JP2014087992A - 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を長寿命化すること。
【解決手段】円板状のスクライビングホイール基材を円周部分がＶ字形の刃先となるように研磨する際に、刃先稜線１５に平行な研削条痕１４が形成されるように研磨する。その後刃先にＣＶＤ法によってダイヤモンド膜を形成する。このスクライビングホイールを用いて脆性材料基板をスクライブすると、スクライブを進めてもダイヤモンド膜の剥離や欠けが生じ難く、スクライビングホイールを長寿命化することができる。
【選択図】図３

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、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１には、脆性材料基板、特にガラス板とのスリップをなくすために、回転軸の正面から見た場合に刃先に対して軸方向からの放射方向に対して角度を成す方向に研磨して条痕を形成したガラスカッタが示されている。

特許文献２にはセラミックス製のガラス切断用のホイールカッタにおいて研磨方向の円周方向に沿って研磨することで深い垂直クラックを形成することができるホイールカッタが提案されている。

特許文献３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。

特開平０６−０５６４５１号公報 特開平０５−２５４８６５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結合材が表面に露出した部分から磨耗が急激に進み、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。

特許文献１に記載のように、ガラス板をスクライブするスクライビングホイールの製造時にその稜線に対して斜め方向に刃先を研磨すると、稜線部分に欠けが生じ易くなるという問題点があった。

特許文献２に記載のホイールカッタは、セラミックス製のホイールカッタであり、表面にダイヤモンド膜を付したものではない。そのため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。

特許文献３に記載のガラス切断用刃を用いて実際に脆性材料基板をスクライブする場合には、刃先の欠け、ダイヤモンド被膜の剥離などが起こりやすい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、ダイヤモンド膜を被覆したスクライビングホイールにおいて、ダイヤモンド膜の欠けや剥離の防止することができ、スクライビングホイールの長寿命化を図ることができる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し、前記稜線の両側の領域に前記稜線に平行な研削条痕を有するスクライビングホイール基材と、前記スクライビングホイール基材の刃先表面に形成されたダイヤモンド膜とを有するものである。

ここで前記スクライビングホイール基材に形成する研削条痕は、前記稜線の両側の傾斜面に稜線を中心として幅２０μｍ以上の範囲に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、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、刃先部分を前記稜線に平行に研磨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ダイヤモンド膜を形成するものである。

ここで前記スクライビングホイール基材の刃先部分に、前記稜線を中心として幅２０μｍ以上の範囲を前記稜線に平行に研磨することによってスクライビングホイール基材を構成するようにしてもよい。

ここで、稜線とはスクライビングホイール基材の稜線部分が湾曲している場合、あるいは稜線部分が所定の幅を有する場合には、２つの傾斜面が延長されて交わる仮想の稜線をも含むものとする。

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基材の刃先をその稜線に対して平行に研磨すると、稜線に対し平行な微細な条痕が残ることとなる。このスクライビングホイール基材にダイヤモンド膜を成膜してスクライビングホイールとする。スクライビングホイール基材の稜線に平行に研磨したことで、ダイヤモンド膜の欠けや剥離が生じ難くなるという効果が得られる。そしてこのスクライビングホイールを用いて脆性材料基板をスクライブしブレイクすると、ダイヤモンド膜を用いているため硬度の高い脆性材料基板をスクライブする場合にもスクライビングホイールの磨耗が少なく、スクライビングホイールの寿命を長くすることができる。

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側面図である。 図１Ｂは本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２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刃先を研磨する状態を示す図である。 図３は本実施の形態によるスクライビングホイールの研磨後の稜線部分の正面拡大図である。 図４Ａは本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４Ｂは本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５Ａは本実施の形態の変形例による刃先の研磨前の稜線部分の拡大断面図である。 図５Ｂは本実施の形態の変形例による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。 図６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刃先を研磨する状態を示す図である。 図７Ａは本発明の比較例によるスクライビングホイール基材の稜線に対して傾けて研磨したスクライビングホイール基材を示す拡大図である。 図７Ｂは本発明の実施の形態によるスクライビングホイール基材の稜線部分を示す拡大図である。

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側面図、図１Ｂはその正面図である。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、又はセラミック製のスクライビングホイール基材１１となる円板の中央にまず図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、円周面を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。

図２はスクライビングホイール基材１１を研磨する方法を示す図である。この方法では研磨時にストレート砥石２０を用いる。この砥石は例えば好ましくは４００番から１０００番、より好ましくは６００番から８００番の粗さのものを用いる。ストレート砥石２０は円柱状であって、円周面に砥石が形成されている。このストレート砥石２０を砥石回転軸２０ａに沿って回転させ、スクライビングホイール基材１１を研磨する。このときストレート砥石２０を一定速度で砥石回転軸２０ａに沿って回転させつつ、砥石回転軸２０ａとスクライビングホイール基材１１の回転軸１２ａとが１つの平面（紙面）をなすようにスクライビングホイール基材１１を押し付け、スクライビングホイール基材１１もその回転軸１２ａに沿って回転させる。こうすれば、スクライビングホイール基材１１の斜面は回転軸を中心として同心円状の多数の研削条痕１４が形成された研磨面１３となる。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。こうして研磨を終えると、Ｖ字形の研磨面には稜線に平行な多数の微細な研削条痕１４が形成された状態となる。図３は稜線を横方向としたときの図１Ｂに示す円形部分の拡大図である。ここで研磨面１３の全面に微細な研削条痕が形成されるようにしてもよいが、その稜線の周辺部分のみであってもよい。このように回転軸を中心に同心円状の研削条痕が形成されるように研削することによって、スクライビングホイール基材１１の稜線は図４Ａに稜線部分の正面から見た拡大図を示すようにやや湾曲したものとなる。図４Ｂはスクライビングホイール基材の側方から見た拡大図である。図４Ｂに示されるように、稜線には凹凸があり、横方向の仮想的な稜線１５に対して実質的に平行に多数の研削条痕１４が形成されている。

