２が被覆されたような構成とされていてもよい。ただし、本実施形態ではこのように一対のフランジによって薄刃砥石を挟着する構成としているが、例えば円環状の台金の側面に砥粒層１が形成されたハブ付きの薄刃砥石に本発明を適用することも可能である。
【００２２】
一方、本実施形態では上記コーティング層２が超砥粒４の平均粒径の１／２以下の厚さｔとされていて、上述のように砥粒層１の両側面１Ａから平均粒径の１／２以上突出した超砥粒４がそのままコーティング層２の表面からも突出するようにされており、このため切断や溝入れの際の加工壁面とコーティング層２の表面との間に僅かながらでもクリアランスを確保することができる。従って、加工時の抵抗を一層低減することができるとともに、このクリアランスを介して切屑の円滑な排出を図ることもでき、目詰まりの発生等をより確実に防止することが可能となる。ただし、このコーティング層２の厚さｔがあまり小さすぎると剛性や強度の確保が困難となるおそれがあるので、厚さｔは砥粒の平均粒径の１／５以上、または０．５μｍ以上とされるのが望ましく、１．０μｍ以上とされるのがより望ましい。
【００２３】
さらにまた、本実施形態では上記ＴｉＣＮよりなるコーティング層２がＣＶＤ法によって被覆されたものであって、上述のような高い剛性や強度を十分に確保することが可能であり、その砥石厚さを小さくしても一層確実に高精度の加工を可能として、切断代の削減や挟ピッチの溝入れを図ることができる。すなわち、ＣＶＤ法以外の、例えばＰＶＤ法などによってこのようなコーティング層を被覆しても、上述のような剛性や強度を確保することは困難である。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の薄刃砥石について、より具体的な実施例により説明する。本実施例ではまず、平均粒径１４μｍ（粒度＃８００）のダイヤモンド超砥粒を集中度１００でＣｕ−Ｓｎ−Ｃｏよりなる金属結合相に均一に分散した外径５８ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの砥粒層１をベースブレードとして製造した。次いで、このベースブレードの砥粒層１の両側面１Ａ，１Ａに、上述した条件の熱ＣＶＤ法によって厚さｔを３μｍ、７μｍ、１０μｍとしたＴｉＣＮよりなるコーティング層２を被覆して、本発明に基づく３種の薄刃砥石を製造した。これらを上記厚さｔの順に実施例１〜３とする。なお、これら実施例１〜３においてコーティング層２の砥石外周からの幅Ｘは砥粒層１の幅Ｗ＝９ｍｍの２／３の６ｍｍであった。
【００２５】
ここで、まずこれら実施例１〜３と、比較例としてコーティング層２を被覆していない上記ベースブレードとで、その剛性値を測定した。この結果を次表１に示す。
【００２６】
【表１】
2009006408.tif 000003
【００２７】
この表１より、コーティング層２が被覆された実施例１〜３では、いずれもベースブレードより剛性値が高く、しかもコーティング層２の厚さｔが最も厚い実施例３が剛性値も最も高くなっていた。
【００２８】
次いで、これら実施例１〜３およびベースブレードの薄刃砥石により同一のワークを送り速度を変えて切断加工を行い、その際の直進性、チッピング、および切断装置の主軸電流値を測定した。ここで、切断したワークはＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ（φ３”×１．８ｔ）であり、外径４９ｍｍのフランジによって薄刃砥石を切断装置（株式会社不二越製、型番ＳＰＧ−２５）の主軸に挟着して、主軸回転数が１５０００ｍｉｎ−１となるように主軸電流値を調整しつつ送り速度を１００ｍｍ／ｍｉｎと３００ｍｍ／ｍｉｎとして切断加工を行った。この結果を、送り速度が１００ｍｍ／ｍｉｎの場合を表２に、送り速度が３００ｍｍ／ｍｉｎの場合を表３にそれぞれ示す。ただし、直進性については上記ワークの切断長中における最大曲がり量（切断幅方向の最大変位量）を測定し、またチッピングについてはその大きさを工具顕微鏡で測定した結果を示す。
【００２９】
【表２】
2009006408.tif 000004
【００３０】
【表３】
2009006408.tif 000005
【００３１】
