JPH05116139A - 外周刃による硬質脆性材料の切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単結晶インゴットやセラミックス等の硬質脆
性材料をディスク状ブレードの外周刃で切断する方法に
関するもので、切断時にブレードにかかる切断抵抗を低
くして加工精度を高め、刃先の偏磨耗による切り曲がり
も防止できる方法を提供する。 【構成】 定位置で回転する可撓性を備えた円盤状ブレ
ード１０の外周にワーク９をその切断方向と同方向ない
し直交する方向に低周波領域の振動を与えながら送って
切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、単結晶インゴットや
セラミックス等の硬質脆性材料をディスク状ブレードの
外周刃で切断する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】硬質脆性材料の切断方法として回転する
円盤状ブレードの外周刃で切断する方法と中空円盤状ブ
レードの内周刃で切断する方法が知られている。外周刃
切断方法は、切断反力によりブレードが撓んで切り曲が
りが起こり易く、刃厚を厚くしなければならないので材
料損失が大きく、切断精度が低いという欠点がある。そ
のため現在は、材料損失が少なく精度の高い内周刃切断
方法が主流で、外周刃切断方法は、インゴッドの両端の
切断やブロック切断などの粗加工にしか使用されていな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、外周刃切断方
法は、加工装置の構造が簡単であり、操作性も良く、価
格が安いという特徴を持っている。従って刃厚を薄く、
切断精度を高めることができれば、硬質脆性材料の切断
に適した外周刃切断装置を提供することができる。

【０００４】本発明は、切断時にブレードにかかる切断
抵抗を低くして加工精度を高め、刃先の偏磨耗による切
り曲がりも防止できる外周刃切断方法を提供しようとす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明のワークの切断
方法は、定位置で回転する可撓性を備えた円盤状ブレー
ド１０の外周にワーク９をその切断方向と同方向ないし
直交する方向に低周波領域の振動を与えながら送って切
断することを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】従来の外周刃切断方法では、切断抵抗が大きい
ので、外周刃の刃厚を厚くして抵抗力を持たせていた
が、外周刃が偏摩耗を起こし、ワークを直線的に切断す
ることができず、切断面にうねりが起き、加工精度が低
下していた。

【０００７】本発明の方法では、ワークの振動により、
外周刃とワークとの間に切り込みと分離とが交互に繰り
返され、切断抵抗が減少する。またワークに振動を加え
ることにより、外周刃に偏磨耗が生じたときにも切り曲
がりを生ずることがなく、精度の高い直線切断が可能に
なることが実験結果により判明した。

【０００８】切断時に作用させる振動数が高くなればな
るほど、また振幅が大きければ大きいほど、切断抵抗の
減少量は大きい。なお超音波領域では切粉が飛んで種々
の弊害が出るので、低周波領域内に止めておくのが良
い。

【０００９】なお、リジッドな砥石やバイトにおける切
削加工において、切削抵抗を低くする方法として振動切
削法が知られている。しかし、ダイヤモンドブレードの
ような可撓性のある切削工具に対して振動切削法を用い
た例は知られておらず、またこれによってブレードが偏
磨耗したときにも加工面のうねりが少なくなるというこ
とは、リジッドな工具を用いた振動切削からは予測でき
ないことである。

【００１０】

【実施例】図６ないし図８は、本発明の実施に適した外
周刃切断装置を示したものである。図中、１は基台、２
は基台１の上面に固着された固定台、３は固定台２に図
６の前後方向に摺動可能に設けられた第１移動台、４は
第１移動台３の位置を設定する第１ハンドル、５は第１
移動台３の上に図６の左右方向に摺動可能に設けられた
第２移動台、６は第２移動台５の位置を設定する第２ハ
ンドル、７は第２移動台５に送りを与えるモータ、８は
第２移動台５の上に搭載された加振装置、９は加振装置
８の上に固定されたワーク、１０はワーク９の上方に回
転自在に設けられた切断ブレード、１１は切断ブレード
の主軸、１２は加振装置８、ワーク９および切断ブレー
ド１０を被うように第２移動台５に装着された防水カバ
ー、１３は図示しない歯車列を介して主軸１１を駆動す
るモータ、１４は主軸１１およびモータ１３を搭載する
昇降枠、１５は昇降枠の位置を設定する第３ハンドル、
１６は切断ブレード１０に加工液を供給する加工液ノズ
ル、１７は加工液ノズル１６に加工液を送る給水ポン
プ、１８は加工液を貯蔵しているタンク、１９は加振装
置のコントローラ、２０は操作盤である。

【００１１】加振装置の詳細は図８に示されている。ベ
ース２３上に立設された支持枠２４に図上左右方向に摺
動自在に振動台２５が装着されており、振動台２５の上
面にワーク９を固定する加工台２６が固定されている。
振動台２５の左端はモータ２７で駆動されるエキセンホ
イール２８にクランクロッド３２を介して連結されてお
り、その右端は位相反転器２９を介してバランス錘３０
に連結されている。位相反転器２９は、垂直方向の支点
ピン３３で中心を揺動自在に支持された左右等長の揺動
レバーからなり、その両端に連結リンク３４、３５で振
動台２５及びバランス錘３０を連結している。

