JP6044295B2 - スクライビングホイール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は脆性材料基板に圧接・転動させてスクライブするためのスクライビングホイール及びその製造方法に関するものである。

従来のスクライビングホイールは、特許文献１等に示されるように、超硬合金製又は多結晶焼結ダイヤモンド（以下、ＰＣＤという）製の円板を基材としている。ＰＣＤはダイヤモンド粒子をコバルトなどと共に焼結させたものである。スクライビングホイールは基材となる円板の両側より円周のエッジを互いに斜めに削り込み、円周面にV字形の刃先を形成したものである。このようにして形成されたスクライビングホイールをスクライブ装置のスクライブヘッド等に回転自在に軸着して脆性材料基板に所定の荷重で押し付け、脆性材料基板の面に沿って移動させることで、転動させながらスクライブすることができる。

特許文献２にはガラス切断用刃の寿命を長くするために、V字形状の刃先表面をダイヤモンドで被膜したガラス切断用刃が開示されている。このガラス切断用刃は、ダイヤモンドと相性の良いセラミックで形成された刃先表面にダイヤモンド膜を被覆し、このダイヤモンド膜を表面研磨処理して整形される。このようなガラス切断用刃を用いることにより、刃の寿命が長く、また切断面が平滑となるように高硬度ガラスを切断できると示されている。

国際公開ＷＯ２００３／５１７８４号公報 特開平０４−２２４１２８号公報

多結晶焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）で形成された従来のスクライビングホイールは、ダイヤモンド粒子と結合材で構成されるため、特にセラミック等の硬度が高い脆性材料基板をスクライブすると磨耗が急激に進み、寿命が短いという欠点があった。又、近年ガラスの薄型化、大型化により、脆性材料基板をスクライブし、ブレイクしたときの脆性材料基板の端面強度が要求されるようになってきた。しかし、ＰＣＤで形成された従来のスクライビングホイールでは素材に含まれるダイヤモンド粒子の大きさに応じて刃先及び稜線の粗さが粗く、研磨によっても一定以下の粗さにすることが難しいので、脆性材料基板をスクライブし、ブレイクしたときの脆性材料基板の端面強度が低下するという欠点があった。

特許文献２に記載のガラス切断用刃はダイヤモンド被膜を研磨するようにしているが、ダイヤモンド膜に導電性がないため、通電によって研磨時の基準位置となる零点検出をすることができない。このためダイヤモンド被膜の研磨時に作業者によって研磨開始点のばらつきが大きい。特にダイヤモンド被膜の厚さが薄く、数μｍ〜１０μｍの研磨作業をする場合にその影響が大きく、加工時の作業性が悪くなるという問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、ダイヤモンド膜の研磨や溝加工を容易に行えるようにしたスクライビングホイール及びその製造方法を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のスクライビングホイールは、円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールであって、基材と基材の刃先表面に形成されたダイヤモンド膜とを有し、前記稜線はダイヤモンド膜で形成され、前記ダイヤモンド膜は導電性を有し、前記稜線の両側に研磨領域を有し、前記研磨領域の幅は１０〜２０μｍであるものである。

ここで前記ダイヤモンド膜の稜線部分に所定間隔で形成された溝を有し、その間を突起とするようにしてもよい。

この課題を解決するために、本発明のスクライビングホイールの製造方法は、円板の円周部に沿って稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールの製造方法であって、円板の中心に貫通孔を設け、その中心を回転軸とし、円周部に沿って刃先部分を形成してスクライビングホイール基材を構成し、前記スクライビングホイール基材の刃先部分に化学気相成長法によって不純物をドープしながらダイヤモンド膜を形成し、前記ダイヤモンド膜を形成したスクライビングホイールと砥石との間に電源を供給しつつ前記ダイヤモンド膜を研磨するものである。

