JP2007031200A - カッターホイール - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶パネル用ガラスなどの脆性材料を切断するための円板状ホイールの外周部に断面形状が略Ｖ字形の刃を有するカッターホイールで、ガラス板上でのスリップや刃先の摩耗を防止し、スクライブ性能も良く、交差するスクライブラインを形成した時に交差部分でのガラスの欠けを防止できるカッターホイールを提案する。
【解決手段】 円板状ホイールはダイヤモンドからなり、Ｖ字形を形成する斜面の円周方向とは交差する方向にレーザが照射されることで前記Ｖ字形先端部に刃が設けられたカッターホイールとする。ダイヤモンドにはレーザの照射による条痕が形成されており、ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンドや単結晶ダイヤモンドを用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラスなどの脆性材料にスクライブラインを形成し、切断するためのカッターホイールに関する。

従来、例えば液晶パネル用ガラスなどの脆性材料の加工に使用する工具として、本体が超硬合金やダイヤモンドからなるカッターホイールが使用されている。このカッターホイールの代表的な形状として、図３に示すように、本体の形状が円板状で、その外周エッジ部を斜めに削り、外周部の断面をＶ字形にして刃を形成したものがある。この工具は、中心部に取付穴を有し、ガラススクライバーヘッドに固定された軸に回転可能に取り付けられて、ガラス板上を回転しながらＶ字形の刃によって筋（スクライブライン）を付ける。

カッターホイールの例として、本体の内部をダイヤモンド焼結体、その両側を超硬合金で形成し、刃の先端部はダイヤモンド焼結体からなる上記と同様の形状のカッターホイールがある。（例えば、特許文献１参照）
このようなホイールでは、Ｖ字形の先端が丸くなりやすく、先端の凹凸も小さいので、スクライブした際にクラックが入りにくく、ガラス板の厚み方向のクラックが短くなるため、スクライブ性能が低下する恐れがある。また、ガラス板上でスリップしやすく、そのために刃が摩耗するという問題も発生する。スリップを防止させるために刃の構造を様々に改良されたものがあるが、その内容によってはスクライブ性能が犠牲になることも考えられ、スリップ防止とスクライブ性能の向上を両立させることは容易ではなかった。

ガラスに軽い押しつけ力で微細な傷を付けることができるカッターホイールとして、Ｖ字形を形成する斜面にある角度をもった研削すじをつけ、Ｖ字形の刃の先端を微小の鋸歯状としたものがある。このカッターホイールでは、微小の鋸歯状の刃により軽い押しつけ力でガラス表面に微細な傷を付けることができるとされている。（例えば、特許文献２参照）

さらに、ホイールのスリップ防止とスクライブ性能の向上とを両立させるカッターホイールとして図５に示すようなカッターホイールが提案されている。このカッターホイールは、円板状ホイールの外周部にＶ字形の刃を形成し、刃先に打点衝撃を与える所定形状の突起を形成するか、あるいは刃先に２ないし２０μｍの高さの突起を所定ピッチで形成したものであり、ガラス板の板厚を貫通するほどの極めて長いクラックが発生するものである。その理由として、ホイールの転動時に、ホイールに設けた突起により、ガラス板に打点衝撃を与えるため、および、突起がガラス板に深く食い込むため、極めて長いクラックが発生するとされている。（例えば、特許文献３参照）
特開平３−２８７３９６号公報 特開昭５３−１４３６２２号公報 特開平９−１８８５３４号公報

カッターホイールの寿命を向上させるためには、特許文献１に記載のように刃の周辺をダイヤモンド焼結体とすることが考えられる。また、ホイールのスリップ防止やスクライブ性能を向上させるには、特許文献２や３のような刃先形状にすることが考えられる。これらの文献に記載の発明では、実施例などにおいて具体的に刃の周辺の素材を何にするかは記載されていないが、特許文献３の従来の技術の記載より、超硬合金やダイヤモンド焼結体を使用することが考えられる。しかしながら、素材としてダイヤモンドを用いた場合、特許文献２に記載のようにＶ字形の斜面に研削すじをつけて刃の先端を微小の鋸刃状とするのは極めて困難になる。これは、ダイヤモンドを研削加工するのが容易ではなく研削すじを容易に形成できないためである。研削を行うにはダイヤモンド砥石を使って研削する方法が考えられるが、特にダイヤモンド焼結体の場合、研削条件にもよるが、ダイヤモンド粒子に負荷がかかるためダイヤモンド粒子を脱落させる形の加工になってしまい、研削すじを形成することはほとんど不可能である。従って、刃先はダイヤモンド粒子の形状とその間に残された結合相がそのまま凹凸になって形成されることになる。

