JP2011093189A - スクライビングホイール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクライビングホイールにおいて、陵線部の回転振れ精度を極めて高い精度で製造すること。
【解決手段】スクライビングホイール１Ａは中心に一平面内の円形の稜線を有する焼結ダイヤモンドにより形成された円板状のホイール本体部２Ａと、ホイール本体部２Ａの左右に同軸に形成された円柱軸部４、５とを有する。円柱軸部４，５の左右端面は同軸に研磨してテーパー部６，７を有し、ホイール本体部２Ａは円板の稜線部を所定の角度となるように研磨して形成した刃先部３Ａを有する。
【選択図】図１

Description

本発明はガラス板等の脆性材料基板を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。

従来ガラス板やセラミックス基板等の脆性材料基板を分断する場合は、まずこれらの基板に所望のラインに沿ってスクライブラインを形成し、スクライブした後にスクライブラインに沿って分断している。スクライブに用いるスクライビングホイールは、円板状でその外周部分がテーパー状に切欠かれたそろばん珠形状のスクライビングホイールの穴に軸支するためのピンを挿入して用いられている。

例えば特許文献１ではピンを２分割し、夫々にフランジ部分を設けて一対のピンをそろばん珠形状の焼結ダイヤモンドから成るホイール本体部に挟んでろう接などで接合して一体化したスクライビングホイールが用いられている。

又特許文献２には軸とスクライビングホイール本体部とを一体化して形成されたスクライビングホイールも知られている。このスクライビングホイールは断面菱形の形状を有し、両端部がチップホルダに保持されて用いられる。

特開平２００１−５８８４１号公報 国際公開ＷＯ２００３／５１７８４号公報

しかるにホイール本体にピンを挿入するものでは、ピンをホイール本体部の中心軸に芯ぶれすることなく正確に挿入して固定する必要があり、高精度を確保することが難しいという欠点があった。又ピンをろう接などでホイール本体部に固定する必要があり、ろう接時の加熱により焼結ダイヤモンド層が損傷をうけるという欠点もあった。更に軸とホイールとを一体化したスクライビングホイールについては、製造の自由度が少なく、刃先の稜線部分の角度や軸間の距離を任意に選択することができなくなるという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、任意の寸法で芯ぶれすることなく高精度で容易に製造することができるスクライビングホイールと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、中心に一平面内の円形の稜線を有する焼結ダイヤモンドにより形成された円板状のホイール本体部と、前記ホイール本体部の左右に同軸に焼結ダイヤモンド層により形成された円柱軸部と、を具備するスクライビングホイールにおいて、前記円柱軸部の夫々の外側端部に同軸に所定の角度となるように研磨して形成されたテーパー部と、前記ホイール本体部の稜線部の頂角が所定の角度となるように研磨して形成した刃先部と、を具備するものである。

ここで前記刃先部は、少なくとも２段のテーパー面を有し、稜線を形成するテーパー面のみを研磨して形成したものとしてもよい。

ここで前記刃先部は、ホイール本体部の中央に設けられた円板部と、前記円板部の先端のテーパー状部とを有するようにしてもよい。

ここで前記刃先部は、稜線に所定形状の溝を形成したものとしてもよい。

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、超硬合金による円柱状部材の一端に同軸に焼結ダイヤモンド層の円柱部が形成された円柱状の加工素材を用い、前記超硬合金の円柱部分を保持しつつ回転させ、ワイヤ放電加工により焼結ダイヤモンド層部分に一対の同軸の円柱軸部と該円柱軸部に挟まれたホイール本体部とを形成し、前記超硬合金の円柱部分を保持しつつ回転させ、前記円柱軸部の夫々の外側端部を研磨加工することによってテーパー状に形成し、前記超硬合金の円柱部分を保持しつつ回転させ、前記ホイール本体部の稜線部を所定の角度となるよう研磨して刃先部を形成したあと、前記焼結ダイヤモンド層の前記超硬合金層側を切断することにより製造されるものである。

ここで前記ワイヤ放電加工による円柱軸部とホイール本体部の形成時に前記円柱軸部の外側にテーパー部を同時に形成し、前記円柱軸部のテーパー部の研磨時には、研磨することによってワイヤ放電加工による表面の変質層を除去するようにしてもよい。