ここで前記不純物はホウ素であることが好ましい。

ここで前記ダイヤモンド膜の稜線部分に所定間隔で切り欠いた溝を形成し、その間を突起とするようにしてもよい。

この課題を解決するために、本発明のスクライビングホイールの製造方法は、円板の円周部に沿って稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールの製造方法であって、円板の中心に貫通孔を設け、その中心を回転軸とし、円周部に沿って刃先部分を形成してスクライビングホイール基材を構成し、前記スクライビングホイール基材の刃先部分に化学気相成長法によって不純物をドープしながらダイヤモンド膜を形成するものであり、前記ダイヤモンド膜の稜線部分に所定間隔で切り欠いた溝を形成し、その間を突起とし、前記ダイヤモンド膜と砥石との間に電源を供給しつつ前記溝を切り欠くものである。

このような特徴を有する本発明によれば、スクライビングホイールに導電性を有するダイヤモンド膜を形成し、刃先のダイヤモンド膜を研磨する。こうすることによって研磨の際に導電性であることを利用して研削の基準となる零点検出を行ったり、通電、加熱を加えた摺動研磨を行ったり、放電加工を行うことができ、製造を容易にすることができる。又請求項２，４の発明では、スクライビングホイールの刃先が導電性であることを利用して容易に溝加工を行うことができ、表面にダイヤモンド層を有する高浸透型のスクライビングホイールを実現することができる。

図１Ａは本発明の第１の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図である。 図１Ｂは第１の実施の形態によるスクライビングホイールの側面図である。 図２Ａは第１の実施の形態による刃先の研磨前の稜線部分の拡大断面図である。 図２Ｂは第１の実施の形態による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。 図３Ａは本発明の第３の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図である。 図３Ｂは第３の実施の形態による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。 図３Ｃは図３Ａに示す円形部分の拡大図である。 図４は第３の実施の形態による溝加工の状態を示す図である。

図１Ａは本発明の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図、図１Ｂはその側面図である。スクライビングホイールを製造する際には、例えば、超硬合金等のスクライビングホイール基材となる円板１１の中央にまず図１Ａに示すように軸穴となる貫通孔１２を形成する。次にこの貫通孔１２に図示しないモータ等のシャフトを連通して貫通孔１２の中心軸を回転軸１２ａとして回転させつつ、円板１１の全円周を円板の表裏両側より回転軸１２ａに対して斜めに研磨して図１Ｂに示すように稜線と稜線の両側の傾斜面を垂直断面Ｖ字形に形成する。こうして形成したＶ字形の斜面を研磨面１３とする。

次にダイヤモンド薄膜の形成について図２Ａの刃先の稜線部分の拡大断面図を用いて説明する。まずダイヤモンド膜の付着が容易になるようにＶ字形の研磨面１３をあらかじめ粗面にしておく。次にサブミクロン以下の粒径の核となるダイヤモンドを斜面部分に形成した後、化学気相成長反応によってダイヤモンド薄膜を成長させる。このようにしてスクライビングホイールのＶ字形の斜面部分に化学気相成長法（ＣＶＤ法）によって、膜厚が例えば２０〜３０μｍのダイヤモンド膜１４を形成する。

本実施の形態では、化学気相成長反応によるダイヤモンド膜の成長の際に、ボロン等の不純物をドープする。こうすればダイヤモンド膜１４を導電性を有する膜とすることができる。ダイヤモンド膜１４の導電率はドープ量に依存するが、導電率を大きくすることにより放電加工時の放電が安定し易くなり、放電加工条件値を低くしたり、放電加工の効率を高くすることができる。

この後、少なくとも先端部分を、後述のように先端が鋭くなるように研磨する。図２Ｂはこの研磨した後の状態を示す部分拡大断面図である。このように研磨の際には元のダイヤモンド膜１４よりも例えば５°〜１０°鈍角になるようにしてもよい。そして研磨した後の稜線から成る円が含まれる面を回転軸１２ａに対し垂直となるようにする。ここで研磨する領域は傾斜面の稜線を中央に含む帯状の部分のみであってもよい。図２Ｂの幅ｗの領域はこの先端部分、すなわち稜線の両側のダイヤモンド膜の研磨領域を示しており、例えば幅ｗは１０〜２０μｍとする。

