JP2013086982A - 焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高温状態の脆性材料基板のスクライブに有用な焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール及びその製造方法を提供する
【解決手段】ダイヤモンド微粒子と、コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材と、超微粒子炭化物と、を含み、ディスク状ホイールの円周部に沿った全周にわたりＶ字型の刃が形成されている焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール１０であって、刃の結合材の濃度は、加工により低くされている。刃の結合材の濃度を低くするには、焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール１０をフッ化水素酸と硝酸との混合溶液中に浸漬し、結合材の一部を溶解させればよい。
【選択図】図７

Description

本発明は、焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール及びその製造方法に関し、特に高温状態のガラス基板をスクライブしても寿命が長い焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール及びその製造方法に関する。

従来、液晶表示パネルや有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネル等のフラットディスプレイパネル、太陽電池等の製造工程では、マザーガラス基板等の脆性材料基板のスクライブ工程が設けられている。また、ガラス素材の製造工程においても、ガラスリボンからのガラス板の切り出し工程が設けられている。これらの分断工程ないし切り出し工程では、スクライビングホイールに脆性基板の材質や厚み等の諸条件に見合った加重を負荷しながら、スクライビングホイールを脆性基板の表面上を転動させてスクライブラインを形成し、脆性基板に所定の力を負荷することによって脆性基板をスクライブラインに沿って分断し、個々のパネルやガラス板を製造している。

これらのスクライビングホイールとして、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃を形成したもの（下記特許文献１参照）や、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字型分の刃を形成すると共にこのＶ字形の刃に一定ピッチで一定高さの突起ないし一定深さの溝を形成したもの（下記特許文献２参照）も知られている。さらに、スクライビングホイールとして、鋼や超硬合金製のものだけでなく、焼結ダイヤモンド製のものも知られている（下記特許文献３参照）。

なお、焼結ダイヤモンドは、ダイヤモンド微粒子と、コバルト、ニッケル及び鉄等の鉄属金属を含む結合材とから、高温高圧条件下で作製されており、他に、タングステンや、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム及びモリブデンからなる群より選択される少なくとも１種の金属の炭化物が添加される場合もある（下記特許文献４参照）。

特開平０６−０５６４５１号公報 特許第３０７４１４３号明細書 特開２０１１−０９３１８９号公報 特開２０１０−２０８９４２号公報 特開２００１−０８０９２８号公報

焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールは、焼結ダイヤモンド自体が強度、耐摩耗性、耐衝撃性に優れているため、常温下でのガラスのスクライビングに用いると非常に長寿命のものとなることが知られている。しかしながら、近年、ガラス板の製造効率の向上の目的で、切断対象のガラス板が常温まで冷却されていない高温状態のまま、すなわち、ガラス板が約２００℃〜４００℃の範囲にあるうちに切断することが要求されるようになってきている（上記特許文献５参照）。しかしながら、このような高温状態のガラス板のスクライブラインの形成に焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールを使用すると、その寿命が大幅に短くなることが問題となっている。

ここで、使用前後の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの刃先の電子顕微鏡写真を図８に示す。なお、図８Ａは使用前（スクライビングホイールの走行前）の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの刃先の電子顕微鏡写真であり、図８Ｂは高温状態のガラス板のスクライブに使用して寿命が到来した焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの刃先の電子顕微鏡写真であり、スクライビングホイールの形状は上記特許文献２に開示されているものと同様に、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字型分の刃を形成すると共にこのＶ字形の刃に一定ピッチで一定高さの突起ないし一定深さの溝を形成したものである。

図８Ａ及び図８Ｂを対比すると明らかなように、高温状態のガラス板のスクライブに使用した焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール（図８Ｂ）は、刃先稜線の摩耗の仕方が激しく、いびつな形状に摩耗していることが認められた。このような現象が生じる理由は、以下のとおりであると推測される。すなわち、焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールは、主成分として、ダイヤモンド微粒子とコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材とで構成されているため、高温時にダイヤモンド微粒子とコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材とが固溶し、ダイヤモンド微粒子の黒鉛化によってスクライビングホイールの素材の劣化が促進されること、さらには、熱膨張率がダイヤモンド微粒子とコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材とで異なるために、スクライビングホイールの素材に歪みが生じることにより劣化し易くなり、スクライビングホイールの寿命が短くなるものとも推測される。