このような特徴を有する本発明のスクライビングホイールによれば、加工ライン（ワイヤ放電加工機のワイヤの走行軌跡（加工部位））と中心軸との距離を適宜変更することによって円柱軸部の太さを任意に選択することができる。又円柱軸部間の間隔、ホイール本体部の厚さや刃先部の角度を任意に選択することができる。又高精度を要する円柱軸端部のテーパー部と刃先部のみを研磨し、他の部分は放電加工のままとしておくことにより、最小の工数及びコストで所望の精度のスクライビングホイールとすることができる。

図１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及び右側面図である。 図２Ａは本実施の形態のスクライビングホイールの製造に用いる素材ブロック１０を示す斜視図である。 図２Ｂは素材ブロックから切り取られた加工素材２０を示す斜視図である。 図２Ｃは加工素材における放電加工の加工ライン（加工部位）を示す図である。 図２Ｄは放電加工後の焼結ダイヤモンド層を示す拡大図である。 図３は第１の実施の形態の変形例を示す図である。 図４は本発明の第２の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図５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及び右側面図である。 図６は本発明の第４の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図７は本発明の第５の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図８は本発明の第５の実施の形態によるスクライビングホイールの刃先部の部分拡大図である。 図９は本発明の各実施の形態によるスクライビングホイールの刃先の溝の一例を示す部分拡大図である。

（第１の実施の形態）
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について説明する。図１（ａ）はこのスクライビングホイールの正面図、図１（ｂ）はその右側面図である。これらの図に示すようにスクライビングホイール１Ａは中央に円板状のホイール本体部２Ａを有し、ホイール本体部２Ａの厚さ方向の中央に一平面内に含まれる最大円周の稜線を含むテーパー状の部分が刃先部３Ａとして形成されている。又ホイール本体部２Ａの両側の側方に同軸に円柱軸部４及び５を有している。円柱軸部４及び５の夫々の外側の端部には同一の傾斜角度αを持つテーパー部６，７が夫々形成されている。このスクライビングホイール１Ａは全てが焼結ダイヤモンドにより一体に形成されている。

次に本実施の形態によるスクライビングホイール１Ａの製造方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｄは本実施の形態によるスクライビングホイール１Ａの製造過程を示す図である。図２Ａは素材ブロック１０を示しており、円柱形状の超硬合金１１の上部には所定の厚さの焼結ダイヤモンド層１２が一体に形成されている。この素材ブロック１０は例えば直径が３０ｍｍφ、高さが１６ｍｍであり、焼結ダイヤモンド層１２の厚さは３ｍｍ、超硬合金層１１の厚さは１３ｍｍとする。

（加工素材の形成）
さてこの素材ブロック１０の中心軸に平行に円柱形の多数の部材をワイヤ放電加工によって切り取る。これによって図２Ｂに示すように細長い加工素材２０を例えば４０〜５０本得ることができる。この加工素材２０は例えば直径が２．０〜３．５ｍｍ、長さは１６ｍｍの円柱状の素材である。そしてこの加工素材２０も超硬合金層２１と焼結ダイヤモンド層２２とから成り立っている。

（ワイヤ放電加工）
次に図２Ｃにおいて、加工素材２０の超硬合金層２１の左側部分をチャックにより固定して一点鎖線で示す円柱の中心軸を中心として回転させ、ワイヤ放電加工機によって放電し、超硬合金層２１と焼結ダイヤモンド層２２の部分を図２Ｃに示すように切り取る。ここで放電加工の軌跡を加工ライン３０〜３９で示す。加工ライン３０は一点鎖線で示す円柱の中心軸に対して所定の角度で切欠くものであり、加工ライン３１は中心軸に平行、加工ライン３２はこれよりやや太めにテーパー状のラインを形成するものである。加工ライン３３は中心軸に平行、加工ライン３４は加工ライン３３の終了後に径を異ならせてテーパー状に形成することによって形成される加工ライン、加工ライン３５はホイール本体部２Ａに刃先部３Ａを形成するためのテーパー状部分、加工ライン３６もこの逆の傾きを有するテーパー状部分である。又加工ライン３７は直径を小さくするためのライン、加工ライン３８は加工ライン３３と対称であり同一の太さを有する中心軸に平行な加工ライン、加工ライン３９は加工ライン３２と対称な傾きを有する加工ラインである。ここで加工ライン３１〜３９は全て焼結ダイヤモンド層２２で成形される。又加工ライン３２，３９はテーパー部６，７の斜面よりもわずかに大きく設定され、後述する切削加工のための削りしろを残している。又加工ライン３５，３６は刃先部３Ａの斜面よりもわずかに大きく設定され、後述する切削加工のための削りしろを残している。