次にダイヤモンド薄膜の形成について図５Ａの刃先の稜線部分の拡大断面図を用いて説明する。まず研磨面１３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する。その後、化学気相成長法（ＣＶＤ法）によってダイヤモンド薄膜を成長させ、膜厚が例えば２０〜３０μｍのダイヤモンド膜１６を形成する。

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５Ｂ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１６よりも例えば５°〜１０°程度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５Ｂ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、例えば幅の値ｗは１０〜２０μｍとする。

このように研磨することによって従来の焼結ダイヤモンドによるスクライビングホイールに比べ、脆性材料基板に接する部分の全てがダイヤモンドとなるため、スクライビングホイールの耐摩耗性を向上させることができる。又脆性材料基板に接する部分の全てがダイヤモンド膜となるためスクライブに寄与する刃先部分及び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２の実施の形態によるスクライビングホイールとその製造方法について図６を用いて説明する。この実施の形態は第１の実施の形態とはスクライビングホイール基材１１の研磨工程のみが異なっている。この実施の形態の研磨工程においては図６に示す円板状のカップ砥石２１を用いる。カップ砥石２１は円板の面に研磨面が形成されている。この実施の形態ではカップ砥石２１の砥石回転軸２１ａに向けて傾けたスクライビングホイール基材１１の先端面を研磨するものである。このときカップ砥石２１を砥石回転軸２１ａを中心に一定速度で回転させつつ、砥石回転軸２１ａとスクライビングホイール基材１１の回転軸１２ａとが１つの平面（紙面と直交する面）をなすようにスクライビングホイール基材１１を押し付け、回転軸１２ａに沿って回転させて研磨する。このように研磨した場合であっても、カップ砥石２１の外周部であれば研磨領域の円と比べスクライビングホイール基材は十分小さいため、稜線にほぼ平行に研磨することができる。そのため図３に示すように稜線に平行な多数の研削条痕が形成される。その後スクライビングホイール基材１１にダイヤモンド薄膜を形成してスクライビングホイールに仕上げることは第１の実施の形態と同様であり、同様の効果が得られる。

次にスクライビングホイール基材の研削条痕の方向と、これに基づく効果について具体例を用いて説明する。図７Ａは研削条痕が稜線に対して約３０°の角度で斜めに形成されているスクライビングホイール基材の稜線付近を正面から示す比較例の拡大写真であり、図７Ｂはスクライビングホイール基材の稜線にほぼ平行な研削条痕を有するスクライビングホイール基材の稜線付近を正面から示す本発明の実施の形態の拡大写真である。

図７Ａに示すように、ダイヤモンド膜を成長させる前のスクライビングホイール基材に研削条痕が稜線幅ｄ１の稜線に交わるように形成される場合には、図７Ａのスクライビングホイール基材の稜線部分はより鋭利となる。また、稜線の先端にはＡ１で示す部分など、ところどころ欠けが生じているが、この欠けによる凹凸の先端も比較的鋭利となる。すなわち、稜線部分の表面積が小さくなるため、ダイヤモンドの密着性が低く、硬質の脆性材料基板をスクライブする際にダイヤモンド膜が剥離しやすくなる。

一方本発明の各実施の形態では、図７Ｂに示すように稜線幅ｄ２の稜線にほぼ平行な研削条痕が形成されている。この場合には、稜線を鋭利にすることは難しく、その先端部分は研削条痕が稜線に交わる場合と比較して稜線幅ｄ２が広い形状となる。そのため、刃先部分にダイヤモンド膜を成長させると、スクライビングホイール基材とダイヤモンド膜との接着面積を大きくすることができ、ダイヤモンド膜の密着性が高くなる。また稜線部分には楕円で示す領域Ａ２などに見られるように基材の素材や砥石に由来する微小で不規則な凹凸が残るため、さらにダイヤモンド膜との接着面積が大きくなる。そのためスクライブ時にダイヤモンド膜に力がかかったとしても、スクライビングホイール基材からダイヤモンド膜が剥離し難くなり、結果としてスクライビングホイールの寿命を長くすることができる。

尚この効果を得るために、研磨面１３の研削条痕はダイヤモンド膜が脆性材料基板に接触する範囲であれば足りる。従ってＶ字形の刃先を形成した後に研削条痕１４を形成するようにしてもよい。研削条痕を形成する範囲は少なくとも稜線から２０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上とする。こうすればダイヤモンド膜が剥離し難く、スクライビングホイールの寿命を長くすることができる。

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 スクライビングホイール
１１ スクライビングホイール基材
１２ 貫通孔
１２ａ 回転軸
１３ 研磨面
１４ 研削条痕
１５ 稜線
１６ ダイヤモンド膜
２０ ストレート砥石
２１ カップ砥石

Claims (4)

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し、前記稜線の両側の領域に前記稜線に平行な研削条痕を有するスクライビングホイール基材と、
   前記スクライビングホイール基材の刃先表面に形成されたダイヤモンド膜とを有するスクライビングホイール。
2. 前記スクライビングホイール基材に形成する研削条痕は、前記稜線の両側の傾斜面に稜線を中心として幅２０μｍ以上の範囲に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. 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、
   刃先部分を前記稜線に平行に研磨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ダイヤモンド膜を形成するスクライビングホイールの製造方法。
4. 前記スクライビングホイール基材の刃先部分に、前記稜線を中心として幅２０μｍ以上の範囲を前記稜線に平行に研磨することによってスクライビングホイール基材を構成する請求項３記載のスクライビングホイールの製造方法。