発明者等は、上述のような焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールにおける従来技術の問題点を解決すべく種々検討を重ねた結果、スクライビングホイールの表面側のコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材濃度を内部側のコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材濃度よりも低くすると、従来のものよりも、スクライビングホイールの素材強度は低下するが、高温状態のガラス板のスクライブラインの形成においてはスクライビングホイールの寿命が長くなることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、高温状態のガラス基板をスクライブしても寿命が長い焼結ダイヤモンド製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。

上記目的を達成するため、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールは、ダイヤモンド微粒子と、コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材と、を含み、ディスク状ホイールの円周部に沿った全周にわたりＶ字型の刃が形成されている焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールであって、前記刃の表面側のコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材の濃度を低くする加工がされていることを特徴とする。

焼結ダイヤモンドは、ダイヤモンドと、コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材を含んでいるが、高温条件下ではコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材が存在すると、ダイヤモンドとコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材とが固溶し、ダイヤモンドの黒鉛化が促進される。ダイヤモンドが黒鉛化すると、機械的強度が低下するため、焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの寿命低下につながる。また、ダイヤモンドとコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材とでは熱膨張率が異なるため、加熱及び冷却が繰り返されると、焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの劣化につながる。

本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールにおいては、刃の表面側のコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材の濃度が刃内部側のコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材の濃度よりも低くされているので、表面側の機械的強度が２０％〜３０％程度低下するが、ダイヤモンドの黒鉛化が生じ難くなっているので、高温条件下、例えば２００℃〜４００℃程度の高温状態のガラスのスクライブに使用すると、従来の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールを用いた場合よりも寿命が長くなる。

また、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールにおいては、前記刃の表面側において、前記ダイヤモンド微粒子が軽石状に結合され、前記ダイヤモンド微粒子の間隙から前記結合材が除去されていることが好ましい。

また、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールにおいては、前記結合材の含有量は、前記刃の表面側において５質量％以下であることが好ましい。

また、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールにおいては、前記刃の表面側の結合材の濃度は、刃の内部側の結合材の濃度よりも低くされていることが好ましい。

本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールにおいては、前記刃の内部側において、前記ダイヤモンド微粒子の平均粒子径が０．１〜１０μｍの範囲のものを６５．０〜９５．０質量％、コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材を５．０〜３５．０質量％含んでいることが好ましい。

焼結ダイヤモンド中のダイヤモンド微粒子の平均粒子径及び含有量、コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材の含有量が上記範囲内になるものとすると、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れた焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールが得られる。なお、焼結ダイヤモンド中のダイヤモンド微粒子の含有量は、６５質量％未満であると耐摩耗性が低下し、９５質量％を越えると、相対的に結合材の含有量が低下するので、結合材の効果が十分に奏されなくなる。

また、ダイヤモンド微粒子の平均粒径が０．１μｍ未満であると、ダイヤモンド微粒子の粒界においてクラックが伝播し易くなり、スクライビングホイールに衝撃が加わるとスクライビングホイールの欠損が増加する。また、ダイヤモンド微粒子の平均粒径が１．５μｍ以上であると、何らの加工も行わない状態では刃先の先端の鋭利さに欠けるようになり、ガラスに良好なスクライブラインを形成し難くなる。この場合でも、ダイヤモンド微粒子の平均粒径が１０．０μｍ以下であれば、さらに刃先の稜線付近を研磨することにより、刃先の先端を鋭利にすることができる。

結合材の含有量が、表面側が５質量％以下であれば、表面においてよりダイヤモンドの黒鉛化が生じ難く、高温条件下、例えば２００℃〜４００℃程度の高温状態のガラスに用いた場合に従来の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールよりも刃先寿命が長い焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールが得られる。なお、結合材の含有量は０％に近くなるほどダイヤモンドの黒鉛化が生じ難いが、５質量％以下であればよい。焼結ダイヤモンドは、ダイヤモンド微粒子によって軽石のようなネットワークが形成されており、結合材は通常その隙間に存在している。このネットワークにおいては結合材が完全にダイヤモンド微粒子に囲まれている部分があり、ダイヤモンド微粒子に囲まれた結合材を除去することは困難であることから、内部側の結合材の含有量にかかわらず、表面側の結合材中のコバルト含有量を０％とすることは困難である。