これら表２、３の結果より、比較例としてのベースブレードの薄刃砥石では、送り速度が１００ｍｍ／ｍｉｎ、３００ｍｍ／ｍｉｎのいずれの場合も、直進性の最大曲がり量、チッピングの大きさ、主軸電流値ともに実施例１〜３よりも大きく、特に送り速度を３００ｍｍ／ｍｉｎとした場合には、途中で焼き付きにより切断不能となって、測定自体が不可能であった。これに対して、本発明に係る実施例１〜３の薄刃砥石では、直進性の最大曲がり量およびチッピングは問題ない程度に小さく抑えられるとともに、主軸電流値も少なく、すなわち低い抵抗で切断加工が可能であり、送り速度が３００ｍｍ／ｍｉｎの場合でも切断不能となることはなかった。
【００３２】
また、これら実施例１〜３同士で比較すると、主軸電流値については、実施例１、２では大きな差はなかったのに対し、コーティング層２の厚さｔが超砥粒４の平均粒径の１／２より大きくされた実施例３ではこれら実施例１、２よりも大きく、すなわち抵抗が高かったことが分かる。さらに、直進性やチッピングに関しても、実施例３では実施例１、２よりも大きく、またこれら実施例１、２同士では、直進性は十分な厚さｔがコーティング層２に与えられた実施例２の方が良好な結果を得られており、チッピングに関しては実施例１の報が良好な結果が得られていた。
【００３３】
次に、上記と同じようにして平均粒径１２μｍ（粒度＃１０００）のダイヤモンド超砥粒を集中度７５でＣｕ−Ｓｎ−Ｃｏ−Ｆｅよりなる金属結合相に均一に分散した外径５８ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．０７ｍｍの砥粒層１をベースブレードとして製造し、このベースブレードの砥粒層１の両側面１Ａ，１Ａに、上記と同様の条件の熱ＣＶＤ法によって厚さｔを６μｍ、３μｍ、９μｍとしたＴｉＣＮよりなるコーティング層２を被覆して、本発明に基づく３種の薄刃砥石を製造した。これらを上記厚さｔの順に実施例４〜６とする。なお、これら実施例４〜６においてもコーティング層２の砥石外周からの幅Ｘは実施例１〜３と同じく砥粒層１の幅Ｗ＝９ｍｍの２／３の６ｍｍであった。
【００３４】
そして、これら実施例４〜６の薄刃砥石と、比較例としてコーティング層２を被覆していない上記ベースブレードの薄刃砥石とで、その剛性値を測定するとともに、幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのセラミックグリーシートをワークとして、主軸回転数が３００００ｍｉｎ−１となるように主軸電流値を調整しつつ送り速度を２００ｍｍ／ｓｅｃとして切断加工を行い、その際の直進性および主軸電流値を上記実施例１〜３の場合と同様に測定するとともに、切断後の薄刃砥石への切屑付着の有無について目視で確認した。この結果を、剛性値については表４に、また直進性、主軸電流値、および切屑の付着については表５にそれぞれ示す。
【００３５】
【表４】
2009006408.tif 000006
【００３６】
【表５】
2009006408.tif 000007
【００３７】
表４の結果より、実施例１〜３とその比較例とされたベースブレードの場合と同様に剛性値はコーティング層２が被覆された実施例４〜６がいずれもベースブレードより高く、またこれら実施例４〜６ではコーティング層２の厚さｔが大きくなるほど剛性値もより高くなっている。さらに、表５の結果からも、直進性についての最大曲がり量や主軸電流値については、比較例としてのベースブレードが最大で、コーティング層２の厚さｔが大きい実施例６、小さい実施例５、その中間の厚さｔの実施例４の順に小さくなっており、ただし主軸電流値は実施例４、５では略同等である傾向も上記と同様である。また、切屑の付着については、比較例のベースブレードが最も多く、次いで実施例６に多少の付着が認められた程度で、実施例４、５には付着は認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態を示す側面図である。
【図２】図１におけるＺＺ断面図である。
【図３】図２に示す断面図の外周縁部周辺を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  砥粒層
１Ａ  砥粒層１の側面
２  コーティング層
３  金属めっき相
４  超砥粒（砥粒）
Ｗ  砥粒層１の半径方向の幅
Ｘ  コーティング層２の半径方向の幅
ｔ  コーティング層２の厚さ
【図１】
2009006408.tif 000008
【図２】
2009006408.tif 000009
【図３】
2009006408.tif 000010