そして放電加工を終了すると、図２Ｄに正面の部分拡大図を示すように焼結ダイヤモンド層２２はほぼスクライビングホイールの形状の回転体となる。右側面図については図１（ｂ）とほぼ同様である。

（粗形状成形（研磨）工程）
次に粗形状成形工程について説明する。放電加工の際には表面が高温になるため加工変質層が形成され、表面から数十μｍ内部まで変質している。このため、放電加工のままでは使用時に高精度を維持することはできない。特に図１（ａ）に示すテーパー部６，７は軸受と直接接触するため、加工変質層を除去した上、正確なテーパー状面とする必要がある。そこで加工ライン３２とライン３９に沿って放電加工した後に更に表面の精度を増すために研磨加工を行う。研磨工程ではワイヤ放電加工のときと同様に超硬合金層２１の左側をチャックにより固定して円柱の軸を中心として回転させ、テーパー面の表面を研磨する。この研磨加工によって加工ライン３２，３９の加工時に形成された変質層を取り除き、左右の円柱軸部４，５の先端のテーパー部６，７のテーパー状部分の角度を正確に形成することができる。

更にホイール本体１Ａの刃先部３Ａについても同様に研磨加工を行う。特に図１（ａ）に示す刃先部３Ａはスクライブの対象となるガラス板等と直接接触するため、正確な面とする必要がある。そこで加工ライン３５，３６に沿って形成された変質層を取り除くため、超硬合金層２１をチャックにより固定して円柱の軸を中心として回転させ、研磨加工を行う。研磨加工によって変質層を取り除くと共に鋭利な刃先部３Ａの角度を正確に設定することができる。刃先部３Ａの角度は例えば７５〜１７０°、特に９０〜１５０°程度とする。

（切断工程）
図２Ｄにおいて一点鎖線で示す超硬合金層側の焼結ダイヤモンド層２１の部分を切り離すことにより、図１に示すようにホイール本体部２Ａ及び円柱軸部４，５の全部が焼結ダイヤモンド層２２から成るスクライビングホイール１Ａを得ることができる。この場合に切断した面を研磨して左右対称となるようにしてもよいが、テーパー状の更に先端部分は使用時には軸受の貫通孔に入り込むことになるため、図３に示すようにテーパー部６の先端を少し残しておいてもよく、研磨しなくてもよい。

こうして完成したスクライビングホイール１Ａは超硬合金層２１の左側部分をチャック保持し、回転させてワイヤ放電加工や切削加工しているため、ホイール本体部２Ａ、円柱軸部４，５の軸芯を正確に合わせることができる。又加工ライン３３，３８と中心軸との距離を適宜変更することによって、円柱軸部４，５の太さを任意に選択することができる。円柱軸部４，５間の間隔、ホイール本体部２Ａの厚さは、加工ライン３４，３７の間隔を変化させることにより、刃先部３Ａの角度は加工ライン３５，３６の角度により任意に選択することができる。従来の軸とホイール本体とが一体となった側面が菱形形状のスクライビングホイールでは、刃先部のテーパー面の角度、円柱軸部のテーパー面の角度や間隔、刃先部の外径は自在に設定することができないが、本実施の形態ではこれらは夫々独立して任意に設定することができる。又高精度を要する円柱軸部のテーパー部と刃先部のみを研磨し、他の部分は放電加工のままとしておくことにより、最小の工数及びコストで所望の精度のスクライビングホイールとすることができる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について図４を用いて説明する。第２の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｂもホイール本体部２Ｂ及び刃先部３Ｂ以外は第１の実施の形態と同様である。このスクライビングホイール１Ｂの製造工程では、加工ラインの一部とその後の研磨工程のみが異なる。第２の実施の形態では図２Ｃに示す加工ライン３５及び３６に代えて、図４（ａ）に示すように加工ライン４１ａ，４１ｂと加工ライン４２ａ，４２ｂにより２段のテーパー面となるようにしたものである。その他のワイヤ放電加工の加工ラインは第１の実施の形態と同様である。そして左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。ホイール本体部２Ｂの研磨は、刃先部３Ｂの稜線に近い傾斜部分である加工ライン４１ｂ，４２ｂにより形成された左右の斜面の研磨加工で足りる。この場合には研磨加工の角度を刃先部３Ｂのみで適宜選択することができる。その後テーパー部６の先端で切断することによりスクライビングホイール１Ｂを完成させる。