また、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールにおいては、前記ディスク状ホイールの円周部に沿って形成されたＶ字型の刃に、一定ピッチで一定高さの突起ないし一定深さの溝が形成されているものとしてもよい。

ディスク状ホイールの円周部に沿って形成されたＶ字型の刃に一定ピッチで一定高さの突起ないし一定深さの溝が形成されているものとすると、スクライブ時に、水平クラックが発生し難く、長い垂直クラックを発生させることができるようになる。

なお、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールにおいては、例えばタングステン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム及びモリブデンからなる群より選択される少なくとも１種の金属の炭化物からなる超微粒子炭化物を含んでいてもよい。

これらの超微粒炭化物粒子は、炭素のゲッターとして作用し、しかも、結合材中へある程度炭化物としても固溶するため、結合材中へのダイヤモンドの溶解、析出を穏やかにすることができるので、ダイヤモンド微粒子が粗大化し難く、より長寿命の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールが得られる。

また、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールにおいては、超微粒子炭化物を３．０〜２０．０質量％含んでいるものとしてもよい。

焼結ダイヤモンド中の超微粒子炭化物の含有量は、３．０質量％未満ではダイヤモンド微粒子の異常な粒成長を抑制し難くなり、２０．０質量％を越えると相対的に結合材の含有量が低下するので、結合材の効果が十分に奏されなくなる。

また、上記目的を達成するため、本発明のスクライビングホイールは、結合材の少なくとも一部を除去された焼結ダイヤモンドからなることを特徴とする。

本発明のスクライビングホイールにおいては、結合材の少なくとも一部を除去された焼結ダイヤモンドからなるので、表面側の機械的強度が２０％〜３０％程度低下するが、ダイヤモンドの黒鉛化が生じ難くなっているので、高温条件下、例えば２００℃〜４００℃程度の高温状態のガラスのスクライブに使用すると、従来のスクライビングホイールを用いた場合よりも寿命が長くなる。

また、上記目的を達成するため、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの製造方法は、
ダイヤモンド微粒子と、コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材と、を含み、ディスク状ホイールの円周部に沿った全周にわたりＶ字型分の刃が形成されている焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールを作成する第１の工程と、
前記第１の工程で作成された焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールをフッ化水素酸と硝酸との混合溶液中に浸漬し、結合材中のコバルトの一部を溶解させる第２の工程と、
を備えることを特徴とする。

本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの製造方法によれば、容易に刃の結合材の濃度を低くすることができ、容易に上記本発明の効果を奏する焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールを製造することができるようになる。なお、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの製造方法における第１の工程においては、所定厚さの円盤状の焼結ダイヤモンドを作製した後、周辺部を両側からベベル研削（砥石の面を使用して研削し、傾斜面を形成）することによりスクライビングホイールを作製することができる。なお、第２の工程において使用するフッ化水素酸と硝酸との混合溶液としては、例えばシリコンのエッチングに普通に使用されているフッ化水素酸と硝酸との混合溶液を使用し得る。

また、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの製造方法においては、前記第２の工程を、２５〜１６０℃で１時間〜１５時間行うことが好ましい。

本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの製造方法では、最適な第２の工程の処理温度及び処理時間はフッ化水素酸と硝酸との混合溶液の濃度によって変化するが、例えばシリコンのエッチングに普通に使用されているフッ化水素酸と硝酸との混合物を使用した場合、１５０℃で５時間以上行えば、高温状態のガラスのスクライブに使用した際に、従来の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールを用いた場合よりも刃先寿命が長い焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールを作製することができる。

また、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの製造方法においては、さらに、前記ディスク状ホイールの円周部に沿って形成されたＶ字型の刃に、一定ピッチで一定高さの突起ないし一定深さの溝を形成する第３の工程を備えることが好ましい。

なお、第３の工程としては、レーザ加工、放電加工、又は研削加工等の従来公知の加工方法を採用し得る。これにより、スクライブ時に、水平クラックが発生し難く、長い垂直クラックを発生させることができる焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールを容易に作製することができる。第３の工程は、第２の工程の前に行われると、刃に形成された溝の表面から第２の工程において短時間で均一に結合材を除去することができる。また、スクライビングホイールの中心部分まで均一に結合材を除去する場合には、第２の工程は第１の工程の前に行われても良く、また第３の工程の前に行われてもよい。