【００１２】モータ２７の回転力は、タイミングベルト
３１を介してエキセンホイール２８に伝えられ、偏心し
たセンタホイールによって近似的な調和振動となって振
動台２５に伝達され、これによりワーク９に振動が与え
られる。振動台２５の振動は、位相反転器２９で位相を
１８０度ずらしてバランス錘３０を振動させ、これによ
り振動が他の部材に与える悪影響を防止している。

【００１３】次に上記装置を用いて本発明方法を詳説す
る。

【００１４】ワーク９として５０×６０×１０ｍｍのソ
ーダガラスを、切断ブレード１０として直径１２５×１
ｍｍ、ＳＤ＃２００のダイヤモンドブレードを用い、ダ
イヤモンドブレードの周速を１９１５ｍｍ／ｍｉｎと
し、ソーダガラスに２０〜８０ｍｍ／ｍｉｎの送り速度
を与えて切り込み量１１ｍｍまで切断した。ソーダガラ
スに与えられた振動数は０〜２８Ｈｚで、振幅は０〜
０．６ｍｍである。

【００１５】図１ないし図５にその結果を示す。

【００１６】図１にワークに与えた振動数と主軸駆動モ
ータ１３に流れる電流値の関係を示す。同図に示すよう
に、振動数が高くなるにつれて電流値が下がり、切断抵
抗が小さくなる。振動を付加するとダイヤモンドブレー
ドのワークに対する切り込みと分離が交互に起こり、振
動数を高くするとその周期が早くなり、振動１サイクル
当たりの切り込み量が少なくなるため、切断抵抗が小さ
くなるものと考えられる。

【００１７】図２は振幅と電流値の関係を示す。同図に
示すように振幅を大きくするにつれて電流値が下がって
いる。これは振幅が大きくなるとダイヤモンドブレード
の被加工物に対する振動１サイクル当たりの分離量が大
となり、１回の切削時間が短くなるためと考えられる。
またダイヤモンドブレードが後退したとき切り屑の排出
がしやすくなり、研削液も侵入し易くなるので切断抵抗
も低くなると考えられる。

【００１８】次にブレードの刃先の磨耗と切断抵抗およ
びうねりとの関係を調べるために、新しいブレードと刃
先が偏磨耗したブレードとを用いて試験を行った。図９
は加工溝の先端部の断面を示した図で、（ａ）は新しい
ブレードを用いた場合、（ｂ）は偏磨耗したブレードを
用いた場合の溝形状であり、この溝形状が試験に用いた
ブレードの刃先の断面形状を示している。

【００１９】図３は偏摩耗したブレードでの振動数と電
流値の関係を示した図である。同図に示すように、無振
動切断時にはブレード送り速度が８０ｍｍ／ｍｉｎの時
０．２２Ａの電流値を示しているが、振動を付加すると
最大０．１０Ａまで減少する。他の送り速度の場合でも
同様に最大５０％程度まで電流値が減少した。

【００２０】図４に振動数と表面うねりの関係を示す。
同図に示すように無振動切断時の新しいブレードでは表
面うねりが５．７ｍｍであったのに対し、偏摩耗したブ
レードでは横方向へのブレード変形量が大きくなるため
に２７μｍの表面うねりを生じた。また、新しいブレー
ドに振動を付加すると表面うねりは若干減少する傾向が
得られるのみであった。これに対して偏摩耗したブレー
ドに振動を付加した場合には、１４μｍ近くまで表面う
ねりが減少した。

【００２１】図５は振動数と加工溝幅の関係を示した図
である。新しいブレード、偏摩耗したブレード共、ワー
クに振動を与えることによって加工溝幅が小さくなって
いる。新しいブレードでは振動を与えるとカーフロスは
若干減少するのに対し、偏摩耗したブレードでは、無振
動切断時にカーフロスは大きくなるが振動を与えるとか
なり減少し、振動の効果が明確に表れる。これは、振動
数が高くなると、図３に示したように、切断抵抗が少な
くなり、切断時にブレードの外周に作用する荷重が少な
くなるため、ブレードの偏摩耗による横方向への撓みが
少なくなるためだと考えられる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、外周刃
にかかる切断抵抗を減少させることができ、切断時の溝
幅も小さくなり、切断端面における表面うねりを減少さ
せることができる。従って、同じ加工精度でよいのであ
れば、より薄いブレードを用いて加工を行うことも可能
になる。特に偏磨耗したブレードを用いた場合、切断抵
抗がおよそ半分程度に減少すると共に、切断面の表面う
ねりを大幅に減少させることができ、切断加工の加工精
度を大きく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】振動数と主軸モータの消費電流との関係を示す
図

【図２】振幅と電流値との関係を示す図

【図３】偏磨耗したブレートでの振動数と電流値の関係
を示す図

【図４】振動数と表面うねりの関係を示す図

【図５】振動数と加工溝幅の関係を示す図

【図６】外周刃切断装置の正面図

【図７】外周刃切断装置の側面図

【図８】加振装置の斜視図

【図９】加工溝の先端部の拡大断面図

【符号の説明】

９ ワーク 10 切断ブレード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北川 武彦 石川県石川郡野々市町扇が丘７の１ 金沢 工業大学内 (72)発明者 内田 貴久 石川県石川郡野々市町扇が丘７の１ 金沢 工業大学内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定位置で回転する可撓性を備えた円盤状
   ブレード(10)の外周にワーク(9) をその切断方向と同方
   向ないし直交する方向に低周波領域の振動を与えながら
   送って切断することを特徴とする、外周刃による硬質脆
   性材料の切断方法。