（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について図５を用いて説明する。第３の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｃもホイール本体部２Ｃ及び刃先部３Ｃ以外は第１の実施の形態と同様である。このスクライビングホイール１Ｃの製造工程では、加工ラインの一部とその後の研磨工程のみが異なる。第３の実施の形態では図２Ｃに示す加工ライン３４〜３７に代えて、図５に示すように加工ライン４３ａ，４３ｂと加工ライン４４ａ，４４ｂにより２段のテーパー面となるようにしたものである。その他のワイヤ放電加工の加工ラインは第１の実施の形態と同様である。そして左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。ホイール本体部２Ｃの研磨は、稜線に近い刃先部３Ｃの傾斜部分である加工ライン４３ｂ，４４ｂにより形成された斜面のみの研磨加工で足りる。この場合にも研磨加工の角度を刃先部３Ｃのみで適宜選択することができる。その後テーパー部６の先端で切断することによりスクライビングホイール１Ｃを完成させる。

（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態について図６を用いて説明する。第４の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｄもホイール本体部２Ｄ及び刃先部３Ｄ以外は第１の実施の形態と同様である。このスクライビングホイール１Ｄの製造工程では、加工ラインの一部とその後の研磨工程のみが異なる。第４の実施の形態では図２Ｃに示す加工ライン３４〜３７に代えて、図６（ａ）に示すように加工ライン４５ａ，４５ｂ，４５ｃと加工ライン４６ａ，４６ｂ，４６ｃにより３段のテーパー面となるようにしたものである。その他のワイヤ放電加工の加工ラインは第１の実施の形態と同様である。そして左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。ホイール本体部２Ｄの研磨は、稜線に近い刃先部３Ｄの傾斜部分である加工ライン４５ｃ，４６ｃにより形成された斜面のみの研磨加工で足りる。この場合にも研磨加工の角度を刃先部３Ｄのみで適宜選択することができる。その後テーパー部６の先端で切断することによりスクライビングホイール１Ｄを完成させる。

（第５の実施の形態）
次に本発明の第５の実施の形態について図７を用いて説明する。第５の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｅもホイール本体部２Ｅ及び刃先部３Ｅ以外は第１の実施の形態と同様である。このスクライビングホイール１Ｅの製造工程では、加工ラインの一部とその後の研磨工程のみが異なる。第５の実施の形態では図２Ｃに示す加工ライン３４〜３７に代えて、図７及び図８の部分拡大図に示すように加工ライン４７ａ〜４７ｅと加工ライン４８ａ〜４８ｅとなるようにしたものである。その他のワイヤ放電加工の加工ラインは第１の実施の形態と同様である。この実施の形態では、刃先部３Ｅはホイール本体部２Ｅの中央に設けられた円板部４９を有し、その稜線をテーパー状の刃先に構成したものである。左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。ホイール本体部２Ｅの研磨は加工ライン４７ｅ，４８ｅにより形成された刃先部３Ｅの稜線を形成する斜面のみの研磨加工で足りる。この場合にも研磨加工の角度を刃先部３Ｅのみで適宜選択することができる。その後テーパー部６の先端で切断することによりスクライビングホイール１Ｅを完成させる。