本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの側面図である。 図１の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの正面図である。 図１のIII部分の拡大図である。 ホイールユニットの斜視図である。 図４のホイールユニットをホルダー取付部に挿入する前の状態を示す部分拡大斜視図である。 ホイールユニットをホルダー取付部に挿入した状態の断面図である。 高温状態のガラスのスクライブの原理を説明する概念図である。 図８Ａは走行前の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの刃先の電子顕微鏡写真であり、図８Ｂは高温状態のガラス板のスクライブに使用して刃先寿命が到来した、走行後の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの刃先の電子顕微鏡写真である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの一例を示すものであって、本発明をこの焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。

［スクライビングホイールの形状］
最初に本実施形態の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールについて、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１は本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの側面図である。図２は図１の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの正面図である。図３は図１のIII部分の拡大図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール１０は、ディスク状ホイールの円周部に沿った全周にわたりＶ字型の刃が形成された形状を備えている。より詳細には、下底面が上底面より面積が大きい２つの円錐台の下底面同士が互いに対向するように配置された形状を備えており、算盤玉形状を有している。この焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール１０は、本体部１１と、刃１２と、刃先１２ａと、を有している。

本体部１１は、図１及び図２に示すように、円盤状とされており、本体部１１の中心付近には回転軸１０ｂに沿って本体部１１を貫通する貫通孔１０ａが設けられている。また、本体部１１の外周には、円環状の刃１２が設けられている。

刃１２は、図１に示すように、回転軸１０ｂを中心とした同心円状の内周及び外周により形成される円環状体である。また、刃１２は、図２に示すように、正面視Ｖ字状とされている。回転軸１０ｂに沿った刃１２の厚さｔは、回転軸１０ｂ側から刃先１２ａに向かうに従って徐々に小さくなっている。刃先１２ａは刃１２の最外周部に沿って設けられている。図３に示すように、刃先１２ａは、突起部１４を有するとともに、溝１３と、稜線１４ａとが設けられている。

複数の溝１３は刃先１２ａに設けられた側面視略Ｖ字状の凹みであり、隣接する溝１３は刃１２の外周に沿って所望のピッチＰだけ隔てて形成されている。複数の突起部１４は、本体部１１の最外周部に沿って設けられており、より具体的には、刃先１２ａに沿って設けられた複数の溝１３のうちの隣接する溝１３の間に設けられている。

なお、図３には、図示の都合上、３つの溝１３及び４つの突起部１４のみが記載されている。また、刃先１２ａに形成されている複数の溝１３はμｍオーダで意図的に規則的に加工されたものであり、刃先１２ａ形成時の研削加工により必然的に形成される不規則な研削条痕とは明確に区別される。

ここで、スクライビングホイール１０の外径Ｄ（図２参照）は、好ましくは１〜１０ｍｍの範囲である。スクライビングホイール１０の外径Ｄが１ｍｍより小さい場合には、スクライビングホイール１０の取り扱い性及び耐久性が低下する。一方、スクライビングホイール１０の外径Ｄが１０ｍｍより大きい場合には、スクライブ時の垂直クラックが脆性材料基板に対して深く形成されないことがある。

また、スクライビングホイール１０の厚さＴは、好ましくは０．２〜１．５ｍｍの範囲である。スクライビングホイール１０の厚さＴが０．２ｍｍより小さい場合には加工性及び取り扱い性が低下することがある。一方、スクライビングホイール１０の厚さＴが１．５ｍｍより大きい場合にはスクライビングホイール１０の製造のためのコストが高くなる。

また、刃１２の刃先角θは、通常鈍角であり、好ましくは、９０°＜θ≦１６０°の範囲である。なお、刃先角θの具体的角度は、切断する脆性材料基板の材質や厚さ等から適宜設定される。また、刃先１２ａに形成される溝１３の深さｈ（すなわち突起部１４の高さｈ）は、好ましくは０．５〜６０μｍの範囲である。