また、素材に焼結ダイヤモンドを使い、特許文献３に記載のような突起のある形状とする場合、次のような問題が起こる恐れがある。刃先形状を突起のある形状とするためには、特許文献３に記載のように放電加工や研削加工で行うことが考えられる。放電加工によりダイヤモンド焼結体を加工する場合、ダイヤモンド焼結体中の結合材を除去し、これに伴って一部のダイヤモンド粒子が除去されて突起を形成することになる。そのため、鋭利な刃を形成することは容易ではなく、突起の角は丸みのあるものとなってしまう。一方、研削加工によりダイヤモンド焼結体を加工する場合、上記の理由によりダイヤモンド粒子を脱落させる形の加工になり、放電加工と同様に鋭利な刃を形成することは容易ではない。従って、刃先に突起があっても鋭利な刃をもたないカッターホイールでは突起がガラス板に深く食い込まず、ガラス板に対して長いクラックを発生させるのが容易ではないという問題が生じるので、上記特許文献１〜３の技術を用いただけでは、高性能および高寿命のカッターホイールを得ることはできない。

さらに、特許文献１に記載のホイールのように打点衝撃を与える突起を設けたホイールでは、次のような問題が発生することが考えられる。打点衝撃を与える突起とするためには、その突起のピッチはある程度の長さが必要であり、特許文献１では１〜２０ｍｍのホイール径に応じ２０〜２００μｍが好ましいとされている。一方、スクライブラインは一方向に形成するだけでなく、図６に示すようにすでに形成したスクライブラインと交差させて形成する加工も多々ある。このような場合に、ホイールに形成された突起はガラス板に対し不連続的に接触するため、交差する部分とその前後付近に必ずしもスクライブラインが入るとは言えず、ガラスの角部が欠けやすくなる恐れがある。また、打点衝撃を与えるホイールではその衝撃もあるため、余計にガラスが欠けやすい恐れがある。

以上のことから、本発明は、ホイールの素材にダイヤモンドを使って高寿命とし、ガラス板に対して長いクラックを発生させることができ、しかもガラス板上でのスリップや刃先の摩耗を防止し、交差するスクライブラインを形成した時に交差部分でのガラスの欠けを防止できるカッターホイールを提案するものである。

本発明のカッターホイールの特徴は、円板状ホイールの外周部に断面形状が略Ｖ字形の刃を有するカッターホイールであって、
前記円板状ホイールはダイヤモンドからなり、前記Ｖ字形を形成する斜面の円周方向とは交差する方向にレーザが照射されることで前記Ｖ字形先端部に刃が設けられたことである。

本発明のカッターホイールは、円板状ホイールの外周エッジ部が斜めに削られて断面形状が略Ｖ字形になっており、Ｖ字形を形成する２つの斜面のうち少なくとも１つの斜面には円周方向と交差する方向にレーザを照射し、先端部に刃が形成される。このようにレーザを照射して斜面の表面を除去することで、被加工物を無負荷の状態で加工できるので、Ｖ字形の先端部には鋭利な刃を形成することができる。この鋭利な刃は、被加工物に対して応力を集中させてクラックの起点を形成させるので、スクライブ性能を向上させることができる。また、この鋭利な刃を円周方向で見ると、刃の稜線は連続して形成される。従って、被加工物に対して連続の状態で接触させて切断することができ、交差するスクライブラインを形成した時に交差部分での被加工物の欠けを防止することができる。

前記ダイヤモンドには前記レーザの照射による条痕が形成されていることが好ましい。なお、本発明における条痕とは研削やレーザなどの加工により加工表面に形成される極めて微細な線状の凹凸をいう。

このようにレーザにより条痕を形成すれば、カッターホイールが被加工物上を回転する際にスリップするのを防止することができ、カッターホイールにかかる力は垂直方向への力となるので、スクライブの作用が大きくなる。スリップが発生するとカッターホイールにかかる力は進行方向の力になるので良好なスクライブ性能が出せなくなる。

前記条痕のピッチは、２〜４０μｍであることが好ましい。

このように微細なピッチとすることで、刃は鋭利にできるとともにスリップを防止する効果が大きくなる。なお、レーザによる条痕は、非常に細かく制御しない限り不規則な形状になる。