研磨時には、砥石を回転させ、ダイヤモンド膜を有するスクライビングホイールの刃先を研磨する。このときスクライビングホイールと砥石の間に電源を接続する。そして砥石を一定速度で回転させつつ、スクライビングホイール１０もその回転軸１２ａに沿って回転させながら、砥石への距離を近づける。ダイヤモンド膜１４とストレート砥石２０とが接触したときに通電するため、通電によりスクライビングホイール１０と砥石２０とが接触したことを検出することができる。この接触時を研磨開始点となる零点とし、そこからダイヤモンド膜を適切な厚さまで研磨する。また、通電を行うことによって、接触時の摩擦抵抗による発熱に加えて、ダイヤモンド膜が適度な電気抵抗を有することによってジュール熱が生じてダイヤモンド膜１４が加熱される。このためダイヤモンド膜１４の研磨をより高能率に行うことも可能になる。一方の面の研磨を終えると、他方の面についても同様に研磨する。このようにダイヤモンド膜が通電性を有することを利用して砥石と加工対象となるスクライビングホイールに電流を流し、研磨中に通電することによって研磨作業を効率的に行うことができる。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態は第１の実施の形態とは刃先の傾斜面の加工方法が異なっている。ダイヤモンド膜１４が導電性を有することから機械研磨だけでなく放電加工によって傾斜面を加工し、鋭利な稜線を形成することもできる。放電加工では通電したワイヤをダイヤモンド膜に沿って移動させることによって所望の形状に加工するワイヤ放電加工を用いてもよい。又これに代えて型彫り放電加工を用いてもよい。型彫り放電加工では、加工される凸状の刃先の反転形状を有するメス型を備えた治具電極を用いて回転体に押し付けることによって刃先を加工することができる。このようなワイヤ放電加工や型彫り放電加工を行った後、放電加工により生じる変質層を除去するため砥石による仕上げ研磨をさらにを行うことが好ましい。

このように研磨あるいは放電加工することによってダイヤモンド膜のスクライブに寄与する刃先部分の稜線の粗さを細かくすることができる。従ってこのスクライビングホイールを用いて脆性材料基板、例えばセラミックス基板をスクライブし、分断すると、脆性材料基板の切断面の端面精度が向上し、これに伴い端面強度も向上させることができるという効果が得られる。

次に本発明の第３の実施の形態について説明する。日本国特許第３０７４１４３号にはスクライビングホイールの円周面に所定間隔を隔てて多数の溝を形成し、その間を突起として高浸透型としたスクライビングホイールが提案されている。本発明はこのようなスクライビングホイールにも適用することができる。図３Ａはこの実施の形態のスクライビングホイールの正面図、図３Ｂは先の稜線部分の拡大断面図、図３Ｃは図３Ａに一点鎖線で示した円形部分の拡大図である。スクライビングホイールを製造する際には、超硬合金、又はセラミック製等のスクライビングホイール基材となる円板３１の中央にまず図３Ａに示すように軸穴となる貫通孔３２を形成する。次にこの貫通孔３２にモータ等の回転軸を連通して回転させつつ、円板３１の全円周を両側より研磨してＶ字形に形成する。こうして形成したＶ字形の斜面を研磨面３３とする。この場合も第１の実施の形態と同様にスクライビングホイールの刃先部分にＣＶＤ法によってダイヤモンド膜３４をコーティングし、前述した方法で研磨する。