また、隣接する溝１３の間のピッチＰ（図３参照）は、好ましくは５〜２００μｍの範囲である。隣接する溝１３の間のピッチＰが５μｍより小さい場合には、スクライビングホイール１０の刃先１２ａの摩耗が大きくなって耐久性が低下することがある。一方、このピッチＰが２００μｍより大きい場合には、良好な垂直クラックを脆性材料基板に形成できないことがある。

また、隣接する溝１３の間に形成される稜線１４ａの長さＬは、好ましくは２．５〜７５μｍの範囲である。この稜線１４ａの長さＬが２．５μｍより小さい場合には、十分な有効切削長さを確保できず、スクライビングホイール１０の寿命が短くなるという問題が生ずる。また、稜線１４ａの長さＬに対する溝１３の幅Ｗの割合Ｒ（＝Ｗ／Ｌ）は、十分な有効切削長さを確保するためには０．５〜５．０の範囲であることが必要である。

［スクライビングホイールの組成］
スクライビングホイール１０の成形に用いられる焼結ダイヤモンドは、ダイヤモンド微粒子と、コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材と、を含有しており、隣り合うダイヤモンド微粒子同士が互いに結合していることが好ましい。隣り合うダイヤモンド微粒子同士が互いに結合していることによって、優れた耐摩耗性及び強度が得られる。

ダイヤモンド微粒子の平均粒子径は、好ましくは、０．１〜１０μｍの範囲である。スクライビングホイール１０では、突起部１４の稜線１４ａにおいて鋭利さが求められるため、何らかの加工を行わない場合にはダイヤモンド微粒子の平均粒子径は少なくとも１．５μｍ以下の超微粒子であることが必要とされる。また、スクライビングホイールを形成した後、さらに研磨加工を行って稜線を鋭利にする場合には、ダイヤモンド微粒子の平均粒子径は１．５μｍ〜１０．０μｍの範囲とすることができる。一方、ダイヤモンドの平均粒子径が０．１μｍ未満となる場合、ダイヤモンド粒界においてクラックが伝播し易くなる。そのため、刃先１２ａの突起部１４に繰り返し捩り力が働くと、この突起部１４の欠損が助長される。その結果としてスクライビングホイール１０の刃先寿命が短くなるという問題が生ずる。

焼結ダイヤモンド中におけるダイヤモンド微粒子の含有量は、好ましくは、６５．０〜９５．０質量％の範囲である。ダイヤモンド微粒子の含有量が６５．０質量％未満の場合、燒結ダイヤモンドの耐摩耗性が低下する。ダイヤモンド微粒子の含有量が９５．０質量を超えると、焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの強度が低下する。

さらに、焼結ダイヤモンドは、超微粒子炭化物を含有していることが好ましい。超微粒子炭化物としては、例えばタングステン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム及びモリブデンからなる群より選択される少なくとも１種の金属の炭化物からなるものを使用し得る。焼結ダイヤモンド中における超微粒子炭化物の含有量は、好ましくは３．０〜２０．０質量％の範囲である。これにより、焼結過程におけるダイヤモンドの溶融−凝固時において、ダイヤモンド微粒子の異常粒成長を抑制することができ、耐摩耗性及び機械的強度を向上させることができるようになる。

また、結合材としては、通常、コバルトを主成分とする鉄族元素が使用される。鉄族元素としては、他にニッケル、鉄等が挙げられる。また、焼結ダイヤモンド中における結合材の含有量は、好ましくはダイヤモンドの残部または超微粒子炭化物が含まれる場合にはダイヤモンドおよび超微粒子炭化物の残部であり、さらに好ましくは、５．０〜３５．０質量％の範囲である。なお、本明細書における「質量％」は、焼結ダイヤモンドの表面のＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析法：Energy Dispersive X-ray spectrometry）を用いた元素分析に基づいて求められるものである。

スクライビングホイールの製造方法に際しては、所定のダイヤモンド微粉末、超微粒子炭化物及び残部がコバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材微粉末を混合し、次に、ダイヤモンドが熱力学的に安定となる高温および超高圧下において、これらの混合物を焼結することにより、焼結ダイヤモンドを製造する。焼結時の超高圧発生装置の金型内の圧力は、好ましくは５〜８ＧＰａの範囲であり、この金型内の温度は好ましくは１５００〜１９００℃の範囲である。この金型の寸法を適宜に調整することにより、厚さ０．５〜１．２ｍｍの焼結ダイヤモンドを製造することができる。