又前述した第２〜第５の実施の形態においても切断した焼結ダイヤモンド面を研磨して左右対称となるようにしてもよいが、テーパー状の更に先端部分は使用時には軸受の貫通孔に入り込むことになるため、図３に示す第１の実施の形態の変形例と同様にテーパー部６の先端を少し残しておいてもよく、研磨しなくてもよい。

又前述した各実施の形態において、特許３０７４１４３号やＷＯ２００７／００４７００に示されているように、刃先の稜線部分に所定形状の溝を形成するようにしてもよい。ここで溝の所定形状は、例えば図９（ａ）〜（ｄ）に示すようにＵ字状、Ｖ字状、のこぎり波状又は矩形状の溝とすることができる。このような溝は研削加工や微細放電、レーザー等の熱加工により形成することでスクライビングホイールの外周部に所定間隔の突起を形成することができる。ここで溝のピッチは外径に応じて例えば２０μｍ以上とし、溝の深さは外形に応じて例えば２〜２０μｍとする。このような溝を形成しておくことによってガラス基板等の脆性材料基板にスクライブラインを形成したときに滑ることがなく、又垂直クラックを深く伸展させることができ、スクライブ後の分断が容易となる。このピッチ、溝の深さを適宜選択することでガラス面に対する食い付き（かかり）性能と、垂直クラックを深く伸展させる性能とのバランスをとることができる。

本発明は脆性材料基板をスクライブして分断するスクライブ装置に有用に用いることができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ スクライビングホイール
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ ホイール本体部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ 刃先部
４，５ 円柱軸部
６，７ テーパー部
１０ 素材ブロック
１１，２１ 超硬合金
１２，２２ 焼結ダイヤモンド層
２０ 加工素材
３０〜３９，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ〜４５ｃ，４６ａ〜４６ｃ，４７ａ〜４７ｅ，４８ａ〜４８ｅ 加工ライン
４９ 円板部

Claims (6)

1. 中心に一平面内の円形の稜線を有する焼結ダイヤモンドにより形成された円板状のホイール本体部と、
   前記ホイール本体部の左右に同軸に焼結ダイヤモンド層により形成された円柱軸部と、を具備するスクライビングホイールにおいて、
   前記円柱軸部の夫々の外側端部に同軸に所定の角度となるように研磨して形成されたテーパー部と、
   前記ホイール本体部の稜線部の頂角が所定の角度となるように研磨して形成した刃先部と、を具備するスクライビングホイール。
2. 前記刃先部は、少なくとも２段のテーパー面を有し、稜線を形成するテーパー面のみを研磨して形成したものである請求項１記載のスクライビングホイール。
3. 前記刃先部は、ホイール本体部の中央に設けられた円板部と、前記円板部の先端のテーパー状部とを有する請求項１記載のスクライビングホイール。
4. 前記刃先部は、稜線に所定形状の溝を形成したものである請求項１記載のスクライビングホイール。
5. 超硬合金による円柱状部材の一端に同軸に焼結ダイヤモンド層の円柱部が形成された円柱状の加工素材を用い、
   前記超硬合金の円柱部分を保持しつつ回転させ、ワイヤ放電加工により焼結ダイヤモンド層部分に一対の同軸の円柱軸部と該円柱軸部に挟まれたホイール本体部とを形成し、
   前記超硬合金の円柱部分を保持しつつ回転させ、前記円柱軸部の夫々の外側端部を研磨加工することによってテーパー状に形成し、
   前記超硬合金の円柱部分を保持しつつ回転させ、前記ホイール本体部の稜線部を所定の角度となるよう研磨して刃先部を形成し、
   前記焼結ダイヤモンド層と前記超硬合金層とを切断することにより製造されるスクライビングホイールの製造方法。
6. 前記ワイヤ放電加工による円柱軸部とホイール本体部の形成時に前記円柱軸部の外側にテーパー部を同時に形成し、
   前記円柱軸部のテーパー部の研磨時には、ワイヤ放電加工による表面の変質層を除去する請求項５記載のスクライビングホイールの製造方法。

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