次にダイヤモンド膜３４を２０μｍとすると、図３Ｃに示すようにダイヤモンド膜３４の厚みの範囲内で溝３５を形成する。図４は溝３５を形成する状態を示す図である。図４に示すように、グラインダーモータ４１の軸に円板状の砥石４２を取付けて回転させる。この砥石の円周面はＶ字状に形成されており、この砥石によってスクライビングホイール１０の円周部に溝３５を形成する。この場合には図４に示すように電源２５よりスクライビングホイール１０と円板状の砥石４２との間に通電し、零点を検出しておくことで、溝の深さを確実に制御することができる。さらに、通電時の加熱によって研削加工を促進させることができる。こうして１つの溝を形成した後、スクライビングホイールを所定角度回転させて固定し、更にグラインダーモータ４１を回転させて砥石４２を近接させて溝を形成する。こうしてスクライビングホイールの全周に一定のピッチで溝を形成する。こうして高浸透型のスクライビングホイールを製造する場合に、溝の深さを均一にすることができる。スクライビングホイールの溝の深さは例えば脆性材料基板の厚さに応じて０．５〜１０μｍ程度である。

研磨に代えて、ダイヤモンド膜を放電加工することにより溝を形成するようにしてもよく、またはレーザ加工により溝を形成するようにしてもよい。

又これに代えてあらかじめスクライビングホイール基材のＶ字形の刃先部に溝を形成しておき、このスクライビングホイール基材にＣＶＤ法でダイヤモンド膜をコーティングし研磨することでスクライビングホイールを構成するようにしてもよい。

本発明のスクライビングホイールは耐摩耗性、耐剥離性が高く、端面強度の高い脆性材料基板を切り出せるスクライビングホイールを提供することができ、スクライブ装置に好適に用いることができる。

１０，３０ スクライビングホイール
１１，３１ 円板
１２，３２ 貫通孔
１３，３３ 研磨面
１４，３４ ダイヤモンド膜
１６ 円周面
２５ 電源
３５ 溝
４１ グラインダーモータ
４２ 砥石

Claims (7)

1. 円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールであって、
   基材と基材の刃先表面に形成されたダイヤモンド膜とを有し、
   前記稜線はダイヤモンド膜で形成され、
   前記ダイヤモンド膜は導電性を有し、
   前記稜線の両側に研磨領域を有し、前記研磨領域の幅は１０〜２０μｍであるスクライビングホイール。
2. 前記ダイヤモンド膜の稜線部分に所定間隔で形成された溝を有し、その間を突起とした請求項１記載のスクライビングホイール。
3. 円板の円周部に沿って稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールの製造方法であって、
   円板の中心に貫通孔を設け、その中心を回転軸とし、円周部に沿って刃先部分を形成してスクライビングホイール基材を構成し、
   前記スクライビングホイール基材の刃先部分に化学気相成長法によって不純物をドープしながらダイヤモンド膜を形成し、
   前記ダイヤモンド膜を形成したスクライビングホイールと砥石との間に電源を供給しつつ前記ダイヤモンド膜を研磨するスクライビングホイールの製造方法。
4. 前記不純物がホウ素である請求項３記載のスクライビングホイールの製造方法。
5. 前記ダイヤモンド膜の稜線部分に所定間隔で切り欠いた溝を形成し、その間を突起とした請求項３記載のスクライビングホイールの製造方法。
6. 前記ダイヤモンド膜に放電加工によって前記溝を形成する請求項５記載のスクライビングホイールの製造方法。
7. 円板の円周部に沿って稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールの製造方法であって、
   円板の中心に貫通孔を設け、その中心を回転軸とし、円周部に沿って刃先部分を形成してスクライビングホイール基材を構成し、
   前記スクライビングホイール基材の刃先部分に化学気相成長法によって不純物をドープしながらダイヤモンド膜を形成し、
   前記ダイヤモンド膜の稜線部分に所定間隔で切り欠いた溝を形成し、その間を突起とし、
   前記ダイヤモンド膜と砥石との間に電源を供給しつつ前記溝を切り欠くスクライビングホイールの製造方法。