［スクライビングホイールの成形］
上述のようにして製造された焼結ダイヤモンドから、所望の径を有する円盤状の焼結ダイヤモンドディスクを切り取る。次に、図２に示したように、回転軸１０ｂに沿った刃１２の厚さｔが回転軸１０ｂ側から刃先１２ａに向かうに従って徐々に小さくなるように、円盤の周縁部を研削する。これにより、円盤の周縁部に正面視Ｖ字状の刃１２が形成される（本発明の「第１の工程」に対応）。

そして、レーザ加工、放電加工、または研削加工等の従来公知の加工方法によって、刃先１２ａに複数の溝１３が形成される（本発明の「第３の工程」に対応）。なお、本実施の形態のスクライビングホイール１０は、上述のように小径１〜１０ｍｍであり、溝１３の形成には加工精度が求められるので、溝１３の加工方法として、ＹＡＧレーザを用いたレーザ加工法を用いることが好ましい。

ここでは、スクライビングホイールとして、外形Ｄ＝２ｍｍ、厚さｔ＝０．６５ｍｍ、θ＝１２５°、深さｈ＝３μｍ、ピッチＰ＝３５μｍ、Ｗ＝１０μｍ、稜線Ｌ＝２５μｍ、Ｒ＝Ｗ／Ｌ＝２のものを作製し、スクライビングホイールは、以下の結合材除去工程（本発明の「第２の工程」に対応）を行った例について説明する。

結合材除去工程は、上述のようにして作製されたスクライビングホイールを、フッ化水素酸と硝酸との混合溶液中に２５℃〜１６０℃で１時間〜１５時間浸漬し、その後に水洗して乾燥することにより行われる。浸漬時間が短い場合には、スクライビングホイールの表面から徐々に結合材が溶解して表面の結合材濃度が下がっていく。浸漬時間が長くなると、スクライビングホイール内部まで均一に結合材を除去することができる。

なお、本実施形態においては刃先１２ａに複数の溝１３を形成した後に結合材除去工程を行っている。これは、刃に形成された溝の表面から短時間で均一に結合材を除去することができるためである。結合材除去工程においてスクライビングホイールを長時間フッ化水素酸と硝酸との混合溶液中に浸漬することにより、スクライビングホイールの中心部分まで均一に結合材を除去する場合には、結合材除去工程は第１の工程の前、すなわち円盤状の焼結ダイヤモンドディスクの状態で行われても良く、また第３の工程の前、すなわち刃先に複数の溝を形成する前に行われてもよい。

上述の結合材除去工程では、焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの表面側において、結合材が大幅に溶解・除去されると共に、炭化タングステンなどの超微粒子炭化物も一部が溶解・除去される。なお、結合材の含有量は０％に近くなるほどダイヤモンドの黒鉛化が生じ難いが、５質量％以下であればよい。焼結ダイヤモンドは、ダイヤモンド微粒子によって軽石のようなネットワークが形成されており、結合材は通常その隙間に存在している。この軽石状ネットワークにおいては結合材が完全にダイヤモンド微粒子に囲まれている部分があり、ダイヤモンド微粒子に囲まれた結合材を除去することは困難であるため、内部側の結合材の含有量にかかわらず、表面側の結合材中のコバルト含有量を０％とすることは困難である。

結合材除去後の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの表面を走査型電子顕微鏡で観察することにより、結合材が除去されているか否かを確認することができる。除去前の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの表面においては、ダイヤモンド微粒子が結合して軽石状ネットワークを形成しており、さらにその間隙を結合材が満たしている。これに対し、上述の結合材除去工程では、ダイヤモンド微粒子の隙間に存在する結合材を除去しているので、結合材除去後の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの表面の軽石状のネットワークにおいて、ダイヤモンド微粒子の間は空隙となっている。

上述のようにして作製された本実施形態の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール１０は、図４〜図６に示されているように、ホルダー３１に取り付けられてホイールユニット３０とされ、このホイールユニット３０がホルダー取付部４０に取り付けられて、図７に示したように、高温状態のガラスのスクライブに使用される。なお、図４はホイールユニットの斜視図であり。図５は図４のホイールユニットをホルダー取付部に挿入する前の状態を示す部分拡大斜視図であり、図６はホイールユニットをホルダー取付部に挿入した状態の断面図である。