前記Ｖ字形の刃の稜線は、ホイールの軸方向に波打つ形状であることが好ましい。

このように稜線は連続する形状にするとともに、軸方向に波打つ形状とすることで刃に応力を集中させる効果が高くなり、スクライブ性能がより向上する。

前記ダイヤモンドは多結晶ダイヤモンドであることが好ましい。

多結晶ダイヤモンドはある範囲で制御されたダイヤモンド結晶粒が集まったものである。従来のカッターホイールでは、素材がダイヤモンド以外のものも含めて、一般的に研削による加工が行われていた。放電加工により概略の形状に加工されることもあるが、面の仕上げや刃の形成を行うには研削によるものが一般的であり、研削加工ではダイヤモンド結晶粒に負荷がかかるため、脱落したりエッジがだれやすく鋭利な刃を形成することが容易ではなかった。特に、ダイヤモンドの研削を行うことは難研削であり、研削圧力を大きくする必要があった。従って、ダイヤモンド結晶粒の脱落やエッジのだれは極めて起こりやすく、鋭利な刃を形成するのは他の加工物と比べて容易ではなかった。本発明のカッターホイールは、レーザ加工によりＶ字形の斜面を形成するので、無負荷の状態で加工でき、加工中に結晶粒が脱落することもないので、多結晶ダイヤモンドであっても鋭利な刃を容易に形成できる。このような多結晶ダイヤモンドを使ったものでは、ダイヤモンド結晶粒にレーザ加工による条痕が形成されて刃が形成される。

多結晶ダイヤモンドの表面は不規則で細かな粒子の結合体である。このような表面を、上記のようにレーザにより加工すれば１つ１つの結晶粒に条痕が形成され、鋭利で微細な刃が形成される。レーザのビーム径を調整することで条痕を制御することができ、かつ鋭利な刃を容易に形成することができる。従って、ホイールの回転方向（円周方向）に見た場合、稜線が連続したホイールとなり、上記のように、刃を連続の状態で被加工物に接触させて切断することがより容易にできる。

また、上記とは別に、前記ダイヤモンドは単結晶ダイヤモンドであることが好ましい。

単結晶ダイヤモンドを用いた場合、非常に鋭利な刃を形成することができるので、刃を連続の状態で被加工物に接触させて切断することができる。

本発明のカッターホイールは、摩耗が少なく鋭利な刃を有するホイールとすることができるので、ガラス板などの被加工物上での刃の摩耗を防止できるとともに、被加工物の面と垂直方向のクラックを深くまで形成することができる。また、刃の先端部の斜面には条痕が形成されているので、スリップを防止することが可能になる。さらに、交差するスクライブラインを形成した時に交差部分での被加工物の欠けを防止できる。

本発明のカッターホイールを図１に、このカッターホイールの刃部周辺を正面から見た部分拡大図（図１のＡ部詳細図）を図２に示す。このカッターホイールは、円板状ホイール１の外周エッジ部が研削加工などにより斜めに削られており、２つの斜面２ａおよび２ｂにより斜面２が形成されている。従って、外周エッジ部の断面形状は略Ｖ字形になっている。なお、レーザにより外周エッジ部を斜めに除去加工しても同様の斜面２を得ることができる。斜面２の少なくとも１つの面はレーザにより加工されており、斜面２には円周方向と交差する方向に条痕３が形成されている。Ｖ字形先端部は、稜線がレーザにより加工されて鋭利な刃４になっている。条痕３は、円周方向とは略直角方向になっているが、レーザ加工により形成されているため、各々の条痕は必ずしも平行にはなっておらず、お互いに小さい角度で交差しているものがある。条痕３は、２〜４０μｍのピッチで形成されている。斜面２のうち２つの斜面がレーザにより加工されたものでは、片側の斜面２ａに形成された条痕３ａおよびもう一方の斜面２ｂに形成された条痕３ｂは、Ｖ字形先端部付近で交差し、その交差部分に鋭利な刃４を形成している。また、その交差部分が稜線となり、ホイールの軸方向に波打つ形状になっている。なお、レーザにより斜面２の形成を行う場合、斜面２の形成とその面の加工を同時に行うことも可能である。