ホイールユニット３０は、スクライビングホイール１０と、スクライビングホイール１０を固定するホルダー３１と、スクライビングホイール１０をホルダー３１に固定するためのピン３６を有している。ホルダー３１の形状は、ここでは底面の径がスクライビングホイール１０の外径と略同じな円形状である略円筒形状であって金属又は樹脂で形成されており、外周面部の全周囲にわたって、円環状の窪み３２が形成されている。ホルダー３１の一方の底面からは、スクライビングホイール１０の厚さよりも幅広の切り欠き３４が、側面に垂直に設けられており、この切り欠き３４によって脚部３３ａ及び３３ｂが形成されている。また、脚部３３ａの下端側にはその面に垂直な方向の貫通孔３５が形成され、脚部３３ｂ側にはピン受け部（図示省略）が形成されている。

スクライビングホイール１０は、ピン３６を貫通孔３５及びピン受け部に挿入する際に同時にスクライビングホイール１０の中心の貫通孔１０ａを通すことにより、ピン３６に回転自在に保持されている。ピン３６は、貫通孔３５及びピン受け部に挿通された際、抜けないように固定され、回転自在となるように保持されている。なお、ピン３６にスクライビングホイール１０を保持した後は、スクライビングホイール１０の交換を要する場合にもスクライビングホイール１０を取り外すことなく、ホルダー３１と共にホイールユニット３０全体が交換される。ホルダー３１の側面からは、ホルダー取付部４０への挿入方向を容易に規制するとともに脱着を容易にするための操作バー３７が、垂直に突出して形成されている。

ホルダー取付部４０は直方体形状であり、その一底面から垂直に、ホイールユニット３０を挿入し保持するための略円柱状の保持孔部４１及びホイールユニット３０の操作バー３７を導入するためのバー導入溝４２が形成されている。なお、保持孔部４１には、例えばボールプランジャーやバネ部材などの弾性部材４３（図７参照）が設けられており、この弾性部材４３がホイールユニット３０の円環状の窪み３２に当接するようになされている。

ホイールユニット３０は、操作バー３７をバー導入溝４２に導入しながら、保持孔部４１に挿入される。ホイールユニット３０が保持孔部４１に挿入されて操作バー３７がバー導入溝４２内に引き上げられ、ホイールユニット３０の上端が保持孔部４１の上端と当接したとき、ホイールユニット３０の窪み３２が、保持孔部４１の弾性部材４３と係合し、ホイールユニット３０がホルダー取付部４０に着脱可能に保持・固定される。また、操作バー３７はバー導入溝４２で回転方向の動きが抑止されるので、ホイールユニット３０は、ホルダー取付部４０の保持孔部４１内で正確に位置決めされる。

次に、高温状態のガラスリボンのスクライブ方法を、図７を用いて説明する。なお、図７は高温状態のガラスのスクライブの原理を説明する概念図であり、上記特許文献５に開示されている方法と同様のものである。また、図７中の矢印は、ガラスリボンの搬送方向を示す。

このスクライブ装置５０は、ガイドバー５１にホルダー取付部４０が設けられており、このホルダー取付部４０にホイールユニット３０が取り付けられている。ガラスリボン５２の連続生産中に、ガラスリボン５２の軟化点以下の温度領域において、搬送方向と同方向の割断予定線５３上にスクライビングホイール１０の稜線の延在方向と割断予定線５３とが一致するようにスクライブ装置５０が固定されている。このスクライブ装置５０には、スクライビングホイール１０をガラスリボン５２の割断予定線５３に所定の荷重で接触させながら回転させることにより、予備亀裂５４が入れられ、ガラスリボン５２が割断されるものである。なお、通常の刃先寿命を測定するには連続的に直線状のスクライブラインを形成し、スクライブラインが形成されなくまるまでの距離を測定すればよい。

上述のようにして表面の結合材が除去された焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールを用い、常温のガラスをスクライブすると、表面の結合材が除去された焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの刃先寿命は表面の結合材を除去しない焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの刃先寿命よりも短くなる。これは、表面の結合材が除去されることにより、素材強度が低下するためと考えられる。

しかしながら、２００〜４００℃の高温状態のガラスを連続的にスクライブする場合には、表面の結合材が除去された焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの刃先寿命は表面の結合材を除去しない焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの刃先寿命と比べて長くなる。本実施形態の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールは、特に、より高温状態のガラスを切断する場合に、黒鉛化の影響を小さくすることができる。

なお、上記実施形態では、ディスク状ホイールの円周部に沿って形成されたＶ字型の刃に一定ピッチで一定高さの突起ないし一定深さの溝が形成されている焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの場合を例にとり説明したが、ディスク状ホイールの円周部に沿って形成されたＶ字型の刃を備える、いわゆるノーマルホイールの場合においても同様の効果が奏される。

このような本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの効果は、刃先の結合材の濃度が低くなるように加工されたことにより奏されるものである。そのため、焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールによれば、高温時にダイヤモンドの炭素と結合材との固溶が抑制され、ダイヤモンド微粒子の黒鉛化が生じ難くなり、刃先寿命が長くなったものと認められる。したがって、本発明の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールは、常温での脆性部材のスクライブよりも高温状態の脆性材料のスクライビング用として有益となる。

１０：（焼結ダイヤモンド製）スクライビングホイール １０ａ：貫通孔 １０ｂ：回転軸 １１：本体部 １２：刃 １２ａ：刃先 １３：溝 １４：突起部 １４ａ：稜線 ３０…ホイールユニット ３１…ホルダー ３３ａ、３３ｂ…脚部 ３５…貫通孔 ３６…ピン ３７…操作バー ４０…ホルダー取付部 ４１…保持孔部 ４２…バー導入溝 ４３…弾性部材 ５０…スクライブ装置 ５１…ガイドバー ５２…ガラスリボン ５３…割断予定線 ５４…予備亀裂 Ｄ：外形 ｔ：厚さ θ：刃先角度 ｈ：溝の深さ（突起の高さ） Ｐ：ピッチ Ｗ：溝の幅 Ｌ：稜線の長さ Ｒ：Ｗ／Ｌ

Claims (12)

1. ダイヤモンド微粒子と、コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材と、を含み、ディスク状ホイールの円周部に沿った全周にわたりＶ字型の刃が形成されている焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールであって、
   前記刃の結合材の濃度を低くする加工がされていることを特徴とする焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール。
2. 前記刃の表面側において、前記ダイヤモンド微粒子が軽石状に結合され、前記ダイヤモンド微粒子の間隙から前記結合材が除去されていることを特徴とする請求項１に記載の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール。
3. 前記結合材の含有量は、表面側が５質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール。
4. 前記刃の表面側の結合材の濃度は、刃の内部側の結合材の濃度よりも低くされていることを特徴とする請求項１に記載の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール。
5. 前記刃の内部側において、前記ダイヤモンド微粒子の平均粒子径が０．１〜１０μｍの範囲のものを６５．０〜９５．０質量％、コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材を５．０〜３５．０質量％含んでいることを特徴とする請求項４に記載の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール。
6. 前記焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールは、超微粒子炭化物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール。
7. 刃の内部側において、前記超微粒子炭化物を３．０〜２０．０質量％含んでいることを特徴とする請求項６に記載の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール。
8. 前記焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールは、前記断面がＶ字形の刃に交差する方向に一定ピッチで一定深さの溝が形成されているものであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイール。
9. 結合材の少なくとも一部を除去された焼結ダイヤモンドからなるスクライビングホイール。
10. ダイヤモンド微粒子と、コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材と、超微粒子炭化物と、を含み、ディスク状ホイールの円周部に沿った全周にわたりＶ字型分の刃が形成されている焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールを作成する第１の工程と、
    前記第１の工程で作成された焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールをフッ化水素酸と硝酸との混合溶液中に浸漬し、表面側の前記コバルトを主成分とする鉄系金属からなる結合材の一部を溶解させる第２の工程と、
    を備えることを特徴とする焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの製造方法。
11. 前記第２の工程を、２５℃〜１６０℃で１時間〜１５時間行うことを特徴とする請求項１０に記載の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの製造方法。
12. さらに、前記ディスク状ホイールの円周部に沿って形成されたＶ字型の刃に、一定ピッチで一定高さの突起ないし一定深さの溝を形成する第３の工程を備えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の焼結ダイヤモンド製スクライビングホイールの製造方法。