円板状ホイール１の材料として、例えばダイヤモンド焼結体が使用される。その粒径は、一般に０．１〜５０μｍのものが市販されているが、本発明のカッターホイールでは、平均粒径が０．１〜３０μｍでダイヤモンドの含有率が８０〜９５％のものを使用することが好ましい。本発明のカッターホイールは、ダイヤモンド粒子自身もレーザにより加工されて部分的に除去されることにより、鋭利な刃４が形成されているので、この点からは粒径がどのような大きさであっても鋭利な刃４を形成することは可能である。しかし、斜面２を形成するには研削加工で行うのが容易であり、研削加工する場合には粒径を小さくした方がＶ字形の形状が鋭利になる。そのために、０．１〜３０μｍのものを使用することが好ましい。

また、単結晶ダイヤモンドを用いたものでは、稜線切刃をより鋭利にでき、スクライブ性能を向上させることができる。

本発明のカッターホイールとして、図１に示すものを製作した。ホイールの材料として直径２ｍｍで平均粒径０．５μｍ、ダイヤモンドの含有率が９０％のダイヤモンド焼結体を用いた。外周部先端のＶ字形の角度は１３０°になっている。また従来のカッターホイールとして、図５に示すＶ字形先端部に打点衝撃を与える突起６を形成したものおよび図３に示すＶ字形先端部を研削加工で仕上げ、研削条痕５を有するものを製作した。いずれも、ホイールの材料およびＶ字形の角度は本発明のものと同じである。打点衝撃を与える突起６の大きさは、高さｈが７μｍ、円周方向のピッチＰが５０μｍである。

上記のカッターホイールを用いて、厚さ０．７ｍｍの液晶パネル用ガラスの切断を行った。切断は、図６に示すような形で行い、最初に平行に５本のスクライブラインを形成し、次にこれらのスクライブラインと直角方向に５本のスクライブラインを形成した。切断を行う際の圧力は、２１．５Ｎで行った。

以上の切断を行った結果、本発明のカッターホイールは、ガラスの厚み方向に０．６ｍｍのクラックが入り、高精度に切断することができた。また、スクライブラインが交差する部分のガラスの欠けは発生しなかった。これに対し、従来のカッターホイールで、打点衝撃を与える突起を有するものは、ガラスの厚み方向に０．６ｍｍのクラックが入って高精度の切断を行うことはできたが、スクライブラインが交差する部分２５ヶ所のうち１４ヶ所においてガラスの欠けが見られた。また、従来のカッターホイールで、Ｖ字形先端部を研削加工したものは、スクライブラインが交差する部分にはガラスの欠けは見られなかったものの、ガラスの厚み方向へのクラックは０．１２ｍｍしか入らず、切断することができなかった。以上のことから、本発明のカッターホイールは、高いスクライブ性能およびスクライブラインの交差部の欠け防止の両方で優れていることが分かった。

本発明のカッターホイールは、液晶パネル用ガラスなど脆性材料の切断を行うためのカッターホイールにおいて、ホイール本体にダイヤモンドを用いたものに利用することができる。

本発明のカッターホイールの例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図。 本発明のカッターホイールの刃部を示す図で、図１のＡ部詳細図。 従来のカッターホイールの例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図。 従来のカッターホイールの刃部を示す図で、図４のＢ部詳細図。 従来の別のカッターホイールの例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は刃部（Ｃ部）の正面拡大図。 ガラスの切断状態を示す図。

符号の説明

１ ホイール本体
２ 斜面
３ 条痕
４ 刃
５ 研削条痕
６ 打点衝撃を与える突起
７ 取付穴
８ 被加工物
９ スクライブライン
１０ スクライブラインの交差部

Claims (7)

1. 円板状ホイールの外周部に断面形状が略Ｖ字形の刃を有するカッターホイールであって、
   前記円板状ホイールはダイヤモンドからなり、前記Ｖ字形を形成する斜面の円周方向とは交差する方向にレーザが照射されることで前記Ｖ字形先端部に刃が設けられたカッターホイール。
2. 前記ダイヤモンド粒子には前記レーザの照射による条痕が形成されている請求項１に記載のカッターホイール。
3. 前記条痕のピッチは、２〜４０μｍである請求項２に記載のカッターホイール。
4. 前記ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンドである請求項１〜３のいずれかに記載のカッターホイール。
5. 前記ダイヤモンドは、ダイヤモンド粒子の平均粒径が０．１〜３０μｍ、ダイヤモンドの含有率が８０〜９５％のダイヤモンド焼結体である請求項４に記載のカッターホイール。
6. 前記ダイヤモンドは単結晶ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカッターホイール。
7. 前記切刃の稜線は、ホイールの軸方向に波打つ形状である請求項１〜６のいずれかに記載のカッターホイール。

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